【0002】齿形带通常包括在其中包埋多个纵向丝状耐久插入件(也被 称作“索”)的由弹性材料制成的主体，以及涂覆有包覆织物的多个齿。
【0003】皮带的每个部件都有助于增加机械阻力方面的性能，以便减 少皮带故障的可能性并且增加特定可传送能力。
【0004】皮带的包覆织物增加了耐磨性并且因此保护工作面免受由于 皮带齿的齿牙侧和凹处以及与皮带相互作用的皮带轮槽的齿牙侧和凹 处之间的摩擦引起的磨损。
【0005】另外，包覆织物降低了工作面的摩擦系数，减少了齿的形变 度并且最重要的是加固了齿根，这样防止了齿的剪切力。
【0006】所使用的包覆织物可以由单层或者可选择地由多层制成以便 保证更高的强度和更高的硬度。所述织物通常由一种化合物处理，该 化合物被设计用于增加主体和织物自身之间的粘附度。
【0007】所述索有助于保证皮带的必要的机械特性并且实质上有利于 皮带自身的模数，并且特别地，这样保证了长时间保持皮带的性能。 所述索通常由高模数纤维多次绞合制成。
【0008】所述索通常也由化合物处理，所述化合物被设计用于增加纤 维与围绕索自身的主体混合物之间的相容性。
【0009】例如，所述索可以由功能作为“粘合剂”的弹性胶乳(elastomeric latex)来处理。
【0010】最后，所述主体混合物使前述的各个部件能够连接并且必须 体现足够的硬度，并且保证构成皮带自身的各个部件协同地有助于皮 带自身的最终性能。
【0011】主体混合物具有基座，该基座由最终用纤维强化的一种或多 种弹性材料制成以增加它们的硬度。
【0012】为了能够提高皮带的使用寿命和性能，不断地寻找新解决方 案以便增加构成皮带基本部件的各种材料之间的化学-物理相容性。为 此目的，例如，已有研究来研究用于所述索的新处理物和用于齿的包 覆织物的新处理物，以便能够增加织物、索和主体之间的相容性。

【0013】本发明的第一个目的是据此得到一种皮带，其将体现出长使 用寿命并且因此体现粘附度、抗磨损性、啮合精度和低噪音的卓越的 机械特性。
【0014】本发明的第二个目的是适当地选择材料以便皮带在所有的工 作温度范围内一直达到卓越的特性，并且因此在-30℃到180℃的工作 温度内一直达到卓越的特性。
【0015】本发明的第三个目的是优化构成皮带自身各个部件之间的相 对化学相容性。
【0016】根据本发明所述的目的是通过根据权利要求1所述的皮带实 现的。
【0017】根据本发明，此外还根据权利要求21提供了调速控制系统。
附图描述
【0018】为了更好地理解本发明，在此也关于附图进行了描述，其中：
【0019】图1是根据本发明的齿形带的局部透视图；
【0020】图2示出了第一调速控制系统的图，其中使用了根据本发明 的第一齿形带；
【0021】图3示出了第二调速控制系统的图，其中使用了根据本发明 的第二齿形带；
【0022】图4示出了第三调速控制系统的图，其中使用了根据本发明 的第三齿形带；
【0023】图5说明的图表给出了与其他已知皮带相比根据本发明制造 的皮带在高温下耐久试验的结果。

【0024】以下参考将具体地对齿形带做出，但是本发明也明显地涉及 其他类似皮带并且通常涉及传送皮带。
【0025】图1中作为一个整体被1指定的为齿形带。皮带1包括由弹 性材料制成的主体2，其中嵌入了多个纵向丝状耐久插入件或者索3。 主体2具有：带有由被织物或者包覆织物5覆盖的齿4的第一面和皮 带的第二面或者背面6。优选地，背面6也覆盖有包覆织物7。
【0026】更优选地，覆盖齿4的织物5和覆盖背面6的织物7相同。
【0027】优选地，主体2由一种或多种弹性体构成的混合物制成，方 便起见，所述一种或多种弹性体作为“第一弹性材料”被指定为一个 整体，其主要由一种或多种共聚物的混合物制成，所述共聚物由包含 腈基的单体和二烯获得，其中所述包含腈基的单体相对于全部最终共 聚物的百分比在30wt％至39wt％之间。
【0028】“主要由……制成”指的是，小百分比的其他聚合物或者共聚 物可以被加入到弹性材料中，而没有不利地影响主体混合物和构成齿 形带的其他部件之间的化学相容性，并且因此没有脱离本发明的范围。
