耐磨皮带及其制造方法

专利名称：耐磨皮带及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有动力传动表面的循环式皮带，该传动表面显示出高抗磨性，而更特别地，本发明涉及具有耐磨织物覆盖层的循环式有齿皮带，上述耐磨织物覆盖层沿着皮带齿件和齿槽(land)部分的外表面紧密地设置，并且该循环式有齿皮带具有一涂覆层，该涂覆层粘合到织物覆盖层的外表面上并且优选地部分渗入该织物覆盖层中，另外本发明涉及一种用于生产这类皮带的方法。涂覆层包括一种耐磨复合材料，它给皮带特别是在其高负荷操作下提供改善的耐磨性或抗磨性及改善的摩擦特性。
循环式皮带包括V形皮带、V形有肋(V-ribbed)皮带、和平坦皮带，及有齿皮带如同步皮带或牙轮皮带(timing belt)等，它们可在各种应用中采用。在美国专利Nos.3,138,962；3,200,180；4,330,287；和4,332,576中公开了一些动力传动皮带(其中包括有齿或同步皮带，V形皮带、和V形有肋皮带)的例子。在如上所述的美国专利No.3,200,180和美国专利Nos.3,772,929和4,066,732中公开了一些用于生产这类皮带的方法的例子。这些专利参考文献仅仅是各种类型动力传动皮带及其现代化形成技术的例子。
有齿类皮带一般包括一个弹性主体部分，一个基本上不可延伸的增强件和多个驱动齿，这些驱动齿沿着皮带的下面以预定的齿距延伸，这类有齿皮带在高温、高速和/或高负荷环境(包括各种工业和汽车驱动系统)中得到特别充分的应用。在汽车应用中，对有齿皮带有日益增加的需求，这类有齿皮带在越来越高的负荷上和在平均工作温度约120℃下能够成功地运行。对这类应用的工作温度要求，预期在不久的将来，将达到150℃或更高。
在这种高负荷、高温和/或高速状态下，循环式有齿皮带的齿通常变坏；齿件上严重的剪切应力常常造成产生断裂和齿件损失。在这类皮带的齿件和齿槽部分上，用一种耐磨织物覆盖层元件，以便保护弹性齿件不受这种应力影响。单单这种修改证明不了在某些特殊需要的应用中是否完全令人满意。在扩大高负荷或高速运行时，这类织物覆盖层往往会磨损，同时造成尺寸改变和/或过早的皮带损坏。此外，在这种用于底层皮带弹性体的构造中，有一种趋势是在硬化加工期间和/或在运行时穿过织物覆盖层的编织型式(weave)移动，并因此变成暴露在皮带的动力传动表面处。在皮带的动力传动表面处，有比较高的摩擦系数的材料造成皮带运行时产生很高噪音，并在皮带-链轮界面处产生摩擦热。把产生噪音看作是十分不希望有的，并且产生摩擦热和热量积累缩短皮带的寿命。
对常规皮带运行中存在的产生噪音和/或摩擦热积累问题，提出了一种解决方案是降低皮带动力传动表面的有效摩擦系数。一种这样的方法包括使尽可能多的弹性体与邻近的皮带表面隔离或从该表面中移出，在此处皮带的表面接触链轮的齿。例如在美国专利No.3,772,929中就采取这种方法，其中由于有粘附到这种外表面上的弹性体不透水材料的粘结层存在，保持该耐磨织物覆盖层的外表面没有皮带弹性体。
第二种方法是将比较纯的聚四氟乙烯(PTFE)层加到耐磨织物覆盖层上，以便降低皮带驱动表面的有效摩擦系数。
第三种方法还针对改善抗磨性，它包括用一种聚合物基体涂覆皮带的运动传动表面，该聚合物基体包括一种含氟塑料。在欧洲专利申请书No.0662571A1中，公开了一种用于生产皮带的方法，该方法包括以下步骤将这种基体加到皮带的运动传动表面上，然后这样干燥基体，以便该基体完成可交联的加工，用于将其粘结到弹性皮带元件上。
在这些解决循环式皮带构造的磨损、噪音和/或产生摩擦热等问题的方法中，没有一种方法被认为是令人满意的，尤其是在很高负荷的应用中更是如此。在皮带表面通过将一种抗磨性比较差和低温薄层涂覆在织物覆盖层元件的外表面上来保持没有皮带弹性体的地方，高负荷或高温运行一般造成涂覆层剥落或熔化。一般，当一种低温、低抗磨性薄层随着连续使用而剥落或熔化织物层时，在皮带的齿槽承载件的中央和相邻的纵向上间隔开的齿件之间齿槽部分的底部表面之间的距离减少。这种尺寸改变影响皮带的齿距线直径，并造成很差的齿件-链轮配合，因此增加了皮带的噪音。此外，随着涂覆层减少，织物覆盖层变得暴露于链轮之下，最终导致这种覆盖层的损伤并露出皮带弹性体。
加到耐磨覆盖层元件上的相当纯的PTFE，尽管在驱动表面处产生一减小的摩擦系数，但它显示出很差的耐磨性，因此似乎是皮带随着使用而磨损，再次留下暴露的耐磨织物层，并存在伴随的上述与其有关的问题。
