一种高强度碳纤维同步带及其制备方法与流程

本发明涉及同步带传动输送，尤其涉及一种高强度碳纤维同步带及其制备方法。

背景技术：

1、同步带是一根内周表面设有等间距齿的环形带，转动时，通过带齿和齿轮的齿槽啮合来传递动力。同步带综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点， 具有传动效率高、传动比准确、传动比范围大、传动平稳、对轴作用力小、噪音小、节能等优点。

2、现有的同步带普遍寿命不够长，主要原因是由于在高速运转的条件下温度过高，材料相适应的耐热性能有待提高。而同步带在使用一段时间后会不可避免地出现磨损，且存在强度不够、耐寒性能不佳等技术缺陷。

3、碳纤维是一种具有优异的比强度和刚度、低的热膨胀性、高的模量、高的耐磨性、耐腐蚀性等优点的纤维材料，被广泛应用于航空、交通、电池、体育用品等领域。近年来为提高同步带的性能，同步带的增强骨架多采用碳纤维捻制的线绳组成，但碳纤维表面呈现化学惰性、两憎性，且光滑，与橡胶树脂等的浸润较差并难以形成牢固的相互作用，导致线绳与橡胶基体的界面性能不理想，最终造成同步带的性能达不到预期。

4、为了解决上述问题，授权公告号为cn116262848b的中国发明专利公开了一种高性能碳纤维同步带及其制备方法。高性能碳纤维同步带包括骨架、包贴在骨架外面的主体胶及包布，所述主体胶为高硬度氢化丁腈胶，所述高硬度氢化丁腈胶含有以下组分：丁香酚和全氟辛基乙基丙烯酸酯改性hnbr、炭黑和助剂。使用高硬度氢化丁腈胶，能提高同步带的强度和耐高温性能，而且用一般的橡胶皮带设备就可以将同步带各层复合在一起。该发明还提供所述高性能碳纤维同步带的制备方法，先将高硬度氢化丁腈胶的各组分进行混练，得到高硬度氢化丁腈胶；再将骨架、主体胶和包布结合，硫化后得到同步带。然而，该同步带的耐磨性、耐热老化性和耐寒性能仍然有待进一步提高，骨架与胶料之间的相容性有待进一步改善。

5、可见，开发一种机械力学性能好，耐磨性、耐热老化性和耐寒性能优异，性能稳定性佳，使用寿命长的高强度碳纤维同步带及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进同步带领域的发展具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种机械力学性能好，耐磨性、耐热老化性和耐寒性能优异，性能稳定性佳，使用寿命长的高强度碳纤维同步带及其制备方法。

2、为达到以上目的，本发明提供一种高强度碳纤维同步带，包括同步带骨架以及包贴在同步带骨架外面的同步带胶片，所述同步带胶片是由如下按重量份计的各原料制成：氢化丁腈橡胶30-40份、乙烯丙烯酸酯橡胶10-20份、氟化乙丙橡胶20-30份、(全氟丙烷-2,2-二基)双(4,1-亚苯基)二丙烯酸酯1-3份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮2-4份、2,4,6-三乙烯基环硼氧烷3-5份、1,3-双(环氧乙烷基甲基)-5-(2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1h,3h,5h)-三酮2-4份、n-乙烯基咔唑2-5份、4,4-氯甲酰基苯醚1-2份、催化剂0.3-0.5份、偶联剂3-5份、无机填料10-20份、硬脂酸1-3份、防老剂1-3份、硫化剂2-4份、防焦剂0.3-0.5份、废旧聚芳噁二唑纤维2-4份；所述同步带骨架为粘结剂改性碳纤维线绳。

3、优选的，所述废旧聚芳噁二唑纤维为江苏宝德新材料有限公司提供的宝德纶废旧料回收得到；所述废旧聚芳噁二唑纤维的平均直径为3-9μm，长径比为(15-25):1。

4、优选的，所述防焦剂为防焦剂ctp。

5、优选的，所述硫化剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯按质量比1:(1-2):(0.8-1.2)混合形成的混合物。

