ES2216613T3

ES2216613T3 - Correa de transmision de energia motriz.

Info

Publication number: ES2216613T3
Application number: ES99962810T
Authority: ES
Inventors: Kevin J. F. Whitfield
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2004-10-16
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: PL196910B1; EP1129308B1; AU755651B2; JP2005282861A; JP3842045B2; KR20010080511A; EP1129308A1; HUP0104225A2; EP1129308B2; KR100396354B1; PL348465A1; DE69915095T3; AU1917400A; HU223591B1; DE1129308T1; DE69915095T2; WO2000029762A1; DE69915095D1; CA2349707C; US6358171B1

Abstract

Una correa dentada de transmisión de energía motriz (10) adecuada para el funcionamiento a temperaturas inferiores a aproximadamente -30ºC, y adaptada para acoplarse a una polea, que comprende una parte de cuerpo de la correa principal (12), una parte de contacto de la polea (16, 18) integral con la mencionada parte del cuerpo, medios de tracción (20) dispuestos en la mencionada parte del cuerpo, en la que al menos una parte de la mencionada parte del cuerpo principal y la mencionada parte de contacto de la polea comprende una composición elastomérica que comprende 100 partes en peso de al menos una goma de copolímero conteniendo el grupo nitrilo parcialmente hidrogenado; y caracterizada porque la mencionada goma de copolímero comprende: (a) aproximadamente del 5 al 40% de unidades de monómero de nitrilo insaturado; (b) aproximadamente del 1 al 80% de unidades de al menos un monómero que tiene la característica de rebajar la temperatura de transición del vidrio de la mencionada goma; (c)hasta aproximadamente el 20% de unidades de monómero de dieno conjugado; y (d) siendo la diferencia unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado; y porque la mencionada composición elastomérica comprende además de aproximadamente 0, 5 a 50 partes por ciento en peso de la mencionada goma de un refuerzo de fibra seleccionada a partir del grupo que comprende fibras troceadas o fibriladas.

Description

Correa de transmisión de energía motriz.

Antecedentes de la invención

La presente invención está relacionada generalmente con las correas de transmisión sin fin de energía motriz que tienen una excelente durabilidad a alta temperatura, así como también una resistencia significativamente mejorada contra el agrietamiento a baja temperatura. Más particularmente, la invención está relacionada con las correas de transmisión sin fin de energía motriz y el proceso para la misma, fabricada a partir de grupo con contenido de nitrilo reforzado con fibras, goma de copolímero altamente saturado, el cual muestra un excelente equilibrio de resistencia a alta temperatura, excelente durabilidad de la correa, y resistencia contra el agrietamiento a baja temperatura. La invención está relacionada además con las correas síncronas y las correas de transmisión de energía friccionales, fabricadas a partir de un grupo que contiene nitrilo reforzado con fibras, goma de copolímero altamente saturado, que muestran una excelente durabilidad de la correa, y un rango de servicio de aproximadamente 40ºC a 140ºC.

Las correas de transmisión utilizadas con poleas dentadas (o piñones o roldanas) son bien conocidas en el arte. Las correas más ampliamente utilizadas de estas correas dentadas son las denominadas correas síncronas o correas de transmisión asistida. Es bien conocida la utilización de una correa dentada para proporcionar la sincronización entre dos ejes giratorios, comprendiendo la correa una sección de superficie posterior, una pluralidad de dientes separados entre sí y dispuestos frente a la mencionada sección de la superficie posterior, por lo que se forma una parte plana entre los surcos de dos dientes adyacentes, una capa de tracción en contacto e interpuesta entre la mencionada sección de la superficie posterior y la mencionada pluralidad de dientes y preferiblemente cubriendo cada uno de los mencionados dientes y cada una de las mencionadas partes planas entre surcos, en la que la superficie posterior y la pluralidad de dientes están hechos de un material elastomérico. Ciertas aplicaciones, a modo de ejemplo en aplicaciones en automóviles, exigen altas demandas de correas de transmisión de energía motriz, incluyendo un alto grado de durabilidad y un amplio rango de temperaturas de servicio.

Durante el funcionamiento, la correa dentada de transmisión de energía motriz está sujeta para la mayoría de los esfuerzos en el fondo de cada diente cuando están engranadas con los dientes complementarios de la polea para transmitir la energía motriz. Puesto que este esfuerzo está mantenido substancialmente por el material elastomérico, el material posee ventajosamente un alto módulo, de forma que la correa dentada pueda soportar una alta carga. Es conocido el incrementar la cantidad de relleno, por ejemplo negro de carbón en el material elastomérico de la correa para incrementar el modulo de la goma vulcanizada. No obstante, el incremento del contenido de relleno es conocido como que afecta negativamente a las prestaciones de la correa a los impactos, tanto en altas como en bajas temperaturas. La deficiente resistencia al envejecimiento en altas temperaturas, así como la deficiente capacidad a bajas temperaturas en una correa síncrona, se manifiesta por la formación de grietas en la sección de la superficie posterior.

Se ha sugerido también el incorporar medios de reforzamiento de fibras en la matriz de los componentes elastoméricos de la correa, para incrementar la resistencia de corte de los dientes. Han surgido algunas críticas a la aplicación práctica de esta técnica con respecto a su impacto en la resistencia a la tracción de la correa. Las correas síncronas han sido fabricadas típicamente mediante uno de los tres métodos siguientes: el método de dientes extruídos, tal como se expone por Case en la patente de los EE.UU. número 2507852, el método de preformación de dientes según lo descrito por Geist y otros en la patente de los EE.UU. número 3250653, o mediante el método de flujo pasante según lo descrito por Skura en la patente de los EE.UU. numero 3078206. Con respecto a la carga de fibras del elastómero de la correa, se ha observado que en la práctica las correas dentadas reforzadas con fibras preparadas mediante el método de flujo pasante de Skura muestran una resistencia a la tracción reducida, debido a que los miembros de tracción tienen que estar más separados entre sí adicionalmente que con respecto a las correas de elastómeros cargados sin fibras, para permitir que el material elastomérico rellenado de fibras fluya a través de los miembros de tracción.

Según se ha observado anteriormente, las correas de transmisión de energía motriz utilizadas a modo de ejemplo en las correas síncronas de automóviles son precisas en general para funcionar a temperaturas bajas y altas en forma incremental. Las correas síncronas pueden ser utilizadas, por ejemplo, para el accionamiento del eje de levas de un automóvil. No es inusual que la temperatura operativa de la correa alcance 140ºC en dichas aplicaciones. El material elastomérico utilizado para la superficie posterior y la pluralidad de dientes vulnerables al envejecimiento por el calor en tales rigurosos entornos, puede dar lugar a un fuerte agrietamiento y a un fallo prematuro.

Se ha sugerido cargar el material elastomérico de la correa con ciertos tipos de fibras para mejorar la resistencia a las altas temperaturas de la misma. La adición de fibra al elastómero no vulcanizado, no obstante, tiene el efecto de incrementar tanto la viscosidad del material no vulcanizado, y el módulo, es decir, la dureza o rigidez del material en el estado vulcanizado. En climas fríos, las temperaturas ambiente pueden alcanzar -40ºC o inferiores. Cuanto más alto sea el módulo y la dureza de un material elastomérico, no obstante, más pobre será su flexibilidad a las bajas temperaturas y la resistencia al agrietamiento.

