KR0177629B1

KR0177629B1 - Short fiber for reinforcing rubber composition

Info

Publication number: KR0177629B1
Application number: KR1019930000325A
Authority: KR
Inventors: 한민현
Original assignee: 윤양중; 금호타이어주식회사
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR940018427A

Abstract

본 발명은 종래에 사용되는 유기질 섬유의 단섬유대신 카본섬유나 유리섬유 등과 같은 무기질 계통의 단섬유를 사용하여 고무의 보강성을 증대시킨 것으로서 특히 무기질 단섬유표면을 고온에서 열처리하여 그 표면에 붙어있는 기존의 관능기를 제거하고, 그 위에 황화수소(H₂S) 가스를 주입하여 무기질 섬유 표면에 황화합물을 존재하게 함으로써 고무와 혼합시 고무와의 결합력을 개선하여 고무의 보강성을 증대시킬 수 있는 단섬유에 관한 것이다.The present invention is to increase the reinforcement of rubber by using inorganic short fibers such as carbon fiber or glass fiber instead of the short fiber of organic fiber used in the prior art. In particular, the surface of the inorganic short fiber is heat-treated at high temperature to adhere to the surface thereof. It is possible to increase the reinforcement of rubber by removing existing functional groups and injecting hydrogen sulfide (H ₂ S) gas thereon to allow sulfur compounds to exist on the surface of inorganic fibers to improve the bonding strength of rubber when mixed with rubber. It is about a fiber.

Description

Short fibers for reinforcing rubber compositions

본 발명은 고무조성물 보강용 단섬유에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무기질의 단섬유(SHORT FIBER) 표면을 유화물 처리하여 고무와의 접착력 및 내구성을 증대시킨 고무조성물 보강용 단섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a short fiber for reinforcing a rubber composition, and more particularly, to a short fiber for reinforcing a rubber composition which has an emulsion treatment of an inorganic short fiber (SHORT FIBER) surface to increase adhesion and durability with rubber.

일반적으로 타이어에 사용되는 보강물질은 사용되는 부위에 따라 다양하며 그 구조 및 형태, 물성도 각기 기능 및 특성에 따라 다르다. 특히 벨트나 카카스에 사용되는 보강제는 주로 스틸코드 및 섬유질 코드로 크게 나눌수 있는데 보강정도에 따라 각각 요구되어진 부위에 적절한 강도 및 내구성을 갖춘 보강제를 사용한다. 그러나 고무 자체에 부여하는 보강제 및 상기 코드와 고무간의 보강효과를 증대시키기 위하여 사용하는 방법은 카본블렉등을 첨가하여 사용하거나, 코드와 고무간의 접착을 증대시키기 위하여 접착 증진제를 사용하여 보강효과를 증대시키고 있다. 특히 최근에 들어 다양한 소재개발 및 이에 대한 응용력의 증가에 따라 보강증대에 대한 다양한 방법이 제시되고 있는데 그 대표적인 방법이 단섬유를 이용한 고부 보강법이다. 이러한 단섬유를 이용한 특히 유기섬유를 이용한 고무 보강법은 호스나 벨트, 컨베이어 또는 기계나 자동차의 부품등을 제조하는데 실제로 많이 사용되고 있으며, 최근에는 자동차용 타이어의 각 부위를 구성하는 고무 배합물에도 사용되어 타이어의 성능을 향상시켜 준다.In general, the reinforcing materials used for tires vary according to the parts used, and their structure, shape, and physical properties also depend on their functions and characteristics. In particular, reinforcing agents used in belts and carcasses can be largely divided into steel cords and fibrous cords. Reinforcing agents having appropriate strength and durability are used for each required area depending on the degree of reinforcement. However, the reinforcing agent applied to the rubber itself and the method used to increase the reinforcing effect between the cord and the rubber may be used by adding a carbon block or the like, or by using an adhesion enhancer to increase the adhesion between the cord and the rubber. I'm making it. In particular, recently, various methods for reinforcement increase have been proposed according to the development of various materials and the increase in application power thereof. Rubber reinforcement using short fibers, especially organic fibers, is actually used to manufacture hoses, belts, conveyors, or parts of machines or automobiles. Improves tire performance

