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US-A-3.778.396
offenbart eine Kautschukzusammensetzung, die Kautschuk umfasst,
der durch darin Verteilen von Kohlenstofffasern, Rußschwarz
und Weichmacher verstärkt
ist. Aus dieser Kautschukzusammensetzung hergestellte vulkanisierte
Kautschuke werden als gebrauchsgeeignet für Reifen und Förderbänder offenbart.
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US-A-4.740.192
offenbart einen Kraftübertragungsriemen,
wobei ein Teil davon als eine Zusammensetzung von 1 bis 100 Gewichtsanteilen
Whisker, verteilt in 100 Gewichtsanteilen Kautschuk, ausgebildet
ist. Die Whisker können
aus einem oder mehr der Stoffe Alpha-Silikonkarbid, Beta-Silikonkarbid, Silikonnitrid,
Alpha-Aluminiumoxid,
Titanoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Graphit, Eisen, Kupfer oder Nickel
gebildet sein. Wo Schnittfasern verwendet werden, können sie
aus Baumwolle, Nylon und Polyester gebildet sein.
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US-A-4.509.938
und 4.571.230 offenbaren einen Kraftübertragungsriemen, wobei der
Spannabschnitt und der Kompressionsabschnitt eine Vielzahl zufallsverteilter
Fasern, eingebettet in die Verbindungen, aufweisen, wobei die Achsen
der Fasern im Wesentlichen quer zu der Längsachse des Riemens angeordnet
sind.
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US-A-4.808.149
betrifft einen Kraftübertragungsriemen,
der Null bis 30 ThK einer Faser, wie etwa Polyaramid oder Graphit,
mit einer Länge
von 20 bis 42 Mikron Länge
enthalten kann.
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W
02/16801 offenbart Kraftübertragungsriemen,
einschließlich
Keilriemen, Synchronriemen und Mehrfachrillen-Keilriemen, die einen
Elastomerriemenkörperteil
und einen darin eingebetteten und sich in der Längsrichtung des Riemens erstreckenden
belastungstragenden Abschnitt umfassen; wobei der belastungstragende
Abschnitt ein in einem Haftkautschukelement untergebrachtes Zugelement
umfasst. Die Zusammensetzung kann optionsweise 0,01 bis etwa 75
ThK diskontinuierliche Fasern umfassen, die auch zum Aufbauen, d.h.
Erhöhen,
des Moduls der resultierenden Zusammensetzung genutzt werden können. Die
Fasern können mit
Schlichten, einem Klebemittel oder anderen konventionellen und/oder
geeigneten Faserbehandlungen behandelt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen gemäß Anspruch
1.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Die
begleitende Figur zeigt Ausführungen
dieser Erfindung, worin:
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1 eine
bruchstückhafte
Perspektivansicht ist, die eine Ausführung eines Endlos-Kraftübertragungsriemens
dieser Erfindung illustriert.
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2 ist
eine bruchstückhafte
Perspektivansicht, die eine Ausführung
eines Endlos-Kraftübertragungsriemens
dieser Erfindung illustriert.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen neuen und verbesserten Kraftübertragungsriemen.
Der Kraftübertragungsriemen
der vorliegenden Erfindung kann in Übereinstimmung mit den zwei
Gestaltungsformen von Kraftübertragungsriemen
des konventionellen Typs ausgeführt
sein. In der ersten Gestaltungsform ist der Polsterabschnitt mit
Kohlenstoff-Schnittfaser verstärkt.
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In
der zweiten Gestaltungsform ist der belastungstragende und/oder
Spannabschnitt mit Kohlenstoff-Schnittfaser verstärkt.
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Nun
wird auf 1 der Zeichnung Bezug genommen,
die eine Endlos-Kraftübertragungsriemenstruktur
oder einen Riemen dieser Erfindung illustriert, der generell durch
die Referenzziffer 20 bezeichnet ist. Der Riemen 20 ist
besonders zur Anwendung bei zugehörigen Antriebsscheiben angepasst,
in Übereinstimmung mit
in der Technik bekannten Techniken. Der Riemen ist besonders geeignet
zur Verwendung bei kurzen Mittenantrieben, Trainingsausrüstung, Kraftfahrantrieben,
landwirtschaftlicher Ausrüstung,
sogenannten Drehmomenterfassungsantrieben, Anwendung, wobei dem
Riemen Schockbelastungen von verschiedener Riemenspannung auferlegt
werden, Anwendungen, wobei der Riemen auf variablen Geschwindigkeiten
betrieben wird, Anwendungen, wobei der Riemen federbelastet ist,
um seine Spannung zu regeln, und dergleichen.
