KR100668406B1

KR100668406B1 - 전동 벨트 및 방법

Info

Publication number: KR100668406B1
Application number: KR1020057011124A
Authority: KR
Inventors: 폴 에스 너트슨
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2007-01-16
Also published as: AU2003300118A1; RU2300675C2; US20030130077A1; BR0317350A; KR20050091005A; CN100436861C; US6945891B2; WO2004057209A1; CN1726356A; CA2508318C; RU2005122478A; JP2006509662A; EP1573225A1; CA2508318A1; PL376974A1; AU2003300118B2; MXPA05007397A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 탄소 섬유 코드로 구성된 종방향으로 연장하는 인장 부재(18)를 포함하는 전동 벨트(10), 특히 치형 전동 벨트에 관한 것으로, 여기서 벨트는 100℃에서 실행된 고온 벨트 성장 분석(High Temperature Belt Growth Analysis) 하에서 48시간 후 그 원래의 길이를 기준으로 0.1% 이하의 벨트 성장을 나타내며, 그리고 본 발명은 감소된 벨트 성장을 나타내는 전술한 벨트를 제조하는 방법과, 타이밍 벨트에 의해 캠샤프트가 구동되는 내연 기관에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동을 저감하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

전동 벨트 및 방법{POWER TRANSMISSION BELT AND METHOD}

본 발명은 V형 벨트, 멀티-V 리브형 벨트(multi-v-ribbed belt) 및 치형(toothed) 전동 벨트를 비롯한 전동 벨트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 말하면, 적어도 하나가 탄소 섬유사(carbon fiber yarn)로 형성되어 있는 하나 또는 그 이상의 코드를 구비하면서 종방향으로 연장하는 인장 부재를 포함하는 전술한 벨트와, 자동차 내연 기관에서 피스톤-대-벨트 동기성을 제공하는 치형 벨트와, 캠샤프트가 치형 벨트에 의해 구동되는 내연 기관에서 크랭크샤프트에 대한 캠 샤프트의 앵귤러 진동(angular vibration)을 저감시키기 위한 방법에 관한 것이다.

전동 벨트는 통상적으로 풀리 사이에서 동력을 전달하기 위해 사용된다. 이 벨트는 정상 작동 중에 온도와 하중에 대한 극단의 상태에 노출될 수 있다. 상대적으로 낮은 탄성 계수의 경화된 탄성중합체 본체 부분과, 주요 부하를 지지하는 벨트의 구성 부품으로 규정되는 상대적으로 높은 탄성 계수의 인장 부재 양자를 포함하는 벨트 복합 구조와, 상기 벨트가 일상적으로 놓일 수 있는 온도와 하중에 대한 극단의 상태에 의해, 고도의 내구성, 신축성 및 일관성이 구성 부품들 각각에 요구된다.

치형 벨트의 사용과 관련된 독점적이지 않고 보편적인 특별한 하나의 문제점 으로는 벨트를 영구 변형시키는 벨트 성장(belt growth)이라는 문제점이 있는데, 이는 연장된 운전, 극단적인 동적 하중, 극단적인 온도, 부적절한 구성 요소의 선택, 혹은 이들의 조합의 결과로 발생할 수 있다. 특히, 인장 부재를 에워싸는 재료의 내열성이 불충분할 경우, 비교적 고온에서의 운전은 이들 재료를 무르게 만들어 벨트가 인장 부재를 주위의 벨트 본체에 더 이상 효과적으로 접합시키지 못하게 되어 벨트의 인장 강도의 하락, 나아가 급속한 벨트 성장을 초래한다. 이러한 벨트의 영구 변형은 부적절한 치형 홈부의 상호 작용, 인장 부족 및 극단적으로 인장 코드의 마비 상태로 이어질 수 있다.

고무 합성물 제품의 보강재로서 탄소 섬유를 도입함으로써, 종래의 섬유, 예컨대 유리 코드(glass cord)에 비해 상대적으로 높은 탄성 계수로 인해 몇몇 응용에 있어서 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 제공하였다. 그러나 지금까지, 연장된 운전 수명 중에 상기 섬유가 주위의 탄성중합체 구성 성분에 들러붙는 문제점 및 그와 관련된 문제점을 해결하지 못하였다. 미국 특허 제5,807,194호에는 우레탄 벨트 본체 부분을 포함하는 치형 전동 벨트 구조에서 인장 코드로서 탄소 섬유의 사용에 대해 개시되어 있다. 이 특허는 벨트 주조 공정 중에 다양한 양의 우레탄 물질 자체의 코드 픽업을 비롯하여 벨트 합성물 구조 내에서 코드의 합체를 허용하는 코드 처리제를 갖는 탄소 섬유 코드에만 한정되어 있다. 우레탄 재료 자체의 주조 가능한 성질, 즉 경화 단계 이전의 그 재료의 액체 형상으로 인해 탄소 섬유 둘레와 그것의 간극 내에서 우레탄이 유동할 수 있게 된다. 그러나 상기 특허는 주조 불가능한 탄성중합체 벨트 본체 부분 예컨대, 수소가 첨가된 아크릴로니트 릴 부타디엔 고무(hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber, "HBBR") 및 폴리클로로프렌 고무("CR")를 포함하는 벨트 구조에는 적용할 수 없다.

대표적인 예로서 자동차 엔진인 내연 기관에서 캠샤프트의 구동에 사용하기 위한 치형 벨트는 특히 엔진의 내구성에 나쁜 영향을 주는 문제점을 안고 있다. 엔진 및 그 개개의 부품 각각의 운전은, 회전 및 왕복 운동하는 엔진 부품들 사이에 존재하는 불균형의 결과로서 그리고 크랭크샤프트와 캠샤프트 상에 앵귤러 작용력을 발생시키는 반복적인 연소 임펄스, 즉 실린더의 점화 결과로서 초래되는 샤프트의 앵귤러 진동의 결과로서 엔진 시스템을 진동시킨다. 이러한 진동은 타이밍 벨트의 피로 파괴와 관련된다. 특히, 다수의 구성 부품들을 구동하기 위해 사용된 동기식 벨트의 경우 및/또는 밸브와 피니언 사이에 매우 작은 간극이 존재하는 대표적인 예로서 디젤 엔진인 간섭형 엔진(interference-type engine)에서 타이밍 벨트의 파괴는 심각하고 비용 측면에서 큰 손해를 초래할 수 있다.

본 발명은 경화된 탄성중합체 합성물로 형성된 벨트 본체와, 상기 벨트 본체 내에 매립되는 동시에 탄소 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유사(yarn)를 지닌 코드를 포함하는 인장 부재를 구비하는 전동 벨트를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유는 50기가 파스칼("GPA") 내지 약 350 GPA 범위의 인장 계수를 가지며, 100℃에서 실행한 고온 벨트 성장 분석(High Temperature Belt Growth Analysis)하에서 48시간 후 0.1% 이하의 벨트 성장을 초래하도록 선택된 탄성 계수를 지닌 레조르시놀-포름알데히드 수지/고무 라텍스 용액("RFL")으로 형성된 코드 처리제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 다른 실시예에 따르면, 향상된 벨트 성장 저항을 지닌 전동 벨트의 제조 방법이 제공되는데, 이 방법은 상기 섬유사 및/또는 인장 코드를 형성하는 하나 이상의 상기 섬유사의 섬유에 적용하기 위한 코드 처리제의 탄성 계수가 20℃에서 약 1.0×10⁷ 내지 약 5.0×10⁸ dynes/cm² (약 1.0×10⁶ 내지 약 5.0×10⁷ Nm^-2) 범위에 속하도록 그리고 100℃에서 약 5.0×10⁶ 내지 약 3.0×10⁸ dynes/cm² (약 5.0×10⁵ 내지 약 3.0×10⁷ Nm^-2) 범위에 속하도록 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 자동차의 내연 기관에서 캠샤프트를 구동하기 위한 전술한 벨트를 포함하는 치형 벨트가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 캠샤프트가 치형 벨트에 의해 구동되는 자동차의 내연 기관에서 관련된 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동을 저감시키기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 상기 벨트의 인장 부재로서 탄소 섬유를 포함하는 적어도 하나의 섬유사로 형성된 코드를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부 도면 및 이것의 설명을 고찰함으로써 더 명백해질 것이다.

도 1은 매립된 코드와 벨트 이를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 벨트를 도시하기 위해 일부를 절단하여 도시한 부분 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 구체예의 특징을 묘사하기 위해 사용된 테스트 구성을 개 략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 구체예의 특징을 묘사하기 위해 사용된 모터를 갖추고 있는 엔진 테스트 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 치형 전동 벨트 형태의 본 발명의 벨트(10)가 전체적으로 도시되어 있다. 이 벨트(10)는 임의의 적절하게 경화된 탄성중합체 합성물로 형성된 본체(12)를 포함하며, 이 본체를 형성하는 동시에 피치(P)로 이격된 벨트 이(14)가 구비되어 있다. 상기 이 및/또는 그 반대편의 벨트의 배면(17)은 도시된 바와 같이 그리고 공지된 바와 같이 벨트의 이 주변의 표면을 따라 및/또는 벨트 배면(17)의 주변의 표면을 따라 각각 배치된 내마모성 섬유(16)로 선택적으로 코팅되어 있다. 벨트 배면 섬유 및 그것의 사용의 비제한적인 예들이 독일 특허 DE1002970C2에 예시되어 있으며, 그 예들과 관련한 상기 특허의 내용들이 본 명세서에서 참조로 합체되어 있다. 이러한 도시된 실시예에서, 헬리컬식 나선형 코드의 인장 부재(18)가 벨트 본체(12) 내에 매립되어 있다.

벨트 본체의 탄성중합체 합성물에 사용하기 위해, 주조 가능한 탄성중합체 및 주조 불가능한 탄성중합체 모두와 열가소성 탄성중합체를 포함하는 임의의 적절한 및/또는 통상적인 탄성중합체 형태가 사용될 수 있다. 주조 불가능한 탄성중합체로서 HNBR, CR, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무("NBR"), 스트렌-부타디엔 고무("SBR"), 알킬 클로로술폰화 폴리에틸렌("ACSM"), 에피클로로히드린, 부타디엔 고무("BR"), 천연 고무("NR"), 에틸렌 프로필렌 3량체("EPDM") 및 에틸렌 프로필렌 공중합체("EPM") 등의 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체 혹은 이들의 임의의 2개 이상의 조합을 사용하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명에 따른 벨트의 벨트 본체 탄성중합체로서 사용하기에 적합한 주조 가능한 탄성중합체는, 우레탄, 우레탄/요소 및 요소가 비제한적인 예로서 언급된다. 주조 가능한 탄성중합체에 있어서, 상기 본체는 경화시 전동 벨트에 요구되는 필수적인 물리적 특징을 지닌 액체 벨트 물질로 주조된다. 예컨대, 상기 물질은 Westhoff 명의의 미국 특허 제4,838,843호, Pateerson 등의 명의의 미국 특허 제5,112,282, 혹은 Wu 등의 명의의 WIPO 공개 공보 제96/02584호(1996.2.1)에 개시된 바와 같은 특징을 지닐 수 있다.

충전제, 경화제, 활성제, 가속제, 눌음 지연제, 안정제, 산화 방지제, 오존화 방지제 및 소성제를 포함하는 종래의 탄성중합체 합성물의 접착제는 전동 벨트 본체를 형성하기 위해 통상적인 양으로 탄성중합체 구성물 자체와 협력하여 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 치형이나 V형 벨트 혹은 멀티 V 리브형 벨트 형상으로 될 수 있는 본 발명의 벨트는 당업자들에 쉽게 인식될 수 있는 몇몇 공지의 벨트 제조 기법을 이용하여 제조될 수 있다. 치형 혹은 동기식 벨트, V형 벨트, 멀티 V 리브형 벨트를 포함한 전동 벨트의 예들은 미국 특허 제3,138,962호; 제3,200,180호; 제4,330,287호; 제4,332,576호에 개시되어 있다. 이러한 벨트를 제조하는 방법의 예들은 미국 특허 제3,200,180호; 제3,772,929호; 제4,066,732호에 개시되어 있다. 특히 치형 벨트를 형성하기 위한 또 다른 방법은 Case 명의의 미국 특허 제2,507,852호; Geist 등의 명의의 제3,250,653호; Skura 명의의 제3,078,206호에 개시되어 있고, 그러한 방법과 관련한 내용은 본 명세서에서 참조를 위해 합체되어 있다. 이들 특허의 참조 문헌은 단지 다양한 형태의 전동 벨트와 이것의 해당 분야에 공지된 제조 기술의 예들에 불과한 것이다.

