KR100926052B1

KR100926052B1 - 금속 엘라스토머 화합물

Info

Publication number: KR100926052B1
Application number: KR1020077024812A
Authority: KR
Inventors: 야햐 호드자트; 유딩 펭
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2009-11-11
Also published as: CA2601015A1; RU2363710C1; US7598308B2; TW200641019A; US20060223927A1; CN101151318B; EP1871830B1; BRPI0609261A2; JP2008534736A; CA2601015C; RU2007139908A; KR20070116163A; TWI273116B; EP1871830A1; BRPI0609261B1; MX2007013363A; CN101151318A; WO2006107418A1

Abstract

약 100,000 g/mol 내지 약 300,000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 엘라스토머, 각각이 약 1을 초과하는 종횡비를 갖는 다수의 금속 섬유를 포함하는 금속 섬유 재료를 포함하고, 금속 섬유 재료가 50phr 내지 150phr 범위의 양으로 엘라스토머와 혼합된 것인 금속 엘라스토머 화합물.

Description

금속 엘라스토머 화합물{METAL-ELASTOMER COMPOUND}

기술 분야

본 발명은 금속 엘라스토머 화합물, 즉 약 50phr 내지 150phr의 범위로 엘라스토머와 혼합된 섬유상 금속 재료를 포함하는 화합물에 관한 것이다.

배경 기술

본래 엘라스토머는 벨트, 호스, 타이어 등과 같은 많은 제품에 사용되는 가요성 재료이다. 한편, 금속은 가요성이 매우 부족하지만, 인장 및 인열 강도가 매우 높다. 전기 전도성을 개선시키기 위해 제한된 양으로 금속을 엘라스토머에 첨가하여 왔으나, 엘라스토머와 금속을 결합하는 목적, 첨가되는 금속의 백분율 및 잇점은 매우 제한되었다.

금속 결합 엘라스토머의 다른 예는 특성을 개선하기 위해 엘라스토머 바디에 형상이 다른 스틸 와이어를 구비하고 있는 스틸 벨트 타이어이다. 타이어의 경우, 스틸 와이어는 비교적 두꺼운 삽입물이어서 엘라스토머 재료 혼합물에 혼입되지 않는다. 이것은 엘라스토머에 혼입되지 않는 별개의 코드(cord)이다.

한편, 복합 재료는 재료 중 어느 것에 의해서도 개별적으로 나타내지 않는 특성을 갖는 2종 이상의 재료의 결합이다. 2종 이상의 재료를 함께 혼합하여 다양 한 구조화된 형태를 형성하며 특성들의 바람직한 결합을 잠재적으로 제공하는 생성물을 얻을 수 있다는 것이 오랫동안 인식되어 왔다. 예를 들어, 섬유유리는 대부분의 경우에 있어서 폴리에스테르 수지에 의해 결합된 미세 유리 섬유로 만들어진다. 유리 섬유는 장력에 있어서 매우 강하고, 수지는 형상을 정하는데 도움을 주고 섬유에 잘 결합하며 섬유가 인접 섬유에 대한 마찰에 의해 서로 손상되는 것을 방지한다. 현재, 많은 상이한 유형의 섬유를 이용할 수 있다. 물론, 섬유유리는 특별하게 도전성으로 알려져있지는 않다.

대표적인 종래 기술은 일본특허 JP 1995000207596호인데, 이것은 엘라스토머와 혼합된 티탄산의 금속성 염의 섬유상 재료를 혼합함으로써 얻어진 유전성 엘라스토머 조성물을 개시한다.

엘라스토머의 가요성을 유지하면서 충분한 강도, 화합물에 열 전달 능력(heat transfer capabilities), 자기적 특성 및 전도성을 부여하기 위해, 충분히 높은 금속 함량을 가지는 금속 섬유 또는 분말과 결합된 엘라스토머를 포함하는 화합물이 필요하다. 본 발명은 이러한 필요성을 만족시킨다.

발명의 개요

본 발명의 주된 측면은 엘라스토머의 가요성을 유지하면서 화합물에 충분한 강도, 열 전달 능력, 자기적 특성 및 전도성을 부여하기 위해, 충분히 높은 금속 함량을 가지는 금속 섬유 또는 분말과 결합된 엘라스토머를 포함하는 화합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 후술하는 본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면에 의해 지적되거나 명확해질 것이다.

