KR101809489B1 - 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 exp 제조 방법 - Google Patents

절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 exp 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따르면, 절단된 슈퍼 섬유를 고무 내에 고르게 분산시켜 기존의 방식에 비하여 내구성(또는 내마모성) 및 강도가 획기적으로 향상되면서도 경제성이 높은 선박용 EXP를 제조할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법은, 슈퍼 섬유 절단의 어려움을 해소하고, 피브릴 현상을 최소화시킬 수 있으며, 슈퍼 섬유와 고무 사이의 접착력을 강화시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법{memufacturing method of Expansion Joint Packing Seal for vessel using chopped super fiber to imorove durability}
본 발명은 선박용 신축 이음 패킹 씰(Expansion Joint Packing Seal, 이하 EXP라 함) 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일정 길이로 절단된 슈퍼 섬유(super fiber)를 고무 마스터 배치(master batch)에 균일하게 분산시킨 다음 성형하여 내구성을 포함하는 기계적 특성이 현저히 향상된 선박용 EXP 씰 제조 방법에 관한 것이다.
선박용 EXP는 선박의 대형화에 따라 누유 또는 누수 나아가 이로 인한 선박의 안전성 저하 및 유지보수 비용의 증가를 일으킬 수 있는 중요한 부품이다. 이에 대해 보다 상세히 살펴본다. 선박의 대형화에 따라 파도에 의한 호깅(hogging) 및 새깅(sagging)에 의한 모멘트의 증가로 EXP의 수축 이완 운동량이 증가하게 되고, 이로 인하여 EXP 씰의 마모가 가속화되어 신축 이음(expansion joint)에 누유 또는 누수가 발생할 가능성이 높아졌다. 이러한 누유 또는 누수로 인하여 화재나 전기 사고 등의 안전 사고의 발생이 증가될 수 있으며, 신축 이음에 대한 유지 보수 비용 역시 증가하게 된다.
그러므로 상술한 선박의 대형화로 인한 문제점을 해결하기 위해서는, 통상적으로 고무를 이용하여 제조되는 EXP의 내구성(또는 내마모성) 및 강도를 증가시키는 것이 필요하다. 이러한 조치로, 고강도 PET나 아라미드로 이루어진 슈퍼 섬유 직물시트와 고무 시트를 적층하여 EXP를 제조하는 제1 방식이 이용되고 있다. 그러나 이 경우에는 고가의 섬유를 직물로 제조해야 하므로 원가가 높을 수밖에 없고 나아가 마찰로 인한 직물 시트와 고무 시트 사이의 접착력 약화로 EXP 내에서 시트 간 박리 현상이 발생하는 문제점이 있다.
EXP의 내구성 및 강도를 증가시키기 위한 다른 방안으로 절단된 폐타이어 코드나 나일론 등의 섬유를 보강재로 이용하여 EXP를 제조하는 제2 방식이 있다. 그러나 이러한 방법은 제조 과정이 용이한 장점은 있으나, 제품의 강도 및 품질을 높이기 어려운 단점이 있다.