将涂覆层加到耐磨覆盖层元件上被认为同样是不够的，上述涂覆层包括一种可与皮带主体交联的基体，并含有一种含氟塑料材料。现已发现，将这种涂覆层按那种公开内容的技术加到织物表面上，造成在皮带表面处只沉积较薄的一层，现已发现，它显示出很差的耐磨。性应该认为，在参考文献所提出的构造中，织物覆盖层总厚度其中比较大量的厚度保持没有覆盖层材料，因此在皮带运行时，织物的内部产生纤维间的磨损。这被认为导致织物自身其中许多部分磨损掉，并因此可能会缩短使用寿命。
这样，已知的循环式皮带构造或用于制造它们的方法，没有针对皮带噪音、产生摩擦热、和尺寸不稳定性等的相结合问题。
因此，仍然有必要生产一种循环式皮带，其中包括一种供在高温动态应用中使用的循环式有齿皮带，该循环式皮带显示出改善耐磨性、减少皮带运行期的噪音，没有显示出显著产生摩擦热，并且对一种可感觉到的、可断定的使用寿命另外还保持尺寸上稳定。
因此，本发明的主要目的是提供一种循环式皮带，它克服了现有构造中的缺点，并且其中皮带显示出减少产生噪音、减少产生热、改善耐磨性和尺寸稳定性，全部超过一非常大的可断定的使用寿命。
本发明的另一个目的是提供一种用于生产上述类型皮带的方法。
本发明还有一个目的是提供这样一种皮带，该皮带显示出基本上在它的使用寿命期间，一方面是织物覆盖层和耐磨涂覆层，而另一方面是底层弹性体皮带元件间，具有特殊的粘合力。
为了达到上述目的和其它目的，并按照如此处所实施和概括说明的本发明的目的，提供一种动力传动皮带，该动力传动皮带具有一弹性主体部分和织物覆盖层元件，并具有一耐磨的、改良摩擦的复合材料，上述织物覆盖层元件至少覆盖皮带其中与磨损有关的动力传动部分，而上述耐磨的、改良摩擦的复合材料优选地这样涂覆在织物覆盖层元件的表面上，并渗入该织物覆盖层元件总厚度其中至少一部分的内部，以便耐磨复合材料基本上通过一边界与弹性主体部分分开。在一个优选实施例中，耐磨复合材料的改良摩擦成分的至少其中一部分通过一间隙或边界与耐磨复合材料的基体部分分开。
在另一个实施例中，提供一种用于制造上述类型循环式皮带的方法，该方法包括以下步骤用包括至少一种可交联成分的织物处理材料处理织物覆盖层元件，以便织物中空隙的至少其中之一至少部分地保持没有织物处理材料；将一种包括至少一种粘合剂成分和一种改良摩擦成分的耐磨、改良摩擦的复合材料施加到织物覆盖层元件的第一表面上；使耐磨复合材料其中至少一部分渗入织物覆盖层元件总厚度的其中至少一部分，以便摩擦改良成分其中有一些残留在织物中的一个或多个空隙内部；和将耐磨复合材料进行聚合处理。可以有利地按照所述方法生产的皮带包括V形皮带、V形有肋皮带，平坦皮带或有齿皮带如同步皮带或牙轮皮带。
在还有另一个实施例中，提供一种循环式皮带，其中一种耐磨、改良摩擦的复合材料涂覆织物覆盖层元件的外表面，并渗入该织物覆盖层元件总厚度的其中一部分，但不渗入穿过其整个厚度。
在仍有另一个实施例中，提供一种循环式有齿皮带及其制造方法，该皮带具有一负荷拉伸的主体部分，该主体部分包括一种弹性材料；许多个间隔开的齿件，它们与主体部分结合，并沿着主体部分其中至少内周边配置；一层耐磨织物，它基本上沿着皮带其中至少交替齿件和齿槽部分的周边设置；和一种耐磨、改良摩擦的复合材料层，它基本上沿着耐磨织物的外表面设置，并渗入该耐磨织物至少其中一部分。该方法其特征在于织物覆盖层元件首先用含有至少一种可交联成分的织物处理材料处理，根据干织物重量，以从约1％到少于约30％的附着(pick-up)速率处理；将耐磨复合材料加到织物覆盖层的第一动力传动表面上，将涂覆有复合材料的织物覆盖层元件加到皮带主体部分上，和将皮带进行硬化或硫化。在这个实施例中，循环式皮带可以是任何常规的形式，其中耐磨织物沿着皮带其中至少齿件和齿背部分设置，这些皮带包括例如同步皮带或牙轮皮带和双边有齿皮带。
附图包括在说明书中并构成该说明书的其中一部分，该附图示出本发明的一个优选实施例，并且它和说明一起，用来阐明本发明的原理。其中

图1是按照本发明其中一个实施例制造的一种同步皮带的局部透视图。
参见图1，它一般地示出循环同步式电力传动皮带10。皮带包括一个主体，该主体具有一帘线上面部分12，这部分12由一种合适的弹性材料和一连串间隔开的轮牙或齿件16形成，同时也包括一种合适的弹性材料14。在帘线上面部分12和齿件16中所用的一种或多种弹性材料应当是彼此相容，并且它们可以是相同或不同类型的弹性体。任何合适的可铸造或不可铸造弹性体可以用作帘线上面或皮带主体弹性体，和/或本发明这个实施例中的齿件部分，但在一优选实施例中，皮带10的帘线上面部分12和齿件16其中之一，而优选地是它们二者都由合适的氢化丁腈橡胶(HNBR)成分形成。
