ПРИВОДНОЙ РЕМЕНЬ
DRIVE BELT

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в целом к поликлиновому приводному ремню, более точно - к поликлиновому ремню, имеющему выступающее волокно на контактирующей со шкивом поверхности, и в особенности к ремню, имеющему выступающие деформируемые волокна, которые выпрямлены или немного изогнуты и которые деформируются с образованием овальной формы поперечного сечения.
Описание предшествующего уровня техники
В основе функционирования приводных ремней, таких как клиновые ремни, поликлиновые ремни и плоские ремни, лежит трение между поверхностью контакта и шкивом или блоком для передачи мощности от ведущего шкива поверхности ремня и от нее - ведомому шкиву. Типовая конструкция ремня включает в себя работающий на растяжение элемент, эластомерную основную часть ремня, имеющую прерывистые синтетические термопластичные и/или натуральные волокна, заделанные в нее, и поверхность контакта со шкивом. Поверхность контакта, образованная из резины, может создавать высокий коэффициент трения и может быть связана с нежелательными шумами, обусловленными трением. Открытые для воздействия концы заделанных волокон на поверхности контакта могут обеспечить снижение коэффициента трения или регулирование трения иным образом и могут обеспечить уменьшение остроты некоторых проблем, связанных с шумом. Соответственно, были предприняты попытки с разными конфигурациями открытых для воздействия волокон.
В нерассмотренной патентной публикации Японии Н04-348930 раскрыт способ полирования поверхности резинового конструктивного элемента, имеющего короткие термопластичные волокна, таким образом, чтобы не вызвать размягчения и расплавления коротких волокон. Короткие волокна, раскрытые в данной публикации, проиллюстрированы посредством волокон 1а на фиг.1, которые, как представляется, выступают на длину, не превышающую приблизительно одного диаметра волокна. В данной публикации в качестве предшествующего уровня техники раскрыты аналогичные волокна с оплавленными концами, подобные проиллюстрированным посредством волокон 1b на фиг.1.
В нерассмотренной патентной публикации Японии Н05-8294 в качестве предшествующего уровня техники раскрыты концы нейлоновых волокон, которые являются круглыми и почти не выступают от поверхности, как проиллюстрировано посредством волокна 1с на фиг.1. В данной публикации также раскрыт резиновый конструктивный элемент с метаарамидными штапельными волокнами, выступающими на большую длину от поверхности и сильно извитыми, как проиллюстрировано посредством волокна 1d на фиг.1, в результате чего образуется увеличенная площадь, занятая волокнами, и поверхность с низким коэффициентом трения. В данной публикации также раскрыт резиновый конструктивный элемент с параарамидными или хлопковыми штапельными волокнами, выступающими от поверхности на малую длину и имеющими расщепленные концы, которые проиллюстрированы посредством волокна 1е на фиг.1, в результате чего образуется поверхность с высоким коэффициентом трения.
В патенте США № 5498212 раскрыт приводной ремень, имеющий заделанные арамидные волокна. Открытые для воздействия концы параарамидных волокон фибриллированы и стремятся закручиваться, как проиллюстрировано посредством волокна 1f на фиг.1.
В патенте США № 5197928 раскрыт поликлиновой приводной ремень, имеющий заделанные синтетические или натуральные волокна. Открытая для воздействия поверхность волокон ремня расширена посредством расплавления или другого способа так, что фактический диаметр волокна будет увеличен по сравнению с поперечным сечением недеформированного тела волокон, как проиллюстрировано посредством волокна 1g на фиг.1.
В патенте США № 5413538 раскрыт поликлиновой приводной ремень, имеющий заделанные синтетические или натуральные волокна, заделанные в тело ремня, незначительное число которых выступает от поверхности, контактирующей со шкивом, и заделанные арамидные волокна, которые выступают от той же поверхности. Если какие-либо неарамидные волокна выступают от указанной поверхности, это характеризуется как «щетина».
В патенте США № 5904630 раскрыт механически обработанный, формовой, поликлиновой приводной ремень, имеющий заделанные натуральные или синтетические волокна. Избыточный материал с толщиной от 0,1 до 0,3 мм посредством механической обработки снимают с выступов ремня для открытия выступающих концов волокон. Имеется значительная дисперсия в направлениях волокон.
В патенте США № 6435997 раскрыт поликлиновой ремень, имеющий синтетические волокна, выступающие от поверхности выступа. Экструдированная часть волокна пластически деформирована с формой секторов, постепенно расширяющихся по направлению к их дистальным концам, как проиллюстрировано посредством волокна 1h на фиг.1. Волокно сохраняется нерасплавленным и на его дистальном конце имеет волнообразную форму. Поверхность выступа имеет микроскопическую неровность с разностью уровней, составляющей от 0,5 до 10 мкм, как проиллюстрировано посредством неровности 1j на фиг.1, и предпочтительно с волнистой формой.
В патенте США № 6695735 раскрыт поликлиновой ремень, имеющий короткие арамидные волокна, выступающие от поверхности выступа. «Корневые» части экструдированных коротких волокон выступают от поверхности, и концевая часть загнута в направлении, отличающемся от направления загибания их средней части, как проиллюстрировано посредством волокон 1i на фиг.1. Направления загибания волокон отличаются друг от друга для децентрирования их ориентации.
