TWI440780B - 摩擦輸送帶 - Google Patents
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Description
本發明關於一種用於汽車引擎、一般工業動力傳輸機械等的皮帶,特別關於一種摩擦輸送帶,其係可防止產生異常噪音。
在汽車、一般工業動力傳輸機械等當中,摩擦輸送帶,例如V型帶(V-belts)、V型多楔帶(V-ribbed belts)及平面帶等,皆廣為應用在動力輸送當中。
在正常使用中並非不常見到由一摩擦輸送帶發出異常噪音。這種異常噪音甚至在當該摩擦輸送帶及皮帶輪正常運作時即會產生。例如,如果水份累積在已經長時間使用的一摩擦輸送帶的平滑表面上時,異常噪音產生的趨勢即很明顯。此係因為當該摩擦輸送帶由於在一皮帶輪及摩擦輸送帶的摩擦接觸表面上產生一水膜而打滑時,稍後水膜消失,然後該皮帶輪重新開始轉動,一異常噪音在當該水份排除時很容易產生。
摩擦輸送帶的使用者時常認為發生異常噪音是有問題的;因此,例如在汽車中,使用一摩擦輸送帶時,著手進行對策來防止水份累積在該摩擦輸送帶上,因為其為造成來自該輸送帶之異常噪音的主要原因。然而,很難完全防止由水份造成的異常噪音,因此,開發一種即使有水份存在時,不會造成異常噪音的摩擦輸送帶,不僅是對於一摩擦輸送帶的使用者所需要,對於汽車製造商亦很需要。
本發明之目的係提供一種摩擦輸送帶,其係可防止產生異常噪音,儘管在其上有水份存在。
在根據本發明的摩擦輸送帶中,其係包括有一具有摩擦表面的一橡膠層。該橡膠層包括一加強部,且該摩擦表面不均勻,藉以排除水份,致使防止累積在該摩擦表面上的水份所造成之該摩擦輸送帶的打滑。
該加強部係可包括一碳黑。在此例中,該碳黑的平均氮吸附表面積(ASTM D1765-01)較佳係在33及99(m2
/g)之間,且理想上為40及49(m2
/g)之間。
再者,該橡膠層較佳係包括短纖維。該橡膠層係可由一包含EPDM (Ethylene Propylene Terpolymer)之橡膠所構成。
該摩擦輸送帶係可進一步包括一結合到該橡膠層之黏著橡膠層,其係具有嵌入在該黏著橡膠層中的一張力構件。
根據本發明,一橡膠層材料形成一摩擦輸送帶的橡膠層。該橡膠層具有一摩擦表面。該橡膠層材料包括一加強部。該橡膠層材料產生一不均勻摩擦表面,藉以排除水份,致使防止累積在該摩擦表面上的水份所造成之該摩擦輸送帶的打滑。
以下將參照所附圖式解釋本發明之第一具體實施例。第一圖為一V型多楔帶10的截面圖。
V型多楔帶10(摩擦輸送帶)包括一底橡膠層12、一黏著橡膠層16及一織物22。底橡膠層12與織物22提
供在V型多楔帶10的表面上。黏著橡膠層16係疊層在底橡膠層12上,且黏著橡膠層16的表面披覆有織物22。複數個V型肋20形成於底橡膠層12上。V型肋20沿著多楔帶10之縱向方向延伸,並沿著多楔帶10的寬度方向配置。V型肋20的表面,也就是底橡膠層12之表面12S,為嚙合一皮帶輪(未顯示)的摩擦表面。許多短纖維14被包括在底橡膠層12中。短纖維14的方向大致平行於V型多楔帶10的寬度方向。短纖維14的一部份自V型肋20的側面或自底橡膠層12的摩擦表面12S突出。一芯材18(張力構件)係嵌入於靠近黏著橡膠層16的中心處。
接下來說明底橡膠層12的配方。表1代表在第一具體實施例之實施例及比較例中用於形成底橡膠層12的橡膠層材料之配方。
在所有實施例及比較例中,該橡膠層材料包括100重量份之EPDM (Ethylene Propylene Terpolymer)做為一主要成分。再者,每一個實施例及比較例包括一碳黑做
