橡胶同步带的发展与展望

 

    同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的一种新型传动带。由于同步带是利用齿工作面与带轮齿槽啮合进行传动，因此带与带轮之间在传动过程中没有滑差而呈现同步传动。同步带和V带(三角带)相比，带体轻而薄，强度高，传动比准确，传动效率高，传动功率范围大，传动速度高。同步带传动和链条、齿轮传动相比，传动平稳，冲击小，不需润滑，无污染，噪音低。由于同步带传动的优点很多，因而发展非常迅速。在纺织机械、汽车、烟草机械、食品机械、轻工、化工、计算机和通用机械等方面得到了广泛应用。

 

1 、同步带用橡胶

    早期的同步带采用浇注法聚氨酯橡胶制造，该橡胶具有一般液体橡胶的优点，不需要炼胶、压延等设备，工艺简单，成型方便，采用离心浇注法，可生产精密的、形状复杂的轻型传送带。但由于聚氨酯胶的耐热和耐水性不好，在80cI=左右就发粘，在潮湿环境中易水解，强度下降严重，又因为浇注法生产的同步带不能放置齿面包布，虽然聚氨酯本身耐磨性好，但与有耐磨尼龙包布的氯丁橡胶带相比，仍显逊色。因此，聚氨酯带只应用于办公机械、家电、放映机等的低速轻负荷传动中，在汽车和一般工业传动中不能使用 J。继聚氨酯橡胶之后，制造同步带主要采用氯丁橡胶，它具有优异的强伸性能和动态疲劳性能，还具有优良的耐气候老化、耐油、阻燃及突出的粘合性能。但氯丁橡胶的缺点是贮存稳定性差和工艺性能差，易焦烧和粘辊，而耐热性差是作为制造同步带材料的最大弱点，氯丁橡胶同步带的使用温度范围为一30cI=～120cI=。现代机械传动向小型化、轻量化、高效化方向发展，尤其汽车发动机对转速、功率和耐热性提出了更高的要求，氯丁橡胶的性能发挥到极限也难以满足新的要求。

    20世纪70年代中期开发的氢化丁腈橡胶(HNBR)制作同步带基本能满足现代机械传动的要求。与氯丁橡胶相比，氢化丁腈橡胶具有优良的耐高温(175℃)和耐低温(一40℃)的性能，有优异的物理机械性能和高弹性、耐臭氧、耐曲挠龟裂、耐油、耐磨性能，并具有类似丁腈橡胶的良好的加工工艺性能。因此，同步带用橡胶正逐步向氢化丁腈橡胶发展。特殊场合下使用的同步带，则根据使用环境条件的要求选用不同的橡胶品种，如氯磺化聚乙烯橡胶、氯醇橡胶、乙丙橡胶、聚脲弹性体或其并用体。

 

2 、同步带用骨架材料

    早些年生产的聚氨酯同步带，骨架材料一般采用镀铜钢丝，因为这种在轮胎、胶管中普遍采用的骨架材料强度较高，且货源充足。但用钢丝作为骨架材料制成的同步带经使用后伸长率大，同步带节距伸长，导致与带轮啮合不良，造成跳齿，使带子很快损坏。分析其原因，可能是钢丝的初始模量小，在运行中受拉力变形较大。钢丝的其他缺点是与橡胶粘合不良，易被抽出；钢丝在潮湿环境下易生锈，易与橡胶脱粘；钢丝的不均匀性和扭曲也往往引起胶带变形或跑偏。这些因素都加速了同步带的损坏。由于钢丝做骨架材料不能满足同步带的应用要求，必须寻找新的骨架材料。随着工业技术的发展，玻璃纤维制造中的拉丝、加捻、后处理等工艺的改进，制出了性能好的玻璃纤维线绳，它具有抗拉强度高、模量大、耐热性好、尺寸稳定性好、伸长小、比钢丝易与橡胶粘合等优点。较之钢丝同步带，玻纤绳同步带能在任何气候条件下工作，在潮湿条件下不会锈蚀。为了提高玻纤绳的抗曲挠性和与橡胶的粘合性能，用丁二烯、苯乙烯、丁二烯吡啶三元共聚物胶乳或与氯丁胶乳的共混物对玻纤绳进行浸渍 J。用玻纤绳制造的同步带基本上能满足当前汽车和一般工业传动的要求。但玻纤绳也存在许多缺点，如脆性、不耐曲折和对冲击负荷稳定性差，这往往引起同步带的使用可靠性降低。也曾有人用聚酯、碳纤维线绳等试做同步带的抗拉体材料，效果均不好。

    近年来开始采用芳纶线绳做同步带的骨架材料。芳纶与其他常用骨架材料比较有如下优点：密度仅为钢丝的五分之一，玻纤的二分之一；在等重量下，强度为钢丝的8倍，玻纤的3倍，模量约为钢丝和玻纤的2倍；在同体积下，芳纶的强度比钢丝和玻纤高约50％ ，模量比钢丝小，但比玻纤略高。但是芳纶的断裂伸长率比钢丝高，比玻纤略高。芳纶的这种性能主要是由其高结晶、高取向的大分子结构决定的。芳纶的拉伸性能、弯曲性能、扭转性能的所有指标均高于传统的同步带骨架材料，它比强度大且密度小，这对提高同步带的承载能力、减轻同步带的重量、减少同步带运行时的离心力和振动特别有利。芳纶的高模量、低伸长率及蠕变小赋予同步带良好的尺寸稳定性，使用中不伸长。芳纶耐高温，最高使用温度可达240℃，160℃下经500 h强力几乎不下降，所以是制造同步带的良好材料。现在人们已将芳纶1414作为骨架材料用于同步带中。