본 발명은 약 100,000 g/mol 내지 약 300,000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 엘라스토머, 각각이 약 1을 초과하는 종횡비를 갖는 다수의 금속 섬유를 포함하는 금속 섬유 재료를 포함하고, 상기 금속 섬유 재료가 50phr 내지 150phr 범위의 양으로 엘라스토머와 혼합된 것인 금속 엘라스토머 화합물을 포함한다.

도면의 간단한 설명

첨부된 도면은 명세서에 통합되어 그 일부를 형성하고, 본 발명의 바람직한 구체예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 제공된다.

도 1은 신장 파단(extension break)에서의 화합물 인장 특성(300% 부근 또는 그 이상의 연신율)을 나타낸다.

도 2는 금속섬유를 사용함으로써 유의적으로 증가한 25%, 50% 및 100%의 연신율에서의 화합물 신장 모듈러스를 나타낸다.

도 3은 화합물 인열 강도에 근거한 비교를 나타낸다.

도 4는 결합제를 갖는 화합물과 비교한 화합물 압축 경화의 비교이다.

도 5는 압축 강도 시험을 비교한 응력-변형 곡선이다.

도 6은 3가지 화합물에 대한 중량 손실율(weight loss)을 비교한 것이다.

도 7은 마찰 계수(COF)의 비교를 나타낸다.

도 8은 6시간의 시험법에 대한 시험 결과를 나타낸다.

도 9는 신장 모듈러스의 비교를 나타낸다.

도 10은 표 7로부터의 다양한 화합물 (C), (D), (E), 및 (F)에 대한 압축 시험 곡선의 비교를 나타낸다.

도 11은 도 10에서의 다양한 화합물의 마찰 계수의 비교를 나타낸다.

도 12는 더 큰 직경인 금속 섬유를 가지는 재료의 압축 강도가 대조 화합물 (D) 보다 더 낮다는 것을 나타낸다.

도 13은 화합물 (E) 및 (I)에 대한 마찰 시간과 중량 손실율의 변화를 나타낸다.

바람직한 구체예의 상세한 설명

본 발명은 엘라스토머 및 섬유상 금속 재료의 혼합물을 가지는 복합 화합물을 포함한다. 비교적 높은 금속 함량은 엘라스토머의 가요성을 나타내면서도 금속의 전도성, 자기적 특성, 열 전달 능력, 및 강도를 포함하는 금속의 특정 바람직한 속성을 화합물에 부여한다. 엘라스토머에 첨가되는 금속 섬유 또는 분말의 형태는 임의의 물리적 형상일 수 있다. 바람직한 물리적 형상은 각각이 약 1:1 내지 약 6000:1의 종횡비(길이:폭)를 가지는 개별 섬유로 이루어진다. 일단 혼합되면, 화합물은 당업계에 공지된 방법을 이용하여 열 및 압력에 의해 경화된다. 경화된 화합물은 수많은 제품에 사용될 수 있다. 본 명세서는 경화된 화합물을 기재로 하는데, 이것에는 시험 결과가 적용된다.

바람직한 구체예에서, 엘라스토머는 단지 금속 섬유와만 혼합된다. 대안적인 구체예에서, 엘라스토머는 금속 섬유 및 금속 분말의 조합물과 혼합될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 금속 분말 대 금속 섬유의 중량비는 약 0 (즉, 분말을 포함하지 않음) 내지 약 1 (즉, 실질적으로 금속 분말과 금속 섬유의 중량이 같음)의 범위일 수 있다. 금속 분말 입자는 약 1의 범위인 종횡비를 가진다.

섬유 또는 분말에 사용되는 바람직한 금속 재료 중 하나는 스테인리스강인데, 이것은 높은 인장 강도 및 내부식성 때문이다. 또 다른 적절한 금속은 알루미늄 합금인데, 이것은 낮은 중량, 높은 강도 및 내부식성 때문이다. 스테인리스강 및 알루미늄 이외에, 본 명세서에 기재된 기타 금속 뿐만 아니라 유리 섬유 및 탄소 섬유와 같은 기타 섬유 재료를 사용할 수 있다.

