DE69111709T2

DE69111709T2 - Kautschukverbundstoffe gemischt mit kurzen Verstärkungsstapelfasern und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Info

Publication number: DE69111709T2
Application number: DE69111709T
Authority: DE
Inventors: Takashi Hamada
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2011-06-22
Also published as: EP0466346A3; EP0466346B1; JPH0453836A; DE69111709D1; EP0466346A2; CA2045089A1; US5217801A; ATE125837T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gummiverbundwerkstoff, wie er zum Herstellen von Hochleistungstreibriemen verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Gummiverbundwerkstoff mit kurzen, verstärkenden Stapelfasern aus Poly-(m-phenylenisophthaldiamid), die gleichmäßig in einer Gummimatrix verteilt sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des Verbundwerkstoffs.
Um die Druck- und Verschleißfestigkeit von Gummi zu verbessern, wurden bisher verstärkende Stapelfasern im Gummi verteilt. Es ist beispielsweise üblich, kurze, verstärkende, organische oder anorganische Stapelfasern gleichmäßig in einer Matrix aus Natur- oder Kunstgummi zu verteilen. Die Fasern sind gewöhnlich 1 bis 50 mm lang und nehmen 1 bis 30 Volumenprozent des Gummiverbundwerkstoffs ein. Die Fasern sind allgemein im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und so angeordnet, daß ihre Längsrichtung unter einem Winkel von 20º-160º, bevorzugt 90º, zur Reibungsoberfläche des Verbundwerkstoffs verläuft, d. h. zu den Seitenflächen eines Treibriemens.
Das mit Fasern durchsetzte Gummimaterial konnte in den letzten Jahren besonders gut für Keilrippenriemen in der Automobilindustrie verwendet werden. Die Automobilindustrie verlangt insbesondere dann Keilrippenriemen, wenn derartige Kiemen in Einzelriemenantriebssystemen verwendet werden. In heutigen Automobilen sind die Motorräume eher klein, und bei laufendem Motor steigen die Temperaturen im Motorraum stark an. In diesem Umfeld ist es insbesondere bei leistungsstarken Motoren unverzichtbar, daß die Keilrippenriemen sehr gut gegen Hitze, Krümmung, Spannung und Verschleiß beständig sind. Um diese Forderungen zu erfüllen, verwenden die Konstrukteure von herkömmlichen Treibriemensystemen aromatische Polyamidfasern zum Verstärken des Gummis und besonders dazu, dem Gummi größere Hitzebeständigkeit und Steifigkeit zu verleihen.
Das Verhalten des Gummiverbundwerkstoffs, insbesondere die Zug- und Reißfestigkeit, wird bekanntlich dadurch verbessert, daß auf die in der Gummimatrix eingebetteten kurzen, verstärkenden Stapelfasern Resorcin-Formaldehyd-Gummilatex (RFL), Isocyanat und Epoxydharzkleber geklebt wird. Obwohl diese Behandlung das Gummiverhalten verbessert, muß zum Auftragen des Klebers mit herkömmlichen Verfahrensweisen eine relativ teure Einrichtung verwendet werden, und der Vorgang ist relativ zeitaufwendig, kompliziert und teuer. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß die Riemenlebensdauer von der Beständigkeit des Klebers abhängen kann. Diese Zeitspanne kann unerwünscht kurz sein. Es ist zudem schwierig, die Fasern gleichmäßig klebend zu behandeln, wodurch das Verhalten der einzelnen Riemen unvorhersehbar werden kann.
Bei einem Gummiverbundwerkstoff mit einer Gummimatrix und kurzen, verstärkenden Stapelfasern in der Matrix ist es wünschenswert, für die bestmögliche Riemenfunktion feine Fasern zu verwenden, da die Fasern in der Gummimatrix Raum einnehmen und die Riemeneigenschaften beträchtlich verändern, wenn sie zu groß sind. Die Fasern sind deutlich größer als andere Zusätze im Matrixmaterial, beispielsweise Kohlenstoffteilchen; daher ist es nötig, ihre Größe zu überwachen. Werden die Fasern nicht RFL-behandelt, um ein Zerfasern der Filamente zu verhindern, so werden die Filamente im allgemeinen in Wasser getaucht, auf Länge geschnitten und dann getrocknet. Durch diese Behandlung neigen die Fasern dazu, sich zu verwickeln und auszudehnen, so daß sie einen größeren tatsächlichen Durchmesser aufweisen.
