專利名稱：低增長(zhǎng)傳動(dòng)帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括V-帶，多V-肋狀帶(multi-v-ribbed belt)和齒狀(toothed)傳動(dòng)帶(power transmission belt)的傳動(dòng)帶，更尤其涉及包含縱向延伸的拉伸元件的這些帶，所述元件包括一根或多根芯線(cord)，其中至少一根由碳纖維紗線(yarn)形成。
本發(fā)明的背景傳動(dòng)帶常用于例如在滑輪之間傳動(dòng)。它們可在正常操作過(guò)程中經(jīng)受極端的溫度和負(fù)荷。由于包括相對(duì)低模量固化彈性體部分和確定該帶的主載荷組件的相對(duì)高模量拉伸元件的其復(fù)合結(jié)構(gòu)，以及它們通常會(huì)經(jīng)受的極端的負(fù)荷和溫度，每個(gè)組件部件需要高度的耐久性，柔韌性，和堅(jiān)實(shí)性。
更常見地但非唯一地與使用齒狀帶有關(guān)的一個(gè)特殊問(wèn)題是帶增長(zhǎng)，它造成帶的永久變形，而且可因?yàn)檠娱L(zhǎng)操作，極端的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，極端的溫度，不當(dāng)?shù)慕M件選擇，或前述的組合而出現(xiàn)。尤其是，如果拉伸元件周圍的材料的耐熱性不足，在相對(duì)高溫下的操作可脆化這些材料使得它們不再有效地將拉伸元件連接到周圍的帶體上，導(dǎo)致帶拉伸強(qiáng)度的下降和因此的快速帶增長(zhǎng)。帶的這種永久變形導(dǎo)致不當(dāng)?shù)凝X-凹槽相互作用，拉伸失敗并最終導(dǎo)致拉伸芯線的災(zāi)難性故障。
碳纖維作為增強(qiáng)材料在橡膠復(fù)合制品中的引入已經(jīng)有可能提高某些場(chǎng)合的性能，因?yàn)槠淠Ａ颗c常規(guī)纖維，如，玻璃芯線相比較高。但迄今沒有適當(dāng)?shù)亟鉀Q纖維與周圍彈性體組件的粘附性以延長(zhǎng)操作壽命時(shí)間和相關(guān)問(wèn)題。U.S.專利No.5807194公開了碳纖維作為拉伸芯線在具有氨基甲酸乙酯帶體部分的齒狀傳動(dòng)帶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。該公開內(nèi)容局限于經(jīng)受芯線處理使其能夠被引入帶復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)的碳纖維芯線，包括在帶鑄塑工藝過(guò)程中吸收各種量的氨基甲酸乙酯帶材料自身的芯線。氨基甲酸乙酯材料自身的可鑄塑性質(zhì)，即，在固化步驟之前的其液體形式使得，氨基甲酸乙酯能夠在碳纖維的周圍和在其間隙內(nèi)流動(dòng)。但該公開內(nèi)容不能應(yīng)用于包括非可鑄塑彈性體帶體部分，如，氫化丙烯腈丁二烯橡膠(“HNBR”)，和聚氯丁二烯橡膠(“CR”)的帶結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明提供了一種傳動(dòng)帶10，包括由固化彈性體組合物形成的帶體12，和包埋在帶體中的拉伸元件18，后者包括包含至少一種由碳纖維形成的紗線的芯線。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的碳纖維特征在于其拉伸模量為50千兆帕斯卡(“GPa”)-約350GPa和包括其彈性模量選擇使得在100℃在48小時(shí)之后在高溫帶增長(zhǎng)分析(HighTemperature Belt Growth Analysis)下的帶增長(zhǎng)不超過(guò)0.1％的由間苯二酚-甲醛樹脂/橡膠膠乳溶液(“RFL”)形成的芯線處理劑(cordtreatment)。根據(jù)另一實(shí)施方案，提供了一種用于制造具有改進(jìn)的帶增長(zhǎng)耐性的傳動(dòng)帶的方法，包括步驟選擇應(yīng)用于紗線和/或一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成拉伸芯線的其纖維的芯線處理劑的彈性模量使得該值在20℃下為約1.0×107-約5.0×108達(dá)因/cm2(約1.0×106-約5.0×10Nm-2)，和該值在100℃下為約5.0×106-約3.0×108達(dá)因/cm2(約5.0×105-約3.0×107Nm-2)。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在參考附圖及其描述之后變得顯然，其中

圖1是在橫截面上部分切開的部分縱向截面圖，顯示了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有包埋芯線和帶齒的帶；和，圖2示意地表示用于表征本發(fā)明一個(gè)方面的試驗(yàn)配置。
本發(fā)明的詳細(xì)描述參照?qǐng)D1，一般地顯示了齒狀傳動(dòng)帶形式的本發(fā)明帶10。帶10包括由任何合適的固化彈性體組合物形成的帶體12，其中帶齒14由該體形成并以間距P相隔。該齒視需要覆蓋有按照所示沿著帶齒的外周表面分布的耐磨性織物16。在該說(shuō)明性實(shí)施方案中，螺旋行進(jìn)的芯線的拉伸元件18包埋在帶體12中。
為了用于帶體彈性體組合物，可以使用任何合適的和/或常規(guī)的彈性體類型，包括可鑄塑和非可鑄塑彈性體以及熱塑性彈性體。作為非可鑄塑彈性體，可有利地使用HNBR，CR，丙烯腈丁二烯橡膠(“NBR”)，苯乙烯-丁二烯橡膠(“SBR”)，烷基化氯磺化聚乙烯(“ACSM”)，表氯醇，丁二烯橡膠(“BR”)，天然橡膠(“NR”)和乙烯α烯烴彈性體如乙烯丙烯二烯三元聚合物(“EPDM”)和乙烯丙烯共聚物(“EPM”)，或任何兩種或多種前述的組合。
作為適用作本發(fā)明帶的帶體彈性體的可鑄塑彈性體，氨基甲酸乙酯，氨基甲酸乙酯/脲和脲作為非限定性例子而提及。對(duì)于可鑄塑彈性體，該帶體是在固化時(shí)具有為傳動(dòng)帶所需的必要物理特性的液體帶材料的鑄件。例如，該材料可具有例如公開于任何U.S.專利No.4838843(Westhoff)，U.S.專利No.5112282(Patterson等人)，或WOP出版物No.96/02584(1996年2月1日)(Wu等人)的性能。
包括填料，固化劑，活化劑，促進(jìn)劑，燒焦阻滯劑，穩(wěn)定劑，抗氧化劑，抗臭氧劑和增塑劑的常規(guī)彈性體組合物添加劑可按照用于此用途的常規(guī)量與彈性體成分自身結(jié)合使用以形成傳動(dòng)帶體部分?？砂凑?qǐng)D1和2所示齒化，但也可為V-帶或多V-肋狀帶形式的本發(fā)明帶可使用都為相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易理解的已知的帶構(gòu)建技術(shù)而制成。包括齒狀或同步帶，V-帶，和多V-肋狀帶的傳動(dòng)帶的例子公開于U.S.專利No.3138962；No.3200180；No.4330287；和No.4332576。用于生產(chǎn)這些帶的方法公開于U.S.專利No.3200180；No.3772929和No.4066732。這些專利參考文件僅例舉了各種傳動(dòng)帶及其現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下的形成技術(shù)。
多個(gè)橫向取向凹槽20可視需要在帶的外層形成。盡管不是必需，但凹槽20減輕了帶重量并可在一些場(chǎng)合中或在某些情況下，尤其其中可鑄塑材料用于形成帶體的情況下增加帶柔韌性。
由本體形成的間隔齒14可具有任何所需橫截面形狀如梯形，曲線形，或截?cái)嗟那€形。曲線形齒形狀的例子出現(xiàn)在U.S.專利No.3756091(Miller)；No.4515577(Cathey等人)和No.4605389(Westhoff)。
作為位于帶齒的外周表面上的用于促進(jìn)齒剪切強(qiáng)度和，在可鑄塑帶結(jié)構(gòu)中尤其是，用于降低帶齒在進(jìn)入鏈輪的凹槽時(shí)的侵入性的可有可無(wú)的耐磨性織物16，可以使用任何合適的或常規(guī)材料，包括卷曲尼龍，棉，大麻，黃麻，芳族聚酰胺，聚酯，和纖維玻璃?？梢允褂靡粚右陨系目椢铩Ｈ绻枰?，該織物可偏切，這樣束與帶的行進(jìn)方向形成角度?？椢锟删哂腥魏嗡铇?gòu)型如由經(jīng)線和緯線以任何所需角度組成的常規(guī)編織物，或可由芯線，或編織構(gòu)型或類似構(gòu)型組成。
