KR100265244B1 - 강화 서브스트레이트 및 그 제품 - Google Patents

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Abstract

일래스토머 강화용 강철 서브스트레이트
본 발명은 적어도 서브스트레이트의 부분은 강철로 이루어지며, 소정의 합금층에 의해 피복된 상기 서브스트레이트 부분은 불순물로부터 이격되어, 4.2-6.5% 중량의 알루미늄으로 구성되며, 서브스트레이트 및 평형아연에 액체합금의 습성능력을 자극하는 적어도 한 원소의 0.1% 미만이 가능한, 일레스토머릭 폴리머 강화용 서브스트레이트에 관한 것이다.

Description

강화 서브스트레이트 및 그 제품
본 발명은 서브스트레이트의 적어도 일부분이 강철로 만들어진 엘라스토머성 의 폴리머 강화용 서브스트레이트에 관한 것이다. 강철와이어 및 함께 엮어 꼬여진(아라미드 섬유같은 다른 인조 필라멘트와 함께 엮는 것도 가능함) 강철 와이어를 포함하는 코드는 종종 타이어, 벨트, 호스 같은 고무제품 강화용으로 이용된다. 고무에 적당하고 지속적인 점착력을 보강해준다는 측면에서, 와이어 표면은 일반적으로 황동 또는 아연같은 합금층으로 피복된다.
적당한 점착능력 외에도, 또한 그 피복층은 가급적이면 부식침해가 안되도록 와이어를 보호할 수 있어야 한다. 뿐만 아니라, 부식의 결과로서 강화효과는 감소하기 때문에 항상 강화 강철구조물의 부식을 막아야 한다. 와이어를 고무속에 박아 넣기전, 대기증 부식에 대한 강철부재의 노출 말고도 또한 고무속에 박아 넣은 이후에, 특히 타이어 표면에까지 고무의 베어낸 자국이 생길때 부식침해의 가능성이 있게 된다.
지금까지 적당한 부식저항과 함께(또는 강화복합물의 노화 이후에도) 훌륭한 점착능력을 제공하는 강철와이어의 특정 피복층을 고안하기 위한 많은 노력들을 기울여 왔다. 그러나 공교롭게도, 그들 피복층의 응용은 일반적으로 피복된 강화물질의 생산단가능 상승시키는 상당히 복잡한 처리공정을 요한다. 더욱이, 강철와이어가, 종종 특별한 제조공정을 요하는, 예를 들면 3OOON/㎟ 이상의 높은 인장강도를 갖는 경우에, 상기 피복처리공정은 매우 중요하다.
본 발명의 주목적은 정적 및 동적 부식침해에 대한 향상된 저항과 함께 주변의 엘라스토머성의 매트릭스에 적당한 점착강도(및 노화이후 점착체류)를 부여하는 강화 서브스트레이트를 위해 비교적 간단한 피복층조성과 처리공정을 제공하는 것이다. 특히 본 발명의 특허청구범위 제1항에서 명시된 것과 같은 엘라스토머성의 폴리머용 강화 서브스트레이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 두번째 목적은 높은 인장강도를 갖는 강철와이어 서브스트레이트상에 그러한 피복층을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적에 있어서, 다발, 예컨대 꼬여진 코드 또는 케이블이 제공되는 바, 그것은 다른 재료의 필라멘트와의 조합이 가능한 다수의 상기 강철와이어를 포함한다.
본 발명의 또다른 목적은, 상기 다발 또는 코드에 있어서, 다른 종류의 강철와이어 예컨대, 상이한 직경 및/또는 강도를 갖는 와이어들의 조합을 취급한다.
그러나, 본 발명의 또다른 목적은 점착력 및/또는 부식저항을 위한 특정요건의 충족면에 있어서, 또다른 재료의 특정하부층 및/또는 상부층의 증착과 간단한 피복조성 및/또는 처리 공정과의 조합에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 강철 서브스트레이트 및 상기 서브스트레이트의 조합을 제조 및 사용하기 위한 방법과 수단을 강구하는데 있다.
본 발명의 부가적인 목적은 콘베이어 벨트, 전동벨트, (고압)호스 타이어등과 같은 상기 서브스트레이트로 강화된 엘라스토머성의 제품에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 강화 서브스트레이트를 위한 비교적 간단한 피복층 조성은 불순물외에 4.2-6.5중량%의 알루미늄, 서브스트레이트에 대한 액상합금의 습윤능력(wetting ability)을 향상시키는 O.1중량% 미만의 적어도 한 원소 및 나머지는 아연으로 구성된 합금을 포함한다. 서브스트레이트의 적어도 일부분은 강철로 이루어져 있으며, 상기 피복층 조성은 적어도 상기 부분의 몇몇 부위에 적용된다.