弹性体帘线上面部分12优选地装有一增强抗拉层或多个抗拉力件，其中有许多是该技术领域内众所周知的、如图中所示的纵向延伸并间隔开的抗拉帘线18。这些抗拉件可以由其中一股或多股任何合适的耐应力材料构成，它们包括但不限于聚酰胺帘线、芳族聚酰胺帘线、玻璃纤维帘线、碳帘线、聚酯帘线或细金属丝帘线，它们典型地配置成一个或多个嵌入式螺旋缠绕的帘线。如果希望的话，抗拉件可以象该技术领域众所周知的那样加预应力或浸渍一种合适的材料。通过将合适的和/或常规的材料加入弹性体内，弹性皮带主体优选地可以象该技术领域众所周知的那样，装有不连续的纤维，这些材料包括人造纤维、纸浆纤维或截短纤维增加材料。用于装纤维的合适材料包括例如芳族聚酰胺(其中包括偏芳族聚酰胺和对芳族聚酰胺)，如从Dupont Chemical Co.购买的商标名为KEVLAR的那些、尼龙、聚酯和棉花。装入的纤维可以是适合应用的任何等级，并且在垂直于皮带移动的方向上可以包括至少相当大量纤维的取向。而且正如一般已知的那样，一根或多根纤维可以从弹性材料中伸出。
耐磨织物层22，或增强织物覆盖层元件如图所示沿着至少皮带的交错齿件16和交错齿槽(land)部分24紧密配合，以便因此形成一个表面覆盖层。这种织物可以是任何所希望的构形，如由经纱和纬纱以任何所希望的角度构成的常规编织，或者可以由抽纱、或由针织或编织构形构成等等。可以应用一层以上的织物层。如果希望的话，织物可以斜切，以便各股织物与皮带的移动方向形成一个角度。常规的织物可以采用这类材料，如棉花、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、苎麻、黄麻、玻璃纤维及各种其它的天然纤维和合成纤维。在本发明的一个优选实施例中，织物层22包括一种可膨胀的耐磨3×3-斜纹组织的织物，其中至少经纱或纬纱的其中之一由尼龙6,6制成。而且至少经纱或纬纱的其中之一可以卷曲、扭绞和/或用其它方法加工，正如该技术领域中众所周知的。
在下面待进一步详细说明的本发明一个更优选的实施例中，织物包括尼龙6,6纱线，该尼龙6,6纱线在经向和纬向上它们初始状态时，具有至少6.0克/分特(g/decitex)的抗拉强度。至少经纱和纬纱的其中之一优选地卷曲，或进行仿毛加工，以便生产出一种织物，当在25mm织带上测量时，该织物在2kg负荷下具有至少80％的伸长率。按照此同样的优选实施例，成品织物的重量优选地至少是385g/m2，其中至少90％的重量优选地是在进行仿毛加工的方向上，亦即在皮带移动方向上。
耐磨，改良摩擦的复合物20沿着织物覆盖层元件22外表面的其中至少一部分设置。如此加复合材料20和/或处理织物覆盖层22，以便在优选实施例中，以便涂覆层至少渗入耐磨织物层22总厚度的其中相当大一部分。在本发明一更优选的实施例中，耐磨、改良摩擦的复合材料20渗入比织物层22的整个厚度小。
在一另外的优选实施例中，在与具有齿件部分16和齿槽部分24的表面相对的电力传动皮带10帘线上面部分12的外表面上，可以利用第二织物覆盖层元件(未示出)。该第二织物覆盖层元件可以具有与上述相同或不同的材料和构造，并且优选地可以另外包括一种如上所述并在下面进一步详述的耐磨复合材料，或任何其它类型合适的涂覆层。正如在该技术领域中一般众所周知的，现已发现，将这种附加的织物覆盖层元件加到远离电力传动表面的皮带表面上，增加了皮带的边缘耐磨性，因此可能改善其计算求出的工作寿命。
新使用按照本发明其中一个实施例所述的耐磨复合材料层，作为覆盖循环式有齿皮带的耐磨织物齿件和齿槽上的涂覆层及它们内部的渗透剂，通过提供一种制成的循环式有齿皮带，克服了现有技术的缺点，这种制成的循环式有齿皮带显示出最小噪音，对皮带寿命保持相当大的尺寸稳定性、显示出改善抗磨性或耐磨性特性，并使皮带运行期间产生的摩擦热减至最小。新使用这种耐磨、改良摩擦的复合材料，它渗入织物覆盖层的相当大部分，但小于该覆盖层的整个厚度，通过提供循环式有齿皮带，克服了现有技术的缺点，上述循环式有齿皮带在一边上的织物层和耐磨复合材料和另一边上的皮带弹性体之间的改善的粘附力。按照本发明，耐磨的、低摩擦系数的涂覆层认为至少渗入纤维束的其中一部分和各单股纱线之间的间隙，以便减少织物内纤维间的磨损，因此减少了这种潜在的织物磨损源。目前的结构被认为在织物覆盖层元件内部形成一相当大的减少摩擦材料的贮器，并且在齿件-链轮界面处基本上连续地润滑纤维，用于基本上完整的未减少皮带的工作寿命。
耐磨，改良摩擦的复合材料在本发明的实践中是有用的，它优选地显示出足够的挠性，以便成功地应用于皮带中，该皮带可以绕汽车发动机室中普遍遇到的半径越来越小的链轮和/或皮带轮传动。复合材料优选地包括一种摩擦改良剂，它赋予该复合材料、和一种树脂，或其它合适的粘结剂一种减少的摩擦系数，这有助于材料的抗磨性。为了方便将复合材料应用于平带成型加工，复合材料优选地可以包含在载体溶液如水或有机溶剂中，在将复合材料加到有关工件上时，可以优选地让该载体溶液释放出来。
