TW201302913A - 有齒皮帶 - Google Patents

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Shinsuke Uegaki
Yoko Onishi
Haruhiko Nakamura
Ryuki Inoue
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Gates Unitta Asia Co
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Abstract

本發明之有齒皮帶，其特徵為皮帶本體之全部或一部分由熱塑性彈性體合金形成，該熱塑性彈性體合金含有熱塑性聚胺酯(A)、與經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)。前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯-共聚橡膠(B)與熱塑性聚胺酯(A)之重量比率[(B)/(A)]較佳為0.1/99.9至30/70。若為本發明之有齒皮帶，即使於高負荷下長時間使用，仍難以對於有齒皮帶本體造成磨耗、損害、裂隙、斷裂等，耐久性極為優良。

Description

有齒皮帶
本發明係關於一種利用於動力傳動用、搬運用等之有齒皮帶，更詳細而言，係關於一種皮帶本體之全部或一部分由熱塑性彈性體合金(elastomer alloy)形成之有齒皮帶。
有齒皮帶與僅藉由摩擦傳遞旋轉力之平皮帶(flat belt)、三角皮帶(V belt)不同，係藉由與設置於滑輪之齒形咬合，不滑動便可傳遞旋轉之皮帶。因此，有齒皮帶被廣為利用作為高負荷或是同步動力傳動用皮帶、精密搬運用皮帶。
有齒皮帶通常係由皮帶本體與依據需求所設置之抗拉物等所構成。然後，已知前述皮帶本體係由熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer)而形成者。例如，日本特開2004-224848號公報中已揭示由胺酯彈性體形成齒橡膠層與背橡膠層之有齒皮帶。再者，日本特開2004-347054號公報中已揭示具備由熱塑性聚胺酯彈性體構成之本體部、作為抗拉物之芯線(core wire)與覆蓋皮帶齒面之帆布之有齒皮帶。
然而，若使用具有由以往的熱塑性聚胺酯彈性體形成之皮帶本體之有齒皮帶作為高負荷動力傳動用皮帶等，則會有在較早的階段即磨耗皮帶本體、帶有裂隙(crack)而皮帶耐久性不充足之情況。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-224848號公報
[專利文獻2]日本特開2004-347054號公報
因此，本發明之目的係提供一種即使作為動力傳動用等而於高負荷下使用，仍不在較早的階段對皮帶造成本體磨耗、損害、裂隙、斷裂等的耐久性極為優良之有齒皮帶。
本發明者們為了達成上述目的而精心研究，結果發現，藉由將目前大多經交聯而作為工業用橡膠製品利用而不大使用作為其他樹脂之改性劑之經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯-共聚橡膠(以不飽和羧酸或其衍生物改性之EPDM)調配於熱塑性聚胺酯，而以所得之熱塑性彈性體合金形成有齒皮帶的皮帶本體，即得到一種耐磨耗性及耐彎曲疲勞性顯著提升，且耐久性極為優良之有齒皮帶，進而完成本發明。
即，本發明係提供一種有齒皮帶，其特徵為皮帶本體之全部或一部分由熱塑性彈性體合金形成，該熱塑性彈性體合金含有：熱塑性聚胺酯(A)、與經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)。
於前述有齒皮帶中，前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯-共聚橡膠(B)與熱塑性聚胺酯(A)之 重量比率[(B)/(A)]，較佳為0.1/99.9至30/70。
再者，前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯-共聚橡膠(B)，較佳為以順丁烯二酸酐改性之乙烯-丙烯-烯共聚物。
此外，較佳為皮帶本體之至少齒部係由前述熱塑性彈性體合金形成者。
前述熱塑性彈性體合金之硬度(JIS K6253A型硬度計(Type A Durometer))較佳為75以上。
再者，於本說明書，硬度係依照JIS K6253(A型硬度計)所測定之值。
本發明之有齒皮帶，由於皮帶本體是由特定之熱塑性彈性體合金所形成，故不只耐磨耗性優良，耐彎曲疲勞性亦優良，且即使於高負荷下長時間使用，仍難以在較早的階段對皮帶本體造成磨耗、損害、裂隙、斷裂等，耐久性極為優良。
[有齒皮帶]