본 화합물을 제조하기 위해, 금속 섬유 (그리고, 대안적인 구체예에 대해서는 금속 분말)를 당업계에 공지된 혼합 방법을 사용하여 엘라스토머 성분과 혼합시킨다. 금속 분말 입자 또는 금속 섬유의 가닥을 바람직한 축 배향을 갖지 않는 혼합 공정 중 엘라스토머 화합물 전체에 걸쳐 랜덤하게 분배한다. 경화된 화합물의 매트릭스 전체에 걸쳐 인터록킹(interlocking), 크로싱 및 스프레딩(spreading)함으로써, 금속 섬유는 엘라스토머 자체의 성질 이상으로 화합물의 기계적 특성, 예컨대 인장 강도, 압축 강도 및 피로 강도를 개선시킨다. 또한, 부품(예컨대,타이어 및 벨트)의 표면에 마모를 발생시키는 제품에 사용하는 경우, 화합물의 표면의 약간의 최소 초기 마모 후, 노출된 금속 섬유 및 금속 분말이 매우 우수한 내마모성을 야기한다.

삭제

또 다른 대안적인 구체예에서, 금속 섬유는 당업게에 공지된 카렌다링(calendaring) 단계에 의해 축 방향으로 배향될 수 있어, 상당수의 금속 섬유의 주축이 기계 방향에 실질적으로 평행하게 된다. 이것은 본 화합물이 섬유의 배향 방향에 따라 이중 가요성(dual flexibility)을 가지도록 할 것이다. 즉, 본 화합물은 기계 방향에 대해 가로지르는 방향으로 더 가요성일 것인데, 다시 말하면, 평행한 섬유의 축의 주된 방향에 대해 수직인 축을 따라서 더 가요성일 것이다.

금속 섬유 길이 및 횡단면적은 금속 섬유의 크기 및 형상이 본 화합물의 성능에 불리하게 영향을 미치지 않는 한 제한되지 않는다. 그러나, 바람직한 크기 범위는 약 5 내지 30 mm의 길이 및 0.005 내지 0.5 mm (5 내지 500 미크론)의 직경이다. 단지 설명을 위해 섬유 횡단면은 원형으로 여겨지나, 횡단면은 임의의 형상일 수 있다. 엘라스토머 내 금속 섬유의 백분율은 임의의 필요량일 수 있으나, 약 20 부피% 내지 약 80 부피%가 바람직한 범위이다. 금속 섬유는 단지 5 내지 30 mm의 길이이고 횡단면 직경이 작으므로, 이들은 본 화합물이 엘라스토머처럼 구부러지게 하며, 또한 원하는 경우 금속과 같은 특성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 화합물은 금속 및 엘라스토머의 특성을 모두 가진다.

또한, 본 발명의 화합물 및 그 제조 방법은 모든 유형의 플라스틱, 예컨대 열경화성 및 열가소성 재료에 적용될 수 있다. 높은 금속 섬유 함유량으로 인해 종래 기술보다도 증가된 기계적 강도, 개선된 내마모성, 향상된 열전달 및 개선된 전기 전도성을 달성하는데 바람직한 경우 이것은 임의의 제품에 사용될 수 있다. 사용된 금속의 유형, 섬유의 크기 및 형상, 그리고 엘라스토머 양에 비하여 첨가된 금속 섬유의 백분율은 특정 용도에 맞도록 조절될 수 있다.

엘라스토머-금속 베이스 라인 상용성( Base Line Compatibility )

하기는 본 발명의 화합물에 대한 예시적인 레시피이다. 표 1은 이러한 분석에 사용된 화합물 레시피를 열거한다. "X"는 화합물 중 금속 섬유의phr 값을 나타낸다. 표 2는 화합물 혼합 절차를 나타낸다.

표 1. 화합물 레시피

표 2. 혼합 절차

마스터 배치 혼합	0' 1'	50 rpm 1번째 통과 필러(블랙 및/또는 금속 섬유), 오일 첨가, 램 다운 기타 화학약품 첨가, 램 다운 중합체 첨가 램을 올림, 스크랩핑 및 램 낮춤 온도가 300F에 가까와지거나 4분인 경우 덤프
최종 혼합	0' 2'	20 rpm 최종 1/2MB, 이후 경화제, 이후 1/2MB 첨가. 램 다운 램을 올림, 스크랩핑 및 램 낮춤 온도가 3분동안 220F에 이른 경우 덤프

0'는 혼합 시초 또는 시작을 의미한다; 1'는 혼합 시작으로부터 1분을 의미한다; 2'는 혼합 시작으로부터 2분을 의미한다. "MB"는 "마스터 배치"를 의미하는데, 이것은 경화제를 포함하지 않는 화합물이다. "Phr"은 고무 100당 파운드를 의미하며, 엘라스토머 업계에 공지된 관행이다.