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Der
Riemen 20 umfasst einen Spannabschnitt 21, einen
Polsterabschnitt 23 und einen belastungstragenden Abschnitt 25,
der zwischen dem Spannabschnitt 21 und dem Polsterabschnitt 23 angeordnet
ist. Der Riemen 20 kann die Antriebsfläche 28 aufweisen,
die mehrfache Rippen 29 oder Keile umfasst. Der Riemen 20 von 1 weist
eine Textilrückschicht 30 auf,
jedoch kann statt einer Textilrückschicht
ein faserverstärkter Kautschuk
verwendet werden. Die Textilrückschicht 30 kann
zweiseitiges, nicht-gewebtes, gewebtes oder gewirktes Textil sein.
Die Textilrückschichtlage 30 kann
kann friktioniert, getaucht, aufgetragen, beschichtet oder laminiert
sein.
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Der
belastungstragende Abschnitt 25 weist belastungstragende
Mittel in Form belastungstragender Korde 31 oder Filamente
auf, die auf geeignete Weise in ein Elastomerpolster oder -masse 33 eingebettet
sind, in Übereinstimmung
mit in der Technik wohlbekannten Techniken. Die Korde 31 oder
Filamente können
aus jedem beliebigen in der Technik bekannten und verwendeten Material
bestehen. Repräsentative
Beispiele für solche
Materialien umfassen Aramide, Glasfaser, Nylon, Polyester, Baumwolle,
Stahl, Kohlenstofffaser und Polybenzoxazol.
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Die
Antriebsfläche 28 des
Riemens 20 von 1 ist mit vielen keilförmigen Rillen
versehen. In Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
wird hierin erwogen, dass die Riemen der vorliegenden Erfindung
auch diejenigen Riemen umfassen, wobei die Antriebsfläche des
Riemens flach, mit einer einzigen keilförmigen Rille versehen und synchron
sein kann. Repräsentative
Beispiele für
Synchronriemen umfassen Riemen mit trapezförmigen oder krummlinigen Zähnen. Die
Zahngestaltung kann eine spiralförmig
versetzte Zahngestaltung haben, wie in US-A-5.209.705 und 5.421.789 gezeigt.
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Der
Riemen von 1 weist eine Antriebsfläche 28 auf.
Hierin wird jedoch erwogen, dass der Riemen zwei Antriebsflächen (nicht
gezeigt), wie etwa bei einem doppelseitigen Riemen, aufweisen kann.
Vorzugsweise weist der Riemen 20 eine Antriebsfläche auf.
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Die
Elastomerzusammensetzungen zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21,
Polsterabschnitt 22 und belastungstragenden Abschnitt 23 können gleich
oder unterschiedlich sein.
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Die
Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21,
dem belastungstragenden Abschnitt 23 und/oder Polsterabschnitt 22 enthält ein vernetztes
Elastomer oder Kautschuk. Solcher Kautschuk kann aus der aus Ethylen-Alphaolefinkautschuk,
Silikonkautschuk, Polychloropren, Polybutadien, Epichlorhydrin,
Acrylnitrilkautschuk, hydriertem Acrylnitrilkautschuk, Zinksalzen
von ungesättigtem
Carboxylsäureester-gepfropftem hydrierten
Nitrilbutadienelastomer, Naturkautschuk, synthetischem cis-1,4-Polyisopren, Styrol-Butadienkautschuk,
Ethylen-Vinylacetatcopolymer, Ethylenmethacrylatcopolymeren und
-terpolpoymeren, chloriertem Polyethylen, chlorsulfoniertem Polyethylen,
alkyliertem chlorsulfoniertem Polyethylen, Trans-Polyoctenamer, Polyacrylkautschuk, nicht-acryliertem
cis-1,4-Polybutadien und Mischungen davon bestehenden Gruppe gewählt sein.
Die bevorzugten Kautschuke sind EPDM, hydrierter Acrylnitrilkautschuk,
Naturkautschuk, Polybutadien und Styrol-Butadienkautschuk.
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Das
Ethylen-Alphaolefinelastomer umfasst Copolymere, zusammengesetzt
aus Ethylen- und Propyleneinheiten (EPM), Ethylen- und Buteneinheiten,
Ethylen- und Penteneinheiten oder Ethylen- und Octeneinheiten (EOM),
und Terpolymere, zusammengesetzt aus Ethylen- und Propyleneinheiten
und einer ungesättigten
Komponente (EPDM), Ethylen- und Buteneinheiten und einer ungesättigten
Komponente, Ethylen- und Penteneinheiten und einer ungesättigten
Komponente, Ethylen- und Octeneinheiten und einer ungesättigten Komponente,
als auch deren Mischungen. Als ungesättigte Komponente des Terpolymers
kann jedes geeignete nicht-konjugierte Dien verwendet werden, einschließlich, beispielsweise,
1,4-Hexadien, Dicyclopentadien oder
Ethylidennorbornen (ENB). Das in der vorliegenden Erfindung bevorzugte
Ethylen-Alphaolefinelastomer enthält 35 Gewichtsprozent bis 90
Gewichtsprozent der Ethyleneinheit, 65 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent
der Propylen- oder Octeneinheit und 0 bis 10 Gewichtsprozent der
ungesättigten
Komponente. In einer bevorzugteren Ausführung enthält das Ethylen-Alphaolefinelastomer
50 Prozent bis 70 Gewichtsprozent der Ethyleneinheit und, in einer
meistbevorzugten Ausführung,
enthält
das Ethylen-Alphaolefinelastomer 55 Prozent bis 65 Prozent der Ethyleneinheit.
