Ремень вариатора

Настоящее изобретение относится к ремню силовой передачи для бесступенчатой трансмиссии, а более конкретно к вариаторному ремню. Бесконечный резиновый приводной ремень, имеющий основной корпус ремня с участком сжатия, участком растяжения, адгезивным участком и работающим на растяжение кордом в контакте с адгезивным участком и встроенным между участком сжатия и участком растяжения, наклонные стороны. По меньшей мере, один из участка сжатия, участка растяжения и адгезивного участка имеет эластомерную композицию, которая включает в себя насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер, штапельное волокно и фибриллированное волокно. При этом отношение ширины к толщине порядка величины от 2 до 3. В другом варианте ремень содержит эластомер, высокомодульное штапельное волокно и высокомодульное фибриллированное волокно. При этом фибриллированное волокно составляет менее 40% общего количества высокомодульного волокна. Достигается уменьшение проскальзывания. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил., 9 табл.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к ремню силовой передачи для бесступенчатой трансмиссии (вариатора, «CVT»), более конкретно, к ремню вариатора из резиновой композиции с волоконным наполнителем, и в особенности, к резиновой композиции на основе полиолефинового эластомера как с фибриллированным, так и со штапельным высокомодульным волокном.

[0002] В принципе, вариатор представляет собой в некотором роде механизм замкнутой регулировки или обратной связи для автоматического и относительно быстрого переключения на основе динамических характеристик привода в системе. Зачастую в вариаторе ведущий шкив управляется или реагирует сообразно измерению скорости или изменению скорости, чтобы поддерживать источник питания или двигатель в пределах оптимального диапазона мощности или скорости, и ведомый шкив управляется или реагирует сообразно создаваемой крутящим моментом нагрузке. Шкивы с переменным шагом могут управляться разнообразными механизмами, включающими в себя механические, электромеханические, электронные, гидравлические, или тому подобные. Вариаторы с приводным ремнем широко применяются в скутерах, вездеходах («ATV - all-terrain vehicles»), снегоходах, сельскохозяйственном оборудовании, вспомогательных агрегатах тяжелой техники, и в других транспортных средствах. Как правило, когда две половинки шкива движутся, будучи разведенными или сомкнутыми в осевом направлении, чтобы принудительно изменять радиальное положение ремня в вариаторе, ремень может подвергаться воздействию исключительно высоких сил трения, когда ремень изменяет радиальное положение внутри шкивов. Когда две половинки шкива движутся, будучи сомкнутыми в осевом направлении для увеличения расчетной линии ремня, ремень подвергается воздействию исключительно высоких сил трения и высоких сжимающих нагрузок в осевом, или поперечном, направлении. Высокие и переменные скручивающие нагрузки обусловливают высокие усилия натяжения и высокие заклинивающие силы, которые также приводят к высоким поперечным сжимающим нагрузкам и силам трения на ремне. В некоторых вариантах применения ремень также используется в качестве сцепления, приводя к дополнительным силам трения на контактных поверхностях ремня. Все эти силы могут быть очень серьезными в вариаторе вследствие динамических характеристик при эксплуатации (например, частых быстрых сдвигов с высокими инерционными нагрузками). Когда вариаторный ремень пробегает через ведущий и ведомый шкивы, он также подвергается непрерывному искривлению или изгибанию. Резиновые вариаторные ремни обычно используются без смазки в условиях так называемой «сухой эксплуатации CVT». Таким образом, вариаторный ремень должен иметь хорошую продольную гибкость, высокий модуль упругости в продольном направлении, высокую износоустойчивость и высокую жесткость в поперечном направлении. Ремень должен работать в широком диапазоне температур в течение длительного времени.

[0003] Типичным представителем технологии является Патент США № 6,620,068, который раскрывает нарезной, без обертки боковых граней двусторонний зубчатый V-образный ремень для приводов с регулируемой скоростью, имеющий криволинейный профиль зуба на внутренней и наружной стороне, слой спирального намотанного корда, выполненного из таких волокон, как сложный полиэфир, арамид, и/или стекловолокно. Ремень включает в себя слои сжатия и растяжения из резины, содержащей короткие волокна, выровненные в боковом направлении для поперечного упрочнения. Ремень также включает в себя слой армирующей ткани на внутренней и/или наружной поверхностях зуба.

[0004] Также типичным для технологии является Патент США № 4,708,703, который представляет вариаторный ремень с совмещенными верхними и нижними зубьями и канавками, и с продольными нитями корда. Зубья на их вершинах предпочтительно покрыты поперечными придающими жесткость элементами для устранения проблемы перекашивания и для повышения способности к передаче крутящего момента.

[0005] Патент США № 6,485,386 относится к жестким вставкам в зубчатый V-образный ремень для повышения поперечной жесткости. Здесь и в пунктах формулы изобретения термин «резиновый вариаторный ремень» исключает применение таких жестких вставок или придающих жесткость элементов, а также применение внешних жестких дополнений, или обойм, или блоков.

[0006] Тем не менее, вариаторные ремни при применении должны иметь высокую поперечную жесткость вследствие аспектного отношения и высоких осевых сил. В прошлом были испытаны разнообразные подходы к повышению жесткости. Наиболее общим подходом является введение в корпус ремня поперечно ориентированных рубленых волокон. Этот подход имеет пределы.

[0007] Патент США № 7,189,785 относится к смеси гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (HNBR) и этилен-пропилен-диенового каучука (EPDM) или другого этилен-альфа-олефинового эластомера. Включены многочисленные сведения об армированных рублеными волокнами эластомерах. Описано, что слишком большое количество (свыше 20 весовых частей на сто частей эластомера («phr»)) приводит к проблемам при обработке, без проявления преимуществ в отношении тепловыделения.

[0008] Патент США № 8,672,788 относится к вариаторному ремню из вулканизированного каучука в форме бесконечного V-образного ремня, имеющего корпус ремня с наклонными сторонами, слой работающего на растяжение корда из спирально скрученного работающего на растяжение корда, заглубленный в корпус ремня, надкордовый слой резины и подкордовый слой резины, причем работающий на растяжение корд представляет собой скрученный, монофиламентный пучок из непрерывных нитей углеродного волокна. Описано, что применение углеродного корда 18k повышает поперечную жесткость вариаторного ремня.

[0009] Патент США № 5,610,217 относится к ремню силовой передачи с частью основного корпуса ремня, включающей в себя эластомерную композицию из этилен-альфа-олефинового эластомера, армированную наполнителем и солью металла и α,β-ненасыщенной органической кислоты.

[0010] Патент США № 6,616,558 относится по меньшей мере к одному из указанной эластомерной части корпуса ремня и указанного адгезивного каучукового элемента, который имеет по меньшей мере одно из комплексного модуля, измеренного при температуре 175°С, при 2000,0 циклах в минуту (cpm) и при степени деформации 0,09, по меньшей мере 15000 кПа; и модуля упругости при растяжении, измеренного при 10%-ном относительном удлинении, по меньшей мере 250 psi (1,724 МПа).

[0011] Патент США № 6,511,394 относится к эластомерной композиции из смеси эластомеров, состоящей из этилен-альфа-олефиновых полимеров с низкой и высокой молекулярной массой.

[0012] Публикация WIPO № WO2010/047029А1 относится к резиновой композиции для плоского приводного ремня, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер.

[0013] Патентный документ WO2015/045255А1 относится к композиции зубчатого V-образного ремня из смеси коротких нейлоновых или полиэтилентерефталатных (PET) нановолокон и рубленых пара-арамидных волокон в EPDM-эластомере.

[0014] Патент США № 6,358,171 на имя Whitfield раскрывает применение волокон арамидной пульпы или штапельных волокон в зубчатых ремнях.

[0015] Неизвестно или не предлагалось применение смеси или комбинации волокон арамидной пульпы или арамидных рубленых волокон в этилен-альфа-олефиновой эластомерной композиции основного корпуса ремня для ремня силовой передачи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Настоящее изобретение направлено на системы и способы, посредством которых создаются вариаторные ремни с высокой поперечной жесткостью.

[0017] Вариаторные ремни должны иметь высокую поперечную жесткость вследствие аспектного отношения и высоких осевых сил при эксплуатации. Таким образом, настоящее изобретение относится к резиновой композиции в вариаторном ремне. Резиновая композиция представляет собой композицию с волоконным наполнителем как из штапельных, так и фибриллированных волокон, предпочтительно арамидных волокон. Эластомер предпочтительно представляет собой насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер. Композиция подвергнута каландрованию для ориентирования волокон поперек направления движения ремня, то есть, аксиально относительно оси роликов или шкивов, по которым движется ремень. Полученная осевая, или поперечная, жесткость ремня находится в предварительно заданном диапазоне, обеспечивая существенные эксплуатационные преимущества перед стандартными вариаторными ремнями.

[0018] В некоторых вариантах осуществления изобретение направлено на бесконечный резиновый вариаторный ремень, имеющий основной корпус ремня, имеющий участок сжатия, участок растяжения, адгезивный слой и работающий на растяжение корд в контакте с адгезивным участком и встроенный между участком сжатия и участком растяжения, наклонные стороны и отношение ширины к толщине порядка величины от 2 до 3; причем по меньшей мере один из участка сжатия, участка растяжения и адгезивного участка содержит эластомерную композицию, содержащую насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер, штапельное волокно и фибриллированное волокно, или эластомер, высокомодульное штапельное волокно и высокомодульное фибриллированное волокно; причем фибриллированное волокно составляет менее 40% (или менее 35%) общего количества высокомодульного волокна.

[0019] Содержание этилена в подходящем этилен-октеновом эластомере варьирует в диапазоне от 60,0% до 65,0% по весу, или составляет ниже 75%, или ниже 70%, или показатель текучести расплава этилен-октенового эластомера составляет менее 5, или является меньшим или равным 1,0 или 0,5 г/10 минут или менее.

[0020] Совокупное количество штапельного волокна и фибриллированного волокна может составлять между 3 и 19 объемными процентами композиции, или между 1 и 65 phr. Одно или оба из волокон могут быть арамидными волокнами.

[0021] В некоторых вариантах исполнения ремень имеет жесткость согласно испытанию на динамическую осевую жесткость свыше 5,0 кН/мм, или более 6,0 кН/мм, или более 7,0 кН/мм, или от около 7 до около 8 кН/мм.

[0022] В некоторых вариантах исполнения ремень имеет жесткость согласно Gates-испытанию на сжатие, превышающую или равную 5,0 кН/мм при температуре 90°С, или более 6,0 кН/мм, или 7,0 кН/мм или 8 кН/мм при комнатной температуре, или от около 8 до около 9 кН/мм при комнатной температуре.

