KR100773047B1

KR100773047B1 - 전동벨트

Info

Publication number: KR100773047B1
Application number: KR1020010054052A
Authority: KR
Inventors: 오쿠노시게키; 후지와라가츠요시
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2007-11-02
Also published as: EP1186797B1; EP1186797A2; US6511394B2; EP1186797A3; DE1186797T1; KR20020020191A; DE60115350D1; JP3698625B2; US20020032091A1; JP2002081506A; DE60115350T2

Abstract

본 발명은, 양호한 가공성을 갖는 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 고무조성물로 벨트본체가 형성되며, 주행 내구성이 우수한 전동벨트를 제공하기 위한 것이다.

에틸렌-α-올레핀 탄성체를 원료고무로 하는 고무조성물로 전동벨트의 벨트본체를 형성한다. 원료고무인 에틸렌-α-올레핀 탄성체로서, 분자량이 10⁶ 이상이며 에틸렌 함량이 65질량% 이상인 고분자량 성분을 7~12질량% 함유함과 동시에, 분자량이 10⁵ 이상이며 에틸렌 함량이 60질량% 이하인 저분자량 성분을 26~60질량% 함유하며, 또 무니 점성도가 50ML_1＋4(100℃) 이하인 것을 이용한다.

Description

전동벨트{POWER TRANSMISSION BELT}

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 V리브벨트(B)의 단면도;

도 2는 원료고무의 분자량 분포곡선의 모식도;

도 3은 V리브벨트의 내구주행 시험기의 구성도;

도 4는 V리브벨트의 저온주행 시험기의 구성도; 및

도 5는 이붙이벨트의 주행시험기의 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

B : 벨트 11 : 접착고무층

12 : 리브고무층 12a : 리브

12b : 단섬유 13 : 벨트본체

14 : 범포 15 : 심선

21~24 : 풀리 31 : 대 풀리

32 : 소 풀리 41 : 이붙이 풀리

42 : 아이들러 풀리

본 발명은 에틸렌-α-올레핀 탄성체를 벨트본체의 구성부재로 하는 전동벨트에 관한 것이다. 더 상세하게는, 양호한 가공성(롤 가공성, 고무시트간 접착성, 고무시트 핸들링성)을 갖는 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 고무조성물로 벨트본체가 형성되며, 주행 내구성이 우수한 전동벨트에 관한 것이다.

공업적으로 사용되는 에틸렌-α-올레핀 탄성체로는, 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM)를 들 수 있다. 이들 폴리머는 내열성, 내한성, 내오존성이 우수한 비교적 저가의 폴리머이고, 또 충전제의 고충전이 가능하며, 더욱이 할로겐계 원소를 함유하지 않으므로, 환경에 대한 부하가 작다는 등의 이유로 루핑재, 호스, 가스킷, 웨더 스트립 등 많은 용도로 사용되고 있다.

그런데 일반적으로 이들 용도는, 반복변형이 걸리지 않는 정적인 것이므로, 가황 고무조성물의 내균열성(내피로성), 내마모성 및 저 발열성이라는 특성이 중요시되지 않는다. 따라서 이들 용도로 사용되는 고무조성물은 일반적으로 오일, 충전재를 많이 배합한 고 충전배합이며, 이를 그대로 전동벨트와 같은 동적인 역학 자극이 부하되는 용도로 사용하면 상기 여러 특성이 현저하게 떨어져, 벨트의 내구성에 관해서 실용적이지 못하다는 문제가 있다. 이에 반해 고무조성물 중의 고무성분을 많게 한 저 충전배합을 적용하면 상기 제 특성이 개선되기는 하지만, 미 가황 시 고무조성물의 가공성(롤 가공성, 고무시트간 접착성, 고무시트 핸들링성)이 현저하게 나빠진다는 문제가 생긴다. V리브벨트와 같이 벨트폭 방향의 고 탄성율 과 벨트 길이 방향의 내굴곡성이 요구될 경우, 벨트를 구성하는 고무조성물은 탄성율에 이방성을 갖도록 하여 단섬유의 보강이 일반적으로 실시되지만, 특히 단섬유를 배합시킨 고무조성물의 가공성은 현저하게 열악해진다.

본 발명의 목적은, 양호한 가공성을 갖는 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 고무조성물로 벨트본체가 형성되며, 주행내구성이 우수한 전동벨트를 제공하는 데 있다.

