无噪音传动带

刘玉田 (中橡集团 沈阳橡胶研究设计院，辽宁 沈阳110021) 编译

无噪音传动带

刘玉田 (中橡集团 沈阳橡胶研究设计院，辽宁 沈阳110021) 编译

传动带由线绳、弹性体带齿和与滑轮接触表面(带楔的侧面)构成。在带齿中埋置有短纤维，其中一些纤维伸出滑轮带的表面。纤维为可变形的聚合物(如尼龙)，并且其伸出部分基本上垂直于带的表面或者稍微弯曲成弓形。这样，便降低了胶带运行时的噪音。

噪音;传动带;纤维

1 前言

短纤维的平均长度大约为1～3 mm。短纤维的平均直径大约是20～30 μ。

变形纤维可选自尼龙、丙烯酸、聚酯、聚酮和聚烯烃。可变形短纤维也可为热变形合成热塑性聚合物纤维，其软化点大约为 190℃ ～350℃。

纤维伸出部分变形后其断面形状的特点是较大尺寸与较小尺寸之比介于1.1到5之间，较大尺寸和较小尺寸纤维直径变化大约1.33和0.67系数。伸出纤维断面形状变形的特点是较大尺寸从原来的形状被拉长大约10%～100%。

弹性体材料可为 EPDM、EPM、SBR、NR、BR、CR、NBR、HNBR、乙烯-α 烯烃弹性体等中的一种或它们的并用体。

接触表面的平均粗糙度为10 μ～50 μ，并呈不规则排列。

弹性体带齿中埋置的纤维量大约5～30份(以100份弹性体计)。在接触表面上露出的纤维数量介于20～150根/mm2。

纤维可在根部弯曲，这样，至少有些伸出部分基本上平行于橡胶表面，甚至接触到橡胶表面。其中一些弯曲的纤维在自由端上呈直立状态。

2 详细说明

以前所用的纤维构形断面示于图1。

越是知道一个人错了，越要给予他足够的尊重，让犯错的心在一份高贵的赐予面前手足无措。罚就罚得人没齿不忘，训就训得人入耳动心。即便是在施罚的过程当中，也要积极为被罚者创造“露脸”的机会，不将已生出愧怍的心彻底打进冰窟，不让那努力探求光明的眼在无边的墨色中丧失了追索的热望。甚至，连死者都要给予别样的尊重——用那不幸者的名字命名一把椅子，让恒久寂寞的心时时有人来陪，让来坐的人明白生命的美好，也明白生命的脆弱，从而更加看重自我的生命，也更加尊重他人的生命……

图1 纤维构形断面示意图

2.1 胶带结构

文中传动带是一种多楔 V带，如图2所示。多楔V带(10)含有抗拉体(即载荷线绳)(14)，它位于胶带顶胶层(12)下面，抗拉体可与橡胶层构成抗拉层。在带齿的橡胶层中含有帘线(18)。胶带包括带齿(19)和滑轮接触表面(20)。图2中胶带的带齿与滑轮接触，滑轮与带齿的两个相对侧面(20a)与(20b)接触。胶带由相同的含纤维的弹性体材料构成。帘线(14)、顶胶(12)、帘线内层 (18)和/或带齿(19)实际上可为相同的材料，也可为不同的材料。带齿(19)和滑轮接触部分(20)有许多埋置的短纤维(22)，其中一些短纤维从接触部分(20)伸出来。

图2 多楔V带的断面示意图

胶带中还可使用增强织物(图1中未示出)。在V带和多楔 V带中，增强织物与胶带顶胶紧密贴合，以形成胶带的顶胶层(12)。织物可为任一所需的构形，如经线和纬线以任一所需角度构成的常规机织物，又如轮胎帘布那样由具有一定间隔的纬线连接在一起的经线、针织物或编织物、无纺布、纸、塑料薄膜等。织物可用与带齿相同或不同的胶料进行擦胶涂覆或刮刀涂覆。可使用一层以上的织物。如果需要织物可斜裁，使纱线与胶带运行方向成一定角度排列。织物层可处于帘线(14)与帘线外层(12)之间。