Das meistbevorzugte Ethylen-Alphaolefinelastomer
ist EPDM.
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Die
vernetzte Elastomerzusammensetzung enthält 20 bis 35 ThK Kohlenstoff-Schnittfasern,
die mit einem Schlichtmittel behandelt sind. Das die Kohlenstofffaser
enthaltende vernetzte Elastomer kann in dem Spannabschnitt, belastungstragenden
Abschnitt und/oder Polsterabschnitt verwendet werden.
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Die
Kohlenstofffasern können
aus einem Ausgangsmaterial hergestellt werden, einschließlich Polyacrylnitril
(PAN), Kaltteerpech, Rayonpetrolpech, kaltem verflüssigtem
Material oder dergleichen. Beispielsweise kann die Kohlenstofffaser
mittels bekannter Verfahren gefertigt sein, wie etwa in US-A-4.197.279,
4.397,831, 4.347.279, 4.474.906 und 4.522.801 offengelegt. Wird
Kohlenstofffaser aus PAN hergestellt, so wird PAN-Faser in einer
oxidierenden Atmosphäre
(z.B. Luft) auf 200°C
bis 300°C
voroxidiert, und dann wird die so erhaltene Faser auf 500°C bis 3.000°C in einer
inerten Atmosphäre
(z.B. N2He) karbonisiert, um die erwünschte Kohlenstofffaser
zu erhalten.
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Die
Kohlenstoff-Schnittfasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
können
einen Durchmesser im Bereich von 0,001 mm bis 0,05 mm haben. Vorzugsweise haben
die Fasern einen Durchmesser im Bereich von 0,002 mm bis 0,012 mm.
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In
Bezug auf die Länge
belaufen sich die Kohlenstoff-Schnittfasern
auf 0,5 mm bis 75 mm. Vorzugsweise haben die Schnittfasern eine
Länge im
Bereich von 1 mm bis 10 mm.
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Kommerziell
verfügbare
Quellen von Kohlenstoff-Schnittfasern
umfassen ein Produkt, das unter der Bezeichnung PANEX® 33
von der Zoltek Company vertrieben wird. Diese Fasern sind mit einem
Epoxyharz als Schlichtmittel erhältlich.
Die Fasern sind in der Länge
von 3,17 und 6,35 mm erhältlich.
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Es
ist entscheidend, dass ein Schlichtmittel auf die Kohlenstoff-Schnittfaser
angewandt wird. Das Schlichtmittel kann ein thermoplastisches Harz,
ein thermoaushärtendes
Harz oder eine Mischung davon in jeder Proportion sein, einschließlich Epoxyharze,
urethanmodifizierter Epoxyharze, urethanmodifizierter Epoxyharze,
Polyesterharze, Phenolharze, Polyamidharze, Polyurethanharze, Polycarbonatharze,
Polyetherimidharze, Polyamidimidharze, Polystylypyridinharze, Polyimidharze,
Dimaleimidharze, Polysulfonharze, Polyethersulfonharze, epoxymodifizierter
Urethanharze, Polyvinylalkoholharze, Polyvinylpyrrolidonharze und
modifizierter Formen der obigen Harze (ein Teil der End-Rückstände eines
Polymers oder ein Teil der Seitenketten eines Polymers werden modifiziert,
beispielsweise wird ein Polyolefin mit Acrylsäure oder Maleinsäure gepfropft)
oder Mischungen davon. Das bevorzugte Schlichtmittel ist ein Epoxyharz.
Ein besonders bevorzugtes Epoxyharz ist ein Epoxy auf Basis von
Diphenol-A/Epichlorhydrin. Wird ein thermoaushärtendes Harz als Schlichtmittel
verwendet, so sollten die zerschnittenen Stränge keinen Vulkanisationsbedingungen
(Temperatur und Zeit) für
das Harz unterzogen werden, bis die Dispersion von Fäserchen
der zerschnittenen Stränge vollzogen
ist. Man glaubt, dass PANEX® 33 ein Epoxyharz als
Schlichtmittel hat.
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Das
Schlichtmittel kann auf dem Kohlenstofffaserstrang aufgetragen werden,
indem der Strang durch eine Lösung
oder eine Emulsion des Schlichtmittels oder durch das Schlichtmittel
in geschmolzenem Zustand geführt
wird. Das Schlichtmittel kann auch im Zustand feiner Partikel auf
einen Strang aufgebracht und dann auf einer Temperatur ab dem Schmelzpunkt
des Schlichtmittels bis zu dessen Zerlegungspunkt durch Hitze geschmolzen
werden. Zur Vervollständigung
der Durchdringung kann ein Druck auf das geschmolzene Schlichtmittel
ausgeübt
werden, beispielsweise durch Führen
durch eine Düse.