상기 언급한 단섬유를 이용한 고무 보강법은 각 특성에 맞는 단섬유를 고무와 적절한 비율로 혼합하여 보강효과를 증대시키는데, 대표적인 단섬유는 폴리에스터, 폴리우레탄, 아라미드, 나일론, 셀룰로스등의 유기질 섬유가 있고 또한 카본, 유리섬유같은 무기질 섬유가 있다.The rubber reinforcement method using the short fibers mentioned above increases the reinforcing effect by mixing the short fibers for each property with rubber at an appropriate ratio. Representative short fibers are organic fibers such as polyester, polyurethane, aramid, nylon and cellulose. And also inorganic fibers such as carbon and glass fibers.

통상 유기질 섬유는 그 표면에 리소시날-포름알데히드-라텍스(RFL) 처리된 단섬유를 고무와 혼합하여 사용하는데 통상 타이어 트레드, 벨트, 카카스등의 고무로 사용하나, 사용하는 단섬유의 분산성의 저하 또는 이들 단섬유의 첨가로 인한 히스테리시스 증가 등 여러 문제점들이 대두되고 있다.In general, organic fibers are used by mixing lysosin-formaldehyde-latex (RFL) treated short fibers on the surface with rubber. Usually, they are used as rubbers such as tire treads, belts, and carcasses. Many problems, such as deterioration of the sex or increase in hysteresis due to the addition of these short fibers are emerging.

종래에 사용하던 단섬유 보강물질은 주로 유기질 섬유로 그 표면에 고무와 상호작용을 이루기 위하여 리소시날-포름알데히드-라텍스(RFL)를 처리하여 사용하였으며 또한 단섬유와 고무간의 상호작용을 돕기 위하여 고무속에 적절한 접착증진제를 투입하여 단섬유와 고무간의 보강력을 증대시켰다.Conventional short fiber reinforcement materials are mainly organic fibers that are treated with lysosinal-formaldehyde-latex (RFL) in order to interact with rubber on its surface, and also to help the interaction between short fibers and rubber. An appropriate adhesion promoter was added to the rubber to increase the reinforcing force between the short fibers and the rubber.

또한 대표적인 무기질 섬유인 카본화이어(CARBON FIBER) 또는 그라스화이버(GLASS FIBER)등을 단섬유로 사용한 경우는 표면처리가 매우 중요한데 특히 고무산업에서 사용하기 위해서는 표면에 적절한 라디칼(RADICAL)을 형성하도록 하여 고무와 단섬유간의 접착력을 증진시킬 필요가 있다. 이러한 개선을 위하여 지금까지 다수의 특허가 이미 출원된 바 있으며, 기타의 학술 문헌등에서도 여러 가지 시도를 한 것이 소개되어 있으나, 아직까지 산업에 직접 응용하기 위해서는 여러 문제점들이 산재해 있어 큰 실효를 거두지는 못하고 있다.In addition, the surface treatment is very important when carbon fiber (CARBON FIBER) or glass fiber (GLASS FIBER), which is a representative inorganic fiber, is used as a short fiber. It is necessary to improve the adhesion between the short fibers. For this improvement, many patents have already been filed, and other attempts have been made in other academic literatures. However, there are many problems scattered for direct application to the industry. Is not.

그러나 본 발명은 무기질의 단섬유 표면을 유황화합물로 처리하여 표면에 유황을 치환시킴으로써 고무의 분자사슬과의 사이에 유황을 매개 분자로 하여 화학적 결합이 일어날 수 있도록 해줌으로써 단섬유와 고무간의 접착력을 현저히 향상시켜 이에 관련된 제반특성을 개선시킬 수 있으며, 특히 카본화이버 또는 파이버그라스 등과 같은 무기질 단섬유 표면에 유화물을 처리한 단섬유에 관한 것이다.However, the present invention treats the surface of inorganic short fibers with sulfur compounds to replace sulfur on the surface, thereby allowing chemical bonding to occur between sulfur molecules and the molecular chain of rubber, thereby improving adhesion between short fibers and rubber. Significant improvements can be made to improve the various properties related thereto, and the present invention relates to short fibers in which emulsions are treated on the surface of inorganic short fibers, such as carbon fibers or fiber buglas.

