KR101057050B1 - 전동 벨트 - Google Patents

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KR101057050B1
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Abstract

본 발명은 엘라스토머 재료를 포함하며 종방향으로 연장되는 인장 부재(10)를 구비하는 본체(11)를 포함하는 전동 벨트(20)로서, 상기 본체는 소정 프로파일을 갖는 풀리 맞물림 영역(12)을 구비하고, 상기 풀리 맞물림 영역은 섬유질 부직포 재료(15)를 포함하는 것인 전동 벨트에 있어서, 상기 부직포 재료의 섬유는 아크릴 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 전동 벨트에 관한 것이다. 상기 아크릴 섬유는 바람직하게는 약 1.5 dpf 미만이고 평균 직경이 13.5 미크론 이하이며 평균 길이가 약 1 내지 약 10 mm인 마이크로 섬유이다. 부직포 재료는 풀리 맞물림 영역에서 엘라스토머 재료와 혼합될 수 있다. 부직포 재료는 섬유의 중량 기준으로 약 75 중량% 이하로 다른 합성 섬유, 천연 섬유, 또는 셀룰로우즈 섬유와 같은 비아크릴 섬유를 포함할 수 있다.

Description

전동 벨트{POWER TRANSMISSION BELT}
본 발명은 가공 표면(engineered surface)을 갖는 전동 벨트, 보다 구체적으로는 아크릴 섬유를 포함하는 부직포 재료를 구비하는 영역으로 이루어진 가공 표면을 갖는 전동 벨트에 관한 것이다.
인장 부재가 매립되어 있는 엘라스토머 재료로 전동 벨트를 제작하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 상기 벨트는 멀티 리브 프로파일, 치형 프로파일, V형 프로파일 또는 평면 프로파일을 나타낼 수 있다. 상기 벨트는 정합하는 프로파일을 갖는 풀리에서 작동된다.
표면 및/또는 하부 엘라스토머 영역의 내마모성, 마찰 특성, 내균열성, 강성, 및/또는 강도 특성을 조절하기 위해, 다양한 직물 재료 또는 섬유로 배면, 측면, 프로파일, 및/또는 리브 측면(flanks)을 비롯한 벨트 표면을 덮는 것이 공지되어 있다. 프로파일을 성형하기 위해서는 특수한 직물 특성 및/또는 공정이 요구될 수 있다. 예를 들면, 성형, 즉 장황한 공정 단계를 행하기 이전에 직물을 프로파일 형상으로 예비 성형할 수 있다. 보다 일반적으로는, 예비 성형 단계를 배제하기 위해, 치형 몰드에서 유동 통과 공정(flow-through process)에 의해 제조되며 직물로 덮여 있는 치형 벨트는, 적어도 한 방향으로 탄성계수(modulus)가 매우 작 고 신장률이 큰 직물과 같이 팽창 가능한 직물을 필요로 한다. 프로파일이 설정된 외측 몰드를 이용하여 누름으로써 편평한 굴대(mandrel) 상에서 역전되게 제조되며 직물이 덮여 있는 노치형 또는 치형 V 벨트 혹은 멀티 V 리브 벨트는, 마찬가지로 찢어지거나 또는 프로파일 성형을 제한하지 않으면서 초기의 편평한 구조로부터 최종 프로파일 구조로 신장시키기 위해 신장률이 높고(보통 40 내지 100 %) 탄성계수가 작은 직물을 필요로 한다. 다양한 섬유 재료를 포함하는 만족스러운 직물 및 편직물이 전술한 용례에 대해 공지되어 있다. 대표적인 종래 기술로는 웨스트호프의 미국 특허 제5,645,504호가 있으며, 상기 미국 특허에서는 아라미드, 면, 레이온, 및 아크릴 얀이 클러칭 용례에서의 벨트 커버링 또는 보강을 위한 가로뜨기(weft-knitted) 신축사 직물(stretch fabric)에서 유용함을 제안하였는데, 이는 이들 재료의 녹는점이 상기 용례에서의 마찰열을 견디기에 충분히 높기 때문이다. 제시된 한 가지 대표적인 예는 아라미드-레이온 혼합물로 된 얀의 니트 직물을 이용한 벨트였다. 벨트에 적절한 고신축성을 갖춘 편직물 및 직물은 비교적 고가이다.
벨트 표면에서의 섬유의 양 및 배향을 고도로 제어하면서 벨트를 제조하기 위한 플로킹 공정(flocking process)이 공지되어 있다. 대표적인 종래 기술로는 웨겔의 미국 특허 제6,561,937호가 있으며, 상기 미국 특허에서는 벨트의 구동 표면상의 직물이 수직으로 배향된 단섬유 플록(flock)으로 접착제에 의해 덮이게 된다. 분명히 다양한 그룹의 섬유 재료가 플록에 대해 사용될 수 있으며, 아크릴 섬유도 포함되지만, 섬유 유형을 선택하는 데 도움이 되는 이론적 설명을 제시하지는 않으며 아크릴의 예도 제시하지 않는다. 플로킹 때문에 벨트 제조 공정에 추가적인 처리 단계를 더하게 되며 특수한 장비를 필요로 하게 된다.
부직물(주로 "부직포"라고 함)은 프로파일 벨트 표면을 덮기 위해 제안되었다. 대표적인 종래 기술로는 패터슨 등의 미국 특허 제6,793,599호, 에드워드 등의 미국 특허 제6,824,485호, 코팽의 미국 특허 제6,609,990호가 있다. 부직포는 몰딩 중에 엘라스토머가 쉽게 침투할 수 있는 개방 구조 또는 표면에서의 섬유 밀도가 높은 보다 폐쇄된 구조를 제공할 수 있으며, 벨트에서의 소정의 마찰 특성, 열적 특성 및 기계적 특성을 달성하기 위해 다양한 직물 재료가 이용 가능하다. 부직포는 통상적인 벨트 제조 장비에서 처리될 수 있으며 편직물 및 직물에 비해 비용이 절감된다.
그러나, 실제에 있어서, 종래 기술의 셀룰로우즈 섬유 및 셀룰로우즈/합성 혼합물에 기초한 부직포는 하나 이상의 바람직하지 않은 특성을 갖는다는 것을 발견하였다. 첫째, 셀룰로우즈 재료는 특히 습한 작동 조건에서 내구성이 비교적 불량하다. 둘째, 종래의 부직포의 신축성 또는 신장율은 매우 제한적이다. 보통, 인장 시험에 있어서, 부직포는 겨우 2 내지 10 % 정도 신장되며, 이후에는 항복하거나 찢어져서 이후에 찢어진 영역에 매우 국한하여 연장된다. 이와 유사하게, 부직포가 몰딩 중에 신장되는 경우에, 무질서하게 배치된 섬유는 단순히 서로에 대해 미끄러지며, 접착제 바인더가 사용되었다면 접착제 바인더에 의해 형성되는 섬유 사이의 임의의 결합이 깨지는 등의 방식으로 분리된다. 직물 또는 편직물과는 달리, 부직포의 신장은 제어하기가 매우 어렵고, 섬유의 분리에 의해 종종 구멍 또는 찢어짐이 발생하게 된다. 구멍 및 찢어짐 때문에 벨트 표면은 불규칙해지고, 과도하게 고무가 베어나오며(strike-through), 및/또는 노출된 엘라스토머의 파편이 발생되는데, 이는 불량한 내마모성, 소음 및/또는 불량한 마찰 제어의 원인이 된다. 셋째, 이전에는 부직포 내로의 고무의 침투를 제어하여 특히 찢어짐의 문제와 관련하여 소정의 표면 특성을 달성하기가 어려웠다. 심지어 공극율, 투과성, 두께 및 인장 강도와 같은 알려진 직물 변수의 조작, 또는 다수의 부직포 층을 사용하는 것과 같은 공정 변수의 조작에 대한 광범위한 연구 후에도, 공정 및 성능 면에서의 개선이 필요하다.
