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Treibriemen enthaltend kurze Polyacrylnitrilfasern mit hohem Molekulargewicht - Dokument DE602004003991T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004003991T2 15.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001469032
Titel Treibriemen enthaltend kurze Polyacrylnitrilfasern mit hohem Molekulargewicht
Anmelder The Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio, US
Erfinder Burrowes, Thomas George, Lincoln, NE 68506, US;
Hedberg, Carol Sue, Lincoln, NE 68521, US
Vertreter Kutsch, B., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., Colmar-Berg, LU
DE-Aktenzeichen 602004003991
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.04.2004
EP-Aktenzeichen 041014515
EP-Offenlegungsdatum 20.10.2004
EP date of grant 03.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse C08J 5/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16G 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16G 1/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

US-A-5,272,198 offenbart ein faserverstärktes Material, das ein Elastomer und Mikrodenier-Acrylfasern mit einem geringen Durchmesser bis zu etwa 12 Mikron umfasst.

US-A-5,376,726 offenbart einen kurzfaserverstärkten Kautschuk, wobei eine fibrillierte Polyacrylnitrilkurzfaser gleichförmig in einem Kautschuk dispergiert wird, und ein Verfahren zu deren Herstellung.

US-A-5,889,080 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Trockengemischs bei der Herstellung eines Reibungsmaterials, wobei dessen Komponenten fibrilliertes organisches, synthetisches Polymer; organische, synthetische Polymerstapelfaser; und organische, synthetische Polymerpartikel beinhalten.

EP-A-1108750 offenbart einen Kraftübertragungsriemen gemäß der Einleitung von Anspruch 1.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen, welcher eine frei radikalisch oder schwefelvulkanisierte Elastomerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 umfasst.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die begleitende Figur zeigt Ausführungen dieser Erfindung, worin:

1 eine bruchstückhafte Perspektivansicht ist, die eine Ausführung eines Endlos-Kraftübertragungsriemens dieser Erfindung illustriert.

2 ist eine bruchstückhafte Perspektivansicht, die eine Ausführung eines Endlos-Kraftübertragungsriemens dieser Erfindung illustriert.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es ist ein vorzugsweise endloser Kraftübertragungsriemen gemäß Anspruch 1 offenbart.

Der Kraftübertragungsriemen der vorliegenden Erfindung kann in Übereinstimmung mit den zwei Gestaltungsformen von Kraftübertragungsriemen des konventionellen Typs ausgeführt sein. In der ersten Gestaltungsform ist der Polsterabschnitt mit Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse verstärkt. In der zweiten Gestaltungsform ist der belastungstragende und/oder Spannabschnitt mit Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse verstärkt.

Nun wird auf 1 der Zeichnung Bezug genommen, die eine Endlos-Kraftübertragungsriemenstruktur oder einen Riemen dieser Erfindung illustriert, der generell durch die Referenzziffer 20 bezeichnet ist. Der Riemen 20 ist besonders zur Anwendung bei zugehörigen Antriebsscheiben eingerichtet, in Übereinstimmung mit in der Technik bekannten Techniken. Der Riemen ist besonders geeignet zur Verwendung bei kurzen Mittenantrieben, Trainingsausrüstung, Kraftfahrantrieben, landwirtschaftlicher Ausrüstung, sogenannten Drehmomenterfassungsantrieben, Anwendung, wobei dem Riemen Schockbelastungen von verschiedener Riemenspannung auferlegt werden, Anwendungen, wobei der Riemen auf variablen Geschwindigkeiten betrieben wird, Anwendungen, wobei der Riemen federbelastet ist, um seine Spannung zu regeln, und dergleichen.

Der Riemen 20 umfasst einen Spannabschnitt 21, einen Polsterabschnitt 23 und einen belastungstragenden Abschnitt 25, der zwischen dem Spannabschnitt 21 und dem Polsterabschnitt 23 angeordnet ist. Der Riemen 20 kann die Antriebsfläche 28 aufweisen, welche mehrfache Rippen 29 oder Keile umfasst. Der Riemen 20 von 1 weist eine Textilrückschicht 30 auf, jedoch kann statt einer Textilrückschicht ein faserverstärkter Kautschuk verwendet werden. Die Textilrückschicht 30 kann zweiseitiges, nicht-gewebtes, gewebtes oder gewirktes Textil sein. Die Textilrückschichtlage 30 kann kann friktioniert, getaucht, aufgetragen, beschichtet oder laminiert sein.

