低增长传动带的制作方法

专利名称：低增长传动带的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括V-带，多V-肋状带(multi-v-ribbed belt)和齿状(toothed)传动带(power transmission belt)的传动带，更尤其涉及包含纵向延伸的拉伸元件的这些带，所述元件包括一根或多根芯线(cord)，其中至少一根由碳纤维纱线(yarn)形成。
本发明的背景传动带常用于例如在滑轮之间传动。它们可在正常操作过程中经受极端的温度和负荷。由于包括相对低模量固化弹性体部分和确定该带的主载荷组件的相对高模量拉伸元件的其复合结构，以及它们通常会经受的极端的负荷和温度，每个组件部件需要高度的耐久性，柔韧性，和坚实性。
更常见地但非唯一地与使用齿状带有关的一个特殊问题是带增长，它造成带的永久变形，而且可因为延长操作，极端的动态负荷，极端的温度，不当的组件选择，或前述的组合而出现。尤其是，如果拉伸元件周围的材料的耐热性不足，在相对高温下的操作可脆化这些材料使得它们不再有效地将拉伸元件连接到周围的带体上，导致带拉伸强度的下降和因此的快速带增长。带的这种永久变形导致不当的齿-凹槽相互作用，拉伸失败并最终导致拉伸芯线的灾难性故障。
碳纤维作为增强材料在橡胶复合制品中的引入已经有可能提高某些场合的性能，因为其模量与常规纤维，如，玻璃芯线相比较高。但迄今没有适当地解决纤维与周围弹性体组件的粘附性以延长操作寿命时间和相关问题。U.S.专利No.5807194公开了碳纤维作为拉伸芯线在具有氨基甲酸乙酯带体部分的齿状传动带结构中的应用。该公开内容局限于经受芯线处理使其能够被引入带复合结构内的碳纤维芯线，包括在带铸塑工艺过程中吸收各种量的氨基甲酸乙酯带材料自身的芯线。氨基甲酸乙酯材料自身的可铸塑性质，即，在固化步骤之前的其液体形式使得，氨基甲酸乙酯能够在碳纤维的周围和在其间隙内流动。但该公开内容不能应用于包括非可铸塑弹性体带体部分，如，氢化丙烯腈丁二烯橡胶(“HNBR”)，和聚氯丁二烯橡胶(“CR”)的带结构。
本发明的综述本发明提供了一种传动带10，包括由固化弹性体组合物形成的带体12，和包埋在带体中的拉伸元件18，后者包括包含至少一种由碳纤维形成的纱线的芯线。根据本发明一个实施方案的碳纤维特征在于其拉伸模量为50千兆帕斯卡(“GPa”)-约350GPa和包括其弹性模量选择使得在100℃在48小时之后在高温带增长分析(HighTemperature Belt Growth Analysis)下的带增长不超过0.1％的由间苯二酚-甲醛树脂/橡胶胶乳溶液(“RFL”)形成的芯线处理剂(cordtreatment)。根据另一实施方案，提供了一种用于制造具有改进的带增长耐性的传动带的方法，包括步骤选择应用于纱线和/或一个或多个构成拉伸芯线的其纤维的芯线处理剂的弹性模量使得该值在20℃下为约1.0×107-约5.0×108达因/cm2(约1.0×106-约5.0×10Nm-2)，和该值在100℃下为约5.0×106-约3.0×108达因/cm2(约5.0×105-约3.0×107Nm-2)。
附图简述本发明的其它特点和优点在参考附图及其描述之后变得显然，其中

图1是在横截面上部分切开的部分纵向截面图，显示了按照本发明一个实施方案的具有包埋芯线和带齿的带；和，图2示意地表示用于表征本发明一个方面的试验配置。
本发明的详细描述参照图1，一般地显示了齿状传动带形式的本发明带10。带10包括由任何合适的固化弹性体组合物形成的带体12，其中带齿14由该体形成并以间距P相隔。该齿视需要覆盖有按照所示沿着带齿的外周表面分布的耐磨性织物16。在该说明性实施方案中，螺旋行进的芯线的拉伸元件18包埋在带体12中。
为了用于带体弹性体组合物，可以使用任何合适的和/或常规的弹性体类型，包括可铸塑和非可铸塑弹性体以及热塑性弹性体。作为非可铸塑弹性体，可有利地使用HNBR，CR，丙烯腈丁二烯橡胶(“NBR”)，苯乙烯-丁二烯橡胶(“SBR”)，烷基化氯磺化聚乙烯(“ACSM”)，表氯醇，丁二烯橡胶(“BR”)，天然橡胶(“NR”)和乙烯α烯烃弹性体如乙烯丙烯二烯三元聚合物(“EPDM”)和乙烯丙烯共聚物(“EPM”)，或任何两种或多种前述的组合。
作为适用作本发明带的带体弹性体的可铸塑弹性体，氨基甲酸乙酯，氨基甲酸乙酯/脲和脲作为非限定性例子而提及。对于可铸塑弹性体，该带体是在固化时具有为传动带所需的必要物理特性的液体带材料的铸件。例如，该材料可具有例如公开于任何U.S.专利No.4838843(Westhoff)，U.S.专利No.5112282(Patterson等人)，或WOP出版物No.96/02584(1996年2月1日)(Wu等人)的性能。
包括填料，固化剂，活化剂，促进剂，烧焦阻滞剂，稳定剂，抗氧化剂，抗臭氧剂和增塑剂的常规弹性体组合物添加剂可按照用于此用途的常规量与弹性体成分自身结合使用以形成传动带体部分。可按照图1和2所示齿化，但也可为V-带或多V-肋状带形式的本发明带可使用都为相关领域熟练技术人员容易理解的已知的带构建技术而制成。包括齿状或同步带，V-带，和多V-肋状带的传动带的例子公开于U.S.专利No.3138962；No.3200180；No.4330287；和No.4332576。用于生产这些带的方法公开于U.S.专利No.3200180；No.3772929和No.4066732。这些专利参考文件仅例举了各种传动带及其现有技术状态下的形成技术。
多个横向取向凹槽20可视需要在带的外层形成。尽管不是必需，但凹槽20减轻了带重量并可在一些场合中或在某些情况下，尤其其中可铸塑材料用于形成带体的情况下增加带柔韧性。
由本体形成的间隔齿14可具有任何所需横截面形状如梯形，曲线形，或截断的曲线形。曲线形齿形状的例子出现在U.S.专利No.3756091(Miller)；No.4515577(Cathey等人)和No.4605389(Westhoff)。
作为位于带齿的外周表面上的用于促进齿剪切强度和，在可铸塑带结构中尤其是，用于降低带齿在进入链轮的凹槽时的侵入性的可有可无的耐磨性织物16，可以使用任何合适的或常规材料，包括卷曲尼龙，棉，大麻，黄麻，芳族聚酰胺，聚酯，和纤维玻璃。可以使用一层以上的织物。如果需要，该织物可偏切，这样束与带的行进方向形成角度。织物可具有任何所需构型如由经线和纬线以任何所需角度组成的常规编织物，或可由芯线，或编织构型或类似构型组成。
