PL182802B1

PL182802B1 - Kompozycja elastomerowa do wyrobów podlegających obciążeniu dynamicznemu zwłaszcza do pasów pędnych i pas pędny

Info

Publication number: PL182802B1
Application number: PL95315258A
Authority: PL
Inventors: Yarnell@Larry; South@Bobbie@E
Original assignee: Gates Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2002-03-29
Also published as: CA2180265C; ES2179891T5; RU2141979C1; MX9602528A; ATE218153T1; DK0737228T4; CZ191396A3; JPH09500930A; HUT75173A; DE69526845T2; CN1139943A; AU4143096A; EP0737228B1; CN1081654C; AU689351B2; DE69526845T3; BR9506433A; CA2180265A1; EP0737228B2; CZ289325B6

Abstract

1 Kompozycja elastomerowa do wyrobów podle- gajacych obciazaniu dynamicznemu, zwlaszcza do pasów pednych, utwardzana aktywatorem wolnorodnikowym, za- wierajaca elastomer etylenowo-alfa-olefmowy i sól metalu a-(3-nienasyconego kwasu organicznego, znamienna tym, ze zawiera 100 czesci wag. elastomeru etylenowo-alfa-olefi- nowego, stanowiacego podstawowy elastomer kompozycji, od 1 do 20 czesci wag. na sto elastomeru soli metalu a-ß -nie- nasyconego kwasu organicznego, od 25 do 250 czesci wag. na sto elastomeru wypelniacza wzmacniajacego, przy czym elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki ety- lenowe w ilosci od 55% do 78% wag. elastomeru 3 Pas pedny przystosowany do laczenia z kolem paso- wym, majacy zasadnicza czesc elastomerowa utwardzona aktywatorem wolnorodnikowym i zawierajaca elastomer etylenowo-alfa-olefinowy oraz sól metalu a-ß -nienasyco- nego kwasu organicznego, wewnatrz której umieszczona jest warstwa rozciagliwa w postaci linek odpornych na na- prezanie oraz czesc stykowa kontaktujaca sie z kolem paso- wym, której krawedz pokryta jest rozciagliwa odporna na zuzycie tkanina, znamienny tym, ze zasadnicza czesc ela- stomerowa (12) pasa jest wykonana z kompozycji elastome- rowej zawierajacej 100 czesci wag. elastomeru etyleno- wo-alfa-olefinowego, stanowiacego elastomer podstawowy, od 1 do 30 czesci wag na sto elastomeru soli metalu a-ß -nie- nasyconego kwasu organicznego i 25 do 250 czesci wag na sto elastomeru wypelniacza wzmacniajacego, przy czym elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki ety- lenowe w ilosci od 55% do 78% wag. elastomeru. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja elastomerowa do wyrobów podlegających obciążaniu dynamicznemu, zwłaszcza do pasów pędnych, utwardzana aktywatorem wolnorodnikowym, zawierająca elastomer etylenowo-alfa-olefinowy i sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego. Istota wynalazku polega na tym, że kompozycja elastomerowa zawiera 100 części wagowych elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego, stanowiącego podstawowy elastomer kompozycji, od 1 do 20 części wagowych na sto elastomeru soli metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego oraz od 25 do 250 części wagowych na sto elastomeru wypełniacza wzmacniającego. Elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki etylenowe w ilości od 55% do 78% wagowych elastomeru. Korzystnie elastomer etylenowo-alfa-olefmowy zawiera jednostki etylenowe w ilości od 65% do 78% wagowych elastomeru. Przedmiotem wynalazku jest również pas pędny przystosowany do łączenia z kołem pasowym, mający zasadniczą część elastomerową utwardzoną akty watorem wolnorodnikowym i zawierającą elastomer etylenowo-alfa-olefinowy oraz sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego. Wewnątrz części zasadniczej umieszczona jest warstwa rozciągliwa w postaci linek odpornych na naprężanie. Krawędź części stykowej pasa, kontaktującej się z kołem pasowym pokryta jest rozciągliwą odporną na zużycie tkaniną.

Istota tego wynalazku polega na tym, że zasadnicza część elastomerowa pasa wykonana jest z kompozycji elastomerowej zawierającej 100 części wagowych elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego, stanowiącego elastomer podstawowy, od 1 do 30 części wagowych na sto elastomeru soli metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego i 25 do 250 części wagowych na sto elastomeru wypełniacza wzmacniającego, przy czym elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki etylenowe w ilości od 55% do 78% wagowych elastomeru. Korzystnie elastomer etylenowo-alfa-olefinowy stanowi elastomer wybrany z grupy obejmującej kopolimery etylenowo-propylenowe, kopolimery etylenowo-oktenowe, terpolimery etylenowo-propylenowo-dienowe i ich mieszaniny. Korzystnie etylenowo-alfa-olefina jest zmieszana z co najwyżej 25% wagowymi w stosunku do wagi elastomeru etylenowo-alfa-olefinowego drugiego materiału elastomerowego wybranego z grupy obejmującej kauczuk silikonowy, polichloropren, epichlorohydrynę, uwodorniony kauczuk nitrylowo-butadienowy, kauczuk naturalny, kopolimer etylenowo-winylo-octanowy, kopolimery i terpolimery etylenowo-metakrylanowe, kauczuk styrenowo-butadienowy, kauczuk nitrylowy, chlorowany polietylen, chlorosulfonowany polietylen, alkilowany chlorosulfonowany polietylen, trans-polioktenamer, kauczuk poliakrylowy, kauczuk butadienowy i mieszaniny powyższych. W innym korzystnym rozwiązaniu pasa pędnego sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego obejmuje sole metalu kwasów wybranych z grupy obejmującej kwasy: akrylowy, metakrylowy, maleinowy, fumarowy, etakrylowy, winyloakrylowy, itakonowy, metyloitakonowy, akonitowy, metyloakonitowy, krotonowy, α-metylokrotonowy, cynamonowy i 2-, 4-dihydroksycynamonowy. Korzystnie sól metalu wybrana jest z grupy obejmującej diakrylan cynku, i dimetakrylan cynku, a wulkanizator stanowi efektywnie wulkanizująca ilość materiału wybranego z grupy zawierającej nadtlenki organiczne, nadtlenki organiczne zmieszane z siarką w ilości od 0,01 do 1 części wagowych na sto elastomeru, promieniowanie jonizujące. Pas pędny według rozwiązania stanowi pas wybrany z grupy obejmującej pasy synchroniczne, pasy klinowe i pasy wieloklinowe.

Kompozycja elastomerowa według wynalazku jest odporna na zmęczenie, na ścieranie, wysoce odporna na rozciąganie, o wysokim module. Służy ona jako podstawowa kompozycja elastomerowa produktu podlegającego obciążaniu dynamicznemu.

182 802

Zalety rozwiązania uwidaczniają się, gdy wieloklinowy pas według wynalazku podlega działaniu niskich częstotliwości kątowych i wysokiego przyspieszenia kątowego. Wynalazek daje korzystny wynik jeśli chodzi o znaczne zmniejszenie zdzierania powierzchni bocznych przy niskich częstotliwościach. Co za tym idzie działanie pasów jest udoskonalone w tego rodzaju zastosowaniach. Nieoczekiwanie stwierdzono, że odporność na zdzieranie jest podwyższona jeśli zawartość etylenu w elastomerze etylenowo-alfa-olefinowym utrzymywana jest w określonym przedziale jak podano powyżej.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 jest rzutem perspektywicznym, częściowo w przekroju poprzecznym, pasa synchronicznego skonstruowanego według wynalazku, fig. 2 jest rzutem perspektywicznym, częściowo w przekroju poprzecznym, pasa klinowego skonstruowanego według wynalazku, fig. 3 jest rzutem perspektywicznym, częściowo w przekroju poprzecznym, pasa wieloklinowego skonstruowanego według wynalazku.