Der belastungstragende Abschnitt 25 weist belastungstragende Mittel in Form belastungstragender Korde 31 oder Filamente auf, die auf geeignete Weise in ein Elastomerpolster oder -masse 33 eingebettet sind, in Übereinstimmung mit in der Technik geläufigen Techniken. Die Korde 31 oder Filamente können aus jedem beliebigen in der Technik bekannten und verwendeten Material bestehen. Repräsentative Beispiele für solche Materialien umfassen Aramide, Glasfaser, Nylon, Polyester, Baumwolle, Stahl, Kohlenstofffaser und Polybenzoxazol.

Die Antriebsfläche 28 des Riemens 20 von 1 ist mit mehreren keilförmigen Rillen versehen. In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen wird hierin erwogen, dass die Riemen der vorliegenden Erfindung auch diejenigen Riemen umfassen, wobei die Antriebsfläche des Riemens flach, mit einer einzigen keilförmigen Rille versehen und synchron sein kann. Repräsentative Beispiele für Synchronriemen umfassen Riemen mit trapezförmigen oder krummlinigen Zähnen. Die Zahngestaltung kann eine spiralförmig versetzte Zahngestaltung haben, wie in US-A-5.209.705 und 5.421.789 gezeigt.

Der Riemen von 1 weist eine Antriebsfläche 28 auf. Hierin wird jedoch erwogen, dass der Riemen zwei Antriebsflächen (nicht gezeigt), wie etwa bei einem doppelseitigen Riemen, aufweisen kann. Vorzugsweise weist der Riemen 20 eine einzige Antriebsfläche auf.

Die Elastomerzusammensetzungen zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21, Polsterabschnitt 22 und belastungstragenden Abschnitt 23 können gleich oder unterschiedlich sein.

Die Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21, dem belastungstragenden Abschnitt 23und/oder Polsterabschnitt 22 enthält ein vernetztes Elastomer oder Kautschuk. Solcher Kautschuk kann aus der aus Ethylen-Alphaolefinkautschuk, Silikonkautschuk, Polychloropren, Polybutadien, Epichlorhydrin, Acrylnitrilkautschuk, hydriertem Acrylnitrilkautschuk, Zinksalzen von ungesättigtem Carboxylsäureestergepfropftem hydrierten Nitrilbutadienelastomer, Naturkautschuk, synthetischem cis-1,4-Polyisopren, Styrol-Butadienkautschuk, Ethylen-Vinylacetatcopolymer, Ethylenmethacrylatcopolymeren und -terpolymeren, chloriertem Polyethylen, chlorsulfoniertem Polyethylen, alkyliertem chlorsulfoniertem Polyethylen, Trans-Polyoctenamer, Polyacrylkautschuk, nicht-acryliertem cis-1,4-Polybutadien und Mischungen davon bestehenden Gruppe gewählt sein. In alternativen Ausführungen sind die Kautschuke EPDM, hydrierter Acrylnitrilkautschuk, Naturkautschuk, Polybutadien oder Styrol-Butadienkautschuk. In anderen alternativen Ausführungen umfasst die Elastomerzusammensetzung Styrol-Butadienkautschuk und Naturkautschuk oder Polybutadien und Naturkautschuk.

Das Ethylen-Alphaolefinelastomer umfasst Copolymere, zusammengesetzt aus Ethylen- und Propyleneinheiten (EPM), Ethylen- und Buteneinheiten, Ethylen- und Penteneinheiten oder Ethylen- und Octeneinheiten (EOM), und Terpolymere, zusammengesetzt aus Ethylen- und Propyleneinheiten und einer ungesättigten Komponente (EPDM), Ethylen- und Buteneinheiten und einer ungesättigten Komponente, Ethylen- und Penteneinheiten und einer ungesättigten Komponente, Ethylen- und Octeneinheiten und einer ungesättigten Komponente, sowie deren Mischungen. Als ungesättigte Komponente des Terpolymers kann jedes geeignete nicht-konjugierte Dien verwendet werden, einschließlich, beispielsweise, 1,4-Hexadien, Dicyclopentadien oder Ethylidennorbornen (ENB). Das in der vorliegenden Erfindung bevorzugte Ethylen-Alphaolefinelastomer enthält 35 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent der Ethyleneinheit, 65 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent der Propylen- oder Octeneinheit und 0 bis 10 Gewichtsprozent der ungesättigten Komponente. In einer bevorzugteren Ausführung enthält das Ethylen-Alphaolefinelastomer 50 Prozent bis 70 Gewichtsprozent der Ethyleneinheit und, in einer meistbevorzugten Ausführung, enthält das Ethylen-Alphaolefinelastomer 55 Prozent bis 75 Prozent der Ethyleneinheit. Das meistbevorzugte Ethylen-Alphaolefinelastomer ist EPDM.