在该说明性实施方案中，芯线形式的拉伸元件18以间隔并排方式螺旋前进穿过带的宽度。在本发明非限定性实施方案中的芯线可占带宽度的约75-约95％，和优选带宽度的约80-约92％。
构成拉伸元件的芯线包含多根扭曲和/或包扎纱线，其中至少一根包括任何合适类型的碳纤维的纱线。在本文和整个公开内容中，术语“纤维”和“长丝”可互换地用于表示具有小横截面直径，如，4-7μm，和长度至少为其直径的约100倍，但一般具有过大或甚至无限长度，且构成纱线的基本成分的材料。术语“纱线”在此和在整个公开内容中用于表示至少两根，但一般对于碳纤维纱线，1000根或更多的纤维，它们在连续束中放置和/或扭曲和/或以其它方式包扎在一起以形成芯线的组件。术语“芯线”在整个公开内容中用于表示一根或多根可按照本领域已知进行扭曲，和如果使用两种或多种纱线，可另外放置和/或包扎和/或扭曲在一起的纱线的产品。
用于本发明一个实施方案的示例性碳纤维例如描述于前述U.S.专利No.5807194，在此将其中有关可用于本发明实施方案的说明性的碳纤维类型，构型和命名的内容作为参考并入本发明。碳纤维一般通过碳化另一纤维如聚丙烯腈纤维而制成，其中在碳化工艺过程中，纤维的直径基本上下降。由一根或多根碳纤维形成的纱线可例如具有单位长度的质量约66特-约1650特，和长丝数(即，每根纱线的各根碳纤维的数目)约1000-约24000。用于本发明的碳纤维具有拉伸模量约50GPa-约350GPa；优选约100GPa-约300GPa；和最优选约150GPa-约275GPa，按照ASTM D4018测定。在本发明的实施方案，尤其其中各根碳纤维的横截面直径是约4μm-约7μm的那些实施方案中，用于传动带的芯线的长丝数可以是约5000-约24000。在进一步实施方案中，芯线的长丝数可以是约9000-约15000。正如本领域熟知，碳纱线和由其形成的芯线可表征为包含其中的纤维的数目而不是旦尼尔或分特。数和字母“K”的一种命名法用于表示纱线中的碳纤维的数目。因此，在“3K”碳纤维纱线中，“K”是用于“1000纤维”的简写，和“3”表示乘数。因此“3K”碳纱线是指具有3000纤维或长丝的纱线。另外对于芯线命名法，例如在“3K-5”碳纤维芯线中，“5”表示五个3K纱线扭曲和/或以其它方式包扎在一起，因此形成具有长丝数15000的芯线。在本发明的实施方案中，碳纤维芯线包含适合给定场合的任何组合的纱线，包括但不限于6K-1；3K-3；6K-2；12K-1；3K-4；3K-5；6K-3和6K-4。
适用于本发明的碳纤维的非限定性例子可由Toray以TORAYCA-T400 HB 6K 40D和TORAYCA-T700 GC 12K 41E购得；和类似材料也可通过BP Amoco Chemicals Co.，以T-650/35 6K309NT和T-650/35 12K 309NT得到。
纤维制造商通常用施胶(sizing)涂覆纤维，一般用于抑制在纤维加工成纱线并卷绕到线轴上时的压裂，和/或有助于使用芯线处理剂润湿纤维和由其形成的纱线。在一些情况下，施胶可因此具有一种与应用于纱线和/或长丝以将处理芯线引入传动带的芯线处理剂兼容的化学结构，且例如因此可以是水-或溶剂基环氧溶液。在本公开内容中，术语“施胶”用于表示以约0.2-2.0％干重的量，即，基于干燥的，如此处理的纱线或长丝，即，以上已施用施胶的干燥纱线或长丝，以发挥上述作用的施用到纱线和/或纱线长丝上的一般薄的膜。
按照本发明的一个实施方案，将RFL组合物，即，进一步包含间苯二酚-甲醛反应产物的弹性体胶乳组合物作为芯线处理剂施用到至少一部分纱线和/或一根或多根其碳长丝上。在本公开内容中，术语“芯线处理剂”用于表示一种施用到纱线和/或纱线长丝(可或可不包括施胶)上并至少位于一部分纱线和/或纱线长丝表面上和至少在一部分芯线的这些长丝和纱线之间的一个或多个间隙内的材料，所述芯线通过这些芯线处理的纱线的包扎和/或扭曲和/或其它组合或配置而形成；且施用到这些纱线和/或纱线长丝上的量大于2.0％，基于如此处理的芯线的最终重量。
作为RFL成分，可以使用任何合适的材料。RFL溶液中的间苯二酚-甲醛树脂级分优选占约2-40wt％(干基)，同时胶乳级分占约60-98％。优选，间苯二酚-甲醛树脂级分占5-30wt％(干基)，和胶乳级分占70-95％。在本发明的一个实施方案中，已经发现该比例能够使碳纤维的各种长丝被充分浸渍以减少其磨损和破碎，同时保持进行常用扭曲和缆化操作所需的足够的柔韧性，以下根据本文提出的本发明特定实施方案进一步描述。但已经发现，与所用的间苯二酚-甲醛树脂和胶乳或所实现的吸收水平无关，在本发明的实践中，芯线处理剂溶液的固体含量应该达到和保持在其中RFL溶液在处理工艺过程中基本上保持稳定的某个点。
RFL溶液中的胶乳组分可以是任何合适的种类，包括HNBR，NBR，羧化HNBR，羧化NBR，乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡胶(“VP/SBR”)，羧化VP/SBR，SBR，氯磺化聚乙烯(“CSM”)，乙烯α-烯烃型弹性体如乙烯丙烯二烯三元聚合物(“EPDM”)和乙烯丙烯共聚物(“EPM”)，或任何两种或多种前述的组合。在优选的实施方案中，胶乳组分是羧化HNBR型，和可包括少量至最高当量或比例(重量)或更多的其它弹性体型，包括乙烯α-烯烃型弹性体如EPDM或EPM。乙烯α烯烃弹性体可单独或任何两种或多种结合使用以提高所得带的低温使用性能，如低温柔韧性。
按照本发明的一个实施方案，施用到纱线上的芯线处理剂的量足以涂覆至少一部分纱线表面和在至少一部分在其各个纤维之间形成的间隙内。在本发明的实施方案中，芯线处理剂吸收水平的范围是约5.5％-约30％；优选约7％-约25％；和更优选约7.5％-约24％干重，基于如此处理的芯线的最终重量。
在实施方案本发明，将零扭曲(即，未扭曲)碳纤维纱线或包含至少一根碳纤维的纱线束浸渍在包含RFL芯线处理剂的浸渍浴中；将如此浸渍的纤维纱线干燥；纱线或纱线束然后扭曲成对所用的特殊芯线类型合适的配置，并采用以上给出的任何常规或合适的方法将可视需要包括施用到芯线表面上的合适的芯线粘合剂的附加外涂层的如此涂覆的芯线引入带结构。在本文和整个公开内容中，术语“外涂层”用于表示施用到芯线的表面上的，但一般不残留在其各个纱线和/或纤维之间所形成的间隙内，一般用量是约1-10％干重，基于如此处理的芯线的最终重量，其作用有助于处理芯线与周围带材料的粘附。
