DE69502430T2

DE69502430T2 - Zahnriemen

Info

Publication number: DE69502430T2
Application number: DE69502430T
Authority: DE
Inventors: Toru Fujiwara; Yoshinori Itoh; Masato Tomobuchi
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2015-03-16
Also published as: CA2144605A1; EP0674121A1; DE69502430D1; JPH07259927A; US5599246A; EP0674121B1; JP2842786B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahnriemen für eine Kraftübertragungseinrichtung, im besonderen betrifft sie einen neuen und verbesserten Zahnriemen zum Antrieb einer Nockenwelle eines Automotors.
Gewöhnlich umfaßt ein Zahnriemen zum Antrieb einer Nockenwelle eines Automotors (im folgenden als "Zahnriemen" bezeichnet) einen Kautschukkörper, der aus einem im wesentlichen aus Chloropren zusammengesetzten Kautschukrohstoff besteht. Seit der Trend zu immer hochklassigeren und leistungsfähigeren Automobilen geht, wird von Automotoren immer höhere Leistung gefordert. Eine Folge davon ist, daß der gewöhnliche Zahnriemen mit einem im wesentlichen aus Chloropren bestehenden Kautschukkörper zu geringe Widerstandskraft gegen thermische und hohe mechanische Belastung hat, weil die Umgebungstemperatur dort, wo der Zahnriemen eingesetzt wird, ansteigt und ein Nockenwellenantrieb mechanisch hoch belastet wird. Andererseits wurden andere Zahnriemen entwickelt, bei denen der Kautschukkörper im wesentlichen aus Materialien wie Chlorsulfonpolyethylen oder schwefelvernetztem hydriertem Nitril besteht. Diese Riemen weisen jedoch nicht die gewünschte Widerstandsfähigkeit gegen thermische und hohe mechanische Belastung auf, weil die Spitzenleistung eines Automotors stärker gewachsen ist als die Fortschritte bei diesen Zahnriemen.
Weiterhin war bisher bekannt, wie beispielsweise in den japanischen Patentanmeldungen mit den Offenlegungsnummern Hei 1-269743 oder 5-164194 beschrieben, einen Zahnriemen herzustellen, der einen Kautschukkörper einschließt, bei dem ein Polybutadien mit endständigen Carboxylgruppen verwendet wird, das eine Zusammensetzung aus auf einer Peroxidvernetzung basierendem hydrierten Nitrilkautschuk als zusätzliches Vernetzungsagens enthält.
Die tatsächliche Situation im heutigen Wandel des Lebensstils ist jedoch, daß die Eigentümer von Automobilen diese üblicherweise nicht täglich inspizieren, und von diesen Eigentümern kann nicht erwartet werden, daß sie Vorsorgemaßnahmen gegen Pannen ihrer eigenen Automobile treffen. Unter diesen Umständen ist eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Bauteile für Autos oder der wartungsfreien Teile gefordert, ohne Ausnahme der Zahnriemen. Obwohl verschiedene Versuche in Bezug auf Verbesserung des Zahnriemens unternommen wurden, ist die tatsächliche Situation, daß die Lebensdauer des Zahnriemens selbst nicht so weit wie diejenige des Automobils als Ganzem verlängert wurde.
Verschiedene Versuche wurden unternommen, um eine Kautschukzusammensetzung herzustellen, die als Zahngummi oder Rückengummi eines Zahnriemens geeignet ist. Die japanische Patentanmedung mit der Offenlegungsnummer Sho 63- 270753 beschreibt eine Technologie, die ein Metallsaiz eines organischen Peroxids und Carbonsäure als Vemetzungsagens verwendet, wodurch die Festigkeit des Polymers verbessert wird. Die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer Hei 1-146935 beschreibt eine Technologie, die den Spannungswert des Gummis durch Hinzufügen eines ungesättigten Carboxylats zu einem hochgesättigtem Polymerkautschuk auf Basis ethylenisch ungesättigten Nitrils und konjugierten Diens verbessert.
Wenn jedoch der Zahnriemen, der unter Verwendung der vorgenannten Kautschukzusammensetzung vulkanisiert und ausgeformt wurde, wiederholt kompressiv verformt wird, nimmt nicht nur die Wärmeentwicklung zu, sondern auch die permanente kompressive Spannung, und das Getriebe wirkt nicht gleichmäßig mit dem Kettenrad zusammen, so daß Geräusche oder eine Panne wie etwa Zahnbruch auftreten können. Weiterhin reißt der Zahnriemen aufgrund einer unzureichenden Dehnfestigkeit leicht ein, wenn die letztgenannte Kautschukzusammensetzung verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung löst die obengenannten Probleme. Damit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahnriemen zur Verfügung zu stellen, der hohe Leistung und verlängerte Langlebigkeit besitzt.