2.5-7%의 알루미늄을 포함하는 아연합금으로 와이어를 피복하것은 일본특허출원 제59-173257호에 공지되어 있다.
본 발명에 따른 상기 층의 중량은, 서브스트레이트 피복표면의 평방미터당 10-60g이다. 강철와이어는 적당한 강화 서브스트레이트이다. 따라서, 강철에는 최소한 0.4중량%의 탄소가 함유되어 있으며, 0.7-1중량%의 탄소를 함유함이 바람직하다. 또한, 강철와이어는 최소한 21OON/㎟의 인장강도 Rm을 갖는다. 그러나, 적어도 31OON/㎟의 인장강도를 갖는 와이어가 또한 예상된다. 특히, Rm≥2250-1130logd(d ; 와이어의 직경으로 mm단위)의 와이어들이 고려된다. 본 와이어는 원형, 정방형 또는 장방형의 횡단면을 갖는다.
본 발명에 따른 강화 서브스트레이트는 다수의 단일와이어로 구성될 수 있지만, 또한 함께 다발로 묶여진 다수의 필라멘트를 포함할 수도 있는바, 이때 적어도 그중 하나의 필라멘트는 직경이 0.08mm-0.50mm인 강철이며, 그 필라멘트들은 꼬아서 함께 다발로 묶는 것이 바람직하다. 강철와이어들은, 다발의 중앙부, 원주부 및/또는 다발 중심과 바깥층 사이의 중간층 그 어느 부분에도 배치될 수 있다. 필요하다면 다발의 중심부, 원주부 또는 중간층 그 어느 부분에 있는 필라멘트 부분만이 강철로 이루어질 수도 있다. 그러나 종종 꼬아서 엮은 다발속의 모든 필라멘트들이 강철 와이어로 이루어진다.
또한 꼬여진 서브스트레이트의 전체 와이어들이, 동일한 직경 또는 동일한 인장강도를 가질 필요는 없다. 다수의 와이어들은, 꼬아서 엮은 다발속의 어떤 다른 와이어 또는 필라멘트의 직경 인장강도와 상이한 직경 및/또는 인장강도를 가질 수 있다. 특히, 다수의 와이어들은 인장강도 Rm ＞ 2250-1130logd를 가질 수 있다.
특정 고무에 대한 점착력 및 점착체류가 필요한 경우, 특정 엘라스토머성의 폴리머에 대한 상기 점착력을 향상시키는 또 다른 층으로 본 발명에 따른 아연/알루미늄합금층이 이미 제공된 강철 와이어를 더욱 피복시키는 것이 바람직하다. 상기 또 다른 층은 구리, 아연, 니켈 및/또는 코발트를 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 금속층은 황동을 포함할 수 있다.
다른 경우에, 아연/알루미늄-합금-피복된 호스 강화 강철와이어, 호스와이어코드, 각 콘베이어벨트코드 뿐만 아니라 그렇게 강화된 호스, 특히 고압호스, 콘베이어 및 구동 또는 전동 벨트를 예상할 수 있다.
[예 1]
본 발명(아래표의 시편 2)에 따른, 고무로된 콘베이어 벨트 강화용 강철코드가 준비되었는바, 그 특징은 다음과 같다.
상기 강철코드는 함께 꼬아 합쳐진 7개의 스트랜드(다발)을 포함하며, 각 스트랜드는 함께 꼬여진 7개의 강철와이어로 구성된다. 각 와이어는 직경이 0.42mm이고, 0.86중량%의 탄소를 함유하고 있으며, 와이어 표면의 평방미터당 42g의 아연/알루미늄-합금층을 갖는다. 아연/알루미늄합금은 약 5중량%의 알루미늄과 강철의 습윤제(wetting agent)로서 약 0.02중량%의 란탄 및 0.02중량%의 세륨을 포함하고 있다. 다른 불순물 이외에 나머지 아연은 약 95중량%에 이른다.
동일코드(7 × 7 × 0.42-시편 1)가 준비되었는바, 각 와이어는 와이어표면의 평방미터당 약 50g의 아연(용융도금)피복층을 갖는다. 전술한 바와 같이, 공정의 아연/알루미늄 피복층은 염수 분무시험(salt spray test)을 실시할 경우, 종래의 아연(용융도금된 아연)피복된 와이어의 부식저항에 비해 일반적으로 최소한 3배가 뛰어난 부식 저항을 갖는다. 이러한 이유 때문에 여기에서는 부식시험을 반복하지 않았다.