為一加強部,以改善該橡膠的強度及橡膠的模數特性。在實施例1中,使用一60重量份的FEF(代號N500,其等同於ASTM D1765-01系統中具有40到49(m2
/g)之平均氮吸附表面積者),在實施例2及比較例1中,使用一50或60重量份的HAF(代號N300,其等同於ASTM D1765-01系統中具有70到99(m2
/g)之平均氮吸附表面積),且在比較例2中,使用一50重量部的SRF(代號N700,其等同於ASTM D1765-01系統中具有21到32(m2
/g)之平均氮吸附表面積)。實施例1、2及比較例2之橡膠層材料包括15重量份的石墨,以防止在穩定狀態運作之下V型多楔帶10的黏滑(stick-slip)。
在每個實施例及比較例中的橡膠層材料中,包括有棉或尼龍66的短纖維14(參見第一圖)。該水份吸收棉可輔助自該摩擦表面移除水份。另外,在這些橡膠層材料中,加入有共同的成分做為硫化劑及抗老化劑,例如磷。
該實施例及比較例之V型多楔帶10係由第一圖所代表的橡膠層材料製造。也就是說,織物22的材料,黏著橡膠層16的材料片,芯材18及上述的橡膠層材料係纏繞在筒形捲筒(cylindrical drum)(未顯示)上,其係以一預定的溫度及壓力來加熱及加壓。在加熱及加壓時,黏著橡膠層16之兩個材料片,其中嵌入有芯材18,即纏繞到該筒形捲筒上,致使芯材18係配置在黏著橡膠層16之內側(參見第一圖)。
在加熱及加壓該筒形捲筒之後,一硫化套筒被切割成一預定的寬度,且V型肋20可藉由自該底橡膠層切割一部份而形成於其上。因此,即製造出包括底橡膠層12、黏著橡膠層16、芯材18及織物22(參見第一圖)的
V型多楔帶10。
接著說明由實施例及比較例之橡膠層材料形成的底橡膠層12之表面形狀。第二圖為底橡膠層12之摩擦表面12S之放大影像,也就是由實施例1之橡膠層材料所製造的且已使用一段預定時間的V型多楔帶10之摩擦表面。第三圖到第五圖分別為實施例2及比較例1及2的放大影像,其係對應於第二圖。
請注意上述之預定使用時間的條件如下所述。V型多楔帶10係串鏈在一驅動皮帶輪及一被驅動皮帶輪上,兩者的直徑為120mm,以及一直徑為45mm之張力皮帶輪(tensioner pulley),V型多楔帶10在攝氏85度的溫度下運轉24小時,且該被驅動皮帶輪之旋轉速率為4900 rpm。第二圖到第五圖中V型多楔帶10之摩擦表面12S之放大的影像係藉由SEM(掃描式電子顯微鏡,"Scanning type electron microscope)於300X放大率下拍攝。
在使用之前,於每一個實施例及比較例的底橡膠層12中,短纖維14(參見第一圖)自底橡膠層12的摩擦表面12S突出,也就是由該摩擦表面突出。因此,該摩擦表面並不平滑,且在其表面有水份存在時,水份會跑掉且不會黏著其上,所以水份會排出,且不會發出異常噪音。然而,在使用一段預定時間之後,初始時自V型多楔帶10之摩擦表面突出的短纖維14已經磨損,因此在實施例及比較例當中有不同程度地降低了摩擦表面之不均勻性。該摩擦表面所得的條件係維持在下列不均勻性漸次降低的順序:比較例2、實施例1、實施例2及比較例1(參見第二圖到第五圖)。
接下來,將解釋實施例及比較例之V型多楔帶10的第一澆水打滑試驗的結果。
在第一澆水打滑試驗(water pouring slippage test)中,V型多楔帶10串鏈在直徑130mm的驅動皮帶輪、直徑55mm的張力皮帶輪及直徑128mm的被驅動皮帶輪。該被驅動皮帶輪以1000 rpm旋轉。此時,調整試驗條件,致使施加到該被驅動皮帶輪的負載扭矩為10.0Nm。30秒到該試驗的開始,水份以每分鐘300ml的速率澆到該驅動皮帶輪上,並檢驗V型多楔帶10是否有造成打滑。