본 발명은 전동벨트의 벨트본체를 형성하는 고무조성물의 원료고무로서, 소정량의 에틸렌성분을 갖는 고분자량 성분 및 저분자량 성분을 각각 소정량 함유하며, 또 무니 점성도가 소정 값 이하인 에틸렌-α-올레핀 탄성체를 이용하도록 한 것이다.

구체적으로 본 발명은, 에틸렌-α-올레핀 탄성체를 원료고무로 하는 고무조성물로 벨트본체가 형성된 전동벨트로서, 상기 원료고무인 에틸렌-α-올레핀 탄성체는, 분자량이 10⁶ 이상이며 에틸렌 함량이 65질량% 이상인 고분자량 성분을 7~12질량% 함유하는 동시에, 분자량이 10⁵ 이하이며 에틸렌 함량이 60질량% 이하인 저분자량 성분을 26~60질량% 함유하며, 또 무니 점성도가 50ML_1＋4(100℃) 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면 원료고무의 구조분포가 적절해지므로, 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 롤 가공성, 고무시트간 접착성 및 고무시트 핸들링성이 양호한 것으로 되며, 더욱이 벨트주행 내구성, 특히 종래보다 저온 주행성이 우수해진다.

즉, 분자량 10⁶ 이상의 고분자량 성분의 함유량이 12질량%보다 커지면 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 점성도가 높아져, 롤 가공성 등이 현저하게 나빠진다. 한편, 7질량%보다 작아지면 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 강도가 낮아져, 벨트성형 시 고무의 신장이나 절단이 일어남과 동시에, 벨트성형 후 가황 고무조성물로서도 역학강도가 낮아져, 벨트의 주행내구성이 열악해진다.

또 분자량 10⁵ 이하의 저분자량 성분 함유량이 60질량%보다 커지면, 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 강도가 낮아져, 벨트성형 시 고무의 신장, 절단이 일어남과 동시에, 가황 고무조성물로서도 역학강도가 낮아져, 벨트의 주행내구성이 열악해진다. 한편, 26 질량%보다 작아지면 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 점성도가 높아져, 롤 가공성 등이 현저하게 나빠지는 동시에, 미가황 고무조성물의 접착성이 작아져 벨트성형이 어려워진다.

그리고 고분자량 성분의 에틸렌 함량이 65질량%보다 작아지면, 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 강도가 낮아져, 벨트성형 시에 고무의 신장이나 절단이 일어나게 된다.

또 저분자량 성분의 에틸렌 함량이 60질량%보다 커지면, 탄성체의 결정화도가 높아지므로 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 잡착성이 낮아져 벨트 성형성이 나빠짐에 더불어, 저온 분위기하에서는 벨트본체가 결정화되어 딱딱해지기 때문에 벨트의 내한성이 나빠진다. 이러한 관점에서, 저분자량 성분의 에틸렌 함량은 55질량% 이하인 것이 바람직하다.

그리고 무니 점성도가 50ML_1＋4(100℃)보다 높아지면, 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 롤 가공성이 나빠짐과 함께 접착성이 작아지므로, 벨트의 성형 가공성이 나빠지게 된다.

여기서 원료고무를 구성하는 에틸렌-α-올레핀 탄성체로서는, 에틸렌-프로필렌 코폴리머(이후 "EPM"으로 칭함), 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(이후 "EPDM"으로 칭함) 및 에틸렌 옥텐 코폴리머를 들 수 있다. 그 중에서도 EPDM이 적합하게 사용된다.

또 에틸렌-α-올레핀 탄성체를 원료고무로 하는 고무조성물은, 나일론섬유나 아라미드섬유 등의 단섬유를 함유하는 것이라도 된다. 본 발명에서 사용되는 원료고무는 무니 점성도가 낮고 고무 유동성이 우수하며, 혼련 시 미가황 고무조성물에 걸리는 전단력이 작아지므로 단섬유의 절단이 일어나기 어려워져, 단섬유를 혼합시키는 것에 의한 효과를 적정하게 얻을 수 있다. 예를 들어 V리브벨트의 리브 고무층을 상기 단섬유를 함유한 고무로 구성할 경우, 단섬유 배향방향(벨트폭 방향)의 탄성률이 높아짐과 동시에 벨트주행 시 단섬유의 결락이 일어나기 어려워져, 결과적으로 벨트의 마모감량이 작고 접착마모가 일어나지 않으며, 벨트주행 시의 소음레벨이 작아진다.

