专利名称：改善的用于齿动力传动带的织物和带的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种齿动力传动带，尤其涉及一种具有用于齿支撑的耐热耐磨织物的齿状带，更具体地，涉及一种具有包含聚对苯硫醚纤维的齿支撑织物的齿状带。现有技术描述齿动力传动带用于同步带传动中。齿状带通常有一个弹性主体，其具有一层提高尺寸稳定性的增强拉伸帘布。在帘布层下的主体形成为一系列齿，其笼罩在滑轮和链轮齿中，传送将载荷传动到所述拉伸帘布上。所述齿通常由增强织物覆盖，例如尼龙-66复丝纱的机织弹性织物。齿状增强织物可以是平纹的或斜纹的等等。织物层也可以用在齿状带的背面、沟型多楔带(multi-v-ribbed belts)的背面或滑轮接触侧，或者用在三角皮带或扁平传动带中。在流通带制造过程中，为了允许所述带在纵向上足够的拉伸以适应所述齿，例如在美国专利No. 3，078，206中描述的，其在此以引用方式并入本文，尼龙_66 (也被称为聚酰胺-66或PA-66)织物通常利用在一个方向上变形或卷曲的纱，例如在美国专利 No. 4, 826, 472中描述的，其在此以引用方式并入本文。其它织物利用弹性芯纱来实现纵向上的足够拉伸，例如在美国专利No. 5，529，545中描述的，其在此以引用方式并入本文。 这些纱以下将被称为所述带纵向的“纵向纱”，而与纵向纱结合在一起的纱将被称为“横向纱”。但是，这些“纵向纱”和“横向纱”并不一定与用来描述织物结构的术语“经线”和“纬线” 一致。在动力传动带的需求增加，特别是汽车发动机舱应用领域，已经导致了大量织物变化以改进动力传动带的性能，包括例如，使用或代用对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)或聚四氟乙烯(PTFE)纱或纤维来代替一些或全部常见的尼龙纬线纱或纤维，例如在W02006-066669中公开的。每个提出的变化都具有局限性，因此还希望有新的织物代用品。一个问题在于PEEK、芳族聚酰胺和PTFE如同尼龙一样不容易键合到弹性带主体组合物上，因此在纬线中仅作为尼龙有限量的代用是可操作的，例如在 2006-066669中公开的。另一个问题在于对芳族聚酰胺不能像尼龙一样变形，因此必须使用其它方式来赋予一些纵向纱的拉伸，例如将芳族聚酰胺与弹性纱混纺，例如在US5，529，545 中描述的。这种混纺纱可能使性能降低。许多这类高性能纱和织物可能鉴于经济方面的考虑在使用中受到限制。需要的是一种具有耐热性、耐流体、耐挠曲和耐磨性的用于动力传动带的弹性织物，但其成本比其它提出的解决方案更加合理。需要的是一种可以像常规尼龙-66 —样被加工的织物。需要的是一种与用在带中的弹性材料良好粘合的织物。本发明符合这些需要的一种以上。发明简述本发明涉及提供一种具有耐高热、耐流体和耐磨的增强织物(例如覆盖齿面或带背面)的动力传动带的系统和方法。本发明也提供一种用于动力传动带的增强织物。
本发明涉及一种具有弹性主体、拉伸帘线增强元件和增强织物元件的动力传动带。本发明也涉及一种用于动力传动带的增强织物。在一个实施方案中，所述增强织物元件包含聚芳硫醚材料的纱、线或纤维。所述织物可以是机织织物或非机织织物。一种优选的聚芳硫醚材料是聚对苯硫醚(“PPS”)。所述PPS纤维、线或复丝可以在常规机织带织物的纵向纱中替代一些或全部尼龙-66纤维。所述PPS纤维可以存在于织物的纬线或经线纱中，但优选至少存在于所述带织物的纵向纱中。优选含有PPS的纵向纱是变形的以提供纵向上的拉伸。横向纱可以是变形的。所述纬线可以是纵向，所述经线是横向。所述带可以是齿状带、平传动带、三角皮带或沟型多楔带。所述织物可以覆盖所述带的齿或其它滑轮接触表面，或者所述织物可以覆盖弹性带主体的背面或嵌入弹性带主体中。所述织物可以具有包括变形的尼龙-66纤维或纱的横向纱。可以处理所述织物来促进与弹性主体的粘合。通过在根据本发明的织物中利用PPS纤维，使得所述织物比常规尼龙-66更耐热、 耐油和耐磨。因此，本发明以合理的成本差异提供了一种更耐久、耐热、耐流体和耐磨的带。