그러나 본 출원인은, 아연 피복과 비교될 때, 새로운 아연-알루미늄-피복이 노화한 후에 점착능력 및 점착체류에 관해 많은 의구심을 갖고 있던 바, 상기 기술된 아연-알루미늄 피복코드를 콘베이어 벨트용의 임의의 두개의 고무속에 박아 넣은 후 경화시켰다. 당김력(N/mm)은 코드층으로부터 고무를 벗겨낸 후의 고무의 점착범위의 정도를 육안으로 측정한 외관정격(APR)뿐만 아니라, AISI/ASTM 시험번호 제2630호에 의해 결정되었다. 아래 표 1은 아연피복코드(시편 1) 및 아연-알루미늄-피복코드(시편 2)에 대해, 상기 콘베이어 벨트용의 임의의 두 고무 A와 B에서 얻어진 값을 나타낸다.
[표 1]
상기 표 1에서 얻어진 결과는, 두가지 시편에 대한 초기 점착력(새로 경화된 고무/코드 복합체) 값이 매우 유사함을 시사해 준다. 이것은, 본 발명에 따른 아연-알루미늄-피복코드의 점착능력이 일반적으로 종래의 아연-피복코드에 비해 별 차이가 없다는 것을 의미한다. 그러나 놀랍게도 본 발명에 따른 코드에 대한 노화이후의 점착체류는 역시 뛰어나며, 전반적으로는 종래의 아연-피복 강철코드에 비해 약간 뛰어나다. 따라서, 상기 데이터로부터 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
본 발명에 다른 아연/알루미늄-피복 서브스트레이트는 동시에 보다 나은 부식저항 및 점착강도를 고무에 제공하며, 이것은 노화 이후에도, 종래의 아연-피복 서브스트레이트의 그것과 일반적으로 적어도 동등하다. 상기의 보다 나은 부식 저항은, 정적인 부식상황 뿐만 아니라, 동적인 부식상황과도 연관이 있으며 이것은 곧 보다 나은 부식피로 저항의 결과를 초래시킨다.
그런 증거로서 아래 예 2에서 후술되는 바와 같은 습식 및 건식 피로시험이 수행되었다.
[예 2]
표면에 상당한 잔류 압축응력을 갖고 있는 강철와이어 필라멘트들이 예 1에서 전술된 바 있는 아연/알루미늄-합금 코팅으로 피복되었다. 상기 강철 와이어 필라멘트들은 지름이 각 0.19mm, 0.21mm 며, 인장강도는 그 각각에 대해 3600-3850N/㎟, 3400-36OON/㎟이다. 세개의 상이한 피복양이 상기 필라멘트상에 존재하며, 그 중 가장 무거운 피복은 그 중량이 필라멘트 표면의 약 35g/㎡이다. 반면에 가장 가벼운 피복중량은 약 11g/㎡이다. 또한, 약 25g/㎡의 중간 피복양이 시험되었다.
종래의 피로시험은, 예컨대 유럽특허출원 번호27 200,766호의 4페이지 아래쪽에 기술된 바 있는 건식(35%의 상대습도) 및 습식(순수한 물) 조건에서 540,000 사이클로 수행되었다. 이 결과를 아래 표 2에서 요약하면 다음과 같다.
[표 2]
이 분야의 전문가라면 상기 표 2에 나타난 값이 매우 높은 수치임을 분명히 알 것이다.
[예 3]
12.5mm의 케이블피치를 갖는(3 × 0.21+9 × 0.19) 구조의 타이어코드가 준비되었는바, 직경 0.19mm의 아연/알루미늄-합금 피복중량이 13g/㎡인 필라멘트들을 코드로부터 풀어내어, 예 2에서 전술된 바와 같은 부식피로 시험(습식조건)을 실시하였다. 그 결과, 아직도 만족스럼게 생각되는 약 825N/㎟의 부식 피로 한계값을 얻었다. 사실상, 꼬기작업으로 인해 부식 피로 한계는 925N/㎟(예 2)로 부터 단지 약 10%의 감소율을 보였다. 직경 0.21mm의 필라멘트들의 아연/알루미늄-합금 피복 중량은 11g/㎡이었다.
[예 4]
정량적으로 매우 중요한 성분으로 고무 1OO부당 C.B. Regal 300의 45부, Ultrasil VN 3의 12.5부, Zn0의 8부, Dutrex 729의 6부, Sulfur의 6부, Cofil1 11의 5부, Cyrez 963의 4부, Santoflex 13의 2부 및 Manobond C16의 1.5부를 포함하는 고무속에, 본 발명에 따른 그리고 예 3에서 기술된 코드(1)을 박아 끼워 넣었다. 그리고, 이 복합체를 150℃에서 약 25분간 경화시켰다.
