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HINTER GRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kautschukzusammensetzungen für Antriebsriemen,
Herstellungsverfahren für
diese und Antriebsriemen unter Verwendung derselben.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Antriebsriemen
werden allgemein in reibschlüssige
Antriebsriemen, welche die Kraftübertragung
unter Nutzung der Reibungskraft gegen Riemenscheiben ausführen, und
Zahnriemen, welche die Kraftübertragung
unter Nutzung eines physikalischen Eingriffs mit Riemenscheiben
ausführen,
eingeteilt.
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Bezüglich der
reibschlüssigen
Antriebsriemen gibt es neben den herkömmlichen Flachriemen verschiedene
Arten von Riemen wie Keilrippenriemen für das Antreiben von Zusatzeinrichtungen
von Kraftfahrzeugmotoren, flankenoffene Keilriemen vertreten durch
einseitig gezahnte Keilriemen (deren Innenumfangsfläche gezahnt ist)
und beidseitig gezahnte Keilriemen (deren Innenumfangsfläche und Außenfläche gezahnt
sind), welche für
den Gangwechsel bei Fahrrädern
und dergleichen verwendet werden, Hybridkeilriemen (mehrere Blöcke greifen mit
einem Paar rechter und linker Zugbänder bei einer vorgegebenen
Teilung und bei regelmäßigen Intervallen
in Längsrichtung
des Riemens), welche in Trocken-CVT-Getrieben (= stufenlos variable
Getriebe) von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
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Bei
allen Arten von reibschlüssigen
Antriebsriemen wird in letzter Zeit die Verkleinerung der Riemenbreite
als Reaktion auf die Forderung nach Raumersparnis vorangetrieben.
In Verbindung damit ist eine Steigerung der Antriebskraft pro Riemeneinheitsbreite
erwünschter,
und eine größere Beständigkeit
gegenüber
der Einsatzumgebung, welche anspruchsvoller wurde, z. B. Temperaturanstieg,
ist ebenfalls erwünscht.
Aus diesem Grund müssen
die für
die reibschlüssige Übertragung
verwendeten Kautschukmaterialien Eigenschaften aufweisen, welche
einen Ausgleich zwischen Wärmiealterungsbeständigkeit,
Rissfestigkeit, niedriger bleibender Dehnung, hoher Elastizität, geringer
Eigenerwärmung, Abriebbeständigkeit,
guter Bearbeitbarkeit bieten. Insbesondere zur Verwirklichung einer
Hochleistungskraftübertragung,
welches die primäre
Funktion ist, muss die Kautschukzusammensetzung nach der Quervernetzung
eine hohe Elastizität
aufweisen.
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Zur
Erfüllung
der obigen Forderungen wurde, wie in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 5-272595A offenbart, Peroxid, welches hydrierten
Acrylnitrilbutadienkautschuk (nachstehend als "H-NBR" bezeichnet) quervernetzt, verwendet,
welcher mit einem Metallsalzmonomer ungesättigter Carbonsäure vertreten
durch Zinkdimethacrylat und Zinkdiacrylat verstärkt wird. Bei Verwendung dieses
H-NBR nimmt die Elastizität
des Kautschukmaterials um so mehr zu, je größer die Menge eines Metallsalzmonomers
wird. Dies ist bei Hochleistungskraftübertragung effektiv, kann aber
eine Reduzierung der Wärmealterungsbeständigkeit
und der Rissfestigkeit des Kautschuks sowie eine Zunahme der bleibenden
Dehnung bewirken. Daher wurde eine optimale Menge des ungesättigten
Metallsalzmonomers zur Realisierung unter Berücksichtigung von Antriebskraft,
Wärmebeständigkeit,
Rissfestigkeit und niedrigerer bleibender Dehnung entsprechend der
Verwendung in den Antriebsriemen gefunden.
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Neben
den obigen Forderungen sind weltweit verwendbare Antriebsriemen
erwünscht,
welche in kalten Klimazonen wie Nordamerika und den skandinavischen
Ländern
eine geforderte Haltbarkeitseigenschaft erfüllen. Zum Erfüllen dieser
Forderungen stehen Ethylen-α-Olefin-Elastomere
wie Ethylenpropylen-Copolymere (EPM), Ethylenpropylendien-Terpolymere
(EPDM), Ethylenokten-Copolymere im Mittelpunkt des Interesses als
Kautschukmaterialien für Antriebsriemen,
welche beide Eigenschaften der Wärmebeständigkeit
und der Kältebeständigkeit
bieten.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 5-17635 zum
Beispiel offenbart eine Kautschukzusammensetzung, deren Elastizität durch
Mischen eines Metallsalzmonomers ungesättigter Carbonsäure mit
einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer, dessen
Ethylengehalt unter etwa 70 Molprozent liegt, oder durch Mischen
eines Metallsalzmonomers ungesättigter
Carbonsäure
mit einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer, dessen
Ethylengehalt über etwa
75 Molprozent liegt, verbessert wird.
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Die
internationale Schrift Nr. 97/22662 offenbart, dass die Kautschukelastizität durch
Mischen von 32 bis 100 Gewichtsteilen eines Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
auf 100 Gewichtsteile eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers verbessert
wird.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 60-92237A offenbart
eine Kombination aus Kautschuk auf Dien-Basis und einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer.
Diese Quelle offenbart, dass etwa 25 bis 85 Gewichtsteile Zinkdimethacrylat
mit 100 Gewichtsteilen eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers gemischt
werden, wodurch Kältebeständigkeit und
hohe Elastizität
geboten werden. Ferner offenbart sie das Mischen von Kautschuk auf
Dien-Basis, zum Beispiel Naturkautschuk, SBR, NBR, CR.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 5-271475 offenbart
eine Kombination aus H-NBR und einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer. Diese Quelle
offenbart, dass eine gehärtete
Verbindung einer Kautschukzusammensetzung, welche weniger bleibende
Verformung aufweist und eine ausgezeichnete Ozonbeständigkeit,
Kältebeständigkeit
und Festigkeit besitzt, durch Mischen von 10 bis 80 Gewichtsteilen
eines auf Ethylen basierenden Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure wie
Zinkdimethacrylat und von 0,2 bis 10 Gewichtsteilen eines organischen
Peroxids mit 100 Gewichtsteilen einer Polymerkomponente bestehend
aus 10 bis 40 Gewichtsteilen eines Ethylen enthaltenden, mit ungesättigtem
Nitril konjugierten, hochgesättigten
Copolymerkautschuks auf Dien-Basis, wie H-NRB, und 90 bis 60 Gewichtsteilen
eines Polymers auf Polyethylen-Basis erhalten wird. Als Polymer
auf Polyethylen-Basis wird ein Ethlylen-α-Olefin-Elastomer bestehend
aus einer Gruppe eines EMP, eines EPDM und eines Ethylen-Okten-Copolymers
offenbart.
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Die
veröffentlichte
japanische Übersetzung der
internationalen PCT-Schrift für
die Patentanmeldung Nr. 9-500930 offenbart ein Mischen von etwa
1 bis 30 Gewichtsteilen eines Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure mit
100 Gewichtsteilen eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers für das Verstärken des
Kautschuks und Mischen von bis zu 25 Gewichtsteilen eines H-NBR.
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Die
internationale Schrift Nr. 97/22663 offenbart ein Mischen von 5
bis 80,5 Gewichtsteile eines Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure mit
einem Basiskautschuk bestehend aus 41 bis 49 Gewichtsteilen eines
Ethlylen-α-Olefin-Elastomers und 59
bis 61 Gewichtsteilen eines H-NBR.
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Dagegen
werden verschiedene Arten von Zahnriemen in verschiedenen Fällen, zum
Beispiel für
Bürogeräte wie Kopiergeräte und Drucker,
allgemeine industrielle Anlagen wie Spritzgießpressen und für das Antreiben
von obenliegenden Nocken, Kraftstoffeinspritzpumpen, Wasserpumpen
und Ölpumpen
für Kraftfahrzeugmotore
verwendete Geräte, eingesetzt.
Die Zahnriemen aller Arten sollen eine hohe Antriebskraft bei Hochleistungseinsatz
bei hoher Temperatur aufweisen.
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Die
Zahnriemen für
das Antreiben der oben erwähnten
obenliegenden Nocke, der Kraftstoffeinspritzpumpen, Wasserpumpen, Ölpumpen
und dergleichen zum Beispiel sollen eine hohe Antriebskraft in Verbindung
mit der Tatsache haben, dass die Einsatzbedingungen (d.h. höhere Motorleistung,
Lufttemperaturanstieg und dergleichen) schwieriger geworden sind.
Weiterhin sollen die Zahnriemen gute Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit,
Kältebeständigkeit,
Rissfestigkeit, niedrige bleibende Dehnung, Elastizität, niedrige
Eigenerwärmung
und Abriebbeständigkeit
ebenso wie in den reibschlüssigen Antriebsriemen
aufweisen. Für
Spritzgießpressen
in der Industrie verwendete Zahnriemen sollen in jüngster Zeit
eine hohe Antriebskraft ebenso wie die Zahnriemen für Kraftfahrzeuge
aufweisen.
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Wen
die auf einen Riemen ausgeübte
Last steigt, wird die auf das Zahnteil ausgeübte Scherspannung groß. Dies
bewirkt ein Zahnabsplittern aufgrund Rissbildung oder ein Ablösen eines
Kautschukzahns, was zu einer verkürzten Lebensdauer führt. Zur
Lösung
dieses Problems ist bekannt, dass eine Zunahme der Steifigkeit des
Zahnteils die Haltbarkeit verbessert. Demnach ist es zum Verbessern der
Steifigkeit des Zahnteils erforderlich, die Elastizität des den
Zahnteil bildenden Kautschuks zu verbessern.
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Zum
Verbessern der Steifigkeit wurden verschiedene Arten von Kautschukzusammensetzungen,
in denen H-NBR mit einem Metallsalz ungesättigter Carbonsäure verstärkt ist,
für das
Erzeugen hoher Elastizität,
Wärmebeständigkeit,
hoher Festigkeit, Abriebbeständigkeit
und dergleichen als Kautschukmaterialien von Zahnriemen für die Hochleistungskraftübertragung
vorgeschlagen.
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Weiterhin
werden als handelsübliche H-NBR,
verstärkt
mit einem Metallsalz ungesättigter Carbonsäure, Zeoforte
ZSC (Handelsbezeichnung), hergestellt von ZEON CORPORATION, und
Therban ART (Handelsbezeichnung), hergestellt von Bayer Ltd., beispielhaft
erwähnt.
Da die mit dem Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
verstärkten
H-NBR eine hohe Elastizität,
Wärmebeständigkeit
und Ölbeständigkeit
aufweisen, verbessert das Verwenden der Kautschukzusammensetzung
für den
Zahnkautschuk die Haltbarkeit des Zahnteils beträchtlich.
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Andererseits
wird auf die folgenden Probleme hingewiesen.
- 1)
Die Rissfestigkeit ist aufgrund hoher Polarität bei niedriger Temperatur
ungenügend.
- 2) Der druckbedingte bleibende Dehnung des Kautschuks ist aufgrund
der ionischen Bindung eines Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure ausgeprägt, so dass
eine offenkundige Verlängerung durch
eine Dauerverformung des Zahnteils groß ist.
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Zur
Lösung
der obigen Probleme offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr. 2002-194114, dass die Glasübergangstemperatur durch
Reduzieren der Menge des gebundenen Acrylnitrils eines H-NBR auf
10 bis 30% oder durch Anheben der Menge eines Weichmachers gesenkt
wird.
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Die
Kautschukzusammensetzungen für
Antriebsriemen müssen
neben einem ausgewogenen Verhältnis
der obigen Eigenschaften auch eine gute Kautschukbearbeitbarkeit
wie Knetbearbeitbarkeit, Wälzbearbeitbarkeit
aufweisen. Da die Antriebsriemen bildenden Kautschukmaterialien
im Einzelnen eine niedrige Eigenerwärmung bei dynamischer Verformung
aufweisen müssen,
muss die Mischmenge eines anorganischen Füllstoffs in der Kautschukzusammensetzung,
wie z.B. Carbon-Black, Siliciumdioxid, Calciumcarbonat, niedrig
angesetzt werden, nämlich
auf 50 Gesichtsteile oder weniger pro 100 Gewichtsteile eines Hauptkautschuks.
Ein solcher in geringerer Menge beigemischter Füllstoff bewirkt jedoch eine
schlechtere Gleichmäßigkeit
der Felloberfläche
nach Verarbeiten der Kautschukzusammensetzung zu einem Fell durch
Mahlen im Walzwerk. Andererseits wird allgemein ein organischer
Füllstoff in
Kurzfaserform verwendet. Die Kautschukzusammensetzung, welche eine
solche geringere Menge organischen Füllstoffs enthält, bewirkt
jedoch eine äußerst niedrige
Fließfähigkeit
der Kautschukzusammensetzung und eine geringere Integralität der Kautschukzusammensetzung
bei Kneten mit dem Ergebnis schlechterer Bearbeitbarkeit beim Mahlen
im Walzwerk.
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Zur
Lösung
der obigen Probleme offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldungsschrift Nr.
2002-81506 die Verwendung eines Hauptkautschuks (Ethlylen-α-Olefin-Elastomer)
geringen Molekulargewichts, zum Beispiel mit einer Mooney-Viskosität ML(1+4) von 50 oder weniger bei 100°C (etwa 33 oder
weniger bei 125°C),
um die Verarbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung für Antriebsriemen,
mit welcher wie oben Kurzfaser mit einer kleinen Menge Füllstoff
gemischt ist, zu verbessern. Laut dieser Gazette wird die Kautschukelastizität einer nicht
quervernetzten Kautschukzusammensetzung gemindert und seine Fließfähigkeit
verbessert, mit dem Ergebnis guter Bearbeitbarkeit beim Wälzen und
Kneten. Im Allgemeinen liegt die Mooney-Viskosität ML(1+4) eines
für Antriebsriemen
verwendeten Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
bei 50 oder weniger bei 125°C,
und für bessere
Bearbeitbarkeit liegt die Mooney-Viskosität ML(1+4) bei
40 oder weniger.
