Ременные передачи на основе этилен-альфа-олефиновых эластомеров

 

Описывается изделие, подверженное динамической нагрузке, в которое в качестве первичной эластомерной композиции введена композиция, содержащая этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщеннoй органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемая с применением средства, активирующего свободные радикалы. Эластомерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, вес. ч.: этилен-альфа-олефиновый эластомер 100, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты 1-20, усиливающий наполнитель 25-250. Описывается ремень и система ременной передачи, содержащая ремень из эластичной композиции. Технический результат - создание эластомерного материала, способного проявлять высокую износостойкость, стойкость к пиллингу, прочность на разрыв, устойчивость на срез, высокие модуль упругости и адгезию к усиливающим материалам при высоких и низких температурах и динамических нагрузках, что позволяет его применять в качестве первичной эластомерной композиции для изделий, подверженных динамической нагрузке. 3 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 ил.

Данное изобретение относится к ременным передачам, в том числе к машинным трансмиссиям и плоским ременным передачам и другим профилированным изделиям, используемым в динамическом режиме, включая отвержденные свободными радикалами эластомерные композиции, содержащие этилен-альфа-олефиновые эластомеры, усиленные солями металла α,β -ненасыщенных органических кислот. В частности, изобретениe касается ременных передач и других профилированных изделий, используемых в динамическом режиме, включая такие композиции, как первичные эластомеры, обладающие улучшенными адгезионными свойствами по отношению к упрочненным текстильным материалам в отсутствие дополнительных активаторов адгезии в основном эластомере и отличающиеся хорошими механическими свойствами, в том числе износостойкостью, сопротивлением пиллингу, прочностью на разрыв и упругостью в условиях динамической нагрузки.

Этилен-альфа-олефиновые эластомеры, в том числе этилен-пропиленовые сополимеры (ЭПС) и этилен-пропилен-диеновые терполимеры (ЭПДС) являются отличными эластомерами широкого спектра применения, отличаясь более широким интервалом рабочих температур, чем другие эластомеры. ЭПС и ЭПДС имеют насыщенную основную цепь, обеспечивающую устойчивость к действию кислорода и озона. Эти материалы в общем менее дорогостоящи, чем другие эластомеры, и совместимы с высокими концентрациями наполнителя и масел, что обеспечивает хорошие физические свойства и повышает их экономичность. По этим причинам этилен-альфа-олефиновые эластомеры широко применимы как в отдельности, так и в смеси c другими эластомерами для изготовления шлангов, уплотнителей, прокладок, кровельных материалов и защитных пленок.

Недостатком этих материалов являются, однако, их низкие эксплуатационные качества при использовании в динамическом режиме. Поскольку известно, что этилен-альфа-олефиновые эластомеры проявляют умеренные усталостную прочность, износостойкость, прочность на разрыв и модуль упругости при использовании в динамическом режиме, а также неадекватные адгезионные свойства по отношению к металлам и усиленным текстильным материалам, они не могут широко применяться в качестве первичных эластомеров в режимах, характеризующихся динамической нагрузкой, например, для машинных трансмиссий, плоских ременных передач, амортизаторов опор двигателей и т.п. Эластомерные материалы, которые могут широко использоваться в этих целях - это полихлоропрен, стирол- бутадиеновый каучук, натуральный каучук, которые сочетают в себе удачную комбинацию механических свойств с легкостью при обработке. Что касается термина "первичный зластомер" в данном контексте, то это эластомер, содержащий более 50 вес.% эластомерных компонентов эластомерной композиции.

ЭПС и ЭПДС в смеси с другими эластомерами проявляют лучшие механические свойства при использовании их в динамических режимах. Этими эластомерами могут быть полихлоропрен, нитрил-диеновые каучуки и оранополисилоксановые смолы. В этих случаях ЭПС и ЭПДС добавляют с целью повышения устойчивости к кислороду и озону или для снижения стоимости конечной композиции. Количество добавленных ЭПС или ЭПДС, однако, не должно превышать 40 вес.% по отношению к весу конечной эластомерной композиции для сохранения удовлетворительных механических свойств. Кроме того, ЭПДС с высокой концентрацией этилена, т.е. выше 80% на моль, могут быть использованы в качестве первичных эластомеров при производстве ременных передач. Этот материал, однако, труден в обработке на открытых вальцах и каландрах из-за узости границ его молекулярного веса и высокой степени кристаллизации.

Известно несколько методов улучшения механических свойств эластомеров. Увеличение количества усиливающего наполнителя или пероксида повышает твердость и модуль упругости отвержденной эластомерной композиции. Увеличение количества наполнителя, однако, может ухудшить гибкость материала при введении наполнителя в теплый состав эластомера. Увеличение количества пероксидов может улучшить модуль упругости при снижении прочности на разрыв, усталостной прочности при многократных деформациях и к растяжимости. Эффект от этого может быть столь значительным, что полимер станет хрупким.

Пероксидное и свободнорадикальное отверждение широко применяeтся вместо отверждения серой для насыщенных и ненасыщенных полимеров с целью улучшения их теплостойкости, снижения остаточной деформации при сжатии и улучшения адгезивных свойств по отношению к обработанным и необработанным текстильным материалам. Известно также, что введение различных акрилатных членов как соагентов для отверждаемых пероксидами эластомерных композиций улучшает их прочность на разрыв в горячем состоянии и повышает износостойкость, устойчивость к маслу и адгезию к металлам. Так, например, металлические соли акриловой кислоты применяют в качестве соагентов при пероксидном отверждении смесей, содержащих ЭПДС и другие эластомеры, для улучшения общих характеристик. Акрилаты в качестве усиливающих наполнителей могут быть также использованы для минимизации разрыва цепи и повышения эффективности вулканизации.