Las patentes de los EE.UU. números 5250010 de Kishima y otros, y 5254050 de Nakajima y otros, muestran las pruebas experimentales ejecutadas en correas trapezoidales en V, para medir la resistencia al calor y el rango de la resistencia a bajas temperaturas desde -30ºC a 130ºC, y de -30ºC a 120ºC, respectivamente, pero no exponen una correa de transmisión de energía motriz que tenga una excelente durabilidad a través de un rango de servicio de aproximadamente -40ºC a 140ºC. La resistencia a altas temperaturas y la capacidad de soportar cargas pueden obtenerse en una correa síncrona que tenga porciones elastoméricas hechas de un copolímero de goma de nitrilo-butadieno hidrogenado convencional (HNBR) que incorpore solamente dos monómeros. No obstante, las correas síncronas hechas con dichos polímeros HNBR no se conocen que hayan podido mostrar una excelente flexibilidad a bajas temperaturas o tener resistencia al agrietamiento por debajo de 30ºC o -35ºC.

Subsiste la necesidad, particularmente en el campo de las correas de transmisión síncronas y friccionales formadas por un elastómero de goma, para una correa de transmisión de energía motriz que muestre un excelente equilibrio de resistencia a altas temperaturas, una excelente durabilidad de la correa y resistencia al agrietamiento a bajas temperaturas.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona una correa dentada de transmisión de energía motriz de acuerdo con la reivindicación 1.

En una realización preferida, la suma de los contenidos de las unidades monómeras (1) y (2) es de aproximadamente del 30 al 90 por ciento en peso, y la suma de los contenidos de las unidades monómeras (3) y (4) es de aproximadamente del 10 al 70 por ciento aproximadamente en peso. Se proporciona además un proceso para la formación de dicha correa.

Se ha encontrado sin esperarlo que el uso del refuerzo de fibras en la goma del copolímero que contiene el grupo de nitrilo hidrogenado al menos parcialmente, proporciona una resistencia substancialmente mejorada contra el agrietamiento a bajas temperaturas, manteniendo o mejorando mientras tanto la resistencia a altas temperaturas de la correa en comparación con las correas convencionales. La invención proporciona además una correa de transmisión de energía motriz con un rango de servicio de aproximadamente -40ºC a 140ºC, así como también una excelente durabilidad de la correa.

La presente invención está relacionada también con un método de formación de una correa dentada de transmisión de energía motriz de acuerdo con la reivindicación 13.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos que se incorporan y que forman parte de la memoria, y en donde los numerales iguales designan partes iguales, muestran las realizaciones preferidas de la presente invención y que conjuntamente con la descripción sirve para exponer los principios de la invención. En los dibujos:

la figura 1 es una perspectiva, con partes en sección, de una correa síncrona construida de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista en perspectiva, con partes en sección, en forma comparativa con una correa trapezoidal en V;

la figura 3 es una vista en sección transversal longitudinal de una correa síncrona fabricada de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 4 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de una polea para una prueba de agrietamiento en frío de la correa síncrona; y

la figura 5 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de una polea para una prueba de resistencia al calor de una correa síncrona.

Descripción de las realizaciones preferidas

Con referencia a la figura 1, se muestra una correa síncrona 10 de acuerdo con una realización de la presente invención. La correa 10 incluye una parte del cuerpo de la correa principal, o sección de la superficie posterior 12, y una segunda parte adaptada para acoplarse a una polea dentada o roldana, comprendiendo la parte aquí una pluralidad de dientes 16 y unas partes planas entre surcos 18, las cuales están formadas entre dos dientes adyacentes. Al menos una sección de la superficie posterior 12 y una pluralidad de dientes 16 está hecha de un material elastomérico reforzado con fibras 40 (mostradas esquemáticamente). La forma del diente no está limitada a la mostrada en la figura 1, por lo que puede ser utilizada cualquier forma de diente adecuada para la correa síncrona, incluyendo la mostrada en la figura 3.

Una capa de tracción 20, en contacto e interpuesta entre la sección de la superficie posterior 12 y la pluralidad de dientes 16, proporciona soporte y resistencia a la correa 10. En la figura 1, la capa de tracción es de la forma al menos de una cuerda resistente a la deformación dispuesta helicoidalmente en forma continua 22, incrustada dentro del material elastomérico y alineada longitudinalmente a lo largo de la longitud de la correa 10. Se comprenderá, no obstante, que puede ser utilizado cualquier tipo de capa de tracción convencional 20. Adicionalmente, puede ser utilizado cualquier material deseado como cuera o cuerdas 22 resistentes a la deformación, tales como el algodón, rayón, nylon, poliéster, aramida, vidrio, carbono y acero. En la realización preferida de la figura 1, la capa de tracción 20 es de la forma de una pluralidad de extremos de cuerda resistentes a la deformación de fibra de vidrio, formados a partir de un par de cuerdas devanadas helicoidalmente en forma continua.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, las fibras de reforzamiento 40 están preferiblemente distribuidas a través del cuerpo de la correa, compuesto por la sección de la superficie posterior 12 y los dientes 16. Se cree que de acuerdo con la presente invención, las fibras 40 en la sección de la superficie posterior 12 ayudan a detener la propagación de las grietas en la sección de la superficie posterior; las grietas por envejecimiento en frío o con el calor pueden iniciarse en la sección de la superficie posterior hasta que la grieta encuentra el reforzamiento de las fibras 40. Se cree, por tanto, que las fibras inhiben el crecimiento de las grietas y que mejoran por tanto las prestaciones de la correa a altas y bajas temperaturas. Las fibras 40 en los dientes 16 incrementan además la resistencia al corte de los dientes, y proporcionan por tanto una capacidad para soportar cargas más altas que una correa similar fabricada sin el reforzamiento de las fibras.

Puede utilizarse el recubrimiento 24, el cual encaja íntimamente a lo largo de la pluralidad de dientes 16 y las partes planas entre surcos de la correa 10, para formar un recubrimiento de tejido de reforzamiento. Este recubrimiento puede ser de cualquier configuración deseada, tal como un tejido convencional que comprenda los hilos de la urdimbre y de la trama en cualquier ángulo deseado, o puede comprender los hilos de la urdimbre mantenidos conjuntamente mediante cuerdas recogidas por separado, o una configuración tejida o trenzada, tela elástica, tela no tejida y similares. Puede utilizarse más de una capa de tela. Pueden utilizarse telas convencionales utilizando materiales tales como algodón, poliéster, poliamida, aramida, nylon, y fibras sintéticas y mezclas de los mismos. En una realización preferida de la invención, el recubrimiento 24 comprende una tela elástica de nylon 6, 6.

La correa síncrona 10 puede ser fabricada por cualquier método adecuado de fabricación de correas dentadas de transmisión positiva. Estos incluyen el método de dientes extruídos, tal como se describe por Case en la patente de los EE.UU. número 2507852, el método de preformado de dientes según lo descrito por Geis y otros en la patente de los EE.UU. número 3250653 o el método de flujo pasante según lo descrito por Skura en la patente de los EE.UU. número 3078206.

