EPDM型低成本同步齿形带的织物粘合性改进

摘要

本发明涉及对齿面具有改进的织物粘合性的同步齿形带，其能够通过RFL处理过的织物和EPDM基体的组合使用来获得，条件是RFL处理或基体包括ZDA，或者RF胶乳是X－HNBR胶乳。

说明书

本发明的背景

本发明涉及用作同步齿形带(timing belt)的带料，它在带的齿上引入布料或织物层，和涉及，当带是乙烯-α-烯烃弹性体组合物，如EPDM(乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物)时，优选通过间苯二酚甲醛胶乳(RFL)对织物的处理的使用和二丙烯酸锌盐(ZDA)的使用两者的联合，所改进的织物粘合性。

乙烯-α-烯烃弹性体组合物(它容易地加工)应该在动态应用中具有足够的机械性能和对纺织品增强材料的可接受的粘合性，使得它能够在诸如传动带(包括动力传送带和扁平传动带)、气垫、发动机安装座之类的应用中用作主要的基础弹性体组合物。但是，它们还未取得太多成功。

α，β-不饱和有机酸的盐在弹性体组合物中的使用是已知的。例如，Yarnell等人，US专利No.5,610,217，教导了在接受动态负荷的制品中用作主要弹性体组合物的弹性体材料，它包括乙烯-α-烯烃弹性体组合物，后者能够在高温和低温动态负荷条件下保持优异的耐磨性，抗起球性，拉伸强度，耐割口增长性，模量和对增强材料的粘合性。弹性体材料通过使用自由基促进物质来固化，并且包括由100重量份的用作该组合物的主要弹性体的乙烯-α-烯烃弹性体，约1-约30份/每百份重量的弹性体(phr)的α，β-不饱和有机酸的金属盐，它包括二丙烯酸锌盐，但是二甲基丙烯酸锌盐是最优选的，和约25-约250phr的增强填料的反应产物。

间苯二酚-甲醛胶乳的使用已知也用于处理织物。例如，Knutson，US专利No.6,695,733，教导了在制造低生长动力传送带时用RFL处理碳纤维抗拉帘线。Fujumoto等人，US专利No.6,641,905，也教导了用于动力传送带中的RFL处理聚酯纤维帘线，其中橡胶乳是氯磺化聚乙烯和烷基化氯磺化聚乙烯。Fujita等人，US专利No.5,609,243，教导了齿形传送带用的RFL处理过的织物。Takada等人，US专利No.6,294,600，教导了用作动力传送带的由RFL处理的粗帆布作为面料的乙烯-α-烯烃弹性体和N，N’-间-亚苯基双马来酰亚胺组合物。Hasaka等人，US专利No.6,524,417，教导了RFL处理纤维材料在乙烯-α-烯烃弹性体胶乳中的使用，该胶乳可通过硫化键接来固化并用于动力传送带。Di Meco等人，US专利No.6,656,073，教导了齿形带，其中齿部被具有对于布料而言特定的纬线和经线设计的布料所覆盖，但其中布料用RFL组合物处理。

本发明的概述

本发明是以下发现的结果：对齿面具有改进的织物粘合性的同步齿形带能够通过使用RFL处理过的织物和EPDM基体的组合来获得，条件是RFL处理或基体包括ZDA，或者RF胶乳是X-HNBR胶乳。

本发明的详细说明

典型的同步传动带包括弹性体主传送带基体部分和沿着主传送带基体部分的内周边的皮带轮接触部分。在本文中词语“皮带轮(sheave)”包括动力传送带所使用的正常滑轮和链轮，以及输送机(conveyor)和扁平传动带所使用的滑轮、辊子和类似机构。皮带轮和输送带系统的实例在美国专利No s.4,956,036和5,610,217中进行了说明，它们的内容被引入这里供参考。具体的皮带轮接触部分能够采取交替齿(teeth)和平台部分(land portions)的形式。抗拉层位于主传送带基体部分之内以便为传动带提供支持和强度，并且能够是，例如，沿着主传送带基体部分的长度方向纵向地校直排列的许多耐应变帘线的形式。但是，现有技术中已知的任何类型的抗拉层都可以使用和任何所需的材料可以用作抗拉体，如棉花，人造纤维，尼龙，聚酯，芳族聚酰胺，钢，玻璃纤维，碳和甚至为负荷承载能力而取向的不连续纤维。