Um die obengenannten Aufgaben zu lösen, umfaßt ein Zahnriemen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Material aus einer ausgeformten und vulkanisierten Kautschukzusammensetzung, einen darin eingebetteten dehnbaren Körper und eine Zahnoberflächenschicht, wobei das Material aus einer ausgeformten und vulkanisierten Kautschukzusammensetzung aus einer Kautschukzusammensetzung ausgeformt und vulkanisiert wird, die einschließt: 0.38 - 0.91 g, bezogen auf die Menge an -O-C-Gruppen, eines organischen Peroxids auf 100 g einer Polymerzusammensetzung, in der Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 4:96 bis 20:80 vereinigt sind, 0.5 - 2.0 g einer Spezies eines höheren Esters einer organischen Säure, die Ethylendimethacrylat, 1,3-Butylendimethacrylat, 1,4-Butylendimethacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 2,2'-Bis(4-methacryloxidiethoxiphenyl)propan, 2,2'-Bis(4-acryloxidiethoxiphenyl)propan, Trimethylolpropandiacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Pentaerythritacrylat, 3-Chloro-2-hydroxipropylmethacrylat, Oligoesteracrylat, Triallylisocyanurat, Triallylcyanurat, Triallyrimellitat, Diallylphthalat oder Diallylchlorendicanat umfassen, 0.5 - 2.0 g einer Maleimidverbindung, die N,N'-m-Phenylenbismaleimid, N,N'-1,10-Decamethylenbismaleimid oder N,N'-4,7-Dioxadecan-1,10-bismaleimid umfaßt, und 20 - 40 g Calciumcarbonat.
Bevorzugterweise schließt die vorgenannte Polymerzusammensetzung der Kautschukzusammensetzung ein: (i) einen Polymerkomplex, in dem Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis der Zusammensetzung von 40:60 bis 50:50 polymerisiert sind, und (ii) hydrierten Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95%, wobei der Polymerkomplex und der hydrierte Nitrilkautschuk in einem Gewichtsverhältnis von 10:90 bis 40:60 vereinigt sind und nicht mehr als 10 g Ruß darin als Füllstoff eingeschlossen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abbildung 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zahnriemens.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfaßt der erfindungsgemäße Zahnriemen 10 einen Rückengummi 14, in den ein dehnbarer Körper (Verstärkungsdraht) 12 eingelagert ist, und einen Zahngummi 16, bei dem eine Zahnoberflächenschicht 18 auf eine äußere Oberfläche des Zahngummis 16 geklebt ist.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Zahnriemens wird die mit einer Kautschukpaste imprägnierte Zahnoberflächenschicht um eine Metallform mit einer Vertiefung in der Form eines Riemenzahns gewickelt, der mit einem Klebstoff behandelte dehnbare Körper wird um die Zahnoberflächenschicht gewickelt, eine Platte aus unvulkanisierter Kautschukzusammensetzung, bestehend aus dem Zahngummi und dem Rückengummi, wird um den dehnbaren Körper gewickelt, anschließend wird das entstehende Teil in einem Druckbehälter ausgeformt und vulkanisiert, danach wird das vulkanisierte Teil entnommen und in regelmäßigen Abständen geschnitten, wobei ein ringförmiger Riemen entsteht.
Was den dehnbaren Körper betrifft, wird ein verdrillter Verstärkungsdraht benutzt, der üblicherweise aus Glasfasern, Aramidfasern oder Metallfasern besteht. Solch ein dehnbarer Körper wird vor Gebrauch mit einer wäßrigen Klebstofflösung imprägniert. Was die Klebstoffe betrifft, wird im allgemeinen eine wäßrige Lösung benutzt (RFL), in der Latex mit einer Lösung eines RF-Harzes, die aus einer chemischen Reaktion zwischen Resorcin und Formalin entsteht, vermischt wird.
Weiterhin kann ein dehnbarer Körper benutzt werden, der mit einem Überzug wie etwa Kautschukpaste auf der Oberfläche des mit der RFL imprägnierten Verstärkungsdrahtes bedeckt ist.
Was die Zahnoberflächenschicht betrifft, wird ein Gewebe benutzt, das aus einer Faser wie etwa Polyamidfaser, Polyaramidfaser oder Polyesterfaser hergestellt wird. Bevor die Zahnoberflächenschicht auf die Oberfläche des Zahngummis geklebt wird, wird die Behandlung mit RFL durchgeführt oder eine Kautschukpaste, zu der eine organische Verbindung mit einer Isocyanatgwppe zugefügt wird, wird mit einer Kautschuklösung imprägniert, in der hydrierter Nitrilkautschuk, ähnlich dem Kautschukkörper, in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist. Alternativ wird die Behandlung mit Kautschukpaste nach der Behandlung mit RFL durchgeführt. Es sei angemerkt, daß im letzteren Fall die organische Verbindung mit der Isocyanatgruppe nicht notwendigerweise zur Kautschukpaste zugefügt wird.
Anschließend wird die Zahnoberflächenschicht getrocknet und bei einer Temperatur von ungefähr 150 - 250ºC mit einer Reaktion behandelt. Zusätzlich kann die Kautschukpaste abhängig von der Situation damit nach der Behandlung mit der RFL imprägniert oder überzogen werden.