Ein weiteres Problem beim Erzeugen herkömmlicher Riemen, die Verbundmaterial mit in einer Gummimatrix verteilten Fasern enthalten, besteht darin, daß sich die Fasern in der Regel untereinander verwickeln und sich nicht mehr voneinander lösen. Während der Herstellung werden die miteinander verwickelten, geschnittenen Garne mit dem Gummi geknetet. Während des Knetvorgangs entwirren sich die Garne nicht. Die verwickelten Garnklumpen bleiben im Endprodukt erhalten, wodurch dessen Integrität beeinträchtigt wird. In gewissen Teilen der Gummimatrix sind weniger Fasern verteilt als erwünscht; andere Matrixteile enthalten dagegen Klumpen verwickelter Fasern, die nicht so ausgerichtet sind, daß sie einen Riemen mit bestmöglicher Qualität ergeben würden.
Eine Lösung des Problems besteht darin, die Verbundwerkstoffmischung wiederholt zu kneten. Dies löst zwar einige verwickelte Fasern, das Kneten kann aber die Eigenschaften der Fasern und/oder der Gummimatrix unerwünscht verändern.
In US-A-4, 833, 191 ist ein Verfahren zum Herstellen eines vorverteilten Faserverbunds offenbart, das zum Verteilen unterbrochener Fasern in einem Gummi- oder Kunststoffpolymerverbundwerkstoff nützlich ist. Das Verfahren umfaßt das Mischen von mindestens 15 Gewichtsprozent vergießbarem Verbundbindemittel mit bis zu 85 Gewichtsprozent unterbrochenen Fasern bei einer Temperatur von etwa 40ºC bis 150ºC, bis man einen gleichmäßig vorverteilten Faserverbund erhält. Das Verbundbindemittel enthält etwa 50 bis 100 Gewichtsprozent eines Gummi- oder Kunststoffpolymers, 0 bis 50 Gewichtsprozent Weichmacher oder Peptisator für das Polymer und 0 bis 45 Gewichtsprozent kritischer chemischer Additive. Das Verbundbindemittel ist bei Umgebungstemperaturen bis zu 135ºC vergießbar und weist bei den Temperaturen, bei denen es vergießbar ist, eine Brookfield-Viskosität von weniger als ungefähr 130000 Zentipoise auf.
Die Erfindung stellt einen Gummiverbundwerkstoff bereit, umfassend:
ein Gummimatrixmaterial, und
eine Anzahl kurzer, verstärkender Stapelfasern, die im Gummimatrixmaterial verteilt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen, verstärkenden Stapelfasern Poly(m-phenylenisophthaldiamid)fasern sind, die hergestellt werden, indem man Poly(m-phenylenisophthaldi-amid)garn zu kurzen, verstärkenden Stapelfasern zerschneidet, und
dadurch, daß die kurzen, verstärkenden Stapelfasern eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen (d. h. die Oberfläche enthält Vorsprünge und Vertiefungen), und
dadurch, daß das Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn mit einem Überzug beschichtet ist, der dadurch gebildet wird, daß mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste vor dem Schneiden getrocknet wird, um die kurzen, verstärkenden Stapelfasern herzustellen.
Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß der erfindungsgemäße Gummiverbundwerkstoff besonders gut gegen Hitze, Biegung, Belastung und Verschleiß beständig ist. Dieseeigenschaften werden zudem erzielt, ohne daß man die Faser mit Kleber behandeln muß. Diese Behandlung ist üblicherweise ein ziemlich zeitaufwendiges und teures Verfahren, wobei teure Ausrüstung verwendet wird.
Ein Beispiel für eine in der Erfindung verwendbare Poly(mphenylenisophthaldiamid) faser ist die CONEX-Faser. Im Vergleich zu anderen Kunstfasern wie 6,6 Nylon, 6 Nylon, Polyester, unter der Handelsmarke VINYLON verkauften Polyvinylalkoholfasern und ähnlichen Fasern, die eine relativ glatte, zylindrische Außenfläche haben, weist die CONEX-Faser eine unregelmäßige Oberfläche mit Vorsprüngen und Vertiefungen auf. Die Conexfaser setzt sich im Matrixgummi leicht fest, wodurch die bei anderen Kunstfaserarten nötige Kleberbehandlung entfallen kann.
Um herkömmliche aromatische Fasern zum Verteilen in einer Matrix herzustellen, ist es üblich, die Faser in Wasser zu tauchen. Dadurch verwickeln sich die Fasern oft, wodurch eine gleichmäßige Verteilung in der Gummimatrix verhindert wird. Erfindungsgemäß ist der Schritt des Eintauchens in Wasser nicht nötig; dadurch verwickelt sich die Faser so wenig wie möglich und erlaubt eine gleichmäßige Faserverteilung in der Gummimatrix. Das Verhalten der einzelnen Riemen wird dadurch gleichförmiger und die Integrität der Riemen größer. Zugleich vereinfacht sich die Herstellung und die dabei anfallenden Kosten sinken. Zudem entfällt das wiederholte Kneten, so daß sich die Faser- und Matrixgummieigenschaften nicht nachteilig verändern.
Im erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff sind die kurzen, verstärkenden Stapelfasern mit mindestens einem Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste beschichtet. Der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste kann das gleiche Material sein, oder es können verschiedene Stoffe sein.