이하 본 설명을 상세히 설명한다.The present description is described in detail below.

고무제품의 보강을 위해서 사용되어지는 단섬유상 보강물질은 일반적으로 섬유질 코드, 유리 섬유, 스틸등의 재료가 사용되는데, 본 발명에서는 무기질 섬유인 카본 또는 유리섬유등의 표면을 유화물 처리함으로써 종래의 유기질 단섬유를 사용시 문제시 되던 분산성, 히스테리시스 증가등을 최소화시키고, 특히 단섬유의 양쪽 절단면이 단섬유의 제조공정상 접착처리가 되지 않음에 기인되어 이 부위에서 발생하는 단섬유와 고무간의 접착층 분리를 최소화할 수 있다.The short-fiber reinforcing material used for reinforcing rubber products is generally used materials such as fibrous cords, glass fibers, steel, etc. In the present invention, conventional organic matter by emulsion treatment of the surface of inorganic fibers, such as carbon or glass fibers Minimize dispersibility and hysteresis, which are a problem when using short fibers, and in particular, since both cutting surfaces of the short fibers are not treated in the manufacturing process of the short fibers, the separation of the adhesive layer between the short fibers and the rubber occurs at this site. It can be minimized.

본 발명에 따른 고무조성물 보강용 단섬유의 제조방법은 다음과 같다.Method for producing a short fiber for reinforcing rubber composition according to the present invention is as follows.

유화물 처리방법은 화학반응쳄버(CHAMBER) 내에서 실시되어 지는데, 처리하고자 하는 무기질 단섬유 상태로 일정한 량을 투입하고 난 후 무기질 섬유 표면에 부착되어 있는 표면의 관능기를 제거하기 위해서 5분마다 단계적으로 약 100℃씩 증가시켜 800℃까지 에칭(ETCHING) 시킨다. 이때 계속적으로 불황성가스(N₂, He)를 주입하여 표면의 관능기를 없앤다. 20-40분간 에칭시킨후 800℃까지 올라간 화학반응쳄버(chamber)의 온도를 300℃까지 냉각시킨후 불황성가스를 0.5~2㎏/㎠의 압력으로, 더 바람직하게는 1-1.5㎏/㎠ 압력으로 계속 투입하면서 표면처리에 적절한 황화수소(H₂S) 가스를 동시에 주입하는데, 이때 화학반응쳄버 온도는 350~700℃ 정도로 재차 상승시켜 유지하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 450~600℃로 유지시키는 것이 바람직하다.The emulsion treatment method is carried out in a chemical reaction chamber (CHAMBER), and after a certain amount is injected into the inorganic short fiber state to be treated, stepwise every 5 minutes to remove functional groups on the surface of the inorganic fiber. It is increased by about 100 ° C and etched up to 800 ° C. At this time, the inert gas (N ₂ , He) is continuously injected to remove the functional group on the surface. After the etching for 20-40 minutes, the temperature of the chemical reaction chamber (chamber) raised to 800 ° C. is cooled to 300 ° C., and the inert gas is supplied at a pressure of 0.5-2 kg / cm 2, more preferably 1-1.5 kg / cm 2. Hydrogen sulfide (H ₂ S) gas suitable for surface treatment is injected at the same time while continuing to be supplied at a pressure, in which case the temperature of the chemical reaction chamber is preferably raised and maintained again at about 350 to 700 ° C, more preferably at 450 to 600 ° C. It is desirable to maintain.

상기와 같은 방법으로 제조한 보강용 단섬유는 무기질 섬유 표면에 유화물 처리를 함으로써, 그 표면에 유황기기 부여되어 고무와 배합시 가황공정에서 고무의 주쇄에 존재하는 2중결합과 무기섬유 표면에 부여된 유황기가 직접 결합함으로서 고무와 단섬유간의 높은 접착력이 부여되어 고무의 보강성을 증대시켜 준다.The short fiber for reinforcement prepared by the above method is subjected to emulsion treatment on the surface of the inorganic fiber, thereby imparting sulfur to the surface and imparting to the double bond and inorganic fiber surface present in the main chain of the rubber in the vulcanization process when compounded with rubber. The combined sulfur groups are directly bonded to give high adhesion between rubber and short fibers, thereby increasing the reinforcement of the rubber.

