JP4291584B2

JP4291584B2 - Urethane elastomer and method for producing the same

Info

Publication number: JP4291584B2
Application number: JP2003011807A
Authority: JP
Inventors: 聡司中根; 章浩廣中; 洋村高
Original assignee: Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004224848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自転車に使用される伝動ベルトの原料エラストマーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低速高トルクが要求される駆動用ベルトの材料としては、クロロプレンゴムやウレタンゴムが使用される。ここで、ウレタンゴムはその剛性が高く耐摩耗性が良いので、その強度はクロロプレンゴムより高く、歯欠け耐久性にも優れている。しかし、ウレタンゴムを例えば自転車ベルトとして使用する場合、小径のプーリに駆け回されるので、ベルトは大きく屈曲されて使用される。このような場合ウレタンゴム製のベルトはその剛性の高さから、ベルト背面にクラックが発生しやすく耐久性には問題がある。
【０００３】
ここで、屈曲に対する耐久性を向上させようと、その剛性を低下させるため例えば可塑剤を添加することが考えられるが、ウレタンゴムに可塑剤を添加した場合、その強度が低下してしまう。また、可塑剤は使用とともにブリーディングするので、ベルトの使用とともに剛性が上昇するという問題点がある。
【０００４】
また、従来、強度や硬さを低下させずに高い摩擦係数を有するウレタンエラストマーを得るために、ポリテトラエチレンエーテルグリコールの平均分子量の異なる２成分からなるウレタンプレポリマーを使用することが知られている（例えば特許文献１または２）。
【０００５】
しかし、この方法では、分子量分布の大きく異なる２成分のポリオールを混合した後、ジイソシアネートを付加しているため、ポリオール同士の重合やポリオール分子鎖の絡み合いによる立体障害などにより、ジイソシアネートがポリオール末端の全てのＯＨ基に均一に重付加することは難しい。
【０００６】
【特許文献１】
特公平４−３３２８８号公報
【特許文献２】
特許第２５３０７７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高い強度を有しかつ屈曲に対する高い耐久性を有するウレタンエラストマーを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るウレタンエラストマーは、第１のポリオールとジイソシアネートによって合成された第１のウレタンプレポリマーと、第２のポリオールとジイソシアネートによって合成された第２のウレタンプレポリマーとを混合することにより得られた混合ウレタンプレポリマーに硬化剤を配合した混合液を硬化させることにより生成され、第１のウレタンプレポリマーと第２のウレタンプレポリマーとのイソシアネート含有量が異なることを特徴とする。これにより、得られるウレタンエラストマーは、耐久性が高くなる。
【０００９】
デュロメータ硬さは、９３°〜９６°であることが好ましい。これにより、屈曲に対する耐久性の高い駆動用ベルトの原料として好適であるエラストマーを得ることができる。
【００１０】
ジイソシアネートは例えばトルエンジイソシアネートである。また、例えば、ポリオールはポリカプロラクトンジオール、ポリカーボネートジオールまたはこれらの混合物のいずれかである。
本発明に係るウレタンベルトは、上記に記載したウレタンエラストマーから形成される。
【００１１】
本発明に係るウレタンエラストマーの製造方法は、第１のポリオールとジイソシアネートによって合成された第１のウレタンプレポリマーと、第２のポリオールとジイソシアネートによって合成された第２のウレタンプレポリマーとを混合することにより混合ウレタンプレポリマーを得る混合工程と、混合ウレタンプレポリマーに硬化剤を配合した混合液を硬化させることによりウレタンエラストマーを得る硬化工程とを備え、第１のウレタンプレポリマーと第２のウレタンプレポリマーとのイソシアネート含有量の異なることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るウレタンベルトの製造方法は、第１のポリオールとジイソシアネートによって合成された第１のウレタンプレポリマーと、第２のポリオールとジイソシアネートによって合成された第２のウレタンプレポリマーとを混合することにより混合ウレタンプレポリマーを得る混合工程と、混合ウレタンプレポリマーに硬化剤を配合した混合液を硬化させることにより得られるウレタンエラストマーから形成されるウレタンベルトを得るベルト成型工程を備え、第１のウレタンプレポリマーと第２のウレタンプレポリマーとのイソシアネート含有量が異なることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態である歯付ベルト１０の一部を破断した斜視図を示す。本実施形態の歯付ベルト１０は例えば、低速高トルク駆動用ベルトであり自転車の後輪駆動ベルトに使用される。自転車の後輪駆動ベルトに使用される場合、小プーリに掛け回されるため、屈曲に対する高い耐久性が要求される。したがって、ベルト本体を形成するウレタンエラストマーのデュロメータ硬さは９３°〜９６°であることが好ましい。
【００１４】
図１において、歯付ベルト１０の上面側には、歯部が形成された歯ゴム層１２が設けられ、背面側には背ゴム層２２が設けられる。歯ゴム層１２と背ゴム層２２はウレタンエラストマーから形成されるベルト本体である。歯ゴム層１２と背ゴム層２２の間には心線１４が埋設されている。歯ゴム層１２の表面には、帆布１８が被覆され、帆布１８の表面にはさらに樹脂フィルム２０が被覆されている。
【００１５】
以下、歯付ベルト１０の製造方法について説明する。図２に歯付ベルト１０の製造過程を示したもので、それぞれ対応する部分には同符号が記されている。
【００１６】
樹脂フィルム２０が被覆された帆布１８は、歯形に予成形された後所定のベルト歯数に裁断されて、その端部がつなぎ合わされ、円筒状（図示せず）に形成される。円筒状に形成された帆布１８は、円筒状（図示せず）の歯付ドラム３５に被せられ歯付ドラム３５の外周面３５’に面するように取り付けられる。外周面３５’はベルトの外周面の形状と同一であり、歯型状に形成されている。歯付ドラム３５に装着された帆布１８は、さらにその上に心線１４が巻きつけられる。