Der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste wird bevorzugt in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent bezogen auf die Garnmenge bereitgestellt.
Das Gummilatex ist bevorzugt mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Styrolbutadien-Copolymergummilatex, Naturgummilatex, Vinylpyridinstyrolbutadien-Terpolymerlatex, Nitrilbutadienlatex und Chloroprenlatex.
Der Gummi in der Gummipaste ist bevorzugt mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Naturgummi, Chloroprengummi, Styrolbutadien-Copolymergummi, Acrylnitrilbutadien-Copolymergummi, Polysulfidgummi, Isobutylen-Polymergummi, Alkylacrylatchloralkylvinylether-Copolymergummi und chlorsulfonierter Polyolefingummi.
Die Gummipaste wird bevorzugt durch Vermischen von Gummi mit einem Lösungsmittel hergestellt, das mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Toluol, Xylol und Methylethylketon ist.
In einer bevorzugten Form sind die kurzen, verstärkenden Stapelfasern in einer Menge von 5 bis 50 Teilen je 100 Gewichtsteile und bevorzugt von 10 bis 30 Teilen je 100 Gewichtsteile der Gummimatrix vorhanden.
Die Erfindung umfaßt weiterhin eine verbesserte Hochleistungstreibriemenart mit einer Zugzone, einer Druckzone und einem lasttragenden Abschnitt, wobei die Verbesserung im Bereitstellen des obigen Verbundwerkstoffs in mindestens einem Teil der Druckzone des Riemens besteht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen Gummiverbundwerkstoff bereitzustellen, wobei sich die kurzen, verstärkenden Stapelfasern besonders gut in einer Gummimatrix verteilen, ohne daß die einzelnen Fasern mit Kleber behandelt werden müssen.
Die Erfindung stellt insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Gummiverbundwerkstoffs bereit, das die Schritte umfaßt:
Bereitstellen von Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn mit ungleichförmiger Oberfläche (d. h. mit einer Oberfläche, die Vorsprünge und Vertiefungen aufweist) in einer ersten vorbestimmten Länge, und Zerschneiden des Garns zu kurzen, verstärkenden Stapelfasern, nachdem das Garn mit einem Überzug beschichtet wurde, der durch Trocknen mindestens eines Stoffs aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste gebildet wurde, und
Mischen der beschichteten, kurzen, verstärkenden Stapelfasern in ein Gummimatrixmaterial.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Garn durch Eintauchen in mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste beschichtet.
Eine Ausführungsform des Verfahrens enthält den Schritt:
Steuern der Menge des Stoffs aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste auf dem Garn, nachdem das Garn in den mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste getaucht wurde.
Die kurzen, verstärkenden Stapelfasern sind bevorzugt zwischen 1 und 50 mm lang.
In einer Form der Erfindung wird der Steuerungsschritt ausgeführt, indem die Faserabschnitte zwischen einem zusammenwirkenden Rollenpaar gepreßt werden. Dieser Schritt wird bevorzugt so ausgeführt, daß der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste bezogen auf die Garnmenge mit 1 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden ist.
Die Erfindung umfaßt auch den Schritt:
Einarbeiten des auf obige Weise erzeugten Matrixmaterials in einen Hochleistungstreibriemen.
Die Erfindung wird nunmehr zur besseren Darstellung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Seitenaufriß eines Systems zum Herstellen von erfindungsgemäßem Gummiverbundwerkstoff;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Keilrippen-Hochleistungstreibriemens mit einer Druckzone, in die ein erfindungsgemäßer Verbundwerkstoff eingebettet ist;
Fig. 3 einen schematischen Seitenaufriß einer Maschine zum Prüfen der Standfestigkeit eines Hochleistungstreibriemens unter dynamischen Bedingungen,
Fig. 4 ein Schaubild, in dem die Anzahl nichtverteilter, kurzer verstärkender Stapelfasern in herkömmlich gefertigten Riemen und in erfindungsgemäß hergestellten Riemen verglichen wird, und
Fig. 5 ein Schaubild, das die Brucherzeugungsrate bei herkömmlichen Riemen und bei erfindungsgemäßen Riemen darstellt, die auf der Maschine nach Fig. 3 geprüft wurden.