第1圖係示意性地表示將本發明之有齒皮帶之一例一部分斷裂之斜視圖。此例中，有齒皮帶1係由皮帶本體2與埋設於該皮帶本體2內部之芯線(抗拉物)3所構成。皮帶本體2係由背部2a與齒部2b所構成，背部2a側之表面(背面)為平坦面，而齒部2b側之表面(齒面)中，係於皮帶長方向以一定間隔，交互地朝皮帶之寬方向延伸形成有剖 面梯形之齒部2b與齒底部2c。於齒底部2c之皮帶長方向之大約中央部，形成有相應於用以將芯線3埋設於皮帶本體2之預定位置的型態之形狀之齒溝部2d。而且，於皮帶本體2之背部2a，係將複數之芯線3於皮帶寬方向以預定間隔朝向皮帶長方向埋設。前述芯線3係為了在要求高扭矩(torque)傳遞之用途方面，得到抑制延伸之高強度所使用之構件。
前述齒部2b之剖面形狀非梯形亦可，例如，可為圓弧形狀(圓弧齒形)等，可根據用途等適當選擇。
作為芯線3並無特定限制，可使用例如，鋼線(steel cord)、不銹鋼線、芳綸纖維線(aramid fiber cord)、玻璃纖維線、碳纖維線等。
本發明之有齒皮帶依據需求亦可具有上述以外之構件、零件、覆蓋層等。
本發明之有齒皮帶，其特徵為皮帶本體2之全部或一部分係由熱塑性彈性體合金形成，該熱塑性彈性體合金含有：熱塑性聚胺酯(A)、與經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)。皮帶本體2可由1個構件構成，亦可由2個以上構件構成。於本發明中，較佳為皮帶本體2中之至少齒部2b係由前述熱塑性彈性體合金形成。以下，有將「經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠」簡略地稱為「改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠」或「改性EPDM」的情形。
[熱塑性聚胺酯(A)]
於本發明中，作為熱塑性聚胺酯(A)係可使用公知之熱塑性聚胺酯(TPU)。熱塑性聚胺酯(A)可單獨使用或組合2種以上使用。熱塑性聚胺酯通常係藉由使聚異氰酸酯、長鏈多元醇、鏈伸長劑、與依據需求之其他異氰酸酯反應性化合物反應而得。
作為前述聚異氰酸酯，只要是分子內至少具有2個異氰酸基之化合物便無特定限制。聚異氰酸酯係包括例如脂肪族聚異氰酸酯、脂環式聚異氰酸酯、芳香族聚異氰酸酯、芳香脂肪族聚異氰酸酯等。聚異氰酸酯可單獨使用或組合2種以上使用。
作為脂肪族聚異氰酸酯，可舉例如1,3-三亞甲基二異氰酸酯(1,3-trimethylene diisocyanate)、1,4-四亞甲基二異氰酸酯、1,5-五亞甲基二異氰酸酯、1,6-六亞甲基二異氰酸酯、1,2-二異氰酸伸丙酯、1,2-二異氰酸伸丁酯、2,3-二異氰酸伸丁酯、1,3-二異氰酸伸丁酯、2-甲基-1,5-五亞甲基二異氰酸酯、3-甲基-1,5-五亞甲基二異氰酸酯、2,4,4-三甲基-1,6-六亞甲基二異氰酸酯、2,2,4-三甲基-1,6-六亞甲基二異氰酸酯等脂肪族二異氰酸酯。
作為脂環式聚異氰酸酯，可列舉如1,3-環戊烷二異氰酸酯、1,4-環己烷二異氰酸酯、1,3-環己烷二異氰酸酯、3-異氰酸基甲基-3,5,5-三甲基環己烷異氰酸酯(異佛酮二異氰酸酯)、4,4’-亞甲基雙(異氰酸環己酯)、甲基-2,4-環己烷二異氰酸酯、甲基-2,6-環己烷二異氰酸酯、1,3-雙(異氰酸酯甲基)環己烷、1,4-雙(異氰酸酯甲基)環己 烷、降莰烷二異氰酸酯等脂環式二異氰酸酯等。
作為芳香族聚異氰酸酯，可列舉如二異氰酸間伸苯酯、二異氰酸對伸苯酯、二異氰酸2,4-甲伸苯酯、二異氰酸2,6-甲伸苯酯、1,4-二異氰酸伸萘酯、1,5-二異氰酸伸萘酯、二異氰酸4,4’-聯苯基酯、4,4’-聯苯基甲烷二異氰酸酯、2,4’-聯苯基甲烷二異氰酸酯、2,2’-聯苯基甲烷二異氰酸酯、4,4’-聯苯醚二異氰酸酯、2,2’-聯苯基丙烷-4,4’-二異氰酸酯、3,3’-二甲基聯苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、4,4’-聯苯基丙烷二異氰酸酯等芳香族二異氰酸酯等。
作為芳香脂肪族聚異氰酸酯，可舉例如二異氰酸1,3-伸茬酯、二異氰酸1,4-伸茬酯、ω,ω’-二異氰酸-1,4-二乙基苯酯、1,3-雙(1-異氰酸基-1-甲基乙基)苯酯、1,4-雙(1-異氰酸基-1-甲基乙基)苯酯、1,3-雙(α,α-二甲基異氰酸基甲基)苯酯等芳香脂肪族二異氰酸酯等。
作為聚異氰酸酯，可適合使用二異氰酸1,6-六亞甲酯、4,4’-亞甲基雙(異氰酸環己酯)、1,3-雙(異氰酸基甲基)環己烷酯、1,4-雙(異氰酸基甲基)環己烷酯、異佛酮二異氰酸酯、二異氰酸2,4-甲伸苯酯、二異氰酸2,6-甲伸苯酯、4,4’-聯苯基甲烷二異氰酸酯、二異氰酸1,3-伸茬酯、二異氰酸1,4-伸茬酯、降莰烷二異氰酸酯、1,3-雙(α,α-二甲基異氰酸基甲基)苯酯。
再者，作為聚異氰酸酯，亦可使用由前述例示之脂肪族聚異氰酸酯、脂環式聚異氰酸酯、芳香族聚異氰酸酯、 芳香脂肪族聚異氰酸酯所成之二聚物或三聚物、反應產物或聚合物(例如，聯苯基甲烷二異氰酸酯之二聚物或三聚物、三羥甲基丙烷與二異氰酸甲伸苯酯之反應產物、三羥甲基丙烷與二異氰酸六亞甲酯之反應產物、異氰酸聚亞甲基聚苯酯、聚醚多元異氰酸酯、聚酯多元異氰酸酯等)等。
