無噪音傳動帶

劉玉田 (中橡集團 沈陽橡膠研究設計院，遼寧 沈陽110021) 編譯

無噪音傳動帶

劉玉田 (中橡集團 沈陽橡膠研究設計院，遼寧 沈陽110021) 編譯

傳動帶由線繩、彈性體帶齒和與滑輪接觸表面(帶楔的側面)構成。在帶齒中埋置有短纖維，其中一些纖維伸出滑輪帶的表面。纖維為可變形的聚合物(如尼龍)，并且其伸出部分基本上垂直于帶的表面或者稍微彎曲成弓形。這樣，便降低了膠帶運行時的噪音。

噪音;傳動帶;纖維

1 前言

短纖維的平均長度大約為1～3 mm。短纖維的平均直徑大約是20～30 μ。

變形纖維可選自尼龍、丙烯酸、聚酯、聚酮和聚烯烴?？勺冃味汤w維也可為熱變形合成熱塑性聚合物纖維，其軟化點大約為 190℃ ～350℃。

纖維伸出部分變形后其斷面形狀的特點是較大尺寸與較小尺寸之比介于1.1到5之間，較大尺寸和較小尺寸纖維直徑變化大約1.33和0.67系數(shù)。伸出纖維斷面形狀變形的特點是較大尺寸從原來的形狀被拉長大約10%～100%。

彈性體材料可為 EPDM、EPM、SBR、NR、BR、CR、NBR、HNBR、乙烯-α 烯烴彈性體等中的一種或它們的并用體。

接觸表面的平均粗糙度為10 μ～50 μ，并呈不規(guī)則排列。

彈性體帶齒中埋置的纖維量大約5～30份(以100份彈性體計)。在接觸表面上露出的纖維數(shù)量介于20～150根/mm2。

纖維可在根部彎曲，這樣，至少有些伸出部分基本上平行于橡膠表面，甚至接觸到橡膠表面。其中一些彎曲的纖維在自由端上呈直立狀態(tài)。

2 詳細說明

以前所用的纖維構形斷面示于圖1。

越是知道一個人錯了，越要給予他足夠的尊重，讓犯錯的心在一份高貴的賜予面前手足無措。罰就罰得人沒齒不忘，訓就訓得人入耳動心。即便是在施罰的過程當中，也要積極為被罰者創(chuàng)造“露臉”的機會，不將已生出愧怍的心徹底打進冰窟，不讓那努力探求光明的眼在無邊的墨色中喪失了追索的熱望。甚至，連死者都要給予別樣的尊重——用那不幸者的名字命名一把椅子，讓恒久寂寞的心時時有人來陪，讓來坐的人明白生命的美好，也明白生命的脆弱，從而更加看重自我的生命，也更加尊重他人的生命……

圖1 纖維構形斷面示意圖

2.1 膠帶結構

文中傳動帶是一種多楔 V帶，如圖2所示。多楔V帶(10)含有抗拉體(即載荷線繩)(14)，它位于膠帶頂膠層(12)下面，抗拉體可與橡膠層構成抗拉層。在帶齒的橡膠層中含有簾線(18)。膠帶包括帶齒(19)和滑輪接觸表面(20)。圖2中膠帶的帶齒與滑輪接觸，滑輪與帶齒的兩個相對側面(20a)與(20b)接觸。膠帶由相同的含纖維的彈性體材料構成。簾線(14)、頂膠(12)、簾線內層 (18)和/或帶齒(19)實際上可為相同的材料，也可為不同的材料。帶齒(19)和滑輪接觸部分(20)有許多埋置的短纖維(22)，其中一些短纖維從接觸部分(20)伸出來。

圖2 多楔V帶的斷面示意圖

膠帶中還可使用增強織物(圖1中未示出)。在V帶和多楔 V帶中，增強織物與膠帶頂膠緊密貼合，以形成膠帶的頂膠層(12)?？椢锟蔀槿我凰璧臉嬓?，如經(jīng)線和緯線以任一所需角度構成的常規(guī)機織物，又如輪胎簾布那樣由具有一定間隔的緯線連接在一起的經(jīng)線、針織物或編織物、無紡布、紙、塑料薄膜等?？椢锟捎门c帶齒相同或不同的膠料進行擦膠涂覆或刮刀涂覆。可使用一層以上的織物。如果需要織物可斜裁，使紗線與膠帶運行方向成一定角度排列。織物層可處于簾線(14)與簾線外層(12)之間。