[0023] Вышеизложенным обрисованы, скорее в общем смысле, признаки и технические преимущества настоящего изобретения, чтобы тем самым могло быть лучше понятным последующее подробное описание изобретения. Далее будут описаны дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые формируют предмет пунктов формулы изобретения. Квалифицированным специалистам в этой области технологии должно быть понятно, что раскрытые концепция и конкретный вариант осуществления могут быть легко использованы в качестве основы для модифицирования или разработки других конструкций для достижения тех же целей настоящего изобретения. Квалифицированным специалистам в этой области технологии также должно быть понятно, что такие эквивалентные конструкции не выходят за пределы области изобретения, как изложенной в пунктах прилагаемой формулы изобретения. Новые признаки, которые представляются характеристическими для изобретения, как в отношении его структуры, так и порядка действия, вместе с дополнительными целями и преимуществами, будут более понятными из нижеследующего описания, будучи рассматриваемыми в сочетании с сопроводительными фигурами. Однако безусловно понятно, что каждая из фигур представлена только с целью иллюстрации и описания, и не предназначена определять пределы настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] Сопроводительные чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, в которых сходные ссылочные номера позиций обозначают подобные части, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения, и совместно с описанием служат для разъяснения принципов изобретения. В чертежах:

[0025] ФИГ. 1 представляет вид сбоку отдельного участка в одном варианте осуществления изобретения;

[0026] ФИГ. 2 представляет вид в разрезе в варианте исполнения согласно ФИГ. 1, проведенном по линии 2-2;

[0027] ФИГ. 3 представляет вид в перспективе отдельного участка в еще одном варианте осуществления изобретения;

[0028] ФИГ. 4 представляет график модуля упругости в зависимости от температуры для трех примерных композиций;

[0029] ФИГ. 5 представляет изображение конструкции устройства для испытания на нагрузочную способность;

[0030] ФИГ. 6 представляет графики, показывающие потерю скорости, температуру ремня и проскальзывание ремня для четырех конструкций ремня при испытании на нагрузочную способность;

[0031] ФИГ. 7 представляет график потери мощности при испытании на нагрузочную способность для четырех конструкций ремня;

[0032] ФИГ. 8 представляет график результатов Gates-испытания на сжатие для образца вариаторного ремня согласно сравнительному ремню С, испытанному при температуре 90°С;

[0033] ФИГ. 9 представляет график результатов Gates-испытания на сжатие для образца вариаторного ремня согласно сравнительному ремню D, испытанному при температуре 90°С; и

[0034] ФИГ. 10 иллюстрирует изготовление образца для Gates-испытания на сжатие.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0035] Проблема улучшения технических характеристик вариаторного ремня может быть связана с более общей проблемой повышения поперечной жесткости, в то же время с улучшением или по меньшей мере сохранением большинства прочих свойств, таких как продольная гибкость, сопротивление образованию трещин, термостойкость, фрикционные свойства, характеристики гистерезиса, адгезия, предел прочности при растяжении, и т.д.

[0036] Было известно, что введение в резиновую композицию короткого волокна для корпуса ремня может приводить к повышению жесткости. Ориентирование волокна в поперечном направлении может повышать поперечную жесткость ремня, в то же время с сохранением высокого уровня гибкости в продольном направлении (анизотропный модуль). Однако проблема смешения, диспергирования и ориентирования высокомодульных волокон в резиновой композиции ограничивает количество такого волокна, которое может быть практически добавлено. Теперь же было обнаружено, что надлежащая смесь волокон двух различных типов и благоразумный выбор базового эластомера могут оказывать сильное влияние на модуль резиновой композиции и жесткость конечного компаунда, в то же время по-прежнему обеспечивая улучшенную обрабатываемость, и в конечном итоге улучшение работоспособности полученного вариаторного ремня. Смещением отношения фибриллированных волокон к штапельным, в то же время с использованием уникальных свойств этилен-альфа-олефинового или полиолефинового эластомера, можно получить значительно повышенный уровень жесткости в готовом ремне, что, в свою очередь, приводит к исключительной долговечности и способностям выдерживать высокие нагрузки.

[0037] Таким образом, настоящее изобретение относится к резиновой композиции для вариаторного ремня. Резиновая композиция представляет собой композицию с волоконным наполнителем как из штапельных, так и фибриллированных волокон, предпочтительно арамидных волокон. Эластомер предпочтительно представляет собой этилен-альфа-олефиновый эластомер. Композицию подвергают каландрованию или экструдированию для ориентирования волокон (продольно в каландрованном листовом материале), затем располагают с ориентированием поперек направления движения ремня в конечном ремне, то есть, аксиально относительно оси роликов или шкивов, по которым движется ремень. Полученная осевая, или поперечная, жесткость ремня находится в предварительно заданном диапазоне, обеспечивая существенные эксплуатационные преимущества перед стандартными вариаторными ремнями.

[0038] ФИГ. 3 показывает типичный вариант осуществления изобретения в форме вариаторного ремня. Ремень 100 имеет, как правило, поперечное сечение в форме равнобедренной трапеции, с задней, верхней, наружной или вершинной стороной 30, которая параллельна донной, нижней или внутренней стороне 40. Две других стороны, боковые стороны 42, представляют собой поверхности контакта со шкивом, которые образуют V-образную форму с углом α клина. Корпус ремня включает в себя работающий на растяжение корд 16, встроенный в возможный адгезивный участок или адгезивный резиновый слой 116, участок растяжения, или надкордовый слой 14, и участок сжатия, или подкордовый слой 12. Адгезивный резиновый слой 116, надкордовый слой 14 и подкордовый слой 12 обычно представляют собой вулканизированные каучуковые композиции, по меньшей мере одна из которых является описываемой здесь соответствующей изобретению композицией. По меньшей мере подкордовый слой может включать в себя диспергированные короткие волокна, ориентированные в поперечном направлении для повышения поперечной жесткости корпуса ремня, в то же время с сохранением продольной гибкости. Работающий на растяжение корд 16 представляет собой несущий продольную нагрузку элемент. Он может представлять собой высокомодульный, имеющий усталостную прочность, сплетенный или витой пучок волокон, таких как сложноэфирные, арамидные, углеродные, полибензоксазольные (PBO) или стеклянные волокна или нити, и может быть обработан адгезивом. В некоторых вариантах исполнения работающий на растяжение корд может представлять собой скрученную монофиламентную нить из углеродного волокна, состоящую приблизительно из 12000 или 18000 углеродных волокон, как описано, например, в патенте США № 8,672,788, содержание которого тем самым включено здесь ссылкой. Нижняя, или донная, сторона ремня часто является «зазубренной» или «зубчатой», то есть, имеющей волнообразный профиль, для улучшения баланса гибкости и жесткости, которые требуются для корпуса ремня. Донная часть ремня может быть оснащена подкордовым тканевым покрытием (или тканью в углублении) (не показано) для сокращения образования и распространения трещин в подкордовом слое и для повышения поперечной жесткости корпуса ремня. Подобным образом, задняя сторона ремня может быть оснащена надкордовым тканевым покрытием (не показано) по тем же соображениям. В одном варианте исполнения ткань не применяется.

[0039] ФИГ. 2 показывает еще один вариант осуществления изобретения в разрезе, имеющий единообразную резиновую композицию для корпуса ремня, и встроенные в нее нити работающего на растяжение корда 16. Вся ширина ремня называется верхней шириной и обозначается в ФИГ. 2 как «TW». Для широкого круга приводов переменной скорости, таких как упомянутые выше варианты применения вариатора, требуются специальные поперечные сечения ремня, которые являются относительно широкими и тонкими, по сравнению с односкоростными V-образными ремнями. В то время как типичный традиционный V-образный ремень обычно имеет верхнюю ширину примерно такого же размера, как толщина, или отношение TW/T0 от около 1 до около 1,7, вариаторный ремень согласно изобретению типично является примерно вдвое более широким сравнительно с его толщиной, или имеет отношение TW/T0 от около 2 до около 2,5, или даже около 3,0. Ширина, толщина и угол V-клина определяют диапазон возможной вариации скорости, как это известно в технологии. Например, смотри публикацию под редакцией Wallace D. Erickson «Belt Selection and Application for Engineers» («Выбор и применение ремней для инженеров»), издательство Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк (1987), содержание которой тем самым включено здесь ссылкой, и в особенности главу шесть в работе автора David E. Roos, «Variable-Speed Drive Design Using V-Belts» («Проектирование приводов переменной скорости с использованием V-образных ремней»).

[0040] Вариаторный ремень может иметь зубья на внутренней стороне, задней стороне или на обеих сторонах, как иллюстрировано в ФИГ. 1. Со ссылкой на ФИГ. 1, двусторонний зубчатый вариаторный ремень 10 включает в себя слой 16 работающего на растяжение корда, сэндвичеобразно размещенный между надкордовым слоем 14 и подкордовым слоем 12, формирующих основной корпус ремня. Показанный в ФИГ. 1 двусторонний зубчатый V-образный ремень также имеет нижние зубья 18 и верхние зубья 20, выступающие из основного корпуса ремня. Верхние зубья 20 включают в себя вершину 17, боковину 26 и впадину, или корень, 22. Подобным образом, нижние зубья 18 включают в себя вершину 19, боковину 36 и корень 32. Двусторонний зубчатый V-образный ремень согласно ФИГ. 1 изображен в форме зубчатой рейки, то есть, плоским и без кривизны слоя растяжения. Характерные профили зубьев, которые могут быть использованы, включают в себя, например, профили, представленные в Патентах США №№ 8,206,251, 8,333,674 и 8,425,357, содержание которых тем самым включено здесь ссылкой.

[0041] ФИГ. 2 показывает один вариант осуществления изобретения в разрезе, проведенном по плоскости 2-2 в ФИГ. 1, и иллюстрирующем угол клина как необязательный признак соответствующего изобретению ремня. Поверхности контакта со шкивом или боковые поверхности 42 V-образного ремня срезаны под углом α/2 относительно вертикальной оси ремня, которая обычно должна совпадать с вертикальной осью шкива или системы привода. Таким образом, пара поверхностей противолежащих боковых сторон 42 ремня описывает угол α профиля. Каждая боковая поверхность 42 во время работы входит в зацепление со щекой шкива, причем угол наклона щеки также по существу равняется α/2. Ремень возможно может включать в себя противолежащую пару вторых боковых поверхностей 44, которые расположены на стороне внутренней поверхности ремня или вершины 19 нижнего зуба, и которые взаимодействуют с первыми боковыми поверхностями 42, пересекаясь с ними на высоте ht, по измерению от нижней вершины 19. Каждая пара вторых боковых поверхностей 44 составляет угол γ клина. Угол α может быть в диапазоне приблизительно от 15° до 50° (тем самым от около 7° до около 25° относительно угла щеки шкива). Угол γ может быть в диапазоне от 25° до 65°. А именно, γ=α+(2×угол клина). «Угол клина» может быть равным или превышающим приблизительно 5°, и может быть определен как (γ/2 -α/2). Хотя ФИГ. 1, из которой был заимствован вид для ФИГ. 2, представляет двусторонний зубчатый вариаторный ремень, должно быть понятно, что сечение в ФИГ. 2 равным образом показательно для одностороннего зубчатого вариаторного ремня или для вариаторного ремня без зубьев.