第六圖代表實施例1之V型多楔帶10之第一澆水打滑試驗的結果,該V型多楔帶係如以上解釋在使用預定時間的條件之下使用24小時。第七圖及八圖分別代表實施例2及比較例1之試驗結果,其相對應於第六圖之結果。
在第六圖到第八圖以及下述的以下圖面,粗線代表對應於V型多楔帶造成並由一麥克風(未顯示)所偵測的噪音大小的電壓(聲音電壓),而細線代表該被驅動皮帶輪之轉數。該水平軸代表時間。
在比較實施例1及2的V型多楔帶10使用預定時間量之後,該被驅動皮帶輪的轉數大約為固定(參見第六圖及第七圖)。另一方面,比較例1於開始試驗、水份澆到該驅動皮帶輪之後立即體驗到明顯的V型多楔帶10打滑,並大幅降低該被驅動皮帶輪的轉數。然後,V型2楔帶10繼續正常運轉,且在當增加轉數時即產生異常噪音(參見第八圖)。
請注意到在實施例1及2之第一澆水打滑試驗的結
果中聲音電壓已經有變化(參見第六圖及第七圖),雖然該聲音電壓的變化大小會小於比較例1的變化(參見第八圖)。然而,該異常噪音僅發生在比較例1中,如下所解釋。
在比較例1中,由於澆到該驅動皮帶輪上的水份在該被驅動皮帶輪及V型多楔帶10之接觸表面上形成一水膜,因此造成V型多楔帶10打滑,及該皮帶輪空轉。在水膜於V型多楔帶10的表面消失之後,其會突然恢復轉動,但會造成一高頻的異常噪音(參見第八圖)。另一方面,關於實施例1及2(參見第六圖及第七圖),即可防止V型多楔帶10的打滑,由該被驅動皮帶輪的轉數可看出,且可避免在比較例1之試驗中所產生的高頻異常噪音。
接下來,將解釋實施例及比較例之V型多楔帶10的第二澆水打滑試驗的結果。
第二澆水打滑試驗係在與第一澆水打滑試驗相同的條件下進行,除了與該被驅動皮帶輪之間提供5mm間隙,及在該被驅動皮帶輪軸之不同部份上有不同位準,因此將V型多楔帶10與該驅動皮帶輪略成角度。如此組態所暗示,第二澆水打滑試驗的條件比第一澆水打滑試驗更為嚴格。請注意到第二澆水打滑試驗係對於實施例1及2與比較例1及2的V型多楔帶10進行,其係在它們在前述預定的使用時間的已解釋條件之下已經使用24小時,其類似於第一澆水打滑試驗。
在第二澆水打滑試驗中,被驅動皮帶輪之轉數大致固定,且實施例1之V型多楔帶10並未打滑(參見第九圖)。另一方面,相對於實施例2與比較例1及2,由於
澆水到該驅動皮帶輪上,V型多楔帶10於試驗開始不久後立即打滑,其會在V型多楔帶10恢復正常運轉時造成稍後發生的異常高頻噪音(參見第十圖到第十二圖)。因此,在第一澆水打滑試驗中有良好結果之實施例2的V型多楔帶10在第二澆水打滑試驗中並沒有良好的結果,而該第二澆水打滑試驗之條件要比第一澆水打滑試驗的條件更加嚴峻。
這些試驗結果可驗證以下的事實。在比較例1中,水膜形成在使用的V型多楔帶10之皮帶輪接觸表面[也就是摩擦表面12S(參見第一圖及第四圖)]與該皮帶輪的表面之間的邊界表面處,因此造成V型多楔帶10打滑。然後,水膜由於相當平滑的摩擦表面12S而可維持一段相當長的時間,其係會干擾V型多楔帶10之正常運作。在比較例2中,雖然摩擦表面12S(參見第五圖)並不均勻,V型多楔帶10會打滑,並產生異常噪音。這是因為摩擦表面12S的磨耗很高,並在摩擦表面12S上產生不均勻的磨耗。
相對於這些比較例,在實施例1及2中,其適當地提供具有適當不均勻性之底橡膠層12上之摩擦表面12S(參見第二圖及第三圖),在摩擦表面12S上的水份即可立即地移除,致使V型多楔帶10具有良好的抗打滑效能。因此,實施例的V型多楔帶10能夠防止由於其打滑所造成的異常噪音。
如上所述,使用一FEF做為加強部,該FEF具有大約40及49(m2
/g)之間的平均氮吸附表面積(ASTM D1765-01),並提供底橡膠層12之摩擦表面12S上的微細不均勻性來排出水份(實施例1),其係可有效地防止V