【0029】更优选地，腈基相对于全部共聚物的百分比在34wt％至38wt％ 之间，进一步优选地在34wt％至36wt％之间。最优选地，腈基相对于 全部共聚物的百分比近似34wt％。
【0030】优选地，本文使用的一个聚合物或者多种共聚物是氢化丙烯 腈丁二烯橡胶或者HNBR。
【0031】优选地，使用的HNBR是高度氢化的；例如，可以使用所谓 的完全饱和的HNBR并且优选地，至多有0.9％剩余百分比的双键的 HNBR，不过可选择地，也可以使用较低未饱和度的HNBR，例如具有 4％或者5.5％饱和度的HNBR，即所谓的部分饱和的HNBR。
【0032】根据本发明的可作为主体混合物使用的并且也可以用于构成 齿形带的各个部件的不同处理物中的HNBR共聚物的示例，是属于 Lanxess生产的THERBAN系列的共聚物，如具有34wt％的腈基且氢化 度至多为0.9％的THERBAN 3407、具有34wt％的腈基且未饱和度至多 为0.9％的THERBAN 3406、具有36wt％的腈基且未饱和度至多为0.9％ 的THERBAN 3607、具有34wt％的腈基且未饱和度至多为4％的 THERBAN 3446、具有34wt％的腈基且未饱和度至多为5.5％的 THERBAN 3447、具有36wt％的腈基且未饱和度至多为2％的 THERBAN 3627、具有36wt％的腈基且未饱和度至多为2％的 THERBAN 3629、具有39wt％的腈基且未饱和度至多为0.9％的 THERBAN 3907或者其混合物。
【0033】可选择地，也可能使用Nippon Zeon(商业名字为ZEYPOL) 生产的HNBR。具体地，具有36wt％的腈基且未饱和度至多为0.9％的 ZETPOL 2000、具有36wt％的腈基且未饱和度至多为0.9％的ZETPOL 2000L、具有36wt％的腈基且未饱和度至多为4％的ZETPOL 2010、具 有36wt％的腈基且未饱和度至多为4％的ZETPO L2010L、具有36wt％ 的腈基且未饱和度至多为4％的ZETPOL 2010H、具有36wt％的腈基且 未饱和度至多为5.5％的ZETPOL 2020、具有36wt％的腈基且未饱和度 至多为5.5％的ZETPOL 2020L或者其混合物。
【0034】优选地，使用全部氢化的HNBR，即具有低于1％的未饱和度 的HNBR。这些HNBR允许在温度的整个范围内得到最佳值。
【0035】此外，第一弹性材料还可以包含常规添加剂，例如，增强剂、 填料、颜料、硬脂酸、加速剂、硫化剂、抗氧化剂、活化剂、引发剂、 增塑剂、蜡、预先硫化阻聚剂、抗降解剂、操作油及类似物。
【0036】有利地，可以使用如填料炭黑，优选地，其被添加的总量在0 到80phr之间，更优选地在20到60phr之间，最优选地近似40phr。有 利地，可以加入例如滑石、碳酸钙、硅土和硅酸盐的轻填料，其加入 量优选地在0到80phr之间，更优选地在20到60phr之间，最优选地 近似40phr。此外使用总量在0到5phr之间的硅烷可能更有利。
【0037】有利地，添加总量优选地在0到15phr之间的锌和镁的氧化物。
【0038】有利地，添加酯增塑剂，如优选地总量在0和20phr之间的苯 三酸盐或者醚酯。
【0039】有利地，添加硫化活性助剂，如氰脲酸三烯丙酯(triallyl cyanidate)、有机或者无机异丁烯酸，如优选地总量在0和20phr之间 的金属的盐类，或者有机过氧化物，例如优选地总量在0和15phr之间 的异丙基苯。
【0040】优选地，第一弹性材料包含加强纤维，更优选地总量在2和 40phr之间，最优选地为20phr。优选地，加强纤维的长度在0.1mm和 10mm之间。
【0041】纤维能够进一步改进构成主体的混合物的机械特性。优选地， 加强纤维包含芳香聚酰胺，优选地为蜜亚胺；例如，纤维可 以有利地被使用，其可以通过RFL-基处理物(RFL——间苯二酚-甲醛 胶乳)的方式被粘附到混合物上。