[0042] Переходя к более подробному описанию резиновых композиций в вариаторном ремне, здесь применяется обычное определение «резины» или «эластомера», а именно, материала, который может быть многократно растянут по меньшей мере примерно вдвое относительно его первоначальной длины, и который будет возвращаться сразу же после снятия напряжения приблизительно до своей исходной длины. Здесь термин «эластомер» или «базовый эластомер» будет ограничиваться эластомерными полимерами, используемыми для формирования композиции, тогда как «резина» или «резиновая композиция» будет применяться для обозначения композиции, включающей в себя базовый эластомер и другие примешанные компоненты, если контекстом не оговаривается иное. Чаще всего резина приобретает свои конечные свойства смешиванием базового эластомера с наполнителями, технологическими добавками, противостарителями, отвердителями, и т.д., с последующим сшиванием или вулканизацией при нагревании. Конечные свойства резиновых композиций с волоконными наполнителями согласно настоящему изобретению не обязательно могут достигать более чем удвоенной своей исходной длины без разрыва, в частности, по направлению ориентации волокон, так что эта часть стандартного определения здесь может быть смягчена.

[0043] Разъясняемые здесь принципы компаундирования представляются применимыми к широкому кругу разнообразных эластомеров, пригодных к использованию в ремнях, таких как полихлоропреновые (CR), бутадиен-нитрильные (NBR, HNBR), полиолефиновые эластомеры, включающие в себя сополимеры и тройные полимеры с ненасыщенностью, или такие, которые являются полностью насыщенными, натуральный каучук (NR - natural rubber), и так далее. Однако предпочтительными материалами являются насыщенные полиолефиновые эластомеры (POE - polyolefin elastomers), такие как этилен-альфа-олефиновые сополимерные эластомеры, включающие в себя этилен-пропиленовые, этилен-бутеновые, этилен-пентеновые, этилен-октеновые сополимеры, и так далее. Под насыщенностью подразумевается отсутствие двойных связей в основной цепи или в ее боковых цепях, за исключением возможности наличия в одной или обеих концевых группах. Наиболее предпочтительными эластомерами являются этилен-октеновый эластомер (EOM), этилен-бутеновый (EBM) и этилен-пропиленовый (EPM) эластомеры. В разнообразных вариантах исполнения описываемая резиновая композиция может быть использована по меньшей мере в одном из вышеупомянутых слоев ремня, то есть, адгезивном каучуковом слое, надкордовом слое и подкордовом слое, или в двух или во всех слоях. Композиции могут включать в себя только базовый эластомер как единственный присутствующий эластомер, или могут представлять собой смесь базового эластомера с одними или многими другими эластомерами. Базовый эластомер всегда составляет более 50% совокупного количества всех наличествующих эластомеров, предпочтительно свыше 70% или 80% или более, или около 90% или более, по весу или по объему.

[0044] в качестве примера применимых этилен-октеновых эластомеров могут быть показаны полиолефиновые эластомеры ENGAGE, продаваемые под этой торговой маркой фирмой The Dow Chemical Company. EOM может иметь показатель текучести расплава, меньший или равный 5, предпочтительно меньший или равный 1, или наиболее предпочтительно меньший или равный 0,5 грамма/10 минут (при нагрузке 2,16 кг при температуре 190°С), согласно стандарту ASTM D1238-13. EOM может иметь плотность (г/см3) между 0,850 и 0,875, предпочтительно равную плотности 0,855 и 0,870 или между ними, наиболее предпочтительно между 0,860 и 0,870. Содержание этилена может составлять от 60 до 65 весовых процентов для EOM.

[0045] В качестве примера применимых этилен-бутеновых эластомеров могут быть приведены полиолефиновые эластомеры ENGAGE, продаваемые под этой торговой маркой фирмой The Dow Chemical Company, и сополимеры EXACT, продаваемые под этой торговой маркой фирмой ExxonMobil Chemical, и сополимеры TAFMER, продаваемые под этой торговой маркой фирмой Mitsui Chemicals Group. EBM может иметь показатель текучести расплава, меньший или равный 5, предпочтительно меньший или равный 1, или наиболее предпочтительно меньший или равный 0,5 грамма/10 минут (2,16 кг при 190°С), согласно стандарту ASTM D1238-13. EBM может иметь плотность, равную 0,850 и 0,890 или между ними, или от 0,850 до 0,880, или от 0,850 до 0,870. Содержание этилена может составлять от 40 до 60 весовых процентов для EBM.

[0046] Композиции ремней в разнообразных вариантах исполнения включают в себя как штапельные, или рубленые, высокомодульные волокна, так и пульповые, или фибриллированные, высокомодульные волокна, предпочтительно как арамидные, так и ароматические полиамидные материалы.

[0047] Предпочтительные арамидные волокна, которые могут быть благоприятно использованы в качестве армирования эластомера в ремне, включают в себя мета-арамиды, пара-арамиды, и пара-арамидные сополимеры, такие как продаваемые под торговыми марками KEVLAR и NOMEX фирмой DuPont, и TECHNORA, CONEX и TWARON от фирмы Teijin. Волокна включают в себя как фибриллированные, или пульповые, волокна, так и рубленые, или штапельные, волокна. Для целей настоящего изобретения термины «фибриллированные» и «пульповые» будут использоваться взаимозаменяемо для обозначения волокон этого типа, и термины «рубленые» и «штапельные» будут применяться взаимозаменяемо для обозначения волокон этого типа. Волокна при желании необязательно могут быть обработаны, отчасти в зависимости от типа волокна и эластомера, для улучшения их адгезии к эластомеру. Один пример обработки волокна представляет собой любой пригодный резорцин-формальдегидный латекс (RFL - resorcinol formaldehyde latex).

[0048] Волокна из всего многообразия штапельных, или рубленых волокон, могут быть сформированы из подходящего арамида или другого высокоэффективного волокна, и иметь аспектное отношение, или «L/D» (отношение длины волокна к диаметру), предпочтительно равное 10 или более. Штапельные волокна обычно имеют равномерное поперечное сечение по всей их длине. Штапельные волокна могут иметь длину от около 0,1 до около 10 мм, или до около 5 мм, предпочтительно от около 1 до около 3 мм. Штапельные волокна могут иметь диаметр от около 1 до около 30 микрон (мкм), предпочтительно от около 6 до около 20, или от 10 до 15 микрон (мкм). Может быть использована смесь штапельных волокон разных типов, длин или диаметров. Хотя предпочтительны пара-арамидные волокна, штапельные волокна могут быть из других высокоэффективных или высокомодульных полимерных материалов, таких как мета-арамид, полибензобисоксазол (PBO), простой полиэфирэфиркетон, винилон, нейлон, полиакрилонитрил, жидкокристаллический полимер, или тому подобные.

[0049] Высокомодульные волокна среди многообразных пульповых, или фибриллированных, волокон могут быть обработаны, где это возможно для волокон данного типа, для увеличения площади их поверхности, сформированы предпочтительно из подходящего пара-арамида, и могут иметь удельную площадь поверхности от около 1 м2/г до около 15 м2/г, более предпочтительно от около 3 м2/г до около 12 м2/г, наиболее предпочтительно от около 7 м2/г до около 11 м2/г; или среднюю длину волокон от около 0,1 мм до около 5,0 мм, более предпочтительно от около 0,3 мм до около 3,5 мм, и наиболее предпочтительно от около 0,5 мм до около 2,0 мм. Пульповое волокно может иметь фибриллы с нерегулярными поперечным сечением и формой, но главным образом пульпа характеризуется присутствием многочисленных фибрилл с гораздо меньшим диаметром, отщепленных или ответвленных от исходных волокон. Можно отметить, что здесь термин «пульпа» не имеет ничего общего с древесиной, бумагой, плодовой мякотью, низкопробным чтивом, или прочими вариантами обычного применения в других областях, но используется только здесь и в пунктах формулы изобретения, как здесь определяемой.

[0050] Совокупное количество пульпового и штапельного волокна в композиции может варьировать от около 1 phr до 65 phr, предпочтительно от около 6 до около 50 phr, или от около 17 до около 35 phr. Количество арамидного пульпового, или фибриллированного, волокна, применяемого в разнообразных вариантах осуществления изобретения, предпочтительно может составлять от около 0,5 до около 25 частей на сто весовых частей эластомера (phr); предпочтительно составляет от около 0,9 до около 20 phr, более предпочтительно от около 1,0 до около 15 phr, и наиболее предпочтительно от около 2,0 до около 10 phr. Количество арамидного штапельного волокна, используемого в предпочтительном варианте осуществления изобретения, может выгодным образом составлять от около 0,5 до около 40 частей на сто весовых частей эластомера (phr); предпочтительно составляет от около 5 до около 35 phr, более предпочтительно от около 10 до около 30 phr, и наиболее предпочтительно от около 15 до около 25 phr. Оптимальные количества могут зависеть от количеств и типов каждого применяемого волокна, типа эластомера, и желательного конечного результата. Диапазон содержания арамидной пульпы составляет свыше 0, или более 5% или 10%, и менее 100%, или 70%, или 60% от общего веса волокна. Вес арамидной пульпы предпочтительно составляет менее 50%, или 45%, или 40%, или 35% общего веса волокна. В случае насыщенных полиолефиновых эластомеров, таких как эластомеры EOM или EBM, возможны высокие уровни содержания пульпы, тогда как для других эластомеров, таких как EPDM или CR, требуется более низкий диапазон, меньший или равный 40%, или 35%, или менее, от общего количества волокна.

[0051] Более непосредственно связанным с конечными свойствами является объемное процентное содержание волокна и относительное количество пульпы в процентах от общего объема волокна. Эти количества пульпового и штапельного волокна являются важными, и могут быть выбраны, для желательных конечных свойств композиции, а также для ее обрабатываемости, и могут зависеть от других факторов, таких как длина волокна и степень фибриллирования, и от выбора эластомера. Например, если в разнообразных вариантах исполнения они основываются на пара-арамидном волокне длиной от 1 до 3 мм для обеих из штапельной и пульповой частей полиолефиновых эластомеров, общее объемное содержание волокна преимущественно составляет между 3 и 19 объемными процентами. Общая концентрация волокон может благоприятным образом составлять между 5 и 17 объемными процентами, или между 7 и 15 объемными процентами. Общее содержание волокна в объемных процентах может быть от 9 до 13 объемных процентов. Диапазон объемного содержания арамидной пульпы составляет более 0, или более 5% или 10%, и менее 100%, или 70%, или 60% от общего объема волокна. Объемное содержание арамидной пульпы предпочтительно составляет менее 50% общего объема волокна. Уровень содержания пульпы предпочтительно составляет 40% или менее от всего волокна. Содержание пульпы наиболее предпочтительно составляет менее 35% общего содержания волокон.