Typowy pas synchronizowany 10, przedstawiony na fig. 1, obejmuje elastomerową zasadniczą część 12 pasa 10 i część stykową 14 z kołem pasowym umiejscowioną wzdłuż wewnętrznego obrzeża zasadniczej części 12 pasa 10. Określenie „koło pasowe” w tym kontekście obejmuje normalne koła pasowe i koła zębate stosowane z pasami transmisyjnymi, a także krążki, wałki i temu podobne mechanizmy stosowane w przenośnikach i pasach płaskich. Część stykowa 14 z kołem pasowym na fig. 1 ma kształt naprzemiennych zębów 16 i powierzchni stykowych 18. Warstwa rozciągliwa 20 jest umieszczona wewnątrz zasadniczej części pasa dla wzmocnienia konstrukcji i wytrzymałości pasa 10. Warstwa rozciągliwa 20 ma postać licznych linek 22 odpornych na rozciąganie, ułożonych podłużnie w stosunku do długości zasadniczej części 12 pasa 10.

Należy jednak zdawać sobie sprawę, że może być zastosowany każdy znany obecnie rodzaj warstwy rozciągliwej 20. Co więcej, dla zapewniania nośności, jako człon rozciągliwy może być zastosowany każdy inny stosowny materiał, taki jak bawełna, sztuczne włókno celulozowe, nylon, poliester, aramid, włókna stalowe a nawet włókna nieciągłe zorientowane. W zalecanym wariancie na fig. 1 warstwa rozciągliwa 20 ma postać linek 22 wykonanych z włókien aramidowych dostępnych pod nazwą handlową Kevlar. Inne zalecane linki obejmują włókna szklane, węglowe dla pasów pędnych na fig. 1, a linki poliestrowe dla pasów klinowych jak pokazano na fig. 2.

W celu utworzenia zewnętrznej powłoki może być zastosowana tkanina wzmacniająca 24, ułożona ściśle wzdłuż zębów 16 i powierzchni stykowych 18 pasa 10. Tkaninę tę może stanowić konwencjonalna tkanina składająca się z osnowy i nitek ułożonych pod każdym stosownym kątem lub może składać się z nici utrzymywanych przez rozmieszczone odpowiednio linki, dzianych lub splecionych lub temu podobne. Tkanina może być pokryta przez nacieranie lub nakładanie kompozycją elastomerową taką samą lub inną jak kompozycja pasa 10. Można stosować jedną lub więcej warstw tkaniny. Jeśli potrzeba, tkanina wzmacniająca 24 może być cięta ukośnie tak, że włókna tworząc kąt z kierunkiem przesuwania się pasa. Można stosować tkaniny konwencjonalne takie jak bawełna, poliester, poliamid, konopie, juta, włókno szklane, i inne włókna naturalne i syntetyczne. W zalecanym przykładzie wykonania wynalazku, warstwa tkaniny wzmacniającej 24 zawiera rozciągliwą, odporną na zuzycie tkaninę, w której przynajmniej osnowa lub nitki wykonane są z nylonu. W najkorzystniejszej formie warstwa tkaniny 24 wykonana jest z nylonu 66.

Na figurze 2 przedstawiony jest standardowy karbowany pas klinowy 26. Pas klinowy 26 obejmuje zasadniczą elastomerową część 12 pasa 26 podobną do tej przedstawionej na fig. 1 i wzmocniony wytrzymałościowo człon 20 w postaci linek 22, również podobnych do tych przedstawionych na fig. 1. Elastomerowa zasadnicza część 12 pasa 26 i linki 22 pasa klinowego 26 wykonane są z tych samych materiałów jak opisane powyżej przy fig. 1.

Pas klinowy 26 obejmuje również część stykową z kołem pasowym 14 tak jak w pasie synchronicznym na fig. 1. Powierzchnie boczne części stykowej z kołem pasowym 14 działają jako powierzchnie napędowe pasa klinowego 26. W tym wariancie wynalazku części

182 802 stykowe z kołem pasowym mają formę powierzchni naprzemiennych rowków lub rynien 28 i zębatych występów 30. Korzystnie, gdy te naprzemienne rowki lub rynny 28 i zębate występy 30 mają, tak jak zilustrowano, wzór sinusoidalny. Służy to rozłożeniu z zminimalizowaniu naprężeń zginających, podczas gdy część stykowa z kołem pasowym 14 przesuwa się wokół krążków i kół pasowych.

Na figurze 3 przedstawiony jest pas wieloklinowy 32. Pas wieloklinowy 32 obejmuje zasadniczą część elastomerową 12, takąjak w pasach na fig. 1 i fig. 2, a także wzmocniony wytrzymałościowo człon 20, korzystnie w postaci linek 22, również jak opisano powyżej.

Mnogość powierzchni wypukłych lub wierzchołków 36, ułożonych naprzemiennie z powierzchniami wklęsłymi 38 działa jako powierzchnie napędowe koła pasowego 14 pasa 32. W każdym z przypadków na fig. 1, fig. 2 i fig. 3 powierzchnia stykowa z kołem pasowym 14 jest integralną częścią zasadniczej części pasa 12 i jest wykonana z tego samego materiału elastomerowego, który poniżej będzie opisany bardziej szczegółowo.

W większości wyróżnionych wariantów, pasy przedstawione na fig. 1, fig. 2 i fig. 3, zawierają jako zasadniczą część pasa kompozycję elastomerową opisaną poniżej, napełnioną nieciągłymi włóknami obejmującymi konwencjonalne materiały wzmocnione włóknami ciętymi lub włóknami pulpiastymi. Przykładami włókna o odpowiednim współczynniku rozciągliwości i odporności na zużycie są włókna aramidowe takie jak te, sprzedawane pod nazwą handlową KEVLAR. Włókna cięte mają długość od mniej niż 0,25 mm do około 12 mm, korzystnie od około 0,5 mm do około 7 mm, a najkorzystniej od 1 mm do około 3 mm.

Zasadnicza część elastomerowa jest wzmocniona włóknami w ilości korzystnie od około 0,5% do około 20% objętościowych, bardziej korzystnie od około 1% do około 6% objętościowych. Najkorzystniej, jeśli stężenie włókien wzmacniających wynosi około 2,1% objętościowych części zasadniczej. W zalecanym wykonaniu włókna są zorientowane w kierunku prostopadłym do kierunku przesuwania się pasa tak, że włókna wystają od około 0,1 mm do około 0,3 mm poza zasadniczą część elastomerową.

Jeśli nawet niniejszy wynalazek zilustrowany jest poprzez warianty przedstawione na fig. 1, fig. 2 i fig. 3 nie należy rozumieć, że wynalazek ogranicza się do tych szczególnych odmian lub form jakie pokazano, lecz jest stosowany do innych zastosowań dynamicznych wchodzących w zakres zdefiniowanych poniżej zastrzeżeń.

