KR101476013B1 - 동력 전달 벨트를 위한 폴리우레아-우레탄 코드 처리 및 벨트 - Google Patents

동력 전달 벨트를 위한 폴리우레아-우레탄 코드 처리 및 벨트 Download PDF

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Abstract

코드를 함침시키고 섬유를 코팅하는 폴리우레타-우레탄 접착제 조성물을 갖는 엘라스토머 본체에 매립된 장력 코드를 갖는 벨트. 상기 조성물은 폴리우레탄 프리폴리머와 디아민 경화제 또는 물의 반응 생성물이다. 상기 프리폴리머는 콤팩트형, 대칭형 디이소시아네이트 및 폴리에스테르, 폴리에테르, 또는 폴리카보네이트 폴리올의 반응 생성물이다. 상기 벨트 본체는 캐스트 폴리우레탄, 가황 고무, 또는 열가소성 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 상기 코드는 접착제 오버코트를 가질 수 있다.

Description

동력 전달 벨트를 위한 폴리우레아-우레탄 코드 처리 및 벨트{POLYUREA-URETHANE CORD TREATMENT FOR POWER TRANSMISSION BELT AND BELT}
본 발명은 일반적으로 동력 전달 벨트를 위한 장력 코드의 처리 방법, 처리제, 코드 및 얻어진 벨트에 관한 것이고, 더 특히 폴리우레아-우레탄 처리 탄소 섬유 강화에 관한 것이며, 구체적으로 수분 경화된 폴리우레아-우레탄 조성물이 함침된 탄소 섬유 코드에 관한 것이다.
본원에서 그 내용의 전부를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,807,194호(Knutson et al.)는 캐스트 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 본체(belt body), 이 본체로 이루어진 벨트 톱니(belt teeth), 이 벨트 톱니의 주변 표면을 따라 배치된 내수성 패브릭 강화재, 및 벨트 본체에 매립된 나선형으로 권취된 코드 및 탄소 섬유의 얀으로 이루어진 인장 부재를 갖는 동기형 동력 전달 벨트를 개시하며, 여기서 코드의 섬유 사이에는 간극이 있고, 벨트가 캐스팅됨에 따라 코드 간극이 코드 부피 1 mm3당 최소 약 0.21 mg의 벨트 재료를 포함하도록 벨트 재료가 코드 간극의 적어로 일부분을 침투한다. 코드로의 폴리우레탄 엘라스토머의 침투는 우수한 물리적 접착력을 제공할 수 있다. 그러나, 높은 모듈러스의 벨트 재료로서의 경화된 상태의 우레탄은 이것이 코드의 간극을 침투할 때 특정 코드 재료를 허용하지 못하게 만들 수 있는데, 그 이유는 그렇게 침투된 코드가 허용할 수 없을 정도로 높은 굴곡률을 가질 수 있기 때문이다. 또한, 침투하는 우레탄은 코드를 포함하는 필라멘트에 너무 큰 스트레인을 전달할 수 있으며, 이로써 허용할 수 없는 필라멘트 파괴를 유발하여 코드 파손을 초래한다. 캐스트 폴리우레탄 재료는 대개 코드를 충분히 침투할 수 있도록 단단한 정도의 점도를 갖는다. 불충분한 함침에 기인하는 문제점으로는 코드 올풀림(프레잉)(fraying), 불충분한 피로 수명 등을 들 수 있다.
본원에서 그 내용의 전부를 참고로 인용하는 미국 특허 제5,231,159호(Patterson et al.)는 벨트에 유용한 캐스트 또는 RIM 폴리우레탄 조성물에 관해 기재한다. 폴리우레탄은 이소시아네이트 말단(바람직하게는 폴리에스테르) 프리폴리머, 아민 또는 하이드록실 말단 폴리올, 및 폴리아민 또는 폴리올 사슬 연장제의 반응 생성물을 기초로 한 것이다.
본원에서 그 내용의 전부를 참고로 인용하는 미국 특허 제6,964,626호(Wu et al.)는, 동적 용도에 사용하기 위한, 약 140∼150℃에 대한 고온 안정성 및 약 -35℃∼(-40℃)에서의 저온 가요성을 갖는 개선된 폴리우레탄/우레아 엘라스토머를 개시한다. 이러한 엘라스토머는 벨트에서의 용도에, 특히 자동차 타이밍 또는 동기형 벨트, V 벨트, 다중 V 립형 또는 마이크로 립형 벨트, 플랫 벨팅 등에 유용하다. 폴리우레탄/우레아 엘라스토머는 폴리이소시아네이트 프리폴리머를 대칭 1차 디아민 사슬 연장제, 대칭 1차 디아민 사슬 연장제와 2차 디아민 사슬 연장제의 혼합물, 또는 대칭 1차 디아민 사슬 연장제와 비산화성 폴리올의 혼합물과 반응시킴으로써 제조하며, 상기 성분들은 모두 표준 몰딩 공정을 통해 촉매 필요성을 배제하고 상 분리를 개선하기 위해 선택된다. 폴리이소시아네이트 프리폴리머는 고온에서 비산화성인 폴리올, 예컨대 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 또는 이들의 혼합물과, 콤팩트형이고 대칭형이고 방향족이거나(예컨대 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트), 지방족이고, 트랜스-1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트 및 트랜스,트랜스-4,4'-디사이클로헥실메틸 디이소시아네이트와 같은 트랜스 또는 트랜스,트랜스 기하 구조를 갖는 유기 폴리이소시아네이트의 반응 생성물이다.
폴리우레탄 벨트 내의 가요성이 더 큰 코드를 제조하기 위해 보다 연질의 재료로 코드를 처리하기 위한 종래의 노력으로부터 더 작은 토크 저항, 플렉싱(flexing) 중의 더 많은 열 축적, 박리에 대한 불충분한 저항 등을 얻게 되었다. 탄소 섬유 코드를 위한 접착제 처리는 일반적으로 폴리우레탄 벨트이든 고무 벨트이든 간에 요구되는 벨트 용도에의 적합도에 못 미쳤다. 종래의 탄소 섬유 접착제 처리에 관한 대표적인 문헌은 미국 특허 제6,695,733호 및 6,945,891호(Knutson)이며, 이들 문헌은 레조르시놀-포름알데히드-라텍스(resorcinol-formaldehyde-latex; "RFL") 처리 탄소 섬유 장력 코드를 갖는 톱니형 고무 벨트를 개시한다. 또한, 탄소 섬유 접착제 기술의 대표적인 예로 미국 특허 제4,044,540호(Toki et al.)의 에폭시 프라이머 및 RFL 처리와 미국 특허 제4,978,409호(Fujiwara et al.)의 프라이머 및 RFL 처리가 있다.
미국 특허 출원 공개 제2005-0271874 A1호(Sakajiri et al.)는 주요 성분으로서 불포화 우레탄 화합물을 사용한 탄소 섬유 사이징 처리를 개시한다. JP 2005-023480 A2(Sakajiri et al.)는, 폴리우레탄, 에폭시 수지 및 가교결합제를 포함하는, 탄소 섬유 다발을 함침시키기 위한 수지 조성물을 개시한다.
미국 특허 공개 제2009/0098194 A1호는 우레아-우레탄 화학법을 개시한다.
미국 특허 제3,962,511호는 산업용 컨베이어 벨트를 위한 텍스타일 직물을 캡슐화하기 위한 조성물 및 유기 용매 용액 중의 폴리우레탄 반응 혼합물을 도포하는 방법을 개시한다.
동시 계류중인 출원 제11/947,470호(2007년 11월 29일 출원) 및 제12/044,957호(2008년 3월 8일 출원)를 참조할 수 있으며, 이들 문헌 내용은 그 전부를 본원에서 참고로 인용한다.
본 발명은, 폴리우레탄 동력 전달 벨트 및 고무 구동 벨트를 비롯한 벨트 및 동력 고무 물품을 강화하기 위한 유연성을 갖는 고모듈러스 장력 코드를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 폴리우레탄 벨트 본체 재료와의 우수한 접착력 및 상용성을 가지고 우수한 인장 강도, 감소된 올풀림 또는 플라이 빌드업, 및 내구성을 포함한 개선된 취급성을 갖는 코드를 제공한다. 본 발명에 따른 폴리우레탄 벨트는 영구적인 취급성, 후방 굽힘 등을 위한 개선된 가요성 및 개선된 컷팅 성능을 갖는다. 본 발명에 따른 탄소 장력 코드를 갖는 고무 벨트는 종래의 RFL 처리 탄소 코드에 비해 개선된 성능을 나타낸다. 본 발명은 꼬인 섬유 다발로 잘 침투되면서 그 꼬인 다발에 도포될 수 있는 접착제 처리를 실시한 코드에 관한 것이다.
본 발명은 폴리우레아-우레탄("PUU") 접착제 처리를 갖는 엘라스토머 벨트 본체에 매립된 장력 코드를 갖는 벨트에 관한 것이다. PUU 접착제는, 디이소시아네이트와 반응된 폴리올로부터 유도된, 이소시아네이트 말단의, 폴리에스테르 또는 폴리에테르 또는 폴리카보네이트와 같은 폴리우레탄 프리폴리머에 기초한 것일 수 있다. 폴리에스테르는 폴리카프로락톤일 수 있다. 폴리올은 디올과 트리올의 혼합물일 수 있다. 디이소시아네이트는 대칭형의 콤팩트형 디이소시아네이트, 예컨대 PPDI, TDI, MDI 등일 수 있다. 디이소시아네이트는 완전 대칭형이 아닐 수도 있으나, 완전 대칭형인 것이 바람직하다. 접착제 처리는 콤팩트형, 대칭형의 디아민 경화제이거나, 환경의 수분과 같은 물에 의해 경화될 수 있다. 본 발명은 또한 장력 코드 및 접착제 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 장력 코드는 접착제를 함침시키기 전에 트위스팅할 수 있는 탄소 섬유 필라멘트 얀에 기초한 것일 수 있다. 섬유 유형에 관계 없이 섬유 사이의 간극은 접착제로 부분적으로 또는 완전히 충전될 수 있다 섬유는 접착제로 코팅될 수 있다. 충전은 간극 부피의 20%∼99% 또는 100%일 수 있다. 섬유가 코팅되기도 하고 일부 간극은 접착제로 충전되어도, 코팅이 비교적 얇아서 모든 섬유를 함께 완전히 결합시키기에 충분하지 않을 수 있다. 벨트 본체 재료에 캐스트 폴리우레탄을 사용하는 일 실시형태에서, 캐스트 폴리우레탄은 남아있는 간극의 일부 또는 전부에 함침될 수 있고 접착제 코팅과 밀착 접촉할 수 있다. 대안으로, 코드는 추가적인 오버코트 접착제를 가질 수 있다.
본 발명은 또한 소형 또는 콤팩트형의 대칭형 디아민 경화제를 함유한 적절한 용매 중에 폴리우레탄 프리폴리머를 혼입하거나 용해시킴으로써 접착제 침액을 제조하는 단계, 얀 또는 트위스트 얀을 침액에 침지하는 단계, 용매를 건조시켜 제거하는 단계 및 접착제를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 경화제는 물만일 수 있으며, 이 물은 용매 및/또는 공기 중에 존재하는 주변 수분으로부터 기인하는 것일 수 있다. 경화 중에, 프리폴리머 분자 상의 이소시아네이트 말단 기 사이에 우레아 결합이 형성된다. 프리폴리머는 선형(2개의 이소시아네이트 말단) 또는 분지형(3개 이상의 이소시아네이트 말단 기)(바람직하게는 단지 2개 또는 3개 또는 이들의 혼합물)일 수 있다.
앞에서는 후술하는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 특징과 기술적 이점을 다소 광범위하게 개략하였다. 본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 이하에서 더 상세히 설명할 것이며, 이것들이 본 발명의 청구범위의 대상을 구성한다. 당업자는, 개시된 개념과 구체적인 실시형태가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 변경하거나 계획하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 당업자는 그러한 균등한 구성이 첨부된 청구범위에 개시된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 인식하여야 한다. 본 발명에 있어 특징적인 것으로 생각되는 신규한 특징들은, 그 조직화와 작동 방법 둘 다에 대해, 추가적인 목적 및 이점과 함께, 첨부된 도면과 관련하여 고려될 때 후술하는 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시와 설명을 목적으로 제공된 것으로, 본 발명의 한계를 정의한 것을 의도한 것이 아님을 분명히 이해해야 한다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면(이 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다)은 본 발명의 실시형태를 예시한 것으로 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 이 도면에서,
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작된 타이밍 벨트의, 단면 부분을 포함한 부분 투시도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작된 V 벨트의, 단면 부분을 포함한 부분 투시도이며;
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작된 다중 V 립형 벨트의, 단면 부분을 포함한 부분 투시도이고;
도 4는 본 발명의 벨트 실시형태의 특성을 테스트하기 위해 이용된 유연성 테스트의 개략도이다.
