DE69115328T2

DE69115328T2 - Treibriemen

Info

Publication number: DE69115328T2
Application number: DE69115328T
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Ishida; Masayoshi Nakajima; Kazuhiro Takeda
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-03-26
Also published as: EP0451983A2; US5254050A; EP0451983B1; CA2039188A1; DE69115328D1; EP0451983A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Treibriemen und insbesondere einen Treibriemen, der ein Keilrippenriemen oder ein Keilriemen sein kann mit großer Lebensdauer in Hoch- oder Tieftemperaturumgebung.
Weil ein Bedarf an Energieeinsparung besteht und das Design des Motorraums eines Personenfahrzeugs kompakter wird, steigt die Temperatur im Motorraum gegenüber früher an. Die erhöhte Temperatur bedeutet auch, daß die Betriebstemperatur des Treibriemens höher ist.
Ein herkömmlicher Treibriemen wird hauptsächlich aus Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuk oder Chloroprenkautschuk hergestellt und besitzt einen gehärteten Anteil einer Preßkautschukschicht. Die Preßkautschukschicht nimmt die Verformungskräfte während des Betriebs des Treibriemens auf. In einer Hochtemperaturumgebung kann jedoch der gehärtete Anteil nach einer relativ kurzen Zeit brechen, was die Lebensdauer des Riemens verkürzt.
Die Hitzebeständigkeit von Chloroprenkautschuk ist bis zu einem bestimmten Grad verbessert. Die Verwendung von Chloroprenkautschuk selbst begrenzt jedoch den Grad der erzielbaren Verbesserung. Deshalb muß noch eine zufriedenstellende Verbesserung erreicht werden.
Angesichts der oben genannten Tatsachen wird z. Zt. die Verwendung von Kautschukmaterialien, deren Hauptkette stark oder vollständig gesättigt ist, untersucht. Beispielhafte Kautschukmaterialien umfassen chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk, hydrierten Acrylnitrilbutadienkautschuk, Fluorkautschuk und dergleichen, die alle ausgezeichnete Hitzebeständigkeit besitzen. Unter diesen Kautschukmaterialien besitzt bekanntlich chlorsulfoniertes Polyethylen im allgemeinen die gleiche dynamische Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit und Ölbeständigkeit wie Chloroprenkautschuk. Die Wasserbeständigkeit von chlorsulfoniertem Polyethylen wird jedoch stark vom Vulkanisationsmittel, besonders dem Säureakzeptor, beeinflußt.
Herkömmlich werden Oxidmaterialien wie MgO oder PbO als Säureakzeptor für chlorsulfoniertes Polyethylen verwendet. Damit wird das beim Chlorsulfonieren entstehende HCl zu MgCl&sub2; und Wasser, beziehungsweise zu PbCl&sub2; und Wasser umgesetzt. Obwohl die Verwendung einer Bleiverbindung wie PbO oder Pb&sub3;O&sub4; als Säureakzeptor die Herstellung eines Riemens guter Wasserbeständigkeit erlaubt, ist deren Verwendung nicht erwünscht. Es kann sich daraus ein Umweltverschmutzungs- oder Gesundheitsproblem ergeben. Wird MgO als Säureakzeptor verwendet, erniedrigt das beim Quervernetzungsverfahren erzeugte MgCl&sub2; erheblich die Wasserbeständigkeit des Produktes. Das heißt, die Verwendung von MgO in einem Treibriemen ist nicht erwünscht.
Wird ein Epoxidsystem-Säureakzeptor anstelle eines Metalloxids verwendet, läßt sich eine Zusammensetzung mit hervorragender Wasserbeständigkeit erhalten. Unglücklicherweise erzeugt das Epoxidsystem einen unangenehmen Geruch.
Als Lösung für die oben erwähnten Probleme wird in der japanischen Offenlegungsschrift 62-246951 vorgeschlagen, einen Treibriemen aus einer chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk enthaltenden Zusammensetzung herzustellen, die eine feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid als Säureakzeptor mindestens in der Preßkautschukschicht des Treibriemens enthält. Dieser Treibriemen besitzt eine lange Lebensdauer in einer Hochtemperaturumgebung, verglichen mit einem Chloroprenkautschuk-Riemen, und ist ausgezeichnet hitzebeständig. Unglücklicherweise besitzt der Riemen aus chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk eine kürzere Lebensdauer, wird er bei einer Temperatur nicht höher als -30ºC verwendet. Man glaubt, daß die kürzere Lebensdauer bei niedriger Temperatur darauf beruht, daß herkömmliches chlorsulfoniertes Polyethylen (bezeichnet als CSM) gebildet wird, und zwar durch Chlorsulfonierung eines geradkettigen Polyethylens hoher Dichte, gewöhnlich einer Dichte von 0,946 bis ungefähr 0,970 Gramm pro Kubikzentimeter. Es entsteht dabei ein CSM mit einem Chlorgehalt von 35 Gew.