Kompozycja elastomerowa stosowana w niniejszym wynalazku obejmuje kompozycję elastomerową etyleno-alfa-olefinową, wykazującą zwiększoną odporność na zmęczenie, jak wykazują wyniki analizy zmęczenia elastycznego, zwiększoną odporność na ścieranie, odporność na zdzieranie, wytrzymałość na rozciąganie i sprężystość, jak również zwiększona adhezję do członów rozciągliwych w nieobecności w elastomerze podstawowym dodatkowym wzmacniaczy adhezji. Kompozycja elastomerowa etyleno-alfa-olefinowa, wytworzona jest, zgodnie z konwencjonalną procedurą wytwarzania kauczuku, poprzez zmieszanie i zmielenie mieszaniny żywicznej, zawierającej 100 części wagowych elastomeru etylenowo-alfa-olefinowego, od około 1 do około 30 części wagowych na sto soli metali α-β-nienasyconego kwasu organicznego i od około 25 do około 250 części wagowych na sto elastomeru wypełniaczy wzmacniających takich jak sadza lub uwodniona krzemionka. Elastomer jest utwardzany nadtlenkiem organicznym lub aktywatorami wolnorodnikowymi, ewentualnie w obecności w mieszanym układzie do wulkanizacji niewielkich ilości siarki.

Elastomery etyleno-alfa-olefinowe stosowane w niniejszym wynalazku obejmują ale nie ograniczają się do kopolimerów składających się z jednostek etylenowych i propylenowych (EPM), jednostek etylenowych i butenowych, jednostek etylenowych i pentenowych lub etylenowych i oktenowych (EOM) i terpolimery złożone z jednostek etylenowych i propylenowych i składników nienasyconych (EPDM), jak również mieszanin tychże. Składnikiem nienasyconym EPDM może być każdy odpowiedni niesprzężony dien, jak na przykład 1,4-heksadien, dicyklopentadien lub etylidenonorbomon (ENB). Elastomer etylenowo-alfa-olefmowy zalecany w niniejszym wynalazku zawiera od około 55% do około 78% wagowych jednostki etylenowej, od około 65% wagowych jednostki propylenowej lub oktylenowej, i do 10%

182 802 wagowych składników nienasyconych. W najbardziej korzystnym wariancie elastomer etylenowo-alfa-olefmowy zawiera od około 65% do około 78% jednostek etylenowych. Przy tych bardziej korzystnych poziomach zawartości jednostek etylenowych, taśmy okrężna zawierające jako zasadniczą część pasa elastomer etylenowo-alfa-olefmowy wykazują zwiększoną odporność na zdzieranie. Najbardziej korzystnym elastomerem etylenowo-alfa-olefmowym jest EPDM.

W celu utworzenia kompozycji elastomerowej według wynalazku elastomer etylenowo-alfa-olefmowy może być ewentualnie zmieszany z drugim elastomerem dodanym w ilości mniejszej niż 50% wagowych, korzystniej do około 25%, a najkorzystniej od około 5% do około 10%, w stosunku do całkowitej zawartości elastomeru w kompozycji; tym drugim materiałem polimerowym może być, lecz nie tylko, kauczuk silikonowy, polichloropren, epichlorohydryna, uwodorniony kauczuk butadienowo-nitrylowy, kauczuk naturalny, kopolimer etylenowo-winylo-octowy, kopolimer i terpolimery etylenowo-metakrylanowe, kauczuk styrenowo-butadienowy, kauczuk nitrylowy, chlorowany polietylen, alkilowany chlorosulfonowany polietylen, trans-polioktenamer, kauczuki poliakrylowe, kauczuk butadienowy i ich mieszaniny tak, by uzyskać określone właściwości mechaniczne, takie jak możliwość pracy w wysokiej temperaturze i kleistość.

Decydujące jest wprowadzenie do kompozycji elastomerowych według wynalazku soli metali kwasów organicznych α-β-nienasyconych. Uważa się, że znakomite właściwości kompozycji elastomeru etylenowo-alfa-olefinowego, użyteczne dla wynalazku, są wynikiem jonowego sieciowania soli tych metali z nadtlenkami. Sądzi się, że wiązania jonowe pękają i odtwarzają się wzdłuż głównego łańcucha elastomerowego pod wpływem nacisku, podobnie jak to się dzieje z wiązaniami poprzecznymi w układach utwardzanych siarką, wpływając na wytrzymałość na rozciąganie i rozdzieranie elastomeru. Ten proces prowadzi również do zwiększenia odporności na zdzieranie kompozycji polimerowej. Uważa się, że te wiązania jonowe wzmagają aktywność tworzenia, usuwania i ostwarzania wiązań w stosunku do pękania wiązań węgiel-węgiel. W przeciwieństwie do wiązań polisiarczkowych lub do wolnorodnikowych tworzonych w trakcie pękania wiązań węgiel-węgiel w układach wulkanizowanych siarką, te wiązania jonowe nie ulegają wpływowi tlenu i dlatego materiał nie wykazuje skłonności do tworzenia kleistych pozostałości gdy jest narażony na ścieranie. Uważa się, że ta tolerancja tlenu sprawia, że jonowe wiązania poprzeczne są bardziej odporne na ogrzewanie i utlenianie niż w konwencjonalnych elastomerach utwardzanych siarką.

W niniejszym wynalazku użytecznymi solami metali organicznych kwasów α-β-nienasyconych są sole metali takich kwasów jak na przykład akrylowego, metakrylowego, maleinowego, fumarowego, etakrylowego, winyloakrylowego, itakonowego, metylooitakonowego, akonitowego, metyloakonitowego, krotonowego, α-metylokrotonowego, cynamonowego i 2-, 4dihydroksycynamonowego. Sole te mogą być solami kadmu, wapnia, magnezu, sodu lub glinu i korzystnie cynku. Zalecanymi solami metali kwasów organicznych α-β-nienasyconych są diakrylan cynku i dimetakrylan cynku. Najkorzystniejszą solą metalu kwasu organicznego nienasyconego jest dimetakrylan cynku. Ilość soli metalu stosowana w niniejszym wynalazku może wahać się od około 1 do około 30 części wagowych, a korzystnie wynosi od około 5 do około 20 części wagowych. W najkorzystniejszej odmianie stosuje się dimetakrylan cynku w ilości około 5 części wagowych, gdy jest łączony z EPDM zmieszanym z kauczukiem silikonowym w ilości od 10%; lub w ilości od 10 do około 20 części wagowych, a korzystniej około 15 części wagowych, kiedy stosuje się w połączeniu z innymi elastomerami etylenowo-alfa-olefinowymi stosowanymi w niniejszym wynalazku.

Kompozycje elastomerowe etylenowo-alfa-olefinowe stosowane w pasach okrężnych tego wynalazku zawierają od około 25 do około 250 części wagowych, a korzystniej od około 25 do około 100 części wagowych wypełniaczy wzmacniających takich jak sadza, węglan wapnia, talk, ił lub uwodniona krzemionka, lub mieszaniny wyżej wymienionych. Wprowadzenie do utwardzanej nadtlenkowo kompozycji elastomerowej etylenowo-alfa-olefmowej od 1 do 30 części wagowych soli metalu kwasu organicznego α-β-nienasyconego i od około 25 do

182 802 około 250 części wagowych, a korzystniej około 25 do około 100 części wagowych wypełniaczy wzmacniających, zapewnia stabilność cieplną konwencjonalnych elastomerów utwardzanych nadtlenkowe, utrzymując jednocześnie odporność na rozrywanie i właściwości dynamiczne typowe dla elastomerów utwardzanych siarką.