Die vernetzte Elastomerzusammensetzung enthält 1 bis 50 ThK Polyacrylnitrilkurzfaser mit hoher Molmasse. In einer anderen Ausführung sind 1 bis 20 ThK Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse vorhanden. In einer anderen Ausführung sind 1 bis 10 ThK Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse vorhanden. Das die Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse enthaltende vernetzte Elastomer kan in dem Spannabschnitt, belastungstragenden Abschnitt und/oder Polsterabschnitt verwendet werden.

Die Elastomerzusammensetzung enthält eine Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse. Mit "hoher Molmasse" ist eine gewichtsmittlere Molmasse von wenigstens etwa 150.000 gemeint. Mit "Schnitt-" ist gemeint, dass die Fasern nicht fibrilliert sind und einen generell konstanten Querschnitt haben, der im Wesentlichen rund oder nicht rund sein kann. Vorzugsweise ist die Stapelfaser eine Acrylstapelfaser mit 1. Additiven zur Erhöhung der Thermostabilität, oder 2. hohem Modul/hoher Molmasse mit einem Mindestmodul von 5,5 GPa und einer gewichtsmittleren Mindest-Molmasse von 150.000.

Die hierin gebrauchsgeeigneten Fasern können Additive, wie etwa Cyanoguanidin (DICY), Metallsalze, N-substituierte Malimide, usw. enthalten, um die Thermostabilität zu erhöhen. Geeignete Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse können aus Polymeren mit einem Acrylnitrilgehalt von wenigstens 85% (auf Basis des Gewichts von Acrylnitrilmonomer zu Gesamtmonomergehalt des Vorpolymerisationsgemischs) hergestellt werden. Geeignete Fasern können auch aus Polymeren mit einem Acrylnitrilgehalt über 89% hergestellt werden. Geeignete Comonomere können Methylmethacrylat oder Vinylacetat umfassen, welche mit Gehalten von etwa 8,5 Gewichtsprozent vorhanden sein können.

Eine andere geeignete Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse ist die aus einer statistischen Zweikomponentenfaser hergestellte, welche aus einem 50:50-Gemisch eines 90/10-Acrylnitril/Methylmethacrylat- oder vinylacetatcopolymers und einem 93/7-Acrylnitril/Methylmethacrylat- oder Vinylacetatcopolymer hergestellt ist. Andere Comonomere können verwendet werden. Die Kompatibilität solcher anderer Monomere kann von einem Fachmann in der Technik leicht durch einfaches Experimentieren ermittelt werden. Alternativ kann die Acrylfaser Homopolymer sein.

Geeignete Polyacrylnitrilstapelfaserkomponenten mit hoher Molmasse können gekräuselt oder nicht gekräuselt sein.

Geeignete Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse wird einen Modul von 5,5 GPa bis 16,5 GPa, eine zahlenmittlere Molmasse von 150.000 bis 500.000 und eine spezifisches Gewicht von 1,1 bis 1,2 haben. Geeignete Faser wird einen Durchmesser in einem Bereich von 5 bis 15 Mikron und eine Länge von 0,5 bis 15 mm haben.

Eine geeignete Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse ist als CTF 525 von Sterling Fibers, Inc., erhältlich. CTF 525 hat typische physikalische Eigenschaften, wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben:

Tabelle A Typische physikalische Eigenschaften CTF525 Polyacrylnitrilstapelfaser

Die das vernetzte Elastomer und die Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse enthaltende Elastomerzusammensetzung kann in dem Spannabschnitt 21, Polsterabschnitt 23, und/oder den belastungstragenden Abschnitten 22 des Riemens verwendet werden. Vorzugsweise wird die Elastomerzusammensetzung in dem Polsterabschnitt 23 verwendet.

Die Elastomerzusammensetzungen, welche die Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse enthalten, können durch Schwefel, UV-Vulkanisieren oder Peroxid-Aushärtungssystem vernetzt werden. Bekannte Klassen von Peroxiden, die verwendet werden können, umfassen Diacylperoxide, Peroxyester, Dialkylperoxide und Peroxyketale. Spezifische Beispiele umfassen Dicumylperoxid, n-Butyl-4,4-di(t-butylperoxy)valerat, 1,1-di(t-Butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-di(t-Butylperoxy)cyclohexan, 1,1-di(t-Amylperoxy)cyclohexan, Ethyl-3,3-di(t-butylperoxy)butyrat, Ethyl-3,3-di(t-amylperoxy)butyrat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, t-Butylcumylperoxid, &agr;,&agr;'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol, di-t-Butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3, t-Butylperbenzoat, 4-Methyl-4-t-butylperoxy-2-pentanon und Mischungen davon. Das bevorzugte Peroxid ist &agr;,&agr;'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol. Typische Mengen Peroxid belaufen sich auf 1 bis 12 ThK (basiert auf aktiven Teilen Peroxid). Vorzugsweise beläuft sich die Peroxidmenge auf 2 bis 6 ThK.