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Unter
Bezug auf Kautschukmaterialien für reibschlüssige Antriebsriemen
wird jedoch, wenn eine zufriedenstellende Biegsamkeit bei einer
niedrigeren Temperatur unter –35°C erhalten
wird, die Menge des gebundenen Acrylnitrils in einem H-NBR reduziert,
und es muss eine große
Menge Weichmacher wie Öl
zugegeben werden, selbst wenn der H-NBR mit dem Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
verstärkt
ist. Dies führt
zu geringerer Elastizität
und ausgeprägterer
bleibender Dehnung, wodurch die Ausgewogenheit der oben erwähnten Eigenschaften, welche
für Antriebsriemen
erforderlich sind, schlechter wird.
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Unter
Bezug auf Kautschukmaterialien, deren Grundmaterial ein Ethlylen-α-Olefin-Elastomer ist, erhöht ein Anheben
der Menge eines Füllstoffs wie
Carbon-Black für
das Verbessem der Elastizität die
Eigenerwärmung
beim Biegen des Kautschuks extrem und schwächt die Rissfestigkeit ab,
was keine Realisierbarkeit bedeutet.
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Das
Mischen eines Metallsalzmonomers ungesättigter Carbonsäure mit
einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
erreicht weniger Festigkeit. Dies könnte an einer geringeren Dispergierungsfähigkeit
des Metallsalzmonomers liegen. Zwar wird die Elastizität verbessert,
doch wird die Rissfestigkeit in diesem Fall viel schlechter, mit
dem Ergebnis keiner Verbesserung der Biegsamkeit und der Beständigkeit
gegenüber
bleibender Dehnung. Das Mindern der Rissfestigkeit könnte auch
durch eine geringere Dispergierungsfähigkeit des Metallsalzmonomers
verursacht werden.
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Der
prozentual höhere
Ethylengehalt, d.h. 75% oder mehr in dem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer, könnte eine
hohe Festigkeit bewirken, verursacht aber eine Kristallisation bei
niedriger Temperatur, wodurch die Biegsamkeit des Riemens bei niedriger Temperatur
abgeschwächt
wird.
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Das
Mischen einer großen
Menge eines Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
mit einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
führt dagegen
zu hoher Elastizität
des Kautschuks, so dass es schwierig ist, einen Kautschuk mit ausgezeichneter
Rissfestigkeit zu erhalten. Selbst wenn die Rissfestigkeit durch
Hinzufügen
einer großen
Menge Weichmacher verbessert würde,
wird die bleibende Dehnung bei Druck ausgeprägter. Daher neigen Keilriemen
zu einer Verformung durch Dehnschlupf bei starkem seitlichen Druck
von den Riemenscheiben, wobei keine Haltbarkeit erzielt wird.
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Die
Kombination eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
mit einem Kautschuk auf Dien-Basis verbessert
das Problem der bleibenden Dehnung, verschlechtert aber die Wärmealterungsbeständigkeit.
Somit wird keine Zusammensetzung erhalten, welche einer thermischen
Vorgeschichte hoher Temperatur standhalten kann, was in den letzten
Jahren gefordert wird.
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Weiterhin
wurde geprüft,
dass ein H-NBR mit einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer kombiniert
wird und ein auf Ethylen basierendes Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
damit gemischt wird. Es müssen jedoch
verschiedene Arten von Bedingungen wie Mischverhältnis der Kautschukzusammensetzung zur
Elastomerzusammensetzung, Art der Elastomerzusammensetzung, das
Kristallisationsmaß und
das Molekulargewicht für
das Erreichen von für
Hochleistungsantriebsriemen erforderlichen ausgewogenen Eigenschaften
wie Wärmebeständigkeit,
Kältebeständigkeit,
Rissfestigkeit, niedrige bleibende Dehnung, Elastizität, geringe
Eigenerwärmung,
Abriebbeständigkeit
und Bearbeitbarkeit, geprüft
werden. Daher ist es schwierig, optimale Bedingungen zu wählen. Selbst
wenn solche optimalen Bedingungen gewählt werden könnten, ist
es schwierig, immer eine stabile Qualität zu erhalten.
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Unter
Bezug auf Zahnriemen wird bei Reduzieren der Menge gebundenen Acrylnitrils
in einem mit einem Metallsalz ungesättigter Carbonsäure verstärkten H-NBR
auf 10 bis 30% für
das Erreichen ausgezeichneter Rissfestigkeit bei niedriger Temperatur
die bleibende Dehnung bei Druck groß. Weiterhin verschlechtert
eine Erhöhung
der Menge des Weichmachers die bleibende Dehnung bei Druck.
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Unter
Bezug auf eine Kautschukzusammensetzung, bei welcher ein anorganischer
Füllstoff
in geringerer Menge beigemischt wird und Kurzfaser beigemischt wird,
wird die Bearbeitbarkeit verbessert, wenn die Mooney-Viskosität ML(1+4) des Hauptkautschuks wie oben beschrieben
gesenkt wird. Während
es zur Verbesserung der Festigkeit, der Ermüdungsbeständigkeit und Abriebbeständigkeit
nach dem Quervernetzen nötig
ist, das Molekulargewicht des Ethlylen-α-Olefin-Elastomers zu erhöhen, was die
Bearbeitbarkeit verschlechtert, erfordert die Zugabe von Öl zur Verbesserung
der Bearbeitbarkeit eine große
Menge Füllstoff
wie Carbon-Black für
das Erreichen optimaler Elastizität nach dem Quervernetzen, mit
dem Ergebnis schlechter Ermüdungsbeständigkeit
und einer Zunahme der Eigenerwärmung
bei dynamischer Verformung.
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Folglich
ist es schwierig, bei Verwendung eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers als Hauptkautschuk
einer Kautschukzusammensetzung für
Antriebsriemen sowohl ausgezeichnete Kautschukeigenschaften nach
der Quervernetzung als auch Bearbeitbarkeit vor dem Quervernetzen
an die Hand zu geben.
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ZUSAMMENFASSENDE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, bei der Herstellung
von reibschlüssigen
Antriebsriemen oder Zahnriemen die Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Rissfestigkeit, niedrige
bleibende Dehnung, Elastizität,
geringe Eigenwärmung, Abriebbeständigkeit
durch Kombinieren eines H-NBR und eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
ausgewogen zu verbessern.
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Zur
Verwirklichung der obigen Aufgabe wird eine kontinuierliche/disperse
Struktur eingesetzt, bei welcher ein H-NBR in einer dispersen Phase
in einer kontinuierlichen Phase in einem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
dispergiert wird und ein Metallsalz ungesättigter Carbonsäure während der
gesamten kontinuierlichen Phase und dispersen Phase dispergiert wird.
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Im
Einzelnen umfasst die erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung
für Antriebsriemen:
- ein Ethlylen-α-Olefin-Elastomer, welches eine kontinuierliche
Phase in einer kontinuierlichen-dispersen Struktur bildet und dessen
Ethylengehalt bei 60 Masseprozent oder weniger liegt;
- einen hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, welcher eine
disperse Phase in der kontinuierlichen-dispersen Struktur bildet
und dessen Gehalt an gebundenem Acrylnitril bei 30 Masseprozent oder
weniger liegt;
- ein Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure,
welches sowohl in Ethlylen-α-Olefin-Elastomer in der kontinuierlichen
Phase als auch in dem hydrierten Acrylnitrilkautschuk der dispersen
Phase dispergiert ist; und
organisches Peroxid.
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Mit
der obigen Struktur werden die Wärmebeständigkeit,
die Kältebeständigkeit
und die Rissfestigkeit, welches die für Antriebsriemen grundlegenden
Eigenschaften sind, verbessert und es wird eine hohe Elastizität für das Ermöglichen
einer Hochleistungskraftübertragung
sowie ausgezeichnete Kautschukbearbeitbarkeit erzielt.
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Im
Einzelnen werden in der vorliegenden Erfindung ein H-NBR, welches
ein Kautschukmaterial ausgezeichneter Rissfestigkeit ist, und ein
Ethlylen-α-Olefin-Elastomer, welches
ein Kautschukmaterial ausgezeichneter Wärme- und Kältebeständigkeit ist, kombiniert, um
ausgezeichnete Wärmebeständigkeit,
Kältebeständigkeit
und Rissfestigkeit zu erreichen, wobei für das Erreichen hoher Elastizität ein Metallsalz
ungesättigter
Carbonsäure
beigemischt wird. Jedoch senkt das Mischen des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
mit dem H-NBR und dem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
die Rissfestigkeit, während
die Elastizität
verbessert wird.
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Eines
der wichtigen Merkmale der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass
das obige Problem durch Verwenden der kontinuierlichen-dispersen Struktur
und gutes Dispergieren des Metallsalzes der ungesättigten
Carbonsäure
gelöst
wird.
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Zum
einen befindet sich das Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
in der kontinuierlichen Phase für
das Sicherstellen der Kältebeständigkeit
durch Ausnutzen der Eigenschaft des Ethylen-α-Olefin-Elastomers. Durch Gewährleisten
der Kältebeständigkeit durch
Verwenden des Ethlylen-α-Olefin-Elastomers in
der kontinuierlichen Phase ist eine geringere Menge Weichmacher
wie Öl
erforderlich, so dass eine hohe Elastizität erreicht und eine ausgeprägte bleibende
Dehnung vermieden werden kann.
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In
der vorliegenden Erfindung verhindert die Verteilung der dispersen
Phase des H-NBR
in der kontinuierlichen Phase das Wachstum eines Mikrorisses, der
in der kontinuierlichen Phase erzeugt werden kann. Die Beziehung
zwischen der Verhinderung des Risswachstums und breiter Dispersion
des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
ist wie folgt.
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Wenn
das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
der kontinuierlichen Phase (Ethlylen-α-Olefin-Elastomer) und der dispersen
Phase (H-NBR) beigemischt wird, wird die kontinuierliche Phase aufgrund
des Unterschieds der Materialeigenschaft härter als die disperse Phase.
Wenn daher das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
in der kontinuierlichen Phase übermäßig beigemischt
wird, so dass die Menge des Metallsalzes lokal aufgrund schlechter Dispersion
des Metallsalzes in der kontinuierlichen Phase erhöht wird,
kommt es zwangsläufig
zu Rissbildung in der kontinuierlichen Phase und der so erzeugte
Riss wird sofort größer. Daher
kann das Risswachstum selbst in dem Fall, da die disperse Phase in
der kontinuierlichen Phase verteilt ist, nicht verhindert werden.
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Zur
Lösung
dieses Problems wird das Metallsalz der ungesättigten Carbonsäure sowohl
in der kontinuierlichen Phase als auch in der dispersen Phase verteilt,
so dass sich ein Riss schwerlich in der kontinuierlichen Phase bildet
und das Wachstum eines eventuell erzeugten Mikrorisses durch die
disperse Phase unterbunden wird. Daher wird die Elastizität von Antriebsriemen
verbessert, während
eine Abnahme seiner Rissfestigkeit verhindert wird.
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Das
Mischen einer großen
Menge des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
nur mit dem Ethylen-α-Olefin-Elastomer
kann die bleibende Dehnung verstärken.
Durch Verwenden der obigen kontinuierlichen und dispersen Struktur
verhindert die in der kontinuierlichen Phase verteilte disperse
Phase, welche eine Eigenschaft wie Formgedächtniswirkung auf das Kautschukmaterial
aufweist, eine bleibende Dehnung, so dass sowohl hohe Elastizität als auch geringe
bleibende Dehnung erreicht werden.
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Weiterhin
besteht ein anderes wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung
darin, dass eine breite Dispersion des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
sowohl in der kontinuierlichen Phase als auch in der dispersen Phase
die Verwendung des Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
mit einer Mooney-Viskosität
(ML(1+4) bei 125°C) von 60 oder mehr ermöglicht.
Durch diese Verwendung wird die Kautschukfestigkeit nach Quervernetzen
gewährleistet,
die Ermüdungsbeständigkeit
(geringe bleibende Dehnung, geringe Eigenerwärmung) und die Abriebbeständigkeit
nach dem Quervernetzen werden verbessert und eine Verschlechterung
der Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung wird verhindert.
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Mit
hoher Mooney-Viskosität
durch Verwendung des Ethylen-α-Olefin-Elastomers
hohen Molekulargewichts, wie oben beschrieben wurde, wird die Kautschukeigenschaft
nach dem Quervernetzen verbessert, aber die Bearbeitbarkeit der
Kautschukzusammensetzung verschlechtert. Vor allem bei weniger Öl werden
die Knetbearbeitbarkeit, die Wälzbearbeitbarkeit
und die Kalandrierbearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung mangelhaft.
Zur Lösung
dieses Problems wird der H-NBR in der dispersen Phase, in welcher
das Metallsalz ungesättigter Carbonsäure dispergiert
wird, in dem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
in der kontinuierlichen Phase verteilt. Mit dieser Struktur ist
die Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung ausgezeichnet und
es werden sowohl die Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung
vor dem Härten
als auch die Kautschukeigenschaft nach dem Härten verbessert.
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Die
vorliegenden Erfinder haben mit anderen Worten festgestellt, dass
ein H-NBR verstärkt
mit dem Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
der Verbesserung der Bearbeitbarkeit eines Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
mit hoher Mooney-Viskosität
dient. Wodurch ein Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
mit hoher Mooney-Viskosität
(60 oder mehr in ML(1+4) bei 125°C), welches
bisher aufgrund schlechter Bearbeitbarkeit herkömmlicherweise nicht verwendet
werden konnte, als Hauptkautschuk einer Kautschukzusammensetzung
für Antriebsriemen
verwendet werden kann, in welcher ein Füllstoff in geringerer Menge beigemischt
ist und welche Kurzfaser enthält.