%. Man glaubt, daß der relativ hohe Chlorgehalt für die Elastizität des Kautschuks verantwortlich ist, indem er die Polyethylenkristalle zerstört. Dies führt zu einem Anstieg der Chlor- Kohäsionskraft. Der Kautschuks erhärtet bei niedriger Temperatur, was eine niedrigere Elastizität des Kautschuks und das Entstehen von Brüchen bedingt.
Wünschenswert ist ein Treibriemen mit besserer Betriebsfestigkeit und längerer Lebensdauer sowohl in Hoch- als auch in Tieftemperaturumgebungen. Dies soll mit einer besseren Zusammensetzung in der Preßkautschukschicht bewerkstelligt werden, um eine Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit der Preßkautschukschicht zu erreichen.
Die Erfindung betrifft einen Treibriemen mit einer Preßschicht aus einer Kautschukzusammensetzung, die ein chlorsulfoniertes Polyethylen enthält, erhalten durch Chlorsulfonieren eines linearen Polyethylens niedriger Dichte. Das chlorsulfonierte Polyethylen besitzt somit einen Chlorgehalt von 15 bis 35 Gew.%. Der Treibriemen kann sowohl in Hochtemperatur- als auch in Tieftemperaturumgebungen verwendet werden, weil er gegenüber Zersetzung besser beständig ist und längere Lebensdauer besitzt.
Der Treibriemen umfaßt ebenfalls eine Haftkautschukschicht, die aus einer Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder einer Zusammensetzung aus hydriertem Acrylnitrilbutadienkautschuk hergestellt ist. Die Haftkautschukschicht kann angrenzend an die Preßriemenschicht angebracht werden. Mindestens ein Zugelement kann zumindest teilweise in die Haftkautschukschicht eingebettet sein. Daurch wird zusätzliche Festigkeit erreicht.
Viele weitere erfindungsgemäße Vorteile und Merkmale ersieht man leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, den Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen. Zum Beispiel ist in den Zeichnungen:
Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Keilrippenriemens; und
Fig. 2 eine vertikale Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Keilriemens.
Obwohl die Erfindung viele verschiedene Formen der Ausführungsform zuläßt, werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen gezeigt. Selbstverständlich wird die vorliegende Offenbarung als eine Erläuterung durch Beispiel der erfindungsgemäßen Grundgedanken angesehen. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die veranschaulichten Ausführungsformen zu beschränken.
Die Erfindung betrifft einen Treibriemen, der eine Preßkautschukschicht enthält. Dabei ist die Preßriemenschicht aus einer Kautschukzusammensetzung hergestellt, die ein chlorsulfoniertes Polyethylen (ACSM) enthält, erhalten durch Chlorsulfonieren eines linearen Polyethylens niedriger Dichte. Das ACSM besitzt somit einen Chlorgehalt von 15 bis 35 Gew.%, bevorzugt von 25 bis 32 Gew.% und bevorzugt einen Schwefelgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.%. Der Treibriemen umfaßt ebenfalls eine Haftkautschukschicht, die bevorzugt ein Zugelement in der Riemenlängsrichtung besitzt. Dabei ist die Haftkautschukschicht aus einer Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder einer Zusammensetzung aus hydriertem Acrylnitrilbutadienkautschuk (H-NBR) hergestellt.