【００１７】
次にドラム３５は、外型３６に同心状に挿入され上蓋が取り付けられることにより、混合ウレタン注型液が注入されるための金型４０が組み立てられる。金型４０は歯付ベルト１０を成型するためのものであり、歯付ドラム３５と外型３６の間隔は、歯付ベルト１０の高さに対応する。金型４０が組み立てられると、その金型４０に所定温度Ｔ₁（例えば９０〜１００℃）で予熱が加えられる。
【００１８】
予熱が加えられた後、図２に示すように金型４０内には後述する混合ウレタン注型液Ｘが帆布１８の内表面側から注入される。混合ウレタン注型液Ｘが注入されると、硬化後に歯ゴム層１２と背ゴム層２２（図１参照）となる部分に混合ウレタン注型液Ｘが充填され、次に、加圧され混合ウレタン注型液Ｘは帆布１８に浸透して、帆布１８に被覆された樹脂フィルム２０に接するようになる。ここで、樹脂フィルム２０は、混合ウレタン注型液Ｘを浸透させないので、混合ウレタン注型液Ｘが帆布１８の外表面に浸み出さない。したがって、混合ウレタン注型液Ｘが充填されることにより樹脂フィルム２０は外周面３５’に押し付けられ接するようになり、混合ウレタン注型液Ｘの注入が完了したときには、樹脂フィルム２０の外表面は外周面３５’に密接している。
【００１９】
混合ウレタン注型液Ｘの注入が終了すると、その金型を所定温度Ｔ₂（例えば９５℃）で一定時間加熱される。これにより、注入された混合ウレタン注型液Ｘは、硬化しウレタンエラストマーとなり、金型内には本体がウレタンエラストマーから形成されるベルトスラブができる。このベルトスラブは金型から取り出された後、２次硬化され、所定の幅に裁断されることにより、歯付ベルト１０が得られる（図１参照）。
【００２０】
混合ウレタン注型液Ｘの作成方法について説明する。混合ウレタン注型液Ｘは硬化することによりウレタンエラストマーを得ることができる混合液である。まず、第１のウレタンプレポリマーおよび第２のウレタンプレポリマーを溶融するために予め加熱し、硬化剤についても加熱して溶融させる。溶融された第１および第２のウレタンプレポリマーは、所定量計り取られて混合され混合ウレタンプレポリマーが得られる。混合ウレタンプレポリマーは、さらに黒顔料が配合され一定時間攪拌した後に真空脱泡される。黒顔料が配合され脱泡された混合ウレタンプレポリマーは、さらに加熱溶融されていた硬化剤が配合され、混合攪拌することにより混合ウレタン注型液Ｘが得られる。
【００２１】
前述のように混合ウレタンプレポリマーは、第１のウレタンプレポリマーおよび第２のウレタンプレポリマーを混合することによって得られるものである。第２のウレタンプレポリマーは第１のウレタンプレポリマーとイソシアネート含有量（以下ＮＣＯ％という。）が異なる。第１のウレタンプレポリマーは第１のポリオールとジイソシアネートによって合成されたものである一方、第２のウレタンプレポリマーは、第２のポリオールとジイソシアネートによって合成されたものである。第１および第２のポリオールはそれぞれ一定の分子量分布をもったポリオールである。なお、第１および第２のウレタンプレポリマーは、混合前に、それぞれのポリオールとジイソシアネートが合成されて生成されたものである。ここで、それぞれのポリオールの末端ＯＨ基はジイソシアネートがほとんど付加している。なお、ＮＣＯ％の測定方法は、ＪＩＳＫ７３０１に準拠する。
【００２２】
第１および第２のウレタンプレポリマーは、トルエンジイソシアネート（以下ＴＤＩという。）とポリオールを反応させて得られたものであることが好ましい。ポリオールとしては、例えば、ポリカプロラクトンジオール（以下ＰＣＬという。）、ポリカーボネートジオールまたはこれらの混合物のいずれが使用される。第１および第２のウレタンプレポリマーとして、ＰＣＬとＴＤＩを反応させて得られたものを使用する場合、ＮＣＯ％はそれぞれ、５．８〜６．０％、４．２〜４．４％であることが好ましい。すなわち、第1および第２のウレタンプレポリマーのＮＣＯ％は少なくとも、１．４％以上異なることが望ましい。そして、第１のウレタンプレポリマーと第２のウレタンプレポリマーの配合重量比は２５：７５〜７５：２５であることが好ましい。また、この場合の硬化剤には、例えばＭＯＣＡ（３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン）が使用される。
【００２３】
以下図３の分布図を用いて、第１および第２のウレタンプレポリマーが配合されることによる挙動を説明する。ここでは、第1および第２のウレタンプレポリマーのＮＣＯ％はそれぞれ、５．８〜６．０％、４．２〜４．４％である。また、第１および第２のウレタンプレポリマーはそれぞれ、ＴＤＩとＰＣＬが反応して作られたものであり、第１および第２のウレタンプレポリマーの重量混合比が５０：５０のものである場合について説明する。
【００２４】
第１のウレタンプレポリマーはＮＣＯ％が５．８〜６．０％であり、ＰＣＬの両末端のＯＨ基にそれぞれＴＤＩが完全に付加していると考えると、第１のウレタンプレポリマーの平均分子量は１４００〜１４５０程度となる。したがって、第１のウレタンプレポリマーの分子量分布は１４００〜１４５０程度を頂点とする釣鐘状の分布図Ｘとなる。
【００２５】
第２のウレタンプレポリマーはＮＣＯ％が４．２〜４．４％であり、ＰＣＬの両末端のＯＨ基にそれぞれＴＤＩが完全に付加していると考えると、第２のウレタンプレポリマーの平均分子量は１９００〜２０００程度となる。したがって、第１のウレタンプレポリマーの分子量分布は１９００〜２０００程度を頂点とする釣鐘状の分布図Ｙとなる。
【００２６】
したがって、この第１および第２のウレタンプレポリマーが、混合することにより得られる混合ウレタンプレポリマーは、分子量１４００〜２０００の含有量が多い分子量分布Ｚとなる。すなわち、この混合ウレタンプレポリマーが硬化されることによって得られるウレタンエラストマーは、ＰＣＬの分子量分布が非常に広範囲である。したがって、第１または第２のウレタンプレポリマーのみから得られるウレタンエラストマーとその物性が大きく異なる。
【００２７】
【実施例】
以下実施例を詳細に説明する。表１の実施例Ａ〜Ｃは、混合ウレタンエラストマー（注型液）の配合成分を示す。なお、混合ウレタンエラストマー（注型液）には、表中に記載されていないが、それぞれ黒顔料２部等も配合されている。
【００２８】
【表１】