Während der Vernetzungsreaktion der freien Radikalen ist ein Coagens vorhanden. Coagentien sind monofunktionelle und polyfunktionelle ungesättigte organische Verbindungen, die in Zusammenwirken mit den freien Radikalen-Initiatoren verwendet werden, um verbesserte Vulkanisationseigenschaften zu erzielen. Repräsentative Beispiele umfassen organische Acrylate, organische Methacrylate, Divinylester, Divinylbenzol, Bis-Maleimide, Triallylcyanurate, Polyalkylether und -ester, Metallsalze einer Alpha-Beta-ungesättigten organischen Säure und Mischungen davon. Das Coagens kann in einem Bereich von Niveaus vorliegen. Allgemein gesprochen ist das Coagens in einer Menge vorhanden, die sich auf 0,1 bis 40 ThK beläuft. Vorzugsweise ist das Coagens in einer Menge vorhanden, die sich auf 2 bis 15 ThK beläuft.

Wie oben erwähnt, sind eine Klasse von Coagentien Acrylate und Methacrylate. Repräsentative Beispiele für solche Coagentien umfassen di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle Acrylate, di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle Methacrylate und Mischungen davon. Spezifische Beispiele solcher Coagentien umfassen 1,3-Butylenglycoldiacrylat, 1,3-Butylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat, 2-Henoxyethylacrylat, alkoxyliertes Diacrylat, alkoxyliertes Nonylphenolacrylat, Allylmethacrylat, Caprolactonacrylat, Cyclohexandimethanoldiacrylat, Cyclohexandimethanol, Methacrylatdiethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldimethacrylat, Dipentaerythritolpentaacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat, di-Trimethylolpropantetraacrylat, ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-dimethacrylat, ethoxyliertes Nonylphenolacrylat, ethoxyliertes Tetrabrombisphenol-A-diacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat, ethoxyliertes Bisphenoldimethacrylat, ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Glycidylmethacrylat, hochpropoxyliertes Glyceryltriacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat, Isodecylacrylat, Isodecylmethacrylat, Isoocrylacrylat, Laurylacrylat, Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat, Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Neopentylglycoldimethacrylat, Octyldecylacrylat, Pentaacrylatester, Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat, propoxyliertes Glyceryltriacrylat, propoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat, propoxyliertes Allylmethacrylat, propoxyliertes Glyceryltriacrylat, propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldimethacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Tridecylacrylat, Tridecylmethacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat, trifunktioneller Acrylatester, trifunktioneller Methacrylatester, Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat, tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattriacrylat, tris(2-Hydroxyethyl)isocanurattriacrylat und tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattrimethacrylat.

Die Metallsalze &agr;,&bgr;-ungesättigter organischer Säuren umfassen die Metallsalze von Säuren einschließlich Acryl-, Methacryl-, Malein-, Fumarin-, Ethacryl-, Vinylacryl-, Itakon-, Methylitakon-, Aconit-, Methylaconit-, Kroton-, Alpha-Methylkroton-, Zimt- und 2,4-Dihydroxyzimtsäuren. Die Metalle können Zink, Cadmium, Calcium, Magnesium, Natrium oder Aluminium sein. Zinkdiacrylat und Zinkdimethacrylat werden bevorzugt.

Die Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in der Beschichtungslage kann mit einem Schwefelvulkanisiermittel vulkanisiert werden. Beispiele für geeignete Schwefelvulkanisiermittel umfassen elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder schwefelabgebende Vulkanisiermittel, beispielsweise ein Amindisulfid, Polymerpolysulfide oder Schwefelolefinaddukte.

Vorzugsweise ist das Schwefelvulkanisiermittel elementarer Schwefel. Die Menge an Schwefelvulkanisiermittel wird abhängig von den restlichen Bestandteilen in der Beschichtung und dem jeweiligen Typ des verwendeten Schwefelvulkanisiermittels variieren. Allgemein gesprochen, beläuft sich die Menge an Schwefelvulkanisiermittel auf 0,1 bis 8 ThK, wobei ein Bereich von 1,0 bis 3 bevorzugt wird.