벨트 본체 부분에 사용하기 위한 탄성중합체 합성물은 메타-아라미드, 파라-아라미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 면, 레이온 및 유리, 이들의 2개 이상의 조합과 같은 종래의 물질을 사용하는 공지의 방법과 같이 섬유를 선택적으로 포함할 수 있다. 이 섬유는 주어진 섬유 형태에서 그 표면적을 증대시킬 수 있는 해당 분야에 공지된 바와 같이 가는 섬유로 되거나 또는 펄프화 될 수 있거나 또는 잘게 만들어지거나 스테이플 파이브(staple fiber)의 형태로 될 수 있다. 상기 섬유는 약 0.1 내지 약 10mm의 범위에 속하는 길이를 지닐 수 있고, 또 탄성중합체에 대한 접합성을 증가시키기 위한 접착제 처리제를 이용하여 선택적으로 처리될 수 있다. 섬유 로딩의 적절한 레벨은 벨트 본체의 탄성중합체의 특별한 타입, 섬유의 타입 및 의도하는 용례에 따라 변하지만, 최종 경화된 탄성중합체 합성물의 약 50중량% 이내의 임의의 레벨이 본 발명의 실시에 적용될 수 있다. 그 대안으로, 적절한 섬유 로딩 레벨은 약 0.5 내지 약 20phr; 혹은 약 0.9 내지 약 10.0phr, 혹은 약 1 내지 약 5phr 범위에 속할 수 있다.

복수 개의 횡방향으로 배향된 홈(20)은 벨트의 외층에 선택적으로 형성될 수 있다. 반드시 필수적이지는 않지만, 상기 홈(20)은 벨트의 중량을 감소시켜 몇몇 용례에서 혹은 특히 벨트 본체를 형성하기 위해 주조 가능한 물질을 사용하는 어떤 상황 하에서 벨트의 신축성을 향상시킬 수 있다.

상기 벨트 본체를 형성하는 이격된 이(14)는 사다리꼴, 곡선 혹은 절두된 곡선 등의 임의의 양호한 단면 형상을 지닐 수 있다. 곡선 이 형상의 예들은 Miller 명의의 미국 특허 제3,756,091호, Cathey 등의 명의의 제4,515,577호, Westhoff 명의의 제4,605,389호에 개시되어 있다.

주조 가능한 벨트의 구성에서 벨트 이의 전단 강도를 향상시키기 위해, 특히 스프로킷의 홈으로 들어갈 때, 벨트 이의 거칠기를 줄이기 위해 벨트의 배면(17)과 벨트 이의 주변의 표면 중 하나 또는 양자에 배치된 선택적인 내마모성 섬유(16)로서, 권축된 나일론, 면, 대마, 황마, 아라미드 폴리에스테르, 및 섬유 유리를 포함하는 임의의 적절한 혹은 통상적인 재료가 사용될 수 있다. 한 가닥 이상의 섬유를 사용할 수 있다. 원할 경우, 상기 섬유는 바이어스로 절단될 수 있기 때문에 스트랜드는 벨트의 진행 방향으로 소정의 각을 형성한다. 상기 섬유는 임의의 소망하는 각도에서 날실 및 씨실로 이루어진 종래의 직물과 같은 임의의 소망하는 형상을 지닐 수 있거나, 또는 픽 코드(pick cord) 혹은 니트 혹은 직조된 형태 등으로 구성될 수 있다.

상기 예시된 실시예에서, 코드 형태의 인장 부재(18)는 나란하게 이격된 형태로 벨트의 폭을 가로질러 헬리컬식 나선형으로 되어 있다. 본 발명의 비제한적인 실시예에서 코드는 벨트 폭의 약 75 내지 약 95%, 양호하게는 벨트 폭의 약 80 내지 약 92%를 차지할 수 있다.

인장 부재를 구비하는 코드는 적어도 하나가 임의의 적절한 타입의 탄소 섬유사를 포함하는 복수 개의 비틀린 및/또는 다발로 묶은 섬유사를 포함한다. 본 명세서 및 그 상세한 설명 전체에 걸쳐 사용한 용어 "섬유(fiber)" 및 "필라멘트(filament)"는 그 단면의 직경이 작은 예컨대 4-7㎛ 이고, 길이가 그 직경의 약 백배 이상 그러나 일반적으로 대단히 크거나 심지어 무한의 길이를 지니면서 기본적인 섬유사를 형성하는 재료를 지칭하기 위해 번갈아 사용된다. 상기 용어 "섬유사(yarn)"은 본 명세서 및 그 상세한 설명 전체에 걸쳐 직조 및/또는 꼬임 및/또는 그렇지 않으면 코드의 구성 성분을 형성하기 위해 연속한 스트랜드로서 서로 다발로 묶인 적어도 2천 그러나 대개 탄소 섬유사와 관련하여 천개 이상의 섬유를 지칭하기 위해 사용된다. 용어 "코드(cord)"는 본 명세서 전체에 걸쳐 해당 분야에 공지된 바와 같이 꼬일 수 있는 그리고 2개 혹은 그 이상의 섬유사를 사용할 경우 또한 직조 및/또는 다발로 묶이고 및/또는 서로 꼬일 수 있는 하나 또는 그 이상의 섬유사의 제품을 지칭하기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예의 실시에서 이용 가능한 대표적인 탄소 섬유는 예컨대 전술한 미국 특허 제5,807,194호에 예로서 설명되어 있으며, 예시된 탄소 섬유 타입, 형상 및 본 발명의 실시예의 실시에 사용될 수 있는 구성과 관련한 그 내용은 본 명세서에서 참조를 위해 합체되어 있다. 탄소 섬유는 대개 탄화 공정에서 섬유의 직경이 현저하게 감소되는 폴리아크릴로니트릴 섬유와 같은 또 다른 섬유를 탄화시킴으로써 제조된다. 하나 또는 그 이상의 탄소 섬유로 형성된 섬유사는 예컨대, 약 66tex 내지 1650tex의 단위 길이 당 질량과, 약 1,000 내지 약 24,000의 필라멘트 카운트(즉, 하나의 섬유사 당 개개의 탄소 섬유의 수)를 구비할 수 있다. 본 발명에 따라 사용하기 위한 탄소 섬유는 약 50GPa 내지 약 350GPa; 양호하게는 약 100GPa 내지 약 300GPa; ASTM D4018에 또한 결정되어 있는 바와 같이 가장 양호하게는 약 150GPa 내지 약 275GPa 범위의 인장 계수를 지닌다. 개개의 탄소 섬유의 단면 직경이 약 4 내지 약 7㎛ 범위에 속하는 본 발명의 실시예에서, 전동 벨트에 사용된 코드의 필라멘트 카운트는 약 5,000 내지 약 24,000 일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 코드의 필라멘트 카운트는 약 9,000 내지 약 15,000 일 수 있다. 해당 분야에 공지된 바와 같이, 탄소 섬유사와 이로부터 형성된 코드는 데니어 혹은 데시텍스라기보다 그 내부에 함유된 섬유의 수에 의해 특징을 지울 수 있다. 수의 명명법 및 문자 "K"는 섬유사 내의 탄소 섬유의 수를 나타내기 위해 사용된다. 따라서 "3K"의 탄소 섬유사에서, "K"는 "1,000개의 섬유"의 약자를 나타내고, "3"은 승수를 나타낸다. 따라서 "3K" 탄소 섬유사는 3,000개의 섬유 혹은 필라멘트의 섬유사와 동일한 것으로 간주된다. 더욱이 코드 명명법과 관련하여 예컨대, "3K-5" 탄소 섬유 코드에서, "5"는 5개의 3K 섬유사가 꼬임 및/또는 그렇지 않을 경우 서로 다발로 묶여 15,000개의 필라멘트 카운트를 지닌 코드를 형성하는 것을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 탄소 섬유 코드는 한정하려는 의도가 아닌 6K-1; 3K-3; 6K-2; 12K-1; 3K-4; 3K-5; 6K-3 및 6K-4를 비롯하여 소정의 용례에 적합한 섬유사의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명의 실시에 사용하기 적합한 탄소 섬유의 비제한적인 예로는 토레이(Toray)에서 제작하여 제품명 TORAYCA-T400 HB 6K 40D 및 TORAYCA-T700 GC 12K 41E로 상업적으로 시판되고 있는 것이 있으며, 이와 유사 재료로는 또한 예전에는 BP Amoco Chemicals Co에서 현재에는 Cytec Carbon Fibers LLC에서 제품명 T-650/35 6K 309NT 및 T-650/35 12K 309NT로 입수 가능한 것이 있다.

섬유 제조업자는 대개 섬유를 사이징으로 코팅시키는데, 이는 주로 섬유가 섬유사로 처리되고 스풀 상에 감길 때 분쇄되는 것을 방지 및/또는 코드 처리를 이용하여 섬유와 이로부터 형성된 섬유사의 적시기를 용이하게 하는 역할을 한다. 따라서 몇몇 예에 있어서, 상기 사이징은 처리된 코드를 전동 벨트와 합체시키기 위해 도포되는 섬유사 및/또는 필라멘트에 코드 처리제에 필적할 수 있는 화학 구조를 지닐 수 있고, 예컨대 물 혹은 용제형 에폭시 용액일 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 상기 용어 "사이징(sizing)"은 주로 섬유사 및/또는 섬유사 필라멘트에 약 0.2 내지 2.0% 건조 중량(dry weight) 즉, 그렇게 처리된 섬유사 혹은 필라멘트 다시 말해서 전술한 바와 같은 기능을 발휘하기 위해 사이징이 적용될 건조된 섬유사 혹은 필라멘트의 건조 중량을 기초로 한 중량으로 도포된 박막을 가리키기 위해 사용된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, RFL 합성물, 즉 탄성중합체 라텍스 합성물은 섬유사 및/또는 그것을 탄소 필라멘트의 하나 혹은 그 이상의 적어도 일부에 코드 처리제로서 적용된 포름알레히드 반응 생성물을 더 포함한다. 본 발명의 전체에 걸쳐, 용어 "코드 처리제(cord treatment)"는 섬유사 및/또는 섬유사 필라멘트(이는 사이징을 포함하거나 포함하지 않을 수 있음)에 도포되고 적어도 섬유사 및/또는 섬유사 필라멘트 표면의 일부에 그리고 번들링 및/또는 트위스팅 및/또는 이러한 코드 처리된 섬유사의 다른 조합 혹은 형태를 통해 형성된 코드의 섬유사(들)와 전술한 필라멘트 사이에 형성된 하나 혹은 그 이상의 간극의 적어도 일부 내에 배 치된, 이렇게 처리된 코드의 최종 중량을 기초로 2.0%보다 큰 수준에서 이러한 섬유사 및/또는 섬유사 필라멘트에 도포된 물질을 나타내기 위해 사용된다.

RFL 성분으로서, 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있다. RFL 용액에서 레조르시놀-포름알데히드 수지 분율은 건조 중량을 기초로 약 2 내지 약 40%를 나타내는 것이 바람직하고, 라텍스 분율은 약 60 내지 약 98%를 나타낸다. 양호하게는, RFL 용액에서 레조르시놀-포름알데히드 수지 분율은 건조 중량을 기초로 약 5 내지 약 30%를 나타내는 것이 바람직하고, 라텍스 분율은 약 70 내지 약 95%를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 이러한 비율은 통상적으로 사용된 트위스팅 및 케이블링 조작을 달성하기에 필요로 하는 충분한 신축성을 유지하는 반면에 탄소 섬유의 여러 가지의 필라멘트가 그것의 마모 및 파손을 충분하게 감소시키도록 침투하는 것을 허용하는 것으로 밝혀졌고, 본 발명의 특정의 실시예에 관하여 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 그러나 레조르시놀-포름알데히드 수지 및 사용된 라텍스 혹은 달성된 픽업 레벨의 특정한 분율에 관계없이, 본 발명의 실시에서 코드 처리제 용액의 고체 레벨은 처리 공정 동안 RFL 용액이 실질적으로 안정 상태로 남아 있게 되는 지점으로 가져가고 유지되어야 한다는 것으로 밝혀졌다.

RFL 용액에서 라텍스의 성분은 HNBR, NBR, 카르복실화한 HNBR, 카르복실화한 NBR, 비닐 피리딘/스티렌 부타디엔 고무("VP/SBR"), 카르복실화한 VP/SBR, SBR, 클로로술폰화 폴리에틸렌("CSM"), 에틸렌 프로필렌 디엔 3량체("EPDM")와 에틸렌 프로필렌 공중합체("EPM") 등의 에틸렌 알파-올레핀-타입 탄성중합체 혹은 이들 중 임의의 2개 이상의 조합을 포함하는 임의의 적절한 타입일 수 있다. 양호한 실시 예에서, 라텍스 성분은 카르복실화한 HNBR 타입이며, 동일한 양 혹은 중량비 이내에서 소량으로 포함되거나 혹은 EPDM 혹은 EPM 등의 에틸렌 알파-올레핀-타입의 탄성중합체를 포함하는 다른 탄성중합체 타입이라도 좋다. 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체는 결과로 생긴 벨트의 저온 신축성 등과 같은 저온 성능 특성을 향상시키기 위해 단독으로 혹은 임의의 두 가지 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소정 량의 코드 처리제는 섬유사 표면의 적어도 일부를 코팅하기에 충분하게 그리고 섬유사의 개개의 섬유들 사이에 형성된 간극의 적어도 일부 내에서 섬유사에 도포된다. 본 발명의 실시예들에서, 코드 처리 픽업 레벨은 처리된 코드의 최종 중량을 근거로 한 건조 중량%로서 약 5.5% 내지 약 30%, 양호하게는 약 7% 내지 약 25%, 보다 양호하게는 약 7.5% 내지 약 24%의 범위에 속한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제로-트위스트(즉, 꼬임이 없는) 탄소 섬유사 혹은 적어도 하나의 탄소 섬유를 포함하는 섬유사 다발이 RFL 코드 처리제를 포함하는 침지욕 속에 함침되고, 이렇게 함침된 섬유사가 건조되고; 그 후 섬유사 혹은 섬유사 다발은 사용된 특정의 코드 타입에 적절한 형상으로 꼬이게 되며, 이로 인해 선택적으로 코드의 표면에 도포된 적절한 코드 접착제의 추가적인 보호용의 코팅을 포함할 수 있는 코팅된 코드는 전술한 임의의 종래의 방법 혹은 적절한 방법을 이용하는 벨트 구조에 합체된다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용한 용어 "보호용의 코팅(overcoat)"은 코드의 표면에 도포되지만 일반적으로 개개의 섬유사 및 이들의 섬유들 사이에 형성된 간극에 존재하지 않고, 벨트를 에워싸는 물질에 처리된 코드의 접합을 용이하게 하는 기능을 발휘하는 전술한 바와 같이 처리된 코드의 최종 건조 중량을 기초로 약 1% 내지 약 10% 범위에 속하는 수준에 있는 물질을 가리키기 위해 사용된다.