在一优选实施例中，在本发明中有用的耐磨复合物材料包括将一种或多种改良摩擦的组分以含氟聚合物形式分散在载体或粘结剂中。在一优选实施例中，含氟聚合物包括但不限于聚四氟乙烯聚合物(PTFE)、聚三氟氯乙烯聚合物(PTFCE)、聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)、氟化乙烯聚合物(SEP)和全氟烷氧基聚合物(PFA)。在这方面可以有利应用的另一些附加的改良摩擦的材料，例如可以包括二硫化钼和石墨。
耐磨复合材料还优选地包括一种或多种粘结剂用树脂，用于使涂覆层加工更方便和用于提高最终涂覆层的性能。一种或多种树脂可以是任何合适的材料或它们的掺合物，摩擦改良剂可以分散或悬浮在上述树脂或其掺合物内，并且树脂可以是可聚的或者可以是不可聚的，如通过独自和/或与底层的皮带材料交联或链延长，但优选地是它至少一部分可聚合，亦即可交联或能够链延长，以便改善皮带构造内部涂覆层的结合。在一优选实施例中，复合材料粘结剂形成一基体(matrix)，在该基体内，摩擦改良的成分分散在最终涂覆层中。按照这个优选实施例，至少摩擦改良的成分其中一部分可以以单个微粒或若干组这种微粒分散在整个基体中，该摩擦改良的成分至少部分地通过间隙或边界与粘结剂成分分开。尽管不打算受特别的理论限制，但目前应该认为，至少摩擦改良的成分其中一部分与分散于其内部的粘结剂基体材料这种分离在最终皮带中提供有利的效果，而不是严重地影响摩擦改良剂成分和粘结剂成分之间、或耐磨复合材料与织物覆盖层元件之间的粘附力。目前应该认为，摩擦改良剂微粒其中若干部分与周围粘结剂基体之间的间隙或边界可供微粒在基体内部作某种程度的运动用。而且这种特性被认为是有助于单个织物覆盖层元件纤维连续润滑，以便减少其摩擦，并且有助于在皮带-链轮或皮带-皮带轮界面处提供一连续的附加磨损改良剂材料源。
这种高度耐磨的复合材料保持皮带表面上皮带的使用寿命基本上原封不动，并且在现在发动机室中普遍遇到的高温下，优选地一般将不熔化。耐磨复合材料具有良好的抗磨性或耐磨性，并因此在皮带的使用寿命期间，不容易剥落或磨损循环式皮带的耐磨织物覆盖层元件。该组成显示出一种高效的摩擦系数，它优选地低于皮带主体弹性件的摩擦系数，因此减少了产生的总摩擦热和产生噪音的特性，并改善了皮带的总效率。供本发明实际使用的优选复合材料一般可在市场上买到，并且可以优选地包括粘结剂用树脂、颜料和含氟聚合物树脂在工业有机溶剂中的掺合物。涂覆层材料优选地显示出挠度高达100％或更高的延伸范围。在本发明的实际使用中，目前作为耐磨复合材料最优选的材料，是从Whitford Plastics Limited购买的、商标为XYLAN的产品，并且包括粘结剂用树脂、颜料和含氟聚合物树脂在一种或多种工业有机溶剂中的掺合物。
本发明的耐磨复合材料可不同于将基本上是纯的PTFE层加到循环式有齿皮带的织物层上。如上所述，基本上纯的PTFE层显示比较差的耐磨性并因此随着使用很可能磨损皮带表面。尽管不打算受一个特别的理论限制，但优选地应该认为，在所论述的发明中，其中含氟聚合物如PTFE相反地用作高度耐磨复合材料基体内的摩擦改良剂，PTFE不会随着使用而磨损，但在皮带的驱动表面或动力传动表面上仍保持它预定的工作寿命。
预期由本发明提供的改进在所有循环式皮带应用中都提供显著的效益。在这类应用中，耐磨复合材料在织物覆盖层元件上形成一涂覆层，并且渗入该织物覆盖层元件总厚度的至少其中一部分的内部。可以用可铸造的弹性体和不可铸造的弹性体二者作为本发明这个实施例中的弹性皮带部分。合适的可铸造弹性体的其中一些例子包括但不限于可铸造的聚氨酯类(其中包括聚氨酯类、聚氨酯/尿素塑料类和聚脲类)、增塑溶胶类、有机溶胶类、液态氯丁二烯类、液态多硫化物类、液态橡胶类、硅氧烷类、环氧衍生物类、聚氨酯橡胶、聚酯基树脂、聚醚基树脂等，及其掺合物或混合物。在目前，聚氨酯类弹性体一般优于其它类型的可铸造弹性体，因为它们具有有利的抗拉强度和抗磨性及它们令人满意的模量和弹性。这些聚氨酯类可以用任何常规方式(如通过使一种聚氨酯预聚物与增链剂化合)，及如果希望的话用任选量的增塑剂或其它配合剂制备。可以用常规的增链剂，它们在该技术领域中一般是众所周知的。