Somit wird die Festigkeit des quervernetzten Kautschuks verbessert,
Eigenschaften wie Ermüdungsfestigkeit, Beständigkeit
gegen bleibende Verformung, Abriebbeständigkeit werden verbessert
und die Bearbeitbarkeit vor dem Quervernetzen wird verbessert.
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Das
Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
ist vorzugsweise Pulver, dessen Massenverhältnis 50% oder mehr beträgt und das
einen Korndurchmesser von 0,1 μm
oder weniger aufweist. Ferner beträgt der Korndurchmesser des
Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure vorzugsweise
0,3 μm oder
weniger. Durch diese Größenvorgabe
wird eine wirksame Mikrodispersion des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
sowohl in der dispersen als auch in der kontinuierlichen Phase erreicht.
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Da
das organische Peroxid in der vorliegenden Erfindung als Quervernetzungsmittel
verwendet wird, ist die Wärmealterungsbeständigkeit
des Kautschuks ausgezeichnet.
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Der
Anteil gebundenen Acrylnitrils in dem H-NBR wird auf 30% oder weniger
angesetzt, was zu dem Vorteil ausgezeichneter Kältebeständigkeit und geringer bleibender
Dehnung der Antriebsriemen führt.
Wenn die Menge des gebundenen Acrylnitrils in dem H-NBR 30 Masseprozent übersteigt,
muss zum Sicherstellen der Biegsamkeit bei niedriger Temperatur
der Anteil des zuzugebenden Öls
erhöht
werden. Dadurch wird die Beständigkeit
gegenüber
bleibender Dehnung abgeschwächt
und das Gleichgewicht zwischen der Rissfestigkeit und der Beständigkeit gegenüber bleibender
Dehnung geht bei niedriger Temperatur zwangsläufig verloren.
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Um
die Kältebeständigkeit
weiter zu verbessern liegt der Hauptbestandteil des Ethlylen-α-Olefin-Elastomers
vorzugsweise in amorpher Qualität vor.
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Da
zudem der Anteil des Ethylens in dem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer in der vorliegenden
Erfindung auf 60 Masseprozent oder mehr festgesetzt wird, wird die
Kältebeständigkeit
der Antriebsriemen weiter verbessert. Ein Ethylenanteil von 60 Masseprozent
oder mehr erhöht
die Gehman-Torsion t5 und die Rissfestigkeit
bei niedriger Temperatur wird gemindert.
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Das
obige organische Peroxid ist nicht besonders beschränkt und
kann zum Beispiel 2,5-Dimethyl-2,5di(t-butylperoxy)-3-hexyn, 2,5-Dimetyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan,
2,2-bis(t-butylperoxy)p-di-isopropylbenzen, Dicumylperoxid, Di-t-butylperoxid,
t-Butylperoxidbenzoat, 1,1-bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan,
2,4-Dichlorbenzoylperoxid,
Benzoylperoxid, p-Chlorbenzoylperoxid, 2,4-Dicumylperoxid, Dialkylperoxid,
Ketalperoxid sein. Weiterhin kann nach Bedarf ein allgemeines Quervernetzungsmittel
wie Schwefel, polyfunktionelle Monomere, was durch einen höheren Ester
von Methacrylat verkörpert
wird, 1,2-Polybutadien, Triallylisocyanurat, Dioxim, N,N-m-Phenylendimaleimid, verwendet
werden.
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Zudem
ist bevorzugt, mindestens einen weißen anorganischen Füllstoff
gewählt
aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Talk, Glimmer, Calciumcarbonat, Zinkoxid
und Magnesiumoxid einzuschließen.
Durch diesen Einschluss werden die Elastizität und die Festigkeit der Antriebsriemen
verbessert.
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Wobei
bei Verwendung einer größeren Menge
eines Verstärkungsmittels,
welches stark mit einem Kautschuk in Wechselwirkung tritt und dessen Struktur
groß ist,
wie Carbon-Black, die Eigenerwärmung
bei dynamischer Beanspruchung von Antriebsriemen erhöht wird,
mit dem Ergebnis einer Beschleunigung der Wärmealterung, der bleibenden Dehnung
und der Rissbildung. Daher ist die Zugabe einer geringeren Menge
Carbon-Black wünschenswert
und es ist bevorzugt, kein Carbon-Black zu verwenden.
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Bevorzugt
wird ein Einfärben
auf Weiß durch Füllen mit
einem weißen
anorganischen Füllstoff oder
ein Einfärben
auf eine andere Farbe durch Zugabe eines Pigments ohne Carbon-Black
verwendet. Dadurch wird das dekorative Aussehen der Produkte verbessert
und ein Fortschreiten der Alterung des Antriebsriemens kann mühelos anhand
der Farbänderung
durch Vergleich mit der thermischen Vorgeschichte beurteilt werden,
so dass die thermische Vorgeschichte und die Lebensdauer problemlos
beurteilt werden können.
-
Polyethylenpulver
ultrahohen Molekulargewichts oder Polyethylenfaser ultrahohen Molekulargewichts
wird vorzugsweise als Abriebreglersubstanz beigemischt. Bei Beimischung
des Pulvers oder der Faser werden Verbesserungen der Abriebbeständigkeit,
ein niedriger Reibungskoeffizient und Stabilität erreicht, ohne dass die Rissfestigkeit
der Antriebsriemen gemindert wird, was zu einer Verbesserung der
Haltbarkeit und Geräuscharmut
führt.
-
Zwar
kann eine Verbesserung der Abriebbeständigkeit und ein Senken des
Reibungskoeffizienten durch Verwendung eines Reibungsschutzmaterials
wie organische oder anorganische Kurzfaser, Fluorplastpulver, Graphit,
Molybdändisulfid,
Keramikpulver, Glasperlen und dergleichen erreicht werden, doch
mindert die Verwendung solcher Füllstoffe
die Rissfestigkeit der Kautschukzusammensetzung stark.
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Dagegen
werden das Polyethylenpulver ultrahohen Molekulargewichts und die
Polyethylenfaser ultrahohen Molekulargewichts, d.h. thermoplastische
Harze, fest gehärtet
und mittels organischen Peroxids an dem Ethlylen-α-Olefin-Elastomer
zum Haften gebracht. Somit wird eine Verbesserung der Abriebbeständigkeit,
ein Senken des Reibungskoeffizienten und eine Stabilisierung ohne
geminderte Rissfestigkeit erreicht.
-
Zu
beachten ist, dass die obige Kurzfaser und obiges Reibschutzmittel
verwendet werden können,
insofern die Rissfestigkeit dadurch nicht gemindert wird.
-
Die
obige Kautschukzusammensetzung für Antriebsriemen
kann für
verschiedene Arten von reibschlüssigen
Riemen für
Hochleistungskraftübertragung
eingesetzt werden, wie z.B. Hochleistungsflachantriebsriemen, Keilrippenriemen
für das
Antreiben von Zusatzeinrichtungen von Kraftfahrzeugmotoren, offenflankige
Keilriemen, verkörpert
durch einseitig gezahnte Keilriemen oder beidseitig gezahnte Keilriemen,
welche für
den Gangwechsel von Fahrrädern
verwendet werden, Hybridkeilriemen, welche für Trocken-CVT-Getriebe für Kraftfahrzeuge
verwendet werden.
-
Wenn
ein die Reibfläche
eines reibschlüssigen
Hochleistungsantriebsriemens bildender Kautschuk aus der obigen
Kautschukzusammensetzung für
Antriebsriemen besteht, ist es bevorzugt, die Kautschukzusammensetzung
so anzupassen, dass die Kautschukhärte im Durometer Typ D in dem
Bereich zwischen jeweils einschließlich 40 und 60 liegt, und
t5 im Gehman-Test bei –35°C oder darunter liegt. Weiterhin
beträgt
die Extraktionsmenge von Aceton 9% oder weniger.
-
Durch
die obige Anpassung werden die Eigenschaften Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Rissfestigkeit, geringe
bleibende Dehnung, Elastizität,
geringe Eigenerwärmung
und Abriebbeständigkeit
ausgewogen und die Leistung und Haltbarkeit werden bei Verwendung
mit den obigen Riemen verbessert.
-
Wenn
im Einzelnen die Kautschukhärte
im Durometer Typ D unter 40 liegt, wird die Verformung durch Druckspannung
oder Scherspannung zu groß, um
Kraft bei hoher Leistung zu übertragen.
Wenn weiterhin die Kautschukhärte über 60 liegt,
wird die Rissfestigkeit gemindert und die aufgrund Biegens erzeugte
Wärme ist
massiv, während
eine hohe Übertragungskraft
erreicht werden kann.
-
Wenn
t5 im Gehman-Test bei über –35°C liegt, ist die Kältebeständigkeit
des Kautschuks ungenügend.
Daher wird in dem Kautschuk zur Verwendung in dem Riemen in kalten
Klimazonen ein Riss erzeugt, was eine Abschwächung der Haltbarkeit bewirken
kann.
-
Wenn
die Acetonextraktionsmenge über
9% liegt, ist es schwierig, die Elastizität der quernetzten Körpers der
Kautschukzusammensetzung zu verbessern, die Abriebbeständigkeit
des Kautschuks wird gemindert und die bleibende Dehnung des Kautschuks
ist ausgeprägt,
so dass die Form eines Riemens, welcher die Riemenleistung aufrechterhalten kann,
nicht gewahrt bleibt. Wenn die Acetonextraktionsmenge durch Senken
der Menge des Zusatzes mit niedrigem Molekulargewicht, welcher für die Quervernetzung
des Kautschuks irrelevant ist, wie Öle (als Weichmacher) und Antioxidanten
9% oder weniger beträgt,
können
die Elastizität,
die Abriebbeständigkeit,
die Beständigkeit
gegenüber
bleibender Dehnung ausgewogen und die Antriebskraft bei Hochleistungsanwendungen
sowie die Haltbarkeit der Riemen verbessert werden.
-
Die
obige Kautschukzusammensetzung für Antriebsriemen
kann für
reibschlüssige
Riemen für Kraftübertragung
im mittleren Leistungsbereich wie Flachriemen für Kraftübertragung im mittleren Leistungsbereich,
Keilrippenriemen für
das Antreiben von Zusatzeinrichtungen von Kraftfahrzeugmotoren verwendet
werden. Für
eine diesbezügliche
Verwendung ist es bevorzugt, die Kautschukzusammensetzung so anzupassen,
dass die Kautschukhärte
im Durometer Typ A in einem Bereich zwischen jeweils einschließlich 80
und 90 liegt und t5 im Gehman-Test bei –35°C oder darunter
liegt und die Extraktionsmenge von Aceton 12% oder weniger beträgt.
-
Durch
die obige Anpassung werden die Eigenschaften Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Rissfestigkeit, Beständigkeit
gegenüber
bleibender Dehnung, Elastizität,
geringe Eigenerwärmung und
Abriebbeständigkeit
ausgewogen und die für Riemen
erforderliche Leistung und Haltbarkeit werden bei Verwendung für die obigen
Riemen verbessert. Da die für
Riemen für
Kraftübertragung
im mittleren Leistungsbereich erforderliche Kraft gegenüber Riemen
für eine
Hochleistungskraftübertragung
klein ist, werden die für
die Riemen erforderliche Leistung und Haltbarkeit durch etwas niedriges
Festlegen der Elastizität
(Härte)
des Kautschuks mit der Priorität
auf Erhalten ausgezeichneter Rissfestigkeit ausgewogen.
-
Wenn
die Kautschukhärte,
t5 und die Acetonextraktionsmenge außerhalb
der oben festgelegten Bereiche liegen, ergeben sich die gleichen
Probleme wie bei den oben erwähnten
reibschlüssigen
Riemen für
die Hochleistungskraftübertragung.
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Unter
Bezug auf Zahnriemen für
die Hochleistungskraftübertragung
kann die Kautschukzusammensetzung so angepasst werden, dass die Kautschukhärte im Durometer
Typ A in dem Bereich zwischen jeweils einschließlich 80 und 95 liegt, und
t5 im Gehman-Test bei –35°C oder darunter liegt und die
Extraktionsmenge von Aceton 10% oder weniger beträgt. Durch
diese Anpassung werden die Eigenschaften Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Rissfestigkeit, geringe
bleibende Dehnung, Elastizität,
geringe Eigenerwärmung
und Abriebbeständigkeit
ausgewogen und die Leistung und Haltbarkeit der Riemen werden bei
Verwendung bei den obigen Riemen verbessert.
-
Wenn
in diesem Fall die Kautschukhärte
im Durometer Typ A unter 80 liegt, wird die Festigkeit des Zahnteils
so klein, dass zwischen dem Zahnteil und den Kernsträngen bei
Hochleistungsanwendung eine große
Scherspannung ausgeübt
wird, was zu einem Zerreißen
aufgrund von Ablösen
führen
kann. Wenn die Kautschukhärte über 95 liegt,
wird die Rissfestigkeit des Zahnteils gemindert und ein Zahn splittert
aufgrund eines Risses zwangsläufig
ab. Wenn t5 im Gehman-Test bei über –35°C liegt,
ist die Kältebeständigkeit
des Kautschuks ungenügend.
Daher kann in dem Kautschuk bei Verwendung des Riemens in kalten
Klimazonen ein Riss erzeugt werden, was eine Abschwächung der
Haltbarkeit bewirken kann.