2.2 伸出纖維的形態(tài)

圖3示出放大的兩個楔(19)的一部分，短纖維從帶齒的表面伸出來。每一根埋置纖維的埋置剖面形狀未變，具有正常的纖維直徑。許多纖維端部從帶接觸的表面伸出，具有一定的伸出長度和伸出剖面形狀。大多數(shù)伸出纖維的端部(24)基本上垂直于接觸表面，并且基本上呈直狀的或稍呈弓形。換言之，大多數(shù)伸出纖維在根部或接近根部處不彎曲，因此，基本上與彈性體表面垂直。如果伸出纖維是弓形的，弓的彎曲方向一般是在膠帶的縱向上，并且彎曲方向通常是單向的。一般來說，伸出部分愈長，其彎曲程度就愈大。伸出纖維端部是不分叉的，并且伸出纖維也不開口、熔融或張開，剖面形狀沿著整個長度比較均勻。

圖3 膠帶的部分放大側視圖

單根部分伸出纖維(24)和部分埋置纖維(22)的放大透視圖見圖4。埋置纖維(22)和伸出纖維(24)的埋置部分基本上為圓形剖面形狀，平均直徑“D”示于圖4A。伸出纖維部分(24)長度為“H”，大部分伸出纖維和埋置纖維具有不同的形狀。伸出部分(24)在整個長度上變形是均勻的。伸出纖維端部可從圓形變?yōu)闄E圓、長橢圓、腎形、半圓和扁圓形剖面形狀。橢圓剖面形狀示于圖4D。橢圓包括長橢圓形、橢圓形和亞鈴形等，不管對稱與否。腎形剖面形狀的實例示于圖4B。腎形可包括帶有凸部和凹部的形狀。長橢圓剖面形狀示于圖4C。圖4E示出扁平圓形剖面形狀的實例。圖4F示出亞鈴形狀的實例，這可以被看作像腎形，但是，它帶有兩個凹側，或者像花生形狀。圖4F還可以被看作是多葉形狀類的雙葉形狀的實例。因此，在每一種情況下，伸出纖維變形后的剖面形狀可具有較大的尺寸和較小的尺寸。例如，在圖4B中，較大尺寸表示為“L”，較小尺寸表示為“W”。纖維伸出部分變形后的剖面形狀可用較大尺寸與較小尺寸之比，即L/W表示。L/W可大約介于1.1～5之間。另外，伸出部分的剖面形狀可分別用從原來的圓形直徑偏離的量，較大尺寸與較小尺寸之比，即 L/D和W/D加以表示。文中剖面形狀用系數(shù)L/D和W/D(分別為1.33和0.67)表示。

圖4 膠帶單根伸出纖維和埋置纖維的透視圖

另外，原來纖維的非圓形形狀也有較大的尺寸和較小的尺寸，如圖4B所示。對于這種非圓形纖維，伸出纖維端部的變形可更方便地用較大尺寸的拉伸表示。因此，伸出纖維斷面形狀的較大尺寸最好從原來的形狀拉伸大約30%。這種非圓形纖維是Nomex間位芳酰胺纖維，它有一種雙葉片狀，即亞鈴狀斷面形狀，如圖4F所示。在試驗中發(fā)現(xiàn)，露出的 Nomex纖維斷面較大尺寸大于原來形狀5%～20%的膠帶具有優(yōu)良的防噪音性能和耐用性。圖5示出原來具有雙葉片，即亞鈴狀斷面(52)的伸出纖維(50)。

圖4A—4F 伸出纖維剖面圖

圖5 膠帶部分透視圖

被拉伸的，即橢圓斷面形狀的優(yōu)點是纖維露出的表面積會增加，而不使纖維強度或耐用性相應地出現(xiàn)明顯的下降。伸出纖維的長度可最大化，而不降低纖維的強度或耐用性。最大化的伸出長度與少許增大較大斷面尺寸二者相結合的結果是，在彈性體膠料中一定纖維量的露出表面積有很大增加。這可能是有好處的，因為，伸出纖維表面的纖維量增加太多會損害橡膠的其他性能。同樣，通過纖維端部向外張開，或纖維過細而增加纖維的露出表面積對纖維表面的耐磨性能、強度或其他性能會有負面影響。文中所設計的較大伸出纖維表面積有利于控制膠帶接觸表面的噪音和摩擦性能。