Этилен-альфа-олефиновые эластомерные композиции, проявляющие в динамическом режиме физические свойства, достаточные, чтобы служить в качестве первичных эластомерных композиций, например, для ременных передач, в том числе машинных трансмиссий и плоских ременных передач, амортизаторов опор для двигателей и т.п., весьма желательны с точки зрения снижения стоимости материалов, повышения термостойкости и устойчивости к действию кислорода и озона.

Известно изделие, подверженное динамической нагрузке, в которое в качестве первичной эластомерной композиции введена композиция, содержащая этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β -ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемая с применением средства, активирующего свободные радикалы (ЕР N 0590423, A3, кл. C 08 L 21/00, 06.04.94).

Известен также ремень, приспособленный к зацеплению шкива, содержащий основу, изготовленную из эластомерной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отвержденной с помощью средства, активирующего свободные радикалы, растягивающее приспособление, расположенное в основе, и контактирующую со шкивом часть, составляющую целое с основой (ЕР N 0590423, A3, кл. C 08 L 21/00, 06.04.94).

Известна также система ременной передачи, содержащая ремень из эластичной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемой с применением средства, активирующего свободные радикалы, проходящий вокруг по меньшей мере одного ведущего шкива и по меньшей мере одного ведомого шкива (В.Н.Иванова, Л.А.Алещунина. Технология резиновых технических изделий, Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1980, с. 116-117).

Однако используемые этилен-альфа-олефиновые эластомерные композиции являются недостаточно легкими при обработке и не обладают адекватными механическим свойствами при использовании в динамических режимах и подходящей адгезией к усиливающим текстильным материалам, что делает невозможным их применение в качестве первичных основных эластомерных композиций для изготовления ременных передач, в том числе машинных трансмиссий, плоских ременных передач, амортизаторов, опор для двигателей и т. п.

Техническим результатом изобретения является создание эластомерного материала, используемого в качестве первичной эластомерной композиции в изделиях, подверженных динамической нагрузке, содержащего этилен-альфа-олефиновую эластомерную композицию и способного проявлять высокую износостойкость, стойкость к пиллингу, прочность на разрыв, устойчивость на срез, высокие модуль упругости и адгезию к усиливающим материалам при высоких и низких температурах и динамических нагрузках.

Задачей данного изобретения является создание изделия, подверженного динамической нагрузке и содержащего в качестве первичного эластомерного компонента описанную выше эластомерную композицию.

Другой задачей изобретения является создание усовершенствованного ремня, содержащего в качестве основы этилен-альфа-олефиновый эластомер с улучшенными механическими свойствами и отличной адгезией к упрочняющим текстильным материалам.

В соответствии с задачами данного изобретения усталостная прочность, износoстойкость, высокая прочность на разрыв, высокий модуль упругости эластомерной композиции обеспечивают ее применение в качестве первичной эластомерной композиции для изделий, подверженных динамической нагрузке.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в изделии, подверженном динамической нагрузке, в которое в качестве первичной эластомерной композиции введена композиция, содержащая этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемая с применением средства, активирующего свободные радикалы, эластомерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, вес. ч.: Этилен-альфа-олефиновый эластомер - 100 Соль металла α,β -ненасыщенной органической кислоты - 1-20 Усиливающий наполнитель - 25-250 Изделие может быть выбрано из группы, состоящей из приводного ремня, воздушных рукавов и станин двигателей.

Технический результат также достигается тем, что в ремне, приспособленном к зацеплению шкива, содержащем основу, изготовленную из эластомерной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отвержденной с помощью средства, активирующего свободные радикалы, растягивающее приспособление, расположенное в основе, и контактирующую со шкивом часть, составляющую целое с основой, эластомерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, вес. ч.: Этилен-альфа-олефиновый эластомер - 100 Соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты - 1-20 Усиливающий наполнитель - 25-250 В ремне этилен-альфа-олефиновый эластомер может быть выбран из группы, состоящей из сополимеров этилена и пропилена, сополимеров этилена и октена, терполимеров этилена, пропилена и диена и их смесей.

Этилен-альфа-олефиновый эластомер может быть смешан не более чем с 25 мас.%, считая на вес указанного этилен-альфа-олефинового эластомера, второго эластомерного материала, выбираемого из группы, состоящей из силиконового каучука,
полихлоропрена,
эпихлоргидрина,
гидрированного нитрилбутадиенового каучука,
натурального каучука,
сополимера этилена и винилацетата,
сополимеров и терполимеров этиленметакрилата,
стиролбутадиенового каучука,
нитрильного каучука,
хлорированного полиэтилена,
хлорсульфонированного полиэтилена,
алкилированного хлорсульфонированного полиэтилена,
транс-полиоктенамера,
полиакрилового каучука,
бутадиенового каучука и их смесей.

В ремне соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты может содержать соли металлов кислот, выбираемых из группы, состоящей из акриловой, метакриловой, малеиновой, фумаровой, этакриловой, винилакриловой, итаконовой, метилитаконовой, аконитовой, метилаконитовой, кротоновой, альфа-метилкротоновой, коричной и 2,4-дигидроксикоричной кислоты.

Соль металла может быть выбрана из группы, состоящей из диакрилата цинка и диметакрилата цинка.