La adición de fibras en un material elastomérico da lugar generalmente a un material que tiene una viscosidad incrementada. La patente de los EE.UU. número 4235119 de Wetzel expone que con el fin de fabricar un excelente perfil de los dientes en una correa de transmisión reforzada con fibras, y fabricada mediante el método de flujo pasante de Skura, la cuerda o cuerdas resistentes a la deformación devanadas helicoidalmente en forma continua, tienen que separarse dentro de la capa de tracción más entre sí que la separación en una correa reforzada sin fibras. Por ejemplo, una correa síncrona con un paso entre dientes de entre 8 mm y 10 mm, y al menos una cuerda de fibra de vidrio resistente a la deformación dispuesta helicoidalmente en forma continua, con un diámetro de aproximadamente 1,15 mm, utilizaría un ancho de correa estándar con una separación de las cuerdas de 18 a 20 hebras por pulgada (7 a 8 hebras/cm). Incluso cuando se fabrique una correa a partir de un compuesto de alta viscosidad, tal como un material elastomérico reforzado con fibras, puede ser necesario separar más las cuerdas devanadas helicoidalmente resistentes a la deformación, reduciendo el número de cuerdas devanadas en aproximadamente 2 hebras por pulgada (0,8 hebras/cm). La separación adicional de las cuerdas devanadas resistentes a la deformación da lugar, no obstante, a una reducción en la resistencia a la tracción de la correa. De forma inversa, en la práctica de la presente invención, se ha encontrado sorprendentemente que las cuerdas devanadas helicoidalmente resistentes a la deformación no tienen que separarse adicionalmente entre sí al utilizar el método de flujo pasante de Skura. Aunque no se espera utilizar una separación estándar de las cuerdas con un material elastomérico reforzado con fibras, la realización presente de esta invención utiliza una separación de cuerdas estándar. Esta separación de cuerdas estándar no da lugar a una reducción de la resistencia a la tracción de la correa síncrona. En una realización preferida, la correa síncrona con un paso entre dientes de entre 8 mm y 10 mm, y más preferiblemente de aproximadamente 9,5 mm y un par de cuerdas de fibra de vidrio resistentes a la deformación dispuestas helicoidalmente, con un diámetro de aproximadamente 1,15 mm utiliza una separación de cuerdas estándar de 18 a 20 hebras por pulgada (7 a 8 hebras/cm) en el ancho de la correa.

Con referencia a la figura 2 se muestra una correa trapezoidal en V 32 en forma comparativa. La correa trapezoidal en V 32 tiene una capa de compresión 14 formando la superficie de contacto de la polea, y una capa de tensión 12, formando la parte del cuerpo principal de la correa. Al menos una de la capa de tensión 12 y la capa de compresión 14 está formada por un material elastomérico reforzado con fibras según lo descrito para la correa síncrona 10 de la figura 1, para la sección de la superficie posterior 12 y la pluralidad de dientes 16 de la misma. La pluralidad de las nervaduras en forma de V 36 con las ranuras 38 definidas entre las nervaduras adyacentes 36 están formadas en la capa de compresión 14, para acomodar una polea coincidente (no mostrada). Al menos una cuerda de tracción 22 se encuentra incrustada dentro del material elastomérico, y que se extiende en sentido de la longitud de la correa trapezoidal en V de forma helicoidal continua, entre la capa de tensión 12 y la capa de compresión 14. La cuerda o cuerdas 22 de tracción están formadas por un material similar al utilizado para la cuerda o cuerdas resistentes a la deformación de la figura 1, anteriormente mencionadas.

En una realización preferida el sistema de la correa, según lo descrito en las figuras 1 y 2, incorpora como parte del cuerpo principal de la correa el material elastomérico que se describe más adelante. El material elastomérico comprende 100 partes en peso de al menos una goma de copolímero del grupo conteniendo nitrilo hidrogenado al menos parcialmente, y de aproximadamente 0,5 a 50 partes por ciento en peso de la mencionada goma de copolímero del grupo conteniendo nitrilo de un reforzamiento de fibra 40. En el contexto de la presente exposición, el término "copolímero" se utiliza para denotar un elastómero fabricado por la polimerización de dos o más monómeros distintos.

Las gomas de copolímero de nitrilo hidrogenado al menos parcialmente, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención, se encuentran expuestas por ejemplo en las siguientes tres patentes de los EE.UU.: patente de los EE.UU. número 4956417, patente de los EE.UU. numero 5013796, y patente de los EE.UU. número 5013797.

En una realización preferida, la goma de copolímero del grupo que contiene nitrilo hidrogenado al menos parcialmente es altamente saturada, y comprende (1) de aproximadamente el 5 al 40 por ciento de unidades de monómero de nitrilo insaturado, (2) de aproximadamente el 1 al 80 por ciento de unidades de al menos un segundo monómero que tiene la característica de rebajar la temperatura de transición de vidrio de la goma, (3) hasta aproximadamente el 20 por ciento de unidades de monómero de dieno conjugado, y (4) siendo la diferencia las unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado. En una realización preferida, la suma de los contenidos de las unidades de monómero (1) y (2) es de aproximadamente del 30 al 90 por ciento en peso, y la suma de los contenidos de las unidades de monómero (3) y (4) es de aproximadamente del 10 al 70 por ciento en peso.

En otra realización preferida incluso, las unidades de al menos un segundo monómero (2) anterior, se seleccionan del grupo que comprenden unidades de monómeros de esteres de ácido carboxílico insaturado exento de flúor, y unidades de monómeros de vinilo con contenido de flúor.

En una realización adicional, que utiliza un monómero de éster de ácido carboxílico insaturado exento de flúor como segundo monómero, la goma de copolímero altamente saturado del grupo con contenido de nitrilo, comprende (1) de aproximadamente el 10 al 35 por ciento de unidades de monómero de nitrilo insaturado, (2) unidades de aproximadamente el 15 al 60 por ciento de unidades de monómeros de éster de ácido carboxílico insaturado exento de flúor, (3) de hasta el 15 por ciento de unidades de monómero de dieno conjugado, y (4) siendo la diferencia unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado, en el que la suma de los contenidos de las unidades de monómero (1) y (2) es aproximadamente el 40 al 90 por ciento en peso, más preferiblemente de aproximadamente del 55 al 90 por ciento en peso, y la suma de los contenidos de las unidades de monómero (3) y (4) de aproximadamente del 10 al 60 por ciento en peso, más preferiblemente de aproximadamente el 10 al 45 por ciento en peso.

En otra realización preferida, la cual utiliza un monómero de vinilo conteniendo flúor como segundo monómero, la goma de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, comprende (1) de aproximadamente 10 al 35 por ciento de unidades de monómero de nitrilo insaturado, (2) de aproximadamente el 5 al 60 por ciento de unidades de monómero de vinilo conteniendo flúor, (3) hasta aproximadamente el 15 por ciento de unidades de monómero de dieno conjugado, y (4) siendo el resto unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado, en el que la suma de los contenidos de las unidades de monómero (1) y (2) es de aproximadamente el 40 al 90 por ciento en peso, y la suma de los contenidos de las unidades de monómeros (3) y (4) es de aproximadamente 10 al 60 por ciento en peso.

Los monómeros de nitrilo insaturados útiles en esta invención incluyen aunque sin limitación acrilonitrilo, metacrilonitrilo y \alpha-cloroacrionitrilo.

Los segundos monómeros, seleccionados a partir del grupo que comprende el monómero de éster de ácido carboxílico insaturado sin flúor, y un monómero de vinilo conteniendo flúor, incluyen aunque sin limitación, los siguientes:

(a) Monómeros de éster de ácido carboxílico sin flúor:

(i): Acrilatos de alquilo y metacrilatos que tiene de 1 a 18 átomos de carbono en el grupo alquilo, tales como acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo, n-butilo acrilato, y 2-etilohexilo acrilato.