作為前述長鏈多元醇，可列舉如聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚烯烴多元醇、聚丙烯酸多元醇等。長鏈多元醇之數目平均分子量通常為500以上，較佳為500至10000，更佳為600至6000，再更佳為800至4000。長鏈多元醇可單獨使用或組合2種以上使用。
作為聚醚多元醇，除了列舉聚伸乙基醚二醇、聚伸丙基醚二醇、聚四亞甲基醚二醇(PTMG；Poly tetramethylene ether glycol)等聚伸烷基醚二醇之外，可列舉如環氧乙烷-環氧丙烷共聚物等含有複數個環氧烷作為單體成分之(環氧烷-其他環氧烷)共聚物等。聚醚多元醇之中，特佳為聚四亞甲基醚二醇(PTMG)。
作為聚酯多元醇，可使用例如多元醇與多元羧酸之縮合聚合物；環酯(內酯)之開環聚合物；由多元醇、多元羧酸及環酯之3種類成分所成之反應物等。於多元醇與多元羧酸之縮合聚合物中，作為多元醇，可使用例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三 羥甲基乙烷、環己二醇類(1,4-環己二醇等)、環己二甲醇類(1,4-環己烷二甲醇等)、雙酚類(雙酚A等)、糖醇類(木糖醇和山梨醇等)等。另一方面，作為多元羧酸，可列舉如丙二酸(malonic acid)、順丁烯二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等脂肪族二羧酸；1,4-環己烷二羧酸等脂環式二羧酸；對苯二甲酸、間苯二甲酸(isophthalic acid)、鄰苯二甲酸、2,6-萘基二羧酸、對伸苯基二羧酸、1,2,4-苯三甲酸(trimellitic acid)等芳香族二羧酸等。再者，於環狀酯之開環聚合物中，作為環狀酯，可列舉如丙內酯、β-甲基-δ-戊內酯、ε-己內酯等。於由3種成分所成之反應物中，作為多元醇、多元羧酸、環狀酯，可使用前述例示者等。聚酯多元醇之中，較佳為使己二酸與多元醇(例如，乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇等碳數為2至6之一種或二種以上之烷烴二醇)之縮合聚合物之己二酸酯系聚酯多元醇[例如，聚(己二酸伸乙酯)、聚(己二酸二伸乙酯)、聚(己二酸伸丙酯)、聚(己二酸四亞甲酯)、聚(己二酸六亞甲酯)、聚(己二酸伸新戊酯)等聚(C2-6己二酸伸烷酯)等]、使ε-己內酯進行開環聚合而得到之己內酯多元醇、使用乙二醇等多元醇使β-甲基-δ-戊內酯進行開環聚合而得到之聚酯多元醇等。
作為聚碳酸酯多元醇，可舉例如多元醇與光氣(phosgene)、氯甲酸酯、二烷基碳酸酯或二芳基碳酸酯之反應物；環狀碳酸酯(碳酸伸烷酯等)之開環聚合物等。具 體而言，於多元醇與光氣之反應物中，作為多元醇，可使用前述例示之多元醇(例如，乙二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇等)。再者，於環狀碳酸酯之開環聚合物中，作為碳酸伸烷酯，可舉例如碳酸伸乙酯、碳酸三亞甲酯、碳酸四亞甲酯、碳酸六亞甲酯等。再者，聚碳酸酯多元醇只要是於分子內具有碳酸酯鍵，且末端為羥基之化合物即可，亦可同時具有碳酸酯鍵及酯鍵。作為聚碳酸酯多元醇代表性之例，可舉例聚碳酸六亞甲酯二醇，將內酯於聚碳酸六亞甲酯二醇開環加成聚合而得到之二醇、聚碳酸六亞甲酯二醇與聚酯二醇或與聚醚二醇之共縮合物等。
聚烯烴多元醇係將烯烴作為聚合物或共聚物之骨架(或主鏈)成分且分子內(特別是末端)具有至少2個羥基之多元醇。作為前述烯烴，只要為於末端具有碳-碳雙鍵之烯烴(例如，乙烯、丙烯等α-烯烴等)即可，而且亦可為於末端以外之部位具有碳-碳雙鍵之烯烴(例如，異丁烯等)，更可為二烯(例如，丁二烯、異戊二烯等)。作為聚烯烴多元醇之代表性之例，可舉例如丁二烯均聚物、異戊二烯均聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、丁二烯-異戊二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-2-乙基己基丙烯酸酯共聚物、丁二烯-正-十八基丙烯酸酯共聚物等丁二烯抑或是異戊二烯系聚合物之末端經羥基改性者。
聚丙烯酸多元醇，係將(甲基)丙烯酸酯作為聚合物或共聚物之骨架(或主鏈)成分，且分子內(特別是末端)具有 至少2個羥基之多元醇。作為(甲基)丙烯酸酯，可適合使用(甲基)丙烯酸烷基酯[例如，(甲基)丙烯酸C1-20烷基酯等]。再者，關於多元醇，係可使用此處列舉者以外之所有材料。
作為前述鏈伸長劑，可使用通常用於製造熱塑性聚胺酯的鏈伸長劑，其種類並無特定限制，可使用低分子量之多元醇、多元胺等。鏈伸長劑之分子量通常未達500，較佳為300以下。鏈伸長劑可單獨使用或組合2種以上使用。