【００２９】
ここで、ＮＣＯ％は第１および第２のウレタンプレポリマーのイソシアネート含有量を示す。また、第１および第２のウレタンプレポリマーは、ＴＤＩとＰＣＬを反応させて得られたものであり、それぞれＰＬＡＣＣＥＬＥＰ１５９５およびＰＬＡＣＣＥＬＥＰ１５００（商品名、ダイセル化学工業株式会社製）を使用した。硬化剤にはＭＯＣＡを使用した。
【００３０】
実施例Ａ〜Ｃは第１および第２のウレタンプレポリマーの配合量が異なり、実施例Ａは第１のウレタンプレポリマーの配合量が７５重量部であるのに対して、第２のウレタンプレポリマーの配合量が２５重量部である。実施例Ｂは第１のウレタンプレポリマーの配合量が５０重量部であるのに対して、第２のウレタンプレポリマーの配合量が５０重量部である。実施例Ｃは第１のウレタンプレポリマーの配合量が２５重量部であるのに対して、第２のウレタンプレポリマーの配合量が７５重量部である。比較例１および３〜６の歯付ベルトはその本体部材のエラストマーは第1のウレタンプレポリマーのみから生成されており、比較例２では第２のウレタンプレポリマーのみから生成されている。そして、比較例３〜６では、それぞれ第１のウレタンプレポリマー１００重量部に対して可塑剤であるＤＯＰ（フタル酸ジ−２−エチルヘキシルエステル）が１０，２０，３０，４０重量部配合され生成されている。
【００３１】
［ウレタンエラストマーおよび歯付ベルトの評価］
本実施例における混合ウレタンプレポリマーから生成されたウレタンエラストマーシートおよび比較例エラストマーシートの試験片を使っての評価結果を表２に示す。ここでは、硬度、モジュラス試験、引張強度、伸びおよび引裂強度について行った。ここで、表中に示す硬さはデュロメータ硬さであり、Ｍ１００％〜Ｍ３００％はモジュラス試験の結果であり、それぞれ１００、２００、３００％の伸びを与えたときの応力を示す。なお、すべての試験はＪＩＳＫ６２５０に準拠して行った。
【００３２】
【表２】