(ii): Acrilatos de alcoxialquilo que tienen de 1 a 12 átomos de carbono en el grupo acoxialquilo, tales como el acrilato de metoximetilo, acrilato de metoxietilo, acrilato de etoxuetilo y acrilato de butoxietilo.

(iii): Acrilatos de cianoalquilo que tiene de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono en el grupo alquilo, tales como los acrilatos de \alpha- y \beta-cianoetilo, acrilatos de \alpha-, \beta- y \gamma-cianopropilo, y acrilato de cianobutilo.

(iv): Acrilatos de hidroxialquilo que tiene de 1 a 18 átomos de carbono en el grupo hidroxialquilo, tales como el acrilato de 2-hidroxietilo y acrilato de hidroxipropilo.

(v): Esteres de aminoalquilo de ácidos carboxílicos insaturados etilenicamente, teniendo de 1 a 12 átomos de carbono en el grupo aminoalquilo, tales como el acrilato de metilaminoetilo, acrilato de t-butilaminoetilo, acrilato de dimetilaminoetilo.

(vi): Esteres mono y di-alquilo de ácidos carboxílicos insaturados, teniendo de 1 a 8 átomos de carbono en el grupo alquilo, tales como maleato de monoetilo, maletato de dimetilo, fumarato de dimetilo, fumarato de dietilo, itaconato de dimetilo, iataconato de dietilo y itaconato de di-n-butilo.

(b) Monómeros de vinilo conteniendo flúor:

(i): Acrilatos de fluoralquilo y metacrilatos que tienen de 3 a 21 átomos de flúor en el grupo fluoralquilo, tales como el acrilato de trifluoretilo, acrilato de tetrafluorpropilo, acrilato de pentafluorpropilo, acrilato de octafluorpentilo, metacrilato de trifluoretilo, y metacrilato de tetrafluorpropilo.

(ii): Acrilatos de benzilo con sustitución de flúor, y metacrilatos, tales como el acrilato de fluorbencilo, acrilato de difluorbencilo, y metacrilato de fluorbencilo.

(iii): Eteres de vinilo de fluoralquilo que tiene de 1 a 8 átomos de carbono en el grupo fluoralquilo, tales como el éter de vinilo de fluoretilo, éter de vinilo de fluorpropilo, y éter de trifluormetilo.

(iv): O- y p-trifluormetiloestirenos, pentafluorbenzonato de vinilo, difluoretileno y tetrafluorentileno.

Los monómeros de dieno conjugados útiles en esta invención incluyen aunque sin limitación el 1,3-butadieno, 2,3-dimetilobutadieno, isopropeno y 1,3-pentadieno.

Ejemplos de las gomas de copolímero altamente saturado del grupo conteniendo nitrilo, preferidas en la práctica de la presente invención, se encuentran disponibles a través de Bayer, bajo el nombre comercial registrado de THERBAN, número de graduación XN535C y también a través de Nipón Zeon, bajo la marca comercial registrada de ZETPOL, números de graduación 4110, 4120, 3110 y 3120.

Para formar el material elastomérico de la presente invención, la goma de copolímero altamente saturado del grupo que contiene nitrilo, puede opcionalmente ser mezclada preferiblemente con un valor inferior al 50% en peso, más preferiblemente hasta aproximadamente el 25% en peso, y más preferiblemente con hasta aproximadamente el 10% en peso, basándose en el contenido de elastomérico total de la mezcla de un segundo material elastomérico incluyendo aunque sin limitación a los copolímeros de etileno-alfa-olefina y terpolimeros, copolímeros de butadieno de nitrilo, goma de epiclorohidrina, copolímeros de etileno-vinilo-acetato, transpolioctenamero, goma poliacrilica, polibutadieno, copolímeros de isobuteno-isopreno, copolímeros de isobuteno-isopreno halogenados, elastómeros de etileno-acrilico, goma de polisopreno (natural o sintética), goma de silicona, policloropreno, elastómeros de poliuretano, y mezclas de los mismos, para proporcionar una correa de transmisión de energía motriz, la cual tenga un excelente equilibrio de resistencia a altas temperaturas, una excelente durabilidad de la correa, y una excelente resistencia al agrietamiento a bajas temperaturas, con una rango de servio de aproximadamente -40ºC a aproximadamente 140ºC o superior.

El tipo de fibras 40 que puede utilizarse ventajosamente como reforzamiento del elastómero de la correa incluye meta-aramidas, para-aramidas, poliéster, polamida, algodón, rayón y vidrio, así como también combinaciones de los anteriores, aunque es preferible la para-amida. Las fibras pueden ser bifriladas o aplastadas, tal como es conocido en el arte, en donde es posible para un tipo de fibra dada, incrementar su área superficial, o puede ser troceadas o en la forma de una fibra cortada. Para los fines de la presente exposición, los términos "fibrilado" y "aplastado" pueden ser utilizados en forma intercambiable, para indicar la misma característica conocida, y los términos "troceado" o "cortado" se utilizaran de forma intercambiable para indicar la característica distinta conocida. Las fibras 40 preferiblemente tienen una longitud de aproximadamente 0,1 a 10 mm. Las fibras pueden ser tratadas opcionalmente según se desee, basándose en parte del tipo de fibra, para mejorar su adherencia al elastómero. Un ejemplo de un tratamiento de las fibras es cualquier Látex de Formalhehido de Resorcinol (RFL).

En una realización preferida, en la que las fibras son de la variedad cortada o troceada, las fibras 40 pueden estar formadas por una poliamida, rayón o vidrio, y tienen una relación de aspecto de "L/D" (relación de la longitud al diámetro de las fibras) preferiblemente igual a 10 o superior. Adicionalmente, las fibras tienen preferiblemente una longitud de aproximadamente 0,1 a 5 mm.

En otra realización preferida, en la que las fibras son de la variedad aplastada o fibrilada, las fibras están formadas preferiblemente por para-amidas, y tienen un área superficial específica de aproximadamente 1 m^{2}/g a aproximadamente 15 m^{2}/g, más preferiblemente de aproximadamente 3 m^{2}/g a aproximadamente 12 m^{2}/g, más preferiblemente de aproximadamente 6 m^{2}/g a aproximadamente 8 m^{2}/g; y/o una longitud media de fibras de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 5,0 mm, más preferiblemente de aproximadamente 0,3 mm a aproximadamente 3,5 mm, y más preferiblemente incluso desde aproximadamente 0,9 a aproximadamente 10,0 partes por ciento en peso de goma de nitrilo, más preferiblemente desde aproximadamente 1,0 a aproximadamente 5,0 partes por ciento en peso de goma de nitrilo, y siendo más preferible desde aproximadamente 2,0 a aproximadamente 4,0 partes por ciento en peso de goma de nitrilo. Los técnicos especializados en el arte reconocerán que con concentraciones más altas de carga de fibra, el elastómero sería modificado preferiblemente para incluir materiales adicionales, por ejemplo, plastificantes, para impedir una dureza excesiva del elastómero vulcanizado.

Las fibras pueden ser añadidas a la composición del elastómero a través de una técnica adecuada y/o convencional, tal como mediante primeramente la incorporación de fibras fibriladas en una primera composición de elastómeros adecuados, para formar un lote maestro cargado de fibras que tenga un contenido de fibras final de aproximadamente del 50% en peso, o bien cualquier otra magnitud adecuada; añadiendo posteriormente el lote maestro cargado de fibras a la composición del elastómero de la correa, para permitir la distribución adecuada de la fibra en la composición del elastómero de la correa; y formando entonces la correa con la composición del elastómero cargado de fibras de esta forma, a través de cualquier técnica adecuada y/o convencional.