Отверждающее средство является эффективным для отверждения количеством материала, и может быть выбрано из группы, состоящей из органических пероксидов, органических пероксидов, смешанных с серой в количестве примерно 0,01-1,0 частей на 100 вес. ч. эластомера и ионизирующего излучения.

Ремень может иметь форму ремня машинной трансмиссии, выбираемого из группы, состоящей из синхронных ремней, клиновых ремней и мультиклиновых ребристых ремней.

Этилен-альфа-олефиновый эластомер может характеризоваться специфическим содержанием этиленовых звеньев, при этом содержание этиленовых звеньев находится в пределах от примерно 55 до примерно 78 мас.% в расчете на вес эластомера.

Технический результат также достигается за счет того, что система ременной передачи, содержащая ремень из эластичной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемой с применением средства, активирующего свободные радикалы, проходящий вокруг по меньшей мере одного ведущего шкива и по меньшей мере одного ведомого шкива, содержит ремень, охарактеризованный вышеописанными признаками.

Краткое описание чертежей
Чертежи, приложенные к описанию и являющиеся его составной частью, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления изобретения и вместе с описанием раскрывают принципы изобретения. На чертежах изображены:
фиг. 1 - вид в перспективе с частичным разрезом синхронного ремня в соответствии с данным изобретением;
фиг. 2 - вид в перспективе с частичным разрезом клинового ремня в соответствии с данным изобретением;
фиг. 3 - вид в перспективе с частичным разрезом мультиклинового ребристого ремня в соответствии с данным изобретением.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 1 изображен типичный синхронный ремень 10. Ремень 10 содержит эластомерную основу 12 и контактирующую со шкивом часть 14, расположенную на внутренней поверхности основы ремня 12. Термин "шкив" в данном контексте означает обычные шкивы и ведущие колеса, используемые в машинных трансмиссиях, а также шкивы, валики и подобные механизмы, применяемые в конвейерах и плоских ременных передачах. Пример системы шкива и ремня описан в патенте США N 4 956 036, содержание которого приведено в сноске. Контактирующая со шкивом часть 14 на фиг.1 состоит из зубьев 16 и гладкой части 18. Растяжимый слой 20 находится внутри основы ремня 12 для обеспечения опоры и прочности ремня 10. В описываемой форме растяжимый слой 20 представляет собой множество прочных кордных нитей 22, расположенных по всей длине основы ремня 12. Понятно, однако, что могут быть использованы любые типы растяжимого слоя 20. Более того, в качестве растягивающихся компонентов могут быть использованы любые подходящие материалы типа хлопковых, вискозных, нейлоновых, полиэфирных, ариламидных, стальных и других непрерывных волокон, способных выдерживать нагрузку. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.1, растяжимый слой 20 содержит кордные нити 22 из ариламидных волокон марки Kevlar. Другими предпочтительными кордными нитями являются фибергласовые и углеродные нити для машинных ременных трансмиссий, как на фиг. 1, и полиэфирные кордные нити для клиновых ремней, изображенных на фиг. 2.

Армированная ткань 24 может быть использована и тесно подогнана к каждому зубцу 16 и к каждой гладкой части 18 ремня 10, образуя его лицевое покрытие. Эта ткань может иметь любую желаемую форму типа стандартной ткани, состоящей из основы и протекторного утка под любым желаемым углом, или может состоять из протекторной основы, соединенной с кордным утком или иметь трикотажную или оплеточную форму и т.п. Ткань может быть покрыта промазочной смесью или пленкой из того же или другого эластомера, что и основа 12. Можно использовать более одного слоя ткани. При желании ткань может быть нарезана по диагонали, чтобы ее пряди образовывали угол с направлением движения ремня. В качестве удобных тканей могут быть использованы такие материалы, как хлопок, полиэфир, полиамид, пенька, джут, фиберглас и другие природные и синтетические волокна. В предпочтительном варианте осуществления изобретения тканевый слой 24 состоит из растягивающейся износостойкой ткани, в которой по меньшей мере основа или уточная нить изготовлены из нейлона. Наиболее предпочтителен слой ткани из растягивающегося нейлона 66.

На фиг. 2 показан стандартный зазубренный клиновый ремень 26. Клиновый ремень 26 содержит эластомерную основу 12, аналогичную изображенной на фиг. 1, и упругую усиливающую часть 20 в виде корда 22, также аналогичного показанному на фиг.1. Эластомерная основа ремня 12 и кордные нити 22 клинового ремня 26 изготовлены из тех же материалов, которые описаны выше для фиг. 1.

Клиновый ремень 26 содержит также контактирующую со шкивом часть 14, как и синхронный ремень, изображенный на фиг.1. Боковые поверхности контактирующей со шкивом части 14 служат передаточными поверхностями клинового ремня 26. В этом устройстве роликовая контактная часть 14 сделана в форме чередующихся углублений на поверхности или желобков 28 и зубчатых выступов 30. Указанные чередующиеся углубления на поверхности 28 и зубчатые выступы 30 предпочтительно следует общей синусоидальной траектории, как это показано на чертежах, что позволяет распределить и свести к минимуму напряжение при изгибе контактирующей со шкивом части 14, вращающейся вокруг блоков и шкивов.

На фиг.3 показан мультиклиновый ребристый ремень 32. Мультиклиновый ребристый ремень 32 содержит эластомерную основу 12, аналогичную изображенным на фиг. 1 и 2, а также упругую усиливающую часть 20, предпочтительно в виде кордных нитей 22, также как описано выше. Множество выпуклых участков или вершин 36, чередующихся с множеством желобков 38, определяет лицевую сторону ремня, которая служит в качестве контактирующей со шкивом части 14 ремня 32. Во всех трех образцах, показанных на фиг. 1-3, контактирующие со шкивом части 14 составляют одно целое с основой ремня 12 и изготовлены из одного и того же эластомерного материала, который детально описан ниже.