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Wenn
die Acetonextraktionsmenge über 10%
liegt, ist die Steifigkeit aufgrund des Abschwächens der Elastizität des Kautschuks
gemindert, was das oben erwähnte
Reißen
aufgrund Ablösen
verursachen kann. Weiterhin ist die bleibende Dehnung des Kautschuks
ausgeprägt,
so dass eine offenkundige Verlängerung
des Riemens durch bleibende Dehnung in dem Zahnteil groß wird und
ein mangelndes Greifen bewirkt werden kann. Wenn die Acetonextraktionsmenge
durch Senken der Menge des Zusatzes mit niedrigem Molekulargewicht,
welcher für die
Quervernetzung irrelevant ist, wie Öle (als Weichmacher) und Antioxidanten
10% oder weniger beträgt,
kann die Steifigkeit des Zahnteils verbessert und die bleibende
Dehnung im Zahnteil minimiert werden, so dass die Eigenschaften
hohe Antriebskraft sowie Haltbarkeit bei Zahnriemen für Hochleistungskraftübertragung
verbessert werden.
-
Das
Verfahren zur Herstellung der Kautschukzusammensetzung für Antriebsriemen
wird als Nächstes
beschrieben.
-
Dieses
Herstellverfahren umfasst den Schritt des Knetens eines H-NBR, welcher
eine Komponente aus einem Metallsalz ungesättigter Carbonsäure enthält, eines
Ethylen-α-Olefin-Elastomers,
welches keine Verbindung eines Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure enthält, und
einer Kautschukverbindung, welche ein organisches Peroxid enthält, um eine
kontinuierliche-disperse Struktur zu erhalten, bei welcher das Ethylen-α-Olefin-Elastomer
eine kontinuierliche Phase bildet und der H-NBR eine disperse Phase
bildet und das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
in der kontinuierlichen Phase und in der dispersen Phase dispergiert
ist.
-
Im
Einzelnen werden der H-NBR, welcher die Komponente des Metallsalzes
ungesättigter
Carbonsäure
enthält,
und das Ethylen-α-Olefin-Elastomer,
welches keine Komponente des Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure enthält, in eine
Mischvorrichtung gegeben und dann vorgemahlen, und dann wird der
Mischungsbestandteil für
Kautschuk, welcher organisches Peroxid enthält, dazugegeben und geknetet.
Oder der H-NBR, welcher die Komponente des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
enthält, das
Ethylen-α-Olefin-Elastomer,
welches keine Komponente des Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure enthält, und
der Mischungsbestandteil für
Kautschuk, welcher ein organisches Peroxid enthält, werden in eine Mischvorrichtung
gegeben und geknetet. Dadurch wird die obige Kautschukmischung erhalten.
-
Um
sowohl hohe Elastizität
als auch ausgezeichnete Rissfestigkeit zu erhalten, welche für Kautschukzusammensetzungen
für Antriebsriemen
erforderlich sind, ist es wünschenswert,
dass das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
in der dispersen Phase des H-NBR und der kontinuierlichen Phase des
Ethylen-α-Olefin-Elastomers
gleichmäßig dispergiert
wird und in jeder Phase gleichmäßig dispergiert ist.
-
Wenn
der H-NBR und das Ethylen-α-Olefin-Elastomer
vorgemahlen werden und das Metallsalz ungesättigter Carbonsäure dazugegeben
wird und geknetet wird oder wenn diese drei in eine Mischvorrichtung
gegeben und gleichzeitig geknetet werden, ist eine gleichmäßige Dispergierung
des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
schwierig zu erreichen. Das Metallsalz kann durch Verlängern der Knetzeit
oder durch Erhöhen
der Temperatur für
das Kneten gleichmäßig dispergiert
werden. Bei einer Knetvorrichtung mit einer großen Kapazität wird jedoch zwangsläufig eine
Schwankung der Dispersion unter den Knetstangen verursacht und eine
gleichbleibende Qualität
ist schwer zu erreichen.
-
Bei
dem obigen Herstellverfahren wird die gesamte erforderliche Menge
des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
in dem H-NBR zuvor fein dispergiert und wird dann mit dem Ethylen-α-Olefin-Elastomer
gemischt, welches keine Komponente des Metallsalzes enthält. Dadurch
wird die Kautschukzusammensetzung, in welcher das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
gleichmäßig, gleichförmig in
der dispersen Phase des H-NBR und der kontinuierlichen Phase des
Ethylen-α-Olefin-Elastomers
dispergiert ist, problemlos erhalten. Mit der so erhaltenen Kautschukzusammensetzung
wird die Dispersionsschwankung des Metallsalzes, welche zwischen den
Knetstangen bewirkt wird, minimiert und es wird selbst bei Verwendung
einer Knetvorrichtung mit großer
Kapazität
eine gleichbleibende Qualität
erhalten.
-
Unter
Bezug auf das Verfahren für
das feine Dispergieren des Metallsalzes ungesättigter Carbonsäure in den
H-NBR können
beide Verfahren eingesetzt werden, nämlich ein Verfahren des direkten
Mischens und Knetens des H-NBR und des Pulvers des Metallsalzes
ungesättigter
Carbonsäure
oder ein Verfahren zur Erzeugung des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
in dem H-NBR in situ durch Mischen und Kneten des Reaktanten (d.h.
der ungesättigten
Carbonsäure
und des Pulvers einer Metallverbindung wie Oxid und Hydroxid des
Metalls) mit dem H-NBR.
-
Als
das oben erwähnte
H-NBR, welches den Reaktanten des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
enthält,
werden Zeoforte ZSC (Erzeugnis der ZEON CORPORATION) und Therban
ART (Erzeugnis von Bayer, Ltd.) verwendet.
-
Um
das Ethylen-α-Olefin-Elastomer
in der kontinuierlichen Phase und den H-NBR in der dispersen Phase
zu erhalten, wird das Mischungsverhältnis E/R des Ethylen-α-Olefin-Elastomers
E zu H-NBR R vorzugsweise auf 50/50 bis 90/10 gesetzt, bevorzugter
auf 55/45 bis 85/15.
-
Als
Ethylen-α-Olefin-Elastomer
sind Ethylenpropylencopolymere (EPM), Ethylenpropylendienterpolymere
(EPDM) und Ethylenoktencopolymere bevorzugt.
-
Als
ungesättigte
Carbonsäure,
welche das Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
bildet, können ungesättigte Monocarbonsäure wie
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
ungesättigte
Dicarbonsäure
wie Maleinsäure,
Fumarsäure,
Itaconsäure
und Monomethylmaleinsäure
und Monoethylitaconsäure
verwendet werden. Das Metall ist nicht besonders beschränkt, solange
ungesättigte
Carbonsäure
und Salz gebildet werden, und kann Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium,
Barium, Titan, Chrom, Molybdän,
Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Zink, Kadmium, Aluminium, Zinn,
Blei, Quecksilber, Antimon und dergleichen sein. Von allen ist die
Verwendung von Zinkdiacrylat und Zinkdimethacrylat bevorzugt.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden durch die folgende
Beschreibung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen offengelegt.
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines gezahnten Keilriemens.
-
2 ist
eine Seitenansicht des gezahnten Keilriemens.
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Hybridkeilriemens.
-
4 ist
ein Schnitt entlang einer Linie IV-IV von 3.
-
5 ist
eine Seitenansicht eines Blocks des Hybridkeilriemens.
-
6 ist
eine Seitenansicht des Zugbands des Hybridkeilriemens.
-
7 ist
ein Querschnitt eines Keilrippenriemens.
-
8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Zahnriemens.
-
9 ist
eine Ansicht, welche die Anordnung einer Haltbarkeitstestvorrichtung
für einen
Flachriemen zeigt.
-
10 ist
ein Foto einer Kautschukzusammensetzung durch ein Durchstrahlungselektronenmikroskop.
-
11 ist
eine Ansicht, welche die Anordnung einer Haltbarkeitstestvorrichtung
für einen
Keilrippenriemen zeigt,
-
12 ist
eine Ansicht, welche die Anordnung einer Niedrigtemperaturtestvorrichtung
für einen
Keilrippenriemen zeigt.
-
13 ist
eine Ansicht, welche die Anordnung einer Testvorrichtung für einen
Zahnriemen zeigt.
-
14 ist
eine Tabelle, welche im Detail die beigemischten Rezepturen der
Kautschukzusammensetzungen zeigt.
-
15 ist eine Tabelle, welche die Bestandteile
und Eigenschaften der Kautschukzusammensetzungen zeigt.
-
16 bis 18 sind
jeweils Tabellen, welche jeweils die Bestandteile, Eigenschaften
und Riemenleistung der Kautschukzusammensetzungen zeigen.
-
EINGEHENDE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
-
Die
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen
werden unter Bezug auf die Zeichnungen eingehend beschrieben.
-
(Aufbau eines Hochleistungsantriebsriemens)
-
- Gezahnter Keilriemen
-
-
1 und 2 zeigen
einen gezahnten Keilriemen 10.
-
Der
gezahnte Keilriemen 10 umfasst: eine obere Kautschukschicht 1 auf
der Rückseite
des Riemens; eine untere Kautschukschicht an der Innenumfangseite
des Riemens; eine zwischen der oberen Kautschukschicht 1 und
der unteren Kautschukschicht 2 vorgesehene Adhäsionskautschukschicht 3 und
in der Adhäsionskautschukschicht 3 eingebettete
Kernstränge 4.
Der Oberflächenteil
der oberen Kautschukschicht 1 wird in gewellter Form so
ausgebildet, dass mehrere Zähne 5 bei
einer vorbestimmten Teilung in Längsrichtung
des Riemens ausgebildet werden. Der Oberflächenteil der unteren Kautschukschicht 2 wird
so in gewellter Form vorgesehen, dass mehrere Zähne 6 bei einer vorbestimmten
Teilung in Längsrichtung
des Riemens ausgebildet werden. Die Oberfläche der unteren Kautschukschicht 2 ist
mit einem unteren Gewebe 7 bedeckt. Die Kernstränge 7 sind
spiralförmig
vorgesehen, so dass sie in Längsrichtung
des Riemens verlaufen und bei einer vorbestimmten Teilung in Riemenbreitenrichtung angeordnet
sind.
-
Kevlar
(eingetragene Marke), welches eine von Dupont hergestellte Paraaramidfaser
ist, wird für die
Kernstränge 4 verwendet,
ein Nylongewebe wird für
das untere Gewebe 7 und eine (in 16 gezeigte,
später
beschriebene) erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung
wird für
die obere Kautschukschicht 1 und die untere Kautschukschicht 2 verwendet.
In den Kautschukschichten 1 und 2 ist Kurzfaser
in Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet.
-
- Hybridkeilriemen
für Hochleistungskraftübertragung -
-
3 zeigt
einen Hybridkeilriemen 20 für Hochleistungskraftübertragung.
-
Der
Keilriemen 20 besteht aus einem Paar linker und rechter
endloser Zugbänder 30, 30 und mehreren
Blöcken 40, 40,
welche an regelmäßigen Abständen links
in Längsrichtung
des Riemens mit den Zugbändern 30, 30 greifen.
-
Jedes
Zugband 30 besteht integral aus: einer formbeständigen Kautschukschicht 31,
aus Aramidkurzfaser hergestellten Kernsträngen 32, welche sich darin
in Längsrichtung
des Riemens erstrecken und bei einer vorbestimmten Teilung in Breitenrichtung des
Riemens spiralförmig
angeordnet sind; und oberen und unteren Geweben 35, 36,
welche jeweils zum Abdecken der oberen Fläche und der unteren Fläche vorgesehen
sind. Grabenförmige
obere konkave Teile 33, 33 ... sind in dem oberen
Flächenteil
jedes Zugband 30 so ausgebildet, dass sie sich jeweils
in Breitenrichtung des Riemens bei einer vorbestimmten Teilung entsprechend
der Blöcke 40, 40 erstrecken, und
untere konkave Teile 34, 34 sind in dem unteren Flächenteil
jedes Zugbands so ausgebildet, dass sie sich jeweils in Breitenrichtung
des Riemens bei einer vorbestimmten Teilung entsprechend den oberen konkaven
Teilen 33, 33 erstrecken.
-
Die
Kernstränge 32 wurden
einer Adhäsionsbehandlung
mit Isocyanat oder einer Lösung
aus Resorcinformalinlatex (RFL) für das Verbessern des Adhäsionsvermögens am
Kautschuk unterzogen.
-
Sowohl
das obere Gewebe 35 als auch das untere Gewebe 36 sind
aus Aramidgewebe gebildet, welches einer Behandlung, um in Längsrichtung
des Riemens Elastizität
zu verleihen, sowie einer Kautschukbeschichtung unterzogen wurde.
-
Die
Blöcke 40 weisen
jeweils eine Einrücknut 41 für lösbares seitliches
Greifen mit den entsprechenden rechten und linken Zugbändern 30 sowie Kontaktteile 42, 42 an
den oberen und unteren Seitenteilen der Einrücknut 41 auf, damit
diese in Kontakt mit den Nutflächen
der Riemenscheibe kommen. Die jeweiligen Zugbänder 30, 30 greifen
mit den jeweiligen Einrücknuten 41, 41 der
jeweiligen Blöcke 40, 40.
-
In
jedem Block 40 ist ein oberer konvexer Teil 43,
welche an dem oberen konkaven Teil 33 des oberen Flächenteils
des Zugbands 30 angebracht ist und sich in Riemenbreitenrichtung
erstreckt, in der oberen Wandfläche
der Einrücknut 41 ausgebildet,
und ein unterer konvexer Teil 44, welcher an dem unteren konvexen
Teil 34 des unteren Flächenteils
des Zugbands 30 angebracht ist und sich in Riemenbreitenrichtung
erstreckt, ist in der unteren Wandfläche der Einrücknut 41 ausgebildet.
Die oberen und unteren konkaven Teile 33, 34 der
Zugbänder 30 sind
jeweils an den oberen und unteren konvexen Teilen 43, 44 der
Blöcke 40 angebracht,
so dass jeder Block 40 mit den Zugbändern 30 greift, damit
er sich nicht in Längsrichtung
verschiebt.
