JP4294955B2

JP4294955B2 - 低伸び動力伝達ベルト

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Publication number: JP4294955B2
Application number: JP2002556535A
Authority: JP
Inventors: ポールエスナットソン
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2009-07-15
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Also published as: JP2004535517A; EP1350055B1; EP1350055A2; RU2003124762A; PL373238A1; MXPA03007168A; WO2002055920A3; US20040132571A1; WO2002055920A2; BR0206358B1; CA2434223A1; CA2434223C; CN1529800A; KR100492680B1; US6872159B2; RU2261384C2; AU2002237825B2; CN100346102C; ES2306757T3; US20020132692A1

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、V−ベルト、多リブ付ベルト、及び歯付動力伝達ベルトを含む動力伝達ベルトに関し、特に、少なくとも１本が炭素繊維ヤーンで形成されている１本以上のコードからなる長手方向に延びた引張部材を含むそのようなベルトに関する。
【０００２】
動力伝達ベルトは普通プーリ間に動力を伝達するのに使用される。動力伝達ベルトは、通常の作動中極端な温度と荷重を受ける。比較的低い弾性率の硬化エラストマーボディ部分と、ベルトの主荷重支持成分を構成する比較的高い弾性率の引張部材との両方を含む複合構造のために、彼らが受ける極端な荷重及び温度、高い程度の耐久性、可撓性、及びコンシステンシーが成分部品の各々に要求される。
【０００３】
もっと普通には、しかし限るわけではないが歯付ベルトの利用と関連した1つの特別の課題は、ベルトの永久変形をなすベルトの伸びの問題であり、長時間の作動、極端な動的荷重、極端な温度、不適当な成分の選択、又は上記の組み合わせの結果として起こることがある。特に、引張部材を取り囲む材料が充分熱抵抗性でない場合には、比較的高温での作動がこれらの材料を脆化させるので引張部材をそれを取り囲むベルトボディに最早効果的に結合させず、ベルトの引張強さの低下、それゆえに急速なベルトの伸びをもたらす。ベルトのそのような永久変形は不適当な歯と溝の相互作用をもたらし、ついには、引張コードの破滅的破壊をもたらす。
【０００４】
ゴム複合物品における補強材料としての炭素繊維の導入は、普通の繊維、例えばガラスコードと比較して比較的高い弾性率のためにある用途では性能の改善の可能性を示した。しかしながら、今日まで、延びた耐用年数及び関連問題について繊維とそれを取り囲むエラストマー成分との接着が適当に解決されてこなかった。米国特許第5,807,194号は、ウレタンのベルトボディ部分を有する歯付動力伝達ベルト構造において引張コードとして炭素繊維の使用を開示している。その開示は、ベルト注型工程中ウレタンベルト材料の種々の量を含侵するコードを含む、ベルト複合構造内の組み込みを見込むコード処理を有する炭素繊維コードに限られる。ウレタン材料それ自体の注型適性な性質、即ち硬化段階の前のウレタンの液体形態により、ウレタンが炭素繊維の周り及び炭素繊維の隙間に流れる。しかしながら、開示は、非注型適性エラストマーベルトボディ部分、例えば、水素化ブタジエンアクリロニトリルゴム（「HNBR」及びポリクロロプレンゴム（「CR」）を含むベルト構造には適用できない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、硬化エラストマー組成物で形成されたベルトボディ12と、炭素繊維で形成され、且つベルトボディに埋設された少なくとも1本のヤーンを有するコードからなる引張部材18と、を含む動力伝達ベルト10を提供する。本発明の実施形態による炭素繊維は、引張弾性率が50ギガパスカル（「Gpa」）乃至約350ギガパスカルの範囲にあることを特徴とし、そして高温ベルト伸び分析の下で48時間後100℃で0.1％より大きくないベルト伸びになるように選択された弾性率を有するレソルシノールホルムアルデヒド樹脂／ゴムラテックス溶液（「RFL」）で形成されたコード処理剤を含む。他の実施形態によれば、弾性率が20℃で約1.0×10⁷乃至約5.0×10⁸ダイン／cm²（約1.0×10⁶乃至約5.0×10⁷Ｎｍ^-2）の範囲内にあり、また弾性率が100℃で約5.0×10⁶乃至約3.0×10⁸ダイン／cm²（約5.0×10⁵乃至約3.0×10⁷Ｎｍ^-2）の範囲内にあるように、引張コードを形成するヤーン及び又は1本以上の繊維に着けるためのコード処理剤の弾性率を選択する段階を含む、改善されたベルト伸び抵抗を有する動力伝達ベルトを製造する方法を提供する。
【０００６】
本発明の他の特徴及び利点は図及び説明を検討した後明らかになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、歯付動力伝達ベルトの形態の本発明のベルト10が全体的に示されている。ベルト10は任意適当な硬化エラストマー組成物で形成されたボディ12と、ボディで形成され、ピッチPで間隔を隔てた歯14と、を含む。歯は選択的に、図示したように、ベルト歯の周面に沿って配置された耐磨耗性布16で被覆される。この図示した実施形態では、螺旋コードの引張部材18がベルトボディ12に埋設されている。
【０００８】
ベルトボディのエラストマー組成物に利用するために、注型適性と非注型適性の両方のエラストマー且つまた熱可塑性エラストマーを含む、任意適当な及び又は在来のエラストマータイプを採用してもよい。非注型適性エラストマーとして、水素化ブタジエンアクリロニトリルゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（「NBR」）、スチレン−ブタジエンゴム（「SBR」）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（「ACSM」）、エピクロロヒドリンゴム（「BR」）、天然ゴム（「NR」）、及びエチレンプロピレンターポリマー（「EPDM」）及びエチレンプロピレンコポリマー（「EPM」）のようなエチレンαオレフィンエラストマー、又は上記のものの2種又はそれ以上の組み合わせを採用するのが有利である。
【０００９】
本発明によるベルトのベルトボディのエラストマーとして使用するのに適した注型適性エラストマーとして、ウレタン、ウレタン／尿素樹脂及び尿素樹脂を非限定の例として述べる。注型適性エラストマーに関して、ボディは、硬化後、動力伝達ベルトに要求される必要な物理的特性を有する液体のベルト材料で注型される。例えば、材料は、ウエストホッフ(Westhoff)に付与された米国特許第4,838,843号、ペターソン(Petterson) 等に付与された米国特許第5,112,282号、又はウー(Wu)等に対するWOP公開第96・02584号(1996年2月1日)のいずれかに開示されているよう性質を有する。
【００１０】
充填剤、硬化剤、活性剤、促進剤、スコーチ防止剤、安定剤、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、及び可塑剤が、動力伝達ベルトのボディ部分を形成するエラストマー成分と関連して、この目的で普通に採用される量で利用される。図1及び2に示すような歯付ででもよいが、Vベルト又は多リブ付ベルトの形態でもよい本発明のベルトは周知のベルト製造技術を使用して製造され、その数は当業者によって容易に認識される。歯付ベルト即ち同期ベルト、Vベルト、及び多Vリブ付ベルトを含む動力伝達ベルトの例は米国特許第3,138,962号、同第3,200,180号、同第4,330,287号、及び同第4,332,576号に開示されている。このようなベルトを生産する方法の例は米国特許第3,200,180号、同第3,772,929号及び同第4,066,732号に開示されている。これらの特許引用文献は色々なタイプの動力伝達ベルト及び技術状態の形成技術の例に過ぎない。
【００１１】
複数の横向きの溝20がベルトの外側層に形成される。必要ではないけれども、溝20はベルトの重量を減じ、そしてある用途のために或いは、特に、注型適性材料がベルトボディを形成するのに使用されるある状況下でベルトの可撓性を高める。
【００１２】
ボディで形成された間隔を隔てた歯14は台形、曲線又は曲線裁頭のような所望な横断面形状を有するのがよい。曲線形状の歯の例はミラー(Miller)に付与された米国特許第3,756,091号、キャセイ(Cathey) 等に付与された米国特許第4,515,577号及びウエストホッフ(Westhoff) に付与された米国特許第4,605,389号に現れている。