Un método que facilita la orientación preferida de las fibras en la dirección longitudinal (o de desplazamiento) de la correa dentada, según lo expuesto por Skura, en la patente de los EE.UU. número 3078206, incluye las etapas de configurar el miembro de tracción dentro de un molde ranurado; configurando la goma de formación de los dientes cargada con fibras alrededor y en forma adyacente al miembro de tracción dentro del molde; aplicando un calor y presión suficientes para forzar la composición del elastómero a través del miembro de tracción, y dentro de las ranuras del molde para formar los dientes de la correa; y extrayendo posteriormente la correa del molde. Cuando se utilice una camisa de dientes de tela, dicha camisa deberá ser interpuesta entre el miembro de tracción y la superficie del molde que contenga las ranuras, y posteriormente siguiendo las etapas según se han descrito anteriormente.

Las fibras 40 pueden estar dispersadas aleatoriamente a través de la totalidad del material elastomérico en la correa de transmisión de energía motriz. Es posible también, y siendo preferible para las correas dentadas fabricadas de acuerdo con la presente invención, que las fibras 40 estén orientadas a través de la totalidad del material elastomérico en la correa de transmisión de energía motriz, según se muestra por ejemplo en la figura 3. Tal como se muestra en la realización preferida de la figura 3, las fibras 40 en la superficie posterior 12 están orientadas longitudinalmente, es decir, en la dirección de desplazamiento de la correa, generalmente paralela a la cuerda o cuerdas 22 resistentes a la deformación. Esta característica es obtenible fácilmente para formar la correa de acuerdo con el método de flujo pasante de Skura, anteriormente descrito y que se describe con detalle más adelante.

Las fibras 40 en los dientes 16 están orientadas también preferiblemente en forma longitudinal, a través de la sección transversal de los dientes. Pero las fibras 40 en los dientes 16 no son todas paralelas a las cuerdas resistentes a la deformación 22; las fibras 40 en los dientes están configuradas longitudinalmente, siguiendo no obstante la dirección del flujo del material elastomérico durante la formación de los dientes al ser formados de acuerdo con el método de flujo pasante de la correa. Esto da lugar a que las fibras 40 estén orientadas en los dientes de la correa 16 según un patrón longitudinal generalmente sinusoidal, el cual coincide con el perfil de los dientes 16. Tal como se muestra además en la figura 3, al formarse de acuerdo con el método de flujo pasante de Skura, al menos una parte de las fibras en la sección de la superficie posterior 12 de la correa en el área opuesta, cualquier diente dado 16 puede también puede descender ligeramente para formar una configuración ligeramente curvilínea. Esto es una consecuencia de que las fibras siguen la dirección del flujo del elastómero durante la formación de los dientes, y no se ha encontrado nada que afecte negativamente al rendimiento de la correa.

Al orientarse en esta configuración preferida, de forma que dicha dirección de las fibras sea generalmente en la dirección del desplazamiento de la correa dentada, se ha encontrado que las fibras 40 situadas en la sección 12 de la superficie posterior de la correa, inhiben la propagación de grietas en la superficie posterior de la correa, particularmente las provocadas por el funcionamiento en una temperatura excesivamente alta o baja, lo cual por otra arte se propaga generalmente en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento de la correa. No obstante, se comprenderá que las fibras 40 no necesitan estar orientadas en una dirección o direcciones distintas a las mostradas.

Aunque la presente invención se muestra con referencia a las realizaciones mostradas en las figuras 1 y 3, se comprenderá que la presente invención no está limitada a estas realizaciones o formas en particular, sino que más bien es aplicable a cualquier construcción de la aplicación dinámica dentro del alcance de las reivindicaciones según lo definido más adelante.

La composición de la goma de copolímero conteniendo el grupo nitrilo que es útil en la presente invención, puede ser vulcanizada con azufre, peróxido orgánico, o bien otro material de activación exento de radicales libres. El material elastomérico puede ser también vulcanizado en un sistema mixto de vulcanización, utilizando una combinación de azufre, un peróxido orgánico o bien otro material de activación exento de radicales. En una realización preferida de la presente invención, la goma de copolímero altamente saturado del grupo que contiene nitrilos se vulcaniza con azufre. Los posibles donadores de azufre, aunque sin limitación, incluyen el disulfuro de tetra-metilo-tiurama, disulfuro de tetra-etilo-tiurama, disulfuro de tiurama dipentametileno, tetrasulfuro de tiruama dipentametileno, hexasulfuro de tiurama dipentametileno, di-tio-caprolactam y 2-(4-morfolinilo di-tio-benzotiazole. Se cree que si la goma de nitrilo se vulcaniza con un peroxido orgánico y se refuerza con fibra de acuerdo con la presente invención, la resistencia a alta temperatura de la correa de transmisión de energía motriz serían incluso más alta que una goma similar vulcanizada con azufre, y alcanzaría potencialmente temperaturas operativas de pico de 160º a 165ºC o superiores.

Pueden añadirse otros aditivos elastoméricos convencionales, aceites de procesamiento, antioxidantes, ceras, pigmentos, plastificadores, ablandadores y similares, de acuerdo con la práctica común del proceso de gomas sin desviarse de la presente invención. Por ejemplo, en una realización preferida de la presente invención, el material elastomérico contiene también negro de carbón, un plastificador preferiblemente en la cantidad de hasta aproximadamente de 20 partes por ciento en peso de elastómero, antioxidantes, aceleradores de vulcanizado y retardadores de vulcanización.

Ejemplos comparativos

Ejemplos 1-12

Las correas síncronas fueron fabricadas mediante el método de flujo pasante expuesto por Skura en la patente de los EE.UU. número 3078206, y formadas substancialmente de acuerdo con la ilustración mostrada en la

\hbox{figura 1.}

Las correas fueron fabricadas a partir de un copolímero ABR (conteniendo solamente dos polímeros), con y sin reforzamiento de fibras, en dos niveles de negro de carbón distintos (Ejemplos comparativos 1 3 y muestras

\hbox{2 y 4).}

Se preparó otro grupo de correas a partir de la goma de copolímeros altamente saturados conteniendo el grupo nitrilo, conteniendo al menos un tercer monómero incorporando la característica de disminución de la temperatura de transición del vidrio de la goma tal como se ha descrito anteriormente, la cual fue vulcanizada con azufre, con y sin reforzamiento de fibras, en tres niveles distintos de reforzamiento de negro de carbón (Muestras comparativas 5, 7 y 9 y muestras 6, 8 y 10). Finalmente, se preparó un tercer grupo de correas a partir de la misma goma de copolímeros altamente saturados conteniendo el grupo nitrilo, conteniendo el monómero adicional, anteriormente descrita, la cual se vulcanizó con peróxido, con y sin reforzamiento de fibra, a un único nivel de reforzamiento de negro de carbón (Muestras comparativas 11 y 12).

El reforzamiento de fibra utilizado en las muestras numeradas pares que se muestran para ilustrar las realizaciones de la presente invención fue una goma de 3,0 partes en peso por 100 partes de una fibra o pulpa fibrilada de para-aramida, teniendo la designación química de tereftalamida de poliparafenileno, disponible a través de la marca registrada TWARON, de la compañía conocida anteriormente como Akzo Chemical (actualmente Twaron Products).