다수의 합성 부직포 재료, 천연 부직포 재료, 및 혼합된 부직포 재료를 연구하였지만, 이들로 생산된 벨트 중 어느 것도 전술한 결점을 완전히 해소하지는 못하였으며, 본 발명자는 마침내 본 명세서에 기술하는 발명에서 해법을 발견하였다. 부직포 표면 재료를 포함하는 풀리 맞물림 영역을 구비하며/구비하거나 벨트 본체의 하부 엘라스토머와 혼합되는 전동 벨트가 필요하며, 이때 부직포 재료는 셀룰로우즈 섬유와 같은 비아크릴 섬유와 약 75 %까지 선택적으로 혼합되는 아크릴 섬유를 포함한다. 멀티 리브 프로파일을 갖추며 부직포로 된 풀리 맞물림 표면층 및 압축층을 구비하고 부직포 층이 비아크릴 섬유와 약 75 %까지 선택적으로 혼합되는 아크릴 섬유 또는 마이크로 섬유를 포함하는 부직포층을 갖춘 전동 벨트가 필요하다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명의 제1 양태는, 엘라스토머 재료를 포함하며 종방향으로 연장되는 인장 부재를 갖춘 본체로 이루어지는 전동 벨트로서, 상기 본체는 소정 프로파일을 갖는 풀리 맞물림 영역을 구비하고, 상기 풀리 맞물림 영역은 섬유질 부직포 재료를 포함하는 전동 벨트에 있어서, 부직포 재료의 섬유가 아크릴 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 부직포 재료의 섬유는 적어도 약 25 중량%의 아크릴 섬유를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 부직포 재료는 풀리 맞물림 영역에서 본체의 엘라스토머 재료와 혼합된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 아크릴 섬유는 약 1.5 dpf(denier per filament) 이하, 바람직하게는 약 1.0 dpf 이하의 섬유 크기를 갖거나, 또는 약 13.5 미크론 이하, 바람직하게는 11 미크론 이하의 평균 직경을 가질 수 있는 아크릴 마이크로 섬유이다. 아크릴 섬유의 평균 길이는 약 1 내지 약 10 mm, 바람직하게는 약 1 내지 약 6 mm, 또는 약 2 내지 약 5 mm일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 부직포 재료의 섬유의 약 75 %까지 다른 합성 섬유, 천연 섬유 또는 셀룰로우즈 섬유와 같은 비아크릴 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 멀티 리브 프로파일을 가지며 부직포로 된 풀리 맞물림 표면층 및 압축층을 구비하고 부직포층이 약 75 %까지의 셀룰로우즈 섬유와 선택적으로 혼합되는 아크릴 섬유 또는 마이크로 섬유를 포함하는 전동 벨트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 굴대에 벨트 구조의 제1 엘라스토머 및/또는 직물 층을 위치시키는 단계, 제1 엘라스토머 및/또는 직물 층 위에 인장 코드를 위치시키는 단계, 인장 코드층 위에 제2 엘라스토머층을 위치시키는 단계, 제2 엘라스토머층 위에 섬유질 부직포 영역을 위치시키는 단계, 프로파일 형성용 몰드에서 벨트 구조를 경화시키는 단계, 및 부직포 영역에 대한 아크릴 부직포를 선택하는 단계인 단계들을 포함하는 개량된 벨트 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 본 발명에 대한 이후의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 설명되거나 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 벨트의 실시예의 측면 단면도이다.
도 2는 오정렬 소음 시험의 풀리 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 강제 미끄럼 내구성 시험의 풀리 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는 마찰계수(COF) 시험의 풀리 구조를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 벨트(20)의 실시예의 단면도이다. 벨트(20)는 본체(11) 및 종방향으로 연장되는 풀리 맞물림용 리브(12b)를 포함한다. 벨트(20)는 또한 벨트의 종축을 따라 연장되는 하중 지탱용 인장 부재(10)를 포함한다. 인장 부재(10)는, 예컨대 아라미드, 폴리에스테르, 나일론, 유리, 탄소, 폴리비닐알코올(PVAL), 강선(steel wire), 레이온, 폴리(P-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO), 액정 폴리에스테르[상표명 벡트란(Vectran)으로 판매됨], 폴리에스테르-에테르케 톤(PEEK), 폴리케톤(POK), 및 다양한 천연 섬유를 비롯하여 당업계에 알려진 임의의 유기 섬유 인장 코드 재료 또는 임의의 무기 섬유 인장 코드 재료를 포함할 수 있다. 폴리에스테르 섬유는, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 포함할 수 있다.
리브(12)는, 리브(12a)로 나타낸 바와 같이 오직 고무만으로 이루어질 수 있는 엘라스토머 리브 재료를 포함한다. 대안으로, 리브(12)는 리브(12b)로 나타낸 바와 같이 엘라스토머 리브 재료 전체에 걸쳐 분산되는 섬유(18)를 더 포함할 수 있다. 엘라스토머 재료는 EPDM, EPM, EOM, EBM, SBR, NBR, NR, HNBR, 폴리클로로프렌, 밀링 가능한 PU, 또는 이들 재료 중 2 이상의 혼합물 및 그 등가물을 포함할 수 있다. 벨트(20)는 또한 선택적으로 배면 상의 재킷(6) 및/또는 오버코드(7)를 포함할 수 있다. 재킷(6)은 나일론, 폴리에스테르, 면, 또는 혼합 직물을 비롯하여 다른 적절한 등가의 직물인 직물 재료를 포함할 수 있다. 재킷(6)은 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 이들의 등가물과 같은 열가소성 재료 또는 열경화성 재료를 포함할 수 있다. 재킷(6)은 직물, 편직물, 또는 부직물일 수 있다. 오버코드(7)는 임의의 적절한 엘라스토머 재료일 수 있다. 벨트 배면은 몰딩, 연삭, 또는 절삭에 의해 혹은 텍스쳐 직물의 사용을 통해 텍스쳐 처리될 수 있다.