상술한 방식들의 문제점을 보완하기 위한 새로운 방식으로 고무에 절단된 슈퍼 섬유(chopped super fiber)를 고르게 분산시켜 EXP를 제조하는 제3 방식이 있을 수 있다. 이러한 제3 방식은 제1 방식 대비 원가를 절감하면서 박리 현상을 방지할 수 있고, 제2 방식 대비 우수한 강도와 품질의 제품을 제조할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
그러나 슈퍼 섬유는 절단 자체가 어려운 문제점이 있고, 외부 마찰에 의한 피브릴 현상이 심하고 이로 인하여 열처리 시 강도 저하가 심하여(특히 아라미드 섬유), 고무와의 접착력이 약하여 고무 보강재로 사용하는 데에는 문제점이 많은 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 절단된 슈퍼 섬유를 고무 내에 고르게 분산시켜 기존의 방식에 비하여 내구성(또는 내마모성) 및 강도가 획기적으로 향상되면서도 경제성이 높은 선박용 EXP를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 슈퍼 섬유 절단의 어려움을 해소하고, 피브릴 현상을 최소화시킬 수 있으며, 슈퍼 섬유와 고무 사이의 접착력을 강화시킬 수 있는 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법은, 슈퍼 섬유 필라멘트사에, 상기 슈퍼 섬유 필라멘트사의 표면에 기계적 결합을 통하여 접착되는 반응 수지, 상기 반응 수지 및 고무 사이에 화학적으로 크로스링크(crosslink)되는 결합 수지를 포함하는 접착 수지를 코팅하여 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사를 제조하는 단계; 상기 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사를 1mm 내지 6mm 길이로 절단하여 절단된 슈퍼 섬유사를 제조 단계; 고무 원료를 소련한 다음 첨가제를 배합 혼련하여 고무 마스터배치(master batch)를 제조하고, 상기 절단된 슈퍼 섬유사를 상기 고무 마스터배치와 믹싱하여 단방향 롤링을 수행함으로써 상기 절단된 슈퍼 섬유사의 배향성(orienation)이 증가된 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치를 제조하는 단계; 및 상기 슈퍼 섬유 분산 마스터 배치를 CRB(Cold Runner Block) 인젝션 금형(injection mold)에 주입하여 선박용 EXP(Expansion Joint Packing Seal)를 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반응 수지는, 에폭시(epoxy) 및 이소시아네이트(isocyanate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 결합 수지는, 레소시놀 포르말데히드 라텍스(RFL: Resorcinol Formaldehyde Latex) 수지일 수 있다.
상기 절단된 슈퍼 섬유사는, 길이 1mm인 파라 아라미드사이며, 상기 고무 원료는, CR, FKM, 및 EPDM 고무 중 어느 하나일 수 있다. 상기 절단된 슈퍼 섬유사는, 길이가 3mm인 파라 아라미드사이며, 상기 고무 원료는, NBR, FMK, 및 EPDM 고무 중 어느 하나일 수 있다. 상기 절단된 슈퍼 섬유사는, 길이가 6mm인 파라 아라미드사이며, 상기 고무 원료는, NBR, EPDM 고무 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따르면, 절단된 슈퍼 섬유를 고무 내에 고르게 분산시켜 기존의 방식에 비하여 내구성(또는 내마모성) 및 강도가 획기적으로 향상되면서도 경제성이 높은 선박용 EXP를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법은, 슈퍼 섬유 절단의 어려움을 해소하고, 피브릴 현상을 최소화시킬 수 있으며, 슈퍼 섬유와 고무 사이의 접착력을 강화시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP의 실제 사진 및 장착도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서, 슈퍼 섬유 필라멘트사에 접착 수지가 코팅되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서, 슈퍼 섬유(파라 아라미드) 필라멘트사에 접착 수지가 코팅되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 접착 수지 코팅 전후 슈퍼 섬유의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 접착 수지가 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사가 절단되는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 접착 수지가 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사 절단에 이용되는 절단 장치의 일예인 길로팅 커팅기의 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 절단된 코팅 슈퍼 섬유사와 미코팅 상태에서 절단된 슈퍼 섬유의 실제 사진을 나타낸다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 고무 원료의 소련 공정에 이용되는 소련 밀(mill) 장치 및 니더(kneader)의 일예를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치 제조 과정에서 수행되는 혼련 공정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치 제조 과정에서 수행되는 혼련 공정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치와 절단된 슈퍼 섬유를 믹싱하여 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치를 제조 과정에서 수행되는 단방향 롤링 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 제조되는 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치의 예들을 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 선박용 EXP 성형에 이용되는 CRB 인젝션 성형 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 선박용 EXP 성형에 이용되는 CRB 인젝션 금형의 실제 사진을 나타낸다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무와 슈퍼 섬유 사이의 접착 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라 제조된 선박용 EXP에서 피브릴 현상에 따른 엉김이나 고무와 필라멘트 간 박리가 방지되는 것을 알 수 있다.