[0052] Другие ингредиенты в композиции могут быть выбраны так, как это является обычным в технологии. Квалифицированному специалисту в соответственной области технологии было бы понятно, что эластомер мог бы быть модифицирован с включением дополнительных материалов, например, пластификаторов, противостарителей, армирующих дисперсных наполнителей, таких как сажа или кремнезем, отвердителей, вспомогательных реагентов, и, возможно, других волокон, как натуральных, так и синтетических, таких как волокна из хлопка, кенафа, конопли, шерсти, льна, древесные волокна, нейлон, сложный полиэфир, вискоза, поливиниловый спирт, поливинилацетат, акриловые полимеры, и т.д. Если вводятся другие высокомодульные штапельные волокна со сходными длиной и упрочняющим действием, как описанные выше основные волокна, они должны быть включены в общее содержание волокон.

[0053] Для лучшей износоустойчивости полиолефиновые эластомерные композиции могут быть отверждены пероксидами с подходящими вспомогательными реагентами. Предпочтительными вспомогательными реагентами являются соли металла и α,β-ненасыщенной органической кислоты, как раскрыто в Патенте США № 5,610,217, полное содержание которого тем самым включено здесь ссылкой. Примерными солями металлов являются диакрилат цинка и диметакрилат цинка (ZDMA).

[0054] Смешивание, каландрование, формование, и т.д.

[0055] Волокна могут быть добавлены к эластомерной композиции любым подходящим или традиционным способом, таким как первоначальное введение фибриллированных волокон в подходящую первую эластомерную композицию с образованием наполненной волокном маточной смеси, имеющей, например, конечное содержание волокна около 50% по весу, или любое другое пригодное количество; после этого добавление наполненной волокном маточной смеси к эластомерной композиции ремня, чтобы обеспечить надлежащее распределение волокна в эластомерной композиции ремня; и затем формование ремня с этой наполненной волокном маточной смесью любым пригодным или традиционным способом.

[0056] Примеры

[0057] В нижеследующих примерах соответствующие изобретению примеры обозначены как «Ex.», и сравнительные примеры как «Comp.Ex.».

[0058] В первой серии примеров резиновые композиции показаны в объемных процентах в Таблице 1, и в phr в Таблице 2. Ex.1 и Ex.2 иллюстрируют резиновые композиции на основе EOM-эластомера с двумя различными отношениями пульпы Kevlar и пара-амидного (рубленого до 1 мм продукта Technora) штапельного волокна. Ex.3 основывается на EPDM с уровнями содержания волокон, подобными Ex.2, тогда как Comp.Ex.4 основывается на CR-эластомере. Следует отметить, что EPDM-эластомер представляет собой Vistalon 2504 фирмы Exxon, с очень низкой вязкостью по Муни около 25, и с широким молекулярно-массовым распределением, и включает в себя около 10 phr масла, причем все параметры предполагаются содействующими диспергированию большого количества введенного волокна. С другой стороны, EOM-эластомер имеет гораздо более высокую вязкость по Муни около 37, (что указывает на более высокую молекулярную массу), и практически без добавления масла, и к тому же было найдено, что смешение, вальцевание и каландрование EOM-композиций были гораздо более легкими, чем EPDM-составов.

[0059] Результаты испытаний компаундов показаны в Таблице 3.

[0060] Реологические характеристики компаундов оценивали согласно стандарту ASTM D-1646 на вискозиметре Муни с малым ротором, действующим при температуре 132°С (270°F) в течение 30 минут (результаты числа пластичности по Муни в Таблице 3). Кроме того, вязкость по Муни оценивали с большим ротором при температуре 125°С. Характеристики вулканизации оценивали согласно стандарту ASTM D-5289 на безроторном приборе для определения степени отверждения при температуре 177°С в течение 30 минут и при 200°С в течение 3 минут. В Таблице 3 ML обозначает минимальный крутящий момент, MH обозначает максимальный крутящий момент, S' представляет синфазный крутящий момент, и S'' представляет несинфазный крутящий момент. На основе MH, Ex.1 с предпочтительным уровнем содержания пульпы является самым жестким из этих материалов.

[0061] Физические свойства отвержденных компаундов также испытывали с использованием стандартного тестирования резины. В особенности интересны результаты испытания на растяжение по направлению волокон в области низкой деформации. Модуль определяли с использованием стандартных измерений модуля упругости при растяжении, в соответствии со стандартом ASTM D-412 (пуансон C, и с использованием 6ʺ/мин скорости траверсы), и «модуль» (M5 и М10) здесь подразумевает напряжение растяжения при данном относительном удлинении (5% и 10%, соответственно), как определено в стандартах ASTM D-1566 и ASTM D-412. Твердость резины испытывали на стандартных образцах для вдавливания с помощью твердомера согласно стандарту ASTM D-2240, с использованием шкал Shore-A и Shore-D, для исходных и состаренных в термошкафу образцов компаундов. Результаты испытаний на отрыв, полученные согласно стандарту ASTM D-624, пуансон-С, в двух различных направлениях, вдоль волокна и поперек волокна, включены для некоторых поддающихся измерению величин.

[0062] По характеристикам, полученным на твердомере и при растяжении, очевидно, что все они являются очень жесткими, твердыми композициями, раздвигающими границы того, что может быть названо гибкой резиной для ремня. Относительное удлинение по направлению волокон при разрыве (%Eb) при комнатной температуре составляет только около 15% для этих материалов, и напряжение при удлинении 5% или 10% (M5 и М10, соответственно) является довольно высоким. Характеристики по направлению волокон представляются непосредственно связанными с поперечной жесткостью вариаторного ремня. Однако значение %Eb по направлению поперек волокон, направлению гибкости ремня, является значительно более высоким. Фактически эти компаунды были преднамеренно выбраны для максимизации поперечной жесткости как раз в пределах обрабатываемости и гибкости по направлению поперек волокон. Коэффициент анизотропии (на основе либо M5, либо М10) представляет собой еще один показатель того, насколько хорошо компаунд должен быть способен изгибаться в одном направлении, в то же время будучи предельно жестким в другом. В то время как эти четыре компаунда имеют довольно сходные коэффициенты анизотропии, будучи компаундированными до сходных модуля или твердости, соответствующие изобретению примеры имеют значительно более высокое значение %Eb по направлению поперек волокон, прогнозируя гораздо более высокую гибкость в ремне, чем в сравнительных примерах. Предел прочности при растяжении по направлению поперек волокон (Tb) соответствующих изобретению примеров также в немалой степени является более высоким, чем в сравнительных примерах, как в исходном состоянии, так и после термического старения в течение 168 часов при температуре 150°С, что может быть отнесено на счет разницы в эластомерах. Величины предела прочности при растяжении по направлению волокон являются более сравнимыми, что объясняется сходством в содержании и ориентации волокон. Ясно, что материалы двух примеров Ex. имеют самые высокие значения M5 и М10 при комнатной температуре (RT) по обоим направлениям волокон. Как представляется, это непосредственно приводит к высокой жесткости ремня при сжатии, описываемой здесь позже, которая, в свою очередь, обусловливает превосходную работоспособность при применении вариатора.

[0063] В отношении резиновой композиции для вариаторного ремня желательно, чтобы она имела напряжение при растяжении по направлению вальцевания (направлению волокон), при деформации 5%, большее или равное 1800 psi, большее или равное 1900 psi, или большее или равное 2000 psi; и чтобы EOM-компаунд имел коэффициент анизотропии при деформации растяжения 5%, больший или равный 4, или больший или равный 4,5, или больший или равный 5. Это делает возможным применение EOM или EBM как с арамидной пульпой, так и с арамидным штапелем.

[0064] Таблица 3 включает в себя результаты трех испытаний на истирание для износоустойчивости, так называемого DIN-теста (стандарты DIN 53516 или ISO 4649), испытания на истирание PICO (стандарт ASTM D-2228), и испытания на абразиметре Табера (стандарт ASTM D-3389). Результаты испытаний DIN и Табера приведены в терминах потери объема, и чем они ниже, тем лучше. PICO-тест описан как показатель, и более высокий индекс показывает лучшее сопротивление истиранию. Можно видеть, что сопротивление истиранию для соответствующих изобретению примеров в общем эквивалентно или иногда является лучшим, чем в сравнительных примерах, в зависимости от того, какие тест и условия применялись.

[0065] Испытание на рост трещины при деформации изгиба на приборе DeMattia проводили согласно стандарту ASTM D-430 (с проколом) при комнатной температуре (RT) и 125°С, 0,5ʺ-ход. Испытания были проведены как по направлению волокон, так и поперек направления волокон, но не все результаты были достигнуты для всех компаундов. При комнатной температуре Ex.1 является примерно на порядок величины лучше, чем Comp.Ex. 3 и 4.

[0066] Динамические характеристики компаундов оценивали согласно стандарту ASTM D-6204 с использованием разверток температуре на тестере RPA2000 при 6,98% деформации после вулканизации композиции. Результаты измерений модуля упругости (G') компаундов показаны в ФИГ. 4 (Ex.2 не был включен в это испытание). Можно видеть, что соответствующий изобретению пример Ex.1 имеет гораздо более благоприятный температурозависимый модуль, чем Comp.Ex. 3 или 4. В частности, Comp.Ex.4 имеет существенное размягчение с ростом температуры. Действие на характеристики вариаторного ремня представляется как меньшее «истирание при нагреве», где работоспособность ремня ухудшается при более высоких эксплуатационных температурах.

[0067] Следует отметить некоторые наблюдения в плане обработки компаундов. Comp.Ex.4, основанный на CR-эластомере с низкой вязкостью по Муни и широким молекулярно-массовым (MW) распределением, содержит добавленное к композиции масло, но все же является довольно трудным для обработки в плане смешения и каландрования без скорчинга резиновой смеси. Чувствительность CR к нагреванию делает весьма затруднительным диспергирование волокна, в то же время с сохранением надлежащего сопротивления подвулканизации. Улучшенная теплостойкость и обрабатываемость этиленовых эластомеров являются преимуществом перед CR. В сравнительном образце EPDM использовали полимер с вязкостью 25 по Муни, с широким молекулярно-массовым распределением при приблизительно 10 PHR пластификатора, чтобы достигнуть надлежащей обрабатываемости, тогда как для этилен-альфа-олефинового эластомера с использованием полимера с вязкостью 37 по Муни для достижения хорошей обрабатываемости пластификатор не потребовался. Смещением отношения пульпового волокна к штапельному, в то же время используя уникальные свойства этилен-альфа-олефинового или полиолефинового эластомера, модуль, как показано значением MH компаунда, обеспечивает значительно улучшенный уровень жесткости в полученном ремне, который придает исключительную долговечность и способности выдерживать высокие нагрузки.