Der erfindungsgemäße Treibriemen kann ein Keilrippenriemen oder ein Keilriemen sein. Bei einem Keilrippenriemen 10, s. Fig. 1, sind die Zugelemente 12 hochfeste ausdehnungsarme Corde oder Stränge, die zumindest teilweise in eine Haftkautschukschicht 14 eingebettet sind. Neben einer Oberfläche 16 der Haftkautschukschicht 14 befindet sich eine Preßkautschukschicht 18. Die Preßkautschukschicht 18 umfaßt eine Anzahl von Rippen 20, die jeweils annähernd ein Dreikantprofil im Schnitt aufweisen und sich in Längsrichtung des Keilrippenriemens 10 ausdehnen. Die entgegengesetzte Oberfläche 22 der Haftkautschukschicht 14 ist mit einem kautschukbeschichteten Gewebeelement 24 ausgestattet.
Siehe Fig. 2. Ein Keilriemen 26 umfaßt die Haftkautschukschicht 14, in die die Zugelemente 12 eingebettet sind und eine an die Oberfläche 16 der Haftkautschukschicht 14 angrenzende Preßkautschukschicht 18A. Kautschukbeschichtete Gewebeelemente 24A und 24B befinden sich sowohl auf der entgegengesetzten Oberfläche 22 der Haftkautschukschicht 14, als auch auf einer Oberfläche 28 der Preßkautschukschicht 18A.
Die Preßkautschukschicht 18 wird aus einer Zusammensetzung hergestellt, die einen chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk niedriger Dichte umfaßt, erhalten durch Chlorsulfonieren linearen Polyethylenmaterials niedriger Dichte mit geradem Molekülaufbau. Das gebildete ACSM besitzt somit einen Chlorgehalt von ungefähr 15 bis ungefähr 35, bevorzugt von ungefähr 25 bis ungefähr 32 Gew.% und einen Schwefelgehalt von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2,5 Gew.%.
Man glaubt, daß eine Alkylseitenkette des ACSM die Polyethylenkristallbildung in der gleichen Weise stört wie Chlor. Daher kann der Chlorgehalt nicht größer als ungefähr 35 Gew.% sein, ohne daß Polyethylenkristalle gebildet werden. Daher ist bei niedriger Temperatur die Kohäsionskraft zwischen den Chlormolekülen gering, wodurch die Tieftemperaturbeständigkeit bis zum Zerreißen des Riemens größer wird. Bei einer hohen Temperatur vermindert der Einschluß der Alkylseitenkette, die weniger aktiv als Chlor ist, die chemische Reaktionstendenz (Zersetzung) des Riemens. Dadurch bessert sich die Hitzebeständigkeit des Riemens. Bei einem Chlorgehalt größer als ungefähr 35 Gew.% ist der Riemen schlecht hoch- und tieftemperaturbeständig. Bei einem Chlorgehalt geringer als ungefähr 15 Gew.% ist die Ölbeständigkeit und die mechanische Festigkeit des Riemens unzureichend. Folglich muß der Chlorgehalt ungefähr 15 bis ungefähr 35 Gew.% betragen. Für ausgewogene Ölbeständigkeit und Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit ist der Chlorgehalt bevorzugt von ungefähr 25 bis ungefähr 32 Gew.%.
Das lineare Polyethylen niedriger Dichte besitzt bevorzugt eine Dichte von ungefähr 0,87 bis 0,945 Gramm pro Kubikzentimeter, ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht von ungefähr 20000 bis ungefähr 100000 und einen Schmelzindex von ungefähr 2 bis ungefähr 25 Gramm pro 10 Sekunden.
Die Alkylgruppe des ACSM enthält bevorzugt ungefähr 2 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome. Beispielhafte Alkylgruppen umfassen Ethyl, n-Butyl, tert.-Butyl, Isohexyl, Decyl und dergleichen. Das ACSM kann mehrere gleiche oder verschiedene Alkylgruppen enthalten. ACSIUM -Polymere sind kommerziell erhältliche ACSM von Dupont Co., Wilmington, DE.
Die Haftkautschukschicht 14 kann eine Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder ein hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk mit einem Wasserstoffeinlagerungsgrad von nicht weniger als 80 % sein. Sie kann ausreichend an das Zugelement haften. Stärker bevorzugt besitzt der hydrierte Acrylnitrilbutadienkautschuk einen Wasserstoffeinlagerungsgrad von ungefähr 90 % oder mehr. Der oben genannte Wasserstoffeinlagerungsgrad, der die Menge an Doppelbindungen des Butadiens anzeigt, gesättigt mit Wasserstoff, ist wünschenswert, da die Hauptkette des ACSM Polyethylen ist. Dies besitzt eine geringe Kohäsionskraft als Polymer und erreicht kaum ausreichende Adhäsionskraft.