本发明也涉及一种具有增强织物的动力传动带和一种用于动力传动带的增强织物，其中所述增强织物包括能够拉伸的纵向纱，优选至少约50%或至少约80%，和具有变形的复丝尼龙纤维的横向纱。至少一部分纵向纱具有尼龙纤维和选自由对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚酯、聚酮、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚磺酰胺、丙烯酸类、氟聚合物和聚芳硫醚组成的组中的一种或多种纤维。通过在横向纱中利用变形的尼龙纤维，可以改善织物与带主体的粘合性和/或处理织物的穿透力。在不同的实施方案中，所述纵向拉伸的纱可以是上述材料的变形混纺纱，或者由上述材料包裹的弹性芯纱。上文已经略述了本发明的相当广泛的特征和技术优势，以便下述发明的详述可以被更好地理解。本发明的其它特征和优点将在下文中描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当领会公开的概念和具体实施方案可以容易地被用作修改或设计用来完成本发明相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员也应当认识到这种等同结构不背离如所附权利要求阐述的本发明的精神和范围。当结合附图考虑时，被认为是本发明特有的新特征，关于其构造和操作方法，与其它目的和优点将从下列描述中被更好地理解。但是，需要特别理解的是，每一幅图仅是为了说明和描述的目的提供的，并不是意在限定本发明。附图简要说明附图并入说明书中并形成说明书的部分，其中类似的数字表述类似的部件，举例说明本发明的实施方案并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中
图1是根据本发明一个实施方案构造的齿状带的部分片段透视图；图2表示根据本发明一个实施方案构造的织物的一部分；图3表示本发明实施方案中利用的纱的部分；图4表示本发明实施方案中利用的拉伸纱的一部分；和图5是利用本发明一个实施方案的带和滑轮系统的示意图。详述本发明涉及一种可用于动力传动带的织物和所得的带。图1显示了根据本发明一个实施方案构造的齿状带的部分片段透视图。在图1中，齿状带10具有弹性主体，其包括弹性背衬12、弹性齿16和嵌入的拉伸元件18。齿增强织物14覆盖了齿部分17和齿刃部分19，是齿状带的滑轮接触表面。根据本发明的实施方案，织物14包含聚芳硫醚(“PAS”) 聚合物纤维。优选所述PAS聚合物是聚对苯硫醚(“PPS”)。图2显示了根据本发明一个实施方案的2X2斜纹机织织物。机织织物20是由经线纱22和纬线纱M形成的。当用作带10的增强织物14时，无论是经线还是纬线都可以定向在所述带的纵向上(即通常平行于拉伸元件18)，而另一个定向在所述带的横向上(即通常垂直于拉伸元件18)。所述PAS 或PPS纤维可以存在于所述带的织物14的纵向、横向或两个方向上。根据本发明实施方案的带通常用于带传动系统中，其可以包括至少一条带、一个传动滑轮和一个从动滑轮。图5举例说明了一种具有带10、传动滑轮56和从动滑轮58的带传动系统。本发明的一个实施方案是一种用于增强动力传动带的包含PAS纤维的织物。适用于本发明实际使用的纤维的PAS聚合物可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等或者这些聚合物的混合物。聚芳硫醚聚合物的实例包括聚0，4_甲苯硫醚)、聚G，4'-联苯硫醚)和聚对苯硫醚(“PPS”)。由于其可得性和合乎需要的性能，PPS纤维目前是优选的。合适的PPS 纤维包括由Testori集团以其商品名出售的磺胺纤维；Diolen工业纤维的Diofort 复丝PPS纱；和由东洋纺有限公司以其商品名出售的ftOcon PPS。市售的聚芳硫醚被认为是一种合成纤维，其中成纤材料是其中至少85%的硫醚键是直接连接到两个芳环上的长链合成多硫化物。PPS可以由硫和二氯苯反应形成，然后通过熔融纺丝挤出制备定长短纤维或长丝纤维。