Beschleunigungsmittel können zur Steuerung der Vulkanisation der Beschichtung erforderlichen Zeit und/oder Temperatur verwendet werden. Wie den Fachleuten bekannt ist, kann ein Einzelbeschleunigungsmittel verwendet werden, das in Mengen in einem Bereich von 0,2 bis 3,0 ThK vorliegt. Alternativ können Kombinationen von zwei oder mehr Beschleunigungsmitteln verwendet werden, die aus einem Primärbeschleunigungs-mittel bestehen, das generell in einer größeren Menge (0,3 bis 3,0 ThK) verwendet wird, und einem Sekundärbeschleunigungsmittel, das generell in kleineren Mengen (0,05 bis 1,50 ThK) verwendet wird, um die Eigenschaften der Kautschukmasse zu aktivieren und zu verbessern. Von Kombinationen dieser Beschleunigungsmittel ist bekannt, dass sie synergetische Wirkungen auf die Endeigenschaften hervorrufen und etwas besser sind als diejenigen, die durh die Verwendung eines der Beschleunigungsmittel allein produziert werden. Auch ist die Verwendung von Beschleunigungsmitteln mit verzögerter Wirkung bekannt, die von normalen Verarbeitungstemperaturen nicht angegriffen werden und auf gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen zufriedenstellende Aushärtungen produzieren. Geeignete Typen von Beschleunigungsmitteln umfassen Amine, Disulfide, Guanidine, Thiocarbamide, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und die Xanthate. Beispiele für spezifische Verbindungen, die geeignet sind, umfassen Zinkdiethyldithiocarbamat, 4,4'-Dithiodimorpholin, N,N-Di-Methyl-S-tertbutylsulfenyldithiocarbamat, Tetramethylthiuramdisulfid, 2,2'-Dibenzothiazyldisulfid, Butyraldehydanilinmercaptobenzothiazol, N-Oxydiethylen-2-benzothiazolsulfenamid. Vorzugsweise ist das Beschleunigungsmittel ein Sulfenamid.

Üblicherweise wird eine als Anvulkanisationshemmer bekannte Klasse von Verbindungsmaterialien verwendet. Phthalsäureanhydrid, Salicylsäure, Natriumacetat und N-Cyclohexylthiophthalimid sind bekannte Hemmmittel. Hemmmittel werden im allgemeinen in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 0,5 ThK verwendet.

Konventionelle Carbon Black-Arten können ebenfalls in der Zusammensetzung vorliegen. Solche Carbon Black-Arten werden in konventionellen Mengen verwendet, die sich auf 5 bis 250 ThK belaufen. Vorzugsweise werden die Carbon Black-Arten in einer Menge verwendet, die sich auf 20 bis 100 ThK beläuft. Repräsentative Beispiele von Carbon Black-Arten, die verwendet werden können, umfassen die durch ihre ASTM-Bezeichnungen bekannten N110, N121, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N550, N582, N630, N624, N650, N660, N683, N754, N762, N907, N908, N990, N991 und Mischungen davon.

Von den Fachleuten in der Technik wird leicht verstanden, dass die Kautschukzusammensetzung durch in der Kautschukverbindungstechnik allgemein bekannte Verfahren hergestellt würde, wie etwa Mischen der verschiedenen bestandteilbildenden Kautschuke mit verschiedenen üblicherweise verwendeten Additivmaterialien, wie beispielsweise Vulkanisierhilfsmitteln und Verarbeitungszusätzen, wie etwa Ölen, Harzen einschließlich klebrigmachender Harze und Weichmacher, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Wachsen, Antioxidantien und Ozonschutzmitteln. Die oben erwähnten Additive werden in konventionellen Mengen ausgewählt und gemeinsam verwendet.

Typische Mengen klebrigmachender Harze, wenn verwendet, umfassen 0,5 bis 10 ThK, üblicherweise 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Verarbeitungshilfsmitteln umfassen 1 bis 50 ThK. Solche Verarbeitungshilfsmittel können beispielsweise Polyethylenglycol, naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle umfassen. Typische Mengen Antioxidantien umfassen 1 bis 5 ThK. Ein repräsentatives Antioxidans ist Trimethyldihydrochinolin. Typische Mengen Fettsäuren, falls verwendet, die Stearinsäure umfassen können, umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen Wachse umfassen 1 bis 5 ThK. Oft werden mikrokristalline und Carnaubawachse verwendet. Typische Mengen Weichmacher, falls verwendet, umfassen 1 bis 100 ThK. Repräsentative Beispiele solcher Weichmacher umfassen Dioctylsebacat, chlorierte Paraffine und dergleichen.