Die Zugelemente 12 sind bevorzugt hitzebeständig und können Polyesterfasern, aromatische Polyamidfasern, Glasfasern und dergleichen sein. Das Zugelement wird bevorzugt in einer herkömmlichen Adhäsionsverarbeitung mit Haftkautschukschicht vorbehandelt, damit die Hafteigenschaften verbessert werden. Adhäsionsverarbeitung wird gewöhnlich durchgeführt, indem zuerst ein Zugelement in einem Resorcinol-Formalin-Latex (RFL) getränkt wird und dieses anschließend durch Erhitzen getrocknet wird. Dadurch entsteht eine Haftschicht auf der gesamten Oberfläche des Zugelementes. Adhäsionsverarbeitung ist jedoch nicht auf das oben erwähnte Verfahren beschränkt. Das Zugelement kann alternativ mit einem Epoxidharz oder einer Isocyanatverbindung vorbehandelt und anschließend mit dem RFL behandelt werden.
Kein Grund spricht gegen die Verwendung eines Säureakzeptors in der ACSM-enthaltenden Zusammensetzung, aus der der Riemen hergestellt wird. Dennoch ist ist eine feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid bevorzugt. Eine beispielhafte feste Lösung aus Magnesiumoxid- Aluminiumoxid ist Mg0,7Al0,3O1,15, die gewöhnlich aus 0,7 Mol% Mg0 und 0,45 Mol% Al&sub2;O&sub3; hergestellt werden kann. Eine geeignete feste Lösung schließt KW-2000 und KW-2100 ein, hergestellt von Kyowa Chemical Industries Co. Ltd.
Der Säureakzeptor liegt bevorzugt in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen vor, stärker bevorzugt von 4 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile ACSM. Ist die feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid der Säureakzeptor und liegt diese in einer Menge geringer als 1 Gewichtsteil vor, kann während des Quervernetzungsverfahren entstehender Chlorwasserstoff nicht genügend beseitigt werden. Die Anzahl der Quervernetzungsstellen von ACSM ist daher geringer und das ACSM erreicht nicht den erwünschten Vulkanisierungsgrad. Demzufolge wird ein Riemen mit schlechterer Hitzebeständigkeit hergestellt, bei dem leicht Brüche in einem frühen Stadium entstehen. Wenn die Menge des Säureakzeptors 50 Gewichtsteile überschreitet, wird die Mooney-Viskosität extrem hoch, so daß der Riemen schwierig fertigzustellen ist.
Die feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid kann während des Mischverfahrens in die ACSM-enthaltende Zusammensetzung eingelagert werden. Die feste Lösung kann alternativ mit einer anionischen oberflächenaktiven Substanz (Tensid), z.B. Natriumstearat, einem Silan- kuppelnden Mittel oder dergleichen einleitend verarbeitet werden, um die Dispergierbarkeit zu verbessern.
Die oben erwähnte ACSM-enthaltende Zusammensetzung kann üblichen Gebrauch, herkömmlichen Ruß, Weichmacher, Antioxidantien, Verarbeitungshilfsstoffe, Kontaktklebstoffe, Vulkanisierungsbeschleuniger, organische oder anorganische kurze geschnittene Fasern und dergleichen umfassen.
Das Mischverfahren der oben genannten Bestandteile der ACSM-enthaltenden Zusammensetzung ist nicht beschränkt. Zum Beispiel können Banbury-Mischer, Knetwerke und dergleichen zum Mischen nach geeigneten herkömmlichen Verfahren verwendet werden.
Wird der oben genannte Riemen in einer Hochtemperaturumgebung in Betrieb genommen, wird insbesondere die Preßkautschukschicht 18 gewöhnlich durch Hitze chemisch zersetzt. Außerdem wird der Riemen komprimiert, wird er mit Riemenscheiben in Kontakt gebracht. Die Kompressionskraft wird freigesetzt, wenn der Kontakt zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben gelöst wird. Das periodische Aufbringen und Abführen der Kompressionskraft bedeutet, daß der Riemen wiederholt beim Betrieb verformt wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen ACSM- enthaltenden Zusammensetzung für die Preßkautschukschicht 18 ist jedoch der Riemen hervorragende hitzebeständig. Die Kontrolle des Chlorgehaltes in dem oben genannten Bereich erniedrigt die Kohäsionskraft des Chlors, so daß folglich ein mögliches Erhärten von ACSM verhindert wird. Dadurch wird der Riemen besser tieftemperaturbeständig.
Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht zu deren Einschränkung gegeben. Der offenbarte Anteil jedes Bestandteils in den Zusammensetzungen der Beispiele ist der Gewichtsanteil, sofern nicht anders angezeigt.