도 21은 표 3의 고무 마스터 배치를 이용하여 제조된 테트스용 시편의 예들을 나타낸다.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따라 제조된 선박용 EXP들의 인장강도를 측정한 공인 시험 성적서이다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP의 실제 사진 및 장착도를 나타낸다.
상기 EXP(100)의 색상은 기본적으로 주원료인 고무의 색깔인 검은색을 띄고 있다. 그러나 상기 EXP(100) 내부에는 절단된 단섬유 형태의 슈퍼 섬유가 균일하게 분산배치되어 있어, 기존의 EXP에 비하여 내구성, 인열 강도, 인장 강도 등 물리적인 특성이 향상된 것을 특징으로 한다.
이때, 절단된 단섬유 형태의 슈퍼 섬유는 슈퍼 섬유 필라멘트사를 접착 수지로 코팅한 다음 절단한 것인데, 이러한 특성으로 인하여 EXP 제조과정에서의 슈퍼 섬유 절단의 어려움이 해소될 수 있고, 피브릴 현상을 최소화시킬 수 있으며, 슈퍼 섬유와 고무 사이의 접착력이 높아질 수 있다. 이하에서는 다른 도면들을 참조하여 상기 EXP(100) 제조 과정을 상세히 살펴 본다.
도 2는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법의 흐름도이다. 이하 필요한 도면들을 참조하여 상기 EXP 제조 방법을 설명한다.
먼저, 슈퍼 섬유 필라멘트사에 접착 수지를 코팅하여 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사를 제조한다(S100). 여기서 슈퍼 섬유에는 파라 아라미드 섬유, 메타 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌(ultra high molecular weight polyEthylene) 섬유 등 물리적 특성이나 화학적 특성이 매우 높은 섬유가 포함될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 상술한 예들로 한정되는 것은 아니다.
상기 결합 수지는 슈퍼 섬유 필라멘트사의 표면에 기계적 결합을 통하여 접착되는 반응 수지와 상기 반응 수지 및 고무 사이에 화학적으로 크로스링크(crosslink)되는 결합 수지를 포함할 수 있다. 상기 접착 수지는 에폭시(epoxy) 및 이소시아네이트(isocyanate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 접착 수지는 레소시놀 포르말데이드 라텍스(RFL: Resorcinol Formaldehyde Latex) 수지일 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서, 슈퍼 섬유 필라멘트사에 접착 수지가 코팅되는 과정을 나타내는 도면이다.
권취 수단에 감겨있는 슈퍼 섬유 필라멘트사가 풀리면서 접착 수지 저장 공간을 통과하면서(dipping) 슈퍼 섬유 필라멘트사에 접착 수지가 코팅된다. 그런 다음 슈퍼 섬유 필라멘트사가 열 처리 장치를 통과하면서 건조 및 수지 함침이 수행되며, 그런 다음 권취 수단에 감김으로써 접착 수지 코팅 과정이 마무리된다.
도 4는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서, 슈퍼 섬유(파라 아라미드) 필라멘트사에 접착 수지가 코팅되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 파라 아라미드 필라멘트사에 수지가 불균일하게 침투되는 경우에는 절단 불량이 발생할 수 있음을 나타낸다. 이와 더불어 수지가 불균일하게 침투할 경우 고무와의 접착력 역시 저하될 수 있음은 물론이다. 이러한 문제점을 방지하기 위해서는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 파라 아라미드 섬유에 수지가 균일하게 침투되어야 한다. 이를 위해서는 접착 수지의 농도 및 배합 비율 등의 접착수지 조건과 처리 속도, 열처리 온도, 침적(dipping) 횟수 등의 표면 처리 공정 조건이 최적화되어야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 접착 수지 코팅 전후 슈퍼 섬유의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
코팅 전후 슈퍼 섬유의 실제 사진인, 도 5의 (a)를 참조하면 슈퍼 섬유에 접착 수지를 코팅함에 따라 섬유의 색상이 짙은 갈색으로 변경된 것을 알 수 있다. 그리고 코팅 전후 슈퍼 섬유의 상태 개념도인 도 5의 (b)를 참조하면, 슈퍼 섬유의 일종인 파라 아라미드 원사 표면에 접착수지가 코팅된 것을 알 수 있다. 한편, 도 5에 도시되지는 않았으나 접착 수지 코팅 이후의 파라 아라미드 원사 내부에는 도 4에서 살펴본 바와 같이 접착 수지가 고르게 함침되는 것이 바람직하다.