作为似乎享受由本发明提供的利益的这类皮带的带主体部分使用的不可铸造的弹性体，包括例如氯丁橡胶(CR)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、烷化氯磺化聚乙烯(ACSM)、表氯醇、丁二烯橡胶(BR)、天然橡胶(NR)和乙丙二烯三元共聚物弹性体(EPDM)、及其掺合物或混合物。大多数热塑性塑料弹性体也预计属于这个范围之内。无论是可铸造的弹性体还是不可铸造的弹性体都在各组成中使用，它们形成皮带的弹性部分，这些组成一般还可以包括常用的添加剂，添加剂总量一般适合于在预定的应用中使用。因此例如，这种组成还可以包括一种增强、部分增强或不增强的填料，其总量从每100份重量橡胶中(phr)中从含约0份到约500份(phr)；一种或多种增塑剂，其总量从每100份重量橡胶中(phr)从含约0份到约300份；一种或多种硫化剂或硬化剂(其中包括硫、产生自由基的材料如过氧化物或电离辐射等)，其总量从约0phr到约30phr；及一种或多种抗降解剂，其总量从约0phr至约15phr等。在本发明其中一优选实施例中，至少弹性体帘线上面部分和弹性体齿件部分的其中之一用合适的HNBR弹性体组成制成。
本发明考虑一种用于生产上述皮带的方法，其特征在于首先处理织物覆盖层元件，优选地是通过浸入一合适的与皮带弹性部分相容的可交联的材料中，任选地是与一种树脂如间苯二酚甲醛结合。该第一次处理用这种方式完成，以便织物覆盖层元件各单根纤维和纱线之间所形成的空隙或间隙空间的至少其中一部分至少部分地保持没有处理材料。这就使在随后步骤中加入的耐磨复合材料其中相当大的量能渗入织物总厚度的至少其中一部分，并能进入和保持在这些空隙或间隙空间中。这种织物处理材料的附着速率，根据所用的织物重量，优选地是从1％到约50％，更优选的是从约5％到小于约30％，甚至还更优选的是从约7％到约25％，而最优选的是从约10％到约20％。尽管这是比较低的附着速率，但令人惊奇地发现了在让耐磨复合材料穿过织物的至少其中一部分，并且渗入织物纱线其中至少相当大一部分之间的间隙时，它的作用是很显著的。
对打算用作皮带覆盖层元件的织物来说，常常是通过用合适的含可交联的材料处理来涂胶。用于处理织物覆盖层元件以便使它们胶化的典型附着速率，无论如何一般都是从约30％到约40％或更多。相反，按照本发明，已经发现，以上述量沉积织物处理材料足够涂覆织物覆盖层元件的纤维和纱线，同时在织物中留下足够的空隙，耐磨复合材料可以渗入织物内部并保持在其中。现已发现，在这个处理步骤中增加织物处理材料的量，则减少了耐磨、改良摩擦涂覆层的量，该量可以渗入纤维覆盖层元件。因此，尽管比较低的织物覆盖层处理材料的量用来让涂覆层渗入织物总厚度的至少其中一部分，但现已发现，增加这种处理的量实际上对最终皮带的性能有负的影响。正如下面所述的对照试验结果中所显然看出的，由本发明所提供的耐磨性方面的改进是很显著的。
作为一第二步骤，将耐磨、改良摩擦的复合材料加到这种处理过或部分胶化处理过的织物其中至少一侧边上，但优选地只是一侧边上。加复合材料可以用任何合适的方法，其中包括喷涂、刮刀涂布等方法，但优选地是用刮刀涂布法，根据干织物的重量，优选的是以从约5％到约80％的附着速率时行，更优选的是从约20％到约50％，而最优选的是从约25％到约35％的附着速率进行。
作为一种可供选择但优选的第三步骤，实施将至少一种可交联的材料优选地在一种树脂型载体中，如在一种间苯二酚甲醛胶乳中第二次加在织物的其中第二侧边上，亦即加到耐磨涂覆层表面对面的织物表面上。相信这种施加使附加的粘附强度有助于织物层和底层皮带弹性体之间的结合，并且有助于在一方面是织物覆盖层和耐磨涂覆层而另一方面是底层各弹性皮带构件之间形成一阻挡层(barrier)或边界。这种材料可以与上述处理材料相同或不同，但优选的是与皮带各组份的平衡相容。施加这种材料可以用任何合适的方法，其中包括喷涂法和刮刀涂布法，但根据干织物的重量，优选的是在从约2.5％到约55％的附着速率下，更优选的是从约15％到约25％，而最优选的是从约20％到约35％的附着速率下用刮刀涂布法进行。
然后可以任选地但优选地将一种粘结处理加到织物的同样第二侧边上，亦即加到与耐磨复合材料表面相对的织物表面上。这种粘合处理优选的可以是取任何合适的和/或常规的橡胶粘合剂组成的形式，该粘合剂组成适合与皮带各组份的平衡一起使用，其中有许多在皮带制造技术领域中是众所周知的，其中包括但不限于从Compounding IngredientsLtd.购买的商标为CILBOND 80的粘合剂，和从The Lord Corporation购买的类似粘合剂。这种粘合剂处理的施加可以用任何合适的方法，包括喷涂法和刮刀涂布法但根据干织物的重量，优选的是在从约0％到约70％的附着速率下，更优选的是从约1％到约40％，而最优选的是在从约10％到约25％的附着速率下用刮刀涂布法进行。