Der durchschnittliche Durchmesser der Faser beträgt vorzugsweise 1 bis 50 Mikrometer.
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Das
Schlichtmittel sollte gleichmäßig in den
Strang eindringen. Die Temperatur der Lösung oder Emulsion beläuft sich
im allgemeinen auf 10°C
bis 50°C.
Die Konzentration der Harzlösung
oder der Emulsion beträgt
im allgemeinen 0,5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 20
Gewichtsprozent, bevorzugter 5 bis 10 Gewichtsprozent, auf Basis
des Lösungs-
oder Emulsionsgewichts.
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Die
Lösungsmittellösung wird
entsprechend, abhängig
von der Art des Schlichtmittels, gewählt aus Wasser; Alkoholen,
wie etwa Ethylalkohol und Methylalkohol; Ketonen wie etwa Aceton
und Methylethylketon; Xylol, Dichlormethan, N-Methylpyrrolidon,
Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Toluol und dergleichen, und verträglicher
Mischungen davon. Als Medium für
die Emulsion wird normalerweise Wasser verwendet, und damit wird
ein oberflächenaktives
Mittel verwendet, falls erwünscht.
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Während der
Durchdringung mit der Lösung
oder Emulsion wird auf den Kohlenstofffaserstrang im allgemeinen
eine Spannung von 100 bis 5.000 Gramm pro Strang und vorzugsweise
von 500 bis 2.000 Gramm pro Strang angewandt.
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Im
allgemeinen hängt
die Menge des Schlichtmittels in dem Kohlenstofffaserstrang von
der auf den Kohlenstofffaserstrang angewandten Spannung, dem Verdrehungsgrad
des Kohlenstofffaserstrangs und der Schlichtmittelkonzentration
in der Lösung
oder der Emulsion ab.
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Der
mit einer Schlichtmittellösung
imprägnierte
Kohlenstofffaserstrang wird einer Trocknung unterzogen, normalerweise
in Luft. Zur Durchführung
der Trocknung kann der Strang auf die Temperatur des Siedepunktes
des Lösungsmittels
erhitzt werden. Die Temperatur sollte nicht höher sein als der Zerlegungspunkt, und
wenn ein thermoaushärtendes
Harz als Schlichtmittel verwendet wird, so sollte die Heiztemperatur
niedriger sein als die Aushärtetemperatur
des Harzes. Das Trocknen wird üblicherweise
durchgeführt,
bis das Gewicht des Lösungsmittels
in dem Schlichtmittel weniger als 0,1 Gewichtsprozent wird, basiert
auf dem Gesamtgewicht des Schlichtmittels und das des Lösungsmittels
darin. Wird das Schlichtmittel in einem geschmolzenen Zustand aufgebracht,
so kann der mit dem Harz imprägnierte
Kohlenstofffaserstrang gekühlt
werden, bis das Harz nicht mehr klebrig ist oder verfestigt ist.
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Wenn
der Kohlenstofffaserstrang mit einer Lösung des Schlichtmittels imprägniert ist,
wird der mit dem Schlichtmittel imprägnierte Kohlenstofffaserstrang
vorzugsweise mit null Verdrehungen versehen.
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Die
Menge an Schlichtmittel auf der Kohlenstoff-Schnittfaser liegt im Bereich von 1
Prozent bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 Prozent bis 8 Gewichtsprozent
der Schnittfaser.
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Der
so hergestellte geschlichtete Kohlenstofffaserstrang wird dann auf
eine zweckmäßige Länge geschnitten.
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Die
das vernetzte Elastomer und die behandelte Kohlenstoff-Schnittfaser
enthaltende Elastomerzusammensetzung kann in dem Spannabschnitt 21,
Polsterabschnitt 23, und/oder den belastungstragenden Abschnitten 22 des
Riemens verwendet werden. Vorzugsweise wird die Elastomerzusammensetzung
in dem Polsterabschnitt 23 verwendet.
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Die
Elastomerzusammensetzungen, welche die behandelte Kohlenstofffaser
enthalten, können
durch Schwefel, UV-Aushärtung oder
Peroxid-Aushärtungssystem
vernetzt werden. Bekannte Klassen von Peroxiden, die verwendet werden
können,
umfassen Diacylperoxide, Peroxyester, Dialkylperoxide und Peroxyketale. Spezifische
Beispiele umfassen Dicumylperoxid, n-Butyl-4,4-di(t-butylperoxy)valerat,
1,1-di(t-Butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-di(t-Butylperoxy)cyclohexan,
1,1-di(t-Amylperoxy)cyclohexan, Ethyl-3,3-di(t-butylperoxy)butyrat,
Ethyl-3,3-di(t-amylperoxy)butyrat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, t-Butylcumylperoxid, α,α'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol,
di-t-Butylperoxid,
2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3, t-Butylperbenzoat, 4-Methyl-4-t-butylperoxy-2-pentanon
und Mischungen davon. Das bevorzugte Peroxid ist α,α'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol.
