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一种动力传输带，其包括聚酯张力线索，该线索具有在100℃下小于1％的热收缩和/或在150℃下小于大约1.5％的热收缩和/或小于大约6％的尺寸稳定性指数。该带具有在24小时之后在100℃下小于1％的热收缩。聚酯可以是由Performance Fibers公司以A360或A363的商标名出售的聚酯或等同的聚对苯二甲酸乙二酯。该张力线索特别适合用于变速驱动器的V形带中。

1.  一种动力传输带，其包括包含聚酯的张力线索；所述线索的特征在于在100℃下小于1％的热收缩、在150℃下小于大约1.5％的热收缩以及小于大约6％的尺寸稳定性指数中的至少一个；并且带的特征在于在24小时之后在100℃下小于1％的热收缩；并且所述指数计算为4.5g/d张力负荷下的延伸百分比和177℃下在空气中的热收缩百分比之和。

2.  根据权利要求1的带，其中聚酯是由Performance Fibers公司以A360或A363的商标名出售的聚对苯二甲酸乙二酯或等同物。

3.  根据权利要求2的带，其选自于由V形带、同步带以及多重V形肋带所构成的组。

4.  根据权利要求3的带，其呈V形带的形式并且适用于变速带驱动器中。

5.  一种变速带驱动器，其包括槽轮和带；所述带包括聚酯的张力线索；所述线索的特征在于在100℃下小于1％的热收缩、在150℃下小于大约1.5％的热收缩以及小于大约6％的尺寸稳定性指数中的至少一个；并且所述带的特征在于在24小时之后在100℃下小于1％的热收缩；并且所述指数计算为4.5g/d张力负荷下的延伸百分比和177℃下在空气中的热收缩百分比之和。

6.  根据权利要求5的驱动器，其中聚酯是由Performance Fibers公司以A360或A363的商标名出售的聚对苯二甲酸乙二酯或等同物。

7.  根据权利要求6的驱动器，其中所述带是V形带并且所述槽轮是可调节的。

动力传输带
技术领域
本发明总体上涉及具有改进张力线索的动力传递带，更具体地涉及具有包含尺寸稳定聚酯纤维的低收缩张力线索的动力传输带，并且具体地涉及一种用于变速或离合应用的V形带，其具有在Performance Fibers公司的A360或A363商标名下出售的尺寸稳定的聚酯纤维的张力线索。
背景技术
已知很多种不同材料的线索用于形成动力传输带的张力线索。已知在有齿带应用下需要尺寸稳定性，并且已经存在很多实现尺寸稳定性的建议。尺寸稳定性的一个方面是使用期间的低延伸，即低增长或高模量。尺寸稳定性的另一个方面是在带由于运行而升温后的热收缩。尺寸不稳定性问题一般与比如聚酯(比如聚对苯二甲酸乙二酯或“PET”)、尼龙、聚乙烯醇以及聚邻苯二甲酸酯(“PEN”)之类的热塑聚合物制成的线索相关。“尺寸稳定性指数”(“DSI”)可定义为在45牛每1000丹尼尔(“d”)(4.5g/d)下的延伸百分比加上在给定温度(比如177℃)下在空气中自由热收缩百分比之和(按照ASTM D885的方法)。解决与有齿带的尺寸稳定性相关的一个或多个问题的示例包括授予Cicognani的美国专利No.3,992,959、授予Knutson的美国专利No.6,695,733、授予Whitfield的美国专利No.6,358,171以及授予Knutson等的美国专利No.5,807,194。这些建议中的很多包括非常昂贵的材料，比如PBO、碳纤维、芳香尼龙纤维或聚邻苯二甲酸酯(PEN)。对于这些应用建议的其它线索材料包括需要复杂处理工艺的玻璃纤维线索，以及具有相对较低抗拉强度但仍然比PET贵的人造丝。因而，PET通常用于需要良好的低成本线索的情况，但是此时能容忍高的延伸或高的热收缩。需要更大尺寸稳定性(即低延伸率和低热收缩)的应用，通常需要人造丝、芳香尼龙纤维、玻璃、碳、或PEN、PBO、PVA，所有这些性能较高但是成本也较高。然而，很多日渐要求尺寸稳定性的带应用是需要比这些建议材料更加经济的方法的大量应用。