다시 도 2를 참조하면, 슈퍼 섬유 필라멘트사에 접착 수지가 코팅된 다음, 상기 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사를 1mm 내지 6mm 길이로 절단하여 절단된 코팅 슈퍼 섬유사가 제조된다(S110). 슈퍼 섬유 필라멘트사를 1mm 미만으로 절단할 경우 고무 내에서 고른 분산이 가능하나 절단 정밀도가 떨어질 수밖에 없고, 슈퍼 섬유 필라멘트사를 6mm 이상으로 절단할 경우 절단 용이성은 높으나 고무 내에서의 고른 분산이 어려운 문제점이 있다. 그러므로 본 발명에서는 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사를 1mm 내지 6mm 길이로 절단하여 고무 마스터 배치에 믹싱한다.
도 6은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 접착 수지가 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사가 절단되는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)는 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사가 절단 장치(200)로 투입되면서 일정 길이로 절단되는 것을 나타내며, 도 6의 (b)는 그 결과 슈퍼 섬유 필라멘트사가 1mm 내지 6mm 길이로 절단되는 것을 나타낸다. 이때, 투입량(가당 수), 투입 형태, 투입 속도, 진동체 메쉬 등의 공정 조건으로 슈퍼 섬유의 종류나 사용 용도에 적합하도록 결정되어야 한다. 그리고 절단된 슈퍼 섬유의 길이는 용도에 적합하도록 결정되어야 한다. 슈퍼 섬유는 접착 수지에 코팅된 상태이므로 균일 절단 품질(절단 길이의 정밀도, 절단면의 균일성 등) 확보가 용이하다.
도 7은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 접착 수지가 코팅된 슈퍼 섬유 필라멘트사 절단에 이용되는 절단 장치의 일예인 길로팅 커팅기의 사진이다.
길로팅 커팅기의 경우 파라 아라미드 섬유뿐만 아니라 다양한 종류의 슈퍼 섬유 커팅이 가능하며 슈퍼 섬유를 0.5mm 내지 80mm 길이로 절단할 수 있는 절단 장치이다. 본 발명에서는 접착 수지에 의하여 코팅된 상태의 슈퍼 섬유를 절단하므로 보다 정밀도 높은 절단 공정이 수행될 수 있다. 한편, 본 발명에 이용되는 대표적인 슈퍼 섬유인 1500d/1000fila의 파라 아라미드 필라멘트사의 경우 접착수지 코팅된 상태에서, 커팅 속도(cutting speed) 150 coupes/min, 가압 물질 두께(compressed material thickness) 130mm의 공정 조건으로 길로팅 커팅기에 의하여 절단될 경우 절단 정밀도 및 효율이 동시에 높게 측정되었다.
도 8은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 절단된 코팅 슈퍼 섬유사와 미코팅 상태에서 절단된 슈퍼 섬유의 실제 사진을 나타낸다.
미 코팅된 상태에서 슈퍼 섬유 필라멘트사는 필라멘트가 분리되어 버리며 원사 표면 및 절단면이 균일하지 못한 것을 알 수 있다. 이 경우 절단 정밀도는 낮아질 수밖에 없으며 공정 과정에서 피브릴 현상이 일어날 수 있고, 고무와의 접착력 역시 낮아질 수밖에 없다.