벨트(20)는 또한 벨트의 폭을 가로질러 인장 부재(10)에 이웃하는 크로스코드층(8)을 선택적으로 포함할 수 있다. 크로스코드층(8)은, 몰딩 공정 중에 엘라스토머 재료가 실질적으로 크로스코드층(8)에 전혀 침투하지 못하여 벨트 내에서 적절한 인장 부재 위치를 유지할 수 있도록 실질적으로 비다공성일 수 있다. 크로 스코드층(8)은 직물 재료 또는 부직포 재료, 예컨대 비다공성인 타이어 코드를 포함할 수 있다. 얇은 고무질층(gum layer; 9)은, 인장 부재(10)에 쿠션을 제공하여 인장 부재의 마모를 방지하기 위해 크로스코드층(8)과 인장 부재(10) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 얇은 고무질층(9)은 인장 부재들(10) 사이에 연장될 수 있으며, 이로써 인장 부재들 사이에 로브(17; lobes)를 형성한다. 코드의 완벽한 캡슐화(encapsulation)가 필요하다면, 또한 코드의 대향 측부에 추가적인 고무질층(도시 생략)이 마련될 수 있다. 대안으로, 크로스코드층(8)은 다공성일 수 있으므로 오버코드(7) 재료가 몰딩 중에 크로스코드 재료에 상호 침투하게 되며, 이에 따라 고무질층(9)을 사용하거나 또는 사용하지 않은 상태에서 인장 부재들 사이에 어떻게든 로브(17)를 형성한다.
리브(12)는 사용자가 필요로 하는 임의의 개수의 리브 및 임의의 프로파일로 이루어질 수 있다. 도 1은 멀티 V 리브 프로파일을 도시하고 있다. 리브(12b)는 본 발명의 다양한 실시예를 나타내기 위해 리브(12a)와 상이하게 도시되어 있지만, 멀티 리브 벨트에서의 리브(12)는 대체로 모두 동일한 구조라는 점을 이해해야 한다. 벨트는 또한 단일 리브 V 벨트 프로파일을 포함할 수 있다. 벨트는 또한 치형부로서 마주보는 직물 재킷을 지탱하는 치형 동기 벨트를 비롯하여 리브 또는 치형부가 횡축방향으로 배향되는 치형 프로파일을 포함할 수 있다.
풀리 맞물림 영역(13)은, 리브(12)의 재료와 혼합되고 상호 침투되어 부직포 영역(15)을 형성하는 부직포 재료의 랜덤 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 부직포 영역(15)은 부직포 수용 영역과 리브 재료 사이에 불연속 경계를 가질 수 있거 나 또는 갖지 않을 수 있다. 혼합의 정도에 따라, 부직포 재료와 엘라스토머 양자 모두가 풀리 맞물림 표면(14)에 존재할 수 있거나, 또는 풀리 맞물림 표면(14)에 단지 부직포 재료만이 존재할 수도 있다. 바람직하게는, 풀리 맞물림 표면에 고농도의 아크릴 섬유 및 최소한의 엘라스토머가 존재한다.
리브(12b)는 풀리 맞물림 부직포 영역(15)과 리브(12)의 재료부 사이에 하부 표면 영역(16)이 위치하는 변형례를 도시하고 있다. 하부 표면 영역(16)은 본체(11) 및 리브(12b)의 재료와 구분되는 엘라스토머 마찰 재료를 포함한다. 하부 표면 영역(16)의 엘라스토머 재료는 부직포 재료와 혼합되고 상호 침투된다. 하부 표면 영역(16)의 두께는 균일할 수 있거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 프로파일 주위에서 변할 수 있다. 두께 변화는 제조 방법에 따른 결과일 수 있다.
하부 표면 영역(16) 또는 리브(12)의 엘라스토머 재료는 선택적으로 마찰 조절제(friction modifier)를 포함할 수 있다. 한정하는 것은 아니지만, 마찰 조절제는, 예로서 왁스, 오일, 흑연, 보론 질화물, 몰리브덴 이황화물, 플루오로폴리머, 미카(mica), 탈크(talc), 및 이들의 다양한 혼합물 및 등가물을 포함할 수 있다. 흑연 마찰 조절제는 입자 형태 또는 섬유 형태일 수 있다. 마찰 조절제는, 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제6,824,485호에 설명된 바와 같은 카르복실산의 금속 염을 포함할 수 있다.
부직포 영역의 두께는 리브 또는 벨트의 강성에 영향을 주는 주요 인자일 수 있다. 가요성 벨트에 대해서는, 부직포 영역을 가능한 얇게 제조하고 하부 표면 영역은 적어도 예상되는 마모도를 허용하도록 충분히 두껍게 제조하는 것이 바람직 하다. 강성 리브(횡축방향) 및 가요성 벨트(종방향)에 대해서, 부직포를 배향시켜 바람직한 섬유 배향을 갖는 방향이 벨트 길이에 대해 횡축방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
부직포 영역(15)은 엘라스토머 재료가 주입된 부직포 재료의 단일층 또는 복수 개의 중첩된 층을 포함할 수 있다. 부직포 영역의 외측면의 마찰 계수(COF)의 제어를 돕기 위해 마찰 조절제를 부직포 영역(15)에서 사용할 수 있다. 한정하는 것은 아니지만, 마찰 조절제는, 예로서 하부 표면 영역(16)과 관련하여 전술한 바와 같이, 왁스, 오일, 흑연, 보론 질화물, 몰리브덴 이황화물, 플루오로폴리머, 미카, 탈크, 카르복실산의 금속 염, 및 이들의 다양한 혼합물 및 등가물을 포함할 수 있다. 마찰 조절제는, 습식 공정 또는 건식 공정 또는 벨트 조립 이전의 별개의 처리 공정에 의한 형성 도중에 부직포 재료에 가해질 수 있으며, 또한 이에 따라 선택적인 하부 표면 영역(16)의 상호 침투되는 엘라스토머 재료 또는 리브(12)의 재료에 함유된 임의의 선택적인 마찰 조절제일 수 있다.
부직포 재료는 아크릴 섬유를 포함한다. 통상적인 용례에 따르면, 아크릴 섬유는 섬유 형성 물질이 적어도 약 85 중량%의 아크릴로니트릴 단량체 유닛을 포함하는 임의의 긴 사슬의 합성 폴리머인 합성 섬유이다. 섬유 형성 물질이 85 중량% 미만이지만 적어도 35 중량%의 아크릴로니트릴 유닛을 포함하는 임의의 긴 사슬의 합성 폴리머일 때, 제조된 섬유는 일반적으로 "모드아크릴 섬유(modacrylic fiber)"라고 한다. 아크릴 또는 모드아크릴 중 어느 하나는 본 발명에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 아크릴 섬유에 대해 언급하는 것은 2가지 형태 모두를 지 칭하며, 즉 본 명세서의 아크릴은 적어도 35 중량%의 아크릴로니트릴 유닛으로 제조된 임의의 섬유를 지칭한다. 바람직한 아크릴은 적어도 약 85 중량%의 아크릴로니트릴 유닛을 갖는다. 토우(tow), 스테이플(staple), 절단, 펄프, 연마 등을 비롯하여 공지된 부직포 제조 공정 중 임의의 공정에서 사용하기에 적절한 임의의 아크릴 섬유가 사용될 수 있다. 적절한 아크릴 섬유의 평균 길이는 약 1 mm 내지 약 10 mm, 바람직하게는 약 1 mm 내지 약 6 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 5 mm일 수 있다. 적절한 아크릴 섬유의 필라멘트 크기는 약 0.05 내지 약 5 dpf, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 1.5 dpf일 수 있다. 데니어는 섬유 9000 미터 당 그램수 단위의 중량으로서 정의된다. 바람직한 아크릴 섬유는 필라멘트 크기가 약 1 dpf 미만, 또는 약 0.05 내지 약 1 dpf인 아크릴 마이크로 섬유이다. 섬유의 평균 직경은 약 13.5 미크론 미만, 바람직하게는 약 11 미크론 미만 혹은 약 5 미크론 미만일 수 있다. 섬유 직경은 dpf와 관련된다는 점을 이해해야 한다.
