TWI404874B - 多槽傳動皮帶及其製造方法 - Google Patents

Description

多槽傳動皮帶及其製造方法

本發明是有關於一種傳動皮帶，特別是有關於一種用於油電混合引擎傳動用之多槽傳動皮帶。

隨著節能、環保意識高漲，油電混合車已然成為汽車市場的主流趨勢。油電混合車藉由內燃機引擎與電池能量兩種不同動力的提供方式，產生高能源效率，與過去純內燃機引擎系統相比，複合動力汽車只需要二分之一能源供應便能達到其動力效率，環境污染也降低一半，絕對是一項極具經濟效益的能源技術。

在油電複合引擎系統的開發中，新一代的系統係為電子電動驅動系統，其節能最主要之原理，是當汽車在靜止時(如等紅綠燈、路邊停車)自動停止供油，讓引擎熄火，而在啟動時迅速啟動供油及點火系統，並驅動曲柄軸，完成接近無聲的啟動動作。

而電子電動驅動系統的關鍵原理是藉由應用高性能的引擎驅動皮帶，直接驅動引擎點火運轉，進而達到接近無聲的迅速啟動效果。

為了達到上述效果，引擎驅動皮帶必須具備優異的性能，包括低變形、高荷重、高速運轉順暢、高扭力輸出、低噪音、高耐熱性、高耐磨性、高耐疲勞性…等，方能完成電力/燃油動力切換作用。

而目前市面上適用於汽車引擎之多槽傳動皮帶，大多使 用氯丁橡膠(CR膠)，可是新式油電混合引擎所需的傳動皮帶特性必須能長期耐熱120℃，瞬間能耐熱170℃，維持傳動功率在15hp以上，此些工作要求並非傳統製造傳動皮帶的氯丁橡膠所能達成，因此勢必在材質及製程上有所改良。

就材質而言，氯丁橡膠的耐熱性低，僅約100℃，且其含有氯，在製程中相當不環保，而另一橡膠原料氫化丁腈橡膠(HNBR)，亦適用於汽車工業中，然其價格昂貴，亦不適合用於皮帶製作上。為能達到油電混合引擎之工作要求，又能符合產業利用之各種考量，必須選用成本較低但物性又佳的橡膠原料。

在橡膠原料的選擇上，並無法找到完全符合需求的橡膠，以乙烯丙烯橡膠(Ethylene-Propylene rubber,EPR)為例，其成本較低，且其耐熱性亦佳(高於150℃)，符合部分需求，然其耐磨性及耐撕裂性卻低於氯丁橡膠，為能達到汽車引擎的工作需求，勢必在製程上有突破以往的改變，方能達成既符合產業需求又能實際運用於油電混合引擎之傳動皮帶。

有鑑於上述習知之問題，本發明之一目的就是在提供一種多槽傳動皮帶及製造方法，以解決習知橡膠原料物性不足以符合目前引擎使用的條件、不夠環保及成本不符業界生產需求的問題。

根據本發明之目的，提出一種多槽傳動皮帶，係套設於複數個傳動輪上，其包含一基部及複數個楔型齒。基部 為環狀帶體，由乙烯丙烯橡膠(Ethylene-Propylene rubber,EPR)所形成，至少一芯線設置於基部內，且芯線係由至少一第一纖維絞撚所形成。複數個楔型齒設於基部之環狀帶體內面上，由乙烯丙烯橡膠所形成，且一預設份數(parts per hundred parts of rubber,phr)的第二纖維設置於複數個楔型齒內。複數個楔型齒卡合於各傳動輪的齒溝上，當至少一傳動輪轉動時，多槽傳動皮帶帶動此些傳動輪轉動。

其中，第二纖維對應於複數個楔型齒的乙烯丙烯橡膠的預設份數為10至40 phr。且基部更進一步設有預設份數的第二纖維，且第二纖維對應於基部的乙烯丙烯橡膠的預設份數為10至40 phr。

在本發明之多槽傳動皮帶中，芯線及各第二纖維至少塗布有一界面活性劑，且塗布有界面活性劑之芯線之外層更至少塗布有一接著處理液，使芯線與乙烯丙烯橡膠之界面接著強度(Interfacial adhesion strength)達9至20 kgf。此接著處理液係包括間苯二酚、甲醛及乳膠(RFL)。