표 4는 본 발명의 화합물의 초기 혼합 성능을 평가하는데 사용된 화합물 레시피를 나타낸다. 화합물 (A)는 금속 섬유를 포함하지 않은 대조 화합물이다. 혼합은 표 3에 나타낸 절차에 따라 수행하였다. 4개의 상이한 유형의 스테인리스강 섬유를 조사하였는데(표 3 참조), 이것은 벨기에에 본사가 있는 NV Bekaert SA가 시판하고 있다. 중합체(플라스틱 또는 고무) 매트릭스와의 결합(또는 협동)을 개선시키기 위해 Beki-Shield GR은 폴리에스테르 수지로 코팅하였다. Beki-Shield BU는 단지 코팅되지 않고 번들 형태인, "GR" 버전과 동일한 금속 섬유이다. Bekipor^® WB는 금속 섬유의 조성물인데, 3차원 부직 구조물을 형성하도록 균일하게 놓여진 것이다. 이것의 다공성 매질은 소결된 금속 섬유로 만들어진 부직, 고 다공성 섬유 매트릭스이다. 화이버 테크놀로지사(Fibre Technology Ltd)에서 제조된 직경이 큰 스테인리스강 섬유, 즉 MO446/10도 평가하였다.

또한, 기타 적절한 금속 섬유 금속은 임의의 유형의 스테인리스강, 스테인리스강, 임의의 유형의 강, 저탄소, 고탄소 및 합금강을 포함할 수 있다. 알루미늄 및 알루미늄 합금, "붉은" 금속, 예컨대 구리, 황동 및 청동. 니켈, 크롬, 아연, 주석, 마그네슘, 바나듐 및 티타늄. 인코넬 및 기타 합금. 선택된 엘라스토머와 상용성이 있는 임의의 기타 금속 및 금속 합금 섬유. 금속 섬유에 사용된 금속 재료는 금속 분말에도 사용될 수 있다.

표 3은 Bekaert 및 화이버 테크놀로지사로부터의 재료 형태를 나타낸다.

표 3. 조사된 스테인리스강 섬유.

표 4에서 사용된 금속 섬유는 스테인리스강 재료인 BEKI-Shield GR^TM를 포함한다.

본 명세서에서 EPDM 엘라스토머가 예시로서 사용되고 있다. 그러나, 엘라스토머로서는, 폴리클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에피클로로히드린, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 알킬화 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌-α-올레핀 엘라스토머, 폴리부타디엔 고무, 에틸렌/아크릴 엘라스토머, 천연 고무, 염소화 폴리에틸렌, 스티렌-부타디엔-스티렌-블록 공중합체, 브롬화 폴리메틸스티렌-부텐 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 엘라스토머, 아크릴 고무, 실리콘 고무 및 이들 중 임의의 2종 이상의 조합도 포함할 수 있다.

표 4. 혼합 성능을 평가하기 위한 화합물 레시피.

화합물(A)을 아무런 문제없이 혼합하였고, 4분에 300F로 떨어뜨렸다. 표 5는 물리적 특성의 비교를 나타낸다. 화합물(B)은 화합물(A)보다 덜 바람직한 특성을 나타냈다.

표 5. 물리적 특성 비교.

상기 모든 결과는 고무 및 금속 섬유 간의 상용성이 매우 불량하다는 것을 나타내는데, 이것은 불량한 혼합 거동 및 불량한 화합물 물리적 특성을 초래하였다.