型多楔帶10之打滑及產生異常噪音(參見第六圖及第九圖),即使是在嚴峻的使用條件下,其中V型多楔帶10串鏈在彼此傾斜的皮帶輪之上。再者,因為實施例1中先前使用的V型多楔帶10係可防止其打滑,所以顯而易見地,水份排除用的表面不均勻性係可使用FEF來維持,即使當用於維持該表面不均勻性的短纖維14(參見第一圖)(也就是自底橡膠層12之摩擦表面12S突出之短纖維14)被磨平時。請注意到具有平均氮吸附表面積在40及49(m2
/g)之間的FEF特別適合做為一碳黑,以形成用於排除水份的不均勻表面,因為實施例1比實施例2要產生更佳的結果。
另外,當使用具有大約70及99(m2
/g)之間的平均氮吸附表面積的HAF碳黑時,於輕微使用的條件下,即可防止V型多楔帶10之打滑及產生異常噪音(參見第七圖及第十圖)。因此,甚至在當自摩擦表面12S突出的短纖維14已磨平時,藉由使用表面不均勻性係可維持排除水份的目的。
如上所述,因為於實施例1及2之V型多楔帶10中,該異常噪音的作用會在使用一段延長時間之後減輕,所以很清楚知道使用該等碳黑,包括FEF,及具有33及99(m2
/g)之間的平均氮吸附表面積的HAF,除了SRF之外,皆可防止皮帶打滑及異常噪音。
如在第一具體實施例中所述,藉由修改包括在V型多楔帶10之底橡膠層12中的加強部,即使有累積在V型多楔帶10之摩擦表面12S上的水份存在,亦可防止V型多楔帶10的打滑及異常噪音的產生。
接下來,將說明第二具體實施例。在第二具體實施
例中,要形成底橡膠層12(參見第一圖)的橡膠層材料包括矽藻土,其係不同於第一具體實施例。在第二具體實施例中,V型多楔帶10(參見第一圖)以與第一具體實施例中相同的方法來製造,除了該橡膠層材料的配方之外。
表二代表第二具體實施例之實施例及比較例的橡膠層材料之配方。
在實施例3到5與比較例3到5係使用0到40重量份之矽藻土與100重量份的做為一橡膠材料的EPDM、60重量份的FEF碳黑,及25重量份的尼龍66(參見第二圖)。在這些實施例及比較例中,使用具有平均粒子大小9μm的矽藻土。
對由實施例3到5及比較例3到5之橡膠層材料所製造的每一個V型多楔帶10(參見第一圖)來進行上述說明的第一澆水打滑試驗。在本具體實施例中所有的實施例及比較例中,該試驗不僅對於與第一具體實施例中相同條件之下使用一段預定時間之下的V型多楔帶10來進行(使用後),但亦對於未使用的V型多楔帶10進行(使
用前)。
在第一澆水打滑試驗中,實施例3及4之V型多楔帶10會產生特別良好的結果,其中不會有打滑也沒有異常噪音。實施例5之V型多楔帶10亦會產生良好的結果。也就是說,雖然實施例5之使用後的V型多楔帶10會產生輕微打滑及異常噪音,但是在使用前的狀態下之實施例5的V型多楔帶10會產生與實施例3及4一樣好的結果。
再者,這些實施例3到5之結果優於第一具體實施例的實施例1及2,原因如下:在實施例1及2當中,當澆水測試已經重覆多次時,有時候會發現到產生打滑或異常噪音。在本具體實施例的實施例3到5中,其測試結果皆良好。
相反地,在比較例3到5中,其測試結果並不好。也就是說,除了在使用前狀態下的比較例4之V型多楔帶10之外,於其中發現到相對少的打滑及異常噪音,在比較例3到5之全部V型多楔帶10中會明顯地發現到打滑及異常噪音,不論是使用前或使用後的狀態。
由這些測試結果當中,其係很清楚得知在橡膠層材料中加入10到20重量份的矽藻土到100重量份的橡膠材料(在整個橡膠層材料中加入5到10重量百分比之矽藻土),藉此進一步改善V型多楔帶10之抗打滑性質,且更可靠地防止產生異常噪音。可考慮到吸水性矽藻土所提供的這些效應,其係可有效率地移除累積在底橡膠層12之摩擦表面12S(參見第一圖)上的水份。