在本发明的一个非限定性实施方案中，在进行芯线处理剂步骤时，使芯线处理剂渗透在纱线内，并进入在纱线和纤维自身的各个纤维之间形成的间隙内，这样在将芯线处理剂施用到纱线和/或一根或多根其纤维上之后覆盖尽可能多的纱线长丝，包括在纱线的芯处的那些。如此使RFL在芯线中的芯线处理剂吸收量最大化的任何合适的方法可以但不必用于本发明。但在一个实施方案中，上述的涂覆工艺另外包括在浸渍步骤过程中最后进行的通过铺展构成碳纱线的长丝而将其打开的步骤，这样每个纤维呈现出可在其上进行的浸渍步骤的增加的区域。纱线的这种打开或铺展可通过通过任何合适的操作而形成。
根据本发明的一个实施方案，已经惊人地发现，通过操纵一个或多个变量选择RFL芯线处理剂的弹性模量，可以优化特殊传动带结构，得到具有较低的永久带增长的带，例如在48小时之后在100℃进行的高温带增长分析中测定，以下进一步描述。
按照本发明的一个实施方案，RFL芯线处理剂的模量选择可以多种方式实现，包括调节芯线处理条件，包括芯线所暴露的温度和/或芯线处理剂浸渍纱线在处理工艺过程中的暴露时间(以下，“处理条件”)；将相对少量的填料如炭黑加入用于浸渍碳纤维的RFL芯线处理剂溶液；改变RFL中的甲醛∶间苯二酚重量比；改变RFL中的间苯二酚-甲醛树脂∶胶乳重量比，将较少量的常规抗氧化剂的水分散体加入芯线处理剂溶液；选择用于RFL溶液的胶乳类型，和将嵌段异氰酸酯加入RFL。
按照本发明的一个实施方案，已经惊人地发现，通过改变按照本发明的一个实施方案用作碳纤维的芯线处理剂的RFL组合物的弹性模量至最佳水平，带增长明显减少。此外，目前相信，对于永久带增长的最小化，具有特定水平的拉伸模量的碳纤维存在一个最佳RFL弹性模量。不愿局限于任何特定理论，目前相信，任何种类的传动带拉伸芯线都存在最佳芯线处理剂弹性模量，这对于该结构得到最小的永久带增长值。
另外已经发现，处理芯线处理条件，即，在施用RFL溶液之后该芯线所暴露的高温和暴露时间中的至少一项可通过改变而明显影响芯线的最终水分含量，其劲度和所得带耐受带增长的能力，这在以下给出的实施例及其所附描述中说明。目前相信，例如，如果给定RFL组合物和/或芯线类型的暴露温度或时间太低，尽管处理的芯线的残余(即，后处理)水分含量不是必然地影响RFL组合物的弹性模量，但留在芯线束内的过量水分可阻碍RFL完全或均匀地覆盖或粘结拉伸芯线，其纱线，纤维和间隙。据信这又损害RFL提高带的带增长耐性的效力。相反，如果特定RFL组合物和/或芯线类型的暴露温度或时间太高，据信出现非所需的低水分含量和/或RFL组合物的胶乳部分的变质并相应地导致高芯线劲度，这样将RFL芯线处理剂的有效弹性模量增加至出现脆性和其前述相关的问题的非所需的高水平。
例证I为了说明本发明的效果，形成齿状带，分别具有19mm上宽度和97个齿(9.525mm间距)和测量为932.925mm长度，并包含基本上相同的HNBR带体部分和由分别具有拉伸模量250GPa，单位长度的质量396特和长丝数约6000的两根碳纤维纱线形成的拉伸芯线，以商标TORAYCA-T400 HB 6K 40D得自日本的Toray。带具有不同的施用到拉伸芯线上的RFL芯线处理剂的特殊RFL芯线处理剂组合物和/或处理条件(包括干燥温度和/或暴露时间)，如下表2所示。在表2所示的每个以下实施例和对比例中，采用描述于表1的普通羧化HNBR基耐高温RFL溶液，要么描述如上或进一步按照表2所示进行改性，(以下称作“X-HNBR RFL组合物”)。
表1X-HNBR RFL组合物

1 PENACOLITE树脂R-2170，Indspec Chemical；2 ZETPOL B，Nippon Zeon。
为了形成描述于表1的X-HNBR RFL，将氨水加入水并搅拌直至完成共混。然后，将间苯二酚/甲醛树脂加入如此形成的溶液并混合，直至树脂完全溶解。所得树脂混合物根据需要用另外的氨水调节至最终pH至少9.0。该树脂混合物随后加入羧化HNBR胶乳并混合直至完成共混。此时将甲醛在搅拌下加入溶液并将所得溶液充分混合。该混合物随后老化至少2小时，并将该溶液的pH根据需要用氨水调节至最终pH9.0。进一步老化16小时，然后用作芯线处理剂。
除了表1所示的成分，用于表2所示特殊实施例和对比例的X-HNBR RFL还包括4.3％湿重(18重量份)的45％固体HEVEAMULM-111b蜡分散体(Heveatex)，6.50％湿重(27.2重量份)的41％含水脲溶液，和2％湿重(8.4重量份)的抗氧化剂(以名称AQUANOX 29得自Goodyear Chemical Co.)。这三种成分，即，蜡，脲和抗氧化剂在按照本发明的RFL溶液中不是必需的，但可视需要用作工艺助剂和/或，在抗氧化剂的情况下，改变不涉及本发明范围的性能。
对于每个实施例4和6和对比例5，在组合物在该步骤老化16小时之后，将表2所示的相应量的炭黑在混合下加入X-HNBRRFL。只要在表2中给出，用于以下例证的炭黑种类是35％固体分散体，以索引BLACK SHIELD No.4得自J.C.Gadd Co.。但在本发明的实践中，如果炭黑用于增加RFL溶液的弹性模量，可以采用任何常规或合适的增强种类，且它可在RFL制造的任何适宜的步骤，如，在加入胶乳的同时被引入该溶液。
为了确定在描述于表2的带中用作芯线处理剂的X-HNBR RFL组合物的弹性模量，将具有相应组成的膜样品进行动态机械分析。除了表1所示的成分，每种X-HNBR RFL组合物包括2wt％(组合物的湿基)的上述抗氧化剂。
在包括所附权利要求的本公开内容中，应用于RFL组合物或芯线处理剂组合物的术语“弹性模量”用于表示相关组合物在其基本上干燥态下按照以下给出的步骤得到的弹性模量。这不同于这些组合物在其最终形式时在拉伸芯线的间隙之上，周围和内部的弹性模量，其中来自胶乳或其它源的任何残余水可，如果不在处理步骤中基本上被驱除，导致组合物的有效弹性模量下降；或其中处理芯线长期暴露于过高温度导致组合物的变质，尤其是对于采用低耐热性胶乳，如，VP/SBR的那些组合物。
用于每种芯线处理剂的脲或蜡分散体都不用于在该分析中得到其弹性模量值的RFL组合物。这种变化据信不影响相应RFL组合物的所得弹性模量。尤其是，在每种情况下使用相同的弹性体胶乳；RFL组合物中的甲醛与间苯二酚的重量比在每种情况下是1.274；且溶液的胶乳与间苯二酚/甲醛树脂重量比在每种情况下是13.17。