作為鏈伸長劑之代表性之例，可列舉如乙二醇、丙二醇(propylene glycol)、1,3-丙二醇(1,3-propanediol)、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2-戊二醇、2,3-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,4-環己二醇、1,4-環己基二甲醇等多元醇(特別是二元醇(diol))；六亞甲基二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二胺基二環己基甲烷、4,4’-亞甲基雙-2-氯苯胺等多元胺(特別是二元胺)等。該等之中，特佳為二元醇。
作為熱塑性聚胺酯(A)，較佳為聚異氰酸酯、長鏈多元醇與鏈伸長劑於聚異氰酸酯之異氰酸基之莫耳數與具有長鏈多元醇及鏈伸長劑之異氰酸酯反應性基(羥基、胺基等)之莫耳數之比率(NCO/異氰酸酯反應性基)於0.9至1.3之範圍反應而得者，特佳為於0.95至1.1之範圍內反應而得者。長鏈多元醇與鏈伸長劑之比率[前者/後者(莫耳比)]，係依據熱塑性聚胺酯之物理特性等而可自例如0.1至10，較佳為0.2至2之範圍適當地選擇。上述反應中，亦可為 了促進反應而依據需求使用3級胺、有機金屬化合物、錫化合物等觸媒。
熱塑性聚胺酯(A)之重量平均分子量Mw通常為5,000至1,000,000，雖未表示明確的熔點，但具有熱塑性，可於擠出成形、射出成形、熱壓成形等一般的熱塑性樹脂用成形機進行成形加工。
再者，熱塑性聚胺酯(A)之硬度，由提升熱塑性彈性體合金之機械特性之觀點來看，較佳為75以上(例如，75至96)，更佳為78以上(例如，78至96)，又更佳為89以上(例如，89至95)，特佳為91以上(例如，91至94)。再者，由使熱塑性彈性體合金帶有適度柔軟性、提升所謂的耐彎曲疲勞性之點來看，熱塑性聚胺酯(A)之硬度係例如75至93，以78至91(其中尤以78至88)之範圍為特佳。
作為熱塑性聚胺酯(A)，可使用市售品。作為市售品，可列舉如硬度80之之己二酸酯系TPU、硬度90之己二酸酯系TPU、硬度90之己內酯系TPU、硬度92之PTMG系TPU、硬度92之己二酸酯系TPU等。
[改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)]
於本發明中，作為經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)(改性EPDM)，可使用公知之經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠。該經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)係可單獨使用或組合2種以上使用。
改性乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)係乙烯、丙烯與非 共軛二烯之共聚物。作為二烯，可列舉如5-亞乙基-2-降莰烯、二環戊二烯、1,4-己二烯等。於本發明中所使用之改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(改性EPDM)，係將此EPDM經由例如不飽和羧酸或其衍生物(酯、酸酐等)或其他官能基改性而得。作為不飽和羧酸或其衍生物，可列舉如丙烯酸、甲基丙烯酸、(甲基)丙烯酸環氧丙酯、順丁烯二酸酯、順丁烯二酸酐等，亦可為該等之酯鹽、金屬鹽等結構。於此之中，較佳為丙烯酸、(甲基)丙烯酸、順丁烯二酸酐，特佳為順丁烯二酸酐。
EPDM之改性，可施行例如藉由將EPDM與不飽和羧酸或其衍生物於接枝聚合起始劑[例如，1,3-雙(第三丁基過氧基異丙基)苯、二異苯丙基過氧化物(dicumyl peroxide)等過氧化物系起始劑等]之存在下加熱、捏揉而進行。作為原料所使用之EPDM中之乙烯與丙烯之比率，由作為彈性體之特性等觀點來看，例如，前者/後者(重量比)=10/90至95/5，較佳為50/50至85/15左右。再者，EPDM中之二烯成分來源之構成單元之含有率為，例如係EPDM全體的0.1至25重量%，較佳為1至20重量%，更佳為2至10重量%左右。
改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)中之不飽和羧酸或其衍生物之改性率，作為不飽和羧酸或其衍生物來源之構成單元之含有率，例如相對於改性EPDM全體，係0.1至20重量%，較佳為0.5至10重量%，更佳為1至8重量%左右。一旦此含有率過少，則與熱塑性聚胺酯(A)混合時之耐 磨耗性、耐彎曲疲勞性之改善效果容易變小。另一方面，一旦此含有率過多，則作為彈性體之效能容易變得低下。