본 발명은 텍스타일 섬유에 사용하기 위한, 특히 벨트 또는 호스와 같은 강화 고무 물품에 사용하기 위한 처리된 장력 코드를 제조하기 위한 폴리우레아-우레탄("PUU") 접착제 조성물에 관한 것이다. PUU 접착제는 우레탄 결합 프리폴리머에 기초한 것으로, 이것은 아민 또는 물에 의해 경화되어 우레아 결합을 형성한다. PUU 접착제는 아민 경화성보다는 바람직하게는 수분 경화성일 수 있다. PUU 접착제는 바람직하게는 파라-페닐렌 디이소시아네이트("PPDI")의 프리폴리머 및 폴리카프로락톤("PCL")에 기초한 것일 수 있다. PUU 처리 코드는, 캐스트 엘라스토머이든 열가소성 엘라스토머이든 간에, 폴리우레탄("PU") 및/또는 PUU 벨트류 또는 다른 폴리우레탄 물품에 특히 유익하다. 적절한 오버코트 접착제를 사용할 경우, PUU 처리 코드는 또한 고무 벨트류, 호스, 또는 다른 가황 고무 물품에 사용하기에 적합하다. 처리된 코드의 섬유는 바람직하게는 탄소 섬유일 수 있다.
PUU 접착제는 이소시아네이트 말단을 갖는 폴리에스테르 또는 폴리에테르 또는 폴리카보네이트와 같은 폴리우레탄 프리폴리머에 기초한 것일 수 있다. 그러한 프리폴리머는 폴리이소시아네이트를 폴리올(즉, 하이드록시 말단 폴리머, 바람직하게는 디올 및/또는 트리올)과 반응시킴으로써 제조된다. 바람직하게는, 폴리이소시아네이트는 대칭형, 콤팩트형 디이소시아네이트, 예컨대 PPDI, 2,4- 및/또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트("TDI"), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트("MDI") 등이다. 폴리이소시아네이트는 완전 대칭형이 아닐 수도 있으나, 대칭형인 것이 바람직하다. PU 프리폴리머를 소형 또는 콤팩트형, 대칭형, 디아민 경화제/사슬 연장제를 함께 함유하거나, 용매 및/또는 공기 중에 존재하는 주변 수분으로부터 간단히 이용될 수 있는 물만을 함유한 적절한 용매 중에 용해시킬 수 있으며, 이것을, 용매 건조 후, 이소시아네이트 말단 기와 프리폴리머 분자 사이에 우레아 결합이 형성되도록 반응시킬 수 있다. 프리폴리머는 선형(즉, 2개의 이소시아네이트 말단 기를 가짐) 또는 분지형(즉, 3개 이상의 이소시아네이트 말단 기를 가짐)일 수 있으나, 단 2개 또는 3개의 이소시아네이트 말단 기 또는 이들의 혼합물 또는 블렌드를 갖는 것이 바람직하다. 우레아 결합/세그먼트는 응집하여 폴리에스테르, 폴리에테르 등의 연질 세그먼트 매트릭스 전반에 산재된 경질 세그먼트 도메인을 형성한다. 벨트 코드 용도를 위해서는, 접착제가 벨트 본체 재료보다 연질이 되도록 하는 것이 유익한 것으로 밝혀졌기 때문에, 소형의 콤팩트형의 경화제가 바람직하다. 가장 바람직한 경화제는 물이며, 물은 가장 작은 경질 세그먼트를 제공하여 가장 연질의 PUU 접착제를 제공한다. 벨트 용도에 가장 바람직한 연질 세그먼트는 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르인데, 그 이유는 내열성, 내인열성 등이 우수하기 때문이다. 폴리에테르는 일반적으로 폴리에스테르보다 내인열성이 작다. 내인열성은 벨트와 같은 강화 고무 물품에서, 특히 코드와 물품 본체 또는 벨트의 톱니 화합물(tooth compound)의 계면에서 매우 중요할 수 있다. 벨트 용도에 가장 바람직한 디이소시아네이트는 PPDI인데, 그 이유는 열 안정성 결합 때문이고, 또, 물과의 반응성이 매우 좋기 때문에 바람직한 경화제이다. 바람직한 PUU를 사용하여 제조된 코드는 침지 또는 처리 후 매우 유연성이 좋아서, PUU가 부분적으로 또는 완전히 함침된다. 그 결과, 처리된 코드는 가공 및 최종 사용 시 취급 손상이 최소화되어, 각종 캐스트 PU 또는 PUU 벨트 본체 배합물, 열가소성 엘라스토머("TPE") 및 열가소성 폴리우레탄(TPU") 및 가황 고무 벨트의 고무에 잘 결합된다. 몇몇 용도에 있어서는, 적절한 오버코트 접착제를 사용하여 결합력을 증대시킬 수 있다.
일반명 "폴리우레탄"(PU)은 폴리우레아, 폴리이소시아누레이트, 및 실질적인 우레탄 기 또는 결합을 거의 또는 전혀 갖지 않을 수 있는 다른 폴리머를 포함하는 것으로 당업계에서 널리 사용될 수 있다. 여기서, "폴리우레탄"은 이소시아네이트와 알코올의 반응 생성물로서 상당량의 우레탄 결합, 즉 -NR-CO-0-를 포함하는 폴리머를 지칭하기 위해 더 문언적인 의미로 사용된다. 명세서 및 청구범위에서, "폴리우레아"는 수분 또는 물 존재 하에서의 이소시아네이트끼리의 반응 생성물, 또는 상당량의 우레아 결합 -NR'-CO-NR"-을 형성하는, 반응 중간체일 수 있는 이소시아네이트와 아민과의 반응 생성물인 폴리머를 지칭하는 데 사용된다. 이러한 우레탄 또는 우레아 결합에서, R, R' 및 R"은 각각 독립적으로 수소; 알킬, 또는 아릴 기이다. "폴리우레아"란 용어에는 우레아 기가 추가적인 이소시아네이트와 반응하여 분지형 폴리머를 형성할 때 형성되는 뷰렛이 포함된다. "폴리이소시아누레이트"는 고온에서 트리-이소시아누레이트 고리 구조를 형성하는 이소시아네이트끼리의 반응 생성물인 폴리머를 지칭하는 데 사용된다. 용어 폴리우레아 및 폴리우레탄은 반응의 총 순도를 의미하는 것이 아니라 본 발명의 접착제 시스템에 관련된 반응 생성물 및/또는 주된 반응 메커니즘인 것으로 생각되는 것을 나타내기 위해 사용된다. 따라서, 미량의 다른 반응 생성물 또는 다른 반응 메커니즘이 추가적인 언급 없이 관련될 수 있으며, 이것은 여전히 주된 폴리우레아-우레탄 반응 생성물로서 본원에서 언급될 수 있다. 용어 "폴리머"는 폴리머, 코폴리머(예를 들어, 2종 이상의 상이한 모노머를 사용하여 형성된 폴리머), 올리고머 및 이들의 조합뿐만 아니라, 혼화성 블렌드로 형성될 수 있는 폴리머, 올리고머, 또는 코폴리머를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "프리폴리머"는 중간 분자량 상태로까지 반응한 모노머 또는 모노머 시스템을 지칭한다. 이 물질은 완전 경화된 고분자량 상태로까지 반응기에 의해 추가 중합될 수 있다. 따라서, 반응성 폴리머와 미반응 모노머의 혼합물을 프리폴리머라 지칭할 수도 있다. 전형적으로, 이러한 프리폴리머는 비교적 저분자량의 폴리머, 통상적으로 모노머의 분자량과 필름 폴리머 또는 수지의 분자량 사이의 폴리머이다. 따라서, 당업자는, 모노머는, 일단 폴리머가 형성되면 모노머가 더 이상 존재하지 않도록 반응하여 폴리우레아-우레탄을 형성한다는 것을 알 것이다. 그러나, 본원에 기재된 일부 조성물에서는, 경화 전에 모노머와 폴리머가 둘 다 배합물 중에 존재할 수 있고, 경화 후에 잔류 모노머가 경화된 폴리머 내에 잔류할 수 있다. 용어 "폴리아민"은 분자당 2개 이상의 (1차 및/또는 2차) 아민 작용기를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다. 용어 "폴리올"은 분자당 2개 이상의 하이드록실 작용기를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다. 용어 "디올"은 분자당 2개의 하이드록실 작용기를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다. 용어 "트리올"은 분자당 3개의 하이드록실 작용기를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다. "폴리이소(티오)시아네이트"로 총칭되는 용어 "폴리이소시아네이트" 및 "폴리이소티오시아네이트"는 분자당 각각 2개 이상의 이소시아네이트 또는 이소티오시아네이트를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다. 용어 "디이소시아네이트"는 분자당 2개의 이소시아네이트 작용기를 갖는 화합물을 지칭하는 것으로 의도된다.
본 발명의 실시형태에 유용한 폴리우레탄 프리폴리머는 당업계에 공지된 방법에 따라 폴리올과 폴리이소시아네이트를 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 유용한 폴리올로는 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리티오에테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리카프로락톤 폴리올을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 폴리카프로락톤은 폴리에스테르류로 간주될 수 있다. 열 안정성을 필요로 하는 용도를 위한 바람직한 폴리올은 150℃ 이하에서 비산화성이며, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올 및 폴리카보네이트 폴리올을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 본 발명에서 사용되는 폴리에스테르 폴리올은 다가 알코올의 반응 생성물, 바람직하게는 일부 3가 알코올이 추가된 2가 알코올, 및/또는 다가 카복실산, 바람직하게는 일부 3가 카복실산이 추가된 2가 카복실산을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 저급 알코올의 상응하는 폴리카복실산 에스테르 또는 상응하는 폴리카복실산 무수물 또는 이들의 혼합물이 유리 폴리카복실산 대응물에 비해 폴리에스테르 제조에 바람직하다. 폴리카복실산은 그 성질이 지방족, 지환족 및/또는 방향족일 수 있다. 비한정적인 예로서, 경우에 따라 모노머 지방산, 디메틸테레프탈레이트 및 테레프탈산-비스-글리콜 에스테르와 혼합된, 숙신산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산, 프탈산 무수물, 테트라하이드로프탈산 무수물, 헥사하이드로프탈산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물, 엔도메틸렌 테트라하이드로프탈산 무수물, 엔도메틸렌 테트라하이드로프탈산 무수물, 글루타르산 무수물, 푸마르산, 다이머 및 트리머 지방산을 들 수 있다. 그러한 폴리에스테르를 제조하는 데 사용되는 적절한 다가 알코올로는 에틸렌 글리콜, 1,2- 및 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4- 및 2,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,10-데칸디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-사이클로헥산 디메탄올 또는 1,4-비스-하이드록시메틸사이클로헥산, 2-메틸-1,3-프로판디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판("TMP"), 1,2,6-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올에탄, 및 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. ε-카프로락톤과 같은 락톤의 폴리에스테르 및 오메가-하이드록시카프로산과 같은 하이드록시카복실산도 사용될 수 있다.
적절한 폴리카보네이트 폴리올은 공지되어 있고, 예를 들어, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,10-데칸디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜, 및 이들의 혼합물과 디아릴 카보네이트, 예를 들어 디페닐 카보네이트, 디알킬 카보네이트, 예를 들어 디에틸 카보네이트, 또는 포스겐과의 반응에 의해 제조될 수 있다. 적절한 폴리에테르 폴리올은 공지되어 있고, 프로필렌 옥시드(PPO), 에틸렌 옥시드 및 폴리테트라메틸렌 옥시드(PTMO)를 포함하는 알킬렌 옥시드를 기초로 하는 것과 같은 하이드록실 말단 폴리에테르를 포함한다. 바람직한 알킬렌 옥시드는 폴리프로필렌 옥시드이다. 폴리올은 평균 하이드록실 작용가가 약 2∼8이고 평균 하이드록실 당량이 약 500∼5000인 폴리에테르 폴리올, 또는 하이드록실 작용가가 약 2∼4이고 하이드록실 당량이 약 1000∼3000인 폴리에테르 폴리올일 수 있다. 일 실시형태에서, 폴리에테르 폴리올은 약 2∼3의 평균 하이드록실 작용가 및 약 1500∼2500의 평균 하이드록실 당량을 포함한다.