Weiterhin schließen spezifische Beispiele der organischen Verbindung mit einer Isocyanatgruppe, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ein: Polyphenylisocyanat, Triphenylmethantriisocyanat, Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Xyloldiisocyanat, meta-Xyloldiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Lysinisocyanat, 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), Methylcyclohexan-2,4- (2,6)-diisocyanat, 1,3-(Isocyanatomethyl)cyclohexan, Isophorondiisocyanat, Trimethylhexamethylendiisocyanat und dimere Isocyansäure.
Die Kautschukzusammensetzung umfaßt eine Polymerzusammensetzung, in der Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 4:96 bis 20:80 vereinigt sind; 0.38 - 0.91 g, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, eines organischen Peroxids auf 100 g Polymerzusammensetzung; 0.5 - 2.0 g von mehr als einer Spezies eines höheren Esters einer organischen Säure, 0.5 - 2.0 g einer Maleimidverbindung; und 20 - 40 g Calciumcarbonat. Vorzugsweise werden weniger als 10 g Kohlenstoff eingemischt.
Vorzugsweise ist die vorgenannte Polymerzusammensetzung eine Zusammensetzung, in der ein Polymerkomplex und der hydrierte Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 10:90 bis 40:60 vereinigt sind. Der Polymerkomplex ist ein polymerisierter Komplex, in dem Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 bis 50:50 polymerisiert sind. Es wird angenommen, daß Zinkpolymethacrylat dem Komplex eine Überstruktur verleiht und einen im Polymerkomplex fein verteilten Füllstoff darstellt, obwohl die theoretischen Ursachen dafür noch nicht bekannt sind. In diesem Zusammenhang wird auch angenommen, daß Zinkpolymethacrylat selbst eine höhere Zugfestigkeit aufweist als wenn es mit hydriertem Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 4:96 bis 20:80 vermischt ist. Der Grund, warum der Hydrierungsgrad des hydrierten Nitrilkautschuks im Bereich von 90 - 95% gehalten werden soll, ist, daß in dem Fall, in dem sein Hydrierungsgrad weniger als 90% beträgt, seine thermische Widerstandsfähigkeit abnehmen würde, während in dem Fall, in dem sein Hydrierungsgrad mehr als 95% beträgt, sein Spannungswert bei hoher Temperatur abnehmen würde, was zu Erweichung und Abnahme der zahnbruchverhindernden Eigenschaften führt.
Der Grund, warum das Verhältnis der Zusammensetzung von Zinkpolymethacrylat und hydriertem Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% innerhalb des Gewichtsverhältnisses von 4:96 bis 20:80 gehalten werden sollte, ist, daß in dem Fall, in dem der Gewichtsanteil von Zinkpolymethacrylat weniger als 4 beträgt, Ermüdung des dehnbaren Körpers eintreten würde, wodurch die Langlebigkeit des Riemens abnimmt, während in dem Fall, in dem dessen Gewichtsanteil mehr als 20 beträgt, gleichermaßen Ermüdung des dehnbaren Körpers eintreten würde, wodurch die Langlebigkeit des Riemens abnimmt. Gleichermaßen, in dem Fall, in dem Zinkpolymethacrylat im Polymerkomplex und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% im Gewichtsverhältnis der Zusammensetzung von 40:60 bis 50:50 polymerisiert werden, würde die Ermüdung des dehnbaren Körpers eintreten und die Langlebigkeit des Riemens abnehmen, wenn das Gewichtsverhältnis der Zusammensetzung außerhalb des vorgenannten Bereichs liegt.
Organisches Peroxid wird als vernetzendes Agens zugegeben. Spezifische Beispiele des organischen Peroxids, die als vernetzendes Agens in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Diacylperoxidhomologe, Peroxiesterhomologe, Dialkylperoxidhomologe oder Perketalhomologe ein. In Anbetracht solcher Faktoren wie Durchführbarkeit, Sicherheit, Beständigkeit und Reaktivität schließen praktisch bevorzugte Beispiele des organischen Peroxids, die als vernetzendes Agens verwendet werden können, 1,1-Di-t-butylperoxi-3,3,5-trimethylcyclohexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxi)hexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxi)hexan-3, Bis-(t-butylperoxidiisopropyl)benzol, 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxi)hexan, t-Butylperoxibenzoat, t-Butylperoxibenzoat und t-Butylperoxi-2-ethylhexylcarbonat ein.
Von den oben genannten organischen Peroxiden sind die vier Spezies Dicumylperoxid, t-Butylcumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxi)hexan und Bis-(t-butylperoxidiisopropyl)benzol bevorzugt. Weiterhin, in Anbetracht der Herstellbarkeit großer Mengen, sind Dicumylperoxid und Bis-(t-butylperoxidiisopropyl)benzol besonders bevorzugt.
Weiterhin kann gefolgert werden, daß das am besten geeignete organische Peroxid für den praktischen Gebrauch Bis(t-butylperoxidiisopropyl)benzol ist, weil die Produkte des Dicumylperoxids einen störenden Geruch abgeben. Bis(t-butylperoxidiisopropyl)benzol hat die Isomere 1,3-Bis(t-butylperoxidiisopropyl)benzol und 1,4-Bis(t- butylperoxidiisopropyl)benzol, die beide verwendet werden können.