主传送带基体部分是耐挠曲疲劳的，耐磨的，高拉伸强度，高模量弹性体组合物。该主传送带基体部分是从已经用自由基促进物质固化的乙烯-α-烯烃弹性体制备的。抗拉体位于基体部分内，并且皮带轮接触部分与该主传送带基体部分构成整体。弹性体组合物是通过根据普通橡胶加工实践将树脂混合物混合和混炼在一起来形成的，后者包括(按重量)100份的用作组合物的主要弹性体的乙烯-α-烯烃弹性体，约1-约30phr的α，β-不饱和有机酸的金属盐，和约25-约250phr的增强填料。在另外的粘合促进剂基本上不存在的情况下，这一弹性体材料当固化时对带的抗拉体显示出优异的粘合性。

乙烯-α-烯烃弹性体组合物可以任选含有通常用于弹性体组合物中的其它普通的添加剂。此类添加剂可以包括操作油和填充油，抗氧化剂，蜡，颜料，增塑剂，软化剂等等。这些添加剂能够以通常用于标准配合胶料中的量使用。

使用增强织物，并沿着带的交替齿和登陆段紧密地配合而形成它的上覆盖层。这一织物可以具有任何所需结构，如由任何所需角度的经纬线组成的普通机织织物，或可以由留间隔的纬线帘线保持在一起的经线组成，或具有针织或编织结构，等等。该织物可以用与该基体的相同或不同的弹性体组合物压延擦胶或贴胶。可以使用一层以上的织物。如果需要，织物可以斜切，这样股线与带的运动方向形成一定角度。可以使用应用下述材料的普通的织物，如棉纱，聚酯，聚酰胺，大麻纤维，黄麻，玻璃纤维和各种其它天然和合成纤维。在本发明的优选实施方案中，该织物层由可以膨胀的耐磨的织物组成，其中经线或纬线中的至少一种是由尼龙组成。在最优选的形式，织物层是由尼龙66弹力织物构成。

耐磨的织物位于带齿的周边表面上以提高齿偏向强度(sheerstrength)，和尤其在可浇注型带结构中，为了降低当带齿进入链轮的沟槽中时该带齿的攻击性，任何合适的或普通的材料都可以使用，其中包括卷曲尼龙，棉花，大麻纤维，黄麻，芳族聚酰胺，聚酯，和玻璃纤维。可以使用一层以上的织物。如果需要，织物可以斜切，这样股线与带的运动方向形成一定角度。该织物可以具有任何所需结构，如由任何所需角度的经纬线组成的普通机织织物，或可以由纬线帘线组成，或具有针织或编织结构，等等。

用于本发明中的乙烯-α-烯烃弹性体包括但不限于由乙烯和丙烯单元组成的共聚物(EPM)，由乙烯和丁烯单元组成的共聚物，由乙烯和戊烯单元组成的共聚物，或由乙烯和辛烯单元组成的共聚物(EOM)，和由乙烯和丙烯单元和不饱和组分组成的三元共聚物(EPDM)，和它们的混合物。作为EPDM的不饱和组分，任何合适的非共轭二烯都可以使用，包括，例如1，4-己二烯，双环戊二烯或乙叉基降冰片烯(ENB)。在本发明中优选的乙烯-α-烯烃弹性体含有约35wt％到约80wt％的乙烯单元，约65wt％到约25wt％的丙烯或辛烯单元，以及0-10wt％的不饱和组分。在更优选的实施方案中，乙烯-α-烯烃弹性体含有约55％-约78％(重量)的乙烯单元，和在最优选的实施方案中，乙烯-α-烯烃弹性体含有约65％-约75％的乙烯单元。在这些更优选的乙烯单元含量水平下，作为其主传送带基体部分而引入了本发明的这一优选实施方案的乙烯-α-烯烃弹性体组合物的环形带显示出改进的抗起球性。最优选的乙烯-α-烯烃弹性体是EPDM。

为了形成本发明的弹性体组合物，乙烯-α-烯烃弹性体可以任选地与低于50wt％，更优选至多约25wt％，和最优选约5％-约10％(基于组合物的总弹性体含量)的第二种弹性体材料进行共混，后者包括但不限于硅橡胶，聚氯丁二烯，氯醚橡胶，氢化丁腈橡胶，天然橡胶，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，乙烯甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物，丁苯橡胶，丁腈橡胶，氯化聚乙烯，氯磺化聚乙烯，烷基化氯磺化聚乙烯，反式聚辛烯橡胶，聚丙烯酸酯橡胶，丁二烯橡胶，和它们的混合物，以便微调某些机械性能，如高温行为和粘着性。