В патенте США № 4798566 раскрыт приводной ремень с необработанными краями, имеющий заделанные прерывистые арамидные волокна с выступающими частями, загнутыми к эластомерной основной части ремня таким образом, чтобы открыть для воздействия боковые части волокна, которые образуют часть фрикционной, передающей крутящий момент поверхности, как проиллюстрировано посредством волокон 1k на фиг.1. Бóльшая часть арамидных волокон выступает на длину от 0,1 до 0,3 мм.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на приводной ремень с заделанными деформируемыми волокнами, имеющими форму сечения заделанной части, которая по существу не отличается от исходной формы волокна, при этом выступающее волокно по существу выпрямлено относительно поверхности контакта или слегка изогнуто, и вдоль по существу всей длины выступания форма поперечного сечения выступающего волокна изменена по сравнению с исходной формой поперечного сечения на удлиненную, овальную или расплющенную форму.
Настоящее изобретение направлено на приводной ремень, имеющий работающий на растяжение элемент, эластомерную основную часть ремня, имеющую множество прерывистых деформируемых волокон, заделанных в нее, и поверхность контакта со шкивом. Каждое заделанное волокно имеет форму поперечного сечения заделанной части, которая по существу не изменена по сравнению с исходной формой его поперечного сечения, и характеризуется исходным средним диаметром волокна; и множество концов волокон выступают от поверхности контакта с некоторой длиной выступания и формой поперечного сечения выступающей части. Волокна содержат деформируемый полимерный материал. Волокна могут быть выполнены из термопластичного или термически деформируемого полимера, независимо от того, является ли он синтетическим или природным. Множество выступающих концов волокон по существу подняты вертикально относительно поверхности контакта, являются по существу прямолинейными или слегка изогнутыми, и изменены по форме по существу равномерно от исходной формы поперечного сечения вдоль большей части длины выступания.
Длина выступания волокон может составлять, по меньшей мере, 2 средних диаметра волокна или от приблизительно 5 до приблизительно 20 средних диаметров волокна, или от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,6 мм, или от 0,15 до приблизительно 0,3, или, по меньшей мере, приблизительно 0,2 мм или более.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения форма множества выступающих концов волокон может быть изменена путем деформирования с по существу круглой исходной формы поперечного сечения на одну или несколько из следующих форм поперечного сечения: овальную, почковидную, продолговатую, полукруглую или форму сплющенного круга. В других вариантах осуществления форма выступающих частей волокон может быть изменена путем деформирования с исходной овальной или гантелеобразной формы на расплющенную или более удлиненную овальную или гантелеобразную форму.
Прерывистые волокна могут иметь среднюю длину от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 мм или среднюю длину от приблизительно 1 до приблизительно 3 мм. Прерывистые волокна могут иметь средний диаметр или, если они некруглые, средний большой размер (диаметр) от приблизительно 10 до приблизительно 50 микрон или от приблизительно 15 или приблизительно 20 до приблизительно 30 микрон.
Деформируемое волокно может представлять собой одно или несколько волокон, выбранных из группы, состоящей из нейлона, акрила, сложного полиэфира, поликетонного волокна, полиолефинового волокна и метаарамидного волокна. Деформируемое волокно может представлять собой термически деформируемое синтетическое термопластичное полимерное волокно. Деформируемое волокно может иметь температуру размягчения, превышающую приблизительно 100°С или превышающую приблизительно 180°С, или составляющую от приблизительно 190°С до приблизительно 350°С.
Измененная путем деформирования форма поперечного сечения выступающих частей волокон может быть охарактеризована отношением большого размера к малому размеру, находящимся в пределах от 1,1 или 1,2 до приблизительно 5 или от приблизительно 2 до приблизительно 3, или может быть охарактеризована изменением диаметра окружности при деформировании с коэффициентами, составляющим соответственно приблизительно 1,33 и приблизительно 0,67 для большого и малого размеров. В разных вариантах осуществления настоящего изобретения изменение формы поперечного сечения выступающих частей волокон может быть охарактеризовано большим размером, который возрастает по сравнению с исходной формой на величину от приблизительно 10% до приблизительно 100% или от приблизительно 20% до приблизительно 50%, или приблизительно на 30%.
Эластомерная основная часть ремня может представлять собой один или несколько из следующих эластомеров: этиленпропилендиеновый каучук (тройной этиленпропиленовый каучук с диеновым сомономером - EPDM), этиленпропиленовый каучук (ЕРМ), бутадиенстирольный каучук (SBR), натуральный каучук (NR), бутилкаучук (BR), полихлоропреновый каучук (CR), бутадиенакрилонитрильный каучук (NBR), гидрированный бутадиенакрилонитрильный каучук (HNBR), этилен-альфа-олефиновый эластомер и тому подобное.
Средняя шероховатость поверхности для поверхности контакта может составлять более 10 микрон, предпочтительно более 20 микрон или приблизительно 50 микрон и является неравномерной.
2
2
2
Количество заделанных волокон в эластомерной основной части ремня может составлять от приблизительно 1 до приблизительно 50 частей на 100 частей эластомера или от приблизительно 5 до приблизительно 30 частей на 100 частей эластомера. Количество открытых для воздействия волокон на поверхности контакта может находиться в пределах от 20 до 150 волокон на мм или от 50 до 100 волокон на мм или составлять приблизительно 75 волокон/мм.
Волокна могут быть изогнуты у корней так, что, по меньшей мере, часть выступающих частей будет расположена по существу параллельно поверхности резины/каучука или даже касается поверхности резины/каучука. По меньшей мере, некоторая часть изогнутых волокон может иметь по существу вертикально поднятую часть на свободном конце.
