KR19980067404A

KR19980067404A - 내압용 호스의 제조방법

Info

Publication number: KR19980067404A
Application number: KR1019970003415A
Authority: KR
Inventors: 오병찬; 김판수
Original assignee: 오병찬
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-10-15

Abstract

본 발명은 초고압, 초저온, 초고온 등에서도 성능이 우수한 3중 구조의 내압호스의 제조방법에 관한 발명이다.

나일론 또는 탄성폴리에스터수지를 압출성형하여 만든 튜브본체에 열가소성 접착제를 도포한 후 합사한 폴리에스터섬유를 편조하여 접착, 건조한 후 폴리우레탄수지중에서 1차로 내마모성 수지를 코팅하고, 2차로 유연성 수지를 코팅하여 내압용 3중 호스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

압출성형시 싸이징포머를 사용하여 냉각온도 4-15℃, 진공도 5-10㎜Hg/㎠로하여 허용공차 ±0.05㎜의 정교한 튜브를 제조한 후 편조각도를 3-10EA/2-2.5㎝로 한 것을 특징으로 한다.

Description

내압용 호스의 제조방법

본 발명은 가스, 증기, 오일, 약품 등의 이송에 있어서 문제되는 저온, 고온, 고압 등에 잘 견디고 내마모성, 내약품성, 내압력성, 내충격성이 우수한 산업용 호스의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 호스는 초저온, 초고압, 초고온하에서 유체의 이송을 위한 연결수단으로 사용되고 있으므로 호스의 재질과 구조가 매우 중요하다. 산업용 호스의 대표적인 재질로는 고무, PVC, 폴리우레탄, 나이론, 테프론, 금속, 합성섬유 등이 사용되며, 피복 및 코팅기술의 발달로 인하여 성능이 우수한 호스가 개발되어 건설중장비, 산업용 로봇트, 공기압기기, 집중윤활기구, 자동차연료기관 및 브레이크, 고압가스기기, 화학공장이나 의료기기 등에서 폭넓게 사용되고 있다.

산업용 호스는 사용목적에 따라 물리적 또는 화학적으로 서로 물성이 다른 재질을 수개층으로 피복 또는 코팅한 것이 일반적이다. 산업의 발전에 따라 가혹한 조건에서도 잘 견디며 유연성이 높아 취급이 용이한 산업용 호스의 수요가 증대되고 있으나 이런 욕구를 충족할 만한 산업용 호스의 개발이 지연되고 있는 것이 현실이다.

한국공개실용신안 제 94-19529호의 고압호스는 고압호스의 둘레에 스프링코일을 권회설치하여 케이블을 피복하고 있으나 중량이 무겁고 인장력이 약하며, 물성상 스프링코일과 합성수지가 반복적 굴절에 의하여 파괴되는 현상이 발생한다.

한국공개특허 제 95-13699호의 내유, 내한 우레탄호스 및 제법은 우레탄테잎과 보강연질심에 도포된 우레탄을 고열로 녹여 붙여 생긴 공간터널이 수축 또는 이완작용을 하는 자바라식 호스로서 내압과 굴절에 취약하다.

한편, 일본특허출원 제 88-136808호의 고압호스는 고무조성물에 아연메타크릴레이트 및 유기과산화물을 혼합한 가황고무로 이루어진 고압호스이며, 한국특허 제 92-9944호의 우레탄호스의 제법은 축을 통해 우레탄을 피복한 보강철심이 나선상으로 회전하면서 우레탄 테잎이 압출, 성형되면서 나오는 고열로 상호 융착시키는 방법이다.

그러나, 상기의 발명들은 고무와 우레탄을 주소재로한 호스들로서 반복되는 굴절에 대한 내구성이 약하고 초고압, 초고온, 초저온 등에 견디기 어려운 단점이 있다.

종래의 호스는 유연성(flexibility)을 높이기 위하여 자바라식 호스를 사용하는 경우가 많으나 이것은 잦은 굴절에 대한 내구성과 내압성이 낮아서 산업용으로 사용하기에 용도상 제한을 받게 되며, 사용한 소재가 고가이기 때문에 범용적이지 못한점도 있다.