作为一种另外任选但可优选的步骤，可以将一种附加的粘合剂处理加到处理过的织物第二侧边上。在这方面可以应用任何合适的和/或常规的与周围皮带材料相容的粘合剂材料，其用量是这种场合典型应用的量。在一优选实施例中，在这方面应用至少一种可与皮带主体弹性体相容的可交联材料，优选的是悬浮或分散在一种合适的溶剂中，这种溶剂可以在施加粘合剂组成时释放出来。可以用任何常规方法，其中包括喷涂法、刮刀涂布法等来施加这第二种胶粘剂处理材料，意图是用来有助于织物层和皮带主体之间的粘结结合。根据干织物的重量，这种材料在织物覆盖层元件中的附着速率可以从约3％到约110％，优选的是从约25％到约80％，而最优选的是从约40％到约70％。
正如相关技术领域的技术人员容易理解的那样，优选的是让织物在上述连接处理材料施加的其中每次施加之间干燥。特别是有关将耐磨的、改良摩擦的材料施加到织物覆盖层元件上方面，此处正如一个优选实施例那样，粘结剂成分能够用硬化、交联或链伸长，或别的聚合方法，干燥操作应包括足够的时间、温度、和/或其它的考虑时间和温度的条件。
正如在该技术领域中众所周知的，包括PTFE的含氟聚合物实际上显示出不粘结到大多数基底上。因此，在目前情况下，十分希望含有这种含氟聚合物的耐磨复合材料基体保持远离皮带弹性体-织物的界面。应该认为，除了它让耐磨复合材料比按照其它方法或构造穿过织物总厚度其中更大部分的能力之外，上述织物处理和/或随后的一次或多次处理还另外提供一部分在一方面是耐磨复合材料和织物覆盖层元件与另一方面是皮带主体弹性体之间的阻挡层或边界。因此在织物层和底层皮带弹性体之间的粘合可以用更常规或更实用的方法，比如此处一般说明的粘合剂组成，及任何合适的和/或常规粘合剂系统来完成。而且，由于耐磨复合材料优选地大部分渗入织物覆盖层的相当大部分内部，所以甚至在高机械应力下它似乎都能耐剪切。
在本发明一个更优选的实施例中，选择一种织物用作织物覆盖层元件，该织物具有一种编织类型、经纱和纬纱类型和纱线品质，它们联合限定一比多孔率，其特征在于它防止相当大量的耐磨复合材料浸入面向底层皮带弹性体并沿着该底层皮带弹性体紧密设置的织物侧边。这可不同于那些构造，其中选择一种织物构造，来防止皮带主体或齿件弹性体浸入外部的皮带接触链轮或皮带轮的表面。在后一种情况下，可以利用比较松散的编织物，或高孔隙率的织物来减少或防止经由织物间隙浸入皮带弹性体中，因为这种弹性材料甚至在比较高的温度下也典型地具有比较高的孔隙率。相反，在前一种情况下，典型地很低粘度的涂覆层材料使得在皮带主体方向上减少或防止它们经由织物浸入变得困难得多。在此优选实施例中，一种优选的织物由一种基本上是尼龙6,6制成，并且含有在经向和纬向方向上初始状态下抗拉强度不低于6.0g/decitex的纱线。当在一种25mm的织带上测量时，将一个方向优选地进行仿毛(织物)加工，同时使该织物在2kg负荷下产生不小于80％的拉伸。织物优选地制造，以便生产成品重量至少为385g/m2，其至少90％的重量优选地是在仿毛加工方向上，亦即在皮带移动方向上。按照本发明这同一优选实施例，应该认为，耐磨复合材料大大限制或基本上防止接触织物覆盖层元件的内部接触弹性体的表面。尽管上述织物覆盖层元件处理、第二次处理及各次粘合剂处理的至少其中之一，除了让耐磨成分穿过至少一部分织物在织物层和底层的皮带弹性体之间形成一相当大的阻挡层或边界之外，应该认为，加入这种低孔隙率织物进一步增加了本发明的这种情况。在一方面织物及涂覆层和另一方面皮带主体弹性体之间没有这种边界层的地方，应该认为，在扩大操作下，特别是在高负荷条件下，可能会发生皮带的分层和工作能力减弱。
在完成为制造本发明的动力传动皮带所需的各步骤平衡时，可以应用任何合适的和/或常规的方法。例如，在有齿皮带制造中利用可铸造皮带元件的地方，各生产步骤还包括以这种方式绕有凹槽的模具缠绕支承复合材料的耐磨织物，以便织物覆盖层元件的涂覆复合材料的表面靠近有凹槽的模具部分；围绕耐磨织物施加抗拉层，如通过绕该织物螺旋式缠绕一个或多个抗拉帘线；将基本上是液态的弹性材料加入模腔中；和聚合这样形成的产品。在利用不可铸造的皮带弹性体，亦即可轧制的天然橡胶(加有或不加纤维填料)的地方，其余的制造皮带的步骤可以包括如下那些将如上所述的涂覆复合材料的织物覆盖层元件设置在一合适成型的模腔内，该模腔具有凹槽部分，用于形成齿件；将一抗拉件压着织物覆盖层元件第二表面配置，如通过围绕织物螺旋式缠绕一根或多根抗拉帘线；将弹性材料压着抗拉件配置；按一规定构造的要求，将附加的抗拉件交替排列和/或弹性材料压着此抗拉件配置；施加足够的温度和压力，以便硬化或硫化弹性体材料；和从模腔中取出组件。这类皮带的齿件部分也可以具有任何合适的形状，其中包括曲线形、梯形等。