【００１３】
歯の剪断強さを高めるために、そして注型適性ベルトの構造では、特に、スプロケットの溝に入るときベルトの歯の攻撃性を減ずるために、ベルトの歯の周面に配置される耐磨耗布16として、けん縮ナイロン、綿、大麻、ジュート、アラミド、ポリエステル、及び繊維ガラスを含む適当な又は普通の材料を採用するのがよい。布の1以上のプライを採用するのがよい。所望ならば、ストランドがベルトの走行方向に介してある角度をなすように布をバイアスに裁断する。布は、所望な角度でたて糸とよこ糸からなる在来の組織のような所望な形態のものでよく、或いは糸コードからなってもよいし或いは編形態又は編組形態等からなっていてもよい。
【００１４】
この図示した実施形態では、コードの形態の引張部材18は間隔を隔てて並んだ仕方でベルトの幅にわたって螺旋をなしている。本発明の非限定の実施形態におけるコードはベルト幅の約75％乃至約95％を占め、好ましくは、約80％乃至92％を占めるのがよい。
【００１５】
引張部材からなるコードは、少なくとも1本が任意適当なタイプの炭素繊維のヤーンからなる複数本の撚り及び又はバンドルヤーンからなる。本文では、開示全体にわたって、用語「繊維」及び「フィラメント」は、小さい横断面直径、例えば4-7μm及びその直径の少なくとも約百倍の長さを有し、しかし一般的には、極めて大きい又は全く無限の長さを有し、且つヤーンの基本的な要素をなす材料を表すのに互換的に利用される。用語「ヤーン」はここでは、そしてこの開示全体に渡って、より合わされ及び又は撚られ、及び又はさもなければコードの成分をなす連続ストランドに互いに集束された少なくとも2本の繊維を表すのに、しかし炭素繊維ヤーンに関しては、百本又はそれ以上の繊維を指定するのに利用される。用語「コード」はこの開示全体にわたって、当該技術で知られてるように撚られ、そして2本又はそれ以上のヤーンが採用される場合には、さらにより合わされ及び又は集束され及び又は互いに撚られる1本又はそれ以上のヤーンの製品を表すのに利用される。
【００１６】
本発明の実施形態の実施に利用するための例示的な炭素繊維は、例えば上記の米国特許第5,807,194号に記載されており、その内容を、本発明の実施形態の実施に利用される例示的な炭素繊維のタイプ、形態及び指定に関して、ここに援用する。炭素繊維は、一般的には、ポリアクリロニトリル繊維のような他の繊維を炭素化することによって作られ、炭素化工程で、繊維の直径は実質的に小さくなる。1本又はそれ以上の炭素繊維から形成されたヤーンは例えば、約66テックス乃至約1650テックスの単位長さ当たりの質量及び約1000乃至約24000のフィラメント本数(即ち、ヤーン当たりの個々の炭素繊維の数)を有する。本発明に従って使用する炭素繊維は、ASTMD4018に従って決定されるように、約50ギガパスカル（「Gpa」）乃至約350ギガパスカルの範囲、好ましくは、約100ギガパスカル乃至約300ギガパスカルの範囲、最も好ましくは、約150ギガパスカル乃至約275ギガパスカルの範囲の引張弾性率を有する。本発明の実施形態では、そして特に、個々の炭素繊維の横断面直径が約4乃至約7μmの範囲にある実施形態では、動力伝達ベルトに利用されるコードのフィラメント本数は約5000乃至約24,000であるのがよい。更なる実施形態では、コードのフィラメント本数は約9,000乃至約15,000であるのがよい。当該技術で知られているように、炭素繊維及びそれから形成されるコードは、デニール又はデシテックス(decitex)ではなくそこに含まれる繊維の本数を特徴とする。本数及び文字「K」の命名法がヤーンの中の炭素繊維の数を表すのに用いられる。かくして、「3K」炭素繊維では、「K」は「1000繊維」についての省略表示であり、「3」は倍数を表す。かくして、「3K」炭素繊維は3000繊維又はフィラメンのヤーンを特定する。その上、コード命名法に関して、例えば、「3K-5」炭素繊維コードでは、「5」は、5(five)3Kヤーンが撚られ及び又は互いに束ねられ、かくして15,000のフィラメント本数を有するコードを形成することを指示する。本発明の実施形態では、炭素繊維コードは所定の用途に適するヤーンの任意の組み合わせからなり、6K-1; 3K-3; 6K-2; 12K-1; 3K-4; 3K-5; 6K-3 及び6K-4 を含み、しかしこれに限られない。
本発明を実施する際に使用するのに適した炭素繊維の非限定な例は、TORAYCA-T400 HB 6K 40D 及びTORAYCA-T700 GC 12K 41Eの名称で東レ(Toray) によって販売されている。同様な材料はまた、T-650/35 6K 309NT 及びT-650/35 12K 309NTの名称でビーピーアムコケミカル社(BP Amoco Chemicals Co.)から入手できる。
【００１７】
繊維製造業者は典型的には、繊維をサイズ剤で被覆し、このサイズ剤は一般的には、繊維が加工されてヤーンになり、そしてスプールに巻かれるとき糸切れを防ぐのに役立ち、及び又は繊維及びそれから形成されるヤーンのコード処理剤での湿潤を容易にするのに役立つ。かくして、ある例では、サイズ剤は、処理されたコードを動力伝達ベルトに組み込むためにヤーン及び又はフィラメントに施されるコード処理剤と適合できる化学構造を有し、かくして、例えば、水型又は溶剤型エポキシ溶液である。本開示全体にわたって、用語「サイズ剤」は、乾燥され、そのように処理されたヤーン又はフィラメント、即ち上記のように機能するために、サイズ剤が施された乾燥ヤーン又はフィラメントの重量に基づいて、約0.2乃至2.0乾量％のレベルで、ヤーン及び又はヤーンフィラメントに施される全体的に薄いフィルムを示すのに使用される。
【００１８】
本発明の実施形態に従って、RFL組成物、即ちレソルシノールホルムアルデヒド反応生成物を更に含むエラストマーラテックス組成物はヤーンの少なくとも一部分及び又はその炭素フィラメントの1本以上にコード処理剤として施される。本開示全体にわたって、用語「コード処理剤」は、ヤーン及び又はヤーンフィラメント(これはサイズ剤を含み又は含まない)に施され且つヤーンの表面及び又はヤーンフィラメントの表面の少なくとも一部分に、及びこの様なフィラメントと、集束及び又は撚り及び又は他の組み合わせ又はこのようかかるコード処理されたヤーンの他の形態により形成されたコードのヤーンとの間に形成される1つ以上の隙間の少なくとも一部分内に位置する材料を指すのに用いられる。
【００１９】
RFL成分として、任意適当な材料を採用してもよい。RFL溶液中のレソルシノールホルムアルデヒド樹脂部分は好ましくは約2乃至約40乾量基準％を表し、ラテックス分は約60％乃至約98％を表す。好ましくは、レソルシノールホルムアルデヒド樹脂分は約5乃至約30乾量基準％を表し、ラテックス部分は約70乃至95％を表す。本発明の実施形態におけるこの割合は、炭素繊維の色々のフィラメントに、普通に採用されている撚り及びより合わせ作業を行うのに必要な充分な可撓性を維持しながら、磨耗及び糸切れを減ずる程に含侵させることが分かった、そして上記の本発明の特別の実施形態に関して、これを以下に更に詳細に説明する。しかしながら、採用されるレソルシノールホルムアルデヒド樹脂とラテックスの特定な部分又は達成される含侵量に関係なく、コード処理剤溶液の固形分レベルを、RFL溶液が処理工程中実質的に安定したままである点までにし、そしてその点に維持すべきであることが本発明の実施において分かった。
【００２０】
RFL溶液中のラテックス成分は、HNBR,NBR,カルボキシ化HNBR, カルボキシ化NBR, ビニルピリジン/スチレンブタジエンゴム(「VP/SBR」), カルボキル化VP/SBR, SBR, クロロスルホン化ポリエチレン(「CSM」), エチレンジエンターポリマー(「EPDM」)及びエチレンプロピレンコポリマー(「EPM」)のようなエチレンαオレフィン型エラストマー、又は上記のもののどれか2つ又はそれ以上の組み合わせを含む任意適当なタイプのものでよい。好ましい実施形態では、ラテックス成分はカルボキシ化HNBRタイプであり、そして重量で等しい量又は割合まで少量を含み、或いはEPDM又はEPMのようなエチレンαオレフィン型エラストマーを含む他のエラストマータイプの多くを含むのがよい。エチレンαオレフィン型エラストマーは、単独で、或いは低温可撓性のような得られたベルトの低温性能特性を改善するためにそのどれか2つ又はそれ以上の組み合わせで使用されるのがよい。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、ヤーンの表面の少なくとも一部分を及びヤーンの個々の繊維の間に形成される隙間の少なくとも一部分内を被覆するのに充分な量のコード処理剤がヤーンに施される。本発明の実施形態では、コート処理剤の含侵レベルは、そのように処理されたコードの最終重量に基づいて、約5.5乾量％乃至約30乾量％の範囲、好ましくは約7乾量％乃至約25乾量％の範囲、もっと好ましくは、約7.5乾量％乃至約24乾量％の範囲で達成される。
【００２２】