Im allgemeinen sind organische Peroxidwirkstoffe auf dem Markt erhältlich, in denen jedes der 1,3- oder 1,4-Bis(t-butylperoxidiisopropyl)benzole für sich oder eine Mischung der beiden auf einem Träger wie Calciumcarbonat oder Siliciumdioxid enthalten ist, und als Pulver oder als Granulat vorliegt. Auf jeden Fall gibt es keinen Unterschied zwischen 1,3- und 1,4-Bis(t-butylperoxidiisopropyl)benzol im Hinblick auf die erfindungsgemäße Anwendung.
Die Menge an organischen Peroxiden, die als vernetzendes Agens verwendet werden, beträgt 0.38 - 0.91 g, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, auf 100 g Polymerzusammensetzung.
Wenn die Menge an organischen Peroxiden, die als vernetzendes Agens verwendet werden, weniger als 0,38 g beträgt, würden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften verschlechtert. Andererseits, wenn die Menge davon mehr als 0.91 g beträgt, würde nicht nur die thermische Widerstandsfähigkeit, sondern auch die Ausformbarkeit des Riemens verschlechtert und dadurch ein häufiges Auftreten minderwertiger Produkte verursacht, was die Herstellung großer Mengen erschwert.
Ein höherer Ester einer organischen Säure wird als zusätzliches vernetzendes Agens zugefügt. Spezifische Beispiele des höheren Esters einer organischen Säure, die als zusätzliches vernetzendes Agens in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, schließen ein: Ethylendimethacrylat, 1,3-Butylendimethacrylat, 1,4-Butylendimethacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 2,2'-Bis(4-methacryloxidiethoxiphenyl)propan, 2,2'-Bis(4-acryloxidiethoxiphenyl)propan, Trimethylolpropandiacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Pentaerythritacrylat, 3-Chloro-2-hydroxipropylmethacrylat, Oligoesteracrylat, Triallylisocyanurat, Triallylcyanurat, Triallyltrimellitat, Diallylphthalat oder Diallylchlorendicanat.
Von den oben genannten höheren Estern organischer Säuren sind Ethylendimethacrylat, Trimethylolpropandiacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Triallylisocyanurat und Triallylcyanurat bevorzugt.
Die verwendete Menge an höherem Ester einer organischen Säure beträgt 0.5 - 2.0 g auf 100 g Polymerzusammensetzung.
Wenn die verwendete Menge an höherem Ester einer organischen Säure weniger als 0.5 g beträgt, würden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften verschlechtert. Andererseits, wenn die Menge davon mehr als 2.0 g beträgt, würde nicht nur die thermische Widerstandsfähigkeit, sondern auch die Ausformbarkeit des Riemens verschlechtert und dadurch ein häufiges Auftreten minderwertiger Produkte vewrsacht, was die Herstellung großer Mengen erschwert.
Eine Maleimidverbindung wird als zusätzliches vernetzendes Agens zugefügt. Spezifische Beispiele der Maleimidverbindung, die als zusätzliches vernetzendes Agens in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, schließen ein: N,N'-m-Phenylenbismaleimid, N,N'-1,10-Decamethylenbismaleimid und N,N'-4,7-Dioxadecan-1,10-bismaleimid. Vorzugsweise wird, relativ zu der Menge von N,N'-m-Phenylenbismaleimid, eine 10% höhere Menge an N,N'-1,10-Decamethylenbismaleimid und eine 20% höhere Menge an N,N'-4,7-Dioxadecan-1,10-bismaleimid verwendet.
Die verwendete Menge an Phenylendimaleimid beträgt 0.5 - 2.0 g auf 100 g Polymerzusammensetzung.
Wenn die verwendete Menge an Phenylendimaleimid weniger als 0.5 g beträgt, würden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften verschlechtert. Andererseits, wenn die Menge davon mehr als 2.0 g beträgt, würde nicht nur die thermische Widerstandsfähigkeit, sondern auch die Ausformbarkeit des Riemens verschlechtert und dadurch ein häufiges Auftreten minderwertiger Produkte verursacht, was die Herstellung großer Mengen erschwert.
Weil die zahnbruchverhindernden Eigenschaften verschlechtert werden, wenn entweder der höhere Ester einer organischen Säure oder die Maleimidverbindung einzeln als zusätzliches vernetzendes Agens verwendet werden, ist es wünschenswert, daß diese zusätzlichen vernetzenden Agentien gemeinsam verwendet werden.