Cada correa fue caracterizada por una anchura de aproximadamente 19 mm, con 97 dientes, y un paso de dientes de aproximadamente 9,5 mm (3/8 de pulgada). La capa de tracción en cada caso comprendió un par de cuerdas de fibra de vidrio, con un diámetro de aproximadamente 1,15 mm y 2,0 vueltas por pulgada (0,45 a 0,79 vueltas/cm), separadas aproximadamente en un ancho de correa con 18 a 20 hebras por pulgada (7 a 8 hebras/cm).

La tabla 1 muestra las formulaciones de las gomas utilizadas en las muestras de las correas y en las muestras comparativos 1-12. Las formulaciones se mezclaron en un mezclador B-Banbury, con un volumen interno de 1,7 litros. La mezcla se llevó a cabo con aproximadamente 40 r.p.m. Los lotes fueron procesados como tres mezclas de pasada. En la primera pasada todos los ingredientes excepto los agentes vulcanizantes, aceleradores y retardadores fueron añadidos al mezclador B-Banbury, mezclándose durante 4 minutos con una temperatura máxima de 140ºC. En la segunda pasada, el lote fue remezclado durante aproximadamente 2 minutos más, o hasta que la temperatura alcanzó 140ºC. En la tercera pasada, los ingredientes restantes fueron añadidos hasta que la temperatura del lote alcanzó 100ºC. Después de cada pasada, el lote se enfrió en un molino de dos rodillos. Las correas fueron entonces fabricadas por el método de flujo pasante para las formulaciones que se muestran en la Tabla 1.

1

Además de los materiales listados en la Tabla 1, cada formulación incluyó el oxido de cinc, ácido esteárico, y una combinación de antidegradantes, vulcanizadores y aceleradores de vulcanizado y retardadores de vulcanizado, con valores de cada uno de acuerdo con los utilizados convencionalmente en las composiciones elastoméricas para dichas aplicaciones. Las muestras comparativas 1-9 y las muestras 2-10 fueron vulcanizadas con azufre, y la muestra comparativa 11 y la muestra 12 fueron vulcanizadas con peróxido.

Se ejecutaron varias pruebas en las correas síncronas listadas en la Tabla 1. Estas pruebas incluyeron una prueba de agrietamiento en frío, y una prueba de resistencia en caliente. Los resultados de estas pruebas pueden encontrarse en la Tabla 2.

La prueba de agrietamiento en frío se muestra en la figura 4. En la prueba de agrietamiento en frío, una correa síncrona fue puesta en funcionamiento en una polea de transmisión 50 con 19 ranuras, dos poleas accionadas 52 y 54, 19 ranuras y 20 ranuras respectivamente, dos poleas locas posteriores 56 (con un diámetro de 50 mm) y un tensor 58. Se aplicó una tensión de 200 N con el tensador 58 mediante un peso colgante. La polea de transmisión 50 se hizo girar a 720 rpm durante 1 minuto, y dejándola estacionaria durante 59 minutos. Esto se repitió durante 10 ó 50 horas (dependiendo de la prueba en particular), y la correa síncrona fue después inspeccionada para comprobar la existencia de grietas en la sección de la superficie posterior. En caso de no ser visibles las grietas en la sección de la superficie posterior de la correa síncrona, la temperatura de la prueba se redujo en 5ºC en la prueba de 10 horas, o en 2ºC en la prueba de 50 horas, y repitiéndose la prueba en una muestra nueva de la correa. En caso de ser visibles las grietas en la sección de la superficie posterior de la correa síncrona, la temperatura de la prueba se incrementó en 5ºC en la prueba de 10 horas, o en 2ºC en la prueba de 50 horas, y repitiéndose la prueba en una muestra nueva de la correa. Se registró la temperatura más baja a la cual se produjo una o más grietas en la sección de la superficie posterior de la correa síncrona, y una descripción cualitativa del tipo y/o el numero de grietas formadas a dicha temperatura. Las pruebas de baja temperatura fueron ejecutadas en dos piezas del equipo de prueba, designadas en la tabla siguiente como "L" y "R". Para las pruebas a baja temperatura, en el primer signo de agrietamiento de una correa en particular a una temperatura en particular, la prueba fue terminada en ambas piezas del equipo, y anotándose la temperatura.

Aunque la prueba de temperaturas bajas de 10 horas se cree que se acerca en forma aproximada a las condiciones a las cuales podría esperarse en la correa síncrona de automóviles para el funcionamiento en climas muy fríos, se cree que los valores reflejados dentro del rango operativo de las correas probadas y la prueba de baja temperatura de 50 horas es una prueba rigurosa y acelerada en forma intensiva.

La prueba de resistencia al calor (es decir, el envejecimiento a alta temperatura) se muestra en la figura 5. En la configuración de la prueba de resistencia al calor, una polea motriz 60 con 19 ranuras se hizo girar a aproximadamente 8000 rpm. La configuración incluyó también una polea accionada 62, con 38 ranuras y un tensor 64. El tensor 64 tenía un diámetro de 50 mm; aplicándose una tensión de 220 N mediante un peso colgante. La configuración de la prueba en la figura 5 ejecutada con una correa síncrona se hizo funcionar en una caja caliente con una temperatura del aire controlada a 140ºC. Se registro el tiempo transcurrido hasta producirse un fallo por corte de un diente o por grietas visibles en la sección de la superficie posterior de la correa síncrona.

2

Para pruebas en frío: <significa la no existencia de grietas, </= significa una o dos grietas; \geq significa muchas grietas, > significa muchas grietas grandes, en caso contrario fueron observadas solo unas pocas grietas pequeñas.

La Tabla 2 muestra que el modulo, o la rigidez, así como también la resistencia al calor para 140ºC de cada muestra, mejora considerablemente con la adición del refuerzo de la fibra de p-aramida para una composición dada del elastómero, tal como se esperaba. Esta tendencia se observa en las muestras 2 y 4 del copolímero de goma de butadieno-nitrilo hidrogenado (incorporando solamente dos monómeros), y en las muestras comparativas 1 y 3 y en las muestras 6, 8 10 y 12 de la goma de copolímeros altamente saturados conteniendo el grupo nitrilo, y en las muestras comparativas 5, 7, 9 y 11 en la Tabla 2. En cada uno de los pares 1 y 2, 3 y 4, 5 y 6, 7 y 8, 9 y 10, y 11 y 12, se observa un alto módulo y una alta resistencia a altas temperaturas en la correa de la muestra conteniendo fibra de números pares.

La Tabla 2 muestra también un resultado no esperado de la resistencia incrementada a bajas temperaturas con la adición de fibra. Esta tendencia se observa en las correas basadas en copolímeros ABR, en donde el copolímero contiene solo dos monómeros y en las correas basadas en copolímeros altamente saturados conteniendo el grupo nitrilo, en donde el copolímero incluye un monómero adicional que contiene la característica de rebajar la temperatura de transición del vidrio de la goma. Las correas fabricadas a partir del copolímero ABR sin reforzamiento de fibra, muestras comparativas 1 y 3, se agrietaron a -26ºC en la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas, (pieza del segundo equipo), mientras que las muestras de la correa fabricadas a partir del copolímero HNBR con 3 partes en peso de reforzamiento de fibra de p-aramida por ciento del polímero, muestras 2 y 4, no mostraron grietas o dos grietas respectivamente a 26ºC en la prueba de grietas en frío de 50 horas (pieza del segundo equipo). Así pues, la adición del reforzamiento de fibra en el copolímero HNBR permitió que las muestras de la correa mostraran un rendimiento superior a la baja temperatura de -26ºC.