在該說(shuō)明性實(shí)施方案中，芯線形式的拉伸元件18以間隔并排方式螺旋前進(jìn)穿過(guò)帶的寬度。在本發(fā)明非限定性實(shí)施方案中的芯線可占帶寬度的約75-約95％，和優(yōu)選帶寬度的約80-約92％。
構(gòu)成拉伸元件的芯線包含多根扭曲和/或包扎紗線，其中至少一根包括任何合適類型的碳纖維的紗線。在本文和整個(gè)公開內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“纖維”和“長(zhǎng)絲”可互換地用于表示具有小橫截面直徑，如，4-7μm，和長(zhǎng)度至少為其直徑的約100倍，但一般具有過(guò)大或甚至無(wú)限長(zhǎng)度，且構(gòu)成紗線的基本成分的材料。術(shù)語(yǔ)“紗線”在此和在整個(gè)公開內(nèi)容中用于表示至少兩根，但一般對(duì)于碳纖維紗線，1000根或更多的纖維，它們?cè)谶B續(xù)束中放置和/或扭曲和/或以其它方式包扎在一起以形成芯線的組件。術(shù)語(yǔ)“芯線”在整個(gè)公開內(nèi)容中用于表示一根或多根可按照本領(lǐng)域已知進(jìn)行扭曲，和如果使用兩種或多種紗線，可另外放置和/或包扎和/或扭曲在一起的紗線的產(chǎn)品。
用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示例性碳纖維例如描述于前述U.S.專利No.5807194，在此將其中有關(guān)可用于本發(fā)明實(shí)施方案的說(shuō)明性的碳纖維類型，構(gòu)型和命名的內(nèi)容作為參考并入本發(fā)明。碳纖維一般通過(guò)碳化另一纖維如聚丙烯腈纖維而制成，其中在碳化工藝過(guò)程中，纖維的直徑基本上下降。由一根或多根碳纖維形成的紗線可例如具有單位長(zhǎng)度的質(zhì)量約66特-約1650特，和長(zhǎng)絲數(shù)(即，每根紗線的各根碳纖維的數(shù)目)約1000-約24000。用于本發(fā)明的碳纖維具有拉伸模量約50GPa-約350GPa；優(yōu)選約100GPa-約300GPa；和最優(yōu)選約150GPa-約275GPa，按照ASTM D4018測(cè)定。在本發(fā)明的實(shí)施方案，尤其其中各根碳纖維的橫截面直徑是約4μm-約7μm的那些實(shí)施方案中，用于傳動(dòng)帶的芯線的長(zhǎng)絲數(shù)可以是約5000-約24000。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，芯線的長(zhǎng)絲數(shù)可以是約9000-約15000。正如本領(lǐng)域熟知，碳紗線和由其形成的芯線可表征為包含其中的纖維的數(shù)目而不是旦尼爾或分特。數(shù)和字母“K”的一種命名法用于表示紗線中的碳纖維的數(shù)目。因此，在“3K”碳纖維紗線中，“K”是用于“1000纖維”的簡(jiǎn)寫，和“3”表示乘數(shù)。因此“3K”碳紗線是指具有3000纖維或長(zhǎng)絲的紗線。另外對(duì)于芯線命名法，例如在“3K-5”碳纖維芯線中，“5”表示五個(gè)3K紗線扭曲和/或以其它方式包扎在一起，因此形成具有長(zhǎng)絲數(shù)15000的芯線。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，碳纖維芯線包含適合給定場(chǎng)合的任何組合的紗線，包括但不限于6K-1；3K-3；6K-2；12K-1；3K-4；3K-5；6K-3和6K-4。
適用于本發(fā)明的碳纖維的非限定性例子可由Toray以TORAYCA-T400 HB 6K 40D和TORAYCA-T700 GC 12K 41E購(gòu)得；和類似材料也可通過(guò)BP Amoco Chemicals Co.，以T-650/35 6K309NT和T-650/35 12K 309NT得到。
纖維制造商通常用施膠(sizing)涂覆纖維，一般用于抑制在纖維加工成紗線并卷繞到線軸上時(shí)的壓裂，和/或有助于使用芯線處理劑潤(rùn)濕纖維和由其形成的紗線。在一些情況下，施膠可因此具有一種與應(yīng)用于紗線和/或長(zhǎng)絲以將處理芯線引入傳動(dòng)帶的芯線處理劑兼容的化學(xué)結(jié)構(gòu)，且例如因此可以是水-或溶劑基環(huán)氧溶液。在本公開內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“施膠”用于表示以約0.2-2.0％干重的量，即，基于干燥的，如此處理的紗線或長(zhǎng)絲，即，以上已施用施膠的干燥紗線或長(zhǎng)絲，以發(fā)揮上述作用的施用到紗線和/或紗線長(zhǎng)絲上的一般薄的膜。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，將RFL組合物，即，進(jìn)一步包含間苯二酚-甲醛反應(yīng)產(chǎn)物的彈性體膠乳組合物作為芯線處理劑施用到至少一部分紗線和/或一根或多根其碳長(zhǎng)絲上。在本公開內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“芯線處理劑”用于表示一種施用到紗線和/或紗線長(zhǎng)絲(可或可不包括施膠)上并至少位于一部分紗線和/或紗線長(zhǎng)絲表面上和至少在一部分芯線的這些長(zhǎng)絲和紗線之間的一個(gè)或多個(gè)間隙內(nèi)的材料，所述芯線通過(guò)這些芯線處理的紗線的包扎和/或扭曲和/或其它組合或配置而形成；且施用到這些紗線和/或紗線長(zhǎng)絲上的量大于2.0％，基于如此處理的芯線的最終重量。
作為RFL成分，可以使用任何合適的材料。RFL溶液中的間苯二酚-甲醛樹脂級(jí)分優(yōu)選占約2-40wt％(干基)，同時(shí)膠乳級(jí)分占約60-98％。優(yōu)選，間苯二酚-甲醛樹脂級(jí)分占5-30wt％(干基)，和膠乳級(jí)分占70-95％。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該比例能夠使碳纖維的各種長(zhǎng)絲被充分浸漬以減少其磨損和破碎，同時(shí)保持進(jìn)行常用扭曲和纜化操作所需的足夠的柔韌性，以下根據(jù)本文提出的本發(fā)明特定實(shí)施方案進(jìn)一步描述。但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與所用的間苯二酚-甲醛樹脂和膠乳或所實(shí)現(xiàn)的吸收水平無(wú)關(guān)，在本發(fā)明的實(shí)踐中，芯線處理劑溶液的固體含量應(yīng)該達(dá)到和保持在其中RFL溶液在處理工藝過(guò)程中基本上保持穩(wěn)定的某個(gè)點(diǎn)。
RFL溶液中的膠乳組分可以是任何合適的種類，包括HNBR，NBR，羧化HNBR，羧化NBR，乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡膠(“VP/SBR”)，羧化VP/SBR，SBR，氯磺化聚乙烯(“CSM”)，乙烯α-烯烴型彈性體如乙烯丙烯二烯三元聚合物(“EPDM”)和乙烯丙烯共聚物(“EPM”)，或任何兩種或多種前述的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，膠乳組分是羧化HNBR型，和可包括少量至最高當(dāng)量或比例(重量)或更多的其它彈性體型，包括乙烯α-烯烴型彈性體如EPDM或EPM。乙烯α烯烴彈性體可單獨(dú)或任何兩種或多種結(jié)合使用以提高所得帶的低溫使用性能，如低溫柔韌性。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，施用到紗線上的芯線處理劑的量足以涂覆至少一部分紗線表面和在至少一部分在其各個(gè)纖維之間形成的間隙內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，芯線處理劑吸收水平的范圍是約5.5％-約30％；優(yōu)選約7％-約25％；和更優(yōu)選約7.5％-約24％干重，基于如此處理的芯線的最終重量。
在實(shí)施方案本發(fā)明，將零扭曲(即，未扭曲)碳纖維紗線或包含至少一根碳纖維的紗線束浸漬在包含RFL芯線處理劑的浸漬浴中；將如此浸漬的纖維紗線干燥；紗線或紗線束然后扭曲成對(duì)所用的特殊芯線類型合適的配置，并采用以上給出的任何常規(guī)或合適的方法將可視需要包括施用到芯線表面上的合適的芯線粘合劑的附加外涂層的如此涂覆的芯線引入帶結(jié)構(gòu)。在本文和整個(gè)公開內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)“外涂層”用于表示施用到芯線的表面上的，但一般不殘留在其各個(gè)紗線和/或纖維之間所形成的間隙內(nèi)，一般用量是約1-10％干重，基于如此處理的芯線的最終重量，其作用有助于處理芯線與周圍帶材料的粘附。
