DE69526845T3

DE69526845T3 - Riemen aus ethylen-alpha-olefin

Info

Publication number: DE69526845T3
Application number: DE69526845T
Authority: DE
Inventors: Larry Yarnell; E. Bobbie SOUTH
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2015-11-01
Also published as: EP0737228B1; HU9602098D0; CN1081654C; RU2141979C1; AU689351B2; CZ191396A3; AU4143096A; PL182802B1; ATE218153T1; DE69526845D1; ES2179891T3; CN1139943A; CA2180265A1; WO1996013544A1; CA2180265C; CZ289325B6; EP0737228A1; BR9506433A; ES2179891T5; EP0737228B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Riemen einschließlich Kraftübertragungsriemen, die für dynamische Anwendungen geeignet sind.
Ethylen-α-Olefin-Elastomere einschließlich Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM) und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren (EPDM) werden als ausgezeichnete Allzweckelastomere anerkannt, die breitere Arbeitstemperaturbereiche haben als die meisten anderen Elastomere. EPM und EPDM haben im Wesentlichen gesättigte Gerüstketten, die Sauerstoff- und Ozonbeständigkeit fördern. Diese Materialien sind im Allgemeinen nicht so teuer wie andere Elastomere und tolerieren hohe Konzentrationen an Füllstoff und Öl, während sie gute physikalische Eigenschaften beibehalten, was ihre Wirtschaftlichkeit erhöht. Aus diesen Gründen werden Ethylen-α-Olefin-Elastomere weit verbreitet entweder allein oder mit anderen Elastomeren vermischt in Anwendungen einschließlich Schläuchen, Verschlüssen, Dichtungen, Dachdeckmaterialien und Regenleisten verwendet.
Ein bekannter Nachteil dieser Materialien ist jedoch ihre unterlegene Leistungsfähigkeit bei dynamischen Anwendungen. Da Ethylen-α-Olefin-Elastomere bei dynamischen Anwendungen bekanntermaßen nur eine mäßige Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, Zugfestigkeit und E-Modul sowie eine unzureichende Haftung an Metall- und Textilverstärkungsmaterialien aufweisen, werden sie gewöhnlich nicht als primäres Elastomer bei Anwendungen verwendet, die durch dynamische Belastung gekennzeichnet sind, wie Kraftübertragungsriemen, Flachriemen, Luftfedern, Motormontierungen und dergleichen. Die elastomeren Materialien, die in diesem Zusammenhang am häufigsten verwendet werden, sind Polychloropren, Styrol-Butadien-Kautschuk und Naturkautschuk aufgrund ihrer günstigen Kombination von mechanischen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit. Der Ausdruck "primäres Elastomer" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang ein Elastomer, das mehr als 50 Gew.-% der elastomeren Komponenten einer elastomeren Zusammensetzung ausmacht.
EPM und EPDM werden mit anderen Elastomeren vermischt, die günstigere mechanische Eigenschaften zur Verwendung bei dynamischen Anwendungen aufweisen. Zu diesen Elastomeren gehören Polychloropren, Nitril-Dien-Kautschuke und Organopolysiloxanharze. In solchen Fällen wird EPM oder EPDM hinzugefügt, um die Ozon- oder Sauerstoffbeständigkeit zu verbessern oder die Kosten der endgültigen Zusammensetzungen zu reduzieren. Die Menge des hinzugefügten EPM oder EPDM ist jedoch auf weniger als etwa 40 Gew.-% der endgültigen elastomeren Zusammensetzung begrenzt, um befriedigende mechanische Eigenschaften beizubehalten. Außerdem wurde EPDM mit einer hohen Konzentration an Ethylen, d. h. mehr als etwa 80 Mol-%, zur Verwendung als primäres Elastomer in Produkten wie Riemen vorgeschlagen. Dieses Material ist jedoch aufgrund seines engen Molekulargewichtsbereichs und seiner hochgradig kristallinen Natur schwierig mit offenen Mahlwerken und Kalandern zu verarbeiten.
Mehrere Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Elastomeren sind bekannt. Durch Erhöhung der Menge des verstärkenden Füllstoffs oder des Peroxids werden die Härte und der E-Modul einer gehärteten elastomeren Zusammensetzung erhöht. Eine Erhöhung des Füllstoffniveaus hat jedoch den Nachteil, die Biegelebensdauer des Produkts nachteilig zu beeinflussen, indem sie zum Wärmestau im Elastomer beiträgt. Eine Erhöhung der Peroxidmenge stellt die Möglichkeit dar, um den E-Modul zu verbessern, während Reißfestigkeit, Biegeermüdung und Dehnung reduziert werden. Der Effekt kann so schwerwiegend sein, dass das Polymer spröde wird.
Peroxid- oder radikalische Härtung wird sowohl bei gesättigten als auch bei ungesättigten Polymeren häufig anstelle von Schwefelhärtung verwendet, um die Wärmealterungseigenschaften zu verbessern, die bleibende Druckverformung zu senken und die Haftung an behandelten und unbehandelten Textilien zu verbes sern. Es ist auch bekannt, dass der Einbau von bestimmten Acrylat-Struktureinheiten als Coagentien für die Peroxidhärtung von elastomeren Zusammensetzungen die Heißreißfestigkeit verbessert und die Abriebfestigkeit, Ölbeständigkeit und Haftung an Metallen fördert. So werden zum Beispiel Metallsalze von Acrylsäuren als Coagentien bei der Peroxidhärtung von Gemischen verwendet, in die EPDM und andere Elastomere eingebaut sind, um die Gesamtleistungsfähigkeit zu verbessern. Acrylate als verstärkende Füllstoffe werden ebenfalls verwendet, um Kettenbrüche zu minimieren und die Effizienz der Vulkanisation zu verbessern.
Eine Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung, die in dynamischen Umgebungen ausreichende physikalische Eigenschaften besitzt, um in Riemen einschließlich Kraftübertragungs- und Flachriemen als primäre elastomere Zusammensetzung zu dienen, ist in hohem Maße wünschenswert, um Materialkosten zu senken, die Wärmestabilität zu erhöhen und die Beständigkeit solcher Artikel gegenüber Sauerstoff und Ozonabbau zu verbessern.
