KR100861856B1 - 동력 전달 벨트 - Google Patents

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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명은 (1) 인장 구획, (2) 쿠션 구획 및 (3) 상기 인장 구획과 쿠션 구획 사이에 배치된 하중-지지(load-carrying) 구획을 갖는 이음매 없는 동력 전달 벨트(endless power transmission belt)에 관한 것으로, 상기 벨트는 (a) 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머, (b) 흑연, 몰리브덴 디설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 고무 총 100중량부 당 10 내지 100중량부(phr)의 비이동성 내부 윤활제 및 (c) 유기 아크릴레이트, 유기 메타크릴레이트, α,β-불포화 유기산의 금속 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 0.1 내지 100phr의 경화 보조제의 반응 생성물을 포함하는 자유 라디칼 경화된 엘라스토머성 조성물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

동력 전달 벨트{POWER TRANSMISSION BELT}
도 1은 본 발명의 이음매 없는 동력 전달 벨트의 한 양태를 예시하는 부분 투시도이다.
자동차 언더후드에 적용시의 고온, 및 폭넓은 운전 온도 범위 및 보다 긴 품질 보증 기간에 대한 소비자들의 요구로 인해 고온 및 저온 내성이 개선된 벨트 엘라스토머가 요구되었다. 그 결과, 에틸렌 α-올레핀 중합체가 자동차 다중 V-리브드 벨트(V-ribbed belt)용의 제 1의 엘라스토머로서 폴리클로로프렌을 대신하게 되었다.
그러나, 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머의 알려진 문제점은 열악한 내마모성이다. 이러한 유형의 엘라스토머에 특유한 문제점은 동적 하중 및 연마 마모에 의해 쇄 절단 경향을 갖는다는 점이다. 다중 V-리브드 벨트의 경우, 이러한 특성은 소위 "필링 현상(pilling phenomenon)", 즉 벨트의 홈안에 연마된 점착성 물질이 축 적되는 현상을 야기시킨다. 이러한 현상은 바람직하지 않은 벨트 소음의 통상적인 원인이 되고, 극단적인 경우에는 벨트의 파손을 야기시킬 수 있다.
에틸렌 α-올레핀 벨트의 필링 내성을 개선시키는 여러 방법이 선행 기술에 공지되어 기술되어 있다. 필링 내성을 개선시키는 하나의 방법은 고함량의 에틸렌을 갖는 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머의 사용을 포함한다. 그러나, 이러한 시도의 문제점중 하나는 상기 엘라스토머중의 고함량의 에틸렌이 동력 전달 벨트의 제조시 전형적으로 사용되는 개방 밀(mill) 및 캘린더상에서 가공처리되기가 어렵다는 점이다. 또한, 고함량의 에틸렌을 갖는 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 높은 유리전이온도 및 보다 높은 결정도로 인해 저함량의 에틸렌을 갖는 상응하는 엘라스토머에 비해 불리한 저온 특성을 나타낸다.
에틸렌 α-올레핀 엘라스토머에 기초된 화합물의 필링 내성을 개선시키는 다른 시도는 고 터나시티(tenacity) 및 내마모성 섬유, 특히 상표명 케블라(Kevlar), 트와론(Twaron) 및 테크노라(Technora)로 시판중인 것과 같은 아라미드 섬유를 혼입시키는 것이다. 필링 내성을 개선시키기 위한 상기 섬유의 용도는 야넬(Yarnell) 등의 미국 특허 제 5,610,217 호, 세들라섹(Sedlacek)의 미국 특허 제 4,798,566 호 및 다케하라(Takehara) 등의 미국 특허 제 6,177,202 호를 포함하는 종래의 많은 문헌에 기술되어 있다. 상기 섬유를 혼입시킨 다중 V-리브드 벨트의 홈이 절삭 또는 연삭에 의해 형성되는 경우, 이러한 섬유의 일부가 노출되어 리브 표면으로부터 돌출된다. 이러한 섬유는 본질적으로 기재 엘라스토머 자체의 필링 내성 증강에 의한 것보다 기재 엘라스토머와 벨트 풀리(pulley) 사이의 접촉을 최소화시키는 작용을 한다. 그러나, 상기 섬유의 사용의 주된 문제점은 동력 전달 벨트에서 통상적으로 사용되는 기타 섬유에 비해 비용이 상당히 많이 든다는 점이다. 예를 들어, 아라미드 섬유의 원료 비용은 적합한 면 섬유의 비용에 비해 전형적으로 20배 이상이다. 또한, 아라미드 섬유는 전형적인 고무 혼합 장치에서 효과적으로 분산시키기가 어려우므로, 보다 광범위하고 비용이 많이 드는 혼합 과정이 요구된다.