Typische Mengen Peroxid belaufen sich auf 1 bis 12 ThK (basiert
auf aktiven Teilen Peroxid). Vorzugsweise beläuft sich die Peroxidmenge auf
2 bis 6 ThK.
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Während der
Vernetzungsreaktion der freien Radikalen ist ein Coagens vorhanden.
Coagentien sind monofunktionelle und polyfunktionelle ungesättigte organische
Verbindungen, die in Zusammenwirken mit den freien Radikalen-Initiatoren
verwendet werden, um verbesserte Vulkanisationseigenschaften zu
erzielen. Repräsentative
Beispiele umfassen organische Acrylate, organische Methacrylate,
Divinylester, Divinylbenzol, Bis-Maleimide,
Triallylcyanurate, Polyalkylether und -ester, Metallsalze einer
Alpha-Beta-ungesättigten
organischen Säure
und Mischungen davon.
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Das
Coagens kann in einem Bereich von Niveaus vorliegen. Allgemein gesprochen
ist das Coagens in einer Menge vorhanden, die sich auf 0,1 bis 40
ThK beläuft.
Vorzugsweise ist das Coagens in einer Menge vorhanden, die sich
auf 2 bis 15 ThK beläuft.
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Wie
oben erwähnt,
sind eine Klasse von Coagentien Acrylate und Methacrylate. Repräsentative
Beispiele für
solche Coagentien umfassen di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle
Acrylate, di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle Methacrylate und
Mischungen davon. Spezifische Beispiele solcher Coagentien umfassen
1,3-Butylenglycoldiacrylat,
1,3-Butylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat,
1,6-Hexandioldimethacrylat, 2-Henoxyethylacrylat,
alkoxyliertes Diacrylat, alkoxyliertes Nonylphenolacrylat, Allylmethacrylat,
Caprolactonacrylat, Cyclohexandimethanoldiacrylat, Cyclohexandimethanol,
Methacrylatdiethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldimethacrylat,
Dipentaery thritolpentaacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat, di-Trimethylolpropantetraacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-dimethacrylat,
ethoxyliertes Nonylphenolacrylat, ethoxyliertes Tetrabrombisphenol-A-diacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat, ethoxyliertes Bisphenoldimethacrylat,
ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat,
Ethylenglycoldimethacrylat, Glycidylmethacrylat, hochpropoxyliertes
Glyceryltriacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat, Isodecylacrylat,
Isodecylmethacrylat, Isoocrylacrylat, Laurylacrylat, Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat,
Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat, Neopentylglycoldiacrylat,
Neopentylglycoldimethacrylat, Octyldecylacrylat, Pentaacrylatester,
Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat,
Polyethylenglycoldimethacrylat, propoxyliertes Glyceryltriacrylat,
propoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat, propoxyliertes Allylmethacrylat,
propoxyliertes Glyceryltriacrylat, propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat,
propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat,
Tetraethylenglycoldimethacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat,
Tridecylacrylat, Tridecylmethacrylat, Triethylenglycoldiacrylat,
Triethylenglycoldimethacrylat, trifunktioneller Acrylatester, trifunktioneller
Methacrylatester, Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat,
Tripropylenglycoldiacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat, tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattriacrylat,
tris(2-Hydroxyethyl)isocanurattriacrylat
und tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattrimethacrylat.
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Die
Metallsalze α,β-ungesättigter
organischer Säuren
umfassen die Metallsalze von Säuren
einschließlich Acryl-,
Methacryl-, Malein-, Fumarin-, Ethacryl-, Vinylacryl-, Itakon-,
Methylitakon-, Aconit-, Methylaconit-, Kroton-, Alpha-Methylkroton-,
Zimt- und 2,4-Dihydroxyzimtsäuren.
Die Metalle können
Zink, Cadmium, Calcium, Magnesium, Natrium oder Aluminium sein.
Zinkdiacrylat und Zinkdimethacrylat werden bevorzugt.
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Die
Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in der Beschichtungslage
kann mit einem Schwefelvulkanisiermittel vulkanisiert werden. Beispiele
für geeignete
Schwefelvulkanisiermittel umfassen elementaren Schwefel (freien
Schwefel) oder schwefelabgebende Vulkanisiermittel, beispielsweise
ein Amindisulfid, Polymerpolysulfide oder Schwefelolefinaddukte.
Vorzugsweise ist das Schwefelvulkanisiermittel elementarer Schwefel.