DE-A-4309893 beschreibt elastomere Zusammensetzungen, die folgendes umfassen: (a) 100 Gewichtsteile einer Polymerkomponente, die 10 bis 40 Gew.-% eines hochgesättigten Copolymerkautschuks aus einem ethylenisch ungesättigten Nitril und einem konjugierten Dien, wobei der Gehalt an der konjugierten Dieneinheit in der Polymerkette 30 Gew.-% oder weniger beträgt, und 90 bis 60 Gew.-% eines polyethylenischen Polymers umfasst; (b) 10 bis 80 Gewichtsteile eines Metallsalzes einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure; und (c) 0,2 bis 10 Gewichtsteile eines organischen Peroxids. Die Zusammensetzungen enthalten gegebenenfalls auch nicht näher angegebene Mengen an herkömmlichen Füllstoffen. Es wird gesagt, dass die Anwesenheit des Nitrils/konjugierten Diens zu einer verbesserten Ozonbeständigkeit, Tieftemperaturbeständigkeit und verbesserten Festigkeitseigenschaften führt.
DE-A-4222760 beschreibt elastomere Zusammensetzungen, die folgendes umfassen: (a) 100 Gewichtsteile eines Polymers auf Ethylenbasis mit einer Mooney-Viskosität (ML_1-4, 100°C) von 10 bis 70, das wenigstens 75 Mol-% Ethylenein heiten enthält; (b) 15 bis 80 Gewichtsteile eines Metallsalzes einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure; und (c) 0,2 bis 10 Gewichtsteile eines organischen Peroxids. Die Zusammensetzungen enthalten gegebenenfalls auch nicht näher angegebene Mengen an herkömmlichen Füllstoffen. Es wird gesagt, dass die Auswahl des ethylenischen Polymers zu elastomeren Produkten mit hoher Festigkeit führt.
EP-A-0 590 423 beschreibt Verfahren zur Herstellung von vulkanisierten Kautschukzusammensetzungen mit hoher Festigkeit. Die Zusammensetzungen umfassen 100 Gewichtsteile eines schwefelvulkanisierbaren Kautschuks, 10 bis 100 Gewichtsteile eines Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure sowie Peroxid- und Schwefelvulkanisationsmittel.
EP-A-0 589 701 beschreibt eine Kautschukzusammensetzung, die sich im vulkanisierten Zustand zur Abdeckung elektrischer Kabel eignet und die folgendes umfasst: (a) Ethylen-α-Olefin-Copolymerkautschuk und/oder Ethylen-α-Olefin-nichtkonjugiertes-Dien-Copolymerkautschuk; (b) Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid; und (c) wenigstens eine Zinkacrylatverbindung.
US-A-4,500,466 beschreibt Polymergemische, die bestimmte kautschukartige Polymere und ein Zinkdimethacrylatpulver mit bestimmten Eigenschaften umfassen. Es wird gesagt, dass die Gemische in Abwesenheit von verstärkenden Füllstoffen ausgezeichnete Festigkeits- und Hystereseeigenschaften haben.
GB-A-1091818 beschreibt die Härtung von Ethylen-α-Olefin-Polymeren mit organischen Peroxiden und Metallsalzen von Acrylsäure oder Methacrylsäure. Die Zusammensetzungen können auch Füllstoffe enthalten. Es wird gesagt, dass die resultierenden Zusammensetzungen einen verbesserten E-Modul und verbesserte Zugfestigkeit sowie eine reduzierte Bruchdehnung haben, wenn man sie mit äquivalenten elastomeren Zusammensetzungen vergleicht, die ohne die Anwesenheit der Metallsalze von Acrylsäure oder Methacrylsäure gehärtet wurden. Das Dokument enthält jedoch keine Offenbarung der Verwendung solcher Zusammensetzungen in Artikeln für Anwendungen mit dynamischer Belastung, wie in Riemen, die geeignet sind, um bei Anwendungen mit dynamischer Belastung in eine Scheibe einzugreifen.
US-A-4,192,790 beschreibt Zusammensetzungen, die irgendein herkömmliches Elastomer oder Elastomergemisch umfassen und eine reduzierte Viskosität aufweisen, die aus der Zugabe eines teilchenförmigen, feinteiligen Zinkmethacrylat-Adjuvans resultiert. Die Zusammensetzungen enthalten außerdem Füllstoffe.
US-A-5,137,976 beschreibt die Verwendung von Zinkdimethacrylat als Verstärkungsmittel für vulkanisierbare Kautschukcompounds, insbesondere Styrol-Butadien-Kautschukcompounds, aber auch einschließlich Ethylen-α-Olefin-Compounds. Die Zusammensetzungen können auch Füllstoffe enthalten.
US-A-4,925,898 beschreibt ein verstärktes Förderband, das eine Schicht aus einer Ethylen-Propylen-Kautschukzusammensetzung umfasst, die ein Cobaltsalz einer organischen Carbonsäure enthält.
JP-A-04339843 beschreibt elastomere Zusammensetzungen zur Verwendung in Kraftübertragungsriemen, die man durch Härten eines Gemischs aus einem Ethylen-Propylen-Kautschuk, der 52 Gew.-% Ethyleneinheiten enthält (100 Gewichtsteile), Ruß (40 Gewichtsteile), Zinkmethacrylat (8 Gewichtsteile) und einem organischen Peroxid (5 Gewichtsteile) erhält.
Bisher ist die Verwendung einer Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung, die sich leicht verarbeiten lässt und in dynamischen Anwendungen ausreichende mechanische Eigenschaften sowie eine annehmbare Haftung an Textilverstärkungsmaterialien aufweist, als primäre Basiselastomerzusammensetzung in Riemen einschließlich Kraftübertragungsriemen nicht bekannt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Riemen bereitzustellen, die als Hauptriemenkörperteil ein Ethylen-α-Olefin-Elastomer umfassen, das verbesserte mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Haftung an Textilverstärkungsmaterialien aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Riemen bereit, der geeignet ist, um bei dynamischen Belastungsanwendungen in eine Scheibe einzugreifen, wobei der Riemen einen Hauptriemenkörperteil, der aus einer elastomeren Zusammensetzung hergestellt ist, in dem Körperteil angeordnete dehnbare Elemente und einen Scheibenkontaktbereich, der einstückig mit dem Körperteil ausgebildet ist, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die elastomere Zusammensetzung ein Reaktionsprodukt ist, das durch Aushärten des folgenden Gemischs unter Verwendung eines die Radikalbildung fördernden Materials gewonnen werden kann:

a. 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers, wobei das Elastomer mehr als 50 Gew.-% der elastomeren Bestandteile der elastomeren Zusammensetzung ausmacht;
b. 1 bis 30 Gewichtsteile eines Metallsalzes einer α,β-ungesättigten organischen Säure pro hundert Gewichtsteile des Elastomers;
c. 25 bis 250 Gewichtsteile eines verstärkenden Füllstoffs pro hundert Gewichtsteile dieses Elastomers, und

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Riemenantriebssystem bereit, das den Riemen der vorliegenden Erfindung umfasst, der über mindestens eine Antriebsscheibe und mindestens eine angetriebene Scheibe geführt wird.
Das elastomere Material der Erfindung weist nach der Härtung im Wesentlichen in Abwesenheit zusätzlicher Haftvermittler eine ausgezeichnete Haftung am dehnbaren Element des Riemens auf.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzungen können gegebenenfalls noch andere herkömmliche Additive enthalten, die in Elastomerzusammensetzungen üblicherweise verwendet werden. Zu diesen Additiven können Prozess- und Extenderöle, Antioxidantien, Wachse, Pigmente, Peptisierungsmittel, Weichmacher und dergleichen gehören. Diese Additive können in Mengen eingesetzt werden, die herkömmlicherweise in Standardkautschukcompounds verwendet werden.
Ein Vorteil wird erhalten, wenn ein Keilrippenriemen der vorliegenden Erfindung geringen Winkelfrequenzen und einer hohen Winkelbeschleunigung ausgesetzt ist. Die Erfindung hat das günstige Ergebnis, dass sie die Pillbildung der Seitenflächen bei geringen Frequenzen im Wesentlichen hemmt. Folglich wird die Leistungsfähigkeit des Riemens bei solchen Anwendungen verbessert. Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Pillbeständigkeit verstärkt wird, wenn der Ethylengehalt des Ethylen-α-Olefin-Elastomers innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten wird, wie unten dargelegt ist.
Weitere Vorteile oder Ziele der Erfindung werden bei einer Durchsicht der Zeichnungen und der Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen offenbar.
Die Begleitzeichnungen, die in die Patentschrift eingebaut sind und einen Bestandteil derselben bilden, veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit einer Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen sind:
1 eine perspektivische Ansicht eines Synchronriemens, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei Teile davon angeschnitten sind;
2 eine perspektivische Ansicht eines Keilriemens, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei Teile davon angeschnitten sind; und
3 eine perspektivische Ansicht eines Keilrippenriemens, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei Teile davon angeschnitten sind.
In 1 ist ein typischer Synchronriemen 10 gezeigt. Der Riemen 10 beinhaltet einen elastomeren Hauptriemenkörperteil 12 und einen Scheibenkontaktteil 14, der sich entlang des inneren Umfangs des Hauptriemenkörperteils 12 erstreckt. Das Wort "Scheibe" umfasst in diesem Zusammenhang normale Riemenscheiben und Kettenzahnräder, die mit Kraftübertragungsriemen verwendet werden, und auch Trommeln, Rollen und dergleichen Mechanismen, die mit Förderbändern und Flachriemen verwendet werden. Ein Beispiel für ein Scheiben- und Riemensystem ist in US-Patent 4,956,036 gezeigt. Der besondere Scheibenkontaktteil 14 von 1 hat die Form von abwechselnden Zähnen 16 und Flächenteilen 18. Eine dehnbare Schicht 20 befindet sich innerhalb des Hauptriemenkörperteils 12, um dem Riemen 10 Halt zu geben und Festigkeit zu verleihen. In der gezeigten Form liegt die dehnbare Schicht 20 in Form einer Mehrzahl von spannungsfesten Korden 22 vor, die sich in Längsrichtung des Hauptriemenkörperteils 12 erstrecken. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass jeder Typ von dehnbarer Schicht 20, der in der Technik bekannt ist, verwendet werden kann. Außerdem kann für das dehnbare Element jedes beliebige Material verwendet werden, wie Baumwolle, Rayon, Nylon, Polyester, Aramid, Stahl und sogar diskontinuierliche Fasern, die für die Lasttragefähigkeit orientiert sind. In der bevorzugten Ausführungsform von 1 liegt die dehnbare Schicht 20 in Form der gezeigten Korde 22 vor, die aus Aramidfasern hergestellt werden, die unter dem Warenzeichen Kevlar^® erhältlich sind. Zu den weiteren bevorzugten Korden gehören Glasfaser und Kohlefilamente für Kraftübertragungsriemen wie in 1 und Polyesterkorde für Keilriemen wie in 2 unten.
Ein verstärkender Textilstoff 24 kann verwendet werden und schmiegt sich eng an die abwechselnden Zähne 16 und Flächenteile 18 des Riemens 10 an, so dass eine Flächenabdeckung für diese entsteht. Dieser Textilstoff kann jede gewünschte Konfiguration haben, wie ein herkömmliches Gewebe, das aus Kett- und Schussfäden unter jedem beliebigen Winkel besteht, oder er kann aus Kettfäden bestehen, die durch voneinander beabstandete einzelne Schussfadenkorde zusammengehalten werden, oder er kann eine gewirkte oder geflochtene Konfiguration haben und dergleichen. Der Textilstoff kann mit derselben oder einer anderen Elastomerzusammensetzung wie der Körper 12 reibungs- oder streichbeschichtet sein. Es kann auch mehr als eine Lage des Textilstoffs eingesetzt werden. Falls gewünscht, kann der Textilstoff 24 schräg geschnitten sein, so dass die Stränge einen Winkel mit der Fortbewegungsrichtung des Riemens bilden. Herkömmliche Textilstoffe können eingesetzt werden, wobei man solche Materialien wie Baumwolle, Polyester, Polyamid, Hanf, Jute, Glasfaser und verschiedene andere natürliche und synthetische Fasern verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Textilschicht 24 aus einem dehnbaren verschleißfesten Textilstoff, bei dem wenigstens entweder die Kett- oder die Schussfäden aus Nylon bestehen. In der am meisten bevorzugten Form besteht die Textilschicht 24 aus Nylon-66-Stretchgewebe.
In 2 ist ein gekerbter Standardkeilriemen 26 gezeigt. Der Keilriemen 26 beinhaltet einen ähnlichen elastomeren Hauptriemenkörperteil 12 wie der, der in 1 gezeigt ist, und ein Zugverstärkungselement 20 in Form von Korden 22, ebenfalls ähnlich den in 1 gezeigten. Der elastomere Hauptriemenkörperteil 12 und die Korde 22 des Keilriemens 26 sind aus denselben Materialien aufgebaut, wie sie oben für 1 beschrieben sind.
Der Keilriemen 26 umfasst auch einen Scheibenkontaktbereich 14 wie bei dem Synchronriemen von 1. Die Seitenflächen des Scheibenkontaktbereichs 14 dienen als Antriebsflächen des Keilriemens 26. In dieser Ausführungsform liegt der Scheibenkontaktbereich 14 in Form von abwechselnden gekerbten Vertiefungsflächen oder Mulden 28 und gezahnten Vorsprüngen 30 vor. Diese abwechselnden gekerbten Vertiefungsflächen 28 und gezahnten Vorsprünge 30 folgen vorzugsweise einem allgemein sinusförmigen Weg, wie es gezeigt ist, was dazu dient, Biegespannungen, die auftreten, wenn der Scheibenkontaktbereich 14 um Rollen und Scheiben herum läuft, zu verteilen und zu minimieren.