[0068] Кроме того, рассуждая о причинах наблюдаемого улучшения технических характеристик компаундов (но без намерения тем самым ограничивать область изобретения), это можно было бы объяснить более высокой вязкостью по Муни EOM, полимера с более высокой молекулярной массой. Кроме того, является общеизвестным, что металлоценовые полимеры могут иметь более узкое молекулярно-массовое распределение (MWD). Полимеры с более высокой молекулярной массой и более узким MWD часто проявляют лучшие физические свойства.

[0069] В порядке обобщения выводов из этой первой серии примеров, выбор EOM или другого насыщенного полиолефинового эластомера в качестве базового эластомера, с комбинацией арамидного пульпового и штапельного волокна при высоком общем содержании волокна, и с предварительно заданным отношением пульпы ко всему волокну, обусловливает способность применения эластомера с высокой вязкостью по Муни и меньшим количеством масла, приводя к более богатой полимером композиции, с лучшими характеристиками обрабатываемости, более высокими относительным удлинением по направлению поперек волокон или гибкостью, и прочностью при сходном или более высоком модуле по направлению волокон. Позже эти эффекты будут показаны как коррелирующие с весьма значительными улучшениями технических характеристик вариаторного ремня.

[0070] ТАБЛИЦА 1

Состав (об.%) Ex.1 Ex.2 Comp.
Ex.3
Comp.
Ex.4
EOM (Engage 8180) 63,12% 63,35%
EPDM (Vistalon 2504) 58,02%
CR (Neoprene GW) 53,14%
Пара-арамидная пульпа 3,35% 5,08% 5,10% 6,15%
Пара-арамидное штапельное волокно 7,58% 6,44% 6,46% 4,23%
Сажа 17,57% 16,94% 16,99% 21,87%
Масло 0,19% 0,18% 5,44% 2,29%
Антиоксидант 0,48% 0,46% 0,46% 2,68%
ZnО 0,27% 0,26% 0,26%
Вулканизирующий состав пероксида/соагента 7,43% 7,27% 7,27%
Вулканизирующий состав каучук/S, и т.д. 9,64%
Общий объем 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%
Пульпа/все волокно (объем/объем) 30,6% 44,1% 44,1% 59,3%

[0071] ТАБЛИЦА 2

Состав (phr) Ex.1 Ex.2 Comp.
Ex.3
Comp.
Ex.4
EOM (Engage 8180) 100,00 100,00
EPDM (Vistalon 2504) 100,00
CR (Neoprene GW) 100
Пара-арамидная пульпа 8,70 13,05 14,28 13,5
Пара-арамидное штапельное волокно 19,01 16,53 18,10 9,0
Сажа 57,07 54,35 59,52 60
Масло 0,31 0,29 9,43 3,5
Антиоксидант 0,92 0,87 0,95 4,3
ZnО 2,76 2,62 2,86
Вулканизирующий состав пероксида/соагента 19,88 19,21 21
Вулканизирующий состав каучук/S, и т.д. 27,50
Всего частей 208,65 206,92 226,14 217,8
Пульпа/все волокно (вес/вес) 31,4% 44,1% 44,1% 60,1%

[0072] ТАБЛИЦА 3

(продолжение) Ex.1 Ex.2 Comp.
Ex.3
Comp.
Ex.4
Число пластичности по Муни (270°F) MU
Начальное Vis. 185,39 156,77 156,96 130,58
Минимальное Vis. (ML) 98,86 76,04 71,57 75,87
3 Pt Rise (t3) 9,73 11,65 8,56
5 Pt Rise (t5) 12,38 15,24 11,70 7,26
ML(1+4) 89,50 76,64 71,62 76,16
Вязкость по Муни 125°С (ML1+4)MU
ML 141,05 83,87 93,55
ML(1+4) 104,92 93,55
MDR 2000E (3 минуты при 200°С), фунт.дюйм
MH 54,98 38,88 51,70 37,88
MH-ML 52,13 36,41 49,41
ML 2,85 2,47 2,29 4,57
Конечный S' 54,87 38,75 51,70 42,45
Конечный Sʺ 3,06 2,66 4,37 3,61
Scorch2 0,21 0,27 0,23 0,31
T99 (мин) 1,95 1,70 2,31 2,71
Конечный тангенс дельта 0,06 0,07 0,08 0,09
MDR 2000E (30 минут при 177°С), фунт.дюйм
MH 64,15 47,46 55,45 32,79
MH-ML 61,08 44,97 53,76
ML 3,07 2,49 2,04 4,39
Конечный S' 63,69 47,12 55,45 37,17
Конечный Sʺ 2,83 2,40 4,33 5,30
Scorch2 0,44 0,50 0,46 1,27
T99 (мин.) 13,16 13,43 13,89 28,06
Конечный тангенс дельта 0,04 0,05 0,08 0,14
Твердомер Shore-A 95,81 95,33 92,00
Твердомер Shore-D 56,03 53,44 53,33
Удельный вес 1,17 1,15 1,18 1,41
Исходное растягивающее усилие при RT, psi
ВДОЛЬ ВОЛОКОН
%Eb 15,54 14,71 14,63 14,32
M5 2315,57 2184,36 1749,13 1419,61
M10 3427,39 3116,31 3173,05 2882,15
Tb 3624,92 3084,48 3317,44 3380,58
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 470
ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
%Eb 105,94 141,09 72,84 77,30
M5 435,88 399,26 265,00 317,80
M10 683,77 633,56 434,75 515,98
М20 1032,43 957,40 741,46 795,94
М25 1157,92 1067,48 868,83 898,17
М50 1499,06 1368,65 1269,05 1245,33
М100 1252,81 1616,81
Tb 1850,00 1707,97 1425,49 1479,36
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 246
Коэффициент анизотропии при 5%, RT 5,34 5,47 6,60 4,47
Коэффициент анизотропии при 10%, RT 4,95 4,92 7,30 5,59
Исходное усилие при 125°С, psi
ВДОЛЬ ВОЛОКОН
%Eb 12,06 12,50 9,03
M5 1014,12 1059,16 1261,06
M10 1492,92 1428,77
Tb 1637,76 1443,76 1666,93
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 151
ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
%Eb 59,68 55,65 38,53
M5 171,52 155,51 165,65
M10 304,17 262,75 292,91
М20 503,71 402,78 493,38
М25 577,20 451,26 563,75
М50 797,27 595,01
Tb 836,10 610,09 675,66
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 101
Коэффициент анизотропии при 5%, 125°С 5,91 6,81 7,61
Коэффициент анизотропии при 10%, 125°С 4,91 5,44
Состаривание в термошкафу, 168 часов, 150°С, psi - RT
Твердомер Shore-A 96,39 93,00
Твердомер Shore-D 57,44 52,67
ВДОЛЬ ВОЛОКОН
%Eb 14,74 14,28 11,49
M5 2527,34 2340,17 1800,03
M10 3648,84 3373,09 3832,05
Tb 4385,98 3399,88 4150,52
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 507
ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
%Eb 87,08 99,93 38,99
M5 500,76 454,48 489,68
M10 789,96 721,94 808,70
М20 1212,16 1096,60 1255,09
М25 1374,04 1218,12 1401,34
М50 1749,29 1535,91
М100 1944,49 1096,60
Tb 2127,53 1752,69 1647,62
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм кH/м 268
Состаривание в термошкафу, 168 часов, 150°С, psi.
Вытягивание при 125°С
ВДОЛЬ ВОЛОКОН
%Eb 10,06 10,13
M5 1144,21 1240,02
M10 1924,78 1724,41
Tb 1890,06 1722,67
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм 238
ПОПЕРЕК ВОЛОКОН
%Eb 52,82 58,39
M5 168,94 178,88
M10 321,81 321,63
М20 544,26 519,49
М25 631,68 586,28
М50 882,77 653,05
Tb 846,56 805,90
Энергия разрушения «С», отрыв, фунт/дюйм 101
Din-истирание (отверждение 35 мин. при 350°F)
Горизонтальная потеря объема (мм3) 130,93 138,40 161,97
Вертикальная потеря объема (мм3) 107,87 94,60 101,00
Износоустойчивость по Pico 35 при 350°F
RT, горизонтально 111,07 85,60 71,74
RT, вертикально 378,71 247,30 287,00 333,77
100°С, горизонтально 53,35 39,30
100°С, вертикально 97,71 64,80 40,70
Абразиметр Табера - потеря объема (мм3)
RT, циклов (1000), вес груза (1000 г), всасывание (70), Н-18 212,42 268,20 213,60 248,78
RT, циклов (2000), вес груза (1000 г), всасывание (0), круглый чугун 2,66 4,20 4,30 4,22
Изгиб на приборе DeMattia (проколотый/ход 0,5ʺ)
[дюйм/МГц]
RT, поперек волокон 56 511 307
125°С, поперек волокон 5888 511 3680
125°С, вдоль волокон 9200
[кГц/дюйм] или [кГц/2,54 см]
RT, поперек волокон 53,38 2,54 3,26
125°С, поперек волокон 0,44 2,54 0,76

[0073] Во второй серии примеров композиций сравнивали четыре различных полиолефиновых эластомера с одинаковым базовым составом. Композиции, в phr, показаны в Таблице 4. Общее содержание волокон составляло около 28 phr и около 11 об.%. Количество пульпы составляло около 31% от общего веса волокон. Основной целью этой серии была оценка обрабатываемости, в плане диспергирования ингредиентов во внутреннем смесителе, обработки на двухвалковых вальцах, обе операции из которых повторяли по три раза. Результаты представлены в Таблице 4 с символом «+», показывающим очень хорошую обрабатываемость и диспергирование, «о», означающим подходящие или приемлемые обрабатываемость и диспергирование, «-» показывающим не очень хорошую обрабатываемость на вальцах и некоторые недиспергированные ингредиенты после смесителя, и «--», указывающим на плохую обрабатываемость. Как показано, некоторые композиции выходили из смесителя рыхлыми, но, как правило, объединялись в целое на вальцах. В худшем случае проявлялась чешуйчатая поверхность, даже после вальцевания и трех проходов в смесителе. Очевидно, что при всех одинаковых ингредиентах, при этих уровнях содержания волокон лучшим является EOM, EBM представляется приемлемым, EPM затруднительно, но можно использовать, и EPDM является самым трудным в обработке.