Calciumcarbonat wird zur Verstärkung zugefügt. Üblicherweise wird dazu Ruß verwendet. Wenn jedoch dem hydrierten Nitrilkautschuk, der Zinkpolymethacrylat enthält, eine übermäßige Menge Kohlenstoff zugefügt wird, wird seine Zugfestigkeit verringert und seine permanente Spannung wächst, wobei seine Wärmestrahlung nicht vernachlässigbar ist. Deshalb ist es ratsam, den Kohlenstoffgehalt zu begrenzen. Andererseits trägt Kohlenstoff zur Verbesserung der verschleißverringemden Eigenschaften bei. Angesichts der oben genannten Fakten ist es ratsam, daß der Gehalt an Kohlenstoff nicht mehr als 10 g auf 100 g Polymerzusammensetzung beträgt. Wenn der Kohlenstoffgehalt ungefähr 10 g beträgt, kann die Abnahme der Zugfestigkeit des Zahnriemens vernachlässigt werden. Vorzugsweise werden 10 g des Typs N550 zugefügt.
Calciumcarbonat wird in einer Menge von 20-40 g zugefügt, um die verschleißverringernden Eigenschaften zu verbessern. Wenn die Zugabe von Calciumcarbonat weniger als 20 g beträgt, werden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften verschlechtert, während, wenn sie mehr als 40 g beträgt, nicht nur die Ausformbarkeit bei der Herstellung des Riemens, sondern auch die thermische Widerstandsfähigkeit verschlechtert würden.
Mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen und Tabellen werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben.
Tabelle 1 zeigt ein Beispiel der Zusammensetzung der Kautschukzusammensetzung für einen erfindungsgemäßen Zahnriemen. TABELLE 1
Die Beispiele 1 - 14 zeigen eine Ausführungsform der Kautschukzusammensetzung, in der α, α'-Bis(t-Butylperoxidiisopropyl)benzolreagens (PEROXIMON F40, hergestellt von NOF Corp., oder Perkadox 14/40, hergestellt von KAYAKU AKZO Corp.) als organisches Peroxid verwendet wird, Ethylendimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat oder Diallylchlorendicanat als höherer Ester einer organischen Säure und als zusätzliches Vernetzungsagens verwendet werden, die Maleimidverbindung N,N'-m-Phenylendimaleimid ebenfalls als zusätzliches Vernetzungsagens verwendet wird, und Ruß, Calciumcarbonat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% (ZETPOL , hergestellt von Nippon Zeon Co., Ltd.) dem Polymerkomplex, in dem 55 Gewichtsteile Zinkpolymethacrylat und 45 Gewichtsteile eines hydrierten Nitrilkautschuks mit einem Hydriemngsgrad von 90% polymerisiert sind (im folgenden als "ZSC2295" bezeichnet), zugefügt werden.
Weil das Bis(t-Butylperoxidiisopropyl)benzolreagens 60% eines Additivs enthält, entweder Calciumcarbonat oder Siliciumdioxid selbst oder eine Mischung der beiden, ist das Nettogewicht der Verbindung 2.8 g wenn der Gehalt, bezogen auf die Menge an Benzolagens, 7 g beträgt. Für die Menge an -O-O-Gruppen gilt, da die Verbindung zwei -O-O-Gruppen enthält, die entsprechende Formel wie folgt:
2.8 g x 16 x 2 x 2 (Molekulargewicht der beiden -O-O-Gruppen) ÷ 338 (Molekulargewicht der Verbindung) = 0.53 g
Gleichermaßen beträgt das Nettogewicht davon 0.23 g, wenn die Zugabe an Benzolagens 3 g beträgt; 0.38 g wenn die Zugabe 5 g beträgt; 0.53 g wenn die Zugabe 7 g beträgt; 0.91 g wenn die Zugabe 12 g beträgt und 1.14 g wenn die Zugabe 21 g beträgt.
Die Tabelle 2 zeigt Vergleichsbeispiele 1 - 15 der Kautschukzusammensetzung, im Hinblick auf Zusammensetzungsanteile an Polymerzusammensetzung, Ruß und Calciumcarbonat; im Hinblick darauf, ob zusätzliches Vernetzungsagens enthalten ist oder nicht, im besonderen darauf, ob Maleimidverbindung enthalten ist oder nicht; und im Hinblick auf die Zusammensetzungsanteile an zusätzlichem Vernetzungsagens und organischem Peroxid. TABELLE 2
Tabelle 3 zeigt verschiedene Beispiele 1 - 7 einer üblichen Kautschukzusammensetzung. TABELLE 3
Tabelle 4 zeigt Eigenschaften eines einfachen Gummis und eines Riemens, wie in Tabelle 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. TABELLE 4
Tabelle 5 zeigt Eigenschaften eines einfachen Gummis und eines Riemens, entsprechend der in Tabelle 2 aufgeführten Vergleichsbeispiele. TABELLE 5
Tabelle 6 zeigt Eigenschaften eines einfachen Gummis und eines Riemens, entsprechend der in Tabelle 3 aufgeführten üblichen Beispiele. TABELLE 6
*: abgebrochen
Anmerkungen zu den Tabellen:
* Organisches Peroxid; in Menge an -O-O-Gruppen umgerechnet (g/100 g Polymer)
3phr = 0.23 g, 5phr = 0.38 g, 7phr = 0.53 g, 12phr = 0.91 g, 15phr= 1.14 g
(Die Zahl wird bei der Umrechnung auf drei Dezimalstellen gewndet)
Anmerkung 1) Hydrierter NBR, der Zinkpolymethacrylat enthält, hergestellt von Nippon Zeon Co., Ltd.