또한 본 발명인 전동벨트로서는 V벨트, V리브벨트, 이붙이벨트, 평벨트 등을 들 수 있다. 그 중에서도 V리브벨트 또는 이붙이벨트가 적합하다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련 한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 V리브벨트(B)를 나타낸다. 이 V리브벨트(B)는 접착고무층(11)과 그 하면측의 리브고무층(12)으로 벨트본체(13)가 형성되며, 벨트 배면측이 되는 접착고무층(11) 상면측에는 배면 범포(14)가 접착되고, 또 리브고무층(12) 저면측에는 각각 벨트길이 방향으로 연장되도록 복수조의 리브(12a, 12a, 12a)가 벨트폭 방향으로 소정 피치로 형성된다. 그리고 접착고무층(11)의 벨트두께 방향 중심에는, 거의 벨트길이 방향으로 연장되는 심선(15)이 벨트폭 방향으로 피치를 형성하여 나선형으로 설치된다.

접착고무층(11)은 EPDM 고무조성물로 이루어진다. 그 원료고무인 EPDM은, 분자량 10⁶ 이상이며 에틸렌 함량 65질량% 이상인 고분자량 성분 7~12질량%와, 분자량 10⁵ 이하이며 에틸렌 함량 60질량% 이하인 저분자량 성분 26~60질량%를 각각 함유함과 동시에, 무니 점성도가 50ML₁₊₄(100℃) 이하인 것이 이용된다.

또 리브고무층(12)도, 접착고무층(11)과 같은 구성의 EPDM을 원료고무로 하는 EPDM 고무조성물로 이루어지며, 벨트폭 방향의 탄성률을 향상시키기 위하여 벨트폭 방향으로 배향시킨 나일론섬유, 아라미드섬유 등의 단섬유(12b, 12b, ...)가 혼입된다.

배면범포(14)는, 나일론, 면 등의 직포로 이루어지며, 벨트성형 전에 접착고 무를 용제에 녹인 고무풀 등으로 접착처리가 실시된 것이다.

심선(15)은 폴리에스텔 섬유, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트 폴리에틸렌 섬유, 폴리비닐알콜 섬유 또는 아라미드섬유 등의 꼬임사로 이루어지며, 벨트성형 전에 레졸신 포르말린 라텍스(RFL) 등에 의한 접착처리가 실시된 것이다.

이와 같은 V리브벨트(B)는, 주지의 벨트제조방법으로 제조된다.

이상과 같은 구성의 V리브벨트(B)에 의하면, 벨트본체(13)를 구성하는 원료고무의 구조분포가 적절한 것으로 되므로, 벨트성형 전의 미가황 고무조성물의 롤 가공성, 고무시트간 접착성 및 고무시트 핸들링성이 양호한 것으로 되며, 더욱이 벨트주행 내구성, 특히 종래보다 저온주행성이 우수한 것으로 된다.

또 리브고무층(12)에는 단섬유(12b, 12b, ...)가 포함되기는 하지만, 원료고무의 무니 점성도가 낮고 고무 유동성이 우수한 점에서, 혼련 시에 미가황 고무조성물에 걸리는 전단력이 작고 단섬유(12b, 12b, ...)의 절단이 쉽게 일어나지 않게 되며, 단섬유(12b, 12b, ...)의 배향방향(벨트폭 방향)의 탄성률이 높아짐과 동시에 벨트주행 시에 단섬유(12b, 12b, ...)의 결락이 일어나기 어려워져, 결과적으로 벨트의 마모감량이 작고, 접착마모가 일어나지 않아, 벨트주행 시의 소음레벨이 작아진다.

여기서 상기 실시예에서는 V리브벨트(B)로 하지만, 특별히 이에 한정되는 것이 아니며, 이붙이벨트, V벨트, 평벨트 등이라도 된다. 이붙이벨트의 경우, 이부분의 전단강도가 높은 것을 얻을 수 있다. 그 이유는 명확하지는 않지만, 미가황 고무조성물이 고 에틸렌 결정성성분과 비결정성성분의 양쪽을 함유하며 또 유동성 이 뛰어난 점에서, 심선이나 범포의 피복고무에 이용하는 풀고무의 조성분포 및 결정성 차이에 상관없이, 그들 피복고무와 양호한 상용성을 나타내어 범포와 심선에 고무조성물이 강하게 밀착하기 때문이라고 생각된다.