다중 V-리브드 벨트의 필링 문제를 해결하기 위한 제 3의 시도는 벨트 리브의 표면으로 이동하여 벨트와 풀리 사이의 접촉부를 윤활시키는 물질을 엘라스토머 화합물내에 혼입시키는 것이다. 이러한 시도의 예는 코넬(Connell) 등의 미국 특허 제 5,284,456 호에 기술된 폴리실록산 물질의 사용이다. 그러나, 이 방법은 여러 문제점을 안고 있다. 동력 전달 벨트와 풀리 표면 사이의 마찰 감소로 인해 하중-지지 능력이 제한된다. 더욱이, 상기 물질의 이동 속도는 환경 조건에 따라 크게 달라지고, 벨트 표면상의 농도는 환경 조건 및 사용 빈도 둘다에 따라 달라진다. 이는, 매우 폭넓은 운전 온도 범위 및 의무 주기를 요구하는 자동차 용도에서, 동일 조건하에서의 불충분한 표면 윤활 및 다른 조건하에서의 과도한 윤활을 야기시킨다.
동력 전달 벨팅에서 사용되는 엘라스토머성 조성물에 대해 요구되는 중요한 특성은 동적 조건하에서 하중을 전달하는 능력이다. 따라서, 상기 용도로 사용되는 화합물은 전형적으로 고함량의 보강 미립자 충전제를 포함한다. 카본블랙 및 실리카는 가장 통상적으로 사용되는 2종의 보강 미립자 충전제이다. 그러나, 이러 한 충전제는 유감스럽게도 동력 전달 벨트에 사용되는 경우 여러 문제점을 나타낸다. 이중 하나는 충전제가 각각의 주기적인 변형을 이용한 증가된 변형에너지 투입으로 인해 충전제의 함량에 비례하여 굴곡/피로 내성을 감소시킨다는 점이다. 고함량의 보강 미립자 충전제를 갖는 화합물의 다른 문제점은 동적 하중하에서 화합물에 의해 제거되는 에너지의 양과 관련되는 화합물 히스테리시스(hysteresis)의 증가이다. 동적 하중하에서 고 히스테리시스 화합물이 저 히스테리시스 화합물보다 더욱 큰 열 빌드업(heat buildup)을 나타내어, 열 시화 공정을 가속시키고, 따라서 조기 손상을 유발시킨다. 고 히스테리시스 화합물은 또한 상응하는 저 히스테리시스 화합물보다 열악한 내마모성, 특히 열악한 필링 내성을 나타낸다.
동력 전달 벨트에서의 비이동성 내부 윤활제의 용도는 예를 들어 브루(Brew)의 미국 특허 제 4,464,153 호, 스탠들리(Standley)의 미국 특허 제 4,244,234 호 및 헨더슨(Henderson) 등의 미국 특허 제 4,032,768 호에 기술되어 있다. 상기 문헌 모두에서, 윤활제는 벨트와 풀리 사이의 마찰 계수를 감소시키는데 사용되었다. 다수의 용도, 특히 다중 V-리브드 벨트에서, 마찰 계수는 벨트 구동의 설계 또는 소비자의 요구에 상응하는 임의의 최소 수치 이상으로 유지될 필요가 있다.
허용가능한 하중-지지 능력을 유지하면서 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머에서 내마모성을 개선시키고 히스테리시스를 최소화시키는 공지된 방법과 관련된 상기와 같은 문제점으로 인해, 고 에틸렌 중합체, 아라미드 섬유, 이동성 윤활제 또는 고 함량의 보강 미립자 충전제의 사용없이 저 히스테리시스 및 우수한 내마모성, 특히 필링 내성을 나타내는 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머가 요구된다. 또한, 엘라스토머와 표준 벨트 풀리 사이의 마찰 계수를 감소시키지 않으면서 상기 요구사항을 충족시킬 필요가 있다.
본 발명은 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머, 비이동성 내부 윤활제 및 경화 보조제의 반응 생성물을 포함하는 자유 라디칼 경화된 엘라스토머성 조성물을 특징으로 하는 동력 전달 벨트에 관한 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 양태를 나타낸다.
