KR101498915B1 - 강화 호스 - Google Patents

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KR101498915B1
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안드레아스 플락헤네커
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폴리아미드 하이 페르포르만스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 엘라스토머 재료 및 섬유 강화재를 포함하는 호스에 관한 것으로, 섬유 강화재는 실질적으로 지방족 폴리아미드 그룹으로부터 선택된 섬유로 이루어지고, 섬유의 열수축율은 2.5%보다 낮은 것을 특징으로 한다.

Description

강화 호스{Reinforced hose}
본 발명은 섬유 강화재를 포함하는 엘라스토머 재료로 이루어진 호스 및 폴리아미드 섬유 기반 섬유 강화재에 관한 것이다.
상기와 같은 호스들은 특히 냉각 시스템에 사용하는데 적합하다. 최근의 수냉식 또는 액냉식 차량 엔진에서 냉각 시스템은 가요성 재료들로 이루어진 강화 호스를 포함하고, 상기 호스를 통해 액체는 냉각기로부터 그리고 냉각기로 순환한다.
DE 2 063 641호에는 바람직하게 가공된 폴리에스테르 직물 또는 나일론 직물로 이루어진 단일 층에 의해 강화되는 강화 호스가 공개되어 있다.
오늘날은 아라미드 섬유도 이러한 용도에 사용된다. 그러나, 폴리에스테르 섬유 또는 아라미드 섬유로 이루어진 호스 강화재는, 냉각제 작동 온도가 높아진 경우에 가수분해에 대해 약한 내성을 갖는다.
섬유 강화재의 양호한 가수분해 내성은 비교적 얇은 벽의 호스 제조를 위한 전제 조건인데, 그 이유는 호스의 벽이 얇은 경우에 물은 더 쉽게 강화 재료까지 확산될 수 있고 강화재의 안정성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
지방족 폴리아미드 섬유 기반의 섬유 강화재를 가진 호스는 가수분해에 대해 아라미드 또는 폴리에스테르에 비해 양호한 내성을 제공한다. 그러나 지방족 폴리아미드 섬유 기반의 섬유 강화재를 가진 이러한 호스는 거칠고 또는 비균일한 표면을 갖는다.
지방족 폴리아미드 그룹에는 예컨대 당업자에게 나일론으로 알려진 폴리머들이 속하고, 그 중에 특히 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6 또는 폴리아미드 4.6이 있다.
본 발명의 목적은, 선행기술의 단점들이 적어도 감소된, 섬유 강화재를 가진 호스를 제공하는 것이다. 특히 상기 호스는 양호한 가수분해 내성을 갖는 동시에 매끄럽고 균일한 표면을 가져야 한다.
상기 목적은, 엘라스토머 재료와 섬유 강화재를 포함하고, 상기 섬유 강화재는 실질적으로 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어지는 호스에 있어서, 상기 섬유의 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서 2분 동안 5 mN/tex의 예비 응력에서 측정 시 2.5%보다 낮은 것을 특징으로 하는 호스에 의해 달성된다.
본 발명에 따라, 선행기술의 단점들이 감소되며, 양호한 가수분해 내성 및 매끄럽고 균일한 표면을 갖는 호스가 제공된다.
섬유(fiber)의 개념은 하나 또는 다수의 필라멘트로 이루어진 선형 조직을 포함하고, 상기 필라멘트는 장섬유 필라멘트 또는 단섬유 필라멘트일 수 있다. 다수의 장섬유 필라멘트로 이루어진 선형 조직은 다섬유사라고 하고, 하나의 장섬유 필라멘트로 이루어진 조직은 단섬유사라고 한다.
실질적으로 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어진 섬유 강화재란, 적어도 대부분이 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어진 섬유 강화재를 말한다. 바람직하게 섬유 강화재의 적어도 60 중량%는 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어진다. 또한, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량% 그리고 바람직하게 적어도 90 중량%가 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어진 섬유 강화재가 바람직하다. 물론, 섬유 강화재의 100 중량%가 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어질 수도 있다.
엘라스토머 재료 그룹은 합성 및 천연 폴리머들을 포함하고, 상기 폴리머들은 약간의 힘이 가해져도 팽창되고 구부러질 수 있고, 힘이 가해지지 않으면 다시 복원, 즉 원래 형태를 취하는 것이 특징이다. 본 발명에 따른 강화 호스에 적합한 엘라스토머 재료는 고무이다. 본 발명에서 재료 고무는 가황처리된 천연 또는 합성 고무이다. 합성 고무는 주로 스티롤 및 부타디엔으로 이루어지고, 다른 기본 원료는 스티렌아크릴레이트, 순수아크릴레이트, 비닐아세테이트이다. 적합한 엘라스토머 재료의 예는 스티렌-부타디엔-고무, 네오프렌, EPDM(Ethylene-propylene-diene terpolymer), 에틸렌-프로필렌-터폴리머-고무, 니트릴부타디엔-고무 또는 하이드로제네이티드 니트릴부타디엔 고무이다.
본 발명에 따른 호스 제조 시, 내부 호스 관 내로 섬유가 끊어져 들어감 및 외부 호스 관의 거친 표면 형성이 현저히 감소된다.
이는 선택된 폴리에스테르- 또는 아라미드사로 달성될 수 있는 한편, 일반적으로 수축율이 낮은 나일론사로는 불가능하다. 당업자에게 공지된 수축율이 낮은 나일론사, 특히 나일론 6.6 다섬유사는 DIN 53866에 따라 180℃에서 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 측정 시 적어도 2.5 % 내지 약 3.5 %의 열수축율을 갖는다. 이렇게 수축율이 낮은 연사로는 외부 호스 관의 거친 표면 형성을 방지할 수 없다. 본 발명에 따른 호스의 섬유 강화재의 섬유는 호스 제조 전에, 즉 가황처리 전에 이미 요구되는 특성들을 갖는다.
본 발명에 따른 호스에서 실질적으로 지방족 폴리아미드로 이루어진 섬유 강화재의 섬유들은 바람직하게, DIN 53866에 따라 180℃에서 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 측정 시 2.3% 보다 낮은 열수축율을 갖는다.