PPS是一种结晶聚合物，具有重复对取代苯环和硫原子的对称硬主链。在各实施方案中，所述织物可以是机织织物或非机织织物。合适的机织织物可以具有经线和纬线，并且所述经线和纬线的至少一种包括复丝的PAS纤维，或优选的PPS纤维。所述织物可以进一步包括尼龙-66纤维。在一个实施方案中，所述织物的纬线中存在 PPS纤维，并且经线包括变形的尼龙-66或基本上由尼龙-66组成。优选地，为用在带中，所述PPS存在于纵向纱中，横向纱包括变形的尼龙-66或基本上由尼龙-66组成。所述纵向纱可以包括尼龙-66和PPS纤维并可以是变形的。在不同的实施方案中，动力传动带可以是齿状带、平传动带、三角皮带或沟型多楔带。所述织物具有PAS纤维，或优选的PPS，可以覆盖带的齿或其它滑轮接触表面，或者所述织物可以覆盖弹性带主体的背面或嵌入弹性带主体中。根据本发明的实施方案引入PAS纤维可以有利地修改的带和织物的实例可以在不是意在限定本发明的情况下被提及。美国专利No. 6，793，599，其在此以引用方式并入本文，描述了具有滑轮啮合非机织区域的三角皮带和沟型多楔带，其中非机织材料可以包括合成纤维材料。美国专利No. 5，529，545,已以引用方式并入本文，描述了具有用于流通制造过程的拉伸织物的齿状带。本发明织物的有用的实施方案也可以包括用于在预成型制造过程中覆盖齿状带的齿或用来覆盖几乎不需要拉伸三角皮带或带背面的非拉伸或半拉伸织物。针织织物和带使用针织增强，例如美国专利No. 5，645，504和No. 6，863，761中公开的，其在此以引用方式并入本文，可以有用地根据本发明的实施方案改善。—般的汽车同步带或齿状带使用具有粘合层的100%尼龙织物作为带齿的覆盖元件。在一个实施方案中，本发明涉及一种齿状织物，具有由尼龙纤维和相对于尼龙具有更大的耐热和/或耐油和/或其它高性能特性纤维的其它纤维组成的杂化结构。在本发明的某些实施方案中，其它纤维可以是一种高性能聚合物，其可能难以键合到弹性材料，例如带的主体中利用的。所述耐热和/或耐油纤维可以通过这些材料与尼龙或其它常用材料的混纺线或纤维引入所述织物的纬线纱或纵向纱的一种或多种中。经线或横向纱可以是100%尼龙，但是不同于常规尼龙织物，所述经线或横向纱是变形的以通过后续的RFL或其它粘合层提供更高的覆盖度和穿透能力。提高的覆盖涂层进入织物的穿透力可以提供改善的防屈挠龟裂和/或腐蚀。因此，本发明的另一个实施方案是一种用于增强动力传动带的机织织物，其具有纵向纱，优选能够拉伸至少约80%，和具有变形复丝尼龙纱的横向纱，优选在2此拉伸下能够拉伸约至约20%，至少一部分纵向纱包括尼龙纤维和一种或多种高性能材料纤维， 其可能相对难以键合到弹性体上，例如对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚酯、聚酮、氟聚合物、聚酰亚胺、聚磺酰胺、聚芳硫醚、丙烯酸等等。所述机织织物的拉伸能力可以由纵向纱的变形提供。变形对于热塑性纤维来说通常是可能的，例如聚酯、聚酮、聚芳硫醚等等，无论是单独地还是与尼龙纤维一起的。变形可以用任何已知的变形方法实现，例如假捻、卷曲、填塞箱、假编、喷气等等。变形纱的伸长率是表征变形程度的一种方式。特别地，在规定载荷下的伸长率，例如2此，可以有效地测量纱的变形程度。齿状带的齿覆盖织物的变形纵向纱优选在2kg拉伸下能够伸长至少约 50%，或者在2此拉伸下伸长至少约80%。另外，所述机织织物的拉伸能力可以使用尼龙和一种或多种所选择的高性能纤维包裹弹性芯线作为纵向纱来提供。例如，所选择的高性能纤维可以用于至少一种在弹性芯周围的第一包裹中，尼龙-66用在至少一种第二包裹中。第二包裹与第一包裹的包裹方向相反可能是有利的。这种拉伸纱结构的实例提供在美国专利No. 5，529，M5、欧洲专利 No. 637，704和欧洲专利No. 1，436，450中，其在此全部以引用方式并入本文。图4举例说明了这样一种拉伸纱。关于图4中的拉伸纱45，弹性芯46在第一方向上用可以有利地包括 PAS或PPS的纱47进行第一包裹，在相反方向上用可以由尼龙组成的纱48进行第二包裹。