또 상기 실시예에서는 벨트본체(13)를 EPDM으로 형성하지만, 특히 이에 한정되지 않으며, EPM, 에틸렌옥텐 코폴리머 등의 다른 에틸렌-α-올레핀 탄성체라도 된다. 또 원료고무인 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 분자량 분포 및 에틸렌 함량이 모두 넓은 분포의 것으로 하기 위해서는, 고분자량이며 에틸렌 결정성이 높은 폴리머와, 액상폴리머와 같이 저분자량이고 에틸렌 결정성이 없는 폴리머를 섞으면 된다. 또한 마찬가지 구조분포를 갖는 원료고무는, 용액중합 후 건조하기 전에, 상기 2 종류의 고무용액을 혼합하는 용액혼합법에 의해서도 작성할 수 있다. 더욱이 2 단계 중합법에 의해서도 상기 2 종류의 폴리머가 혼합된 구조분포를 갖는 원료고무를 작성할 수도 있다.

[시험평가]

(시험평가 표본)

표 1에 나타내는 EDPM 폴리머 1~5를 이용하여 표 2에 나타내는 배합을 기본배합으로 하여 이하 각 예의 미가황 고무조성물을 조제한다.

-예 1-

폴리머 1을 원료고무로 하여, 기본배합에서 카본블랙을 원료고무 100에 대하여 50, 오일을 10으로 한 미가황 고무조성물을 예 1로 한다.

-예 2-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝90/10의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 2로 한다.

-예 3-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝80/20의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 3으로 한다.

-예 4-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝70/30의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 4로 한다.

-예 5-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝60/40의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 5로 한다.

-예 6-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝50/50의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 6으로 한다.

-예 7-

폴리머 1과 폴리머 5를 폴리머1/폴리머5＝40/60의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 7로 한다.

-예 8-

폴리머 2를 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무 조성물을 예 8로 한다.

-예 9-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝90/10의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 9로 한다.

-예 10-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝80/20의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 10으로 한다.

-예 11-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝70/30의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 11로 한다.

-예 12-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝60/40의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 12로 한다.

-예 13-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝50/50의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 13으로 한다.

-예 14-

폴리머 2와 폴리머 5를 폴리머2/폴리머5＝40/60의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 14로 한다.

-예 15-

폴리머 3을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 15로 한다.

-예 16-

폴리머 3과 폴리머 5를 폴리머3/폴리머5＝90/10의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 16으로 한다.

-예 17-

폴리머 3과 폴리머 5를 폴리머3/폴리머5＝80/20의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 17로 한다.

-예 18-

폴리머 3과 폴리머 5를 폴리머3/폴리머5＝70/30의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 18로 한다.

-예 19-

폴리머 3과 폴리머 5를 폴리머3/폴리머5＝60/40의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 19로 한다.

-예 20-

폴리머 3과 폴리머 5를 폴리머3/폴리머5＝50/50의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 20으로 한다.

-예 21-

예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 새로이 예 21로 한다.

-예 22-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝90/10의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 22로 한다.

-예 23-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝80/20의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 23으로 한다.

-예 24-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝70/30의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 24로 한다.

-예 25-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝60/40의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 25로 한다.

-예 26-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝50/50의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 26으로 한다.

-예 27-

폴리머 1과 폴리머 4를 폴리머1/폴리머4＝30/70의 비율로 섞은 것을 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 27로 한다.

-예 28-

폴리머 4를 원료고무로 한 것을 제외하고는 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 28로 한다.

-예 29-

기본배합에서 카본블랙을 원료고무 100에 대하여 100, 오일을 30으로 한 것을 제외하고 예 1과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 29로 한다.

-예 30-

기본배합에서 카본블랙을 원료고무 100에 대하여 100, 오일을 30으로 한 것을 제외하고 예 2와 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 30으로 한다.

-예 31-

기본배합에서 카본블랙을 원료고무 100에 대하여 100, 오일을 30으로 한 것을 제외하고 예 8과 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 31로 한다.

-예 32-

기본배합에서 카본블랙을 원료고무 100에 대하여 100, 오일을 30으로 한 것을 제외하고 예 9와 동일구성의 미가황 고무조성물을 예 32로 한다.

(시험평가방법)

＜원료고무의 평가＞

-분자량 분포-

예 1~32의 각 미가황 고무조성물에 이용한 고무의 분자량 분포를, 겔 투과 크로마토그래피 분석(GPC;Gel Permeation Chromatography)으로 계측했다.

우선, 분자량을 미리 알고 있는 표준 폴리스틸렌을 사용하여 분자량과 용리체적(Elution Volume)의 상관도 교정곡선을 작성한다. 이 때의 폴리스틸렌 농도는 0.02질량%로 한다.