本発明の実施形態では、少なくとも1本の炭素繊維からなる撚りゼロ(即ち無撚り)炭素繊維ヤーン又はヤーン束をRFLコード処理剤を収容する含侵浴に漬け、かくして含侵させた繊維ヤーンを乾燥させ、しかる後、ヤーン又はヤーン束を、採用される特定のコードタイプに適した形態に撚り、選択的に、コードの表面に施された適当なコード接着剤の追加のオーバコートを含む被覆コードを上述したように、普通の又は適当な方法を利用してベルト構造物に組み込む。本文では、この開示全体にわたって、用語「オーバコート」は、コードの表面に、しかしコードの個々のヤーン及び又は繊維間に形成される隙間内に、そのように処理されたコードの最終重量に基づいて約1重量％乃至約10重量％の範囲のレベルで存在する材料を指すのに用いられ、かかる材料は、処理されたコードとそれを取り囲むベルト材料との接着を容易にするように機能する。
【００２３】
本発明の非限定の実施形態では、コード処理剤段階を行う際には、コード処理剤をヤーン内に侵入させ、且つヤーンの個々の繊維間に形成された隙間及び繊維それ自体の隙間内に侵入させて、コード処理剤がヤーンに及び又はその繊維の1本以上に着けられた後、ヤーンのコアにおけるフィラメントを含む、できるだけ多くのヤーンのフィラメントを覆うようにする。コード中のRFLのコード処理剤の含侵量を最大にする任意適当な方法が本発明の実施において採用されるのがよいが必ずしも採用されない。しかしながら、1つの実施形態では、上記の被覆工程は、各繊維が、含侵段階が起こることができる領域の増加をもたらすように、遅くても含侵段階中に行われる、炭素ヤーンを構成するフィラメントを拡げることによって炭素ヤーンを開く段階を更に含む。ヤーンのこの開き又は拡げ作用は任意適当な作業によって形成されるのがよい。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、1以上の変量の操作によりRFLコード処理剤の弾性率を選択することによって、以下に更に説明するように、100℃で行われる高温ベルト伸び分析により48時間後に測定されるような小さい永久ベルト伸びを示すベルトを得ることが特定の動力伝達ベルト構造にとって最適とされる。
【００２５】
本発明の実施形態によるRFLコード処理剤の弾性率の選択は、コードが暴露される温度及び又は処理剤工程中コード処理剤含侵ヤーンの暴露期間を含むコード加工条件(以下「加工条件」)を調整すること、カーボンブラックのような比較的少量の充填剤を、炭素繊維に含侵させるためのRFLコード処理剤に加えること、RFL中のホルムアルデヒド対レソルシノールの重量比を操作すること、RFL中のレソルシノールホルムアルデヒド樹脂対ラテックスの重量比を操作すること、コード処理剤溶液に少量の在来の酸化防止剤の水性分散液を加えること、RFL溶液用のラテックスタイプを選択すること、及びブロックトイソシアネートをRFLに加えること、を含む多数の方法で達成される。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、驚くべきことに、本発明の実施形態による炭素繊維のコード処理剤として使用されるRFL組成物の弾性率を最適なレベルに操作することによって、ベルト伸びの著しい減少が生じる事が分かった。その上、永久ベルト伸びを最小にすることに関して、特定なレベルに引張弾性率を有する炭素繊維にとって最適なRFL弾性率が存在することが現在のところ信じられている。特別な理論によって縛られるものではないけれども、どんなタイプの動力伝達ベルトにも、動力伝達ベルトの構造について永久ベルト伸びを最小にする最適なコード処理剤弾性率が存在することが現在信じられている。
【００２７】
その上、処理されたコード加工条件、即ち高い温度及びコードがRFL溶液の付与後暴露される暴露期間のうちの少なくとも1つを操作して以下に示す実施例及び説明に示されるように、コードの最終含水量、その剛性、及びベルト伸びに抵抗するベルトの能力に著しい影響を及ぼすことができる。例えば、所定のRFL組成物及び又はコードタイプにとってあまりにも低い暴露温度又は期間に関して、処理されたコードの残留(即ち加工後)含水量がRFL組成物の弾性率に必ずしも影響を及ぼさないけれども、コードバンドル内に保持された過剰な水分は、RFLが引張コード、そのヤーン、繊維及び隙間を完全に又は均質に覆う又はそれに結合するのを妨げることが、現在信じられている。一方、これは、ベルトのベルト伸び抵抗を改善する上でRFLの有効性が落ちると思われる。逆に、所定のRFL組成物及び又はコードタイプにとってあまりにも高い暴露温度又は期間に関して、好ましくない低含水量及び又はRFL組成物のラテックス部分の減成が起こり、それに対応して高いコード剛性が生じ、それによってRFL高度処理剤の有効な弾性率を、脆性及びその上記の関連した問題が起こるような好ましくない高いレベルに増加させる。
【００２８】
実例I
本発明の効果を示すために、各々頂幅19mmで97歯(9.525mmピッチ)を有し、長さが932.925mmであり、実質的に等しいHNBRベルトボディ部分と、TORAYCA-T400 HB 6K 40Dの商標で日本のToryから入手できる、各々、250ギガパスカル(Gpa)の引張弾性率、396テックスの単位長さ当たりの質量及び約6000のフイラメント本数を有する2本の炭素繊維ヤーンで形成された引張コードと、を含む歯付ベルトを形成した。ベルトは、以下の表2に記載されているように、引張コードに施されたRFLコード処理剤の特定のRFLコード処理剤組成物及び又は加工条件（乾燥温度及び又は暴露期間を含む）の点で異なった。表2に記載された以下の例及び比較例の各々において、表1に記載された共通のカルボキシ化HNBR型高耐熱性RFL溶液を、上記のように、或いは表2に記載されたごとく更に改質されるように、採用した（以下X-HNBR RFL組成物と称する）。
【００２９】
【表１】
X-HNBR RFL組成物

¹ インスペックケミカルのPENACOLITE樹脂R-2170
² 日本ゼオンのZETPOL B

【００３０】
表1に記載されたX-HNBR RFLを形成するために、アンモニア水を水に加え、混合が完全になるまでかき混ぜた。次いで、レソルシノール/ホルムアルデヒド樹脂をかくして形成された溶液に加え、樹脂が完全に溶解するまで混合した。出来た樹脂混合物を、必要に応じて、アンモニア水を加えて少なくとも9.0の最終pH に調整した。次いでこの樹脂混合物をカルボキシ化HNBRラテックスに加え、混合が完全になるまで混合した。その時点で、ホルムアルデヒドを溶液に、かき混ぜながら加え、出来た溶液をよく混合した。次いで混合物を少なくとも2時間ねかせ、溶液のpHを必要に応じてアンモニア水を加えて9.0の最終pHに調整した。コード処理剤として利用する前、16時間更にねかせた。
【００３１】
表1に記載された成分に加えて、表2に記載された特定な実施及び比較例に利用されたX-HNBR RFLはまた、ヘベアテックス(Heveatex)製の45％固形分HEVEAMUL M-111bワックス分散剤の湿量基準で4.3重量％(18重量部)、41％尿素水溶液の湿量基準で6.50重量％(27.2重量部)及びグッドイヤーケミカル社(Goodyear Chemical Co.)によってAQUANOX 29の名称で販売されている酸化防止剤の湿量基準で2重量％(8.4重量部)を含む。これらの3つの成分、即ち、ワックス、尿素及び酸化防止剤は、本発明によるRFL溶液には要求されないが、選択的に、工程の補助として採用され、及び又は、酸化防止剤の場合には、本発明の範囲に関係しない性質を改質するのに採用される。
【００３２】
実施例4及び6並びに比較例5の各々について、表2に示すカーボンブラックのそれぞれの量を、組成物をこの段階で16時間ねかせた後混合しながらX-HNBR RFLに加えた。表2に指示されているように、次ぎの実施例に利用されるカーボンブラックタイプはBLACK SHIELD No.4の名称でジェィ.シィ.ガッド社(J.C. Gadd Co.) から入手できる35％固形分分散剤であった。しかしながら、本発明の実施では、カーボンブラックがRFL溶液の弾性率を増すのに使用されるときには、在来の又は適当な補強タイプを採用してもよく、そしてRFLの製造の都合のよい段階で、例えばラテックスを加えながら、溶液に入れるのがよい。
【００３３】
表2に記載されたベルトにコード処理剤として採用されるX-HNBR RFL組成物の弾性率を決定するために、それぞれの組成物のフィルムサンプルを動的機械的分析にかけた。X-HNBR RFL組成物の各々は、表1に記載の成分に加えて、上記の酸化防止剤の、組成物の湿量基準で2重量％を含む。
【００３４】
特許請求の範囲を含む本開示全体にわたって、RFL組成物又はコード処理剤組成物に適用されるごとき用語「弾性率」は、実質的に乾燥状態での関連した組成物の、以下に記載する手順に従って得られたごとき弾性率を表すのに使用される。これは、引張コード上、周り及びその隙間内の最終形態の組成物の弾性率とは区別され、ラテックス又は他の源からの残留水により、加工工程で実質的に追い払われないならば、組成物の有効弾性率を減少させ、処理されたコードが長い時間過剰温度に晒されると、特に、低耐熱性ラテックス、例えば、VP/SBRを採用するこれらの組成物については、組成物を減成させてしまう。