在本發(fā)明的一個(gè)非限定性實(shí)施方案中，在進(jìn)行芯線處理劑步驟時(shí)，使芯線處理劑滲透在紗線內(nèi)，并進(jìn)入在紗線和纖維自身的各個(gè)纖維之間形成的間隙內(nèi)，這樣在將芯線處理劑施用到紗線和/或一根或多根其纖維上之后覆蓋盡可能多的紗線長(zhǎng)絲，包括在紗線的芯處的那些。如此使RFL在芯線中的芯線處理劑吸收量最大化的任何合適的方法可以但不必用于本發(fā)明。但在一個(gè)實(shí)施方案中，上述的涂覆工藝另外包括在浸漬步驟過(guò)程中最后進(jìn)行的通過(guò)鋪展構(gòu)成碳紗線的長(zhǎng)絲而將其打開的步驟，這樣每個(gè)纖維呈現(xiàn)出可在其上進(jìn)行的浸漬步驟的增加的區(qū)域。紗線的這種打開或鋪展可通過(guò)通過(guò)任何合適的操作而形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)操縱一個(gè)或多個(gè)變量選擇RFL芯線處理劑的彈性模量，可以優(yōu)化特殊傳動(dòng)帶結(jié)構(gòu)，得到具有較低的永久帶增長(zhǎng)的帶，例如在48小時(shí)之后在100℃進(jìn)行的高溫帶增長(zhǎng)分析中測(cè)定，以下進(jìn)一步描述。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，RFL芯線處理劑的模量選擇可以多種方式實(shí)現(xiàn)，包括調(diào)節(jié)芯線處理?xiàng)l件，包括芯線所暴露的溫度和/或芯線處理劑浸漬紗線在處理工藝過(guò)程中的暴露時(shí)間(以下，“處理?xiàng)l件”)；將相對(duì)少量的填料如炭黑加入用于浸漬碳纖維的RFL芯線處理劑溶液；改變RFL中的甲醛∶間苯二酚重量比；改變RFL中的間苯二酚-甲醛樹脂∶膠乳重量比，將較少量的常規(guī)抗氧化劑的水分散體加入芯線處理劑溶液；選擇用于RFL溶液的膠乳類型，和將嵌段異氰酸酯加入RFL。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用作碳纖維的芯線處理劑的RFL組合物的彈性模量至最佳水平，帶增長(zhǎng)明顯減少。此外，目前相信，對(duì)于永久帶增長(zhǎng)的最小化，具有特定水平的拉伸模量的碳纖維存在一個(gè)最佳RFL彈性模量。不愿局限于任何特定理論，目前相信，任何種類的傳動(dòng)帶拉伸芯線都存在最佳芯線處理劑彈性模量，這對(duì)于該結(jié)構(gòu)得到最小的永久帶增長(zhǎng)值。
另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，處理芯線處理?xiàng)l件，即，在施用RFL溶液之后該芯線所暴露的高溫和暴露時(shí)間中的至少一項(xiàng)可通過(guò)改變而明顯影響芯線的最終水分含量，其勁度和所得帶耐受帶增長(zhǎng)的能力，這在以下給出的實(shí)施例及其所附描述中說(shuō)明。目前相信，例如，如果給定RFL組合物和/或芯線類型的暴露溫度或時(shí)間太低，盡管處理的芯線的殘余(即，后處理)水分含量不是必然地影響RFL組合物的彈性模量，但留在芯線束內(nèi)的過(guò)量水分可阻礙RFL完全或均勻地覆蓋或粘結(jié)拉伸芯線，其紗線，纖維和間隙。據(jù)信這又損害RFL提高帶的帶增長(zhǎng)耐性的效力。相反，如果特定RFL組合物和/或芯線類型的暴露溫度或時(shí)間太高，據(jù)信出現(xiàn)非所需的低水分含量和/或RFL組合物的膠乳部分的變質(zhì)并相應(yīng)地導(dǎo)致高芯線勁度，這樣將RFL芯線處理劑的有效彈性模量增加至出現(xiàn)脆性和其前述相關(guān)的問(wèn)題的非所需的高水平。
例證I為了說(shuō)明本發(fā)明的效果，形成齒狀帶，分別具有19mm上寬度和97個(gè)齒(9.525mm間距)和測(cè)量為932.925mm長(zhǎng)度，并包含基本上相同的HNBR帶體部分和由分別具有拉伸模量250GPa，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量396特和長(zhǎng)絲數(shù)約6000的兩根碳纖維紗線形成的拉伸芯線，以商標(biāo)TORAYCA-T400 HB 6K 40D得自日本的Toray。帶具有不同的施用到拉伸芯線上的RFL芯線處理劑的特殊RFL芯線處理劑組合物和/或處理?xiàng)l件(包括干燥溫度和/或暴露時(shí)間)，如下表2所示。在表2所示的每個(gè)以下實(shí)施例和對(duì)比例中，采用描述于表1的普通羧化HNBR基耐高溫RFL溶液，要么描述如上或進(jìn)一步按照表2所示進(jìn)行改性，(以下稱作“X-HNBR RFL組合物”)。
表1X-HNBR RFL組合物

1 PENACOLITE樹脂R-2170，Indspec Chemical；2 ZETPOL B，Nippon Zeon。
為了形成描述于表1的X-HNBR RFL，將氨水加入水并攪拌直至完成共混。然后，將間苯二酚/甲醛樹脂加入如此形成的溶液并混合，直至樹脂完全溶解。所得樹脂混合物根據(jù)需要用另外的氨水調(diào)節(jié)至最終pH至少9.0。該樹脂混合物隨后加入羧化HNBR膠乳并混合直至完成共混。此時(shí)將甲醛在攪拌下加入溶液并將所得溶液充分混合。該混合物隨后老化至少2小時(shí)，并將該溶液的pH根據(jù)需要用氨水調(diào)節(jié)至最終pH9.0。進(jìn)一步老化16小時(shí)，然后用作芯線處理劑。
除了表1所示的成分，用于表2所示特殊實(shí)施例和對(duì)比例的X-HNBR RFL還包括4.3％濕重(18重量份)的45％固體HEVEAMULM-111b蠟分散體(Heveatex)，6.50％濕重(27.2重量份)的41％含水脲溶液，和2％濕重(8.4重量份)的抗氧化劑(以名稱AQUANOX 29得自Goodyear Chemical Co.)。這三種成分，即，蠟，脲和抗氧化劑在按照本發(fā)明的RFL溶液中不是必需的，但可視需要用作工藝助劑和/或，在抗氧化劑的情況下，改變不涉及本發(fā)明范圍的性能。
對(duì)于每個(gè)實(shí)施例4和6和對(duì)比例5，在組合物在該步驟老化16小時(shí)之后，將表2所示的相應(yīng)量的炭黑在混合下加入X-HNBRRFL。只要在表2中給出，用于以下例證的炭黑種類是35％固體分散體，以索引BLACK SHIELD No.4得自J.C.Gadd Co.。但在本發(fā)明的實(shí)踐中，如果炭黑用于增加RFL溶液的彈性模量，可以采用任何常規(guī)或合適的增強(qiáng)種類，且它可在RFL制造的任何適宜的步驟，如，在加入膠乳的同時(shí)被引入該溶液。
為了確定在描述于表2的帶中用作芯線處理劑的X-HNBR RFL組合物的彈性模量，將具有相應(yīng)組成的膜樣品進(jìn)行動(dòng)態(tài)機(jī)械分析。除了表1所示的成分，每種X-HNBR RFL組合物包括2wt％(組合物的濕基)的上述抗氧化劑。
在包括所附權(quán)利要求的本公開內(nèi)容中，應(yīng)用于RFL組合物或芯線處理劑組合物的術(shù)語(yǔ)“彈性模量”用于表示相關(guān)組合物在其基本上干燥態(tài)下按照以下給出的步驟得到的彈性模量。這不同于這些組合物在其最終形式時(shí)在拉伸芯線的間隙之上，周圍和內(nèi)部的彈性模量，其中來(lái)自膠乳或其它源的任何殘余水可，如果不在處理步驟中基本上被驅(qū)除，導(dǎo)致組合物的有效彈性模量下降；或其中處理芯線長(zhǎng)期暴露于過(guò)高溫度導(dǎo)致組合物的變質(zhì)，尤其是對(duì)于采用低耐熱性膠乳，如，VP/SBR的那些組合物。
用于每種芯線處理劑的脲或蠟分散體都不用于在該分析中得到其彈性模量值的RFL組合物。這種變化據(jù)信不影響相應(yīng)RFL組合物的所得彈性模量。尤其是，在每種情況下使用相同的彈性體膠乳；RFL組合物中的甲醛與間苯二酚的重量比在每種情況下是1.274；且溶液的膠乳與間苯二酚/甲醛樹脂重量比在每種情況下是13.17。