【0042】例如，所使用的胶乳可以是VP-SBR-基胶乳，即丁苯吡共聚 物胶乳。
【0043】优选地，使用芳族聚酰胺纤维(aramidic fibre)，例如由Teijn 生产的Technora纤维，更优选地，其长度为1mm。
【0044】齿4的包覆织物5或者背面6的包覆织物7可以由一层或者 多层制成并且可以通过使用不同的编织技术而得到，例如像2×2斜纹 的编织技术。
【0045】齿4的包覆织物5优选地包含脂肪族聚酰胺或者芳香族聚酰 胺，更优选地为芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)。
【0046】优选地，所用的织物具有由纬纱和经纱构成的复合材料结构， 其中纬纱由作为核心的由弹性丝形成的一根丝以及绕在所述弹性丝上 的至少一对复合材料丝构成。每根复合材料丝包含具有高温和机械抗 性的丝以及绕在该具有高温和机械抗性的丝上的至少一根包覆丝。优 选地，每根复合材料丝包含具有高温和机械抗性的丝以及绕在该具有 高温和机械抗性的丝上的一对包覆丝。弹性丝优选地由聚亚安酯制成。 具有高温和机械抗性的丝优选地由对芬芳聚酰胺制成。
【0047】根据本发明的织物5由织物处理物处理。
【0048】术语“织物处理物”指的是用于处理齿形带织物的溶液。 优选地，皮带的织物被浸泡在织物处理物中并且因此皮带在浸泡在溶 液中之后该皮带包括织物处理物。织物处理物是非水溶液。优选地， 非水溶剂是由30％的MEC和70％的甲苯的混合物构成。更优选地，溶 剂和弹性体之间的比例为每一份高弹体对应6到8份的溶剂。
【0049】根据本发明，织物处理物包含由一种或多种共聚物的混合物 制成的第二弹性材料，所述共聚物由包含腈基的单体和二烯获得，其 中包含腈基的单体相对于全部最终共聚物的重量百分比在30wt％和 39wt％之间。更优选地，腈基相对于全部最终共聚物的重量百分比在 34wt％和36wt％之间。最优选地，大约34wt％。
【0050】优选地，一种/多种共聚物是HNBR。更优选地，是先前提及 的HNBR中的一种或者其混合物。
【0050】有利地，皮带的织物被浸泡在织物处理物中之后，通过刷涂 使用第二织物处理物进一步处理织物。
【0051】优选地，第二织物处理物与第一处理物的组成相似并且因此 包含溶剂的非水溶液，其进一步包含与第一织物处理物相同的弹性材 料。
【0052】优选地，织物5被耐久层8覆盖。并且随意地，粘合剂9被 置于织物5和耐久层8之间。
【0053】优选地，耐久层8由添加了弹性材料的氟化塑料制成，并且 更优选地，在重量上氟化塑料相对于弹性材料总量更多。
【0054】在以Dayco Europe的名义提交的专利号为EP1157813的专利 中描述了可以被使用的耐久层的示例。
【0055】根据本发明，氟化塑料优选地为带有聚四氟乙烯基的化合物。
【0056】优选地，弹性材料由包含一种或多种共聚物的弹性材料构成， 所述共聚物由包含腈基的单体和二烯获得，其中包含腈基的单体相对 于全部最终共聚物的重量百分比在30wt％到39wt％之间。更优选地， 腈基的重量百分比在34wt％到38wt％之间，进一步优选地，在35wt％ 到37wt％之间，最优选地，大约36wt％。
【0057】优选地，与氟化塑料混合以制成耐久层8的弹性材料是HNBR； 进一步优选地是具有聚甲基丙烯酸的锌盐的改性HNBR；例如可以使 用ZEOFORTE ZSC(Nippon Zeon的一个注册商标)。
【0058】优选地，氟化塑料呈现的总量为在重量上每100份弹性材料 对应101到150份之间的氟化塑料。
【0059】此外，耐久层8包含如硫化剂的过氧化物。该过氧化物被添 加的总量通常为在重量上每100份的弹性材料对应1到15份之间的过 氧化物。
【0060】优选地，齿形带的背面也用包覆织物7覆盖，优选地，其由 脂肪族聚酰胺或者芳香族聚酰胺构成，更优选地，由具有高温抗性和 高韧性的聚酰胺6/6构成。
【0061】优选地，覆盖背面的织物7与先前织物是相同的。
