CN118661045A - 具有微孔聚合物膜的增强的弹性体制品 - Google Patents

Abstract

具有膜层的增强的弹性体制品，所述膜层具有与硅质填料配混的超高分子量聚烯烃的微孔基质。所述制品可为带、软管、轮胎或类似物。所述膜层可位于所述制品的接触表面或其它表面上或可嵌入到所述弹性体制品内。

Description

具有微孔聚合物膜的增强的弹性体制品

背景技术

本发明总体上涉及增强的弹性体制品诸如带或软管，在其中或其表面上具有多孔聚合物膜、更具体地在其中或其上具有微孔超高分子量聚烯烃膜。

用于动态应用的增强的弹性体制品包括带、软管、轮胎、空气弹簧、轮、抗振部件等。使用的增强物包括短纤维、线、缆绳和各种纺织品，包括帘线和织物。这样的产品的接触表面可为橡胶、纺织品或膜。弹性体包括固化或硫化的橡胶，诸如腈、乙烯-α-烯烃、二烯橡胶、丙烯类橡胶等；热塑性弹性体；流延弹性体诸如流延聚氨酯和有机硅；等等。

带包括动力传送带和运输带。动力传送带(或驱动带)广泛用于在动力传动驱动器中的驱动滑轮之间传递扭矩。摩擦驱动带包括V形带、平带、圆带和其它带形状，以及多V形肋带。正驱动带或同步带包括具有各种齿形的带齿动力传送带。齿形带也用于使运动同步，即作为同步带。运输带广泛用于移动或运输材料，并且可为平坦的或成型的，包括具有用于正驱动的齿。

软管包括流体动力或液压软管和流体运输软管。使用不可渗透的聚合物膜作为一些软管中的阻挡层，作为管或软管上的覆盖层。软管中或软管上使用的其它增强物或覆盖物包括电线、缆绳、帘线和织物。

同样，轮胎和其它增强的弹性体制品使用各种形式的纺织品、织物和帘线，用于内部增强或用于表面覆盖。

具体而言，织造的和针织的织物材料已经用于带和软管表面上以及带、轮胎和软管内，以及用于增强其它橡胶制品。包含无规或部分取向纤维的非织造织物材料也已经用于带表面上。类似地，包含无规或部分定向纤维的纸材料已经用于带表面上。

非织造织物、织造织物和纸状材料可具有可测量的孔隙率，这意味着它们是空气容易通过的。它们还可在压力下通过橡胶或其它可流动材料。当使用非织造织物、纸或织造织物作为例如带上的表面层时，弹性体向表面的渗透度可为有利的，或可为有害的，这取决于所需的表面特性。弹性体渗透(也称为“穿透”)的控制可为非常困难的，导致不均匀的表面特性。非织造物和纸在发生应变时还易于撕裂，导致在产生均匀的表面特性方面的其它困难。这些用途和问题描述在例如美国专利号8197372 B2中。因此，织物可用橡胶组合物预处理或与聚合物膜层压，以更好地控制表面特性。这样的处理为制造方法和所得制品增加了额外的材料和劳动力成本。

已经提出将固体或致密的非多孔聚合物膜用于带表面上。这样的在齿形带上的使用描述在例如美国专利号6296588 B1，7011880 B2和7235028 B2中。

已知微孔聚合物膜用作印刷介质，即合成纸。这样的膜描述在例如美国专利号3351495、4681750、4866172、4861644和4877679中。在增强的弹性体制品诸如带或软管中或其上使用微孔聚合物膜作为增强物或覆盖材料是未知的或未建议的。

发明内容

本发明涉及这样的系统和方法，其提供了增强的橡胶制品，该制品在其中或其上具有高度填充的微孔超高分子量聚合物膜，或在其中或其上具有作为膜层的含硅质填料的微孔超高分子量聚烯烃。

本发明的增强的弹性体制品包括具有与硅质填料配混的超高分子量聚烯烃的微孔基质的膜层。该膜层的特征可为35体积%至95体积%的孔隙率。优选的聚烯烃是超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯或它们的共混物。

