ES2228838T3

ES2228838T3 - Correa de transmision con un cordon con al menos dos hilos fusionados.

Info

Publication number: ES2228838T3
Application number: ES01919278T
Authority: ES
Inventors: Jan Van Campen
Original assignee: Teijin Twaron GmbH
Current assignee: Teijin Aramid GmbH
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: DE60105769D1; DE60105769T2; US20030152757A1; ATE277210T1; EP1257700A1; CA2399693C; AU2001246431A1; KR20020073591A; KR100682294B1; EP1257700B1; MXPA02006416A; US6921572B2; HK1050224A1; CN1164816C; CN1394245A; WO2001061091A1; CA2399693A1

Abstract

Una correa de transmisión que comprende un cordón, una matriz de caucho o termoplástica, y un material de adhesión que es capaz de adherir el cordón al caucho o la matriz termoplástica, caracterizada porque el cordón está hecho de, al menos, dos hilos, siendo el primero un hilo con un punto de fusión o de descomposición T1, y siendo el segundo un hilo con un punto de fusión T2, donde T1>T2 y la relación de la densidad lineal del primer hilo a la densidad lineal del segundo hilo está entre 1.000:1 y 1:1, en el que el segundo hilo está fundido con el primer hilo.

Description

Correa de transmisión con un cordón con al menos dos hilos fusionados.

La invención se refiere a una correa de transmisión que comprende un cordón con al menos, dos hilos fusionados; a un método para fabricar el cordón y a un método para fabricar la correa de transmisión.

Los cordones para reforzar artículos de caucho se conocen en la técnica. Un cordón para este propósito que comprende al menos un hilo de alto módulo y, al menos, un hilo de bajo módulo se describe en el documento de patente WO 97/06297. Los hilos de estos cordones se pueden enroscar juntos y se pueden impregnar con un material adhesivo de caucho. El hilo de bajo módulo se añade primordialmente como un adyuvante de procesamiento para permitir que hilos de alto módulo se usen en procesos de curado en molde. Mediante este método se pueden producir correas de transmisión; sin embargo, durante el procesamiento de dichas correas las propiedades mecánicas del cordón tienden a deteriorarse.

Una alta cohesión de haz es esencial para evitar el deshilachado cuando las correas adquieren su forma final mientras se recortan de una plancha de material compuesto de caucho. Para producir un corte limpio, todos los filamentos en el haz de hilos tienen que asegurarse firmemente juntos en el plano de corte. Si no se mantienen en su lugar, la fuerza de corte aplicada puede mover filamentos fuera del plano de corte, ocasionando que los filamentos sean cortados a diferentes longitudes (el efecto denominado "deshilachado"). Para alcanzar los estándares de calidad de la industria de las correas, el deshilachado debe mantenerse en un mínimo absoluto, no solamente por razones ópticas sino también, para prevenir un posible inicio de fallo. Por esta razón, usualmente tanto los cordones de aramida como los de poliéster se preimpregnan con un preimpregnante de MDI (difenilmetano 4,4-diisocianato) en base disolvente para obtener alta coherencia entre los filamentos. La preimpregnación con MDI produce como resultado un cordón bastante rígido con un excelente comportamiento al corte, aunque a costa de una pobre eficiencia en cuanto a la resistencia después del proceso de impregnación (pérdida del 10 al 20% de la resistencia comparado con la "impregnación suave" estándar). Además, se encontró que los cordones de p-aramida con impregnación rígida sufrían una severa pérdida de resistencia después de su manipulado y mecanización. Esta pérdida de resistencia es proporcional a la rigidez (esto es, al grado de impregnación) y está inducida presumiblemente por bandas de pliegue durante el retorcido de los cordones de aramida rígidos. Este fenómeno que ocasiona pérdida de resistencia durante el manipulado o el procesado de los cordones con impregnación rígida se denomina "resistencia al manejo" o "manejabilidad".

Es un objetivo de la presente invención fabricar correas de transmisión utilizando cordones con alta cohesión de haz, que tengan alta eficiencia en cuanto a su resistencia y buena adhesión mientras que mantienen buena resistencia al manejo. Esto es particularmente importante para un buen comportamiento al corte durante la fabricación de correas de transmisión de borde abierto.

La invención se refiere a una correa de transmisión que comprende un cordón, una matriz de caucho o termoplástica y un material de adhesión que es capaz de adherir el cordón a la matriz de caucho o termoplástica, caracterizada por que el cordón está hecho de al menos, dos hilos, siendo el primero un hilo con un punto de fusión o descomposición T_{1}, y siendo el segundo un hilo con un punto de fusión T_{2}, en el que T_{1}>T_{2} y la relación de la densidad lineal del primer hilo a la densidad lineal del segundo hilo está entre 1.000:1 y 1:1, en el que el segundo hilo está fusionado con el primer hilo.