EPDM之改性，可在與TPU調合(blend)前單獨對EPDM施行，又可在改性前之EPDM與TPU調合階段同時進行改性處理。再者，可去除未反應之羧酸或其衍生物，亦可於殘留狀態直接使用。
改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)之熔流速率(ASTM D1238 280℃/2.16公斤)，係例如5至80克/10分鐘，較佳為10至40克/10分鐘。
作為改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)，亦可使用市售品。作為市售品，可列舉如商品名「Fusabond N416」(順丁烯二酸酐改性EPDM，杜邦公司製)等。
再者，改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)可為交聯，亦可為未交聯。亦可能係保持熱塑性而交聯之動態交聯。
[熱塑性彈性體合金]
於本發明中，熱塑性彈性體合金係含有：前述熱塑性聚胺酯(A)、與前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)。從如此之熱塑性彈性體合金所得之有齒皮帶，不只耐磨耗性優良，耐彎曲疲勞性亦優良，即使於高負荷下連續或間隔性地長時間使用，仍顯著地抑制磨耗、裂隙等損害，壽命顯著為長。
再者，以掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察前述熱塑性彈性體合金之成形品剖面，瞭解到在含熱塑性聚胺酯(A)之基質中，改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)係高度地微分散(參 照第4圖、第6圖)。例如，根據2000倍之SEM照片，含改性EPDM與醚系TPU之熱塑性彈性體合金中，雖然可見些微凹凸，但無法確認粒子形狀；含改性EPDM與酯系TPU之熱塑性彈性體合金中，連凹凸亦幾乎觀察不到。另一方面，當使用未改性EPDM代替改性EPDM時，可清楚確認EPDM之粒子，特別是，可明確地觀察到含改性EPDM與酯系TPU之熱塑性彈性體合金中，EPDM之球狀粒子分散於酯系TPU之基質中。而推測含改性EPDM與TPU(特別是，酯系TPU)之熱塑性彈性體合金之分散性顯著提升，是因為改性EPDM中之改性部位之極性具有與TPU之極性部位之親和性之故。
於本發明中，經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯-共聚橡膠(B)與熱塑性聚胺酯(A)之重量比率[(B)/(A)]並無特定限制，較佳為0.1/99.9至30/70之範圍。前述(B)與(A)之重量比率[(B)/(A)]，更佳為1/99至25/75，再更佳為3/97至22/78(特別是7.5/92.5至22/78)。該比率較0.1/99.9小時，耐磨耗性、耐彎曲疲勞性之改善效果會變小。另一方面，當該比率超過30/70時，則TPU原本之特性(機械強度)容易變低。
前述熱塑性彈性體合金，除了上述成分(A)、(B)以外，可依據需求調配添加劑。作為添加劑，可舉例如抗氧化劑、紫外線吸收劑、塑化劑、安定劑、脫模劑、界面活性劑、帶電抑制劑、著色劑(顏料、染料)、難燃劑、發泡劑、潤滑劑、填充劑、交聯劑、蠟、抗老劑等。
於前述熱塑性彈性體合金中，熱塑性聚胺酯(A)與前述 改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)之總含量係例如85重量%以上，較佳為90重量%以上，再更佳為95重量%以上。
前述熱塑性彈性體合金之硬度，較佳為75以上(例如，75至95)，更佳為78以上(例如，78至95)，再更佳為89以上(例如，89至95)，特佳為91以上(例如，91至95)。再者，從所謂的具有適度柔軟性、提升耐彎曲疲勞性的點來看，熱塑性彈性體合金之硬度係例如75至93，以77至91(其中尤以77至88)之範圍為特佳。熱塑性彈性體合金之硬度係可根據熱塑性聚胺酯(A)之硬度、前述改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)與熱塑性聚胺酯(A)之重量比率、添加劑之種類及量等調整。
再者，前述熱塑性彈性體合金之斷裂強度(rupture strength)(JIS K7311)係例如25至100MPa，較佳為30至80MPa，再更佳為35至75MPa；致斷延伸(breaking elongation)(JIS K7311)係例如300至1000%，較佳為350至800%，再更佳為400至700%。