점착력(N으로 표기)은 종래의 잡아당김(pull-out) 테스트에 의해 결정되었고, 특히 외관정격(APR은 %로 표기)이 언급되었다. 유사한 코드(2), (3), (4)(동일한 구조 및 동일한 인장강도를 지님)와의 비교를 위해 동일한 테스트가 실시되었다. 코드(2)는 아연/알루미늄-합금 피복층의 상부에 물리증착법(PVD법)에 의해 형성된 매우 얇은 코발트-피복(1000nm) 층을 갖고 있다. 코드(3)은 종래의 황동 피복코드(약 63%의 구리 및 37%의 아연)이고, 코드(4)는 물리증착법에 의해 형성된, 또다른 얇은 코발트-층(두께 : 약 1OOOnm)을 갖는 동일한 황동 피복 코드이다. 표 3에 시험결과를 요약하면 다음과 같다. 점착력은, 코드(1)과 (2)가 황동 피복코드(3)과 (4)에 비교될 때 다소 낮지만, 통상적으로, 본 기술분야에 숙련된 사람들이 예상하는 것보다도 훨씬 좋은 편이다. 이들 실험에서 사용된 고무에 미치는 코발트의 영향은 별로 중요치 않다.
[표 3]

Claims (23)

  1. 엘라스토머성의 폴리머에 대해 향상된 점착력을 지니며 다수의 필라멘트를 포함하는 강화 서브스트레이트에 있어서, 상기 필라멘트중 하나 또는 그 이상이, 불순물과는 별도로 4.2-6.4중량%의 알루미늄, 서브스트레이트에 대한 액상 합금의 습윤능력(wetting ability)을 향상시키는 0.1중량%보다 적은 란탄과 세륨중의 한원소 또는 이들 원소 및 나머지는 아연으로 구성된 합금층에 의해 일부분 또는 그 이상의 부분이 피복된 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기층의 중량은 서브스트레이트 피복 표면의 평방미터당 10-60g임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강철와이어는 0.4중량% 또는 그 이상의 탄소를 함유함을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 강철와이어는 0.7-1중량%인 탄소를 함유함을 특징으로하는 강화 서브스트레이트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 강철와이어는 210ON/㎟ 또는 그 이상의 인장강도 Rm을 갖는 것을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 강철와이어는 310ON/㎟ 또는 그 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  7. 제5항에 있어서, 인장강도 Rm이 2250-1130log d(d는 와이어인 직경)(mm단위)보다 큼을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 강철와이어는 장방형의 횡단면을 가짐을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 서브스트레이트는 함께 다발로 엮은 다수의 필라멘트들을 포함하되 상기 필라멘트 중 하나 또는 그 이상은 직경이 0.08mm-0.50mm인 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 필라멘트들은 꼬아서 다발로 엮어짐을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  11. 제10항에 있어서, 꼬여진 다발속의 중앙에 위치된 필라멘트들의 일부분 또는 그 이상의 부분은 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  12. 제10항에 있어서, 꼬여진 다발속의 원주방향에 위치된 필라멘트들의 일부분 또는 그 이상의 부분은 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  13. 제10항에 있어서, 중앙과 원주방향 사이에 위치된 필라멘트들의 일부분 또는 그 이상의 부분은 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  14. 제10항에 있어서, 전체 필라멘트들은 강철와이어임을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  15. 제10항 또는 제14항에 있어서, 다수의 와이어들은 꼬여진 다발속의 그 어떤 와이어나 필라멘트의 직경과는 상이한 직경을 지님을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  16. 제10항 또는 제14항에 있어서, 다수의 와이어들은 꼬여진 다발속의 그 어떤 와이어나 필라멘트의 인장강도와는 상이한 인장강도를 지님을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  17. 제16항에 있어서, 상기 다수의 와이어들은 인장강도 Rm ＞ 2250-1130logd을 가짐을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  18. 제1항에 있어서, 상기 합금층은 엘라스토머성의 폴리머에 대한 점착력을 향상시키는 또다른 층에 의해 일부분 또는 그 이상의 부분이 피복됨을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  19. 제18항에 있어서, 상기 다른 층은 구리, 아연, 니켈 및 코발트, 또는 구리, 아연, 니켈 또는 코발트를 포함함을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  20. 제19항에 있어서, 상기 다른 층은 황동을 포함함을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  21. 제1항 또는 제18항에 있어서, 상기 합금층은 아연 및 니켈, 또는 아연이나 니켈을 포함하는 중간층상에 위치됨을 특징으로 하는 강화 서브스트레이트.
  22. 제1항에 다른 서브스트레이트로 강화된 엘라스토머성의 폴리머 제품.
  23. 콘베이어벨트의 형태로 된 제23항에 따른 엘라스토머성의 폴리머제품.
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