横向纱的变形可以以上述纵向纱相同的方式实现。在本发明的一个实施方案中， 横向纱的变形程度可以基本上小于纵向纱的变形程度。例如，纵向纱在2此下的伸长率可以大于约50%，或者大于约80%。横向纱在2kg下的伸长率可以在约到约15%的范围内，或者从约2%到约10%。在纵向方向上的更高的拉伸对通过流通法制造齿状带是有用的，在其过程中所述织物按照拉伸元件线拉伸形成所述齿的整个轮廓。在横向方向上更少的拉伸纱足以提供上述在那个方向上变形的好处。在本发明的一个实施方案中，所述横向纱可以基本上由变形的复丝尼龙纱组成，优选尼龙-66。上述织物也可以用于动力传动带。例如，图3显示了本发明的一个实施方案中使用的代表性的纵向高度变形纱、横向轻微变形纱和无变形纱的代表性长度。参见图3，高度变形纱34在2此拉伸下表现出约 88%的伸长率。轻微变形横向纱32在2此拉伸下表现出约3%的伸长率。无变形纱30在约IOOkg下的断裂伸长率是约25%，轻微变形纱32在104kg下是约30%。高度变形纱34 在323kg的断裂伸长率是约180%。抗断强度更高是因为纱34比纱30或32多约三倍的长丝。各高性能纱或纤维可以在纱或线制造工艺的任何步骤与常用纱或纤维掺混、共胶合或共捻，常用纱或纤维可以优选由尼龙组成，或可以由丙烯酸、聚酯、棉等组成。也应当注意可能有第三种高性能或耐热纱与第一高性能纱和尼龙以任意比率混纺。也可以使用定长短纤维或含有包括PEEK、PPS和/或其它纤维的混纺定长短纤维纱。尼龙是指任何热塑性聚酰胺纤维，包括尼龙-6、尼龙-66、尼龙-46等。尼龙-66 是优选的聚酰胺。而且尼龙-66可以由高韧性或中韧性或正常韧性的品种组成。芳族聚酰胺是指长链的合成聚酰胺，其酰胺键直接连接到两个芳环的对位或间位。在本发明中，例如可以使用PPD-T、聚对苯甲酰胺、共聚对苯撑/3，4'-氧代二苯撑对苯二甲酰胺等等。PPD-T是指由对苯二胺和对苯二酰氯摩尔对摩尔(mole-for-mole)聚合产生的均聚物，也是指由对苯二胺与少量其它二胺掺混以及对苯二酰氯与少量其它二酰氯掺混产生的共聚物。市售的适于实施本发明的芳族聚酰胺纤维包括由Teijin Limited以商品名 TEIJINC0NEX、TECHN0RA和 TWAR0N，以及由 E. I.DuPont de Nemours and Company 以商品名NOMEX和KEVLAR出售的那些。合适的市售LCP纤维是由Celanese Acetate LLC和Kuraray有限公司以商品名 VECTRAN出售的液晶聚酯-聚芳酯纤维。PBO是由东洋纺有限公司以商品名ZYLON出售的。 聚酯纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。PEN是由霍尼韦尔国际公司以商品名PENTEX出售的。PEN也由iTeijin Limited、INVISTA和Hyosung公
司出售。合适的氟聚合物可以包括例如但不限于聚四氟乙烯聚合物(PTFE)、聚三氟氯乙烯聚合物(PTFCE)、聚偏二氟乙烯聚合物(PVDF)、氟化乙烯聚合物(FEP)和全氟烷氧基聚合物 (PFA)。可以使用聚酰亚胺和/或聚酰胺-酰亚胺纤维(“PI”)，特别是高温聚酰亚胺。合适的PI纤维可以是P84，由hspec纤维、Degussa公司以该商品名出售。聚丙烯腈(“PAN”) 纤维由例如东洋纺有限公司出售。PAN纤维包括含有大量丙烯结构的纤维，通常是至少 85%的丙烯腈和各种共聚单体，例如甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯等等。聚磺酰胺(“PSA” )纤维是一种具有对位连接有基团和酰胺键的苯环主链的芳族聚酰胺纤维。PSA纤维目前以定长短纤维形式以商品名出售。由上海Tanlon纤维有限公司以Tanlon出售。PSA的特点包括耐高温、阻燃性优异、高温尺寸稳定性和化学稳定性尚ο聚酮纤维是由主链中具有酮键或酮基的聚合物形成的。