其中，第一纖維及第二纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維(Poly-aramide)、聚酯纖維(PET)或尼龍纖維(Nylon)。

根據本發明之目的，更提出一種多槽傳動皮帶製造方法，其包含下列步驟：先將至少一第一纖維絞撚為至少一芯線，並對芯線及一第二纖維進行第一表面處理加工， 使芯線及第二纖維之外層表面至少塗布有一界面活性劑。其後，對第一表面加工後的芯線進行一第二表面加工，使芯線的外層表面更塗布有接著處理液。再混練乙烯丙烯橡膠及一預設份數(phr)之第二纖維，使第二纖維於乙烯丙烯橡膠內具有良好的分散性。之後，壓延已混練並具有第二纖維的乙烯丙烯橡膠，使第二纖維於乙烯丙烯橡膠內呈順向排列後出片。之後，將已壓延出片之乙烯丙烯橡膠成型，並將芯線螺旋環繞於其中一層乙烯丙烯橡膠上，再進一步利用高壓硫化法使已成型之乙烯丙烯橡膠硫化為環狀帶筒，藉由此硫化過程使芯線及第二纖維與乙烯丙烯橡膠緊密結合。最後裁切適當寬度已硫化的環狀帶筒成環狀帶體，然後使用高速楔型磨楔機磨削此環狀帶體，使此環狀帶體具有基部及複數個楔型齒。複數楔型齒位於環狀帶體內緣表面，且芯線夾設於基部與楔型齒間，各第二纖維則掺設於基部及各楔型齒內。

在本發明之多槽傳動皮帶製造方法中，藉由第二表面處理加工之步驟，使芯線與乙烯丙烯橡膠的界面接著強度達9至20 kgf，且其接著處理液係包括間苯二酚、甲醛及乳膠(RFL)。

其中，第一纖維係為高模低縮纖維，其包括聚酯纖維或及芳香族聚醯胺纖維；第二纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚酯纖維或尼龍纖維，且第二纖維對應於乙烯丙烯橡膠之使用份數為10至40 phr，並藉由混練機使第二纖維均勻分散於乙烯丙烯橡膠中。

在本發明之多槽傳動皮帶製造方法中，高壓硫化法的硫化時間可為25至60分鐘、硫化壓力為10至30 kgf/cm²且硫化溫度係為120℃至180℃。而經高壓硫化法處理後的乙烯丙烯橡膠其架橋度(degree of crosslinking)高於或等於90%。

承上所述，依本發明之多槽傳動皮帶及製造方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此多槽傳動皮帶，係以乙烯丙烯橡膠製成，耐熱性佳，可長期耐溫達120℃以上，符合油電混合引擎之需求。

(2)此多槽傳動皮帶，係以乙烯丙烯橡膠製成，並於橡膠內掺混如芳香族聚醯胺纖維等高剛性補強短纖維(即第二纖維)，並藉由在補強短纖維上的第一表面處理加工，使短纖上附有表面處理劑，進一步提升補強短纖維與橡膠在混練時的分散性，並令其在後續的製程中能呈現高順向性，且提高補強短纖維與橡膠間的界面接著強度，當橡膠硫化定型後，藉由高剛性補強短纖維使皮帶的剛性及荷重性增加，並因補強短纖維與橡膠具有高界面接著強度，而使皮帶不易因補強短纖維與橡膠的縫隙與剝離點造成破壞與龜裂的起始點。

(3)此多槽傳動皮帶，係以乙烯丙烯橡膠製成，並以高模低縮型纖維材質如聚酯纖維、芳香族聚醯胺纖維等(即第一纖維)作為芯線，經過二道表面加工之芯線與橡膠之界面接著強度及親合度均高，除使皮帶具有高強力及低 延伸之特性外，更進一步使皮帶在切邊及高速磨楔時不起毛羽。

請參閱第1圖，其係為本發明之多槽傳動皮帶示意圖。圖中，多槽傳動皮帶1係套設於傳動輪2上，多槽傳動皮帶1包含基部11及複數個楔型齒12，傳動輪2具有複數個齒溝21相對楔型齒12，各楔型齒12分別卡合於各齒溝21。在本實施例中，傳動輪2係以二個大小不一的傳動輪2表示，但不以此為限。