본 발명은 (1) 인장 구획, (2) 쿠션 구획 및 (3) 상기 인장 구획과 쿠션 구획 사이에 배치된 하중-지지(load-carrying) 구획을 갖는 이음매 없는 동력 전달 벨트(endless power transmission belt)에 관한 것으로, 상기 벨트는 (a) 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머, (b) 흑연, 몰리브덴 디설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 고무 총 100중량부 당 10 내지 100중량부(phr)의 비이동성 내부 윤활제 및 (c) 유기 아크릴레이트, 유기 메타크릴레이트, α,β-불포화 유기산의 금속 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 0.1 내지 100phr의 경화 보조제의 반응 생성물을 포함하는 자유 라디칼 경화된 엘라스토머성 조성물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
도면 부호 20으로서 일반적으로 나타낸 본 발명의 이음매 없는 동력 전달 벨트 또는 벨트 구조체를 예시하고 있는 도 1을 참조로 하여 기술한다. 벨트(20)는 특히 당해 분야의 공지 기술에 따라 결합 쉬브(sheave)에 사용되도록 조정된다. 벨트는 특히 단 중심 구동(short center drive), 운동 기구, 자동차 구동, 농업용 기구, 소위 토크 감지 구동, 다양한 벨트 인장의 충격 하중을 벨트에 부여하는 용도, 벨트가 다양한 속도로 작동되는 용도, 벨트에 인장 조절을 위한 스프링이 달려있는 용도 등에 사용하기에 적합하다.
벨트(20)는 인장 구획(21), 쿠션 구획(23) 및 상기 인장 구획(21)과 쿠션 구획(23) 사이에 배치된 하중-지지 구획(25)을 포함한다. 벨트(20)는 선택적으로 구동 표면(28) 및 직물 피복된 3개의 리브(29) 또는 V자형 부분에 접착되는 내측 겹 또는 내부 직물 층(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 도 1의 벨트(20)는 직물 배킹(backing)(30)을 갖는다. 직물 배킹(30)은 이방향성, 부직물, 직물 또는 편성물일 수 있다. 직물 배킹 층(30)은 마찰되고, 딥핑(dip)되고, 스프레드(spread)되고, 피복되거나 적층될 수 있다.
하중-지지 구획(25)은 당해 분야에 널리 공지된 기법에 따라 엘리스토머성 쿠션 또는 매트릭스(33)에 적합하게 끼워져 있는 하중-지지 코드(31) 또는 필라멘트 형태의 하중-지지 수단을 갖는다. 코드(31) 또는 필라멘트는 당해 분야에서 공지되어 사용되고 있는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 이러한 물질의 대표적인 예는 아라미드, 섬유유리, 나일론, 폴리에스테르, 면, 강, 탄소 섬유 및 폴리벤즈옥사졸을 포함한다.
도 1의 벨트(20)의 구동 표면(28)에는 다수의 V자형 홈이 패여 있다. 다른 양태에 따르면, 본 발명의 벨트는 벨트의 구동 표면이 평탄하고, 하나의 V자형 홈이고 동기식일 수 있는 벨트를 포함하는 것으로 또한 고려된다. 동기식의 대표적인 예는 사다리꼴 또는 곡선 톱니를 갖는 벨트를 포함한다. 톱니 설계는 미국 특허 제 5,209,705 호 및 제 5,421,789 호에 나타낸 바와 같은 나선형 오프셋 톱니 설계를 가질 수 있다.
도 1의 벨트(20)는 하나의 구동 표면(28)을 갖는다. 그러나, 본원에서는 벨트가 이중-측면 벨트와 같은 2개의 구동 표면(도시되지 않음)을 가질 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 예로는, 하나 또는 두 개 모두의 구동 표면이 본원에 기술된 바와 같이 직물을 가질 수 있다. 바람직하게는, 벨트(20)는 하나의 구동 표면을 갖는다.
인장 구획(21), 쿠션 구획(23) 및 하중-지지 구획(25)에 사용하기 위한 엘라스토머성 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다.