Выше в общих чертах довольно широко были описаны признаки и технические преимущества настоящего изобретения для обеспечения возможности лучшего понимания нижеприведенного подробного описания изобретения. В дальнейшем будут описаны дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые образуют предмет формулы изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что раскрытые идея и конкретный вариант осуществления могут быть легко использованы в качестве основы для модификации или разработки других конструкций, предназначенных для достижения тех же целей, что и настоящее изобретение. Кроме того, специалистам в данной области техники также должно быть понятно, что все подобные эквивалентные конструкции не отходят от сущности и объема изобретения, определенных в приложенной формуле изобретения. Новые элементы и признаки, которые, как полагают, являются отличительными для изобретения как в отношении их структуры, так и способа функционирования, а также дополнительные цели и преимущества изобретения станут более понятными из нижеприведенного описания при рассмотрении его совместно с сопровождающими фигурами. Тем не менее следует ясно понимать, что каждая из фигур представлена только для иллюстрации и описания и не предназначена для определения границ настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопровождающие чертежи, которые включены в описание и образуют часть описания и в которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные детали, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов изобретения. На чертежах:
фиг.1 представляет собой фрагментированное схематическое сечение различных конфигураций волокон по предшествующему уровню техники;
фиг.2 представляет собой схематическое сечение части поликлинового ремня, созданного в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 представляет собой увеличенное сечение части ремня по фиг.2;
фиг.4 представляет собой частично фрагментированный вид в перспективе части ремня, созданного в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4А-4F представляют собой поперечные сечения открытых для воздействия волокон в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг.5 представляет собой частично фрагментированный вид в перспективе части ремня, созданного в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг.6 представляет собой фрагментированное схематическое сечение конфигураций открытых для воздействия волокон в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.2 приводной ремень в виде поликлинового ремня 10 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения показан в целом. Поликлиновой ремень 10 включает в себя, по меньшей мере, один простирающийся в продольном направлении, работающий на растяжение элемент или несущий нагрузку корд 14, расположенный под находящимся над кордом слоем 12 с тыльной стороны ремня и над эластомерной основной частью 18 ремня, также известной как находящийся под кордом слой. Работающий на растяжение элемент может, по меньшей мере, частично находиться в контакте с клейким резиновым элементом 16 или может быть заделан в клейкий резиновый элемент 16, который часто визуально не отличим от окружающей эластомерной основной части ремня за исключением, например, таких случаев, когда один, а не другой из элементов, представляющих собой клейкий резиновый элемент 16 и находящийся под кордом элемент 18, наполнен волокнами. Основная часть 18 ремня включает в себя выступ 19 и поверхность 20 контакта с блоком или шкивом. Слово «шкив», используемое в данном контексте, охватывает обычные шкивы и звездочки, используемые вместе с приводным ремнем, а также ролики и аналогичные механизмы. Определенная часть ремня по фиг.2, предназначенная для контакта со шкивом, выполнена в виде множества выступов 19, которые имеют боковые стороны 20а и 20b, обращенные в противоположные стороны. Предназначенная для контакта со шкивом часть 20 составляет одно целое с выступом 19 и основной частью 18 ремня и может быть образована из такого наполненного волокнами материала(ов), какой описан ниже. Клейкий резиновый элемент 16 вокруг корда 14, элемент 12, расположенный над кордом, элемент 18, расположенный под кордом, и/или выступ 19 фактически могут быть выполнены из одного и того же материала, или они могут быть выполнены из разных материалов. По меньшей мере, часть выступа 19 и контактная часть 20 содержат множество заделанных коротких или прерывистых волокон 22, по меньшей мере, часть которых имеет выступающие части 24, которые выступают от контактной части 20.
Фиг.3 показывает увеличенную часть двух выступов 19 с заделанными волокнами 22 и частями 24 волокон, выступающими от поверхностей 20а и 20b контакта со шкивом, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Каждое заделанное волокно имеет форму поперечного сечения заделанной части, которая не изменена по отношению к ее исходной форме и характеризуется средним диаметром волокна и/или большим и малым размерами, и множество концов волокон выступают от поверхности контакта с некоторой длиной выступания и некоторой формой поперечного сечения выступающей части. Множество или бóльшая часть выступающих концов 24 волокон выступают по существу прямо/вертикально относительно поверхности контакта и являются по существу прямолинейными или слегка изогнутыми. Другими словами, большинство выступающих волокон не изогнуты у корней или рядом с корнями, так что они «стоят» по существу прямо относительно поверхности эластомерного материала, от которой они выступают. Если выступающие волокна изогнуты, изгиб имеет место в основном в продольном направлении ремня, и изгиб является по существу однонаправленным. Как правило, чем длиннее выступающая часть, тем больший изгиб может проявляться. Выступающие концы волокон не расщеплены, и выступающие волокна не скошены и не расплавлены, и не расширены, а имеют относительно постоянное поперечное сечение вдоль по существу всей длины выступания.