Die Menge an Schwefelvulkanisiermittel wird abhängig von den restlichen Bestandteilen
in der Beschichtung und dem jeweiligen Typ des verwendeten Schwefelvulkanisiermittels
variieren. Allgemein gesprochen, beläuft sich die Menge an Schwefelvulkanisiermittel
auf 0,1 bis 8 ThK, wobei ein Bereich von 1,0 bis 3 bevorzugt wird.
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Es
können
Beschleunigungsmittel verwendet werden, um die zur Vulkanisation
der Beschichtung erforderliche Zeit und/oder Temperatur zu steuern.
Wie den Fachleuten bekannt ist, kann ein Einzelbeschleunigungsmittel
verwendet werden, das in Mengen in einem Bereich von 0,2 bis 3,0
ThK vorliegt. Alternativ können Kombinationen
von zwei oder mehr Beschleunigungsmitteln verwendet werden, die
aus einem Primärbeschleunigungsmittel
bestehen, das generell in einer größeren Menge (0,3 bis 3,0 ThK)
verwendet wird, und einem Sekundärbeschleunigungsmittel,
das generell in kleineren Mengen (0,05 bis 1,50 ThK) verwendet wird, um
die Eigenschaften der Kautschukmasse zu aktivieren und zu verbessern.
Von Kombinationen dieser Beschleunigungsmittel ist bekannt, dass
sie synergetische Wirkungen auf die Endeigenschaften hervorrufen
und etwas besser sind als diejenigen, die durch die Verwendung eines
der Beschleunigungsmittel allein produziert werden. Auch ist die
Verwendung von Beschleunigungsmitteln mit verzögerter Wirkung bekannt, die
von normalen Verarbeitungstemperaturen nicht angegriffen werden
und auf gewöhnlichen
Vulkanisationstemperaturen zufriedenstellende Aushärtungen
produzieren. Geeignete Typen von Beschleunigungsmitteln umfassen Amine,
Disulfide, Guanidine, Thiocarbamide, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide,
Dithiocarbamate und die Xanthate. Beispiele für spezifische Verbindungen,
die geeignet sind, umfassen Zinkdiethyldithiocarbamat, 4,4'-Dithiodimorpholin,
N,N-Di-Methyl-S-tertbutylsulfenyldithiocarbamat, Tetramethylthiuramdisulfid,
2,2'-Dibenzothiazyldisulfid,
Butyraldehydanilinmercaptobenzothiazol, N-Oxydiethylen-2-benzothiazolsulfenamid. Vorzugsweise
ist das Beschleunigungsmittel ein Sulfenamid.
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Üblicherweise
wird eine als Anvulkanisationshemmer bekannte Klasse von Verbindungsmaterialien verwendet.
Phthalsäureanhydrid,
Salicylsäure,
Natriumacetat und N-Cyclohexylthiophthalimid
sind bekannte Hemmmittel. Hemmmittel werden im allgemeinen in einer
Menge im Bereich von 0,1 bis 0,5 ThK verwendet.
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Konventionelle
Rußschwarzarten
können
ebenfalls in der Zusammensetzung vorliegen. Solche Rußschwarzarten
werden in konventionellen Mengen verwendet, die sich auf 5 bis 250
ThK belaufen. Vorzugsweise werden die Rußschwarzarten in einer Menge
verwendet, die sich auf 20 bis 100 ThK beläuft. Repräsentative Beispiele von Rußschwarzarten,
die verwendet werden können,
umfassen die durch ihre ASTM-Bezeichnungen bekannten N110, N121,
N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351,
N358, N375, N550, N582, N630, N624, N650, N660, N683, N754, N762,
N907, N908, N990 und N991.
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Von
den Fachleuten in der Technik wird leicht verstanden, dass die Kautschukzusammensetzung durch
in der Kautschukverbindungstechnik allgemein bekannte Verfahren
hergestellt würde,
wie etwa Mischen der verschiedenen bestandteilbildenden Kautschuke
mit verschiedenen üblicherweise
verwendeten Additivmaterialien, wie beispielsweise Vulkanisierhilfsmitteln
und Verarbeitungszusätzen,
wie etwa Ölen,
Harzen einschließlich
klebrigmachender Harze und Weichmacher, Füllmitteln, Pigmenten, Fettsäure, Wachsen,
Antioxidantien und Anti-Ozonmitteln. Die oben erwähnten Additive
werden in konventionellen Mengen gewählt und üblicherweise verwendet.
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Typische
Mengen klebrigmachender Harze, wenn verwendet, umfassen 0,5 bis
10 ThK, üblicherweise 1
bis 5 ThK. Typische Mengen an Verarbeitungshilfsmitteln umfassen
1 bis 50 ThK. Solche Verarbeitungshilfsmittel können beispielsweise Polyethylenglycol,
naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle umfassen.