그러나 접착 수지 코팅 후 절단된 슈퍼 섬유는 그 표면 및 절단면이 균일한 것을 알 수 있다. 즉, 슈퍼 섬유 필라멘트사가 접착 수지 코팅 후 절단되면, 절단 정밀도가 높고, 피브릴 현상을 억제할 수 있으면, 나아가 고무와의 접착력 역시 높을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 절단된 슈퍼 섬유사가 제조되면, 상기 절단된 코팅 슈퍼 섬유사를 고무 마스터배치(master batch)와 믹싱하여 단방향 롤링(rolling)을 수행함으로써 상기 절단된 슈퍼 섬유사의 배향성(orienation)이 증가된 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치가 제조된다(S120). 상기 고무 마스터 배치는 기본 고무에 각종 첨가제가 배합되어 있다. 아래의 표 1 및 표 2는 본 발명에 이용되는 각종 고무의 종류 및 고무에 배합되는 각종 첨가제를 나타낸다.
Figure 112015129546119-pat00001
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선박용 EXP 제조에는 NBR(Nitrile Butadiene Rubber), HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), FKM(Fluorinated Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), Q(Silicone Rubber) 등의 다양한 고무가 이용될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 고무의 종류는 선박용 EXP가 요구하는 성능, 장착되어 사용될 환경, 경제성 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
Figure 112015129546119-pat00002
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박용 EXP 제조 시, 가황제, 가황촉진제, 가황지연제, 소련촉진제 등의 다양한 첨가제가 고무에 배합되는 것을 알 수 있다. 고무에 함께 배합되는 첨가제의 종류 및 용량은 선박용 EXP가 요구하는 성능, 장착되어 사용될 환경, 경제성 등을 고려하여 결정되어야 할 것이다.
한편, 고무 마스터 배치는 고무 원료를 가공하여 점착성과 탄성이 향상시키기 위하여 소련 공정을 거친 다음, 첨가제를 배합하여 혼련함으로써 제조된 것일 수 있다. 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 고무 원료의 소련 공정에 이용되는 소련 밀(mill) 장치 및 니더(kneader)의 일예를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치 제조 과정에서 수행되는 혼련 공정을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 12는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치 제조 과정에서 수행되는 혼련 공정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면 고무와 첨가제(배합제나 충진제 등)가 원료 고무와 함께 롤러 사이를 통과하면서 혼합되고 첨가제가 고무 내에서 분산되는 것을 나타낸다. 그리고 도 12를 참조하면, 혼련 과정이 수행될수록 고무가 유연해지고 탄력성이 높져 롤러에 골고루 밀착되어 고무 및 첨가제의 혼합이 균일하게 수행될 수 있음을 알 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무 마스터 배치와 절단된 슈퍼 섬유를 믹싱하여 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치를 제조 과정에서 수행되는 단방향 롤링 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 절단된 파라 아라미드사와 고무가 믹싱되어 단방향 롤링되면서 고무 내에서 절단된 파라 아라미드사가 균일하게 배향(orientation)되는 것을 알 수 있다. 이렇게 고무 내에서 균일하게 배향된 파라 아라미드 절단사는 EXP 제조 완료시 강도 및 내구성을 증가시키는 역할을 할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라서 제조되는 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치의 예들을 나타낸다.
도 14를 참조하면 접착 수지가 코팅되어 절단된 1mm 내지 6mm 길이의 파라 아라미드사가 고무 마스터 배치 내에 방향성을 가지고 분산 배향되어 있는 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치가 제조되는 것을 알 수 있다. 도 14에서의 파라 아라미드사 배향도는 앞서 살펴본 단방향 롤링 과정에 의하여 더 향상될 수 있다.