【００３３】
本実施例、比較例から形成される歯付ベルトの屈曲試験の結果を表３，４に、また走行試験の結果を図４に示す。表３はＰ２０−Ｐ２０の条件で、表４はＰ２０−Ｐ６９の条件における屈曲試験の結果を示す。ここで、例えばＰ２０−Ｐ２０とは、歯付ベルトが、歯数が２０と２０の２つのプーリに掛け回されていることを示す。屈曲試験は、歯付ベルトを２つのプーリ間を３．４×１０⁶回往復させることにより行った。走行試験は、１４インチの自転車の前後輪において、歯数が２０および６９の２つのプーリに歯付ベルトを掛け回して行った。
【００３４】
【表３】

【００３５】
【表４】

【００３６】
［ウレタンエラストマーおよび歯付ベルトの評価結果］
比較例１の歯付ベルトは、表３，４に示すように、屈曲試験において全て背面にクラックが発生し、強度の残存率についても例えばＰ２０−Ｐ６９の場合、６９％程度のものしか得られなかった。これは、表２に示すように比較例１の歯付ベルトの本体部材のエラストマーの硬さが９７°と高いためと考えられる。
【００３７】
比較例２の歯付ベルトは、表３，４に示すように、屈曲試験においてベルト背面にクラックは発生せず、強度の残存率についても例えばＰ２０−Ｐ６９の場合、８８％と良好の結果が得られた。しかし、図４に示すように、走行試験においては、踏力７５ｋｇｆ程度のときに走行距離２０００ｋｍにも達せずに歯欠等のベルト異常が発生した。すなわち、比較例２の歯付ベルトは屈曲に対する耐久性は良好であるが、ベルト自身の強度、例えば歯欠け耐久性には問題がある。
【００３８】
実施例Ａ〜Ｃの歯付ベルトは、表３，４に示すように屈曲試験において、例えば実施例Ａ、Ｂは、ベルト背面にクラックは発生せず、強度の残存率についても例えばＰ２０−Ｐ６９の場合、それぞれ８９、８７％と良好な結果が得られた。また、図４に示すように走行試験においては、実施例Ｂについて踏力７５ｋｇｆ程度のときに３０００ｋｍまでベルト異常が発生しなかった。これは、実施例Ａ〜Ｃの歯付ベルトが、そのエラストマーの硬さが表２に示すように、９３〜９６°であり、屈曲の大きい状態で掛け回されてもその屈曲に耐え得るだけの柔軟性を有すると考えられるからである。また、走行試験において比較例２に比べて走行距離が延びたのは、モジュラス試験における応力、引張強度、引裂強度が比較例２に比べて強化されているからである。
【００３９】
比較例３〜６は、比較例１の歯付ベルトの本体部材のエラストマーより硬さを低下させ、屈曲に対する耐久性を高めることを目的とし、それぞれ可塑剤を添加したものである。
【００４０】
実施例Ａと比較例３とを比較すると、この２つのエラストマーは硬さが同等であるにもかかわらず、実施例Ａはモジュラス試験における応力、引張強度および引裂強度について比較例３に比べ高い。すなわち実施例Ａは、比較例に比べエラストマーの強度が高いと言える。また、実施例Ｂと比較例４を比べた場合も同様のことが言える。実施例Ｃについても硬さが同等である実施例５、６と比べて、例えば引張強度が高い。
【００４１】
以上のように、ベルト本体部材に第１および第２のポリオールにジイソシアネートを重付加したものの混合物に硬化剤を配合して混合攪拌して硬化させたウレタンエラストマーを用いることにより、ベルト強度が高く、屈曲に対して耐久性のある歯付ベルトを得ることができた。
【００４２】
ここで、屈曲に対して耐久性のあるベルトを得ることができたのは、第１および第２のウレタンプレポリマーを混合することにより、硬さが調整できたためである。そして、この硬さの調整は、第１および第２のウレタンプレポリマーの混合比率を変えることにより、任意に変更することが可能である。
【００４３】
また、ベルト強度が高いウレタンプレポリマーを得ることができたのは、図３に示すように第１および第２のウレタンプレポリマーを混合することにより、広い分子量分布を示すプレポリマー（分布図Ｚ）を作成したことによる効果と考えられる。これは、例えば、実施例において第１および第２のウレタンプレポリマー単独から形成されたエラストマーの引張強度が４５．９、５７．３ＭＰａであったのに対して、第１および第２のウレタンプレポリマーの混合ウレタンプレポリマーから形成されたエラストマーの引張強度が６１．３〜６９．１ＭＰａであったことから明らかである。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、ポリオールにジイソシアネートを重付加したプレポリマーを混合しているため、ポリオールのＯＨ基に確実にジイソシアネートを重付加することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、強度が強く、さらに屈曲に対する耐久性の強いウレタンエラストマーおよびウレタンベルトを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における歯付ベルトの斜視図を示す。
【図２】歯付ベルトの製造方法を示す。
【図３】第１および第２のウレタンプレポリマーが配合されることによる挙動を表わしたグラフを示す。
【図４】走行試験の結果を表したグラフを示す。
【符号の説明】
１０歯付ベルト
Ｘ混合ウレタン注型液[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a raw material elastomer for a transmission belt used in, for example, a bicycle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, chloroprene rubber and urethane rubber are used as materials for driving belts that require low speed and high torque. Here, since the urethane rubber has high rigidity and good wear resistance, its strength is higher than that of chloroprene rubber and excellent in chipping durability. However, when urethane rubber is used as, for example, a bicycle belt, it is driven by a small-diameter pulley, so that the belt is used by being largely bent. In such a case, the urethane rubber belt is liable to crack on the back side of the belt due to its high rigidity, and there is a problem in durability.
[0003]
Here, in order to improve the durability against bending, for example, a plasticizer may be added in order to reduce the rigidity. However, when a plasticizer is added to urethane rubber, the strength is lowered. Further, since the plasticizer bleeds with use, there is a problem that rigidity increases with use of the belt.
[0004]
Conventionally, in order to obtain a urethane elastomer having a high friction coefficient without reducing strength and hardness, it is known to use a urethane prepolymer composed of two components having different average molecular weights of polytetraethylene ether glycol. (For example, Patent Document 1 or 2).
[0005]
However, in this method, since the diisocyanate is added after mixing the two component polyols having greatly different molecular weight distributions, the diisocyanate is all at the end of the polyol due to polymerization between polyols or steric hindrance due to entanglement of polyol molecular chains. It is difficult to uniformly polyaddition to the OH group.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-33288 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2530776 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a urethane elastomer having high strength and high durability against bending.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The urethane elastomer according to the present invention is obtained by mixing a first urethane prepolymer synthesized by a first polyol and a diisocyanate and a second urethane prepolymer synthesized by a second polyol and a diisocyanate. It is produced by curing a mixed liquid obtained by blending a mixed urethane prepolymer with a curing agent, and the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer have different isocyanate contents. Thereby, durability becomes high in the urethane elastomer obtained.
[0009]
The durometer hardness is preferably 93 ° to 96 °. Thereby, an elastomer suitable as a raw material for a driving belt having high durability against bending can be obtained.