인장 구획(21) 및/또는 쿠션 구획(23) 및 하중-지지 구획(25)에 사용하기 위한 엘라스토머성 조성물은 에틸렌 α-올레핀 고무 또는 엘라스토머를 함유한다. 에틸렌 α-올레핀 고무 또는 엘라스토머 이외에도, 추가의 고무가 사용될 수 있다. 일반적으로, 고무 총 중량을 기준으로 50 내지 100중량부가 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머이다. 바람직하게는, 70 내지 100중량부가 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머이다. 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 에틸렌 및 프로필렌 단위(EPM), 에틸렌 및 부텐 단위, 에틸렌 및 펜텐 단위 또는 에틸렌 및 옥텐 단위(EOM)의 공중합체, 및 에틸렌 및 프로필렌 단위 및 불포화 성분(EPDM), 에틸렌 및 부텐 단위 및 불포화 성 분, 에틸렌 및 펜텐 단위 및 불포화 성분, 및 에틸렌 및 옥텐 단위 및 불포화 성분으로 이루어진 삼원혼성중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 삼원혼성중합체의 불포화 성분으로서, 예를 들어 1,4-헥사디엔, 디사이클로펜타디엔 또는 에틸리덴노르보넨(ENB)을 포함하는 임의의 적합한 비공액 디엔이 사용될 수 있다. 본 발명에 바람직한 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 약 35 내지 약 90중량%의 에틸렌 단위, 약 65 내지 약 5중량%의 프로필렌 또는 옥텐 단위 및 0 내지 10중량%의 불포화 성분을 함유한다. 보다 바람직한 양태에서 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 약 50 내지 약 70중량%의 에틸렌 단위를 함유하고, 가장 바람직한 양태에서 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 약 55 내지 약 65중량%의 에틸렌 단위를 함유한다. 가장 바람직한 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머는 EPDM이다.
에틸렌 α-올레핀 엘라스토머 이외에 고무를 사용하는 것이 바람직한 경우, 추가의 고무는 사용되는 총 고무를 기준으로 0 내지 50중량부이다. 이러한 고무가 실리콘 고무, 폴리클로로프렌, 에피클로로하이드린, 아크릴로니트릴 고무, 수소화 아크릴로니트릴 고무, 불포화 카복실산 에스테르 그라프트된 수소화 니트릴 부타디엔 엘라스토머의 아연 염, 천연 고무, 합성 시스-1,4-폴리이소프렌, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체, 에틸렌 메타크릴레이트 공중합체 및 삼원혼성중합체, 염소화 폴리에틸렌, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 알킬화 클로로설폰화 폴리에틸렌, 트랜스-폴리옥테나머, 폴리아크릴 고무, 아크릴화되지 않은 시스-1,4-폴리부타디엔 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 엘라스토머 총 100중량부를 기준으로 0 내지 30중량부는 전술한 하나 이 상의 고무이다.
에틸렌 α-올레핀 엘라스토머 및 임의의 제 2 고무를 함유하는 엘라스토머성 조성물은 인장 구획, 쿠션 구획, 하중-지지 구획, 이들 중 2개 구획 또는 3개 구획 모두에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 엘라스토머성 조성물은 쿠션 구획에서 사용된다.
본 발명의 벨트에 사용하기 위한 엘라스토머성 조성물은 비이동성 내부 윤활제를 함유한다. "비이동성"이란 용어는 엘라스토머성 매트릭스 내에서 이동하거나 돌아다니는 윤활제를 제외시킨 것을 의미한다. "비이동성"이란 용어로부터 제외된 이동성 윤활제의 대표적인 예는 오일, 폴리실록산 또는 왁스이다. "내부"라는 용어는 윤활제가 에틸렌 α-올레핀 고무 함유 화합물 내에서 혼합되거나 동시에 섞이는 것을 의미한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 비이동성 내부 윤활제의 대표적인 예는 흑연, 몰리브덴 디설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물을 포함한다. 흑연은 천연 또는 합성일 수 있다. 비이동성 내부 윤활제의 양은 10 내지 100phr로 다양할 수 있다. 상기 양은 10 내지 60phr이 바람직하고, 20 내지 40phr이 가장 바람직하다.