Anmerkungen 2) -6) Hydrierter NBR, der Zinkpolymethacrylat enthält, hergestellt von Nippon Zeon Co., Ltd.
Hydrierungsgrad: 2: 90%, 3: 93%, 4: 95%, 5:100%, 6: 80%)
Anmerkung 7) HAKUENKA CC hergestellt von Shiraishi Kogyo Kaisha, Ltd.
Anmerkung 8) Beispiel 1: PEROXIMON F40, hergestellt von NOF Corp.
Beispiel 2: PERKADOX 14/40, hergestellt von KAYAKU AKZO Corp.
Die Eigenschaften eines Riemens werden im Hinblick auf thermische Widerstandsfähigkeit und die zahnbruchverhindernden Eigenschaften gemessen. Die Meßmethoden sind wie folgt:
Die Eigenschaft der thermischen Widerstandsfähigkeit wird durch einen Lauftest zur thermischen Widerstandsfähigkeit (im folgenden als "A"-Test bezeichnet) bewertet, bei dem der geprüfte Riemen mit einer konstanten Spannung von 147 N bei 400 Umdrehungen pro Minute unbelastet bei einer durch konstante Zufuhr frischer heißer Luft eingestellten Umgebungstemperatur um den laufenden Riemen von 140ºC mittels einer Prüfmaschine, die eine Antriebsscheibe mit 19 Zähnen (8 mm-Teilung), eine angetriebene Scheibe mit 19 Zähnen und einen Mitläufer mit einem Durchmesser von 45 mm umfaßt, betrieben und die Zeit bis zum Auftreten von Brüchen auf der Rückseite des geprüften Riemens oder am Ansatzbereich eines Zahns gemessen wird.
Die zahnbruchverhindernden Eigenschaften werden durch einen Test der zahnbruchverhindernden Eigenschaften (im folgenden als "B"-Test bezeichnet) bewertet, bei dem ein Zahn eines geprüften, 19.05 mm breiten Riemens wiederholt mit einer Scherkraft von 245 N mit einer Häufigkeit von 500 mal pro Minute in einer Richtung senkrecht zur Breitenausdehnung des Riemens bei Normaltemperatur oder 100ºC beaufschlagt wird, wobei die Zeit bis zum Bruch des Riemenzahns gemessen wird.
Wie aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Eigenschaften eines einfachen Gummis in den Fällen, in denen die Kautschukzusammensetzung ausschließlich oder zu 50 Gew.-% aus ZSC2295 besteht; d.h., der Gewichtsanteil von Zinkpolymethacrylat mehr als 20 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile der Polymerzusammensetzung beträgt, hervorragend, ihre Eigenschaften als Zahnriemen fallen jedoch stark ab. Die Zahnriemen, die aus der Kautschukzusammensetzung der Vergleichsbeispiele 1 und 2 bestehen, waren 340 beziehungsweise 671 Stunden nach Beginn des A-Tests zerrissen. Es ist zu vermuten, daß die Kautschukzusammensetzung mit dem dehnbaren Körper Ermüdung verursacht, obwohl die theoretischen Ursachen noch festzustellen sind.
Wie bei der konventionellen Kautschukzusammensetzung gemäß Tabelle 3 ersichtlich ist, ist in Fällen, in denen ZSC2295 überhaupt nicht in der Kautschukzusammensetzung enthalten ist, d.h., wenn hydrierter Nitrilkautschuk, der kein Zinkpolymethacrylat enthält, dafür verwendet wird, der Zahnriemen nicht verwendbar. Gleichfalls wird angenommen, daß die Kautschukzusammensetzung, die überhaupt kein Zinkpolymethacrylat enthält, Ermüdung des dehnbaren Körpers verursacht.
Andererseits, wie in den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 4 gezeigt wird, ist die Langlebigkeit des Riemens in Fällen, in denen die Kautschukzusammensetzung mit einem Gewichtsverhältnis von Zinkpolymethacrylat zu hydriertem Nitrilkautschuk von 4:96 bis 20:80 verwendet wird, sowohl im A-Test als auch im B-Test deutlich größer als diejenige des Vergleichsbeispiels und des konventionellen Beispiels.
Es ist festzustellen, daß Beispiel 1 ein bevorzugtes Beispiel nicht nur im Hinblick auf thermische Widerstandsfähigkeit, sondern auch auf die zahnbruchverhindernden Eigenschaften ist. In diesem Fall beträgt das Gewichtsverhältnis von Zinkpolymethacrylat zu hydriertem Nitrilkautschuk 13.5:86.5.