膜通过将玻璃样品集电极板浸渍到包含相应RFL溶液的容器中而制成，在每种情况下的具有厚度0.05mm和22.7mm长度的膜样品。如上所述用于生产X-HNBR RFL组合物的制造步骤用于形成用于该分析的相应RFL溶液。尽管试验试样为了该分析在仅50℃的暴露温度下干燥，这不同于RFL组合物用作表2所示的芯线处理剂时所暴露的较高温度，据信试验样品在每种情况下基本上不会干燥。这是因为，尽管需要相对高温以完全或基本上干燥在处理芯线的相对大和复杂结构内的RFL组合物，但需要相对低温以完全干燥在表示为样品片的相对小，平整和非复杂形式中的这些组合物。
因此预期，在本文中为这些RFL组合物试验样品所报道的有效弹性模量范围基本上与在构成齿状传动带时用作芯线处理剂的具有相同的配方的RFL组合物所表现出的弹性模量一致，如表2所示，但前提是选择给定的处理芯线的处理条件(包括干燥温度和暴露时间)以基本上干燥RFL组合物而不导致过高的芯线劲度，这进一步如上所示并在以下进一步详细描述。
采用设定为1.6Hz，和0.1％应变和设定为张力-张力模式的RSA试验装置分析该固化RFL试验样品。弹性模量在跨越温度范围约-70℃至约170℃的扫描中测定。在20℃和在100℃下的温度读数的结果在下表2中在相关标题下给出。
对于表2所示的每种带，将单独的，或按照表2改性以包括较少比例的加入RFL组合物的炭黑的X-HNBR RFL作为芯线处理剂如下施用到上述碳纤维纱线上。在第一步骤中，将未扭曲浸渍在包含合适的X-HNBR RFL或炭黑改性的X-HNBR RFL溶液的罐中。尽管任何方法可按照本发明用于将芯线处理剂施用到芯线上，对于这些说明性的实施例，将碳纤维纱线的长丝在该浸渍步骤过程中铺展以增加纤维的暴露面积并因此增加施用到其上的RFL芯线处理剂的量。该铺展是将纱线经过相互间隔34mm的分别测定为1mm直径的两根针，然后浸没在RFL处理中并垂直于纱线的路径放置，这样在纱线中产生打开的倾向且其长丝铺开使得占据与针接触的大多数线。仍在包含RFL组合物的浸渍罐中的纱线上的张力控制为40-50克。纱线然后在从罐中取出时经过一个具有0.81mm直径的钢模头以去除过量处理和增加芯线处理剂渗透。纱线随后经过两个炉。分别测定为3米长度，且纱线在每个炉中的停留时间是4.5秒。第一炉内的平均炉温是145.8℃。第二炉内的平均炉温是约231.5℃，267.0℃和302.5℃，如下表所示。尽管不愿局限于任何特殊理论或实践，据信按照以下给出的实施例将处理芯线以足够的暴露时间暴露于相对较低的第一高温和相对较高的第二高温可提供一种有效是指以干燥芯线，即，消除RFL组合物的胶乳部分中的显著量的残余水，而且使RFL组合物的至少一部分间苯二酚-甲醛部分与RFL组合物的胶乳部分和碳芯线自身的至少一部分反应，这样促进芯线处理剂与芯线的粘附。
尽管就以下给出的实施例而言使用两个炉处置处理芯线，但应该容易理解，这些操作可在单个操作中实现，它可另外在单个炉或相当的装置中进行。RFL吸收，即，在描述于表2的每种情况下涂覆纱线出自第二炉时的施用到纱线上或内的芯线处理剂的量是20.45-21.0％，基于纱线的最终干重。为了该和所有的其它例证，测定芯线处理剂吸收水平，其中测量十(10)米长度纱线在芯线处理剂施用和处理，并将处理和加工的纱线暴露于105℃气氛16小时之后的重量增加。
在出自干燥炉之后，样品单个涂覆纱线的劲度利用Taber V-5劲度测试仪测定，据信涂覆芯线的劲度与芯线处理剂的弹性模量有关。对于用于该例证并根据该方法分析的每种类型的涂覆纱线，使用十(10)个测量单元的平衡量得到对芯线劲度的相对度量。所得的结果值记录于表2。
如此处理的和处理的芯线的水分含量，即，主要由RFL组合物的胶乳部分贡献的残余水另外通过测量处理和处理的纱线的十(10)米部分在将其暴露于105℃气氛16小时之后的重量损失，并将结果另外在下表2中给出。
对于每个实施例和对比例，将两个如此处理的纱线随后采用METUMAT扭曲机(得自Memmingen Co.)在速率80捻度/米下在张力下扭曲在一起。该机器设定为30％闸并使用600g包装(package)导出张力。芯线结构是6K-2，即，两个6000长丝TORAYCA-T400HB 40D 6K纱线扭曲在一起以形成芯线。
将在二甲苯中达到8.2％固体含量的包括30％固体组合物(以索引CHEMOSIL 2410得自Henkel)的外涂层随后施用到每个芯线上以增加芯线和周围带成分元件之间的粘附性。为此，将扭曲芯线在张力1kg下解开，并浸渍在包含前述第二处理的罐中，并随后在速率18米/分钟下经过一个测量为8米长度的在90℃下的炉。在干燥之后，将芯线再次暴露于这些相同的步骤。该外涂层在处理芯线上的吸收水平低于处理纱线的5％干重。
将如上所述用于表2所示每个实施例和对比例的两个带构建并分析如下，并提供各个带在24和48小时试验之后得到的结果。为了确定在以上表2中记录的永久带长度增长，将每个带系到由6个滑轮32，40，36，38，34，和42按照图2所示的示意图组成的设备30上。驱动器滑轮32和滑轮40分别具有19个9.525间距的链轮凹槽用于咬合带齿。滑轮36具有20个9.525间距的链轮凹槽用于咬合带齿。滑轮34，38是平坦的，即，分别测量为50mm直径的非齿状滑轮，且拉紧滑轮42是平坦的并测定为70mm直径。试验装置由包含试验设备且其内温度在整个试验过程中保持在100℃的腔组成。带设备上以逆时针方向在无负荷下，在施加到驱动器滑轮32上的6200rpm下，和施加到滑轮42上的安装张力200N下操作，并测定单个带在24小时试验之后并随后再次在48小时试验之后的带长度增加(即，带增长)，表示为在每个时期结束时自带的原始长度的百分增加。就本公开内容而言，该试验称作“高温带增长分析”。
表2

在芯线处理剂工艺过程中改变芯线的第二阶段干燥温度同时为相同的芯线处理剂RFL溶液在该温度下保持暴露时间恒定的效果可从表2记录的对比例1和实施例2和3的结果看出。这些结果表明，在如上所述的第二区炉温约267℃下，由带的原始长度测定的24-小时和48-小时带长度增加低于0.1％(实施例2)，而在较低(对比例1)和更高(实施例3)第二区炉温下，大于0.1％的带长度增加在一个或多个情况下在24-小时和48-小时读数上出现。因此可以看出，芯线暴露于给定暴露时间时的高温和在芯线处理工艺过程中的RFL组成影响包含芯线的带的最终性能。另外可以看出，对于该特殊组合物的给定暴露时间存在最佳温度范围，这样引入该芯线的带出现最低永久带长度增加。