다음으로 각 원료고무의 GPC 측정용 시료를 작성한다. 구체적으로는 농도 0.1질량%로 되도록 원료고무를 O-디클로벤젠에 용해시키고, 이에 노화방지제 2, 6-디-tert-부틸-P-크레졸을 0.1질량% 첨가한 후, 그 용액을 135℃로 가온하여 원료고무를 완전히 용해시킨다.

이어서, 작성한 각 원료고무의 용액시료를 GPC 분석장치(Waters사제 150C)에 세팅하고, GPC측정법으로 각 원료고무의 GPC패턴을 취한다. 이 때 사용한 칼럼은 고온 타입이며, 칼럼의 총 이론단수는 10000~20000이다. 또 측정에 사용한 용액시료의 양은 0.5㎖, 측정온도는 135℃, 그리고 유속은 1㎖/min로 한다.

다음으로, 분자량을 미리 알고 있는 표준 폴리스틸렌을 사용하여 작성한 분자량과 용리체적의 상관도 교정곡선으로, 각 원료고무의 폴리스틸렌 환산 중량평균 분자량(Mw)을 산출한다.

그리고 각 원료고무에 함유되는 분자량이 10⁶ 이상인 고분자량 성분 및 분자량이 10⁵ 이하인 저분자량 성분 각각의 성분량을 다음과 같이 하여 구한다. 도 2는 상기 방법으로 얻은 상관도 교정곡선과 원료고무의 GPC패턴으로 구한 분자량 분포곡선을 모식적으로 나타낸 것인데, 각 원료고무의 분자량 분포곡선에서, 도 2에 나타낸 바와 같이 분자량 10⁶ 이상의 부분 면적(A)과, 분자량 10⁵ 이하의 부분 면적(B)을 구하여, 면적 A, B의 전 분포곡선 면적에 대한 백분율을 각 성분의 성분량으로 한다(다음 식 참조).

(관계식)

분자량 10⁶ 이상의 고분자량 성분의 성분량(%)＝A/(전 분포곡선 면적)×100

분자량 10⁵ 이하의 저분자량 성분의 성분량(%)＝B/(전 분포곡선 면적)×100

-무니 점성도-

예 1~32의 각 미가황 고무조성물에 사용한 원료고무의 무니 점성도를, JISK6300에 표준 근거하여, L형 롤러, 100℃, 예열 시간 1 분 및 회전시간 4 분의 조건으로 구한다.

＜미가황 고무조성물의 가공성 평가＞

예 1~32의 각 미가황 고무조성물의 롤 가공성, 성형시의 고무시트간 접착성 및 고무시트 핸들링성에 대하여 시험평가를 실시한다.

-롤 가공성-

10 인치 롤(회전비: 프론트롤/백롤＝1/1.15)의 롤 온도를 80℃ 및 롤 간격을 5㎜로 각각 설정하고, 그 롤에 100℃로 가열한 미가황 고무조성물을 투입하여 그 때의 미가황 고무조성물의 거동으로부터 다음과 같은 롤 가공성의 분류를 실시했다. 즉 고무가 자연스럽게 롤에 감겨 늘어짐(bagging)을 일으키지 않는 것을 '우수(Good)', 롤 간격이 5㎜에서는 고무가 롤에 감기지 않아 늘어짐을 일으키지만, 롤 간격을 3㎜로 하면 고무가 롤에 감겨 늘어짐을 일으키지 않는 것을 '적당(Fair)', 롤 간격을 3㎜로 해도 롤에 감기지 않고 늘어짐을 일으키는 것을 '불량(Poor)'으로 한다.

-성형 시의 고무시트간 접착성-

예 1~32의 각 미가황 고무조성물을 시트상으로 가공하고, 이를 심봉(mandrel)에 감을 때의 거동으로부터 다음과 같은 성형 시의 고무시트간 접착성 분류를 실시한다. 즉 시트감기 마지막에 압력을 부여하는 것만으로는 고무시트가 떨어지지 않고 쉽게 성형된 것을 '우수', 시트감기 마지막에 압력을 부여해도 고무시트가 밀착되지 않고 성형이 어려운 것을 '불량'으로 한다.

-고무시트 핸들링성-

벨트성형 시에 미가황 고무조성물 고무시트를 심봉에 감을 때의 거동으로부터 다음과 같은 고무시트 핸들링성 분류를 실시한다. 즉 벨트성형 시 고무시트의 신장이 작고 고무시트 파손이 일어나지 않는 것을 '우수', 벨트성형 시 고무시트의 신장에 의한 두께 불균일화가 일어나 고무시트가 부분적으로 파손되는 것을 '불량'으로 한다.