특히 바람직하게 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유들은 DIN 53866에 따라 180℃에서 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 측정 시 2.1% 보다 낮은 열수축율을 갖는다
실질적으로 섬유 강화재의 섬유들을 구성하는 지방족 폴리아미드는 바람직하게 폴리아미드 6, 폴리아미드 6.6, 폴리아미드 4.6 또는 상기 폴리머들의 혼합물이다.
섬유 강화재의 섬유는 바람직하게 다섬유사로서 주어진다. 다섬유사의 섬도 범위는 바람직하게 350 dtex 내지 2500 dtex이고, 특히 바람직하게 700 dtex 내지 2100 dtex이다. 다섬유사의 필라멘트 개수는 바람직하게 70 내지 280개이다.
다수의 다섬유사, 바람직하게는 예컨대 940 dtex × 3, 700 dtex × 3, 940 dtex × 2, 1880 × 1, 2100 × 1 및 1400 × 1과 같이 3000 dtex까지의 총 섬도를 갖는 1 내지 3개의 다섬유사로 이루어진 구성도 사용될 수 있다. 이러한 연사 구성은 미터 당 40 내지 200회의 꼬임을 포함할 수 있다. 이로 인해 연사의 결합력뿐만 아니라 피로 내성도 증가된다.
섬유 강화재용 연사의 제조는 예컨대 가열되어 용융된 폴리머 재료의 방적에 의해 이루어진다.
직물(web)은 견명가공에 의해 적셔져서 적절하게 드래프팅될 수 있으므로, 그 사이에 660 mN/tex 내지 970 mN/tex의 연사 강도 및 16% 내지 28%의 파단 연신율이 달성될 수 있다. 이렇게 드래프팅된 연사는 열 및 경우에 따라서는 습기의 작용으로 인해 이완된다. 고온 수증기에서 습도 범위는 60 내지 100%이다. 대안으로서, 연사는 뜨거운 물로 완전히 적셔질 수도 있다. 뜨거운 물로 처리 시 바람직하게 처음에는 반응기에서 70 ℃의 뜨거운 물이 연사 주위를 흐른다. 물은 일정하게 80 내지 140 ℃의 최종 온도로 가열되어(가열 속도 1℃/min) 10 내지 40분 동안 유지된다. 후속해서 연사는 실온의 냉수로 세정됨으로써 냉각 및 건조된다. 증기로 처리 시 연사는 대기압에서 증기로 채워진 컨테이너를 통해 안내된다. 증기 온도는 바람직하게 240 내지 285 ℃이다. 뜨거운 증기는 수축을 일으킨다. 증기 처리 후에 연사는 대기 중에서 다시 풀린다. 이러한 바람직한 처리에 의해 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 측정 시 1.3 내지 2.5%, 바람직하게는 1.3 내지 2.3%이다.
직물의 드래프팅에 이어서 뜨거운 물 또는 증기 처리 대신에, 직물은 방적 후에 바로 증기로 처리되는 동시에 드래프팅될 수도 있다. 후속하는 이완 후에 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 측정 시 1.3 내지 2.5%의 요구되는 열수축율이 달성된다.
섬유 강화재의 섬유는 마찬가지로 코드(cord) 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 호스의 다른 바람직한 실시예에서 섬유 강화재는 엘라스토머 재료에 매립된 단일 층으로 제공된다. 이러한 경우에 섬유 강화재는 엘라스토머 재료의 내부층과 엘라스토머 재료의 외부층 사이에 제공된다. 즉, 본 발명에 따른 호스는 이러한 바람직한 실시예에서 엘라스토머 재료로 이루어진 내부 관을 갖고, 상기 내부 관 위에 섬유 강화재가 배치되고, 섬유 강화재 위에 바람직하게는 내부 관과 동일한 엘라스토머 재료로 이루어진 외부 관이 배치된다. 엘라스토머 재료는 바람직하게 섬유 강화재의 섬유 사이에도 제공된다.
섬유 강화재의 섬유는 예컨대 유기 폴리이소시아네이트용액과 같은 접착 향상제로 처리될 수 있다. 섬유 강화재의 섬유가 접착 향상제로 처리되는 경우에, 접착 향상제로 처리한 후에 섬유가 본 발명에 따라 요구되는 2.5%보다 낮은 열수축율을 갖는다는 전제 하에, 처리 전 섬유는 2.5%보다 높은 열수축율을 가질 수도 있다. 바람직하게 접착 향상제로 처리하기 전의 섬유 강화재의 섬유는 본 발명에 따라 요구되는 2.5%보다 낮은 열수축율을 가질 수도 있다. 그러나 특히 바람직하게 본 발명에 따른 호스는, 섬유 강화재의 섬유가 처리되지 않는, 즉 접착 향상제를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
섬유 강화재는 내부 호스 관 둘레에 나선형으로 감겨있는 그물 형태 또는 섬유 형태로 제공될 수 있다. 바람직하게 섬유 강화재는 직물, 특히 고리형 직물 형태, 합사, 특히 고리형 합사 형태 또는 편물, 특히 고리형 매듭 편물 형태로 제공된다.
섬유 강화재는 높은 파열 강도를 제공하고, 고압에서 호스의 심한 팽창을 감소시킨다. 동시에 섬유 강화재는 호스가 진공 상태에서 수축되는 것을 저지할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 호스는 특히 고온 액체, 특수한 수성 액체 또는 수성 용액의 안내에 적합하다. 따라서 본 발명은 냉각수 호스로서 사용에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 냉각수 호스는 가수분해에 대한 개선된 내성을 갖는다.
본 발명은 섬유 강화재를 포함하는 호스의 제조 방법을 포함한다. 엘라스토머 재료로 호스를 압출하는 단계, 실질적으로 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 이루어진 섬유 강화재를 압출된 호스 외주에 제공하는 단계, 섬유 강화재 상에 엘라스토머 재료로 이루어진 층을 압출하는 단계 및 얻어진 호스를 가황 처리하는 단계를 포함하는 상기 방법은 섬유 강화재로서 2.5%보다 낮은, 바람직하게는 2.3%보다 낮은, 특히 바람직하게는 2.1%보다 낮은 열수축율을 갖는 섬유가 선택되고, 이 경우 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
가황 처리를 위해 호스는 하드닝 아버(hardening arbor) 상에 배치될 수 있고, 이로써 얻어진 호스는 하드닝 아버 형태에 상응하는 형태를 갖는다. 가황 처리는 예컨대 오토클레이브(autoclave)에서 포화 증기로 실시된다. 완성된 호스는 바람직하게 만곡된 부분을 갖거나 또는 그 길이에 휨 부분을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서 섬유 강화재의 섬유는 접착 향상제로 처리되지 않는다. 따라서 섬유 강화재의 섬유는 접착 향상제를 포함하지 않는다.