超高分子量聚乙烯可为基本上线型的，具有至少2000000的粘均分子量；并且超高分子量聚丙烯可为基本上线型的，具有至少800000的粘均分子量。

硅质填料可为二氧化硅，其可为气相的、沉淀的或其它形式的。该硅质填料可占微孔膜的约50重量%至约90重量%。

本发明的制品可为V形肋带、V形带、齿形带或其它类型的动力传送带或运输带。本发明的制品可为软管、轮胎、空气弹簧或其它增强的弹性体制品。

可将膜层施加到接触表面，诸如肋表面或V形肋带、齿形带的齿或增强的弹性体制品的其它外表面。膜层可嵌入制品的主体内。膜层可层压到织物、膜或用于制品的其它材料层上。该膜层可在未涂覆或处理的情况下使用，或可出于粘附性或其它原因来对其进行涂覆或处理。

微孔超高分子量聚烯烃膜是通过包括以下步骤的方法制造的：将超高分子量聚烯烃与硅质填料和可萃取的稀释剂混合以制造混合物；由该混合物形成片材；和从片材中萃取稀释剂，留下聚烯烃和填料的微孔基质。

膜可在将其组装到制品中或制品上之前进行印刷。如果在外表面上，则膜层可在制造制品后印刷。

高度多孔、高度可渗透并填充有高含量硅质填料的聚烯烃薄膜可独特地适于与一些弹性体材料，特别是乙烯-α-烯烃弹性体和流延聚氨酯弹性体粘合。这种膜材料使其自身易于应用和高体积的带生产。其可用作自然磨损指示剂，因为其是白色的，并且大多数弹性体基材是黑色的。微孔膜也可被印刷用于装饰、标记或与制品相关的其它目的。

前面已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以可更好地理解下文的本发明的详细描述。本发明另外的特征和优点将在下文中描述，其形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的理念和具体实施方案可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的其它结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等同构造不脱离随附的权利要求书中阐述的本发明的范围。当结合附图考虑时，从以下说明书中将更好地理解被认为是本发明的特征的关于其组织和操作方法的新特征，以及另外的目的和优点。然而，应当清楚地理解，提供各个附图仅为了说明和描述的目的，并不意图作为本发明的限制的定义。

附图说明

附图(其引入说明书中并形成了说明书的一部分，其中相同的数字表示相同的部件)示出了本发明的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是可用于本发明实施方案的微孔的二氧化硅填充的UHMWPE膜在10000倍下的显微照片；

图2是本发明的V形肋带实施方案的局部分解透视图；

图3是本发明的齿形带实施方案的局部分解透视图；

图4是本发明的带状V形带实施方案的局部分解透视图；

图5是本发明的软管实施方案的局部分解透视图；

图6是现有技术的纸状带表面材料的50倍显微照片；

图7是现有技术的非织造带表面材料在200倍下的显微照片；

图8是可用于本发明实施方案的微孔的二氧化硅填充的UHMWPE膜在5000倍下的显微照片；和

图9是根据本发明实施方案的V形肋带的一部分的横截面照片。

具体实施方式

本发明涉及增强的弹性体制品，在其中或其上引入了微孔聚合物膜，其中该膜的特征在于热塑性有机聚合物基质、非常大比例的细分颗粒状硅质填料和高空隙含量。热塑性有机聚合物可为基本上线型的超高分子量聚烯烃。在本发明中使用的微孔聚合物膜可进一步通过其材料组成、其结构和其制备方法表征。示例性膜及其制造方法描述在美国专利号3351495、4866172、4861644和4877679中，其内容在此通过参考并入本文。

膜的组成可包括：(1)基本上由基本上线型的超高分子量聚烯烃(“UHMW聚烯烃”)组成的基质，其可为基本上线型的超高分子量聚乙烯(“UHMWPE”)、基本上线型的超高分子量聚丙烯(“UHMWPP”)或它们的混合物；(2)分布在基质各处的细分的颗粒状的基本上不溶于水的硅质填料，该填料占微孔膜的约50重量%至约90重量%；和(3)在微孔膜各处连通的互连孔的网络，孔占微孔膜的至少约35体积%。

UHMWPE可具有至少约18分升/克，或至少约19分升/克(没有上限)，或至多约32或39分升/克的固有粘度。换句话说， UHMWPE可具有至少约2000000，或至少约3000000(没有上限)，或至多约6200000或至多约8200000的名义粘均分子量。

UHMWPP可具有至少约6分升/克，或至少约7分升/克(没有上限)，或至多约16或18分升/克的固有粘度。换句话说，UHMWPP可具有至少约800000，或至少约1000000(没有上限)，或至多约2800000，或至多约3300000的名义粘均分子量。基本上线型的UHMWPP可为基本上全同立构聚丙烯。这样的聚合物的全同立构规整度可为至少约95%，和优选其可为至少约98%。

