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    橡膠同步帶的發展與展望

     
     

           同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優點而發展起來的一種新型傳動帶。由于同步帶是利用齒工作面與帶輪齒槽嚙合進行傳動,因此帶與帶輪之間在傳動過程中沒有滑差而呈現同步傳動。同步帶和V帶(三角帶)相比,帶體輕而薄,強度高,傳動比準確,傳動效率高,傳動功率范圍大,傳動速度高。同步帶傳動和鏈條、齒輪傳動相比,傳動平穩,沖擊小,不需潤滑,無污染,噪音低。由于同步帶傳動的優點很多,因而發展非常迅速。在紡織機械、汽車、煙草機械、食品機械、輕工、化工、計算機和通用機械等方面得到了廣泛應用。

    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點,不需要煉膠、壓延等設備,工藝簡單,成型方便,采用離心澆注法,可生產精密的、形狀復雜的輕型傳送帶。但由于聚氨酯膠的耐熱和耐水性不好,在80cI=左右就發粘,在潮濕環境中易水解,強度下降嚴重,又因為澆注法生產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,聚氨酯帶只應用于辦公機械、家電、放映機等的低速輕負荷傳動中,在汽車和一般工業傳動中不能使用 J。繼聚氨酯橡膠之后,制造同步帶主要采用氯丁橡膠,它具有優異的強伸性能和動態疲勞性能,還具有優良的耐氣候老化、耐油、阻燃及突出的粘合性能。但氯丁橡膠的缺點是貯存穩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,氯丁橡膠同步帶的使用溫度范圍為一30cI=~120cI=,F代機械傳動向小型化、輕量化、高效化方向發展,尤其汽車發動機對轉速、功率和耐熱性提出了更高的要求,氯丁橡膠的性能發揮到極限也難以滿足新的要求。

          20世紀70年代中期開發的氫化丁腈橡膠(HNBR)制作同步帶基本能滿足現代機械傳動的要求。與氯丁橡膠相比,氫化丁腈橡膠具有優良的耐高溫(175℃)和耐低溫(一40℃)的性能,有優異的物理機械性能和高彈性、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展。特殊場合下使用的同步帶,則根據使用環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

          早些年生產的聚氨酯同步帶,骨架材料一般采用鍍銅鋼絲,因為這種在輪胎、膠管中普遍采用的骨架材料強度較高,且貨源充足。但用鋼絲作為骨架材料制成的同步帶經使用后伸長率大,同步帶節距伸長,導致與帶輪嚙合不良,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,在運行中受拉力變形較大。鋼絲的其他缺點是與橡膠粘合不良,易被抽出;鋼絲在潮濕環境下易生銹,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用要求,必須尋找新的骨架材料。隨著工業技術的發展,玻璃纖維制造中的拉絲、加捻、后處理等工藝的改進,制出了性能好的玻璃纖維線繩,它具有抗拉強度高、模量大、耐熱性好、尺寸穩定性好、伸長小、比鋼絲易與橡膠粘合等優點。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玻纖繩進行浸漬 J。用玻纖繩制造的同步帶基本上能滿足當前汽車和一般工業傳動的要求。但玻纖繩也存在許多缺點,如脆性、不耐曲折和對沖擊負荷穩定性差,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。

          近年來開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點:密度僅為鋼絲的五分之一,玻纖的二分之一;在等重量下,強度為鋼絲的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率比鋼絲高,比玻纖略高。芳綸的這種性能主要是由其高結晶、高取向的大分子結構決定的。芳綸的拉伸性能、彎曲性能、扭轉性能的所有指標均高于傳統的同步帶骨架材料,它比強度大且密度小,這對提高同步帶的承載能力、減輕同步帶的重量、減少同步帶運行時的離心力和振動特別有利。芳綸的高模量、低伸長率及蠕變小賦予同步帶良好的尺寸穩定性,使用中不伸長。芳綸耐高溫,最高使用溫度可達240℃ ,160℃下經500 h強力幾乎不下降,所以是制造同步帶的良好材料,F在人們已將芳綸1414作為骨架材料用于同步帶中。

          另外,美國的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,只是由于價格原因,目前尚未推廣。預計上述芳綸和這兩種纖維都會成為將來同步帶骨架材料的主選材料。