相反地,比較例3及4之V型多楔帶10由於較少的矽藻土及缺乏底橡膠層12之吸水性而打滑。在比較
例5中,因為加入過量的矽藻土,所以V型多楔帶10會由於摩擦表面12S的摩擦係數(參見表2)變得低於所需的係數而亦會打滑。因此可考慮到比較例3到5會比實施例3到5產生更大的異常噪音。
接下來將解釋比較例6及7。在這些比較例中,矽藻土的平均粒子大小不同於實施例3到5之9μm,其分別是23.4μm及43.6μm(參見表二)。在這些比較例6及7中,不論是使用前或使用後的狀態皆可清楚發現到產生打滑及異常噪音。
因此,具有平均粒子大小小於或等於20μm(例如小到約9μm)的矽藻土,其係適合加入到V型多楔帶10之橡膠層材料中。其理由如下。首先,在包括有較小粒子大小的矽藻土之V型多楔帶10中,暴露在底橡膠層12之摩擦表面12S(參見第一圖)上的矽藻土之量會比包括有較大粒子大小但為相同重量含量的矽藻土之V型多楔帶10要大。其次,較小的矽藻土在每單位重量含量中具有較大的表面積,所以其比較大的矽藻土要具有更佳的吸水性。
接下來將解釋比較例8及9。這些比較例對應於比較例1加入矽藻土,且HAF碳黑用於比較例8及9當中。在這些比較例8及9中,以及其它比較例中,不論是V型多楔帶10之使用前或使用後狀態皆可清楚發現到產生打滑及異常噪音。
在本具體實施例中的這些試驗結果亦闡明FEF比HAF更適合做為一碳黑來加入到橡膠層材料中。
接下來將解釋比較例10及12。在這些比較例中,加入的碳黑量小於其它實施例及比較例,或是未加入碳
黑。藉由使用未包括碳黑的比較例12之配方,即不會產生均勻的橡膠層材料,且不能製造V型多楔帶10。在比較例10及11中,不論是V型多楔帶10之使用前或使用後的狀態中皆可清楚發現到產生打滑及異常噪音。
因此,可確認當碳黑的加入量(例如FEF及HAF)降低到以上解釋的實施例及比較例中的約一半時,或降低到不包含時,即使當加入的矽藻土量對應於碳黑的減少量時亦無法得到良好的結果。
接下來將解釋比較例13及14。在這些比較例中,係加入沸石到橡膠層材料中,其係不同於其它實施例。使用不論是平均粒子大小為0.2mm或1.25μm之每一個15重量份的沸石(參見表二)。在比較例13與14及比較例3之配方之間的唯一差異在沸石。在比較例13及14中,不論是V型多楔帶10之使用前或使用後的狀態中皆亦可清楚發現到產生打滑及異常噪音。
因此,在使用沸石而非矽藻土的情況中,並無得到好處。此係因為沸石的吸水性比矽藻土差,或由於這些範例及其它案例之摩擦表面12S之性質的差異,諸如不均勻性。
如在本具體實施例中所解釋的,在有累積在摩擦表面上的水份存在時,V型多楔帶10中所產生的打滑及異常噪音可以可靠地藉由加入矽藻土(一種無機多孔材料)到該橡膠層材料來防止。
每個包含V型多楔帶10之構件的材料,諸如底橡膠層12,其並不限於這兩個具體實施例之任一個。例如,因為具有在預定範圍的平均氮吸附表面積之碳黑係可防止皮帶打滑及造成異常噪音,其係如以上所解釋,
除了在該等具體實施例中使用的FEF及HAF之外,XCF、GPF等等亦係可做為底橡膠層12之加強部。
雖然在第二具體實施例(實施例3到5及比較例3到12)中未使用石墨,但其係可使用適當量的石墨來防止摩擦表面12S(參見第一圖)之摩擦係數低於所需要的位準之下。
再者,可使用矽石與碳黑一起使用,或使用矽石取代碳黑,做為加強部。
其係可使用不同於那些具體實施例之矽藻土的種類,諸如具有不同平均粒子大小者。