膜通過(guò)將玻璃樣品集電極板浸漬到包含相應(yīng)RFL溶液的容器中而制成，在每種情況下的具有厚度0.05mm和22.7mm長(zhǎng)度的膜樣品。如上所述用于生產(chǎn)X-HNBR RFL組合物的制造步驟用于形成用于該分析的相應(yīng)RFL溶液。盡管試驗(yàn)試樣為了該分析在僅50℃的暴露溫度下干燥，這不同于RFL組合物用作表2所示的芯線處理劑時(shí)所暴露的較高溫度，據(jù)信試驗(yàn)樣品在每種情況下基本上不會(huì)干燥。這是因?yàn)?，盡管需要相對(duì)高溫以完全或基本上干燥在處理芯線的相對(duì)大和復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)的RFL組合物，但需要相對(duì)低溫以完全干燥在表示為樣品片的相對(duì)小，平整和非復(fù)雜形式中的這些組合物。
因此預(yù)期，在本文中為這些RFL組合物試驗(yàn)樣品所報(bào)道的有效彈性模量范圍基本上與在構(gòu)成齒狀傳動(dòng)帶時(shí)用作芯線處理劑的具有相同的配方的RFL組合物所表現(xiàn)出的彈性模量一致，如表2所示，但前提是選擇給定的處理芯線的處理?xiàng)l件(包括干燥溫度和暴露時(shí)間)以基本上干燥RFL組合物而不導(dǎo)致過(guò)高的芯線勁度，這進(jìn)一步如上所示并在以下進(jìn)一步詳細(xì)描述。
采用設(shè)定為1.6Hz，和0.1％應(yīng)變和設(shè)定為張力-張力模式的RSA試驗(yàn)裝置分析該固化RFL試驗(yàn)樣品。彈性模量在跨越溫度范圍約-70℃至約170℃的掃描中測(cè)定。在20℃和在100℃下的溫度讀數(shù)的結(jié)果在下表2中在相關(guān)標(biāo)題下給出。
對(duì)于表2所示的每種帶，將單獨(dú)的，或按照表2改性以包括較少比例的加入RFL組合物的炭黑的X-HNBR RFL作為芯線處理劑如下施用到上述碳纖維紗線上。在第一步驟中，將未扭曲浸漬在包含合適的X-HNBR RFL或炭黑改性的X-HNBR RFL溶液的罐中。盡管任何方法可按照本發(fā)明用于將芯線處理劑施用到芯線上，對(duì)于這些說(shuō)明性的實(shí)施例，將碳纖維紗線的長(zhǎng)絲在該浸漬步驟過(guò)程中鋪展以增加纖維的暴露面積并因此增加施用到其上的RFL芯線處理劑的量。該鋪展是將紗線經(jīng)過(guò)相互間隔34mm的分別測(cè)定為1mm直徑的兩根針，然后浸沒在RFL處理中并垂直于紗線的路徑放置，這樣在紗線中產(chǎn)生打開的傾向且其長(zhǎng)絲鋪開使得占據(jù)與針接觸的大多數(shù)線。仍在包含RFL組合物的浸漬罐中的紗線上的張力控制為40-50克。紗線然后在從罐中取出時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)具有0.81mm直徑的鋼模頭以去除過(guò)量處理和增加芯線處理劑滲透。紗線隨后經(jīng)過(guò)兩個(gè)爐。分別測(cè)定為3米長(zhǎng)度，且紗線在每個(gè)爐中的停留時(shí)間是4.5秒。第一爐內(nèi)的平均爐溫是145.8℃。第二爐內(nèi)的平均爐溫是約231.5℃，267.0℃和302.5℃，如下表所示。盡管不愿局限于任何特殊理論或?qū)嵺`，據(jù)信按照以下給出的實(shí)施例將處理芯線以足夠的暴露時(shí)間暴露于相對(duì)較低的第一高溫和相對(duì)較高的第二高溫可提供一種有效是指以干燥芯線，即，消除RFL組合物的膠乳部分中的顯著量的殘余水，而且使RFL組合物的至少一部分間苯二酚-甲醛部分與RFL組合物的膠乳部分和碳芯線自身的至少一部分反應(yīng)，這樣促進(jìn)芯線處理劑與芯線的粘附。
盡管就以下給出的實(shí)施例而言使用兩個(gè)爐處置處理芯線，但應(yīng)該容易理解，這些操作可在單個(gè)操作中實(shí)現(xiàn)，它可另外在單個(gè)爐或相當(dāng)?shù)难b置中進(jìn)行。RFL吸收，即，在描述于表2的每種情況下涂覆紗線出自第二爐時(shí)的施用到紗線上或內(nèi)的芯線處理劑的量是20.45-21.0％，基于紗線的最終干重。為了該和所有的其它例證，測(cè)定芯線處理劑吸收水平，其中測(cè)量十(10)米長(zhǎng)度紗線在芯線處理劑施用和處理，并將處理和加工的紗線暴露于105℃氣氛16小時(shí)之后的重量增加。
在出自干燥爐之后，樣品單個(gè)涂覆紗線的勁度利用Taber V-5勁度測(cè)試儀測(cè)定，據(jù)信涂覆芯線的勁度與芯線處理劑的彈性模量有關(guān)。對(duì)于用于該例證并根據(jù)該方法分析的每種類型的涂覆紗線，使用十(10)個(gè)測(cè)量單元的平衡量得到對(duì)芯線勁度的相對(duì)度量。所得的結(jié)果值記錄于表2。
如此處理的和處理的芯線的水分含量，即，主要由RFL組合物的膠乳部分貢獻(xiàn)的殘余水另外通過(guò)測(cè)量處理和處理的紗線的十(10)米部分在將其暴露于105℃氣氛16小時(shí)之后的重量損失，并將結(jié)果另外在下表2中給出。
對(duì)于每個(gè)實(shí)施例和對(duì)比例，將兩個(gè)如此處理的紗線隨后采用METUMAT扭曲機(jī)(得自Memmingen Co.)在速率80捻度/米下在張力下扭曲在一起。該機(jī)器設(shè)定為30％閘并使用600g包裝(package)導(dǎo)出張力。芯線結(jié)構(gòu)是6K-2，即，兩個(gè)6000長(zhǎng)絲TORAYCA-T400HB 40D 6K紗線扭曲在一起以形成芯線。
將在二甲苯中達(dá)到8.2％固體含量的包括30％固體組合物(以索引CHEMOSIL 2410得自Henkel)的外涂層隨后施用到每個(gè)芯線上以增加芯線和周圍帶成分元件之間的粘附性。為此，將扭曲芯線在張力1kg下解開，并浸漬在包含前述第二處理的罐中，并隨后在速率18米/分鐘下經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)量為8米長(zhǎng)度的在90℃下的爐。在干燥之后，將芯線再次暴露于這些相同的步驟。該外涂層在處理芯線上的吸收水平低于處理紗線的5％干重。
將如上所述用于表2所示每個(gè)實(shí)施例和對(duì)比例的兩個(gè)帶構(gòu)建并分析如下，并提供各個(gè)帶在24和48小時(shí)試驗(yàn)之后得到的結(jié)果。為了確定在以上表2中記錄的永久帶長(zhǎng)度增長(zhǎng)，將每個(gè)帶系到由6個(gè)滑輪32，40，36，38，34，和42按照?qǐng)D2所示的示意圖組成的設(shè)備30上。驅(qū)動(dòng)器滑輪32和滑輪40分別具有19個(gè)9.525間距的鏈輪凹槽用于咬合帶齒?；?6具有20個(gè)9.525間距的鏈輪凹槽用于咬合帶齒?；?4，38是平坦的，即，分別測(cè)量為50mm直徑的非齒狀滑輪，且拉緊滑輪42是平坦的并測(cè)定為70mm直徑。試驗(yàn)裝置由包含試驗(yàn)設(shè)備且其內(nèi)溫度在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持在100℃的腔組成。帶設(shè)備上以逆時(shí)針方向在無(wú)負(fù)荷下，在施加到驅(qū)動(dòng)器滑輪32上的6200rpm下，和施加到滑輪42上的安裝張力200N下操作，并測(cè)定單個(gè)帶在24小時(shí)試驗(yàn)之后并隨后再次在48小時(shí)試驗(yàn)之后的帶長(zhǎng)度增加(即，帶增長(zhǎng))，表示為在每個(gè)時(shí)期結(jié)束時(shí)自帶的原始長(zhǎng)度的百分增加。就本公開內(nèi)容而言，該試驗(yàn)稱作“高溫帶增長(zhǎng)分析”。
表2

在芯線處理劑工藝過(guò)程中改變芯線的第二階段干燥溫度同時(shí)為相同的芯線處理劑RFL溶液在該溫度下保持暴露時(shí)間恒定的效果可從表2記錄的對(duì)比例1和實(shí)施例2和3的結(jié)果看出。這些結(jié)果表明，在如上所述的第二區(qū)爐溫約267℃下，由帶的原始長(zhǎng)度測(cè)定的24-小時(shí)和48-小時(shí)帶長(zhǎng)度增加低于0.1％(實(shí)施例2)，而在較低(對(duì)比例1)和更高(實(shí)施例3)第二區(qū)爐溫下，大于0.1％的帶長(zhǎng)度增加在一個(gè)或多個(gè)情況下在24-小時(shí)和48-小時(shí)讀數(shù)上出現(xiàn)。因此可以看出，芯線暴露于給定暴露時(shí)間時(shí)的高溫和在芯線處理工藝過(guò)程中的RFL組成影響包含芯線的帶的最終性能。另外可以看出，對(duì)于該特殊組合物的給定暴露時(shí)間存在最佳溫度范圍，這樣引入該芯線的帶出現(xiàn)最低永久帶長(zhǎng)度增加。