請參閱第2圖至第4圖，其分別係為本發明之多槽傳動皮帶之製造流程圖、部份剖面圖一及部份剖面圖二。多槽傳動皮帶1可藉由如第2圖所示之步驟所完成，其中：步驟S10：先將至少一第一纖維絞撚為至少一芯線；步驟S20：對芯線及一第二纖維進行第一表面處理加工，使芯線及第二纖維之外層表面至少塗布有一界面活性劑；步驟S30：對第一表面加工後的芯線進行一第二表面加工，使芯線的外層表面更塗布有接著處理液；步驟S40：混練乙烯丙烯橡膠及一預設份數(parts per hundred parts of rubber,phr)之第二纖維，使第二纖維於乙烯丙烯橡膠內均勻分散；步驟S50：壓延已混練之乙烯丙烯橡膠，使第二纖維於乙烯丙烯橡膠內依出片方向呈平行順向排列而出片；步驟S60：將已壓延出片之乙烯丙烯橡膠與芯線成型成一環狀帶筒，使芯線螺旋環繞於環狀帶筒中； 步驟S70：利用高壓硫化法使已成型的乙烯丙烯橡膠環狀帶筒硫化，使芯線及第二纖維與乙烯丙烯橡膠緊密結合；以及步驟S80：最後，裁切硫化定型的環狀帶筒成適當寬度的環狀帶體，之後使用高速楔型磨楔機磨削此寬度適當的環狀帶體，使此環狀帶體具有基部及複數個楔型齒，且複數楔型齒位於環狀帶體內緣表面，又芯線夾設於基部與複數個楔型齒間，各第二纖維則掺設於基部及各楔型齒內。

在本實施例中，第一纖維係為高模低縮纖維，其包括聚酯纖維或芳香族聚醯胺纖維；第二纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚酯纖維或尼龍纖維等高剛性纖維，且第二纖維的長度最佳為1至6 mm，其中，第二纖維對應於乙烯丙烯橡膠的預設份數為10至40 phr，但並不以此為限。

在本實施例中，經由步驟S50壓延出片之乙烯丙烯橡膠，其經緯向之10%定伸強度比在4以上，但並不以此為限。且本實施例中之高壓硫化法的硫化時間為25至60分鐘、硫化壓力為10至30 kgf/cm²且硫化溫度係為120℃至180℃，而經高壓硫化法處理後的乙烯丙烯橡膠其架橋度(degree of crosslinking)高於或等於90%，但不以此為限。

在本實施例中，步驟S60係為成型步驟，其所用於成型的乙烯丙烯橡膠均為已混練有第二纖維並已經過壓延出片的乙烯丙烯橡膠，但並不以此為限，亦可混用未與第二 纖維混練的乙烯丙烯橡膠片一併成型，並繼續進行步驟S70硫化及步驟S80削磨，則使第二纖維僅設置於複數個楔型齒內，而基部則未包含有第二纖維。

經由步驟S10至S80，可形成剖面如第3圖及第4圖所示之多槽傳動皮帶1。多槽傳動皮帶1之基部11內設有若干芯線13，且基部11及楔型齒12均勻掺設有具方向性之第二纖維14。在本實施例中，楔型齒12之數量係為六個，芯線13數量係為十六根，但並不以此為限。

請參閱第5圖及第6圖，其係為本發明之多槽傳動皮帶之未表面加工之芯線示意圖及芯線表面加工示意圖。第5圖中，未表面加工芯線130係由第一纖維1301先撚成第一纖維紗1302，再經由第一纖維紗1302絞撚成為未表面加工芯線130。在本實施例中，第一纖維1301係以高模低縮纖維，如：聚酯纖維、芳香族聚醯胺纖維等表示，但並不以此為限；而未表面加工芯線130係由三根第一纖維紗1302絞撚而成，但並不以此為限。第一纖維1301及第一纖維紗1302的數量可視所需芯線13之物性而定。