[0010]
The diisocyanate is, for example, toluene diisocyanate. Also, for example, the polyol is either polycaprolactone diol, polycarbonate diol, or a mixture thereof.
The urethane belt according to the present invention is formed from the urethane elastomer described above.
[0011]
The method for producing a urethane elastomer according to the present invention comprises mixing a first urethane prepolymer synthesized by a first polyol and a diisocyanate and a second urethane prepolymer synthesized by a second polyol and a diisocyanate. A mixing step of obtaining a mixed urethane prepolymer, and a curing step of obtaining a urethane elastomer by curing a mixed liquid in which a curing agent is blended with the mixed urethane prepolymer, and the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer. It is characterized in that the isocyanate content differs from that of the polymer.
[0012]
The method for producing a urethane belt according to the present invention comprises mixing a first urethane prepolymer synthesized with a first polyol and a diisocyanate and a second urethane prepolymer synthesized with a second polyol and a diisocyanate. The first urethane is provided with a mixing step for obtaining a mixed urethane prepolymer and a belt molding step for obtaining a urethane belt formed from a urethane elastomer obtained by curing a mixed liquid in which a curing agent is blended with the mixed urethane prepolymer. The isocyanate content of the prepolymer is different from that of the second urethane prepolymer.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view in which a part of a toothed belt 10 according to an embodiment of the present invention is broken. The toothed belt 10 of the present embodiment is, for example, a low-speed, high-torque driving belt, and is used as a bicycle rear wheel driving belt. When used for a bicycle rear wheel drive belt, it is hung around a small pulley, and therefore, high durability against bending is required. Therefore, the durometer hardness of the urethane elastomer forming the belt body is preferably 93 ° to 96 °.
[0014]
In FIG. 1, a tooth rubber layer 12 having tooth portions is provided on the upper surface side of the toothed belt 10, and a back rubber layer 22 is provided on the back surface side. The tooth rubber layer 12 and the back rubber layer 22 are belt bodies formed of urethane elastomer. A core wire 14 is embedded between the tooth rubber layer 12 and the back rubber layer 22. The surface of the tooth rubber layer 12 is covered with a canvas 18, and the surface of the canvas 18 is further covered with a resin film 20.
[0015]
Hereinafter, a method for manufacturing the toothed belt 10 will be described. FIG. 2 shows a manufacturing process of the toothed belt 10, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
[0016]
The canvas 18 covered with the resin film 20 is preformed into a tooth shape and then cut into a predetermined number of belt teeth, and ends thereof are joined together to form a cylindrical shape (not shown). The canvas 18 formed in a cylindrical shape is attached to a cylindrical (not shown) toothed drum 35 so as to face an outer peripheral surface 35 ′ of the toothed drum 35. The outer peripheral surface 35 ′ has the same shape as the outer peripheral surface of the belt, and is formed in a tooth shape. The canvas 18 mounted on the toothed drum 35 is further wound with the core wire 14 thereon.
[0017]
Next, the drum 35 is inserted concentrically into the outer mold 36 and an upper lid is attached, whereby the mold 40 for injecting the mixed urethane casting solution is assembled. The mold 40 is for molding the toothed belt 10, and the interval between the toothed drum 35 and the outer mold 36 corresponds to the height of the toothed belt 10. When the mold 40 is assembled, preheating is applied to the mold 40 at a predetermined temperature T ₁ (for example, 90 to 100 ° C.).
[0018]
After the preheating, as shown in FIG. 2, a mixed urethane casting solution X described later is injected into the mold 40 from the inner surface side of the canvas 18. When the mixed urethane casting liquid X is injected, the mixed urethane casting liquid X is filled in the portions that become the tooth rubber layer 12 and the back rubber layer 22 (see FIG. 1) after curing, and then pressurized and mixed urethane. The casting solution X penetrates the canvas 18 and comes into contact with the resin film 20 covered with the canvas 18. Here, since the resin film 20 does not permeate the mixed urethane casting solution X, the mixed urethane casting solution X does not ooze out to the outer surface of the canvas 18. Therefore, when the mixed urethane casting liquid X is filled, the resin film 20 comes into contact with the outer peripheral surface 35 ′, and when the injection of the mixed urethane casting liquid X is completed, the outer surface of the resin film 20 is It is in close contact with the outer peripheral surface 35 '.
[0019]