[0074] ТАБЛИЦА 4

Состав (phr) Ex.5 Ex.6 Ex.7 Comp.
Ex.8
EOM (Engage 8180) 91,3
EBM (Exact 9061) 0 91,3
EPM (Vistalon V706) 0 91,3
EPDM (Nordel 3745) 0 91,3
Сажа 57,07
Пара-арамидный штапель, 1 мм 19,15
50%-ная пара-амидная пульпа в маточной смеси EPDM 17,4
Антиоксидант 0,92
ZnО 2,76
Парафиновое масло 0,31
Пероксидный вулканизирующий состав 20,36
Всего частей 209,27
Пульпа/все волокно (вес/вес) 31%
1-ый проход в смесителе + + рыхлый рыхлый
На вальцах + хрупкий о -
2-ой проход в смесителе + о рыхлый рыхлый
На вальцах + о о о
3-ий проход в смесителе + + - рыхлый
На вальцах + + -чешуйки --чешуйки
Общая обрабатываемость + о - --

[0075] Примеры ремней и результаты испытаний:

[0076] В первом сравнении ремни в двух вариантах исполнения, ремень А и ремень В, сравнивают с двумя вариаторными ремнями промышленного производства: сравнительным ремнем C, который продается фирмой Gates Corporation, и сравнительным ремнем D, обозначенным номером детали 715000302. Все эти ремни имеют практически такие же размеры, как показано в Таблице 5, с номинальной верхней шириной 31 мм, длиной 952 мм, и V-углом 26°. сравнительные ремни С и D являются более тяжелыми, чем ремни А и В, поскольку плотность CR-эластомера превышает плотность EOM. Ремень В был изготовлен из тех же соответствующих изобретению материалов, что и ремень А, но имел несколько меньшее количество резины в подкордовой части ремня, делая ремень В немного тоньше и легче. Сравнительные ремни С и D рассматриваются как примеры в высокой степени оптимизированных ремней с использованием традиционных резиновых композиций.

[0077] Эти ремни были подвергнуты ряду испытаний, предназначенных для выявления разницы в технических характеристиках. Эти испытания включают в себя кондиционирование ремней перед испытанием продолжительностью около шести часов, с последующим испытанием на нагрузочную способность, испытанием на осевую жесткость, испытанием на потери при изгибе, и в конце этих испытаний (в целом около 8 часов) испытанием на потерю веса ремня.

[0078] Результаты испытания на потерю веса ремня показаны в Таблице 5. Начальный вес соответствующих изобретению ремней является приблизительно на 20% ниже, чем ремней из CR для такого же размера ремня. Неожиданно оказалось, что после восьми часов испытания на работоспособность износ соответствующих изобретению вариаторных ремней был наполовину меньше степени износа сравнительного ремня D. Проверка конечных размеров ремней показала сочетание износа на боковых стенках и постоянного сокращения по ширине вследствие сжатия (проявившееся небольшим увеличением толщины).

[0079] ТАБЛИЦА 5

Ремень А Ремень В Сравнительный ремень С Сравнительный ремень D1
Состав корпуса Ex.1 Ex.1 Comp.Ex.4 CR
Работающий на растяжение корд арамид арамид арамид арамид
Вес (г) 396,29 379,4 474,42 461,50
Толщина (мм) 15,20 14,83 15,25 16,79
Расчетная длина (мм) 952 952 951 951
Испытание на потерю веса ремня (г) -0,94 -1,04 -1,74 -2,66
Изменение ширины (мм) -0,52 -0,51 -0,96 -0,77
Изменение толщины (мм) 0,07 0,08 0,12 0,07

1 Сравнительный ремень D представляет собой показательный высокосортный ремень конкурента с неизвестными подробностями, но, как представляется, состоит из CR-эластомера с арамидным работающим на растяжение кордом.

[0080] Испытание на нагрузочную способность разработано для моделирования условий работы вариаторного ремня в приводе со всеми существенными явлениями, происходящими при эксплуатации. Это испытание проводится в контролируемой, воспроизводимой среде, и параметры измеряются настолько, насколько это осуществимо, в том числе потеря скорости, проскальзывание ремня и осевая деформация ремня. В дополнение, измеряется температура ремня, так как она повышается вследствие потерь на трение и потерь энергии на гистерезис. Испытание проводится на электрическом динамометре, имитирующем условия работы вариаторного ремня на понижающей передаче. Во время испытания скорость ведущего вала является постоянной при 1500±1 об/мин. Варьируются прилагаемый крутящий момент и нагрузка на ступице. Тестовые параметры выбираются таким образом, что некоторые из испытуемых ремней достигают экстремальных условий: (1) температуры ремня вплоть до около 170°С; или (2) чрезмерной потери скорости (до 15%, вызванной проскальзыванием ремня и деформацией ремня в шкивах).

[0081] Конструкция устройства 500 для испытания на нагрузочную способность показана в ФИГ. 5. Электрический двигатель 505 приводит в движение ведущий шкив 510 на левой стороне, и вариаторный ремень 100 передает движение на второй шкив 520, где электрический генератор (не показан) создает сопротивление кручению. Генератор смонтирован на оправке, которая может смещаться вправо, прилагая постоянное общее натяжение, то есть, нагрузку Н на ступице, с датчиком 526 положения. При фиксированном расстоянии между двумя половинами шкивов, нагрузка на ступице, или общее натяжение, контролирует осевую нагрузку, прилагаемую к ремню в ведущем и ведомом шкивах. До некоторой степени это моделирует функцию ведомого CVT-сцепления. Промежутки внутри шкивов позволяют изменять расчетные диаметры ремня, отслеживаемые датчиками 522 и 524, и заданное передаточное число. Для этих испытаний передаточное число настраивается приблизительно на 1,6. Фактическое передаточное число будет изменяться при приложении крутящего момента и нагрузки на ступице, и на него также влияет температура бегущего ремня, измеряемая датчиком 530.

[0082] Потеря скорости, s, определяется как процентная доля изменения скорости ведомого шкива, Nn, вследствие изменения нагружающего момента. Она рассчитывается относительно скорости ведомого шкива при нулевом крутящем моменте, Nn0 (вне условий для потери скорости), согласно следующей формуле:

[0083]

[0084] Потеря скорости получается непосредственным измерением скоростей обоих валов. По время испытания скорость ведущего шкива поддерживается постоянной с точностью до около 0,1%. Проскальзывание ремня также может быть определено по потере скорости и измеренным расчетным диаметрам ремня.

[0085] В испытании на нагрузочную способность ремни А и В показывают гораздо лучшую работоспособность, превосходя сравнительные ремни С и D, как видно в ФИГ. 6. Более конкретно, потери скорости являются более низкими примерно на 50%, в зависимости от уровня крутящего момента. Ремни А и В могли бы работать при более высоком крутящем моменте без достижения упомянутых выше экстремальных условий. Применение ремня А или В на том же транспортном средстве имело бы результатом более высокую максимально достижимую скорость, чем с одним из сравнительных ремней. Кроме того, температуры соответствующих изобретению ремней является более низкими на величину от 30 до 40°С, в зависимости от уровня мощности. Потеря скорости и осевая деформация ремня являются основными причинами выделения тепла, и повышенная температура ремня видна в ФИГ. 6. Для поддерживания температур ремня от выхода из-под контроля сохранением потери скорости на некотором приемлемом уровне (<4%) потребовалось бы ограничение крутящего момента, при котором ремень может использоваться в течение длительного времени. Таким образом, соответствующие изобретению ремни А и В могут эксплуатироваться при более высоких непрерывных крутящих моментах или нагрузках, относительно сравнительных ремней.

[0086] В испытании на нагрузочную способность потеря скорости имеет место при любых условиях нагрузки. В результате этого передача мощности, Р, CVT-приводом связана с потерей мощности, Ps, вследствие потери скорости. Это может быть выражено формулой, Ps=P×s%. Результаты потери мощности показаны в ФИГ. 7. Соответствующие изобретению Ремни являются значительно более эффективными, чем сравнительные ремни.

[0087] Наконец, в испытании на нагрузочную способность ремни нагружали за пределами уровней крутящего момента согласно ФИГ. 6 для выяснения способности ремней к выдерживанию кратковременной пиковой нагрузки. Эту часть испытания начинают при комнатной температуре и нулевом значении крутящего момента. Каждую минуту нагружающий момент повышают на 5 Нм, пока он не достигает 145 Нм. Полученная потеря скорости и температура ремня при трех выбранных уровнях крутящего момента и изменение ширины ремня при максимальном крутящем моменте показаны в Таблице 6. Эти температуры не представляют состояние теплового равновесия, поскольку испытание прекращают через 30 минут. Если бы испытание продолжали по истечении этого предельного времени, температуры ремней были бы гораздо более высокими. Для двух сравнительных ремней температуры ремней и уровни проскальзывания достигали предельных для материала величин. Ясно, что соответствующие изобретению ремни имеют гораздо более высокую способность к выдерживанию пиковой нагрузки, чем стандартные оптимизированные ремни.

[0088] Таблица 6 включает в себя сравнение изменения ширины ремня вследствие высокого нагрузочного момента. Это осевое сжатие ремня является одной из непосредственных причин потери скорости - изменение ширины ремня приводит к сокращению расчетного диаметра ремня в ведущем и ведомом шкивах, что имеет результатом снижение передаточного числа и потерю скорости. Соответствующие изобретению ремни проявляют гораздо меньшее осевое сжатие как прямой результат повышения характеристик поперечной жесткости соответствующих изобретению резиновых композиций. В дополнение, высокая работоспособность более тонкого ремня В наводит на мысль, что толщина может быть благоприятным образом сокращена при улучшении свойств этих резиновых композиций в поперечном направлении. Таким образом, может быть преимущественной толщина менее 15,0 мм. Положение корда также может быть благоприятным образом скорректировано со смещением ближе к задней поверхности или корням, чем к поверхности нижней стороны или корням, как иллюстрировано в ФИГ. 10.

[0089] ТАБЛИЦА 6

Ремень А Ремень В Сравнительный ремень С Сравнительный ремень D
Потеря скорости при крутящем моменте 100 Нм (%) 3,1 3,1 5,5 4,2
Потеря скорости при крутящем моменте 120 Нм (%) 3,9 4,0 7,7 6,2
Потеря скорости при крутящем моменте 145 Нм (%) 5,2 5,7 12,6 11,3
Температура ремня при крутящем моменте 100 Нм (°С) 83 79 103 96
Температура ремня при крутящем моменте 120 Нм (°С) 96 93 126 118
Температура ремня при крутящем моменте 145 Нм (°С) 117 116 171 159
Изменение ширины ремня при крутящем моменте 145 Нм (мм) -0,4 -0,7 -1,8 -1,6

[0090] Испытание на динамическую осевую жесткость («DAST») проводили на этих четырех ремнях для выявления непосредственного влияния резиновой композиции на ремень. Как обсуждалось выше в разделе о предпосылках изобретения, изменение ширины ремня, обусловленное сжатием ремня при натяжении в приводе, является одной из ключевых характеристик ремня, поскольку оно влияет на потерю скорости или передаточное число и потерю энергии в CVT-приводе, приводя к более высокой температуре и более низкой эффективности привода. В DAST выясняется влияние натяжения ремня на изменение ширины ремня. Конфигурация испытательного устройства является такой же, как использованная для испытания на нагрузочную способность (ФИГ. 5).