第6圖中，未表面加工芯線130經過第一表面處理加工41及第二表面處理加工42，在本實施例中，第一表面處理加工41及第二表面處理加工42均以浸潤方式表示，但並不以此為限。未表面加工芯線130於第一表面處理加工41時，藉由經過界面活性劑31之儲槽，使界面活性劑31包覆與滲入未表面處理加工芯線130，形成具界面活性劑芯線131。具界面活性劑芯線131進入第二表面處理加工42工序，進一步在具界面活性劑芯線131上塗覆接著處理液 32而形成芯線13。在本實施例中，接著處理液32係為間苯二酚-甲醛乳膠(RFL)，但並不以此為限。

請參閱第7圖，其係為本發明之多槽傳動皮帶之混練示意圖。圖中，混練機50設有進料口51、腔壁52圍成之混練室521，以及二個以不同速度及方向轉動的轉子53，將乙烯丙烯橡膠110及第二纖維14自進料口51投入混練機50，使乙烯丙烯橡膠110與第二纖維14進入混練室521內，並藉由轉子53的剪切作用，使第二纖維14與乙烯丙烯橡膠110均勻混合。在本實施例中，混練機50係以密閉式混練機表示。

請參閱第8圖，其係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之壓延出片示意圖。藉由壓延機(圖未示)的多組滾輪61，將混練後具有第二纖維14的乙烯丙烯橡膠110進行壓延並整平出片，出片後的乙烯丙烯橡膠110內的第二纖維14依照平行於出片方向排列於乙烯丙烯橡膠110中。在本實施例中，經壓延出片後的乙烯丙烯橡膠110其11 mm膠片之10%定伸強度比應大於或等於4，但並不以此為限。

進一步將壓延出片後的乙烯丙烯橡膠110膠片與芯線13於成型機(圖未示)使其成為一環狀帶筒(如第9圖所示)，其中芯線13係採螺旋方式環繞於整個環狀帶筒。之後將此成形後之環狀帶筒進行高壓硫化(圖未示)，在硫化過程中使乙烯丙烯橡膠原料110與芯線13結合成一複合材料。

並再進一步將此環狀帶筒裁切適當寬度成一環狀帶體後，利用高速楔型磨楔機對環狀帶體進行磨楔(圖未示)， 以形成剖面如第2圖所示之多槽傳動皮帶1。在本實施例中，芯線13透過第一表面處理加工41，使其先含有界面活性劑31，再進行第二表面處理加工42，藉由界面活性劑31使得接著處理液32得以包覆於芯線13的表面，並可更進一步滲入芯線13內。在本實施例中，芯線13藉由間苯二酚-甲醛乳膠作用而與乙烯丙烯橡膠110的界面接著強度達9至20 kgf，但並不以此為限。

由於接著處理液32不僅包覆於芯線13的表面，更滲入芯線13的內部，使芯線13內之第一纖維1301或第一纖維紗1302之親和性與結合度提升，因此在裁切及磨楔過程中都能確保芯線不因剖切與研磨造成開綻及起毛羽。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧多槽傳動皮帶

11‧‧‧基部

110‧‧‧乙烯丙烯橡膠

12‧‧‧楔型齒

13‧‧‧芯線

130‧‧‧未表面加工芯線

1301‧‧‧第一纖維

1302‧‧‧第一纖維紗

131‧‧‧具界面活性劑芯線

14‧‧‧第二纖維

2‧‧‧傳動輪

21‧‧‧齒溝

31‧‧‧界面活性劑

32‧‧‧接著處理液

41‧‧‧第一表面處理加工

42‧‧‧第二表面處理加工

50‧‧‧混練機

51‧‧‧進料口

52‧‧‧腔壁

521‧‧‧混練室

53‧‧‧轉子

61‧‧‧滾輪

S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之多槽傳動皮帶示意圖；第2圖係為本發明之多槽傳動皮帶之製造流程圖；第3圖係為本發明之多槽傳動皮帶之部份剖面圖一；第4圖係為本發明之多槽傳動皮帶之部份剖面圖二；第5圖係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之未表面加工之芯線示意圖；第6圖係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之芯線表面加工示意圖；第7圖係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之混練示意圖； 第8圖係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之壓延出片示意圖；以及第9圖係為本發明之多槽傳動皮帶製造方法之環狀帶筒示意圖。

