KR102625739B1 - 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 및 그 제조방법에 있어서, 천연 고무, 부타디엔 고무 및 니트릴부타디엔 고무를 혼합한 고무혼합물을 준비하는 고무혼합물 준비단계; 상기 고무혼합물에 탄소섬유 및 첨가물을 혼합하여 고무탄소혼합물을 형성하는 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계; 상기 고무탄소혼합물을 이용하여 시트를 형성하고, 상기 시트의 표면에 상기 탄소섬유를 분사시키는 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계; 및 상기 시트를 압축성형하여 아웃솔을 제조하는 시트 압축성형단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 탄소섬유를 포함하는 아웃솔을 제조하여 아웃솔의 고무 탄성력과 마른 지면에서의 마찰력을 유지하면서 탄소섬유를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유에 의해 지면과 아웃솔 사이의 수막을 파괴함으로써 바닥이나 빙판과 같이 미끄러운 지면으로부터 내슬립성을 향상가능한 효과가 있다.
Description
본 발명은 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔을 제조하여 아웃솔의 고무 탄성력과 마른 지면에서의 마찰력을 유지하면서 탄소섬유를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유에 의해 지면과 아웃솔 사이의 수막을 파괴함으로써 바닥이나 빙판과 같이 미끄러운 지면으로부터 내슬립성을 향상시킬 수 있는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 및 그 제조방법에 관한 것이다.
구두, 운동화, 스니커즈 등의 신발 바닥창에 해당하는 아웃솔(outsole)은 고무나 폴리우레탄 등을 발포 성형하여 제조하는 것이 일반적이며, 아웃솔의 경우 소정의 탄성력과 충격흡수성을 가지고 있어야 한다. 또한, 아웃솔은 탄성력, 충격흡수성과 함께 지면과의 잦은 마찰로 인한 사용 수명 단축을 방지하기 위한 내마모성, 지면으로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위한 내슬립성, 다양한 오염물질로부터 물성이 변하지 않게 하기 위한 내화학성 등이 요구된다.
특히 최근에는 생활수준의 급격한 향상으로 사람들이 생활하는 모든 공간, 빌딩, 지하도 등과 같은 각종 건축물의 복도나 계단이 대리석 또는 각종 타일을 사용하여 시공되고 있다. 이에 따라 일상생활 중 빈번하게 미끄러져 골절상 등을 입는 사고가 종종 발생하고 있으며, 또한 얼음이 얼어붙은 빙판 또는 얼음이 녹아 수막이 형성된 바닥면에서도 쉽게 미끄러져 골절되는 안전사고가 쉽게 발생하고 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 아웃솔의 표면을 거칠게 제조하거나, 또는 아웃솔의 경도를 높이는 방향으로 아웃솔을 제조하여 지면으로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위한 내슬립성을 증가시키는 기술이 알려져 있다. 하지만 이와 같이 내슬립성을 증가시키기 위해 아웃솔의 표면을 거칠게 제조할 경우 표면과의 마찰로 인해 아웃솔의 사용 수명이 단축되는 등 내마모성이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서 내슬립성과 내마모성이 모두 우수한 아웃솔을 개발하는 것이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탄소섬유를 포함하는 아웃솔을 제조하여 아웃솔의 고무 탄성력과 마른 지면에서의 마찰력을 유지하면서 탄소섬유를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유에 의해 지면과 아웃솔 사이의 수막을 파괴함으로써 바닥이나 빙판과 같이 미끄러운 지면으로부터 내슬립성을 향상시킬 수 있는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은, 천연 고무, 부타디엔 고무 및 니트릴부타디엔 고무를 혼합한 고무혼합물을 준비하는 고무혼합물 준비단계; 상기 고무혼합물에 탄소섬유 및 첨가물을 혼합하여 고무탄소혼합물을 형성하는 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계; 상기 고무탄소혼합물을 이용하여 시트를 형성하고, 상기 시트의 표면에 상기 탄소섬유를 분사시키는 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계; 및 상기 시트를 압축성형하여 아웃솔을 제조하는 시트 압축성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계는, 1 내지 3mm 길이의 상기 탄소섬유를 준비하는 탄소섬유 준비단계; 플라즈마 처리 및 실란 처리를 통해 상기 탄소섬유의 표면을 개질하는 탄소섬유 표면개질단계; 및 표면개질된 상기 탄소섬유와 상기 첨가물을 상기 고무혼합물에 투입 및 혼합하여 상기 고무탄소혼합물을 형성하는 탄소섬유 및 첨가물 투입단계;를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 탄소섬유 표면개질단계는, 상기 탄소섬유를 1,000 내지 1,500W로 30초 내지 3분 동안 플라즈마 처리하여 하이드록시기가 형성된 활성화 탄소섬유를 얻은 후, 실란 커플링제를 포함하는 실란 수용액에 상기 활성화 탄소섬유를 침지하여 표면개질된 상기 탄소섬유를 얻는 것이 바람직하다.