BEISPIEL 1: Herstellung und Test der Preßkautschukschicht

Preßkautschukschichten wurden aus ZUSAMMENSETZUNG 1, die die erfindungsgemäße Zusammensetzung darstellt und den VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNGEN 1 bis 3 hergestellt. Die Bestandteile der Zusammensetzungen sind in TABELLE 1 unten beschrieben.
Die Schichten wurden auf herkömmliche Weise hergestellt, indem die Bestandteile der Zusammensetzungen einem Mischverfahren in einem Banbury-Mischer unterworfen wurden und anschließend die gemischten Zusammensetzungen in einer Kalanderwalze gestreckt wurden. TABELLE 1 Preßkautschukschicht ZUSAMMENSETZUNG VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG BESTANDTEIL chlorsulfoniertes Polyethylen niedriger Dichte¹ Chloroprenkautschuk² Hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk&sup4; Stearinsäure feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid&sup5; octyliertes Diphenylamin&sup6; Nickel-di-n-butylthiocarbamat&sup7; Verarbeitungsöl HAF Ruß geschnittener Baumwollfaden N-N'-Diethylthiuramthioharnstoff&sup8; Dibenzothiazyldisulfid&sup9; Dipentamethylenthiuramtetrasulfid¹&sup0; Tetramethylthiuramdisuifid¹¹ Schwefel
¹Chlorsulfoniertes Polyethylen, erhalten durch Chlorsulfonieren eines linearen Polyethylens niedriger Dichte, mit einem Chlorgehalt von 27 Gew.% und einem Schwefelgehalt von 1,0 Gew.%.
²DENKA PS-40, kommerziell erhältlich bei Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
³Hypalon 40, kommerziell erhältlich bei E.I. Du Pont De Nemours & Co.
&sup4;Zetpole 2020, kommerziell erhältlich bei Nippon Zeon Co. Ltd.
&sup5;KW-2100, kommerziell erhältlich bei Kyowa Chemical Industries Co. Ltd.
&sup6;Ein Antioxidans
&sup7;Ein Antioxidans
&sup8;Ein Vulkanisierungsbeschleuniger
&sup9;Ein Vulkanisierungsbeschleuniger
¹&sup0;Ein Vulkanisierungsbeschleuniger
¹¹Ein Vulkanisierungsbeschleuniger
Die aus der ZUSAMMENSETZUNG 1 und den VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNGEN 1 bis 3 hergestellten Preßkautschukschichten wurden bei einer Temperatur von 150ºC und einem Druck von 4,1 Kilogramm Kraft pro Quadratzentimeter (kgf/cm²) während 30 Minuten vulkanisiert. Anschließend wurden deren Gummieigenschaften untersucht. Die getesteten Eigenschaften waren der 10%-Spannungswert (kgf/cm²) in der Faserparallellaufrichtung bei einer Temperatur von 25ºC und einer relativen Feuchtigkeit von ungefähr 50 bis ungefähr 60% und die Ausdehnung senkrecht zur Faserlaufrichtung bei einer Temperatur von 12ºC nach 10 Tagen. Der 10%-Spanungswert ist ein Maß für die Zugspannung bei 10% Ausdehnung und kann nach ASTM D412 gemessen werden. Die prozentuale Ausdehnungsänderung wurde anschließend nach der folgenden Formel berechnet, die als Beispiel die Testergebnisse für die ZUSAMMENSETZUNG 1 verwendet:
(230/290-1) x 100 = -21%
Die Testergebnisse sind in TABELLE 2 dargestellt. TABELLE 2 Gummieigenschaften der Preßkautschukschicht EIGENSCHAFT ZUSAMMENSETZUNG VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 10%-Spannungswert (kgf/cm²) in Faserparallellaufrichtung Ausdehnung (%) senkrecht zur Faserlaufrichtung Ausdehnung (%) nach 10 Tagen bei 12 ºC % Änderung
Wie in TABELLE 2 gezeigt ist, weist die erfindungsgemäße Preßkautschukschicht (ZUSAMMENSETZUNG 1) die geringste prozentuale Änderung auf. Sie ist daher stärker erwünscht als die Preßkautschukschichten der VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNGEN 1 bis 3.

BEISPIEL 2: Herstellung und Test der Haftkautschukschicht

Haftkautschukschichten wurden hergestellt, indem die erfindungsgemäßen ZUSAMMENSETZUNGEN 2 und 3 und die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 verwendet wurden. Für die Bestandteile der Zusammensetzungen siehe TABELLE 3 unten. Die ZUSAMMENSETZUNG 2 war eine Chloroprenkautschuk- enthaltende Zusammensetzung. Die ZUSAMMENSETZUNG 3 war eine H-NBR-enthaltende Zusammensetzung. Die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 war eine chlorsulfoniertes Polyethylen niedriger Dichte enthaltende Zusammensetzung (die hier auch als ACSM-enthaltend bezeichnet wird).
Die Schichten wurden auf herkömmliche Weise hergestellt, indem die Bestandteile der Zusammensetzungen einem Mischverfahren in einem Banbury-Mischer unterworfen wurden und anschließend die gemischten Zusammensetzungen in einer Kalanderwalze gestreckt wurden. TABELLE 3 Haftkautschukschicht BESTANDTEIL ZUSAMMENSETZUNG VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG Chloroprenkautschuk¹ chlorsulfoniertes Polyethylen niedriger Dichte³ Hydrat-Kieselsäure&sup4; HAF Ruß Resorcinol-Formalin-Polymer&sup5; octyliertes Diphenylamin Nickel-di-n-butylthiocarbamat Beschleuniger 22&sup6; Hexamethoxymethylolmelamin Schwefel Beschleuniger M&sup7; Tetramethylthiuramdisulfid Dipentamethylenthiuramtetrasulfid feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid&sup8; N-N'-m-Phenylendimaleimid
¹DENKA PS-40, kommerziell erhältlich bei Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
²Zetpole 2020, kommerziell erhältlich bei Nippon Zeon Co., Ltd.
³Chlorsulfoniertes Polyethylen, erhalten durch Chlorsulfonieren eines linearen Polyethylens niedriger Dichte, mit einem Chlorgehalt von 27 Gew.% und einem Schwefelgehalt von 1,0 Gew.%.
&sup4;HiSil 233, kommerziell erhältlich bei P.P.G. Corp.
&sup5;SRF 1501, kommerziell erhältlich bei Schenectady Chemicals, Inc.
&sup6;2-Mercaptoimidazolin
&sup7;Mercaptobenzothiazol
&sup8;KW-2100, kommerziell erhältlich bei Kyowa Chemical Industries Co., Ltd.
Die Testergebnisse des Polyesterfaser-Stranghaftkrafttests in jeder Haftkautschukschicht sind in TABELLE 4 unten gezeigt.
Bei dem Stranghaftkrafttest wurde jeder Riemen in einen Streifen mit einer Länge von 28,5 cm derart geschnitten, daß zwei Polyesterfaserstränge herausragten. Anschließend wurden der Riemen und die Stränge jeweils zwischen Spannfutter befestigt und gezogen, um die auf den Riemen wirkende Stranghaftkraft unter Verwendung einer Zerreißmaschine zu messen.
Siehe TABELLE 4. Die Zusammensetzung der VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 enthielt chlorsulfoniertes Polyethylen niedriger Dichte. Sie besaß die geringste Haftkraft, was anzeigt, daß dies die am wenigsten erwünschte Zusammensetzung für die Verwendung in der Haftkautschukschicht ist. Im Gegensatz dazu waren die mit der Chloropren- enthaltenden Zusammensetzung der ZUSAMMEN-SETZUNG 2 als auch die mit der H-NBR-enthaltenden Zusammensetzung der ZUSAMMENSETZUNG 3 erhaltenen Ergebnisse zufriedenstellend. TABELLE 4 Testergebnisse TEST ZUSAMMENSETZUNG VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG Stranghaftkraft (kgf/cm)

