橡膠同步帶的發(fā)展與展望
橡膠同步帶的發(fā)展與展望
同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型傳動(dòng)帶。由于同步帶是利用齒工作面與帶輪齒槽嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，因此帶與帶輪之間在傳動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有滑差而呈現(xiàn)同步傳動(dòng)。同步帶和V帶(三角帶)相比，帶體輕而薄，強(qiáng)度高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)功率范圍大，傳動(dòng)速度高。同步帶傳動(dòng)和鏈條、齒輪傳動(dòng)相比，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小，不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，噪音低。由于同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)很多，因而發(fā)展非常迅速。在紡織機(jī)械、汽車、煙草機(jī)械、食品機(jī)械、輕工、化工、計(jì)算機(jī)和通用機(jī)械等方面得到了廣泛應(yīng)用。
1 、同步帶用橡膠
早期的同步帶采用澆注法聚氨酯橡膠制造，該橡膠具有一般液體橡膠的優(yōu)點(diǎn)，不需要煉膠、壓延等設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，成型方便，采用離心澆注法，可生產(chǎn)精密的、形狀復(fù)雜的輕型傳送帶。但由于聚氨酯膠的耐熱和耐水性不好，在80cI=左右就發(fā)粘，在潮濕環(huán)境中易水解，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，又因?yàn)闈沧⒎ㄉa(chǎn)的同步帶不能放置齒面包布，雖然聚氨酯本身耐磨性好，但與有耐磨尼龍包布的氯丁橡膠帶相比，仍顯遜色。因此，聚氨酯帶只應(yīng)用于辦公機(jī)械、家電、放映機(jī)等的低速輕負(fù)荷傳動(dòng)中，在汽車和一般工業(yè)傳動(dòng)中不能使用 J。繼聚氨酯橡膠之后，制造同步帶主要采用氯丁橡膠，它具有優(yōu)異的強(qiáng)伸性能和動(dòng)態(tài)疲勞性能，還具有優(yōu)良的耐氣候老化、耐油、阻燃及突出的粘合性能。但氯丁橡膠的缺點(diǎn)是貯存穩(wěn)定性差和工藝性能差，易焦燒和粘輥，而耐熱性差是作為制造同步帶材料的最大弱點(diǎn)，氯丁橡膠同步帶的使用溫度范圍為一30cI=～120cI=。現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)向小型化、輕量化、高效化方向發(fā)展，尤其汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速、功率和耐熱性提出了更高的要求，氯丁橡膠的性能發(fā)揮到極限也難以滿足新的要求。
20世紀(jì)70年代中期開(kāi)發(fā)的氫化丁腈橡膠(HNBR)制作同步帶基本能滿足現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)的要求。與氯丁橡膠相比，氫化丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐高溫(175℃)和耐低溫(一40℃)的性能，有優(yōu)異的物理機(jī)械性能和高彈性、耐臭氧、耐曲撓龜裂、耐油、耐磨性能，并具有類似丁腈橡膠的良好的加工工藝性能。因此，同步帶用橡膠正逐步向氫化丁腈橡膠發(fā)展。特殊場(chǎng)合下使用的同步帶，則根據(jù)使用環(huán)境條件的要求選用不同的橡膠品種，如氯磺化聚乙烯橡膠、氯醇橡膠、乙丙橡膠、聚脲彈性體或其并用體。
2 、同步帶用骨架材料
早些年生產(chǎn)的聚氨酯同步帶，骨架材料一般采用鍍銅鋼絲，因?yàn)檫@種在輪胎、膠管中普遍采用的骨架材料強(qiáng)度較高，且貨源充足。但用鋼絲作為骨架材料制成的同步帶經(jīng)使用后伸長(zhǎng)率大，同步帶節(jié)距伸長(zhǎng)，導(dǎo)致與帶輪嚙合不良，造成跳齒，使帶子很快損壞。分析其原因，可能是鋼絲的初始模量小，在運(yùn)行中受拉力變形較大。鋼絲的其他缺點(diǎn)是與橡膠粘合不良，易被抽出；鋼絲在潮濕環(huán)境下易生銹，易與橡膠脫粘；鋼絲的不均勻性和扭曲也往往引起膠帶變形或跑偏。這些因素都加速了同步帶的損壞。由于鋼絲做骨架材料不能滿足同步帶的應(yīng)用要求，必須尋找新的骨架材料。