도 15를 참조하면, 접착 수지가 코팅되어 5mm 길이로 절단된 슈퍼 섬유사가 고무 내에서 무작위 방향으로 배향되어 있는 슈퍼 섬유 분산 고무 마스터 배치가 제조되는 것을 알 있다. 도 15의 예에서는 도 14에 도시된 예와 비교하여 슈퍼 섬유사의 배향도가 낮은데 이는 단방향 롤링 과정이 수행되지 않아서 그런 것일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 슈퍼 섬유 분산 마스터 배치가 제조된 다음, 상기 슈퍼 섬유 분산 마스터 배치를 CRB(Cold Runner Block) 금형에 주입하여 선박용 EXPExpansion Joint Packing Seal)를 성형하는 단계가 수행된다(S130). 그런 다음, 성형된 선박용 EXP를 금형에서 분리함으로써 최종적으로 선박용 EXP 제조 공정이 마무리 된다(S140).
도 16은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 선박용 EXP 성형에 이용되는 CRB 인젝션 성형 방식을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 17은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에서 선박용 EXP 성형에 이용되는 CRB 인젝션 금형의 실제 사진을 나타낸다.
도 16 및 도 17에 도시된 CRB 인젝션 성형 방식은 대량생산에 적합하고 안정적인 외형과 고무 물성 유지에 적합한 방식이다. CRB 인젝션 성형은 고무의 종류에 따라서 165도에서 10도 오차 범위의 온도에서 300초에서 100초의 오차 범위의 시간동안 이루어질 수 있다. 온도가 너무 높으거나 성형 시간이 길어지면 고무의 물성이 약화될 수 있고, 온도가 너무 낮거나 성형 시간이 너무 짧으면 성형이 잘 안될 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 있어서, 고무와 슈퍼 섬유 사이의 접착 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 RFL 수지의 3차원 망상 구조를 나타낸다. 도 18을 참조하면, 상기 RFL 수지는 레소시놀(resorcinol), 포르말데이드(formaldehyde), 및 라텍스(latex)가 3차원적으로 접착역할을 하는 개념적으로 나타낸 것이다. 그리고 도 19를 참조하여 고무와 슈퍼 섬유 사이의 접합 메커니즘(mechanism)을 분석해 보면, 우선 고무는 RFL을 통하여 화학적으로 크로스 링크(Cross link)가 되어 있으며, RFL과 슈퍼 섬유 사이에는 에폭시(Epoxy) 또는 이소시아네이트(isocyanate)가 있어서, RFL과 에폭시 또는 이소시아네이트 역시 화학적으로 크로스 링크되어 있다. 그리고 슈퍼 섬유와 에폭시는 기계적인 결합을 통하여 접착되어 있음을 알 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법에 따라 제조된 선박용 EXP에서 피브릴 현상에 따른 엉김이나 고무와 필라멘트 간 박리가 방지되는 것을 알 수 있다. 이는 슈퍼 섬유에 접착 수지를 코팅한 다음 절단하여 고무와 혼합하기 때문에 발현되는 효과이다. 그리고 이러한 효과에 의하여 최종 제품인 선박용 EXP의 내구성이나 강도 역시 더 증가될 수 있다.
표 3은 본 발명에 따른 EXP 제조에 이용되는 고무 마스터 배치의 배합표를 나타낸다. 표 3을 참조하면, 상기 고무 마스터 배치는 CR, FMK, NBR, EPDM, Silicon 등 다양한 종류의 고무에 각종 첨가제를 혼합하여 제조될 수 있음을 알 수 있다.
Figure 112015129546119-pat00003
도 21은 표 3의 고무 마스터 배치를 이용하여 제조된 테트스용 시편의 예들을 나타낸다. 도 21의 (a)는 단순히 고무 마스터 배치를 이용하여 제조한 것이며, 도 21의 (b)는 고무 마스터 배치에 코팅된 파라 아라미드 섬유를 1mm, 3mm, 및 6mm로 절단하여 첨가하여 제조된 것이다.
표 4는 도 21의 (a)에 도시된 테스트용 시편의 물적 특성을 측정한 결과를 나타내며, 표 5는 도 21의 (b)에 도시된 테스트용 시편의 물적 특성을 측정한 결과이다.