[실시예]EXAMPLE

무기질 단섬유를 사용하여 본 발명에서의 내용과 같이 표면처리한 것을 혼합시킨 고무 조성물, 기존의 유기질 단섬유를 사용한 고무 조성물 및 단섬유를 사용하지 않은 고무조성물에 대한 물성 및 특성을 시험하여 그 결과를 표 1에 나타냈다.Testing the physical properties and properties of the rubber composition, which is mixed with the surface treatment as described in the present invention using the inorganic short fibers, the rubber composition using the existing organic short fibers, and the rubber composition without the short fibers Is shown in Table 1.

(제반 특성을 단섬유를 사용치 않은 조성물을 100으로 하였을 때의 상대치로 표시하였음)(The overall characteristics are expressed in relative values when the composition without 100 fibers is set to 100).

상기 결과에서 보는 바와 같이 인장특성과 같은 보강성 측면에서는 무기섬유를 유화물 처리하여 사용한 고무 혼합물이 가장 좋은데 이는 실질적으로 유기물 섬유보다 더 적은 양을 사용하여도 보강성 측면에서는 충분히 대처할 수 있으며, 또한 발열량으로 나타난 히스테리시스는 유기물을 사용한 조성물보다 본 발명에서의 단섬유를 사용한 조성물이 매우 우수함을 알수 있다.As can be seen from the above results, in terms of reinforcing properties such as tensile properties, the rubber mixture used by emulsion treatment of inorganic fibers is best, which can cope with the reinforcing properties sufficiently even if the amount is substantially smaller than that of organic fibers. It can be seen that the hysteresis indicated by the composition using the short fibers in the present invention is very excellent than the composition using the organic material.

결국 상기 결과에서 보듯이 무기섬유를 사용한 고무 조성물이 유기섬유를 사용한 고무 조성물보다 더 적은 양을 사용하여도 충분한 보강성을 유지할수 있으며 동시에 히스테리시스에 의한 특성 저하도 상대적으로 줄일수 있어 본 발명에서의 유화물 처리된 무기 단섬유를 타이어의 트레드, 벨트, 카카스 고무 조성물로 사용함에 있어서 우수한 특성을 발휘할 수 있다.As a result, as shown in the above results, the rubber composition using the inorganic fiber can maintain sufficient reinforcement even when using a smaller amount than the rubber composition using the organic fiber, and at the same time, the degradation of properties due to hysteresis can be relatively reduced. The emulsion-treated inorganic short fibers can exhibit excellent properties in the use of tire treads, belts and carcass rubber compositions.

이상에서와 같이 본 발명은 유화물 처리된 무기질의 단섬유를 타이어 보강제 고무 조성물로 사용하여 고무의 보강성을 높이고, 유기질의 단섬유를 사용한 것보다 더 적은양(1/2~1/3)을 사용하여도 동일한 보강효과를 얻을 수 있도록 하였다. 또한, 고무와의 배합시 고무내에서의 분산을 좋게하고 히스테리시스를 최소화 함으로써 타이어의 성능도 증가시킨다.As described above, the present invention improves the reinforcement of rubber by using emulsion-treated inorganic short fibers as a tire reinforcing rubber composition, and produces a smaller amount (1/2 to 1/3) than those using organic short fibers. Even when used, the same reinforcement effect can be obtained. In addition, when combined with rubber, the tire performance is also increased by improving dispersion in rubber and minimizing hysteresis.

Claims

The inorganic fiber was incubated at 800 ° C. in increments of 100 ° C. every 5 minutes while inert gas was injected, and then cooled to 300 ° C., while hydrogen sulfide (H ₂ S was added while inert gas was injected at a pressure of 0.5-2 kg / ㎠. ) Is prepared by injecting at 350-700 ℃ short fibers for reinforcing rubber composition.

The short fiber of claim 1, wherein the inert gas is nitrogen (N ₂ ) or hydrogen (H ₂ ).

The short fiber of claim 2, wherein the pressure of the inert gas is 1-1.5 kg / cm 2.

The short fiber according to claim 1, wherein hydrogen sulfide is injected at 450-600 ° C.