In 3 ist ein Keilrippenriemen 32 gezeigt. Der Keilrippenriemen 32 beinhaltet einen elastomeren Hauptriemenkörperteil 12 wie in den Riemen von 1 und 2 und beinhaltet außerdem ein Zugverstärkungselement 20, vorzugsweise in Form von Korden 22, wie es ebenfalls oben beschrieben ist. Mehrere erhöhte Bereiche oder Scheitel 36, die sich mit mehreren Muldenbereichen 38 abwechseln, definieren dazwischen entgegengesetzt ausgerichtete Seiten, die als Scheibenantriebsflächen 14 des Riemens 32 dienen. In jedem dieser Fälle von 1 bis 3 ist der Scheibenkontaktbereich 14 einstückig mit dem Hauptriemenkörperteil 12 ausgebildet und aus demselben elastomeren Material gebildet, das weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Riemen, wie er in den 1 bis 3 beschrieben wurde, als Hauptriemenkörperteil die unten beschriebene elastomere Zusammensetzung, die mit diskontinuierlichen Fasern beladen wurde, welche herkömmliche Stapelfaser- oder Zellstofffaser-Verstärkungsmaterialien umfassen. Beispiele für Fasern mit geeigneten Zugmodul- und Verschleißfestigkeitseigenschaften sind Aramidfasern, wie die unter dem Warenzeichen Kevlar^® von E. I. du Pont de Nemours & Company verkauften; solche mit dem Warenzeichen Technora^®, wie sie von Teijin in Japan verkauft werden; und solche mit dem Warenzeichen Twaron^®, wie sie von Enka in Holland verkauft werden. Die Länge der Stapelfasern liegt im Bereich von weniger als 0,25 mm bis 12 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 7 mm, am meisten bevorzugt von 1 mm bis 3 mm. Der elastomere Körperteil ist mit Fasern in einer Konzentration von vorzugsweise 0,5 bis 20 Volumenprozent und besonders bevorzugt 1 bis 6 Volumenprozent beladen. Am meisten bevorzugt liegt die Faserbeladung bei einer Konzentration von etwa 2,1 Volumenprozent des Körperteils. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern in einer Richtung orientiert, die senkrecht zur Bewegung des Riemens verläuft, so dass die Faser um 0,1 mm bis 0,3 mm aus dem elastomeren Körper herausragt.
Die vorliegende Erfindung wird zwar unter Bezugnahme auf die in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen erläutert, doch sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese besonderen erläuterten Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern sich auf jeden Riemenaufbau innerhalb des Umfangs der unten definierten Ansprüche anwenden lässt.
Die für die vorliegende Erfindung geeignete elastomere Zusammensetzung umfasst eine Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung, die eine verbesserte Ermüdungsbeständigkeit, die sich in den Ergebnissen der Biegeermüdungsanaly se widerspiegelt, eine verbesserte Abriebfestigkeit, Pillfestigkeit, Zugfestigkeit und E-Modul sowie im Wesentlichen in Abwesenheit zusätzlicher Haftvermittler im Grundelastomer eine verbesserte Haftung am dehnbaren Element aufweist. Die Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung wird gebildet, indem man im Einklang mit der herkömmlichen Kautschukverarbeitungspraxis ein Harzgemisch mischt und vermahlt, welches 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers, 1 bis 30 phr eines Metallsalzes einer α,β-ungesättigten organischen Säure und 25 bis 250 phr eines verstärkenden Füllstoffs, wie Ruß oder Kieselsäuregel, umfasst. Das Elastomer wird mit einem organischen Peroxid oder einem anderen die Radikalbildung fördernden Mittel, gegebenenfalls in Gegenwart einer kleineren Menge Schwefel, in einem gemischten Härtungssystem gehärtet.
Zu den für die vorliegende Erfindung geeigneten Ethylen-α-Olefin-Elastomeren gehören unter anderem Copolymere, die aus Ethylen- und Propyleneinheiten (EPM), Ethylen- und Buteneinheiten, Ethylen- und Penteneinheiten oder Ethylen- und Octeneinheiten (EOM) bestehen, sowie Terpolymere, die aus Ethylen- und Propyleneinheiten sowie einer ungesättigten Komponente bestehen (EPDM), sowie Gemische davon. Als ungesättigte Komponente von EPDM kann jedes geeignete nichtkonjugierte Dien verwendet werden, einschließlich zum Beispiel 1,4-Hexadien, Dicyclopentadien oder Ethylidennorbornen (ENB). Das Ethylen-α-Olefin-Elastomer enthält 55 bis 78 Gew.-% der Ethyleneinheit, und in einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Ethylen-α-Olefin-Elastomer 65 bis 75 Gew.-% der Ethyleneinheit. Bei diesen Niveaus des Gehalts an Ethyleneinheiten zeigen Endlosriemen, in die die Ethylen-α-Olefin-Elastomere dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Hauptriemenkörperteile eingebaut sind, eine verbesserte Pillbeständigkeit. Das am meisten bevorzugte Ethylen-α-Olefin-Elastomer ist EPDM.
Das Ethylen-α-Olefin-Elastomer kann gegebenenfalls mit weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 25 Gew.-% und am meisten bevorzugt 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtelastomergehalt der Zusammensetzung, eines zweiten elastomeren Materials, einschließlich unter anderem Silikonkautschuk, Polychloropren, Epichlorhydrin, hydrierter Nitril-Butadien- Kautschuk, Naturkautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Methacrylat-Copolymere und -Terpolymere, Styrol-Butadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, chloriertes Polyethylen, chlorsulfoniertes Polyethylen, alkyliertes chlorsulfoniertes Polyethylen, trans-Polyoctenamer, Polyacrylkautschuke, Butadienkautschuk und Gemische davon, gemischt werden, um bestimmte mechanische Eigenschaften, wie Hochtemperaturverhalten und Klebrigkeit, fein abzustimmen.
Der Einbau von Metallsalzen von α,β-ungesättigten organischen Säuren in die elastomeren Zusammensetzungen ist entscheidend. Es wird angenommen, dass die ausgezeichneten Eigenschaften der für die vorliegende Erfindung geeigneten Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzungen auf die ionische Vernetzung dieser Metallsalze mit Peroxid zurückzuführen sind. Man glaubt, dass die ionischen Bindungen entlang der Elastomergerüstkette unter Spannung aufbrechen und sich wieder zurückbilden, ähnlich der Wirkung von Polysulfidbrücken und schwefelgehärteten Systemen, was zur Zugfestigkeit und Reißfestigkeit des Elastomers beiträgt. Dieser Mechanismus kann auch zur verbesserten Pillbeständigkeit führen, die die elastomere Zusammensetzung zeigt. Es wird angenommen, dass diese ionischen Bindungen diese Aktivität der Bildung/Freisetzung/erneuten Bildung vorzugsweise gegenüber dem Aufbrechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen ausführen. Im Unterschied zu den Polysulfidbindungen oder den freien Radikalen, die beim Aufbrechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in schwefelgehärteten Systemen gebildet werden, werden diese ionischen Bindungen durch Einwirkung von Sauerstoff nicht beeinflusst und sind daher auch nicht anfällig für die Bildung klebriger Reste unter abrasiven Bedingungen. Es wird ebenfalls angenommen, dass diese Sauerstofftoleranz die ionischen Brücken viel stabiler gegenüber Wärme und Oxidation macht als herkömmliche schwefelgehärtete Elastomere.
Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Metallsalze von α,β-ungesättigten organischen Säuren sind Metallsalze von Säuren wie zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethacrylsäure, Vinylacrylsäure, Itaconsäure, Methylitaconsäure, Aconitsäure, Methylaconitsäure, Crotonsäure, α- Methylcrotonsäure, Zimtsäure und 2,4-Dihydroxyzimtsäure. Diese Salze können solche des Zinks, Cadmiums, Calciums, Magnesiums, Natriums oder Aluminiums sein und sind vorzugsweise solche des Zinks. Die bevorzugten Metallsalze von α,β-ungesättigten organischen Säuren sind Zinkdiacrylat und Zinkdimethacrylat. Das am meisten bevorzugte Metallsalz einer ungesättigten organischen Säure ist Zinkdimethacrylat. Die Mengen des für die vorliegende Erfindung geeigneten Metallsalzes können im Bereich von 1 bis 30 phr liegen und betragen vorzugsweise 5 bis 20 phr. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Metallsalz Zinkdimethacrylat, das in einer Menge von etwa 5 phr verwendet wird, wenn man es in Verbindung mit EPDM verwendet, das mit bis zu 10% Silikonkautschuk vermischt ist, und in einer Menge von 10 bis 20 phr und besonders bevorzugt etwa 15 phr verwendet wird, wenn man es in Verbindung mit den anderen Ethylen-α-Olefin-Elastomeren verwendet, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind.
Die für die Endlosriemen der vorliegenden Erfindung geeigneten Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzungen umfassen weiterhin 25 bis 250 phr und vorzugsweise 25 bis 100 phr eines verstärkenden Füllstoffs, wie Ruß, Calciumcarbonat, Talk, Ton oder Kieselsäuregel oder Gemische der obigen. Durch den Einbau von 1 bis 30 phr eines Metallsalzes einer α,β-ungesättigten organischen Säure und von 25 bis 250 phr und vorzugsweise 25 bis 100 phr eines verstärkenden Füllstoffs in die peroxidgehärtete Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung bleibt die Wärmestabilität von herkömmlichen peroxidgehärteten Elastomeren erhalten, während man die Reißfestigkeit und dynamischen Eigenschaften erhält, die gewöhnlich mit schwefelgehärteten Elastomeren verbunden sind.
Die radikalbildenden Vulkanisationsmittel, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind solche, die zum Härten von Ethylen-α-Olefin-Elastomeren geeignet sind; dazu gehören zum Beispiel organische Peroxide und ionisierende Strahlung. Das bevorzugte Vulkanisationsmittel ist ein organisches Peroxid, einschließlich unter anderem Dicumylperoxid, Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol, t-Butylperbenzoat, Di-t-butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-t-butylperoxyhexan, α,α-Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol. Das bevorzugte Vulkanisationsmittel in Form eines organischen Peroxids ist α,α-Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol. Härtungswirksame Mengen des organischen Peroxids für die Zwecke der vorliegenden Erfindung betragen typischerweise 2 bis 10 phr. Bevorzugte Mengen des organischen Peroxids betragen 4 bis 6 phr. Schwefel kann gegebenenfalls als Teil eines gemischten Härtungssystems in einer Menge von 0,01 bis 1,0 phr zu dem Vulkanisationsmittel in Form des organischen Peroxids gegeben werden, um den Youngschen Modul des gehärteten Elastomers zu verbessern, ohne seine Reißfestigkeit negativ zu beeinflussen.
Weitere herkömmliche Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Additive, Prozess- und Extenderöle, Antioxidantien, Wachse, Pigmente, Peptisierungsmittel, Weichmacher und dergleichen können im Einklang mit der üblichen Kautschukverarbeitungspraxis hinzugefügt werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel enthält die elastomere Zusammensetzung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch 0,5 bis 1,5 phr eines Antiozonmittels oder Antioxidans und 5 bis 15 phr eines Peptisierungsmittels/Weichmachers in Form von paraffinischem Mineralöl.
Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzungen können nach irgendeinem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel durch Mischen der Bestandteile in einem Innenmischer oder einer Mühle.
Die folgenden Beispiele sollen die Natur der vorliegenden Erfindung näher erläutern und nicht deren Umfang einschränken. Teile und Prozente, auf die in den Beispielen und in der gesamten Patentschrift Bezug genommen wird, sind gewichtsbezogen, wenn nichts anderes angegeben ist.
Elastomere Zusammensetzungen 3 und 5 und
Vergleichszusammensetzungen 1, 2, 4 und 6–8
Tabelle 1 zeigt die Formulierungen der elastomeren Zusammensetzung für die Testproben 1 bis 8. Tabelle 2 zeigt die Analysedaten von ungealterten Proben.
Tabelle 3 zeigt Analysedaten von gealterten Proben. Die Tabellen 4 und 5 zeigen Haftanalysedaten für gealterte bzw. ungealterte Proben. Tabelle 6 zeigt Vergleichsdaten von Keilrippenriemen, die gemäß der Erfindung und der oben für 3 angegebenen Beschreibung hergestellt wurden, mit dem Zusatz, dass sie mit Fasern beladen sind, und eines herkömmlichen Keilrippenriemens, der mit Fasern beladenes Polychloropren als Hauptriemenkörperteil und Scheibenkontaktbereich enthält.
In diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde die Elastomerverarbeitung in folgender Weise durchgeführt. Die Verarbeitung für die Zusammensetzungen 1–4 wurde in einem 1A-Banbury-Mischer mit einem Innenvolumen von 16 500 cm³ durchgeführt; das Kneten erfolgte mit ungefähr 30 U/min. Die Verarbeitung für die Zusammensetzungen 5–8 wurde in einem BR-Banbury-Mischer mit einem Innenvolumen von 1570 cm³ durchgeführt; das Kneten erfolgte mit ungefähr 77 U/min. Die Chargen wurden als Dreistufengemische verarbeitet. In der ersten Stufe wurden alle Bestandteile außer dem organischen Peroxid in den Banbury-Mischer gegeben und bis zu einer Temperatur von etwa 154°C oder bis zu einer maximalen Zeit von 10 Minuten gemischt. In der zweiten Stufe wurde die Charge erneut bis etwa 154°C gemahlen, und dann wurde die Temperatur wieder sinken gelassen. In der dritten Stufe wurde zuerst das organische Peroxid hinzugefügt, dann wurde die Charge erneut bis zu einer Temperatur von 88°C gemahlen, und dann wurde die Temperatur wieder sinken gelassen.
Physikalische Tests wurden für alle geformten Compounds nach dem Formen und erneut nach 168 Stunden Wärmealterung bei 125°C durchgeführt, wenn nichts anderes angegeben ist. Die Eigenschaften der vulkanisierten Produkte wurden nach den folgenden Testvorschriften gemessen: Pico-Abriebfestigkeit durch ASTM D228-8; Zugeigenschaften durch ASTM D412-87; Zugeigenschaften gealterter Proben durch ASTM D573-88; Zugfestigkeit durch ASTM D624-91; Härte durch ASTM D2240-91; Risswachstum nach dem Demattia-Verfahren ASTM D813-87; Tabor-Verfahren für die Pillbildung ISO-5470-1980.