不愿局限于任何特殊理論，據(jù)信在該階段對(duì)于該暴露時(shí)間太低的暴露溫度，如，約230℃(對(duì)比例1)會(huì)使RFL的膠乳組分的一些部分保持為液體，和/或?qū)е履z乳組分的固化度太低，導(dǎo)致RFL模量相對(duì)低于干燥膜樣品時(shí)所記錄的。前者受到如，對(duì)比例1和實(shí)施例2所記錄的相應(yīng)水分含量，和其相應(yīng)帶增長(zhǎng)結(jié)果的支持。在該階段和該暴露時(shí)間的太高溫，如，約300℃(對(duì)比例3)據(jù)信導(dǎo)致從處理芯線中消除較大量的水，但達(dá)到一個(gè)非常高的芯線勁度結(jié)果，以下進(jìn)行描述。目前進(jìn)一步相信，與干燥膜樣品的記錄相比，過(guò)高的溫度和/或暴露時(shí)間也可影響RFL的至少一部分膠乳組分的足以因此增加在處理芯線內(nèi)和周圍的RFL組合物的有效彈性模量的較高固化度至同樣不令人滿意的水平，這反映在其所記錄的帶增長(zhǎng)結(jié)果。在過(guò)度或長(zhǎng)時(shí)間的高溫可另外使RFL降解，尤其對(duì)于引入具有相對(duì)低耐熱性的橡膠膠乳的那些組合物。在任一情況下，出現(xiàn)不可接受水平的永久帶長(zhǎng)度增加。
該現(xiàn)象另外在僅處理芯線所暴露的溫度不同的實(shí)施例4和6所記錄的結(jié)果中顯然看出。盡管兩種帶具有優(yōu)異的帶增長(zhǎng)耐性，包含僅2.4％殘余水分并伴隨與實(shí)施例4的記錄相比增加的芯線勁度的實(shí)施例6帶具有比實(shí)施例4稍微更差的帶增長(zhǎng)耐性。因此相信，過(guò)高的芯線勁度和伴隨的低殘余水分含量可阻礙或預(yù)防合適的芯線處理劑覆蓋，但如上所述，與包含具有相對(duì)較低勁度的芯線的帶相比，相對(duì)硬的芯線實(shí)際上導(dǎo)致明顯改進(jìn)的帶增長(zhǎng)耐性。
如果RFL的模量太低，帶增長(zhǎng)據(jù)信是由于不受低模量RFL材料充分保護(hù)的碳纖維的各個(gè)長(zhǎng)絲的磨損增加，因此導(dǎo)致拉伸元件的強(qiáng)度下降。
如果RFL的模量太高，據(jù)信碳纖維紗線的長(zhǎng)絲由于紗線在它們涂有硬RFL芯線處理劑之后在其扭曲過(guò)程中的屈曲而受損。另外相信，這些極端的高模量RFL材料的所得芯線勁度防止碳纖維紗線的長(zhǎng)絲有效地和/或充分地以其扭曲配置填充在一起，因此在帶復(fù)合結(jié)構(gòu)中留下相對(duì)大量的空隙空間。因此，隨著帶在負(fù)荷下驅(qū)動(dòng)，該空隙空間塌陷和帶表現(xiàn)出增長(zhǎng)，即，例如以其原始長(zhǎng)度的％增加來(lái)度量。相反，如果對(duì)于該暴露時(shí)間和這些特殊成分在該第二階段暴露于最佳溫度，如，約267℃(實(shí)施例2)，據(jù)信獲得有利地降低的水分含量，和/或?qū)е伦罴裄FL彈性模量的固化度，并得到具有最低永久帶增長(zhǎng)的帶。
隨著改變膠乳的固化度和/或芯線處理劑中的殘余水分(和因此的芯線勁度)，炭黑在RFL組合物中的加入能夠增加該材料的彈性模量。在恒定處理溫度和暴露時(shí)間下向RFL組合物加入較少量炭黑的效果可在表2的對(duì)比例1和實(shí)施例4和5所記錄的彈性模量和帶增長(zhǎng)結(jié)果看出。這些結(jié)果表明，如果沒有將炭黑加入XHNBR-RFL組合物(對(duì)比例1)，在24小時(shí)和48小時(shí)試驗(yàn)之后出現(xiàn)超過(guò)0.1％的永久帶增長(zhǎng)。類似，如果8％濕重炭黑加入XHNBR RFL組合物(實(shí)施例5)，在一種情況下對(duì)于包含明顯較高彈性模量芯線處理劑的帶在48小時(shí)試驗(yàn)之后出現(xiàn)超過(guò)0.1％的永久帶增長(zhǎng)。向XHNBR RFL組合物中加入4％濕重炭黑導(dǎo)致組合物彈性模量在前對(duì)比例或非對(duì)比例(實(shí)施例4)之間，且，盡管表明永久帶長(zhǎng)度增加在一種情況下在24小時(shí)之后超過(guò)0.1％，在48小時(shí)試驗(yàn)之后的結(jié)果不超過(guò)0.1％帶增長(zhǎng)。對(duì)于實(shí)施例4所記錄的帶增長(zhǎng)結(jié)果，可以看出，在一種情況下，帶增長(zhǎng)的水平實(shí)際上由24小時(shí)讀數(shù)降至在48小時(shí)之后的值。一般來(lái)說(shuō)，盡管帶增長(zhǎng)在試驗(yàn)中隨著時(shí)間的增加而增加，在某些情況下有可能帶如，由于一個(gè)或多個(gè)彈性體帶組件的膨脹和/或通過(guò)測(cè)量誤差而具有一些收縮率。因此可以看出，將炭黑加入RFL芯線處理劑影響芯線處理劑的彈性模量，這樣影響包含用這些芯線處理劑處理的芯線的帶的最終性能。另外可以看出，存在用于RFL芯線處理劑的最佳炭黑量，這樣引入如此處理的芯線的帶出現(xiàn)最低永久帶長(zhǎng)度增加。
尤其是，對(duì)于給定處理?xiàng)l件組(即，高溫和暴露時(shí)間)，如果太少或太多的炭黑加入X-HNBR RFL組合物，出現(xiàn)不可接受水平的永久帶增長(zhǎng)，這據(jù)信都是由于RFL芯線處理劑的非所需彈性模量和如上所述與其相關(guān)的共存問(wèn)題。相反，當(dāng)如通過(guò)加入合適的量炭黑至X-HNBR RFL組合物(即，4phr，對(duì)于實(shí)施例4)而實(shí)現(xiàn)最佳RFL模量，可以看出，出現(xiàn)最低水平的永久帶增長(zhǎng)，尤其按照48-小時(shí)高溫帶增長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)果。因此，對(duì)于在表1中作為X-HNBR RFL組合物給出的特殊成分和用于相關(guān)實(shí)施例的處理?xiàng)l件，如果炭黑按照本發(fā)明使用以獲得所需RFL彈性模量，那么采用的量是約0.5-約10％/濕重(RFL溶液)；更優(yōu)選約2％-約7.5％/濕重；和最優(yōu)選約3-約5％/濕基重量。
因?yàn)榭梢愿淖儼◤椥泽w膠乳類型的許多因素以影響RFL組合物的彈性模量，熟練技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識(shí)到，以上為加入上述X-HNBR RFL組合物而優(yōu)選的炭黑量所提供的范圍對(duì)于其它組合物和/或?qū)τ谄渌幚硇揪€處理?xiàng)l件不一定是有效的或足夠的。因此，如果一般按照本發(fā)明用于增加RFL組合物的彈性模量，最高占組合物的約25％濕重的炭黑量可以是有效的。如果采用，這些量?jī)?yōu)選為約1％-約20％濕重，和是最優(yōu)選為RFL組合物的約3-約15％濕重。
采用由該分析得到且與以上表2所記錄的實(shí)施例2，4和6結(jié)果一致的結(jié)果，據(jù)信RFL芯線處理劑在暴露于如上所述足以消除RFL中的顯著量的水而沒有對(duì)芯線的勁度產(chǎn)生不利影響的處理?xiàng)l件，或足以如此適當(dāng)?shù)睾统浞值馗稍镄揪€處理劑的任何其它步驟之后，在溫度20℃下的其彈性模量?jī)?yōu)選為約1.0×107達(dá)因/cm2(1.0×106Nm-2)-約5.0×108達(dá)因/cm2(5.0×107Nm-2)；更優(yōu)選約3.0×107達(dá)因/cm2(3.0×106Nm-2)-約3.8×108達(dá)因/cm2(3.8×107Nm-2)；更優(yōu)選約3.5×107達(dá)因/cm2(3.5×106Nm-2)-約3.5×108達(dá)因/cm2(3.5×107Nm-2)和最優(yōu)選約7.0×107達(dá)因/cm2(7.0×106Nm-2)-約3.0×108達(dá)因/cm2(3.0×107Nm-2)。在100℃下，RFL芯線處理劑的彈性模量?jī)?yōu)選為約5.0×106達(dá)因/cm2(5.0×105Nm-2)-約4.0×108達(dá)因/cm2(4.0×107Nm-2)；更優(yōu)選約1.0×107達(dá)因/cm2(1.0×106Nm-2)-約2.5×108達(dá)因/cm2(2.5×107Nm-2)；更優(yōu)選約1.8×107達(dá)因/cm2(1.8×106Nm-2)-約2.7×108達(dá)因/cm2(2.7×107Nm-2)；和最優(yōu)選約2.5×107達(dá)因/cm2(2.5×106Nm-2)-約1.0×108達(dá)因/cm2(1.0×107Nm-2)。