【００３５】
コード処理剤の各々に利用された尿素もワックス分散剤も、弾性率の値がこの分析で得られたRFL組成物には利用されなかった。この修正はそれぞれのRFL組成物の弾性率に影響を及ぼすとは思われない。特に、各々の場合に同じエラストマーラテックスが使用され、RFL組成物中のホルムアルデヒド対レソルシノール重量比は、各々の場合、1.274で、溶液のラテックス対レソルシノール/ホルムアルデヒド樹脂重量比は、各々の場合、13.17であった。
【００３６】
ガラスサンプルコレクタープレートをそれぞれのRFL溶液を収容した容器の中に漬けてフィルムを準備し、各々の場合に、厚さ0.05mm、長さ22.7mmのフィルムサンプルを得た。上記のようなX-HNBR RFL組成物を生産するための製造段階を、この分析のためにそれぞれのRFL溶液を形成する際に採用した。試験片を、この分析のために、表2に指示した如くコード処理剤として利用されるときにRFL組成物が晒される高い温度とは違って、たった50℃の暴露温度で乾燥したけれども、それでも、各々の場合テストサンプルは実質的に乾燥された。これは、比較的高い温度が処理されたコードの比較的太く、複雑な構造内のRFL組成物を完全に間かは実質的に乾燥させるのに必要とされるけれども、比較的低い温度が、サンプル薄切りによって表される比較的細く、平らな複雑でない形態内のかかる組成物を完全に乾燥させるのに必要とされるからである。
【００３７】
かくして、これらのRFL組成物のテストサンプルについてここに報告される有効な弾性率範囲は、所定の処理されたコードのための加工条件(乾燥温度及び暴露期間を含む)が、上で更に気づかれたように、また以下で更に詳細に記載されるように、過剰に高いコード剛性を生じさせることなく、RFL組成物を実質的に乾燥させるのに選択されることを条件に、表2に反映されているように、歯付動力伝達ベルトの構造にコード処理剤として利用される同じ配合のRFL組成物によって示される弾性率と実質的に一致することが予想される。
【００３８】
1.6 Hz、及び0.1％の歪みに設定され且つテンション-テンションモードに設定されたRSA テスト装置を採用して硬化させたRFLテストサンプルを分析した。約−70℃乃至約170℃の温度範囲にわたって弾性率を決定した。20℃及び100℃で取られた温度読みの結果を表2の関係標題のもとに下に記載する。
【００３９】
表2に示すベルトの各々について、X-HNBR RFL単独又はRFL組成物に加えられたカーボンブラックの僅かな割合を含むように表2に従って改質された如きX-HNBR RFLをコード処理剤として上記の炭素繊維ヤーンに施した。第1段階では、無撚りヤーンを適当なX-HNBR RFL又はカーボンブラック-改質- X-HNBR RFL溶液を収容するタンクに漬けた。コード処理剤を本発明に従ってコードに施すのにどんな方法を使用してもよいが、これらの例示の例については、炭素繊維ヤーンのフィラメントをこの含侵段階中拡げて繊維の暴露面積を増大させ、かくして、ヤーンに施されるRFLコード処理剤の量を増加させた。この拡げ作用は、各々直径が1mmで34mmだけ互いに分離され、RFL処理剤の中に沈められ、そしてヤーンの進路と垂直に置かれた2本のピンの周りにヤーンを通すことで行われ、ピンは、開く傾向をヤーンに生じさせ、ヤーンのフィラメントを、ピンとの接触線の殆どを占めるように拡げる。RFL組成物を収容した侵漬タンク内にある間ヤーンに加えられる張力を40乃至50グラムに制御した。しかる後、余分の処理剤を除去し、かつコード処理剤の侵入を高めるために、タンクから取り出したとき直径0.81mmの鋼製ダイに通した。次いで、ヤーンを2つのオーブンに通した。各オーブンは長さ3mで、各オーブン内でのヤーンの滞留時間は4.5秒であった。第1オーブン内の平均オーブン温度はほぼ145.8℃であった。第2のオーブン内の平均オーブン温度は、以下の表に指示されているように、ほぼ231.5℃、267.0℃及び302.5℃であった。特定な理論又は実施に限られるものではないが、処理されたコードを比較的低い第1の温度と比較的高い第2の温度の両方に、以下に示す実施例に従って充分な暴露期間晒すことは、コードを乾燥させるための、即ちRFL組成物のラテックス部分からかなりの量の残留水を除去するための、且つ又RFL組成物のレソルシノール-ホルムアルデヒド部分の少なくとも一部分をRFL組成物のラテックス部分の少なくとも一部分及び炭素コードの少なくとも一部分と反応させ、それによってコード処理剤とコードとの接着を促進するための1つの効率的な手段を提供する。
【００４０】
下に記載する実施例のために、処理されたコードを加工するのに2つのオーブンを採用したけれども、これらの作業は、単一のオーブン又は同等な装置で起こる単一の作業で行われてもよい。RFL含侵、即ちヤーンに又はヤーン内に施されたコード処理剤の量は、表2に記載された各々の場合に処理されたヤーンが第2オーブンから出るとき、ヤーンの最終乾量で20.45乃至21.0％であった。コード処理剤の含侵レベルは、この実施例及びすべての他の実施例の目的のために、コード処理剤の付与及び加工、並びに処理され、加工されたヤーンを105℃に16時間晒した後長さ10mのヤーンの重量増加を測定することによって決定された。
【００４１】
乾燥用オーブンから出たとき、サンプルの単一の被覆ヤーンの剛性は、被覆コードの剛性がコード処理剤の弾性率に関係すると考えられるので、テーバー V-5 剛性試験機によって決定された。この例に利用され且つこの方法で分析されたタイプの被覆ヤーンの各々について、コードの剛性の相対測定値を得るのに10測定単位の釣合重りを採用した。値が得られた場合には結果を表2に報告した。
【００４２】
かくして処理され且つ加工されたコードの含水量、即ち主としてRFL組成物のラテックス部分によって寄与される残留水は、処理され且つ加工されたヤーンを105℃の雰囲気に16時間暴露した後処理され且つ加工されたヤーンの10メートル部分の重量損失を測定することによって決定され、その上、その結果を表2に掲げた。
【００４３】
各実施例及び比較例のために、かくして処理されたヤーンの2つを、METUMAT撚り機(メムミンゲン社（Memmingen Co．）から入手可能)を利用して張力の下に、1メートル当たり80撚りの割合で互いに撚った。撚り機を30％ブレーキに設定し、600グラムパッケージ巻出張力を使用した。コードの構造は6K-2、即ちコードを形成するために互いに撚られた2つの6000フィラメントTORAYCA-T400 HB 40D 6K ヤーンであった。
【００４４】
次いで、キシレン中の固形分を8.2％にしたCHEMOSIL2410のもとにヘンケル(Henkel)から入手できる30％固形分組成物からなるオーバコートをコードの各々に施してコードとそれを取り囲むベルト成分材料との間の接着を高めた。そうするために、撚られたコードを1kgの張力の下に巻き戻され、上記の第2処理剤を収容するタンクに侵漬させ、次いで、長さ8メートルのオーブンに90℃で、毎分18メートルの速度で通した。乾燥後、コードを二回目これらの同じ工程に晒した。処理されたコード上のこのオーバーコートの含侵レベルは処理されたヤーンの5乾量％より小さかった。
【００４５】
表2に記載された実施例及び比較例の各々ついて上記の如き2本のベルトを作り、そして次の通り分析した。テスト中24時間及び48時間後個々のベルトについて得られた結果を提供する。表2に報告されているように永久ベルト長さ伸びを決定するために、ベルトの各々を、図3の概略図に示すように6つのプーリー32、40、36、38、34、及び42からなるリグ20に掛けた。駆動ブーリー32及びプーリー40は各々、9.525ピッチで、ベルト歯と噛み合うための19個のスプロケット溝を有していた。プーリー36は、9.525ピッチで、ベルト歯と噛み合うための20個のスプロケット溝を有していた。プーリー34、38は平らな、即ち歯なしプーリーで、各々直径が50mmであった。テンションプーリー42は平で、直径が70mmであった。テスト装置は、テストリグを収容するチャンバーからなり、その中の温度をテスト中100℃に保持した。ベルトをリグで、駆動プーリー32に付与された6200RPMで、そしてプーリー42に付与された200Nの装着張力のもとに、荷重なしで半時計方向に作動し、ベルト長さ増加(即ちベルト伸び)を単一のベルトについてテスト中24時間後、次いで、テスト中48時間後再び、各期間の終わりにベルトの元の長さからの百分率の増加として測定した。この開示の目的のために、また開示全体にわたって、このテストを「高温ベルト伸び分析」と称する。
【００４６】
【表２】

【００４７】