또한, 상기 첨가물은, 산화아연, 스테아린산, 폴리에틸렌글리콜, 실란 커플링제, 마모제, 고무배합유, 2-머캅토벤조싸이아졸, 다이벤조싸이아질디설파이트 및 테트라메틸싸이우램디설파이드를 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 천연 고무 5 내지 10중량부; 부타디엔 고무 20 내지 30중량부; 니트릴부타디엔 고무 2 내지 5중량부; 및 1 내지 3mm 길이의 탄소섬유 0.5 내지 1중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔에 의해서도 달성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탄소섬유를 포함하는 아웃솔을 제조하여 아웃솔의 고무 탄성력과 마른 지면에서의 마찰력을 유지하면서 탄소섬유를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유에 의해 지면과 아웃솔 사이의 수막을 파괴함으로써 바닥이나 빙판과 같이 미끄러운 지면으로부터 내슬립성을 향상가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법의 순서도이고,
도 2는 아웃솔 제조방법 중 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계의 상세 순서도이고,
도 3은 탄소섬유 분사의 설명도이고,
도 4는 아웃솔 단면의 SEM 사진이고,
도 5 내지 도 7은 아웃솔의 경도, 내슬립성 및 내마모성의 실험 결과를 나타낸 시험성적서이다.
도 2는 아웃솔 제조방법 중 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계의 상세 순서도이고,
도 3은 탄소섬유 분사의 설명도이고,
도 4는 아웃솔 단면의 SEM 사진이고,
도 5 내지 도 7은 아웃솔의 경도, 내슬립성 및 내마모성의 실험 결과를 나타낸 시험성적서이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법의 순서도이고, 도 2는 아웃솔 제조방법 중 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계의 상세 순서도이고, 도 3은 탄소섬유 분사의 설명도이고, 도 4는 아웃솔 단면의 SEM 사진이고, 도 5 내지 도 7은 아웃솔의 경도, 내슬립성 및 내마모성의 실험 결과를 나타낸 시험성적서이다.
본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 고무혼합물 준비단계(S100), 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계(S200), 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계(S300), 시트 압축성형단계(S400)를 포함한다.
먼저 고무혼합물 준비단계(S100)는, 천연 고무, 부타디엔 고무 및 니트릴부타디엔 고무를 혼합한 고무혼합물을 준비하는 단계를 의미한다.
신발용 아웃솔의 대부분을 차지하는 고무를 얻기 위해 여러 종류의 고무를 혼합하여 고무혼합물을 형성하며, 여러 종류의 고무 중 본 발명에서는 천연 고무, 부타디엔 고무 및 니트릴부타디엔 고무를 혼합하여 고무혼합물을 형성한다.
천연 고무(natural rubber)는 천연 식물에서 얻어지는 고무재료를 말하며, 고무 나무에서 라텍스라는 고무분을 함유하는 유액을 채취한 후 라텍스를 건조시키는 방법으로 제조된다. 이러한 천연 고무는 5 내지 10중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 천연 고무가 5중량부 미만일 경우 탄성력이 뛰어나지 못하여 경도가 높은 아웃솔이 제조되며 이는 내마모성을 증가시키는 요인이 될 수 있다. 또한 가격대가 높은 천연 고무의 함량이 10중량부를 초과할 경우 아웃솔을 제조하는 데 드는 제조비용이 증가하기 때문에 바람직하지 않은 함량에 해당한다.
부타디엔 고무(butadiene rubber)는 아세틸렌(acetylene)에서 얻은 부타디엔(butadiene)을 중합하여 만든 합성고무로, 내열성 및 내부식성이 우수하여 아웃솔에 사용하기 적합한 소재이다. 이러한 부다티엔 고무는 고무혼합물 중 가장 많은 비율을 차지하는 20 내지 30중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 부타디엔 고무가 20중량부 미만일 경우 아웃솔에 기본 요건에 해당하는 내열성 및 내부식성이 떨어지게 되며, 30중량부를 초과할 경우 천연 고무 및 니트릴부타디엔 고무보다 과도한 양으로 첨가되기 때문에 각 고무의 효과 밸런스가 맞지 않게 된다.