부직포의 연량(basis weight)은 약 4 g/m2 내지 약 90 g/m2일 수 있다. 적절한 부직포의 연량은 10 g/m2 내지 약 50 g/m2의 범위에 속할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 연량은 14 g/m2 내지 약 25 g/m2의 범위에 속하며, 두 가닥 또는 2개 층의 부직포가 사용될 수 있다. 부직포 재료의 공극률은 프라지어(등록상표; 프라지어 프리시젼 인스트루먼트 컴패니, 인크사의 상표) 차압 공기 투과도 측정 장비 및/또는 ASTM D737과 같은 표준화된 방법 또는 등가의 방법을 사용하여 공기 투과도를 측정함으로써 알 수 있다. 부직포 재료의 공극률의 범위는 12.7 mm 수압 차에서 1 제곱센티미터 당 약 20 내지 약 400 cm3/s(1/2 인치의 수압차에서 1 제곱피트 당 약 40 내지 약 800 ft3/min )일 수 있다. 바람직하게는, 부직포 재료의 공극률의 범위는 12.7 mm 수압차에서 1 제곱센티미터 당 약 30 내지 약 200 cm3/s일 수 있다. 바람직한 부직포의 공극률의 범위는 12.7 mm 수압차에서 약 60 내지 약 200 cm3/s이며, 2개의 층이 사용될 수 있다. 물론, 실시할 때의 실제 공극률은 1개가 넘는 부직포층을 사용함으로써 상당히 감소될 것이다. 바람직하게는 다수의 층의 최종적인 공극률(즉, 투과도)은 특정 범위에 있게 된다.
부직포가 무질서하게 배향된 섬유의 웨브를 포함할 수 있거나, 또는 섬유가 공정 조건 및 섬유 제조에 사용된 장비로부터 유발되는 어느 정도의 배향을 가질 수 있다. 결과적으로, 부직포의 인장 강도는 횡축방향보다는 가공 방향으로 상당히 상이할 수 있다. 평균 인장 강도의 범위는 약 170 내지 약 2000 g/cm일 수 있다(샘플을 견인하기 위한 단위 폭 당의 힘에 기초함). 바람직하게는, 평균 인장 강도의 범위는 약 200 내지 약 1500 g/cm, 또는 약 400 내지 약 700 g/cm일 수 있다.
부직포 영역(15)의 두께는 약 0.025 mm 이상일 수 있다. 부직포 재료의 두께 범위는 약 0.05 내지 약 1.2 mm일 수 있다. 바람직하게는, 부직포 재료의 두께는 약 0.05 내지 약 0.6 mm 또는 약 0.05 내지 약 0.3 mm이다. 부직포가 지나치게 두꺼우면, 엘라스토머가 부직포에 충분히 침투하지 못하거나 또는 부직포가 몰드 내로의 엘라스토머의 유동을 방해하여 적절한 프로파일 형상을 형성하지 못하게 된다. 부직포가 너무 얇다면, 부직포가 찢어지거나, 또는 과도하게 많은 엘라스토머의 침투를 허용하게 되어 고무가 베어나오고 표면에 과도하게 많은 고무가 존재하는 결과를 초래한다.
부직포는 사전에 결정된 양의 아크릴 섬유 이외에도 비아크릴 섬유 재료를 포함할 수 있다. 다른 방식의 비아크릴 부직포 조성물에 부가된 임의의 양의 적절한 아크릴 섬유는, 본 발명의 실시예에 있어서 부직포의 성능의 소정 양태를 개선할 것으로 판단된다. 부직포 재료의 아크릴 섬유 함량은 부직포의 총 섬유 함량 기준으로 약 25 중량% 내지 100 중량%일 수 있다. 바람직하게는, 부직포 재료의 아크릴 섬유 함량은 약 40 중량% 내지 100 중량%이다. 부직포는, 천연 섬유, 유기 섬유, 또는 예컨대 연목의 펄프, 강목의 펄프, 목재 가루, 아마(flax), 황마(jute), 대마(hemp), 카나프(kanaf), 면, 케이폭(kapok), 사이잘삼(sisal), 양모, 실크, 또는 기타 셀룰로우즈 섬유를 비롯한 셀룰로우즈 섬유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 부직포는, 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이미드, PVAL, 레이온, 유리섬유, 바살트(basalt), 또는 나일론을 비롯한 다른 합성 무기 섬유를 포함할 수 있다. 부직포는 전술한 비아크릴 섬유 또는 이들의 조합을 총 섬유 함량의 약 75 중량%까지 포함할 수 있고, 총 섬유 함량의 적어도 약 25 %는 아크릴 섬유를 포함한다. 바람직하게는, 부직포의 섬유의 약 60 중량% 까지 비아크릴 섬유를 포함한다.
부직포는 또한, 부직포에 유리한 처리 특징 또는 물리적 특성을 부여하기 위 해 당업계에 공지된 추가적인 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 부직포는 크기 설정용 화학적 바인더 및/또는 고무 접착 촉진제를 비롯한 점착성 수지를 포함할 수 있다. 화학적 바인더는, 예컨대 계면활성제, 증점제(thickener), 염료, 안료, 가교제, 산과 염기, 충전제 등으로 조제될 수 있으며, 상기 화학적 바인더는 통상 전체 부직포의 건조 중량의 약 0.5 % 내지 약 35 %를 포함할 수 있다. 유용한 고무 접착 촉진제에는 예를 들어 라텍스, 블록 이소시아네이트, 트리알릴시아누레이트, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 레조르시놀-포름알데히드 수지, 페놀 수지, 클로로페놀 수지, 탄화수소 수지, 로진 에스테르, 멜라민 수지, 지방산 또는 알코올의 긴 사슬 모노에스테르, 디에스테르, 또는 트리에스테르 등과 이들의 조합이 포함된다. 이로운 접착 촉진제는, 예컨대 미국 특허 제6,858,664호에 설명되어 있다. 화학적 결합 이외에 또는 화학적 결합 대신에, 기계적 결합, 열적 결합, 스펀 본딩(spun-bonding), 또는 솔벤트 본딩 혹은 전술한 것들의 조합을 사용할 수 있다. 기계적 결합 기법은, 예컨대 니들펀칭(needlepunching), 스티치 본딩, 및 고수압직조법(hydroentanglement)을 포함한다. 결합도는 부직포의 강도, 공극률, 및 밀도를 결정함에 있어서 중요한 요소이다. 비한정적인 예로서 적절한 부직포는 PVAL에 기초한 바인더 조성과 함께 약 0.5 중량% 내지 약 25 중량%의 화학적 바인더를 포함한다. 비한정적인 예로서, 적절한 부직포는 화학적 바인더 조성물의 성분으로서 건조한 고무 접합 촉진제의 약 1 중량% 내지 약 15 중량%을 포함하는 화학적 바인더 조성물을 포함할 수 있다.
