Суффикс "EXTRA" указывает на то, что ремень разработан для конкретного двигателя и имеет конструктивные особенности, востребованные в данном приводе. Даже обладая стандартными геометрическими характеристиками, ремень EXTRA может отличаться от типового поликлинового ремня материалом корда или слоем покрытия рабочей поверхности. Такой ремень не взаимозаменяем с обычными ремнями того же типоразмера.
Одним из первых применений ремней с арамидным кордом стала отзывная кампания на двигатели Volvo D5, выпускавшиеся в период 2007–2010 годов. Разработанный одним известным производителем ремень привода генератора и его натяжной ролик оказались крайне неудачными: агрегатный ремень слетал при высоких оборотах и попадал в привод ГРМ. Потребовалась срочная модернизация узла (замена ролика на конструкцию нового типа со сверлением отверстий в блоке цилиндров). В итоге заменили и ремень. Если раньше на эти моторы в каталогах указывался 5PK1120, то теперь устанавливают ремень 5PK1121EXTRA с арамидным кордом.
📷 на фото: поликлиновой ремень Continental 5PK1121EXTRA для установки на двигатели VOLVO D5.
Ключевое свойство арамида или его разновидности — пара-арамида — высокая прочность на разрыв при малом весе. Арамид примерно в 5–7 раз прочнее стальной проволоки той же массы. Этот материал, в частности, широко используется в производстве бронежилетов и шлемов.
Пара-арамидный корд (например, марок Kevlar® или Twaron®) оказывается прочнее стандартного корда поликлиновых ремней из полиэстера (PET) в 3–4 раза. Материал сохраняет прочность при температурах до 200 °C (краткосрочно — до 400 °C), устойчив к большинству масел, топливу и воздействию кислорода, а также сохраняет минимальное удлинение под нагрузкой.
📷 на фото: нити из арамидного волокна марки Twaron
Есть случаи, когда применение кордовых нитей из арамида просто необходимо из-за чрезвычайно высоких требований к прочности. Но всё же этот материал не стал универсальным для изготовления кордов агрегатных ремней. Некоторые причины, перечисленные ниже, в своё время даже вызывали у специалистов сомнения в уместности использования пара-арамида в качестве ременных кордов.
Начнём с того, что для ремней с пара-арамидным кордом возникает сложность в их аккуратной нарезке. В процессе производства отдельные ремни нарезаются из широкой заготовки, называемой «викель». Уникальные физические свойства этого волокна в данном аспекте становятся проблемой. При попытке разрезать такой корд обычным острым лезвием волокна не режутся чисто, а в большей степени раздавливаются и размочаливаются под давлением лезвия.
📷 на фото: автоматизированный станок нарезает ремни из заготовки (викеля) при помощи ножей.
📎 подробнее о технологии производства ремней Continental можно узнать по этой ссылке.
Более того, лезвия быстро затупляются, что усугубляет проблему. Вместо чистого среза получается эффект «перелома» множества отдельных сверхпрочных нитей, что и создаёт неровный, лохматый край.
📷 на фото: срез корда из арамидного волокна. Обычно он имеет чуть более «лохматый» край, чем традиционные корды из полиамида или полиэстера. Это - «плата» за уникальную прочность арамидного волокна.
Проблема отчасти решается поиском оптимальной крутки корда. Этому вопросу посвящены некоторые патенты Contitech Antriebssysteme GmbH. Правильно скрученный корд становится более монолитным и связанным. Также необходимо применение специализированного режущего инструмента: ультра-острых усиленных лезвий из карбида вольфрама или керамики, которые требуется чаще менять.
Итак, ремень с арамидным кордом часто имеет чуть более «лохматый» край, чем традиционные корды из полиамида или полиэстера. Мы иногда получали вопросы на эту тему от наших внимательных и пытливых покупателей. Хотим заверить: для ремней производства Contitech Antriebssysteme GmbH это носит исключительно эстетический характер.
Благодаря специальным методам скрутки и обработки прядей, применяемым этим производителем, арамидные ворсинки, заметные на боковом срезе, не представляют угрозы для успешной эксплуатации ремня.
Пара-арамид не стал универсальным материалом для кордовых нитей также вследствие склонности к компрессионной усталости такого корда.
Дело в том, что, когда ремень огибает шкив, то сторона корда, обращённая к центру, испытывает сжатие, а не растяжение. И некоторые высоко-ориентированные полимерные цепи, из которых состоит арамидное волокно, при этом сминаются на микроуровне и ломаются.
Максимальная деформация сжатия, которую может выдержать арамидное волокно без необратимого повреждения очень мала — примерно 0.3–0.5%.
Возникает вопрос о критических радиусах изгиба. Для ремней с арамидным кордом — это ключевой инженерный параметр.
Для стандартных автомобильных поликлиновых ремней минимальный диаметр приводного шкива обычно лежит в диапазоне 45–80 мм. При слишком малом радиусе резко ускоряется процесс компрессионной усталости.
Ремни с арамидным кордом низкого качества могут терять 50% прочности за 20-30 тыс. км пробега.
Contitech Antriebssysteme GmbH решил эту проблему оптимизацией конструкции корда: ограничением числа прядей, плотность крутки, использованием более тонких кордов с меньшим эквивалентным диаметром.
Также этот производитель практикует применение промежуточных слоёв эластомера, которые позволяют "отодвинуть" корд от нейтральной оси изгиба, снижая его деформацию.
Ещё одна особенность этого материала в том, что для сцепления с резиновой матрицей корд из арамида почти всегда необходимо подвергать специальной обработке. Без этого прочные волокна просто выскальзывали бы из резины под нагрузкой, и ремень был бы неработоспособен. Эта производственная операция удорожает ремни с арамидным кордом. Обработка раствором RFL (резорцинформальдегидного латекса) практикуется и для других кордов, однако для арамида процесс сложнее из-за его сильной химической инертности и гладкой поверхности. Цель такой обработки — создание на поверхности волокон активных химических «якорей», которые образовывали бы прочные связи с резиновой смесью во время вулканизации.
💡
Итак, пара-арамид нашёл своё место в качестве материала корда агрегатных ремней в тех приводах, где востребованы высочайшая разрывная прочность, температурная и химическая стойкость. Но в то же время обращение к этому материалу требует от производителя глубокого понимания его проблематики, наличия собственной научно-исследовательской базы и использования современных технологий.
Игнорирование важных аспектов более «дешевыми» производителями и упрощение технологических процессов могут дать обратный эффект и привести к преждевременному разрушению ремней при эксплуатации в современных двигателях.