＜벨트평가＞

-V리브벨트의 평가-

예 1~32의 각 미가황 고무조성물을 리브고무층에 적용한 V리브벨트를 작성한다. 그리고 범포는 나일론 섬유제의 것을, 심선은 폴리에스텔 섬유제의 것을 각각 사용한다.

도 3에 나타낸 바와 같은 구성의 벨트주행 시험기에 각 V리브벨트를 감아 주행시켜, 주행내구성의 시험평가를 실시한다. 이 때 분위기 온도를 120℃로 한다. 또 풀리(23) 회전수를 4900rpm으로 하고, 풀리(24)에는 벨트 리브 1 개당 2㎾의 부하가 걸리도록 한다. 또한 벨트 리브 1 개당 277N의 부하가 걸리도록 풀리(21)에는 초기설정부하(set weight)를 가한다. 여기서 풀리(21, 22, 23 및 24)재질은 모 두 S45C로 하며, 풀리(21) 직경은 55㎜, 풀리(22)의 직경은 70㎜, 풀리(23 및 24) 직경은 120㎜, 풀리(21 및 22) 양쪽의 벨트 각도는 90도로 한다. 그리고 주행개시로부터 리브 표면에 균열이 발생하기까지의 균열발생수명을 계측한다(정기적으로 주행을 정지시켜 관찰한다).

또 예 1~6 및 예 8~13, 그리고 예 29~32에 대해서는 다음과 같은 시험평가를 아울러 실시한다.

주행시험 전의 각 V리브벨트 리브표면을 현미경 관찰하여, 단섬유의 섬유 원래 길이에 대한, 관찰된 단섬유 길이의 최대값의 백분율을 상대 단섬유길이로 하여 산출한다.

주행개시 후 24 시간 경과한 시점의 벨트질량을 측정하고, 주행 전 질량으로부터의 감량을 백분율로 산출한다.

주행개시 후 24 시간 경과한 시점의 리브표면 상태에서 다음과 같은 접착마모성의 분류를 실시한다. 즉 접착마모가 일어나지 않은 것을 '접착무', 접착가루가 1 개소만 접착된 것을 '접착극소', 벨트리브 밑에 입자상태의 마모가루가 수 개소 접착된 것을 '접착소', 입자상의 마모가루가 이어져 마모가루가 줄로 접착된 것을 '접착중', 줄모양으로 이어진 접착마모가루가 리브 밑의 대부분을 덮어 적층된 상태의 것을 '접착대'로 한다.

주행개시 후 5 시간 경과한 시점의 풀리(23) 근방에서의 소음레벨을, 주파수 6000㎐의 음압값으로 하여 소음계로 계측한다. 음압레벨의 실 측정값은 마이크의 설정위치, 풀리의 면 조도에 따라 영향을 받으므로, 예 29의 것을 기준벨트로 하여 그 주행 시의 음압값에 대한 백분율을 산출한다.

그리고 예 1~32의 각 V리브벨트를, 도 4에 나타낸 바와 같은 구성의 벨트 주행시험기인 대 풀리(31)와 소 풀리(32)에 감아 주행시키고, 저온주행성에 관한 시험평가를 실시한다. 이 때 분위기 온도를 -40℃로 한다. 또 대 풀리(31)의 회전수를 270rpm으로 하고, 소 풀리(32)는 무부하 상태로 한다. 그리고 벨트의 리브 1 개당 9.8N의 하중이 걸리도록 소 풀리(32)에는 세트 웨이트를 가한다. 여기서 대 풀리(31)의 직경은 140㎜, 소 풀리(32) 직경은 45㎜로 한다. 그리고 벨트주행을 5 분간 계속하고 25 분간 정지하는 식의 조작을 1 주기로 하여, 벨트에 균열이 발생할 때까지의 주기수를 관측한다.

-이붙이벨트의 평가-

예 1~6 및 예 8~13 그리고 예 29~32의 각 미가황 고무조성물로 구성되는 벨트본체를 구비한 19㎜ 폭 STS S8M형의 표준적인 이붙이 벨트를 작성한다.