2.2 伸出纤维的形态

图3示出放大的两个楔(19)的一部分，短纤维从带齿的表面伸出来。每一根埋置纤维的埋置剖面形状未变，具有正常的纤维直径。许多纤维端部从带接触的表面伸出，具有一定的伸出长度和伸出剖面形状。大多数伸出纤维的端部(24)基本上垂直于接触表面，并且基本上呈直状的或稍呈弓形。换言之，大多数伸出纤维在根部或接近根部处不弯曲，因此，基本上与弹性体表面垂直。如果伸出纤维是弓形的，弓的弯曲方向一般是在胶带的纵向上，并且弯曲方向通常是单向的。一般来说，伸出部分愈长，其弯曲程度就愈大。伸出纤维端部是不分叉的，并且伸出纤维也不开口、熔融或张开，剖面形状沿着整个长度比较均匀。

图3 胶带的部分放大侧视图

单根部分伸出纤维(24)和部分埋置纤维(22)的放大透视图见图4。埋置纤维(22)和伸出纤维(24)的埋置部分基本上为圆形剖面形状，平均直径“D”示于图4A。伸出纤维部分(24)长度为“H”，大部分伸出纤维和埋置纤维具有不同的形状。伸出部分(24)在整个长度上变形是均匀的。伸出纤维端部可从圆形变为椭圆、长椭圆、肾形、半圆和扁圆形剖面形状。椭圆剖面形状示于图4D。椭圆包括长椭圆形、椭圆形和亚铃形等，不管对称与否。肾形剖面形状的实例示于图4B。肾形可包括带有凸部和凹部的形状。长椭圆剖面形状示于图4C。图4E示出扁平圆形剖面形状的实例。图4F示出亚铃形状的实例，这可以被看作像肾形，但是，它带有两个凹侧，或者像花生形状。图4F还可以被看作是多叶形状类的双叶形状的实例。因此，在每一种情况下，伸出纤维变形后的剖面形状可具有较大的尺寸和较小的尺寸。例如，在图4B中，较大尺寸表示为“L”，较小尺寸表示为“W”。纤维伸出部分变形后的剖面形状可用较大尺寸与较小尺寸之比，即L/W表示。L/W可大约介于1.1～5之间。另外，伸出部分的剖面形状可分别用从原来的圆形直径偏离的量，较大尺寸与较小尺寸之比，即 L/D和W/D加以表示。文中剖面形状用系数L/D和W/D(分别为1.33和0.67)表示。

图4 胶带单根伸出纤维和埋置纤维的透视图

另外，原来纤维的非圆形形状也有较大的尺寸和较小的尺寸，如图4B所示。对于这种非圆形纤维，伸出纤维端部的变形可更方便地用较大尺寸的拉伸表示。因此，伸出纤维断面形状的较大尺寸最好从原来的形状拉伸大约30%。这种非圆形纤维是Nomex间位芳酰胺纤维，它有一种双叶片状，即亚铃状断面形状，如图4F所示。在试验中发现，露出的 Nomex纤维断面较大尺寸大于原来形状5%～20%的胶带具有优良的防噪音性能和耐用性。图5示出原来具有双叶片，即亚铃状断面(52)的伸出纤维(50)。

图4A—4F 伸出纤维剖面图

图5 胶带部分透视图

被拉伸的，即椭圆断面形状的优点是纤维露出的表面积会增加，而不使纤维强度或耐用性相应地出现明显的下降。伸出纤维的长度可最大化，而不降低纤维的强度或耐用性。最大化的伸出长度与少许增大较大断面尺寸二者相结合的结果是，在弹性体胶料中一定纤维量的露出表面积有很大增加。这可能是有好处的，因为，伸出纤维表面的纤维量增加太多会损害橡胶的其他性能。同样，通过纤维端部向外张开，或纤维过细而增加纤维的露出表面积对纤维表面的耐磨性能、强度或其他性能会有负面影响。文中所设计的较大伸出纤维表面积有利于控制胶带接触表面的噪音和摩擦性能。