Большинство предпочтительных вариантов конструкций ременных передач, как показано на фиг. 1-3, содержат в качестве основы эластомерную композицию, описанную ниже, которая наполнена неоднородной тканью, состоящей из стандартных армированных материалов из штапельного или целлюлозного волокна. Примерами волокон, обладающих подходящим модулем упругости, и износостойкостью, могут служить ариламидные волокна, продаваемые под маркой Kevlar фирмой du Pont de Nemour & Company; марки Technora, продаваемой фирмой Teijin of Japan; и марки Twaron, продаваемой фирмой Enka of Holland. Длина нитей штапельного волокна ограничена пределами 0,25-12 мм, предпочтительно 0,5-7 мм, наиболее предпочтительно 1-3 мм. Эластомерная основа заполнена волокнами в концентрации предпочтительно 0,5-20 об.%, и более предпочтительно 1-6 об.%. Наиболее предпочтительно заполнение волокном основы в концентрации около 2,1 об. %. В предпочтительном варианте осуществления изобретения волокна ориентированы в направлении, перпендикулярном движению ремня, так что волокна выступают на 0,1-0,3 мм из эластомерной основы.

Хотя данное изобретение проиллюстрировано устройствами, изображенными на фиг. 1-3, следует понимать, что оно не ограничивается этими частными устройствами или формами и может быть использовано для любых динамических конструкций в объеме формулы изобретения, приведенной ниже.

Эластомерной композицией, используемой в данном изобретении, является этилен-альфа-олефиновая композиция, обладающая улучшенной усталостной прочностью, что отражено в результатах исследования усталости при многократных деформациях, повышенной износостойкостью, стойкостью к пиллингу, прочностью на разрыв, модулем упругости, а также улучшенной адгезией с растяжимыми элементами при практическом отсутствии дополнительных активаторов адгезии в основном эластомере. Этилен-альфа-олефиновые композиции получают смешиванием и совместным измельчением в соответствии с обычным способом изготовления резиновых смесей 100 вес.ч. этилен-альфа-олефинового эластомера, 1-30 нсч соли металла: α,β-ненасыщенной органической кислоты и 0-250 нсч усиливающего наполнителя типа углеродной сажи или гидратированного кремнезема. Эластомер отвержден органическим пероксидом или другим материалом, активирующим свободные радикалы, в некоторых случаях в присутствии небольших количеств серы в отвержденной смеси.

Этилен-альфа-олефиновые эластомеры, использованные в данном изобретении, могут включать без ограничений сополимеры, содержащие этиленовые и пропиленовые звенья (ЭПС), этиленовые и бутеновые звенья, этиленовые и пентеновые звенья или этиленовые и октеновые звенья (ЭОС), а также терполимеры, содержащие этиленовые и пропиленовые звенья и ненасыщенный компонент (ЭПДС), а также их смеси. В качестве ненасыщенного компонента ЭПДС могут быть использованы любые неконъюгированные диены, например гекса-1,4-диен, дициклопентадиен или этилиденнорборнен (ЭНБ). Предпочтительный этилен-альфа-олефиновый эластомер данного изобретения содержит 35-80 вес.% этиленовых звеньев, 65-85 вес.% пропиленовых или октеновых звеньев и 0-10 вес.% ненасыщенного компонента. В более предпочтительном варианте осуществления изобретения этилен-альфа-олефиновый эластомер содержит 55-78 вес.% этиленовых звеньев, и в наиболее предпочтительном варианте этилен-альфа-олефиновый эластомер содержит 65-75 вес.% этиленовых звеньев. При указанном предпочтительном уровне содержания этиленовых звеньев бесконечные ремни, изготовленные из такого этилен-альфа-олефинового эластомера, согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения характеризуются повышенной стойкостью к пиллингу. Наиболее предпочтительным этилен-альфа-олефиновым эластомером является ЭПДС.

Для получения эластомерной композиции данного изобретения этилен-альфа-олефиновый эластомер может быть смешан с менее чем 50 вес.%, предпочтительно до 25% и наиболее предпочтительно с 5-10% в расчете на общий вес эластомерной композиции второго эластомерного материала, в том числе с силиконовым каучуком, полихлоропреном, эпихлоргидрином, гидрированным нитрилбутадиеновым каучуком, природным каучуком, сополимером этилена и винилацетата, сополимером этилена и метакрилата, и терполимерами, стиролбутадиеновым каучуком, нитрильным каучуком, хлорированным полиэтиленом, хлорсульфонированным полиэтиленом, алкилированным хлорсульфонированным полиэтиленом, транс-полиоктаномером, полиакриловыми каучуками, бутадиеновыми каучуками и их смеси с целью тонкой регулировки различных механических свойств типа высокотемпературных характеристик и липкости.