不愿局限于任何特殊理论，据信在该阶段对于该暴露时间太低的暴露温度，如，约230℃(对比例1)会使RFL的胶乳组分的一些部分保持为液体，和/或导致胶乳组分的固化度太低，导致RFL模量相对低于干燥膜样品时所记录的。前者受到如，对比例1和实施例2所记录的相应水分含量，和其相应带增长结果的支持。在该阶段和该暴露时间的太高温，如，约300℃(对比例3)据信导致从处理芯线中消除较大量的水，但达到一个非常高的芯线劲度结果，以下进行描述。目前进一步相信，与干燥膜样品的记录相比，过高的温度和/或暴露时间也可影响RFL的至少一部分胶乳组分的足以因此增加在处理芯线内和周围的RFL组合物的有效弹性模量的较高固化度至同样不令人满意的水平，这反映在其所记录的带增长结果。在过度或长时间的高温可另外使RFL降解，尤其对于引入具有相对低耐热性的橡胶胶乳的那些组合物。在任一情况下，出现不可接受水平的永久带长度增加。
该现象另外在仅处理芯线所暴露的温度不同的实施例4和6所记录的结果中显然看出。尽管两种带具有优异的带增长耐性，包含仅2.4％残余水分并伴随与实施例4的记录相比增加的芯线劲度的实施例6带具有比实施例4稍微更差的带增长耐性。因此相信，过高的芯线劲度和伴随的低残余水分含量可阻碍或预防合适的芯线处理剂覆盖，但如上所述，与包含具有相对较低劲度的芯线的带相比，相对硬的芯线实际上导致明显改进的带增长耐性。
如果RFL的模量太低，带增长据信是由于不受低模量RFL材料充分保护的碳纤维的各个长丝的磨损增加，因此导致拉伸元件的强度下降。
如果RFL的模量太高，据信碳纤维纱线的长丝由于纱线在它们涂有硬RFL芯线处理剂之后在其扭曲过程中的屈曲而受损。另外相信，这些极端的高模量RFL材料的所得芯线劲度防止碳纤维纱线的长丝有效地和/或充分地以其扭曲配置填充在一起，因此在带复合结构中留下相对大量的空隙空间。因此，随着带在负荷下驱动，该空隙空间塌陷和带表现出增长，即，例如以其原始长度的％增加来度量。相反，如果对于该暴露时间和这些特殊成分在该第二阶段暴露于最佳温度，如，约267℃(实施例2)，据信获得有利地降低的水分含量，和/或导致最佳RFL弹性模量的固化度，并得到具有最低永久带增长的带。
随着改变胶乳的固化度和/或芯线处理剂中的残余水分(和因此的芯线劲度)，炭黑在RFL组合物中的加入能够增加该材料的弹性模量。在恒定处理温度和暴露时间下向RFL组合物加入较少量炭黑的效果可在表2的对比例1和实施例4和5所记录的弹性模量和带增长结果看出。这些结果表明，如果没有将炭黑加入XHNBR-RFL组合物(对比例1)，在24小时和48小时试验之后出现超过0.1％的永久带增长。类似，如果8％湿重炭黑加入XHNBR RFL组合物(实施例5)，在一种情况下对于包含明显较高弹性模量芯线处理剂的带在48小时试验之后出现超过0.1％的永久带增长。向XHNBR RFL组合物中加入4％湿重炭黑导致组合物弹性模量在前对比例或非对比例(实施例4)之间，且，尽管表明永久带长度增加在一种情况下在24小时之后超过0.1％，在48小时试验之后的结果不超过0.1％带增长。对于实施例4所记录的带增长结果，可以看出，在一种情况下，带增长的水平实际上由24小时读数降至在48小时之后的值。一般来说，尽管带增长在试验中随着时间的增加而增加，在某些情况下有可能带如，由于一个或多个弹性体带组件的膨胀和/或通过测量误差而具有一些收缩率。因此可以看出，将炭黑加入RFL芯线处理剂影响芯线处理剂的弹性模量，这样影响包含用这些芯线处理剂处理的芯线的带的最终性能。另外可以看出，存在用于RFL芯线处理剂的最佳炭黑量，这样引入如此处理的芯线的带出现最低永久带长度增加。
尤其是，对于给定处理条件组(即，高温和暴露时间)，如果太少或太多的炭黑加入X-HNBR RFL组合物，出现不可接受水平的永久带增长，这据信都是由于RFL芯线处理剂的非所需弹性模量和如上所述与其相关的共存问题。相反，当如通过加入合适的量炭黑至X-HNBR RFL组合物(即，4phr，对于实施例4)而实现最佳RFL模量，可以看出，出现最低水平的永久带增长，尤其按照48-小时高温带增长试验结果。因此，对于在表1中作为X-HNBR RFL组合物给出的特殊成分和用于相关实施例的处理条件，如果炭黑按照本发明使用以获得所需RFL弹性模量，那么采用的量是约0.5-约10％/湿重(RFL溶液)；更优选约2％-约7.5％/湿重；和最优选约3-约5％/湿基重量。
因为可以改变包括弹性体胶乳类型的许多因素以影响RFL组合物的弹性模量，熟练技术人员可以容易地认识到，以上为加入上述X-HNBR RFL组合物而优选的炭黑量所提供的范围对于其它组合物和/或对于其它处理芯线处理条件不一定是有效的或足够的。因此，如果一般按照本发明用于增加RFL组合物的弹性模量，最高占组合物的约25％湿重的炭黑量可以是有效的。如果采用，这些量优选为约1％-约20％湿重，和是最优选为RFL组合物的约3-约15％湿重。
采用由该分析得到且与以上表2所记录的实施例2，4和6结果一致的结果，据信RFL芯线处理剂在暴露于如上所述足以消除RFL中的显著量的水而没有对芯线的劲度产生不利影响的处理条件，或足以如此适当地和充分地干燥芯线处理剂的任何其它步骤之后，在温度20℃下的其弹性模量优选为约1.0×107达因/cm2(1.0×106Nm-2)-约5.0×108达因/cm2(5.0×107Nm-2)；更优选约3.0×107达因/cm2(3.0×106Nm-2)-约3.8×108达因/cm2(3.8×107Nm-2)；更优选约3.5×107达因/cm2(3.5×106Nm-2)-约3.5×108达因/cm2(3.5×107Nm-2)和最优选约7.0×107达因/cm2(7.0×106Nm-2)-约3.0×108达因/cm2(3.0×107Nm-2)。在100℃下，RFL芯线处理剂的弹性模量优选为约5.0×106达因/cm2(5.0×105Nm-2)-约4.0×108达因/cm2(4.0×107Nm-2)；更优选约1.0×107达因/cm2(1.0×106Nm-2)-约2.5×108达因/cm2(2.5×107Nm-2)；更优选约1.8×107达因/cm2(1.8×106Nm-2)-约2.7×108达因/cm2(2.7×107Nm-2)；和最优选约2.5×107达因/cm2(2.5×106Nm-2)-约1.0×108达因/cm2(1.0×107Nm-2)。