Fig. 1 zeigt bei 10 ein Herstellungssystem zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Gummiverbundwerkstoffs. Der Gummiverbundwerkstoff besteht aus einer Gummimatrix mit darin enthaltenen, kurzen, verstärkenden Stapelfasern. Er ist in verschiedenen Einsatzgebieten verwendbar, jedoch besonders gut an den Gebrauch in Hochleistungstreibriemen anpaßbar.
Die Erfindung umfaßt den Gebrauch kurzer, verstärkender Stapelfasern aus Poly(m-phenylenisophthaldiamid), einer aromatischen Polyamidfaser. Eine bevorzugte Form dieser Faser ist als Garn unter dem Warenzeichen CONEX im Handel. Im System 10 wird das Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn so behandelt, daß es sich in einer Gummimatrix leichter gleichförmig verteilt. Insbesondere wird eine Rolle 12 aus Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn 13 bereitgestellt. Das Garn läuft um die aufeinanderfolgenden Führungsrollen 14, 16, 18 und 20 und wird dabei in ein Bad von Verarbeitungsflüssigkeit 22 getaucht. Die Verarbeitungsflüssigkeit ist ein Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste. Der Stoff kann der gleiche Gummi sein, aus dem das Matrixmaterial besteht, in dem die aus dem Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn geschnittenen Fasern verteilt werden, oder ein anderer Gummi. Das Garn 13 verläuft um die Führungsrolle 14 nach unten und durch das Flüssigkeitsbad 22 um die Rolle 16, die teilweise in die Flüssigkeit 22 eintaucht. Das Garn 13 verläuft dann nach oben um die Führungsrolle 18 und wieder nach unten um die teilweise eingetauchte Führungsrolle 20. Durch diese Anordnung wird das Garn 13 zweimal in die Verarbeitungsflüssigkeit 22 getaucht.
Nachdem das Garn 13 in die Verarbeitungsflüssigkeit 22 getaucht bzw. damit beschichtet wurde, wird es zwischen einem Paar zusammenwirkender Preßwalzen 26 und 28 hindurchgeführt, die die Menge an Verarbeitungsflüssigkeit 22 steuern, die am Garn 13 anhaftet. Der Druck zwischen den Walzen 26 und 28 wird so eingestellt, daß die Verarbeitungsflüssigkeit 22 in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Garns 13 anhaftet.
Hinter den Preßwalzen 26 und 28 wird das Garn 13 in einer Schneidestation 30 zerschnitten. Das Garn 13 wird durch ein Führungsrollenpaar 32 und 34 gezogen, die in der Schneidestation 30 bereitgestellt sind. Die untere Führungsrolle 34 dient als Unterlage für ein abwärts gerichtetes Schneidemesser 36, das das vorgeschobene Garn 13 in vorbestimmten Abständen zerschneidet, um einzelne, kurze, verstärkende Stapelfasern 38 zu bestimmen, die im allgemeinen 1 bis 50 mm lang sind. Die Stapelfasern 38 fallen nach unten in einen Behälter 40, in dem sie gesammelt werden. Wahlweise kann ein Walzenschneider verwendet werden. Das Längen- zu Breitenverhältnis der kurzen, verstärkenden Stapelfasern liegt im Bereich 100-1000.
Im Behälter 40 trocknet ein Heißlufttrockner (schematisch bei 42 gezeigt) oder eine andere, Fachleuten geläufige Vorrichtung, die die erwünschte Trocknungswirkung erzeugt, die kurzen, verstärkenden Stapelfasern 38 bei 50º-250ºC, bevorzugt bei 80º-150ºC.
Die behandelten, kurzen, verstärkenden Stapelfasern 38 werden bevorzugt in einer Menge von 5-50 Gewichtsprozent mit der Gummimatrix gemischt, bevorzugt von 10-30 Gewichtsprozent, auf 100 Teile der Gummimatrix. Die gemischte Gummimatrix und die Fasern 38 werden in einer Station 44 im System 10 geknetet, so daß sich die Fasern 38 gleichförmig verteilen.
Die bevorzugte Gummilatexform, die erfindungsgemäß zum Behandeln der kurzen, verstärkenden Stapelfasern verwendet wird, ist bevorzugt ein Stoff oder eine Stoffmischung aus der Gruppe mit Styrolbutadien-Copolymergummilatex, Naturgummilatex, Vinylpyridinstyrolbutadien-Terpolymerlatex, Nitrilbutadienlatex und Chloroprenlatex.
Der Gummi in der Gummipaste ist erfindungsgemäß bevorzugt ein Stoff oder eine Stoffmischung aus der Gruppe mit Naturgummi, Chloroprengummi, Styrolbutadien-Copolymergummi, Acrylnitrilbutadien-Copolymergummi, Polysulfidgummi, Isobutylen-Polymergummi, Alkylacrylat-chloralkylvinylether-Copolymergummi und chlorsulfonierter Polyolefingummi.
Die Gummipaste wird bevorzugt durch Auflösen von Gummi in einem Lösungsmittel hergestellt, das mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Toluol, Xylol und Methylethylketon ist.
Es folgen nun die Versuchsergebnisse, die die Wirksamkeit der Erfindung darstellen.