Фиг.4 показывает сильно увеличенный вид части одного выступающего волокна 24 и части заделанного волокна 22. Заделанное волокно 22 и заделанная часть выступающего волокна 24 имеют по существу круглую форму поперечного сечения со средним диаметром “D”, подобную показанной в сечении по фиг.4А. Выступающая часть 24 волокна имеет длину “H” выступания и имеет форму, измененную путем деформирования с круглой формы поперечного сечения заделанных волокон и заделанных частей выступающих волокон вдоль большей части ее длины выступания. Деформация части 24 может быть по существу одинаковой вдоль большей части или по существу всей длины ее выступания. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения форма выступающих концов волокон может быть изменена с по существу круглой формы на одну или несколько из следующих форм поперечного сечения: овальную, почковидную, продолговатую, полукруглую и форму сплющенного круга. Пример овальной формы поперечного сечения показан на фиг.4D. Под овальной формой понимается по существу любое отклонение от круглой формы, включая продолговатую, эллиптическую, яйцевидную, почковидную, гантелеобразную или тому подобную форму, независимо от того, является она симметричной или нет. То, что не понимается под овальной формой, представляет собой очень плоскую, тонкую, имеющую вид пленки форму. Пример почковидной формы поперечного сечения показан на фиг.4В. Почковидная форма может охватывать формы с выпуклой частью и вогнутой частью. Пример продолговатой формы поперечного сечения показан на фиг.4С. Термин «продолговатая форма» не используется здесь в точном смысле, но по существу вызывает ассоциации с овальной формой, которая характеризуется большей длиной и меньшей толщиной и/или в большей степени изменена по отношению к круглой форме, чем другие, более типичные овальные формы. Фиг.4Е показывает пример формы поперечного сечения в виде сплющенного круга. Несмотря на то, что данная форма показана на фиг.4Е с острыми углами, форма сплющенного круга может иметь несколько скругленные углы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В завершение, фиг.4F показывает пример гантелеобразной формы, которую можно рассматривать как похожую на почковидную форму, но с двумя вогнутыми сторонами, или похожую на форму земляного ореха. Фиг.4F также может рассматриваться как имеющий два выступа криволинейной формы пример более общего класса форм с множеством выступов криволинейной формы. Таким образом, в каждом случае измененная путем деформирования форма поперечного сечения выступающего волокна может иметь большой или больший размер и малый или меньший размер. На фиг.4В, например, большой размер обозначен “L” и малый размер обозначен “W”. Таким образом, измененная путем деформирования форма поперечного сечения выступающих частей волокон может быть охарактеризована отношением большого размера к малому размеру, или L/W. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения форма поперечного сечения выступающей части может иметь отношение L/W, находящееся в пределах от приблизительно 1,1 до приблизительно 5 или в пределах от приблизительно 1,2 до приблизительно 5, или отношение может находиться в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 3. Альтернативно, форма поперечного сечения выступающей части может характеризоваться степенью отклонения от исходного диаметра окружности, выражаемого большим и малым размерами, то есть соответственно L/D и W/D. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения форма поперечного сечения может характеризоваться коэффициентами, составляющими приблизительно 1,33 и приблизительно 0,67 соответственно для L/D и W/D.
Альтернативно, варианты осуществления изобретения могут быть охарактеризованы исходной некруглой формой, имеющей большой размер и малый размер, такой как показанная на фиг.4В. Для таких волокон с некруглым поперечным сечением деформация выступающих концов волокон может быть более рациональным образом охарактеризована выраженным в процентах увеличением большого размера. Таким образом, большой размер у формы поперечного сечения выступающей части предпочтительно может быть увеличен по сравнению с большим размером у исходной формы на величину, составляющую от приблизительно 5% или 10% до приблизительно 100% или приблизительно 30%. Примером подобного волокна с некруглым поперечным сечением является метаарамидное волокно Nomex, которое имеет форму поперечного сечения с двумя выступающими частями криволинейной формы или гантелеобразную форму поперечного сечения, подобную проиллюстрированной на фиг.4F. Было установлено, что ремни с открытыми для воздействия волокнами Nomex на поверхности контакта, имеющими большой размер, превышающий на 5-20% большой размер исходной формы, имеют отличные характеристики с точки зрения шума и долговечности при испытании ремней. Фиг.5 иллюстрирует выступающее волокно 50 с исходным поперечным сечением 52 с двумя выступающими частями криволинейной формы или с гантелеобразной формой.
Полагают, что, при отсутствии намерения ограничить изобретение, преимущество удлиненной или овальной формы поперечного сечения заключается в том, что открытая для воздействия зона поверхности волокна может быть увеличена без значительного сопутствующего снижения прочности или долговечности волокна. Длина выступающего волокна может быть максимально увеличена без снижения прочности или долговечности волокна. Сочетание максимально увеличенной длины выступания и несколько увеличенного большого размера поперечного сечения приводит к значительному увеличению открытой для воздействия зоны поверхности определенного количества волокон в эластомерной композиции. Это может быть предпочтительным, поскольку слишком большое увеличение количества волокон с целью увеличения открытой для воздействия поверхности волокон может оказывать отрицательное воздействие на другие свойства резины. Аналогичным образом, увеличение открытой для воздействия зоны поверхности волокон посредством скашивания или выполнение волокон слишком тонкими может оказывать отрицательное влияние на износостойкость волокон, прочность или другие свойства поверхностных волокон. Увеличенная открытая для воздействия зона поверхности волокон, подразумеваемая в настоящем изобретении, может быть предпочтительной для борьбы с шумом и регулирования фрикционных характеристик поверхности контакта ремня, и при этом отсутствуют некоторые из отрицательных воздействий способов по предшествующему уровню техники.