In den folgenden Formulierungen gilt:

Handelsname	Zusammensetzung, Hersteller
Nordel 1070^®	Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), von E. I. DuPont de Nemours
Royaltherm^® 1411	silikonmodifiziertes EPDM, von Uniroyal
Engage CL 8001^®	Ethylen-Octen-Copolymer (EOM), von Dow Chemical
Vistalon^® 606	Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM), von Exxon Chemical Americas
Hi-Sil 233^®	Gefälltes amorphes Kieselgel, von Pittsburgh Plate Glass Co.
N330	Ruß, I#82, von Huber Co.
N550	Ruß, I#43, von Huber Co.
Sunpar 2280^®	Paraffinöl, ASTM D2226 Typ 1046, von Sun Refining Co.
Agerite Resin D^®	polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin, von B. F. Goodrich Co.
Saret 634^®	Zinkdimethacrylat, von The Sartomer Co.
Vul-Cup 40KE^®	α,α-Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol auf Burgess-KE-Ton, von Hercules Inc.

In den Tabellen 2 und 3 gilt:
1 psi = 6895 Pa
1 lb/in = 17,9 kg/m
1 inch/Megacyclus = 25,4 mm/Megacyclus Tabelle 1

	Vergl.-Zus. 1	Vergl.-Zus. 2	Zus. 3	Vergl.-Zus. 4	Zus. 5	Vergl.-Zus. 6	Vergl.-Zus. 7	Vergl.-Zus. 8
Nordel 1070	100	100	0	0	0	0	0	0
Royaltherm 1411	0	0	100	100	0	0	0	0
Engage CL 8001	0	0	0	0	100	100	0	0
Vistalon 606	0	0	0	0	0	0	100	100
Hi-Sil 233	0	0	40	40	0	0	0	0
N330	0	0	0	0	50	50	0	0
N550	60	60	0	0	0	0	55	55
Sunpar 2280 Öl	10	10	0	0	10	10	10	10
Agente Resin D	1	1	1	1	1	1	1	1
Saret 634	15	0	5	0	15	0	15	0
Vul-Cup 40KE	5	5	6	6	5	5	5	5

Tabelle 2 Analyse ungealterter Proben

	Vergl.-Zus. 1	Vergl.-Zus. 2	Zus. 3	Vergl.-Zus. 4	Zus. 5	Vergl.-Zus. 6	Vergl.-Zus. 7	Vergl.-Zus. 8
Durometer UA	63,8	56,8	81	70	82,5	77,8	65,7	58,2
% Eb	378,1	364,1	361,8	416,2	444,8	445,8	390,3	488,7
M100 (psi)	550,6	337,9	852,2	535,6	812,4	602,2	525	270
Reißdehnung(psi)	3130	2443	2682	2835	4678	4372	2915	2160
"C"-Reißfestigkeit (lbs/inch)	274	227	280	242	396	355	271	223
Pico-Abriebindex	142	94	157	91	265	223	129	109
Tabor-Abrader-Volumenverlust (mm3)	94,5	16,9	172,6	131,6	-	-	111,2	20,8
Demattia 0,5'' bei 100°C (inch/Megacycius)	5,8	22,1	15,4	42,6	0,8	0,7	0,3	0,3
Demattia 2,25''	34,8	74,1	397	308	12,2	4,3	21,4	5,3
bei Raumtemp. (inch/Megacyclus)

Ein besonderes Problem, das mit Keilrippenriemen verbunden ist, ist das Problem der Ansammlung von Pills zwischen benachbarten Rippen, wobei sich "Pills" oder abgeriebenes Material entlang der Rippen ansammeln und auf dem Riemen zurückgehalten werden. Aus diesem Grund geben die Gewichtsverlustergebnisse das Pillbildungsphänomen nicht immer völlig akkurat wieder. Somit scheinen die niedrigeren Tabor-Abrader-Werte für den Volumenverlust für die Vergleichsbeispiele in Tabelle 2 zwar auf eine größere Abriebfestigkeit hinzuweisen als bei ihren Gegenstücken, die Zinkdimethacrylat enthalten, doch sind diese künstlich aufgeblasenen Werte auf abgeriebenes Material oder "Pills" zurückzuführen, die sich tatsächlich ansammeln, während der Analyse aber nicht von den Vergleichstestproben entfernt werden. Dieses Ansammeln ist ein Zeichen für die klebrige Natur des Materials und weist wahrscheinlich auch auf eine Tendenz zur Pillbildung bei der tatsächlichen Anwendung hin. Dieser Pillbildungseffekt fehlte bemerkenswerterweise in den Beispielen, die Zinkdimethacrylat enthielten. Die niedrigeren Tabor-Abrader-Werte für die Vergleichsbeispiele weisen also auf eine Abnahme der Abriebfestigkeit im Vergleich zu ihren erfindungsgemäßen Gegenstücken, die Zinkdimethacrylat enthalten, hin. Tabelle 3 Analyse von gealterten Proben

	Vergl.-Zus. 1	Vergl.-Zus. 2	Zus. 3	Vergl.-Zus. 4	Zus. 5*	Vergl.-Zus. 6*	Vergl.-Zus. 7	Vergl.-Zus. 8
Durometer	69,1	62,4	86	75	67,6	61,7	70,2	58,2
% Eb	345,5	395,2	248,2	344,5	410	477	376	552
Ml00 (psi)	645,6	331,8	1228	681	857,5	614,6	548,2	244,9
Reißdehnung (psi)	3096	2497	2795	3031	4531	4157	3019	2173
"C"-Reißfestigkeit (lbs/inch)	273,8	217,1	304,3	263,8	384,8	329,4	282,3	219,9
Demattia 2,25''	30,6	59,6	-	-	7**	3**	25,3	2,3
gealtert bei 125°C 168 Stunden (inch/Megacyclus)

* Proben von Zusammensetzung 5 und Vergleichszusammensetzung 6 wurden 168 Stunden lang bei 150°C wärmegealtert
** Demattia-2,25''-Analyse für Proben von Zusammensetzung 5 und Vergleichszusammensetzung 6 nach 70 Stunden Wärmealterung bei 175°C durchgeführt

Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Tabellen 2 und 3 an, dass die Zugabe von Zinkdimethacrylat zu den Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzungen zu Zusammensetzungen führt, die drastische Verbesserungen des E-Moduls und eine erhöhte Pillbeständigkeit zeigen, während sie eine annehmbare Dehnung, Reißfestigkeit und Abriebfestigkeit beibehalten. Wie es bei den Demattia-Analyseergebnisse sowohl für ungealterte als auch für gealterte Proben angegeben ist, zeigten Ethylen-α-Olefin-Proben bei Zugabe von Zinkdimethacrylat bemerkenswerterweise einen erhöhten E-Modul, während sie annehmbare Biegeermüdungseigenschaften beibehielten.

Wir beziehen uns nun auf die Tabellen 4 und 5. Die Haftungswirksamkeit wurde durch Zuganalyse von gehärteten elastomeren Probekörpern gemäß den Standard-"t"-Schältestverfahren bestimmt. Der Test wurde mit einer Traversengeschwindigkeit von 5,1 Zentimeter pro Minute durchgeführt, und der Prozentsatz des kohäsiven Versagens wurde sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 125°C gemessen. Polyestergewebe, die ungefähr 2,5 cm breit waren, wurden auf Elastomerproben geklebt, die gemäß den Formulierungen für die Zusammensetzungen 3 und 5 und für die Vergleichszusammensetzungen 1, 2, 4 und 6 hergestellt wurden. Die Elastomerproben hatten eine Dicke von ungefähr 0,127 cm. Die Polyestergewebe wurden mittels einer ersten Beschichtung aus einer Isocyanatgrundierung auf Lösungsmittelbasis und einer zweiten Beschichtung aus Vinylpyridin/Styrol-Butadien-Kautschuk-Resorcin-Formaldehyd-Latex auf die Elastomerproben geklebt. Tabelle 4 Haftungsanalyse von ungealterten Proben

	lbs/in Zug bei Raumtemperatur (kg/cm)	% kohäsives Versagen, Raumtemp.	lbs/in Zug bei 125°C (kg/cm)	% kohäsives Versagen, 125°C
Vergleichszusammensetzung 1	50 (9)	100	16 (3)	100
Vergleichszusammensetzung 2	23 (4)	0	19 (3)	100
Zusammensetzung 3	22 (4)	50	8 (1)	75
Vergleichszusammensetzung 4	13 (2)	0	3 (0,5)	0
Zusammensetzung 5	97 (17)	80	38 (7)	100
Vergleichszusammensetzung 6	8 (1)	0	29 (5)	5