尤其，变速应用比如小型摩托车、摩托雪橇等通常对于V形带以及尤其是张力线索的材料有着极端的性能要求。一个问题在于带在使用期间的延伸和/或热收缩改变变速驱动器的移位和其它性能特征。作为另一个示例，具有离合式啮合机构的V形带驱动器用于需要尺寸稳定性以便正确离合操作的动力工具、割草机等中，例如如授权给Breed等的美国专利No.6,595,883所述。作为第三个示例，定时带或有齿带或同步带也需要极好的尺寸稳定性以维持和相关有齿滑轮或链轮的正确啮合。虽然用于这些带的线索材料的细目清单通常包括比如聚酯、人造丝或尼龙之类的材料，通常推荐较高模量、较高强度和较高成本的材料，比如芳香尼龙纤维、碳、玻璃，用于这些需要极端尺寸稳定性的应用中。聚酯特别经济，并且在处理期间能伸展从而提供高的模量和低的延伸，但是具有过度的热收缩，其可用于在一些带驱动器中维持张力，但是不利于需要尺寸稳定性的变速驱动器。因而，改进的聚酯，包括所谓的尺寸稳定聚酯(“DSP”)或高模量低收缩聚酯(“HMLS”聚酯)是经济的但是仍然展现对于一些应用而言不足的尺寸稳定性。DSI为8％至11％的DSP的一个示例在美国专利No.5,067,538中公开。还没有公开或暗示DSI小于大约6％的线索。用于变速应用(包括离合应用)等的V形带仍然需要更加经济的具有适当高性能和尺寸稳定性特征的线索材料。
发明内容
本发明涉及提供尺寸稳定的变速驱动带的系统和方法。与使用常规DSP或HMLS聚酯的带相比，本发明还提供了极度低热收缩和高模量的优点。
本发明的主要方面是一种动力传输带，其具有含有聚酯纤维的张力线索。线索的特征在于在100℃下小于1％的热收缩、在150℃下小于大约1.5％的热收缩以及小于大约6％的尺寸稳定性指数中的至少一个；并且带的特征在于在24小时之后在100℃下小于1％的热收缩。DSI计算为4.5g/d张力负荷下的延伸百分比和在177℃下空气中的热收缩百分比之和。
聚酯可以是由Performance Fibers公司以A360或A363的商标名出售的聚酯或等同物。
这种创造性的带可以是V形带、同步带、或多重V形肋带。带可适用于变速带驱动器中。
在本发明的又一方面中，线索可以在2/3线缆构造中包括6纱线A360纤维。
前面已经比较宽泛地概述了本发明的特点和技术优点以使得下面对本发明的描述更好理解。本发明的其它特点和优点将在下面描述，其构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当领会到，所公开的概念和具体实施例可易于利用为改变和设计用于执行本发明相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这些等同构造并未脱离本发明如所附权利要求所述的精神和范围。就其结构和操作方法而言均被认为是本发明特征的新颖特点，连同其它目标和优点一起，将从下面结合附图的描述中得到更好的理解。然而，应当特别理解到，每个附图仅提供为说明和描述的目的，而不是作为本发明范围的限制。
附图说明
结合入说明书并构成其一部分并且其中相同附图标记标识相同部件的附图示出本发明的实施例，并且连同描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明实施例构造的多重V形肋带的一部分的局部截面透视图；
图2是根据本发明另一实施例构造的V形带的一部分的局部截面透视图；
图3是根据本发明另一实施例构造的同步带的一部分的局部截面透视图；
图4是本发明的系统实施例的透视图。
具体实施方式