Faserverteilungsprüfung

Prüfprobe A

Ein Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn (CONEX) mit 30000 Denier wurde in eine wäßrige Dispersion von hochgesättigter Polymergummilatex getaucht, die ein Nitrilradikal mit einer Jodzahl von 120 oder weniger enthielt (im weiteren als "hydrierte Nitrilgummilatex" (H-NBR-Latex) bezeichnet, die 40% Feststoff enthielt, z. Z. hergestellt von Nippon Zeon Co., Ltd.), um 20 Gewichtsprozent Feststoffkonzentration zu erzielen. Das Garn wurde dann von den Preßwalzen verarbeitet, so daß der haftende Anteil von fester Gummilatex etwa 5 Gewichtsprozent bezogen auf das Fasergewicht betrug. Das Garn wurde dann mit einem Maschinenmesser zu kurzen, ungefähr 3 mm langen, verstärkenden Stapelfasern zerschnitten. Die geschnittenen Fasern wurden bei 150ºC in einem Heißwindtrockner getrocknet, bis der Wassergehalt ungefähr 1-5% betrug. Die kurzen, mit H-NBR beschichteten, verstärkenden Stapelfasern wurden in einer Menge von 15 Volumenprozent mit dem Gummimatrixverbundwerkstoff A (siehe die folgende Tabelle 1) in einem BR-Bunbarymischer gemischt, um einen Gummiverbundwerkstoff zu erhalten, in dem die kurzen, verstärkenden Stapelfasern im Gummi verteilt waren. Tabelle 1 Mischungschemikalien Mischverhältnis A (PHR) Z pole 2020 Zinkoxid Stearinsäure Oxidationsinhibitor (3C) Beschleuniger (TT) Beschleuniger (CZ) Schwefel
Z pole 2020 ist hydrierter Nitrilgummi (NBR), hergestellt von Nippon Zeon Co. Ltd. Oxidationsinhibitor (3C) ist N-phenyl- n-isopropyl-p-phenylendiamin (IPPD), hergestellt von Seiko Chemikal Co. Ltd. Beschleuniger (TT) ist Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD), hergestellt von Sanshin Chemical Industry Co. Ltd, Beschleuniger (CZ) ist N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid (CBS), hergestellt von Ouchi-Shinko Chemical Industry Co. Ltd.
Der Gummiverbundwerkstoff der Prüfprobe A wurde mit 305 mm (12 inch) dicken Walzen zu einem 1 mm dicken Blatt gepreßt, um die kurzen, verstärkenden Stapelfasern in Walzrichtung anzuordnen. Vier Gummiblätter wurden so zusammengeklebt, daß die kurzen, verstärkenden Stapelfaserstücke in allen Blättern ausgerichtet waren. Die Blätter wurden dann senkrecht zur Walzrichtung auf eine vorbestimmte Länge geschnitten.
Der entstandene Verbundwerkstoff wurde dann zum Aufbau eines Keilrippenriemens verwendet, siehe 50 in Fig. 2. Der Riemen besteht aus einer Zugzone 52, einer Druckzone 54 und einer lasttragenden Zone 56. Die Druckzone 54 wurde eingeschnitten, um eine Anzahl längs verlaufender Rippen 58, 60 und 62 zu bestimmen. Die Rippen 58, 60 und 62 bestimmen eine Gestalt, die man als "K-Form" bezeichnet; sie weisen am Rand eine Außenlänge von 1280 mm auf. Diesen besonderen Riemenaufbau bezeichnet man in der Industrie als 3PK1280-Riemen.