본 발명의 비제한적인 실시예에 따르면, 코드 처리 단계를 실행하는데 있어서, 이 코드 처리제는 섬유사 및/또는 하나 혹은 그 이상의 섬유사의 섬유에 코드 처리제를 도포한 후 섬유사의 코어에 있는 필라멘트를 포함하여 가능한 한 많은 섬유사의 필라멘트를 덮기 위해 섬유사의 개개의 섬유들 그리고 섬유들 자체 사이에 형성된 간극으로의 침투가 허용된다. 그러나 코드에서 RFL의 코드 처리 픽업의 양을 최대화시키기 위한 임의의 적절한 방법은 본 발명의 실시에서 필요할 수 있으나 반드시 필수적인 것은 아니다. 그러나 일실시예에 있어서, 전술한 코팅 처리는 탄소 섬유사를 구성하는 필라멘트를 펼침으로써 탄소 섬유사를 개방시키는 함침 단계 동안 가장 나중에 실행되는 단계를 더 포함하기 때문에 각각의 섬유는 함침 단계가 발생할 수 있는 증가된 면적을 제공한다. 이러한 섬유사의 개방 혹은 펼침은 임의의 적절한 조작에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 하나 혹은 그 이상의 변수의 조작을 통해 RFL 코드 처리의 탄성 계수를 선택함으로써, 후술하는 바와 같이 100℃에서 실행된 고온 벨트 성장 분석 하에서 48시간 이후에 측정하였을 때, 특별한 전동 벨트 구조가 감소된 영구 벨트 성장을 나타내는 벨트를 산출하기에 최적화될 수 있다는 점을 발견하였다.

본 발명의 실시예에 따라 RFL 코드 처리제의 탄성 계수의 선택은 코드가 노 출될 온도 및/또는 상기 처리 공정 동안 코드 처리-함침 섬유사의 노출 기간을 포함하는 코드 프로세싱 조건(이후에는 "포로세싱 조건"이라 함)들을 조절함으로써, 카본 블랙 등의 상대적으로 소량의 충전제를 탄소 섬유에 함침하기 위한 RFL 코드 처리 용액에 첨가하는 단계와; RFL에서 포름알데히드:레조르시놀의 중량비를 조정하는 단계와; RFL에서 레조르시놀 포름알데히드 수지:라텍스 중량비를 조정하는 단계와; 소량의 종래 수성 분산성의 산화 방지제를 코드 처리 용액에 첨가하는 단계와, RFL 용액을 위한 라텍스 타입을 선택하는 단계 및 차단된 이소시안산염을 RFL에 첨가하는 단계를 포함한 몇 가지의 방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 놀랍게도 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유의 코드 처리제로서 사용된 RFL 합성물의 탄성 계수를 최적의 레벨로 조작함으로써 벨트 성장에서 현저한 감소가 초래된다는 사실을 발견하였다. 더욱이 현재에는 영구 벨트 성장의 최소화와 관련하여, 최적의 RFL 탄성 계수는 특정의 레벨에서 인장 계수를 지닌 탄소 섬유를 위해 존재하는 것으로 간주된다. 어떤 특정한 이론에 의해 한정할 의도는 아니지만, 현재에는 최적의 코드 처리의 탄성 계수가 임의의 타입의 전동 벨트의 인장 코드를 위해 존재하여 이러한 구성을 위해 최소의 영구 벨트 성장 값을 생기게 하는 것으로 간주된다.

더욱이 처리된 코드 프로세싱 조건, 즉 상승된 온도와 RFL 용액의 적용 이후 코드가 노출되는 노출 기간 중 하나 이상의 조건은 코드의 최종 수분 함량, 그것의 경도 및 후술하는 예들과 이하의 설명에 예시된 바와 같이 그 결과로 생긴 벨트 성장에 대한 벨트의 저항 능력에 현저한 영향을 미치는 상태로 조정될 수 있다. 현 재, 예컨대 노출 온도 혹은 기간이 주어진 RFL 합성물 및/또는 코드 타입에 대해 너무 낮은 경우와 관련하여, 처리된 코드의 잔여 (즉, 포스트 프로세싱) 수분 함량은 RFL 합성물의 탄성 계수에 반드시 영향을 미치지 않는데 반하여, 코드 다발 내에 억류된 과다한 수분은 RFL이 완전히 혹은 균질하게 인장 코드, 그것의 섬유사, 섬유 및 간극을 피복 혹은 접합하는 것을 방지할 수 있도록 해준다. 이는 그 다음, 벨트의 벨트 성장 저항을 향상시키는데 있어서의 RFL의 효력을 떨어뜨리는 것으로 간주된다. 이와는 대조적으로, 노출 온도 혹은 기간이 특정의 RFL 합성물 및/또는 코드 타입에 대해 너무 높은 경우와 관련하여, 바람직하지 않는 낮은 수분 함량 및/또는 RFL 합성물의 라텍스 부분의 저하가 일어나고 이에 따라 높은 코드 경도를 초래하기 때문에 RFL 코드 처리의 효율적인 탄성 계수를 부서지기 쉬운 정도와 그것의 전술한 관련된 문제점을 발생시키는 바람직하지 못하게 높은 레벨로 증가시키는 것으로 간주된다.

실례 Ⅰ

본 발명의 효과를 예시하기 위해, 19mm의 상부 폭과 97개의 이(9.525mm 피치)를 각각 지니고 길이가 932.925mm이면서, 실질적으로 동일한 HNBR 벨트 본체 부분과 2개의 탄소 섬유사로 형성된 인장 코드를 포함하는 치형 벨트를 형성하였으며, 2개의 탄소 섬유사 각각은 250GPa의 인장 계수, 396tex의 단위 길이 당 질량, 약 6,000의 필라멘트 카운트를 지닌 일본 토레이(Toray)에서 제품명 TORAYCA-T400 HB 6K 40D로 시판되는 것을 채택하였다. 상기 벨트는 아래의 표 2에 기재된 바와 같이 특별한 RFL 코드 처리 합성물 및/또는 인장 코드에 가해진 RFL 코드 처리의 프로세싱 조건(건조 온도 및/또는 노출 기간 포함)들을 달리하였다. 표 2에서 기재한 이하의 실시예와 비교예 각각에서, 전술한 바와 같이 혹은 표 2에 기재한 추가의 변형에 의한 것(이하에서 "X-HNBR RFL 합성물"로 언급함)과 같이 표 1에서 설명한 공통의 카르복실화한 HNBR을 기초로 한 고온 저항의 RFL 용액을 사용하였다.

X-HNBR RFL 합성물

물질	중량부	중량 퍼센트(습량 기준)
탈이온수	88	21.03
암모니아(20.5% 수성)	4	0.96
레조르시놀 포름알데히드 수지(75.0%, 수성)¹	10	2.39
카르복실화한 HNBR 라텍스(40% 고체)²	286	68.35
포름알레히드(37.0% 용액)	3.2	0.77

1 인드스펙 케미컬(Indspec Chemicals)에서 시판하는 PENACOLITE 수지 R-2179

2 니폰 제온(Nippon Zeon)에서 시판하는 ZETPOL

표 1에 설명된 X-HNBR RFL을 형성하기 위해, 암모니아수를 물에 첨가하여 혼합이 완료될 때까지 교반시켰다. 그 다음, 이렇게 형성된 용액에 레조르시놀 포름알데히드 수지를 첨가하여 그 수지가 완전히 분해될 때까지 섞었다. 그 결과로 생긴 수지 혼합물을 필요에 따라 추가의 암모니아수를 이용하여 최종적으로 적어도 9.0의 pH가 되도록 조절하였다. 그 다음, 이 수지 혼합물을 카르복실화한 HNBR 라텍스에 첨가하여 혼합이 완료될 때까지 섞었다. 이 때 포름알데히드를 교반을 통해 용액에 첨가하였고 그 결과로 생긴 용액을 잘 섞었다. 그 다음 이 혼합물을 적어도 2시간 동안 숙성시켰고, 그 용액의 pH를 필요에 따라 암모니아수를 이용하여 최종적으로 적어도 9.0의 pH가 되도록 조절하였다. 코드 처리제로서 이용하기 이전에 16시간의 추가 숙성을 허용하였다.

표 1에 기재된 성분에 추가하여, 표 2에 기재된 특정의 실시예 및 비교예들에 사용된 X-HNBR RFL는 또한 Heveatex에서 배포한 HEVEAMUL M-111b 왁스 45%의 고체의 4.3 습량 기준%(18 중량부), 41%의 요소 수용액의 6.50 습량 기준%(27.2 중량부), Goodyear Chemical Co.에서 제품명 AQUANOX 29로 시판하는 산화 방지제의 2 습량 기준%(8.4 중량부)을 포함한다. 이들 3가지의 성분 즉, 왁스, 요소 및 산화 방지제는 본 발명에 따른 RFL 용액에 반드시 요구되는 것은 아니지만, 프로세스 보조제 및/또는 산화 방지제의 경우 본 발명의 영역과 관련이 없는 특성을 개조하기 위해 선택적으로 사용할 수 있다.

실시예 4 및 실시예 6 각각과 비교예 5에 있어서, 표 2에 기재된 각각의 양의 카본 블랙을 그 합성물이 상기 단계에서 16시간 동안 숙성되도록 한 후 혼합시키면서 X-HNBR RFL에 첨가하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 아래의 예에 사용된 카본 블랙 타입은 J.C. Gadd Co.에서 BLACK SHIELD No. 4 로 시판하고 있는 35%의 고체로 하였다. 그러나 본 발명의 실시에서 카본 블랙을 RFL 용액의 탄성 계수를 증가시키기 위해 사용할 때, 임의의 통상적이거나 적절한 보강 타입을 사용할 수 있고, 또 그것은 RFL 제조의 임의의 편리한 단계 예컨대, 라텍스를 추가하는 단계에서 용액에 혼합될 수 있다.

표 2에서 설명한 벨트에서 코드 처리제로서 사용된 X-HNBR RFL 합성물의 탄성 계수를 결정하기 위해 각각의 합성물의 필름 샘플들을 다이나믹 미케니컬 분석(Dynamic Mechanical Analysis)을 통해 분석하였다. 표 1에 기재된 성분에 추가하여 각각의 X-HNBR RFL 합성물은 습량 기준으로 2%의 전술한 산화 방지제를 포함하였다.

첨부된 특허 청구의 범위를 포함하여 본 명세서 전반에 걸쳐 RFL 합성물 혹은 코드 처리 합성물에 적용되는 용어 "탄성 계수"는 후술하는 절차에 따라 얻어지는 바와 같이 실질적으로 건조된 상태에서 관련된 합성물의 탄성 계수를 의미하기 위해 사용된다. 이것은 인장 코드의 간극 상에, 그 주위에 그리고 그 내부에 그 합성물의 최종 형상으로 있는 전술한 합성물의 탄성 계수와 차이가 있을 수 있으며, 라텍스 혹은 다른 공급원에서 나온 임의의 잔류 수분은 프로세싱 단계에서 실질적으로 방출되지 않을 경우 상기 합성물의 감소된 유효 탄성 계수를 초래할 수 있거나; 혹은 연장된 시간 동안 과도한 온도에서 처리된 코드를 노출하는 것은 상기 합성물, 특히 낮은 내열성의 라텍스 예컨대, VP/SBR 을 사용하는 합성물의 저하를 초래할 수 있다.