Typische Mengen Antioxidantien umfassen 1 bis 5 ThK. Ein repräsentatives
Antioxidans ist Trimethyldihydrochinolin. Typische Mengen Fettsäuren, falls
verwendet, die Stearinsäure
umfassen können,
umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen Wachse umfassen 1 bis 5
ThK. Oft werden mikrokristalline und Carnaubawachse verwendet. Typische
Mengen Weichmacher, falls verwendet, umfassen 1 bis 100 ThK. Repräsentative Beispiele
solcher Weichmacher umfassen Dioctylsebacat, chlorierte Paraffine
und dergleichen.
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Es
können
verschiedene nicht-Rußschwarz-Füllmittel
und/oder Verstärkungsmittel
zugesetzt werden, um die Stärke
und Integrität
der Kautschukzusammensetzung zur Herstellung des Kraftübertragungsriemens der
vorliegenden Erfindung zu erhöhen.
Ein Beispiel eines Verstärkungsmittels
ist Silika. Silika kann in der vorliegenden Erfindung in Mengen
von 0 bis 80 Gewichtsanteilen und vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsanteilen, basiert
auf 100 Teilen Kautschuk, verwendet werden.
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Zusätzlich zu
den Kohlenstoff-Schnittfasern kann die Elastomerverbindung auch
zusätzliche
Faser oder Flockfaser enthalten. Die innerhalb der Elastomermischung
zu verteilenden optionellen Fasern oder Flockfasern können jedes
geeignete Material sein und sind vorzugsweise nichtmetallische Fasern
wie etwa Baumwolle oder aus einem geeigneten synthetischen Material,
einschließlich
Aramid, Nylon, Polyester, PTFE, Glasfaser und dergleichen hergestellte
Fasern. Jede Faser kann einen Durchmesser im Bereich von 0,001 Zoll bis
0,050 Zoll (0,025 mm bis 1,3 mm) und eine Länge im Bereich von 0,001 Zoll
bis 0,5 Zoll (0,025 mm bis 12,5 mm) haben. Die Fasern können in
einer sich auf 5 bis 50 ThK belaufenden Menge verwendet werden.
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Zusätzlich zu
dem Obigen können
feste anorganische Schmiermittel in der Elastomerverbindung vorhanden
sein. Repräsentative
Beispiele solcher Schmiermittel umfassen Molybdändisulfid, PTFE, Molybdändiselenid,
Graphit, Antimontrioxid, Tungstendisulfid, Talk, Glimmer, Tungstendiselenid
und Mischungen davon. Die Menge solcher fester anorganischer Schmiermittel,
falls verwendet, beläuft
sich generell auf 1 bis 25 ThK.
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Das
Mischen der Kautschukzusammensetzung kann durch den Fachleuten in
der Technik bekannte Verfahren vollzogen werden. Beispielsweise
können
die Inhaltsstoffe in einer Stufe gemischt werden, werden jedoch
typischerweise in zumindest zwei Stufen gemischt, nämlich zumindest
einer nicht-produktiven Stufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe.
Die Endaushärtemittel
einschließlich
Vulkanisiermitteln werden typischerweise in der Endstufe gemischt,
die konventionell die "produktive" Mischstufe genannt
wird, worin das Mischen typischerweise auf einer Temperatur, oder
Höchsttemperatur,
stattfindet, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en) der vorangehenden
nicht-produktiven Mischstufe(n).
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Das
Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zur Verwendung in dem
Riemen wird im allgemeinen auf konventionellen Temperaturen im Bereich
von 160°C
bis 190°C
durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Vulkanisation auf Temperaturen im Bereich
von 170°C
bis 180°C
durchgeführt.
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Bezugnehmend
auf 2 ist dort ein Endlos-Kraftübertragungsriemen 50 gemäß einer
anderen Ausführung
dargestellt. Gleichartig dem Riemen 20 von 1 umfasst
der Riemen 50 einen Spannabschnitt 51, einen Polsterabschnitt 53 und
einen belastungstragenden Abschnitt 55, der zwischen dem
Spannabschnitt 51 und dem Polsterabschnitt 53 angeordnet
ist. Der Riemen 50 von 1 weist
eine Vielzahl von Rippen 59 oder Keilen und eine Textilrückschicht 60 auf.
Der belastungstragende Abschnitt 55 weist belastungstragende
Mittel in Form belastungstragender Korde 61 oder Filamente
auf, die in eine Elastomermasse 63 eingebettet sind. Die
in dem Polsterabschnitt 53 befindliche Elastomerverbindung
ist als Kohlenstoff-Schnittfasern enthaltend illustriert.
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Wie
den Fachleuten bekannt ist, können
Kraftübertragungsriemen
auf einer Trommelvorrichtung gebaut werden. Zuerst wird die Rückschicht
als Bogen auf die Trommel aufgebracht. Als nächstes wird ein jeweiliger
Spannabschnitt als Bogen aufgebracht, gefolgt vom spiralförmigen Aufbringen
der Kord- oder Zugelemente (belastungstragender Abschnitt) auf die
Trommel. Danach wird der Polsterabschnitt aufgebracht und wird von
dem Textil gefolgt, falls verwendet. Das zusammengefügte Laminat
oder Slab und die Trommel werden in einer Form plaziert und vulkanisiert.