圖5還示出了從橡膠表面(20)伸出一些纖維的端部。如上所述，非圓形纖維(50)具有亞鈴形斷面(52)。示于圖5的其他纖維有如同埋置纖維(22)的原來的圓形斷面。

其他一些伸出纖維構形如圖6所示。彎曲纖維(54)平行于接觸表面(20)。纖維(54)在根部(56)彎曲，有一段平行部分(58)，在自由端有一段基本上直立的部分(60)，長度最好為平均纖維直徑的2倍。圖6還示出了橡膠表面(20)上的一個或多個突出部位(36)是如何支承纖維(54)的。應指出的是，進一步使用或加工還可迫使直立部分(60)倒下而貼伏于橡膠表面(20)。

圖6 露出的纖維構形斷面圖

2.3 伸出纖維的作用

文中研制的膠帶由于其直立伸出纖維的緩沖效應，從而能夠使膠帶無聲地運行。此外，即使因某種搬運、加工或在使用期間纖維彎曲貼伏到橡膠表面上，由于滑輪與橡膠表面之間的纖維具有一定的厚度，所以膠帶也能繼續(xù)低噪聲運行。直立纖維在使用中通常彎曲地貼在橡膠表面上，雖然有些纖維也可能出現(xiàn)橫向移動，但是，基本上呈平行和單向狀態(tài)。這樣，占據(jù)著橡膠表面很大的面積。相對于纖維，橡膠本身一般具有非常高的摩擦系數(shù)。具有足夠厚度、長度和密度的彎曲纖維存在于橡膠表面與滑輪之間，阻止它們直接接觸。此外，一系列橢圓形或圓形纖維可提供相對粗糙的摩擦表面，這有利于降低噪音。還有，纖維本身的厚度可使膠帶強度高、耐用和耐磨。

纖維的伸出長度“H”至少為纖維直徑的5～20倍，大約0.2～0.3 mm。一般說來，纖維伸出部分愈長，膠帶使用性能就愈好。但是，最大伸出長度可能受實際情況的制約。例如，如果在帶齒中埋置的纖維部分不足，那么纖維就極有可能會被拉出橡膠表面，不會對膠帶使用性能起到作用。已經(jīng)觀察到，1 mm長的尼龍纖維最大可伸出0.4 mm，即大約半根纖維長度，不然纖維被拉出就成為一個很大的問題。纖維被拉出還可能受纖維與彈性體膠料之間粘合強度的影響。

短纖維的平均長度大約可為1～3 mm。短纖維的原平均直徑約20～30 μ。非圓斷面纖維的原來較大尺寸最好為15～30 μ。

2.4 纖維類型

適用的可變形纖維可為尼龍、丙烯酸、聚酯、聚烯烴和間位芳酰胺等?？勺冃卫w維為熱變形的合成熱塑性聚合物纖維。可變形纖維的軟化點高于100℃，可變形纖維無需具有真熔點，只要伴隨著熱變形而可以出現(xiàn)某種程度的熔融，以便纖維斷面形狀產(chǎn)生所需的變形即可。

適用的纖維包括軟化點約為240℃的尼龍66、軟化點約為180℃的尼龍6及其軟化點約為260℃ ～270℃的尼龍46等。最好的纖維是尼龍，包括尼龍66、尼龍6和尼龍46。這些纖維是中等或高強度尼龍。纖維可包含有氧化或熱穩(wěn)定劑、潤滑劑或其他次要添加劑。纖維可用間苯二酚-甲醛-膠乳(RFL)、異氰酸酯或其他粘合劑處理，以提高粘合性能和在加工或其后使用期間減少抽出。

2.5 彈性體類型及膠料

橡膠表面見圖5所示，表面(20)可帶有不規(guī)則的峰(36)和谷(38)，其平均粗糙度用平均高度差(R)表示。表面的平均粗糙度應大于20～100 μ，呈不規(guī)則狀。這種粗糙度或不規(guī)則狀有利于膠帶在滑輪中無聲運行。彈體性選自下列膠種：EPDM、EPM、SBR、CR、NR、IIR、NBR、HNBR、乙烯-α-烯烴彈性體等。每種彈性體膠料中可含有一種或多種增塑劑、補強填料(包括添加的天然或合成短纖維)、增量劑、抗氧劑、抗臭氧劑、操作油、增粘劑、促進劑、活性助劑和硫化劑等。