본 발명은 다중피복방식으로 제조되며 유연성, 고강도성, 내압력성을 가지며, 생산비가 저렴한 호스를 제조하기 위한 방법과 장치를 제공하는데 목적이 있다.

3중 이상의 다중피복방식으로 제조된 호스중에서 나일론튜브, 폴리우레탄튜브, 테프론튜브 등에 합성섬유를 피복하고 폴리우레탄으로 코팅한 호스가 내구성과 유연성, 내압력성이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 이들 제품이 굴곡회전이 심한 굴삭기둥에 적용되는 경우에 10,000회전 이상에서 굴곡피로도의 증가로 인하여 굴곡부분이 이완되거나 파열되는 경우가 발생하여 이에 대한 원인을 분석한 결과 기존의 호스제조방법중에서 압출방법과 편조방법 및 코팅방법을 개선함으로써 굴곡피로도를 현저하게 감소시켜 내마모성, 유연성, 내압력성이 좋은 호스를 제조할 수 있는 방법을 개발하게 되었다.

도면은 본 발명의 고정정도

본 발명은 압출공정, 접착제 도포공정, 편조공정 및 건조공정, 코팅공정의 4단계로 구성되어 있는 바, 각 공정별 방법을 상세히 설명하기로 한다.

제1공정:압출공정

공지의 압출방법에 의해 건조한 나일론 또는 폴리우레탄 등의 수지에 가소제를 첨가하고 섭씨 200-250℃로 가열하여 압출시킬 때 싸이징포머(sizing former)를 통과시켜 튜브의 두께와 크기를 균일하게 유도하며, 냉각수를 공급하여 냉각경화와 윤활작용이 이루어지게 하고 압출성형된 튜브가 5-10㎜Hg/㎠ 진공상태의 4-15℃ 냉각조를 경유하면서 냉각되고 다시 권취기에 롤(roll) 형태로 감는다. 이때 싸이징포머의 구조와 압출기의 회전속도, 냉각수의 온도는 정원상태로 성형하는데 매우 중요한 요소이다.

250-300℃ 고온하에서 용융된 수지를 압출하여 균일한 두께와 크기로 튜브를 성형하기 위해서는 허용공차 ±0.05㎜의 정교한 성형과 동시에 냉각시켜야만 하므로 용융된 고농도의 수지가 윤활되면서 냉각성형 될 수 있도록 싸이징포머의 통과시에는 4-15℃의 냉각수를 공급한다.

싸이징포머를 통과하는 용융된 고농도의 수지가 적정속도로 냉각되고 윤활작용이 원활이 이루어지게 하기 위하여 싸이징포머의 관체부분에 나선상으로 배열된 장공을 형성하여 수지와 물의 접촉기회를 효과적으로 제공함으로써 냉각효율 및 정원성형 효율을 높힌다.

또한, 압출이송 스크류를 통해 공급되는 용융된 수지의 통과 속도를 10-50m/min으로 조정하여 튜브를 압출성형한다.

제2공정:접착제 도포공정

열가소성 접착제(hot melt glue)가 담긴 접착제통의 내부에 설치된 도르레(pully)에 튜브를 걸어 튜브를 이송시키면서 열가소성 접착제에 함침(dipping)시켜 접착제를 균일하게 도포되게 함으로써 다음공정을 대비한다.

제3공정:편조 공정 및 건조공정

폴리에스터섬유를 연사기에서 1000-4000 데니아로 합사하여 수직편조기에서 접착제가 도포된 나일론 또는 폴리우레탄 튜브둘레에 편조각도 2-2.5m, 9-10개의 각도로 편조한후 Tunnel Heater를 통과시켜 건조한 후 권취한다.

편조는 호스의 용도에 따라 500-10,000 데니아까지 합사하여 폴리에스테르 섬유를 상용압력 15-200㎏/㎠의 범위내에서 중압용, 고압용, 초고압용 호스로 구분하여 제조한다.