Полагают, что ремни в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения сначала перемещаются очень тихо при амортизирующем действии вертикально выступающих волокон. Кроме того, полагают, что данные ремни продолжают перемещаться тихо благодаря толщине материала волокон между шкивом и поверхностью резины, даже если волокна будут загнуты к поверхности резины вследствие какого-либо манипулирования или обработки или во время использования. Полагают, что вертикально выступающие волокна по вариантам осуществления настоящего изобретения, как правило, загибаются при использовании, при этом они будут расположены на поверхности контакта, образуемой резиной, по существу параллельно и однонаправленно, хотя также может иметь место перекрещивание некоторых волокон. Таким образом, несмотря на то, что поверхность контакта названа здесь поверхностью эластомерного или резинового материала основной части ремня, выступающие волокна фактически образуют, возможно, более существенную часть поверхности контакта. Резина сама, как правило, имеет очень высокий коэффициент трения относительно волокон. В вариантах осуществления настоящего изобретения загнутые волокна, имеющие достаточную толщину, длину и плотность, будут расположены между резиновой частью поверхности контакта и поверхностью шкива или блока и предотвращают прямой контакт между резиновой частью поверхности контакта и поверхностью шкива или блока. Кроме того, группа волокон с овальной или скругленной формой поперечного сечения может образовывать сравнительно шероховатую поверхность трения, которая, как также было установлено, является благоприятной для уменьшения шума. Кроме того, толщина волокон делает их прочными, долговечными и/или стойкими к абразивному износу. Напротив, волокна по предшествующему уровню техники могут быть слишком короткими, скошенными, фибриллированными и/или могут быть выполнены слишком тонкими или плоскими, что не позволяет им иметь длительно сохраняющуюся стойкость к абразивному износу или предотвращать контакт между поверхностями резины и поверхностями шкивов, или образовывать очень шероховатую поверхность контакта.
Длина “H” выступания волокон может составлять, по меньшей мере, 2 диаметра волокна или от приблизительно 5 до приблизительно 20 диаметров волокна, или от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5 мм, или от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 0,3 мм. Как правило, чем длиннее выступающие части волокон, тем лучше эксплуатационные характеристики ремня, как описано ниже. Тем не менее максимальная достижимая длина выступания может быть ограничена практическими соображениями. Например, если части волокон, имеющие недостаточную длину, остаются заделанными в основную часть ремня, то волокно, скорее всего, будет вытянуто из поверхности контакта и не будет способствовать улучшению эксплуатационных характеристик ремня. Было отмечено, что в одном варианте осуществления нейлоновые волокна с длиной 1 мм могут выступать максимум приблизительно на 0,4 мм или приблизительно на половину длины волокна до того, как вытягивание волокон станет значительной проблемой. На вытягивание также может влиять адгезия или ее отсутствие между волокном и эластомерной композицией.
Прерывистые волокна могут иметь среднюю длину от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 мм или среднюю длину от приблизительно 1 мм до приблизительно 3 мм. Прерывистые волокна могут иметь исходный средний диаметр, составляющий от приблизительно 10 микрон до приблизительно 50 микрон, или средний диаметр, составляющий от приблизительно 20 микрон до приблизительно 30 микрон. Волокна с некруглой формой поперечного сечения предпочтительно могут иметь исходный большой размер, составляющий от приблизительно 10 микрон до приблизительно 50 микрон или от приблизительно 15 микрон до приблизительно 30 микрон.
Деформируемое волокно может представлять собой одно или несколько волокон, выбранных из группы, состоящей из нейлоновых, акриловых, полиэфирных, полиолефиновых, поликетонных и метаарамидных волокон. Деформируемое волокно может представлять собой термически деформируемое синтетическое термопластичное полимерное волокно. Деформируемое волокно может иметь температуру размягчения, превышающую приблизительно 100°С или превышающую приблизительно 190°С, или составляющую от приблизительно 180°С до приблизительно 350°С. Деформируемое волокно необязательно должно иметь температуру действительно плавления при условии, что некоторое размягчение, сопровождаемое тепловой деформацией, возможно для обеспечения требуемого изменения формы поперечного сечения волокна.
К примерам волокон, пригодных для вариантов осуществления настоящего изобретения, относятся: нейлон-66 с температурой размягчения, составляющей приблизительно 240°С; нейлон-6 с температурой размягчения, составляющей приблизительно 180°С; нейлон-46 с температурой размягчения, составляющей приблизительно 260-270°С; полиэфирное волокно с температурой размягчения, составляющей приблизительно 255°С; метаарамидное волокно Nomex, продаваемое компанией DuPont, или метаарамидное волокно TeijinConex, продаваемое компанией Teijin Ltd., с температурой размягчения, составляющей приблизительно 280°С; и акриловое волокно с температурой размягчения, составляющей приблизительно 240°С, или тому подобное. Предпочтительным волокном является нейлоновое, включая нейлон-66, нейлон-6 и/или нейлон-46. Волокна могут представлять собой нейлоновые волокна со средним или высоким пределом прочности. Волокна могут включать в себя стабилизаторы окисления или термостабилизаторы, смазочные материалы или другие незначительные добавки. Волокна могут быть обработаны латексом, содержащим резорцинформальдегидную смолу (RFL), изоцианатом или обработаны другим клеящим веществом для повышения адгезионной способности и уменьшения выдергивания их во время профильной обработки или последующего использования. Акриловое волокно представляет собой пример пригодного волокна, которое считается разлагающимся до расплавления, но при этом считается размягчающимся до разложения, и, таким образом, считается термически деформируемым. Полиакрилонитрильные (“PAN”) волокна продаются, например, компанией Toyobo Co. Ltd. К полиакрилонитрильным волокнам относятся волокна с некоторым диапазоном содержания акрилового волокна, как правило, с, по меньшей мере, 85% акрилонитрила и с различными сомономерами, такими как метилметакрилат, винилацетат и тому подобное. Метаарамидное волокно Nomex также имеет температуру размягчения или, по меньшей мере, температуру, при которой возможна некоторая тепловая деформация. К олефиновым волокнам относятся полиэтиленовые волокна, волокна из полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, полипропиленовые волокна и тому подобное. Поликетоны включают в себя полиэфиркетоны (PEK), полиэфирэфиркетоны (PEEK), полиэфиркетонкетоны (PEKK) и полиарилэфиркетоны (PAEK), полиолефинкетон (POK) и тому подобное (вместе поликетоны (“PK”)). К сложным эфирам относятся полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленнафталат (PEN) и тому подобное. Полиэтиленнафталат продается под товарным знаком PENTEX компанией Honeywell International Inc. Полиэтиленнафталат также продается компаниями Teijin Limited, INVISTA и Hyosung Corporation. Полагают, что параарамидные волокна не могут быть термически деформированы в достаточной степени для того, чтобы их можно было использовать на практике для реализации настоящего изобретения, хотя некоторая механическая деформация может быть возможной с некоторым положительным эффектом.