Figure 112015129546119-pat00004
Figure 112015129546119-pat00005
표 4 및 표 5를 참조하면 길이가 1mm인 파라 아라미드사가 CR, FKM, EPDM에 첨가된 경우에 인장강도가 비약적으로 증가되며, 길이가 3mm인 파라 아라미드사가 NBR, FMK, EPDM에 첨가된 경우에 인장강도가 비약적으로 증가되며, 길이가 6mm인 파라 아라미드사가 NBR, EPDM에 첨가된 경우에 인장강도가 비약적으로 증가되는 것을 알 수 있다. 그러므로 상술한 조합에 따라 선박용 EXP를 제조할 경우 기존의 선박용 EXP에 비하여 보다 내구성이 강한 선박용 EXP를 제조할 수 있을 것이다.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따라 제조된 선박용 EXP들의 인장강도를 측정한 공인 시험 성적서이다. 도 22 및 도 23을 참조하면, CR 및 NBR 고무에 접착 수지가 코팅된 파라 아라미드사를 고무 마스터 배치에 첨가하여 제조된 선박용 EXP의 인장강도가 상대적으로 높게 나온 것을 알 수 있다. 그러므로 특별히 이러한 고무를 주원료로 하여 제조된 EXP가 사용될 환경에 부적합한 경우가 아니라면, 이러한 고무를 주원료로 하여 본 발명에 따라 선박용 EXP를 제조하여 본 발명에 따른 효과를 누릴 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 선박용 EXP 200: 절단 장치

Claims (5)

  1. 파라 아라미드 필라멘트사를, 상기 파라 아라미드 필라멘트사의 표면에 기계적 결합을 통하여 접착되는 에폭시 수지와 상기 에폭시 수지에 화학적으로 크로스링크(crosslink)된 레소시놀 포르말데히드 라텍스(RFL: Resorcinol Formaldehyde Latex) 수지가 혼합된 접착 수지에 디핑(dipping)시켜 건조하는 단계를 포함하되, 상기 레소시놀 포르말데히드 라텍스는 상기 에폭시 수지와 화학적 크로스링크된 상태에서 향후 고무 원료와 화학적으로 크로스링크를 추가 형성하는 것을 특징으로, 코팅된 파라 아라미드 필라멘트사를 제조하는 단계;
    상기 코팅된 파라 아라미드 필라멘트사를 1mm 내지 6mm 길이로 절단하여 절단된 파라 아라미드 섬유사를 제조 단계;
    고무 원료를 소련한 다음 첨가제를 배합 혼련하여 고무 마스터배치(master batch)를 제조하고, 상기 절단된 파라 아라미드 섬유사를 상기 고무 마스터배치와 믹싱하여 단방향 롤링을 수행함으로써 상기 절단된 파라 아라미드 섬유사의 배향성(orienation)이 증가된 파라 아라미드 섬유 분산 고무 마스터 배치를 제조하는 단계; 및
    상기 파라 아라미드 섬유 분산 마스터 배치를 CRB(Cold Runner Block) 인젝션 금형(injection mold)에 주입하여 선박용 EXP(Expansion Joint Packing Seal)를 성형하는 단계를 포함하며,
    상기 절단된 파라 아라미드 섬유사의 길이가 1mm인 경우에는 상기 고무 원료는 CR 및 EPDM 고무 중 어느 하나이며, 상기 절단된 파라 아라미드 섬유사의 길이가 3mm 인 경우에는 상기 고무 원료는 NBR 및 EPDM 고무 중 어느 하나이며, 상기 절단된 파라 아라미드 섬유사의 길이가 6mm인 경우에는 상기 고무 원료는 NBR 고무인 것을 특징으로 하는, 절단된 슈퍼 섬유를 이용하여 내구성을 향상시킨 선박용 EXP 제조 방법.
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JP2011021074A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Kaneka Corp 熱可塑性エラストマー樹脂組成物

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