섬유(18)는 엘라스토머 본체(11) 및/또는 오버코드(7) 및/또는 리브(12) 및/ 또는 선택적인 하부 표면 영역(16)의 매트릭스 내에 포함될 수 있다. 섬유(18)는 리브 표면 슬러핑(sloughing) 또는 변형 및/또는 떨림 혹은 소음을 더 줄일 수 있다. 섬유는 합성 섬유 또는 천연 섬유, 유기 섬유 혹은 무기 섬유일 수 있으며, 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이미드, PVAL, 레이온, 아크릴, 유리섬유, 및 나일론, 및 이들의 혼합물과 등가물을 포함할 수 있다. 다른 유기 섬유는 양모, 실크, 대마, 면, 및 이들의 혼합물과 등가물을 포함할 수 있다. 리브 엘라스토머에서 사용되는 섬유의 양은 고무 100부 당(PHR; per hundred parts of rubber) 섬유가 0 내지 약 25부의 범위에 속할 수 있다. 예시적인 실시예는 고무 100부당 약 0.01 내지 약 5부의 섬유를 사용한다. 부직포 영역은 언더코드 리브 재료에서 요구되는 플록 또는 섬유 로딩의 비율을 극적으로 감소시킬 수 있도록 한다. 이러한 변화는 결과적으로 언더코드 구성의 향상된 탄성 및 휨 덕분에 벨트 성능을 개선하게 된다.
100% 목재 펄프 부직포 또는 목재 펄프/합성 혼합물 부직포를 갖는 종래 기술의 벨트와 비교하면, 습한 시험 조건 및 건조한 시험 조건 하에서, 그리고 신규 벨트와 장시간의 시험에 의해 파손된 벨트 양자 모두에 대해 부직포에 아크릴 섬유를 사용하면, 풀리 맞물림 표면의 내구성 및 본 발명에 따른 벨트의 미끄럼 소음 성능이 상당히 개선된다. 부직포에 아크릴을 사용하면, 벨트의 마찰 특성을 상당히 변화시키며, 벨트의 유효 수명 동안 벨트의 COF의 안정성을 개선하게 된다. 부직포에 아크릴을 사용하면, 벨트 제조의 용이성 및 최종적인 벨트의 부직포 표면층의 일관성(consistency)을 개선시킨다.
선택적인 하부 표면 영역, 벨트 본체 및 오버코드의 엘라스토머 재료 조성은 선택적이지만 바람직하게는, 공통적인 고무 처리 실시에 따라 하나 이상의 추가적인 통상의 엘라스토머 첨가물, 공정 오일 및 증량제 오일, 산화방지제, 왁스, 안료, 가소제, 연화제, 점착성 부여제, 충전제, 활성제, 촉진제, 스코치 지연제, 가황제(vulcanization agents), 윤활제 등을 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 엘라스토머 재료는 또한 카본 블랙, 가소제, 산화방지제, 보조제(coagent), 과산화물(peroxide), 및 경화 지연제를 포함한다.
제조 방법
본 발명에 따른 벨트는 일련의 층으로 제조되어 굴대 상에서 역전될 수 있다. 재킷이 있다면 재킷(6)을 우선 위치시킨다. 벨트의 엘라스토머 오버코드(7)는 다음에 위치하게 된다. 후속하는 각각의 엘라스토머층은 이전에 부착된 층 위에 놓이게 된다. 선택적인 크로스코드층(8)이 오버코드(7) 상에 부착될 수 있다. 크로스코드층이 있다면 크로스코드층(8) 상에서 또는 적절하다면 오버코드(7) 또는 재킷(6) 상에서 인장 코드(10)를 나선형으로 감아 부착시킨다. 인장 코드(10)에 대한 쿠션을 제공하기 위해 인장 코드(10)와 크로스코드층(8) 사이에는 고무질층(9)이 부착될 수 있다. 엘라스토머 언더코드 또는 본체(11)는 이후에 인장 코드(10) 위에 부착된다. 최종 단계 직전에 선택적인 엘라스토머 하부 표면 영역(16)이 사전에 결정된 양만큼 부착된다. 하부 표면 영역(16)은 하나 이상의 엘라스토머 재료층을 포함할 수 있다. 하부 표면 엘라스토머층(16) 또는 언더코드 혹은 본체(11) 상의 구조에 부착되는 마지막 층은 소정 영역(15)을 포함하는 부직 포 재료이다.
부직포 영역은 하나 이상의 부직포 재료층을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 아크릴 부직포 재료로 된 2개의 층이 사용된다. 부직포 층(들)은 경화 공정 중에 발생되는 가스가 몰드의 에지로부터 배기되거나 빠져나갈 수 있도록 허용하는 추가적인 장점을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나, 언더코드의 엘라스토머 재료가 부직포 재료로 적절하게 상호 침투하고 이에 따라 소정 영역(15)을 형성하는 것은 구현하기가 매우 어려웠다. 본 발명자는, 아크릴 섬유에 기초한 부직포 재료, 선택적으로 약 75%까지 셀룰로우즈 또는 다른 섬유를 포함하는 부직포 재료가 몰딩 공정 중에 엘라스토머 재료로부터 부직포로의 균일하고 재현가능한 상호 침투를 제공한다는 것을 발견하였다. 기초가 되는 메커니즘을 이해하지는 못하고 있지만, 아크릴 부직포, 바람직하게는 아크릴 마이크로 섬유 부직포는 이러한 공정 및 벨트에서의 이러한 용례에 적합한 유일한 것으로 판단된다.
이제 벨트를 가황처리하고 몰딩하기에 충분한 경화 압력 및 경화 온도가 벨트 구조에 가해진다. 예를 들면, 제조 공정은, 몰드 내부로부터 공기를 배기시키는 단계, 약 2 내지 10 분 동안 약 175 내지 235 psig(약 1.2 내지 1.62 MPa) 범위의 증기 압력을 외측 쉘에 가하는 단계, 이후에 약 85 내지 210 psig(약 0.59 내지 1.45 MPa) 범위의 증기 압력을 몰드의 내측에 가하는 단계, 및 약 10 내지 20 분 동안 경화시키는 단계를 포함할 수 있다. 일단 냉각되면, 경화된 벨트 구조는 이후에 굴대로부터 분리되고 적절한 벨트의 폭으로 절단된다. 최적의 프로파일 형상은 전술한 범위의 상한인 공정 압력에서 달성된다. 또한, 유압에 의한 방법 또는 당업계에 공지된 다른 방법(공압, 기계 등에 의한 방법)도 증기 경화를 대신하여 동시에 가해지는 전열(electronic heat)과 함께 벨트에 압력을 가하는 데 사용될 수 있다. 유압 경화를 위한 압력 범위는 약 85 내지 500 psig(약 0.59 내지 3.45 MPa)일 수 있다. 온도 범위는 약 250 내지 500 ℉(약 120 내지 260 ℃)일 수 있다. 압력을 가한 후 경화시키는 것을 포함하는 이러한 방법은, 고무 스톡(stock)의 선택을 확장시켜 비교적 불량한 스코치 안정성 및/또는 비교적 큰 점도를 갖는 다수의 고무 스톡을 포함하도록 한다.