如上所述，可使RFL溶液的弹性模量处于本文认为有效的范围内的任何方法同样可用于本发明。因此例如已经发现，增加RFL的甲醛∶间苯二酚重量比具有增加RFL模量的作用。例如，可以确立在表1中作为X-HNBR RFL组合物描述的组合物的甲醛∶间苯二酚重量比为约0.75-约2.0；和优选约1.0-约1.75；和最优选约1.1-约1.4，这样干燥组合物具有在以上所示的有效的范围内的弹性模量。另外，如上所述，嵌段异氰酸酯组合物可加入RFL溶液以增加其模量。因此例如，向表1中作为X-HNBR RFL组合物给出的成分加入以索引GRILBOND IL-6得自EMS Company的50％固体含量的嵌段异氰酸酯，以增加该组合物的所得干燥弹性模量。用于表1所述组合物的50％固体含量材料的合适的量可以是0-25份/100重量弹性体(“phr”)；更优选约2-约15phr；和最优选约5-约10phr，使得加入RFL溶液的嵌段异氰酸酯的量优选为约4.6-约9.3％，基于RFL组合物的干重。
另外，处于其干燥形式的RFL组合物的弹性模量可通过改变RFL溶液中的弹性体胶乳组分相对间苯二酚/甲醛树脂(“RF树脂”)组分的重量比而增加。因此例如对于以上在表1中给出的成分，胶乳与RF树脂的重量比是13.17，但可以是约5-约20；更优选约7.5-约17，和最优选约10-约15。另外，RFL组合物的胶乳组分可完全或部分被第二弹性体胶乳，或被任何两种或多种弹性体胶乳的组合所替代以影响最终干燥RFL弹性模量。表明按照该特殊实施方案的效果的实施例在以下例证II中给出。
熟练技术人员容易认识到，用于改变RFL芯线处理剂的弹性模量的任何技术可因此用于本发明，另外两种或多种上述非限定性技术可因为给定RFL组合物加以组合以实现上述的有效的RFL弹性模量水平。因此例如，正如在以下例证II中所示，用于使RFL组合物的弹性模量处于有效的范围内的炭黑有效量可随着用于RFL溶液的弹性体胶乳的特殊种类而变化。正如以下在例证II中所给出的结果所示，如果非羧化HNBR弹性体胶乳替代用于RFL组合物的羧化HNBR，其它方面基本上类似于表1所示，按照以上给出的步骤，发现所得组合物在20℃和在100℃下的弹性模量都高于采用羧化HNBR作为其弹性体胶乳组分的组合物的值。
例证II可以预期，如上所述采用碳纤维拉伸芯线元件并采用弹性模量在以上给出的有效的范围内的RFL组合物作为芯线处理剂的齿状传动带在48小时之后在100℃高温带增长分析的测量中表现出基于其原始带长度不超过0.1％的降低的带增长，而采用由弹性模量在以上给出的有效的范围之外的RFL组合物处理的碳纤维拉伸芯线元件的这些带按照该技术测定的带增长大于0.1％。为了说明，制备出基本上如上对例证I的所述但按照下述改变的，并引入按照下述改性的表3所示RFL组合物作为其碳纤维芯线处理剂的碳纤维拉伸芯线，基本上按照以上在例证I中所述用于引入齿状传动带中。
为了说明弹性体胶乳种类，芯线拉伸模量，和处理条件对RFL组合物的弹性模量的影响和/或样品带所表现出的所得带增长，制备出另外的RFL组合物，它基本上按照以上在表1的X-HNBR RFL组合物时所述制成，但采用另一单个弹性体胶乳类型，或两种弹性体胶乳类型的组合替代羧化HNBR胶乳。在每种情况下，为RFL组合物确定甲醛∶间苯二酚比率1.274和胶乳∶间苯二酚-甲醛树脂比率13.17。
以索引ZETPOL A得自Nippon Zeon的非羧化HNBR胶乳以285.86重量份在一种RFL组合物中被替代，在本文中以下称作“HNBR RFL组合物”，它另外包含仅52重量份去离子水而不是表1中的RFL组合物所示的88重量份。尽管仅52重量份水用于该特殊实施例，在某些情况下可能优选的是，采用附加的水，例如用于提高溶液稳定性和储存期，使得最终RFL溶液组合物以湿基wt％表示的固体水平一般是约25-35；更优选约27-35，和最优选约30-33。
对于下一实施例，以下在本文中称作“XHNBR-VP/SBR RFL组合物”的第一组合采用143重量份用于表1所述RFL配方的40％固体的羧化HNBR胶乳和140份以索引GENTAC FS 118得自OmnovaSolutions的41％固体的VP/SBR胶乳的组合作为RFL组合物的弹性体胶乳部分。
对于下一实施例，以下在本文中称作“XHNBR/EPDM RFL组合物”，142.93重量份用于表1所述RFL组合物的40％固体的羧化HNBR胶乳和115.20份以索引CHEMLOK E0872(目前的EP872)得自The Lord Corporation的50％固体的EPDM胶乳的组合用作RFL组合物的弹性体胶乳部分，它采用52重量份去离子水替代表1所示的88重量份。
对于下一实施例，以下在本文中称作“EPDM RFL组合物”，180重量份以索引CHEMLOK EP872得自The Lord Corporation的50％固体的EPDM胶乳用作RFL组合物的弹性体胶乳部分，它采用182重量份去离子水替代表1所示的88重量份，并另外采用仅1重量份氨水，8重量份间苯二酚-甲醛树脂和2.5重量份甲醛。在成分的相应量上的这种差异是由于相对其它示例性RFL组合物的较高固体含量，且并导致较大的不稳定性。但该组合物基本上按照表1所述的RFL组合物制成。
除了上述的成分，在每种所记录的情况下用作芯线处理剂的表3所汇总的特殊例证的每种组合物还包括作为可有可无的成分的4.3％湿重(18重量份)的45％固体的HEVEAMUL M-111b蜡分散体(Heveatex)，和6.50％湿重(27.2重量份)的41％含水脲溶液。如果在表3中表示使用抗氧化剂，采用2wt％湿基(8.4重量份)的以名称AQUANOX 29得自Goodyear Chemical Co.的抗氧化剂。如果表示使用炭黑，采用与以上例证I所述相同的种类和相对比例。对于包含VP/SBR的那些组合物，所用的VP/SBR是以索引VP106S得自Goodyear Chemical的41％固体类型。
将在下表3中提供其带增长数据的每种组合物按照以上对例证I的描述施用到碳纤维纱线上，区别及其程度如下。但这些组合物按照表3所示的变化的炭黑或抗氧化剂量或工艺温度或暴露时间进行改变，这样说明RFL组合物弹性模量对所观察到的带增长的程度的影响。
除了以上用于例证I的特殊碳纤维种类(在本文中以下称作“T400”)，以索引TORAYCA-T700 GC 12K 41E得自Toray，具有拉伸模量230GPa，单位长度的质量800特和长丝数12000的第二碳纤维种类(在本文中以下称作“T700”)按照下表所示进行使用。