Preferiblemente, la relación de la densidad lineal del primer hilo a la densidad lineal del segundo hilo está entre 100:1 y 4:1, y más preferiblemente entre 35:1 a 15:1.

Para su uso en correas de transmisión, el cordón de la presente invención debe contener un material de adhesión de matriz termoplástica o de caucho. Ejemplos del mismo son el caucho de cloropreno (CR), caucho de acrilonitrilo butadieno hidrogenado (HNBR), polietileno clorosulfonatado alquilado (ACSM), caucho de etilen propilendieno (EPDM), poliuretano (PU).

Para asegurar que en la correa de transmisión hay una buena adhesión de los cordones al material matriz de la correa, se requiere recubrir los cordones con un adhesivo. Por lo tanto, los cordones se tratan con un sistema adhesivo antes de ponerlos en contacto con el material matriz. Preferiblemente, los cordones están provistos con un primer recubrimiento adhesivo antes de que sean tratados con la caucho o el material adhesivo de matriz termoplástica.

Primeros adhesivos altamente apropiados incluyen compuestos epoxídicos, metil difenil diisocianato polimérico (por ejemplo, Voranate® de DOW), y poliuretanos que tengan grupos iónicos.

El sistema adhesivo también ofrece varias opciones. Altamente apropiados para el uso en el caso de, por ejemplo poli(para-fenilen tereftalamida) son un sistema resorcinol/formaldehído/látex (RFL) y Chemosil® (de Henkel). En el caso de, por ejemplo, vidrio, se puede hacer uso de un compuesto de silano.

Los materiales de adhesión de caucho preferidos son aquellos basados en sistemas de resorcinol/formaldehído/látex.

El cordón es particularmente apropiado para su uso en correas de transmisión de borde abierto, aunque si el tratamiento con la caucho de adhesión se omite, el cordón obtenido también es apropiado para usar en otras aplicaciones donde se desee alta cohesión de haz, tales como en cuerdas, cables, mangueras de riego y similares.

Materiales altamente apropiados para hilos con puntos de fusión o descomposición (T_{1}) relativamente altos incluyen poliamidas aromáticas (aramida), tales como poli(para-fenilen tereftalamida). A lo largo de los años, estos materiales han resultado especialmente apropiados para usar en materiales compuestos. La aramida es empleada frecuentemente en materiales compuestos con una matriz de caucho entre otras. Otros ejemplos de materiales apropiados son los poliésteres.

Como materiales apropiados para hilos con puntos de fusión (T_{2}) relativamente bajos, se pueden mencionar poliésteres, poliamidas, poliolefinas, elastodienos, elastanos, vulcanizados termoplásticos y clorofibras.

Algunos de estos materiales se han utilizado en materiales compuestos tales como neumáticos y correas de transmisión durante muchos años. Otros ejemplos de materiales apropiados son poliolefinas, celulosa, acetato, material acrílico y vinilo. El hilo preferido para aplicación en correa de transmisión es hilo de Perlón 13-96 dtex (PA6 POY, punto de fusión \pm 220ºC).

El método de fabricación del cordón de esta invención comprende las etapas de entretejido del primer y el segundo hilos y a continuación, calentar el cordón entretejido a una temperatura entre T_{1} y T_{2}, donde la etapa de calentamiento está integrada con o seguida de una etapa en la que el cordón se somete a un tratamiento de impregnación con un material de adhesión de caucho.

La etapa de calentamiento se lleva a cabo para fijar los primeros haces de hilos mediante fusión del segundo hilo. Los filamentos fundidos abrazan las hebras individuales, entrelazando, de ese modo, los filamentos y manteniéndolos en la posición para incrementar su facilidad para ser cortados.

El tratamiento de impregnación para preparar el cordón para una buena adhesión a la matriz termoplástica o de caucho es un proceso bien conocido. Dependiendo del hilo del cordón básico, se puede utilizar un proceso sencillo o en dos baños.

Por razones técnicas y económicas, la etapa de fijación (calentamiento) tiene lugar idealmente durante el proceso de impregnación. Seleccionando un adhesivo termoplástico con un punto de fusión dentro del rango de temperaturas utilizado para el tratamiento de impregnación, la unión por calor se puede combinar con etapas de impregnación-curado. Seleccionando un adhesivo termoplástico con un punto de fusión entre 200-250ºC, la unión por calor se puede combinar con la etapa de curado en un proceso de impregnación convencional. La impregnación RFL integrada y la unión por calor es el método preferido para la producción de cordones de aramida para correas de transmisión.