Las muestras de goma de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, conteniendo al menos un monómero que tiene la característica de hacer descender la temperatura de transición del vidrio de la goma, mostró también la tendencia no esperada de la mejora a bajas temperaturas con la adición del reforzamiento de fibra. En los resultados de la prueba de agrietamiento en frío de 10 horas que se muestran en la figura 2, se puede observar que la correa fabricada con esta goma sin fibra de polímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, muestra comparativa 5, mostró muchas grietas a -40ºC en la prueba de agrietamiento en frío de 10 horas, mientras que la correa fabricada a partir de la misma goma con reforzamiento de fibra de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, no se agrietó a -40ºC. Se observaron resultados similares en la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas para la muestra comparativa 5 y la muestra 6. Para las correas verificadas en la pieza del primer equipo, se observaron una o dos pequeñas grietas en la muestra conteniendo la fibra, mientras que se observaron más grietas en la muestra sin contenido de la fibra.

Se observaron resultados similares con una carga baja de negro de carbón, por ejemplo, en la muestra comparativa 9 y en la muestra 10, en la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas (pieza del segundo equipo). La muestra comparativa 9, una correa fabricada a partir de goma de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo (conteniendo los monómeros de descenso de la temperatura de la transición de vidrio) sin fibra, mostró una o dos grietas a -36ºC en la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas; en la muestra 10, una correa idéntica a la formulación de la muestra comparativa 9, excepto por la adición de 3 partes en peso de reforzamiento de fibra de p-aramida fibrilada por ciento de polímero, no se mostró ninguna grieta a -36ºC.

Mediante la comparación de los puntos de datos de las pruebas de agrietamiento en frío para un tipo dado de elastómero, a una nivel dado de negro de carbón, en una única pieza del equipo, con carga o sin carga de fibra, se encuentra que en cada caso, la adición de la carga de fibra dio lugar a la mejora o al mantenimiento de la resistencia al agrietamiento a bajas temperaturas del elastómero de la correa, en comparación con los ejemplos sin carga de fibra. Así pues, por ejemplo, la muestra comparativa 5 y 6 bajo la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas, la pieza del primer equipo ("L"), la muestra 5, mostró una mejora en la resistencia al agrietamiento a baja temperatura. Se muestra una mejora o el mantenimiento de la capacidad a bajas temperaturas en cada uno de los así definidos par de muestras y de las muestras comparativas.

Se observará que al revisar estos datos, se encontró que los datos recogidos en la pieza del segundo equipo (designada "R") mostraron un grado más alto de diferencia entre los ejemplos con carga de fibra y los ejemplos sin carga de fibra. Aunque la razón de esta diferencia no se conoce actualmente, se cree que la presente invención proporciona no obstante una mejora significativa en el rendimiento a baja temperatura en comparación con las configuraciones del arte previo.

Adicionalmente, se muestra una característica ventajosa adicional de la presente invención perteneciente al copolímero conteniendo el grupo nitrilo preferido, en una comparación de los resultados de las pruebas de alta temperatura de la muestra comparativa 3, muestras comparativa 7 y 8. Cada muestra contiene la misma cantidad de relleno de negro de carbón (es decir, 55 phr). Las muestras comparativas 7 y 8 no obstante incluyen partes del elastómero que comprenden una goma de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, preferida en la practica de la presente invención, y que incluye un monómero que tiene la característica de rebajar la temperatura de transición del vidrio de la goma, mientras que la muestra comparativa 3 se forma con una goma de nitrilo-butadieno hidrogenado más convencional, que tiene propiedades de baja temperatura inferiores a la goma preferida. (Véase por ejemplo los resultados de la prueba de agrietamiento en frío de 50 horas, en la Tabla 2). En particular, en los ejemplos sin carga de fibra, las propiedades de resistencia al calor de la muestra formada por la goma de nitro-butadieno hidrogenado (muestra comparativa 3) superó a la muestra formada por dicha goma de nitrilo mostrando una capacidad mejora a las bajas temperaturas (muestra comparativa 7). Los resultados de la prueba de baja y alta temperatura para la muestra 8 reflejan no obstante un equilibrio óptimo de capacidad ante la baja y alta temperatura. Se ha encontrado que mediante la incorporación de fibra en las partes elastoméricas del copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo de una correa de acuerdo con la presente invención, y particularmente en la zona de la superficie posterior de la misma, se puede obtener una correa que tenga un equilibrio excelente de durabilidad y de resistencia a las bajas y altas temperaturas, teniendo un rango operativo desde aproximadamente -40ºC hasta al menos aproximadamente 140ºC.

La mejora en las propiedades de bajas y altas temperaturas de la correa de transmisión de energía motriz de la presente invención es atribuible a la incorporación en su parte del cuerpo de la correa principal, de un material elastomérico que comprende 100 partes en peso de una goma de nitrilo hidrogenado, al menos parcialmente, y aproximadamente de 0,5 a aproximadamente 50 partes por cien en peso de la misma mencionada goma de copolímero de nitrilo de un refuerzo de fibra. La goma de nitrilo es preferiblemente una goma de copolímero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo, que comprende (1) de aproximadamente 5 al 40 por ciento de unidades monómeros de nitrilo insaturados, (2) de aproximadamente el 1 al 80 por ciento de unidades al menos de un segundo mónomero, el cual tiene la característica de rebajar la temperatura de transición de vidrio de la goma, y el cual se selecciona preferiblemente a partir del grupo que comprende unidades de monómero de ester de ácido carboxílico insaturado exento de flúor, y de unidades de monómero de vinilo conteniendo flúor, (3) hasta aproximadamente el 20% de unidades de monómero de dieno conjugado y (4) siendo la diferencia unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado, en que la suma de contenidos de las unidades de monómeros (1) y (2) es de aproximadamente del 30 al 90 por ciento en peso, y la suma de los contenidos de las unidades de monómeros (3) y (4) es de aproximadamente del 10 al 70 por ciento en peso. El uso del refuerzo de fibra en la goma de copolimero altamente saturado conteniendo el grupo nitrilo se ha encontrado inesperadamente que proporciona una substancial resistencia mejorada al agrietamiento a baja temperatura, mejorando al mismo tiempo la resistencia a las altas temperaturas de la correa.

En una realización preferida de la presente invención, el reforzamiento de fibra se selecciona de forma tal que tenga un rango de temperaturas operacional desde aproximadamente -40ºC hasta al menos aproximadamente 140ºC. Es decir, la correa tiene preferiblemente una temperatura de fallo en la prueba de agrietamiento en frío a las 10 horas tal como se ha definido anteriormente inferior a -30ºC, más preferiblemente inferior a -35ºC, y más preferiblemente incluso inferior a -40ºC. Preferiblemente, la correa tiene una temperatura de fallo en la prueba de agrietamiento en frío a las 50 horas, tal como se ha definido anteriormente inferior a 30ºC, más preferiblemente inferior a -32ºC y más preferiblemente incluso inferior a -35ºC. La correa tiene preferiblemente un periodo de tiempo transcurrido hasta un fallo en la prueba de resistencia al calor a 140ºC tal como se ha definido anteriormente de al menos 250 horas, más preferiblemente al menos de 400 horas, y más preferiblemente incluso al menos a las 500 horas.