图1-3示出本发明的带的三个实施例，每个都具有张力线索22。主要改进是用作例如由Performance Fibers公司在A360或A363商标名下出售的极低收缩型聚酯纱线或等同物的张力线索22。在实施本发明中使用的极低收缩聚酯纱线的特征在于小于大约6％的尺寸稳定指数(“DSI”)。6％的DSI显著低于在普通DSP或HMLS聚酯线索中发现的DSI。DSI包括模量分量和收缩分量。模量分量表示为在规定负荷(“EASL”)下的延伸率，其实际与模量相反地变化。这里使用4.5g/d的规定负荷，除非另外注明。用于纱线或张力线索的DSI的热收缩(“HS”)分量通常按照ASTM D885来确定，根据供应商的倾向、要求设计等具有很多变型。HS分量通常基于0.05g/d的预张紧和177℃的温度并且在空气中测量。下文将涉及的其它变化包括在油中以及在100℃或150℃的温度下测量。用于本发明的张力线索的特征还在于在100℃下小于1％的热收缩，或在150℃下小于大约1.5％的热收缩。表1示出用于A360以及各种其它的和常规材料的纱线性质并且将在下面更详细地讨论。
参照图1，大致示出根据本发明实施例的多重V形肋带10。多重V形肋带10包括弹性的带主体部分12或下索，以及沿着带主体部分12的内周边定位的槽轮接触部分14。本文中使用的词语“槽轮”包括与动力传输带一起使用的常规滑轮和链轮，并且还包括辊和类似机构。图1所示的带的具体槽轮接触部分14是多肋的形式，其包括与多个槽形区域38交替的升高区域或顶点36，它们之间限定有相对地面向的侧面。在图1-2的每种情况下，槽轮接触部分14与带主体部分12成整体并且如下所述可由相同的弹性材料形成。然而，在图3中，能看到槽轮接触部分14包括将在下面进一步解释的增强织物24，如在同步带构建构造中通常使用的那样，并且因而由除了本发明实施例中的带主体部分12以外的材料形成。
张力或载荷线索区段20定位于下索12上方，用来给带10提供支撑和强度。在示出的形式中，张力区段包括在下文进一步解释的至少一个纵向地延伸的张力线索22，其沿着带的长度对准，并且根据本发明的各个实施例，与下面更详细地描述的粘性橡胶元件18至少局部地相接触或嵌入其中。熟练的技术人员将容易领会到，在图1-3中，粘性橡胶元件18以夸大的形式示出以便将其与带的其它弹性部分视觉地区分开。实际上，固化的合成物与周围的弹性带本体部分常常不能视觉地区分开，除了例如在粘性橡胶元件18和下索12中的一个是纤维装载的而另一个不是的情况。粘性橡胶元件18实际上可以是与弹性带主体12相同的材料。
能可选地使用增强织物(图1中未示出)并且在V形带和多重V形肋带的情况下沿着带与槽轮接触部分14相对的表面紧密配合以形成用于带的表面盖或覆盖线索。织物可以是任何期望的构造，比如由经线和纬线以任何期望的角度构成的常规编织物，或由间隔开的挑选线索(举例来说轮胎线索)保持在一起的经线构成、或为编结或编织构造、或为无纺构造、或是纸张、或塑料薄膜等。织物能用与弹性带主体12相同或不同的弹性体成分摩擦或刮削涂覆。可使用多于一股的织物。如果期望，织物可切割或不然的话形成为布置为偏斜以使得线束形成为与带的行进方向成角度。这种增强织物使用的一个实施例在图2中示出，其中橡胶刮擦涂覆的轮胎线索织物29以夸大的形式示出。无纺或纸材料的使用例如在授权给Ptterson等的美国专利No.6,793,599中描述，并且该专利关于此的内容通过参考结合于此。塑料薄膜的使用例如在美国专利申请公开No.2002/0187869中描述，并且该公开关于此的内容通过参考结合于此。
参照图2，示出有槽口的V形带26。V形带26包括类似于图1所示的弹性带主体部分12以及呈嵌入可选的粘性橡胶元件18中的一个或多个张力线索22形式的张力或荷载区段20，其也类似于图1所示。V形带26的弹性带主体部分12、粘性橡胶元件18以及荷载区段20能由如上所述对于图1的相同材料构造。