【0062】优选地，背面的包覆织物7也覆盖有耐久层。进一步优选地， 覆盖用于覆盖背面的织物的耐久层与用于覆盖齿的织物5相同，并且 该耐久层提供了对于皮带的机械抗性的特殊改进并且已经被证明在调 速控制系统中特别地有利，其中在所述调速控制系统中的皮带在整个 使用寿命中工作时在高温下直接接触机器润滑油。
【0063】优选地，使用了从玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、PBO 纤维组成的组中选择的一种材料制成的索；另外，也可能使用所谓“杂 化物”类型的索，即包含不同材料的绞线，有利地，所述绞线选自前 述材料。
【0064】优选地，所述索由高模数玻璃纤维制成，例如配置为22.53 ×18。
【0065】纤维构成的索用“索处理物”来处理。
【0066】优选地，索处理物由溶液或者包覆液体构成。术语“索处理 物”因此指的是用于处理齿形带的索的溶液。优选地，索处理物包含 水溶粘合剂并且更优选地该水溶粘合剂包含多于50wt％的水、包含第 三弹性材料和硫化剂的胶乳。
【0067】优选地，所述第三弹性材料是分散在包覆液体中的胶乳的形 式。第三弹性材料由一种或多种共聚物的混合物制成，所述共聚物由 包含腈基的单体以及二烯获得，其中包含腈基的单体相对于全部最终 共聚物的重量百分比在30wt％到39wt％之间。更优选地，腈基相对于 全部最终共聚物的重量百分比在30wt％到36wt％之间，进一步优选地， 在32wt％到34wt％之间，最优选地，为大约33wt％。
【0068】更优选地，包覆液体由带硫化剂的硫化的HNBR胶乳制成， 优选地为水溶性的过氧化物。优选地，所述索处理物选自以Nippon Glass名义提交的专利申请号为WO2004057099的专利中公开的材料。
【0069】索处理物的选择包含水溶液形式的由结合硫化剂的HNBR胶 乳制成的包覆液体，其包括多于50％的水，这种索处理物与使用 VP-SBR混合物(乙烯基-嘧啶-苯乙烯-丁二烯橡胶)或者CSM(硫化 氯聚乙烯橡胶，clorosulphonated polyethylene rubber)的公知索处理物 相比已被证明特别地有利。特别地，本发明所述的索处理物大大地改 进了高温抗性。因此，当与主体混合物合适的选择范围和织物处理物 合适的选择范围结合在一起时，包含根据本发明所述的索处理物的皮 带具有在高温下的改进的使用寿命。
【0070】根据本发明的皮带可以被用于，例如，图2中说明的调速控 制系统的类型中。在图中所述调速控制系统作为一个整体由数字11指 出并且包含刚性固定在发动机轴(未示出)上的主动皮带轮12，第一 从动皮带轮13a和第二从动皮带轮13b以及用于张紧齿形带的皮带张 紧轮14。
【0071】根据本发明的皮带1也可以用于在整个使用寿命中在油内工 作，在此情况下也被指定为油齿形带(oil toothed belt)或者油带(oil belt)。
【0072】“油齿形带”指的是整个使用寿命中在高达180℃的高温下直 接与油接触使用或者部分浸入润滑油中使用时适于保持其机械特性的 皮带，这保证了大于100.000km的使用寿命。油带可以代替链条和齿 轮而不需要进一步改变发动机。
【0073】这些油带被用在发动机的底座内部，它们在其整个使用寿命 中以被油直接喷涂在其上或者部分浸入油池中的形式与油接触。特别 地，所述底座包含发动机、油池和油带。
【0074】例如根据本发明的油带可以用于图4所示的用于机动车辆的 调速控制系统的类型。在图中所述调速控制系统作为一个整体由数字 11指出并且包含刚性固定在主动轴(未示出)上的主动皮带轮12、第 一从动皮带轮13a和第二从动皮带轮13b以及用于张紧齿形带的皮带 张紧轮14。
【0075】根据第二可选实施例，如图5中所示，根据本发明的齿形带 由数字20指出，该齿形带在每一个面上都具有齿并且因此具有覆盖每 个齿的耐久织物。
【0076】例如，齿形带20可以用于图3中所示的用于机动车辆的调速 控制系统的类型。在图中所述调速控制系统作为一个整体由数字21指 出并且包含刚性固定在主动轴(未示出)上的主动皮带轮22、第一从 动皮带轮23a和第二从动皮带轮23b以及第三从动皮带轮24。