프로파일을 형성하기 위해 벨트 구조 상에서 반경방향 내측으로 누르는 가요성 외측 프로파일 쉘 상에 압력을 가할 수 있으며, 이에 따라 제작을 위해 강성 내측 굴대를 이용하게 된다. 대안으로, 벨트는 내측 굴대 상의 팽창형 막(membrane) 상에서 제조될 수 있으며, 이에 따라 팽창형 막에 가해지는 압력은 리브가 형성되는 외측 쉘 몰드 또는 프로파일이 형성되는 외측 쉘 몰드 내부로 벨트 슬랩을 누르게 된다. 경화 이전에 압력을 가하면, 엘라스토머 본체 또는 하부 표면 재료를 부직포 재료 내부로 주입하게 된다. 이후에 엘라스토머 재료는 부직포 재료로 이루어지는 각각의 섬유 사이의 틈새를 채우게 된다. 이에 따라 결과적으로 부직포 재료의 영역(15) 내에서 부직포 재료가 엘라스토머 재료와 함께 혼합되고 상호 침투하게 된다.
목재 펄프 및 다양한 합성 섬유를 포함하는 종래 기술의 부직포 재료는 지나치게 많거나 적은 상호 침투 때문에, 벨트에서 사용하기가 어렵다. 상호 침투가 지나치게 많거나 "베어나오는" 현상이 발생하면, 고무 표면이 벨트에 바람직한 것 보다 내마모성은 작고 마찰 계수는 크며 미끄럼 소음은 크고/크거나 대체로 불안정한 성능을 갖게 되는 원인이 된다. 종래 기술의 부직포의 공극률이 지나치게 크거나 혹은 지나치게 작거나, 강도가 과도하게 작거나 혹은 과도하게 크거나, 부직포에서의 찢어짐 혹은 구멍 형성이 과도한 경우, 베어나오는 결과가 초래될 수 있으며, 아마도 다른 요인들도 또한 중요하다. 강도가 과도하게 크고 공극률이 지나치게 큰 부직포는 몰드의 형상으로 변형되지 않으며, 엘라스토머는 단순히 부직포를 통해 흐르게 되어 풀리 맞물림 표면 상에만 단지 엘라스토머가 존재하고/존재하거나 프로파일 형성이 불완전하거나 리브가 채워지지 않은 벨트를 얻는 결과를 초래한다. 강도가 지나치게 작은 부직포는 몰딩 중에 구멍을 형성하거나 찢어지고, 이는 또한 풀리 맞물림 표면 상에만 엘라스토머 혹은 엘라스토머의 파편이 존재하는 결과를 초래한다. 공극률이 지나치게 작고 강도가 지나치게 큰 부직포는 베어나오지 못하도록 하지만, 또한 몰딩 중의 적절한 프로파일 형성을 방해하게 된다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 아크릴 부직포의 사용은 이들 문제를 해소시켜 주며, 부직포로 소정량의 엘라스토머가 침투하고 풀리 맞물림 표면에서 소정량의 섬유가 존재하는 균일한 몰딩 표면을 갖는 벨트를 제공한다.
예
다음의 예는 본 발명의 특성을 설명하려는 목적으로 제시되며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
제1 세트의 예는 종래 기술에 대한 본 발명의 벨트의 공정 개선을 설명한다. 시험용 벨트는 도 1에 나타낸 바와 같이 오버코드(7), 크로스코드(8), 고무질 층(9), 인장 코드(10), 압축 섹션 또는 본체(11), 및 멀티 V 리브 프로파일 상의 부직포 영역(15)을 포함하였다. 시험용 벨트는 EPDM 계열의 엘라스토머 재료, 폴리에스테르 인장 코드, 나일론 크로스 코드, 및 표 1과 표 2에 나타낸 바와 같은 다양한 조성으로 된 2개 층의 부직포를 사용하였다. 표 1 및 표 2의 부직포는 PVAL 바인더와 함께 습식 집적(wet-laid) 공정에 의해 비교 가능한 처리 조건 하에서 제조되었다. 제시된 조성 비율은 총 부직포 중량의 약 15 % 내지 약 22 %를 차지하는 바인더 함량을 무시하고 단지 섬유 함량에만 기초한 것이다. 예 4, 예 6 및 예 8에 있어서, PVAL 바인더는 멜라민-포름알데히드(MF) 수지, 건조한 바인더 중량의 약 5 %를 차치하는 고무 접착 촉진제를 포함하였다. 부직포의 두께, 공극률 및 연량은 단일층에 대해 제시되어 있다. 표 1의 예시적인 부직포는 직경이 약 3.5 미크론이고 길이가 약 3 mm이며 아크릴로니트릴 함량이 85 % 이상인 약 0.1 dpf의 아크릴 마이크로 섬유를 사용하였다. 셀룰로우즈는, 섬유 직경이 약 25 내지 약 35 미크론이고 섬유 길이가 약 2 내지 약 4 mm인 연목의 펄프이었다. 단일층 및 2개 층의 부직포를 모두 이용하여 벨트 내부로의 처리를 평가하였다.
처리 결과는, V 리브 프로파일 형성 또는 몰드 충전의 품질, 베어나오는 양, 및 표면의 부직포 섬유 커버리지(coverage)의 패치도(patchiness)의 관찰에 기초하여 정성적으로 평가하였다. 표 1에서의 아크릴 부직포는 결과적으로 항상 뛰어난 프로파일 형성 및 표면 상에서의 고도의 섬유 커버리지를 나타내었다. 보통 표 1에서의 아크릴 부직포의 경우 5 %를 초과하여 베어나오지는 않았다. 반면에, 표 2에서의 비교예는 사용하기가 어렵고 일반적으로 과도하게 베어나오거나 또는 프로 파일 형성이 불완전한 것(몰드를 채우지 못함)으로 입증되었다. 표 1 및 표 2로부터, 비교예는 본 발명에 따른 예와 연량, 두께, 공극률 및 강도(생략됨) 면에서 유사하였음에 주목할 수 있다. PET 비교예는 상기 예의 아크릴 마이크로 섬유보다 단지 약간 더 큰 마이크로 섬유이었다. 따라서, 부직포를 위한 아크릴 섬유의 선택은 이들 뛰어난 처리 결과를 얻기 위해 가장 중요한 단계인 것으로 판단된다.
Figure 112008076503171-pct00001
* AP = MF 접착 촉진제, FS = 균일한 섬유 표면, ST = 허용 불가능하게 베어나옴, NF = 몰드를 채우지 못함, PC = 파편 형태의 커버리지(patchy coverage), Exc = 우수함, NA = 이용 불가능.
제2 세트의 예는 셀룰로우즈 부직포를 이용한 종래 기술의 벨트에 대하여 아크릴 부직포의 벨트 성능상 장점을 나타낸다. 표 1의 예 3 내지 예 8의 아크릴 부직포로 구성된 예시적인 멀티 V 리브 벨트에 대하여 소음 시험, 마찰 시험 및 내구성 시험을 수행하였다. 이와 유사하게, 비교예 11의 종래 기술의 셀룰로우즈 부직포를 구비한 종래 기술의 벨트를 시험하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 벨트에 의해 발생되는 오정렬 소음(misalignment noise)은 상당히 감소함을 보이고 있다. 본 발명의 벨트는 또한 더 조용하고 시간이 경과함에 따라 훨씬 더 안정적인 마찰 거동을 나타낸다. 본 발명에 따른 벨트는 또한 방수이며 습한 시험 조건 하에서 안정적인 마찰 거동을 나타낸다. 본 발명에 따른 벨트는 또한 내구성 시험장치에서 덜 마모된다.