Es können verschiedene Nicht-Carbon Black-Füllstoffe und/oder Verstärkungsmittel zugesetzt werden, um die Stärke und Integrität der Kautschukzusammensetzung zur Herstellung des Kraftübertragungsriemens der vorliegenden Erfindung zu erhöhen. Ein Beispiel eines Verstärkungsmittels ist Silika. Silika kann in der vorliegenden Erfindung in Mengen von 0 bis 80 Gewichtsanteilen und vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsanteilen, basiert auf 100 Teilen Kautschuk, verwendet werden. Es können auch anderen Nicht-Carbon Black-Füllstoffe verwendet werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Ton, abgeschiefertem Ton, Talke, Glimmer, Kalziumkarbonat, Stärke und Holzmehl.

Zusätzlich zu den kleingeschnittenen Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse kann die Elastomerverbindung auch zusätzliche Fasern oder Flockfaser enthalten. Die innerhalb der Elastomermischung zu verteilenden optionellen Fasern oder Flockfasern können jedes geeignete Material sein und sind vorzugsweise nichtmetallische Fasern wie etwa Baumwolle oder aus einem geeigneten synthetischen Material, einschließlich Aramid, Nylon, Polyester, PTFE, Glasfaser und dergleichen hergestellte Fasern. Jede Faser kann einen Durchmesser im Bereich von 0,001 Zoll bis 0,050 Zoll (0,025 mm bis 1,3 mm) und eine Länge im Bereich von 0,001 Zoll bis 0,5 Zoll (0,025 mm bis 12,5 mm) haben. Die Fasern können in einer sich auf 5 bis 50 ThK belaufenden Menge verwendet werden.

Zusätzlich zu dem Obigen können feste anorganische Schmiermittel in der Elastomerverbindung vorhanden sein. Repräsentative Beispiele solcher Schmiermittel umfassen Molybdändisulfid, PTFE, Molybdändiselenid, Graphit, Antimontrioxid, Tungstendisulfid, Talk, Glimmer, Tungstendiselenid und Mischungen davon. Die Menge solcher fester anorganischer Schmiermittel, falls verwendet, beläuft sich generell auf 1 bis 25 ThK.

Das Mischen der Kautschukzusammensetzung kann durch den Fachleuten in der Technik bekannte Verfahren vollzogen werden. Beispielsweise können die Inhaltsstoffe in einer Stufe gemischt werden, werden jedoch typischerweise in zumindest zwei Stufen gemischt, nämlich zumindest einer nicht-produktiven Stufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe. Die Endaushärtemittel einschließlich Vulkanisiermitteln werden typischerweise in der Endstufe gemischt, die konventionell die "produktive" Mischstufe genannt wird, worin das Mischen typischerweise auf einer Temperatur, oder Höchsttemperatur, stattfindet, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en) der vorangehenden nicht-produktiven Mischstufe(n).

Das Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zur Verwendung in dem Riemen wird im allgemeinen auf konventionellen Temperaturen im Bereich von 160°C bis 190°C durchgeführt. Vorzugsweise wird die Vulkanisation auf Temperaturen im Bereich von 170°C bis 180°C durchgeführt.

Bezugnehmend auf 2 ist dort ein Endlos-Kraftübertragungsriemen 50 gemäß einer anderen Ausführung dargestellt. Gleichartig dem Riemen 20 von 1 umfasst der Riemen 50 einen Spannabschnitt 51, einen Polsterabschnitt 53 und einen belastungstragenden Abschnitt 55, der zwischen dem Spannabschnitt 51 und dem Polsterabschnitt 53 angeordnet ist. Der Riemen 50 von 1 weist eine Vielzahl von Rippen 59 oder Keilen, eine Textilrückschicht 60 und eine Antriebsfläche 57 auf. Der belastungstragende Abschnitt 55 weist belastungstragende Mittel in Form belastungstragender Korde 61 oder Filamente auf, die in eine Elastomermasse 63 eingebettet sind. Die in dem Polsterabschnitt 53 befindliche Elastomerverbindung ist als Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse enthaltend illustriert.

Wie den Fachleuten bekannt ist, können Kraftübertragungsriemen auf einer Trommelvorrichtung gebaut werden. Zuerst wird die Rückschicht als Bogen auf die Trommel aufgebracht. Als nächstes wird ein jeweiliger Spannabschnitt als Bogen aufgebracht, gefolgt vom spiralförmigen Aufbringen der Kord- oder Zugelemente (belastungstragender Abschnitt) auf die Trommel. Danach wird der Polsterabschnitt aufgebracht und wird von dem Textil gefolgt, falls verwendet. Das zusammengefügte Laminat oder Slab und die Trommel werden in einer Form plaziert und vulkanisiert. Nach der Vulkanisation werden Rippen in den Slab geschnitten und der Slab wird auf eine den Fachleuten in der Technik bekannte Weise zu Riemen zerschnitten.

Die Erfindung ist weiter durch die nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele illustriert.