각각의 코드 처리에 사용한 요소 또는 왁스 분산제를 상기 분석에서 탄성 계수의 값이 구해질 RFL 합성물에는 사용하지 않았다. 이러한 변형은 각각의 RFL 합성물의 결과로 생긴 탄성 계수에 영향을 미치지 않을 것으로 간주된다. 특히, 동일한 탄성중합체 라텍스를 각각의 경우에 사용하였는데, RFL 합성물에서 포름알데히드 대 레조르시놀이 중량비를 각 경우에 1.274로 하였고, 상기 용액의 라텍스 대 레조르시놀/포름알데히드 수지의 중량비를 각 경우에 13.17로 하였다.

각각의 경우에서 0.05mm의 두께와 22.7mm의 길이를 지닌 필름 샘플을 얻기 위해 각각의 RFL 용액을 담고 있는 용기에 유리 샘플 컬렉터 플레이트를 침지시켜 상기 필름을 준비하였다. 전술한 바와 같이 X-HNBR RFL 합성물을 감소시키기 위한 제조 단계를 전술한 분석을 위해 각각의 RFL 용액을 형성하는데 사용하였다. 표 2에 기재한 바와 같이 코드 처리에 사용될 때 RFL 합성물을 노출시키는 고온과는 대조적으로 테스트 시료를 상기 분석을 위해 단지 50℃의 노출 온도에서 건조시켰지만, 그럼에도 불구하고 각 경우에서 테스트 샘플들은 실질적으로 건조된 것으로 간주된다. 그 이유는 처리된 코드의 상대적으로 부피가 크고 복잡한 구조 내에서 RFL 합성물을 완전하거나 실질적으로 건조시키기 위해 상대적으로 높은 온도가 요구되지만, 샘플의 조각에 의해 나타난 상대적으로 소형이면서 평탄하고 복잡하지 않은 형태 전술한 합성물을 완전히 건조시키기 위해 상대적으로 낮은 온도가 요구된다.

따라서 만약 주어진 처리된 코드를 위해 프로세싱 조건(건조 온도 및 노출 기간 포함)들이 전술하고 이하에 상세하게 후술하는 바와 같이 지나치게 높은 코드 경도를 초래하지 않고 RFL 합성물을 실질적으로 건조하기 위해 선택될 경우, 이러한 RFL 합성물 테스트 샘플에 대해 본 명세서에 보고된 유효 탄성 계수의 범위는 표 2에 반영한 바와 같이 치형 전동 벨트의 구조에서 코드 처리제에서 사용된 동일한 조직의 RFL 합성물에 의해 나타낸 탄성 계수와 실질적으로 일치하게 되는 것으로 예상된다.

경화된 RFL 테스트 샘플을 분석하기 위해 1.6Hz에서 0.1% 변형률로 설정되고 인장-인장 모드로 설정된 RSA 테스트 장치 세트를 사용하였다. 약 -70℃ 내지 약 170℃의 온도 범위에 걸쳐 탄성 계수를 결정하였다. 20℃ 및 100℃에서 취한 온도 판독에 대한 결과가 표 2에서 관련된 표제 하에서 아래에 설명된다.

표 2에 예시된 각각의 벨트에 있어서, X-HNBR RFL 만을, 혹은 RFL 합성물에 참가된 카본 블랙의 보다 낮은 비율을 포함하도록 표 2에 따라 개량된 바와 같이 전술한 탄소 섬유사에 아래와 같이 코드 처리제로 도포하였다. 제1의 단계에서, 트위스팅 처리되지 않은 섬유사를 적절한 X-HNBR RFL 혹은 탄소 블랙-개량형-X-HNBE RFL 용액을 담고 있는 탱크에 침지시켰다. 본 발명에 따라 코드 처리제를 코드에 도포하기 위해 임의의 방법을 사용할 수 있지만, 전술한 예시된 실시예들에 있어서 탄소 섬유사의 필라멘트를 상기 함침 단계 동안 섬유의 노출 면적을 증대시켜 그곳에 도포된 RFL 코드 처리제의 양을 증가시키기 위해 펼쳤다. 이러한 펼치기는 각각 직경이 1mm이면서 서로 34mm 만큼 분리되어 있는 2개의 핀 둘레로 섬유사를 통과시킴으로써 달성되었고, 또 RFL 처리제에 침지하고 섬유사 내에서 개방되는 경향을 만들고 그것의 필라멘트가 상기 핀과 접촉하는 대부분의 라인을 점유하도록 펼치는 섬유사의 통로에 수직하게 배치함으로써 달성되었다. RFL 합성물-함유 침지 탱크 내에 있는 동안 상기 섬유사 상의 장력은 40 내지 50 그램으로 제어하였다. 그 후 상기 섬유사를 과도한 처리제를 제거하고 코드 처리제의 침투를 향상시키도록 탱크로부터 제거되자마자 0.81mm 직경의 강철 다이를 통과시켰다. 그 다음 섬유사를 2개의 오븐을 통과시켰다. 오븐 각각의 길이는 3미터이고, 각각의 오븐에 섬유사의 체류 시간을 4.5초로 하였다. 제1의 오븐 내에서의 평균 오븐 온도를 145.8℃로 하였다. 제2의 오븐 내에서의 평균 오븐 온도를 아래의 표에 표시한 바와 같이 약 231.5℃, 267.0℃ 및 302.5℃로 하였다. 비록 특별한 이론 혹은 실시를 한정하려는 의도는 아니지만, 아래에 도시된 실시예들에 따라 충분한 노출 기간 동안 상대적으로 낮은 제1의 상승된 온도와 상대적으로 높은 제2의 상승된 온도 양자에 처리된 코드를 노출시키는 것은 코드를 건조하기 위한 효과적인 수단, 즉 RFL 합성물의 라텍스 부분으로부터 상당량의 잔류 수분을 제거하고, 또한 RFL 합성물의 레조르시놀-포름알데히드 부분의 적어도 일부가 RFL 합성물 및 탄소 코드 자체의 라텍스 부분의 적어도 일부와의 반응을 일으켜 코드에 코드 처리제의 점착력을 증대시키기 위한 수단을 제공한다.

아래에 설명한 실시예를 위해 처리된 코드를 처리하기 위해 비록 2개의 오븐을 사용하였지만, 이러한 조작은 단일의 오븐 혹은 등가물의 장치에서 추가로 일어날 수 있는 단일의 조작으로 달성될 수 있다는 것으로 인식되어야 한다. RFL 픽업, 즉 표 2에 설명한 각 경우에서 제2의 오븐으로부터 출현하자마자 섬유사에 혹은 그 내부에 도포된 코드 처리제의 양은 섬유사의 최종 건량 기준으로 20.45 내지 21.0% 이었다. 이를 위해 그리고 다른 모든 실시예를 위해, 코드 처리제 도포 및 프로세싱 이후 그리고 16시간 동안 105℃ 분위기에 도포 및 처리된 섬유사의 노출 이후 10미터 길이의 섬유사의 중량 증가를 측정함으로써 코드 처리제 픽업을 결정하였다.

건조 오븐으로부터 출현하자마자, 표 V-5 경도 테스터를 사용하여 단일 코팅된 섬유사 샘플의 경도를 결정하였으며, 예상하고 있는 바와 같이 코팅된 코드의 경도는 코드 처리제의 탄성 계수와 연관이 있었다. 상기 실시예에서 사용되고 상기 방법에 따라 분석된 타입의 각각의 코팅된 섬유사의 경우, 코드 경도의 상대적인 측정치를 산출해 내기 위해 10 측정 단위의 평형량을 사용하였다. 그 결과로 얻은 값을 표 2에 기록하였다.

이렇게 도포 및 처리된 코드의 수분 함량, 즉 RFL 합성물의 라텍스 부분에 의해 주로 제공된 잔류 수분을 도포 및 처리된 섬유사를 16시간 동안 105℃에 노출시킨 후 그것의 10 미터 섹션의 중량 손실을 측정함으로써 추가로 결정하였고, 그 결과를 표 2에 기록하였다.

각각의 실시예 및 비교예에 있어서, 처리된 섬유사들 중 2개를 미터 당 80회의 트위스트 비율로 METUMAT 트위스팅 머신(Memmingen Co. 에서 입수 가능)을 이용하여 소정의 장력 하에서 서로 트위스팅 처리를 행하였다. 이 머신을 30%의 브레이크에 설정하고, 600g 패키지 리프트 방출 장력(let-off tension)을 사용하였다. 코드의 구조를 6K-2로 하였으며, 다시 말해서 코드를 형성하도록 서로 트위스팅 가공된 2개의 6000 필라멘트 TORAYCA-T400 HB 40D 6K 섬유사로 하였다.

그 다음, Henkel에서 제품명 CHEMOSIL 2410으로 시판되고 있고 크실렌에서 8.2%의 고체를 초래하는 30%의 고체 합성물을 포함하는 보호용의 코팅을 코드와 벨트 구성 부재의 둘레 사이에 접착력을 향상시키기 위해 각각의 코드에 도포하였다. 이를 위해, 트위스팅 가공된 코드를 1kg의 장력 하에서 풀어 전술한 제2의 처리제를 담고 있는 탱크 속으로 침지시킨 다음 90℃에서 분당 18 미터의 속도로 8 미터 길이의 오븐을 통과시켰다. 건조 후, 코드를 이러한 동일한 단계에서 2회째 노출시켰다. 처리된 코드에서 이러한 보호용의 코팅의 픽업 레벨은 처리된 섬유사의 건조 중량을 기준으로 5% 미만이었다.

표 2에 설명된 각각의 실시예와 비교예에 대한 전술한 바와 같은 2개의 벨트들을 만들어 아래와 같이 분석하였고, 24시간 및 48시간의 테스트 후 개개의 벨트로부터 얻은 결과를 제공하였다. 표 2에 보고된 바와 같이 영구 벨트 길이 성장을 결정하기 위해, 각각의 벨트를 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 6개의 풀리(32, 40, 36, 38, 34, 42)로 이루어진 장치(30) 둘레에서 끌리도록 하였다. 구동 풀리(32)와 풀리(40)에는 각각 9.525 피치에서 벨트 이와 맞물리도록 19개의 스프로킷 홈들이 형성되어 있다. 평이한, 즉 치형이 없는 풀리(34, 38)의 직경을 50mm로 하고, 평이한 인장 풀리(42)의 직경을 70mm로 하였다. 테스트 장치는 테스트 장치를 내장하면서 그 내부를 테스트 전체에 걸쳐 100℃로 유지시키는 챔버로 구성된다. 벨트를 구동 풀리(32)에서 6,200rpm으로 풀리(42)에 가해진 설치 장력을 200N으로 하여 부하가 없는 상태에서 반시계 방향으로 장치 상에서 작동시켰고, 그리고 벨트 길이 증가(즉, 벨트 성장)를 24시간의 테스트 이후에 다시 48시간의 테스트 이후에 단일 벨트에 대해 각각의 기간의 말기에서 벨트의 원래의 길이로부터 증가된 백분율로서 측정하였다. 본 명세서 전반에 걸쳐 이러한 테스트를 "고온 벨트 성장 분석"으로 칭할 것이다.

	비교예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
X-HNBR RFL 합성물에 첨가된 카본 블랙의양(중량%,습량)	0.0	0.0	0.0	4.0	8.0	4.0
20℃에서 RFL 필름의 탄성 계수(dynes/cm²)	5.7×10⁷	5.7×10⁷	5.7×10⁷	1.0×10⁸	8.2×10⁸	1.0×10⁸
100℃에서 RFL 필름의 탄성 계수(dynes/cm²)	2.2×10⁷	2.2×10⁷	2.2×10⁷	3.5×10⁷	1.6×10⁸	3.5×10⁷
평균 오븐 온도, 영역1(℃)	145.8	145.8	145.8	145.8	145.8	145.8
평균 오븐 온도, 영역2(℃)	231.5	267.0	302.5	231.5	231.5	267.0
코드 수분 함량(% H₂O)	7.1%	6.4%	3.3%	15.5%	12.4%	2.4%
코드 경도(평균)(10 단위 평형량)	56.4	58.0	-	73.6	82.4	86.0
24시간 이후의 벨트 성장(%)	0.121 0.093	0.071 0.093	0.104 0.082	0.055 0.104	0.098 0.087	0.093 0.082
48시간 이후의 벨트 성장(%)	0.132 0.115	0.071 0.093	0.098 0.109	0.044 0.082	0.131 0.093	0.087 0.099

동일한 코드 처리 RFL 용액에 대해 일정한 온도에서 노출 기간을 유지하면서 코드 처리 프로세스 도중에 코드의 제2의 단계 건조 온도 변화의 효과는 표 2에 기록된 비교예 1에 대한 결과와 실시예 2와 실시예 3에 대한 결과로부터 알 수 있을 것이다. 이러한 결과는 전술한 바와 같이 약 267℃의 오븐 온도인 제2의 영역에서 24시간 및 48시간 이후의 벨트 길이 증가를 벨트의 원래 길이로부터 측정할 때 0.1% 미만(실시예 2)이고, 보다 더 낮은 오븐 온도(비교예 1)와 더 높은 오븐 온도(실시예 3)의 제2의 영역에서 24시간 및 48시간 이후의 측정 모두에서 하나 또는 그 이상의 경우에 0.1% 보다 큰 벨트 길이 증가가 발생한다는 것을 나타낸다. 따라서 코드가 주어진 노출 기간 동안 노출되는 상승된 온도와 코드 처리 프로세싱 동안 RFL 합성물은 코드를 포함하는 벨트의 최종 특성에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 더욱이 상기 코드를 합체하는 벨트에 대해 최소 영구 벨트 길이 증가가 발생하게 될 전술한 특정의 합성물에 대해 주어진 노출 기간 동안 최적의 온도 범위가 존재한다는 것을 알 수 있다.