Figure 112008076503171-pct00002
* FS = 균일한 섬유 표면, ST = 허용 불가능하게 베어나옴, NF = 몰드를 채우지 못함, PC = 파편 형태의 커버리지, Exc = 우수함, NA = 이용 불가능.
시험용 벨트는 도 1에 나타낸 바와 같이 오버코드(7), 크로스코드(8), 고무질층(9), 인장 코드(10), 압축 섹션 또는 본체(11), 및 부직포 영역(15)으로 이루어진다. 시험용 벨트는 모두 폴리에스테르 인장 코드, 나일론 크로스코드, 및 2개 층의 부직포를 갖추고 있는 EPDM 계열이었다. 시험용 벨트는 6개의 리브를 구비하며 폭이 0.85 인치이고 길이가 1200 mm 이었다.
벨트 내구성 성능은 강제 미끄럼 시험에서 테스트하였다. 시험 전에, 그리고 강제 미끄럼 시험 전체에 걸쳐 450 킬로사이클(kc)의 간격으로, 벨트를 마찰계수(COF) 시험장치에 위치시켰으며 또한 오정렬(MA) 소음 시험장치에도 위치시켰다. 강제 미끄럼 시험은 도 3에 도시된 바와 같은 3개의 풀리 시스템에서 이루어졌다. 도 3을 참고하면, 풀리(31, 32 및 33)는 각각 직경이 60 mm이며, 벨트 랩(belt wrap; α)은 60 도이다. 구동 풀리(31)는 약 2000 RPM으로 시계방향으로 작동하고 구동 풀리(32)는 풀리(31)보다 약 4 % 느린 속도로 작동한다. 주위 온도는 23 ℃이다. 리브 당 180 N의 수직 하중(W')이 종동 풀리(33)에 가해진다.
COF 시험은 도 4에 도시된 바와 같은 배치에서 이루어졌다. 도 4를 참고하면, 시험용 풀리(43) 및 구동 풀리(41) 양자 모두는 멀티 V 리브 프로파일을 가지며 직경이 141.5 mm이다. 풀리(42, 45 및 47)는 아이들러이다. 건식 COF 시험에 있어서, 풀리(44)는 풀리(43) 상에 30 도의 랩 각도(wrap angle)를 유지하도록 위치 설정되며 구동 풀리(41)는 400 RPM으로 회전한다. 습식 COF 시험에 있어서, 풀리(44)는 풀리(43)에서 40 도의 랩 각도를 유지하도록 위치 설정되며, 구동 풀리(41)는 800 RPM으로 회전하는 반면, 분당 300 ml의 물을 풀리(42) 부근의 벨트에 분무한다. 360 N의 중량(W")이 풀리(46)에 가해져 180 N의 벨트 장력(T)을 제공한다. 시험용 풀리(43)에는 토크가 가해지며, 토크는 0에서부터 풀리가 회전을 멈출 때까지 램프(ramp)식으로 증가한다. COF는 측정된 최대 토크로부터 산출된다. 시험은 구성상 SAE J2432-2000와 유사하다.
오정렬 소음 시험은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 4점 드라이브 상에서 실시되었다. 도 2를 참고하면, 풀리(21, 23 및 24)는 멀티 V 리브 프로파일을 가지며 직경은 각각 159, 101 및 61 mm이다. 풀리(23)은 구동 풀리이며, 1000 RPM으로 시계방향으로 회전한다. 풀리(22)는 직경이 80 mm인 아이들러이다. 풀리(22)는 배치도 평면에 수직하게 배치될 수 있으며, 스팬(L)에 걸쳐 오정렬 각도를 형성한다. 489 N의 자중(dead weight)에 의해 시험용 벨트에 약 267 N의 장력을 가해졌다. 이후에 풀리(22)는 어느 정도 오프셋되었으며 소음은 마이크로폰(M)으로 측정하였다. 습식 오정렬 소음 시험을 위해, 벨트 표면에 물을 분무하였는데, 소음 측정 직전에 각각의 오정렬 각도 설정에서 3개의 제트로 분무하였다.
표 3 및 표 4는 각각 강제 미끄럼 내구성 시험 중의 건식 COF 측정 결과 및 습식 COF 측정 결과를 나타내고 있다. 비교용 벨트는 시험 전체에 걸쳐 COF가 점진적으로 상당히 증가하는 것으로 나타나는 것을 알 수 있다. 이하에서 알 수 있는 바와 같이, 450 kc 및 이후 회차의 모든 MA 소음 시험 동안 오정렬 소음이 들렸다. 반대로, 본 발명에 따른 벨트, 즉 예 3 내지 예 8은 내구성 시험 과정에 걸쳐 단지 미세한 COF의 변동을 나타내었으며, 내구성 시험의 모든 단계에서 MA 소음 시험 중에 조용하게 운전되었다. 예 3 내지 예 8은 내구성 시험 전체에 걸쳐 모든 표면 아크릴 섬유를 실질적으로 유지하였다. 비교예 11의 셀룰로우즈 부직포 층은 강제 미끄럼 시험 중에 점차로 마모되었으며, 시험 종료 즈음에는 실질적으로 마모되어 벨트 본체의 하부 엘라스토머 재료 중 상당량이 노출되었다. 습식 시험에서 부직포 층의 마모는 특히 비교예의 벨트의 경우에 급속하게 이루어졌다. 이들 COF 시험 결과는, 내구성이 있고 제어되는 COF 섬유질 리브 표면을 제공함으로써 본 발명의 벨트의 저소음 성능의 지속성을 개선함에 있어서 아크릴 부직포가 유효함을 입증한다.
예 3 내지 예 8의 본 발명에 따른 벨트는 모두 주기적인 MA 소음 시험에서 실질적으로 동일하게(1 내지 3 dB 이내에서) 작동하였으며, 이에 따라 단순화를 위해, 단지 dB 단위의 평균 소음값 또는 일반적인 소음값을 표 5에 제시하고, 비교예 11과 비교한다. 표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 벨트는 전체 시험 동안에 일관되게 조용하게 운전되는 반면, 비교용 벨트는 점차 소음이 매우 커졌다. 벨트 중 일부에 대해서는 1800 kc에서 최종 측정이 완료되지 못했지만, 그 경향은 뚜렷하다.
본 발명에 따른 벨트의 또 다른 장점은 아크릴 부직포의 셀룰로우즈 함량을 선택함으로써 COF를 선택할 수 있다는 점이다. 표 3 및 표 4는 COF에 대한 셀룰로우즈 함량의 영향을 나타내고 있다. 표 1로부터, 예 3 및 예 4는 100 % 아크릴 섬유이고, 예 5 및 예 6은 70 %는 아크릴이며 30 %는 셀룰로우즈인 섬유이며, 예 7 및 예 8은 50/50 혼합물이라는 점을 상기하라. 따라서, 셀룰로우즈 함량의 증가에 따른 영향은 COF를 증가시키는 한편 벨트의 양호한 내구성 및 저소음 성능을 유지시켜 준다. 벨트의 하중 능력을 증가시키거나 또는 미끄럼을 줄여주기 때문에 COF는 클수록 바람직하다. 또 다른 대등한 장점은 부직포의 아크릴 함량을 선택함으로써 COF를 조절할 수 있는 능력이 있다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 부직포의 비아크릴 함량에 대한 아크릴 함량을 조절하는 것은 풀리 맞물림 표면의 COF에 이롭거나 바람직한 영향을 줄 수 있다.