【0077】根据本发明的第三实施例，如图6所示，根据本发明的齿形 带30可以有利地被用于图中由数字31指出的调速控制系统，其包含 刚性固定在主动轴(未示出)上的主动皮带轮32、第一从动皮带轮33a 和第二从动皮带轮33b、垫张紧器34和垫35。
【0078】使用时，所述齿形带1、20和30在各自的控制系统11、21、 31中直接与油接触。
【0079】图2到图4涉及与平衡副轴的运动有关的控制系统，但是显 然根据本发明所述的齿形带也可以用于“凸轮-凸轮”系统中或者用于 油泵的运动。
【0080】在这些例子中，在运转期间所述皮带部分浸入到油池中。
【0081】本发明的皮带的优点能从对皮带特性的检验中明显地显现出 来。
【0082】形成皮带主体的第一弹性材料中30wt％到39wt％特定范围的 腈单元的使用和织物处理物的第二弹性材料中30wt％到39wt％范围的 腈单元的使用以及索处理物的第三弹性材料中30wt％到39wt％范围的 腈单元的使用的创造性结合已被证明改进了化学-物理相容性、机械特 性、更大的粘附度和更大的抗磨损性。
【0083】根据本发明的齿形带现在也将通过示例被描述，但这并不意 味着对所述示例的任何限制。
特别地，示例中单一范围和其结合的影响是明显的。进行了不同的试 验以比较公知现有技术的皮带和根据本发明制造的皮带。
示例1-5-主体混合物和结合范围
【0084】表1示出了由数字1到5指定的皮带，根据本发明制作并且 因此在形成主体混合物的HNBR(示例1到3)中具有30到39wt％范 围内的百分比的腈基(ACN)，相比之下在皮带(示例4和示例5)中， 在形成主体混合物的HNBR中腈基(ACN)的百分比在权利要求的范 围之外。
【0085】用于主体混合物的HNBR等级为0.9％。
表1
  示例 主体的 HNBR中 ACN的 索处理物的 HNBR中 ACN的百 织物处理物的 HNBR中ACN 的百分比 背面织物处 理物的HNBR 中ACN的百 测试 (h)
  百分比 分比 分比 1 33 33 33 - 156 2 39 33 33 - 156 3 44 33 33 - 144 4 28 33 33 - 216 5 49 33 33 - 96
【0086】皮带在-25℃的温度下通过耐久试验被动态地测试。
【0087】试验周期包含第一步：冷却8小时(不被考虑在耐久时间内)。 在冷却步骤结束后发动机以1000转每分(rpm)开动30秒，然后发动 机停止并且再冷却30分钟，这样结束第一周期。然后第二周期开始并 且因此发动机再次开动30秒，然后停止并冷却30分钟……因此每个 周期由工作的30秒和冷却的30分钟组成。
【0088】在24个周期之后，即大概每12小时，操作者检查是否有任 何可见的裂纹，然后皮带再一次被冷却2小时。此后周期再一次开始 直到操作者一一列举可见裂纹，出现所述裂纹则意味测试结束。
【0089】所述试验进行的条件在表4中给出。
表1b
  皮带类型： 138STP150 皮带宽度： 15mm 皮带轮剖面： STP 主动皮带轮转速： 1000rpm 安装张力： 250N 扭矩： 0Nm 室温： -25℃ 检查： 每12小时 试验结束： 皮带背面裂纹
【0090】从表1可以推断在主体混合物中具有在权利要求范围内的 ACN含量的皮带，与具有超出权利要求范围的ACN含量的皮带相比， 在低温下允许获得更高性能。
特别地，由低ACN含量获得的结果好于ACN含量在39％以上时获得 的结果。因此包含权利要求范围的结合的皮带相对于公知皮带在低温 下具有改进的使用寿命。
示例6-10-织物处理物和结合范围
【0091】表2示出了根据本发明制作的皮带并且因此在形成织物处理 物的HNBR(示例6到7)中具有30到39wt％范围内的百分比的腈基 (ACN)，相比之下在皮带(示例8到示例10)中在形成织物处理物的 HNBR中腈基(ACN)的百分比在权利要求的范围之外。
