在橡胶同步带中应用现代纺织材料

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摘要: 叙述了同步带采用的橡胶、骨架、包布层三大主要材料的演变过程, 应用现状, 存在的优缺点,技术性能及今后的发展方向。介绍了现代纺织材料在橡胶同步带中的应用。
3 H) L* B/ }( W7 s关键词: 同步带; 氯丁橡胶; 骨架材料
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1 　前　言
同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的一种新型传动带。其结构如图1 所示。由于同步带是利用齿工作面与带轮齿槽啮合进行传动, 因此带与带轮之间在传动过程中没有滑差, 而呈现同步传动。同步带和V 带(三角带)相比, 带体轻而薄, 强度高, 传动比准确, 传动效率高, 传动功率范围大, 传动速度高。同步带传动和链条、齿轮传动相比, 传动平稳, 冲击小, 不需润滑, 无污染, 噪音低。由于它的优点很多, 因而发展非常迅速。在纺织机械、汽车、轻工、化工、计算机和通用机械等方面得到了广泛应用。
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# L5 _: g, i  ]# n, j　早期的同步带用橡胶采用聚氨酯橡胶和氯丁橡胶, 但均有较大缺点, 几经探索之后, 发现70 年代中期开发的氢化丁腈橡胶(HNBR) 基本能满足这些要求。与氯丁橡胶相比, 氢化丁腈橡胶具有优良的耐高温(175 ℃) 和耐低温( - 40 ℃) 的性能, 有优异的物理机械性能和高弹性、耐臭氧、耐曲挠龟裂、耐油、耐磨, 并具有类似丁腈胶的良好的加工工艺性能。因此, 同步带用橡胶正逐步向氢化丁腈橡胶发展。
- g( d+ v* X% \3 n2 　同步带用骨架材料
( n1 B& L$ k* h; J- K! H+ c: p6 o% D; ~早些年生产的聚氨酯同步带, 骨架材料一般采用镀铜钢丝, 因为这种在轮胎、胶管中普遍采用的骨架材料强度较高, 但用钢丝作为骨架材料制成的同步带经使用后发现其伸长率大, 同步带节距伸长, 导致与带轮啮合不良, 造成跳齿, 使带子很快损坏。分析其原因, 是钢丝的初始模量小, 在运行中受拉力, 钢丝的变形较大。钢丝的另一缺点是与橡胶粘合不良, 易被抽出。在潮湿环境下易生锈,易与橡胶脱粘。钢丝的不均匀性和扭曲也往往引起胶带变形或跑偏。这些原因都加速了同步带的损坏。
由于用钢丝做骨架材料已经不能满足同步带的应用要求, 于是开始寻找新的骨架材料, 随着工业技术的发展, 玻璃纤维制造中的拉丝、加捻、后处理等工艺的改进, 制出了性能好的玻璃纤维线绳,它具有抗拉强度高、模量大、耐热性好、尺寸稳定性好、伸长小, 比钢丝易与橡胶粘合等优点。较之钢丝同步带, 玻纤绳带能在任何气候条件下工作,在潮湿条件下不会锈蚀。为了提高抗曲挠性和与橡胶的粘合性能, 用丁二烯、苯乙烯、丁二烯吡啶三元共聚物胶乳或与氯丁胶乳的共混物对玻纤绳进行浸渍[1 ] 。用玻纤绳制造的同步带基本上能满足当前汽车和一般工业传动的要求。但玻纤绳也存在许多缺点, 如脆性、不耐曲挠, 对冲击负荷稳定性差,这往往引起同步带的使用可靠性降低。也曾有人用聚酯、碳纤维线绳等试做同步带的抗拉体材料, 结果因种种不足而不能胜任。