Prüfprobe B

Für einen Vergleichsriemen wurden unbehandelte Fasern verwendet. Sie wurden aus Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn (CONEX) geschnitten und hatten die gleiche Dicke und Länge wie die Fasern aus behandeltem Garn in der Prüfprobe A. Die Fasern wurden zu 15 Volumenprozent mit dem Gummimatrixverbundwerkstoff A nach Tabelle 1 vermischt, um sich im Gummimatrixmaterial zu verteilen. Der Verbundwerkstoff wurde wie in der Prüfprobe A dazu verwendet, Keilrippenriemen vom Typ 3PK1280 herzustellen.
Zehn der oben beschriebenen Riemen (Typ 3PK1280) wurden zufällig ausgewählt. Die Riemenrippen wurden optisch untersucht, um die Klumpenanzahl der kurzen, verstärkenden Stapelfasern mit einem Durchmesser von mindestens 0,5 mm zu erfassen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt.
Es ist klar zu sehen, daß die Klumpenanzahl der kurzen, verstärkenden Stapelfasern in erfindungsgemäß hergestellten Riemen gegenüber mit herkömmlichen Verfahren produzierten Riemen ganz wesentlich verringert ist. Dies zeigt deutlich die hervorragende Faserverteilung, die durch das Anwenden der Erfindung entsteht.

Prüfung der Riemenhaltbarkeit

Der obige Proberiemen des Typs 3PK1280 wurde in eine Biegefestigkeitsprüfmaschine mit vier Wellen eingespannt, siehe 65 in Fig. 3. Die Maschine 65 weist eine antreibende Riemenscheibe 66, eine mitlaufende Riemenscheibe 68, eine Spannscheibe 70 und eine Leitscheibe 72 auf. Die Riemenscheiben 66, 68, 70 und 72 sind alle so angebracht, daßsie um parallele Achsen 74, 76, 78 und 80 drehbar sind. Die Treibscheibe 66 hatte 120 mm Durchmesser und wurde mit 4900 U/min angetrieben. Die mit laufende Riemenscheibe 68 hatte 120 mm Durchmesser und wurde mit 5,4 kg (12 pounds) belastet. Die Spannscheibe 70 hatte 45 mm Durchmesser. Die Leitscheibe 72 war 85 mm groß. Die Leitscheibe 72 wurde mit einer Kraft, die ausreichte, um einen Biegewinkel 6 von 120º zu erzeugen, gegen die Rückseite 82 des Prüfriemens 50 gedrückt.
Das System wurde mit einer Anfangsriemenspannung von 30 kg solange betrieben, bis die Riemenunterteile (d. h. die nach innen zeigende Riemenseite, die von den Rippen 58, 60 und 62 bestimmt wird) bei 120ºC brachen. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Fig. 5 dargestellt.
Die erfindungsgemäßen Riemen liefen verglichen mit herkömmlichen Riemen wesentlich länger, bevor ein Bruch auftrat. Das Verhalten herkömmlicher Riemen bezüglich der Standfestigkeit war verglichen mit dem erfindungsgemäßen Riemen regellos.