BEISPIELE

In den nachfolgenden Beispielen wurden physikalische Tests für unvulkanisierte und mittels einer Form geformte Verbindungen durchgeführt. Die Eigenschaften der vulkanisierten Kautschuke wurden gemäß den folgenden Testprotokollen gemessen: MDRs durch ASTM D5289-95; Härte durch ASTM D2240-97; spezifisches Gewicht durch ASTM D297-93; Reißfestigkeit Werkzeug C durch ASTM D624-98; Zugeigenschaften durch ASTM D412-98a; mit der Modifikation, dass die Grifftrennrate 152 pro Minute betrug, um sich an die Faserfüllung der Riemen anzupassen (siehe US-A-5.610.217) und dynamische Testdaten durch ASTM D5992-96. Die Faserausrichtung wurde durch das Verhältnis der physikalischen Eigenschaften in der "Hin"-Richtung (Maschinenrichtung) zu den physikalischen Eigenschaften in der "Gegen"Richtung (senkrecht zur Maschinenrichtung) bewertet.

Kautschukzusammensetzungen, die die in den Tabellen 1-3 aufgeführten Materialien enthielten, wurden in einem BR BanburyTM-Mischer unter Verwendung zweier getrennter Stufen des Zusetzens (Mischens) hergestellt, nämlich einer nicht-produktiven Mischstufe und einer produktiven Mischstufe. Proben enthielten auch herkömmliche Mischbestandteile, z.B. Prozessöl, Schwefel oder Peroxid, Stearinsäure, Zinkoxid, Antidegredantien und (ein oder mehrere) Beschleunigungsmittel, zusätzlich zu den Bestandteilen in den Tabellen 1-3. Die Zusammensetzungen in jedem Beispiel waren identisch, außer in Hinblick auf das Vorhandensein von Schnittfasern, wie in den Tabellen 1-3 angedeutet.

Die Proben wurden auf 151°C oder 171°C etwa 20-30 Minuten, wo dies geeignet war, vulkanisiert. Die auf ihre dynamischen Eigenschaften getesteten Proben wurden zusätzlich 15 Minuten lang vulkanisiert.

BEISPIEL 1 Vergleich von HMW PAN und Aramid in EPDM

In diesem Beispiel wurde Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse (Probe 3) in einer peroxidvulkanisierten EPDM-Kautschukverbindung ausgewertet. Die Kontrollproben 1, 2 und 4 beinhalteten verschiedene herkömmliche Aramid-Schnittfasern.

TABELLE 1
  • 1Royalene 580HT
  • 2Sterling NS-1
  • 3T302 1,5 denier (1 den = 0,1 tex)
  • 4TEIJIN CONEX
  • 5Sterling CTF525
  • 6T320 0,75 denier

BEISPIEL 2 Vergleich von HMW PAN und Aramid in Neopren

In diesem Beispiel wurde kleingeschnittene Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse in einer Polychloroprenkautschukmischung bewertet und mit gleichartigen Mischungen, die herkömmliche Aramidschnittfasern enthielten, verglichen.

TABELLE 2
  • 1Baypren 116
  • 2N-550
  • 3AKROFLOCK
  • 4TEIJIN CONEX
  • 5CTF525

BEISPIEL 3 Vergleich von HMW PAN und LMW PAN in SBR/NR

In diesem Beispiel wurde Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse in einer schwefelvulkanisierten Styrol-Butadien- und Naturkautschukmischung bewertet und mit gleichartigen Mischungen, die herkömmliche kleingeschnittene Polyacrylnitrilfasern enthielten, verglichen.

TABELLE 3
  • (1) PLIOFLEX 1502
  • (2) SMR5L
  • (3) N-550
  • (4) HI-SIL (R) 243LD
  • (5) CTF525
  • (6) CTF395
  • (7) Mini Fiber InC AEES4, 1,5 den, 1 mm