Utwardzaczami wolnorodnikowymi stosowanymi w niniejszym wynalazku są wszystkie te, które nadają się do utwardzania elastomerów etylenowo-alfa-olefinowych i obejmują na przykład nadtlenki organiczne i promieniowanie jonizujące. Utwardzaczem zalecanym jest nadtlenek organiczny obejmujący, ale nie ograniczający się do nadtlenku dikumylu, bis-(t-butylo) nadtlenodiizopropylobenzenu, nadbenzoesanu di-t-butylu, nadtlenku di-t-butylu, 2,5-dimetylo-2,5-di-t-butylonadtlenoheksanu, a-a-bis(t-butylonadtleno) diizopropylobenzenu. Zalecaną organiczną substancją wulkanizującą jest a-a-bis(t-butylonadtleno)diizopropylobenzen. Dla potrzeb wynalazku efektywne do wulkanizowania ilości nadtlenku organicznego na ogół mieszczą się w granicach od około 2 do około 10 części wagowych. Zalecane zawartości nadtlenku organicznego wynoszą od około 4 do około 6 części wagowych. Do nadtlenkowego wulkanizatora organicznego można ewentualnie dodać siarki jako składnika mieszaniny wulkanizatora w ilości od około 0,01 do około 1,0 części wagowych, w celu polepszenia modułu Younga zwulkanizowanego elastomeru bez ujemnego wpływu na jego wytrzymałość na rozdzieranie.

Inne konwencjonalne dodatki elastomeru etylenowo-alfa-olefinowego, oleje wypełniające i technologiczne, antyutleniacze, wódki, pigmenty, plastyfikatory, środki zmiękczające i temu podobne, mogą być dodawane według powszechnie stosowanych procedur wulkanizacji bez odstępowania od niniejszego wynalazku. Na przykład, w zalecanym wariancie wynalazku, kompozycja elastomerowa zawiera również od około 0,5 do około 1,5 części wagowych antyozonatora lub antyutleniacza i od około 5 do około 15 części wagowych oleju parafmowo-naftowego jako plastyfikatora/środka zmiękczającego.

Kompozycje elastomerowe etylenowo-alfa-olefinowe stosowane w niniejszym wynalazku mogą być przygotowywane według konwencjonalnej procedury na przykład poprzez mieszanie składników w mieszarce zamkniętej lub walcarce.

Poniższe przykłady zamieszczone sąw celu dalszego zilustrowania wynalazku. Części i procenty podawane w przykładach i dokumentacji odnoszą się do wagi jeśli nie wskazano inaczej.

Przykłady 1,3, 5 i 7 i przykłady porównawcze 2,4, 6 i 8.

Tabela 1 przedstawia skład preparatów elastomerowych dla próbek z przykładów 1, 3, 5 i 7 niniejszego wynalazku i z przykładów porównawczych 2, 4, 6 i 8. Tabela 2 przedstawia dane analityczne niestarzonych próbek z przykładów 1, 3, 5 i 7 i z przykładów porównawczych 2,4, 6 i 8. Tabela 3 przedstawia dane analityczne próbek starzonych z przykładów 1, 3, 5 i 7 oraz przykładów porównawczych 2, 4, 6 i 8. Tabele 4 i 5 przedstawiają wyniki analizy adhezji dla próbek starzonych i niestarzonych, odpowiednio z przykładów 1, 3 i 5 oraz przykładów porównawczych 2, 4 i 6. Tabela 6 przedstawia dane porównawcze pasów wieloklinowych, wykonanych według wynalazku i opisu fig. 3, z tym, że są one wzbogacone włóknami, oraz konwencjonalnych pasów klinowych zawierających polichloropren wzbogacony włóknami w zasadniczej części pasa jak i w części stykowej z kołem pasowym.

W przykładach tych i w przykładach porównawczych, przetwarzanie elastomeru było przeprowadzane w następujący sposób. Przetwarzanie w przykładach 1 i 3 oraz w przykładach porównawczych 2 i 4 prowadzone było w mieszalniku 1A Banbury, o pojemności wewnętrznej 16500 cm³; ugniatanie prowadzone było przy około 30 obrotach/minutę. Przetwarzanie w przykładach 5 i 7 oraz w przykładach porównawczych 6 i 8 prowadzone było w mieszalniku BR Banbury, o pojemności wewnętrznej 1 570 cm³; ugniatanie prowadzone było przy około 77 obrotach/minutę. Porcje przetwarzane były trzystopniowo.

182 802

W pierwszym etapie wszystkie składniki z wyjątkiem nadtlenku organicznego umieszczane były w Banbury i mieszane do temperatury 154°C lub maksymalnie przez 10 minut.

W drugim etapie próbka była walcowana do temperatury około 154°C, a potem granulowana.

W trzecim etapie najpierw dodany był nadtlenek organiczny a potem próbka była walcowana wtórnie do temperatury 88°C i granulowana.

Testy fizyczne prowadzone były dla wszystkich związków formowanych po formowaniu i potem ponownie po starzeniu cieplnym w temperaturze 125°C przez 168 godzin, o ile nie zaznaczono że było inaczej. Właściwości zwulkanizowanych produktów były mierzone zgodnie z następującymi procedurami testowymi: odporność na piko-ścieranie według ASTM D228-8; rozciągliwość według ASTM D412-87; rozciągliwość próbek starzonych według ASTM D573-88; wytrzymałość na rozdzieranie według ASTM D624-91; twardość według ASTM D2240-91; pękanie według metody Demattia ASTM D813-87; zdzieranie według metody Tabor ISO-5470-1980, w następujących mieszaninach:

Nazwa handlowa	Skład, dostawca
Nordel 1070	Terpolimer etylenowo-propylenowo-dienowy EPDM), E.I. DuPont de Nemours
Royaltherm 1411	EPDM modyfikowany krzemowo, Uniroyal
Engage CL 8001	Kopolimer etylenowo oktylenowy (EOM), Dow Chemical
Vistalon 606	Kopolimer etylenowo propylenowy (ΕΡΜ), Εχχοη Chemical Americas
Hi-Sil 233	Wytrącany hydratowany amorficzny dwutlenek krzemu, Pittsburgh Platę Glass Co.
N330	Sadza, I#82, Huber Co.
N550	Sadza, I#43, Huber Co.
Sunpar 2280	Olej parafinowy, ASTM D2226 typ 104B, Sun Refining Co.
Agerite Resin D	Spolimeryzowany l,2-dihydro-2,2,4-trimetylochinolina, B.F. Goodrich Co.
Saret 634	Dimetakrylan cynku, The Sartomer Co.
Vul-Cup 40KE	a-a-bis(t-butylonadtleno)diizopropylobenzen na Burgess KE clay, Herkules Inc.