바람직한 폴리올은 분자량 약 500∼약 4000 또는 5000의 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올, 또는 이러한 폴리올의 혼합물이다. 더 바람직한 폴리올은 분자량 약 300 또는 500∼약 4000 또는 5000의 폴리(헥사메틸렌 카보네이트)("PCB") 디올 및/또는 트리올, 폴리카프로락톤("PCL") 디올 및/또는 트리올, 및 폴리(헥사메틸렌 아디페이트) 디올 및/또는 트리올이다. 벨트 및 호스를 위한 장력 코드에 가장 바람직한 폴리올은 폴리카프로락톤 디올 및/또는 트리올이다. 디올의 가장 바람직한 분자량은 약 1500∼약 2500이고, 트리올의 가장 바람직한 분자량은 약 1000∼약 4000, 또는 약 2500∼약 3500이다. 폴리올은, 본 발명에 유용한 폴리이소시아네이트 프리폴리머를 형성하기 위한 디이소시아네이트와의 반응 전에, 수분 함량이 약 0.03 중량% 미만이 되도록, 더 바람직하게는, 약 0.0150 중량% 수준까지 건조시킨다. 프리폴리머를 제조하는 데 사용되는 폴리올은 상기 폴리올로부터 선택되는 1종 이상의 트리올과 1종 이상의 다른 폴리올, 바람직하게는 디올의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 디올 및 트리올은 상기에 열거된 가장 바람직한 폴리올이다. 폴리올 혼합물 중의 트리올 가교결합제의 함량은 특별히 제한되지 않는데, 그 이유는 약 2%∼100%의 트리올을 사용할 수 있기 때문이다. 그러나, 바람직한 실시형태에서, 폴리올 혼합물 중의 트리올의 함량은 바람직하게는 프리폴리머의 총 폴리올 성분의 5 중량%∼약 65 중량%, 더 바람직하게는 약 15 중량%∼약 55 중량%일 수 있다. 폴리올 혼합물의 나머지 함량은 디올일 수 있다. 트리올 함량이 너무 적으면 가교결합이 불충분하고 고온 성능 개선이 거의 또는 전혀 없는 한편, 트리올 함량이 너무 많으면 프리폴리머 점도 증가 및/또는 습윤성 부족 또는 텍스타일 강화재로의 폴리우레탄의 침투 및/또는 혼합물의 화학적 불안정성으로 인해 가공 또는 혼합에 어려움이 초래된다. 본 발명의 실시형태에서, 프리폴리머는 디올계 프리폴리머와 트리올계 프리폴리머를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 트리올계 프리폴리머의 점도 증가는 이것을 어렵게 만든다. 따라서, 바람직한 실시형태는 디올과 트리올, 바람직하게는 PCL 폴리올의 혼합물로부터 제조된 프리폴리머이다.
프리폴리머를 제조하기 위한 유용한 폴리이소시아네이트는 파라-페닐렌 디이소시아네이트("PPDI"), 2,4- 및/또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트("TDI"), 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트("MDI"), 헥사메틸렌 디이소시아네이트("HDI"), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트("NDI"), 트랜스-1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트("t-CHDI"), 트리메틸 크실릴렌 디이소시아네이트("TMXDI"), 이소포론 디이소시아네이트("IPDI") 등과 이들의 혼합물을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 본 발명에 사용되는 폴리이소시아네이트 프리폴리머에 적합한 유기 폴리이소시아네이트는 바람직하게는 하기 특성을 갖는 것들이다: 방향족 화합물의 경우 콤팩트형 및 대칭형 구조, 또는 지방족 화합물의 경우 트랜스 또는 트랜스,트랜스 기하 구조, 형성된 엘라스토머의 개선된 상 분리, 및 배합물에 촉매의 사용 필요성을 배제하기 위한 아민 기 또는 물과의 높은 반응성(그렇지 않으면, 고온에서의 형성된 엘라스토머의 역전을 촉진함). 폴리우레탄 프리폴리머의 제조를 위한 출발 성분으로서 바람직한 폴리이소시아네이트는, PPDI, NDI 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트("2,6-TDI")를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는, 콤팩트형, 대칭형 방향족 디이소시아네이트를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 폴리이소시아네이트 프리폴리머의 제조를 위한 출발 성분으로서 유용한 폴리이소시아네이트는 또한 트랜스 또는 트랜스,트랜스 기하학적 배치(geometric configuration)를 갖는 지환족 디이소시아네이트를 포함한다. 이러한 이성체는 일반적으로 순수하고, 즉, 이들은 시스 배치의 이성체가 실질적으로 존재하지 않는 상태로 존재하여, 경화될 경우 우수한 상 분리를 촉진한다. 그 예로는 t-CHDI, 및 트랜스,트랜스-4,4'-디사이클로헥실메틸 디이소시아네이트("t,t-HMDI")를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 벨트 및 호스용 장력 코드를 강화함에 있어서 본 발명의 실시형태에 사용하기에 가장 바람직한 것은 PPDI이다.
본 발명에 유용한 사슬 연장제(즉, 경화제)는 프리폴리머와의 반응 시간을 적절히 가질 수 있고, 원하는 양의 상 분리와 경질 세그먼트 특성을 가지면서 원하는 우레아 결합을 제공할 수 있도록 선택된다. 사슬 연장제는 지방족 아민 화합물, 방향족 아민 화합물 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 사슬 연장제는 지방족 아민, 예컨대 에틸렌 디아민, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 헥사메틸렌디아민, 아미노에탄올아민, 1,4-디아미노사이클로헥산, 이소포론 디아민("IPDA") 및 트리에틸렌테트라아민을 포함할 수 있다. 사슬 연장제는 바람직하게는 방향족 아민일 수 있으며, 이것은 2,4-디아미노톨루엔, 2,6-디아미노톨루엔, 1,5-나프탈렌디아민, 1,4-페닐렌디아민, 1,4-디아미노벤젠, 4,4'-메틸렌 비스(오르토클로로아닐린)("MOCA"), 1,4-부틸렌 글리콜, 4,4'-메틸렌비스디아닐린("MDA"), 3,5-디에틸-2,4-디아미노톨루엔, 디에틸 톨루엔 디아민("DETDA"), 트리메틸렌글리콜 디아미노벤조에이트("TMGDAB"), 4,4'-메틸렌비스(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)("MCDEA") 및 3,3',5,5'-테트라이소프로필-4,4'-메틸렌비스아닐린을 포함할 수 있다. 바람직한 사슬 연장제는 소형, 콤팩트형 및 대칭형 방향족 디아민이다. 바람직하게는, 사슬 연장제는 TMGDAB보다 크지 않다. 바람직하게는, 경화제는 2개 이하의 페닐 고리를 가지고/가지거나 탄소수 3의 지방족 기보다 길지 않다. 더 바람직한 실시형태에서, 사슬 연장제는, 예를 들어 주변 수분을 포함한 물이다. 물은 가장 콤팩트한 우레아 결합, 즉 -NH-CO-NH-를 형성한다. 경화제로서의 물과의 반응에 의해 형성된 단순한 우레아 결합이 경질 세그먼트 도메인의 크기를 최소화하면서 여전히 우수한 상 분리 및 물리적 특성을 제공한다. 이것에 의해, 벨트 및 호스와 같은 동적 고무 용도에 사용하기에 바람직한, 우수한 유연성을 갖는 처리된 섬유 또는 장력 코드가 얻어진다. 또한, PPDI와 같은 소형 대칭형 디이소시아네이트와 병용되는, 물에 기초한 소형 경질 세그먼트는 고온 안정성, 유연성, 모듈러스 및 강도를 비롯한 특성들의 우수한 종합적 균형을 유도한다.
본 발명의 실시형태에 따른 폴리우레아-우레탄 접착제의 제조에 유용한 대칭형 1차 디아민 사슬 연장제는 촉매에 대한 필요성 없이 폴리이소시아네이트 프리폴리머와 신속히 반응할 수 있는 것들이다. 본 발명의 실시형태에 유용한 사슬 연장제의 대칭성은 상 분리를 개선시켜, 동적 용도에서 최종 PUU 엘라스토머의 열 안정성을 증가시킨다. 적절한 1차 디아민 사슬 연장제로는 분자량 약 90∼약 500의 대칭형 방향족 아민 및 이의 혼합물을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 그 예로는 1,4-페닐렌디아민, 2,6-디아미노톨루엔, 1,5-나프탈렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐 메탄, 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐 메탄, 1-메틸-3,5-비스(메틸티오)-2,6-디아미노벤젠, 1-메틸-3,5-디에틸-2,6-디아미노벤젠, 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(오르토-클로로아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린), 트리메틸렌 글리콜 디-파라-아미노벤조에이트, 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디이소프로필아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2-메틸-6-이소프로필아닐린), 4,4'-디아미노 디페닐 설폰 등을 들 수 있다. 경도와 같은 엘라스토머 특성을 변화시키기 위해 대칭 1차 디아민 사슬 연장제를 경우에 따라 소량의 2차 디아민 사슬 연장제와 병용할 수 있다. 2차 디아민 사슬 연장제의 적절한 예로는 분자량 약 150∼약 500의 것이 있으며, N,N'-디-sec-부틸-아미노 벤젠 및 N,N'-디-sec-부틸-아미노-디페닐메탄을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
프리폴리머 내의 이소시아네이트 기를 차단하는 것이 유익할 수 있다. 적절한 차단제로는 폴리케티민, 페놀, 카프로락탐, 옥심, 트리아졸, 특정 알코올 및 β-디카보닐 화합물, 예컨대 에틸 아세토아세테이트 및 에틸 말로네이트를 포함한다. 바람직한 차단제는 메틸 에틸 케톡심("MEKO")이다.
본 발명은 또한, 본 발명의 조성물로부터 제품을 가공하는 것을 보조하기 위해, 또는 본 발명의 엘라스토머로부터 제조된 제품의 기능성을 보조하기 위해, 항산화제, 가소제, 충전제, 착색제, 접착 촉진제, 보조 반응물, 사슬 연장제 등을 비롯한 다양한 다른 첨가제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 항산화제는 본 발명의 엘라스토머 조성물이 동력 전달 벨트 제품에 사용될 경우에 특히 유용하다. 적절한 항산화제로는 2,6-디-t-부틸페놀 및 치환된 알칸산의 힌더드 페놀의 폴리알킬렌 글리콜 에스테르를 들 수 있다. 항산화제의 예로는 에틸렌 글리콜의 3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤조산 에스테르, 트리메틸렌 글리콜의 비스{3-(3-메틸-5-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트}을 들 수 있다. 유용한 또는 적절한 가소제의 예로는 유기 포스페이트, 디알킬-에테르 디-알킬에스테르 및 폴리알킬렌-에테르 디-알킬에스테르, 예컨대 디- 또는 폴리-에틸렌 글리콜 디-알킬에스테르를 들 수 있다. 디알킬-에테르 디에스테르는 C1-C4 에테르- 또는 폴리에테르-디카복실산의 C4-C12-에스테르를 포함한다. 이러한 가소제의 예로는 카프레이트, 카프릴레이트, 헥사노에이트, 헵타노에이트, 펠아르고네이트, 2-에틸헥소에이트 등과 같은 에스테르가 있다. 이러한 가소제의 예는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 및 분자량 약 800 이하의 폴리에틸렌 글리콜과 같은 에테르의 디알킬에스테르를 들 수 있다. 다른 폴리올, 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트 말단 폴리머, 에폭시, 및/또는 아민도 접착 촉진제, 보조 반응물, 사슬 연장제로서 포함될 수 있으나, 이들이 포함되지 않는 것이 바람직하다.
첨가되는 다른 화합물도 본 발명의 조성물에 유용할 수 있다. 이들은 성분들의 반응 시간을 단축시키는 촉매를 포함한다. 촉매는 유기 금속 화합물, 3차 아민 및 알칼리 금속 알콕시드와 같은 당업계에 공지된 임의의 바람직한 화합물로부터 선택될 수 있다. 그러나, 폴리우레아-우레탄은 촉매를 사용하거나 사용하지 않고 제조될 수 있지만, 아민 말단 기를 포함하지 않는 폴리올에 기초한 폴리우레탄은 촉매를 사용하여 제조하는 것이 가장 일반적이다. 촉매로서 유용한 적절한 유기 금속 화합물로는 주석, 수은, 철, 아연, 비스무트, 안티몬, 코발트, 망간, 바나듐, 구리 등의 지방족 비누를 들 수 있으나 이들에 반드시 한정되는 것은 아니다. 그 예로는 탄소수 2∼20의 카복실산인 유기 리간드, 예컨대 디부틸 주석 디라우레이트, 디메틸 주석 디라우레이트, 페닐수은 프로피오네이트, 구리 나프테네이트, 비스무트 네오데카노에이트 등을 들 수 있다. 바람직한 실시형태에서는, 촉매가 사용되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 접착제 조성물의 바람직한 실시형태는 유일한 반응성 성분으로서 폴리우레탄 프리폴리머를 포함하고, 경화제로서 콤팩트 디아민 경화제, 또는 물만을 포함한다.