近年来开始采用芳纶(芳香族聚酰胺) 线绳做同步带的骨架材料, 将芳纶与其它常用骨架材料进行比较, 可以发现芳纶的优点: 密度仅为钢丝的1/ 5 , 玻纤的1/ 2 ; 在等重量下, 强度为钢丝的8倍, 玻纤的3 倍, 模量约为钢丝和玻纤的2 倍; 在同体积下, 芳纶的强度比钢丝和玻纤高约50 % ,但是芳纶的断裂伸长率比钢丝高。[2 ] 芳纶的这种性能主要是由其高分子结构决定的, 芳纶具有高结晶、高取向的大分子结构。芳纶纤维的拉伸性能、弯曲性能、扭转性能的所有指标均高于传统的同步带骨架材料, 它比强度大且密度小, 这对提高同步带的承载能力、减轻同步带的重量、减少运行时的离心力和振动特别有利。芳纶高模量、低伸长率及蠕变小赋予同步带良好的尺寸稳定性, 使用中不伸长。芳纶耐高温, 最高使用温度可达240 ℃, 经160 ℃×500h 强力几乎不下降, 所以是制造同步带的良好材料。
　 现在人们已将芳纶1414 纤维[ 也称凯芙拉(Kevlar) 纤维或B 纤维] 作为骨架材料用于同步带中。另外, 美国的Dow Chemical 公司还推出了P84纤维和PBI (聚苯并咪唑) 纤维等合成纤维, 并在同步带上使用, 只是由于价格原因, 目前尚未推广。预计这三种纤维都会成为将来同步带骨架材料主选材料。
3 　同步带的包布
, q0 n# e" _" e# N  \层为了保护同步带齿胶不受磨损, 在同步带的齿表面覆盖一层耐磨的尼龙布, 也叫变形纱。包布层的主要作用是保护带齿和骨架材料, 提高带齿的抗剪切和耐磨性能, 减少带齿面的摩擦因数, 降低噪声, 提高传动效率。因此要求包布材料具有较好的强度和耐磨性, 并能承受较强的剪切作用, 要求该布纬向伸长率大, 一般要大于130 % , 经向强力要高, 一般要在218kN/ 5cm 以上, 以满足生产工艺的需要。
以前包布层采用衣料用尼龙原丝织成, 在同步带运行中易破损, 必须用硫酸相对粘度为216～218的工业用尼龙原丝, 它拉伸强度高, 耐磨、耐撕裂性也好。但尼龙的耐热性较差, 在120 ℃下经50h开始出现劣化现象, 到400h 强度下降30 %～70 %。在同步带的硫化条件180 ℃×30min 下, 一般强度下降15 %左右, 而为了增加伸长而加有氯纶或氨纶的尼龙布, 在该条件下强力下降达50 %左右,严重影响了同步带的使用寿命。聚酯和芳纶的耐热性较好, 在120 ℃×400h 的条件下强力下降在10 %以内, 适于同步带的要求, 故目前有聚酯或芳纶织物取代尼龙织物做齿面包布的倾向。为了更好地保护同步带齿胶, 英国专利提供了一种双层尼龙齿包布, 适用于汽车发动机同步带,其外层布起抗磨损, 内层布起抗剪切的作用, 而中间胶层则为缓冲层。美国专利提供了另一种新型织物齿包布, 即织物的经纱由一种卷缩合成纤维构成, 或由一种以弹性纱线(聚氨酯纤维) 为芯纱,其外缠以卷缩合成纤维的新型纱线构成; 纬线由合成短纤维绞合纱线构成, 特别是由间位键合型芳纶短纤维绞合纱线构成。其表面带有大量绒毛, 适合于制造汽车同步带及其它使用要求严格的同步带,齿包布能提高带的使用寿命, 并使传动噪声得到有效控制。
参考文献:
  G; [5 ]. P+ N, b[1 ] 张传智. 同步带用材料的现状和发展[J ] . 特种橡胶制品, 1997 , (1) .
. Y9 }) H/ ~. }; F[2 ] 王善元、董红明. 同步带芳纶骨架材料的性能特点
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