자유 라디칼 가교결합 반응은 벨트 내 고무 함유 조성물을 경화시키는데 사용된다. 상기 반응은 UV 경화 시스템 또는 퍼옥사이드 경화 시스템을 통해서일 수 있다. 사용될 수 있는 널리 공지된 퍼옥사이드의 부류는 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시에스테르, 디알킬 퍼옥사이드 및 퍼옥시케탈을 포함한다. 특정한 예는 디쿠밀 퍼옥사이드, n-부틸-4,4-디(t-부틸퍼옥시)발레레이트, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)- 3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 1,1-디(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산, 에틸-3,3-디(t-부틸퍼옥시)부티레이트, 에틸-3,3-디(t-아밀퍼옥시)부티레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸 쿠밀 퍼옥사이드, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3, t-부틸 퍼벤조에이트, 4-메틸-4-t-부틸퍼옥시-2-펜타논 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 퍼옥사이드는 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산이다. 퍼옥사이드의 전형적인 양은 0.1 내지 12phr(퍼옥사이드의 활성부를 기준으로 함)이다. 바람직하게는, 퍼옥사이드의 양은 2 내지 6phr이다.
보조제는 자유 라디칼 가교결합 반응 동안 존재한다. 보조제는 개선된 가황 특성을 성취하도록 자유 라디칼 개시제와 함께 사용되는 일작용기 및 다작용기 불포화 유기 화합물이다. 대표적인 예는 유기 아크릴레이트, 유기 메타크릴레이트, α,β-불포화 유기산의 금속 염 및 이들의 혼합물을 포함한다.
보조제는 일정 수준으로 존재할 수 있다. 일반적으로, 보조제는 0.1 내지 100phr의 양으로 존재한다. 보조제의 수준은 사용되는 보조제에 따라 달라짐은 물론이다. 바람직하게는, 보조제는 20 내지 60phr의 양으로 존재한다.
전술한 바와 같이, 보조제의 한 부류는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트이다. 이러한 보조제의 대표적인 예는 디-, 트리-, 테트라- 및 펜타-작용기 아크릴레이트, 디-, 트리-, 테트라- 및 펜타-작용기 메타크릴레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 보조제의 특정 예는 1,3-부틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,3-부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트, 2-헤녹시에틸 아크릴레이트, 알콕시화 디아크릴레이트, 알콕시화 노닐 페놀 아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 카프롤락톤 아크릴레이트, 사이클로헥산 디메탄올 디아크릴레이트, 사이클로헥산 디메탄올, 메타크릴레이트 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디-트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 에톡시화 노닐페놀 아크릴레이트, 에톡시화 테트라브로모 비스페놀 A 디아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 A 디아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 디메타크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 A 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 고 프로폭시화 글리세릴 트리아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 이소보닐 메타크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디메타크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 펜타아크릴레이트 에스테르, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 프로폭시화 글리세릴 트리아크릴레이트, 프로폭시화 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 프로폭시화 알릴 메타크릴레이트, 프로폭시화 글리세릴 트리아크릴레이트, 프로폭시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 메타크릴레이트, 트리데실 아크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 삼작용기 아크릴레이트 에스테르, 삼작용기 메타크릴레이트 에스테르, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시 에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시 에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트 및 트리스(2-하이드록시 에틸)이소시아누레이트 트리메타크릴레이트를 포함한다.
α,β-불포화 유기산의 금속 염은 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 에타크릴산, 비닐-아크릴산, 이타콘산, 메틸 이타콘산, 아코니트산, 메틸 아코니트산, 크로톤산, α-메틸크로톤산, 신남산 및 2,4-디하이드록시 신남산을 포함하는 산의 금속 염을 포함한다. 금속은 아연, 카드뮴, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 알루미늄일 수 있다. 아연 디아크릴레이트 및 아연 디메타크릴레이트가 바람직하다.
통상적인 카본블랙 또한 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 카본블랙은 0 내지 250phr의 양으로 사용된다. 본 발명의 하나의 이점은 보강 충전제의 제거가 가능하다는 점이다. 사용될 수 있는 카본블랙의 대표적인 예는 ASTM 호칭명 N110, N121, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N550, N582, N630, N624, N650, N660, N683, N754, N762, N907, N908, N990 및 N991로 공지된 것을 포함한다.
다양한 비카본블랙 보강 충전제 및/또는 보강제를 첨가하여 본 발명의 동력 전달 벨트 제조용 고무 조성물의 강도 및 보전성을 증가시킬 수 있다. 보강제의 예는 실리카, 활석, 탄산칼슘 등이다. 이러한 비카본블랙 보강제는 약 0 내지 80phr, 바람직하게는 약 0 내지 20phr의 양으로 사용될 수 있다.