V形带26还包括如图1所示的多重V形肋带10中的槽轮接触部分14。弹性带主体部分12的侧面，或在如所示的V形带的情况下压缩区段的侧面，用作带26的驱动表面。在所示实施例中，槽轮接触部分14呈槽口凹陷表面或槽28和有齿突起30交替的形式。交替的凹陷表面28和突起30可优选地遵从如所示的大致正弦路径，其用来在操作期间当槽轮接触部分14经过滑轮周围时分配并且最小化弯曲应力。
虽然在所示实施例中，V形带26是粗边缘的带，但是还可使用如上所述的增强织物29，作为如所示用于带的表面盖或覆盖线索，或完全包围带以形成带状的V形带。应当理解到，本发明主要涉及在变速驱动器中使用的V形带，但是预期本发明还可用于多重V形肋带和有齿带，以及V形带的其它应用。应当理解到，变速V形带与其厚度相比成比例地更宽，尽管图2示出相应的比例。用于极高负荷的变速V形带可包括具有多个附接至此的区块的循环带，提供横向于带纵向的极度刚性以及纵向上的柔性。
参照图3，示出有齿带32。如在图1和2所示的带的情况，有齿带32包括弹性的带主体部分12以及槽轮接触部分14，并且还包括对于图1和2的带如前所述的荷载区段20。然而，对于同步带32，槽轮接触部分14呈交替的齿16和纹间部分19的形式。而且还可使用对于图1和2的带进一步如上所述的增强织物24，并且在此情况下沿着带32交替的齿16和纹间部分19紧密地配合以为其形成表面盖。
在上面图1-3所示的每种情况下，带主体部分12可由任何适合的固化弹性体合成物形成，并且可与涉及可选粘性橡胶元件18的以下描述相同或不同。可为此目的使用的适合弹性体包括例如聚氨酯弹性体(同样包括聚氨酯/尿素弹性体)(PU)、聚氯丁二烯橡胶(CR)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、氢化NBR(HNBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、烷基化氯磺化聚乙烯(ACSM)、表氯醇、聚丁二烯橡胶(BR)、天然橡胶(NR)、以及乙烯α烯弹性体比如乙烯丙烯弹性体(EPM)、乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)、乙烯辛烯共聚物(EOM)、乙烯丁烯共聚物(EBM)、乙烯辛烯三元共聚物(EODM)、乙烯丁烯三元共聚物(EBDM)、乙烯乙酸乙烯酯弹性体(EVM)；乙烯丙烯酸甲酯(EAM)；以及硅橡胶、或前述的任何两种或更多的组合。
为了形成根据本发明实施例的弹性带主体部分12，弹性体可以与包括填料、增塑剂、稳定剂、硫化剂/药物以及加速剂的常规橡胶复合成分以常规使用的量混合。例如，为了与乙烯α烯弹性体和二烯弹性体比如HNBR一起使用，一种或多种α-β有机酸的金属盐能以现在通常使用的量来使用以改进所得到产品的动态性能。因而，二甲基丙烯酸锌和/或丙稀酸锌能以从大约1至大约50phr；或替代地从大约5至大约30phr；或从大约10至大约25phr的量用于这种合成物中。此外这些材料有助于合成物的粘性，并且在用过氧化物或相关试剂通过离子交联而固化时增加聚合物的总体交联密度。
相关技术领域的技术人员将容易领会到，任何数量的适合合成物可用于带的弹性部分中或作为弹性部分。例如R.T.Vanderbilt的橡胶手册(第13版，1996年)中描述了大量适合的弹性体合成物，并且就EPM或EPDM合成物以及具有极高张力模量性质的这些合成物而言，还在美国专利No.5,610,217和No.6,616,558中分别阐述，这两件专利就可适合用于形成动力传输带主体部分的各种弹性体合成物而言的内容特别地通过参考结合于此。另外，就也可用于本发明各个实施例的实践中的数种铸造PU合成物而言，例如在Wu等的WO09602584中描述了这些合成物，并且该国际专利申请关于此的内容通过参考结合于此。