When the injection of the mixed urethane casting solution X is completed, the mold is heated at a predetermined temperature T ₂ (for example, 95 ° C.) for a predetermined time. Thus, the injected mixed urethane casting solution X is cured to become a urethane elastomer, and a belt slab in which the main body is formed of the urethane elastomer is formed in the mold. The belt slab is taken out from the mold, and then secondarily cured and cut into a predetermined width, whereby the toothed belt 10 is obtained (see FIG. 1).
[0020]
A method for producing the mixed urethane casting solution X will be described. The mixed urethane casting liquid X is a mixed liquid capable of obtaining a urethane elastomer by curing. First, the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer are heated in advance in order to melt them, and the curing agent is also heated and melted. A predetermined amount of the melted first and second urethane prepolymers are weighed and mixed to obtain a mixed urethane prepolymer. The mixed urethane prepolymer is further defoamed after being mixed with a black pigment and stirred for a certain time. The mixed urethane prepolymer in which the black pigment is blended and defoamed is further blended with the curing agent that has been heated and melted, and the mixed urethane casting liquid X is obtained by mixing and stirring.
[0021]
As described above, the mixed urethane prepolymer is obtained by mixing the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer. The second urethane prepolymer is different from the first urethane prepolymer in isocyanate content (hereinafter referred to as NCO%). The first urethane prepolymer is synthesized with the first polyol and diisocyanate, while the second urethane prepolymer is synthesized with the second polyol and diisocyanate. Each of the first and second polyols is a polyol having a certain molecular weight distribution. The first and second urethane prepolymers are produced by synthesizing respective polyols and diisocyanates before mixing. Here, diisocyanate is almost added to the terminal OH group of each polyol. In addition, the measuring method of NCO% is based on JISK7301.
[0022]
The first and second urethane prepolymers are preferably obtained by reacting toluene diisocyanate (hereinafter referred to as TDI) with a polyol. As the polyol, for example, any of polycaprolactone diol (hereinafter referred to as PCL), polycarbonate diol, or a mixture thereof is used. When using what was obtained by making PCL and TDI react as a 1st and 2nd urethane prepolymer, NCO% is 5.8-6.0%, 4.2-4.4%, respectively. Preferably there is. That is, it is desirable that the NCO% of the first and second urethane prepolymers differ by at least 1.4%. The blending weight ratio of the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer is preferably 25:75 to 75:25. In this case, for example, MOCA (3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane) is used as the curing agent.
[0023]
Hereinafter, the behavior due to the blending of the first and second urethane prepolymers will be described with reference to the distribution diagram of FIG. Here, the NCO% of the first and second urethane prepolymers is 5.8-6.0%, 4.2-4.4%, respectively. The first and second urethane prepolymers are made by reaction of TDI and PCL, respectively, and the weight mixing ratio of the first and second urethane prepolymers is 50:50 Will be described.
[0024]
The first urethane prepolymer has an NCO% of 5.8 to 6.0%, and considering that TDI is completely added to the OH groups at both ends of the PCL, the average of the first urethane prepolymer The molecular weight is about 1400 to 1450. Therefore, the molecular weight distribution of the first urethane prepolymer is a bell-shaped distribution map X having a peak at about 1400 to 1450.
[0025]
The second urethane prepolymer has an NCO% of 4.2 to 4.4%, and considering that TDI is completely added to the OH groups at both ends of the PCL, the average of the second urethane prepolymer The molecular weight is about 1900 to 2000. Therefore, the molecular weight distribution of the first urethane prepolymer is a bell-shaped distribution map Y having a peak at about 1900 to 2000.
[0026]
Therefore, the mixed urethane prepolymer obtained by mixing the first and second urethane prepolymers has a molecular weight distribution Z having a large molecular weight of 1400 to 2000. That is, the urethane elastomer obtained by curing this mixed urethane prepolymer has a very wide molecular weight distribution of PCL. Therefore, the physical properties of the urethane elastomer obtained from only the first or second urethane prepolymer are greatly different.
[0027]
【Example】
Examples will be described in detail below. Examples A to C in Table 1 show compounding components of a mixed urethane elastomer (casting liquid). In addition, although not described in the table | surface, 2 parts of black pigments etc. are mix | blended with the mixed urethane elastomer (casting liquid).
[0028]
[Table 1]