彈性體帶齒中埋置的短纖維量，以100份彈性體計大約為5～30份。在橡膠表面上露出的纖維量大約為50～100根/mm2。

2.6 膠帶制造方法

文中的膠帶可用通用工藝制造。例如，用反序法在芯型上鋪設線繩外層、螺旋纏繞的線繩和線繩內層制成帶坯。通過一柔性套對帶坯施加外壓并進行硫化。用無齒鋸或切刀從帶坯套上剪切成多條膠帶，并將埋置的短纖維伸出，這樣，其中一些纖維從橡膠表面伸出來。將膠帶和滑輪接觸表面加熱到能使纖維軟化并變形的溫度(但不能太熱)，就可使伸出纖維變形。所獲得的變形纖維通常具有光滑的表面。如果打磨或剪切所產(chǎn)生的溫度過高，軟化的纖維強度會下降，端部張開成喇叭狀或變形過大，從而形成一種薄的帶狀構形。如果所產(chǎn)生的熱量不足，不能使纖維軟化，纖維就會變得粗糙、易磨損、短小或端部分叉，開口成喇叭狀。剪切溫度通常比打磨溫度低，可以通過調節(jié)工具旋轉速度、喂料速度、磨砂密度和其他參數(shù)而將溫度控制在一個比較寬域的范圍內。此外，也可以使用各種外部冷卻方法(包括液氮、噴吹冷氣、噴水等)控制加工溫度。

2.7 膠帶試驗

對多楔 V帶(用“Ex.”和數(shù)字表示)進行試驗，以確定膠帶的實用性和優(yōu)點。為了進行比較，還設置了比較例(用“Comp.Ex.”和字母表示)。所有接受試驗的膠帶都含有聚酯線繩和EPDM彈性體。膠帶中含有25份平均長度為1 mm的切斷尼龍66短纖維或6份平均長度1.5 mm的切斷Nomex短纖維。膠料總量約為200份。尼龍纖維斷面是圓形的，平均直徑為20 μ或30 μ，如表1所示。Nomex纖維斷面不是圓形的，而是雙葉片形狀，如圖4F和圖5中的(50)所示。實例膠帶的帶楔用剪切方法形成，伸出纖維部分如圖2、3和5所示，典型的變形尺寸如表1所示。比較例膠帶的帶楔用打磨方法形成，伸出纖維構形類似圖1中的纖維1c、1e、1g或 1h，主要呈喇叭狀的細纖維類似1h，典型尺寸如表1所示。用低倍放大SEM顯微照片選擇外觀典型的纖維，并用高倍放大SEM顯微照片測量該纖維的尺寸。當將一系列尺寸列在表1中時，就可以觀察到樣品之間存在明顯的差異。應當指出，測定纖維的W尺寸是最困難的，尤其是非常細的 Comp.Ex纖維。因此，L/D可能是纖維變形更精確的表示。伸長率用表1中的L/D加以計算即可。

表1 膠帶試驗結果

3 結 論［1］

對膠帶進行試驗，以證明文中膠帶的實用性、耐久性和使用性能優(yōu)點。耐久性分析包括在五點屈撓壽命試驗機以及加熱的負荷和屈撓壽命試驗機上試驗膠帶。所有膠帶都通過了耐久性試驗。噪音試驗包括在干燥和潮濕兩種條件下在軸向偏離的滑輪上讓膠帶運行。初始試驗用新制造的膠帶進行，膠帶的伸出纖維基本上是直立的。調節(jié)后的試驗包括與初始試驗相同的噪音試驗，但是，調節(jié)后膠帶在上述加熱的負荷和屈撓壽命試驗機上運行96 h。因此，調節(jié)后膠帶的伸出纖維彎曲并倒向橡膠表面。雖然，所有膠帶在初始噪音試驗和調節(jié)后的干燥噪音試驗都能無聲地運行，但是只有新制造的膠帶在調節(jié)后的潮濕噪音試驗中能無聲地進行。因此，文中膠帶在各種條件下的長期使用過程中都顯現(xiàn)出耐久性，能無聲運行特點。

［1］ Cheong，Tae hee.Power transmission belt［P］.WO：2009075729，2008-11-25

［責任編輯：翁小兵］

TQ 336.2

B

1671-8232(2010)11-0020-05

2007-06-19