同じコード処理剤RFL溶液についてその温度での暴露期間を一定に保持しながらコード処理剤工程中コードの第2段階の乾燥温度を変えることの影響は表2に報告されている比較例の結果及び実施例2及び3の結果で分かる。これらの結果は、上記の約267℃の第2ゾーンオーブン温度で、ベルトの元の長さから測定された如き24時間ベルト伸び増加及び48時間ベルト伸び増加は0.1％以下(実施例2)であり、より低い(比較例1)及びより高い(実施例3)第2ゾーンオーブン温度では、0.1％より大きいベルト長さ増加が1つ以上の例で、24時間と48時間の両方の読みで起こる。かくして、コード処理剤加工中コードが所定の暴露期間及びRFL組成物について晒される高い温度はコードを含むベルトの最終の性質に影響を及ぼすことが分かる。その上、最小の永久ベルト長さ増加がこのコードを有するベルトについて起こるこの特定な組成物について所定の暴露期間にとって最適な温度範囲が存在することが分かる。
【００４８】
特定の理論に限定されるものではないけれども、例えば、この段階でこの暴露期間にとって、比較例1の230℃位のあまりにも低い暴露温度は、RFLのラテックス成分のある部分を液体のままにし、及び又はあまりにも低いラテックス成分の硬化度をもたらし、その結果RFLの弾性率が、乾燥したフィルムサンプルについて報告された弾性率よりも比較的小さくなるものと思われる。前者は、例えば比較例1及び実施例2について報告されたそれぞれの含水量及びそれらのそれぞれのベルト伸び結果によって裏付けられる。この段階で且つこの暴露期間について比較例3の300℃位のあまりにも高い温度は、処理されたコードから、以下に説明するように、コード剛性が大変高くなる点までより大きな量の水を除去する。その上、過剰に高い温度及び又は暴露期間もRFLのラテックス成分の少なくとも一部分のより高い硬化度に影響を及ぼし、かくして、乾燥させたフィルムサンプルについて報告された弾性率と比較して、処理されたコード内及びそれを取り囲むRFL組成物の有効弾性率を、報告されたベルト伸び結果に反映されるように同様に不満足なレベルまで増加させる。その上、過剰な又は長い高温への暴露は、特に、比較的低い耐熱性のゴムラテックスを有する組成物については、RFLを減成させるかもしれない。いずれの場合にも、許容できないレベルの永久ベルト長さ増加が起こる。
【００４９】
その上、この現象は、処理されたコードを晒す温度だけが異なる実施例4及び6について報告された結果に現れる。両ベルトは優れたベルト伸び抵抗を示したけれども、残留水2.4％しか含有せず、それに付随して、実施例4について報告されたコード剛性よりもコード剛性を増加させた実施例6のベルトは実施例4よりも僅かに乏しいベルト伸び抵抗を示した。かくして、過剰に高いコード剛性及びそれに付随して低残留含水量は適当なコード処理剤の被覆を阻害し又は妨げるが、上記のように、比較的硬いコードは実際には、比較的低い剛性を示すコードを含むベルトと比較してベルト伸び抵抗を著しく改善する。
【００５０】
あまりにも低い弾性率を有するRFLの場合には、ベルト伸びは、低弾性率RFL材料によって十分に保護されない炭素繊維の個々のフィラメントによって経験される高い磨耗量によるものと考えられ、それ故に、引張部材の強さを減じることになる。
【００５１】
あまりにも高い弾性率を有するRFLの場合には、炭素繊維ヤーンのフィラメントが、硬いRFLコード処理剤で被覆された後ヤーンの撚りの間ヤーンの縮れの結果損傷されことになる。その上、このように極端に高い弾性率RFL材料のコード剛性は炭素繊維ヤーンのフィラメントが撚り形態で互いに効率的に及び又は十分に密集するのを阻止し、かくして、ベルトの複合構造内に比較的大量の空隙空間を残す。その結果、ベルトが荷重のもとに駆動されると、この空隙空間がつぶれ、ベルトは、元の長さから増加百分率で計ってみて伸びを示した。逆に、第2段階で、この暴露期間及びこれらの特定な成分について最適な温度、例えば、実施例2について267℃位に晒されたとき、有利に減少した含水量、及び又は最適なRFL弾性率を生じさせる硬化度が達成され、最小の永久ベルト伸びを示すベルトが出来ると思われる。
【００５２】
コード処理剤中ラテックスの硬化度及び又は残留水分(それ故にコード構成)をかえると、RFL組成物へのカーボンブラックの添加は材料の弾性率を増大させる効果を有する。一定な加工温度及び暴露期間で少量のカーボンブラックをRFL組成物に加えることの効果は表2の比較例及び実施例4及び5について報告された弾性率及びベルト伸び結果で理解することができる。これらの結果は、カーボンブラックがXHNBR-RFL組成物(比較例1)に加えられないとき、0.1％を超える永久ベルト伸びがテスト中24時間と48時間の両方の後に起こる。同様に、湿量基準で8重量％のカーボンブラックがXHNBR-RFL組成物(実施例5)に加えられるとき、1％を超える永久ベルト伸びが、1つの例では、著しく高い弾性率コード処理剤を含有するベルトについてテスト中48時間後に起こる。湿量基準で4重量％のカーボンブラックをXHNBR-RFL組成物に加えることにより、前者の比較例又は非比較例(実施例4)との間の組成物弾性率をもたらし、1つの例では、24時間後0.1％を超える永久ベルト長さ増加を指示するけれども、テスト中48時間後0.1％ベルト伸びよりも大きくはならない。実施例4について報告されたベルト伸び結果に関して、1つの例では、ベルト伸びのレベルは実際には、24時間の読みから48時間後に取られた読みまで減少したことが観察される。一般的には、ベルト伸びはテスト中時間を増すにつれて増加するけれども、ある例では、ベルトは、例えば、1つい上のエラストマーベルト成分の膨潤により、及び又は測定誤差によりいくらか縮みを示すことが可能である。かくして、RFLコード処理剤へのカーボンブラックの添加はコード処理剤の弾性率に影響を及ぼし、それによってかかるコード処理剤で処理されたコードを含むベルトの最終性質に影響を及ぼす事が分かる。その上、最小の永久ベルト長さ増加がこのように処理されたコードを有するベルトについて起こるようなRFLコード処理剤にとって最適なカーボンブラックのレベルが存在する事が分かる。
【００５３】
特に、所定の一組の加工条件(即ち高い温度及び暴露期間)について、少な過ぎか多過ぎかのカーボンブラックがXHNBR-RFL組成物に加えられるとき、許容できないレベルの永久ベルト伸びが起こり、これは、両方の場合、RFLコード処理剤の好ましくない弾性率及び上記のようにこれと関連したそれに付随する問題によるものと思われる。逆に、最適なRFL弾性率が、例えば、適量のカーボンブラックがXHNBR-RFL組成物に加えられる(即ち実施例4について4phr)ことにより達成されるとき、特に、48時間高温ベルト伸びテスト結果に報告されているように、最小レベルの永久ベルト伸びが起こるが分かる。かくして、XHNBR-RFL組成物として表1に記載された特定な成分に関して、又関連した実施例について利用された加工条件について、所望な弾性率を達成するためにカーボンブラックが本発明に従って利用されるならば、RFL溶液の湿量基準で約0.5乃至約10重量％、もっと好ましくは、湿量基準で約2乃至約7.5重量％、最も好ましくは、湿量基準で約3乃至約5重量％が採用される。
【００５４】
エラストマーラテックスタイプを含む多数のファクターを変えてRFL組成物の弾性率に影響を及ぼすことが出来るので、当業者は、上記のXHNBR-RFL組成物に加えるためのカーボンブラックの好ましい量について上で提供した範囲は他の組成物にとって及び又は他の処理されたコード加工条件にとって必ずしも有効又は十分ではないことを容易に認識するであろう。かくして、一般的に、本発明に従ってRFL組成物の弾性率を増すのに使用されるとき、組成物の湿量基準で約25重量％までのカーボンブラックの量が有効である。利用されるとき、このような量は好ましくは、RFL組成物の湿量基準で約1重量％乃至約20重量％であり、もっと好ましくは、湿量基準で約3乃至約15重量％である。
【００５５】
この分析から引き出された結果を利用すると及び表2に報告された実施例2,4及び6についての結果と一致して、上記のようにコードの剛性に悪影響を及ぼすことなく、RFLからかなりの量の水を除去するのに十分な加工条件に晒した後又はコード処理剤を適当に且つ十分に乾燥させるのに十分な他の手順後のRFLコード処理剤の弾性率は、20℃でRFLコード処理剤の弾性率が好ましくは、約1.0×10⁷ダイン/cm²(1.0×10⁶Nm^-2)乃至約5.0×10⁸ ダイン/cm²(5.0×10⁷Nm^-2)の範囲にある、もっと好ましくは、約3.0×10⁷ダイン/cm²(3.0×10⁶Nm^-2)乃至約3.8×10⁸ ダイン/cm²(3.8×10⁷Nm^-2)の範囲にある、もっと好ましくは、約3.5×10⁷ダイン/cm²(3.5×10⁶Nm^-2)乃至約3.5×10⁸ ダイン/cm²(3.5×10⁷Nm^-2)の範囲にある、最も好ましくは、約7.0×10⁷ダイン/cm²(7.0×10⁶Nm^-2)乃至約3.0×10⁸ ダイン/cm²(3.0×10⁷Nm^-2)の範囲にあるようなものであると思われる。100℃で、RFLコード処理剤の弾性率は、好ましくは、約5.0×10⁶ダイン/cm²(5.0×10⁵Nm^-2)乃至約4.0×10⁸ ダイン/cm²(4.0×10⁷Nm^-2)の範囲にあり、もっと好ましくは、約1.0×10⁷ダイン/cm²(1.0×10⁶Nm^-2)乃至約2.5×10⁸ ダイン/cm²(2.5×10⁷Nm^-2)の範囲にあり、もっと好ましくは、約1.8×10⁷ダイン/cm²(1.8×10⁶Nm^-2)乃至約2.7×10⁸ ダイン/cm²(2.7×10⁷Nm^-2)の範囲にあり、最も好ましくは、約2.5×10⁷ダイン/cm²(2.5×10⁶Nm^-2)乃至約1.0×10⁸ ダイン/cm²(1.0×10⁷Nm^-2)の範囲にある。