如上所述，可使RFL溶液的彈性模量處于本文認(rèn)為有效的范圍內(nèi)的任何方法同樣可用于本發(fā)明。因此例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加RFL的甲醛∶間苯二酚重量比具有增加RFL模量的作用。例如，可以確立在表1中作為X-HNBR RFL組合物描述的組合物的甲醛∶間苯二酚重量比為約0.75-約2.0；和優(yōu)選約1.0-約1.75；和最優(yōu)選約1.1-約1.4，這樣干燥組合物具有在以上所示的有效的范圍內(nèi)的彈性模量。另外，如上所述，嵌段異氰酸酯組合物可加入RFL溶液以增加其模量。因此例如，向表1中作為X-HNBR RFL組合物給出的成分加入以索引GRILBOND IL-6得自EMS Company的50％固體含量的嵌段異氰酸酯，以增加該組合物的所得干燥彈性模量。用于表1所述組合物的50％固體含量材料的合適的量可以是0-25份/100重量彈性體(“phr”)；更優(yōu)選約2-約15phr；和最優(yōu)選約5-約10phr，使得加入RFL溶液的嵌段異氰酸酯的量?jī)?yōu)選為約4.6-約9.3％，基于RFL組合物的干重。
另外，處于其干燥形式的RFL組合物的彈性模量可通過(guò)改變RFL溶液中的彈性體膠乳組分相對(duì)間苯二酚/甲醛樹脂(“RF樹脂”)組分的重量比而增加。因此例如對(duì)于以上在表1中給出的成分，膠乳與RF樹脂的重量比是13.17，但可以是約5-約20；更優(yōu)選約7.5-約17，和最優(yōu)選約10-約15。另外，RFL組合物的膠乳組分可完全或部分被第二彈性體膠乳，或被任何兩種或多種彈性體膠乳的組合所替代以影響最終干燥RFL彈性模量。表明按照該特殊實(shí)施方案的效果的實(shí)施例在以下例證II中給出。
熟練技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，用于改變RFL芯線處理劑的彈性模量的任何技術(shù)可因此用于本發(fā)明，另外兩種或多種上述非限定性技術(shù)可因?yàn)榻o定RFL組合物加以組合以實(shí)現(xiàn)上述的有效的RFL彈性模量水平。因此例如，正如在以下例證II中所示，用于使RFL組合物的彈性模量處于有效的范圍內(nèi)的炭黑有效量可隨著用于RFL溶液的彈性體膠乳的特殊種類而變化。正如以下在例證II中所給出的結(jié)果所示，如果非羧化HNBR彈性體膠乳替代用于RFL組合物的羧化HNBR，其它方面基本上類似于表1所示，按照以上給出的步驟，發(fā)現(xiàn)所得組合物在20℃和在100℃下的彈性模量都高于采用羧化HNBR作為其彈性體膠乳組分的組合物的值。
例證II可以預(yù)期，如上所述采用碳纖維拉伸芯線元件并采用彈性模量在以上給出的有效的范圍內(nèi)的RFL組合物作為芯線處理劑的齒狀傳動(dòng)帶在48小時(shí)之后在100℃高溫帶增長(zhǎng)分析的測(cè)量中表現(xiàn)出基于其原始帶長(zhǎng)度不超過(guò)0.1％的降低的帶增長(zhǎng)，而采用由彈性模量在以上給出的有效的范圍之外的RFL組合物處理的碳纖維拉伸芯線元件的這些帶按照該技術(shù)測(cè)定的帶增長(zhǎng)大于0.1％。為了說(shuō)明，制備出基本上如上對(duì)例證I的所述但按照下述改變的，并引入按照下述改性的表3所示RFL組合物作為其碳纖維芯線處理劑的碳纖維拉伸芯線，基本上按照以上在例證I中所述用于引入齒狀傳動(dòng)帶中。
為了說(shuō)明彈性體膠乳種類，芯線拉伸模量，和處理?xiàng)l件對(duì)RFL組合物的彈性模量的影響和/或樣品帶所表現(xiàn)出的所得帶增長(zhǎng)，制備出另外的RFL組合物，它基本上按照以上在表1的X-HNBR RFL組合物時(shí)所述制成，但采用另一單個(gè)彈性體膠乳類型，或兩種彈性體膠乳類型的組合替代羧化HNBR膠乳。在每種情況下，為RFL組合物確定甲醛∶間苯二酚比率1.274和膠乳∶間苯二酚-甲醛樹脂比率13.17。
以索引ZETPOL A得自Nippon Zeon的非羧化HNBR膠乳以285.86重量份在一種RFL組合物中被替代，在本文中以下稱作“HNBR RFL組合物”，它另外包含僅52重量份去離子水而不是表1中的RFL組合物所示的88重量份。盡管僅52重量份水用于該特殊實(shí)施例，在某些情況下可能優(yōu)選的是，采用附加的水，例如用于提高溶液穩(wěn)定性和儲(chǔ)存期，使得最終RFL溶液組合物以濕基wt％表示的固體水平一般是約25-35；更優(yōu)選約27-35，和最優(yōu)選約30-33。
對(duì)于下一實(shí)施例，以下在本文中稱作“XHNBR-VP/SBR RFL組合物”的第一組合采用143重量份用于表1所述RFL配方的40％固體的羧化HNBR膠乳和140份以索引GENTAC FS 118得自O(shè)mnovaSolutions的41％固體的VP/SBR膠乳的組合作為RFL組合物的彈性體膠乳部分。
對(duì)于下一實(shí)施例，以下在本文中稱作“XHNBR/EPDM RFL組合物”，142.93重量份用于表1所述RFL組合物的40％固體的羧化HNBR膠乳和115.20份以索引CHEMLOK E0872(目前的EP872)得自The Lord Corporation的50％固體的EPDM膠乳的組合用作RFL組合物的彈性體膠乳部分，它采用52重量份去離子水替代表1所示的88重量份。
對(duì)于下一實(shí)施例，以下在本文中稱作“EPDM RFL組合物”，180重量份以索引CHEMLOK EP872得自The Lord Corporation的50％固體的EPDM膠乳用作RFL組合物的彈性體膠乳部分，它采用182重量份去離子水替代表1所示的88重量份，并另外采用僅1重量份氨水，8重量份間苯二酚-甲醛樹脂和2.5重量份甲醛。在成分的相應(yīng)量上的這種差異是由于相對(duì)其它示例性RFL組合物的較高固體含量，且并導(dǎo)致較大的不穩(wěn)定性。但該組合物基本上按照表1所述的RFL組合物制成。
除了上述的成分，在每種所記錄的情況下用作芯線處理劑的表3所匯總的特殊例證的每種組合物還包括作為可有可無(wú)的成分的4.3％濕重(18重量份)的45％固體的HEVEAMUL M-111b蠟分散體(Heveatex)，和6.50％濕重(27.2重量份)的41％含水脲溶液。如果在表3中表示使用抗氧化劑，采用2wt％濕基(8.4重量份)的以名稱AQUANOX 29得自Goodyear Chemical Co.的抗氧化劑。如果表示使用炭黑，采用與以上例證I所述相同的種類和相對(duì)比例。對(duì)于包含VP/SBR的那些組合物，所用的VP/SBR是以索引VP106S得自Goodyear Chemical的41％固體類型。
將在下表3中提供其帶增長(zhǎng)數(shù)據(jù)的每種組合物按照以上對(duì)例證I的描述施用到碳纖維紗線上，區(qū)別及其程度如下。但這些組合物按照表3所示的變化的炭黑或抗氧化劑量或工藝溫度或暴露時(shí)間進(jìn)行改變，這樣說(shuō)明RFL組合物彈性模量對(duì)所觀察到的帶增長(zhǎng)的程度的影響。
除了以上用于例證I的特殊碳纖維種類(在本文中以下稱作“T400”)，以索引TORAYCA-T700 GC 12K 41E得自Toray，具有拉伸模量230GPa，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量800特和長(zhǎng)絲數(shù)12000的第二碳纖維種類(在本文中以下稱作“T700”)按照下表所示進(jìn)行使用。
在每種情況下，T400或T700紗線在從包含相應(yīng)RFL組合物的浸漬罐中出來(lái)之后經(jīng)過(guò)一個(gè)測(cè)定為1.1mm直徑的模頭，并隨后在速率30米/分鐘下經(jīng)過(guò)處于表5所示溫度并測(cè)定為3米長(zhǎng)度的第一干燥爐，并隨后在速率30米/分鐘下經(jīng)過(guò)處于上述溫度并測(cè)定為5米的第二固化爐。T400紗線進(jìn)一步按照以上在例證I中所述進(jìn)行處理，但T700紗線在速率80轉(zhuǎn)/米下在張力約50kg下單個(gè)而非成對(duì)地扭曲，并將所得芯線用CHEMOSIL 2410作為外涂層按照例證I所述進(jìn)行處理。對(duì)于EPDM RFL組合物實(shí)施例11和12，采用捻度60轉(zhuǎn)/米。另外，T700芯線在浸漬通過(guò)含RFL芯線處理劑的浸漬罐時(shí)保持張力100g。