优选基本上不存在其它热塑性有机聚合物。尽管如此，可任选地存在于基质中的热塑性有机聚合物是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚(四氟乙烯)、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、乙烯和丙烯酸的共聚物以及乙烯和甲基丙烯酸的共聚物。如果需要，则含羧基的共聚物的全部或部分羧基可用钠、锌等中和。基于基质重量计至少约70%的UHMW聚烯烃应当为微孔膜提供所需的性质。

存在于微孔膜中的填料可为最终颗粒、最终颗粒的聚集体或二者的组合的形式。在大多数情况下，至少约90重量%的用于制备微孔膜的填料具有约5至约40微米的总粒度。优选至少约90重量%的填料具有约10至约30微米的总粒度。在加工成分以制备微孔膜期间，可减小填料聚集体的总尺寸。

合适的硅质填料的实例包括二氧化硅、云母、蒙脱石、高岭石、石棉、滑石、硅藻土、蛭石、天然沸石和合成沸石、水泥、硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁、硅酸钠铝、聚硅酸铝、氧化铝硅胶和玻璃颗粒。除了硅质填料之外，还可使用其它细分的、颗粒状的、基本上不溶于水的填料。这样任选的填料的实例包括炭黑、木炭、石墨、氧化钛、氧化铁、氧化铜、氧化锌、氧化锑、氧化锆、氧化镁、氧化铝、二硫化钼、二硫化钨、硫化锌、硫酸钡、硫酸锶、三水合铝、碳酸钙和碳酸镁。二氧化硅和粘土是优选的硅质填料。在二氧化硅中，最常使用沉淀二氧化硅、硅胶或气相二氧化硅。特别优选的细分的、颗粒状的、基本上不溶于水的硅质填料是沉淀二氧化硅。

在优选的填料是沉淀二氧化硅的情况下，平均最终粒度(不管最终颗粒是否聚集)可小于约0.1微米、或小于约0.05微米、或小于约0.03微米，通过透射电子显微镜测定。细分的、颗粒状的、基本上不溶于水的硅质填料可占微孔膜的约50重量%至90重量%。这样的填料可占微孔材料基材的约50重量%至约85重量%。约60重量%至约80重量%是优选的。

还可任选地存在少量、通常小于约5重量%的加工中使用的其它材料，诸如润滑剂、加工增塑剂、有机萃取液、表面活性剂、水等。为特定目的而引入的其它材料可任选地以少量、通常以小于约15重量%存在于微孔材料基材中。这样的材料的实例包括抗氧化剂、紫外光吸收剂、阻燃剂、增强纤维诸如短切玻璃纤维股、染料、颜料等。除了填料和用于一种或多种特定目的任何浸渍剂之外，微孔膜的余量基本上是热塑性有机聚合物。

孔占微孔膜的至少约35体积%。在许多情况下，孔占微孔膜的至少约60体积%。通常，孔占微孔材料的至少约35体积%至约95体积%。约60体积%至约75体积%是优选的。

在宏观上，有用的膜看起来像常规纸，即具有预定厚度的光滑白色片材。在显微镜下，膜的结构通过图1，一张示例性微孔UHMWPE材料(Teslin® SP1400，10000×)的大幅放大的扫描电子显微照片来示出。仅占约35体积%的微孔聚合物基质表现为细丝和壁的互连网络结构，在其中限定了孔或空隙的互连网络(基质结构和孔具有类似尺寸)。

微孔膜可通过混合填料、热塑性有机聚合物粉末、可萃取稀释剂(其可有利地为加工增塑剂)和少量其它成分诸如润滑剂和抗氧化剂直至获得基本上均匀的混合物来制备。用于形成该混合物的填料与聚合物的重量比基本上与待生产的微孔膜的填料与聚合物的重量比相同。可例如使用具有压片口模的挤出机、加热辊、压延机和/或类似物将均匀混合物压片。然后使该片材通过一个或多个萃取区，在这里使用增塑剂的良溶剂(其为基质聚合物和填料的不良溶剂)除去可萃取的稀释剂或加工增塑剂。然后在溶剂萃取区中除去溶剂，通常使用蒸汽或水进行，随后通过干燥来基本上除去残留的水和溶剂。残留的加工增塑剂含量可小于微孔片材基材的5重量%，并且此含量甚至可通过另外的萃取来进一步降低。