【００５６】
上述したように、RFL溶液の弾性率をここに有効と思われる範囲内にするためのどんな方法も本発明の実施に等しく採用することができる。かくして、例えば、RFLのホルムアルデヒド対レソルシノールの割合を増すことはRFL弾性率を増加させる効果を有する事がわかった。例えば、XHNBR-RFL組成物として表1に記載された組成物について約0.75乃至約2.0、好ましくは、約1.0乃至約1.75、最も好ましくは約1.1乃至約1.4のホルムアルデヒド対レソルシノール重量比は弾性率を上記の有効範囲内に示す乾燥組成物にするために確立される。その上、上述したように、ブロックトイソシアネート組成物をRFL溶液に加えてその弾性率を増加させてもよい。イーエムエス社(EMS社)から入手できるGRILBOND IL-6k の下に市販されている50％固形分レベルのブロックトイソシアネートを加えて組成物の乾燥弾性率を増加させた。表1に記載された組成物に利用するための50％固形分材料の適当な量はエラストマーの百重量当たり0乃至25部(「phr」)、もっと好ましくは、約2乃至約15phr、最も好ましくは、約5乃至約10phrであり、RFL溶液に加えられるブロックトイソシアネートの量は好ましくはRFL組成物の約4.6乃至約9.3乾量％である。
【００５７】
加えて、乾燥形態のRFL組成物の弾性率をRFL溶液中のレソシノール/ホルムアルデヒド樹脂(「RF樹脂」)成分に対するエラストマーラテックス成分の重量比の操作によって増加させるのがよい。かくして、例えば、表1に記載された成分に関して、ラテックス対RF樹脂の重量比は13.17であったが、約5乃至約20、もっと好ましくは、約7.5乃至約17、最も好ましくは、約10乃至約15であるのがよい。その上、RFL組成物のラテックス成分の代わりに、全体が又は一部が第2のエラストマーラテックスを用いてもよいし或いはどれか2つ以上のエラストマーラテックスの組み合わせを用いて最終乾燥RFL弾性率に影響を及ぼしてもよい。この特定な実施形態による影響を指示する例を実例IIに示す。
【００５８】
当業者は、RFLコード処理剤を操作するための多くの技術を本発明に従って採用してもよいこと、その上、上記の有効RFL弾性率レベルを達成するために上記の限定しない技術の2つ以上を所定のRFL組成物について組み合わせてもよいことを容易に認識するであろう。かくして、例えば、以下の実例IIに指示されているように、RFL組成物の弾性率を有効範囲内にするためのカーボンブラックの有効量はRFL 溶液に採用されるエラストマーラテックスの特定なタイプで変わる。例えば、以下の実例IIに与えられた結果に指示されているように、非カルボキシ化HNBRエラストマーラテックスを表1に記載されたものと実質的に似たRFL組成物に利用されたカルボキシ化HNBRの代わりに用いられるとき、上記の手順によれば、20℃と100℃での組成物の弾性率はエラストマーラテックス成分としてカルボキシ化HNBRを利用した組成物によって示された弾性率よりも高い事が分かった。
【００５９】
実例II
上記のように、炭素繊維引張コード部材を採用し、且つ上述した有効範囲内の弾性率を示すRFL組成物をコード処理剤として採用している歯付動力伝達ベルトは100℃高温ベルト伸び分析により48時間後に測定したとき元のベルト長さに基づいて0.1％よりも大きくない小さいベルト伸びを示すこと、及び上述した有効範囲外の弾性率を示すRFL組成物で処理された炭素繊維引張コード部材を採用したこの様なベルトはその技術により測定したとき0.1％よりも大きいベルト伸びを示すことが予想される。これを示すために、実質的に、実例例示Iについて上記した如き、しかし以下に記述するように改質され且つ以下に記載されるように改質された表3に示すRFL組成物を炭素繊維コード処理剤として有する炭素繊維引張コードを、実質的に例示Iの下に上記した如き歯付動力伝達ベルトに組み込むために準備した。
【００６０】
エラストマーラテックスタイブの影響、コード引張弾性率、及びRFL組成物の弾性率及び又はサンプルベルトによって示されたベルト伸びについての加工条件を示すために、実質的に、表1のXHNBR-RFL組成物について上記したように調製され、カルポキシ化HNBRラテックスの代わりに、他の単一のエラストマーラテックスタイプ又2つのエラストマーラテックスタイプの組み合わせを採用する追加のRFL組成物を調製した。各々の場合、ホルムアルデヒド対レソシノール比1.274及びラテックス対レソシノール-ホルムアルデヒド樹脂比13.17をRFL組成物について確立した。
【００６１】
日本ゼオン(Nippon Zeon）によってZETPOLAの名称で販売されている非カルボキシ化HNBRラテックスを1つのRFL組成物に利用した。この開示では、以下「HNBR RFL組成物」と称する。その上、この組成物は表1にRFL組成物について示したように88重量部の代わりにたった52重量部を含む。この特定な例ではたった52重量部が利用されたけれども、ある環境では、例えば溶液の安定性及び保存寿命を改善するために好ましくは追加の水を採用すべきである最終のRFL溶液組成物について湿量基準で重量％で表わされる固形分レベルは一般的には約25乃至35、もっと好ましくは約27乃至35、最も好ましくは約30乃至33である。
【００６２】
次の実施例について、この開示内で以下XHNBR-VP/SBR RFL組成物と称される第1の組み合わせは、表1に記載されたRFL配合物に利用される40％固形分カルボキシ化HNBRラテックスの143重量部及びRFL組成物のエラストマーラテックス部分としてオムノバソリューションズ(Omnova Solutions) によってGENTAC FS118の下に販売されている41％固形分VP/SBRラテックスの140部の組み合わせを利用した。
【００６３】
この開示内で以下XHNBR/EPDM RFL組成物と称される、次の実施例について、表1に記載されたRFL組成物に利用される40％固形分カルボキシ化HNBRラテックスの142.93重量部及びロルド社(Lord 社)によってCHEMLOK E0872(現在EP872) の名称で販売されている50％固形分EPDMラテックスの115.20部の組み合わせが表1に示すような88重量部の代わりに脱イオン水の52重量部を採用したRFL組成物のエラストマーラテックス部分として利用された。
【００６４】
この開示内で以下「EPDM RFL組成物」と称される次の例について、ロルド社(Lord 社)によってCHEMLOK EP872の名称で販売されている50％固形分EPDMラテックスの180重量部を、表1に示すように88重量部の代わりに脱イオン水の182重量部を採用し、その上、アンモニア水のたった1重量部、レソルシノールホルムアルデヒド樹脂の8重量部及びホルムアルデヒド2.5重量部を採用したRFL組成物のエラストマーラテックス部分として利用した。成分のそれぞれの量のこの違いは他の例のRFL組成物に対するより高い固形分及びその結果としてそのより大きな不安定性による。しかしながら、組成物を、実質的に、表1に記載されたRFL組成物に関してなされた記載に従って調製した。
【００６５】
上記の成分に加えて、各報告例でコード処理剤として使用するために表3に要約されている特定な例示に利用された組成物の各々はまた選択成分として、ヘベアテックス(Heveatex)の45％固形分HEVEAMUL M-111bワックス分散剤の湿量基準で4.3重量％(18重量部)及び41％水性尿素溶液の湿量基準で6.50重量％(27.2重量部)を含む。酸化防止剤の利用が表3に指示されているが、グッドイヤーケミカル社(Goodyear Chemical 社)によってAQUANOX29の名称で販売されている酸化防止剤の湿量基準で3.2重量％(8.4重量部)を採用した。カーボンブラックの利用が指示されているが、例示のもとに上記したその同じタイプ及び相対割合を採用した。VP/SBRを含むこれらの組成物について、利用されたVP/SBRはグッドイヤーケミカル社(Goodyear Chemical 社)からVP106Sの名称で販売されている41％固形分タイプであった。
【００６６】
ベルト伸びデータを表3に提供している組成物の各々を、以下で気づく程度を除いて、実例Iについての上の記載に従って炭素繊維ヤーンに施した。しかしながらこれらの組成物を、観察されたベルト伸びの程度についてRFL組成物弾性率の影響を示すために、表3に示すようにカーボンブラック又は酸化防止剤レベル又は加工温度又は暴露期間を変えて改質した。
【００６７】
実例Iに利用される特定な炭素繊維のタイプ(以下この開示内では「T400」と称する)に加えて、TORAYCA-T700 GC 12K 41Eの名称でToray によって販売され、230ギガパスカルの引張弾性率、800テックスの単位長さ当たりの質量及び12000のフィラメント本数を有する第2の炭素繊維タイプ(以下この開示内では「T700」と称する)を以下の表に指示したように利用した。