Figure 112008076503171-pct00003
Figure 112008076503171-pct00004
Figure 112008076503171-pct00005
당업자는 본 발명의 다른 유용한 실시예가 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 명세서에서 언급한 아크릴 부직포는 도 1에서의 선택적인 재킷(6)에 사용될 수 있으며, 이에 따라 벨트 배면에 바람직한 마찰 특성을 부여하게 된다. 또 다른 예로서, 본 명세서에서 언급되는 아크릴 부직포는 도 1에서의 선택적인 크로스코드층(8)을 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 본 명세서에서 언급되는 아크릴 부직포는, 미국 특허 제6,561,937호에서 설명된 바와 같이 부직포에 플록을 직접 부착시키는 접착제에 의해 단섬유 플록으로 덮여 있는 내측 직물층으로서 아크릴 부직포를 사용함으로써 플록형 대면층을 갖는 벨트에서 유리하게 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 아크릴 부직포는 고무 시멘트 또는 RFL로 전처리될 수 있거나, 또는 캘린더링 공정에 의해 고무로 처리되며, 이러한 경우에 코팅된 아크릴 부직포는 벨트 본체 또는 리브의 하부 고무와 상호 침투하거나 또는 혼합되는 대신 미국 특허 제6,561,937호 또는 미국 특허 제4,892,510호에 설명된 바와 같이 벨트 프로파일 표면에 부착된다. 마지막 예로서, 본 명세서에서 언급되는 아크릴 부직포는, 미국 특허 제5,971,879호 또는 미국 특허 제4,895,555호에 설명된 바와 같이 주조가능한 우레탄의 폴리머 본체를 구비하는 전동 벨트의 주조에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 형태들을 설명하였지만, 본 명세서에서 설명한 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 구조와 부품들의 관계에 있어서 변형을 행할 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 언급된 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 기술되지 않은 임의의 요소가 없는 상태로 적절하게 실시될 수 있다.

Claims (19)

  1. 엘라스토머 재료를 포함하며 종방향으로 연장되는 인장 부재를 구비하는 본체를 포함하는 벨트로서, 상기 본체는 소정 프로파일을 갖는 풀리 맞물림 영역을 구비하고, 상기 풀리 맞물림 영역은 섬유질 부직포 재료를 포함하는 것인 벨트에 있어서,
    상기 부직포 재료는 아크릴 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 벨트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부직포 재료는 풀리 맞물림 영역에서 엘라스토머 재료와 혼합되는 것인 벨트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 섬유는 크기가 1.5 dpf 이하이거나 또는 평균 직경이 13.5 미크론 이하인 아크릴 마이크로 섬유인 것인 벨트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 아크릴 마이크로 섬유는 크기가 1 dpf 이하이거나 또는 평균 직경이 11 미크론 이하인 것인 벨트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아크릴 섬유의 평균 길이는 1 mm 내지 10 mm이고, 상기 아크릴 섬유의 직경은 5 미크론 미만인 것인 벨트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부직포 재료는 총 섬유 중량에 기초하여 적어도 25 중량%의 아크릴 섬유 및 75 % 이하의 비아크릴 섬유를 포함하며, 이 비아크릴 섬유는 합성 섬유, 천연 섬유, 셀룰로우즈 섬유, 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이미드, PVAL, 레이온, 유리섬유, 바살트(basalt), 나일론, 연목의 펄프, 강목의 펄프, 면, 대마, 목재 가루, 양모, 실크, 사이잘삼, 아마, 황마, 카나프, 및 케이폭으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 벨트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부직포 재료는 고무 접착 촉진제를 포함하는 것인 벨트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고무 접착 촉진제는 멜라민-포름알데히드 수지 조성물인 것인 벨트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 부직포 재료의 섬유 중 100 %는 아크릴 섬유인 것인 벨트.
  10. 제2항에 있어서, 상기 엘라스토머 재료는 섬유 로딩을 포함하고, 상기 섬유 로딩은 고무 100부 당 0.01 내지 20 부의 범위에 있으며, 섬유 로딩용 섬유는 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 아크릴, 폴리이미드, PVAL, 레이온, 유리섬유, 및 나일론 또는 이들의 2이상의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 벨트.
  11. 제2항에 있어서, 상기 풀리 맞물림 영역의 두께는 0.025 mm 내지 3.0 mm인 것인 벨트.
  12. 제2항에 있어서, 2개 이상의 상기 부직포 재료층으로 이루어진 부직포 영역을 포함하는 것인 벨트.
  13. 제2항에 있어서, 멀티 V 리브 벨트, V 벨트, 치형 벨트 및 평면 벨트로부터 선택되는 것인 벨트.
  14. 엘라스토머 재료를 포함하며 종방향으로 연장되는 인장 부재를 구비하는 본체를 포함하는 멀티 V 리브 벨트로서, 상기 본체는 소정 프로파일을 갖는 풀리 맞물림 영역을 구비하고, 상기 풀리 맞물림 영역은 엘라스토머 재료와 혼합된 섬유질 부직포 재료를 포함하는 것인 멀티 V 리브 벨트에 있어서,
    부직포 재료의 섬유의 적어도 40 중량%는, 1 dpf 미만이며 평균 직경이 11 미크론 미만이고 평균 길이가 1 내지 6 mm이며 아크릴로니트릴 함량이 적어도 85 중량%인 아크릴 섬유를 포함하며, 부직포 재료의 섬유 중 60 %이하는 비아크릴 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 V 리브 벨트.
  15. 굴대에 벨트 구조의 제1 층을 위치시키는 단계로서, 상기 제1 층은 엘라스토머 층을 포함하는 것인 단계,
    제1 층 위에 인장 코드를 위치시키는 단계,
    인장 코드층 위에 제2 엘라스토머층을 위치시키는 단계,
    제2 엘라스토머층 위에 섬유질 부직포 영역을 위치시키는 단계,
    프로파일 형성용 몰드에서 벨트 구조를 경화시키는 단계, 및
    부직포 영역을 위한 아크릴 부직포를 선택하는 단계
    를 포함하는 것인 벨트 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 아크릴 부직포는 섬유 함량에 기초하여 1 dpf 이하인 아크릴 마이크로 섬유를 적어도 25 중량%을 포함하는 것인 벨트 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 아크릴 부직포는 총 섬유 함량에 기초하여 75 중량% 이하의 비아크릴 섬유를 포함하는 것인 벨트 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 부직포 영역은 아크릴 부직포로 된 2개 이상의 층을 포함하는 것인 벨트 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제1 층은 직물 층을 더 포함하며, 상기 인장 코드는 상기 직물 층 위에 위치하는 것인 벨트 제조 방법.
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