在这个阶段，孔可占微孔膜的约35体积%至约80体积%或约60体积%至约75体积%。微孔的孔的体积平均直径可为约0.02微米至约0.5微米、或约0.04微米至约0.3微米、或约0.05微米至约0.25微米。成片(sheeting)工艺可引起各向异性的物理性质，特别是在纵向上的较高拉伸强度和在纵向上的撕裂扩展的较高撕裂强度。通过这种方法生产的膜可有利地用于根据本发明的实施方案的弹性体制品中。

然而，膜可任选地被拉伸，并且拉伸的微孔膜可用于本发明的实施方案中。拉伸既增加了材料的空隙体积，并且诱导了UHMW聚烯烃中的分子取向区域。分子取向的热塑性有机聚合物的物理性质(包括拉伸强度、拉伸模量、杨氏模量等)可与具有很少或没有分子取向的相应热塑性有机聚合物的那些显著不同。膜可在超过弹性极限的一个或多个方向上拉伸。拉伸比可为至少约1.5或约1.7、或约1.5至约15、或约1.7至10、或约2至6。拉伸可在室温下或在升高的温度下进行。任选地，双轴拉伸可同时或以多个步骤进行。双轴拉伸可产生较大各向同性(较小各向异性)的膜，其相对于未拉伸形式而言在全部方向上具有更高的拉伸强度。

拉伸的微孔膜的孔隙率可大于未拉伸的膜的孔隙率。孔隙率可大于拉伸的微孔膜的80体积%、或至少约85体积%、或至多95体积%。拉伸的微孔材料的孔的体积平均直径可为0.6微米至约50微米或约1微米至约40微米或约2微米至约30微米。

各种其它步骤诸如冷却、加热、烧结、退火、卷取、退卷等可根据需要任选地包括在整个过程中。

当用于本发明的实施方案中时，认为UHMW聚烯烃的性质、分子取向或各向异性的区域、高水平的填料负载、高度的微孔隙率共同提供了拉伸的微孔膜的许多所需的性质。

示例性的微孔膜是由PPG Industries，Inc.以商标TESLIN销售的。Teslin®材料是作为可印刷的合成纸来销售的，并且被描述为微孔的、尺寸稳定的、高度填充的单层聚烯烃基合成材料。非研磨性无机填料占60重量%，并且空气占65体积%。认为聚烯烃基本上是UHMWPE，并且填料基本上是二氧化硅，可能是沉淀二氧化硅。将该Teslin膜成片，使得纵向上的拉伸强度与横向上的拉伸强度的比率为约2至约3。等级包括各种厚度、各种强度、未涂覆和涂覆的。本发明的优选等级是未涂覆等级。对于一些应用，较高强度、较厚等级是优选的。厚度可为特定弹性体制品所需的任何厚度。例如，对于接触表面覆盖而言，较小的带可使用较薄的膜，而较大的带可使用较厚的膜。认为对于大多数商业上提供的Teslin材料而言，可不存在另外的任选的拉伸。认为此方法可用于除聚烯烃之外的其它聚合物，以制造可用于本发明制品的实施方案中的微孔聚合物膜。

图2-5示出了以各种方式利用微孔聚合物膜的本发明的各种实施方案。

图2是本发明的V形肋带实施方案的局部分解透视图。在图2中，肋带20包括弹性体主体22，其成形为肋23，该肋23设计成与滑轮或滑车轮上的配合槽摩擦接合。在本发明的实施方案中，本文所述的微孔膜可用在图2的肋盖24所示的肋表面上。如果需要，微孔膜还可用作后盖26。该微孔膜也可用作内层25。这些层可用于增强，用于支撑拉伸绳28，或将其它层粘结在一起。已经发现UHMW聚烯烃的微孔膜对于常规带材料，特别是对广泛用于带中的乙烯-α-烯烃弹性体配混物具有非常好的粘附性。在许多情况中，微孔膜不需要用任何粘合剂或其它涂层处理。