Die Daten von Beispiel 3 demonstrieren, dass eine höhere dynamische Steifigkeit für Kautschukzusammensetzungen erhalten wird, die die Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse enthalten. Hohe Werte dynamischer Steifigkeit sind in einer Riemenmischung wünschenswert, da dynamische Steifigkeit eine gute Anzeige von Gürtelverwindungsfestigkeit ist. Die Daten demonstrieren weiter einen hohen Modul bei niedrigen Ausdehnungen in der Richtung im Wesentlichen parallel zur Faserorientierung, für Proben, die die Polyacrylnitrilstapelfaser enthalten. Somit sind gleichartige Molwerte bei niedriger Ausdehnung in Riemen erhaltbar, die unter Verwendung der Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse hergestellt worden sind, unter Verwendung von weniger Faser als für ein Polyacrylnitril mit niedrigerer Molmasse erforderlich ist. Mit anderen Worten zeigen, bei gleichen Faserfüllgraden, Proben, die Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse enthalten, eine höhere dynamische Steifigkeit, Modul und Härte als gleichartig mit Polyacrylnitril mit niedriger Molmasse gefüllte Proben. Gleichermaßen ist für äquivalente physikalische Eigenschaften eine geringere Befüllung der Faser mit hoher Molmasse gegenüber der Faser mit niedriger Molmasse erforderlich. Dies kann zu erheblichen Kostenersparnissen führen, in Anbetracht der hohen Kosten relativ zu anderen Komponenten der Kautschukzusammensetzung. Mit der Faser mit hoher Molmasse hergestellte Proben haben auch eine überlegene Druckverformungsfestigkeit und sind beständiger gegen Scherkräfte beim Mischen, Kalandern, Extrudieren und Formen als die Polyacrylnitrilfasern mit niedrigerer Molmasse. Weiter kann mit den Fasern mit hoher Molmasse hergestellte Mischung bei der Verarbeitung durch Maschinenausrüstung, wie etwa Kalander und Extruder, leichter zu orientieren sein als Mischungen, die mit Polyacrylnitril mit niedriger Molmasse hergestellt sind.


Anspruch[de]
Ein Endlos-Kraftübertragungsriemen (20, 50), umfassend:

(1) einen Spannabschnitt;

(2) einen Polsterabschnitt; und

(3) einen zwischen besagtem Spannabschnitt und besagtem Polsterabschnitt angeordneten belastungstragenden Abschnitt;

wobei der Riemen (20, 50) eine Elastomerzusammensetzung enthält, welche einen vernetzten Kautschuk enthält; dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerzusammensetzung weiter 1 bis 50 ThK Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse mit einem Modul von 5,5 bis 16,5 GPa und einer zahlenmittleren Molmasse von 150.000 bis 500.000 umfasst.
Der Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1, wobei besagte Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse Eigenschaften aufweist, einschließlich einer Dichte von 1,16 g/cm3 bis 1,20 g/cm3, bevorzugt 1,18 g/cm3, einer durchschnittlichen Länge von 0,5 bis 10 mm, eines durchschnittlichen Durchmessers von 10 bis 14 Mikron, bevorzugt 12 Mikron, eines durchschnittlichen Denier von 1,0 bis 1,4 dtex, bevorzugt 1,2 dtex, einer Zugfestigkeit von 1000 MPa bis 1200 MPa, bevorzugt 1100 MPa, eines Moduls von 13,5 GPa bis 14,1 GPa, bevorzugt 13,8 GPa, und einer Verlängerung von 10% bis 14%, bevorzugt 12%. Der Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1 oder 2, wobei besagter vernetzter Kautschuk aus der aus einem Ethylen-Alphaolefinelastomer, Silikonkautschuk, Polychloropren, Polybutadien, Epichlorhydrin, Acrylnitrilkautschuk, hydriertem Acrylnitrilkautschuk, Zinksalzen von ungesättigtem Carboxylsäureestergepfropftem hydrierten Nitrilbutadienelastomer, Naturkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Ethylen-Vinylacetatcopolymer, Ethylenmethacrylatcopolymeren und -terpolymeren, chloriertem Polyethylen, chlorsulfoniertem Polyethylen, alkyliertem chlorsulfoniertem Polyethylen, Trans-Polyoctenamer, Polyacrylkautschuk und Mischungen davon bestehenden Gruppe gewählt ist. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerzusammensetzung weiter wenigstens eine Schnittfaser umfasst, gewählt aus der aus Aramid, Nylon, Polyester, PTFE, Glasfaser und Baumwolle bestehenden Gruppe. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge an Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse sich auf 1 bis 20 ThK beläuft und/oder wobei der Durchmesser der Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse sich auf 5 bis 15 Mikron beläuft. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse sich auf 0,5 bis 15 mm beläuft. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei besagte Elastomerzusammensetzung sich in dem Polsterabschnitt des Riemens oder in dem Lasttragabschnitt des Riemens oder in dem Spannabschnitt des Riemens befindet und/oder wobei besagte Elastomerzusammensetzung EPDM umfasst. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei besagte Elastomerzusammensetzung Styrol-Butadienkautschuk und Naturkautschuk umfasst oder wobei besagte Elastomerzusammensetzung Polybutadien und Naturkautschuk umfasst. Der Kraftübertragungsriemen von wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerzusammensetzung einen aus Carbon Black, Silika, Ton, abgeschiefertem Ton, Talk, Glimmer, Kalziumkarbonat, Stärke und Holzmehl ausgewählten Füllstoff enthält.






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