為了確定彈性模量，用于表3所述帶試樣的RFL組合物芯線處理劑的蠟分散，抗氧化劑，或脲都不用于測(cè)量彈性模量測(cè)量的RFL組合物試驗(yàn)樣品且導(dǎo)致表3中記錄。同樣，據(jù)信對(duì)各種形式的組合物的相應(yīng)彈性模量沒有影響，除非按照例證I所述與芯線處理工藝條件有關(guān)。試驗(yàn)樣品按照以上在例證I中給出的步驟制備，用于在每種情況下在一定范圍的溫度下并按照上述的步驟確定彈性模量，結(jié)果在下表3中記錄。
單個(gè)涂覆紗線的勁度再次為了下述的幾個(gè)實(shí)施例和對(duì)比例而在從RFL浸漬罐和處理爐中出現(xiàn)之后確認(rèn)，且結(jié)果(如果得到)在下表中給出。但對(duì)于這些采用T700芯線的實(shí)施例和對(duì)比例，采用500個(gè)測(cè)量單位的Taber V-5勁度測(cè)試儀平衡量，因?yàn)樵撔揪€相對(duì)T400芯線的較大質(zhì)量需要采用較大的平衡量以得到有意義的相對(duì)結(jié)果。處理的芯線試樣的水分含量和芯線處理劑吸收水平在每種情況下按照以上例證I時(shí)所述的步驟測(cè)定。
帶增長(zhǎng)結(jié)果按照以上例證I時(shí)所述的步驟得到，只是結(jié)果是在100小時(shí)試驗(yàn)，而不是48小時(shí)試驗(yàn)之后得到的。該測(cè)量據(jù)信比48小時(shí)值更加嚴(yán)格。一般來(lái)說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，即，按照本文所述干燥處理芯線，100小時(shí)試驗(yàn)的帶增長(zhǎng)速率是恒定的。相反，對(duì)于不當(dāng)處理的芯線即不當(dāng)?shù)?，如，干燥不充分?或不均勻，或具有不足的RF吸收，帶增長(zhǎng)一般不穩(wěn)定并仍高。另外，只是在上述的非常少的情況下，在100小時(shí)試驗(yàn)之后帶增長(zhǎng)低于0.1％的帶在僅48小時(shí)試驗(yàn)之后表現(xiàn)出低于0.1％的帶增長(zhǎng)。
表3

*HNBR/VPSBR RFL組合物所記錄的彈性模量值，得自在炭黑和抗氧化劑加入之前的組合物。根據(jù)表2為有或沒有炭黑和抗氧化劑的XHNBR-RFL所提供的數(shù)據(jù)的暗示，RFL芯線處理劑的實(shí)際彈性模量預(yù)期高于表3記錄值。
與表2為XHNBR RFL組合物所記錄的彈性模量結(jié)果相比，表3為HNBR RFL組合物的記錄的結(jié)果表明，在其它方面基本上類似的組合物中，非羧化HNBR對(duì)羧化HNBR的替代具有顯著增加所得RFL組合物的彈性模量的作用。但注意到，盡管這種增加的彈性模量另外預(yù)期導(dǎo)致與如，表2的實(shí)施例2相比增加帶增長(zhǎng)的傾向，但引入相對(duì)較高彈性模量芯線處理劑的實(shí)施例7具有同樣低的帶增長(zhǎng)。目前相信，這是由于與實(shí)施例2所得到的稍微較高相應(yīng)的值相比實(shí)施例7所記錄的低殘余水分和伴隨的較高芯線勁度。因此，盡管RFL組合物所記錄的彈性模量值是確定耐帶增長(zhǎng)性的一個(gè)因素，但處理的芯線的水分含量和相關(guān)芯線勁度據(jù)信同樣與這些確定有關(guān)，其中降低水分(和因此增加勁度)至某個(gè)點(diǎn)導(dǎo)致永久增長(zhǎng)的下降。實(shí)施例8說(shuō)明了用于實(shí)施例7的相同的HNBR RFL組合物的用途，但此時(shí)應(yīng)用于相對(duì)更大的和復(fù)雜的T700芯線和因此引入改性的芯線處理參數(shù)，即，稍微較低處理溫度和稍微較長(zhǎng)的暴露時(shí)間。同樣，得到在100小時(shí)試驗(yàn)之后的優(yōu)異的帶增長(zhǎng)結(jié)果，甚至對(duì)于該相對(duì)較高模量RFL組合物。顯然，獲得優(yōu)異的帶增長(zhǎng)值與是否是相對(duì)高水分含量無(wú)關(guān)。據(jù)信與不太大的T400芯線相比，這種更大的芯線結(jié)構(gòu)可提供更大的殘余水分含量而不會(huì)對(duì)帶增長(zhǎng)耐性產(chǎn)生不利影響。
將表3中的XHNBR VP/SBR RFL組合物所記錄的彈性模量結(jié)果與表2中的XHNBR RFL組合物所得進(jìn)行比較，可以看出，在其它方面基本上類似的組合物中用VP/SBR膠乳替代50wt％羧化HNBR膠乳同樣能夠增加所得組合物的彈性模量，但沒有達(dá)到XHNBR完全被HNBR替代時(shí)所表現(xiàn)出的程度。同樣，盡管例如表2中的以上實(shí)施例2所記錄的芯線處理劑的彈性模量較高，實(shí)施例10的樣品帶在100小時(shí)試驗(yàn)之后表現(xiàn)出優(yōu)異的耐帶增長(zhǎng)性。這同樣據(jù)信歸因于該實(shí)施例的相對(duì)低的殘余水分含量和伴隨的較高芯線勁度值。
關(guān)于RFL組合物在芯線紗線和/或其長(zhǎng)絲中的應(yīng)用，因此發(fā)現(xiàn)，盡可能多地除去水對(duì)于降低帶因?yàn)殚L(zhǎng)期使用而增長(zhǎng)的傾向是有益的。一般，因此優(yōu)選的是，通過(guò)完成處理芯線處理步驟，按照本文所采用的和以上描述的步驟測(cè)定的殘余水分含量低于約50wt％。在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案中，殘余水分含量低于約30wt％，和在進(jìn)一步實(shí)施方案中，在約1-約25wt％的范圍內(nèi)。
與表2中的XHNBR RFL組合物所得到的結(jié)果相比，表3中的XHNBR/EPDM RFL組合物所記錄的結(jié)果表明，用EPDM膠乳替代50wt％的用于表1所述XHNBR RFL組合物的羧化HNBR膠乳同樣能夠增加所得組合物的彈性模量，但同樣沒有達(dá)到XHNBR完全被HNBR替代時(shí)的程度。同樣，優(yōu)異的帶增長(zhǎng)值在這些EPDM基實(shí)施例11和12中得到。最明顯的是，結(jié)合較低芯線處理劑溫度和較長(zhǎng)的暴露時(shí)間的實(shí)施例12表現(xiàn)出迄今觀察到的最低的帶增長(zhǎng)值。這表明，在芯線處理工藝中相對(duì)漸進(jìn)地從RFL組合物中去除水可進(jìn)一步提高帶增長(zhǎng)耐性。
盡管以上例證I中所提供的特定例子采用單根碳纖維類型，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用任何其它碳纖維類型。例如，包括在本例證中的得自Toray的T700碳纖維類型同樣提供按照本發(fā)明的積極結(jié)果。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員容易認(rèn)識(shí)到，因?yàn)樵撎厥獠牧暇哂斜扔糜谇笆隼C的纖維更高的長(zhǎng)絲數(shù)且僅單個(gè)紗線有益地用于形成采用這種類型材料的帶的拉伸芯線，而且因?yàn)榧喚€自身大于例證中所用的，浸漬紗線在紗線處理工藝步驟過(guò)程中在從芯線處理劑罐中出來(lái)后的最佳暴露溫度同樣不同于以上為T400紗線所提供的，這樣為引入這些芯線的帶獲得最低帶增長(zhǎng)。這些改性完全在本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)，且落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，且例如反映在以上表3中的采用T700芯線的那些試驗(yàn)試樣的第二區(qū)爐溫上。
例證III為了進(jìn)一步說(shuō)明拉伸芯線模量在恒定RFL固化彈性模量下對(duì)永久帶長(zhǎng)度改變的影響，形成四種以上在例證I中所述的涉及表1和2的齒狀帶。在每種情況下，采用HNBR帶體部分，且根據(jù)表1實(shí)施例4所述的RFL芯線處理劑按照以上在例證I中所述的芯線處理劑步驟用作所有的帶的芯線處理劑。外涂層CHEMOSIL 2410(Henkel)類似地如上所述使用。
兩個(gè)帶1帶包括作為其拉伸元件的由T400紗線形成，具有拉伸模量250GPa，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量396特和長(zhǎng)絲數(shù)12000的6K-2芯線，而兩個(gè)對(duì)比帶2帶包括作為其拉伸元件的由以名稱Toray M40B6K 50B得自Toray的碳纖維形成并具有拉伸模量392GPa，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量364特和長(zhǎng)絲數(shù)12000的6K-2芯線。在兩種情況下用于芯線的紗線按照以上在表2和3的實(shí)施例和對(duì)比例時(shí)所述的相同的方式扭曲。