어떤 특정한 이론으로 제한하려는 의도는 아니지만, 상기 단계에서 상기 노출 기간 동안 너무 낮은 노출 온도 예컨대, 비교예 1에서 약 230℃는 RFL의 라텍스 성분의 약간의 부분이 액체로 잔류하게 하고 및/또는 너무 낮은 라텍스 성분의 경화 정도를 초래하게 만들어 건조된 필름 샘플에 대한 보고된 것보다 상대적으로 더 낮은 RFL 탄성 계수를 초래한다는 것으로 간주된다. 전자는 예컨대, 비교예 1 및 실시예 2와 이들 각각의 벨트 성장 결과에 기록된 각각의 수분 함량에 의해 지지된다. 상기 단계에서 상기 노출 기간 동안 너무 높은 노출 온도 예컨대, 비교예 3에서 약 300℃는 처리된 코드로부터 더 많은 양의 수분의 제거를 초래하지만, 후술하는 바와 같이 매우 높은 코드 경도가 되는 점까지 제거를 초래하는 것으로 간주된다. 더욱이 현재에는 지나치게 높은 온도 및/또는 노출 기간은 또한 건조된 필름 샘플에 대해 기록된 것에 비해 그것의 보고된 벨트 성장 결과를 반영할 때 불만족스러운 레벨까지 RFL 용액의 라텍스 성분의 적어도 일부의 경화에 높은 정도로 영향을 미칠 수 있다는 것으로 간주된다. 과도하거나 장기간의 상승 온도에서의 노출은 또한 RFL, 특히 상대적으로 낮은 열 저항을 지닌 고무 라텍스와 혼합되는 그러한 합성물을 저하시킬 수 있다. 어느 경우라도 수용할 수 없는 레벨의 영구적인 벨트 길이 증가가 일어난다.

이러한 현상은 처리된 코드가 노출되었던 온도에서만 차이가 있는 실시예 4와 실시예 6에서 기록된 결과에서 더욱 명백해진다. 양자 벨트들은 우수한 벨트 성장 저항을 나타내었지만, 단지 2.4%의 잔류 수분을 포함하는 부수적으로 실시예 4에 대해 기록된 것보다 코드 경도가 증가된 예 6의 벨트는 실시예 4보다 더 약간 빈약한 벨트 성장 저항을 나타내었다. 따라서 지나치게 높은 코드 경도 및 이에 부수적으로 낮은 잔류 수분 함량은 적절한 코드 처리 적용 범위에 방해 혹은 배제시킬 수 있지만, 전술한 바와 같이 상대적으로 경질의 코드는 상대적으로 더 낮은 경도를 나타내는 코드를 포함하는 벨트에 비해 실제로 현저하게 향상된 벨트 성장 저항을 초래하는 것으로 간주된다.

너무 낮은 탄성 계수를 지닌 RFL의 경우, 벨트 성장은 탄소 섬유의 개개의 필라멘트에 의해 겪게 된 마찰 및 마모의 증가로 인해 낮은 탄성 계수의 RFL 물질에 의해 충분하게 보호되지 않기 때문에 인장 부재의 감소된 강도를 초래하는 것으로 간주된다.

너무 높은 탄성 계수를 지닌 RFL의 경우, 벨트 성장은 탄소 섬유사의 필라멘트가 경질의 RFL 코드 처리로 코팅된 이후 그것의 트위스팅 가공 동안 섬유사의 버클링(buckling)의 결과로서 손상되는 것으로 간주된다. 이렇게 극도로 높은 탄성 계수의 물질의 결과로 생긴 코드의 경도는 탄소 섬유사의 필라멘트가 이것의 트위스팅 가공된 형상에서 서로 효율적으로 및/또는 충분하게 패킹되는 것을 방지하여 벨트 합성물 구조에서 상대적으로 다량의 공극 공간을 남기게 되는 것으로 간주된다. 결과적으로, 벨트가 하중 하에서 구동될 때, 이러한 공극 공간은 붕괴되고 벨트는 성장, 즉 벨트의 원래의 길이로부터 증가한 백분율로 측정할 때 성장을 나타낸다. 이와는 반대로, 상기 제2의 단계에서 상기 노출 기간 동안 그리고 이들의 특정 성분에서 최적의 온도 예컨대, 실시예 2에서 약 26℃로 노출될 때, 유리하게 감소된 수분 함량 및/또는 최적의 RFL 탄성 계수가 되도록 해주는 경화 정도가 달성되고, 최소의 영구적인 벨트 성장을 나타내는 벨트가 생긴다.

라텍스의 경화 정도 및/또는 코드 처리에 있어서 잔류 수분(나아가 코드 경도)을 변화시킴으로써, RFL 합성물에 카본 블랙의 추가는 상기 물질의 탄성 계수를 증가시키는 영향을 갖는다. 일정한 처리 온도와 노출 기간에서 RFL 합성물에 미량의 카본 블랙을 첨가하는 영향은 표 2의 비교예 1과 실시예 4 및 실시예 5에 대해 기록된 탄성 계수와 벨트 성장 결과에서 알 수 있다. 이러한 결과는 카본 블랙을 X-HNBR RFL 합성물(비교예 1)에 첨가하지 않을 때, 0.1%를 초과하는 영구적인 벨트 성장이 24시간 및 48시간의 테스트 이후에 일어난다. 이와 유사하게, 8중량%의 카본 블랙이 X-HNBR RFL 합성물(실시예 5)에 첨가될 때, 0.1%를 초과하는 영구적인 벨트 성장이 일례로 현저하게 높은 탄성 계수의 코드 처리를 포함하는 벨트에 대해 48시간의 테스트 이후에 일어난다. 일례에서 24시간 이후에 0.1%의 초과하는 영구적인 벨트 길이의 증가는 48시간의 테스트 이후에 0.1% 이하의 벨트 성장이 생기게 하는데 반해, 4중량%의 카본 블랙을 X-HNBR RFL 합성물에 첨가하는 것은 이전의 비교예 혹은 비교예가 아닌 예(실시예 4) 사이의 합성물의 탄성 계수가 생기게 한다. 실시예 4에 기록된 벨트 성장 결과에 관하여, 일례에서 벨트 성장 레벨은 실제적으로 24시간의 읽기에서 48시간 이후에 취한 것으로 감소하게 되는 것으로 관찰될 것이다. 일반적으로, 벨트 성장은 테스트 시간의 감소에 따라 증가하지만, 몇몇 경우에서 벨트는 하나 또는 그 이상의 탄성중합체의 벨트 성분의 팽창 및/또는 측정 에러를 통해 약간의 수축을 나타낼 수도 있다. 따라서 RFL 코드 처리제에 카본 블랙의 첨가는 코드 처리제의 탄성 계수에 나아가 이러한 코드 처리제를 이용하여 처리된 코드를 포함하는 벨트의 최종 특징에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 더욱이, 이렇게 처리된 코드와 합체하는 벨트에 최소의 영구적인 벨트 길이 증가가 일어나는 RFL 코드 처리를 위한 최적의 카본 블랙의 레벨이 존재하는 것을 알 수 있다.

특히, 주어진 프로세싱 조건(즉, 상승된 온도와 노출 기간) 세트에서 너무 적은 혹은 너무 많은 카본 블랙이 X-HNBR RFL 합성물에 첨가될 때 받아들일 수 없는 레벨의 영구적인 벨트 성장이 발생하며, 이는 양자의 경우에 RFL 코드 처리의 바람직하지 못한 탄성 계수와 전술한 바와 같이 그것과 관련된 부수적인 문제점으로 인한 것으로 간주된다. 이와는 반대로, 최적의 RFL 탄성 계수가 달성될 때, 예컨대 적절한 양의 카본 블랙을 X-HNBR RFL 합성물(즉, 실시예 4에서 4phr)에 첨가할 때, 최소 레벨의 영구적인 벨트 성장이 발생하여, 특히 48시간 고온 벨트 성장 테스트 하에서 보고된 바와 같이 일어난다. 따라서 X-HNBR RFL 합성물로서 표 1에 기재된 특정의 구성에 대해 그리고 관련 실시예에 사용된 프로세싱 조건들에 있어서, 카본 블랙이 소망하는 RFL 탄성 계수를 얻기 위해 본 발명에 따라 사용될 경우, RFL 용액의 습량 기준으로 약 0.5% 내지 약 10%; 양호하게는 습량 기준으로 약 2% 내지 약 7.5%; 가장 양호하게는 습량 기준으로 약 3% 내지 약 5%가 사용된다.

탄성중합체의 라텍스 타입을 포함하는 인자의 수가 RFL 합성물의 탄성 계수에 영향을 미치도록 변할 수 있기 때문에, 당업자들은 전술한 X-HNBR RFL 합성물에 추가하여 카본 블랙의 양호한 양에 대해 전술한 범위는 다른 합성물 및/또는 다른 처리된 코드 프로세싱 조건에 반드시 효과적이거나 충분할 필요가 없다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서 본 발명에 따라 주로 RFL 합성물의 탄성 계수를 증가시키기 위해 사용될 때, 상기 합성물의 습량 기준으로 약 25% 이내의 카본 블랙의 양이 효율적일 수 있다. 이러한 양은 사용시 RFL 합성물의 습량 기준으로 약 1% 내지 약 20%가 바람직하고, 습량 기준으로 약 3% 내지 약 15%가 더 바람직하다.

이러한 분석에서 유추하고 또 표 2에서 상기 기록된 실시예 2, 4, 6에 대한 결과와 일치하는 결과를 사용함으로써, 프로세싱 조건에 노출 후 RFL 코드 처리제의 탄성 계수는 전술한 바와 같이 코드의 경도에 부적절한 영향을 미치지 않고 RFL로부터 상당량의 수분을 제거하기에 충분하거나 또는 임의의 다른 공정(들)은 20℃의 온도에서 그것의 탄성 계수가 양호하게는 약 1.0×10⁷dynes/cm²(1.0×10⁶Nm^-2) 내지 약 5.0×10⁸dynes/cm²(5.0×10⁷Nm^-2); 보다 양호하게는 약 3.0×10⁷dynes/cm²(3.0×10⁶Nm^-2) 내지 약 3.8×10⁸dynes/cm²(3.8×10⁷Nm^-2); 더욱 더 양호하게는 약 3.5×10⁷dynes/cm²(3.5×10⁶Nm^-2) 내지 약 3.5×10⁸dynes/cm²(3.5×10⁷Nm^-2); 가장 양호하게는 약 7.0×10⁷dynes/cm²(7.0×10⁶Nm^-2) 내지 약 3.0×10⁸dynes/cm²(3.0×10⁷Nm^-2)가 되도록 코드 처리제를 적절하고 충분하게 건조시키기에 충분하다. 100℃에서 RFL 코드 처리제의 탄성 계수는 약 5.0×10⁶dynes/cm²(5.0×10⁵Nm^-2) 내지 약 4.0×10⁸dynes/cm²(4.0×10⁷Nm^-2)의 범위인 것이 양호하며, 약 1.0×10⁷dynes/cm²(1.0×10⁶Nm^-2) 내지 약 2.5×10⁸dynes/cm²(2.5×10⁷Nm^-2)의 범위인 것이 더욱 양호하며, 약 1.8×10⁷dynes/cm²(1.8×10⁶Nm^-2) 내지 약 2.7×10⁸dynes/cm²(2.7×10⁷Nm^-2)의 범위인 것이 더욱 더 양호하며, 약 2.5×10⁷dynes/cm²(2.5×10⁶Nm^-2) 내지 약 1.0×10⁸dynes/cm²(1.0×10⁷Nm^-2)의 범위인 것이 가장 양호하다.

전술한 바와 같이, RFL 용액의 탄성 계수를 본 명세서에 효과적이라고 밝힌 범위 내에 속하도록 하기 위한 방법은 본 발명의 실시예에 동등하게 잘 적용될 것이다. 따라서 예컨대 RFL의 포름알데히드 : 레조르시놀 중량비를 증가시킴으로써 RFL 탄성 계수의 증가 효과가 있다는 것으로 밝혀졌다. 예컨대, 약 0.75 내지 약 2.0, 양호하게는 약 1.0 내지 약 1.75, 가장 양호하게는 약 1.1 내지 약 1.4의 X-HNBR RFL 합성물로서 표 1에 기재된 합성물에 대한 포름알데히드 : 레조르시놀 중량비는 건조된 합성물이 전술한 유효 범위에 속하는 탄성 계수를 나타내도록 하기 위해 달성될 수 있다. 더욱이 전술한 바와 같이, 블록 이소시아네이트 (blocked isocyanate) 합성물이 탄성 계수를 증가시키기 위해 RFL 용액에 첨가될 수 있다. 따라서 예컨대, 결과로 생긴 합성물의 탄성 계수를 증가시키기 위해 X-HNBR RFL 합성물로서 표 1에 기재된 성분에 EMS 컴패니에서 제품명 GRILBOND IL-6으로 시판하고 있는 50% 고체 레벨의 블록 이소시아네이트가 첨가된다. 표 1에 설명된 합성물에 사용하기 위해 50% 고체 물질의 적절한 양은 탄성중합체를 100으로 할 때 0 내지 25 중량부(phr); 양호하게는 약 2 내지 약 15phr; 가장 양호하게는 약 5 내지 10phr이기 때문에 RFL 용액에 첨가된 블록 이소시아네이트의 양은 RFL 합성물의 건량 기준으로 약 4.6 내지 약 9.3%가 바람직하다.