在每种情况下，T400或T700纱线在从包含相应RFL组合物的浸渍罐中出来之后经过一个测定为1.1mm直径的模头，并随后在速率30米/分钟下经过处于表5所示温度并测定为3米长度的第一干燥炉，并随后在速率30米/分钟下经过处于上述温度并测定为5米的第二固化炉。T400纱线进一步按照以上在例证I中所述进行处理，但T700纱线在速率80转/米下在张力约50kg下单个而非成对地扭曲，并将所得芯线用CHEMOSIL 2410作为外涂层按照例证I所述进行处理。对于EPDM RFL组合物实施例11和12，采用捻度60转/米。另外，T700芯线在浸渍通过含RFL芯线处理剂的浸渍罐时保持张力100g。
为了确定弹性模量，用于表3所述带试样的RFL组合物芯线处理剂的蜡分散，抗氧化剂，或脲都不用于测量弹性模量测量的RFL组合物试验样品且导致表3中记录。同样，据信对各种形式的组合物的相应弹性模量没有影响，除非按照例证I所述与芯线处理工艺条件有关。试验样品按照以上在例证I中给出的步骤制备，用于在每种情况下在一定范围的温度下并按照上述的步骤确定弹性模量，结果在下表3中记录。
单个涂覆纱线的劲度再次为了下述的几个实施例和对比例而在从RFL浸渍罐和处理炉中出现之后确认，且结果(如果得到)在下表中给出。但对于这些采用T700芯线的实施例和对比例，采用500个测量单位的Taber V-5劲度测试仪平衡量，因为该芯线相对T400芯线的较大质量需要采用较大的平衡量以得到有意义的相对结果。处理的芯线试样的水分含量和芯线处理剂吸收水平在每种情况下按照以上例证I时所述的步骤测定。
带增长结果按照以上例证I时所述的步骤得到，只是结果是在100小时试验，而不是48小时试验之后得到的。该测量据信比48小时值更加严格。一般来说，已经发现，通过适当的工艺条件，即，按照本文所述干燥处理芯线，100小时试验的带增长速率是恒定的。相反，对于不当处理的芯线即不当的，如，干燥不充分和/或不均匀，或具有不足的RF吸收，带增长一般不稳定并仍高。另外，只是在上述的非常少的情况下，在100小时试验之后带增长低于0.1％的带在仅48小时试验之后表现出低于0.1％的带增长。
表3

*HNBR/VPSBR RFL组合物所记录的弹性模量值，得自在炭黑和抗氧化剂加入之前的组合物。根据表2为有或没有炭黑和抗氧化剂的XHNBR-RFL所提供的数据的暗示，RFL芯线处理剂的实际弹性模量预期高于表3记录值。
与表2为XHNBR RFL组合物所记录的弹性模量结果相比，表3为HNBR RFL组合物的记录的结果表明，在其它方面基本上类似的组合物中，非羧化HNBR对羧化HNBR的替代具有显著增加所得RFL组合物的弹性模量的作用。但注意到，尽管这种增加的弹性模量另外预期导致与如，表2的实施例2相比增加带增长的倾向，但引入相对较高弹性模量芯线处理剂的实施例7具有同样低的带增长。目前相信，这是由于与实施例2所得到的稍微较高相应的值相比实施例7所记录的低残余水分和伴随的较高芯线劲度。因此，尽管RFL组合物所记录的弹性模量值是确定耐带增长性的一个因素，但处理的芯线的水分含量和相关芯线劲度据信同样与这些确定有关，其中降低水分(和因此增加劲度)至某个点导致永久增长的下降。实施例8说明了用于实施例7的相同的HNBR RFL组合物的用途，但此时应用于相对更大的和复杂的T700芯线和因此引入改性的芯线处理参数，即，稍微较低处理温度和稍微较长的暴露时间。同样，得到在100小时试验之后的优异的带增长结果，甚至对于该相对较高模量RFL组合物。显然，获得优异的带增长值与是否是相对高水分含量无关。据信与不太大的T400芯线相比，这种更大的芯线结构可提供更大的残余水分含量而不会对带增长耐性产生不利影响。
将表3中的XHNBR VP/SBR RFL组合物所记录的弹性模量结果与表2中的XHNBR RFL组合物所得进行比较，可以看出，在其它方面基本上类似的组合物中用VP/SBR胶乳替代50wt％羧化HNBR胶乳同样能够增加所得组合物的弹性模量，但没有达到XHNBR完全被HNBR替代时所表现出的程度。同样，尽管例如表2中的以上实施例2所记录的芯线处理剂的弹性模量较高，实施例10的样品带在100小时试验之后表现出优异的耐带增长性。这同样据信归因于该实施例的相对低的残余水分含量和伴随的较高芯线劲度值。
关于RFL组合物在芯线纱线和/或其长丝中的应用，因此发现，尽可能多地除去水对于降低带因为长期使用而增长的倾向是有益的。一般，因此优选的是，通过完成处理芯线处理步骤，按照本文所采用的和以上描述的步骤测定的残余水分含量低于约50wt％。在本发明的进一步实施方案中，残余水分含量低于约30wt％，和在进一步实施方案中，在约1-约25wt％的范围内。
与表2中的XHNBR RFL组合物所得到的结果相比，表3中的XHNBR/EPDM RFL组合物所记录的结果表明，用EPDM胶乳替代50wt％的用于表1所述XHNBR RFL组合物的羧化HNBR胶乳同样能够增加所得组合物的弹性模量，但同样没有达到XHNBR完全被HNBR替代时的程度。同样，优异的带增长值在这些EPDM基实施例11和12中得到。最明显的是，结合较低芯线处理剂温度和较长的暴露时间的实施例12表现出迄今观察到的最低的带增长值。这表明，在芯线处理工艺中相对渐进地从RFL组合物中去除水可进一步提高带增长耐性。
尽管以上例证I中所提供的特定例子采用单根碳纤维类型，但在本发明的范围内可以采用任何其它碳纤维类型。例如，包括在本例证中的得自Toray的T700碳纤维类型同样提供按照本发明的积极结果。本领域熟练技术人员容易认识到，因为该特殊材料具有比用于前述例证的纤维更高的长丝数且仅单个纱线有益地用于形成采用这种类型材料的带的拉伸芯线，而且因为纱线自身大于例证中所用的，浸渍纱线在纱线处理工艺步骤过程中在从芯线处理剂罐中出来后的最佳暴露温度同样不同于以上为T400纱线所提供的，这样为引入这些芯线的带获得最低带增长。这些改性完全在本领域技术人员的技术范围内，且落入本发明的范围内，且例如反映在以上表3中的采用T700芯线的那些试验试样的第二区炉温上。
例证III为了进一步说明拉伸芯线模量在恒定RFL固化弹性模量下对永久带长度改变的影响，形成四种以上在例证I中所述的涉及表1和2的齿状带。在每种情况下，采用HNBR带体部分，且根据表1实施例4所述的RFL芯线处理剂按照以上在例证I中所述的芯线处理剂步骤用作所有的带的芯线处理剂。外涂层CHEMOSIL 2410(Henkel)类似地如上所述使用。