Tabelle 5 Haftanalyse von Proben, die man eine Woche lang bei 150°C altern ließ

	lbs/in Zug bei Raumtemperatur (kg/cm)	% kohäsives Versagen, Raumtemp.	lbs/in Zug bei 125°C (kg/cm)	% kohäsives Versagen, 125°C
Vergleichszusammensetzung 1	43 (8)	100	14 (3)	100
Vergleichszusammensetzung 2	62 (11)	100	22 (4)	100
Zusammensetzung 3	11 (2)	5	4 (1)	40
Vergleichszusammensetzung 4	8 (1)	0	2 (0,4)	0
Zusammensetzung 5	93 (17)	100	43 (8)	100
Vergleichszusammensetzung 6	95 (17)	40	43 (8)	0

In den Tabellen 4 und 5 weist ein kohäsives Versagen von Null auf ein Versagen an der Grenzfläche zwischen Kautschuk und Klebstoff hin. Die ungealterten Proben der Vergleichszusammensetzungen 2, 4 und 6 zeigten bemerkenswerterweise zwar bei Raumtemperatur kein kohäsives Versagen, doch zeigten sie unter diesen Bedingungen alle adhäsives Versagen. Die ungealterten Proben der Zusammensetzungen 1, 3 und 5 zeigten jedoch bei Raumtemperatur kohäsives Versagen unter einer ausgeübten Kraft, die viel größer war als bei ihren Vergleichsgegenstücken, was auf erheblich verbesserte Hafteigenschaften hinweist. Sowohl Vergleichszusammensetzung 1 als auch Vergleichszusammensetzung 2, die auf EPDM unter dem Markennamen Nordel^® 1070 beruhten, das von E. I. DuPont de Nemours erhältlich ist, zeigten unter erhöhten Temperaturen kohäsives Versagen. Die Beispiele 3 und 5 zeigten sowohl für gealterte als auch für ungealterte Proben kohäsives Versagen, während ihre Vergleichsgegenstücke kein kohäsives Versagen zeigten, was beweist, dass eine robustere Haftung gefunden wird, wenn Zinkdimethacrylat verwendet wurde. Am bemerkenswertesten ist, dass Proben, die Zinkdimethacrylat enthielten, sowohl im gealterten als auch im ungealterten Zustand gute Hafteigenschaften zeigten, während die Proben ohne Zinkdimethacrylat im ungealterten Zustand schlechte Hafteigenschaften zeigten.
Für die in Tabelle 6 gezeigten Analyseergebnisse für Biegeermüdung, Verschleißfestigkeit und Belastungskapazität wurden im Einklang mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellte Riemen (Riemen 3) mit kommerziell erhältlichen Standardriemen (Vergleichsriemen A) verglichen. Vergleichsriemen 1 war ein Keilrippenriemen, der im Einklang mit der Beschreibung für 3 hergestellt wurde, während der Hauptriemenkörperteil und der Scheibenkontaktbereich gemäß der Formulierung des obigen Vergleichsbeispiels 1 aus EPDM hergestellt waren, das mit Zinkdimethacrylat verstärkt war, mit der Modifikation, dass N330-Ruß anstelle von N550-Ruß verwendet wurde und der Körperteil faserbeladen war. Vergleichsriemen 2 war ein Keilrippenriemen, der Vergleichsriemen 1 in jeder Hinsicht ähnlich war, außer dass bei Vergleichsriemen 2 Vistalon^® 606 anstelle von Nordel^® 1070 verwendet wurde und die Formulierung 55 phr N330-Ruß beinhaltete. Riemen 3 war ein Keilrippenriemen, der Ver gleichsriemen 1 in jeder Hinsicht ähnlich war, außer dass bei Riemen 3 Engage^® CL 8001 anstelle von Nordel^® 1070 verwendet wurde. Außerdem enthielt Riemen 3 0,50 phr eines Antioxidans in Form eines substituierten Diphenylamins, das von Uniroyal Chemical unter dem Handelsnamen Naugard^® 445 erhältlich ist, sowie ein Zink-2-mercaptotolylimidazol-Antioxidans, das von R. T. Vanderbilt unter dem Handelsnamen Vanox ZMTI^® erhältlich ist. Das Peroxid-Vulkanisationsmittel für Riemen 3 wurde in einer Menge von 5,50 phr verwendet. Vergleichsriemen A war ein faserbeladener Standard-Keilrippenriemen aus Polychloropren ("CR"). Dehnbare Elemente für Vergleichsriemen 1, Vergleichsriemen 2 und Riemen 3 wurden durch Polyesterterephthalat-Kord bereitgestellt. Der Kord wurde mittels einer Kordbehandlung, die eine Isocyanatgrundierung und anschließend einen Vinylpyridin/Styrol-Butadien-Kautschuklatex oder einen Vinylpyridin/carboxyliertes-Styrol-Butadien-Kautschuklatex umfasste, und eines Kordtauchbads, das den polymeren Kleber umfasste, der unter dem Handelsnamen Chemlok^® 238 bekannt und von The Lord Corporation erhältlich ist, auf die Elastomerteile der Riemen geklebt. Zusätzlich umfassten 3-mm-Stapelfasern aus mit einem Resorcin-Formaldehyd-Latex behandelten Aramid^®, die von Teijin in Japan unter dem Handelsnamen Technora^® erhältlich sind, das Faserbeladungsmaterial für Vergleichsriemen 1, Vergleichsriemen 2 und Riemen 3, und dasselbe Material umfasste die Faserbeladung von Vergleichsriemen A, außer dass für Vergleichsriemen A 1-mm-Aramidfasern verwendet wurden. Die Riemen waren etwa 112 cm lang und 1,067 cm breit.
Um die Lasttragefähigkeit unter hoher Spannung zu bestimmen, wurden die Keilrippenriemen um zwei Rollen mit mehreren Rillen gelegt, die jeweils einen Durchmesser von 6,1 Zentimeter hatten. Die Riemen wurden bei Raumtemperatur mit 3500 U/min und 5,3 kW (7,1 PS) unter einer konstanten Spannung von 264 lbs (1174 N) betrieben. Für die Belastungskapazitätsdaten in Tabelle 6 wurden die Riemen bis zu einem Punkt des Versagens betrieben, der sich anhand einer Randkordabtrennung, Trennung von Rippen oder ein katastrophaleres Versagen des Riemens zeigte.