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，玻璃纖維制造中的拉絲、加捻、后處理等工藝的改進(jìn)，制出了性能好的玻璃纖維線繩，它具有抗拉強(qiáng)度高、模量大、耐熱性好、尺寸穩(wěn)定性好、伸長(zhǎng)小、比鋼絲易與橡膠粘合等優(yōu)點(diǎn)。較之鋼絲同步帶，玻纖繩同步帶能在任何氣候條件下工作，在潮濕條件下不會(huì)銹蝕。為了提高玻纖繩的抗曲撓性和與橡膠的粘合性能，用丁二烯、苯乙烯、丁二烯吡啶三元共聚物膠乳或與氯丁膠乳的共混物對(duì)玻纖繩進(jìn)行浸漬 J。用玻纖繩制造的同步帶基本上能滿足當(dāng)前汽車和一般工業(yè)傳動(dòng)的要求。但玻纖繩也存在許多缺點(diǎn)，如脆性、不耐曲折和對(duì)沖擊負(fù)荷穩(wěn)定性差，這往往引起同步帶的使用可靠性降低。也曾有人用聚酯、碳纖維線繩等試做同步帶的抗拉體材料，效果均不好。
近年來(lái)開(kāi)始采用芳綸線繩做同步帶的骨架材料。芳綸與其他常用骨架材料比較有如下優(yōu)點(diǎn)：密度僅為鋼絲的五分之一，玻纖的二分之一；在等重量下，強(qiáng)度為鋼絲的8倍，玻纖的3倍，模量約為鋼絲和玻纖的2倍；在同體積下，芳綸的強(qiáng)度比鋼絲和玻纖高約50％ ，模量比鋼絲小，但比玻纖略高。但是芳綸的斷裂伸長(zhǎng)率比鋼絲高，比玻纖略高。芳綸的這種性能主要是由其高結(jié)晶、高取向的大分子結(jié)構(gòu)決定的。芳綸的拉伸性能、彎曲性能、扭轉(zhuǎn)性能的所有指標(biāo)均高于傳統(tǒng)的同步帶骨架材料，它比強(qiáng)度大且密度小，這對(duì)提高同步帶的承載能力、減輕同步帶的重量、減少同步帶運(yùn)行時(shí)的離心力和振動(dòng)特別有利。芳綸的高模量、低伸長(zhǎng)率及蠕變小賦予同步帶良好的尺寸穩(wěn)定性，使用中不伸長(zhǎng)。芳綸耐高溫，最高使用溫度可達(dá)240℃，160℃下經(jīng)500 h強(qiáng)力幾乎不下降，所以是制造同步帶的良好材料?，F(xiàn)在人們已將芳綸1414作為骨架材料用于同步帶中。
另外，美國(guó)的Dow Chemical公司還將聚酰亞胺(P84)纖維和聚苯并咪唑(PBI)纖維等合成纖維用于同步帶上，只是由于價(jià)格原因，目前尚未推廣。預(yù)計(jì)上述芳綸和這兩種纖維都會(huì)成為將來(lái)同步帶骨架材料的主選材料。
3 、同步帶的包布層
為了保護(hù)同步帶齒膠不受磨損，在同步帶的齒表面覆蓋一層耐磨的尼龍變形紗布。要求該布緯向伸長(zhǎng)率大(>130％ )，經(jīng)向強(qiáng)力要高，一般要在2．8 kN／5 em以上，以滿足生產(chǎn)工藝的需要。由衣料用尼龍?jiān)z織成的包布在同步帶運(yùn)行中易破損，必須用工業(yè)用尼龍?jiān)z織制包布，它拉伸強(qiáng)度高，耐磨、耐撕裂性也好。但尼龍的耐熱性較差，在120℃下經(jīng)50 h開(kāi)始出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，到400h強(qiáng)度下降30％ 一70％ 。在同步帶的硫化條件180℃30 min下，一般強(qiáng)度下降15％左右，而為了增加伸長(zhǎng)而加有氯綸或氨綸的尼龍布在該條件下強(qiáng)力下降達(dá)50％左右，嚴(yán)重影響了同步帶的使用壽命。滌綸和芳綸的耐熱性較好，在120℃下400 h強(qiáng)力下降在10％ 以內(nèi)，適合同步帶的要求，故目前有滌綸或芳綸織物取代尼龍織物做齒面包布的傾向。
為了更好地保護(hù)同步帶齒膠，英國(guó)專利提供了一種雙層尼龍齒包布，適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)同步帶，其外層布起抗磨損的作用，內(nèi)層布起抗剪切的作用，而中間膠層則為緩沖層。美國(guó)專利提供了另一種新型織物齒包布，即織物的經(jīng)紗由一種卷縮合成纖維構(gòu)成，或由一種以彈性紗線(氨綸)為芯紗，其外纏以卷縮合成纖維的新型紗線構(gòu)成；緯紗由合成短纖維絞合紗線構(gòu)成，特別是由間位芳綸短纖維絞合紗線構(gòu)成 J。其表面帶有大量絨毛，適合于制造汽車同步帶及其他使用要求嚴(yán)格的同步帶，該齒包布能提高帶的使用壽命，并使傳動(dòng)噪聲得到有效控制。
4 、同步帶的應(yīng)用