추가적으로, 건조된 형태로 RFL 합성물의 탄성 계수는 RFL 용액에서 레조르시놀/포름알데히드 수지("RF 수지") 성분에 대한 탄성중합체 라텍스 성분의 중량비의 조정을 통해 증가될 수 있다. 따라서 예컨대, 표 1에서 설명한 성분과 관련하여, 라텍스 대 RF 수지의 중량비는 13.17이었지만 약 5 내지 약 20, 양호하게는 약 7.5 내지 약 17, 가장 양호하게는 약 10 내지 약 15일 수도 있다. 더욱이, RFL 합성물의 라텍스 성분은 최종 건조된 RFL 탄성 계수에 영향을 주기 위해 제2의 탄성중합체 라텍스로 혹은 임의의 2개 이상의 탄성 중합체 라텍스의 조합으로 전체적으로 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 특정한 실시예에 따른 효과를 나타내는 예들이 아래의 실례 Ⅱ에 제공된다.

당업자들은 RFL 코드 처리제의 탄성 계수를 조정하기 위한 다수의 기술들을 본 발명에 따라 채택할 수 있고, 더욱이 2개 혹은 그 이상의 전술한 비제한적인 기술들을 주어진 RFL 합성물에 대해 전술한 효과적인 RFL 탄성 계수 레벨을 얻기 위해 조합될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서 예컨대 아래의 실례 Ⅱ에서 나타낸 바와 같이, RFL 합성물의 탄성 계수가 유효 범위 내에 속하도록 카본 블랙의 유효량은 RFL 용액에 사용된 탄성중합체 라텍스의 특정의 타입에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 아래의 실례 Ⅱ에 제공된 결과에 표시된 바와 같이, 카르복실화 하지 않은 HNBR 탄성중합체 라텍스를 RFL 합성물에 사용된 카르복실화한 HNBR로 대체하거나 그렇지 않으면 표 1에 기재된 것과 실질적으로 유사한 것으로 대체될 때, 전술한 절차에 따라 20℃ 및 100℃에서의 결과로 생긴 합성물의 탄성 계수는 탄성중합체 라텍스 성분으로서 카르복실화한 HNBR를 사용한 합성물에 의해 나타난 것보다 더 높았다는 사실을 발견하였다.

실례 Ⅱ

전술한 바와 같이 탄소 섬유의 인장 코드 부재를 사용하고 또 코드 처리제로서 전술한 유효 범위 내에 속하는 탄성 계수를 나타내는 RFL 합성물을 사용하는 치형 전동 벨트는 100℃ 고온 벨트 성장 분석 하에서 48시간 후에 측정할 때 원래의 벨트 길이를 기준으로 0.1% 이하의 감소된 벨트 성장을 나타내고, 그리고 전술한 유효 범위를 벗어난 탄성 계수를 나타내는 RFL 합성물로 처리된 탄소 섬유 인장 코드 부재를 사용하는 전술한 벨트는 상기 기술에 따라 측정할 때 0.1% 이상의 벨트 성장을 나타낼 것으로 예상된다. 이를 예시하기 위해, 실례 Ⅰ에서 실질적으로 설명되지만 아래에 변형된 바와 같고, 그리고 그 탄소 섬유 코드 처리제로 후술하는 바와 같이 변형된 표 3에 도시된 RFL 합성물과 합체되는 탄소 섬유 인장 코드를, 실례 Ⅰ에서 실질적으로 전술한 치형 전동 벨트에 합체하도록 준비하였다.

탄성중합체의 라텍스 타입, 코드의 인장 계수, RFL 합성물의 탄성 계수에 영향을 미치는 프로세싱 조건의 효과 및/또는 샘플 벨트에 의해 나타난 결과로서 생긴 벨트 성장을 예시하기 위해, 표 1의 X-HNBR RFL 합성물에 대해 실질적으로 전술한 바와 같이 준비되지만 카르복실화한 HNBR 라텍스 대신에 또 다른 단일의 탄성중합체 라텍스 타입이나 혹은 2개의 탄성중합체 라텍스 타입의 화합물을 사용한 추가의 RFL합성물을 준비하였다. 각각의 경우 RFL 합성물을 위해 1.274의 포름알데히드 : 레조르시놀의 비와, 13.17의 라텍스 : 레조르시놀-포름알데히드 수지의 비가 되도록 하였다.

니폰 제온에 의해 제품명 ZETPOL A로 시판되고 285.86 중량부로 카르복실화 되지 않은 HNBR 라텍스를 하나의 RFL 합성물로 대체하였고, 이하 본 명세서에서 "HNBR RFL 합성물"로 언급될 것이며, 이는 표 1의 RFL 합성물로 도시된 바와 같이 88 중량부 대신 단지 52 중량부의 탈이온수를 추가로 포함한다. 상기 특정한 실시예에서 단지 52 중량부의 탈이온수를 사용하였지만, 몇몇 상황에서는 예컨대 용액의 안정성과 보존 수명을 향상시키기 위해 추가의 탈이온수를 사용할 수 있기 때문에 최종 RFL 용액 합성물에 대한 습량 백분율 기준으로 표현된 고체 레벨은 일반적으로 약 25 내지 35; 양호하게는 약 27 내지 35, 가장 양호하게는 약 30 내지 33으로 된다.

다음 실시예에 따르면, 이하 본 명세서에서 "XHNBR-VP/SBR RFL 합성물"로 언급될 제1의 화합물은 표 1에 설명된 RFL 형식에 사용된 40% 고체 카르복실화한 HNBR 라텍스의 143 중량부와, RFL 합성물의 탄성중합체 라텍스로서 Omnova Solutions에서 제품명 GENTAC FS 118로 시판되는 41% 고체 VP/SBR 라텍스의 140 중량부의 화합물을 사용하였다.

이하 본 명세서에서 "XHNBR/EPDM RFL 합성물"로 언급될 다음 실시예에 따르면, 표 1에 설명된 RFL 합성물에 사용된 40% 고체 카르복실화한 HNBR 라텍스의 142.93 중량부와, The Lord Corporation에서 제품명 CHEMLOK E0872(현재는 EP872)로 시판되는 50% 고체 EPMD 라텍스의 115.20 중량부의 화합물을, 도 1에 도시된 바와 같이 88 중량부 대신 52 중량부의 탈이온수를 사용한 RFL 합성물의 탄성중합체 라텍스 부분으로서 사용하였다.

이하 본 명세서에서 "EPDM RFL 합성물"로 언급될 다음 실시예에 따르면, The Lord Corporation에서 제품명 CHEMLOK E0872로 시판되는 50% 고체 EPMD 라텍스의 180 중량부를, 도 1에 도시된 바와 같이 88 중량부 대신 182 중량부의 탈이온수를 사용하고 더욱이 단지 1 중량부의 암모니아수, 8중량부의 레조르시놀-포름알데히드 수지 및 2.5 중량부의 포름알데히드를 사용한 RFL 합성물의 탄성중합체 라텍스 부분으로서 사용하였다. 각각의 성분의 양의 차이는 다른 대표적인 RFL 합성물에 대한 높은 고체 함량과, 그것의 결과로 생긴 더 높은 안정도에 기인하였다. 상기 합성물은 그러나 실질적으로 표 1에 설명한 RFL 합성물에 대해 제공된 설명에 따라 준비하였다.

전술한 구성에 추가하여, 각각의 보고된 예에서 코드 처리제로서 사용하기 위해 표 3에 요약된 특정의 실례에 사용된 각각의 조성물은 또한 선택적인 성분으로서 Heveatex에서 제품명 HEVEAMUL M-111b 로 시판되는 45%의 고체 왁스 분산제의 4.3 습량 기준%(18 중량부)와 41%의 수용성 요소 용액의 6.50 습량 기준%(27.2 중량부)를 포함한다. 표 3에 표시된 바와 같이 산화 방지제를 사용할 경우, Goodyear Chemical Co.에서 제품명 AQUANOX 29로 시판하는 산화 방지제의 2 습량 기준%(8.4 중량부)을 사용하였다. 표시된 카본 블랙을 사용할 경우, 실례 Ⅰ에서 전술한 그 카본 블랙의 동일한 타입 및 상대적인 비율을 사용하였다. VP/SBR을 포함하는 상기 합성물에 있어서, 사용한 VP/SBR을 Goodyear Chemical Co.에서 제품명 VP16S로 시판하는 41%의 고체 타입으로 하였다.

아래의 표 3에 그 벨트 성장 데이터가 제공된 각각의 성분들을 아래의 설명한 것만 제외하고 탄소 섬유사에 실례 Ⅰ에 대해 전술한 설명에 따라 도포하였다. 그러나 관찰된 벨트 성장의 정도에 미치는 RFL 합성물의 탄성 계수의 영향을 예시하기 위해 표 3에 도시된 바와 같이 이들 합성물을 카본 블랙 혹은 산화 방지제 레벨 혹은 프로세스 온도 혹은 노출 기간의 변화에 따라 변경시켰다.

실례 Ⅰ에서 전술한 바와 같이 사용된 특별한 탄소 섬유 타입(이하 본 명세서에서 "T400" 으로 언급)에 추가하여, 230GPa 의 인장 계수, 800 tex의 단위 길이당 질량, 12,000의 필라멘트 카운트를 지니고 토레이에서 제품명 TORAYCA-T700 GC 12K 41E로 시판하고 있는 제2의 탄소 섬유 타입(이하 본 명세서에서 "T700"으로 언급)을 아래의 표에 기재된 바와 같이 사용하였다.

각각의 경우, 1.1mm 직경의 다이를 통해, 그 다음 표 5에 도시된 온도에서 분당 30미터의 속도로 길이가 3미터인 제1의 건조 오븐을 통해, 그 다음 표 5에 도시된 온도에서 분당 30미터의 속도로 길이가 5미터인 제2의 경화 오븐을 통해 각각 RFL 합성물을 포함하는 침지 혹은 딥 탱크로부터 출현하자마자 T400 혹은 T700을 통과시켰다. T400 섬유사를 실례 Ⅰ에서 전술한 바와 같이 추가로 가공하였으나, T700 섬유사는 쌍이 아닌 단일의 회수로 약 50g의 장력 하에서 미터 당 80 권선의 속도로 트위스팅 처리하였으며, 그 결과로 생긴 코드를 실례 Ⅰ에 설명된 바와 같이 보호용의 코팅으로서 CHEMOSIL 2410과 함께 처리하였다. EPDM RFL 합성물 실시예 11 및 실시예 12에 있어서, 미터당 60 권선의 트위스트를 사용하였다. 더욱이 RFL 코드 처리제 함유 딥 탱크를 통한 T700 코드의 침지 동안 그것에 대해 100g의 장력을 유지하였다.

탄성 계수를 결정하기 위해, 표 3에 설명한 벨트 견본을 위해 RFL 합성물 코드 처리에 사용한 바와 같은 왁스 분산제, 산화 방지제, 또는 요소를 RFL 합성물 테스트 샘플에 사용하지 않았고, 이 샘플로부터 탄성 계수를 측정하여 그 결과를 표 3에 기록하였다. 이는 다시 코드 처리 프로세싱 조건에 대한 실례 Ⅰ을 통해 설명한 것을 제외하고 여러 가지 형태의 합성물의 탄성 계수 각각에 영향을 미치지 않는 것으로 간주된다. 소정 범위의 온도에서 각각의 경우 탄성 계수를 결정하기 위해 실례 Ⅰ에 전술한 절차에 따라 그리고 전술한 바와 같은 절차에 따라 테스트 샘플을 준비하였고, 그 결과를 표 3에 기록하였다.

RFL 딥 탱크와 프로세싱 오븐으로부터 이 섬유사가 출현하자마자 아래에 설명된 여러 실시예와 비교예에 대해 단일 코팅의 섬유사의 경도를 다시 확인하였고, 결과가 얻어질 경우 그것을 아래의 표에 설명하였다. 그러나 T700 코드를 사용하는 이들 실시예 및 비교예에 있어서, T400 코드에 대한 전술한 코드의 더 큰 질량은 의미 있는 상대적인 결과를 얻기 위해 더 큰 평형량의 사용을 필요로 하기 때문에 500 측정 단위의 Taber V-5 경도 테스터 평형량을 사용하였다. 처리된 코드 견본의 수분 함량과 코드 처리제 픽업 레벨을 실례 Ⅰ에서 전술한 절차에 따라 각 경우에 결정하였다.