例如美国专利 No. 5，130，408中描述了多种类型或芳族聚酮，包括聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)和聚芳醚酮(PAEK)，其可以有利地用于本发明。市售的PEEK材料的一个实例具有氧基-1，4-亚苯基氧基-1，4-亚苯基-羰基-1，4-亚苯基的重复单元，其形成了线性芳族半结晶聚合物，具有很高的耐热性。合适的PEEK纤维是由Zyex有限公司以商品名Zyex 出售的。另一种可用的聚酮纤维可以由具有约5. 9dl/g特性粘度的聚酮聚合物形成，其中由常规程序制备的乙烯全部与一氧化碳和聚(ι-氧代三甲烷)共聚。通常，可用的聚烯烃酮(POK)纤维可以通过熔融纺丝和湿法纺丝得到，如美国专利No. 6，763，867及其中列举的文献中公开的。可以有利地使用具有下列结构式表示的聚烯烃酮纤维一(CH2--CH2--C0) η—(R—C0)m—，其中1.05 >= (n+m) /n >= 1.00，R是具有三个以上碳原子的亚烷基，如美国专利No. 6，763，867中描述的。所述POK纤维可以有利地由一氧化碳和乙烯的交替聚合物组成，如美国专利No. 6，818，728中描述的。所有上述类型的聚酮纤维将在本文和权利要求中被称为“PK”或聚酮。表1列出了可以有利地应用于本发明实施方案中的大量高性能纤维与一些典型性质。在表中，“_”表示差，“0”表示一般，“ + ”表示好，“++”表示优异。此外在表中，“MR” 是回潮率；“m.p. ”是熔点；“HAS”是热老化收缩率；“Eb”是断裂伸长率。表 权利要求
1.一种用于增强动力传动带的包含聚芳硫醚纤维的织物。
2.根据权利要求1的织物，包含经线和纬线纱，其中所述经线和纬线纱的至少一种包含聚对苯硫醚纤维复丝纱。
3.根据权利要求1的织物，其中所述聚对苯硫醚纤维存在于纬线中，且所述经线包含变形的聚酰胺纤维。
4.根据权利要求3的织物，其中所述聚酰胺为尼龙-66。
5.动力传动带，具有弹性主体，嵌入所述主体中的拉伸元件，滑轮接触表面和背面；其在至少一个所述表面上包含含有聚芳硫醚纤维的织物。
6.根据权利要求5的带，为齿状带形式，所述带在所述滑轮接触表面上具有齿且具有覆盖所述齿的所述织物。
7.根据权利要求6的带，其中用横向纱和纵向纱机织所述织物，且其中所述横向纱包含尼龙-66纤维，且所述纵向纱包含尼龙-66和聚对苯硫醚纤维。
8.根据权利要求7的带，其中所述横向纱在^^拉伸下变形达到至20%的伸长率， 且所述纵向纱在2此拉伸下至少具有50%的伸长率。
9.用于增强动力传动带的机织弹性织物，其包含能够伸长至少约50%的纵向纱以及横向纱；至少一部分纵向纱包含聚酰胺纤维和选自由对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚磺酰胺、聚酮、含氟聚合物和聚芳硫醚组成的组中的一种或多种纤维；且横向纱包含变形复丝聚酰胺纱。
10.根据权利要求9的织物，其中纵向纱变形达到所述拉伸能力。
11.根据权利要求9的织物，其中纵向纱包含弹性芯线，以及作为聚酰胺纤维的尼龙-66，且尼龙-66和所选择的纤维包裹所述芯。
12.根据权利要求9的织物，其中在2此拉伸下所述横向纱变形达到约1%至约20%的拉伸能力。
13.根据权利要求9的织物，其中所述横向纱基本由变形的复丝尼龙纱组成。
14.一种包含权利要求9-13的任意一项的织物的动力传动带。
15.根据权利要求9的织物，其中所述纵向纱包含聚芳硫醚，且横向纱进一步包含一种或多种选自由热塑性聚合物如聚酯、聚酮、聚芳硫醚、聚酰亚胺、聚丙烯腈将组成的组。
全文摘要
一种用于增强动力传动带的包含聚芳硫醚纤维的织物和利用所述织物的带。所述织物可以具有在纵向方向上拉伸纱包裹的变形的或弹性的芯。纵向纱可以包括PPS，变形的横向纱包括尼龙。纱可以包括高性能纤维和尼龙或其它纤维的混纺纱。
文档编号F16G1/10GK102472363SQ201080029182
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者C·沃克尔, K·沃德, S·X·吴 申请人:盖茨公司