Weiterhin ist es in Fällen, in denen eine Kautschukzusammensetzung, die sich aus hydriertem Nitrilkautschuk zusätzlich zu ZSC2295 zusammensetzt, wünschenswert, daß hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% verwendet wird. Beispiel 1 zeigt eine Kautschukzusammensetzung, bei der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90% verwendet wird. Beispiel 5 zeigt eine Kautschukzusammensetzung, bei der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 93% verwendet wird. Beispiele 6 zeigt eine Kautschukzusammensetzung, bei der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 95% verwendet wird. Im Gegensatz dazu zeigt Beispiel 3 eine Kautschukzusammensetzung, bei der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsg rad von 100% verwendet wird. Beispiel 4 zeigt eine Kautschukzusammensetzung, bei der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 80% verwendet wird.
Wie aus dem Vergleichsbeispiel 3 ersichtlich ist, werden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften im Falle der Verwendung einer Kautschukzusammensetzung, in der hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 100% verwendet wird, nicht verbessert. Wie in Vergleichsbeispiel 4 gezeigt, wird dagegen im Falle der Verwendung eines solchen mit einem Hydrierungsgrad von 80% die thermische Widerstandsfähigkeit nicht verbessert.
Gemäß den Vergleichsbeispielen 5 und 6 hat eine Kautschukzusammensetzung, die ausschließlich Kohlenstoff und kein Calciumcarbonat enthält, eine gleich lange Langlebigkeit wie die in den konventionellen Beispielen 1 bis 7 gezeigte. Im Gegensatz dazu, wie aus den Beispielen 1 bis 12 ersichtlich, kann die Langlebigkeit des Zahnriemens durch den Zusatz von Calciumcarbonat verbessert werden.
Weiterhin kann gemäß den Beispielen 11 und 12 und den Vergleichsbeispielen 12 und 13 die Langlebigkeit des Zahnriemens durch den Zusatz von Calciumcarbonat im Bereich von 20 bis 40 g verbessert werden. Wie im Vergleichsbeispiel 12 gezeigt, wurden die zahnbruchverhindernden Eigenschaften im Falle eines Gehaltes von 10 g Calciumcarbonat nicht verbessert. Wie in Vergleichsbeispiel 13 gezeigt, war im Falle eines Gehalts von 50 g Calciumcarbonat die thermische Widerstandsfähigkeit verschlechtert.
Wie im Vergleichsbeispiel 7 gezeigt, ist, da eine Kautschukzusammensetzung, die kein zusätzliches vernetzendes Agens umfaßt, sowohl bei der thermischen Widerstandsfähigkeit als auch bei den zahnbruchverhindernden Eigenschaften Probleme hat, ein daraus hergestellter Zahnriemen unbrauchbar. Weiterhin, wie im Vergleichsbeispiel 8 gezeigt, ist, da eine Kautschukzusammensetzung, die keine Maleimidverbindung enthält, bei hoher Temperatur ein Problem bei den zahnbruchverhindernden Eigenschaften hat, ein daraus hergestellter Zahnriemen ebenso unbrauchbar. Wie im Vergleichsbeispiel 11 gezeigt, ist, da eine Kautschukzusammensetzung, die keinen höheren Ester einer organischen Säure enthält, ein Problem bei der thermischen Widerstandsfähigkeit hat, ein daraus hergestellter Zahnriemen unbrauchbar.
Weiterhin, wie im Vergleichsbeispiel 9 gezeigt, hat die Kautschukzusammensetzung, wenn sowohl der höhere Ester einer organischen Säure als auch die Maleimidverbindung zu je 0.1 g enthalten sind, ein Problem bei den zahnbruchverhindernden Eigenschaften. Wie im Vergleichsbeispiel 10 gezeigt, hat die Kautschukzusammensetzung, wenn sowohl der höhere Ester einer organischen Säure als auch die Maleimidverbindung zu je 3 g enthalten sind, ein Problem bei der thermischen Widerstandsfähigkeit.
Andererseits können, wie in den Beispielen 7 bis 10 gezeigt, vorteilhafte zahnbruchverhindernde Eigenschaften und gute thermische Widerstandsfähigkeit erreicht werden, wenn sowohl der höhere Ester einer organischen Säure als auch die Maleimidverbindung im Bereich von 0.5 - 2 g enthalten sind.
Wie in den Beispielen 1, 14 und 15 gezeigt, können mit einer Kautschukzusammensetzung, die 0.38 - 0.91 g organisches Peroxid, bezogen auf die Menge an -O-O- Gruppen, enthält, vorteilhafte zahnbruchverhindernde Eigenschaften sowie gute thermische Widerstandsfähigkeit erhalten werden. Unter anderem ist, wie in Beispiel 1 gezeigt, die Kautschukzusammensetzung, die 0.53 g organischen Peroxids, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, enthält, am stärksten bevorzugt.