雖然使用由於EPDM之概略優良的抗熱及抗磨效能特性而製造的橡膠有其優點,但底橡膠層12係可由CR橡膠、氫化的亞硝酸橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、天然橡膠等等來製造。請注意到除了硫之外,其係可使用過氧化物來進行EPDM等的交聯反應。再者,本具體實施例的底橡膠層12之橡膠材料可應用到V型多楔帶10之外的摩擦輸送帶,例如平面皮帶或V型皮帶。
根據本發明其係可供應一種摩擦輸送帶,其係可防止產生異常噪音,即使在其上累積有水份時。
10‧‧‧V型多楔帶
12‧‧‧底橡膠層
12S‧‧‧摩擦表面
14‧‧‧短纖維
16‧‧‧黏著橡膠層
18‧‧‧芯材
20‧‧‧V型肋
22‧‧‧織物
第一圖為第一具體實施例之V型多楔帶的截面圖;第二圖為已經使用一預定時間,並由實施例1的橡膠層材料所製造的一V型多楔帶之底部橡膠層之摩擦表面的放大影像;
第三圖為已經使用一預定時間,並由實施例2的橡膠層材料所製造的一V型多楔帶之底部橡膠層之摩擦表面的放大影像;第四圖為已經使用一預定時間,並由比較例1的橡膠層材料所製造的一V型多楔帶之底部橡膠層之摩擦表面的放大影像;第五圖為已經使用一預定時間,並由比較例2的橡膠層材料所製造的一V型多楔帶之底部橡膠層之摩擦表面的放大影像;第六圖為表示實施例1之一先前使用的V型多楔帶之第一澆水打滑試驗的結果圖;第七圖為表示實施例2之一先前使用的V型多楔帶之第一澆水打滑試驗的結果圖;第八圖為表示比較例1之一先前使用的V型多楔帶之第一澆水打滑試驗的結果圖;第九圖為表示實施例1之一先前使用的V型多楔帶之第二澆水打滑試驗的結果圖;第十圖為表示實施例2之一先前使用的V型多楔帶之第二澆水打滑試驗的結果圖;第十一圖為表示比較例1之一先前使用的V型多楔帶之第二澆水打滑試驗的結果圖;及第十二圖為一表示比較例2之一先前使用的V型多楔帶之第二澆水打滑試驗的結果圖。
10‧‧‧V型多楔帶
12‧‧‧底橡膠層
12S‧‧‧摩擦表面
14‧‧‧短纖維
16‧‧‧黏著橡膠層
18‧‧‧芯材
20‧‧‧V型肋
22‧‧‧織物
Claims (8)
- 一種摩擦輸送帶,包含一橡膠層,其係具有一摩擦表面,該橡膠層包含一碳黑,其中該碳黑的平均氮吸附表面積(ASTM D1765-01)係在40及49(m2 /g)之間,該摩擦表面為不均勻,以排除水份,藉此預防累積在該摩擦表面上的水份造成該摩擦輸送帶的打滑。
- 如申請專利範圍第1項所述之摩擦輸送帶,其中該橡膠層進一步包含短纖維。
- 如申請專利範圍第1項所述之摩擦輸送帶,其中該橡膠層進一步包含矽藻土。
- 如申請專利範圍第3項所述之摩擦輸送帶,其中該橡膠層在每100重量份的橡膠材料中包含10到20重量份之該矽藻土。
- 如申請專利範圍第3項所述之摩擦輸送帶,其中該矽藻土之平均粒子大小係小於或等於20μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之摩擦輸送帶,其中該橡膠層由一包含EPDM(Ethylene Propylene Terpolymer)的橡膠所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之摩擦輸送帶,進一步包含結合到該橡膠層之一黏著橡膠層,及一張力構件,其中前述張力構件係嵌入在該黏著橡膠層中。
- 一種用於形成一摩擦輸送帶之橡膠層的橡膠層材料,該橡膠層具有一摩擦表面;該橡膠層材料包含一碳黑,其中該碳黑的平均氮吸附表面積(ASTM D1765-01)係在40及49(m2 /g)之間,該橡膠層材料造成該不均勻摩擦表面以排除水份,藉此防止累積在該摩擦表面上的水份造成該摩擦 輸送帶的打滑。
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