니트릴부타디엔 고무(nitrilebutadiene rubber)는 아크로니트릴(acronitrile)과 부타디엔을 공중합하여 만든 합성고무로, 물과 기름을 잘 견디는 내오염성이 우수하나 천연 고무 및 부타디엔 고무에 비해서는 가공성이 우수하지 못하기 때문에 가장 낮은 함량인 2 내지 5중량부를 포함하도록 한다. 만약 니트릴부타디엔 고무가 2중량부 미만일 경우 아웃솔의 내오염성이 부족해지게 되며, 5중량부를 초과할 경우 아웃솔의 가공성이 떨어져 원하는 형상의 아웃솔을 형성할 수 없게 된다.
이러한 고무혼합물의 최적의 함량은 각각 천연 고무 6중량부, 부타디엔 고무 26중량부 및 니트릴부타디엔 고무 4중량부가 가장 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
탄소섬유 및 첨가물 혼합단계(S200)는, 고무혼합물에 탄소섬유 및 첨가물을 혼합하여 고무탄소혼합물을 형성하는 단계를 의미한다. 이러한 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계(S200)는 도 2에 도시된 바와 같이 탄소섬유 준비단계(S210), 탄소섬유 표면개질단계(S220) 및 탄소섬유 및 첨가물 투입단계(S230)를 포함한다.
탄소섬유 준비단계(S210)는, 1 내지 3mm 길이의 탄소섬유를 준비하는 단계를 의미한다.
탄소섬유는 아웃솔의 내마모성 및 내슬립성을 증가시키기 위해 첨가되는 구성에 해당한다. 탄소섬유의 경우 고무혼합물보다 강도가 높고 표면이 거칠게 이루어지며, 이러한 탄소섬유가 고무혼합물과 함께 아웃솔로 제조될 경우 탄소섬유가 아웃솔의 내부와 표면에 위치하게 된다. 아웃솔의 내부에 존재하는 탄소섬유는 고무혼합물과 엉켜 아웃솔의 내구성을 증가시키는 역할을 하며, 아웃솔의 표면에 존재하는 탄소섬유는 지면과 마찰을 일으키게 된다. 이와 같이 아웃솔이 지면과 마찰을 일으킬 경우 탄소섬유의 강도가 고무혼합물보다 높기 때문에 탄소섬유가 마모되는 것이 최소화되어 내마모성이 증가하게 된다. 즉, 고무혼합물로만 제조된 아웃솔의 경우 지면과의 마찰에 의해 쉽게 마모 되지만, 여기에 탄소섬유가 포함될 경우 마모되는 면적이 감소할 뿐 아니라 탄소섬유가 지면과 먼저 접촉하기 때문에 고무혼합물이 마모되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한 아웃솔의 표면에 탄소섬유가 포함될 경우 고무혼합물에 비해 표면이 거친 탄소섬유에 의해 지면을 이동시 미끄러지는 문제를 방지할 수 있어 내슬립성이 증가하게 된다. 이뿐만 아니라 지면과 아웃솔 사이에 존재할 수 있는 수막을 탄소섬유를 이용하여 파괴함으로써 수막 또는 빙판 등으로부터 지면과 아웃솔 간의 접지력을 향상시킬 수 있으며, 아웃솔의 수명을 증가시킬 수 있다.
여기서 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유, PITCH계 탄소섬유, 카본촙, 밀드카본 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
PAN계 탄소섬유는 PAN(poly acrylo nitrile)을 원료로 하는 탄소섬유를 의미하며, regular tow type과 large tow type으로 나누어진다. 이 중 regular tow type은 섬유속을 구성하는 단섬유의 본수가 1,000 내지 24,000본으로 이루어지며, 비교적 가는 섬유다발의 탄소섬유에 해당하여 높은 역학적 특성을 가진 우수한 고성능 등급으로 분류된다. large tow type은 40,000본 이상의 단사가 모여진 섬유속으로 범용적으로 사용가능한 탄소섬유에 해당한다.
PITCH계 탄소섬유는 원료 피치(pitch)의 특성에 따라 이방성 타입과 등방향성 타입으로 분류되는 탄소섬유로, 석유나 석탄에서 나오는 pitch를 그대로 원료로 사용하여 제조한 것에 해당한다.