6、优选的，所述防老剂为防老剂nbc、防老剂ble中的至少一种。

7、优选的，所述无机填料为白炭黑、轻质碳酸钙、氧化石墨烯按质量比1:(0.8-1.2):(1-2)混合形成的混合物；所述无机填料的粒径为1000-1500目。

8、优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的至少一种；所述催化剂为无水氯化铁、无水氯化锌按质量比(1-2):1混合形成的混合物。

9、优选的，所述氢化丁腈橡胶选自牌号为zhanber®zn35156的氢化丁腈橡胶生胶；所述乙烯丙烯酸酯橡胶选自美国杜邦公司生产的牌号为vamac® dp的乙烯丙烯酸酯橡胶生胶；所述氟化乙丙橡胶选自牌号为aflas®150的氟化乙丙橡胶生胶。

10、优选的，所述粘结剂改性碳纤维线绳的制备方法，包括如下步骤：将碳纤维线绳浸入粘结剂溶液中1-3h，取出后烘干，得到粘结剂改性碳纤维线绳。

11、优选的，所述粘结剂溶液为质量百分浓度为3-6%的硅烷偶联剂kh550的乙醇溶液。

12、本发明的另一个目的，在于提供一种所述高强度碳纤维同步带的制备方法，包括如下步骤：

13、步骤s1、将氢化丁腈橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶和氟化乙丙橡胶放入开炼机进行混炼，交替加入其它各原料，混炼均匀后得到同步带胶片；

14、步骤s2、将同步带胶片包贴在同步带骨架上，后置于同步带模具中压制成型、硫化，冷却至室温后得到高强度碳纤维同步带。

15、优选的，步骤s2中所述硫化温度为160-170℃，硫化压力为10-15mpa，硫化时间为30-40min。

16、由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：

17、（1）本发明公开的高强度碳纤维同步带的制备方法，无需专用设备，也无需对现有生产线进行改进，资金投入少，耗能低，工艺简单，操作控制方便，制备效率和成品合格率高，适于连续规模化生产，具有较高的推广应用价值。

18、（2）本发明公开的高强度碳纤维同步带，包括同步带骨架以及包贴在同步带骨架外面的同步带胶片，所述同步带胶片是由如下按重量份计的各原料制成：氢化丁腈橡胶30-40份、乙烯丙烯酸酯橡胶10-20份、氟化乙丙橡胶20-30份、(全氟丙烷-2,2-二基)双(4,1-亚苯基)二丙烯酸酯1-3份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮2-4份、2,4,6-三乙烯基环硼氧烷3-5份、1,3-双(环氧乙烷基甲基)-5-(2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1h,3h,5h)-三酮2-4份、n-乙烯基咔唑2-5份、4,4-氯甲酰基苯醚1-2份、催化剂0.3-0.5份、偶联剂3-5份、无机填料10-20份、硬脂酸1-3份、防老剂1-3份、硫化剂2-4份、防焦剂0.3-0.5份、废旧聚芳噁二唑纤维2-4份；采用氢化丁腈橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、氟化乙丙橡胶共混作为基材，结合了各自的优点，使得制成的高强度碳纤维同步带机械力学性能好，耐磨性、耐热老化性和耐寒性能优异，性能稳定性佳，使用寿命长；通过胶片制备原料各组分之间的相互配合共同作用，在胶片结构中同时引入全氟丙烷基、苯基、咪唑酮基、环硼氧烷、三嗪酮、咔唑和苯醚结构，这些结构在电子效应、位阻效应和共轭效应的多重作用下，使得制成的产品机械力学性能更好，耐磨性、耐热老化性和耐寒性能更优异，性能稳定性更佳，使用寿命更长。

19、（3）本发明公开的高强度碳纤维同步带，在硫化剂的作用下，胶片内部会形成互穿网络结构，同时在催化剂的作用下，4,4-氯甲酰基苯醚上酰氯基能与含有苯环的结构发生傅克反应，进一步提高交联密度，从而有效改善胶片的机械力学性能、耐磨性、耐热老化性和耐寒性能，进而延长制成的同步带产品的使用寿命。

20、（4）本发明公开的高强度碳纤维同步带，所述同步带骨架为粘结剂改性碳纤维线绳，通过改性能增强骨架与胶片之间的相容性，改善性能稳定性，延长使用寿命。