图5还示出了从橡胶表面(20)伸出一些纤维的端部。如上所述，非圆形纤维(50)具有亚铃形断面(52)。示于图5的其他纤维有如同埋置纤维(22)的原来的圆形断面。

其他一些伸出纤维构形如图6所示。弯曲纤维(54)平行于接触表面(20)。纤维(54)在根部(56)弯曲，有一段平行部分(58)，在自由端有一段基本上直立的部分(60)，长度最好为平均纤维直径的2倍。图6还示出了橡胶表面(20)上的一个或多个突出部位(36)是如何支承纤维(54)的。应指出的是，进一步使用或加工还可迫使直立部分(60)倒下而贴伏于橡胶表面(20)。

图6 露出的纤维构形断面图

2.3 伸出纤维的作用

文中研制的胶带由于其直立伸出纤维的缓冲效应，从而能够使胶带无声地运行。此外，即使因某种搬运、加工或在使用期间纤维弯曲贴伏到橡胶表面上，由于滑轮与橡胶表面之间的纤维具有一定的厚度，所以胶带也能继续低噪声运行。直立纤维在使用中通常弯曲地贴在橡胶表面上，虽然有些纤维也可能出现横向移动，但是，基本上呈平行和单向状态。这样，占据着橡胶表面很大的面积。相对于纤维，橡胶本身一般具有非常高的摩擦系数。具有足够厚度、长度和密度的弯曲纤维存在于橡胶表面与滑轮之间，阻止它们直接接触。此外，一系列椭圆形或圆形纤维可提供相对粗糙的摩擦表面，这有利于降低噪音。还有，纤维本身的厚度可使胶带强度高、耐用和耐磨。

纤维的伸出长度“H”至少为纤维直径的5～20倍，大约0.2～0.3 mm。一般说来，纤维伸出部分愈长，胶带使用性能就愈好。但是，最大伸出长度可能受实际情况的制约。例如，如果在带齿中埋置的纤维部分不足，那么纤维就极有可能会被拉出橡胶表面，不会对胶带使用性能起到作用。已经观察到，1 mm长的尼龙纤维最大可伸出0.4 mm，即大约半根纤维长度，不然纤维被拉出就成为一个很大的问题。纤维被拉出还可能受纤维与弹性体胶料之间粘合强度的影响。

短纤维的平均长度大约可为1～3 mm。短纤维的原平均直径约20～30 μ。非圆断面纤维的原来较大尺寸最好为15～30 μ。

2.4 纤维类型

适用的可变形纤维可为尼龙、丙烯酸、聚酯、聚烯烃和间位芳酰胺等。可变形纤维为热变形的合成热塑性聚合物纤维。可变形纤维的软化点高于100℃，可变形纤维无需具有真熔点，只要伴随着热变形而可以出现某种程度的熔融，以便纤维断面形状产生所需的变形即可。

适用的纤维包括软化点约为240℃的尼龙66、软化点约为180℃的尼龙6及其软化点约为260℃ ～270℃的尼龙46等。最好的纤维是尼龙，包括尼龙66、尼龙6和尼龙46。这些纤维是中等或高强度尼龙。纤维可包含有氧化或热稳定剂、润滑剂或其他次要添加剂。纤维可用间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)、异氰酸酯或其他粘合剂处理，以提高粘合性能和在加工或其后使用期间减少抽出。

2.5 弹性体类型及胶料

橡胶表面见图5所示，表面(20)可带有不规则的峰(36)和谷(38)，其平均粗糙度用平均高度差(R)表示。表面的平均粗糙度应大于20～100 μ，呈不规则状。这种粗糙度或不规则状有利于胶带在滑轮中无声运行。弹体性选自下列胶种：EPDM、EPM、SBR、CR、NR、IIR、NBR、HNBR、乙烯-α-烯烃弹性体等。每种弹性体胶料中可含有一种或多种增塑剂、补强填料(包括添加的天然或合成短纤维)、增量剂、抗氧剂、抗臭氧剂、操作油、增粘剂、促进剂、活性助剂和硫化剂等。