도 5에 나타낸 바와 같은 구성의 벨트 주행시험기의 4 개의 이붙이 풀리(41, 41, ...)와 아이들러 풀리(42, 42,...)에 각 이붙이벨트를 감아 주행시켜, 이부 전단강도 유지성에 관한 시험평가를 실시한다. 이 때 분위기 온도를 25℃로 한다. 또 하부 이붙이 풀리(41)의 회전수를 5500rpm으로 하고, 다른 풀리(41, 42)는 무부하 상태로 한다. 또한 벨트에 392N의 하중이 걸리도록 상부 이붙이 풀리(41)에는 사하중(dead weight)을 가한다. 여기서 풀리(21, 22, 23 및 24)의 재질은 모두 S45C로 하고, 이붙이 풀리(41)의 직경은 59.78㎜(이수(齒數) 24), 아이들러 풀리(42)의 직경은 28㎜로 한다. 그리고 벨트가 1×10⁸회 굴곡될 때까지 벨트를 주행시킨다. 여기서 벨트가 주행시험기를 1 주 할 때마다 4 회 굴곡되게 된다. 그리고 1×10⁸회 굴곡시킨 후의 이붙이벨트와 미주행 이붙이벨트의 각각에 대하여 벨트 중 1 개의 벨트 이에 전단변형을 주어, 벨트 이가 파손됐을 때의 하중값을 이부 전단강도로 하고, 미주행 이붙이벨트의 이부 전단강도에 대한 1×10⁸회 굴곡 후 이붙이벨트 전단강도의 백분율을 이부 전단강도 유지율로 한다.

(시험평가 결과)

시험평가 결과를 표 3~5에 나타낸다.

이들 표에 의하면, 균열발생수명이 450 시간 이상이며 저온주행 시의 균열발생 주기수가 4000 주기 이상으로 우수하며, 더욱이 고무조성물의 가공성이 모두 우수한 것은 예 3~6 및 예 10~13이고, 이들 어느 원료고무도 '분자량이 10⁶ 이상이며 또 에틸렌 함량이 65질량% 이상인 고분자량 성분을 7~12질량% 함유함과 동시에, 분자량이 10⁵ 이하이며 또 에틸렌 함량이 60질량% 이하인 저분자량 성분을 26~60질량% 함유하고, 또 무니 점성도가 50ML₁₊₄(100℃) 이하이다'라는 특성을 갖는다.

예 1, 2, 8 및 9에서는 원료고무 중의 고분자량 성분 함유량이 많고, 저분자량 성분 함유량이 적으므로, 미가황 고무조성물의 롤 가공성 및 고무시트간 접착성이 충분하지 않다.

예 7 및 14에서는, 원료고무 중의 고분자량 성분 함유량이 적고 저분자량 성분 함유량이 많으므로, 미가황 고무조성물의 고무시트 핸들링성이 나쁘며 또 균열발생수명이 짧고 주행내구성이 떨어진다.

예 15~20에서는 원료고무 중 고분자량 성분의 에틸렌함량이 적지만, 고분자량 성분의 함유량이 많은 예 15 및 16에서는 롤 가공성, 고무시트간 접착성이 나쁜 반면, 저분자량 성분의 함유량이 많은 예 17, 18, 19 및 20에서는 고무시트 핸들링성이 나쁘다.

예 21 및 22에서는 원료고무 중의 저분자량 성분 함유량이 적으며, 또 저분자량 성분의 에틸렌 함량이 많기 때문에 미가황 고무조성물의 롤 가공성, 고무시트간의 접착성이 나쁘고, 또 벨트의 저온주행성도 나쁘다.

예 23~28에서는 원료고무 중의 저분자량 성분 함유량이 적으며 또 고분자량 성분의 에틸렌 함량도 적기 때문에, 롤 가공성, 성형 시의 고무시트간 접착성 및 고무시트 핸들링성 모두를 동시에 만족시킬 수는 없다.

예 29~32는, 예 1, 2, 8 및 9의 가공성을 개량하기 위해 각각 카본블랙량 및 오일량을 증가시킨 것이다. 이들을 비교해보면, 예 1, 2, 8 및 9는, 전술한 바와 같이 미가황 고무조성물의 가공성이 나쁘고, 벨트특성에 관해서는 주행내구성 및 내접착마모성은 우수하지만, 저온주행성이 극단적으로 나쁘며 상대 단섬유길이도 작은 점에서 내마모성이 나쁘고, 벨트주행 시의 소음도 비교적 크며 더욱이 이붙이벨트의 이부전단강도 유지율이 낮은 것을 알 수 있다. 한편 예 29~32는 카본블랙량 및 오일량이 많으므로, 미가황 고무조성물의 가공성과 벨트의 저온주행성이 개선되기는 하지만, 벨트의 주행내구성(균열발생수명) 및 내마모성은 현저하게 떨어져, 접착마모도 크고 벨트주행 시의 소음도 크며, 더욱이 예 1, 2, 8 및 9와 마찬가지로 이붙이벨트의 이부전단강도 유지율이 낮은 것을 알 수 있다.