Резина или эластомерный материал поверхности может образовывать гладкую поверхность, от которой выступают волокна. Альтернативно, как показано на фиг.5, поверхность 20 может иметь нерегулярные выступы 36 и впадины 38, что приводит к средней шероховатости, характеризуемой средней разностью “R” высот. Средняя шероховатость поверхности для поверхности контакта предпочтительно может составлять более 10 микрон, предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 100 микрон или приблизительно 50 микрон, и может быть неоднородной. Полагают, что подобная шероховатость и/или неоднородность способствует повышению способности ремня перемещаться тихо в шкиве. Предполагают, что шероховатость и неоднородность поверхности служит для обеспечения опоры для любых волокон или подъема над поверхностью любых волокон, которые изогнуты, как описано выше, и, тем самым, для дополнительного предотвращения создающего шум контакта между шкивом и поверхностью резины.
Эластомерная основная часть ремня может включать в себя один или несколько эластомерных составов на основе одного или нескольких веществ из этиленпропиленовых эластомеров (тройного этиленпропиленового каучука с диеновым сомономером (EPDM), этиленпропиленового каучука (ЕРМ) и тому подобного), бутадиенстирольного каучука (SBR), полихлоропренового каучука (CR), натурального каучука (NR), бутилкаучука (BR), бутадиенакрилонитрильного каучука (NBR), гидрированного бутадиенакрилонитрильного каучука (HNBR), этилен-альфа-олефинового эластомера и тому подобного. Каждый эластомерный состав может включать в себя одно или несколько веществ из пластификаторов, армирующих наполнителей, включая дополнительные натуральные или синтетические короткие волокна, разбавителей, антиоксидантов, антиозонантов, веществ для улучшения технологических свойств, усилителей адгезии, ускорителей, соагентов, вулканизующих веществ и тому подобного.
2
2
2
Количество заделанных коротких или прерывистых волокон в эластомерной основной части ремня может составлять от приблизительно 1 до приблизительно 50 частей на 100 частей эластомера или от приблизительно 5 до приблизительно 30 частей на 100 частей эластомера. Количество открытых для воздействия волокон на поверхности контакта предпочтительно может находиться в пределах от 20 до 150 волокон на мм или от 50 до 100 волокон на мм или составлять приблизительно 75 волокон/мм.
Фиг.5 иллюстрирует некоторые из множества разных концов волокон, выступающих от поверхности 20 резины, которые могут быть включены в варианты осуществления настоящего изобретения. Как упомянуто выше, волокно 50 с некруглым поперечным сечением имеет поперечное сечение 52 гантелеобразной формы. Другие волокна, проиллюстрированные на фиг.5, имеют исходно круглые поперечные сечения, подобные заделанному волокну 22. Волокно 23 не выступает в такой степени, какая является предпочтительной, но это может быть вполне достаточным при отношении H/D, составляющем приблизительно 2, или двух диаметрах волокна, чтобы оказывать положительное влияние на эксплуатационные характеристики ремня. Волокно 34 выступает на величину, показанную посредством высоты “H”, которая в несколько раз превышает диаметр волокна. Волокно 34 также имеет овальное поперечное сечение 29 и по существу одинаковое поперечное сечение вдоль большей части длины выступания. Волокно 30 в основном выступает вертикально, имеет бóльшую длину выступания, чем волокно 34, и слегка изогнуто рядом с открытым для воздействия концом. Волокно 30 имеет деформированное овальное поперечное сечение 28. Волокно 25 выступает еще дальше, чем волокно 30, что приводит к немного большему изгибу рядом с концом 40 волокна. Волокно 25 также имеет по существу одинаковое поперечное сечение 32 с формой сплющенного круга. Отверстие 26 указывает на то, что волокно с круглым поперечным сечением было выдернуто из резины.
Фиг.6 иллюстрирует другие формы волокон или конфигурации выступающих волокон в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Фиг.6 показывает изогнутые волокна 54, параллельные поверхности 20 или касающиеся ее. Волокна 54 изогнуты у корня 56, имеют параллельную или касающуюся часть 58 и конец с по существу вертикально выступающей частью 60 на свободном конце. Предпочтительно вертикально выступающая часть 60 имеет длину, по меньшей мере, в два раза превышающую средний диаметр волокна. В других непоказанных вариантах осуществления волокна могут иметь те же виды признаков (элементов), которые были описаны выше, включая по существу одинаковые деформированные поперечные сечения на длине выступания. Волокна могут быть изогнуты вследствие условий изготовления или использования после изготовления, или манипулирования. Фиг.6 также показывает, как одно или несколько высоких мест 36 на поверхности 20 резины могут служить опорой для волокна 54, как предложено выше. Следует отметить, что при дальнейшем использовании или обработке выступающие вертикально части 60 также могут быть принудительно смещены вниз параллельно поверхности 20.