Aunque la presente invención ha sido expuesta con detalle para el fin de la ilustración, se comprenderá que dicha exposición con detalle es solamente para dicho fin, y que pueden efectuarse variaciones en la misma por los técnicos especializados en el arte sin desviarse del espíritu o alcance de la presente invención, excepto en que lo que pueda estar limitado por las reivindicaciones. La invención aquí expuesta puede ser puesta en práctica adecuadamente en la ausencia de cualquier elemento no expuesto aquí específicamente.

Claims

1. Una correa dentada de transmisión de energía motriz (10) adecuada para el funcionamiento a temperaturas inferiores a aproximadamente -30ºC, y adaptada para acoplarse a una polea, que comprende una parte de cuerpo de la correa principal (12), una parte de contacto de la polea (16, 18) integral con la mencionada parte del cuerpo, medios de tracción (20) dispuestos en la mencionada parte del cuerpo, en la que al menos una parte de la mencionada parte del cuerpo principal y la mencionada parte de contacto de la polea comprende una composición elastomérica que comprende 100 partes en peso de al menos una goma de copolímero conteniendo el grupo nitrilo parcialmente hidrogenado; y caracterizada porque la mencionada goma de copolímero comprende:

(a): aproximadamente del 5 al 40 por ciento de unidades de monómero de nitrilo insaturado;

(b): aproximadamente del 1 al 80 por ciento de unidades de al menos un monómero que tiene la característica de rebajar la temperatura de transición del vidrio de la mencionada goma;

(c): hasta aproximadamente el 20 por ciento de unidades de monómero de dieno conjugado; y

(d): siendo la diferencia unidades de monómero de dieno conjugado hidrogenado;

y porque la mencionada composición elastomérica comprende además de aproximadamente 0,5 a 50 partes por ciento en peso de la mencionada goma de un refuerzo de fibra seleccionada a partir del grupo que comprende fibras troceadas o fibriladas.

2. La correa de la reivindicación 1, en la que el contenido de las unidades de monómero (a) y (b) es de aproximadamente el 30 al 90 por ciento en peso, y la suma del contenido de las unidades de monómero (c) y (d) es de aproximadamente el 10 al 70 por ciento en peso.

3. La correa de la reivindicación 1, en la que al menos un monómero que tiene la característica de rebajar la temperatura de transición del vidrio de la mencionada goma es el seleccionado a partir del grupo que comprende unidades de monómero de éster de ácido carboxílico insaturado, y de unidades de monómero de vinilo conteniendo flúor.

4. La correa de la reivindicación 1 en la que las mencionadas fibras están troceadas y tienen una relación de aspecto de al menos 10, y una longitud de aproximadamente 0,1 a 5 mm.

5. La correa de la reivindicación 1, en la que las mencionadas fibras son fibriladas y teniendo al menos un área de superficie media de aproximadamente 3 m^{2}/g a aproximadamente 15 m^{2}/g, y una longitud de fibra promedio de aproximadamente 0,3 mm a 3,5 mm.

6. La correa de la reivindicación 1, en la que las mencionadas fibras están formadas por un material seleccionado a partir del grupo que comprende para-amidas; meta-aramidas; poliéster; poliamida; algodón; rayón; vidrio y combinaciones de dos o más de los materiales anteriores.

7. La correa de la reivindicación 1, en la que la goma es una goma seleccionada a partir del grupo que comprende los materiales disponibles bajo las referencias THERBAN XN535C; ZETPOL 4110; ZETPOL 4120; ZETPOL 3110 y ZETPOL 3120.

8. La correa de la reivindicación 1, en la que la goma está vulcanizada utilizando un agente seleccionado a partir del grupo que comprende: azufre, peróxido orgánico, otros vulcanizadores que generan radicales libres, y combinaciones de dos o más de los anteriores.

9. La correa de la reivindicación 6 en la que la mencionada composición elastomérica comprende de aproximadamente 0,5 a 20 partes por ciento en peso de la mencionada goma de la mencionada fibra fibrilada de para-amida, y al menos una parte de las mencionadas fibras se encuentra situada en la mencionada parte del cuerpo de la correa principal, y estando orientadas en la dirección longitudinal de la correa, mostrando la mencionada correa dentada una resistencia al agrietamiento a baja temperatura para las temperaturas inferiores a aproximadamente -35ºC.

10. La correa de la reivindicación 9, en la que la mencionada composición elastomérica comprende desde aproximadamente 1,0 a 5,0 partes por ciento en peso del mencionado elastómero de la mencionada fibra fibrilada de para-amida, teniendo al menos un área superficial promedio de aproximadamente 3 m^{2}/g a 12 m^{2}/g, y una longitud promedio de fibras de aproximadamente 0,5 mm a 2,0 mm.

11. La correa de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en la que la composición elastomérica mencionada comprende además un plastificante en una cantidad de aproximadamente 2 a 20 partes por ciento en peso de goma.

12. Un sistema de correa de transmisión que comprende la correa de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 engranada alrededor de al menos una polea motriz y al menos una polea accionada.

13. Un método de formación de una correa dentada de transmisión de energía motriz que tiene una alta resistencia a la temperatura de aproximadamente 140ºC y resistente al agrietamiento a baja temperatura de aproximadamente -40ºC, estando adaptada la correa para acoplarse a una polea, y comprendiendo una sección de superficie posterior, una parte de contacto con la polea dentada integral con la mencionada sección de la superficie posterior, un miembro de tracción dispuesto entre la mencionada sección de la superficie posterior y la mencionada parte dentada, en el que al menos una sección de la mencionada sección de la superficie posterior y la mencionada parte dentada está formada por una composición elastomérica, comprendiendo el método las etapas de:

(a): formación de la mencionada composición del elastómero de formación de los dientes;

(b): configurar el mencionado miembro de tracción dentro de un molde formación de los dientes ranurados;

(c): configurar la mencionada composición del elastómero de formación de los dientes alrededor y adyacente al mencionado miembro de tracción dentro del mencionado molde;

(d): aplicar un calor y presión suficientes para forzar la mencionada composición elastomérica a través del mencionado miembro de tracción y dentro de las ranuras del mencionado molde; y

(e): extraer la mencionada correa así formada del mencionado molde;

y caracterizado por que el mencionado método comprende las etapas de formación de la mencionada composición del elastómero a partir de 100 partes en peso de al menos una goma de copolímero conteniendo el grupo nitrilo hidrogenado al menos parcialmente, y añadiendo un refuerzo de fibra en una cantidad de aproximadamente 0,5 a 50 partes por ciento en peso del elastómero, a la mencionada composición del elastómero, formando mientras tanto la mencionada composición del elastómero.

14. El método de la reivindicación 13, comprendiendo además la etapa de mezclar la mencionada goma de copolímero conteniendo el grupo nitrilo hidrogenado al menos parcialmente con hasta el 25% en peso, basándose en el contenido total de elastómero de la mencionada composición, de un segundo material elastomérico seleccionado a partir del grupo que comprende: etileno-alfa-olefina y terpolimeros; copolímeros de butadieno de nitrilo; goma de epiclorohidrina; copolímeros de etileno-vinilo-acetato; transpolioctenamero; goma poliacrilica, polibutadieno; copolímeros de isobuteno-isopreno; copolímeros de isobuteno-isopreno halogenados; elastómeros de etileno-acrilico; goma de polisopreno (natural o sintética); goma de silicona; policloropreno; elastómeros de poliuretano; y combinaciones de dos o más compuestos anteriores, para formar la mencionada composición del elastómero.