同步帶是美國(guó)Uniroyal公司在1940年推出的一種新型傳送帶。它首先應(yīng)用在縫紉機(jī)和線軸的同步傳動(dòng)上，消除了普通傳動(dòng)的缺點(diǎn)。由于同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)很多，到了20世紀(jì)70年代，國(guó)外的同步帶已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，使用范圍已擴(kuò)大到使用V帶、鏈和齒輪傳動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。同步帶的應(yīng)用相當(dāng)普遍，在新型紡織機(jī)械、汽車、煙草機(jī)械、機(jī)床、食品機(jī)械、石油化工機(jī)械、印染機(jī)械、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療機(jī)械等機(jī)械傳動(dòng)中普遍使用同步帶。如在紡織機(jī)械中就有劍桿織機(jī)、噴氣織機(jī)、噴水織機(jī)、并條機(jī)、精紡機(jī)、粗紗機(jī)、加捻機(jī)、落筒機(jī)、大圓機(jī)、簾子線捻線機(jī)、織帶機(jī)及毛紡設(shè)備、化纖設(shè)備等機(jī)械中采用同步帶。國(guó)外現(xiàn)有的和新牌號(hào)的排氣量在3 000 ml以下的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大都采用同步帶傳動(dòng)，在13本幾乎為100％采用，歐洲有80％采用，在美國(guó)有40％ 采用。如英國(guó)的Vauxhall、Seat、Talbo，德國(guó)的BMW、Opel、AudiNsu、Volkswa．gen，意大利的Fiat、Laneia、Sofim，13本的Mitsu．bishi、Nissan、Toyota、Daihatsu、Mazda，法國(guó)的Cri．troen、Renault和美國(guó)的Fo 等車型均采用同步帶 。
在新型機(jī)械中，甚至小型柴油機(jī)、泵和空氣壓縮機(jī)也都采用了同步帶。目前，先進(jìn)國(guó)家同步帶的生產(chǎn)量已接近V帶，而且應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。
5 、同步帶的生產(chǎn)現(xiàn)狀
目前，國(guó)外著名的同步帶生產(chǎn)廠家有：意大利Pirelli公司，德國(guó)的Berstof公司，日本三星的Bando和Unita公司，美國(guó)的Uniroyal公司及英國(guó)的Denlop Gates公司等。在國(guó)外，技術(shù)先進(jìn)國(guó)同步帶的生產(chǎn)量很大。據(jù)資料介紹，13本同步帶年產(chǎn)量近8萬(wàn)條，銷售額約205億13元，產(chǎn)品規(guī)格多，質(zhì)量?jī)?yōu)良，出口率高。
我國(guó)從上世紀(jì)60年代開(kāi)始生產(chǎn)聚氨酯同步帶，但由于材質(zhì)的耐熱、耐水性能差，以及工藝、設(shè)計(jì)和使用等方面的原因，工作壽命 穩(wěn)定，不能完全滿足進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)設(shè)備上高轉(zhuǎn)速和大功率的傳動(dòng)要求。80年代起，隨著國(guó)外技術(shù)和設(shè)備的大量引進(jìn)，以及國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造部門(mén)對(duì)同步帶的采用和技改工作的需要，使同步帶的需求13趨迫切，用量越來(lái)越大，國(guó)家每年花大量的外匯進(jìn)口同步帶。為此，我國(guó)從1984年開(kāi)始引進(jìn)聯(lián)邦德國(guó)Scholz公司的氯丁橡膠同步帶生產(chǎn)線。
我國(guó)自行開(kāi)發(fā)氯丁橡膠同步帶的廠家主要有：江蘇港達(dá)帶業(yè)有限公司、寧波慈溪同步帶廠、寧波市超傳同步帶有限公司、漢中市同步帶廠與淄博豐祥橡膠制品有限公司等數(shù)家。
同步帶在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展較快，已形成生產(chǎn)規(guī)模，但面臨的問(wèn)題也很多。同步帶為節(jié)能產(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為了大力發(fā)展我國(guó)同步帶行業(yè)，一方面要做好宣傳推廣工作擴(kuò)大同步帶的應(yīng)用范圍；另一方面要進(jìn)一步提高同步帶的質(zhì)量，替代進(jìn)口產(chǎn)品。高質(zhì)量的同步帶需要高質(zhì)量的紡織增強(qiáng)材料，我們應(yīng)選用高性能纖維開(kāi)發(fā)生產(chǎn)適合同步帶的線繩和包布，促進(jìn)同步帶的發(fā)展。
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