Существенным является введение в эластомерные композиции данного изобретения солей металла α,β-ненасыщенных органических кислот. Считается, что отличные свойства этилен-альфа-олефиновых эластомерных композиций, применяемых в данном изобретении, обусловлены мостиковыми связями этих солей металла с пероксидом. Ионные связи способны расщепляться и снова образовываться в основной эластомерной цепи под действием напряжения, подобно действию полисульфидных мостиковых связей в системах, отвержденных серой, придавая эластомеру прочность на разрыв при растяжении и сопротивление раздиру. Такой механизм может также являться основой повышения стойкости к пиллингу, характерной для этих эластомерных композиций. Эти ионные связи, по-видимому, проявляют свою активность путем образования расщепления, предпочтительно для расщепления углерод-углеродных связей. В отличие от полисульфидных связей или свободных радикалов, образующихся при расщеплении углерод-углеродных связей в системах, отвержденных серой, данные ионные связи не подвергаются влиянию кислорода и не проявляют склонности к образованию липких частиц при истирании. Устойчивость к кислороду способствует большей устойчивости ионных поперечных связей к нагреванию и окислению, чем обычные отвержденные серой эластомеры.

В качестве солей металлов α,β-ненасыщенных органических кислот в данном изобретении применяются, например, соли акриловой, метакриловой, малеиновой, фумаровой, этакриловой, винилакриловой, итаконовой, метилитаконовой, аконитовой, метилаконитовой, крoтоновой, альфа-метилкротоновой, коричной и 2,4-дигидроксикоричной кислот. Это могут быть соли цинка, кадмия, кальция, магния, натрия или алюминия, причем предпочтительны соли цинка. Предпочтительными солями металлов α,β-ненасыщенных органических кислот являются диакрилат цинка и диметилакрилат цинка. Наиболее предпочтительной солью металла ненасыщенной органической кислоты является диметилакрилат цинка. Количество соли металла, используемой в данном изобретении, находится в пределах 1-30 нсч, предпочтительно 5-2O нсч. В наиболее предпочтительных устройствах в качестве соли металла используют диметилакрилат цинка в количестве около 5 нcч вместе с ЭПДС, смешанном не более чем с 10% силиконового каучука и с 10-20 нcч, более предпочтительно примерно с 15 нcч другого этилен-альфа-олефинового эластомера, применяемого в данном изобретении.

Этилен-альфа-олефиновые эластомерные композиции, применяемые при изготовлении ремней в соответствии c данным изобретением, содержат далее от 0 до 250 нcч, предпочтительно 25-100 нсч, усиливающего наполнителя типа углеродной сажи, карбоната кальция, талька, глины или гидратированного кремнезема или их смесей. Введение 1-30 нсч соли металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и 0-250 нсч, предпочтительно 25-100 нсч, усиливающего наполнителя в отвержденную пероксидом этилен-альфа-олефиновую эластомерную композицию стабилизирует теплостойкость обычных стабилизированных пероксидом эластомеров, тогда как стойкость к раздиру и динамические свойства обычно связывают с эластомерами, отвержденными серой.

Свободнорадикальное отверждение, применяемое в данном изобретении, больше подходит для отверждения этилен-альфа- олефиновых эластомеров и может производиться с применением органических пероксидов и ионизирующего излучения. Предпочтительным отвердителем является органический пероксид, в том числе пероксид дикумила, бис-(t-бутилперокси)-диизопропилбензол, t-бутилпербензоат, ди-t-бутилпероксид, 2,5-диметил-2,5-ди-t-бутил-пероксигексан, α,α-бис(t-бутилперокси)диизопропилбензол. Предпочтительным органическим пероксидным отвердителем является α,α-бис-(t-бутилперокси)диизопропилбензол. Эффективное отверждающее количество органического пероксида для целей данного изобретения составляет приблизительно 2-10 нсч. Предпочтительные уровни органического пероксида составляют около 4-6 нсч. В качестве составной части отверждающей смеси к органическому пероксиду может быть добавлена сера в количестве примерно 0,01-1 нсч с целью улучшения модуля Юнга отвержденного эластомера без отрицательного влияния на его стойкость к раздиру.

Другие обычные добавки к этил-альфа-олефиновым эластомерам (рабочее масло, масло для наполнения, антиоксиданты, воски, пигменты, пластификаторы, мягчители и т. п. ) могут быть добавлены в соответствии с обычным способом изготовления каучука без отклонения от данного изобретения. Например, в предпочтительном варианте выполнения данного изобретения эластомерная композиция содержит также примерно 0,5-1,5 нсч антиозоната или антиоксиданта и примерно 5-15 нсч пластификатора/мягчителя на основе нефтяного масла.

Этилен-альфа-олефиновые эластомерные композиции, применяемые в данном изобретении, могут быть получены любым обычным способом, например, смешиванием ингредиентов в закрытом резиносмесителе или в мельнице.

Следующие примеры представлены на рассмотрение с целью дальнейшей иллюстрации сути данного изобретения, но не ограничивают области его применения. Части и проценты, приведенные в примерах, и спецификации даны в весовом выражении.

Примеры 1, 3 и 5 и сравнительные примеры 2, 4 и 6.

Таблица 1 иллюстрирует составы эластомерных композиций для тестовых образцов примеров 1, 3, 5 и 7 данного изобретения и для сравнительных примеров 2, 4, 6 и 8.

Таблица 2 иллюстрирует аналитические данные не подвергнутых старению образцов примеров 1, 3, 5 и 7 и сравнительных примеров 2, 4, 6 и 8.

Таблица 3 иллюстрирует аналитические данные подвергшихся старению образцов примеров 1, 3, 5 и 7 и сравнительных примеров 2, 4, 6 и 8.

Таблицы 4 и 5 иллюстрируют данные испытаний адгезивных свойств подвергшихся и не подвергнутых старению образцов соответственно для примеров 1, 3 и 5 и сравнительных примеров 2, 4 и 6.