금속 엘라스토머 상용성 개선.
엘라스토머 및 금속 섬유 간의 상용성을 개선시키기 위해, 아연 디메틸아크릴레이트(ZDMA) (Sartomer Company, Inc. : 상표명 "Saret 634")를 사용하였다. ZDMA는 잘 알려진 고무-금속 결합제이다. 이것은 엘라스토머 매트릭스와 금속 섬유 사이의 상용성을 개선시키기 위해 이 화합물에 사용하였다. 기타 결합제도 본 발명의 화합물에 사용할 수 있는데, 말레산 무수물 그래프트 폴리올레핀, 아크릴산 그래프트 폴리올레핀, 디아크릴산 아연, 카르복실산 코발트, 지르콘산 염 및 티탄산 염을 포함한다. 표 6은 본 실시예에서 각각 화합물 C, D, E에 사용된 레시피를 나타낸다. 화합물 (E)만이 금속 섬유, 즉 BEKI-Shield GR을 함유한다.

삭제

표 6. 결합제의 첨가.

폴리에틸렌 글리콜을 본 화합물 중 가공조제로서 사용한다. 산화칼슘(80 중량% 함량)은 습기로 인한 화합물 중 기공을 피하기 위해 사용되는 건조제이다.

화합물은 표 3에서의 절차를 따라 혼합하였다. 3종의 모든 화합물을 확실히 혼합하였고 확실하게 모여졌다. 도 1은 신장 파단(extension break)에서의 화합물 인장 특성(연신율 300% 부근 또는 그 이상)을 나타낸다. 이 도면 및 다른 도면에서 "RT"는 상온, 약 22℃를 의미한다. 화합물 중에 금속 섬유를 사용하는 것은 신장 파단에서 유의적인 개선을 얻지 못하였다. 그러나, 25%, 50% 및 100% 연신율에서의 화합물 신장 모듈러스(도 2)는 금속 섬유 (BEKI-Shield GR)를 사용함으로써 유의적으로 증가하였다.

도 3은 화합물 인열 강도에 근거하여 비교한 것을 나타낸다. 금속 섬유 BEKI-Shield GR을 사용함으로써 인열 강도가 증가하였음을 알 수 있다. 그러나, 화합물 압축 경화(compound compression set)는 결합제를 가지는 화합물에 비해 불리한 영향을 받지 않았다(도 4 참조). 엘라스토머 압축 경화는 주어진 변형에 대한 엘라스토머의 반응의 탄성 성분 대 점성 성분 비의 크기이다. 보다 긴 중합체 사슬은 에너지를 저장하는 개선된 능력(탄성)때문에 "내경화성(set resistance)"이 더 좋아지는 경향이 있다. 대부분의 엘라스토머 압축 경화 측정 표준(elastomer compression set measurement standard)은 주어진 시간 및 온도에 대해 25% 최초 압축을 필요로 한다. 횡단면은 하중을 제거한 후 측정한다. 엘라스토머 압축 경화는 회복되지 않는 최초 압축의 백분율이다. 압축 경화는 시린더형 디스크 또는 O-링에서 수행할 수 있다. 하중을 엘라스토머로부터 제거시킨 후, 최종 치수 및 최초 치수 사이의 차이를 "압축 경화"로 한다.

도 5는 압축 강도 시험을 비교한 응력-변형 곡선을 나타낸다. 압축 강도는 특히 높은 변형 수준에서, BEKI-Shield GR을 사용함으로써 개선되었음을 알 수 있다.

각각의 화합물의 마모 특성은 20 lbs의 로딩(loading)으로 마찰 속도 200 rpm에서 시험하였다. 도 6은 각 화합물의 중량 손실을 비교한 것이다. 결합제(D)를 포함하는 화합물이 중량 손실율이 가장 높음을 알 수 있다. 금속 섬유와 결합제(E)를 조합한 본 발명의 화합물이 가장 낮은 중량 손실율을 나타내었다.

도 7은 마찰 계수(COF)의 비교를 나타낸다. 화합물(E)는 가장 낮은 COF 값을 가지는데, 이것은 가장 낮은 중량 손실율과 일치한다. 화합물(D)는 가장 높은 COF를 가지는데, 이것은 2000초의 시험 기간에 대해서 가장 높은 중량 손실율을 얻을 수 있었다. 도 8은 6 시간의 시험 기간에 대한 시험 결과를 나타낸다. 도 7과 동일 한 경향이 도 8에서 관찰되었다.

상기 결과에 근거하여, 금속 섬유(BEKI-Shield GR)의 양은 화합물(F)에서 100phr까지 증가시켰다(표 7 참조).

표 7. 금속 섬유의 양.