고무 조성물은 고무 배합 기술에서 일반적으로 공지된 방법, 예를 들어 오일과 같은 경화 보조제 및 가공 첨가제, 점착성부여 수지 및 가소제를 포함하는 수지, 충전제, 안료, 지방산, 왁스, 산화방지제 및 오존화방지제와 같은 통상적으로 사용되는 각종 첨가제 물질과 다양한 구성의 고무를 혼합하는 방법에 의해 배합된다. 전술한 첨가제는 통상적인 양으로 선택되고 사용된다.
사용되는 경우 점착성부여 수지의 전형적인 양은 약 0.5 내지 약 10phr, 보통 약 1 내지 약 5phr이다. 가공 보조제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 50phr이다. 이러한 가공 보조제는 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜, 나프텐산 및/또는 파라핀산 가공 오일을 포함할 수 있다. 산화방지제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5phr이다. 대표적인 산화방지제는 트리메틸-디하이드로퀴놀린이다. 사용되는 경우 스테아르산을 포함할 수 있는 지방산의 전형적인 양은 약 0.5 내지 약 3phr이다. 왁스의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5phr이다. 종종 미세결정질 및 카르나우바(carnauba) 왁스가 사용된다. 사용되는 경우 가소제의 전형적인 양은 1 내지 100phr이다. 이러한 가소제의 대표적인 예는 디옥틸 세바케이트, 염소화 파라핀 등을 포함한다.
엘라스토머 조성물은 또한 전체적으로 분배되는 섬유 또는 플록(flock)을 가질 수 있다. 엘라스토머 혼합물 전체에 걸쳐 분배되는 섬유 또는 플록은 임의의 적합한 물질일 수 있고, 바람직하게는 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 섬유유리 등을 포함하는 적합한 합성 물질로 제조된 섬유 또는 면과 같은 비금속성 섬유이다. 섬유는 각각 0.001 내지 0.050in(0.025 내지 1.3mm)의 직경 및 0.001 내지 0.5in(0.025 내지 12.5mm)의 길이를 가질 수 있다. 섬유는 5 내지 50phr의 양으로 사용될 수 있다.
고무 조성물의 혼합은 고무 혼합 기술 분야의 숙련가들에게 공지된 방법에 의해 성취될 수 있다. 예를 들어, 성분들은 한 단계로 혼합될 수 있지만, 전형적으로 2개 이상의 단계, 즉 하나 이상의 비생성 단계 이후 생성 혼합 단계에서 혼합된다. 가황제를 포함하는 최종 경화제는 "생성" 혼합 단계[여기서, 혼합은 전형적으로 앞선 비생성 혼합 단계보다 낮은 혼합 온도 또는 최종 온도에서 일어난다]로 통상 언급되는 최종 단계에서 전형적으로 혼합된다.
벨트에 사용하기 위한 고무 조성물의 경화는 약 160 내지 190℃의 통상적인 온도에서 일반적으로 수행된다. 바람직하게는 경화는 약 170 내지 180℃의 온도에서 수행된다.
당해 분야의 숙련가들에게 공지된 바와 같이, 동력 전달 벨트는 드럼 장치 상에서 제작될 수 있다. 우선, 배킹이 시트로서 드럼에 적용된다. 이어서, 임의의 인장 구획을 시트로서 적용한 후 드럼 위에 코드 또는 인장 부재(하중-지지 구획)를 나선형으로 형성시킨다. 이후, 쿠션 구획을 적용하고 이어서 사용되는 경우 직물을 적용한다. 조립된 적층제 또는 슬래브 및 드럼을 주형에 위치시키고 경화시킨다. 경화 후, 리브를 슬래브로 절단하고, 형성된 슬래브를 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 방식에 의해 벨트로 절단한다.
실시예
실시예 1
3개의 샘플을 표 1에 예시한 구성으로 제조하였다. 샘플 1은 비이동성 내부 윤활제가 부재하므로 대조군으로 여긴다. 샘플 3은 경화 보조제가 부재하므로 대조군으로 여긴다. 퍼옥사이드를 제외한 모든 성분을 비생성 혼합 단계에서 첨가하였다.