為了確定帶長(zhǎng)度增加，帶1和對(duì)比帶2都進(jìn)行上述的相同的帶長(zhǎng)度變型試驗(yàn)，即，在100℃下進(jìn)行的高溫帶增長(zhǎng)分析，但延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。在100小時(shí)試驗(yàn)之后，兩個(gè)帶1帶表現(xiàn)出低于0.15％的帶增長(zhǎng)，而兩個(gè)對(duì)比帶2帶表現(xiàn)出從其原始長(zhǎng)度增加超過(guò)0.175％。顯然，兩個(gè)帶1帶所表現(xiàn)出的帶增長(zhǎng)的水平在200小時(shí)標(biāo)記時(shí)與其在100小時(shí)試驗(yàn)之后的性能相比下降，而對(duì)比帶2帶在200小時(shí)標(biāo)記時(shí)表現(xiàn)出大于0.2％帶增長(zhǎng)。即使在300小時(shí)試驗(yàn)之后，兩個(gè)帶1帶都不具有大于0.15％的帶增長(zhǎng)。因此，已經(jīng)顯現(xiàn)出拉伸芯線模量對(duì)引入這些拉伸芯線的齒狀帶所表現(xiàn)出的帶增長(zhǎng)度的影響。
除了明顯提高了按照本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案構(gòu)成的傳動(dòng)帶所表現(xiàn)出的帶增長(zhǎng)耐性，包含由碳纖維形成并具有本文所提供的干燥彈性模量的芯線處理劑的拉伸芯線的這些帶另外具有總體優(yōu)異的使用性能，包括但不限于高負(fù)荷容量和彎曲疲勞耐性和拉伸強(qiáng)度保留，大大地超過(guò)常用于預(yù)期用于高負(fù)荷場(chǎng)合的齒狀帶的增強(qiáng)材料，如，芳族聚酰胺和玻璃纖維的性能。
例如，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案和另外按照本文在圖1中的描述構(gòu)成的碳纖維增強(qiáng)齒狀傳動(dòng)帶在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)中表現(xiàn)出超過(guò)500小時(shí)，其中試驗(yàn)時(shí)的帶負(fù)荷稍微大于8N/齒/毫米帶寬度，在4000rpm下在有效的張力2500N下操作。這超過(guò)包含具有相同的直徑但由另一材料，即，玻璃形成的拉伸芯線的對(duì)比帶所具有的失效期3倍。按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的這些碳纖維增強(qiáng)齒狀帶另外在800小時(shí)之后在上述的高溫帶增長(zhǎng)分析中具有超過(guò)66％的保留的拉伸強(qiáng)度；幾乎比這些玻璃增強(qiáng)帶大40％的保留的拉伸強(qiáng)度。
盡管本發(fā)明已為了說(shuō)明目的而詳細(xì)描述，但可以理解，這些細(xì)節(jié)僅用于該目的且本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在不背離本發(fā)明主旨或范圍的情況下可對(duì)其進(jìn)行改變，只是這受到權(quán)利要求的限制。在此公開的本發(fā)明可合適地在不存在本文沒有具體公開的任何元素的情況下實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種帶10，它具有帶長(zhǎng)度并包括包含固化彈性體組合物的帶體12；包埋在帶體中并包括紗線的螺旋行進(jìn)的芯線的拉伸元件18；所述紗線包含具有拉伸模量約50GPa-約350GPa的碳纖維；涂覆至少一部分所述碳纖維的包含彈性體膠乳的芯線處理劑組合物，和特征在于a)所述芯線處理劑組合物進(jìn)一步包含間苯二酚-甲醛反應(yīng)產(chǎn)物；和b)所述芯線處理劑組合物具有在20℃下的彈性模量約1.0×106Nm-2-約5.0×107Nm-2和在100℃下的彈性模量約5.0×105Nm-2-約4.0×107Nm-2中的至少一種。
2.權(quán)利要求1的帶，其中所述帶具有不超過(guò)0.1％的在48小時(shí)100℃下高溫帶增長(zhǎng)分析結(jié)果中所示的永久帶增長(zhǎng)。
3.權(quán)利要求1的帶，其中所述芯線具有拉伸模量約150GPa-約275GPa。
4.權(quán)利要求1的帶，其中所述芯線處理劑組合物具有在20℃下的彈性模量約3.0×106Nm-2-約3.8×107Nm-2和在100℃下的彈性模量約1.0×106Nm-2-約2.5×107Nm-2中的至少一種。
5.權(quán)利要求1的帶，其中所述芯線處理劑組合物具有在20℃下的彈性模量約7.0×106Nm-2-約3.0×107Nm-2，和在100℃下的彈性模量約2.5×106Nm-2-約1.0×107Nm-2。
6.權(quán)利要求1的帶，進(jìn)一步包括沿著帶長(zhǎng)度排列并以一定間距相互間隔的帶齒。
7.權(quán)利要求1的帶，其中所述芯線處理劑組合物的所述彈性體膠乳選自a.氫化丙烯腈丁二烯橡膠膠乳；b.丙烯腈丁二烯橡膠膠乳；c.羧化氫化丙烯腈丁二烯橡膠膠乳；d.羧化丙烯腈丁二烯橡膠膠乳；e.乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡膠膠乳；f.羧化乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡膠膠乳；g.苯乙烯丁二烯橡膠膠乳；h.氯磺化聚乙烯橡膠膠乳；i.乙烯α烯烴橡膠膠乳；和j.前述的任何至少兩種的組合。
8.權(quán)利要求1的帶，其中所述碳纖維紗線具有長(zhǎng)絲數(shù)約1000-約24000；和所述芯線具有長(zhǎng)絲數(shù)約5000-約24000。
9.一種用于制造具有改進(jìn)的帶增長(zhǎng)耐性的齒狀帶的方法，所述帶包括固化彈性體組合物的帶體；由該帶體形成并間隔一定間距的帶齒；包埋在帶體中的包含至少一根碳纖維紗線的螺旋行進(jìn)的芯線的拉伸元件；涂覆至少一部分所述碳纖維的包含彈性體膠乳的芯線處理劑組合物，該方法包括步驟a.將所述芯線處理劑組合物施用到芯線上以形成處理芯線；b.將處理芯線引入未固化彈性體組合物以形成組件；和c.固化該組件，和特征在于該方法進(jìn)一步包括步驟d.在所述芯線處理劑組合物中引入一種間苯二酚-甲醛反應(yīng)產(chǎn)物；和e.選擇所述芯線處理劑組合物的彈性模量在至少一個(gè)溫度20℃和100℃下分別為約1.0×106Nm-2-約5.0×107Nm-2，和5.0×105Nm-2-約4.0×107Nm-2。
10.權(quán)利要求9的方法，其中芯線處理劑組合物的所述彈性模量的所述選擇通過(guò)至少一個(gè)以下步驟而實(shí)現(xiàn)a.選擇所述芯線處理劑組合物的膠乳部分的固化度；b.將所述組合物的最高約25％濕重的炭黑加入所述芯線處理劑組合物；c.改變甲醛與間苯二酚在所述芯線處理劑組合物中的重量比；d.將相對(duì)所述組合物較少濕重百分?jǐn)?shù)的嵌段異氰酸酯加入所述芯線處理劑組合物；e.選擇所述芯線處理劑組合物的所述彈性體膠乳；f.將能增加彈性模量的抗氧化劑加入所述芯線處理劑組合物；和g.改變芯線處理劑組合物中的間苯二酚/甲醛樹脂與彈性體膠乳的重量比。
11.權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括將所述處理芯線暴露于足以使所述芯線處理劑的水含量達(dá)到基于所述處理芯線所述重量的約1wt％-約25wt％的條件，以形成處置過(guò)的處理芯線的步驟。
12.權(quán)利要求9的方法，其中將所述芯線處理劑施用到所述碳纖維上以實(shí)現(xiàn)在所述碳纖維上的芯線處理劑吸收水平為基于最終干織物重量的約5.5％-約30％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳動(dòng)帶(10)，和更尤其一種齒狀傳動(dòng)帶，包括由一根或多根碳纖維芯線組成的縱向延伸的拉伸元件(18)，其中該帶在48小時(shí)之后在100℃操作的高溫帶增長(zhǎng)分析下具有不超過(guò)基于其原始長(zhǎng)度的0.1％的帶增長(zhǎng)，并公開了一種用于生產(chǎn)具有降低的帶增長(zhǎng)的這些帶的方法。
文檔編號(hào)B29D29/08GK1529800SQ02804402
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者P·S·克努森, P S 克努森 申請(qǐng)人:蓋茨公司