본 개시내용 전반에 걸쳐, "코드 처리제"란 용어는 얀 및/또는 얀 필라멘트(이것은 사이징을 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있음)에 도포되는 물질로서, 결국 얀 및/또는 얀 필라멘트 표면 또는 사이징된 표면의 적어도 일부 위에, 그리고 그러한 필라멘트와 얀 사이에 형성된 하나 이상의 간극의 적어도 일부 내에 위치한다.
많은 폴리이소시아네이트 프리폴리머가 상업적으로 이용 가능하고, 본 발명의 하나 이상의 실시형태의 실시에 유익하게 이용될 수 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제6,174,984호(Peter), 미국 특허 제5,703,193호(Rosenberg), 미국 특허 공개 공보 제2003/0065124호(Rosenberg et al.) 및 미국 특허 제6,046,297호(Rosenberg et al.)에 기재된 바와 같이 "로우 프리(low free)" 프리폴리머로서 일반적으로 일컬어지는 것들을 포함하는데, 이들에서는 프리폴리머 중의 유리 디이소시아네이트의 함량이, 예를 들어, 프리폴리머의 1% 미만, 또는 0.5% 미만, 또는 0.25% 미만, 예를 들어, 약 0.1% 이하로 감소되어 있다.
본 발명을 수행하기 위한 적절한 이소시아네이트 말단 프리폴리머는 시중에서 입수 가능한 다음과 같은 것들을 포함한다. 예를 들어, 다수의 유용한 프리폴리머가 Chemtura Corporation으로부터 입수 가능한 ADIPRENE®, DURACAST® 및 VIBRATHANE® 상표명 중 하나 이상으로 입수 가능하며, 그 예로는 바람직한 로우 프리 모노머, PPDI 말단 폴리카프로락톤 프리폴리머인 Adiprene® LFP 2950A; PPDI 말단 폴리카보네이트 프리폴리머인 Adiprene® LFP 3940A; PPDI 말단 폴리에스테르 프리폴리머인 Adiprene® LFP 1950A; TDI 말단 폴리에스테르 프리폴리머인 Adiprene® LF 1950A; 및 PPDI 말단 폴리에테르 프리폴리머인 Adiprene® LFP 950A; 유용한 로우 프리 모노머, TDI 말단 폴리에스테르 프리폴리머인 Adiprene® LF 1600D, LF 1700A, LF 1800A, LF 1860A, 및 LF 1900A; 및 유용한 로우 프리 모노머, TDI 말단 폴리에테르 프리폴리머인 Adiprene® LF 600D, LF 750D, LF 753D, LF 800A, LF 900A, LF 950A, LFG 740D, LFG 920, 및 LFG 964A; 유용한 MDI 말단 폴리카프로락톤 프리폴리머인 Adiprene® LFM 2450, Duracast™ C930, 및 Vibrathane® 8030 및 8045; 유용한 HDI 말단 프리폴리머인 Adiprene® LFH 120, 2840, 및 3860을 포함한다. 또한, 유용한 프리폴리머로는 Bayer Material Science로부터 상표명 VULKOLLAN® 및 BAYTEC®으로 시판되는 것; Trelleborg로부터 상표명 TECHTHANE®으로 시판되는 것; Air Products and Chemicals, Inc.로부터 상표명 AIRTHANE® 및/또는 VERSATHANE®으로 시판되는 것; Dow로부터 상표명 ECHELON™으로 시판되는 폴리우레탄 프리폴리머 등 중 하나 이상이다.
도 1을 참조하면, 전형적인 타이밍 벨트(10)가 도시되어 있다. 벨트(10)는 엘라스토머 본체부(12) 및 본체부(12)의 내부 주연부를 따라 배치된 시브(sheave) 접촉부(14)를 포함한다. 이 특정한 시브 접촉부(14)는 가로방향 홈을 갖는 풀리 또는 스프로켓과 맞물리도록 디자인된 교호하는 가로방향 톱니(16)와 랜드부(18)의 형태이다. 장력층(20)은 벨트(10)에 지지력과 강도를 제공하기 위해 본체부(12) 내에 배치된다. 예시된 형태에서, 장력층(20)은 본체부(12)의 길이를 따라 세로방향으로 정렬된 복수의 장력 코드(22)의 형태이다. 일반적으로, 당업계에 공지된 임의의 유형의 장력층(20)이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 면, 레이온, 폴리아미드, 폴리에스테르, 아라미드, 강철, 유리, 탄소, PBO, 폴리케톤, 현무암, 붕소, 및 낮은 내하력을 위해 배향된 균일한 불연속 섬유와 같은 임의의 원하는 재료가 인장 부재로서 사용될 수 있다. 도 1의 실시형태에서, 장력층(20)은 본원에 기재된 PUU 접착제 처리제로 처리되고 코드로 함께 트위스팅 또는 플라잉된 고모듈러스 섬유로 된 하나 이상의 얀으로부터 제조된 예시된 장력 코드(22)의 형태이다. 바람직한 고모듈러스 섬유로는 탄소, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO), 아라미드, 현무암, 붕소, 또는 액정 폴리머(LCP)를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 코드(22)는 아라미드 또는 탄소 섬유를 포함한다. 더 바람직하게는, 코드는 트위스팅된 필라멘트 얀, 또는 연속 탄소 필라멘트로 된 얀의 트위스팅 다발일 수 있다.
아라미드는 파라 또는 메타 위치에서 2개의 방향족 고리에 바로 부착된 아미드 결합을 갖는 장쇄 합성 폴리아미드를 의미한다. 본 발명에서는, 예를 들어, PPD-T, 폴리(p-벤즈아미드), 코폴리(p-페닐렌/3,4'-옥시디페닐렌 테레프탈아미드) 등을 사용할 수 있다. PPD-T는 p-페닐렌 디아민과 테레프탈로일 클로라이드의 몰 대 몰 중합으로부터 생성되는 호모폴리머와, 소량의 다른 디아민과 p-페닐렌 디아민 및 소량의 다른 이산 클로라이드와 테레프탈로일 클로라이드의 혼입으로부터 생성되는 코폴리머를 의미한다. 본 발명을 실시하는 데 적합한 시판되는 아라미드 섬유로는 Teijin Limited에 의해 상표명 TEIJINCONEX, TECHNORA 및 TWARON으로 시판되는 것들과 E.I. DuPont de Nemours and Company에 의해 상표명 NOMEX 및 KEVLAR로 시판되는 것들을 포함한다.
강화 패브릭(24)이 이용될 수 있고, 이것은 벨트(10)의 교호하는 톱니(16)와 교호하는 랜드부(18)를 따라 밀착되어, 시브 접촉부를 위한 페이스 커버 또는 톱니 커버를 형성한다. 이 패브릭은 임의의 소정의 각도의 날실과 씨실로 이루어진 통상적인 위브(weave)와 같은 임의의 소정의 조직이거나 스페이스 픽(space pick) 코드에 의해 서로 고정된 날실로 이루어지거나, 또는 니트 또는 브레이드 조직이거나, 또는 부직포 등일 수 있다. 1겹 이상의 패브릭이 이용될 수도 있고 상이한 패브릭 유형의 조합이 이용될 수도 있다. 필요에 따라, 패브릭(24)은 벨트의 이동 방향으로 스트랜드가 각을 형성하도록 바이어스로 컷팅될 수 있다. 면, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴, 아라미드, 폴리케톤, 대마, 황마, 섬유 유리 및 각종 다른 천연 및 합성 섬유와 이들의 블렌드 또는 조합과 같은 재료를 이용한 통상적인 패브릭이 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 패브릭층(24)은 날실 또는 씨실 중 하나 이상이 나일론으로 이루어진 신장성 있는 내수성 패브릭으로 구성된다. 바람직한 형태에서, 패브릭층(24)은 나일론 66 스트레치 패브릭으로 제조되며, 함께 동작하는 구동 시브를 체결하기 위한 엘라스토머 무함유(폴리우레탄/우레아 무함유) 표면을 제시한다. 엘라스토머 무함유 표면은 패브릭에 적층된 폴리머 필름을 포함할 수 있다. 패브릭은 필요에 따라 본 발명의 PUU 코드 접착제로 처리될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 표준 노치 V 벨트(26)가 예시되어 있다. V 벨트(26)는 도 1의 것과 유사한 엘라스토머 본체부(12) 및 역시 도 1에 예시된 것과 유사한 코드(22) 형태의 장력 강화층(20)을 포함한다. V 벨트(26)의 엘라스토머 본체(12), 장력층(20), 및 코드(22)는 도 1에 대해 상기에 기재된 것과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 모듈러스 또는 다른 특성에 있어서 전이층을 제공하기 위해 및/또는 코드와 본체 사이에서 접착제층으로서 기능하도록 하기 위해, 장력층(20)은 경우에 따라 본체부의 나머지와 상이한 엘라스토머 조성물 또는 고무 재료를 포함할 수 있음에 주목해야 한다. 임의적인 접착제 고무 부재는, 예를 들어 그 내용을 본원에서 참조 인용하는 미국 특허 제6,616,558호(South)에 기재된 바와 같이 본체보다 모듈러스가 더 클 수 있다.
V 벨트(26)는 또한 도 1의 동력 전달 벨트에서와 같이 시브 접촉부(14)를 포함한다. 그러나 이 실시형태에서, 시브 접촉부(14)는, V 시브로 웨지되도록 설계된, 벨트의 2개의 병치된 면이다. V 벨트(26)의 바닥면은 교호하는 노치 함몰면 또는 요부(28) 및 철부(30)의 형태이다. 이러한 교호하는 노치 함몰면(28) 및 철부(30)는, 시브 접촉부(14)가 풀리 및 시브 둘레를 통과함에 따라 굽힘 응력을 분산시켜 최소화하는, 예시된 것과 같은 대체로 사인 곡선형(sinusoidal)인 경로를 따를 수 있다. 다양한 방식으로 사인 곡선형으로부터 벗어난 다양한 노치 프로파일 또한 유용하다. 그러나, 요부(28) 및 철부(30)는 임의적이다. V 벨트 카테고리에는, 종종 벨트 두께보다 비교적 넓은 벨트 본체를 나타내는, 무단 변속기("CVT") 용도를 위해 디자인된 V 벨트가 포함된다.