[0029]
Here, NCO% represents the isocyanate content of the first and second urethane prepolymers. The first and second urethane prepolymers were obtained by reacting TDI and PCL, and PLACCEL EP1595 and PLACEL EP1500 (trade name, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) were used, respectively. MOCA was used as the curing agent.
[0030]
In Examples A to C, the blending amounts of the first and second urethane prepolymers are different. In Example A, the blending amount of the first urethane prepolymer is 75 parts by weight, while the second urethane prepolymer is blended. The blending amount of the polymer is 25 parts by weight. In Example B, the blending amount of the first urethane prepolymer is 50 parts by weight, whereas the blending amount of the second urethane prepolymer is 50 parts by weight. In Example C, the blending amount of the first urethane prepolymer is 25 parts by weight, whereas the blending amount of the second urethane prepolymer is 75 parts by weight. In the toothed belts of Comparative Examples 1 and 3 to 6, the elastomer of the main body member is produced only from the first urethane prepolymer, and in Comparative Example 2, it is produced only from the second urethane prepolymer. In Comparative Examples 3-6, 10, 20, 30, 40 parts by weight of DOP (di-2-ethylhexyl phthalate) as a plasticizer is blended with 100 parts by weight of the first urethane prepolymer. Has been.
[0031]
[Evaluation of urethane elastomer and toothed belt]
Table 2 shows the evaluation results of the urethane elastomer sheet produced from the mixed urethane prepolymer in this example and the test piece of the comparative example elastomer sheet. Here, the hardness, modulus test, tensile strength, elongation and tear strength were performed. Here, the hardness shown in the table is the durometer hardness, and M100% to M300% are the results of the modulus test, and show the stress when an elongation of 100, 200, and 300% is given, respectively. All tests were conducted according to JIS K6250.
[0032]
[Table 2]