이러한 탄소섬유는 1 내지 3mm의 길이로 이루어지며, 0.5 내지 1중량부 혼합되는 것이 바람직하다. 탄소섬유가 1mm 미만의 길이로 이루어질 경우 짧은 길이로 인해 아웃솔의 내구성 증가와 표면의 내마모성 및 내슬립성을 증가시키기 어려우며, 3mm를 초과할 경우 탄소섬유끼리 서로 뭉쳐 양질의 아웃솔을 제조할 수 없다는 문제점이 있다. 또한 탄소섬유가 0.5중량부 미만으로 첨가될 경우 첨가되는 양이 충분하지 못하여 내마모성 및 내슬립성을 증가시키기 어려우며, 1중량부를 초과할 경우 고무혼합물에 의해 강성이 높기 때문에 딱딱한 아웃솔이 제조되어 사용자가 사용하기 불편해진다는 단점이 있다.
탄소섬유 표면개질단계(S220)는, 플라즈마 처리 및 실란 처리를 통해 탄소섬유의 표면을 개질하는 단계를 의미한다.
탄소섬유의 표면개질은 탄소섬유와 고무혼합물 간의 계면 접착강도를 향상시키면서 탄소섬유의 균일한 분산을 위해 이루어진다. 만약 탄소섬유를 표면개질하지 않고 그대로 고무혼합물과 혼합할 경우 탄소섬유가 고무혼합물에 섞이지 않고 탄소섬유끼리 뭉치게 되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 탄소섬유를 표면개질하여 고무혼합물에 용이하게 분산되도록 한다.
탄소섬유의 경우 표면에 하이드록시기(-OH)를 포함하고 있지 않기 때문에 여기에 바로 실란 처리를 하더라도 계면강도 증가 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 탄소섬유에 하이드록시기를 부여하기 위해 클리닝, 산화처리, 고분자화 등 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 그 중 부산물을 거의 발생시키기 않으면서 짧은 시간에 간단하게 하이드록시기 생성이 가능한 플라즈마 처리를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 탄소섬유에 먼저 플라즈마 처리를 하여 표면이 활성화된 활성화 탄소섬유를 얻은 후 여기에 실란처리를 하는 과정을 거치게 된다.
탄소섬유의 플라즈마 처리 조건의 경우 1,000 내지 1,500W로 30초 내지 3분 동안 플라즈마 처리를 하게 되는데, 만약 1,000W 미만 또는 30초 미만으로 플라즈마 처리를 할 경우 탄소섬유의 표면에 하이드록시기가 충분히 생성되지 않아 실란 처리를 하더라도 계면 접착강도 증가 효과가 미미하며, 1,500W 또는 3분 초과로 플라즈마 처리를 할 경우 탄소섬유의 표면이 활성화 되는 것을 넘어 탄소섬유 전체가 타버리거나 또는 하이드록시기 생성을 지나 카르복시기(-COOH)가 생성되어 형질이 변하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같이 플라즈마 처리를 수행하게 되면 표면에 하이드록시기가 생성된 활성화 탄소섬유를 얻을 수 있게 된다. 가장 바람직한 플라즈마 처리 조건은 대기압 에어 플라즈마(atmospheric air plasma)를 사용하는 것이며, 입력전원(input voltage)은 220±10%, single phase[VAC], 플라즈마 출력(plasma output)은 1,000[Watt], 프라즈마 처리 지그 헤드 크기는 40파이(mm), 탄소섬유 플라즈마 처리 시간은 1분이 가장 우수하다.
그 다음 실란 커플링제를 이용하여 활성화 탄소섬유에 실란 처리를 하는 과정은, 표면에 하이드록시기를 가지는 물질과 강한 화학결합을 형성하는 실란 커플링제를 활성화 탄소섬유와 혼합하여 탄소섬유를 표면개질하는 방법으로 이루어진다. 이때 실란의 유기 작용기는 고무혼합물과 물리적 가교결합인 상호침입고분자망상(interpenetration polymer network, IPN)을 형성하여 화학적인 결합이 힘든 고무혼합물의 계면 접착강도를 증가시키게 된다.