도 3을 참조하면, 다중 V 립형 벨트(32)가 예시된다. 다중 V 립형 벨트(32)는 도 1 및 2의 벨트에서와 같이 엘라스토머 본체부(12)를 포함하고, 또한 역시 앞서 기재한 바와 같이, 바람직하게는 코드(22)의 형태로 장력 강화 부재(20)를 포함한다. 세로방향으로 홈이 있는 시브 접촉부(14)는 벨트(32)의 구동 표면(34)을 한정하는 대향하는 면을 갖는 복수의 요부(38)와 교호하는 복수의 융기부 또는 첨단부(36)의 형태이다. 도 1∼3의 이러한 예들 각각에서, 시브 접촉부(14)는 본체부(12)와 일체형이고 이하에 더 상세히 설명하는 엘라스토머 재료와 동일한 것으로부터 형성되거나, 또는 상이한 재료를 적층하여 형성될 수 있다. 본 발명을 도 1∼3에 도시된 실시형태와 관련하여 예시하였지만, 본 발명은 예시된 바와 같은 이러한 특정 실시형태 또는 형태에 한정되는 것이 아니며, 이하에 정의된 청구범위 내의 임의의 벨트 구성에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
탄소 섬유는 일반적으로 폴리아크릴로니트릴 섬유와 같은 다른 섬유를 탄화시켜 제조되며, 이때 탄화 과정에서 섬유의 적경이 상당히 감소된다. 탄소 얀은 일반적으로 데니어 또는 dtex보다는 그 안에 포함된 섬유의 수로 특징화된다. 숫자 및 문자 "k"의 명명법이 얀의 탄소 섬유 수를 나타내는 데 사용된다. 물론, 탄소 섬유는 필요한 경우 그러한 다른 용어로 특징화될 수 있다. "3k" 탄소 섬유 얀에서, "k"는 "1000개 섬유"의 약기이고, "3"은 승수를 나타낸다. 따라서, "3k" 탄소 얀은 3000개 섬유 또는 필라멘트의 얀을 의미한다. 필라멘트는 일반적으로 연속성으로 간주될 정도로 충분한 길이를 갖는다. 다른 텍스타일 재료와 마찬가지로, 다수의 탄소 섬유가 합해져서 얀을 형성한다. 얀은 다른 얀과 합해져서 더 큰 얀을 형성할 수 있고, 얀 또는 얀 다발은 함께 꼬여져서 코드를 형성할 수 있다. 탄소 섬유는, 약 4 마이크론∼약 8 마이크론, 또는 약 5 마이크론∼7 마이크론 범위일 수 있는 극히 작은 직경을 가질 수 있다. 얀이 코드를 형성하도록 가공될 때 개개의 섬유는 쉽게 파단된다. 이러한 이유로, 코드를 형성할 때 얀에 적용되는 기계적 조작의 수를 최소화하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 얀 다발을 형성하기 위해 몇 개의 얀을 함께 꼬는 트위스팅 및 코드를 형성하기 위해 꼬인 얀 다발을 반대로 트위스팅하는 것은 개개의 섬유를 파단하는 기계적 조작이다. 파단 수는 트위스팅 조작의 수를 줄임으로써 줄인다. 원하는 코드 크기를 형성하는 것은 더 작은 필라멘트 카운트의 복수의 얀을 함께 번들링하는 것, 예를 들어 5개의 3k 얀을 번들링하여 15k를 얻는 것(3k-5로 명명됨), 또는 3개의 6k 얀을 번들링하여 18k 코드를 얻는 것(6k-3로 명명됨)을 포함할 수 있다. 트위스트 수준이 섬유를 손상시키지 않도록 너무 높지 않은 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 트위스트 수준은 인치당 0.75∼2.5 턴, 또는 인치당 약 2 턴 이하이다. 최종 탄소 섬유 다발은 원하는 용도에 따라 3k∼60k일 수 있다.
섬유 제조업자는 종종, 섬유를 얀으로 가공하여 스풀에 감을 때, 섬유에 윤활 작용을 하고 파단을 막는 역할을 하는 사이징으로 섬유를 코팅한다. 어떤 경우에는, 사이징이 동력 전달 벨트로의 도입을 위해 코드 처리에 사용되는 접착제와 상용성인 화학적 구조를 가질 수 있다. 탄소 섬유 제조업자가 사용하는 사이징의 종류로는 예를 들어 에폭시, 에폭시와 폴리우레탄의 블렌드, 유기실록산, 폴리아미드-이미드 등을 포함한다. 사이징은 얀의 최종 중량을 기준으로 약 0.1∼약 2.5%의 픽업(pick-up) 중량으로 존재할 수 있다. 본원에 기재된 본 발명의 실시형태는 탄소 섬유 상에 존재할 수 있는 사이징의 종류 또는 함량에 특별히 민감하지 않는 것으로 생각된다. 탄소 섬유 다발에 대한 PUU 접착제 처리의 주요 접합 방식은 화학적 접합이라기 보다는 물리적 인터록킹(physical interlocking)이다. 또한, 본 발명은 탄소 섬유 다발에 PUU 접착제를 도포하기 위해 용매를 사용하는 것을 포함할 수 있으며, 용매는 경우에 따라 사이징을 침투하거나 심지어 사이징을 제거할 수 있다.
엘라스토머 벨트(또는 다른 물품) 본체부는 가황 고무 또는 다른 가교결합된 엘라스토머, 예컨대 캐스트 폴리우레탄(PU)일 수 있거나; 또는 열가소성 엘라스토머(TPE) 또는 열가소성 폴리우레탄(TPU)일 수 있다. 본원에 기재된 PUU 코드 처리는 캐스트 폴리우레탄 또는 PUU 벨트 본체와 특히 상용성이며, 임의의 추가적인 접착제 처리에 대한 필요성 없이 함께 유익하게 사용될 수 있다. 마찬가지로, PUU 코드 처리는 TPE 및 TPU 엘라스토머와 상용성일 수 있으며, 병용을 위해 임의의 추가적인 접착제 처리를 필요로 하지 않을 수 있다. 가황 고무 물품의 경우, PUU 처리 장력 코드와 가황 엘라스토머 사이의 접합력을 개선시키기 위해 1종 이상의 추가적인 접착제 처리를 포함하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 추가적인 접착제 처리를 본원에서 오버코트 또는 오버코트 접착제라 칭한다. PUU와 고무 벨트 본체 재료 간의 접합력을 최대화하기 위해 2종의 상이한 오버코트 접착제를 사용하는 것이 유익할 수 있다.
PUU 처리 장력 코드의 실시형태와 함께 사용하기 위한 엘라스토머 본체에 관해서는, 본 발명의 다양한 실시형태의 실시에 이용될 수 있는 유용한 캐스트 PU 또는 PUU 조성물, 및 그러한 조성물 및 방법이, 예를 들어 미국 특허 제5,231,159호(Patterson et al.) 및 미국 특허 제6,964,626호(Wu et al.)에 기재되어 있으며, 이들 문헌의 내용은 본원에서 참조 인용된다. PUU는 일반적으로 향상된 상 분리, 더 강한 경질의 세그먼트 등으로 인해 PU에 비해 동적 특성이 더 우수하며, 따라서 PUU가 고성능 벨트 용도에 바람직하다.
엘라스토머 본체는, 예를 들어 긴 길이의 벨트류를 위한 열가소성 적층 공정 또는 다른 적절한 몰딩 공정을 이용하여 TPE 또는 TPU로부터 형성할 수 있다. 다양한 실시형태에 유용할 수 있는 TPE류로는 폴리스티렌-엘라스토머 블록 코폴리머, 폴리에스테르 블록 코폴리머, 폴리우레탄 블록 코폴리머, 폴리아미드 블록 코폴리머 및 폴리프로필렌/EP 코폴리머 블렌드를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 다양한 실시형태에 유용할 수 있는 TPU류는 특별히 한정되지 않지만, 폴리에스테르 열가소성 우레탄 또는 폴리에테르 열가소성 우레탄과 같은 캐스트 폴리우레탄과 관련하여 상기에 언급된 것과 유사한 화합물을 포함할 수 있다. 열가소성 벨트류 실시형태는 도 1의 톱니 벨트의 일반적 형태, 예를 들어 몰딩된 것으로서 또는 벨트의 두 말단을 서로 접합함으로써 된 무단 벨트의 형태를 가질 수 있다. 실시형태는, 예를 들어 운반, 수송, 홀딩 또는 포지셔닝 용도에서, 다양한 관련된 메커니즘에 클램핑될 수 있는 두 말단을 가질 수 있다.
상기에 나타낸 도 1∼3의 경우 각각에 있어서, 벨트 본체부(12)는 임의의 통상적인 및/또는 적절한 경화된 엘라스토머 조성물로 형성될 수 있고, 장력층(20)을 포함하는 임의적인 접착제 고무 부재에 대해 이하에 기재하는 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 목적에 이용될 수 있는 적절한 엘라스토머로는 예를 들어 폴리우레탄 엘라스토머(폴리우레탄/우레아 엘라스토머 및 소위 밀러블 검(millable gum)도 포함함)(PU), 폴리클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 수소화 NBR(HNBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 알킬화 클로로설폰화 폴리에틸렌(ACSM), 폴리에피클로로하이드린, 폴리부타디엔 고무(BR), 천연 고무(NR), 및 에틸렌 알파 올레핀 엘라스토머, 예컨대 에틸렌 프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머(EPDM), 에틸렌 옥텐 코폴리머(EOM), 에틸렌 부텐 코폴리머(EBM), 에틸렌 옥텐 터폴리머(EODM); 및 에틸렌 부텐 터폴리머(EBDM); 에틸렌 비닐아세테이트 엘라스토머(EVM); 에틸렌 메틸아크릴레이트(EAM); 및 실리콘 고무, 또는 이들 중 임의의 2종 이상의 조합을 들 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 엘라스토머 벨트(또는 다른 물품) 본체부(12)를 형성하기 위해, 엘라스토머(들)를 통상적으로 이용되는 양으로 충전제, 가소제, 안정화제, 가황제/경화제 및 촉진제를 비롯한 통상적인 고무 배합 성분들과 배합할 수 있다. 예를 들어, 에틸렌-알파-올레핀 엘라스토머 및 디엔 엘라스토머, 예컨대 HNBR과 함께 사용하기 위해서는, 1종 이상의 알파-베타 유기산의 금속염이 최종 물품의 동적 성능을 개선시키기 위해 통상적으로 이용되는 양으로 이용될 수 있다. 따라서, 아연 디메타크릴레이트 및/또는 아연 디아크릴레이트가 이러한 조성물 중에 약 1∼약 50 phr의 양으로; 또는 대안으로 약 5∼약 30 phr의 양으로; 또는 약 10∼약 25 phr의 양으로 사용될 수 있다. 이러한 재료들은 또한 조성물의 접착성에 기여하며, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 이온 가교결합을 통해 퍼옥시드 또는 관련된 작용제에 의해 경화될 때의 폴리머의 전체적인 가교결합 밀도를 증가시킨다.
당업자는 본원에 유용한 고무 물품의 엘라스토머 부분으로서, 또는 그 내용물로서 이용하기 위한 임의의 수의 적절한 조성물을 쉽게 이해할 것이다. 다수의 적절한 엘라스토머 조성물이 예를 들어 문헌[The R. T. Vanderbilt Rubber Handbook (13th ed., 1996)]에 기재되어 있으며, EPM 또는 EPDM 조성물 및 특별한 높은 탄성 모듈러스 특성을 갖는 그러한 조성물에 관해서는, 미국 특허 제5,610,217호 및 제6,616,558호에 각각 기재되어 있고, 상기 특허 문헌에서 동력 전달 벨트 본체부의 형성에 사용하기에 적합할 수 있는 다양한 엘라스토머 조성물과 관련된 내용은 본원에서 구체적으로 참조 인용한다. 자동차 부속 구동 용도와 관련된 본 발명의 실시형태에서, 엘라스토머 벨트 본체부(12)는 적절한 에틸렌 알파 올레핀 조성물, 예컨대 EPM, EPDM, EBM 또는 EOM 조성물로부터 형성될 수 있다.
또한, 엘라스토머 벨트 본체부(12)에, 일반적으로 이용되는 양으로, 스테이플 또는 초단 섬유, 플록(flock) 또는 펄프와 같은 형태로, 면, 폴리에스테르, 섬유 유리, 아라미드 및 나일론을 포함하나 이들에 한정되지 않는 재료들을 사용하여, 당업계에 공지된 바와 같이 불연속 섬유를 로딩할 수 있다. 프로파일링된(예를 들어, 컷팅 또는 그라인딩에 의해) 다중 V 립형 벨트와 관련한 바람직한 실시형태에서, 이러한 섬유 로딩은, 바람직하게는 섬유의 상당 부분이 벨트 이동 방향을 대체로 가로지르는 방향으로 적층되도록 형성되고 배열되도록 형성되고 배열된다. 그러나, 플로우 쓰루법에 따라 제조된 몰딩된 다중 V 립형 벨트 및/또는 동기 벨트에서, 섬유 로딩은 동일한 배향도가 대체로 결여된다.
본 발명의 PUU 처리 코드는, 고무 벨트에 사용하기 위해, 코드 다발의 외면을 주로 코팅하기 위한 2차 접착제로 코팅하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 접착제를 본원에서 오버코트 접착제라 칭한다. 오버코트는 일반적으로 그렇게 처리된 코드의 최종 중량을 기준으로 약 1%∼약 10%의 건조 중량 범위의 수준으로 도포된다. 유용한 오버코트 접착제의 예는 당업계에 공지되어 있으며, 상표명 CHEMLOK 또는 CHEMOSIL(Lord Corporation)로 시판되는 다양한 조성물 및 상표명 CILBOND(Chemical Innovations Limited(CIL))로 시판되는 다양한 조성물을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 특정 오버코트는 밑에 있는 접착제 처리와 고무 벨트 본체 둘 다와 상용성이면서 내열성, 내환경성 등과 같은 다른 원하는 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 2개의 별개의 오버코트 접착제 조성물을 도포하는 것이 유익할 수 있다. PUU 처리 코드를 부분적으로만 함침시킬 경우, 코드를 완전히 함침시키기 위해 제1 오버코트를 사용할 수 있고 처리된 코드 다발의 외면을 코팅하기 위해 제2 오버코트를 사용할 수 있다. PUU 처리 코드와 고무 벨트 본체 조성물의 일부 조합의 경우, PUU가 다수의 엘라스토머보다 더 극성일 수 있기 때문에, 예를 들어, 우수한 접합력을 확보하기 위해 2층 오버코트를 이용하는 것이 유익할 수 있다.