BEISPIEL 3: Herstellung und Test eines Keilrippenriemens

Bei einem nach der Erfindung hergestellten Keilrippenriemen sind Zugelemente der Polyesterfaserstränge in eine Haftkautschukschicht eingebettet. Zwei Lagen kautschukbeschichtetes Baumwollgewebe sind auf die Oberfläche der Haftkautschukschicht geschichtet. Dort befindet sich eine Preßkautschukschicht neben einer entgegengesetzten Oberfläche der Haftkautschukschicht. Die Preßkautschukschicht besitzt drei Rippen, die sich in der Längsrichtung des Riemens ausdehnen. Der erhaltene Keilrippenrippen ist ein 3-Rippenriemen vom K-Typ mit einer Länge von 975 Millimeter (mm) auf der Grundlage des Standards der Rubber Manufacturers Association (RMA), bei dem der Rippenabstand 3,56 mm, die Rippenhöhe 2,9 mm, die Riemendicke 5,3 mm und der Rippenwinkel 40º beträgt.
Mehrere Keilrippenriemen der oben genannten Struktur wurden aus Preßkautschukschichten und Haftkautschukschichten hergestellt, die aus den jeweils in TABELLE 1 und TABELLE 3 gezeigten Zusammensetzungen hergestellt wurden. In jeder Preßkautschukschicht dehnen sich kurze geschnittene Fasern in der Querrichtung jedes Riemens aus.
Jeder Keilrippenriemen wurde nach einem herkömmlichen Verfahren wie folgt hergestellt: ein zweilagiges Kautschuk-beschichtetes Gewebematerial wurde um eine zylindrische Vulkanisierform mit flacher Oberfläche gewunden; eine Haftkautschukschicht wurde um das Gewebe gewunden; Zugelemente wurden in die Haftkautschukschicht durch Verspinnen eingebettet; eine Preßkautschukschicht wurde um die Haftkautschukschicht gewunden und anschließend wurde eine Vulkanisationsummantelung an der Preßkautschukschicht angebracht. Auf diese Weise wurde ein Verbundmaterial hergestellt. Das Verbundmaterial wurde in einer Formgebungs-Vulkanisierform angebracht, die in einen Vulkanisationstopf untergebracht wurde. Es erfolgte ein Vulkanisationsverfahren bei einer Temperatur von 150ºC und einem Druck von ungefähr 4,1 kgf/cm² während 30 Minuten. Die zylindrische Vulkanisationsmanschette wurde entfernt. In der Preßgummischicht auf der Manschette wurden mit einer Schleifmaschine Rippen erzeugt. Das entstandene Gummimaterial wurde in einen Keilrippenriemen geschnitten.
Siehe TABELLE 5 unten. RIEMEN 1 wurde hergestellt unter Verwendung der ACSM-enthaltenden Zusammensetzung, die die ZUSAMMENSETZUNG 1 der TABELLE 1 darstellt, als die Preßkautschukschicht und der Chloroprenkautschuk-enthaltenden Zusammensetzung, die die ZUSAMMENSETZUNG 2 der TABELLE 3 darstellt, als die Haftkautschukschicht. RIEMEN 2 wurde hergestellt unter Verwendung der ACSM-enthaltenden Zusammensetzung, die die ZUSAMMENSETZUNG 1 der TABELLE 1 darstellt, als die Preßkautschukschicht und der H-NBR- enthaltenden Zusammensetzung, die die ZUSAMMENSETZUNG 3 der TABELLE 3 darstellt, als die Haftkautschukschicht. VERGLEICHSRIEMEN 1 wurde hergestellt unter Verwendung der Chloroprenkautschuk-enthaltenden Zusammensetzung, die die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 1 der TABELLE 1 darstellt, als die Preßkautschukschicht und der Chloroprenkautschuk- enthaltenden Zusammensetzung, die die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 der TABELLE 3 darstellt, als die Haftkautschukschicht. VERGLEICHSRIEMEN 2 wurde hergestellt unter Verwendung der chlorsulfoniertes Polyethylen-enthaltenden Zusammensetzung, die die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 2 der TABELLE 1 darstellt, als die Preßkautschukschicht und der Chloroprenkautschuk-enthaltenden Zusammensetzung, die die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 der TABELLE 3 darstellt, als die Haftkautschukschicht. VERGLEICHSRIEMEN 3 wurde hergestellt unter Verwendung der ACSM-enthaltenden Zusammensetzung, die die ZUSAMMENSETZUNG 1 der TABELLE 1 darstellt, als die Preßkautschukschicht und der ACSM- enthaltenden Zusammensetzung, die die VERGLEICHSZUSAMMENSETZUNG 4 in Tabelle 3 darstellt, als die Haftkautschukschicht.