在本发明的其中一个优选实施例中，完成耐磨复合材料和各种织物及粘合剂处理，并在弹性皮带元件硫化或硬化之前，将这样处理过的织物覆盖层元件加到皮带上。此后，可以将组件硫化或硬化成适用于各部件。
磨损及伴随磨损而发生的尺寸变化是循环式有齿皮带中的皮带滑移噪音、冲击噪音和过早破坏的主要原因。为了将按照本发明的措施制造的皮带尺寸稳定性和磨损持性与其它不太理想的构造(其中某些可以在现有技术中找到)进行比较，将几种皮带制成如下面表1中所述，并且经受室温耐磨性分析。试验装置包括一个两滑轮驱动装置、同时每个滑轮都有19个沟槽和一个RU外形。当在滑轮上测量时，皮带以6300转/分(RPM)的速度、滑轮之间的张力为530N、皮带齿距为0.375英寸(9.525mm)下运行。试验是在25+/-5℃的温度下进行。表1用于耐磨性分析的皮带构造
在上述例子和对照例中，除了如表1中所除去以上提供的情况之外，皮带一般按照以上为图1所提供的说明制造。每个皮带都制成15mm宽，并具有97个等尺寸的纵向间隔开的齿件，它们齿距为9.525mm。在每种情况下皮带帘线上面部分和齿件部分包括一种HNBR弹性体组成，该组成在每100份重量弹性体(phr)中含约60份碳黑，约15phr增塑剂、约3.5phr氧化锌，约2phr硫和二硫代氨基甲酸盐硫化剂(curative)。在每种情况下织物覆盖层都包括2×2斜纹组织的尼龙6.6纱线，其中纬纱是假斜织的。在所有情况下，织物覆盖层处理材料都包括与HNBR皮带主体弹性体相容的间苯二酚-甲醛/弹性体掺合物。耐磨复合材料在每种情况下都由一种碳氟化合物涂覆层构成，该碳氟化合物包括按重量计为50∶50的混合物组成，该混合物组成由Whitford Plastics Ltd.出售，商标名为XYLON(XYLON 1642-A-1429与1642-B-1452的掺合物)。每种皮带另外包括一种树脂基、结合橡胶的粘合剂水泥，它由Compounding Ingredients Ltd.生产，商标名为CILBOND 80，根据干织物的重量附着约16％，而附加的粘合剂包括一种HNBR组成，它溶于甲基乙基酮中，浓度约为28％，根据干织物重量附着率约为55％。
为了比较，首先将皮带称重，然后安装在试验装置上，试验150小时后再重新称重，以便比较各种构造中的重量损失。皮带1经受重量损失为0.26克；对照皮带A经受重量损失为0.45克；对照皮带B经受重量损失为0.6克；和对照皮带C经受重量损失约为1.6克。尽管对照例的其中每个都应用耐磨复合材料层或涂覆层，它们在理论上具有与本发明皮带1相同的有效摩擦系数，但后者显示出大大改善的超过每个对照例的耐磨性。这种分析的结果表明，和没有耐磨复合材料涂覆层的皮带相比，及应用以不同方式或按不同方法施加的相同复合材料的那些皮带相比，本发明的皮带加上耐磨复合材料作为它们的动力传动皮带表面的界面部分，它们显示出显著改善的尺寸稳定性和耐磨特性。因此本发明的皮带似乎是在高负荷和/或高速条件下享有长得多的工作寿命，及降低了滑移和冲击噪音。现在应当认为，本发明的皮带与已知皮带构造相比，能容许使用中显著更高的张力，因此本发明的皮带具有改善抗磨性或耐磨性性能的能力，及它们极好的机械特性。
尽管为了举例说明起见，已经详细地说明了本发明，但是应该理解，除了它可以受权利要求书限制之外，这种详细说明仅仅用于说明目的，并且不脱离本发明的精神和范围，该技术领域的技术人员可对其作一些改变。此处所公开的本发明可以在没有此处未特别公开的任何元件的情况下适当地实施。
权利要求
1．一种用于制造动力传动皮带的方法，该皮带具有一织物覆盖层元件，它紧密地沿着一弹性皮带主体外表面的至少一部分设置，上述织物覆盖层元件的特点是一般交替式排列纱线和空隙，该方法的特征在于a)上述织物覆盖层元件用一种织物处理材料进行处理，该织物处理材料包括至少一种可交联的成分，使上述空隙的至少一部分保持至少部分地没有上述织物处理材料；b)一种耐磨复合材料，它包括至少一种粘结剂成分和至少一种改良摩擦的成分，该耐磨复合材料加到上述形成皮带动力传动表面的织物覆盖层元件的至少第一表面上；c)使上述耐磨复合材料的至少一部分这样渗入上述织物覆盖层元件总厚度的至少一部分，以便上述改良摩擦的成分中至少一部分存留在上述织物覆盖层元件中的一个或多个空隙内；和d)上述耐磨复合材料中至少一部分经过聚合处理。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述耐磨复合材料加到上述织物覆盖层元件上之后，将上述织物覆盖层元件加到上述弹性皮带主体的上述表面上。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述改良摩擦组分的其中至少一部分与上述粘结剂组分的其中至少一部分被一边界分开。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这样施加上述织物处理材料，以便达到附着率占干织物重量从约1％到少于约30％。