前述熱塑性彈性體合金，係可將上述之熱塑性聚胺酯(A)、前述改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)及依據需求所用之前述添加劑，而以與通常調製聚合物合金或聚合物調合物時之相同方法製造。例如，可藉由將熱塑性聚胺酯(A)、前述改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)、及依據需求所用之前述添加劑以預定比率事先混合，之後，使用單軸擠出機、二軸擠出機、輥式混合機(mixing roll)、班布里混煉機(Banbury mixer)等，於加熱下進行捏揉而製造。當 使用擠出機施行加熱捏揉時，待熔融擠出後，可於適當長度切斷作為顆粒(pellet)等粒狀物。再者，除了前述方法，亦可藉由於熱塑性聚胺酯(A)之製造中，加入前述改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)及/或添加劑，而得到前述熱塑性彈性體合金。
再者，前述熱塑性彈性體合金之製造亦可與有齒皮帶之成形同時施行。此時，可採用例如側進料(side feed)方式、乾摻(dry blend)方式等。
[有齒皮帶之製造]
由於前述熱塑性彈性體合金係可熔融成形、加熱加工，故本發明之有齒皮帶係可利用擠出成形、射出成形、吹塑成形、壓延(calender)成形、鑄塑成形等任何成形法進行製造。
第2圖為示意性地表示本發明之有齒皮帶之製造方法之一例之概略斜視圖。此例中，將前述熱塑性彈性體合金於擠出機4，藉由前端模型(T型模)之連續地熔融擠出為片狀，且於前述模型附近，將熔融樹脂20(熱塑性彈性體合金)灌至於模型表面具有符合目的之有齒皮帶1的齒面形狀之凹凸形狀的旋轉成形用輥狀模具5之表面與鋼帶(steel band)9之間所形成的模槽(cavity)，並同時將芯線3(鋼線等)拉入而成形。於成形用輥狀模具5之周圍，設置按押輥6、輥7、輥8，並將前述鋼帶9張設於各輥6至8間，使其與成形用輥狀模具5連動旋轉。藉由成形用輥狀模具5與鋼帶9之壓力，將芯線3包埋於熔融樹脂中， 成形為長尺狀之有齒皮帶1。
由此所得之長尺狀之有齒皮帶，可如下述般製造無端皮帶(endless belt)。即，將上述所得之長尺狀有齒皮帶於預定寬度之指(W)形刀具中切割為必要長度，使所切割之皮帶兩端部分對接並固定於表面具有符合皮帶齒形之凹凸形狀之金型中，經熱壓而將對接部分熔接形成接合處，而可作為無端皮帶。再者，芯線(鋼線等)雖以切割部分斷分開，惟樹脂部分係經熔接而一體化，以維持作為皮帶之必要強度。再者，作為無端皮帶，亦可為無接合處之無縫皮帶(seamless belt)。無接合處之無縫皮帶係更為高度耐久性之皮帶。
本發明之有齒皮帶，不只耐磨耗性優良，耐彎曲疲勞性亦優良，且即使於高負荷下連續地或者間隔性地長時間使用，仍難以造成磨耗、損害、裂隙、斷裂等，耐久性極為優良而長壽命者。
實施例
以下，進一步具體說明本發明中所列舉之實施例及比較例。惟此等對本發明並無任何限定。
下述表示實施例等中所用材料。
<熱塑性聚胺酯(A)>
TPU-1：硬度90之己二酸酯系TPU
TPU-2：硬度90之己內酯系TPU
TPU-3：硬度92之PTMG系TPU
TPU-4：硬度92之己二酸酯系TPU
TPU-5：硬度80之己二酸酯系TPU
<改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)>
MAH-EPDM：商品名「Fusabond N416」(順丁烯二酸酐改性乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠，杜邦公司製)
<乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠>
EPDM：商品名「EP21」(乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠，JCR公司製)
實施例1
用二軸擠出機(Technovel公司製，商品名「KZW20TW-30」)將100重量份TPU-1與10重量份MAH-EPDM進行捏揉。將擠出機設定於料筒(barrel)溫度200℃(但是，送料部為160℃)，並設螺旋轉速為300rpm，熔融捏揉前述樹脂，經由造粒機製作顆粒。用射出成形機(日精樹脂工業股份有限公司製，商品名「NEX110--18E」)將所得顆粒射出成形，製作試驗片[100mm×100mm×厚度2mm(磨耗試驗用)、120mm×10mm×厚度4mm(彎曲龜裂試驗(De Mattia Flex Cracking test)用)]。
比較例1
除了僅以100重量份TPU-1作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例2
除了以100重量份TPU-2與10重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
比較例2
除了僅以100重量份TPU-2作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例3
除了以100重量份TPU-3與5重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例4