弹性带主体部分12此外可以装载本领域公知的不连续纤维，使用比如包括但不限于棉花、聚酯、纤维玻璃、芳香尼龙纤维以及尼龙的材料，其形式为短纤维或碎纤维、毛束或浆。在涉及有轮廓(例如如通过切割或研磨)的多重V形肋带的优选实施例中，这种纤维负荷优选地形成并且布置为使得纤维的基本部分形成并且布置为在与带的行进方向大致横向的方向上平铺。然而，在根据流过方法制造的模塑多重V形肋带和/或同步带中，纤维负荷将通常缺乏相同程度的定向。
根据本发明的一个实施例，用来与如上面对于图1-3的几个实施例中所述的合成物带内的荷载线索至少局部地相接触的固化合成物可选地包括在前述美国专利No.6,616,558中详细描述的特点和好处，该专利的内容已经通过参考结合于此。
各种词语在本领域中用来描述纱线和线索的扭绞。在本文中“原纱”指的是呈从原纱制造商接收的形式的细丝或纤维束，其可包括扭绞的纱线或没有扭绞的纱线。“线束”或“纱线”或“股”指的是作为形成线索的中间步骤已经折叠或扭绞或成股或成线缆的原纱或纱线。“线索”指的是在形成线索的最终步骤中已经一起扭绞或成股或成线缆的一个或多个线束、股或纱线。词语“扭绞系数”或“TM”将用来描述在将其应用至本发明的实践时的扭绞特点，并且定义为每英寸的转数(TPI)与纱线量的平方根之比。纱线量定义为5315与每9000米以克计的最终丹尼尔之比。因而，以下等式定义了扭绞系数：
TM=TPI5315/denier]]>
为了描述线索构造中的第一和第二TM，这里将遵从以下约定：“2×6”＝第一TM为2并且第二TM为6。为了描述线索构造中使用的原纱和线束的数量，这里将遵从以下约定：“y-n/m”＝每端整数“n”个“y”丹尼尔的原纱形成每个“m”束的线索。因而在第一扭绞步骤之后的总线束尺寸(丹尼尔)是y和n的乘积。在第二扭绞步骤之后的总线索尺寸(丹尼尔)是y乘n乘m的乘积。
原纱尺寸在本发明的实践中不受限制，而是仅受限于来自制造商的原纱的可用性。最终线索尺寸尤其在本发明的实践中不受限制，而是对于具体应用根据期望可通过“n”和“m”的适当选择来控制。然而，对于“n”和“m”的选择的实际上限通常是由于为了过多的目的而导致增加装备和操作成本。因而，“n”可以在从1至大约10的范围中，并且“m”可以在从1至大约12的范围中。在本发明的一个实施例中，可使用从大约400丹尼尔至大约3000丹尼尔的原纱。因而，在第一扭绞步骤之后的线束尺寸可以在从大约400至大约30,000丹尼尔的范围中，并且在第二扭绞步骤之后的线索尺寸可以在从大约400至大约360,000丹尼尔的范围中。本发明中使用的线索可包括2/3线缆构造中的六纱A360或等同PET纤维。
用来扭绞和成股线束和线索的方法和机器没有具体地受到限制。适合的纺织扭绞机器包括例如环形扭绞器、2对1扭绞器、直接并纱机以及现有技术已知的任何其它扭绞器。用于本发明的扭绞水平和线索构造没有具体地受到限制，而是可以对于给定应用进行适当的选择。
根据本发明实施例的荷载线索能用一种或多种使用任何适合和/或常规材料的粘合剂合成物和应用工艺来处理，以便形成或提高它们对物品的周围弹性体成分的粘着力。例如线索可用一种粘合剂或多种粘合剂来处理以将细丝彼此结合并且促进线索与带的弹性部分的粘附。根据一个实施例，线索能首先用底层涂料处理，底层涂料能是水基或溶剂基的，比如聚亚安酯和环氧树脂化合物。已处理的线索然后用另一种常规的和/或别的适合的粘合剂比如间苯二酚-甲醛胶乳(RFL)处理。在每个处理之后，线索通常穿过在从100℃至290℃的温度下的一个烘箱或多个烘箱以干燥和固化粘合剂。任选地，线索然后能用另外的外涂层粘合剂例如水基介质中的高乳液、色素和药物的混合物，或溶剂溶液中色素和药物与不溶解聚合物的混合物(比如由Lord公司在商标CHEMLOK名下出售的那些)、或其它适合的橡胶胶水来处理，用于另外的附着力提高。