用于本发明的环形带中的乙烯-α-烯烃弹性体组合物进一步包括约25-约250phr和优选约25-约100phr的增强填料，如炭黑，碳酸钙，滑石，粘土或水合氧化硅，或这些的混合物。1-30phr的不饱和有机酸的金属盐和约25-约250phr和优选约25-约100phr的增强填料在过氧化物固化的乙烯-α-烯烃弹性体组合物中的引入保持了普通过氧化物固化的弹性体的热稳定性，同时提供通常与硫固化弹性体有关的撕裂强度和动态性能。

用于本发明中的自由基生成固化剂是适合于固化乙烯-α-烯烃弹性体的那些，并包括例如有机过氧化物和电离辐射。优选的固化剂是有机过氧化物，包括但不限于过氧化二枯基，双-(叔丁基过氧)二异丙基苯，过苯甲酸叔丁基酯，过氧化二叔丁基，2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷，α，α-双(叔丁基过氧基)二异丙基苯。优选的有机过氧化物固化剂是α，α-双(叔丁基过氧基)二异丙基苯。本发明所用的有机过氧化物的固化有效量典型地是约2-约10phr。有机过氧化物的优选水平是约4-约6phr。硫可以任选地以约0.01到约1.0phr的量被添加到有机过氧化物固化剂中作为混合固化体系的一部分，以改进固化弹性体的杨氏模量但没有负面影响它的抗撕裂性。

在不脱离本发明的情况下，根据通常的橡胶加工实践，可以添加其它普通的乙烯-α-烯烃弹性体添加剂，操作油和填充油，抗氧化剂，蜡，颜料，增塑剂，软化剂等。例如，在本发明的优选实施方案中，该弹性体组合物还含有约0.5-约1.5phr的抗臭氧剂或抗氧化剂和约5-约15phr的链烷烃石油增塑剂/软化剂。

用于本发明中的乙烯-α-烯烃弹性体组合物可以通过任何普通工艺，例如通过在密炼机内或在开炼机上混合各成分来制备。

RFL组合物，即进一步包括间苯二酚-甲醛反应产物的弹性体胶乳组合物，作为帘线处理剂被施加于纱和/或一根或多根它的碳长丝的至少一部分上。在整个本公开内容中，术语“帘线处理剂”用于表示施涂于纱和/或纱长丝上的物料(它可包括或不包括浆料(sizing))，并且其至少位于该纱-和/或纱长丝表面的一部分之上，和位于在这类长丝和通过集束和/或加捻和/或此类帘线-处理纱的其它组合或构型所形成的帘线的纱之间形成的一个或多个细隙的至少一部分之内；和以大于2.0％的水平(基于所处理帘线的最后重量)施加于此类纱和/或纱长丝上。

作为RFL成分，任何合适物料都可以使用。RFL固溶体是由固体RF和胶乳树脂组成，RFL溶液是在胶乳中混合的间苯二酚和福尔马林的初始缩合物，其中间苯二酚和福尔马林的摩尔比是1比1-3。间苯二酚和福尔马林的初始缩合物和该胶乳的wt％的比是1比1～10。在RFL溶液中间苯二酚-甲醛树脂分数优选为约2-约40wt％(折干计算)，胶乳分数为约60-约98％。优选，该间苯二酚-甲醛树脂分数为5-40wt％(折干计算)，和该胶乳分数为70-95％。

在RFL溶液中的胶乳组分可以属于任何合适类型，其中包括氢化丁腈橡胶(HNBR)，丁腈橡胶(NBR)，羧基化HNBR(X-HNBR)，羧基化NBR，乙烯基吡啶/丁苯橡胶(“VP/SBR”)，羧基化VP/SBR，SBR，氯磺化聚乙烯(“CSM”)，乙烯α-烯烃型弹性体如乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(“EPDM”)和乙烯-丙烯共聚物(“EPM”)，或上述物料中的任何两种或多种的组合。在优选的实施方案中，该胶乳组分是羧基化HNBR型，并且可以包括少量到至多等量或等重量比或更多的其它弹性体类型，包括乙烯α-烯烃型弹性体如EPDM或EPM。乙烯α-烯烃弹性体可以单独使用或以它们当中的任何两种或多种的组合使用，以改进所获得的传动带的低温性能如低温柔软性。