Tabela 1

	Przykład 1	Porównawczy przykład 2	Przykład 3	Porównawczy przykład 4	Przykład 5*	Porównawczy przykład 6*	Przykład 7	Porównawczy przykład 8
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Nordel 1070	100	100	0	0	0	0	0	0
Royaltherm 1411	0	0	100	100	0	0	0	0
Engage CL 8001	0	0	0	0	100	100	0	0
Vistalon 606	0	0	0	0	0	0	100	100
HiSil 233	0	0	40	40	0	0	0	0

182 802

1	2	3	4	5	6	7	8	9
N33O	0	0	0	0	50	50	0	0
N550	60	60	0	0	0	0	55	55
Sunpar 2280 oil	10	10	0	0	10	10	10	10
Agente Resin D	1	1	1	1	1	1	1	1
Saret 634	15	0	5	0	15	0	15	0
Vul-Cup 40KE	5	5	6	6	5	5	5	5

Tabela 2

Analiza próbek niestarzonych

	Przykład 1	Porównawczy przykład 2	Przykład 3	Porównawczy przykład 4	Przykład 5*	Porównawczy przykład 6*	Przykład 7	Porównawczy przykład
Twardość [USA]	63.8	56.8	81	70	825	77.8	65.7	58.2
% Eb	378.1	364 1	361.8	416.2	444.8	445.8	390.3	488.7
M100(psi)	550.6	337.9	852.2	535.6	812.4	602.2	525	270
Rozciągliwość przy zerwaniu (psi)	3130	2443	2682	2835	4678	4372	2915	2160
„C” rozerwania (funt/cal)	274	227	280	242	396	355	271	223
Indeks pikościeralności	142	94	157	91	265	223	129	109
Strata objętości w szlifierce Tabor (mm³)	94.5	16.9	172.6	131.6	-	-	111.2	20.38
Demattia 0.5” w 100<@176>C (cal/megacykl)	5.8	22.1	15.4	42.6	0.8	0.7	0.3	0.3
Demattia 2.25” temp, pokojowa (cal/megacykl)	34.8	74.1	397	308	12.2	4.3	21.4	5.3

Szczególnym problemem związanym z pasami wieloklinowymi jest to, że materiał zdarty nawarstwia się między sąsiadującymi ze sobą żebrami, podczas gdy materiał starty gromadzi się wzdłuż żeber i jest pozostawiony na pasie. Z tych przyczyn, wyniki straty masy nie zawsze całkowicie ściśle odzwierciedlają zjawisko zdzierania. W ten sposób w tabeli 2, o ile niższe wartości strat objętości w szlifierce Tabor w przykładach porównawczych wydają się wskazywać na większą odporność na ścieranie niż ich odpowiedniki zawierające dimetakrylan cynku, te sztuczne zawyżone wielkości są faktycznie wynikiem gromadzenia się startego materiału lub części zdartych, nie usuwanych w trakcie analizy z próbek porównawczych. To gromadzenie się jest dowodem kleistej natury materiału i prawodopodobnie w tym przypadku również wskazuje na możliwoścć zdzierania. Ten efekt zdzierania był wyraźnie nieobecny w próbach zawierających dimetakrylan cynku. Wobec tego, niskie wielkości w szlifierce Tabor w przykładach porównawczych wskazują na obniżenie odporności na ścieranie w stosunku do ich odpowiedników zawierających według wynalazku dimetakiylan cynku.

182 802

Tabela 3

Wyniki analizy próbek starzonych

	Przykład 1	Porównawczy przykład 2	Przykład 3	Porównawczy przykład 4	Przykład 5*	Porównawczy przykład 6*	Przykład 7	Porównawczy przykład 8
Twardość	69.1	62.4	86	75	67.6	61.7	70.2	58.2
% Eb	345.5	395.2	248.2	344.5	410	477	367	552
M100(psi)	645.6	331.8	1228	681	857.5	614.6	548.2	244.9
Rozciągliwość przy zerwaniu (psi)	3096	2497	2795	3031	4531	4157	3019	2173
„C” rozerwania (funt/cal)	273.8	217.1	304.3	263.8	384.8	329.4	282.3	219.9
Demattia 2.25”starzenie 125°C 168 godzin (cal/megacykl)	30.6	59.6	-	-	7##	3**	25.3	23

* Próbki z przykładu 5 i przykładu porównawczego 6 starzone cieplnie w temp 150°C przez 168 godzin

Demattia 2 25” w przykładzie 5 i przykładzie porównawczym 6 przeprowadzona po starzeniu cieplnym w 175°C przez 70 godzin

Ogólnie, wyniki z tabel 2 i 3 wskazują, że dodatek dimetakrylanu cynku do kompozycji elastomerowych etylenowo-alfa-olefinowych powoduje znaczne poprawienie modułów kompozycji, wzrost odporności na zdzieranie, z jednoczesnym utrzymaniem dopuszczalnego wydłużania, wytrzymałości na rozciąganie przy odporności na pękanie i ścieranie. Jak wykazały wyniki analizy DeMattia, próbki etylenowo-alfa-olefinowe zarówno starzone jak i niestarzone, po dodaniu dimetakrylan cynku, ogólnie wykazują wzrost modułów przy jednoczesnym zachowaniu dopuszczalnych właściwości elastyczno-zmęczeniowych.

Odnośnie tabel 4 i 5, efektywność adhezji była określana poprzez analizę rozciągliwości próbek utwardzanych elastomerów według standardu „t”-metody testów odrywania. Test przebiegał przy szybkości wodzika 5,1 cm/min, a procent rozerwania materiału był mierzony zarówno w temperaturze pokojowej jak i w temp. 125°C. Kawałki tkaniny poliestrowej o szerokości około 2,5 cm przyczepione były do próbek elastomerów przygotowanych według procedury z przykładów 1, 3 i 5 oraz przykładów porównawczych 2, 4 i 6. Grubość próbek elastomerów wynosiła około 0,127 cm. Kawałki tkaniny poliestrowej były przyczepione do próbek elastomeru za pomocą rozpuszczalnika izocjanianowego jako pierwszej powłoki gruntującej i mleczka kauczukowego winylo-pirydyno-styreno-butadieno-rezorcynowo-formaldehydowego jako drugiej warstwy.

W tabelach 4 i 5 zerowa wartość rozerwania materiału wskazuje na uszkodzenie na granicy faz kauczuk-lepiszcze. W szczególności, niestarzone próbki z przykładów porównawczych 2, 4 i 6 nie wykazujące rozciągliwości ani defektu kohezji w temperaturze pokojowej, wykazywały w tych warunkach defekt adhezji. Jednakże, niestarzone próbki z przykładów 1, 3 i 5 wykazywały defekt kohezji w temperaturze pokojowej pod wpływem przyłożonej siły, w znacznie większym stopniu niż ich odpowiedniki, wskazując na znaczny wzrost przyczepności.

182 802

Tabela 4

Wyniki analizy adhezji próbek niestarzonych

	Ciągnięcie w temperaturze pokojowej (kg/cm)	% rozerwania materiału w temperaturze pokojowej	Ciągnięcie w temperaturze 125°C (kg/cm)	% rozerwania materiału w temperaturze 125°C
Przykład 1	9	100	3	100
Przykład porównawczy 2	4	0	3	100
Przykład 3	4	50	1	75
Przykład porównawczy 4	2	0	0,5	0
Przykład	17	80	7	100
Przykład porównawczy 6	1	0	5	5

Tabela 5

Wyniki analizy adhezji próbek starzonych przez 1 tydzień w 150°C

	Ciągnięcie w temperaturze pokojowej (kg/cm)	% rozerwania materiału w temperaturze pokojowej	Ciągnięcie w temperaturze 125°C (kg/cm)	% rozerwania materiału w temperaturze 125°C
Przykład 1	8	100	3	100
Przykład porównawczy 2	11	100	4	100
Przykład 3	2	5	1	40
Przykład porównawczy 4	1	0	0,4	0
Przykład 5	17	100	8	100
Przykład porównawczy 6	17	40	8	0

Obie próbki z przykładu 1 i przykładu porównawczego 2, na bazie EPDM pod nazwą fabryczną Nordel 1070 dostarczonego przez E.L DuPont de Nemours, wykazywały rozerwanie w temperaturach podwyższonych. Próbki z przykładów 3 i 5 zarówno starzone jak i niestarzone wykazywały rozerwanie, podczas gdy ich odpowiedniki nie wykazywały, demonstrując w ten sposób silniejszą adhezję gdy zastosowany został dimetakrylan cynku. W szczególności, próbki zawierające dimetakrylan cynku wykazywały dobre właściwości adhezyjne zarówno w stanie starzonym jak i niestarzonym, podczas gdy próbki bez dimetakrylanu cynku wykazywały słabą adhezję w stanie niestarzonym.