用于织物处理物的HNBR等级为0.9％。
表2
  示例 主体的 HNBR中 ACN的 百分比 索处理物 的HNBR 中ACN的 百分比 织物处理物 的HNBR中 ACN的百分 比 背面织物处 理物的 HNBR中 ACN的百分 比 一千万个 周期之后 粘附度试 验(N/cm) 6 33 33 33 - 187 7 33 33 39 - 256 8 33 33 44 - 248 9 33 33 49 - 263 10 33 33 28 - 140
【0092】特别地，所述皮带已经经受粘附度试验并且试验的条件依照 ISO12046。特别地，根据本发明的皮带已经经受与油接触的试验并且 特别是在油被管装置直接喷涂到皮带上的控制系统中。
【0093】在油中20,000,000个周期之后由于现有技术皮带的齿剪切力 (tooth shear)故障所述所述试验不能继续进行，在所述现有技术皮带 中织物处理物的HNBR的ACN或者腈基含量为28wt％。
因此在10,000,000个周期后测量粘附度。
【0094】从表2可以推断具有要求范围内的ACN含量的皮带得到了粘 附度的最佳值并且因此允许降低皮带磨损，在此例中也允许提高皮带 的使用寿命。
【0095】粘附度的最佳值是在ACN含量较高处得到的，同时ACN含 量在30％以下时粘附度已被证明非常低。
因此粘附度试验给出的结果与前述的低温试验相反。
因此只有从30％到39％的ACN范围的结合允许在低温试验和粘附度试 验中都获得最佳值。
示例11-13-索处理物和结合范围
【0096】表3示出了根据本发明制作的皮带并且因此在形成索处理物 的HNBR(示例11)中具有30到39wt％范围内的百分比的腈基(ACN)， 相比之下在皮带(示例8到9)中在形成织物处理物的HNBR中腈基 (ACN)的百分比在要求的范围之外。
表3
            示例           主体的 HNBR中        ACN的  百分比                   索处理物                   织物处理物 的HNBR中              ACN的百分  比         用于背面的 织物处理物 的HNBR中   ACN的百分             比                  180℃时  的耐久试 验                   11    33 具有      33wt％ACN 的HNBR       33    33    68 12 33 VP- 33 33 28 SBR 13 33 CSM 33 33 21
【0097】所述试验进行的条件在表4中给出。
表4
  皮带类型 141 RHX 150 发动机转速 4000rpm 皮带背面的温度 180℃
【0098】在动态条件和工作条件下即在高温下并且精确地在180℃时， 用于测量皮带使用寿命的耐久试验的值在图5的图表中给出。为了进 行所述试验，VM1900TDI柴油机和VP44回转泵被一起使用或者不 需要活塞而由电力驱动所述柴油机。
【0099】从图5的图表可以推断，在索处理物的HNBR中具有要求范 围内的ACN含量的皮带，在高温下进行试验时具有更高的耐久性。特 别地，它们具有的使用寿命高达公知皮带的三倍。
【0100】因此本发明的目的，即得到一种在低温和高温下都能保持机 械和物理特性的皮带，不但是通过结合主体混合物和织物处理物的 HNBR的ACN的合适选定范围，而且要看索处理物是否包含具有合适 选定范围的ACN的HNBR。
【0101】高温试验说明只有主体混合物、织物处理物和索处理物的 HNBR中ACN的三个范围的结合才允许皮带在整个温度范围内保持机 械特性。
【0102】如果织物由耐久层覆盖，则结果被进一步改进，其中该耐久 层包含添加有弹性材料的氟化塑料，该弹性材料包含一种或多种共聚 物，所述共聚物由包含腈基的单体和二烯获得，其中包含腈基的单体 的重量百分比在30wt％和39wt％之间。此外，当皮带的背面也被类似 的耐久层覆盖时结果被进一步改进。