-
Die
Blöcke 40 sind
aus einem wärmehärtbaren
Phenolharzmaterial gebildet, welches mit Aramidkurzfaser oder gemahlener
Carbonfaser gemischt ist. Ein Verstärkungsmaterial 45 hoher
Festigkeit und hoher Elastizität
bestehend aus einer leichten Aluminiumlegierung oder dergleichen
ist in jedem Block 40 so eingebettet, dass es sich an der
wesentlichen Mitte in Dickenrichtung jedes Blocks 40 befindet,
wie in 4 und 5 gezeigt wird.
-
Das
im Wesentlichen H-förmige
Verstärkungsmaterial 45 besteht
aus oberen und unteren Trägern 45a, 45b,
welche sich in Breitenrichtung des Riemens (Richtung von Seite zu
Seite) erstrecken, sowie aus einer mittleren Säule 45c, welche die
mittleren Teile der Träger 45a, 45b vertikal
verbindet.
-
Weiterhin
wird der Abstand t2 zwischen der unteren Fläche des oberen konkaven Teils 33 jedes Zugbands 30 (präzis gesagt
die obere Fläche
des oberen Gewebes 35) und der unteren Fläche des
unteren konkaven Teils 34, welcher dem oberen konkaven
Teil 33 entspricht, (präzis
gesagt die untere Fläche
des unteren Gewebes 36), welcher in 6 gezeigt
wird, beispielsweise etwa 0,03 mm bis etwa 0,15 mm größer (t2 > t1) als der Abstand
t1 zwischen dem unteren Ende des oberen konvexen Teils 43 und dem
oberen Ende des unteren konvexen Teils 44 jedes Blocks 40 gesetzt.
Daher werden die Zugbänder 30 in
Dickenrichtung durch die Blöcke 40 komprimiert,
um an den Blöcken 40 angebracht
und befestigt zu werden.
-
Wie
in 4 gezeigt, ragt die Seitenfläche 30a jedes Zugbands 30 (Vorsprunggröße Δd) in Breitenrichtung
des Riemens vom Niveau der Kontaktteile 42, 42 jedes
Harzblocks 40 etwas nach außen. Daher steht die Zugband-Seitenfläche 30a mit
der Riemenscheiben-Nutfläche
zusammen mit den Kontaktteilen 42 an den Seiten jedes Blocks 40 in
Kontakt, so dass jeder Block 40 und jeder Zugband 30 den
Seitendruck von der Riemenscheibe gemeinsam aufnehmen. Dadurch wird
ein Stoß bei
Kontakt jedes Blocks 40 mit der Riemenscheibennut durch
die Seitenfläche 30a jedes
Zugbands 30 gedämpft.
-
Die
(in 16 gezeigte, später beschriebene)
erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung
wird für
die formbeständige
Kautschukschicht 31 verwendet. Bei der formbeständigen Kautschukschicht 31 ist
die Kurzfaser in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet.
-
- Keilrippenriemen
-
-
7 zeigt
einen Keilrippenriemen 50.
-
Der
Keilrippenriemen 50 umfasst einen Riemenkörper 53 bestehend
aus einer Adhäsionskautschukschicht 51 und
einer gerippten Kautschukschicht 52 am Innenumfang des
Riemens. Ein Rückflächengewebe 54 ist
an der Rückfläche der
Adhäsionskautschukschicht 51 angebracht
und mehrere Rippen 52a, 52a, 52a sind
an der unteren Fläche
der gerippten Kautschukschicht 52 in Längsrichtung des Riemens bei
einer vorbestimmten Teilung in Breitenrichtung des Riemens angeordnet.
Kernstränge 55, welche
sich im Wesentlichen in Längsrichtung
des Riemens erstrecken, sind spiralförmig in der Mitte in Dickenrichtung
der Adhäsionskautschukschicht 51 bei
einer Teilung in Breitenrichtung des Riemens vorgesehen.
-
Die
(in 17 gezeigte, später beschriebene) erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung
wird für
die gerippte Kautschukschicht 52 verwendet, welcher Kurzfaser 52b, 52b ...
wie Nylonfaser, Aramidfaser, ausgerichtet in Breitenrichtung des Riemens,
für das
Verbessern der Elastizität
in Breitenrichtung des Riemens beigemischt ist. Ein Gewebe aus Nylonfaser
wird für
das Rückengewebe 54 verwendet.
Die Kernstränge 55 bestehen
aus Polyesterfaser.
-
- Zahnriemen
-
-
8 zeigt
einen Zahnriemen 60.
-
Der
Zahnriemen 60 umfasst einen Kautschukzahnteil 61,
welcher von dem Innenumfang des Riemens bei einer vorbestimmten
Teilung in Längsrichtung
des Riemens hervorstehende Riemenzähne bildet, einen Rückenkautschuk 62,
welcher als Riemenrückenteil
dient, Kernstränge 63,
welche sich jeweils spiralförmig
in Längsrichtung
des Riemens erstrecken und bei einer Teilung in Breitenrichtung
des Riemens vorgesehen sind, sowie ein Zahngewebe 64, welches
die Oberfläche
an der Seite des Kautschukzahnteils bedeckt.
-
Die
(in 18 gezeigte, später beschriebene) erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung
wird für
den Kautschukzahnteil 61 verwendet. Kurzfaser ist in den
Kautschukzahnteil 61 eingemischt und in Längsrichtung
des Riemens ausgerichtet. Glascorde hoher Elastizität werden
als Kernstränge 63 verwendet.
-
< Der Kautschukzusammensetzung beigemischte Rezepturen >
-
14 führt im Detail
die beigemischten Rezepturen der Kautschukzusammensetzungen, welche
für die
Kautschukschichten 1, 2 des gezahnten Keilriemens,
die formbeständige
Kautschukschicht 31 der Zugbänder 30 des Hybridkeilriemens,
die geriebene Kautschukschicht 52 des Keilrippenriemens und
den Kautschukzahnteil 61 des Zahnriemens vewendet werden,
sowie die in den anderen Beispielen der Erfindung und den Vergleichsbeispielen
verwendeten Kautschukzusammensetzungen auf. In der Zeichnung enthält EPDM
54% Ethylen und weist eine Mooney-Viskosität (ML(1+4) bei
125°C) von
74 auf. Zinkdimethacrylat, welches in H-NBR (1) und (2) verstärkt durch
ein Dimethacrylat-Metallsalz enthalten ist, wird durch ein "in situ" Verfahren erzeugt,
und Zinkdimethacrylat in den Kautschuken (1), (2) weist ein Masseverhältnis von
etwa 50% auf. Dabei werden der mit einem Dimethacrylat-Metallsalz
verstärkte
H-NBR (1) und der mit einem Dimethacrylat-Metallsalz verstärkte H-NBR
(2) jeweils einfach als verstärkter
H-NBR (1) und verstärkter
H-NBR (2) bezeichnet.
-
< Herstellung der Kautschukzusammensetzung >
-
In
einem Kautschukzusammensetzungsherstellungsverfahren wurden ein
Hauptkautschuk, nämlich
EPDM, der verstärkte
H-NBR (1), der verstärkte
H-NBR (2) oder ein H-NBR in eine Mischvorrichtung gegeben und allein
oder in Kombination vorgemahlen, und dann wurden ein Antioxidans,
ein Zinkoxid, ein Füllstoff, Öl, ein Quervernetzungsmittel und
Kurzfaser in dieser Reihenfolge in die Mischvorrichtung gegeben
und geknetet. Dabei gibt es Beispiele, bei welchen Öl in den
Beispielen der Erfindung und den Vergleichsbeispielen jeweils zugegeben
und nicht zugegeben wird.
-
< Kautschukzusammensetzungen in den
Erfindungsbeispielen 1–8
und den Vergleichsbeispielen 1–7 >
-
In
den Erfindungsbeispielen und den Vergleichsbeispielen, die in 15 gezeigt werden, wurden jeweilige Kautschukzusammensetzungen
nach den jeweiligen Kautschukmischverhältnissen (die Daten in den
Spalten der Kautschukmischverhältnisse
in 15 und den anderen Spalten in den
Tabellen in den anderen Zeichnungen werden in der Einheit Gewichtsteile
angegeben) hergestellt und quervernetzt. Die Kautschukeigenschaften
der so nach dem Quervernetzen erhaltenen Kautschukzusammensetzungen
und deren Bearbeitbarkeit wurden durch folgende Verfahren gemessen.
-
< Messung der Kautschukhärte >
-
Jede
Kautschukzusammensetzung wurde zu Fellform mit einer Dicke von etwa
2,2 mm durch Wälzen
in einer Mühle
bearbeitet und zur Ausbildung 20 Minuten lang bei 170°C gepresst,
um ein quervernetztes Fell von 2 mm Dicke zu erhalten. Drei durch das
obige Verfahren erhaltene Kautschukfelle wurden gestapelt und die
Kautschukhärte
wurde gemäß JIS K6253
in einem Durometer Typ D gemessen. Die Kautschukhärte im Durometer
Typ A wurde ebenfalls nach Bedarf gemessen. Ferner wurde nach der
thermischen Alterung durch Erhitzen in einem Ofen bei 150°C über 168
Stunden die Kautschukhärte
des Kautschukfells im Durometer Typ D gemessen.
-
- Messung
der dynamischen Viskosität
-
-
Tanδ jedes quervernetzten
Kautschukfells wurde durch folgendes Verfahren erhalten.
Messinstrument:
RSAII (Erzeugnis von Rheometrics, Inc.)
Gemessene Bedingung:
3 Kgf/cm2 statische Belastung im Zugmodus,
1 dynamische Spannung, 100°C Temperatur
und 10 Hz Frequenz.
-
Hierbei
war die Zugrichtung eine Richtung (Antikalandrierrichtung), welche
zur Ausrichtungsrichtung der Polymerkette einen rechten Winkel bildete.
-
- Messung von Reibung
und Abriebeigenschaften -
-
Die
Reibung und Abriebeigenschaften des quervernetzten Kautschuks wurden
durch einen Pin-On-Desk-Reibungsabriebtest beurteilt.
Messbedingungen:
1,25 Mpa Tragfähigkeitsbeanspruchung,
0,15 m/s
Gleitgeschwindigkeit und 100°C Temperatur.
Material,
auf welchem der Kautschuk gleitet: FC-Material (Oberflächenrauheit
Ra = 0,3 μm)
Messdauer:
24 Stunden.
-
Für den Abriebwiderstand
wurde die Differenz der Probenhöhe
vor und nach dem Test ermittelt und die Versetzung durch Abrieb
beurteilt. Jeder Reibungskoeffizient wurde als Mittelwert der Messwerte in
einem Zeitraum von 10 Stunden nach und 24 Stunden nach Beginn des
Tests erhalten. Ferner wurde die Stabilität des Reibungskoeffizienten,
das Schwankungsverhältnis
(%) des Reibungskoeffizienten als prozentuales Verhältnis einer
Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert des Reibungskoeffizienten
in den 24 Stunden zum oben erhaltenen Reibungskoeffizienten berechnet.
-
- Beurteilung
der Kältebeständigkeit
-
-
Jeder
Wert t5 (Temperatur, bei welcher die Verdrehsteifigkeit
fünfmal
so groß wie
bei einer Temperatur von 23°C
wird), welcher im Gehman-Test erhalten wurde, wurde nach JIS K6261
gemessen. Jede in dieser Messung verwendete Probe wurde zu einem
Streifen geschnitten, dessen Breite 3 mm betrug und dessen Längsrichtung
sich rechtwinklig mit der Ausrichtungsrichtung der Kurzfaser schnitt.
-
- Messung
der Acetonextraktionsmenge -
-
Jedes
quervernetzte Kautschukfell wurde auf eine Dicke von 0,5 mm oder
weniger zugeschnitten und die Acetonextraktionsmenge wurde mit Hilfe einer
Extraktionsvorrichtung des Typs I gemäß dem Verfahren A in JIS K6229
gemessen.
-
- Beurteilung
der Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzungen -
-
Die
Knetbearbeitbarkeit jeder Kautschukzusammensetzung wurde wie folgt
beurteilt.
-
Gut:
die Kautschukzusammensetzung nimmt beim Kneten Scherspannung problemlos
auf und wird nach dem Kneten integriert.
-
Zufriedenstellend:
die Kautschukzusammensetzung nimmt beim Kneten Scherspannung auf, kann
geknetet werden und wird nach dem Kneten weniger integriert, wobei
viele kleine Klumpen gebildet werden.
-
Mangelhaft:
die Kautschukzusammensetzung nimmt keine Scherspannung auf und kann
nicht geknetet werden.
-
Die
Wälzbearbeitbarkeit
jeder Kautschukzusammensetzung wurde wie folgt beurteilt.
-
Gut:
die Kautschukzusammensetzung wickelt sich ausgezeichnet an die Walze,
weist weniger Adhäsionsvermögen zur
Walze und eine gleichmäßige Felloberfläche auf
(2,2 mm Dicke).
-
Zufriedenstellend:
die Kautschukzusammensetzung wickelt sich mangelhaft an die Walze
und ist fehlerhaft. Die Oberfläche
des Fells (2,2 mm Dicke) ist ungleichmäßig.
-
Mangelhaft:
die Kautschukzusammensetzung wickelt sich mangelhaft an die Walze
und ist fehlerhaft. Die Oberfläche
des Fells (2,2 mm Dicke) ist ungleichmäßig und es werden viele Löcher ausgebildet.