대조군 대조군
샘플 1 샘플 2 샘플 3
EPDM1 100 100 100
아연 디아크릴레이트2 40 40 0
합성 흑연3 0 30 30
카본블랙4 30 0 0
면 플록5 20 20 20
산화방지제6 2 2 2
퍼옥사이드7 4 4 4
1노델(Nordel) IP 4640은 55중량%의 에틸 단위, 40중량%의 프로필렌 단위 및 5중량%의 불포화 성분을 갖는 듀퐁 다우 엘라스토머 인코포레이티드(Dupont Dow Elastomer Inc.)에서 시판중인 EPDM 고무이다. 2사렛(Saret) 633은 사르토머(Sartomer)에서 시판중이다. 3A625는 아스버리 그래파이트(Asbury Graphite)에서 시판중이다. 4N220 카본블랙 5아크로켐 코포레이션(Akrochem Corporation)에서 시판중인 아크로플록(Akroflock) 면 6중합된 1,2-데하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린 72,5-디메틸-2,5-디-(t-부틸퍼옥시)헥산

대조군 대조군
샘플 1 샘플 2 샘플 3
F43 필링 (1 내지 10, 10이 가장 우수함)1 7 8.25 5
W57 내구성 굴곡(파쇄 시간) 207+ 309+ 250
1필링 또는 홈 오염에 대한 내성을 측정하기 위해, 벨트에 대해 2개의 풀리 시험을 수행하였다. 구동절 풀리는 직경 121mm이고, 구동된 풀리는 76mm의 직경을 갖는 절단된 나일론 아이들러이다. 구동절 속도는 77℉에서 48시간 동안 3500RPM이다. 160파운드의 행잉(hanging) 중량이 있고, 벨트는 1200mm의 길이를 갖는 6개의 리브드 벨트이다. 이어서 벨트는 1 내지 10 등급(10이 가장 우수함)으로 시각적으로 평가된다. 2시험 설명서 제 SAE J1459

대조군 샘플 1 및 샘플 2는 카본블랙과 흑연을 비교한 것이다. 흑연 벨트는 카본블랙 하중 벨트보다 굴곡 및 내구성이 증가되고 보다 우수한 필링 내성을 나타 내었다.
샘플 2 및 대조군 샘플 3은 ZDA와 비ZDA 흑연 화합물을 비교한 것이다. 비ZDA 화합물은 내구성 수명이 감소되고 필링 시험시 더욱 심각하게 필링되었다.
본 발명의 예시적인 양태 및 이를 수행하는 방법이 예시되고 기술되었지만, 본 발명은 하기 특허청구범위의 범주내에서 다양한 양태로 수행될 수 있음을 인지해야 할 것이다.
본 발명에 따른 동력 전달 벨트는 굴곡 및 내구성이 증가되고 보다 우수한 필링 내성을 나타낸다.

Claims (5)

  1. (1) 인장 구획, (2) 쿠션 구획 및 (3) 상기 인장 구획과 쿠션 구획 사이에 배치된 하중-지지(load-carrying) 구획을 갖는 이음매 없는 동력 전달 벨트(endless power transmission belt)로서,
    상기 벨트가 (a) 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머, (b) 흑연, 몰리브덴 디설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 고무 총 100중량부 당 10 내지 100중량부(phr)의 비이동성 내부 윤활제 및 (c) 유기 아크릴레이트, 유기 메타크릴레이트, α,β-불포화 유기산의 금속 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 0.1 내지 100phr의 경화 보조제
    의 반응 생성물을 포함하는 자유 라디칼 경화된 엘라스토머성 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 동력 전달 벨트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    엘라스토머성 조성물이 (1) 에틸렌 α-올레핀 엘라스토머 50 내지 100중량부 및 (2) 실리콘 고무, 폴리클로로프렌, 에피클로로하이드린, 아크릴로니트릴 고무, 수소화 아크릴로니트릴 고무, 불포화 카복실산 에스테르 그라프트된 수소화 니트릴 부타디엔 엘라스토머의 아연 염, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체, 에틸렌 메타크릴레이트 공중합체 및 삼원혼성중합체, 염소화 폴리에틸렌, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 알킬화 클로로설폰화 폴리에틸렌, 트랜스-폴리옥테나머, 폴리아크릴 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 고무 0 내지 50중량부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 동력 전달 벨트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    엘라스토머성 조성물이 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시에스테르, 디알킬 퍼옥사이드 및 퍼옥시케탈로 이루어진 군으로부터 선택된 퍼옥사이드로 경화되는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 동력 전달 벨트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    내부 비이동성 윤활제의 양이 10 내지 60phr인 것을 특징으로 하는 이음매 없는 동력 전달 벨트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    내부 비이동성 윤활제의 양이 20 내지 40phr인 것을 특징으로 하는 이음매 없는 동력 전달 벨트.
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