따라서, 본 발명은 PUU 결합제가 적어도 부분적으로 충전된 또는 함침된 탄소 코드와 같은 고모듈러스 장력 코드를 제조하는 방법을 제공한다. 캐스트 PU 벨트에 그레이지(greige) 탄소 코드(또는 다른 고모듈러스 코드)를 사용하는 선행 기술에 비해, 본 발명은 코드 특성을 독립적으로 제어할 수 있게 한다. 예를 들어, 탄소 코드에 사용되는 PUU 결합제는 벨트 본체의 캐스트 PU보다 연질이 되도록 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명은 동적 하중 또는 플렉스 성능에 악영향을 미치지 않고서 벨트 취급성을 개선시킬 수 있다. 본 발명은 또한 캐스팅 수지가 더 빠른 겔 타임 또는 더 높은 점도를 갖는 공정 및 저압 캐스팅 공정으로 제조된 제품 및 프로세싱을 개선시킬 수 있는데, 그 이유는 코드가 이미 PUU 결합제에 의해 함침되어, 이것이 코드 완전성을 부여하고 나중에 캐스팅 수지가 또 코드에 침투하든 하지 않든 간에 컷팅 시 올풀림을 방지하기 때문이다. 이미 트위스팅된 탄소 섬유를 저점도 접착제로 처리할 수 있는 능력은 처리 중에 섬유를 스프레딩하고 그 후 트위스팅하는 것을 필요로 하는 종래의 처리 방법보다 대체로 더 둥글고 더 균일한 코드를 생산할 수 있다.
고모듈러스 톱니 또는 본체 PU 화합물을 갖는 캐스트 PU 물품 또는 벨트의 일 실시형태에서, 장력 코드를 폴리우레탄 프리폴리머 용액으로 처리하고 캐스트 PU보다 더 작은 경화성 분자로 경화시켜서, 유사한 또는 적어도 상용성의 화학적 성질을 갖는 더 작은 모듈러스의 결합제를 생성할 수 있다. 따라서, 코드의 복소 모듈러스(복소 탄성률)를 복합체 완전성에 악영향을 미치지 않고서 감소시킬 수 있다(즉, 코드의 유연성을 증가시킬 수 있다). 충전된 코드와 본체/톱니 화합물 사이에 우수한 접착력이 존재한다. 바람직하게는, 코드 내에서 본체 PU 화합물을 유사하지만 더 작고 더 콤팩트한 경질 세그먼트를 갖는 프리폴리머 또는 물과 같은 경화제로 대체하여 더 연질의 모듈러스가 더 작은 코드 처리제를 얻는다. 따라서, 코드 접착제 경화제는 물인 것이 바람직할 수 있지만, 물품의 본체는 동일한 프리폴리머, 그러나 디아민 또는 폴리머 디아민 등과 같은 더 통상적인 사슬 연장제를 이용할 수 있다.
장력 코드 섬유에 PUU 접착제 수지를 도포하기 위해, 접착제 조성물 성분을 적절한 용매 중에 용해 또는 현탁시킬 수 있다. 적절한 용매는 프리폴리머를 용해시키고 충분한 함침을 위해 장력 코드의 섬유를 습윤화시키는 것이다. 용매 또는 접착제 용액과 섬유의 접촉각이 작은 것이 바람직하다. 적절한 용매로는 테트라하이드로푸란("THF"), 디메틸 설폭시드, 디메틸 포름아미드, N-메틸피롤리돈("NMP"), 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 등을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시형태에 따라 탄소 섬유 코드를 처리함에 있어서, 바람직한 용매는 THF 및 톨루엔을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 로우 프리 PPDI/폴리카프로락톤 프리폴리머를 톨루엔 또는 THF와 같은 용매 중에 10∼50 중량%, 또는 20∼40 중량% 범위일 수 있는 소정의 농도로 용해시키고, 이 용액을 침지 탱크에 첨가한다. 바람직하게는 트위스트 형태일 수 있는, 예를 들어 탄소 섬유 코드 인치당 0.75∼2.5 턴의 트위스트 형태일 수 있는 코드를 침지 탱크를 통해, 그 후 오븐을 통해 인발하며, 이때 용매가 순간 증발된다. 대안으로, 코드를 최대 침투를 위해 섬유를 스프레딩하는 수단을 이용하여 비트위스트 형태로 침지하고 건조시킨 후 트위스팅한다. 오븐에 통과시키고 대부분의 용매를 제거한 후 프리폴리머를 물과 반응시킨다. 예를 들어, 스풀 상에 코드가 들러붙는 것을 방지하기 위해, 스풀링 전에 반응을 촉진하기 위해 코드를 수욕에 침지할 수 있다. 수욕은 코드 외부에 우레아 스킨이 형성되는 것을 촉진하는 촉매와 같은 화학 물질을 함유할 수 있으나 필수는 아니다. 또한, 열, 예를 들어 건조 오븐의 열을 이용하여 우레아 스킨 형성을 촉진할 수 있다. 코드 내면 상의 프리폴리머는 주변 환경 수분에 의해 경화된다. 코드 내면에서의 이러한 경화에는 수일이 소요될 수 있으나, 코드는 완전 경화 여부에 관계없이 처리 후 임의의 시간에 캐스트 PU로 제조된 제품에 사용될 수 있다. 코드는 제품이 경화됨에 따라 계속해서 경화된다. 완전 경화된 코드 처리제도, 일반적으로, 제품 경화 중에 계속 경화하여 제품의 본체 재료와 접합되는 충분한 반응기를 갖는다. 물은 프리폴리머 상의 이소시아네이트 기와 반응함으로써 경화제의 기능을 수행한다. 이소시아네이트는 물과 반응하여 카밤산을 형성한다. 카밤산은 해리되어 아민과 이산화탄소를 형성한다. 아민은 이소시아네이트와 반응하여 이치환 우레아 결합을 형성하고, 추가로 축합 반응한다. 이 반응은 우레아 결합을 갖는 매우 콤팩트한 경질 세그먼트를 생성한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, PUU 처리제는 유익하게는 고체 함량이 20∼40%일 수 있으며, 바람직하게는 트위스팅 여부에 관계없이 침지 처리 중에 섬유 다발을 완전히 침투하기에 충분히 낮은 점도를 갖는다. 건조에 의해 용매를 제거한 후, PUU는 바람직하게는 다발의 개개의 섬유를 코팅하지만, 코드의 간극을 완전히 충전할 필요는 없다. 처리된 코드의 목적 용도에 따라 PUU 수지가 간극의 약 20%∼약 99% 또는 100%를 차지하는 것이 유익할 수 있다. 특히, 동력 전달 벨트와 같은 캐스트 폴리우레탄 물품에 사용하기 위해서는, 간극을 단지 부분적으로, 예를 들어, 20%∼90%, 또는 30%∼80%, 또는 40%∼60% 충전하는 것이 벨트 본체의 캐스트 PU에 의해 침투될 수 있는 간극 또는 공극을 남길 수 있어서, 코드를 지나치게 딱딱하게 만들지 않으면서도 PUU 처리제의 사용으로부터 여전히 이익을 얻을 수 있게 하는 기계적 접착력 수준을 제공한다. 따라서 캐스트 PU 벨트 본체가 PUU 처리 코드의 공극을 침투할 경우, PU 및 PUU 재료는 밀착 접촉된 상태가 되어, 이들 사이의 화학적 접합을 촉진할 수 있다. 반면, 특정 고무 물품에서의 접합에서 행해지는 것과 같이 코드를 화학적 접착을 위한 추가적인 접착제로 오버코팅할 경우, 더 충분히 함침된 코드, 예를 들어, 40%∼100%, 또는 60%∼99%가 충전된 코드가 더 적절할 수 있다. 예를 들어, 처리된 코드의 중량을 기준으로 한 중량% 접착제 픽업으로서 나타낸 픽업률은 트위스트 코드 내의 공극 또는 간극에 따라 달라질 수 있다. 코드 상의 PUU 접착제의 픽업률은 6%∼25%, 또는 8%∼22% 또는 10%∼15%의 범위일 수 있다.
본 발명의 장력 코드를 이용하는 실시형태에 따른 캐스트 우레탄 벨트는 본원에서 이미 참고 문헌으로 인용한 문헌들에 기재된 것들과 같은 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 마찬가지로, TPE 또는 TPU 벨트는 무단 벨트 대신에 2개의 말단을 갖는 벨트를 제조하는 연속 적층법을 비롯한 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 2개의 말단을 무단 TPE 또는 TPU 벨트를 제조하기 위한 공지된 방법에 따라 접합해도 좋다. 고무 벨트를 맨드릴에 장착하여 당업계에 공지된 방법에 따라 경화시키고 일정 폭으로 컷팅할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 강화 코드는 각종 엘라스토머 복합 물품, 예컨대 동력 전달 벨트, 운반 또는 수송 벨트, 스트랩, 타이어, 호스, 공기 스프링, 진동 마운트 등에 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
실시예:
하기 예시와 실시예는 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며 다양한 실시형태에 있어서의 본 발명의 유용성을 예시하기 위한 것이다. 실시예는 캐스트 폴리우레아-우레탄 벨트 용도, TPU 벨트 용도 및 고무 벨트 용도에서의 본 발명의 용도를 예시한다.
예시 I
Toho로부터 입수한 G30 700 12k HTA-7C로서 명명된 한쌍의 12k-1 얀을 인치당 2.0±0.1 턴 수준으로 반대 방향으로 트위스팅하여 "S" 및 "Z" 12k 탄소 코드를 형성하였다. 그레이지의 일부분인 트위스팅 코드를 미국 특허 제5,807,194호(Knutson et al.)의 방법에 따라 8-mm 피치의 캐스트 PU 톱니 벨트의 슬랩을 제조하는 데 사용하였으며, 이것을 본원에서 비교예 1("Comp. Ex." 1)이라 칭하였다. 코드의 다른 일부분을 본 발명의 실시형태에 따라 처리하여 본 발명의 8-mm 피치의 톱니 벨트의 제2 슬랩을 제조하는 데 사용하였으며, 이것을 본원에서 실시예 2라 칭하였다("Ex." 2).
Ex.2 의 PUU 접착제 처리를 위해, 최종 작용가가 약 2.1인 이작용성 및 삼작용성 PPDI 말단 폴리카프로락톤 프리폴리머의 블렌드를 톨루엔 용매에 첨가하여 침지 탱크를 위한 33 중량%의 고체 용액을 제조하였다. 그레이지 트위스팅 코드를 침지한 후, 젖은 코드를 오븐에 통과시킴으로써 용매를 순간 증발시켰다. 오븐을 빠져 나온 직후 코드를 수욕에 침지시키고 공기 건조시킨 후 스풀에 권취하였다. 고체 픽업률은 각각 16.1 중량% 및 14.0 중량%에서 "S" 및 "Z" 침지 코드에 대해 측정하였다. 코드 강성은 스풀링 직후와 고습도 환경에서 밤새 정치시킨 직후에 측정하였다. 코드 강성은 ASTM D747의 절차에 따라 Tinius Olsen Stiffness Tester에서 측정하되, 0∼65°의 편향 범위에 대해 12.7-mm 간격에서 테스트한 5개의 평행한 코드에 대해 파운드 힘(또는 킬로그램 힘)의 단위로 실제 피크 굽힘력을 기초로 측정하였다. Ex. 2의 초기 강성은 각각 0.49 lbf 및 0.73 lbf였다. 밤새 정치시킨 후 강성은 각각 1.14 lbf 및 1.08 lbf로 측정되었다. 수분 경화는 비교적 느려서, 몇 시간 또는 심지어 수일에 걸쳐 강성에 점진적 변화를 유발하였다. 얀 내의 보고된 탄소의 등가 횡단면(0.00455 cm2) 및 벨트 내의 최종 코드 횡단면적(0.00665 cm2)에 기초할 때, 코드 내의 공극 부피는 최종 횡단면의 약 31.6%로 계산되었다. 따라서 S 및 Z 코드에 대해 픽업된 처리제의 중량%는 PUU 수지가 약 55∼60% 충전된 코드의 간극에 상응한다. 제조된 코드의 관찰한 바, 섬유의 외층이 벨트 제조 중에 캐스트 PU에 의한 추가적 함침을 위한 충분한 간극 공간을 남기도록 약간 코팅되어, 코드가 벨트 본체에 매우 잘 접착된 것으로 확인되었다. 그레이지 코드에 비교한 처리된 코드의 장력 테스트는 그레이지 코드의 경우 148 lbs의 인장 강도, 처리된 코드의 경우 222 lbs의 인장 강도를 나타내어 50%의 향상을 보였다. 인장 강도에서의 이러한 극적인 향상은 그레이지 얀의 장력 테스트에 있어서의 어려움과 처리된 얀의 취급성 개선을 반영하는 것일 수 있다. 고배율 확대로 횡단면을 관찰한 바, 캐스트 PU 수지가 코드의 접착제 처리 후 남아있는 모든 간극을 실질적으로 완전히 충전한 것으로 나타났다. 벨트 제조에 사용된 캐스트 PU 수지 배합물은 TMGDAB에 의해 경화된 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜("PTMEG")에 기초한 TDI 말단 폴리에테르 프리폴리머에 기초한 것이었다.