-
- Beurteilung
der Rissfestigkeit von Kautschuk -
-
Zur
Beurteilung der Beständigkeit
gegenüber Rissen,
welche durch wiederholtes Dehnen und Kompression des Kautschukelements
bewirkt werden, wurden Endlosflachriemen hergestellt. Die Flachriemen
bestanden aus einer Gewebeschicht, Kernsträngen und einer Kautschukschicht,
welche in dieser Reihenfolge angeordnet waren, und verwendeten jeweils
für die
Kautschukschicht Probenkautschukzusammensetzungen. Jeder Flachriemen
wurde so ausgebildet, dass die Kurzfaser in Breitenrichtung des
Riemens ausgerichtet war. Die Riemenbreite wurde auf 15 mm festgelegt,
die Dicke der Kautschukschicht von der Mittellinie der Kernstränge zu dem äußersten
Teil des Kautschuks wurde auf 2,5 mm festgelegt. Die Riemenlänge wurde
auf 900 mm festgelegt. Die Rissfestigkeit wurde mit Hilfe einer Riemenlauftestvorrichtung
mit einer in 9 gezeigten Anordnung beurteilt.
-
Im
Einzelnen wurde in der Riemenlauftestvorrichtung ein an vier Riemenscheiben 71, 71 ...
und vier Leerlaufriemenscheiben 72, 72 ... gewickelter Riemen
B betrieben, so dass der Riemen B viermal pro Runde umgekehrt gebogen
wurde. Die untere Riemenscheibe (Antriebsriemenscheibe) 71 wurde so
eingestellt, dass sie bei 5.500 U/min. drehte, und auf die anderen
Riemenscheiben 71, 72 wurde keine Last ausgeübt. An der
oberen Riemenscheibe 71 wurde ein Totgewicht angebracht,
um eine Last von 490 N auf den Riemen B auszuüben. Die Lufttemperatur wurde
so angesetzt, dass die Temperatur der Riemenoberfläche an der
Riemenschichtseite 130°C erreichte.
Der Durchmesser der Riemenscheiben 71 betrug 60 mm und
der der Leerlaufriemenscheibe 72 28 mm. Für die Rissfestigkeit wurde
der Zeitraum bis zur Erzeugung eines Risses in dem Oberflächenteil der
Kautschukschicht beurteilt.
-
- Messung
der bleibenden Dehnung der Kautschukmaterialien –
-
Jedes
groß bemessene
Stück gemäß JIS K6262
wurde bei einer Temperatur von 130° 10% komprimiert und dann wurde
die bleibende Dehnung nach 24 Stunden gemessen.
-
- Ergebnis
der Eigenschaftsmessung -
-
Die
Messergebnisse der Eigenschaften werden in dem unteren Absatz von 15 gezeigt. In den Kautschukzusammensetzungen
der Erfindungsbeispiele 1–4
war das Mischverhältnis
von EPDM zu verstärktem
H-NBR (1) unterschiedlich. Die Menge des Bestandteils des H-NBR
lag bei etwa der Hälfte des
verstärkten
H-NBR (1). Daher war bei den Mischverhältnissen in den Erfindungsbeispielen
1–4 das Volumenverhältnis des
EPDM größer als
das des H-NBR, so dass sich EPDM in einer kontinuierlichen Phase
befand, während
sich H-NBR in der dispersen Phase befand. Als Beispiel wird in 10 ein TEM(Durchstrahlungselektronenmikroskop)-Foto des quervernetzten
Kautschukfells des Erfindungsbeispiels 2 gezeigt. Die TEM-Bedingungen waren wie
folgt.
-
TEM-Bedingungen
-
Probenherstellung
-
Die
Probe wurde mittels eines Kryo-Ultramikrotoms (Probe: –120°C, Klinge: –120°C) geschnitten.
30
Sekunden lang Färben
mit Ruthenium (mit Hilfe eines RuO4-Kristalls)
-
Beobachtung
-
Beschleunigungsspannung
80 kV und Vergrößerung 16.000fach
-
Die
weißlichen
Teile in der Zeichnung sind das EPMD, welches die kontinuierliche
Phase bildet, und die graufarbenen Flecken von mehreren Mikrometer
Größe darin
ist das H-NBR, welches die disperse Phase bildet. Schwärzliche
Flecken, deren Korngröße etwa
0,5 μm beträgt, sind
der Füllstoff
und zahlreiche dispergierte kleine schwärzliche Flecken von etwa 0,1 μm Größe sind
das Zinkdimethacrylat. Aus der Zeichnung geht hervor, dass die Kautschukzusammensetzung
einen Aufbau hat, bei welchem die disperse Phase des H-NBR von mehreren
Mikrometern in der kontinuierlichen Phase des EPDM verteilt ist.
Es geht auch hervor, dass Zinkdimethacrylat in Form von Partikeln
von etwa 0,1 μm
vorliegt und gleichmäßig in der
gesamten Kautschukzusammensetzung dispergiert ist. Zinkdimethacrylat
ist mit anderen Worten sowohl in der kontinuierlichen Phase als
auch in der dispersen Phase fein dispergiert. 50% oder mehr des
Zinkdimethacrylats liegt in Form von Partikeln mit der Korngröße 0,1 μm oder weniger
vor und es findet sich kein Zinkdimethacrylat, dessen Korngröße 3 μm übersteigt.
-
In
jedem der Erfindungsbeispiele 1–4
war die Änderung
der Härte
des Kautschuks durch thermische Alterung gering, nämlich 5,
was bedeutet, dass er eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit aufwies.
Die ausgezeichnete thermische Beständigkeit wurde mit einer geringeren
Menge der Komponente niedrigen Molekulargewichts, die durch thermische
Alterung verflüchtigt
wird, erreicht. Die Gründe für eine geringer
Menge der Komponente mit niedrigem Molekulargewicht sind, dass sowohl
EPDM als auch H-NBR, welche den Kautschuk bilden, eine ausgezeichnete
thermische Beständigkeit
aufweisen; organisches Peroxid als Quervernetzungsmittel verwendet
wird und die Acetonextraktionsmenge geringer ist, nämlich etwa
4%.
-
Bei
niedrigem tanδ war
die Eigenerwärmung des
Kautschuks bei dynamischer Verformung gering, was bedeutet, dass
sich die Verwendung für
alle, die einer dynamischen Verformung unterzogen wurden, wie z.B.
Riemen, eignet. Ferner geht hervor, dass die Kautschukzusammensetzung
ausgezeichnete Reibungs- und Abriebeigenschaften, Bearbeitbarkeit, Kältebeständigkeit
(Gehman-Torsion t5), bleibende Formveränderung
bei Ermüdung
(bleibende Dehnung) und Rissfestigkeit aufweist. Vor allem die Kältebeständigkeit
war ausgezeichnet, da die Kautschukzusammensetzung einen Aufbau
hatte, bei welchem das EPDM, welches eine ausgezeichnete Kältebeständigkeit
hatte, sich in der kontinuierlichen Phase befand. Die ausgezeichnete
Beständigkeit
gegenüber
bleibender Formveränderung
bei Ermüdung wurde
wegen einer geringeren Beschleunigung des Kautschukdehnschlupfs
bei geringerer Acetonextraktionsmenge (4%) erreicht.
-
Weiterhin
glaubt man, dass die ausgezeichnete Rissfestigkeit erreicht wurde,
da: eine Rissbildung schwierig war, da Zinkdimethacrylat in Form von
Partikeln in der kontinuierlichen Phase des EPDM dispergiert war;
und die kontinuierliche Phase des H-NBR in etwa einigen Mikrometern
fein verteilt war, so dass selbst bei Erzeugung eines kleinen Risses
das Wachsen des Risses an der Schnittstelle zwischen der kontinuierlichen
Phase und der dispersen Phase des H-NBR verhindert wurde.
-
Das
obige EPDM hatte eine hohe (74) Mooney-Viskosität (ML(1+4) bei
125°C) und
ein hohes mittleres Molekulargewicht, so dass die bleibende Dehnung
bei Druck klein war. Im Einzelnen hatte das EPDM mit einer Mooney-Viskosität von unter
60 eine ausgeprägtere
bleibende Dehnung von 5% oder mehr zur Folge. Der Anteil des Ethylens
an dem obigen EPDM betrug 54% und die Kristallinität des Ethylens
war gering, was zu ausgezeichneter Biegsamkeit bei niedriger Temperatur
führt.
Im Einzelnen ist bekannt, dass die Gehman-Torsion t5 um
5°C oder mehr
steigt, wenn der Anteil an Ethylen in dem EPDM 65% oder mehr beträgt, was
die Rissfestigkeit bei niedriger Temperatur nachteilig beeinflusst.
Weiterhin wies der verstärkte
H-NBR (1), bei welchem der Anteil an gebundenem Acrylnitril niedrig
war, nämlich 18,8%,
eine ausgezeichnete Rissfestigkeit bei niedriger Temperatur ohne
Zugabe von Öl
auf. Daher waren die Rissfestigkeit und die Beständigkeit gegenüber bleibender
Dehnung selbst bei niedriger Temperatur ausgewogen.
-
In
dem Erfindungsbeispiel 5 wurde Polyethylenpulver mit ultrahohem
Molekulargewicht zusätzlich
zur Verbindung des Erfindungsbeispiels 2 zugegeben. Durch diese
Zugabe wurde die Abriebbeständigkeit
des Kautschuks verbessert, der Reibungskoeffizient wurde gesenkt
und die Stabilität
wurde verbessert. In Folge wurde ein geräuscharmer reibschlüssiger Antriebsriemen
unter Verwendung der Kautschukzusammensetzung in dem Erfindungsbeispiel
5 verwirklicht. Da Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht durch
organisches Peroxid fest mit dem Kautschuk quervernetzt war, war
Ablösen
an der Schnittstelle zum Kautschuk nur schwer zu bewerkstelligen
und die Rissfestigkeit war verbessert. Eine Kautschukzusammensetzung,
mit welcher Kurzfaser aus Polyethylenfaser ultrahohen Molekulargewichts (Handelsbezeichnung:
TEKMILON, Erzeugnis von Mitsui Chemicals, Inc.) an Stelle des Polyethylenpulvers
ultrahohen Molekulargewichts gemischt wurde, erzielte die gleichen
Wirkungen.
-
In
den Erfindungsbeispielen 6 und 7 wurde Graphitpulver oder Teflonpulver
als Reibschutzmittel an Stelle Polyethylen ultrahohen Molekulargewichts in
dem Erfindungsbeispiel 5 verwendet. Zwar senkten diese Reibschutzmittel
den Reibungskoeffizienten, doch war ihr Adhäsionsvermögen an der Schnittstelle zum
Hauptkautschuk mangelhaft, so dass die Reibschutzmaterialien zwangsläufig bei
Gleitbewegung abfielen. Dementsprechend war die Abriebmenge etwas
groß und
die Änderung
des Reibungskoeffizienten war verglichen mit denen des Erfindungsbeispiels
5 groß.
Bei Verwendung dieser Reibschutzmittel wurde die Rissfestigkeit
des Kautschuks schlechter.
-
Somit
ist es bei Verwendung von Graphitpulver oder Tetrafluorethylenpulver
als Reibschutzmittel bevorzugt, deren Menge so anzupassen, dass
die obigen nachteiligen Wirkungen nicht so stark gefördert werden.
Ferner kann Polyethylen ultrahohen Molekulargewichts in Kombination
mit einem solchen Reibschutzmittel verwendet werden.
-
In
dem Erfindungsbeispiel 8 wurde ein Teil eines weißen Füllstoffs,
zum Beispiel Siliciumdioxid, Calciumcarbonat, durch Carbon-Black
ersetzt. Mit Verwendung von Carbon-Black wurde tanδ der Kautschukzusammensetzung
groß,
so dass die Eigenerwärmung
des Kautschuks zunahm und die Rissfestigkeit schlechter wurde. Daher
ist ersichtlich, dass eine geringere Menge bzw. gar kein verstärkender Füllstoff
wie Carbon-Black verwendet werden sollte.
-
Somit
sind Siliciumdioxid und Calciumcarbonat als Füllstoff, welcher ein Absinken
des tanδ des Kautschuks
unterbindet und die Elastizität
der Kautschukzusammensetzung verbessert, bevorzugt. Daneben sind
auch andere weiße
Füllstoffe
wie Glimmer, Zinkoxid, Magnesiumoxid, ausgezeichnet. Mit Verwendung
dieser weißen
Füllstoffe
wurde die Kautschukzusammensetzung weiß. Weiterhin kann die Kautschukzusammensetzung
mit Hilfe von Pigmenten in willkürlichen
optionalen Farben eingefärbt
werden, was das dekorative Aussehen der Produkte verbessert und
anhand des Farberscheinungsbilds das Maß des Abbaus der Kautschukzusammensetzung durch
thermische Alterung beurteilen lässt.
-
Die
Anhebung des Verhältnisses
des verstärkten
H-NBR (1) wie im Vergleichsbeispiel 1 führte zu einer kontinuierlichen
Phase des H-NBR, was zu einer beträchtlichen Abnahme der Kältebeständigkeit führte (Gehman-Torsion
t5).
-
In
den Vergleichsbeispielen 2–4
wurde Pulver aus Zinkdimethacrylat direkt mit dem Hauptkautschuk
gemischt. Diese Zusammensetzungen hatten eine viel niedrigere Rissfestigkeit
als die der Erfindungsbeispiele 1–5, obwohl weder Graphitpulver,
Tetrafluorethylenpulver noch Carbon-Black wie in den Erfindungsbeispielen
6–8 verwendet
wurde. Der Grund hierfür
könnte
sein, dass das Zinkdimethacrylat weniger dispergiert war, da das
Zinkdimethacrylat direkt mit dem Hauptkautschuk gemischt wurde.
-
In
den Vergleichsbeispielen 2–4
lässt sich
die Rissfestigkeit durch längeres
Kneten und Verbessern des Dispersionszustands des Zinkdimethacrylatpulvers
auf ein Maß gleich
dem der Erfindungsbeispiele 1–5
verbessern. Eine Knetvorrichtung, deren Kapazität für das Verbessern der Produktivität groß ist, verschlechtert
aber die Reproduzierbarkeit des Dispersionszustands und bringt ein
Problems bezüglich
der Stabilität
der Qualität
mit sich.