Таблица 6 иллюстрирует сравнительные данные мультиклиновых ребристых ремней, изготовленных в соответствии с данным изобретением и описанных выше в соответствии с фиг. 3, наполненных волокном, а также данные для обычного мультиклинового ремня, содержащего в качестве основы полихлоропрен, наполненный волокном, и контактирующую со шкивом часть.

В этих примерах и сравнительных примерах изготовление эластомеров проводилось следующим образом. Изготовление образцов для примеров 1 и 3 и для сравнительных примеров 2 и 4 было проведено в смесителе Бэнбери 1А, имеющем внутренний объем 16 500 см³; перемешивание осуществлялось примерно при 30 об/мин. Изготовление образцов для примеров 5 и 7 и для сравнительных примеров 6 и 8 было проведено в смесителе Бэнбери BR, имеющем внутренний объем 1 570 см³; перемешивание велось примерно при 77 об/мин. Загрузки обрабатывались в три стадии. На первой стадии в смеситель Бэнбери загружали все ингредиенты, кроме органического пероксида, и перемешивание проводилось при температуре около 154^oC в течение времени, не превышающем 10 мин. На второй стадии смесь подвергалась повторному перемешиванию при температуре до 154^oC, которая затем понижалась. На третьей стадии сначала добавлялся органический пероксид, затем смесь перемешивалась при температуре 88^o, которая затем понижалась.

Физические пробы проводились для всех формованных образцов после формования и старения путем нагревания при 125^oC в течение 168 ч без других специальных процедур. Свойства вулканизированных продуктов были измерены в соответствии со следующими протоколами испытаний:
Пико-износостойкость по ASTM D228-8;
Механические свойства при растяжении по ASTM D412-87;
Механические свойства при растяжении образцов, подвергшихся старению, по ASTM D573-88;
Прочность на раздир по ASTM D624-91;
Твердость по ASTM D2240-91;
Растрескиваемость по методу Демантиа ASTM D813-87;
Способ Тейбера для пиллинга IS05470-1980.

В следующих составах:
Торговая марка - Состав, поставщик
Nordel 1070 - (Этилен-пропилен-диеновый терполимер (ЭПДС), E.I.DuPont de Nemour
Royaltherm 1411 - ЭПДС, модифицированный силиконом, Iniroyal
Engage CL 8001 - Этилен-октеновый сополимер (ЭОС), Dow Chemical
Vistalon 606 - Сополимер этилена и пропилена (ЭРС), Exxon Chemiсal Americas
Hi-Sil 233 - Осажденный гидратированный аморфный кремнезем, Pitts burgh Plate Glass Co.

N 330 - Углеродная сажа, 1 # 82, Huber Co.

N 550 - Углеродная сажа, 1 # 43, Huber Co.

Sunpar 2280 - Парафиновое масло, ASTM D2226 типа 104В, Sun Refining Co.

Agerite Resin D - Полимеризованный 1,2-дигидро-2,2,4- триметилхинолин, B.F.Coodrich Co.

Saret 634 - Диметакрилат цинка, The Surtomer Co.

Vul-Cup 40KE - α,α-бис(t-бутилперокси)диизопропилбензол на глине Burgess KE, Hercules Inc.

Особая проблема, связанная с мультиклиновыми ребристыми ремнями, состоит в возникновении пиллинга между соседними ребрами протекторного рисунка, где "узелки" или истертый материал собираются между ребрами и удерживаются на ремне. Поэтому результаты потери веса не полностью отражают эффект пиллинга. Так, в таблице 2 низкие значения потери объема на абразивной машине Тэйбера для сравнительных образцов показывают большую износостойкость, чем для сравниваемых образцов, содержащих диметилакрилат цинка; эти искусственно завышенные значения вызваны тем, что образующийся истертый материал или "узелки" не удаляются из сравнительного образца в процессе испытания. Эти образования указывают на липкую природу материала и свидетельствуют о тенденции к пиллингу при использовании в рабочем режиме. Такой пиллинговый эффект практически отсутствует в образцах, содержащих диметилакрилат цинка. Так, низкие значения, полученные на абразивной машине Тэйбера для сравнительных примеров, показывают на снижение износостойкости по сравнению со сравниваемыми образцами, содержащими диметилакрилат цинка в соответствии с данным изобретением.

Приведенные в таблицах 2 и 3 результаты показывают, что добавка диметилакрилата цинка к этилен-альфа-олефиновым эластомерным композициям вызывает существенные улучшения модулей упругости и повышает стойкость к пиллингу, одновременно.

В таблицах 4 и 5 нулевое значение раздира означает разрушение границы каучук - адгезив. Другими словами, поскольку при комнатной температуре не обнаружены раздир образца или нарушение сцепления, все образцы сравнительных примеров 2, 4 и 6, не подвергнутые старению, обнаруживают в этих условиях нарушение адгезии. Однако образцы примеров 1, 3 и 5, не подвергнутые старению, обнаруживают нарушение сцепления при комнатной температуре в результате приложения значительно большей силы, чем в случаях сравнительных образцов, проявляя, таким образом, значительно улучшенные адгезивные свойства. Образцы примера 1 и сравнительного примера 2, основанного на ЭПДС марки Nordel 1070, производимым E. I.DuPont de Nemour, проявляют раздир образца при повышенных температурах. Состаренные и несостаренные образцы примеров 3 и 5 в отличие от сравниваемых с ними образцов не проявляют раздира образца, что свидетельствует о более сильной адгезии при использовании демиталакрилата цинка. Другими словами, образцы, содержащие диметилакрилат цинка, проявляют хорошие адгезивные свойства как в состаренном, так и в несостаренном состоянии, тогда как образцы без диметилакрилата цинка проявляют слабые адгезивные свойства в несостаренном состоянии.