실란 처리 방법으로는 pH4.2의 초산 수용액 100중량부에 1 내지 5중량부의 실란 커플링제를 넣은 후 1시간 동안 교반시켜 실란 수용액을 형성하고, 여기에 활성화 탄소섬유를 20 내지 60분 동안 침지한 후 꺼내어 80 내지 130℃의 오븐에서 1시간 동안 건조하여 표면개질된 탄소섬유를 얻을 수 있게 된다.
탄소섬유 및 첨가물 투입단계(S230)는, 표면개질된 탄소섬유와 첨가물을 고무혼합물에 투입 및 혼합하여 고무탄소혼합물을 형성하는 단계를 의미한다.
고무혼합물 준비단계(S100)를 통해 얻어진 고무혼합물에, 탄소섬유 표면개질단계(S220)의 탄소섬유 및 첨가물을 투입한 후 이를 교반기에 넣고 교반하여 균일하게 섞인 고무탄소혼합물을 형성하게 된다. 교반기의 경우 50 내지 60℃의 온도로 설정한 후 고무혼합물, 탄소섬유 및 첨가물을 투입하여 10 내지 20분 교반하게 되면 아웃솔을 형성하기 위한 고무탄소혼합물이 얻어진다.
여기서 첨가물은 고무탄소혼합물을 융합시키기 위한 산화아연 2.3중량부, 제조되는 아웃솔끼리 달라붙는 것을 방지하기 위한 스테아린산 0.35중량부, 점도 증가 및 분산을 위한 폴리에틸렌글리콜 1.6중량부, 고무혼합물과 무기 특성을 가지는 첨가물 간의 혼합을 위한 실란 커플링제 1중량부, 내마모성을 증가시키기 위한 마모제 1중량부, 아웃솔의 탄성을 조절하기 위한 고무배합유 1.5중량부, 2-머캅토벤조싸이아졸(2-mercaptobenzothiazole) 0.15중량부, 다이벤조싸이아질디설파이트(dibenzothiazyl disulfide) 0.4중량부, 테트라메틸싸이우램디설파이드(tetramethyl thiuram disulfide) 0.04중량부를 첨가한다. 이러한 첨가물은 고무혼합물을 이용하여 아웃솔을 형성하기 위해 포함되어야 하는 구성에 해당한다.
시트 형성 및 탄소섬유 분사단계(S300)는, 고무탄소혼합물을 이용하여 시트를 형성하고, 시트의 표면에 탄소섬유를 분사시키는 단계를 의미한다.
고무탄소혼합물을 이용하여 시트를 형성하기 위해 고무탄소혼합물에 유황을 첨가한 후 오픈롤밀(open roll mill)을 이용하여 균일하게 분산시킨 후 고무탄소혼합물을 시트 형상으로 형성한다. 이때 유황은 고무탄소혼합물의 경화를 위해 첨가되는 것으로 0.6 내지 1중량부 혼합된다. 만약 유황이 0.6중량부 미만으로 첨가될 경우 고무탄소혼합물이 제대로 경화되지 않으며, 1중량부를 초과할 경우 고무탄소혼합물이 시트 형상으로 형성되는 도중 경화되어 원하는 두께 및 형상의 시트를 얻을 수 없게 된다. 또한 오픈롤밀의 회전속도는 20회/분에 해당하며, 이때 롤링 온도는 50 내지 90℃로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 고무탄소혼합물을 이용하여 시트를 형성하는 중 도 3에 도시된 바와 같이 시트의 표면에 탄소섬유를 분사시키는 과정을 거치게 된다. 상세하게는 오픈롤밀을 이용하여 시트를 형성하는 롤러의 상부에 탄소섬유가 분사되도록 위치시키고, 롤링되는 시트의 상부에 탄소섬유를 분사시켜 시트의 표면에 탄소섬유가 위치되도록 한다. 이는 탄소섬유가 아웃솔의 표면으로부터 노출되도록 하여 탄소섬유에 의한 내슬립성 및 내마모성을 더욱 증가시키기 위함이다. 이와 같이 아웃솔의 표면에 탄소섬유가 위치하도록 탄소섬유는 0.1 내지 0.2중량부를 사용하여 분사하는 것이 바람직하다.
시트 압축성형단계(S400)는, 시트를 압축성형하여 아웃솔을 제조하는 단계를 의미한다.