-
In
den Vergleichsbeispielen 5 und 6 war kein H-NBR in den Kautschukzusammensetzungen
enthalten. Es zeigte sich, dass die Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzungen
unabhängig
vom Vorhandensein des Zinkdimethacrylats mangelhaft war. Daher kann
mit diesen Zusammensetzungen kein Flachriemen hergestellt werden
und die Beurteilung der Rissfestigkeit kann nicht vorgenommen werden.
Es ist ersichtlich, dass bei einer Kautschukzusammensetzung, welche
eine geringere Menge eines Füllstoffs
und ein EPDM mit hoher Mooney-Viskosität verwendet, wie in den Erfindungsbeispielen, die
Bearbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung durch Zugabe des H-NBR
und des Metallsalzes ungesättigter
Carbonsäure
in der Kautschukzusammensetzung beträchtlich verbessert ist.
-
Das
mit dem Metallsalz ungesättigter
Carbonsäure
verstärkte
H-NBR dient mit anderen Worten der Verbesserung der Bearbeitbarkeit
des Ethylen-α-Olefin-Elastomers hoher
Mooney-Viskosität. Somit
kann das Ethylen-α-Olefin-Elastomer
hoher Mooney-Viskosität
(ML(1+4) ist bei 125°C 60 oder höher), welches aufgrund mangelhafter
Bearbeitbarkeit nicht verwendet werden konnte, als Hauptkautschuk einer
Kautschukzusammensetzung für
Antriebsriemen verwendet werden, in welcher eine geringere Menge
Füllstoff
beigemischt ist und Kurzfaser eingemischt ist, so dass die Eigenschaften
des quervernetzten Kautschuks wie Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit,
Beständigkeit
gegen bleibende Verformung und Abriebbeständigkeit verbessert werden
und die Bearbeitbarkeit im nicht quervernetzten Zustand verbessert
wird.
-
Bei
Verstärkung
des H-NBR (1) mit Zinkmethacrylat und Verwendung des H-NBR als Grundkautschuk
ohne Verwendung von EPDM wie im Vergleichsbeispiel 7 ist es erforderlich,
etwa 10 Gewichtsteile Öl
für das
Ermöglichen
ausreichender Kältebeständigkeit
zuzugeben. Dessen Zugabe erhöht
aber die Kautschukhärteänderung
durch thermische Alterung und tanδ (was
einen Anstieg der Eigenerwärmung
des Kautschuks bedeutet) und senkt die Beständigkeit gegen bleibende Verformung
(Beständigkeit
gegen bleibende Dehnung bei Druck). Daher ist es schwierig, die
Eigenschaften der Kautschukzusammensetzung für Antriebsriemen auszugleichen.
-
< Beurteilung der Kautschukzusammensetzung
in gezahntem Keilriemen >
-
Die
in 1 und 2 gezeigten gezahnten Keilriemen
wurden hergestellt, wobei die Kautschukzusammensetzungen nach den
jeweiligen Kautschukmischverhältnissen
in den jeweiligen Beispielen in 16 für die obere
Kautschukschicht 1 und die untere Kautschukschicht 2 verwendet
wurden. Dann wurde die Beurteilung der Kautschukzusammensetzungen
in den folgenden Tests vorgenommen.
-
- Haltbarkeitsprüfung bei
hoher Temperatur -
-
Eine
Haltbarkeitsprüfung
bei hoher Temperatur wurde in einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung
mit jeweils offen gewickelten Riemen durchgeführt. Die Durchmesser der Antriebsriemenscheibe und
der Abtriebsriemenscheibe wurden auf 128 mm bzw. 105 mm festgelegt
und eine Traglast (Totgewicht) von 1.176 N (120 Kgf) wurde an der
Abtriebsriemenscheibe angelegt. Die Antriebsriemenscheibe wurde
unter Anlegen einer Last von 44 N an der Abtriebsriemenscheibe bei
6.000 U/min. gedreht. Die Lufttemperatur während des Laufs wurde auf 110°C eingestellt
und eine Laufzeit bis zum Zerreißen des Riemens wurde als Haltbarkeitsindex
verwendet. Die Zerreißbedingungen
wurden in folgender Art klassifiziert.
-
Zerreißmodus A:
-
Der
Riemen wird durch einen in der unteren Kautschukschicht erzeugten
Riss zerschnitten.
-
Zerreißmodus B:
-
In
der unteren Kautschukschicht wird durch dynamische Druckspannung
von der Riemenscheibe bleibende Verformung verursacht und die untere Kautschukschicht
löst sich
an der Schnittfläche
zu den Kernsträngen,
was zum Auflösen
des Riemens führt.
-
Zerreißmodus C:
-
Der
Riemen wird aufgrund der Ermüdung
der Kernstränge
zerschnitten.
-
- Kältebeständigkeitsprüfung -
-
In
einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung wurde eine Kältebeständigkeitsprüfung vorgenommen.
Die Durchmesser der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe
wurden auf 68 mm bzw. 158 mm festgelegt und eine Traglast von 1.176
N (120 Kgf) wurde an der Abtriebsriemenscheibe angelegt. Die Abtriebsriemenscheibe
wurde ohne Anlegen einer Last an der Abtriebsriemenscheibe bei 1.000
U/min. betrieben. Es wurde zuerst bestätigt, dass die Lufttemperatur
bei –30°C gehalten
wurde. Dann wurde nach Abkühlen
des an der Vorrichtung angebrachten Riemens über eine Stunde der Riemen 5 Minuten
lang betrieben. Dann wurde der Betrieb der Riemen gestoppt und diese
wieder eine Stunde lang abgekühlt.
Dieser Zyklus wurde wiederholt, bis in der unteren Kautschukschicht
ein Riss erzeugt wurde. Die Anzahl der Zyklen bis zur Risserzeugung
wurde als Index für
die Rissfestigkeit bei niedriger Temperatur verwendet.
-
- Beurteilung
der Antriebskraft -
-
Die
Antriebskraft wurde in einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung
beurteilt. Jeder Durchmesser der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe
wurde auf 105,8 mm festgelegt und eine Traglast (Totgewicht) von
600 N wurde an der Abtriebsriemenscheibe angelegt. Die Antriebsriemenscheibe
wurde bei 3.000 U/min. betrieben. Die Lufttemperatur wurde auf 25°C gesetzt
und das Übertragungsdrehmoment
wurde allmählich
angehoben. Das Übertragungsdrehmoment
bei Erreichen der Schlupfrate des Riemens von 2% wurde als Index
für die
Antriebskraft des Riemens verwendet.
-
< Beurteilung der Kautschukzusammensetzung
in dem Hybridkeilriemen für
Hochleistungskraftübertragung >
-
Die
in 3 bis 6 gezeigten Hybridkeilriemen
wurden hergestellt, wobei die Kautschukzusammensetzungen nach den
jeweiligen Kautschukmischverhältnissen
in den jeweiligen Beispielen in 16 für die formbeständige Kautschukschicht 31 in
den jeweiligen Riemen verwendet wurden. Dann wurde der folgende
Test zur Beurteilung der jeweiligen Kautschukzusammensetzungen vorgenommen.
-
- Haltbarkeitsprüfung bei
hoher Temperatur -
-
Eine
Haltbarkeitsprüfung
bei hoher Temperatur wurde in einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung
durchgeführt.
Die Durchmesser der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe
betrugen jeweils 126 mm bzw. 71 mm und eine Traglast (Totgewicht)
von 1.100 N wurde an der Abtriebsriemenscheibe angelegt. Das axiale
Drehmoment der Antriebswelle wurde auf 63 Nm gesetzt und die Antriebsriemenscheibe
wurde bei 5.300 U/min. gedreht. Die Lufttemperatur während des
Laufs wurde auf 110°C
eingestellt. Der Lauf wurde bis zum Zerreißen des Riemens fortgesetzt.
Die Riemenlaufzeit wurde als Index der Haltbarkeit bei hoher Temperatur
verwendet. Die Zerreißbedingungen
wurden in folgender Art klassifiziert.
-
Zerreißmodus A:
-
Der
Riemen wird durch einen in der unteren Kautschukschicht erzeugten
Riss zerschnitten.
-
Zerreißmodus B:
-
In
der unteren Kautschukschicht wird durch dynamische Druckspannung
von der Riemenscheibe bleibende Verformung verursacht und die untere Kautschukschicht
löst sich
an der Schnittfläche
zu den Kernsträngen,
was zum Auflösen
des Riemens führt.
-
Zerreißmodus C:
-
Der
Riemen wird aufgrund der Ermüdung
der Kernstränge
zerschnitten.
-
- Haltbarkeitsprüfung bei
niedriger Temperatur -
-
In
einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung wurde eine Haltbarkeitsprüfung bei
niedriger Temperatur vorgenommen. Die Durchmesser der Antriebsriemenscheibe
und der Abtriebsriemenscheibe wurden auf 68 mm bzw. 192 mm festgelegt
und eine Traglast (Totgewicht) von 1.176 N (120 Kgf) wurde an der
Antriebsriemenscheibe angelegt. An der Antriebswelle wurde kein
axiales Drehmoment angelegt und die Antriebsriemenscheibe wurde
bei 1.000 U/min. betrieben. Im Einzelnen wurde die Lufttemperatur
zuerst auf –35°C gesetzt
und der an der Vorrichtung angebrachte Riemen wurde zwei Stunde
lang abgekühlt.
Dann wurde der Riemen 5 Sekunden lang betrieben und 10
Sekunden lang angehalten. Eine dreimalige Wiederholung davon wurde
als ein Zyklus festgelegt. Dieser Zyklus wurde wiederholt, bis in dem
formbeständigen
Kautschuk des Zugbands ein Riss erzeugt wurde. Die Anzahl der Zyklen
bis zur Risserzeugung wurde als Index für die Rissfestigkeit bei niedriger
Temperatur verwendet.
-
- Beurteilung
der Antriebskraft -
-
Die
Antriebskraft wurde in einer Vorrichtung mit Zweiwellenanordnung
beurteilt. Jeder Durchmesser der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe
wurde auf 98,5 mm festgelegt und eine Traglast (Totgewicht) von
3.000 N wurde an der Abtriebsriemenscheibe angelegt. Die Antriebsriemenscheibe
wurde bei 3.000 U/min. gedreht. Die Lufttemperatur wurde auf 25°C gesetzt
und das Übertragungsdrehmoment
wurde allmählich
angehoben. Das Übertragungsdrehmoment
bei Erreichen der Schlupfrate des Riemens von 2% wurde als Index
für die
Antriebskraft des Riemens verwendet.
-
- Beurteilungsergebnisse
von gezahnten Keilriemen und Hybridkeilriemen -
-
Die
Ergebnisse werden zusammen mit den Kautschukeigenschaften in dem
unteren Absatz in 16 gezeigt. In den
Erfindungsbeispielen 2, 9 und 10 wurden das EPDM und der verstärkte H-NBR
(1) als Hauptkautschuk verwendet und die Mischmenge der TECHNORA
Kurzfaser war unterschiedlich. Die Kautschukhärte im Durometer Typ D war
unterschiedlich und ihr Einfluss kann in der Haltbarkeit bei hoher
Temperatur bestätigt
werden, während
annähernd
gute Übertragungseigenschaften
erhalten wurden.
-
In
dem Erfindungsbeispiel 11 wurde eine übermäßige Menge Siliciumdioxid zugegeben,
um die Kautschukhärte
im Durometer Typ D zu erhöhen. Die
Rissfestigkeit des Kautschuks war mangelhaft und der Zeitraum, über den
der Riemen bei hoher Temperatur haltbar war, war kurz. Verglichen
mit den Ergebnissen in den Erfindungsbeispielen 2 und 9 bis 11 wurde
in dem Kautschuk sowohl der gezahnten Keilriemen als auch der Hybridkeilriemen
bei der Haltbarkeitsprüfung
bei hoher Temperatur ein Riss erzeugt, wenn die Kautschukhärte bei
60 oder höher lag,
was eine beträchtliche
Abnahme der Haltbarkeit bedeutet. Dementsprechend versteht sich,
dass die Kautschukhärte
bevorzugt auf 60 oder weniger gesetzt wird. In dem Erfindungsbeispiel
12 dagegen wurde keine TECHNORA Kurzfaser eingemischt, so dass die
Kautschukhärte
im Durometer Typ D gesenkt wurde. Die Haltbarkeit bei hoher Temperatur war
geringer und die Antriebskraft war ebenfalls geringer. Dementsprechend
ist bevorzugt, die Kautschukzusammensetzung so anzupassen, dass
die Kautschukhärte
bei 40 oder höher
liegt.
-
In
den Erfindungsbeispielen 13 bis 15 wurde der H-NBR (2) verwendet,
in welchem die Menge gebundenen Acrylnitrils groß war, und die Menge zugegebenen Öls unterschiedlich
war. In dem Erfindungsbeispiel 13, in dem kein Öl zugegeben wurde, war die Kautschukhärte im Durometer
Typ D hoch, während die
Gehman-Torsion t5 höher als –35°C war, was eine schlechte Haltbarkeit
bei niedriger Temperatur bedeutet. Als die Menge zugegebenen Öls in den
Erfindungsbeispielen 14 und 15 groß war, was zu einer großen Acetonextraktionsmenge
führte,
war die Gehman-Torsion
t5 geringer und die Haltbarkeit bei niedriger
Temperatur war verbessert. Es wurde aber zwangsläufig eine ausgeprägte bleibende
Dehnung durch Dehnschlupf des Kautschuks verursacht und die Haltbarkeit
bei hoher Temperatur war geringer.