为了制造X-HNBR RFL，将氨水添加到水并加以搅拌，直至掺混完全为止。然后，间苯二酚/甲醛树脂被添加到所形成的溶液中并混合到树脂完全溶解为止。所得树脂混合物根据需要用另外的氨水调节到至少9.0的最终pH。这一树脂混合物然后被添加到羧基化HNBR胶乳中，并混合到掺混完成为止。在此时，将甲醛加入到搅拌的该溶液中，所得溶液进行充分混合。混合物然后陈化至少两个小时，和溶液的pH根据需要用氨水调节到9.0的最终pH。

另外，X-HNBR RFL可以包括4.3％湿重(18重量份)的45％固体HEVEAMUL M-111b蜡分散体(由heveatex销售)，6.50％湿重(27.2重量份)的41％尿素水溶液，和2％湿重(8.4重量份)的由Goodyear ChemicalCo以商品名AQUANOX 29销售的抗氧化剂。这三种成分，即蜡、尿素和抗氧化剂，在根据本发明的RFL溶液中是不需要的，但可以任选地用作加工助剂和/或，对于抗氧化剂而言，用来改善与本发明的范围无关的材料处置和性能。

用于本发明中的α，β-不饱和有机酸的金属盐是酸类例如丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸，富马酸，乙基丙烯酸，乙烯基-丙烯酸，衣康酸，甲基衣康酸，乌头酸，甲基乌头酸，巴豆酸，α-甲基巴豆酸，肉桂酸，和2，4-二羟基肉桂酸的金属盐。这些盐可以是锌，镉，钙，镁，钠或铝的盐，并且优选是锌的那些。α-β-不饱和有机酸的优选金属盐是二丙烯酸锌盐和二甲基丙烯酸锌盐。不饱和有机酸的最优选的金属盐是二甲基丙烯酸锌盐。用于本发明中的金属盐的量可以是约1-约30phr，和优选是约5-约20phr。在最优选实施方案中，该金属盐是二甲基丙烯酸锌盐；其用量是约5phr，当与混有至多约10％硅橡胶的EPDM组合使用时；和是约10-约20phr和更优选约15phr，当与用于本发明中的其它乙烯-α-烯烃弹性体组合使用时。

帆布层可以是通过使用从棉花，聚酰胺纤维，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，或聚芳酰胺纤维形成的股线由平纹织造，斜纹织造，缎纹织造或其它方法制造的布料。

布料优选按如下进行处理。该布料在使用浸渍处理剂的RFL溶液中浸渍约0.1-20秒，和多余的溶液通过在一对辊之间在大约0.3-0.8kgf/cm(表压)的压挤压力下压挤该布料而被除去。该布料然后在大约100-200℃下干燥约30至600秒。进行另外的RFL溶液处理，直至RFL溶液的固体粘附量是30-50wt％为止。

已经发现，当RFL溶液低于30wt％时，在布料上经纬线的接触部分倾向于移动而使由经纬线圈围的开口扩大。在经纬线之间的开口倾向于扩大，因此橡胶表面被暴露。另一方面，当RFL溶液的固体粘附量超过50wt％时，齿失去了其最初的、所需的形状。

实施例

为了举例说明本发明，进行织物粘合性研究，其中将用RFL溶液浸渍的织物粘附于EPDM橡胶基体上。在这些实施例中，RFL浸渍织物粘附于EPDM弹性体胶片上，然后进行试验以测定粘结特性。

将单层棉帆布层层压在EPDM橡胶层的外表面上。在层压之前该织物用RFL溶液(100份的氢化丁腈橡胶(HNBR)，约20份的间苯二酚和甲醛的缩合物，和二丙烯酸锌盐(ZDA))处理。所获得的结果列于下表1中。

  实施例No.  得到的织物的处理剂  施加于织物上的处理剂  粘合性评价  1  无  无  不足够的织物粘合  2  RFL/HNBR  RFL和phr ZDA  在345°F下压制40分钟；完全的橡胶撕裂，化学粘合  3  RFL/HNBR  RFL和31phr ZDA  PD带成型，在芯上1密耳HDPE；可接受的齿形成；寿命461，466，477，502小时

本发明的上述实施方案已经为了举例说明和叙述的目的而给出。不希望以这些叙述和实施方案作为穷举的或将本发明限制于所公开的严谨形式，显然针对以上公开内容，能够进行许多改进和变化。选择和描述这些实施方案是为了最佳地解释本发明的原理和它的实际应用，因此使得本领域中技术人员能够最佳地在其各种实施方案中利用本发明，并且有适合于所考虑到的具体应用的各种改进。希望本发明由所附权利要求限定。