两个带1带包括作为其拉伸元件的由T400纱线形成，具有拉伸模量250GPa，单位长度的质量396特和长丝数12000的6K-2芯线，而两个对比带2带包括作为其拉伸元件的由以名称Toray M40B6K 50B得自Toray的碳纤维形成并具有拉伸模量392GPa，单位长度的质量364特和长丝数12000的6K-2芯线。在两种情况下用于芯线的纱线按照以上在表2和3的实施例和对比例时所述的相同的方式扭曲。
为了确定带长度增加，带1和对比带2都进行上述的相同的带长度变型试验，即，在100℃下进行的高温带增长分析，但延长试验时间。在100小时试验之后，两个带1带表现出低于0.15％的带增长，而两个对比带2带表现出从其原始长度增加超过0.175％。显然，两个带1带所表现出的带增长的水平在200小时标记时与其在100小时试验之后的性能相比下降，而对比带2带在200小时标记时表现出大于0.2％带增长。即使在300小时试验之后，两个带1带都不具有大于0.15％的带增长。因此，已经显现出拉伸芯线模量对引入这些拉伸芯线的齿状带所表现出的带增长度的影响。
除了明显提高了按照本发明一个或多个实施方案构成的传动带所表现出的带增长耐性，包含由碳纤维形成并具有本文所提供的干燥弹性模量的芯线处理剂的拉伸芯线的这些带另外具有总体优异的使用性能，包括但不限于高负荷容量和弯曲疲劳耐性和拉伸强度保留，大大地超过常用于预期用于高负荷场合的齿状带的增强材料，如，芳族聚酰胺和玻璃纤维的性能。
例如，按照本发明的一个实施方案和另外按照本文在图1中的描述构成的碳纤维增强齿状传动带在发动机运行试验中表现出超过500小时，其中试验时的带负荷稍微大于8N/齿/毫米带宽度，在4000rpm下在有效的张力2500N下操作。这超过包含具有相同的直径但由另一材料，即，玻璃形成的拉伸芯线的对比带所具有的失效期3倍。按照本发明一个实施方案的这些碳纤维增强齿状带另外在800小时之后在上述的高温带增长分析中具有超过66％的保留的拉伸强度；几乎比这些玻璃增强带大40％的保留的拉伸强度。
尽管本发明已为了说明目的而详细描述，但可以理解，这些细节仅用于该目的且本领域熟练技术人员在不背离本发明主旨或范围的情况下可对其进行改变，只是这受到权利要求的限制。在此公开的本发明可合适地在不存在本文没有具体公开的任何元素的情况下实施。
权利要求
1.一种带10，它具有带长度并包括包含固化弹性体组合物的带体12；包埋在带体中并包括纱线的螺旋行进的芯线的拉伸元件18；所述纱线包含具有拉伸模量约50GPa-约350GPa的碳纤维；涂覆至少一部分所述碳纤维的包含弹性体胶乳的芯线处理剂组合物，和特征在于a)所述芯线处理剂组合物进一步包含间苯二酚-甲醛反应产物；和b)所述芯线处理剂组合物具有在20℃下的弹性模量约1.0×106Nm-2-约5.0×107Nm-2和在100℃下的弹性模量约5.0×105Nm-2-约4.0×107Nm-2中的至少一种。
2.权利要求1的带，其中所述带具有不超过0.1％的在48小时100℃下高温带增长分析结果中所示的永久带增长。
3.权利要求1的带，其中所述芯线具有拉伸模量约150GPa-约275GPa。
4.权利要求1的带，其中所述芯线处理剂组合物具有在20℃下的弹性模量约3.0×106Nm-2-约3.8×107Nm-2和在100℃下的弹性模量约1.0×106Nm-2-约2.5×107Nm-2中的至少一种。
5.权利要求1的带，其中所述芯线处理剂组合物具有在20℃下的弹性模量约7.0×106Nm-2-约3.0×107Nm-2，和在100℃下的弹性模量约2.5×106Nm-2-约1.0×107Nm-2。
6.权利要求1的带，进一步包括沿着带长度排列并以一定间距相互间隔的带齿。
7.权利要求1的带，其中所述芯线处理剂组合物的所述弹性体胶乳选自a.氢化丙烯腈丁二烯橡胶胶乳；b.丙烯腈丁二烯橡胶胶乳；c.羧化氢化丙烯腈丁二烯橡胶胶乳；d.羧化丙烯腈丁二烯橡胶胶乳；e.乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡胶胶乳；f.羧化乙烯基吡啶/苯乙烯丁二烯橡胶胶乳；g.苯乙烯丁二烯橡胶胶乳；h.氯磺化聚乙烯橡胶胶乳；i.乙烯α烯烃橡胶胶乳；和j.前述的任何至少两种的组合。
8.权利要求1的带，其中所述碳纤维纱线具有长丝数约1000-约24000；和所述芯线具有长丝数约5000-约24000。
9.一种用于制造具有改进的带增长耐性的齿状带的方法，所述带包括固化弹性体组合物的带体；由该带体形成并间隔一定间距的带齿；包埋在带体中的包含至少一根碳纤维纱线的螺旋行进的芯线的拉伸元件；涂覆至少一部分所述碳纤维的包含弹性体胶乳的芯线处理剂组合物，该方法包括步骤a.将所述芯线处理剂组合物施用到芯线上以形成处理芯线；b.将处理芯线引入未固化弹性体组合物以形成组件；和c.固化该组件，和特征在于该方法进一步包括步骤d.在所述芯线处理剂组合物中引入一种间苯二酚-甲醛反应产物；和e.选择所述芯线处理剂组合物的弹性模量在至少一个温度20℃和100℃下分别为约1.0×106Nm-2-约5.0×107Nm-2，和5.0×105Nm-2-约4.0×107Nm-2。
10.权利要求9的方法，其中芯线处理剂组合物的所述弹性模量的所述选择通过至少一个以下步骤而实现a.选择所述芯线处理剂组合物的胶乳部分的固化度；b.将所述组合物的最高约25％湿重的炭黑加入所述芯线处理剂组合物；c.改变甲醛与间苯二酚在所述芯线处理剂组合物中的重量比；d.将相对所述组合物较少湿重百分数的嵌段异氰酸酯加入所述芯线处理剂组合物；e.选择所述芯线处理剂组合物的所述弹性体胶乳；f.将能增加弹性模量的抗氧化剂加入所述芯线处理剂组合物；和g.改变芯线处理剂组合物中的间苯二酚/甲醛树脂与弹性体胶乳的重量比。
11.权利要求9的方法，进一步包括将所述处理芯线暴露于足以使所述芯线处理剂的水含量达到基于所述处理芯线所述重量的约1wt％-约25wt％的条件，以形成处置过的处理芯线的步骤。
12.权利要求9的方法，其中将所述芯线处理剂施用到所述碳纤维上以实现在所述碳纤维上的芯线处理剂吸收水平为基于最终干织物重量的约5.5％-约30％。
全文摘要
本发明公开了一种传动带(10)，和更尤其一种齿状传动带，包括由一根或多根碳纤维芯线组成的纵向延伸的拉伸元件(18)，其中该带在48小时之后在100℃操作的高温带增长分析下具有不超过基于其原始长度的0.1％的带增长，并公开了一种用于生产具有降低的带增长的这些带的方法。
文档编号B29D29/08GK1529800SQ02804402
公开日2004年9月15日 申请日期2002年1月14日 优先权日2001年1月12日
发明者P·S·克努森, P S 克努森 申请人:盖茨公司