[0091] Осевая жесткость ремня определяется для конкретной испытательной конфигурации:

[0092]

[0093] Изменение прилагаемой нагрузки на ступице, ΔH, в приводе проявляется в изменении ширины ремня, ΔW. Усилие нагрузки на ступице пересчитывается в компонент действующей по осевому (параллельно оси вала) направлению силы. Оно представляет давление между ремнем и стенкой шкива. С использованием того факта, что угол канавки шкива А=26 градусов, в этом испытании получается константа 2,17.

[0094] Для целей испытания на динамическую осевую жесткость ремень устанавливают на привод с расчетным диаметром ведущего шкива 95±5 мм, передаточным числом 1,6±0,1, крутящим моментом нагрузки 30 Нм, и скоростью ведущего вала 1500 об/мин. Начальную нагрузку на ступице регулируют на Н=3000±100 Н, и ремень прогоняют в течение около 30 минут, пока температура ремня не станет выше 90°С, но не более 120°С. Регистрируют радиальное положение ремня. Затем нагрузку на ступице постепенно снижают до Н=600 Н, измеряя радиальное положение ремня на каждой стадии. Описываемую осевую жесткость рассчитывают по разности величин ширины ремня между 3000 Н и 600 Н с использованием вышеуказанной формулы. Жесткость представляется как наклон наиболее соответствующей линии наименьших квадратов по значению Н относительно величины ΔW. В принципе испытание может быть проведено на ремнях с любой шириной, но предпочтительно ширина ремня варьирует от 25 мм до 35 мм. Подобным образом, длина ремня не должна очень сильно влиять на испытание. Испытание также могло бы быть масштабировано, если бы потребовалось оценивать очень маленькие или очень большие ремни. Для маленьких ремней может быть снижена нагрузка на ступице, все еще обеспечивая область линейной характеристики для определения жесткости. Для крупных ремней значения нагрузки на ступице могут быть увеличены для обеспечения посадки ремня в шкивы и достижения подходящего сокращения ширины. Поэтому нагрузка на ступице должна выбираться надлежащим образом, в зависимости от максимального прилагаемого натяжения в приводе. При сходном расчетном диаметре размер ремня не должен слишком влиять на величины поперечной жесткости. Однако, если для маленьких ремней требуются шкивы (или расчетная линия) малого диаметра, или шкивы или расчетная линия большого диаметра для большеразмерных ремней, тогда жесткость должна быть скорректирована на разницу в величине дуги охвата, чтобы сравнивать результаты с этими ремнями ATV-размера. Корректирование могло бы быть эквивалентным измерению значения модуля вместо жесткости. Более предпочтительной является оценка поперечной жесткости ремня с использованием описываемого далее испытания на сжатие, при постоянных площади и толщине образца.

[0095] Обобщение результатов испытания DAST показано в Таблице 7. Так, резиновая композиция ремня в ремнях А и В непосредственно приводит к снижению величины сокращения ширины, которое приписывается увеличенной осевой жесткости ремня, относительно сравнительных ремней. Ремни А и В проявляют динамическую осевую жесткость, которая в среднем примерно на 75% выше, чем у сравнительных ремней С и D. Это, в свою очередь, приводит к описанным ранее улучшениям работоспособности, а именно, более низкой рабочей температуре ремня, сниженному радиальному проскальзыванию, более высокой допустимой нагрузке и к более низким потерям скорости. В таких вариантах применения, как ATV, это должно обусловливать лучшее ускорение, более высокие максимальные скорости, более низкие температуры ремня, меньшее истирание, и т.д. Это также должно сокращать потерю мощности, требуемой для радиального скольжения ремня внутрь шкивов и наружу из них при входе и выходе, когда ремень перемещается между разными зазорами и внутри шкивов.

[0096] С учетом результатов испытания на динамическую осевую жесткость и их корреляции с техническими характеристиками CVT-привода, предпочтительно, чтобы резиновый вариаторный ремень проявлял динамическую осевую жесткость ремня свыше 5,0 кН/мм, или более 6,0 кН/мм, или более 7,0 кН/мм, или от около 7 до около 8 кН/мм. Должно быть понятно, что эти величины основываются на размерах ATV-ремней и описываемой здесь конфигурации испытательной установки, и могут быть преобразованы на подобном принципе для других размеров ремней на других испытательных устройствах.

[0097] ТАБЛИЦА 7

Ремень А Ремень В Сравнительный ремень С Сравнительный ремень D
Сокращение ширины ремня при Н=3 кH (мм) 0,88 0,90 1,60 1,51
Динамическая осевая жесткость ремня1 (кН/мм) 7,4 7,3 4,1 4,3

1 Приблизительно при температуре 90°С.

[0098] С учетом вышеуказанных результатов было разработано упрощенное испытание на осевую жесткость на основе стандарта ASTM D575-91 (повторно утвержденного в 2012 году), Метод А испытания, и называемое здесь Gates-испытанием на сжатие («GCT»). Метод стандарта ASTM D575 используется для измерений сжатия эластомерных материалов с использованием стандартных цилиндрических штифтов с диаметром 28,6±0,1 мм, то есть, с площадью круглого поперечного сечения около 650 мм2 (1,000 дюйм2), и высотой 12,5±0,5 мм (0,5 дюйма). Сделать такой образец из вариаторных ремней невозможно, поскольку по длине ремень выполнен так, как иллюстрировано в ФИГ. 10. Создают начальный черновой кусок ремня 110. Ремень разрезают по ширине до 12,5±0,5 мм (0,5 дюйма) с параллельными боковыми поверхностями 118 (и соответствующей противоположной поверхностью, которая не видна). Образец 110 ремня по длине обрезают по меткам 116 и 117 разреза, отбрасывают концевые участки 119 и 120, с получением конечного испытательного образца 122 с общей площадью боковой поверхности 118 650±5 мм2, которую подтверждают с использованием цифрового микроскопа со способностью измерять площадь. Ввиду жесткости материалов и относительно малых деформаций, наждачную бумагу (предусматриваемую для проведения ASTM-теста) между плоскими рабочими поверхностями прибора для испытания на сжатие и образцом 122 не применяют.

[0099] Испытания проводят на приборе для динамического испытания на растяжение с использованием трех образцов, вырезанных из одного и того же ремня, измеряемых по отдельности. Кроме того, испытания выполняют с использованием синусоидального сигнала смещения и регистрацией усилия при изменении смещения. Испытание проводили при трех различных частотах 2,5 Гц, 15 Гц и 30 Гц, и двух значениях температуры 23°С и 90°С, хотя могли бы быть использованы другие условия. Зависимость от частоты была не очень значительной, так что использовали результаты при 15 Гц. Температура 90°С представляет типичный эксплуатационный диапазон вариаторного ремня при высоких нагрузках. Диапазон смещения основывается на измеренной типичной осевой деформации вариаторного ремня (то есть, сжатии) в шкивах CVT-привода при условиях относительно высокой, близкой к максимально допустимой нагрузке для вариантов применения, а именно, от 0,3 до 0,9 мм.

[0100] ФИГ. 8 показывает пример результатов Gates-испытания на сжатие («GCT») образца вариаторного ремня для сравнительного ремня С, испытанного при температуре 90°С. Следует отметить, что участок нагружения (нижняя часть петли, указанная стрелкой) является по существу линейным, наклон которого представляет обсуждаемую осевую жесткость. Результаты необязательно могут быть нормализованы по площади и толщине образца, но здесь это не будет сделано, поскольку все образцы имеют одинаковые размеры. Некоторые ремни проявляют более выраженную кривизну в силовой реакции, такие как сравнительный ремень D, показанный в ФИГ. 9. Для всех испытанных образцов участок между смещением на -0,6 и -0,9 мм был по существу линейным для представления наклона или значения жесткости, как показано в ФИГ. 9. Таким образом, жесткость при сжатии рассчитывается с использованием линейного участка кривой, как иллюстрировано стрелкой между смещением -0,6 мм и -0,9 мм (максимальное смещение).

[0101] Таблица 8 показывает результаты испытания для серии сравнительных ремней, найденных на рынке, а также соответствующего изобретению ремня А. Четыре ремня, испытанных как в GCT, так и в DAST, показывают хорошую корреляцию между двумя тестами, хотя значения DAST проявляют тенденцию быть более высокими, чем значения GCT, при одной и той же температуре 90°С. Разница могла бы быть обусловлена действием силы трения в радиальном направлении, имеющего место между ремнем и шкивом в DAST. Соответствующий изобретению ремень выделяется из серии самой высокой жесткостью в обоих испытаниях. Таким образом, жесткость согласно GCT также коррелирует с характеристиками CVT-привода.

[0102] С учетом результатов Gates-испытания на сжатие и их корреляцией с характеристиками CVT-привода, предпочтительно, чтобы резиновый вариаторный ремень проявлял жесткость по Gates-испытанию на сжатие, более высокую или равную 5,0 кН/мм при температуре 90°С, или превышающую 6,0 кН/мм, или 7,0 кН/мм или 8 кН/мм при комнатной температуре, или от около 8 до около 9 кН/мм при комнатной температуре.

[0103] ТАБЛИЦА 8

Ex. Описание W [мм] GCT/23°C k[кН/мм] GCT/90°C k[кН/мм] DAST k[кН/мм]
Ремень А Ремень А согласно изобретению 33 8,6 5,0 7,4
Ремень В Ремень В согласно изобретению 33 - - 7,3
Сравнительный ремень С Gates CR-арамидный корд 33 5,1 3,3 4,1
Сравнительный ремень D MBL BRP 715000302 33 3,7 3,0 4,3
Сравнительный ремень E MBL BRP 715900212 33 1,9 1,5 -
Сравнительный ремень F Huansong (Blue Label) 2113SS-305 33 2,9 1,8 -
Сравнительный ремень G Huansong (Bando) 911.531.528 33 3,1 3,1 -
Сравнительный ремень H Carlisle JD M168196 RSX-182 31 3,2 2,5 -
Сравнительный ремень I Gates CR-углеродный корд 33 4,6 2,9 4,6
Сравнительный ремень J Huansong (Red Label) 2213SS-220 33 3,7 2,4 -
Сравнительный ремень K Ремень скутера, EPDM-углеродный корд 22 4,4 3,7 -
Сравнительный ремень L Ремень скутера, EPDM-корд из сложного полиэфира 20 5,8 4,8 -

[0104] Дополнительное испытание на потери при изгибе вариаторного ремня было проведено на ремнях A-D, здесь называемое Испытанием на потери при изгибе («BLT»). Это испытание способно разделить два источника потерь, потерю при изгибе и потерю на радиальное трение. Устройство BLT для измерения потерь при изгибе и на радиальное трение в вариаторных ремнях было подобно конфигурации устройства LCT, описанного в ФИГ. 5. Устройство позволяло измерять нагрузку на ступице, скорости вала и крутящие моменты при выбранной температуре, которая опять же составляла 90°С.