【００６８】
各々の場合、T400又はT700ヤーンを、それぞれのRFL組成物を収容する侵入又は侵漬タンクから出たとき、直径が1.1mmのダイに通し、次いで、長さ3メートルの、表5に示す温度で第1乾燥オーブンに毎分30メートルの速度で通し、次いで、長さ5メートルの、上で示した温度で第2乾燥オーブンに毎分30メートルの速度で通した。T400ヤーンを実例Iの下に上で記述したごとく加工し、T700ヤーンを約50kgの張力のもとに1メートル当たり80回の割合で対ではなく単独に撚り、出来たコードを例示Iに記載されているようにオーバーコートとしてCHEMOSIL2410で処理した。EPDM RFL組成物の実施例11及び12に関して、1メートル当たり60回の撚りを採用した。その上、RFLコード処理剤収容侵漬タンクにT700コードを侵入させるために、T700コードに100グラムの張力を維持した。
【００６９】
弾性率を決定するために、弾性率の測定値を取り、表3に結果が報告されているRFL組成物テストサンプルには、表3に記載されたベルト見本片のためにRFL組成物コード処理剤に利用されたごときワックス分散剤も、酸化防止剤も、尿素も利用されなかった。再び、これは、コード処理剤加工条件に関して実例Iに記載された如きを除いて種々の形態の組成物のそれぞれの弾性率に影響を及ぼさない者と思われる。テストサンプルを、温度範囲のもとに、そして上に記載したようにその手順に従って各例の弾性率を決定しするための、実例Iに記載された手順に従って準備し、そして結果を表3に記録した。
【００７０】
単一の被覆ヤーンの剛性を、RFL侵漬タンク及び加工オーブンから出たとき、以下に記載する実施例及び比較例のいくつかについて再び確かめ、得られた場合、結果を下の表に記載する。しかしながら、T700コードを採用するこれらの実施例及び比較例について、500測定単位のTaber V-5剛性テスター釣合重りを採用した。と言うのは、T400コードに対するこのコードのより大きな質量は、意義のある相対結果を得るために、より大きな釣り合い重りの利用を必要としたからであった。加工されたコード見本片の含水量及びコード処理剤含侵レベルを実例Iについて上で記述した手順に従って、各々の場合に決定した。
【００７１】
実例Iに関して上に記載した手順に従ってベルト伸び結果を得た。但しその結果を、テスト中48時間の代わりに、テスト中10時間後に得た。この測定値は、48時間値よりも正確であると思われる。一般的に、適当な加工条件、即ちここに記載されたように処理されたコードの、テスト中100時間による乾燥では、ベルト伸びの割合が一定であることが分かった。逆に、不適当に加工され、即ち不十分に及び又は不均一に乾燥され、或いは不十分なRFL含侵を有するコードについては、ベルト伸びは一般的には安定化せず、高くなり続ける。その上、上述した大変まれな状況下を除いて、テスト中100時間後0.1％よりも小さいベルト伸びを示すベルトは、同様に、テスト中たった48時間後でも0.1％よりも小さいベルト伸びを示した。
【００７２】
【表３】

カーボンブラック及び酸化防止剤の添加前の組成物から得られたHNBR/VPSBR RFL組成物について報告された弾性率の値。カーボンブラック及び酸化防止剤入り及びなしのXHNBR-RFLについて表2に提供されたデータに示唆されているように、表3に報告された値よりも高いと予想されるRFLコード処理剤の実際の弾性率。
【００７３】
XHNBR-RFL 組成物について表2に報告された弾性率結果と比較すると、HNBR RFL組成物について表3に報告された結果は、実質的に同じ組成物中のカルボキシ化HNBRに代わる非カルボキシ化HNBRの使用はRFL組成物の弾性率を劇的に増加させる効果を有し、さもないと、この増加した弾性率は、表2の実施例2、同様に低ベルト伸びを示した比較的高い弾性率コード処理剤を有する実施例7と比較して増加傾向に向かうベルト伸びになるものと予想される。現在のところ、これは、実施例2について得られた僅かに高い値に比較して実施例7について報告されたように低残留含水量及びそれに付随して高いコード剛性によるものと思われる。かくして、RFL組成物について報告された弾性率の値はベルト伸びに対する抵抗を決定する際のファクターであるけれども、水分をある点まで減ずる(それ故に剛性を増す)と永久伸びが減ずるから、加工されたコードの含水量及びそれに関連したコード剛性はそのような決定に同様に関係するものと思われる。実施例8は、修正されたコード加工パラメータ、即ち、僅かに低い加工温度及び僅かに長い暴露期間を有する、比較的太くて複雑なT700コードに施されたように、実施例7について利用されたのと同じHNBR RFLの利用を示す。再び、テスト中100時間後の優れたベルト伸び結果が、この比較的高い弾性率のRFL組成物についてでも得られる。比較的高い含水量であるようにみえるにもかかわらず、優れたベルト伸びが得られる。この太いコード構造は、太くないT400コードと比較してベルト伸び抵抗に悪影響を及ぼすことなくより大きい残留含水量を有すると思われる。
【００７４】
両XHNBR-VP/SBR RFLについて表3に報告された弾性率結果を表2にXHNBR-RFL組成物について得られた弾性率結果と比較すると、カルボキシ化HNBRラテックスの50重量％に代わる、実質的に同じ組成物中にVP/SBRラテックスの使用は、出来た組成物の弾性率を、全体がXHNBRに代わるHNBRの使用によって示される程度まで増加させる効果を有する。しかしながら、再び、そして例えば、表2に実施例2について報告された弾性率に関してコード処理剤のより高い弾性率にもかかわらず、実施例10のサンプルベルトはテスト中100時間後ベルト伸びに対する優れた抵抗を示した。これは、この例で報告された比較的低い残留含水量及びそれに付随してより高いコード剛性に再びあると思われる。
【００７５】
かくして、コードのヤーン及び又はフィラメントにRFL組成物を施すことと関連して、出来るだけ多い量の水の除去は、長い使用で延びるベルトの傾向を減ずることに関して有利であることが分かった。かくして、一般的には、処理されたコードの加工段階が完了したとき、ここに利用される手順に従って決定されるように且つここに示すように残留含水量は好ましくは、約50重量％より下であるべきである。本発明の更なる実施形態では、残留含水量は約30重量％より下であり、更なる実施形態では、約1乃至約25重量％の範囲内にある。
【００７６】
表2にXHNBR-RFL組成物について得られた結果と比較すると、XHNBR/EPDM RFL組成物について表3に報告された結果は、表1に記載されたXHNBR-RFL組成物に利用されたカルボキシ化HNBRラテックスの50重量％に代わるEPDMラテックスの使用は、出来た組成物の弾性率を、再び全体がXHNBRに代わるHNBRの使用によって示された程度までではなく増加させる効果を有することを指示している。再び、優れたベルト伸び値がこれらのEPDM型の実施例11及び12で得られた。もっとも注目すべきことは、より低いコード処理剤温度及びより長い暴露期間を有する実施例12について、中でも、現在まで観察された最低のベルト伸び値を示す。これは、コード処理工程におけるRFL組成物からの水の比較的徐々の除去がベルトの伸び抵抗を更に改善する。
【００７７】
上の実例Iに掲げた特別な実施例は単一の炭素繊維タイブを利用するけれども、どんな他の炭素繊維タイプをも本発明の範囲内で使用してもよい。例えば、本実例に含まれるTorayから入手できるT700炭素繊維タイプも本発明によるポジティブな結果を提供した。当業者は、この特定な材料が上記の実例で利用された繊維よりも高いフィラメント本数を有し、且つ単一のヤーンだけがこのタイプを採用するベルト用の引張コードを形成するのに採用されているから、又ヤーン自体が実例で採用されたヤーンよりも太いから、ヤーン処理工程段階中コード処理剤タンクから出たとき、含侵させたヤーンの最適な暴露温度は、このようなコードを有するベルトにとって最小のベルト伸びを達成するために、T400ヤーンについて上で記述した暴露温度とは異なっていることを容易に理解する。このような修正は当業者の熟練の範囲であり、本発明の範囲内に入るし、また例えば、表3でT700コードを採用するテスト見本片の第2ゾーンのオーブン温度に反映される。
【００７８】
実例III
一定なRFL硬化弾性率で永久ベルト長さ変化に及ぼす引張コード弾性率の影響を更に示すために、表1及び2に関して実例Iのもとに上で記載したように4つの歯付ベルトを形成した。各々の場合、HNBRベルトボディ部分を利用し、表1の実施例4についての記載によるRFLコード処理剤を実例Iのもとに上で記載したコード処理剤段階に従ってすべてのベルトについてコード処理剤として利用した。CHEMOSIL 2410(ヘンケルによる)のオーバーコートを上で記載したように同様に利用した。
【００７９】
2つのベルト1ベルトは、396テックスの単位長さ当たりの質量及び12000のフィラメント本数を有する6k-2コードを含み、2つの比較ベルト2ベルトは、それらの引張部材として、Toray M40B 6k 50B の名称でToray から入手できる炭素繊維で形成され、392ギガパスカルの引張弾性率、364テックスの単位長さ当たりの質量及び12000のフィラメント本数を有する6k-2コードを含んでいた。両例ともにコードのヤーンは表2及び3の実施例及び比較例に関して上で記載したのと同じ方法で撚られた。