Für die Analyse der Verschleißfestigkeit und der Biegeermüdung wurden die Riemen Vierpunkt-Wasserbremstests unterzogen, wobei die Riemen um zwei größere Rollen mit mehreren Rillen, eine Innenspannrolle und eine Rückseitenspannrolle gelegt wurden. Die beiden größeren Rollen hatten einen Durchmesser von 12,1 cm; die Innenspannrolle hatte einen Durchmesser von 4,4 cm, und die Rückseitenspannrolle hatte einen Durchmesser von 7,6 cm. Die Riemen wurden mit 4900 U/min und 8,2 kW (11 PS) unter einer konstanten Spannung von 110 lbs (489 N) betrieben. Für den Verschleißfestigkeitstest wurden die Riemen zuerst gewogen, dann um die Scheiben gelegt und 96 Stunden lang bei Raumtemperatur betrieben und dann erneut gewogen, um den Gewichtsverlust zu bestimmen. Für die erste Biegeermüdungsanalyse wurden die Riemen um die Rollen und Spannrollen gelegt und bei 100°C und mit 4900 U/min bis zum Versagen betrieben, was sich anhand der Bildung einer Anzahl von Rissen zeigte, die um eins größer war als die Anzahl der Riemenrippen. Für die zweite Biegeermüdungsanalyse wurden die Riemen in ähnlicher Weise um die Rollen und Spannrollen gelegt und bei 110°C und mit 4900 U/min bis zum Versagen betrieben, was sich anhand der Bildung einer Anzahl von Rissen zeigte, die um eins größer war als die Anzahl der Riemenrippen. Tabelle 6 Riemenanalyse

	Vergleichsriemen 1 (EPDM)	Vergleichsriemen 2 (EPM)	Riemen 3 (EOM)	Vergleichsriemen A (CR)
Belastungskapazität (Stunden)	232	341	677	58
Gewichtsverlust (g)	0,59	0,57	0,57	0,68
Biegeermüdung 100°C (Stunden)	1356	1040	-	120
Biegeermüdung 110°C (Stunden)	-	732	947	-

Bemerkenswerterweise zeigte Vergleichsriemen 1 eine Erhöhung der Belastungskapazität auf das Vierfache im Vergleich zum Polychloroprenriemen, während er dessen Verschleißfestigkeitseigenschaften übertraf. Außerdem zeigte Vergleichsriemen 1, der als Hauptriemenkörperteil ein mit Zinkdimethacrylat verstärktes faserbeladenes EPDM-Elastomer enthielt, eine Erhöhung der durch Biegeermüdungsanalyse gemessenen Riemenlebensdauer auf das Zehnfache im Vergleich zum Standard-Polychloroprenriemen. Vergleichsriemen 2, der auf mit Zinkdimethacrylat verstärktem Vistalon^® 606 beruhte, zeigte eine Erhöhung der Belastungskapazität auf über das Fünffache gegenüber dem Standard-Polychloroprenriemen und eine drastische Erhöhung der durch Biegeermüdungsanalyse gemessenen Riemenlebensdauer sowohl bei 100°C als auch bei 110°C. Riemen 3, der auf mit Zinkdimethacrylat verstärktem Engage CL 8001^® beruhte, zeigte in ähnlicher Weise drastische Erhöhungen der Beladungskapazität gegenüber dem Standardriemen auf Polychloroprenbasis und zeigte eine herausragende Biegeermüdung.
Die Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Riemens der vorliegenden Erfindung einschließlich Kraftübertragungs- und Flachriemen ist dem Einbau einer mit einem Metallsalz einer α,β-ungesättigten organischen Säure verstärkten peroxidgehärteten Ethylen-α-Olefin-Elastomerzusammensetzung als Hauptriemenkörperteil oder Scheibenkontaktteil zuzuschreiben. Die resultierende elastomere Zusammensetzung zeigt im Wesentlichen in Abwesenheit zusätzlicher Haftvermittler im Grundelastomer eine überlegene Haftung an Textilverstärkungsmaterialien. Ungeachtet der überlegenen Haftung der elastomeren Zusammensetzung an Textilverstärkungsmaterialien, wenn im Wesentlichen keine zusätzlichen Haftvermittler im Grundelastomer vorhanden sind, können solche Haftvermittler einschließlich Methylen- und Resorcindonoren in H-R-H-Trockenkautschuk-Haftsystemen beim Aufbau des Riemens verwendet werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar zu Erläuterungszwecken im Einzelnen beschrieben, doch sollte man sich darüber im Klaren sein, dass diese Einzelheiten lediglich zu diesem Zweck angegeben wurden und dass vom Fachmann Variationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können.

Claims

Riemen, der geeignet ist, um bei dynamischen Belastungsanwendungen in eine Scheibe einzugreifen, wobei der Riemen einen Hauptriemenkörperteil, der aus einer elastomeren Zusammensetzung hergestellt ist, dehnbare Elemente, die in dem Körperteil angeordnet sind, und einen Scheibenkontaktbereich, der einstückig mit dem Körperteil ausgebildet ist, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die elastomere Zusammensetzung ein Reaktionsprodukt ist, das durch Aushärten des folgenden Gemischs unter Verwendung eines die Radikalbildung fördernden Materials gewonnen werden kann: (a) 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers, wobei dieses Elastomer mehr als 50 Gew.-% der elastomeren Bestandteile der elastomeren Zusammensetzung ausmacht; (b) 1 bis 30 Gewichtsteile eines Metallsalzes einer α,β-ungesättigten organischen Säure pro hundert Gewichtsteile dieses Elastomers; und (c) 25 bis 250 Gewichtsteile eines verstärkenden Füllstoffs pro hundert Gewichtsteile dieses Elastomers, und wobei das Ethylen-α-Olefin-Elastomer durch einen spezifischen Gehalt an Ethyleneinheiten gekennzeichnet ist und dieser Gehalt an Ethyleneinheiten 55 bis 78 Gew.-% des Elastomers beträgt.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei das Ethylen-α-Olefin-Elastomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) Ethylen-Propylen-Copolymeren (b) Ethylen-Octen-Copolymeren (c) Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymeren und (d) Mischungen davon.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei das Ethylen-α-Olefin-Elastomer verschnitten ist mit bis zu 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Ethylen-α-Olefin-Elastomers, eines zweiten elastomeren Materials, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: a) Silikonkautschuk b) Polychloropren c) Epichlorhydrin d) hydriertem Nitril-Butadien-Kautschuk e) Naturkautschuk f) Ethylen-Vinylacetat-Copolymer g) Ethylen-Methacrylat-Copolymeren und -Terpolymeren h) Styrol-Butadien-Kautschuk i) Nitril-Kautschuk j) chloriertem Polyethylen k) chlorsulfoniertem Polyethylen l) alkyliertem chlorsulfoniertem Polyethylen m) traps-Polyoctenamer n) Polyacrylkautschuk o) Butadienkautschuk und p) Mischungen dieser Substanzen.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei die elastomere Zusammensetzung frei von ergänzenden Haftvermittlern ist.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei das Metallsalz einer α,β-ungesättigten organischen Säure Metallsalze von Säuren umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Ethacrylsäure, Vinylacrylsäure, Itaconsäure, Methylitaconsäure, Aconitsäure, Methylaconitsäure, Crotonsäure, α-Methylcrotonsäure, Zimtsäure und 2,4-Dihydroxyzimtsäure.
Riemen gemäß Anspruch 5, wobei das Metallsalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) Zinkdiacrylat und (b) Zinkdimethacrylat.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei das die Radikalbildung fördernde Material eine sich auf die Aushärtung auswirkende Menge eines Materials ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (a) organischen Peroxiden und (b) diese organischen Peroxide verschnitten mit 0,01 bis 1,0 Gewichtsteilen des Schwefelelastomers.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei dieser Riemen ein Kraftübertragungsriemen ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Synchronriemen, Keilriemen und Keilrippenriemen.
Riemenantriebssystem, das den Riemen gemäß Anspruch 1 umfasst, wobei dieser über mindestens eine Antriebsscheibe und mindestens eine angetriebene Scheibe geführt wird.
Riemen gemäß Anspruch 1, wobei der Gehalt an Ethyleneinheiten 65 bis 78 Gew.-% des Elastomers beträgt.