182 802

Tabela 6 pokazuje wyniki analizy porównawczej pasów zrobionych według wariantów obecnego wynalazku (Pas 1, Pas 2, Pas 3) i standardowych pasów osiągalnych w handlu (Porównawczy Pas A) pod względem odporności na zmęczenie elastyczne, odporności na zużycie i wytrzymałości obciążeniowej. Pas 1 był pasem wieloklinowym wykonanym według opisu do fig. 1, w którym zasadnicza część pasa i część stykowa z kołem pasowym wykonane były z EPDM wzmocnionego metakrylanem cynku według procedury z przykładu 1, z tą modyfikacją, że zamiast sadzy N55O została zastosowana sadza N330, a zasadnicza część pasa była wzmocniona włóknami. Pas 2 był pasem wieloklinowym podobnym do Pasa 1 pod wszystkimi względami, z tym wyjątkiem, że w Pasie 2 zastosowano Vistalon 660 zamiast Nordel 1070, oraz że zawierał także 55 części wagowych sadzy N330. Pas 3 był pasem wieloklinowym podobnym do Pasa 1 pod wszystkimi względami z tym wyjątkiem, że w Pasie 3 zastosowano Engage CL 8001 zamiast Nordel 1070. Dodatkowo, Pas 3 zawierał 0,50 części wagowych podstawionej difenyloaminy jako antyutleniacza, dostarczanej przez Uniroyal Chemical pod nazwą handlową Naugard 445, jak również antyutleniacza cynk-2merkaptotolyloimidazolu dostarczonego przez R.T. Vanderbilt pod nazwa handlową Vanox ZMTI. Do Pasa 3 zastosowano utwardzacz nadtlenkowy w ilości 5,50 części wagowych. Porównawczy Pas A był standardowym pasem wieloklinowym z polichloroprenu („C”), wzmocnionym włóknami. Rozciągliwość Pasa 1, Pasa 2 i Pasa 3 została osiągnięta dzięki linkom z poliestru tereftalanowego. Linki zostały przytwierdzone do elastomerowej części pasów za pomocą obróbki polegającej na gruntowaniu izocjanianem, a następnie mleczkiem kauczukowym winylo-pirydyno-styreno-butadienowym lub mleczkiem lateksowym karboksylowanym winylo-pirydyno-styreno-butadienowym i w kąpieli zawierającej lepiszcze polimerów znane pod nazwą handlową Chemlok 238, dostarczane przez The Lord Corporation. Ponadto, materiał wzmacniający do Pasa 1, Pasa 2 i Pasa 3 stanowiły 3 mm aramidowe włókna cięte, poddane działaniu mleczka rezorcynowo-formaldehydowego dostarczanego przez Teijin z Japonii pod nazwą handlową TECHNORA; ten sam materiał stanowił materiał wzmacniający Pasa Porównawczego A, z tym wyjątkiem, że w Pasie Porównawczym A zastosowano włókna aramidowe 1 mm. Długość pasów wynosiła około 112 cm, a ich szerokość 1,067 cm.

Aby określić obciążalność w warunkach wysokich naprężeń, pasy wieloklinowe były testowane na dwóch wielorowkowych kołach pasowych o średnicy 6,1 cm. Pasy pracowały przy prędkości 3 500 obrotów/min i mocy 7,1 kM (5,3 kW) przy stałym naprężeniu 1174 N w temperaturze pokojowej. Aby przedstawić dane w tabeli 6, pasy były użytkowane aż do zniszczenia, co uwidoczniało się oddzieleniem się linek krawędziowych, rozdzieleniem żeber pasa lub innymi, poważniejszymi uszkodzeniami.

Dla określenia odporności na ścieranie i zmęczenie elastyczne, pasy poddawane były czteropunktowemu testowi hamowania wodnego, w którym pasy pracowały na dwóch wieloklinowych większych kołach pasowych oraz zewnętrznie i wewnętrznie napinających jałowych kołach pasowych. Dwa większe koła pasowe miały średnicę 12,1 cm; wewnętrznie napinające koło pasowe miało średnicę 4,4 cm; zewnętrznie napinające koło pasowe miało średnicę 7,6 cm. Pasy pracowały przy prędkości 4 900 obrotów/min i mocy 11 kM (8,2 kW) przy stałym naprężeniu 489 N. Dla określenia odporności na ścieranie pasy były najpierw ważone, następnie nałożone na koła pasowe i użytkowane przez 96 godzin w temperaturze pokojowej, po czym były ponownie ważone dla określenia ubytku masy. W pierwszej analizie zmęczenie elastycznego pasy były naciągnięte wokół kół pasowych i napinających oraz pracowały przy szybkości 4 900 obrotów/min w temperaturze 100°C, aż do zniszczenia, które uwidaczniało się powstaniem pęknięć w liczbie o jeden przekraczającej liczbę żeber pasa.

W drugiej analizie zmęczenia elastycznego pasy były podobnie naciągnięte wokół kół pasowych i napinających oraz pracowały przy szybkości 4 900 obrotów/min w temperaturze 110°C, aż do zniszczenia, które uwidoczniało się powstaniem pęknięć w liczbie o jeden przekraczającej liczbę żeber pasa.

182 802

Tabela 6

Wyniki analizy pasów

	Pas 1 (EPDM)	Pas 2 (EPM)	Pas 3 (EOM)	Porównawczy Pas A (CR)
Nośność (godziny)	232	341	677	58
Ubytek wagi (gramy)	0.59	0.57	0.57	0.68
Zmęczenie elastyczne 100°C (godziny)	1356	1040	-	120
Zmęczenie elastyczne 110°C (godziny)	-	732	947	-

W szczególności, Pas 1 wykazał czterokrotny wzrost nośności w stosunku do pasa polichloroprenowego, zachowując jednocześnie jego odporność na ścieranie. Co więcej, Pas 1 zawierający jako zasadniczą część pasową elastomer EPDM uzbrojony włóknami, wzmocniony dimetakrylanem cynku, wykazał dziesięciokrotny wzrost trwałości w porównaniu ze standardowym pasem polichloroprenowym, jak wykazała analiza zmęczenia elastycznego. Pas 2, bazujący na Vistalonie 606 wzmocniony dimetakrylanem cynku, wykazywał pięciokrotny wzrost nośności w stosunku do standardowego pasa polichloroprenowego i zdecydowany wzrost trwałości jak wykazała analiza zmęczenia elastycznego zarówno w temperaturze 100°C jak 110°C. Podobnie Pas 3, bazujący na Engage CL 8001 wzmocnionym dimetakrylanem cynku, wykazywał znaczący wzrost nośności w stosunku do standardowego pasa polichloroprenowego, demonstrując również doskonałą odporność na zmęczenie elastyczne.