【００８０】
ベルト長さの増加を決定するために、ベルト1と比較ベルト2はともに上記の同じベルト長さ変化テスト、即ち、100℃で長いテスト期間行われる高温ベルト伸び分析を受けた。テスト中100時間後、ベルト1ベルトは両方とも0.15％より小さいベルト伸びを示し、比較ベルト2ベルトは両方とも、その元の長さから0.17％よりも大きい増加を示した。注目すべきことは、ベルト1ベルトの両方によって示されたベルト伸びのレベルがテスト中100時間後それらの性能と比較して200時間マークで減少した。テスト中300時間後でも、ベルト1ベルトはどちらも0.15％よりも大きいベルト伸びを示さなかった。かくして、このような引張コードを有する歯付ベルトによって示されたベルト伸びの程度に及ぼす引張コード弾性率の効果を示している。
【００８１】
本発明の1つ以上の実施形態に従って構成された動力伝達ベルトによって示されたベルト伸び抵抗の著しい改善に加えて、炭素繊維で形成され、ここに提供したごとき乾燥状態での弾性率を有するコード処理剤を有する引張コードを含むこのようなベルトは、普通、高荷重適用向けの歯付ベルトに採用される補強材、例えばアラミド及びガラス繊維の性能を大部分上回る、高荷重能力及び撓み破壊抵抗並びに引張強さ保持を、これらに限られないが、含む全体の優れた性能特性を更に示す。
【００８２】
例えば、本発明の実施形態に従って、その上、図1についてここに提供した説明に従って構成された炭素繊維補強歯付動力伝達ベルトは、エンジン運転テスト中500時間以上を示し、このエンジン運転テストでは、 2500Nの有効張力のもとに4000rpmで作動して、テスト中ベルト荷重がベルト幅の1ミリメートル当たり1歯当たり8Nより僅かに大きかった。これは、同じ直径ではあるが、他の材料、即ちガラスで形成された引張コードを有するベルトによって示された破壊寿命の3倍以上であった。本発明の実施形態によるこのような炭素繊維強化歯付ベルトは、上記の高温ベルト伸び分析中800時間後、66％以上の保持引張強さを示し、ガラス繊維強化ベルトと比較して殆ど40％大きい保持引張強さを示した。
【００８３】
本発明を例示の目的で詳細に説明したけれども、この様な詳細はもっぱらその目的のためであり、請求の範囲によって限定されている以外は本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、当業者によって変更をなすことができることは理解すべきである。ここに特に開示されてない要素がないときにも、ここに開示された発明を適当に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】埋設したコード及びベルト歯を有する、本発明の実施形態によるベルトを示す、一部切除した長手方向の部分断面図である。
【図２】本発明の側面を特徴付けるのに利用されるテスト形態の概略図である。

Claims

硬化エラストマー組成物からなるベルトボディ（12）と、ベルトボディに埋設され、且つ約５０ギガパスカル（Gpa）乃至約３５０ギガパスカル(Gpa)の範囲の引張弾性率を有する炭素繊維からなるヤーンを有する螺旋コードの引張部材(18)と、前記炭素繊維の少なくとも一部分を被覆するエラストマーラテックスを有するコード処理剤組成物と、を含む、ベルト長さを有するベルト(10)において、
a) 前記コード処理剤組成物がレソルシノール-ホルムアルデヒド反応生成物を更に含み、
b) コード処理剤組成物が、20℃で約1.0×10⁶Nm^-2乃至約5.0×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率及び100℃で約5.0×10⁵Nm^-2乃至約4.0×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率のうちの少なくとも１つを有し、前記弾性率は、1.6Ｈz及び0.1 ％歪みでテンション中の乾燥フィルムについて測定され、
c) 前記処理されたコードの加工条件が、過剰に高いコード剛性をもたらすことなくコード処理組成物を乾燥させるように選択される、
ことを特徴とするベルト。
前記ベルトは、48時間100℃の高温ベルト伸び分析結果で証明されたように0.1％より大きくない永久ベルト伸びを示す、請求項1に記載のベルト。
前記コードは約150乃至約275ギガパスカル(Gpa)の範囲の引張弾性率を有する、請求項2に記載のベルト。
前記コード処理剤組成物は、20℃で、約3.0×10⁶Nm^-2乃至約3.8×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率及び100℃で、約1.0×10⁶Nm^-2乃至約2.5×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率のうちの少なくとも1つを有する、請求項２に記載のベルト。
前記コード処理剤組成物は、20℃で、約7.0×10⁶Nm^-2乃至約3.0×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率及び100℃で、約2.5×10⁶Nm^-2乃至約1.0×10⁷Nm^-2の範囲の弾性率を有する、請求項２に記載のベルト。
ベルト長さに沿って配列され且つピッチだけ互いに間隔を隔てたベルト歯を更に有する、請求項２に記載のベルト。
前記コード処理剤組成物の前記エラストマーラテックスは、
a. 水素化ブタジエンアクリロニトリルゴムラテックス、
b. アクリロニトリルブタジエンゴムラテックス、
c. カルボキシ化水素化アクリロニトリルブタジエンゴムラテックス、
d. カルボキシ化アクリロニトリルブタジエンゴムラテックス、
e. ビニルピリジン/スチレンブタジエンゴムラテックス、
f. カルボキル化ビニルピリジン/スチレンブタジエンゴムラテックス、
g. スチレンブタジエンゴムラテックス
h. クロロスルホン化ポリエチレンゴムラテックス、
i. エチレンαオレフィンゴムラテックス、
j. 上記のものの少なくとも2種の組み合わせ
から選択される、請求項２に記載のベルト。
前記炭素繊維ヤーンは約1000乃至約24000の範囲のフィラメント本数を有し、前記コードは約5000乃至約24000の範囲のフィラメント本数を有する、請求項２に記載のベルト。
改善されたベルト伸び抵抗を有し、且つ硬化エラストマー組成物のベルトボディと、該ベルトボディで形成され、ピッチだけ互いに間隔を隔てたベルト歯と、ベルトボディに埋設され、且つ約５０ギガパスカル（Gpa）乃至約３５０ギガパスカル(Gpa)の範囲の引張弾性率を有する少なくとも1つの炭素繊維ヤーンを有する螺旋コードの引張部材と、前記炭素繊維の少なくとも一部分を被覆するエラストマーラテックスを有するコード処理剤組成物と、を含む、歯付ベルトの製造方法であって、
a. 前記コード処理剤組成物をコードに施して処理されたコードを形成する段階、
b. 処理されたコードを未硬化エラストマー組成物に組み込んで組立体を形成する段階、
c. この組立体を硬化させる段階、を有する歯付ベルトの製造方法において、
d. 前記コード処理剤組成物にレソルシノール−ホルムアルデヒド反応生成物をを組み込む段階、
e. 前記コード処理剤組成物の弾性率を、温度20℃及び100℃の少なくとも1つで、それぞれ、約1.0×10⁶Nｍ^-2乃至約5.0×10⁷Nm^-2の範囲及び約5.0×10⁵Nm^-2乃至約4.0×10⁷Nm^-2の範囲にあるように選択する段階、を有し、前記弾性率は、1.6Ｈz及び0.1 ％歪みでテンション中の乾燥フィルムについて測定される、歯付ベルトの製造方法。
コード処理剤組成物の前記弾性率の前記選択が、
a. 前記コード処理剤組成物のラテックス部分の硬化度を選択する段階、
b. 前記コード処理剤組成物にカーボンブラックの、前記組成物の湿量基準で約25重量％までを加える段階、
c. 前記コード処理剤組成物中のホルムアルデヒド対レソルシノールの重量比を操作する段階、
d. 前記コード処理剤組成物にブロックトイソシアネートの、前記組成物の湿量基準で僅かな重量％を加える段階、
e. 前記コード処理剤組成物の前記エラストマーラテックスを選択する段階、
f. 前記コード処理剤組成物に弾性率を増加させる酸化防止剤を加える段階、
g. コード処理剤組成物中のレソルシノール/ホルムアルデヒド樹脂対エラストマーラテックスの重量比を操作する段階、のうちの少なくとも1つによって行われる、請求項９に記載の方法。
前記処理されたコードを、前記コード処理剤の水分を前記処理されたコードの前記重量に基づいて約1重量％乃至約25重量％の範囲のレベルにするのに十分な条件にさらして加工済の処理されたコードを形成する段階を更に有する、請求項9に記載の方法。
前記コード処理剤が前記炭素繊維に施されて最終乾燥布重量に基づいて約5.5％乃至約30％の範囲のコード処理剤含侵レベルを前記炭素繊維について達成する、請求項9に記載の方法。