Nach der Vulkanisation werden Rippen in den Slab geschnitten und der
Slab wird auf eine den Fachleuten in der Technik bekannte Weise
zu Riemen zerschnitten.
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Im
nachfolgenden Beispiel wurden physikalische Tests für unvulkanisierte
und mittels einer Form geformte Verbindungen durchgeführt. Die
Eigenschaften der vulkanisierten Kautschuke wurden gemäß den folgenden
Testprotokollen gemessen: MDRs durch ASTM D5289-95; Härte durch
ASTM D2240-97; spezifisches Gewicht durch ASTM D297-93; Reißfestigkeit
Werkzeug C durch ASTM D624-98;
Zugeigenschaften durch ASTM D412-98a; mit der Modifikation, dass
die Grifftrennrate 152 pro Minute betrug, um sich an die Faserfüllung der
Riemen anzupassen (siehe US-Patent Nr. 5.610.217); und dynamische
Testdaten durch ASTM D5992-96. Die Faserausrichtung wurde durch
das Verhältnis
der physikalischen Eigenschaften in der Hinrichtung (Maschinenrichtung)
zu den physikalischen Eigenschaften in der Gegenrichtung (senkrecht
zur Maschinenrichtung) bewertet.
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Beispiel
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In
diesem Beispiel wurden Kohlenstoff-Schnittfasern mit und ohne Schlichtung
in einer Kautschukverbindung bewertet, die besonders zur Verwendung
im belastungstragenden Abschnitt eines Riemens geeignet ist.
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Kautschukzusammensetzungen,
die die in Tabelle 1 aufgeführten
Materialien enthielten, wurden in einem Banbury®-Mischgerät unter
Verwendung zweier getrennter Stufen des Zusetzens (Mischens) hergestellt, nämlich einer
nicht-produktiven Mischstufe und einer produktiven Mischstufe.
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Die
Kautschukzusammensetzungen sind hierin als Proben 1 bis einschließlich 5
identifiziert. Die Proben 2 und 3 werden hierin als repräsentativ
für die
vorliegende Erfindung betrachtet. Die Proben 1, 4 und 5 werden aufgrund
des Nichtvorhandenseins von Kohlenstoff-Schnittfaser mit Schlichtung als die
Kontrolle betrachtet.
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Die
Proben wurden etwa 30 Minuten lang auf etwa 151°C vulkanisiert. Die auf ihre
dynamischen Eigenschaften getesteten Proben wurden für weitere
15 Minuten vulkanisiert.
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Tabelle
2 illustriert das Verhalten und die physikalischen Eigenschaften
der vulkanisierten Proben 1 bis einschließlich 6. Tabelle
1
- 1 Emulsionspolymerisierter
Styrolbutadienkautschuk, kommerziell erhältlich von The Goodyear Tire & Rubber Company
unter der Bezeichnung Pliofex® 1502.
- 2 Ricobond 1731-HS
- 3 Vom Typ Paraphenylendiamin
- 4 Perkalink® 900,
kommerziell erhältlich
von Flexsys
- 5 Kohlenstoff-Schnittfaser, kommerziell
erhältlich
von Zoltec Industries Inc. unter der Bezeichnung PANEX® 33, mit
einer Epoxyharzschlichtung, und die Fasern hatten eine Länge von
6,35 mm.
- 6 Kohlenstoff-Schnittfaser, kommerziell
erhältlich
von Zoltec Industries Inc., ohne Schlichtung, und die Fasern hatten
eine Länge
von 6,35 mm.
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Die
obigen Daten demonstrieren, dass die Verwendung von Proben 2 und
3 zu einem Kraftübertragungsriemen
führen
würden,
der gegenüber
den Kontrollproben 1, 4 und 5 verbesserte Eigenschaften aufweist.
Beispielsweise ist die dynamische Steifheit eine Eigenschaft, worin
höhere
Werte erwünscht
sind, da der Riemen, je höher
die Werte, desto widerstandsfähiger
gegen Verdrehen in seinen Riemenscheiben sein wird. Bei der Betrachtung
der dynamischen Steifheitswerte für die Proben 2 und 3 kann man
sehen, dass gegenüber den
Kontrollen höhere
Werte erhalten werden. Niedrige Ausdehnungsmodulwerte (5 bis 20
Prozent Modulwerte) werden als Anzeichen für Riemenhaltbarkeit angesehen.
Wie ersichtlich ist, werden bei den Proben 2 und 3 (der vorliegenden
Erfindung) gegenüber
den Kontrollproben 1, 4 und 5 höhere Modulwerte
erzielt, was eine verbesserte Haltbarkeit der Riemen der vorliegenden
Erfindung impliziert.