可使用任何可用的或已知的方法来制造V形肋带。对于肋盖24而言，一些肋-带模制方法需要盖在肋上和/或在带周围进行拉伸。现有的覆盖材料，包括非织造织物和纸状材料，在这样的模制过程期间经常遭受撕裂和/或不均匀的拉伸。已经发现与非织造物和纸相比，本发明使用的微孔膜在带模塑期间拉伸均匀得多，并且没有撕裂。图9是具有微孔UHMWPE肋覆盖物(Teslin® SP600)的肋带的横截面的照片，其示出了在模制带之后表面层的良好均匀性。此外，在带模制期间的拉伸产生一些与本文所述的任选拉伸方法类似的有益效果。因此，认为未拉伸的微孔膜在带加工期间被拉伸到一定程度，并且有利地增加了结晶度、拉伸强度和撕裂强度。同样，拉伸的微孔膜在加工期间可有利地变得甚至更加被拉伸。制造V形肋带的方法描述于例如美国专利号 6824485、9341232B2和9341233B2中。

肋盖24是用于肋带上的具有高二氧化硅负载量的UHMW聚烯烃的微孔膜，其还具有优异的摩擦性质和良好的耐磨性。已经尝试了固体UHMWPE膜，但是由于其非常低的摩擦系数(“COF”)而未能在肋带上获得成功。令人惊讶地，具有二氧化硅填料的微孔UHMWPE膜具有用于肋带上的合适的COF。

图3是本发明的齿形带实施方案的局部分解透视图。在图3中，齿形带30具有弹性体带主体32，该弹性体带主体32可为弹性带材料诸如橡胶、流延聚氨酯或热塑性弹性体，其中带齿33在主体的一侧上形成，并且与台(lands)31交替，这限定了预定的节距或间隔。齿可用根据本发明实施方案的微孔聚合物膜34覆盖。因此，微孔膜34可沿着带齿的外周表面布置。螺旋盘绕帘线的拉伸元件38可嵌入带主体中。带的背面可为光滑的，并且位于齿状侧的对面，并且还可任选地覆盖有微孔膜36。因此，齿覆盖物和背面覆盖物中的一者或二者可为微孔膜，而一者或另一者可为常规织物或护套或未覆盖。通常，“织物”指在施加粘合剂或其它合适的涂层之前的常规覆盖材料，并且处理的织物在准备用于构建带或置于在带上时被称为“护套”。因此，微孔膜可代替在齿形带中或其上使用的常规织物和护套。与过去尝试的固体热塑性膜相比，微孔膜提供了对带主体的更好的粘附性。可使用任何可用的或已知的方法来制造该齿形带。

本发明的齿形带可根据已知的制造硫化弹性体或橡胶带的方法来制造，诸如在美国专利号 4392842、4586915、6695733中公开的方法。用聚合物膜制造齿形带的示例性方法公开于美国专利号 6296588 B1、7011880 B2和7235028 B2中，其内容在此通过参考并入本文。最常用的方案是将各种材料施加到带凹槽的心轴上，从齿覆盖护套(即微孔聚合物膜)开始，然后是其它材料诸如织物、拉伸帘线和主体橡胶，并且以任选的背部护套(其也可为微孔膜)结束。然后将该具有带板的心轴插入可加压壳体中，其可被加热和加压以将材料挤压在一起，这使橡胶流入齿槽中，使齿护套成为槽的形状(“流通”方法)。替代地，在将齿护套放置在心轴上之前，可将齿预成型为近似凹槽形状，任选地用橡胶填充该齿(“预成型方法”)。如果需要，膜可在一侧上涂覆或在两侧上涂覆以用于粘合。在模制前或模制期间，可将膜层压到其它材料诸如织物上。以类似的方式构建流延聚氨酯带，不同之处在于橡胶主体是作为可流动液体引入的。对这些方法进行其它修改也是可能的。

尽管膜34可为齿上的唯一覆盖物，但是图3还示出了可将微孔膜34层压或施加在另一齿覆盖材料35上。层压可在带构建之前或在带模制期间离线发生。另一覆盖材料35可为任何常规或已知的织物或护套。在示例性实施方案中，将微孔膜层压到尼龙齿织物上用于流延聚氨酯带。用“流延”或可流延意指可液体加工的弹性体材料诸如通过液体流延形成的那些，其适用于许多形式的聚氨酯(包括聚脲和聚脲/聚氨酯)。外部微孔膜可用于防止液体聚氨酯材料在流延期间渗透到带的表面。因此，微孔膜可代替聚氨酯带表面上使用的常规热塑性膜，来密封表面织物以防聚氨酯穿透。为此用途，未拉伸的微孔膜是优选的。拉伸大大增加了孔径，并增加了被液体聚合物流延穿透的风险。微孔热塑性聚合物膜可预成型为齿形带表面的形状，以使得带模塑期间的拉伸最小化。如果需要，微孔热塑性聚合物膜可在加工成带之前或期间层压到织物或其它膜材料上。该层压和预成型步骤也可在单个操作中组合或顺序进行。聚氨酯带制造方法的实例见于美国专利号 5112282、5907014和6964626中。