El método se puede aplicar a la construcción de cualquier cordón; sin embargo, las aplicaciones típicas son las construcciones de cordón con un rango de densidad lineal desde 210 hasta 50.000 dtex. Una construcción típica para la aplicación de correa de transmisión es Twaron® 2300 1680 dtex x2 Z190 x3 S115 (densidad lineal: 1680 x2 x3 = 10080 dtex).

La distribución del segundo hilo (fusión) se controla mediante entretejido el hilo de fusión de acuerdo con esquemas apropiados de enroscado y es dependiente del tipo de construcción de cordón. El esquema de enroscado y la cantidad de hilo de fusión relativa al primer hilo utilizado depende de la cohesión de haz deseada y se determinan fácilmente por aquellos expertos en la técnica. Los regímenes de enroscado son bien conocidos en la técnica. El enroscado se puede llevar a cabo con un equipo de enroscado apropiado.

Para distribuir el adhesivo para este cordón se pueden aplicar varios esquemas de enroscado, dependiendo de la complejidad de la construcción de cordón. Para la construcción de Twaron® 2300 1680 dtex x2 Z190 x3 S115, por ejemplo, se puede utilizar un esquema (I) básico de enroscado en dos etapas o un esquema (II) básico en tres etapas. La distribución del adhesivo se controla variando el número de puntos de alimentación y las posiciones donde el hilo de fusión se alimenta en la construcción de aramida. Cuando se utiliza un esquema básico de enroscado en dos etapas, hay 6 posiciones de alimentación, con 12 posibilidades diferentes de esquemas de enroscado en total. Si se utiliza un esquema básico de enroscado en tres etapas, hay 12 posiciones de alimentación, con 72 posibilidades diferentes de esquemas de enroscado en total.

\newpage

Esquema I

Esquema de enroscado básico en dos etapas

1

Esquema II

Esquema de enroscado básico en tres etapas

2

El método preferido de enroscado de una típica construcción para aplicación en correas de transmisión se da en el Esquema III.

Esquema III

3

La invención se ilustra a continuación mediante los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1 Condiciones de impregnación

Para una construcción de aramida típica para aplicación en correa de transmisión se eligen las siguientes condiciones de impregnación.

Procedimiento en dos baños:

Condiciones de preimpregnación

Impregnante: T03 (2%) GE100 epóxido

Horno 1

Tiempo de residencia: 120 s

Temperatura: 150ºC

Tensión: 25 N

Condiciones de impregnación RFL

Impregnante: VP látex A11 (25%)

Horno 2

Tiempo de residencia: 120 s

Temperatura: 150ºC

Tensión: 25 N

Horno 3

Tiempo de residencia: 60 s

Temperatura: 235ºC

Tensión: 25 N

Procedimiento en un baño:

Condiciones de impregnación RFL

Impregnante: VP látex A11 (25%)

Horno 1

Tiempo de residencia: 120 s

Temperatura: 150ºC

Tensión: 25 N

Horno 2

Tiempo de residencia: 60 s

Temperatura: 235ºC

Tensión: 25 N

El tratamiento de impregnación se llevó a cabo en una unidad de impregnación de laboratorio tipo Litzler, según la técnica conocida del procedimiento de impregnación de dos-baños tres-hornos. El cordón crudo se devanó en una posición "a". La preimpregnación GE-100 se aplicó sumergiendo el cordón en un contenedor de impregnación en una posición "c" y curándolo seguidamente en el horno 1. La impregnación RFL se aplicó en la posición "g" y se secó y se curó seguidamente en el horno 2 y el horno 3, respectivamente. En la posición "h", el cordón impregnado se enrolla en una bobina. La velocidad de impregnación y la tensión se mantuvieron en un nivel constante mediante las unidades de control "c", "d", "f" y "g".

Vista esquemática de la unidad de impregnación de laboratorio tipo Litzler

4

Preparación de T03 (2%) GE 100 epóxido

A 978,2 g de agua desmineralizada en una botella de polietileno se añadieron 0,5 g de piperazina y la mezcla se agitó con una varilla de vidrio hasta que los sólidos se disolvieron. Bajo agitación con la varilla de vidrio se añadieron 1,3 g de Aerosol^{TM} OT 75% (tensioactivo de sulfosuccinato de dioctilo sódico en un 6% de etanol y un 19% de agua) (Chemical Corporation Pittsburgh, Pennsylvania, Estados Unidos), y a continuación, se añadieron 20,0 g de epóxido GE-100 (mezcla de epóxidos di y trifuncionales sobre la base de éter de glicidil glicerina) (Rawschig AG, Ludwigshafen, Alemania). La mezcla se agitó mecánicamente durante 1 min. y la preparación se dejó madurar durante 12 h a temperatura ambiente.