可选地，例如在周围弹性体成分是可铸PU弹性体时，这种处理可限制于底层涂料的应用，或可进一步变型或完全消除。然而，可使用任何适合的线索处理工艺，并且作为示例，美国专利No,5,807,194公开了一种处理线索的方法，用于在基于铸造PU的循环带中使用，并且其相关内容通过参考结合于此。
任何适合的和/或常规的方法可用来形成根据本发明各个实施例的带。例如，在使用不可铸的带弹性体，即具有或不具有纤维负荷的可轧橡胶时，带构建步骤可包括：将光纤盖元件如上所述定位在适当地构造的模具腔室内，腔室具有用来形成齿或肋或槽口的有槽部分，或定位在适当地构造的带构建鼓或心轴上；相对于织物盖元件的第二表面布置荷载线索，比如通过绕着织物螺旋地缠绕一个或多个线索；相对于这个张力构件布置弹性材料；按照给定构造的需求，相对于这个张力构件布置张力构件和/或弹性材料的另外交替装置；施加充分的温度和压力以固化或硫化弹性体材料；以及从模具腔室或心轴移走组件。
当例如在有齿PU带制造中使用可铸的带本体部分时，生产步骤此外可包括：以使得织物盖元件的第一表面邻近有槽模具部分的方式绕着有槽模具部分的表面任选地缠绕耐磨损织物；在耐磨损织物周围施加荷载线索，比如通过绕着织物螺旋地缠绕一个或多个张力线索；将基本上液体的弹性材料导入模具腔室；以及聚合因此形成产品。这种带的有齿部分此外可具有任何适合的形状，包括曲线的、梯形的等。
已经发现，根据如这里所描述的本发明各个实施例由DSI小于大约6％的A360或A363或等同聚酯材料构造的荷载线索在用于V形带的构造中时已经产生了显示显著提高性能的带，与具有常规荷载线索的类似带相比，尤其在变速驱动器上。图4示出变速驱动器的实施例。参照图4，变速驱动器41包括V形带26以及槽轮43和槽轮44。槽轮43和44中的一个或两个可以是包括间隔可调节的两个半槽轮的变速槽轮。因而，带26可在多个离散位置或连续可变的位置或半径处运转，在某个范围的速比内提供多个离散的速比或连续可变的速比。V形带26包括张力线索22，其包括如上所述的A360或等同聚酯纱。
示例
基于典型的供应商数据，这种创造性线索与数个其它常规纱的原纱性质比较在表1中示出。这里，DSI基于4.5g/d的规定负荷下的延伸率(“EASL”)加上在177℃下在空气中的自由热收缩(“HS”)。使用A360的示例线索具有任何其它类型的聚酯(包括PEN)的最低热收缩，并且其具有与其它聚酯相当或更高的模量。因而，DSI显著低于其它聚酯或PEN。
准备具有1650-2/3构造的A360扭绞线索并且测试在100℃或150℃下在35.6N(8.01lbs)的预张力在热油中3分钟的热收缩。在100℃下在油中产生的热收缩为0.68％并且在150℃下在油中产生的热收缩为1.48％。相同的扭绞线索还测量在177℃，0.05g/d的预张力下在空气中2分钟的热收缩，其结果是1.1％的收缩。100℃下的热力是18.51N(4.10lbs)并且150℃下的热力是21.29N(4.79lbs)。这个收缩与包括DSP或HMLS聚酯线索的常规聚酯线索相比被认为非常低。6000d的DSP线索具有分别在100℃和150℃下在油中为1.4％和2.4％的热收缩。
具有后护罩、EPDM橡胶以及齿轮护罩的有齿轮V形带使用上面的A360线索构造。带具有30°的V形角。常规构造的另外线索为了比较目另外制成为相同的带。带装配至具有变速驱动器的小型摩托车。道路测试实施为涉及各种发动机速度、多种加速斜坡下的升温周期，之后是在2000-7000rpm的有用rpm范围内的速比测量，重复三次以获得平均值。整个测试重复六次以确定速比稳定性。有效的长度变化按照SAE J636或RMA IP-26从两个滑轮上的中心距离测量来确定。外圆周或长度变化通过在测试之前和之后用pi带直接测量来确定。在六次重复之后有效的长度变化和外部长度变化都报告为初始长度或外部长度的百分比。还测量了带在24小时之后在100℃下的热收缩。表2中示出了带的结果。
表1