S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種多槽傳動皮帶，適用於套設在複數個傳動輪上，其包含：一基部，係為環狀帶體，由一乙烯丙烯橡膠所形成；以及複數個楔型齒，係設於該基部之環狀帶體內面上，由該乙烯丙烯橡膠所形成，至少一芯線夾設於該基部與該楔型齒之間，該芯線係由至少一第一纖維絞撚所形成，一預設份數之一第二纖維設置於該複數個楔型齒內，該芯線及各該第二纖維至少塗布有一界面活性劑，且塗布有該界面活性劑之該芯線之外層係更至少塗布有一接著處理液，該複數個楔型齒卡合於各該傳動輪之齒溝上，當至少一該傳動輪轉動時，該多槽傳動皮帶帶動該些傳動輪轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多槽傳動皮帶，其中該第二纖維對應於該複數個楔型齒之該乙烯丙烯橡膠之該預設份數為10至40 phr。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多槽傳動皮帶，其中該基部係更進一步設有該預設份數之該第二纖維，且該第二纖維對應於該基部之該乙烯丙烯橡膠之該預設份數為10至40 phr。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多槽傳動皮帶，其中該芯線與該乙烯丙烯橡膠之界面接著強度達9至20 kgf。
5. 如申請專利範圍第3項所述之多槽傳動皮帶，其中該第一纖維係為高模低縮纖維，其包括聚酯纖維或芳香族聚醯胺纖維，該第二纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚酯纖維或尼龍纖維。
6. 如申請專利範圍第4項所述之多槽傳動皮帶，其中該接著處理液係包括間苯二酚、甲醛、乳膠。
7. 一種多槽傳動皮帶製造方法，包含下列步驟：將至少一第一纖維絞撚為至少一芯線；對該芯線及一第二纖維進行一第一表面處理加工，使該芯線及該第二纖維之外層表面至少塗布有一界面活性劑；對該第一表面加工後之該芯線進行一第二表面加工，使該芯線之外層表面更塗布一接著處理液；混練一乙烯丙烯橡膠及一預設份數之該第二纖維，使該第二纖維於該乙烯丙烯橡膠內呈均勻分散；壓延出片已混練之具有該第二纖維之該乙烯丙烯橡膠，使該第二纖維於該乙烯丙烯橡膠內呈順向排列，其中該第二纖維係藉由一混練機與該乙烯丙烯橡膠均勻分散，且混練後之該乙烯丙烯橡膠係藉由一壓延機壓延出片，使各該第二纖維於乙烯丙烯橡膠中順向排列；成型已壓延出片之該乙烯丙烯橡膠成一環狀帶筒，並使該芯線以螺旋狀環繞於該乙烯丙烯橡膠之該環狀帶筒中；利用一高壓硫化法使該環狀帶筒硫化定型，並使該芯線及該第二纖維與該乙烯丙烯橡膠緊密結合，其中該高壓硫化法之硫化時間係為25至60分鐘、硫化壓力係為10至30 kgf/cm2且硫化溫度係為120℃至180℃，且經高壓硫化法處理後之該乙烯丙烯橡膠之架橋度高於或等於90%；及取一適當寬度之已硫化定型之該環狀帶筒成一環狀帶體，並使用一高速楔型磨楔機磨削該環狀帶體，使該環狀帶體具有一基部及複數個楔型齒，該複數楔型齒係位於該環狀帶體內緣表面，且該至少一芯線係夾設於該基部與該複數 個楔型齒間，該預設份數之該第二纖維係掺設於該基部及該複數個楔型齒內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之多槽傳動皮帶製造方法，其中該第二纖維對應於該基部及該複數個楔型齒之該乙烯丙烯橡膠之該預設份數為10至40 phr。
9. 如申請專利範圍第7項所述之多槽傳動皮帶製造方法，其中該接著處理液係包括間苯二酚、甲醛、乳膠，且藉由該第二表面處理加工之步驟，使該芯線與該乙烯丙烯橡膠之界面接著強度達9至20 kgf。
10. 如申請專利範圍第7項所述之多槽傳動皮帶製造方法，其中該第一纖維係為高模低縮纖維，其包括聚酯纖維或芳香族聚醯胺纖維，該第二纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚酯纖維或尼龍纖維。