弹性体带齿中埋置的短纤维量，以100份弹性体计大约为5～30份。在橡胶表面上露出的纤维量大约为50～100根/mm2。

2.6 胶带制造方法

文中的胶带可用通用工艺制造。例如，用反序法在芯型上铺设线绳外层、螺旋缠绕的线绳和线绳内层制成带坯。通过一柔性套对带坯施加外压并进行硫化。用无齿锯或切刀从带坯套上剪切成多条胶带，并将埋置的短纤维伸出，这样，其中一些纤维从橡胶表面伸出来。将胶带和滑轮接触表面加热到能使纤维软化并变形的温度(但不能太热)，就可使伸出纤维变形。所获得的变形纤维通常具有光滑的表面。如果打磨或剪切所产生的温度过高，软化的纤维强度会下降，端部张开成喇叭状或变形过大，从而形成一种薄的带状构形。如果所产生的热量不足，不能使纤维软化，纤维就会变得粗糙、易磨损、短小或端部分叉，开口成喇叭状。剪切温度通常比打磨温度低，可以通过调节工具旋转速度、喂料速度、磨砂密度和其他参数而将温度控制在一个比较宽域的范围内。此外，也可以使用各种外部冷却方法(包括液氮、喷吹冷气、喷水等)控制加工温度。

2.7 胶带试验

对多楔 V带(用“Ex.”和数字表示)进行试验，以确定胶带的实用性和优点。为了进行比较，还设置了比较例(用“Comp.Ex.”和字母表示)。所有接受试验的胶带都含有聚酯线绳和EPDM弹性体。胶带中含有25份平均长度为1 mm的切断尼龙66短纤维或6份平均长度1.5 mm的切断Nomex短纤维。胶料总量约为200份。尼龙纤维断面是圆形的，平均直径为20 μ或30 μ，如表1所示。Nomex纤维断面不是圆形的，而是双叶片形状，如图4F和图5中的(50)所示。实例胶带的带楔用剪切方法形成，伸出纤维部分如图2、3和5所示，典型的变形尺寸如表1所示。比较例胶带的带楔用打磨方法形成，伸出纤维构形类似图1中的纤维1c、1e、1g或 1h，主要呈喇叭状的细纤维类似1h，典型尺寸如表1所示。用低倍放大SEM显微照片选择外观典型的纤维，并用高倍放大SEM显微照片测量该纤维的尺寸。当将一系列尺寸列在表1中时，就可以观察到样品之间存在明显的差异。应当指出，测定纤维的W尺寸是最困难的，尤其是非常细的 Comp.Ex纤维。因此，L/D可能是纤维变形更精确的表示。伸长率用表1中的L/D加以计算即可。

表1 胶带试验结果

3 结 论［1］

对胶带进行试验，以证明文中胶带的实用性、耐久性和使用性能优点。耐久性分析包括在五点屈挠寿命试验机以及加热的负荷和屈挠寿命试验机上试验胶带。所有胶带都通过了耐久性试验。噪音试验包括在干燥和潮湿两种条件下在轴向偏离的滑轮上让胶带运行。初始试验用新制造的胶带进行，胶带的伸出纤维基本上是直立的。调节后的试验包括与初始试验相同的噪音试验，但是，调节后胶带在上述加热的负荷和屈挠寿命试验机上运行96 h。因此，调节后胶带的伸出纤维弯曲并倒向橡胶表面。虽然，所有胶带在初始噪音试验和调节后的干燥噪音试验都能无声地运行，但是只有新制造的胶带在调节后的潮湿噪音试验中能无声地进行。因此，文中胶带在各种条件下的长期使用过程中都显现出耐久性，能无声运行特点。

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

［责任编辑：翁小兵］

TQ 336.2

B

1671-8232(2010)11-0020-05

2007-06-19