도 9는 신장 모듈러스의 비교를 나타낸다. 25% 및 50% 연신율에서 신장 모듈러스는 금속 섬유 로딩 수준을 증가시킴에 따라 증가함을 알 수 있다. 그러나, 100% 연신율에서의 모듈러스는 금속 섬유 로딩 증가로 유의적으로 변화되지 않는다. 일반적으로 엘라스토머 분자량이 높을수록, 화합물에 투입될 수 있는, 금속 섬유를 포함하는 필러의 로딩이 높아진다. 즉, 화합물에 로딩될 수 있는 금속 섬유의 양은 엘라스토머 분자량에 의존한다. 예를 들어, 약 100,000 g/mol 내지 약 300,000 g/mol 범위인 분자량을 갖는 EPDM을 사용하는 경우, 원하는 물리적 특성을 유지하면서, 금속 섬유 로딩은 약 50phr 내지 약 150phr 범위일 수 있다.

삭제

도 10은 표 7로부터의 다양한 화합물 (C), (D), (E), 및 (F)에 대한 압축 시 험 곡선의 비교를 나타낸다. 금속 섬유(BEKI-Shield GR) 로딩에서의 증가는 화합물의 압축 강도를 증가시킨다는 것을 알 수 있다((E) 및 (F)에 대한 곡선 참조).

도 11은 도 10에서의 다양한 화합물의 마찰 계수 비교를 나타낸다. 금속 섬유 로딩의 증가는 화합물의 COF를 감소시킨다. 표 8은 각 화합물 (E), (G), (H), (I)에 대한 레시피를 나타낸다. 각 화합물 간의 차이는 상이한 유형의 금속 섬유를 사용했다는 것이다. 모두 50phr (고무 100 당 파운드)의 양으로 사용하였다.

표 8. 상이한 금속 섬유의 평가

Bekaert 금속 섬유의 상이한 형태는 개선된 화합물 물리적 특성, 화합물 (E), (G) 및 (H)를 유의적으로 변화시키지 않는다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 금속 섬유 (MO446/10) (화합물 (I))의 직경이 클수록 일부 화합물 물리적 특성이 저하되는데, 예를 들어 압축 강도가 대조 화합물(D)(금속 섬유를 포함하지 않는 화합물) 보다 낮아진다(도 12 참조).

도 13은 화합물 (E) 및 (I)에 대한 마찰 시간으로 중량 손실율의 변화를 나타낸다. 화합물 (E)에 대한 곡선 경사도(단위 시간 당 중량 손실율)는 더 낮다.

본 발명의 화합물은 금속 섬유를 포함하지 않은 엘라스토머 재료에 비하여 더 높은 모듈러스, 더 높은 압축 강도, 더 높은 인열 강도 및 더 우수한 마모 특성을 제공한다. 금속 섬유의 로딩 수준을 증가시키는 것은(100phr 이하) 이러한 물리적 특성을 더욱 개선시킨다.

삭제

따라서, 본 발명의 화합물은 수많은 잇점을 포함한다. 이들은 개선된 압축 강도, 인장 강도, 피로 강도, 내마모성, 전기 전도성, 자기적 특성, 및 열 전달 능력을 포함한다. 이것은 엘라스토머의 가요성과 금속의 속성을 결함시킴으로써 얻어지는 유의적으로 길어진 마모 수명에 의해 부분적으로 명확하다.

본 발명은 금속의 강도와 엘라스토머의 가요성의 조합이 요구되는 경우 제품에 사용될 수 있다. 벨트 구동 무단 변속기(Belt driven continuously variable transmissions (CVT))가 일예이다. CVT 변속기의 주요 성분은 CVT 벨트이며, 각종 직경의 풀리에 의해 벨트의 폭을 횡단하는 무거운 측면 하중을 다룰 수 있어야 한다. 또한, CVT 벨트는 풀리 시브(sheave)와 접촉하는 벨트 측면에서의 내마모성이 매우 높아야 한다. 또한, CVT 벨트는 엘라스토머의 열 분해를 회피할 수 있도록 열을 잘 전달하여야 한다. 높은 로드 CVT 벨트에 대한 종래 기술은 엘라스토머 밴드에 대해 가로로 올려진 금속성 클립을 구비하는 엘라스토머 밴드를 포함한다. 가로의 클립을 구비하는 벨트를 제조하는 것은 값비싼 조작이고, 그러한 CVT 벨트의 성능은 제한된다. 가로의 클립 또는 벨트 측벽 및 풀리 시브 간의 마찰에 의해 발생된 열은 엘라스토머의 열분해 및 궁극적으로는 벨트의 조기 파손을 초래할 수 있다. 본 발명의 화합물은 개선된 CVD 벨트가 우수한 열 전달 특성 뿐만 아니라, 측면에서의 높은 내마모성 및 높은 압축 강도를 가질 수 있게 한다.