图4是本发明的带状V形带实施方案的局部分解透视图。在图4中，V形带40包括带主体42，具有嵌入其中的拉伸帘线48。带层44横穿并结合到带主体42的底表面和各个成角度的侧表面41、43，可由根据本发明实施方案的微孔聚合物膜形成。在其它实施方案中，一个或多个这样的带层可完全包围着带主体，包括后表面46，或覆盖后表面46，并且沿成角度的侧面41、43向下延伸，或带可具有这样的带层的组合。常规的带层是由织物形成的，也就是说，通过交织纱线、纤维或长丝而产生的平面纺织结构，并且通常在至少面向带主体的内侧上橡胶化，以粘附其上。用于本发明的UHMW聚烯烃的微孔膜产生了外表面，其可为裸露放置的，例如用于离合应用，或也可根据需要橡胶化。可观察到良好的粘附性，而无需使膜的内侧橡胶化，特别是对于乙烯-α-烯烃弹性体带主体配混物而言。微孔膜也可用作内层诸如内层45。这样的层可用于增强或支撑帘线，或将其它层粘合在一起。可使用任何可用的或已知的方法来制造利用根据本发明实施方案的微孔膜的V形带或带状V形带。例如，美国专利号 11028900B2描述了制造带状V形带的方法。在美国专利号 4106966和2016140中公开了带凹口或嵌齿的V形带和方法。其它示例性V形带公开于美国专利号 3941005、3869933、4231826和WO2021/016495 A1中。

图5是本发明的软管实施方案的局部分解透视图。在图5中，软管50包括以一种可能的构造示出的多个层，但是应理解在本发明的范围内，可添加任何数量的重复层，或进行重新排列，或省略层，只要至少一个层是微孔聚合物膜，优选本文所述的具有硅质填料的UHMW聚烯烃即可。软管50的最内层51被称为软管的管或内管，其可以常规方式选择以获得任何所需的性质，诸如对软管中使用的流体的阻力。衬里52是紧邻管51的层。衬里52可有利地由根据本发明的各种实施方案的微孔聚合物膜形成。弹性体层53和56可根据常规软管设计来选择，并且可被称为贴胶层、摩擦层、粘结层或或本领域中的其它常用术语。增强件55可根据常规软管设计来选择，例如编织或螺旋纱线、线、长丝或缆绳等。通常使用所谓的织物缓冲层，例如在管和第一摩擦层和线之间的螺旋软管中使用，以为线提供支撑并防止它们切入管中。缓冲层54可有利地由根据本发明的各种实施方案的微孔聚合物膜形成。通常使用各种粘结层来改善任何其它两个材料层之间的粘附性。因此，在图5中，衬里52和缓冲层54也可被认为是粘结层的示例，其可有利地由根据本发明的各种实施方案的微孔聚合物膜形成。最后，耐磨层57是软管50的外层或最外层，并且其也可有利地由根据本发明的各种实施方案的微孔聚合物膜形成。如在带应用中那样，微孔膜提供了优异的耐磨性、对软管中的橡胶或其它弹性体层的粘附性。微孔膜可通过平行于软管长度缠绕合适的条带，并且与边缘重叠或对接，或通过以合适的螺旋角螺旋缠绕合适的条带来与边缘重叠或对接，来施加到软管上。可使用任何可用的或已知的方法来制造软管。示例性制造方法描述于例如美国专利号 7694695B2、7572745B2和10036491B2中。