除了以100重量份TPU-3與10重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例5
除了以100重量份TPU-3與20重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
比較例3
除了僅以100重量份TPU-3作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
比較例4
除了以100重量份TPU-3與10重量份EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例6
除了以100重量份TPU-4與5重量份MAH-EPDM作為原 料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例7
除了以100重量份TPU-4與10重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例8
除了以100重量份TPU-4與20重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
實施例9
除了以100重量份TPU-5與10重量份MAH-EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
比較例5
除了僅以100重量份TPU-4作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
比較例6
除了以100重量份TPU-4與10重量份EPDM作為原料樹脂以外，施行與實施例1相同之操作，製作顆粒及試驗片。
評估試驗A <塔柏磨耗試驗(Taber abrasion test)>
依照JIS K7311，使用塔柏磨耗試驗機，對100mm× 100mm×厚度2mm之試驗片測定磨耗輪H-22於負重9.8N時旋轉1000次之後的磨耗量(mg)。結果列示於表1。
<彎曲疲勞試驗(彎曲龜裂成長試驗)>
依照JIS K6260實施彎曲龜裂試驗。將在120mm×10mm×厚度4mm之帶狀試驗片的長邊之中間部分(距離長方向端60mm的位置)，刻有幾乎達寬方向之全長之深度0.5mm之刻痕(切痕)者投入試驗。在夾持器間之最大距離80mm，夾持器間之運動距離70mm，彎曲速度97次/分鐘之條件中施行試驗，測定從試驗片之刻痕之龜裂深度到達3.5mm為止之彎曲次數。結果列示於表1。
<硬度>
依照JIS K6253(A型硬度計)而測定硬度。使用射出成形機(日精樹脂工業股份有限公司所製，商品名「NEX110-18E」)將顆粒射出成形，製作試驗片100mm×100mm×厚度2mm，使用將重疊三片該試驗片之厚度6mm的試驗片，並實施硬度之測定。結果列示於表1。
<拉伸試驗>
以JIS K7311為基準實施拉伸試驗，求出斷裂強度(MPa)及致斷延伸(%)。結果列示於表1。
<分散狀態確認試驗(SEM觀察)>
以冷凍切片機(freezing microtome)將由二軸擠出機所得顆粒之剖面切出，並使用掃描型電子顯微鏡(Hitachi Technologies股份有限公司製，商品名「S-4300」)，以2000倍觀察前述剖面。比較例4中所得顆粒剖面之SEM照 片係表示於第3圖，實施例4中所得顆粒剖面之SEM照片係表示於第4圖，比較例6中所得顆粒剖面之SEM照片係表示於第5圖，實施例7中所得顆粒剖面之SEM照片係表示於第6圖。
由表1所示之評估結果來看，本發明所使用之由熱塑性彈性體合金形成之成形品，與僅由熱塑性聚胺酯形成之成形品、由熱塑性聚胺酯與未改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠構成之熱塑性彈性體合金形成之成形品相比，瞭解到不只是塔柏磨耗量，耐彎曲疲勞性亦顯著優良。當添加改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠時，係可無損熱塑性聚胺酯之材料特性而改善耐磨耗性與彎曲疲勞性。當添加有未改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠時，雖可見一定程度之彎曲疲勞性之改善效果，但可同時大幅改善耐磨耗性與彎曲疲勞性是在經改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠合金化之情況。再者，由分散狀態確認試驗之結果來看，瞭解到分散狀態之良好順序為酯系TPU-EPDM<醚系TPU-EPDM<醚系TPU-順丁烯二酸酐改性EPDM<酯系TPU-順丁烯二酸酐改性EPDM。於塔柏磨耗及彎曲次數見到顯著改善之理由，被認為是藉由具有能量吸收效果之橡膠成分之微分散化所致之裂隙伸長之延遲效果，而使TPU之黏著磨耗(adhesive wear)由嚴酷地進行變為緩和地進行之狀態變化。此係因為本發明是以與TPU未過強反應之形式而得到彈性體成分為微相分離構造所成之組合。通常為微相分離構造時，在動態疲勞條件下合金之發熱會過大，因該原因使耐久性劣化。但 是，本發明之熱塑性彈性體合金，係可抑制合金化所導致之過度的硬度變化，並於重複負重之嚴格條件下顯著提升耐久性。目前為止並無顯現如此特性並經確認效果者，而係經本發明者們精心研究探討所發現者。