[0033]
The results of the bending test of the toothed belt formed from this example and the comparative example are shown in Tables 3 and 4, and the result of the running test is shown in FIG. Table 3 shows the results of the bending test under conditions of P20-P20, and Table 4 shows the conditions of P20-P69. Here, for example, P20-P20 indicates that the toothed belt is wound around two pulleys having 20 and 20 teeth. The bending test was performed by reciprocating the toothed belt between two pulleys by 3.4 × 10 ⁶ times. The running test was carried out with a toothed belt wound around two pulleys with 20 and 69 teeth on the front and rear wheels of a 14-inch bicycle.
[0034]
[Table 3]

[0035]
[Table 4]

[0036]
[Evaluation results of urethane elastomer and toothed belt]
As shown in Tables 3 and 4, all the toothed belts of Comparative Example 1 have cracks on the back surface in the bending test, and the residual strength rate is only about 69% in the case of P20-P69, for example. There wasn't. This is considered because the hardness of the elastomer of the main body member of the toothed belt of Comparative Example 1 is as high as 97 ° as shown in Table 2.
[0037]
As shown in Tables 3 and 4, the toothed belt of Comparative Example 2 did not generate cracks on the back of the belt in the bending test, and the residual strength rate was as good as 88% in the case of P20-P69, for example. Obtained. However, as shown in FIG. 4, in the running test, belt abnormality such as tooth missing occurred without reaching the running distance of 2000 km when the pedaling force was about 75 kgf. That is, the toothed belt of Comparative Example 2 has good durability against bending, but there is a problem with the strength of the belt itself, for example, the lack of tooth durability.
[0038]
For the toothed belts of Examples A to C, as shown in Tables 3 and 4, in the bending test, for example, Examples A and B have no cracks on the back surface of the belt, and the residual strength rate is also, for example, P20-P69. In the case of, good results of 89 and 87% were obtained, respectively. Further, as shown in FIG. 4, in the running test, no belt abnormality occurred up to 3000 km when the pedaling force was about 75 kgf for Example B. This is because the toothed belts of Examples A to C have an elastomer hardness of 93 to 96 ° as shown in Table 2, and can only withstand the bending even if they are wound in a large bending state. It is because it is thought that it has the flexibility of this. In the running test, the running distance was longer than that in Comparative Example 2 because the stress, tensile strength, and tear strength in the modulus test were strengthened as compared with Comparative Example 2.
[0039]
In Comparative Examples 3 to 6, the purpose is to lower the hardness than the elastomer of the body member of the toothed belt of Comparative Example 1 and increase the durability against bending, and each is added with a plasticizer.
[0040]
When Example A and Comparative Example 3 are compared, although these two elastomers are equivalent in hardness, Example A is higher than Comparative Example 3 in terms of stress, tensile strength, and tear strength in the modulus test. That is, it can be said that Example A has higher elastomer strength than the comparative example. The same can be said when Example B is compared with Comparative Example 4. For example C, for example, the tensile strength is higher than those of examples 5 and 6, which have the same hardness.
[0041]
As described above, the belt strength is high by using a urethane elastomer obtained by blending a hardener with a mixture of a diisocyanate added to the first and second polyols to the belt body member, and mixing and stirring the mixture. A toothed belt having durability against bending could be obtained.
[0042]
Here, the reason why the belt having durability against bending could be obtained is that the hardness could be adjusted by mixing the first and second urethane prepolymers. The hardness can be arbitrarily changed by changing the mixing ratio of the first and second urethane prepolymers.
[0043]
In addition, a urethane prepolymer having a high belt strength could be obtained by mixing the first and second urethane prepolymers as shown in FIG. ). This is because, for example, the tensile strength of the elastomer formed from the first and second urethane prepolymers alone in the examples was 45.9 and 57.3 MPa, whereas the first and second urethane prepolymers. It is clear from the fact that the tensile strength of the elastomer formed from the mixed urethane prepolymer of the polymer was 61.3 to 69.1 MPa.
[0044]
Furthermore, in the present embodiment, since a prepolymer obtained by polyaddition of diisocyanate to a polyol is mixed, it is possible to reliably polyaddition of diisocyanate to the OH group of the polyol.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, it is possible to easily obtain a urethane elastomer and a urethane belt having high strength and high durability against bending.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a toothed belt in an embodiment.
FIG. 2 shows a manufacturing method of a toothed belt.
FIG. 3 is a graph showing the behavior when the first and second urethane prepolymers are blended.
FIG. 4 is a graph showing the results of a running test.
[Explanation of symbols]
10 Toothed belt X Mixed urethane casting liquid

Claims

Synthesized by a first polyol that is a polycaprolactone diol and a diisocyanate, synthesized by a first urethane prepolymer in which a diisocyanate is added to both ends of the polycaprolactone diol, a second polyol that is a polycaprolactone diol, and a diisocyanate, It is produced by curing a mixed liquid in which a curing agent is blended with a mixed urethane prepolymer obtained by mixing a second urethane prepolymer having diisocyanates added to both ends of polycaprolactone diol, urethane belts isocyanate content of the urethane prepolymer and the second urethane prepolymer may be formed from a different a roux urethane elastomer, characterized in that it is a wheel drive belt after the bicycle.

The urethane belt according to claim 1, wherein the urethane elastomer has a durometer hardness (DURO A) of 93 ° to 96 °.

The urethane belt according to claim 1, wherein the diisocyanate in each of the first and second urethane prepolymers is toluene diisocyanate.

The urethane belt according to claim 1, wherein a blending weight ratio of the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer is 25:75 to 75:25 .

Synthesized by a first polyol that is a polycaprolactone diol and a diisocyanate, synthesized by a first urethane prepolymer in which a diisocyanate is added to both ends of the polycaprolactone diol, a second polyol that is a polycaprolactone diol, and a diisocyanate, A mixing step of obtaining a mixed urethane prepolymer by mixing a second urethane prepolymer having diisocyanates added to both ends of polycaprolactone diol;
A belt molding step of obtaining a urethane belt formed from a urethane elastomer obtained by curing a mixed liquid in which a curing agent is mixed with the mixed urethane prepolymer,
Method for producing the isocyanate content of the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer are different from each other, a wheel drive belt after the bicycle c Retanberuto.