Jeder hergestellte Keilrippenriemen wurde sowohl einem Hitzebeständigkeits-Betriebstest als auch einem Tieftemperaturbeständigkeits-Betriebstest unterworfen. Für deren Ergebnisse siehe TABELLE 5 unten.
Bei dem Hitzebeständigkeits-Betriebstest wurde jeder Keilrippenriemen um eine Antriebsscheibe mit einem Durchmesser von 120 mm, eine Abtriebsscheibe mit einem Durchmesser von 120 mm und eine Spannrolle mit einem Durchmesser von 70 mm angebracht. Unter der oben genannten Bedingung betrug die Anfangsriemenspannung 85 kgf. Die Antriebsscheibe rotierte mit 3600 Umdrehungen pro Minute (Upm). Die Abtriebsscheibe wurde mit 10 Pferdestärken (PS) belastet und der Riemen arbeitete bei einer Umgebungstemperatur von 120ºC. Gemessen wurde die Zeit bis zur Entstehung von Brüchen.
Bei dem Tieftemperaturbeständigkeits-Betriebstest wurde jeder Keilrippenriemen um eine Antriebsscheibe mit einem Durchmesser von 45 mm und eine Abtriebsscheibe mit einem Durchmesser von 45 mm angebracht und die Anfangsriemenspannung betrug 15 kgf. Jeder Riemen wurde 15 Stunden lang einer Temperatur von -30ºC ausgesetzt und anschließend einem 5minütigen Lauf und einer 25minütigen Pause unterworfen. Das Verfahren wurde wiederholt, um die Betriebsdauer bis zur Entstehung von Brüche in den Riemenrippen zu messen. TABELLE 5 Testergebnisse RIEMEN VERGLEICHSRIEMEN BESTANDTEILE Preßkautschukschicht Haftkautschukschicht TEST Hitzebeständigkeit (Stunden) Tieftemperaturbeständigkeit (Stunden) Chloropren ¹Zugelemente ragten vor dem Brechen aus dem Riemenrand hervor
Siehe Betriebstestergebnisse in TABELLE 5. Gegenüber VERGLEICHSRIEMEN 1 bis 3 besitzen RIEMEN 1 und 2 große Lebensdauer in einer Hoch- und Tieftemperaturumgebung. Dies wird bewerkstelligt, indem die ACSM-enthaltende Zusammensetzung für die Preßkautschukschicht verwendet wird, und eine Chloroprenkautschuk-enthaltende Zusammensetzung oder eine H-NBR-enthaltende Kautschuk-Zusammensetzung für die Haftkautschukschicht verwendet wird, wie jeweils bei RIEMEN 1 und 2. Diese verlängerte Lebensdauer ist besonders auffällig in der Hochtemperaturumgebung.
Wie oben erwähnt, kann nach der Erfindung ein Riemen mit besserer Hitzebeständigkeit und Tieftemperaturbeständigkeit erhalten werden, indem eine ACSM-enthaltende Zusammensetzung für die Preßkautschukschicht verwendet wird und bevorzugt eine Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder Zusammensetzung aus hydriertem Acrylnitrilbutadienkautschuk für die Haftkautschukschicht verwendet wird. Außerdem verliert der erfindungsgemäße Riemen nicht die Haftkraft zu den eingeschlossenen Strängen (Zugelementen). Daher kann ein sehr haltbarer Treibriemen hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Treibriemen ist imstande, sowohl Hochtemperaturumgebungen als auch Tieftemperaturumgebungen mit höherer Beständigkeit gegenüber Zersetzung, z.B. chemischem Zerfall oder Bruch, standzuhalten. Daher kann der Riemen unter extremen Temperaturen und in einem weiten Temperaturenbereich eingesetzt werden.
Diese Erfindung wird in Form detailliert veröffentlichter, spezieller Ausführungsformen beschrieben, aber es sollte selbstverständlich sein, daß diese nur zur Erläuterung gegeben werden und daß die Erfindung nicht notwendigerweise auf diese beschränkt ist. Modifikationen und Veränderungen werden aus dieser Offenbarung ersichtlich und auf sie kann zurückgegriffen werden, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen wird, wie der Fachmann leicht einsieht. Folglich werden diese Veränderungen und Modifikationen der offenbarten Erfindung als im erfindungsgemäßen Ausblick und Anwendungsbereich und den folgenden Patentansprüchen enthalten angesehen.