본 발명의 화합물을 적용할 수 있는 또 다른 예는 운송 수단의 타이어이다. 높은 내마모성 화합물은 타이어의 내마모성, 즉 트레드 마모 등급을 개선시키고, 또한 개선된 인장, 압축 및 피로 강도와 같은 중요한 기계적 성질을 개선시킨다.

본 발명의 화합물 및 이로부터 제조된 제품은 동력 전달 벨트, 호스, 댐퍼, 진동 아이솔레이터, 및 충격 흡수대를 포함하되 이에 한정되지는 않는, 기타 자동차 및 비자동차 제품에 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 화합물은 높은 강도, 높은 내마모성, 전기 전도성, 자기적 특성 및 개선된 열 전달 특성을 요구하는 임의의 엘라스토머성 또는 플라스틱 제품에 사용될 수 있다.

본 발명의 형태를 본 명세서에서 기술하였으나, 본 명세서에 기재된 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고서 부분들의 관계, 구성 및 공정에서 변형이 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

100,000 g/mol 내지 300,000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 엘라스토머; 및

각각이 1을 초과하는 종횡비를 갖는 다수의 금속 섬유를 포함하는 금속 섬유 재료를 포함하고,

상기 금속 섬유 재료는 스테인리스강, 저탄소강, 고탄소강, 합금강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 황동 및 청동, 니켈, 크롬, 아연, 주석, 마그네슘, 바나듐, 티타늄 및 인코넬 및 이들 중 2종 이상의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 것이며,

상기 금속 섬유 재료가 엘라스토머 100 당 50phr 내지 150phr 범위의 양으로 엘라스토머와 혼합된 것인 금속 엘라스토머 화합물.

제1항에 있어서, 상기 종횡비는 1:1 내지 6000:1의 범위이고,

상기 화합물에 사용되는 금속 섬유 재료의 양은 엘라스토머 100 당 150phr인 금속 엘라스토머 화합물.

제1항에 있어서, 말레산 무수물 그래프트 폴리올레핀, 아크릴산 그래프트 폴리올레핀, 디아크릴산 아연, 디메타크릴산 아연, 카르복실산 코발트, 지르콘산 염, 티탄산 염 또는 이들 중 2종 이상의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 결합제를 더 포함하는 것인 금속 엘라스토머 화합물.

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제1항에 있어서, 상기 엘라스토머는 폴리클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에피클로로히드린, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 알킬화 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌-α-올레핀 엘라스토머, 폴리부타디엔 고무, 에틸렌/아크릴 엘라스토머, 천연 고무, 염소화 폴리에틸렌, 스티렌-부타디엔-스티렌-블록 공중합체, 브롬화 폴리메틸스티렌-부텐 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 엘라스토머, 아크릴 고무, 실리콘 고무 및 이들 중 임의의 2종의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 금속 엘라스토머 화합물.

제1항에 있어서, 상기 금속 엘라스토머 화합물은 상기 엘라스토머와 혼합된 금속 분말 재료를 더 포함하며,

상기 금속 분말 재료는 스테인리스강, 저탄소강, 고탄소강, 합금강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 황동 및 청동, 니켈, 크롬, 아연, 주석, 마그네슘, 바나듐, 티타늄 및 인코넬 및 이들 중 2종 이상의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되고,

상기 금속 분말 재료는 종횡비가 1인 것인 금속 엘라스토머 화합물.

제6항에 있어서, 금속 분말 재료 대 금속 섬유 재료의 중량비는 0 내지 1의 범위인 것인 금속 엘라스토머 화합물.

제1항에 있어서, 상기 금속 섬유의 상당수는 서로 실질적으로 평행한 것인 금속 엘라스토머 화합물.

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