Результаты испытаний на усталостную прочность при многократных деформациях, износостойкость и способность выдерживать нагрузки показаны в таблице 6; ремни, изготовленные в соответствии с устройствами данного изобретения (ремень 1, ремень 2, ремень 3), сравнивались со стандартными имеющимися в продаже ремнями (сравнительный ремень А). В качестве ремня 1 был взят мультиклиновый ребристый ремень, изготовленный в соответствии с описанием для фиг. 3, где основа ремня и роликовая контактная часть были изготовлены из ЭПДС, упрочненного диметилакрилатом цинка в соответствии с процессом, описанным выше в примере 1, с теми изменениями, что вместо углеродной сажи N550 была использована углеродная сажа N330 и что основа ремня была армирована волокном. В качестве ремня 2 был взят мультиклиновый ребристый ремень, аналогичный во всех отношениях ремню 1, за исключением того, что для ремня 2 вместо Nordel 1070 был использован Vistalon 606, и при его изготовлении применялось 55 нсч углеродной сажи N330. В качестве ремня 3 был взят мультиклиновый ребристый ремень, аналогичный во всех отношениях ремню 1, за исключением того, что для ремня 3 вместо Nordel 1070 был использован Engage CL8001. Kроме того, ремень 3 содержал в качестве антиоксидантов 0,50 нсч замещенного дифениламина, выпускаемого фирмой Uniroyal Chemical под маркой Naugard 445, а также цинк-2-меркаптоимидазол, выпускаемый фирмой R-T.Yanderbilt под маркой Vanox ZMTI. Пероксидное отверждающее вещество для ремня 3 использовалось в количестве 5,50 нсч. В качестве сравнительного ремня А был взят стандартный полихлоропреновый (CR) армированный волокном мультиклиновый ребристый ремень. Растяжимость ремня 1, ремня 2 и ремня 3 была улучшена полиэфирнотерефталатным кордом. Корд был приклеен к эластомерным частям ремней путем предварительной обработки корда изоцианатной грунтовкой с последующей обработкой винилпиридин-стирол-бутадиен-каучуковым латексом или винилпиридинкарбоксистиролбутадиенкаучуковым латексом; пропиточный состав корда содержит полимерный адгезив, известный под маркой Chemlok 238, выпускаемый фирмой The lord Corporation. Кроме того, армированный волокном материал ремня 1, ремня 2 и ремня 3 содержит 3 мм ариламидного штапельного волокна, обработанного резорцинформальдегидным латексом, выпускаемым фирмой Teijin of Japan под маркой Technora, и такой же материал содержит армированный волокном сравнительный ремень А, за исключением того, что для сравнительного ремня А использован 1 мм ариламидных волокон. Ремни имеют длину около 112 см и ширину около 1,067 см.

Для определения способности выдерживать нагрузку при большом растяжении мультиклиновые ребристые ремни направлялись вокруг двух многоканальных шкивов, каждый 6,1 см в диаметре. Ремни испытывались при 3500 об/мин и 7,1 л.с. (5,3 кВт) при постоянном натяжении 264 фунта (1174 Н) при комнатной температуре. Данные по способности выдерживать нагрузку приведены в таблице 6; ремни испытывались до разрушения, определяемого отделением края корда, отделением ребер или более существенными разрушениями ремня.

Для пробы на износостойкость и растяжимость при многократных деформациях ремни подвергались четырехкратным пробам с водяным тормозом, при которых ремни направлялись вокруг двух многоканальных основных шкивов, внутренних натягивающих направляющих и боковых направляющих валиков. Два главных шкива имели 12,1 см в диаметре; внутренние натягивающие направляющие - 4,4 см в диаметре и боковые направляющие - 7,6 см (8,2 кВт) в диаметре. Ремни испытывались при 4900 об/мин и 11 л.с. при постоянном натяжении 110 фунтов (489 Н). Для пробы на износостойкость ремни сначала взвешивали, затем направляли вокруг шкивов, испытывали при комнатной температуре в течение 96 ч и снова взвешивали для определения потери веса. Для первой пробы на растяжимость при многократных деформациях ремни направлялись вокруг шкивов и направляющих и испытывались при 4900 об/мин и 110^oC до разрушения, определяемого по образованию трещин в количествах, равных или превышающих число ребер ремня. Для второй пробы на растяжимость при многократных деформациях ремни также направлялись вокруг шкивов и направляющих и испытывались при 4900 об/мин при 110^oC до разрушения, определяемого по образованию трещин в количествах, равных или превышающих число ребер ремня.

Следует отметить, что ремень 1 проявляет четырехкратную повышенную способность к выдерживанию нагрузки по сравнению с полихлоропреновым ремнем благодаря его повышенной износостойкости. Более того, ремень 1, содержащий в качестве основы армированный волокном эластомер на базе ЭПДС и усиленный диметилакрилатом цинка, показывает десятикратное увеличение времени жизни ремня по сравнению со стандартным полихлоропреновым ремнем, как это измерено при пробе на растяжимость при многократных деформациях. Ремень 2 на основе Vistalon 606, усиленный диметилакрилатом цинка, проявляет более чем пятикратное повышение способности к выдерживанию нагрузки по сравнению со стандартным полихлоропреновым ремнем и весьма существенно увеличенное время жизни ремня по данным пробы на растяжимость при многократных деформациях при 100 и 110^oC. Ремень 3 на основе Engage CL 8001, усиленный деметилакрилатом цинка, проявляет аналогичное существенное повышение способности к выдерживанию нагрузки по сравнению со стандартным ремнем на основе полихлоропрена, как это продемонстрировано выше при испытаниях на растяжимость при многократных деформациях.