Claims (9)

  1. 엘라스토머 재료 및 섬유 강화재를 포함하는 호스로서, 상기 섬유 강화재는 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 실질적으로 이루어지는 호스에 있어서,
    사용된 섬유의 열수축율(hot-air shrinkage)은 DIN 53866에 따라 180℃에서 2분 동안 그리고 5 mN/Tex의 예비 응력에서 측정 시 2.5%보다 낮은 것을 특징으로 하는 호스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유의 열수축율은 2.3%보다 낮은 것을 특징으로 하는 호스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 섬유의 열수축율은 2.1%보다 낮은 것을 특징으로 하는 호스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 섬유 강화재의 섬유는 접착 향상제로 처리되고, 접착 향상제로 처리하기 전의 섬유는 청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 열수축율을 갖는 것을 특징으로 하는 호스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 섬유 강화재의 섬유는 접착 향상제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 호스.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 호스는 냉각제 호스인 것을 특징으로 하는 호스.
  7. 섬유 강화재를 포함하는 호스의 제조 방법으로서, 엘라스토머 재료로 호스를 압출하는 단계, 지방족 폴리아미드 그룹에서 선택된 섬유로 실질적으로 이루어진 섬유 강화재를 압출된 호스 외주에 제공하는 단계, 섬유 강화재 상에 엘라스토머 재료로 이루어진 층을 압출하는 단계 및 얻어진 호스를 가황 처리하는 단계를 포함하는 제조 방법에 있어서, 섬유 강화재로서 2.5%보다 낮은 열수축율을 갖는 섬유가 선택되고, 이 경우 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 결정되는 것을 특징으로 하는 호스의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 섬유 강화재로서 2.3%보다 낮은 열수축율을 갖는 섬유가 선택되고, 이 경우 상기 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 결정되는 것을 특징으로 하는 호스의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 섬유 강화재로서 2.1%보다 낮은 열수축율을 갖는 섬유가 선택되고, 상기 열수축율은 DIN 53866에 따라 180℃에서, 2분 동안 5 mN/tex 예비 응력에서 결정되는 것을 특징으로 하는 호스의 제조 방법.
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