Im Gegensatz dazu hat, wie im Vergleichsbeispiel 14 gezeigt, die Kautschukzusammensetzung ein Problem bei den zahnbruchverhindernden Eigenschaften, wenn die verwendete Menge organischen Peroxids, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, 0.23 g beträgt. Wie im Vergleichsbeispiel 15 gezeigt, hat die Kautschukzusammensetzung ein Problem bei der thermischen Widerstandsfähigkeit, wenn die verwendete Menge organischen Peroxids, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, 1.14 g beträgt. Zusätzlich würde im letzteren Fall die Ausformbarkeit des Riemens bei der Herstellung verschlechtert, was wiederum die Produktivität verringern würde.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung ersichtlich ist, können bei einem erfindungsgemäßen Zahnriemen die zahnbruchverhindernden Eigenschaften und die thermische Widerstandsfähigkeit stark verbessert und die Langlebigkeit des Riemens verlängert werden, weil ein ausgeformtes und vulkanisiertes Material aus einer Kautschukzusammensetzung aus einer Kautschukzusammensetzung ausgeformt und vulkanisiert wird, die 0.38 - 0.91 g organisches Peroxid, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, auf 100 g der Polymerzusammensetzung, in der Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 4:96 - 20:80 vermischt sind, 0.5 - 2.0 g von mehr als einer Spezies eines höheren Esters einer organischen Säure, 0.5 - 2.0 g Maleimidverbindung und 20 - 40 g Calciumcarbonat enthält.
Weiterhin kann, da der erfindungsgemäße Zahnriemen insbesondere hervorragende zahnbruchverhindernde Eigenschaften aufweist, dieser als Zahnriemen zum Antrieb einer Nockenwelle verwendet werden, der sogar wenn seine Breite geringer als die übliche ist, genauso hoch wie ein konventioneller Zahnriemen belastet werden kann.
Weiterhin kann, da der erfindungsgemäße Zahnriemen hervorragende thermische Widerstandsfähigkeit und zahnbruchverhindernde Eigenschaften bei hoher Temperatur oder unter hoher Belastung aufweist, dieser insbesondere als Zahnriemen zum Antrieb eine Nockenwelle eines Kraftfahrzeugmotors verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Polymerzusammensetzung zur Verfügung, in der ein Polymerkomplex, im dem Zinkpolymethacrylat und ein hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% im Gewichtsverhältnis von 40:60 bis 50:50 polymerisiert sind, und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% im Gewichtsverhältnis von 10:90 bis 40:60 vermischt sind. Die vorliegende Erfindung kann, wenn sie wie oben beschrieben durchgeführt wird, einen Zahnriemen zur Verfügung stellen, der höhere Zugfestigkeit aufweist als diejenige, die von einer Polymerzusammensetzung erreicht wird, in der Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% zu Beginn im Gewichtsverhältnis von 4:96 bis 20:80 vermischt wurden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung nicht nur die Abriebfestigkeit des Zahnriemens verbessern, weil die Kautschukzusammensetzung weniger als 10 g Kohlenstoff als Füllstoff enthält, sondern kann auch die Abnahme seiner Zugfestigkeit vermeiden, weil dessen Gewicht weniger als 10 g beträgt.

Claims

1. Zahnriemen, der ein Material aus einer ausgeformten und vulkanisierten Kautschukzusammensetzung, einen darin eingebetteten dehnbaren Körper und eine Zahnoberflächenschicht einschließt, wobei das besagte Material aus einer ausgeformten und vulkanisierten Kautschukzusammensetzung umfaßt:

0.38 bis 0.91 g organisches Peroxid, bezogen auf die Menge an -O-O-Gruppen, auf 100 g einer Polymerzusammensetzung, in der Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 bis 95% in einem Gewichtsverhältnis von 4:96 bis 20:80 vereinigt sind;

0.5-2.0 g eines höheren Esters einer organischen Säure, die Ethylendimethacrylat, 1,3-Butylendimethacrylat, 1,4-Butylendimethacrylat, Polyethylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 2,2'- Bis(4-methacryloxidiethoxiphenyl)propan, 2,2'-Bis(4-acryloxidiethoxiphenyl)propan, Trimethylolpropandiacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Pentaerythritacrylat, 3-Chloro-2-hydroxipropylmethacrylat, Oligoesteracrylat, Triallylisocyanurat, Triallylcyanurat, Triallyltrimellitat, Diallylphthalat oder Diallylchlorendicanat einschließen, auf 100 g Polymerzusammensetzung;

0.5-2.0 g einer Maleimidverbindung, die N,N'-m-Phenylenbismaleimid, N,N'- 1,10-Decamethylenbismaleimid oder N,N'-4,7-Dioxadecan-1,10-bismaleimid einschließen, auf 100 g Polymerzusammensetzung; und 20-40 g Calciumcarbonat auf 100 g Polymerzusammensetzung.

2. Zahnriemen gemäß Anspruch 1, in dem die besagte Polymerzusammensetzung einschließt:

(i) einen Polymerkomplex, in dem Zinkpolymethacrylat und hydrierter Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95% in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 bis 50:50 polymerisiert sind, und

(ii) hydrierten Nitrilkautschuk mit einem Hydrierungsgrad von 90 - 95%, wobei der besagte Polymerkomplex und der besagte hydrierte Nitrilkautschuk in einem Gewichtsverhältnis von 10:90 bis 40:60 vereinigt sind.

3. Zahnriemen gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die besagte Kautschukzusammensetzung nicht mehr als 10 g Ruß als Füllstoff enthält.