시트 형성 및 탄소섬유 분사단계(S300)를 통해 제조된 시트를 110 내지 120℃에서 50 내지 100kg/㎠의 압력으로 압축성형하여 아웃솔을 제조하게 된다. 시트의 경우 고무탄소혼합물을 단순히 롤링하여 얻어진 상태이며, 이 상태에서 아웃솔로 사용가능하도록 시트를 압축성형하는 과정을 거치게 된다. 이때 시트의 표면에 존재하는 탄소섬유의 일부가 시트 압축성형 과정에서 시트 내로 침투되어 견고하게 고정될 수 있도록 한다. 즉, 시트의 압축성형을 통해 탄소섬유의 길이 중 일부 영역은 아웃솔의 표면에 노출되고, 나머지 영역은 아웃솔 내부에 삽입되어 탄소섬유가 아웃솔로부터 이탈하지 않고 안정적으로 고정되도록 제조될 수 있다.
그 다음 압축성형된 시트를 세척, 건조 및 재단을 통해 최종적으로 아웃솔 형태로 제조될 수 있다.
이와 같이 고무혼합물 준비단계(S100), 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계(S200), 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계(S300), 시트 압축성형단계(S400)를 통해 제조되는 아웃솔은, 천연 고무 5 내지 10중량부; 부타디엔 고무 20 내지 30중량부; 니트릴부타디엔 고무 2 내지 5중량부; 및 1 내지 3mm 길이의 탄소섬유 0.5 내지 1중량부;를 포함하며, 이 이외에도 스테아린산 0.35중량부; 폴리에틸렌글리콜 1.6중량부; 실란 커플링제 1중량부; 마모제 1중량부; 고무배합유 1.5중량부; 2-머캅토벤조싸이아졸 0.15중량부; 다이벤조싸이아질디설파이트 0.4중량부; 테트라메틸싸이우램디설파이드 0.04중량부;를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세하게 설명한다.
<실시예>
천연 고무 6중량부, 부타디엔 고무 26중량부, 니트릴부타디엔 고무 4중량부를 혼합하여 고무혼합물을 준비하고, 여기에 각각 1mm, 2mm, 3mm의 길이를 가지는 표면개질된 탄소섬유를 0.66중량부를 혼합한다. 그 다음 고무혼합물에 첨가제로 스테아린산 0.35중량부, 폴리에틸렌글리콜 1.6중량부, 실란 커플링제 1중량부, 마모제 1중량부, 고무배합유 1.5중량부, 2-머캅토벤조싸이아졸 0.15중량부, 다이벤조싸이아질디설파이트 0.4중량부, 테트라메틸싸이우램디설파이드 0.04중량부를 첨가한 후 55℃의 온도로 맞춰진 교반기에서 12분 동안 교반하여 고무탄소혼합물을 형성한다.
형성된 고무탄소혼합물을 오픈롤밀에 투입 후 0.6중량부의 유황을 첨가한 상태에서 시트 형상으로 제조하고, 시트의 상부에서 0.1중량부의 탄소섬유를 뿌려 표면에 탄소섬유가 존재하는 시트를 제조한다. 그 후 제조된 시트를 110℃에서 압축성형하여 아웃솔을 제조하게 된다.
도 4는 아웃솔의 단면에 대한 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진으로, 비교예 1 및 2는 탄소섬유를 포함하고 있지 않은 아웃솔이고, 실시예는 3mm의 길이를 가지는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔의 단면을 나타낸 것이다. 실시예의 SEM 사진과 같이 표면개질된 탄소섬유를 첨가할 경우 고무혼합물 내에 탄소섬유가 균일하게 혼합되는 것을 확인할 수 있다.
또한 표 1 및 도 5 내지 도 7은 탄소섬유를 포함하지 않은 아웃솔 및 탄소섬유를 포함한 아웃솔의 경도, 건식에서의 내슬립성, 습식에서의 내슬립성 및 내마모성을 테스트한 결과를 나타낸 것이다. 비교예 3의 경우 탄소섬유를 포함하지 않은 아웃솔로 내슬립성 및 내마모성이 낮은 것을 확인할 수 있다. 이와 달리 실시예 2는 1mm의 길이를 가지는 탄소섬유를 함유한 아웃솔로, 비교예 3에 비해 내슬립성 및 내마모성이 우수해지는 것을 확인 가능하다. 또한 실시예 3은 3mm의 길이를 가지는 탄소섬유를 함유하는 아웃솔에 해당하는데, 이는 실시예 2에 비해 내슬립성 및 내마모성이 더욱 우수해지는 것을 알 수 있다.