이에 반해 예 3~6 및 10~13은 모두 미가황 고무조성물의 가공성이 우수하고, 또 V리브벨트의 주행내구성 및 저온주행성이 우수한 점을 알 수 있다. 또 무니 점성도가 낮아 고무의 유동성이 우수한 점에서, 혼련 시 미가황 고무조성물에 걸리는 전단력이 작아져 단섬유의 절단이 쉽게 일어나지 않아, 벨트의 상대 단섬유길이가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서 동일 양의 단섬유를 배합하여도 단섬유의 배향방향(벨트폭 방향)의 탄성률이 높아짐과 동시에, 벨트주행 시에 단섬유의 결락이 쉽게 일어나지 않아, 결과적으로 벨트의 마모감량이 작아지고 접착마모가 일어나지 않아, 벨트주행 시의 소음레벨이 작아진다.

또한 이붙이벨트에 있어서, 예 3~6 및 10~13의 미가황 고무조성물을 벨트본체에 사용하면, 이부전단강도 유지율이 높은 것을 알 수 있다. 이는 미가황 고무조성물이 고 에틸렌 결정성성분과 비결정성성분 양쪽을 포함하며 또 유동성이 우수한 점에서, 심선이나 범포의 피복고무에 사용하는 풀고무의 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 조성분포 및 결정성의 차이에 관계없이, 이들 피복고무와 양호한 상용성을 나타내어 범포와 심선에 고무조성물이 견고하게 밀착하기 때문에 벨트 이의 내구성이 향상된 것으로 생각된다.

이상과 같이 예 3~6 및 10~13은 미가공 고무조성물의 가공성, 벨트특성 모두가 양호하며, 모두 에틸렌함량이 65질량% 이상이며 고분자량(고 무니점성도)인 고결정성 고무(폴리머1, 폴리머2)와, 에틸렌함량이 40.7wt%로 낮으며 또 저분자량인 비결정성 액상고무(유니로열 케미칼사제, Trilene67)의 혼합구성이다. 즉 원료고무인 에틸렌-α-올레핀 탄성체의 분자량 분포 및 에틸렌 함량 모두 넓은 분포를 갖게 하기 위해서는, 고분자량이며 또 에틸렌 결정성이 높은 고무종류와, 액상 폴리머와 같이 저분자량이며 에틸렌 결정성이 없는 고무종류를 섞는 것이 효과적이다. 여기서 마찬가지 구조분포를 갖는 원료고무는, 용액중합 후 건조시키기 전에 상기 2 종류의 고무용액을 혼합하는 용액혼합법에 의하여 작성할 수 있다. 또 2 단계 중합법으로 상기 2 종류의 폴리머가 혼합된 구조분포를 갖는 원료고무를 작성할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 벨트성형 전 미가황 고무조성물의 롤 가공성, 고무시트간 접착성 및 고무시트 핸들링성이 양호한 것으로 되며, 더욱이 벨트주행 내구성, 특히 종래보다 저온 주행성이 우수하게 된다.

Claims

에틸렌-α-올레핀 탄성체를 원료고무로 하는 고무조성물에 의하여 벨트본체가 형성된 전동벨트에 있어서,

상기 원료고무인 에틸렌-α-올레핀 탄성체는 분자량이 10⁶ 이상이며 에틸렌 함량이 65질량% 이상인 고분자량 성분을 7~12질량% 함유함과 동시에, 분자량이 10⁵ 이하이며 에틸렌 함량이 60질량% 이하인 저분자량 성분을 26~60질량% 함유하며, 또 무니 점성도가 50ML_1＋4(100℃) 이하인 것을 특징으로 하는 전동벨트.
제 1 항에 있어서,

상기 에틸렌-α-올레핀 탄성체는, 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM) 및 에틸렌 옥텐 코폴리머 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전동벨트.
제 1 항에 있어서,

상기 에틸렌-α-올레핀 탄성체를 원료고무로 하는 고무조성물은 단섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 전동벨트.
제 1 항에 있어서,

상기 벨트본체는, 벨트길이 방향으로 연장되는 복수 개의 리브가 벨트 폭 방향으로 소정 피치로 형성된 V리브벨트 본체인 것을 특징으로 하는 전동벨트.
제 1 항에 있어서,

상기 벨트본체는 이붙이벨트 본체인 것을 특징으로 하는 전동벨트.