Если требуется, усиливающий материал (не показанный на фиг.1) может быть использован, и в случае клиновых ремней и поликлиновых ремней он будет плотно прилегать к верхней поверхности ремня для образования наружного покрытия или расположенной над кордом части 12 для ремня. Материал может иметь любую заданную конфигурацию, такую как обычный тканый материал, состоящий из нитей основы и утка под любым заданным углом, или может состоять из нитей основы, удерживаемых вместе разнесенными захватывающими кордами, при этом в качестве примера можно привести кордную ткань для шин, или конфигурацию с трикотажным плетением или оплеткой, или конфигурацию нетканого материала, или представлять собой бумагу или пластиковую пленку и тому подобное. Материал может иметь фрикционное покрытие или слой резинового покрытия с эластомерной композицией, такой же, как эластомерная композиция эластомерной основной части 18 ремня, или отличающейся от эластомерной композиции эластомерной основной части 18 ремня. Может быть использовано более одного слоя материала. При желании материал может быть разрезан, или ему может быть придана некоторая форма иным образом для размещения его с наклоном, чтобы ленты образовывали некоторый угол относительно направления перемещения ремня. Слой материала может быть расположен между кордом 14 и элементом 12, расположенным над кордом.
Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть получены в соответствии со способами, известными в области изготовления ремней. Например, заготовка может быть сформирована в перевернутом виде на оправке посредством наложения на оправку элемента, расположенного над кордом, спирально намотанного корда и элемента, расположенного под кордом. Заготовка может быть подвергнута отверждению посредством приложения внешнего давления через посредство гибкого рукава. Отдельные ремни могут быть отрезаны от рукава и подвергнуты профилированию посредством использования шлифовальных машин и/или режущих устройств, которые образуют поверхность контакта со шкивом и открывают для воздействия заделанные короткие волокна так, что части, по меньшей мере, некоторых волокон будут выступать от поверхности контакта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Процесс шлифования раскрыт, например, в каждом из патентов США №№ 4956036 и 6764382. Процесс резания раскрыт, например, в патентной публикации США № 2006/0236839. Деформация выступающих волокон по вариантам осуществления настоящего изобретения может быть лучше всего выполнена за счет того, что обеспечивают возможность нагрева поверхности контакта с ремнем посредством шлифовального или режущего инструмента и/или нагрева самого инструмента именно до такой температуры, при которой волокна размягчаются в такой степени, которая достаточна для деформирования, но не до более высокой температуры. Получающееся в результате деформированное волокно, как правило, имеет внешний вид с гладкой поверхностью. Если температура или нагрев, вызываемый шлифованием или резанием, будут избыточными, размягченные волокна будут ослаблены, отрезаны слишком коротко, скошены или расширены, и/или избыточно деформированы, например, с образованием конфигурации в виде тонкой ленты. Если температура или вызываемый нагрев будут недостаточными и не обеспечат размягчения волокон, волокнам может быть механически придана шероховатость, волокна могут быть ободраны, отрезаны коротко или расщеплены и расширены. Процессы резания, как правило, могут проходить при более низких температурах, чем процессы шлифования, хотя и те, и другие процессы можно регулировать в довольно широком интервале температур посредством регулирования частот вращения инструментов, скоростей подачи, плотности абразивного материала и тому подобного, как известно в данной области техники. Кроме того, различные способы внешнего охлаждения могут быть использованы для регулирования температуры процессов, включая, например, использование жидкого азота, пистолета для подачи холодного воздуха или воздуходувки, водяной струи и тому подобного.
Поликлиновые ремни по примерам (обозначенные “Пример” и числом) в соответствии с вариантами осуществления изобретения были созданы и подвергнуты испытаниям для демонстрации полезности и преимуществ настоящего изобретения. Для сравнения также были получены ремни по сравнительным примерам (обозначенные “Сравнительный пример” и буквой). Все ремни имели полиэфирный корд и эластомерную основную часть ремня на основе тройного этиленпропиленового каучука с диеновым сомономером (EPDM), подобно примерам по патенту США № 5610217, и могут быть описаны как 6РК1200. Тем не менее ремни имели или 25 частей волокон на сто частей эластомера (“phr”), при этом волокна представляли собой штапелированные волокна из нейлона-66 со средней длиной 1 мм, или 6 частей штапелированных волокон Nomex со средней длиной 1,5 мм на сто частей эластомера. Состав эластомера имел всего приблизительно 200 частей. Нейлоновые волокна также имели круглое поперечное сечение с исходным средним диаметром, составляющим или 20 микрон, или 30 микрон, как указано в таблице 1. Волокна Nomex имели некруглое поперечное сечение с двумя выступающими частями криволинейной формы, как проиллюстрировано на фиг.4F и в виде волокна 50 на фиг.5. Ремни по примерам имели ребристый профиль, образованный посредством резания, с выступающими частями волокон, как показано на фиг.2, 3 и 5, и волокна имели типовые размеры в деформированном состоянии, подобные указанным в таблице 1. Сравнительные примеры имели ребристые профили, полученные шлифованием, с конфигурациями выступающих волокон, аналогичными волокнам 1с, 1е, 1g и/или 1h на фиг.1, преимущественно расширенными, с тонкими волокнами, аналогичными волокнам 1h, и типовыми размерами, подобными показанным в таблице 1. Типовые размеры были получены посредством выбора волокна, имеющего вид типового волокна, из микрофотографий, полученных посредством сканирующей электронной микроскопии (SEM) с малым увеличением, и измерения размеров данного волокна на микрофотографии, полученной посредством сканирующей электронной микроскопии с большим увеличением. При диапазоне размеров, указанном в таблице 1, было отмечено значительное отклонение размеров образцов. Следует отметить, что определение размера W было наиболее затруднительным, особенно в случае очень тонких волокон в сравнительных примерах. Следовательно, определение отношения L/D может представлять собой наиболее точную индикацию деформации волокна. Относительное удлинение в % было рассчитано просто из отношения L/D в таблице 1.