Улучшение свойств динамических ременных передач данного изобретения, в том числе машинных трансмиссий и плоских ременных передач, достигается введением в основу или зубчатую контактную часть ремня отвержденной пероксидом этилен-альфа-олефиновой эластомерной композиции, усиленной солью металла α,β-ненасыщенной органической кислоты. Полученная эластомерная композиция обладает отличной адгезией к усиленным текстильным материалам при практическом отсутствии дополнительных промоторов адгезии в основном эластомере. Несмотря на то что эластомерные композиции проявляют отличные адгезивные свойства по отношению к усиленным текстильным материалам при практическом отсутствии дополнительных промоторов адгезии в основном эластомере, такие промоторы адгезии, в том числе H-R-H сухие каучуковые клеящие системы, содержащие доноры метилена и резорцина, могут быть использованы при изготовлении ременных передач вне рамок данного изобретения.

Хотя данное изобретение детально описано в целях иллюстрации, понятно, что такие варианты приведены только для наглядности изобретения, и специалисты в данной области техники могут предложить варианты в заявленном объеме без изменения сущности изложенной в формуле изобретения. Изобретение может быть использовано на практике в отсутствии любого элемента, не оговоренного в нем особо.

Формула изобретения

1. Изделие, подверженное динамической нагрузке, в которое в качестве первичной эластомерной композиции введена композиция, содержащая этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемая с применением средства, активирующего свободные радикалы, отличающееся тем, что эластомерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, вес.ч.:
Этилен-альфа-олефиновый эластомер - 100
Соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты - 1 - 20
Усиливающий наполнитель - 25 - 250
2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оно выбрано из группы, состоящей из приводного ремня, воздушных рукавов и станин двигателей.

3. Ремень, приспособленный к зацеплению шкива, содержащий основу, изготовленную из эластомерной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отвержденной с помощью средства, активирующего свободные радикалы, растягивающее приспособление, расположенное в основе, и контактирующую со шкивом часть, составляющую целое с основой, отличающийся тем, что эластомерная композиция содержит компоненты в следующем соотношении, вес.ч.:
Этилен-альфа-олефиновый эластомер - 100
Соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты - 1 - 20
Усиливающий наполнитель - 25 - 250
4. Ремень по п.3, отличающийся тем, что этилен-альфа-олефиновый эластомер выбран из группы, состоящей из сополимеров этилена и пропилена, сополимеров этилена и октена, терполимеров этилена, пропилена и диена и их смесей.

5. Ремень по п.3, отличающийся тем, что этилен-альфа-олефиновый эластомер смешан не более чем с 25 мас.%, считая на вес указанного этилен-альфа-олефинового эластомера, второго эластомерного материала, выбираемого из группы, состоящей из силиконового каучука, полихлоропрена, эпихлоргидрина, гидрированного нитрилбутадиенового каучука, натурального каучука, сополимера этилена и винилацетата, сополимеров и терполимеров этиленметакрилата, стиролбутадиенового каучука, нитрильного каучука, хлорированного полиэтилена, хлорсульфонированного полиэтилена, алкилированного хлорсульфонированного полиэтилена, транс-полиоктенамера, полиакрилового каучука, бутадиенового каучука и их смесей.

6. Ремень по п.3, отличающийся тем, что соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты содержит соли металлов кислот, выбираемых из группы, состоящей из акриловой, метакриловой, малеиновой, фумаровой, этакриловой, винилакриловой, итаконовой, метилитаконовой, аконитовой, метилаконитовой, кротоновой, альфа-метилкротоновой, коричной и 2,4-дигидроксикоричной кислоты.

7. Ремень по п.6, отличающийся тем, что соль металла выбрана из группы, состоящей из диакрилата цинка и диметакрилата цинка.

8. Ремень по п.3, отличающийся тем, что отверждающее средство является эффективным для отверждения количеством материала, выбираемого из группы, состоящей из органических пероксидов, органических пероксидов, смешанных с серой в количестве примерно 0,01 - 1,0 ч. на 100 вес.ч. эластомера, и ионизирующим излучением.

9. Ремень по п.3, отличающийся тем, что ремень имеет форму ремня машиной трансмиссии, выбираемого из группы, состоящей из синхронных ремней, клиновых ремней и мультиклиновых ребристых ремней.

10. Ремень по п.3, отличающийся тем, что этилен-альфа-олефиновый эластомер характеризуется специфическим содержанием этиленовых звеньев, причем содержание этиленовых звеньев находится в пределах примерно 55 - 78 мас.% в расчете на вес эластомера.

11. Система ременной передачи, содержащая ремень из эластичной композиции, содержащей этилен-альфа-олефиновый эластомер, соль металла α,β-ненасыщенной органической кислоты и усиливающий наполнитель, отверждаемой с применением средства, активирующего свободные радикалы, проходящий вокруг, по меньшей мере, одного ведущего шкива и, по меньшей мере, одного ведомого шкива, отличающаяся тем, что она содержит ремень, охарактеризованной по п.3.

Приоритет по пунктам:
31.10.94 - по пп.1 - 9, 11;
30.10.95 - по п.10.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11