    3 、同步帶的包布層 

         為了保護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。要求該布緯向伸長率大(>130% ),經向強力要高,一般要在2.8 kN/5 em以上,以滿足生產工藝的需要。由衣料用尼龍原絲織成的包布在同步帶運行中易破損,必須用工業用尼龍原絲織制包布,它拉伸強度高,耐磨、耐撕裂性也好。但尼龍的耐熱性較差,在120℃下經50 h開始出現劣化現象,到400h強度下降30% 一70% 。在同步帶的硫化條件180℃30 min下,一般強度下降15%左右,而為了增加伸長而加有氯綸或氨綸的尼龍布在該條件下強力下降達50%左右,嚴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強力下降在10% 以內,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。

          為了更好地保護同步帶齒膠,英國專利提供了一種雙層尼龍齒包布,適用于汽車發動機同步帶,其外層布起抗磨損的作用,內層布起抗剪切的作用,而中間膠層則為緩沖層。美國專利提供了另一種新型織物齒包布,即織物的經紗由一種卷縮合成纖維構成,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成;緯紗由合成短纖維絞合紗線構成,特別是由間位芳綸短纖維絞合紗線構成 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格的同步帶,該齒包布能提高帶的使用壽命,并使傳動噪聲得到有效控制。

    4 、同步帶的應用

          同步帶是美國Uniroyal公司在1940年推出的一種新型傳送帶。它首先應用在縫紉機和線軸的同步傳動上,消除了普通傳動的缺點。由于同步帶傳動的優點很多,到了20世紀70年代,國外的同步帶已經得到了很大的發展,使用范圍已擴大到使用V帶、鏈和齒輪傳動的各個領域。同步帶的應用相當普遍,在新型紡織機械、汽車、煙草機械、機床、食品機械、石油化工機械、印染機械、計算機、醫療機械等機械傳動中普遍使用同步帶。如在紡織機械中就有劍桿織機、噴氣織機、噴水織機、并條機、精紡機、粗紗機、加捻機、落筒機、大圓機、簾子線捻線機、織帶機及毛紡設備、化纖設備等機械中采用同步帶。國外現有的和新牌號的排氣量在3 000 ml以下的汽車發動機大都采用同步帶傳動,在13本幾乎為100%采用,歐洲有80%采用,在美國有40% 采用。如英國的Vauxhall、Seat、Talbo,德國的BMW、Opel、AudiNsu、Volkswa.gen,意大利的Fiat、Laneia、Sofim,13本的Mitsu.bishi、Nissan、Toyota、Daihatsu、Mazda,法國的Cri.troen、Renault和美國的Fo 等車型均采用同步帶 。

          在新型機械中,甚至小型柴油機、泵和空氣壓縮機也都采用了同步帶。目前,先進國家同步帶的生產量已接近V帶,而且應用領域還在不斷擴大。

    5 、同步帶的生產現狀

          目前,國外著名的同步帶生產廠家有:意大利Pirelli公司,德國的Berstof公司,日本三星的Bando和Unita公司,美國的Uniroyal公司及英國的Denlop Gates公司等。在國外,技術先進國同步帶的生產量很大。據資料介紹,13本同步帶年產量近8萬條,銷售額約205億13元,產品規格多,質量優良,出口率高。我國從上世紀60年代開始生產聚氨酯同步
    帶,但由于材質的耐熱、耐水性能差,以及工藝、設計和使用等方面的原因,工作壽命 穩定,不能完全滿足進口和國產設備上高轉速和大功率的傳動要求。80年代起,隨著國外技術和設備的大量引進,以及國內機械設計、制造部門對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,用量越來越大,國家每年花大量的外匯進口同步帶。為此,我國從1984年開始引進聯邦德國Scholz公司的氯丁橡膠同步帶生產線。我國自行開發氯丁橡膠同步帶的廠家主要有: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家。

          同步帶在我國起步較晚,但發展較快,已形成生產規模,但面臨的問題也很多。同步帶為節能產品具有良好的經濟效益和社會效益,為了大力發展我國同步帶行業,一方面要做好宣傳推廣工作擴大同步帶的應用范圍;另一方面要進一步提高同步帶的質量,替代進口產品。高質量的同步帶需要高質量的紡織增強材料,我們應選用高性能纖維開發生產適合同步帶的線繩和包布,促進同步帶的發展。

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                                                                                                                     2011-11-21

     
     
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