Ремни по примерам были подвергнуты испытанию для демонстрации полезности и долговечности и преимуществ по эксплуатационным характеристикам вариантов осуществления настоящего изобретения. Анализ долговечности включал в себя подвергание испытываемых ремней испытанию на изгибоустойчивость в пяти точках и испытанию на изгибоустойчивость при нагреве и под нагрузкой. Все ремни прошли испытание для анализа долговечности. Испытания на шум предусматривали перемещение ремней на шкивах с непараллельными осями как во влажных, так и в сухих условиях. Исходные испытания были проведены на новых ремнях, которые в случае ремней по примерам имели в основном выступающие вертикально волокна в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Испытания доведенных до определенного состояния ремней предусматривали такое же испытание на шум, как и исходные испытания, но после подвергания ремней испытанию в течение 96 часов на вышеописанном устройстве для испытаний на изгибоустойчивость при нагреве и под нагрузкой. Таким образом, доведенные до определенного состояния ремни по примерам имели выступающие волокна, которые были загнуты по направлению к поверхности резины. Несмотря на то, что все ремни работали тихо при исходном испытании на шум и испытании на шум в сухих условиях, только ремни по примерам работали тихо при испытании на шум во влажных условиях после доведения их до определенного состояния. Таким образом, варианты осуществления изобретения характеризовались долговечностью и тихой работой при различных состояниях и в течение длительного периода использования.
Могут быть предусмотрены другие варианты осуществления настоящего изобретения. Например, могут быть использованы термически деформируемые волокна с поперечным сечением с множеством криволинейных выступов, такие как полимидные волокна или полиамидимидные волокна с тремя криволинейными выступами в поперечном сечении, включая волокна Р84, продаваемые компанией Degussa под торговым наименованием Inspec Fibres.
<b>Таблица 1</b>
Примеры ремней
Пример 1
Сравнительный пример A
Пример 2a
Пример 2b
Сравнительный пример B
Пример 3
Тип волокна
нейлон-66
нейлон-66
нейлон-66
нейлон-66
нейлон-66
Nomex
D волокна (мкм)
20
20
30
30
30
16-21
Длина волокна (мм)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,5
Способ профилирования
резание
шлифование
резание
резание
шлифование
резание
Форма волокна
фиг.2-4
фиг.1h
фиг.2-4
фиг.2-4
фиг.1h
фиг.5(50)
Длина Н (мм)
0,05-0,20
0,05-0,10
0,10-0,45
0,05-0,25
0,10-0,20
0,05-0,30
H/D
2,5-10
2,0-5
3,0-15
3,0-10
5
10
L/W
4,0
10
2
2,5
7-20
2,0-5,0
L/D
1,8
2,5
1,3
1,5
3,0
1,1-2,0
Относительное удлинение в %
80%
150%
30%
50%
200%
10-100%
Анализ долговечности
выдержал испытание
выдержал испытание
выдержал испытание
выдержал испытание
выдержал испытание
выдержал испытание
Исходное испытание на шум в сухом состоянии
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
Исходное испытание на шум во влажном состоянии
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
Испытание на шум в сухом состоянии для ремней, доведенных до определенного состояния
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
тихая работа
Испытание на шум во влажном состоянии для ремней, доведенных до определенного состояния
тихая работа
работа с шумом («стрекотаньем»)
тихая работа
тихая работа
работа с шумом («стрекотаньем»)
тихая работа
Несмотря на то, что настоящее изобретение и его преимущества были описаны подробно, следует понимать, что различные изменения, замены и преобразования могут быть выполнены в нем без отхода от сущности и объема изобретения, определяемых приложенной формулой изобретения. Кроме того, предусмотрено, что объем настоящей заявки не должен быть ограничен конкретными вариантами осуществления технологического процесса, машины, изготовления, состава вещества, средств, способов и операций, раскрытых в описании. Как легко сможет понять средний специалист в данной области техники из раскрытия сущности настоящего изобретения, технологические процессы, машины, изготовление, составы веществ, средства, способы или операции, которые существуют в настоящее время или которые будут разработаны позднее, которые обеспечивают выполнение той же функции или достижение по существу такого же результата, как и соответствующие варианты осуществления, описанные здесь, могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением. Соответственно, предусмотрено, что приложенная формула изобретения включает в свой объем подобные технологические процессы, машины, изготовление, составы веществ, средства, способы или операции. Изобретение, раскрытое здесь, может быть реализовано на практике надлежащим образом при отсутствии любого элемента, который не раскрыт здесь конкретно.