벨트 제조 후, 그레이지 및 처리된 코드 벨트로부터 코드 샘플을 취해 코드 강성 테스트를 실시하였다. 통상적인 5개 아니라 2개의 평행한 코드 샘플을 이용하였다. 비교예 1의 코드는 실시예 2의 처리된 코드보다 강성이 더 컸는데, 즉 각각 0.66 대 0.52 lbf였다. 따라서 본 발명의 코드 처리는 벨트 내 코드의 정적 굽힘 강성을 약 20% 감소시켰다.
또한, 2개 주파수와 온도에서의 동적 벨트 굽힘 테스트는 그레이지 코드와 처리된 코드 간의 유의적인 모듈러스 차이를 보여 주었다. 이 테스트의 결과를 하기 표 1에 제시한다. 모든 테스트 조건에서, 벨트 굴곡률은 비교예 1의 그레이지 코드를 갖는 벨트에 비해 실시예 2의 처리된 코드를 갖는 벨트에서 더 작았다. 본 발명의 PUU 접착제 처리제에 의한 코드의 처리는 코드의 동적 굴곡률을 감소시켰다.
Figure 112012052351104-pct00001
실시예 2의 PUU 처리제를 고형분 25% 중량의 농도의 THF로 혼입하여 IR 윈도우 상에서 필름을 캐스팅하는 데 사용하였다. 얻어진 PUU 필름은 두께가 0.018 인치였다. 이것을 FTIR 장치에 넣고 용매를 증발시키고 NCO 기와 물과의 반응을 수행하였다. NCO 피크 면적은 약 200분 후 50%로 감소되었고, 약 500분 후 실질적으로 사라졌다. 장력 테스트를 위해 벨트 본체의 캐스트 PUU와 본 발명의 처리제의 더 두꺼운 필름을 캐스팅하기 위한 시도를 하였다. 약간의 기포가 관찰되었지만, 형성된 필름은 장력 테스트 비교에 충분한 것으로 간주되었다. 수분 경화 접착제 처리는 TMGDAB 경화 벨트 재료의 것보다 약 2/3 낮은 모듈러스, 거의 동일한 신장률, 및 약 1/3 작은 인장 강도를 나타내었다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 따르면, 디아민 경화 PUU 캐스팅 조성물의 수분 경화 PUU 유사체로 강화 코드를 처리하여, 훨씬 더 우수한 인장 강도와 동등하면서 비교적 작은 모듈러스, 더 우수한 유연성을 가지고 캐스트 PUU와 우수한 상용성을 갖는 코드를 얻을 수 있다.
실시예 2의 벨트로 여러 테스트를 수행하여 비교예 1에 비해 특정한 장점을 갖는다는 것을 입증하였다. 벨트 인장 강도는, 2개의 60 그루브(groove) 스프로켓 상에 벨트를 장착하여, 임의로 클립-온 신장계를 사용하여, 25.4 mm/min으로 통상적인 장력 테스트기에서 인발함으로써 측정하였다. 벨트의 플렉스 컨디셔닝은, 168시간 및 336시간 동안 165 파운드 데드웨이트 장력을 갖도록 3600 rpm으로 구동되는 2개의 22 그루브 풀리를 사용하여 2-포인트 레이아웃 상에서 수행하였다. 플렉스 컨디셔닝 후(즉, "포스트") 유지된 인장 강도를 표 2에 기록하였다. 후방 굽힘(back-bending) 테스트에서는, 벨트를 소정 직경의 파이프 둘레로 벨트의 동일한 위치에서 3회 후방 굽힘 후, 2개의 풀리 사이의 간격에서 손상 위치로 인장력을 테스트하였다. 후방 굽힘 후 유지된 인장 강도를 역시 표 2에 기재하였다. 벨트에 대한 정적 코드 접착력 테스트(벨트로부터 짧은 길이의 2개의 코드를 인발함) 및 정적 톱니 전단 테스트는 비교예 2와 실시예 1 간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 마지막으로, 벨트 하중 능력, 동적 접착력, 내구력 등을 평가하기 위해, 다이나모미터 리그(dynamometer rig)("Dyno Testing")에서 동적 벨트 테스트를 수행하였다. Dyno Testing은, 실온에서 213 파운드 데드웨이트 장력을 갖는 2개의 24 그루브 풀리에서, 18-mm 폭의 140 톱니, 8-mm GT® 프로파일 벨트 주행(19 hp 및 2000 rpm에서)을 이용하였다. 현저히 상이한 결과에 대해서는 2종의 상이한 테스터를 이용하였다. 표 2에 기재된 각각의 결과에 대해 2개의 벨트 수명을 평균하였다.
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 벨트는 대조군 벨트보다 초기에, 또 플렉스 컨디셔닝 후에 인장 강도가 약간 더 컸다. 이것은 처리된 코드가 그레이지 코드에 비해 취급 내구력이 개선되었음에 기인하는 것일 수 있다. 그러나, 후방 굽힘 테스트는 그레이지 코드에 비해 더 연질의 PUU 처리 코드가 현저한 이점이 있음을 가장 분명히 보여준다. 그레이지 코드는 27-mm 후방 굽힘 후에 그 강도를 절반 상실한 반면, 본 발명의 코드는 강도 상실을 겪지 않는다. 더 가혹한 후방 굽힘 시, 본 발명의 코드는 강도를 상실하지만, 대조군 벨트에 비해 훨씬 더 느린 속도이다. 따라서, 본 발명의 벨트는 10-mm 굽힘에서 27-mm 굽힘에서의 대조군과 유사한 성능을 나타낸다. 역시 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2의 벨트는 Dyno Testing에서 대조군 벨트보다 평균적으로 약간 더 우수한 성능을 보였음을 알 수 있다(모든 벨트에서 톱니 전단 파괴 모드가 관찰되었다). 따라서, 연질 PUU 접착제 처리는 접착력 또는 하중 능력과 같은 다른 성능 특성의 상실 없이 취급 내구력을 현저히 개선시킨다.
Figure 112012052351104-pct00002
예시 II
2차 테스트 시리즈에서는, 벨트 비교예 3 및 실시예 4를 폴리에스테르계 TPU 벨트 본체 및 톱니 표면의 나일론 직물로 제조하였다. 이러한 톱니 벨트는 메트릭 T10 프로파일(10 mm 피치, 및 사다리꼴 톱니 형상)을 갖는 무단이었고, 이것을 폭 25 mm로 컷팅하였다. 비교예 3은 종래의 강철 코드로 제조하였고, 실시예 4는 상기 실시예 2와 동일한 본 발명의 코드를 사용하였다. 이들 2개 벨트의 표본으로 코드 접착력 테스트를 수행하였으며, 그 결과를 표 3에 기재하였다. 표 3은 실시예 4의 본 발명의 처리된 코드가 비교예 3에서 사용된 종래의 코드와 접착 성능이 같거나 더 우수하다는 것을 보여주어, 본 발명의 실시형태가 TPU 벨트에 사용하기에 적합하다는 것을 입증한다.
Figure 112012052351104-pct00003
예시 III
이 시리즈를 위해, Torayca T700GC 41E 12k-1 얀을 예시 I에서와 같이 8-mm 피치 톱니의 캐스트 PUU 벨트를 제조하는 데 사용하였다. 그레이지 트위스팅 코드로 제조된 대조군 벨트를 비교예 5로 칭하였다. 코드의 일부분을 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 처리한 후 이것을 이용하여 본 발명의 8-mm 피치의 톱니 벨트의 슬랩을 제조하였으며, 이것을 본원에서 실시예 6이라 칭하였다. 실시예 6의 PUU 접착제 처리제는 폴리에스테르/TDI 프리폴리머를 포함하였고, 이소시아네이트 기 상에 MEKO 블로킹제를 가졌다. 경화제는 디아민, DETDA였다. 블로킹된 프리폴리머 및 경화제의 액체 혼합물을 압력 하에 탄소 섬유 다발로 함침시켰으나, 상기에 기재된 용매를 사용하는 것이 더 용이할 수 있다. 벨트를 역시 플렉스 컨디셔닝 테스트로, 그러나 150 파운드 데드웨이트 장력에서 장력 감소에 대해, 다양한 직경의 파이프의 후방 굽힘 및 전방 굽힘 둘 다에 의한 취급력 손상에 대해 평가하였다. 그 결과를 표 4에 기재하였다. 이러한 실시형태는 또한 대조군에 비해 개선된 취급 내구력을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 블로킹된 프리폴리머를 사용하는 또 다른 예(실시예 7로 명명함)에서, 경화제는 디아민, MCDEA였으나, 벨트 데이터는 입수할 수 없었다.
Figure 112012052351104-pct00004
예시 IV
이 실시예 세트에서는, 고무 톱니 벨트에서 PUU 처리 탄소 코드를 사용하는 실시형태를 종래의 RFL 처리 탄소 코드와 비교한다. 12k-1 탄소 다발을 역시 예시 I의 실시예 2에서와 같이 PUU 처리하였으나, 이에 더하여, 처리된 코드를 Cilbond 81 오버코트 접착제에 침지하여 다시 건조시켰다. 대조군을 위해, X-HNBR-RFL 처리 12k 코드를 미국 특허 제6,695,733호(이 문헌의 표 1 및 관련된 텍스트 참조, 본원에서 참조 인용함)의 방법에 따라 제조하였으며, 또한 Cilbond 81로 오버코팅하였다. 톱니 벨트는, 나일론 패브릭 슬리브를 97-그루브(9.525-mm 피치) 맨드릴에 적용하고, 고무가 통류할 수 있는 적절한 공간이 제공되도록 인치당 총 18개 스트랜드로 S 및 Z 트위스트 코드 둘 다를 나선형으로 권취하고, 황 경화 HNBR 고무층을 적용하고, 고무가 코드를 통류하여 복합체가 경화됨에 따라 패브릭을 그루브로 밀어넣어 톱니를 형성하도록 하는 압력과 온도에서 경화시키는 것을 포함하는 잘 알려진 방법에 따라 제조하였다. 형성된 슬리브를 맨드릴로부터 제거한 후 개개의 벨트를 19 mm 폭으로 컷팅하였다. RFL 처리 코드를 갖는 대조군 벨트를 비교예 8로 명명하였고, PUU 처리 코드를 갖는 본 발명의 벨트를 실시예 9로 명명하였다. 여러 차례의 벨트 테스트를 수행하였고 그 결과를 표 5에 기재하였다. 인장 강도는 코드 접착력과 마찬가지로 앞서 기재한 바와 같이 측정하였다. 재킷 접착력 테스트는, 재킷-코드 접착력이 주로 측정되는 웹 영역에서 최소가 되고 재킷-고무 접착력이 주로 측정되는 톱니 영역에서 최대가 되도록, 벨트로부터의 톱니 패브릭을 박리하는 것을 포함하였다. 벨트 주행 온도는 비하중 플렉스 테스트 리그(Flex Test rig)에서 24시간 동안 측정하였다. 플렉스 테스트는 도 4에 예시되어 있다. 97-톱니 동기형 벨트를, 19개 그루브를 갖는 구동 풀리(50), 각각 19개 그루브 및 20개를 갖는 2개의 피동 풀리(52, 54), 2개의 백사이드 아이들러(56)(50-mm 직경) 및 텐셔너(58) 상에서 주행하였다. 매다는 웨이트(hanging weight)로 200 N의 장력을 텐셔너에 가하였다. 플렉스 테스트는 실온에서 6200 rpm으로 수행하였다.