48 시간의 테스트 대신 100 시간의 테스트 이후에 그 결과를 구하는 것만 제외하고, 실례 Ⅰ과 관련한 전술한 절차에 따라 벨트 성장 결과를 얻었다. 이러한 측정치는 보다 48시간의 값보다 더 혹독하다는 것으로 간주된다. 일반적으로, 적절한 프로세스 조건 하에서, 즉 본 명세서에 설명된 바와 같이 100 시간의 테스트에 의해 처리된 코드를 건조하는 조건을 이용하면 벨트 성장의 속도가 일정하다는 사실이 밝혀졌다. 이와는 반대로, 부적절하게 가공된 코드에 대해, 예컨대 불충분하게 및/또는 불균일하게 건조된, 혹은 불충분한 RFL 픽업을 지닐 경우, 벨트 성장은 일반적으로 안정화되지 않고 계속해서 높게 유지된다. 더욱이, 전술한 바와 같이 매우 드문 상황을 제외하고, 100 시간의 테스트 이후 0.1% 미만의 벨트 성장을 나타내는 벨트는 이와 유사하게 단지 48 시간의 테스트 이후 0.1% 미만의 벨트 성장을 나타내었다.

	실시예 7	실시예 8	실시예 9	실시예 10	실시예 11	실시예 12
탄소 섬유 타입	T400	T700	T700	T700	T700	T700
RFL 코드 처리제	HNBR RFL	HNBR RFL	HNBR/VPSBR RFL	HNBR/EPDM RFL	EPDM RFL	EPDM RFL
카본 블랙 첨가(phr)	0.0	0.0	4.0	0.0	0.0	0.0
산화 방지제 첨가 (phr)	0.0	0.0	2.0	0.0	0.0	0.0
20℃에서의 탄성 계수 (dynes/cm²)	3.9 ×10⁸	3.9 ×10⁸	2.0 ×10^8*	2.3 ×10⁸	3.8 ×10⁷	3.8 ×10⁷
100℃에서의 탄성 계수 (dynes/cm²)	2.3 ×10⁸	2.3 ×10⁸	7.6 ×10^7*	6.9 ×10⁷	1.95 ×10⁷	1.95 ×10⁷
평균 오븐 온도 영역 1(℃)&노출 기간(s)	4.5초 동안 145.8℃	6.0초 동안 145.8℃	6.0초 동안 145.8℃	6.0초 동안 145.8℃	6.0초 동안 145.8℃	12.0초 동안 120℃
평균 오븐 온도 영역 2(℃)&노출 기간(s)	4.5초 동안 267.0℃	6.0초 동안 249.3℃	6.0초 동안 249.3℃	6.0초 동안 249.3℃	6.0초 동안 286.5℃	12.0초 동안 225℃
코드 처리제 픽업 레벨(건량%)	21.0	16.5	17.2	16.9	12.7	11.8
코드 잔류 수분 함량(%)	6.0	25.3	16.9	8.3	17.7	-
코드 경도	74.2	16.8	13.1	-	6.3	9.8
100시간에서의 벨트 성장	0.082	0.082	0.057	0.087	0.055	0.037

* 카본 블랙과 산화 방지제 첨가 이전에 합성물로부터 얻은 HNBR/VPSBR RFL 합성물에 대해 기록된 탄성 계수의 값. 카본 블랙과 산화 방지제를 구비하거나 구비하지 않은 XHNBR-RFL에 대한 표 2에 제공된 데이터에 제안된 바와 같이, 표 3에 기록된 값보다 더 높을 것으로 예상된 RFL 코드 처리제에 대한 실제 탄성 계수.

XHNBR RFL 합성물에 대해 표 2에 기록한 탄성 계수의 결과에 비해, HNBR RFL 합성물에 대한 표 3에 기록한 결과는 실질적으로 유사한 합성물인 카르복실화한 HNBR에 대한 카르복실화하지 않은 HNBR의 대체가 결과로 생긴 합성물의 탄성 계수를 현저하게 증가시키는 효과를 지니는 것을 나타났다. 그러나 이러한 증가된 탄성 계수는 예컨대 상대적으로 높은 탄성 계수와 협동하여 유사한 낮은 벨트 성장을 나타낸 표 2의 실시예 2 및 실시예 7에 비해 벨트 성장이 증가하는 추세를 초래하는 것으로 예측되고 있다. 이는 실시예 2에서 얻은 약간 높은 대응하는 값에 비해 낮은 잔류 수분과 실시예 7에 기록된 바와 같이 이에 부수적으로 더 높은 코드 경도로 인한 것으로 간주된다. 따라서 RFL 합성물에 기록된 탄성 계수의 값은 벨트 성장에 대한 저항을 결정하는 인자인데 반하여, 수분 함량과 이와 관련된 가공된 코드의 코드 경도는 전술한 결정에 대해 유사하게 관련이 있는 것으로 간주되고, 소정의 점으로 감소하는 수분(나아가 경도 증가)은 영구적인 성장의 감소를 초래한다. 실시예 8은 상대적으로 더욱 부피가 크고 복잡한 T700 코드에 적용되어 개량된 코드 프로세싱 파라미터, 즉 약간 더 낮은 프로세싱 온도 및 약간 더 긴 노출 기간을 제외하고 실시예 7에 사용된 것과 동일한 HNBR RFL 합성물의 사용을 예시하고 있다. 다시, 전술한 상대적으로 더 높은 탄성 계수의 RFL 합성물 경우라도 100 시간의 테스트 후의 우수한 벨트 성장의 결과가 얻어진다. 특히, 상대적으로 높은 수분 함량이 나타나더라도 우수한 벨트 성장 값이 얻어진다. 이러한 더 큰 부피의 코드 구조는 부파가 덜 큰 T400 코드에 비해 벨트 성장 저항에 불리한 영향을 미치지 않고 더 큰 잔류 수분 함량을 수용할 수 있다는 것으로 간주된다.

XHNBR-VP/SBR RFL 합성물 모두에 대해 표 3에 기록된 탄성 계수 결과를 표 2의 XHNBR RFL 합성물에 대해 얻었던 것과 비교하면, 카르복실화한 HNBR 라텍스의 50중량%를 실질적으로 유사한 합성물인 카르복실화한 VP/SBR 라텍스로의 대체는 결과로 생긴 합성물의 탄성 계수를 XHNBR을 전체적으로 HNBR로 대체한 것에 나타낸 정도로 증가시키는 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 그러나 예컨대 전술한 표 2의 실시예 2에 대해 기록한 것과 관련하여 코드 처리제의 더 높은 탄성 계수에도 불구하고, 실시예 10에 대한 샘플 벨트는 100 시간의 테스트 후에 벨트 성장에 대한 우수한 저항을 나타내었다. 이것은 또한 상대적으로 낮은 잔류 수분 함량과 이 실시예에 대해 기록된 부수적으로 더 높은 코드 경도에 기인한 탓으로 돌릴 수 있다.

RFL 합성물을 코드의 섬유사 및/또는 그것의 필라멘트에 적용하는 것과 관련하여, 가능한 다량의 물을 제거함으로써 사용 기간의 연장에 따라 벨트가 성장하는 경향을 감소시킬 수 있다는 점에서 유리하다는 것이 밝혀졌다. 일반적으로, 처리된 코드 프로세싱 단계를 완료하자마자, 본 실시예와 전술한 바와 같이 사용된 절차에 따라 결정되듯이 잔류 수분 함량은 약 50중량% 미만이 된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 잔류 수분 함량은 약 30중량% 미만이고, 또 다른 실시예에서는 약 1 내지 약 25중량% 범위에 속한다.

표 2의 XHNBR RFL 합성물에서 얻은 결과와 비교하면, XHNBR/EPDM RFL 합성물 에 대해 표 3에 기록된 결과는 표 1에 설명된 XHNBR RFL 합성물에 사용된 카르복실화한 HNBR 라텍스의 50중량%를 EPDM 라텍스와 대체하는 것은 유사하게 그 결과로 생긴 합성물의 탄성 계수를 XHNBR을 전체적으로 HNBR로 대체한 것에 나타낸 정도로 증가시키는 데 영향을 미친다. 실시예 11 및 12를 기초로 한 전술한 EPDM에서 우수한 벨트 성장 값을 또한 얻었다. 가장 주목할 만한 것으로, 낮은 코드 처리 온도 및 더 긴 노출 기간을 채택하는 실시예 12는 현재까지 관찰된 것으로는 가장 낮은 벨트 성장 값을 나타낸다. 이는 코드 처리 프로세스에서 RFL 합성물로부터 물을 점진적으로 제거함으로써 벨트 성장 저항을 더 향상시킬 수 있다는 것을 제시한다.

전술한 실례 Ⅰ에 제공된 특정의 실시예들은 단일의 탄소 섬유 타입이지만, 임의의 다른 탄소 섬유 타입이 이와 마찬가지로 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 예컨대, 본 실례에 포함된 Toray에서 시판하는 T700 탄소 섬유 타입은 이와 마찬가지로 본 발명에 따라 긍정적인 결과를 제공하였다. 전술한 특별한 물질은 전술한 실례들에 사용된 섬유보다 더 높은 필라멘트 카운트를 보유하고 있고 단지 단일의 섬유사가 이러한 타입을 채용하는 벨트를 위한 인장 코드를 형성하기 위해 유리하게 사용될 수 있기 때문에, 그리고 섬유사 자체는 상기 실례들에 채용된 것보다 더 크기 때문에 섬유사 처리 프로세스 단계 동안 코드 처리제 탱크로부터 출현하자마자 함침된 섬유사의 최적 노출 온도는 이러한 코드와 합체하는 벨트에 대한 최소의 벨트 성장을 얻기 위해 T400 섬유사에 대해 전술한 것과 쉽게 차이가 난다는 것이 당업자들에게 쉽게 인식될 것이다. 이러한 변형은 당업자들의 기술 범주 내에 속하는 동시에 본 발명의 범위에 포함되며, 전술한 표 3에서 T700 코드를 채용하는 테스트 견본의 것에 대해 제2 영역의 오븐 온도에 반영된다.

실례 Ⅲ

일정한 RFL 경화된 탄성 계수를 지닌 영구적인 벨트 길이 변화에 미치는 인장 코드의 탄성 계수의 영향을 더 예시하기 위해, 표 1 및 표 2와 관련하여 실례 Ⅰ에서 전술한 바와 같은 4개의 치형 벨트를 형성하였다. 각각의 경우, HNBR 벨트 본체 부분을 사용하였고, 표 1의 실시예 4와 관련한 설명에 따른 RFL 코드 처리제를 실례 Ⅰ에서 전술한 코드 처리 단계에 따라 모든 벨트에 대한 코드 처리제로서 사용하였다. CHEMOSIL 2410(Henkel)의 보호용의 코드를 전술한 바와 같이 유사하게 사용하였다.

2개의 벨트 1 벨트들은 이들의 인장 부재로서 250GPa의 탄성 계수, 단위 길이당 396tex의 질량 및 12,000의 필라멘트 카운트를 지닌 T400 섬유사로 형성된 6K-2 코드를 포함하는 반면에, 2개의 비교예 벨트 2 벨트들은 이들의 인장 부재로서 392GPa의 탄성 계수, 단위 길이당 364tex의 질량 및 12,000의 필라멘트 카운트를 지니면서 Toray에서 제품명 Toray M40B 6K 50B로 시판되는 탄소 섬유로 형성된 6K-2 코드를 포함한다. 양쪽 경우에서 코드를 위한 섬유사를 표 2 및 표 3의 실시예 및 비교예와 관련하여 전술한 것과 동일하게 트위스팅 처리하였다.

벨트 길이 증가를 결정하기 위해, 벨트 1 및 비교예 벨트 2 양자를 테스트 기간을 연장시킨 것만 제외하고 전술한 바와 동일한 벨트 길이 변화 테스트, 즉 100℃에서 실행되는 고온 벨트 성장 분석을 행하였다. 100 시간의 테스트 이후에, 2개의 벨트 1 벨트는 0.15% 미만의 벨트 성장을 나타낸 반면, 2개의 비교예 벨트 2 벨트들은 그것의 원래의 길이로부터 0.175% 이상 증가를 나타내었다. 특히, 2개의 벨트 1 벨트가 나타낸 벨트 성장의 레벨은 100시간의 테스트 이후 이들의 성능과 비교하면 200 시간 한계에서 감소한 반면에, 2개의 비교예 벨트 2 벨트는 200 시간 한계에서 0.2% 이상의 벨트 성장을 나타내었다. 심지어 300 시간의 테스트 이후에, 벨트 1 벨트 중 어느 쪽도 0.15% 이상의 벨트 성장을 나타내지 못하였다. 따라서 이러한 인장 코드를 합체하는 치형 벨트에 의해 나타난 벨트 성장 정도에 미치는 인장 코드의 탄성 계수의 영향을 알 수 있었다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따라 구성된 전동 벨트에 의해 나타난 벨트 성장 저항의 현저한 향상에 추가하여, 탄소 섬유로 형성된 인장 코드를 포함하면서 본 명세서에서 제공한 바와 같은 건조된 탄성 계수를 지닌 코드 처리제를 구비하는 이러한 벨트는 또한 한정하려는 의도는 아니지만 높은 부하 용량과 휨에 의한 피로 파괴 저항 및 예컨대 아라미드 및 유리 섬유와 같은 높은 부하가 가해지는 치형 벨트에 통상적으로 사용되는 보강 물질의 성능을 크게 초과하는 인장 강도의 보유력을 포함하여 전체적으로 우수한 성능 특성을 나타낸다.