| 비교예 3 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 경도 | 56 | 65 | 63 |
| 내슬립성 (건식) | 1.63 | 1.49 | 1.49 |
| 내슬립성 (습식) | 1.40 | 1.14 | 1.18 |
| 내마모성 (%) | 157 | 208 | 231 |
이와 같이 본 발명에 따른 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법을 이용하여 제조되는 아웃솔은, 아웃솔의 고무 탄성력과 마른 지면에서의 마찰력을 유지하면서 탄소섬유를 통해 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 탄소섬유에 의해 지면과 아웃솔 사이의 수막을 파괴함으로써 바닥이나 빙판과 같이 미끄러운 지면으로부터 내슬립성을 향상시킬 수 있다. 특히 내슬립성 및 내마모성의 경우 실시예 결과를 통해 구체적인 수치를 확인할 수 있었으며, 이를 통해 탄소섬유를 포함하는 아웃솔을 제조할 경우 내슬립성 및 내마모성이 우수해진다는 것을 입증 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S100: 고무혼합물 준비단계
S200: 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계
S210: 탄소섬유 준비단계
S220: 탄소섬유 표면개질단계
S230: 탄소섬유 및 첨가물 투입단계
S300: 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계
S400: 시트 압축성형단계
S200: 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계
S210: 탄소섬유 준비단계
S220: 탄소섬유 표면개질단계
S230: 탄소섬유 및 첨가물 투입단계
S300: 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계
S400: 시트 압축성형단계
Claims (5)
- 천연 고무, 부타디엔 고무 및 니트릴부타디엔 고무를 혼합한 고무혼합물을 준비하는 고무혼합물 준비단계;
상기 고무혼합물에 탄소섬유 및 첨가물을 혼합하여 고무탄소혼합물을 형성하는 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계;
상기 고무탄소혼합물에 유황을 첨가한 후 시트를 형성하고, 오픈롤밀을 이용하여 상기 시트를 형성하는 롤러의 상부에 상기 탄소섬유가 분사되도록 위치시키며, 상기 시트를 형성하는 중 롤링되는 상기 시트의 상부에 상기 탄소섬유를 분사시켜 상기 시트의 표면에 상기 탄소섬유가 위치되도록 하는 시트 형성 및 탄소섬유 분사단계; 및
상기 시트의 표면에 존재하는 상기 탄소섬유의 일부가 상기 시트 내로 침투되어 견고하게 고정될 수 있도록 상기 시트를 110 내지 120℃에서 50 내지 100kg/㎠의 압력으로 압축성형하여 상기 탄소섬유의 길이 중 일부 영역은 아웃솔 표면에 노출되고, 나머지 영역은 상기 아웃솔 내부에 삽입되도록 상기 아웃솔을 제조하는 시트 압축성형단계;를 포함하며,
상기 탄소섬유 및 첨가물 혼합단계는,
1 내지 3mm 길이의 상기 탄소섬유를 준비하는 탄소섬유 준비단계; 상기 탄소섬유를 1,000 내지 1,500W로 30초 내지 3분 동안 플라즈마 처리하여 하이드록시기가 형성된 활성화 탄소섬유를 얻은 후, 실란 커플링제를 포함하는 실란 수용액에 상기 활성화 탄소섬유를 침지하여 표면개질된 상기 탄소섬유를 얻는 탄소섬유 표면개질단계; 및 표면개질된 상기 탄소섬유와 상기 첨가물을 상기 고무혼합물에 투입 및 혼합하여 상기 고무탄소혼합물을 형성하는 탄소섬유 및 첨가물 투입단계;를 포함하며,
상기 아웃솔은 63 내지 65의 경도 및 208 내지 231%의 내마모성을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 첨가물은,
산화아연, 스테아린산, 폴리에틸렌글리콜, 실란 커플링제, 마모제, 고무배합유, 2-머캅토벤조싸이아졸, 다이벤조싸이아질디설파이트 및 테트라메틸싸이우램디설파이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔 제조방법. - 제 1항에 따른 제조방법을 통해 얻어지는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔에 있어서,
상기 천연 고무 5 내지 10중량부;
상기 부타디엔 고무 20 내지 30중량부;
상기 니트릴부타디엔 고무 2 내지 5중량부; 및
1 내지 3mm 길이의 상기 탄소섬유 0.5 내지 1중량부;를 포함하며,
상기 탄소섬유 0.5 내지 1중량부 중 0.1 내지 0.2중량부는 상기 아웃솔의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 아웃솔.
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