표 5는 본 발명에 따른 고무 벨트가 대조군 벨트와 유사한 성능을 나타냄을 보여준다. 몇몇 경우, 테스트된 초기의 본 발명의 벨트는 대조군에 비해 열등하였으나, 공기 에이징된 본 발명의 벨트는, 예를 들어 코드 접착력 테스트 및 동적 톱니 내구력 테스트에서 대조군에 필적하였음이 확인되었다. 이것은 PUU 재료의 느린 경화에 기인하는 것으로 생각되며, 이것은, 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 접착제에 촉매를 첨가하거나 후경화 처리를 이용하는 것의 가능한 이점을 나타내는 것이다. 플렉스 테스트 리그에서, 본 발명의 PUU 처리 코드는 RFL 처리 코드보다 벨트 주행 온도를 낮추었으며, 이것은 RFL에 비해 PUU의 동적 특성이 개선된 것에 기인하는 것으로 생각된다.
Figure 112012052351104-pct00005
예시 V
이 실시예 시리즈는 대체로 예시 I의 반복이나, 접착제 용액 중의 고체 함량이 27.5%이고, 접착제 픽업률이 달라졌고, 다양한 다른 탄소 코드 크기(인치당 1.2∼1.3 턴으로 트위스팅된 훨씬 더 큰 12k-4 탄소 코드 다발을 포함함)를 갖는다. 처리 후 수침지는 이용하지 않았다. 이전과 마찬가지로, 미국 특허 제5,807,194호(Knutson et al.)의 방법에 따라, 그레이지 트위스팅 코드(S 및 Z 둘 다)의 일부분을 비교용 캐스트-PUU, 톱니 벨트를 제조하는 데 사용하였다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 처리된 12k-4 탄소 코드(예시 I의 Toho 12k 얀으로부터 제조됨)를 14-mm 피치 HTD® 프로파일 벨트로 만들었다. 이 예시의 14-mm 벨트는, 상기 예시 I에서와 동일한, 벨트 본체용 캐스트 PUU 수지 배합물, 즉 TMGDAB로 경화시킨 PTMEG에 기초한 TTDI 말단 폴리에테르 프리폴리머를 이용하였다. 표 6에 기재된 바와 같이, 실시예 11 및 12의 12k-4 코드는 비교예 10의 그레이지 코드에 비해 개선된 인장 강도를 나타내었다. 예시 I의 12k-1 코드에 비해 강성이 증가한 것은 코드 직경 증가와 부합한다. 처리 후의 코드의 인장 강도의 증가는 예시 I에서 앞서 관찰된 것과 유사하다. 침액 픽업률은 12k-4 코드의 이 실시에서 10.3∼14%였다. 마지막으로, 실시예 11 및 12의 벨트에 대한 취급성 테스트 역시, 비교예 10에 비해, 크기가 감소하는 풀리에 대해 후방 굽힘 후 인장 강도 유지가 현저히 개선되었음을 보여준다는 점에 주목해야 한다.
Figure 112012052351104-pct00006
표 7에 기재된 결과는, 12k-1∼18k-1의 이러한 예시에서, 본 발명이 일련의 코드 크기를 제조하는 데 적용될 수 있음을 나타낸다. 표 7의 결과는 또한 형성된 코드에 대한 고체 픽업률이 6.2%∼17%의 범위로 매우 다양함을 보여준다. 각각의 경우에서, 본 발명 예의 코드는 그레이지 코드에 비해 현저한 인장 강도 개선을 보이는데, 이것은 필시 장력 테스트에서의 취급성 개선을 나타내는 것이다. 또한, 본 발명의 코드의 인장 강도는 고체 픽업률에 무관하여, 하나의 평균값이 S 코드 및 Z 코드 둘 다에 대해 기록된다는 것이 주목할 만하다. 코드 강성은 코드 크기 및 고체 픽업률에 따라 증가하는 것으로 보인다.
Figure 112012052351104-pct00007
제조된 그 상태의 다양한 코드 실시예에 대해, 그리고 캐스팅 또는 형성 후 벨트 횡단면에 대해 현미경 관찰을 수행하였다. 본 발명의 코드의 외측은 폴리머 스킨을 대체로 갖지 않는다. 코드의 외측 섬유는 반드시 서로 접합되는 것은 아니지만 일반적으로 PUU에 의해 잘 코팅되는 것으로 보이며, 그러나, 외측 섬유는 코드 컷팅 시 잘 날리거나(fly away) 올이 잘 풀리거나(fray) 할 것 같지는 않다. 코드의 내측은 PUU 접착제로 반드시 완전 충전되는 것은 아니지만 일반적으로 PUU 접착제가 매우 잘 침투된다. 캐스트 우레탄 벨트의 벨트 본체 재료는 일반적으로 처리된 코드를 침투하여 남아있는 간극을 거의 완전히 충전할 수 있다. 이것은 우수한 물리적 또는 기계적 접착력과 화학적 접착력을 제공하는 것으로 생각된다. 처리 조건에 따라, 처리된 코드는, 스풀 상에서의 처리된 코드의 건조 및 중합 또는 경화로 인해 그레이지 코드와 같이 횡단면이 원형이 되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명 코드는 스풀 상으로의 권취에 의해 선행 코드층에 배치되는 곳에서 형성된 플랫을 가질 수 있다.
본 발명의 실시형태는 선행 기술에 비해 많은 이점을 나타낸다. 본 발명은 컷팅 시의 코드 올풀림을 없애고 벨트 인장 강도, 벨트 내굽힘성 및 취급 손상에 대한 저항성에 있어서 개선점을 제공한다. 일반적으로, 벨트 성능과 관련된 벨트의 다른 물리적 특성은 본 발명에 의해 손상되지 않았다. 예를 들어, 캐스트 PU 벨트의 경우, 본 발명의 벨트의 굽힘 피로 내성 및 하중 수명 성능은 그레이지 코드로부터 제조된 벨트 정도로 양호하거나 약간 더 우수하다. 본원에서 앞서 제시 및/또는 예시된 것과 같은 다른 강화 엘라스토머 용도에서도 유사한 이점이 실현되어야 한다.
지금까지 본 발명 및 그 이점을 상세히 설명하였지만, 첨부하는 첨구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경, 치환 및 수정이 본 발명에 가해질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 본원에 기재된 공정, 기계, 제법, 조성물, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시형태에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자라면 본 발명의 개시내용으로부터 쉽게 이해할 것이기 때문에, 본원에 기재된 상응하는 실시형태와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 가져오는, 현존하거나 나중에 개발될 수 있는 공정, 기계, 제법, 조성물, 수단, 방법 및 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부하는 청구범위는 본 발명의 범위에 그러한 공정, 기계, 제법, 조성물, 수단, 방법 또는 단계를 포함하는 것으로 의도된다. 본원에 개시된 발명은 본원에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 구성요소 없이도 적절히 실시될 수 있다.

Claims (25)

  1. 엘라스토머 본체, 및 엘라스토머 본체 내에 매립된 장력 코드를 포함하는 동력 전달 벨트로서, 상기 장력 코드는
    폴리우레탄 프리폴리머와,
    디아민 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 경화제
    의 폴리우레아 반응 생성물을 포함하는 폴리우레아-우레탄 조성물이 함침된 것이고, 상기 폴리우레아-우레탄 조성물은 상기 엘라스토머 본체와 상이한 것인 동력 전달 벨트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리폴리머는 디이소시아네이트와 폴리에스테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 폴리올의 반응 생성물을 포함하고, 상기 경화제는 물인 동력 전달 벨트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 디이소시아네이트는 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 및 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택되는 것인 동력 전달 벨트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 1종 이상의 폴리올은 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리카프로락톤 폴리올로 이루어진 군에서 선택되는 것인 동력 전달 벨트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 1종 이상의 폴리올은 디올과 트리올의 혼합물을 포함하는 것인 동력 전달 벨트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장력 코드는 섬유 사이에 간극을 갖는 필라멘트 얀을 포함하고, 상기 조성물은 상기 간극의 적어도 일부분을 함침시켜 상기 섬유를 코팅하는 것인 동력 전달 벨트.
  7. 제6항에 있어서, 함침된 부분이 간극 부피의 20%∼100%인 동력 전달 벨트.
  8. 제5항에 있어서, 상기 장력 코드는 탄소 섬유 사이에 간극을 갖는 복수의 탄소 섬유를 포함하는 얀을 포함하고, 상기 조성물은 상기 간극 부피의 20%∼100%를 함침시켜 상기 탄소 섬유를 코팅하는 것인 동력 전달 벨트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프리폴리머는 파라-페닐렌 디이소시아네이트와 1종 이상의 폴리카프로락톤 폴리올의 반응 생성물을 포함하고, 상기 경화제는 물을 포함하는 것인 동력 전달 벨트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 폴리우레탄 프리폴리머와 물의 반응에 의해 제조되는 폴레우레아 반응 생성물로 필수적으로 이루어지는 것인 동력 전달 벨트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 본체는 캐스트 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하고, 상기 엘라스토머는 상기 조성물과 밀착 접촉되는 것인 동력 전달 벨트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 장력 코드는 탄소 섬유 사이에 간극을 갖는 복수의 탄소 섬유를 포함하는 얀을 포함하고, 상기 조성물은 상기 간극 부피의 20%∼99%를 함침시켜 상기 탄소 섬유를 코팅하며, 상기 엘라스토머는 상기 간극의 나머지 부분의 적어도 일부분을 함침시키는 것인 동력 전달 벨트.
  13. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 본체가 가황 고무를 포함하는 것인 동력 전달 벨트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 장력 코드가 폴리우레아-우레탄 조성물과 가황 고무 사이에 배치되는 오버코트 접착제층을 포함하는 것인 동력 전달 벨트.
  15. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머 본체는 열가소성 엘라스토머를 포함하고, 상기 엘라스토머는 상기 폴리우레아-우레탄 조성물과 밀착 접촉되는 것인 동력 전달 벨트.
  16. 제15항에 있어서, 상기 엘라스토머가 열가소성 폴리우레탄인 동력 전달 벨트.
  17. 제16항에 있어서, 제1 말단과 제2 말단을 갖는 것인 동력 전달 벨트.
  18. 제1항에 있어서, 무단 동력 전달 벨트인 동력 전달 벨트.
  19. 제18항에 있어서, 톱니 벨트인 동력 전달 벨트.
  20. 엘라스토머 물품을 강화하기 위한 장력 코드로서, 이 코드의 적어도 일부분은
    폴리이소시아네이트와 폴리에스테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로부터 선택되는 1종 이상의 폴리올의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 프리폴리머와,
    디아민 및 물로부터 선택되는 사슬 연장제
    의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레아-우레탄 조성물이 함침된 것이고,
    상기 폴리우레아-우레탄 조성물은 상기 엘라스토머 물품과 상이한 것인 장력 코드.
  21. 제20항에 있어서, 상기 폴리올은 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리카프로락톤 폴리올로 이루어진 군에서 선택되고, 디올과 트리올의 혼합물을 포함하며, 상기 폴리이소시아네이트는 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트 및 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 사슬 연장제는 물인 장력 코드.
  22. 제21항에 있어서, 상기 장력 코드는 탄소 섬유 사이에 간극을 갖는 복수의 탄소 섬유를 포함하는 필라멘트 얀을 포함하고, 상기 조성물은 상기 간극 부피의 20%∼99%를 함침시켜 상기 탄소 섬유를 코팅하는 것인 장력 코드.
  23. 비활성 용매 중에 폴리우레탄 프리폴리머를 포함하는 침액을 혼합하는 단계;
    상기 침액 중에 필라멘트 얀을 침지하는 단계;
    침지된 필라멘트 얀을 건조시켜 용매를 제거하는 단계; 및
    물 존재 하에 프리폴리머를 경화시키는 단계
    를 포함하며, 이로써 폴리우레아-우레탄 조성물이 적어도 부분적으로 함침된 장력 코드가 제공되는 것인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 장력 코드를 엘라스토머 벨트 본체 내에 매립하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  25. 폴리우레탄 프리폴리머와 물의 반응 생성물을 포함하는, 연질 엘라스토머 물품의 강화에 사용하기 위한 섬유 다발의 함침을 위한 접착제 조성물로서, 상기 폴리우레탄 프리폴리머는 파라-페닐렌 디이소시아네이트와 폴리카프로락톤 폴리올의 반응 생성물을 포함하고, 상기 접착제 조성물은 엘라스토머 물품과 상이한 것인 접착제 조성물.
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