Poprawa właściwości dynamicznych materiału na pasy niniejszego wynalazku obejmującego pasy pędne i pasy płaskie, jest przypisywana wprowadzeniu kompozycji elastomerowej etylenowo-alfa-olefinowej utwardzanej nadtlenkowo i wzmocnionej solą metalu kwasu organicznego α-β-nienasyconego, jako zasadniczej części pasa lub jego części stykowej z kołem pasowym. Uzyskana kompozycja wykazuje pierwszorzędną adhezję do wzmocnionych materiałów tekstylnych, w nieobecności dodatkowych wzmacniaczy adhezji w elastomerze podstawowym. Pomimo pierwszorzędnej adhezji do wzmocnionych materiałów tekstylnych, w nieobecności dodatkowych wzmacniaczy adhezji w elastomerze podstawowym, do konstrukcji pasów nie odbiegających od niniejszego wynalazku mogą być zastosowane takie wzmacniacze adhezji jak donory metylenowe i rezorcyno we w układach adhezyjnych H-R-H suchej substancji kauczukowej.

Aczkolwiek obecny wynalazek został dla celów ilustracyjnych opisany bardzo dokładnie, jest zrozumiałe, że ta szczegółowość służy tylko wymienionemu celowi i mogą być dokonywane różne zmiany przez wykwalifikowanych użytkowników bez odstępstwa od istoty wynalazku, z wyjątkiem tego co może być ograniczone zastrzeżeniami patentowymi.

182 802

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja elastomerowa do wyrobów podlegających obciążaniu dynamicznemu, zwłaszcza do pasów pędnych, utwardzana aktywatorem wolnorodnikowym, zawierająca elastomer etylenowo-alfa-olefinowy i sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego, znamienna tym, że zawiera 100 części wag. elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego, stanowiącego podstawowy elastomer kompozycji, od 1 do 20 części wag. na sto elastomeru soli metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego, od 25 do 250 części wag. na sto elastomeru wypełniacza wzmacniającego, przy czym elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki etylenowe w ilości od 55% do 78% wag. elastomeru.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki etylenowe w ilości 65% do 78% wag.
3. Pas pędny przystosowany do łączenia z kołem pasowym, mający zasadniczą część elastomerową utwardzoną aktywatorem wolnorodnikowym i zawierającą elastomer etylenowo-alfa-olefinowy oraz sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego, wewnątrz której umieszczona jest warstwa rozciągliwa w postaci linek odpornych na naprężanie oraz część stykową kontaktującą się z kołem pasowym, której krawędź pokryta jest rozciągliwą odporną na zużycie tkaniną, znamienny tym, że zasadnicza część elastomerowa (12) pasa jest wykonana z kompozycji elastomerowej zawierającej 100 części wag. elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego, stanowiącego elastomer podstawowy, od 1 do 30 części wag. na sto elastomeru soli metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego i 25 do 250 części wag. na sto elastomeru wypełniacza wzmacniającego, przy czym elastomer etylenowo-alfa-olefinowy zawiera jednostki etylenowe w ilości od 55% do 78% wag. elastomeru.
4. Pas według zastrz. 3, znamienny tym, że elastomer etylenowo-alfa-olefinowy stanowi elastomer wybrany z grupy obejmującej kopolimery etylenowo-propylenowe, kopolimery etylenowo-oktenowe, terpolimery etylenowo-propylenowo-dienowe i ich mieszaniny.
5. Pas według zastrz. 3, znamienny tym, że etyleno-alfa-olefina jest zmieszana z co najwyżej 25% wag. w stosunku do wagi elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego drugiego materiału elastomerowego wybranego z grupy obejmującej kauczuk silikonowy, polichloropren, epichlorohydrynę, uwodorniony kauczuk nitrylowo-butadienowy, kauczuk naturalny, kopolimer etylenowo-winylo-octanowy, kopolimery i terpolimery etylenowo metakrylanowe, kauczuk styrenowo-butadienowy, kauczuk nitrylowy, chlorowany polietylen, chlorosulfonowany polietylen, alkilowany chlorosulfonowany polietylen, trans-polioktenamer, kauczuk poliakrylowy, kauczuk butadienowy i mieszaniny powyższych.
6. Pas według zastrz. 3, znamienny tym, że sól metalu α-β-nienasyconego kwasu organicznego obejmuje sole metalu kwasów wybranych z grupy obejmującej kwasy: akrylowy, metakrylowy, maleinowy, fumarowy, etakrylowy, winyloakiylowy, itakonowy, metyloitakonowy, akonitowy, metyloakonitowy, krotonowy, α-metylokrotonowy, cynamonowy, i 2,4-dihydroksycynamonowy.
7. Pas według zastrz. 6, znamienny tym, że sól metalu jest wybrana z grupy obejmującej diakrylan cynku i dimetakrylan cynku.
8. Pas według zastrz. 3, znamienny tym, że wulkanizator stanowi efektywnie wulkanizująca ilość materiału wybranego z grupy zawierającej nadtlenki organiczne, nadtlenki organiczne zmieszane z siarką w ilości od 0,01 do 1 części wag. na sto elastomeru, promieniowanie jonizujące.

182 802
9. Pas według zastrz. 3, znamienny tym, że pas pędny stanowi pas wybrany z grupy obejmującej pasy synchroniczne, pasy klinowe i pasy wieloklinowe.

* * ♦

Wynalazek dotyczy kompozycji elastomerowej do wyrobów podlegających obciążaniu dynamicznemu, zwłaszcza do pasów pędnych i pasa pędnego przystosowanego do łączenia z kołem pasowym.

Elastomery etylenowo-alfa-olefinowe, obejmujące kopolimery etylenowo-propylenowe (EPM) i terpolimery etylenowo-propylenowo-dienowe (EPDM) uznawane są za doskonałe elastomery ogólnego zastosowania o szerszych zakresach temperatur eksploatacji niż większość innych elastomerów. EPM i EPDM mają w znacznej mierze nasycone łańcuchy główne, co wzmaga odporność na utlenianie i ozonowanie. Materiały te są generalnie tańsze od innych elastomerów i tolerują wysokie stężenie wypełniaczy i olejów utrzymując jednocześnie dobre właściwości fizyczne, co zwiększa ich ekonomiczność. Z tego względu elastomery etylenowo-alfa-olefinowe są szeroko stosowane same lub zmieszane z innymi elastomerami w zastosowaniach takich jak węże, materiały uszczelniające, uszczelki, materiały do krycia dachów i taśmy uszczelniające.

W niemieckim opisie patentowym DE 4 309 893 przedstawiono wykorzystanie soli metalu etylenowo nienasyconego kwasu karboksylowego w połączeniu z mieszankami elastomerowymi zawierającymi od 10% do 40% etylenowo nienasyconej nitrolowo koniugowanej dienowej wysoko nasyconej gumy kopolimerowej określonego rodzaju oraz od 90 % do 60% wagowych polimeru polietylenowego, przykładowo EPDM lub EPM. Sól pełni tu funkcję wypełniacza wzmacniającego dla podstawowej mieszanki elastomerowej, zamiast na przykład sadzy, czy krzemionki. Kompozycje według przedstawionego opisu pociągają za sobą znaczne koszty, gdyż bazują na drogich składnikach.