总之，微孔聚合物膜可用于增强的弹性体制品中，作为常规纺织品增强层或固体聚合物膜的替代物。该微孔膜可用于弹性体制品的外表面上或嵌入制品内。可选择与弹性体制品的主体具有良好相容性的微孔膜，从而在不使用粘合剂涂层的情况下产生良好的粘合。因此，与传统的纺织品增强物相比，微孔膜可产生更少的制造步骤和降低的成本。当用作弹性体制品诸如带或软管上的外层时，微孔膜提供了无限制印刷或装饰制品的潜能。膜可在施加到制品之前或在该制品形成之后印刷。其可印刷有广告、信息或防篡改所需的任何设计或图片。其可用作带背面上的标签材料，这将允许任何类型的所需印刷。虽然大多数常规的带和软管覆盖物是涂覆的，并且具有与带主体相同的颜色(通常为黑色)，但微孔膜的可印刷性和/或天然白度在膜层与带主体之间提供了非常高的对比的可能性。此对比可用作磨损指示物，例如使用美国专利号10994521B2中公开的布置中的任一种，即施加到制品的磨损表面的一个或多个天然白色或明显着色的膜层，以提供磨损状态的渐进指示。在一些实施方案中，用微孔膜覆盖的带表现出较少或较慢的粉尘或碎屑产生，该粉尘或碎屑可来自研磨运行条件下的常规带覆盖材料。

高度多孔、高度可渗透并填充有高含量白色填料(诸如二氧化硅)的UHMW聚烯烃膜可独特地适合于与乙烯-α-烯烃弹性体和基于这样的弹性体的配混物粘合。这些膜还具有良好的耐磨性和COF性质，这使得它们独特地适用于弹性体带中和弹性体带上，弹性体带包括V形带、V形肋带和齿形带，以及其它制品。尽管未处理或未涂覆的聚烯烃膜在需要它们的天然粘附性、COF和耐磨性时可为优选的，但是它们也可在处理一侧或两侧后(无论是为了改善的粘附性、外观还是其它目的)用于本文提及的任何制品中。作为非限制性示例，可应用的这样的处理包括橡胶的贴胶层或摩擦层、其它聚合物膜的层压、液体粘合剂诸如橡胶粘结剂、间苯二酚甲醛胶乳(“RFL”)处理和其它基于胶乳的处理。

这些膜在结构上不同于现有技术的“纸”材料和在带表面上使用的非织造材料。图6示出了放大50倍的由纤维素纤维制成的现有技术的纸状材料的表面。该纸的特征在于随机取向的纤维产生相当大的空隙，并且明显缺乏均匀性。图7示出了放大200倍的由丙烯酸类微纤维制成的现有技术的非织造材料的表面。该非织造物具有比纸更好的均匀性，但相对于纤维的厚度，空隙仍然相当大。图8示出了放大5000倍的微孔UHMWPE膜(Teslin®HD1400)的表面，和图1示出了放大10000倍的Teslin SP1400膜的表面。与现有技术的结构差异包括小得多的空隙或更细的孔隙率、甚至在放大得多的尺度下的大得多的均匀性、以及代替纤维集合的连续基质结构。微孔性可被认为是亚微米尺寸。

实施例

第一组实施例示出了微孔UHMWPE膜的耐磨性和粘合性，这是用于根据本发明的增强的弹性体复合制品所需的。耐磨性是在Taber abrader测试(ASTM D-3389)中评价的。Taber测试结果是在重量损失方面，因此越低越好。表1示出了该测试的结果。对比实施例“对比例1”是用于流延聚氨酯带的常规齿形带护套。该护套由层压到尼龙织物上的聚乙烯表面膜组成。本发明实施例“实施例2”由相同的护套材料组成，但其上层压有微孔UHMWPE膜。使用来自PPC Industries Inc.的厚度为0.148 mm的Teslin SP600基材。对于实施例2，在对比例1的护套上使用厚度为0.356 mm的Teslin SP1400基材。表1表明本发明的实施例的重量损失小于对比实施例的一半。这表明在带中在磨损表面上使用的非常可接受的耐磨性。

表1中还列出了两种等级的Teslin基材在两种不同的流延聚氨酯制剂上的粘合结果。相对而言，Teslin基材具有粗糙侧和光滑侧。显然，粗糙侧比光滑侧具有更好的粘附性，认为这是两侧之间的表面孔隙率差异的影响。实施例4，Teslin HD1400具有与SP1400相同的厚度，但密度更高，这表明孔隙率更低。实施例3的SP1400具有比实施例4的HD1400更好的粘附性，这表明孔隙率(或更确切地说微孔隙率)很可能是观察到的良好粘附性的主要原因。用这些Teslin材料作为齿覆盖物制造了流延聚氨酯带，其中粘附性和耐久性结果与表1的简单实验室测试结果良好相关。带在耐久性测试中表现出有前景的性能。

表1

¹两个样品在两个分别的Taber轮上的平均值。

²峰值剥离力(lb/in)