Claims

1. Gummiverbundwerkstoff, umfassend:

ein Gummimatrixmaterial, und

eine Anzahl kurzer, verstärkender Stapelfasern, die im Gummimatrixmaterial verteilt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen, verstärkenden Stapelfasernpoly(m-phenylenisophthaldiamid)fasern sind, die hergestellt werden, indem man Poly(m-phenylenisophthaldiamid) garn zu kurzen, verstärkenden Stapelfasern zerschneidet, und

dadurch, daß die kurzen, verstärkenden Stapelfasern eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen (d. h. die Oberfläche enthält Vorsprünge und Vertiefungen), und

dadurch, daß das Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn mit einem Überzug beschichtet ist, der dadurch gebildet wird, daß mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste vor dem Schneiden getrocknet wird, um die kurzen, verstärkenden Stapelfasern herzustellen.

2. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste und das Gummimatrixmaterial aus dem gleichen Gummi bestehen.

3. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste und das Gummimatrixmaterial aus verschiedenen Gummis bestehen.

4. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der mindestens eine Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste, mit dem die kurzen, verstärkenden Stapelfasern beschichtet sind, bezogen auf die Garnmenge in einer Menge von 1-10 Gewichtsprozent bereitgestellt ist.

5. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei Das Gummilatex mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Styrolbutadien-Copolymergummilatex, Naturgummilatex, Vinylpyridinstyrolbutadien-Terpolymerlatex, Nitrilbutadienlatex und Chloroprenlatex ist.

6. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Gummipaste mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Naturgummi, Chloroprengummi, Styrolbutadien-Copolymergummi, Acrylnitrilbutadien-Copolymergummi, Polysulfidgummi, Isobutylen-Polymergummi, Alkylacrylat-chloralkylvinylether-Copolymergummi und chlorsulfonierter Polyolefingummi enthält.

7. Gummiverbundwerkstoff nach Anspruch 6, wobei die Gummipaste durch Vermischen von Gummi mit einem Lösungsmittel hergestellt wird, das mindestens ein Stoff aus der Gruppe mit Toluol, Xylol und Methylethylketon ist.

8. Gummiverbundwerkstoff nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die kurzen, verstärkenden Stapelfasern in einer Menge von 5 bis 50 Teilen je 100 Gewichtsteile, bevorzugt von 10 bis 30 Teilen je 100 Gewichtsteile des Gummimatrixmaterials vorhanden sind.

9. Verbesserte Hochleistungstreibriemenart mit einer Zugzone, einer Druckzone und einem lasttragenden Abschnitt, wobei die Verbesserung darin besteht, daß mindestens ein Teil der Druckzone mit dem Verbundwerkstoff nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 versehen ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Gummiverbundwerkstoffmaterials, das die Schritte umfaßt:

Bereitstellen von Poly(m-phenylenisophthaldiamid)garn mit ungleichförmiger Oberfläche (d. h. mit einer Oberfläche, die Vorsprünge und Vertiefungen aufweist) in einer ersten vorbestimmten Länge, und Zerschneiden des Garns zu einer Anzahl kurzer, verstärkender Stapelfasern, nachdem das Garn mit einem Überzug beschichtet wurde, der durch Trocknen mindestens eines Stoffes aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste gebildet wurde, und

Mischen der beschichteten, kurzen, verstärkenden Stapelfasern in ein Gummimatrixmaterial.

11. Verfahren zum Herstellen eines Gummiverbundwerkstoffmaterials nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, das die Schritte umfaßt:

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Garn durch Eintauchen in den mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste beschichtet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend den Schritt:

Steuern der Menge des mindestens einen Stoffes aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste auf dem Garn, nachdem das Garn in den mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste eingetaucht wurde.

14 Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Steuerschritt den Schritt umfaßt:

Pressen des Garns zwischen einem zusammenwirkenden Walzenpaar, zusammen mit dem mindestens einen Stoff aus der Gruppe mit Gummilatex und Gummipaste, der sich auf dem Garn befindet.

15. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die kurzen, verstärkenden Stapelfasern 1-50 mm lang sind.

16. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 15, das den Schritt umfaßt:

Einarbeiten des Gummiverbundwerkstoffmaterials in einen Hochleistungstreibriemen.