Claims

1. Treibriemen, umfassend

(i) eine Preßkautschukschicht, hergestellt aus einer Kautschukzusammensetzung mit einem chlorsulfonierten Polyethylen, erhalten durch Chlorsulfonieren eines linearen Polyethylens niedriger Dichte, so daß ein chlorsulfoniertes Polyethylen mit einem Chlorgehalt von 15 bis 35 Gew.% entsteht, und

(ii) eine Haftkautschukschicht, hergestellt aus einer Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder einer Zusammensetzung aus hydriertem Acrylnitrilbutadienkautschuk, die kein chlorsulfonierte Polyethylen enthalten.

2. Treibriemen nach Anspruch 1, wobei das chlorsulfonierte Polyethylen einen Schwefelgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.% hat.

3. Treibriemen nach Anspruch 1, wobei der Chlorgehalt im Bereich von 25 bis 32 Gew.% liegt.

4. Treibriemen nach Anspruch 3, wobei das chlorsulfonierte Polyethylen einen Schwefelgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.% hat.

5. Treibriemen nach Anspruch 4, wobei die Kautschuk-Zusammensetzung zudem eine feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid in einer Menge von 4 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile chlorsulfoniertes Polyethylen aufweist.

6. Treibriemen nach Anspruch 1, wobei die Kautschuk-Zusammensetzung eine feste Lösung aus Magnesiumoxid- Aluminiumoxid aufweist.

7. Treibriemen nach Anspruch 6, wobei dem die feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile chlorsulfoniertes Polyethylen vorliegt.

8. Treibriemen nach Anspruch 1, wobei die Haftkautschukschicht aus einer Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung hergestellt ist.

9. Treibriemen nach Anspruch 8, wobei die Haftkautschukschicht mindestens ein Zugelement, zumindest teilweise darin eingebettet, besitzt.

10. Treibriemen nach Anspruch 9, wobei die Kautschuk-Zusammensetzung zudem eine feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid einschließt.

11. Treibriemen nach Anspruch 10, wobei die feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile chlorsulfoniertes Polyethylen vorliegt.

12. Treibriemen nach Anspruch 10, wobei die feste Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid in einer Menge von 5 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile chlorsulfoniertes Polyethylen vorliegt.

13. Treibriemen nach Anspruch 1, der zudem mindestens ein Zugelement besitzt, zumindest teilweise in der Haftkautschukschicht eingebettet.

14. Treibriemen nach Anspruch 13, wobei das Zugelement eine Polyesterfaser, eine Faser aus aromatischem Polyamid oder eine Glasfaser ist.

15. Treibriemen, umfassend

eine Preßkautschukschicht, hergestellt aus einem Gemisch aus einem chlorsulfonierten Polyethylen mit einem Chlorgehalt von 15 bis 35 Gew.%, einem Schwefelgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.% und einer festen Lösung aus Magnesiumoxid-Aluminiumoxid, die in einer Menge im Bereich von 1 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des chlorsulfonierten Polyethylens vorliegt;

eine Haftkautschukschicht, hergestellt aus einer Chloroprenkautschuk-Zusammensetzung oder einer hydrierten Acrylnitrilbutadienkautschuk-Zusammensetzung; und

mindestens ein Zugelement, das mindestens teilweise in der Haftkautschukschicht eingebettet ist.

16. Treibriemen nach Anspruch 15, wobei der Chlorgehalt im Bereich von 25 bis 32 Gew.% liegt und das Magnesiumoxid-Aluminiumoxid in einer Menge von 4 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile chlorsulfoniertes Polyethylen vorliegt.