5．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在施加上述耐磨复合材料之后，将包括至少一种可交联组分的第二处理材料加到上述织物覆盖层元件的其中第二表面上，该第二表面与上述耐磨复合材料施加于其上的那个表面相对。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，上述织物覆盖层元件内上述第二处理材料的附着率，是干织物重量的从约2.5％到约55％。
7．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将至少一种结合橡胶的粘合剂组成加到上述织物覆盖层元件其中至少上述第二表面上，每次都以上述织物覆盖层元件中干织物重量从约0％到约70％的附着速率施加。
8．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述施加织物覆盖层元件之后，将上述动力传动皮带进行硫化处理。
9．一种用于制造有齿式动力传动皮带的方法，该皮带具有由弹性材料组成的承载张力的主体部分；许多个间隔开的齿件，它们与主体部分结合，并沿着主体部分其中至少内周边配置；一个织物覆盖层元件，它沿着上述主体部分的内周边紧密地设置，该方法的特征在于，a)将上述织物覆盖层元件浸入第一处理组成中，该第一处理组成含有至少一种可交联的组分，以便根据干织物重量，实施从约1％到约30％的附着率；b)一耐磨复合材料包括至少一种粘结剂成分和至少一种改良摩擦的成分，将该耐磨复合材料加到上述形成皮带动力传动表面的织物覆盖层元件其中的第一表面上；c)将织物覆盖层元件加到上述皮带的外表面上；和d)将皮带进行硫化处理。
10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在上述覆盖层元件施加到上述皮带表面之前，将包括至少一种可交联成分的第二处理材料加到上述织物覆盖层元件其中的第二表面上，上述第二表面与上述耐磨复合材料施加于其上的那个表面相对。
11．一种按照权利要求1所述的方法制造的动力传动皮带，其特征在于，上述包括至少一种改良摩擦成分的耐磨复合材料渗入上述织物覆盖层元件总厚度其中至少一部分，并且基本上通过一边界与弹性皮带主体分开。
12．根据权利要求11所述的动力传动皮带，其特征在于，上述边界包括上述织物处理材料和第二处理材料的至少其中之一，该第二处理材料含有至少一种可交联的成分。
13．根据权利要求11所述的动力传动皮带，其特征在于，上述边界包括上述织物覆盖层元件，上述织物覆盖层元件具有一编织的、经纱和纬纱类型及经纱和纬纱品质、它限定一种孔隙率，上述孔隙率其特征在于上述复合材料渗入部分比上述织物覆盖层元件的整个厚度小。
14．根据权利要求10所述的动力传动皮带，其特征在于，还包括在上述硫化处理之前将至少一个附加的结合橡胶的粘合剂组成施加到上述第二表面上的步骤。
15．一种动力传动皮带，包括一种沿着弹性皮带主体外表面的至少一部分紧密设置的织物覆盖层元件，上述织物覆盖层元件以一般交错配置纱线和空隙为特点；一种耐磨复合材料，包括至少一个粘合剂成分和至少一种改良摩擦的成分，该改良摩擦成分结合到上述形成皮带动力传动表面的织物覆盖层元件的第一表面上；其特征在于，上述耐磨复合材料的至少一部分这样存在于上述织物覆盖层元件总厚度的至少一部分之内，以便上述改良摩擦成分的至少一部分存留于上述织物覆盖层元件中的一个或多个上述空隙内，并且通过一边界与上述粘合剂成分的至少一部分分开；以及将上述耐磨复合材料的至少一部分进行硫化处理。
16．根据权利要求15所述的动力传动皮带，其特征在于，还包括上述改良摩擦成分的至少一部分与上述主体部分之间的一边界。
全文摘要
循环式动力传动皮带及其制造方法,该皮带具有包括一种耐磨复合材料的动力传动表面,这类皮带与已知的皮带构造、及制造皮带的方法相比,显示出改善抗磨性或耐磨性、降低噪音、减少产生摩擦热,和改善尺寸稳定性。更特别地,一种循环式有齿皮带具有一抗磨和抗噪音的覆盖层元件(20),该皮带包括至少一种改良摩擦的成分和至少一种粘结剂成分。
文档编号B29D29/08GK1302359SQ00800645
公开日2001年7月4日 申请日期2000年4月21日 优先权日1999年4月21日
发明者丹尼尔·帕提·吉布森, 詹姆斯·戈登·麦金托什 申请人:盖茨公司