예컨대, 본 발명의 실시예에 따라 그리고 도 1과 관련하여 본 명세서에 기재된 설명에 따라 구성된 탄소 섬유로 보강된 치형 전동 벨트는 테스트에서의 벨트 부하를 벨트 폭의 단위 밀리미터 당 하나의 이 당 8N 보다 약간 크게 하고 2,500N의 유효 장력 하에서 4,000rpm으로 운전시킨 엔진 운전 테스트에서 500 시간 이상을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이는 동일한 직경이지만 다른 재료, 예컨대 유리로 형성된 인자 코드를 포함하면서 상응하는 벨트에 의해 나타낸 파괴 수명의 3배 이상이었다. 본 발명의 실시예에 따라 전술한 탄소 섬유로 보강된 치형 벨트는 또한 800 시간의 전술한 고온 벨트 성장 분석 이후 66% 이상의 구속된 인장 강도; 전술한 유리 보강 벨트에 대해 거의 40% 더 큰 구속된 인장 강도를 나타내었다.

실례 Ⅳ

본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예에 따라 제조된 타이밍 벨트는 내연 기관, 특히 자동차의 내연 기관에서 캠샤프트를 구동하기 위해 사용될 때 하나 또는 그 이상의 특정의 운전 영역에서의 현저한 향상을 제공한다는 것을 발견하였다. 특히, 이들 벨트는 엔진 운전과 관련한 크랭크샤프트에 대해 자동차 엔진의 바람직하지 못한 앵귤러 진동을 현저하게 감소시킨다는 것으로 밝혀졌다. 여기서, "앵귤러 진동(angular vibration)"은 캠샤프트의 회전 진동, 즉 샤프트의 종축을 중심으로 한 그것의 진동을 의미하며; 이것은 예컨대 그 길이를 따라 가해진 비틀림 작용력으로부터 생긴 캠샤프트에 의해, 혹은 캠샤프트 자체의 자유로운 본체의 회전에 의해, 혹은 가해진 구동 토크의 불균일한 혹은 일정하지 않는 성질에 의한 평균 캠샤프트 속도에 중복되는 사이클 혹은 주기적인 각 속도에 의해 나타난 비틀림 진동의 일부 혹은 전부에 의해 야기될 수 있다. 더욱이, 주어진 엔진에 대한 소정의 캠샤프트의 속도에서, 이러한 캠샤프트의 앵귤러 진동의 더 큰 진폭은 상기 속도에서 하나 또는 그 이상의 구동 시스템의 공명 주파수의 여기로 인해 주로 발생한다.

내연 기관에서 구동되는 캠샤프트에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 바람직하지 못한 앵귤러 진동을 현저하게 줄이기 위한 방법을 제공하는 데 있어서 본 발명의 효과 및 관점을 더 예시하기 위해, 실례 Ⅰ과 관련하여 전술한 바와 같은 2개의 벨트를 제작하였으며, 이들 각각은 실질적으로 동일한 섬유가 로딩된 HNBR 벨트 본체 부분을 구비하지만 이들 각각의 인장 부재들은 상이하다. 100%의 연신율에서 경화된 섬유 로딩된 HNBR 본체부의 평균 탄성 계수는 12.5MPa(평균 결과는 본 명세서에서 실질적으로 무작위로 배향된 섬유의 유무로 인해 경화된 고무의 약간의 비등방성을 고려하여 고무 캘린더 방향 및 그 반대 방향의 결과이다)이었다. 벨트 3은 그것의 인장 코드로서 Toray에서 시판하는 제품명 T700의 탄소 섬유 코드를 포함하며, 이 코드에 실례 Ⅱ에 대해 전술한 바와 같이 HNBR RFL 코드 처리제 합성물이 도포되어 있다. 처리제 도포 이후의 제1의 노출 온도를 120℃로 하고 제2의 노출 온도를 230℃로 한 것만 제외하고, 코드 처리제를 실례 Ⅰ에 대해 전술한 바와 같이 실질적으로 도포하였다. 비교예 벨트 4 견본은 그것의 인장 부재로서 벨트 3의 것과 실질적으로 동일한 직경, 즉 7 마이크로미터의 코드를 포함하였지만, 이 경우 U형 유리로 형성되고 22tex×3×18 구조를 지니는 동시에 92GPa의 인장 탄성 계수를 지닌다. 니폰 글라스 파이버에서 제품명 IO22로 시판하고 있는 특허 처리제를 비교예 벨트 4와 관련한 코드에 도포하였다.

자동차 내연 기관에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대적인 앵귤러 진동을 줄이는 데 있어서 본 발명의 관점에 따른 벨트의 효과를 예시하기 위해, 벨트 3과 비교예 벨트 각각을 도 3에 대략적으로 도시된 바와 같이, 44개의 이를 구비한 캠샤프트(52), 19개의 이를 구비한 물 펌프 풀리(54), 22개의 이를 구비한 크랭크샤프트(56), 아이들(58) 및 72 밀리미터 직경의 텐셔너 풀리(60)로 구성되어 있는 4실린더 유닛 분사기 구동식 엔진 테스트 장치(50) 둘레에서 운전시켰으며, 여기서 상기 부품들 각각은 9.525mm의 피치를 갖는 것에 특징이 있다. 120℃의 대기 온도, 4,500N의 최대 유효 장력, 30mm 풀리에 가해진 150N/mm의 부하에서 캠샤프트를 구동시키는 동시에 크랭크샤프트에 의해 구동되는 테스트된 벨트를 이용하여 상기 장치(50)를 운전하였다. 상기 엔진에 허용 가능한 동력을 115 내지 150hp로 하였다. 상기 테스트에 사용된 특정의 엔진을 위한 정상적인 작동 속도를 2,700-3,000rpm으로 하였고, 임계 속도는 4,000 내지 4,500rpm 범위이다. 상기 테스트에 있어서, 상기 엔진을 아이들로부터 약 5,000rpm 최대 속도까지 운전하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동을, 상기 엔진에 있어서 연소 임펄스에 대한 진동의 차수로 기록하였다(본 테스트에서 사용된 특정의 4실린더 테스트 엔진의 경우 2차 및 4차). 그 결과를 표 4에 도시하였으며, 여기서 수직 축은 캠샤프트의 피크 진동(단위 도)을 표시하고, 수평축은 분 당 크랭크샤프트의 회전수를 나타낸다. 표 4에서, 상대적으로 높은 진동 레벨을 표시하는 상기 2개의 곡선들은 벨트 3과 비교예 벨트 4 테스트에 있어 2차수 연소 결과에 관한 것이며, 상대적으로 낮은 피크 진동 곡선을 나타내는 2개의 곡선은 벨트 3과 비교예 벨트 4 테스트에 있어 4차수 연소 결과에 관한 것이다.

크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동의 레벨을 감소시키는 것과, 앵귤러 진동 레벨에 대한 피크를 엔진의 주요한 임계 속도, 즉 공명이 일어나는 어떤 속도뿐만 아니라 엔진의 정상적인 작동 속도보다 높거나 낮은 정도로 변위시키는 것 모두가 바람직하다는 것을 당업자라면 쉽게 인식할 것이다. 비교예 벨트 4와 벨트 3 견본과의 비교에 있어서, 정상적인 엔진 작동 범위에서 벗어난 4차 연소 차수에서의 상대적인 앵귤러 진동 변위뿐만 아니라 4,000 내지 4,500rpm의 임계 영역에서 2차 연소 차수에서의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동 전체에서 극적인 감소를 제공하게 되는 것을 표 4에 도시된 결과로부터 알 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 일실시예에 따라 주조 불가능한 탄성중합체 벨트 본체부와, 탄소 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유사를 포함하는 코드로 형성된 인장 부재로 이루어진 내구성의 낮은 성장의 타이밍 벨트를 제공함으로써, 캠샤프트가 치형 벨트에 의해 구동되는 내연 기관에서 구동되는 캠샤프트에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 진동을 저감하기 위한 방법이 제공된다.

비록 본 발명은 예시를 목적으로 상세하게 설명하였지만, 이러한 상세 내용은 단지 예시 목적이며 청구의 범위에 의해 한정된 것만 제외하고 본 발명의 사상 혹은 범위에서 벗어나지 않고 해당 분야의 종사자들에 의해 변형이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명은 본 명세서에서 특정하지 않는 임의의 구성요소를 생략할 경우라도 적절하게 실시될 수 있다.

Claims

치형 벨트에 의해 캠샤프트가 구동되는 내연 기관에서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 앵귤러 진동(angular vibration)을 저감시키기 위한 방법으로서, 상기 치형 벨트는 경화된 탄성중합체 벨트 본체 부분과 내부에 매립된 헬리컬식 나선형 코드로 구성된 인장 부재 및 상기 코드의 적어도 일부를 코팅하는 탄성중합체 라텍스를 함유하는 코드 처리제 합성물을 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법에 있어서,

a. 하나 이상의 섬유사가 탄소 섬유를 포함하도록 상기 코드를 선택하는 단계와;

b. 상기 코드 처리제 합성물에 레조르시놀-포름알데히드 반응물을 혼합시키는 단계와;

c. 상기 코드 처리제 합성물의 탄성 계수를 20℃의 온도에서 약 1.0×10⁷ 내지 약 5.0×10⁸ dynes/cm² 범위 내에 있도록, 그리고 100℃의 온도에서 약 5.0×10⁶ 내지 약 4.0×10⁸ dynes/cm² 범위 내에 있도록 선택하는 단계와;

d. 처리된 코드를 형성하도록 상기 코드 처리제 합성물을 상기 코드에 도포하는 단계와;

e. 상기 처리된 코드를 비경화된 탄성중합체 합성물에 혼합시켜 조립체를 형성하는 단계와;

f. 상기 조립체를 경화시켜 상기 치형 벨트를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 코드의 인장 계수를 약 100 내지 약 300 GPa 범위에 있도록 선택하는 단계를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 코드의 인장 계수를 약 150 내지 약 275 GPa 범위에 있도록 선택하는 단계를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 경화된 탄성중합체 벨트 본체 부분은,

a. 수소 첨가된 아크릴로니트릴 부타디엔 탄성중합체;

b. 폴리클로로프렌;

c. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무;

d. 스티렌-부타디엔 고무;

e. 알킬 클로로술폰화 폴리에틸렌;

f. 에피클로로히드린;

g. 부타디엔 고무;

h. 폴리이소프렌;

i. 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체

로부터 선택된 하나 이상의 탄성중합체를 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제4항에 있어서, 상기 탄성중합체 벨트 본체 부분은 탄성중합체를 100 중량부로 할 때 약 0.5 내지 20 중량부의 섬유를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 코드 처리제 합성물의 탄성중합체 라텍스는,

a. 수소 첨가된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 라텍스;

b. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 라텍스;

c. 카르복실화한 수소 첨가된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 라텍스;

d. 카르복실화한 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 라텍스;

e. 비닐 피리딘/스티렌 부타디엔 고무 라텍스;

f. 카르복실화한 비닐 피리딘/스티렌 부타디엔 고무 라텍스;

g. 스티렌 부타디엔 고무 라텍스;

h. 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 라텍스;

i. 에틸렌 알파 올레핀 고무 라텍스

로부터 선택된 하나 이상인 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 코드 처리제의 수분 함량이 상기 처리된 코드의 중량을 기준으로 약 50 중량% 미만이 되도록 하기에 충분한 조건에 상기 처리된 코드를 노출시켜 가공 처리된 코드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제7항에 있어서, 상기 조건은 온도와 이 온도에 대한 노출 기간을 포함하며, 상기 수분 함량은 약 30 중량% 미만이 되도록 하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제7항에 있어서, 상기 수분 함량을 약 1 내지 약 25 중량% 범위의 레벨이 되도록 하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유에 상기 코드 처리제를 도포하여, 최종 건조 섬유 중량을 기준으로 약 5.5% 내지 약 30% 범위의 탄소 섬유에 대해 상기 코드 처리제 픽업 레벨을 달성하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 고무-직물 접착제를 포함하는 보호용의 코팅을 상기 처리된 코드에 도포하는 단계를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유사를 약 1,000 내지 약 24,000개의 필라멘트 카운트를 갖도록 선택하는 단계와, 상기 코드를 약 5,000 내지 약 24,000개의 필라멘트 카운트를 갖도록 선택하는 단계를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.
제1항에 있어서, 상기 벨트는 벨트 배면과 벨트 치형 표면 중 하나 이상을 따라 배치된 섬유 커버 요소를 더 포함하는 것인 앵귤러 진동 저감 방법.