[0105] Измеренные потери представляют крутящий момент, необходимый для вращения вариаторного ремня в простом приводе с двумя шкивами малого диаметра, без сопротивления, приложенного к ведомому валу. Для упрощения, измеренные при относительно низкой нагрузке на ступице потери крутящего момента определяются как потери при изгибе ремня, и разность в потерях крутящего момента вследствие увеличения нагрузки на ступице определяется как потери на трение вследствие радиального проскальзывания.

[0106] Результаты испытания на потери при изгибе представлены двумя величинами: потерей при изгибе и потерей на радиальное трение. Они рассчитаны как средние значения из измеренных потерь крутящего момента. В Таблице 9 приведены результаты испытаний для четырех конструкций ремней, по три повторных теста для каждого зарегистрированного значения.

[0107] Потери вследствие изгиба являются примерно на 20% более высокими для соответствующих изобретению ремней, что может быть обусловлено более высоким модулем использованных резиновых композиций. В то же время потери на преодоление трения при радиальном проскальзывании на входе в шкив и на выходе из него являются приблизительно на 40% более низкими, приводя в целом к лучшей эффективности CVT-привода с соответствующими изобретению ремнями.

[0108] ТАБЛИЦА 9

Ремень А Ремень В Сравнительный ремень С Сравнительный ремень D
Потери при изгибе (Нсм) 59,63,55 51,54,51 50,52,46 51,45,49
Потери на трение (Нсм) 77,83,81 86,83,83 112,107,111 122,113,107

[0109] Таким образом, осевая жесткость соответствующих изобретению ремней А и В оказывается приблизительно на 70% более высокой, чем у других ремней, потери скорости являются более низкими при максимально допустимом крутящем моменте на величину от 2% до 5%, и потери вследствие изгиба являются примерно на 20% выше, тогда как потери на преодоление трения при радиальном проскальзывании на входе в шкив и на выходе из него являются приблизительно на 40% более низкими, приводя в целом к лучшей эффективности CVT-привода.

[0110] Описанные здесь резиновые композиции с волоконным наполнителем могут иметь другие варианты применения, кроме вариаторных ремней. Другие ремни для передачи мощности, такие как V-образные ремни и многоручьевые клиновые зубчатые ремни, для которых также полезна высокая поперечная жесткость, также могли бы быть в пределах области изобретения. Для зубчатых, или синхронных, приводных ремней также могли бы быть полезными эти принципы компаундирования, хотя эффект ориентирования в них был бы лучшим в направлении параллельно направлению движению ремня, по меньшей мере в зубьях, которое является направлением максимальной нагрузки на зубья.

[0111] Хотя настоящее изобретение и его преимущества были подробно описаны, должно быть понятно, что разнообразные изменения, замены и модификации могут быть сделаны здесь без выхода за пределы области изобретения, как определяемые пунктами прилагаемой формулы изобретения. Более того, область настоящего изобретения не предполагается быть ограниченной конкретными вариантами исполнения способа, устройства, обработки, состава материала, средств, методов и стадий, представленных в описании. Как будет легко понятно специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии из описания настоящего изобретения, способы, устройства, обработка, составы материала, средства, методы или стадии, существующие в настоящее время или разработанные позднее, которые исполняют по существу ту же функцию или достигают по существу такого же результата, как описанные здесь соответствующие варианты исполнения, могут быть применены согласно настоящему изобретению. Соответственно этому, пункты прилагаемой формулы изобретения предполагаются включающими в пределы своей области такие способы, устройства, обработку, составы материала, средства, методы или стадии. Раскрытое здесь изобретение может быть надлежащим образом внедрено в практику в отсутствие любого элемента, который не раскрыт здесь конкретно.

1. Бесконечный резиновый вариаторный ремень, содержащий основной корпус ремня, содержащий участок сжатия, участок растяжения, адгезивный участок и работающий на растяжение корд в контакте с адгезивным участком и встроенный между участком сжатия и участком растяжения, наклонные стороны, и c соотношением ширины к толщине порядка 2; причем по меньшей мере один из участка сжатия, участка растяжения и адгезивного участка содержит эластомерную композицию, содержащую насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер, штапельное волокно и фибриллированное волокно.

2. Ремень по п.1, в котором штапельное волокно представляет собой арамидное штапельное волокно, и фибриллированное волокно представляет собой арамидное фибриллированное волокно.

3. Ремень по п.2, в котором арамидное штапельное волокно представляет собой пара-арамид, и арамидное фибриллированное волокно представляет собой пара-арамид.

4. Ремень по п.1, в котором альфа-олефин этилен-альфа-олефинового эластомера представляет собой октен или бутен.

5. Ремень по п.4, в котором этилен-альфа-олефиновый эластомер представляет собой этилен-октеновый эластомер с содержанием этилена в диапазоне ниже 75% по весу и показателем текучести расплава менее 5 г/10 мин, на основе стандарта ASTM D1238-13, с нагрузкой 2,16 кг при температуре 190°С.

6. Ремень по п.1, в котором общее количество арамидного штапельного волокна и арамидного фибриллированного волокна составляет между 3 и 19 объемными процентами композиции, и между 1 и 65 phr.

7. Ремень по п.4, в котором этилен-альфа-олефиновый эластомер представляет собой этилен-бутеновый эластомер с содержанием этилена в диапазоне от 60,0% до 65,0% по весу.

8. Ремень по п.2, в котором объем арамидного фибриллированного волокна составляет менее 40% общего объема штапельного волокна плюс фибриллированного волокна в эластомерной композиции.

9. Ремень по п.2, в котором вес арамидного фибриллированного волокна составляет менее 40% общего веса штапельного волокна плюс фибриллированного волокна в эластомерной композиции.

10. Ремень по п.1, в котором ремень имеет жесткость согласно испытанию на динамическую осевую жесткость свыше 5,0 кН/мм.

11. Ремень по п.1, в котором ремень имеет жесткость согласно Gates-испытанию на сжатие, превышающую или равную 5,0 кН/мм, при температуре 90°С, и свыше 6,0 кН/мм при комнатной температуре.

12. Ремень по п.1, в котором общая толщина ремня составляет менее 15 мм.

13. Ремень по п.12, в котором положение корда является более близким к задней стороне, чем к нижней стороне ремня.

14. Бесконечный приводной ремень, содержащий основной корпус ремня, содержащий:

работающий на растяжение корд, встроенный в указанный корпус ремня, и

эластомерную композицию, содержащую эластомер, высокомодульное штапельное волокно, и высокомодульное фибриллированное волокно; причем высокомодульное фибриллированное волокно составляет менее 40% общего количества высокомодульного штапельного и фибриллированного волокна.

15. Приводной ремень по п.14 в форме зубчатого ремня, V-образного ремня, или многоручьевого клинового зубчатого ремня.

16. Ремень по п.14, в котором эластомер представляет собой этилен-альфа-олефиновый эластомер, и общее количество штапельного волокна и фибриллированного волокна составляет между 3 и 19 объемными процентами эластомерной композиции.

17. Ремень по п.14, в котором эластомер представляет собой насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер.

18. Ремень по п.14, в котором эластомерная композиция дополнительно содержит другие эластомеры в количестве менее 50% от всего присутствующего эластомера по весу.

19. Ремень по п.14, в котором как высокомодульное штапельное волокно, так и высокомодульное фибриллированное волокно представляют собой арамидные волокна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приводному ремню с токопроводящими слоями. Ремень (10) выполнен из эластомерного тела (12) ремня, электропроводящего корда (14) в кордовом слое, внешнего слоя (18) из электропроводящего термопластического материала, и электропроводящего тканевого слоя (16), расположенного между слоем корда и внешним слоем.

Группа изобретений относится к области машиностроения. Ремень фрикционной трансмиссии по первому варианту содержит пленку из термопластичной смолы и порошковый слой, размещенный на поверхностной стороне пленки из термопластичной смолы.

Изобретение относится к зубчатому ремню для силовой передачи. Зубчатый ремень (10) содержит основание (13) ремня, которое образовано посредством зубчатой резины (11) на одной стороне ее поверхности, опорной резины (12) на другой стороне поверхности, и встроенного корда (14), спирально намотанного в пограничном участке между зубчатой резиной (11) и опорной резиной (12).

Изобретение относится к клиноременной передаче. Система клиноременной передачи содержит малый шкив (2) и большой шкив (1).

Изобретение относится к фрикционной передаче при помощи ремня. Система ременной передачи содержит бесконечный ремень, огибающий ведущий шкив (1) и по меньшей мере один ведомый шкив (2-4), которые являются плоскими шкивами.

Ремень // 2438053
Изобретение относится к ремню, имеющему вершину зубца, взаимодействующую с заданной частью выемки звездочки таким образом, что натяжной корд поддерживается так, что он имеет по существу дугообразную форму между основаниями зубцов.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к зубчатым ремням. .

Изобретение относится к приводным ремням. .

Изобретение относится к приводным ремням. .

Изобретение относится к приводным ремням. .

Настоящее изобретение относится к ремню силовой передачи для бесступенчатой трансмиссии, а более конкретно к вариаторному ремню. Бесконечный резиновый приводной ремень, имеющий основной корпус ремня с участком сжатия, участком растяжения, адгезивным участком и работающим на растяжение кордом в контакте с адгезивным участком и встроенным между участком сжатия и участком растяжения, наклонные стороны. По меньшей мере, один из участка сжатия, участка растяжения и адгезивного участка имеет эластомерную композицию, которая включает в себя насыщенный этилен-альфа-олефиновый эластомер, штапельное волокно и фибриллированное волокно. При этом отношение ширины к толщине порядка величины от 2 до 3. В другом варианте ремень содержит эластомер, высокомодульное штапельное волокно и высокомодульное фибриллированное волокно. При этом фибриллированное волокно составляет менее 40 общего количества высокомодульного волокна. Достигается уменьшение проскальзывания. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил., 9 табл.

Наверх