Inny niemiecki opis DE 4 222 760 Al przedstawia wykorzystanie soli metalu etylenowo nienasyconego kwasu karboksylowego w połączeniu z mieszankami elastomerowymi zawierającymi od 10% do 40% etylenowo nienasyconej nitrolowo koniugowanej dienowej wysoko nasyconej gumy kopolimerowej określonego rodzaju w połączeniu z elastomerem, na przykład EPDM lub EPM, przy czym to sól pełni funkcję wypełniacza wzmacniającego dla podstawowej mieszanki elastomerowej zamiast przykładowo sadzy czy krzemionki. Takie kompozycje elastomeru etyleno-alfa-olefinowego i pasy pędne wykorzystujące kompozycje tego rodzaju w ramach głównego składnika elastomerowego, charakteryzują się niską trwałością w warunkach obciążenia dynamicznego oraz są kosztowne.

Z europejskiego opisu patentowego nr 0 590 423 A3, znane jest wykorzystanie soli metali etylenowo nienasyconego kwasu karboksylowego w połączeniu z elastomerem, na przykład EPDM o niskiej zawartości etylenu, który to elastomer połączony jest za pomocą wiązań krzyżowych siarki, przy czym sól metalu pełni funkcję wypełniacza wzmacniającego dla podstawowego elastomeru zamiast przykładowo sadzy czy krzemionki. Pasy pędne wykorzystujące taką kompozycję, w warunkach obciążenia dynamicznego charakteryzują się gorszymi właściwościami fizycznymi, a w szczególności niższą trwałością, a także wyższą ceną związaną z kosztami użytych materiałów.

Inny europejski opis patentowy nr 0 589 701 przedstawia kompozycje wykorzystywane w zastosowaniach statycznych, na przykład jako pokrycie kabli elektrycznych.

Znane są również z amerykańskiego opisu patentowego US 4 500 466 kompozycje polimerowe zawierające nie mniej niż 25 części wagowych dimetakrylanu cynku. W tym opisie przedstawiony jest również sposób wytwarzania dimetakrylanu cynku o szczególnym wąskim zakresie obszaru powierzchni.

182 802

Przedmiotem innego amerykańskiego opisu patentowego US 4 925 898 są kompozycje wykorzystywane w pasach przenośnikowych, obejmujące gumę etyleno-propylenową oraz poliestry alkoholu wielowodorotlenowego kwasu akrylowego lub kwasu metakrylowego oferujące połączenie krzyżowe.

Wadą znanych materiałów jest ich gorsze działanie w warunkach dynamicznych. Ponieważ wiadomo, że elastomery etylenowo-alfa-olefinowe charakteryzują się jedynie średnią odpornością zmęczeniową odpornością na ścieranie, wytrzymałością na rozciąganie i modułem w zastosowaniach dynamicznych, jak również nieodpowiednią adhezją do metali i wzmocnionych materiałów tekstylnych, nie są one stosowane jako elastomery podstawowe w zastosowaniach o charakterze dynamicznym, takich jak pasy pędne, pasy płaskie, amortyzatory pneumatyczne, łoża silnika i temu podobne. Materiałami elastomerowymi najczęściej stosowanymi w tych przypadkach są polichloropren, kauczuk styrenowo-butadienowy i kauczuk naturalny z powodu korzystnego powiązania ich właściwości mechanicznych z dobrą przetwarzalnością. W tym kontekście „elastomerem podstawowym” jest elastomer, którego zawartość w kompozycji elastomerowej jest większa niż 50% wagowych.

EPM i EPDM są mieszane z innymi elastomerami wykazującymi korzystniejsze właściwości mechaniczne do zastosowań dynamicznych. Elastomery te obejmują polichloropren, kauczuki nitrylowo-dienowe i kauczuki organopolisiloxanowe. W takich przypadkach EPM lub EPDM dodawane są dla zwiększenia odporności na utlenianie lub ozonowanie lub obniżenie kosztów kompozycji końcowej. Jednakże, w celu otrzymania zadowalających właściwości mechanicznych, ilość dodawanego EPM lub EPDM jest ograniczana do mniej niż około 40% wagowych ostatecznej kompozycji elastomerowej. Ponadto, w produktach takich jak pasy sugerowane jest stosowanie jako elastomeru podstawowego EPDM o dużym stężeniu etylenu to znaczy więcej niż 80% molowych. Materiał ten jest jednak trudny do przetwarzania w walcarkach otwartych i kalandrach z powodu wąskiego przedziału ich masy cząsteczkowej i wysokiego stopnia krystaliczności.

Znanych jest kilka sposobów poprawiania właściwości mechanicznych elastomerów. Zwiększenie ilości wypełniaczy wzmacniających lub nadtlenków powoduje wzrost twardości i modułów utwardzonej kompozycji elastomerowej. Jednakże zwiększenie poziomu wypełniaczy niekorzystnie wpływa na elastyczność produktu przez przyczynianie się do narastania cieplnego polimeru. Wrastająca zawartość nadtlenku daje możliwość poprawienia modułu przy jednoczesnym obniżeniu wytrzymałości na rozrywanie, zmęczenie elastyczne i wydłużanie. Ten efekt bywa tak znaczny, że może prowadzić do skruszenia polimeru.

Utwardzanie nadtlenkowe i wolnorodnikowe jest powszechnie stosowane zamiast utwardzania siarką zarówno w przypadku polimerów nasyconych jak i nienasyconych w celu zwiększenia odporności na starzenie termiczne, zmniejszenia podatności na odkształcenia w wyniku ściskania i polepszenia adhezji do włókien obrabianych i nieobrabianych. Wiadome jest również, że dodanie pewnych akrylanów jako środków uzupełniających w procesie utwardzania nadtlenkowego kompozycji elastomerowych poprawia wytrzymałość na naderwania i wzmacnia odporność na ścieranie, olejoodpomość i adhezję do metali. Dlatego na przykład, aby polepszyć ogólne działanie produktu, w procesie utwardzania nadtlenkowego mieszanin zawierających EPMD i inne elastomery, dodaje się jako środki pomocnicze sole metalu kwasów akrylowych. Akrylany są stosowane także jako wypełniacze wzmacniające w celu ograniczenia rozrywania łańcucha i zwiększenia wydajności wulkanizacji.

Kompozycja elastomeru etylenowo-alfa-olefmowego o dynamicznych właściwościach fizycznych, odpowiednich do zastosowania jako podstawowa kompozycja elastomerowa do zastosowań takich jak na przykład materiały na pasy, obejmujące pasy pędne i pasy płaskie, amortyzatory pneumatyczne, łoża silnika i temu podobne, wskazana jest ze względu na obniżkę kosztów materiałowych, zwiększenie stabilności cieplnej i poprawienie odporności tych materiałów na degradację pod wpływem tlenu i ozonu.

182 802

Do tej pory nie jest znana kompozycja elastomerowa etylenowo-alfa-olefinowa, łatwo przetwarzalna, o odpowiednich właściwościach mechanicznych w zastosowaniach dynamicznych i zadawalającej adhezji do wzmocnionych materiałów włókienniczych, możliwa do wykorzystania jako podstawowa kompozycja elastomerowa, do takich zastosowań jak materiały na pasy obejmujące pasy pędne i pasy płaskie, amortyzatory pneumatyczne, łoża silników i temu podobne.