實施例10
使用實施例7中所得顆粒(熱塑性彈性體合金)，根據第2圖所示之方法製造第1圖所示之有齒皮帶。即，將前述熱塑性彈性體合金於擠出機中，藉由前端模型(T型模)之連續地熔融擠出為片狀，且於前述模型附近，將熔融樹脂灌至於模型表面具有符合目的之有齒皮帶之齒面形狀之凹凸形狀的成形用輥狀模具之表面與鋼帶間形成模槽，並同時，將鋼帶[3×2× 0.12(S/Z)]拉入而成形，得到長尺狀之有齒皮帶1。
將所得之長尺狀有齒皮帶以預定寬度之指(W)形刀具切割為必要長度，使所切割之皮帶兩端部分對接並固定於表面具有符合皮帶齒形之凹凸形狀之金型中，經熱壓而將對接部分熔接而形成接合處，得到無端之有齒皮帶[齒形：T10(梯形齒形)，齒數：120齒，皮帶寬：25mm，皮帶長度：1200mm]。所得有齒皮帶中，每1英吋寬之鋼索之編入數為15根。
比較例7
除了使用比較例3中所得顆粒(熱塑性彈性體)以外，施行與實施例10相同之操作，製造無端有齒皮帶。
評估試驗B <皮帶壽命試驗>
對實施例10及比較例7所得之無端有齒皮帶，使用超負荷運行試驗機施行皮帶壽命試驗。運行試驗之條件如下所述。當皮帶之旋轉傳遞能力消失時結束試驗。
配置：單純2軸
滑輪齒數：14齒
旋轉數：2300rpm
負載扭矩(load torque)：5.88N．m(0.6kgf．m)
初始張力：216N
其結果為，當以比較例7之有齒皮帶之壽命(運行時間)為100時，實施例10之有齒皮帶之壽命(運行時間)為900以上(運行時間比：9倍以上)。
根據上述試驗結果，有齒皮帶之壽命被認為與熱塑性彈性體(合金)之塔柏磨耗試驗之磨耗量和彎曲裂隙試驗之彎曲次數相關(表1)。
(產業上之應用性)
本發明之有齒皮帶，不只耐磨耗性優良，耐彎曲疲勞性亦優良，且即使於高負荷下長時間使用，仍難以在較早的階段對有齒皮帶本體造成磨耗、損害、裂隙、斷裂等，耐久性極為優良。據此，可適當地利用作為動力傳動用、搬運用等之皮帶。
1‧‧‧有齒皮帶
2‧‧‧皮帶本體
2a‧‧‧背部
2b‧‧‧齒部
2c‧‧‧齒底部
2d‧‧‧齒溝部
3‧‧‧芯線
4‧‧‧擠出機
5‧‧‧成形用輥狀模具
6‧‧‧按押輥
7‧‧‧輥
8‧‧‧輥
9‧‧‧鋼帶
20‧‧‧熔融樹脂(熱塑性彈性體合金)
第1圖示意性地表示本發明有齒皮帶之一例之斜視圖。
第2圖示意性地表示本發明有齒皮帶之製造方法之一例之概略斜視圖。
第3圖為比較例4所得之熱塑性彈性體合金(EPDM與醚系TPU之合金)之顆粒剖面之SEM照片。
第4圖為實施例4所得之熱塑性彈性體合金(順丁烯二酸酐改性EPDM與與醚系TPU之合金)之顆粒剖面之SEM照片。
第5圖為比較例6所得之熱塑性彈性體合金(EPDM與與酯系TPU之合金)之顆粒剖面之SEM照片。
第6圖為實施例7所得之熱塑性彈性體合金(順丁烯二酸酐改性EPDM與與酯系TPU之合金)之顆粒剖面之SEM照片。
1‧‧‧有齒皮帶
3‧‧‧芯線
4‧‧‧擠出機
5‧‧‧成形用輥狀模具
6‧‧‧按押輥
7‧‧‧輥
8‧‧‧輥
9‧‧‧鋼帶
20‧‧‧熔融樹脂(熱塑性彈性體合金)

Claims (5)

  1. 一種有齒皮帶，其特徵為皮帶本體之全部或一部分係由熱塑性彈性體合金(elastomer alloy)形成，該熱塑性彈性體合金係含有：熱塑性聚胺酯(A)、與經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有齒皮帶，其中，前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)與熱塑性聚胺酯(A)之重量比率[(B)/(A)]為0.1/99.9至30/70。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之有齒皮帶，其中，前述經不飽和羧酸或其衍生物改性之乙烯-丙烯-二烯共聚橡膠(B)為以順丁烯二酸酐改性之乙烯-丙烯-二烯共聚物。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之有齒皮帶，其中，皮帶本體係至少齒部為由前述熱塑性彈性體合金形成者。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之有齒皮帶，其中，前述熱塑性彈性體合金之硬度(JIS K6253A型硬度計)為75以上。
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