El tiempo de almacenamiento de este impregnante fue de cinco días en un refrigerador entre 5-10ºC.

Formulación RFL del impregnante A11 Preparación

Se añade una mezcla de 275,3 g de agua desmineralizada, 12,9 g de hidróxido de amonio al 25%, y 69,4 g de Penacolite® R50 al 50% (disolución de resina polimérica de resorcinol-formaldehído) (Chemical Corporation Pittsburg, Pennsylvania, Estados Unidos) a Pliocord® VP106 (dispersión acuosa de un terpolímero de vinilpirideno-estireno-butadieno (40%)) (Goodyear Chemicals, Europa, Les Ulis, Francia) y se agitó durante 3 min. Se añadió una mezcla de 23,1 g de formaldehído al 37% y 110,6 g de agua desmineralizada y se agitó durante otros 3 min. El impregnante se dejó madurar durante 12 h a temperatura ambiente.

El tiempo de almacenamiento es de cinco días en un refrigerador entre 5-10ºC.

Ejemplo 2

Se midieron las propiedades de los cordones tal y como se establece en el documento IN97/7180, "Métodos estandarizados para la caracterización de hilos y cordones de filamento de Twaron", versión 4, 01-01-1997 de Twaron Products. Para métodos de caracterización de la resistencia a la tracción se toma como referencia la norma ASTM D885 - "Métodos estandarizados de caracterización para cordones de neumáticos, tejidos con cordón de neumático e hilos de filamentos industriales" - y EN 12562 - "Hilos multifilamento de para-aramida - Métodos de caracterización".

Las propiedades mecánicas se recogen en la Tabla 1, comparando varias muestras de cordones de aramida tratados por impregnación.

Impregnación rígida

a): MDI (2,5%)/A11 (20%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene un 2,5% de MDI y tratamiento de impregnación RFL A11 (20%)

b): MDI (5%)/A11 (20%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene un 5% de MDI y tratamiento por impregnación RFL A11 (20%).

c): MDI (10%)/A11 (20%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene un 10% de MDI y tratamiento por impregnación RFL A11 (20%).

Impregnación suave

d): T03 (0,5%)/A11 (25%): cordón de aramida desarrollado de forma novedosa con impregnación termoplástica tratado con preimpregnante que contiene 0,5% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

e): T03 (0,5%)/A11 (25%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene 0,5% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

f): T03 (1%)/A11 (25%): cordón de aramida desarrollado de forma novedosa con impregnación termoplástica tratado con preimpregnante que contiene 1% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

g): T03 (1%)/A11 (25%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene 1% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

h): T03 (2%)/A11 (25%): cordón de aramida desarrollado de forma novedosa con impregnación termoplástica tratado con preimpregnante que contiene 2% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

i): T03 (2%)/A11 (25%): cordón de aramida tratado por impregnación con preimpregnante que contiene 2% de epóxido GE100 y tratamiento por impregnación RFL A11 (25%).

Las siguientes propiedades se midieron de acuerdo con procedimientos internos.

Eficacia absoluta de impregnación

Eficacia absoluta de impregnación = porcentaje de resistencia mantenida del cordón después del tratamiento de impregnación relativo a la resistencia absoluta a la rotura del cordón crudo sin tratar.

Cálculo

\frac{\text{Resistencia absoluta a la rotura del cordón impregnado (N)}}{\text{Resistencia absoluta a la rotura del cordón crudo (N)}} X 100 (%)

Fuerza de despegue de la tira

Ensayo de adhesión de acuerdo con la norma ASTM D4393 utilizando:

a) Compuesto CR = compuesto de caucho de cloropreno y

b) Compuesto NR = compuesto de caucho natural Dunlop 5320.

Resistencia mantenida a la manejabilidad

Resistencia mantenida a la manejabilidad = resistencia mantenida absoluta después de vulcanización y manejo manual.

La resistencia mantenida a la manejabilidad se mide después de que los cordones se extraen de un material compuesto de caucho vulcanizada. Puesto que este procedimiento no sólo incluye un proceso de vulcanización, sino también una porción de varias manipulaciones manuales (flexionado, retorcido y rizado), la resistencia mantenida también se refiere a la capacidad de resistencia al manejo o "manejabilidad".