-
Aus
den obigen Beurteilungsergebnissen ist ersichtlich, dass es für das Erreichen
ausgezeichneter Haltbarkeit sowohl bei hoher Temperatur als auch bei
niedriger Temperatur und einer bei reibschlüssigen Riemen für Hochleistungskraftübertragung
erforderlichen Antriebskraft bevorzugt ist, eine Kautschukzusammensetzung
so herzustellen, dass die Kautschukhärte des Kautschukmaterials,
aus dem sie besteht, in dem Bereich zwischen 40 und 60 in dem Durometer
Typ D liegt, t5 im Gehman-Test auf –35°C oder niedriger
festgelegt wird und die Acetonextraktionsmenge 9% oder weniger beträgt. Die
gleichen Gesichtspunkte gelten auch für Flachriemen für Hochleistungskraftübertragung
wie auch für
gezahnte Keilriemen und Hybridkeilriemen für Hochleistungskraftübertragung.
-
< Beurteilung der Kautschukzusammensetzung
im Keilrippenriemen >
-
Die
in 7 gezeigten Keilrippenriemen wurden hergestellt,
wobei die Kautschukzusammensetzungen nach den Kautschukmischverhältnissen
in den jeweiligen in 17 gezeigten Beispielen für die gerippte
Kautschukschicht 52 verwendet wurden. Diese Riemen wurden
in den folgenden Tests beurteilt.
-
- Haltbarkeitsprüfung bei
hoher Temperatur -
-
Der
Keilrippenriemen B wurde um eine Riemenlaufvorrichtung gewickelt,
deren Anordnung in 11 gezeigt wird, und die Ergebnisse
der Prüfung der
Haltbarkeit bei hoher Temperatur wurden beurteilt. Dieses Mal wurde
die Lufttemperatur auf 120°C gesetzt.
Die Riemenscheibe 75 wurde so eingestellt, dass sie bei
4.900 U/min. drehte, und die Riemenscheibe 76 wurde so
angeordnet, dass jede Rippe des Riemens B eine Last von 4 kW aufnahm.
An der Riemenscheibe 73 wurde ein festgelegtes Gewicht angebracht,
um eine Last von 350 N auf jede Rippe des Riemens B auszuüben. Das
Material der Riemenscheiben 73 bis 76 war S45C,
der Durchmesser der Riemenscheiben 73, 74, 75 und 76 wurde
jeweils auf 55 mm, 70 mm, 120 mm und 120 mm festgelegt. Der Winkel
der Riemenscheiben 73, 74 zum Riemen B wurde auf 90° festgelegt.
Die Zeit ab Starten bis zum Erzeugen eines Risses in dem Oberflächenteil der
gerippten Kautschukschicht wurde als Index für die Haltbarkeit bei hoher
Temperatur verwendet.
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- Haltbarkeitsprüfung bei
niedriger Temperatur -
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Der
Riemen B wurde in einer Riemenbetriebtestvorrichtung, deren Anordnung
in 12 gezeigt wurde, um eine große Riemenscheibe 77 und
eine kleine Riemenscheibe 78 gewickelt und betrieben, und
die Ergebnisse der Prüfung
der Haltbarkeit bei niedriger Temperatur wurden beurteilt. Die Lufttemperatur
wurde auf –40°C gesetzt.
Die große
Riemenscheibe 77 wurde bei 270 U/min. angetrieben und an der
kleinen Riemenscheibe 78 wurde keine Last angelegt. An
der kleinen Riemenscheibe 78 wurde ein festgelegtes Gewicht
angebracht, so dass eine Last von 9,8 N auf jede Rippe des Riemens
B ausgeübt wurde.
Das Material der großen
Riemenscheibe 77 und der kleinen Riemenscheibe 78 war
S45C, der Durchmesser der großen
Riemenscheiben 77 und der kleinen Riemenscheibe 78 wurde
jeweils auf 140 mm und 45 mm festgelegt. Ein kontinuierlicher Riemenlauf über 5 Minuten
und ein Anhalten für
25 Minuten wurden als ein Zyklus festgelegt. Die Anzahl der Zyklen
bis zum Erzeugen eines Risses in dem Riemen B wurde gemessen.
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- Beurteilungsergebnisse
des Keilrippenriemens -
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Die
Ergebnisse werden zusammen mit den Kautschukeigenschaften in dem
unteren Absatz in 17 gezeigt. Das EPDM und der
verstärkte H-NBR
(1) wurden als Hauptkautschuk in den Erfindungsbeispielen 16 bis
19 verwendet, wobei die Kautschukhärte im Durometer Typ A durch Ändern der Menge
der TECHNORA Kurzfaser unterschiedlich war. In den Erfindungsbeispielen
16 und 17, in welchen die Kautschukhärte in dem Bereich zwischen
80 und 90 lag, waren die Haltbarkeit bei hoher Temperatur und die
Haltbarkeit bei niedriger Temperatur beide Male ausgezeichnet. Wenn
jedoch die Härte 90 übersteigt,
wie in den Erfindungsbeispielen 18 und 19, wird die Rissfestigkeit
schlechter, mit dem Ergebnis mangelhafter Haltbarkeit bei hoher
Temperatur.
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In
den Erfindungsbeispielen 20 bis 22 wurde das EPDM und der verstärkte H-NBR
(2) als Hauptkautschuk verwendet, wobei die Härte im Durometer Typ A durch Ändern der
Menge zugegebenen Öls
unterschiedlich war. In den Erfindungsbeispielen 20 und 21, bei
welchen die Kautschukhärte
in dem Bereich zwischen 80 und 90 lag, waren sowohl die Haltbarkeit bei
hoher Temperatur als auch die Haltbarkeit bei niedriger Temperatur
ausgezeichnet. Als die Härte
jedoch unter 80 lag, wie in dem Erfindungsbeispiel 22, wurde der
Kautschuk stark verformt und löste
sich von den Kernsträngen,
was schlechte Haltbarkeit bei hoher Temperatur bedeutet.
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Weiterhin
geht man bei dem Erfindungsbeispiel 22, in welchem die Acetonextraktionsmenge 12% überstieg,
davon aus, dass die bleibende Dehnung des Kautschuks ausgeprägt ist und
die Haltbarkeit des Riemens bei hoher Temperatur mangelhaft ist.
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Wie
bei dem Erfindungsbeispiel 23, bei welchem ein H-NBR mit 30% oder
mehr Acrylnitrilmenge verwendet und kein Öl zugegeben wurde, wurde, als die
Kautschukhärte
zu hoch wurde und die German-Torsion t5 höher als –35°C wurde,
kein Riss erzeugt und die Haltbarkeit bei hoher Temperatur und die
Haltbarkeit bei niedriger Temperatur wurden mangelhaft.
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Daher
ist aus den obigen Ergebnissen des Riemenbeurteilungstests ersichtlich,
dass zum Verbessern sowohl der Haltbarkeit bei hoher Temperatur als
auch der Haltbarkeit bei niedriger Temperatur bei Verwendung bei
reibschlüssigen
Riemen, welche eine Kraftübertragung
im mittleren Leistungsbereich erfordern, wie z.B. Keilrippenriemen,
es bevorzugt ist, dass die Kautschukhärte des Kautschukmaterials,
aus dem sie bestehen, in dem Bereich zwischen 80 und 90 in dem Durometer
Typ A liegt, t5 im Gehman-Test auf –35°C oder niedriger
gesetzt wird und die Acetonextraktionsmenge 12% oder weniger beträgt. Die
gleichen Gesichtspunkte gelten auch für flankenoffene Keilriemen,
ummantelte Keilriemen, Flachriemen und dergleichen für den mittleren
Leistungsbereich bis Hochleistungsbereich sowie für Keilrippenriemen.
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< Beurteilung der Kautschukzusammensetzung
im Zahnriemen >
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Es
wurden die in 8 gezeigten Zahnriemen hergestellt.
Die Kautschukzahnteile 61 wurden jeweils aus den Kautschukzusammensetzungen
gemäß den in 18 gezeigten
Beispielen gebildet. Die Beurteilung der Kautschukzusammensetzungen wurde
für die
Ergebnisse der folgenden Tests vorgenommen.
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- Beurteilung der Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bei Hochleistungsanwendung -
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Die
Zahnriemen B in der Hochleistungsanwendung wurden zur Beurteilung
mit Hilfe einer Riemenlauftestvorrichtung, deren Anordnung in 13 gezeigt
wird, geprüft.
Im Einzelnen wurde der Zahnriemen B um eine Antriebsriemenscheibe 81,
deren Umfang zu 21 Riemenscheibennute ausgebildet war, eine Abtriebsriemenscheibe 82,
deren Umfang zu 42 Riemenscheibennuten ausgebildet war, und eine Leerlaufriemenscheibe 83,
deren Umfang zum Pressen der Rückfläche des
Riemens flach war und deren Durchmesser auf 32 mm festgelegt war,
gewickelt und es wurde eine Last hinten an der Abtriebsriemenscheibe 82 angebracht,
um einen Zug von 216 N auf den Riemen B auszuüben. Die Antriebsriemenscheibe 82 wurde
bei 6.000 U/min. gedreht, während
eine Last von 60 Nm auf die Abtriebsriemenscheibe 82 ausgeübt wurde.
Die Lufttemperatur wurde auf 100°C
gesetzt. Die Laufzeit bis zum Eintreten von Zahnabsplittern wurde
als Lebensdauer des Riemenzahnteils gemessen.
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- Beurteilung der Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bei niedriger Temperatur -
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Mit
einer Anordnung, welcher der bei der Beurteilung der Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bei Hochleistungsanwendung entspricht, wurde ein
Test unter den Bedingungen durchgeführt, dass: keine Last auf die
Abtriebsriemenscheibe ausgeübt wurde;
die Lufttemperatur auf –40°C gesetzt
wurde und ein einminütiger
Betrieb und ein 30-minütiges Abkühlen als
ein Zyklus festgelegt wurden. Dann wurde die Betriebszeit bis zum
Eintritt von Zahnabsplittern als Lebensdauer des Riemenzahnteils
gemessen.
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- Beurteilungsergebnisse
für den
Zahnriemen -
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Die
Ergebnisse werden in dem unteren Absatz von 18 zusammen
mit den Kautschukeigenschaften gezeigt. In den Erfindungsbeispielen
16 und 17 wurden das EPDM und der verstärkte H-NBR (1) wurden als Hauptkautschuk
verwendet und die Härte im
Durometer Typ A war durch Ändern
der Menge der TECHNORA Kurzfaser unterschiedlich. Die Erfindungsbeispielen
16 und 17, deren Kautschukhärte
in dem Bereich zwischen 80 und 90 lag, waren von ausgezeichneter
Haltbarkeit bei hoher Temperatur wie auch bei niedriger Temperatur.
Im Einzelnen wies das Erfindungsbeispiel 17 mit hoher Kautschukhärte eine ausgezeichnetere
Haltbarkeit bei hoher Temperatur auf.
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In
den Erfindungsbeispielen 25 und 26 wurde der Anteil an verstärktem H-NBR
(1) gegenüber
dem der Erfindungsbeispiele 16 und 17 angehoben und die Härte im Durometer
Typ A war durch Ändern
der Siliciumdioxidmenge unterschiedlich. Wenn die Kautschukhärte 95 übersteigt,
wie in dem Erfindungsbeispiel 26, wird die Rissfestigkeit des Kautschuks schlechter,
was zu einer Abnahme der Beständigkeit gegenüber Zahnabsplittern
bei Hochleistungsanwendung führt.
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In
den Erfindungsbeispielen 20, 21 und 24 wurden das EPDM und der verstärkte H-NBR (2) als Kautschukmaterial
verwendet, und die Kautschukhärte
im Durometer Typ A war durch Ändern
der Zugabemengen der TECHNORA Kurzfaser und des Öls unterschiedlich. In den
Erfindungsbeispielen 20 und 21, deren Kautschukhärte in dem Bereich zwischen 80
und 90 lag, waren die Haltbarkeit bei hoher Temperatur und die Haltbarkeit
bei niedriger Temperatur beide Male ausgezeichnet. Wenn jedoch die
Härte unter
80 fiel, wie in dem Erfindungsbeispiel 24, wurde die Verformung
des Kautschukzahnteils bei Hochleistungsanwendung ausgeprägt und ein
Ablösen
eines Kautschukzahns von den Kernsträngen trat ein, was schlechte
Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bedeutet. In dem Erfindungsbeispiel 24, in welchem
die Acetonextraktionsmenge 10% überstieg, wurde
die bleibende Dehnung des Kautschuks so stark, dass Zahnabsplittern
durch Ablösen
eines Kautschukzahns von den Kernsträngen gefördert wurde.
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Wenn
der verstärkte
H-NBR (2), dessen Acrylnitrilmenge 30% oder mehr betrug,
und kein Ö zugegeben
wurde, wie in dem Erfindungsbeispiel 23, war t5 in
der Gehman-Torsion
höher als –35°C und die
Rissfestigkeit des Kautschuks bei niedriger Temperatur war schlechter,
so dass die Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bei niedriger Temperatur schlechter war.
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Anhand
der obigen Riemenbeurteilungsergebnisse ist für das Erreichen ausreichender
Beständigkeit
gegenüber
Zahnabsplittern bei Hochleistungsanwendung und bei niedriger Temperatur
bei Anwendung bei Zahnriemen für
Hochleistungskraftübertragung
bevorzugt, dass die Kautschukmaterialien so hergestellt werden,
dass die Kautschukhärte
im Durometer Typ A in dem Bereich zwischen 80 und 95 liegt, t5 im Gehmran-Test –35°C oder weniger beträgt und die
Acetonextraktionsmenge 10% oder weniger ist.
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Ferner
versteht der Fachmann, dass die vorstehende Beschreibung eine bevorzugte
Ausführung der
offenbarten Zusammensetzungen ist und dass verschiedene Änderungen
und Abwandlungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom
Wesen und Schutzumfang derselben abzuweichen.