第二组实施例示出了微孔UHMWPE膜在V形肋带的肋上的使用。该测试带包括嵌入橡胶主体22中的拉伸帘线28，并且微孔膜24处于多V形肋轮廓上，如图2和图9中的横截面照片大体描述的。图9中的带使用了基于EPDM的弹性体材料、聚酯拉伸帘线和Teslin SP600基材作为微孔膜。如US 8197372B2中所述，在未对准噪声测试中测试了带的湿摩擦系数和干摩擦系数(“COF”)以及未对准噪声(“MAN”)，其内容在此通过参考并入本文。结果可进行汇总。

新的带表现出分别为0.54和1.59的湿COF和干COF。在磨合后，COF分别降至1.08和1.14的湿值和干值，这几乎是理想的，因为它们几乎是相同的。要注意带使用了可用的最薄等级的Teslin基材，并且其满足了带性能目标。该Teslin材料没有随着时间推移磨损，因此可预期较厚的等级将运行更长时间。一些带测试是在121℃下顺利运行的，这接近报道的聚乙烯的熔点。在这样的测试中，由于滞后加热，实际带温度可高达130-135℃。因此，微孔UHMWPE膜也可用于升高的温度应用，并且据报道可在高达180℃使用。

MAN测试是在三种条件下进行的：(1)35℃和90%相对湿度(水雾)；(2) -20℃和0%相对湿度；和(3) 5℃和0%相对湿度。将该测试用新的带进行重复，并且在带中调节或磨损。本发明的测试带成功地通过了所有测试，这意味着没有产生听得见的噪声。

尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应理解在不脱离由随附权利要求书限定的本发明的范围下，可在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不意图限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的具体实施方案。如本领域技术人员将容易地从本发明公开内容中理解的，根据本发明可使用目前存在的或以后开发的，与本文所述的相应实施方案执行基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，随附权利要求书意图在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。本文公开的本发明可在不存在本文未具体公开的任何要素的情况下合适地加以实践。

Claims (20)

1.增强的弹性体制品，所述制品包含膜层，所述膜层包含与硅质填料配混的超高分子量聚烯烃的微孔基质。

2.根据权利要求1所述的制品，其中所述膜层的特征在于35体积%至95体积%的孔隙率。

3.根据权利要求1所述的制品，其中所述聚烯烃是超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯或它们的共混物。

4.根据权利要求2所述的制品，其中所述超高分子量聚乙烯是基本线型的，并且具有至少2000000的粘均分子量；并且所述超高分子量聚丙烯是基本线型的，并且具有至少800000的粘均分子量。

5.根据权利要求1所述的制品，其中所述硅质填料是二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的制品，其中所述硅质填料占所述微孔膜的约50重量%至约90重量%。

7.根据权利要求1所述的制品，其为V形肋带的形式。

8.根据权利要求7所述的制品，其中将所述膜层施加到肋表面，所述肋表面旨在用于接触配合的滑车轮。

9.根据权利要求7所述的制品，其中将所述膜层施加到所述V形肋带的背面或嵌入所述带内。

10.根据权利要求1所述的制品，其为齿形带的形式。

11.根据权利要求10所述的制品，其中将所述膜层施加到所述齿形带的齿表面，所述齿表面旨在用于接触配合的滑轮。

12.根据权利要求11所述的制品，其中所述膜层层压到织物层上。

13.根据权利要求1所述的制品，其为软管形式。

14.根据权利要求13所述的制品，其中所述膜层是所述软管的最外层。

15.根据权利要求13所述的制品，其中所述膜层嵌入到所述软管内作为粘结层、缓冲层或衬里。

16.根据权利要求1所述的制品，其为 V形带形式，其中所述膜层嵌入到所述V形带内。

17.根据权利要求1所述的制品，其为带状V形带形式，其中所述膜层是所述带状V形带的一个或多个外表面上的带层。

18.根据权利要求1所述的制品，其中所述膜是通过包括以下的方法制造的：

将所述超高分子量聚烯烃与所述硅质填料和可萃取稀释剂混合以制造混合物；

由所述混合物形成片材；和

从所述片材中萃取所述稀释剂，留下聚烯烃和填料的微孔基质。

19.根据权利要求1所述的制品，其中在将膜组装到所述制品中或制品上之前，印刷所述膜。

20.根据权利要求1所述的制品，其中膜是在制造所述制品后印刷的。