    另外，美国的Dow Chemical公司还将聚酰亚胺(P84)纤维和聚苯并咪唑(PBI)纤维等合成纤维用于同步带上，只是由于价格原因，目前尚未推广。预计上述芳纶和这两种纤维都会成为将来同步带骨架材料的主选材料。

 

3 、同步带的包布层

    为了保护同步带齿胶不受磨损，在同步带的齿表面覆盖一层耐磨的尼龙变形纱布。要求该布纬向伸长率大(>130％ )，经向强力要高，一般要在2．8 kN／5 em以上，以满足生产工艺的需要。由衣料用尼龙原丝织成的包布在同步带运行中易破损，必须用工业用尼龙原丝织制包布，它拉伸强度高，耐磨、耐撕裂性也好。但尼龙的耐热性较差，在120℃下经50 h开始出现劣化现象，到400h强度下降30％ 一70％ 。在同步带的硫化条件180℃30 min下，一般强度下降15％左右，而为了增加伸长而加有氯纶或氨纶的尼龙布在该条件下强力下降达50％左右，严重影响了同步带的使用寿命。涤纶和芳纶的耐热性较好，在120℃下400 h强力下降在10％ 以内，适合同步带的要求，故目前有涤纶或芳纶织物取代尼龙织物做齿面包布的倾向。

    为了更好地保护同步带齿胶，英国专利提供了一种双层尼龙齿包布，适用于汽车发动机同步带，其外层布起抗磨损的作用，内层布起抗剪切的作用，而中间胶层则为缓冲层。美国专利提供了另一种新型织物齿包布，即织物的经纱由一种卷缩合成纤维构成，或由一种以弹性纱线(氨纶)为芯纱，其外缠以卷缩合成纤维的新型纱线构成；纬纱由合成短纤维绞合纱线构成，特别是由间位芳纶短纤维绞合纱线构成 J。其表面带有大量绒毛，适合于制造汽车同步带及其他使用要求严格的同步带，该齿包布能提高带的使用寿命，并使传动噪声得到有效控制。

 

4 、同步带的应用

    同步带是美国Uniroyal公司在1940年推出的一种新型传送带。它首先应用在缝纫机和线轴的同步传动上，消除了普通传动的缺点。由于同步带传动的优点很多，到了20世纪70年代，国外的同步带已经得到了很大的发展，使用范围已扩大到使用V带、链和齿轮传动的各个领域。同步带的应用相当普遍，在新型纺织机械、汽车、烟草机械、机床、食品机械、石油化工机械、印染机械、计算机、医疗机械等机械传动中普遍使用同步带。如在纺织机械中就有剑杆织机、喷气织机、喷水织机、并条机、精纺机、粗纱机、加捻机、落筒机、大圆机、帘子线捻线机、织带机及毛纺设备、化纤设备等机械中采用同步带。国外现有的和新牌号的排气量在3 000 ml以下的汽车发动机大都采用同步带传动，在13本几乎为100％采用，欧洲有80％采用，在美国有40％ 采用。如英国的Vauxhall、Seat、Talbo，德国的BMW、Opel、AudiNsu、Volkswa．gen，意大利的Fiat、Laneia、Sofim，13本的Mitsu．bishi、Nissan、Toyota、Daihatsu、Mazda，法国的Cri．troen、Renault和美国的Fo 等车型均采用同步带 。

    在新型机械中，甚至小型柴油机、泵和空气压缩机也都采用了同步带。目前，先进国家同步带的生产量已接近V带，而且应用领域还在不断扩大。

 

5 、同步带的生产现状

    目前，国外著名的同步带生产厂家有：意大利Pirelli公司，德国的Berstof公司，日本三星的Bando和Unita公司，美国的Uniroyal公司及英国的Denlop Gates公司等。在国外，技术先进国同步带的生产量很大。据资料介绍，13本同步带年产量近8万条，销售额约205亿13元，产品规格多，质量优良，出口率高。

    我国从上世纪60年代开始生产聚氨酯同步带，但由于材质的耐热、耐水性能差，以及工艺、设计和使用等方面的原因，工作寿命 稳定，不能完全满足进口和国产设备上高转速和大功率的传动要求。80年代起，随着国外技术和设备的大量引进，以及国内机械设计、制造部门对同步带的采用和技改工作的需要，使同步带的需求13趋迫切，用量越来越大，国家每年花大量的外汇进口同步带。为此，我国从1984年开始引进联邦德国Scholz公司的氯丁橡胶同步带生产线。

    我国自行开发氯丁橡胶同步带的厂家主要有：江苏港达带业有限公司、宁波慈溪同步带厂、宁波市超传同步带有限公司、汉中市同步带厂与淄博丰祥橡胶制品有限公司等数家。

    同步带在我国起步较晚，但发展较快，已形成生产规模，但面临的问题也很多。同步带为节能产品具有良好的经济效益和社会效益，为了大力发展我国同步带行业，一方面要做好宣传推广工作扩大同步带的应用范围；另一方面要进一步提高同步带的质量，替代进口产品。高质量的同步带需要高质量的纺织增强材料，我们应选用高性能纤维开发生产适合同步带的线绳和包布，促进同步带的发展。