Procedimiento de ensayo de la resistencia mantenida a la manejabilidad

Los cordones se fijan entre dos capas de compuesto de caucho NR Dunlop 5320 de 1-2 mm de grosor en una forma de 4-40 mm de longitud, 190 mm de anchura. La capa de cordón longitudinal (10 extremos por pulgada (2,54 cm)) se mantiene en la posición central mientras que el material compuesto se preforma y vulcaniza en un molde a 160ºC durante 20 a 30 min. Después de enfriar, la plancha obtenida se divide en tiras de 1 pulgada (2,54 cm) de anchura. De cada tira, se extraen a mano muestras de cordón individual. Mientras que un extremo de la tira se sujeta en un tornillo de banco, en el otro extremo de la tira, se hacen incisiones entre los cordones. Los cordones se separan después arrancándolos en un ángulo >90º de la tira. Se mide la resistencia mantenida a la tracción de al menos, seis cordones extraídos (omitiendo los cordones más externos de cada tira).

Porcentaje de resistencia mantenida a la manejabilidad

Porcentaje de resistencia mantenida a la manejabilidad = porcentaje de resistencia mantenida de vulcanización y manejo manual relativa a la resistencia absoluta a la rotura del cordón tratado por impregnación.

\frac{\text{Resistencia mantenida absoluta después de vulcanización y manejo manual (N)}}{\text{Resistencia a la rotura del cordón impregnado (N)}} X 100 (%)

Ejemplo 3 Construcciones de cordón mediante enroscado en dos pasos (notaciones de la BISFA)

A: ((Twaron 2300 1680 dtex x2 + PA6 44 dtex) x1 Z190 + (2x (Twaron 2300 1680 dtex x2 Z190)))S115.

5

Vista esquemática

6

B: (2x Twaron 2300 1680 dtex x2 + PA6 44 dtex) x1 Z190) + Twaron 2300 1680 dtex x2 Z190) S115.

Vista esquemática

7

C: (Twaron 2300 1680 dtex x2 + PA6 44 dtex) x1 Z190 x3 S115.

Vista esquemática

8

Ejemplo 4 Construcciones de cordón mediante enroscado en tres pasos (según notaciones de la BISFA)

D: ((Twaron 2300 1680 dtex + PA6 44 dtex) Z60 + Twaron 2300 1680 dtex Z60) Z130 + (2x (Twaron 2300 1680 dtex Z60 x2 Z130)) S115;

Vista esquemática

9

E: (Twaron 2300 1680 dtex + PA6 44 dtex) Z60 + Twaron 2300 1680 dtex Z60) Z130 x3 S115;

Vista esquemática

10

F: (Twaron 2300 1680 dtex x2 + PA6 44 dtex) Z60 x2 Z130 x3 S115.

Vista esquemática

11

Claims

1. Una correa de transmisión que comprende un cordón, una matriz de caucho o termoplástica, y un material de adhesión que es capaz de adherir el cordón al caucho o la matriz termoplástica, caracterizada porque el cordón está hecho de, al menos, dos hilos, siendo el primero un hilo con un punto de fusión o de descomposición T_{1}, y siendo el segundo un hilo con un punto de fusión T_{2}, donde T_{1}>T_{2} y la relación de la densidad lineal del primer hilo a la densidad lineal del segundo hilo está entre 1.000:1 y 1:1, en el que el segundo hilo está fundido con el primer hilo.

2. La correa de transmisión de la reivindicación 1 en la que el hilo con un punto de fusión o descomposición T_{1}, es un hilo de aramida o un hilo de poliéster.

3. La correa de transmisión de la reivindicación 1 ó 2 en la que la matriz es una matriz de caucho y el material de adhesión es un sistema de resorcinol/formaldehído/látex.

4. Un método de fabricación de un cordón hecho de al menos dos hilos, siendo el primero un hilo con un punto de fusión o descomposición T_{1} y siendo el segundo un hilo con un punto de fusión T_{2}, en el que T_{1}>T_{2} y la relación de la densidad lineal del primer hilo a la densidad lineal del segundo hilo está entre 1.000:1 y 1:1, en el que el segundo hilo está fundido con el primer hilo, caracterizado porque el primero y el segundo hilos están entretejidos y después calentados a una temperatura entre T_{1} y T_{2}, donde la etapa de calentamiento está integrada con o está seguida por una etapa en la que el cordón se somete a un tratamiento de impregnación con un material de adhesión, que es capaz de adherir el cordón a la matriz de caucho o termoplástica.

5. Un método para fabricar una correa de transmisión en el que el cordón de la reivindicación 4 está adherido a una matriz de caucho o termoplástica y es procesado a continuación, de acuerdo con métodos conocidos en la fabricación de correas de transmisión.