편조각도(단위 면적당 편조회수)는 내마모성, 굴곡강도, 내압력 강도 등에 직접적인 영향을 미치는 바, 편조각도를 크게 하면 자원낭비가 되고 적게 하면 쉽게 마모되는 상관관계가 있다. 적정한 편조각도를 선정하기 위하여 굴삭기용 초고압 호스로써 150,000회 이상 반복굴절 하여도 부분파손이 없는 수준의 편조각도 찾아낸 실험결과는 표 1과 같다.

표 1. 편조각도에 따른 내압강도 실험.

제4공정:코팅 공정

폴리에스터섬유가 편조, 접착된 튜브를 코팅기에서 내충격성 및 내마모성인 폴리우레탄(폴리이사 type)을 1차 도포하고 다시 고무성질과 유사한 유연성인 폴리우레탄 수지를 2차 도포하여 3중 구조의 내압호스를 제조한후 인쇄기로 규격 등을 인쇄한후 릴에 권취한다.

코팅은 폴리우레탄을 두껍게 후막형으로 1회 도포한 것과 얇게 박막형으로 2회 도포한 것의 외부충격, 굴곡강도 등을 비교한 바, 표 2에서와 같이 2회 박막형으로 코팅한 것이 내마모성과 굴곡강도에서 우수한 것으로 나타났다. 1차 도포는 미국 Lord 사의 우레탄계열 7411 Grade로 내접착성, 내마모성인 폴리우레탄 수지를 도포하고 2차 도포는 일본 Miractron사의 우레탄 수지 K-1192 Grade를 도포하였다.

표 2. 충격시험 및 기밀, 내압, 파열시험

① 충격시험:충격시험후 기밀시험실시

- 온도 93℃, CYCLE 30-70회/분, 압력 0-135㎏f/㎠, 회수 150,000회.

② 기밀, 내압, 파열시험

- 보증내압력시험:210-360㎏f/㎠ 기밀압력으로 3분간 유지

- 파괴압력시험:매분 500㎏f/㎠ 이하의 속도로서 420-720㎏f/㎠ 파괴압력가함

- 파열시험:상용압력 132-197㎏f/㎠, 8,000-10,400 PSI/137-197㎏f/㎠

[실시예 1]

(주) 코오롱 KP3340 나일론 수지를 압출기에 넣고 220℃로 가열하여 압출속도 10-25m/min으로 공급하여 압축기의 끝부분에 장착한 싸이징포머를 통하여 압출성형할 때 진공도 5㎜Hg/㎠와 150℃ 냉각수를 싸이징포머의 내, 외면에 공급하여 원활한 성형과 함께 냉각시켜 내경 4.8㎜ 나일론 튜브를 제조하여 접착제를 도포하였다.

폴리에스터섬유(삼양사) 10,000 데니아로 합사하여 접착제가 도포된 튜브를 편조각도 10 EA/2cm로하여 폴리에스터를 튜브에 편조시킨후 터널형 건조기를 통과하면서 건조시켰다.

내마모성 폴리우레탄수지 코팅기로 1차 도포한후 유연성 폴리우레탄 수지를 2차 도포하여 초고압용 호스를 제조하여 인쇄한후 릴에 권취하였다.

[실시예 2]

탄성 폴리에스터(DSM 사 PM 380)를 사용하여 튜브를 압출성형시 진공도 10㎜Hg/㎠와 4℃ 냉각수를 공급하여 실시예 1과 같은 방법으로 하여 고압용 호스를 제조하였다.

[실시예 3]

Keyflex BT 1040D를 사용하여 튜브를 압출성형시 진공도 10㎜Hg/㎠와 7℃ 냉각수를 공급하여 실시예 1과 같은 방법으로 하여 중압용 호스를 제조하였다.

[실시예 4]

폴리에스터계열 KP3340(PU 계통의 에라스토마)를 사용하여 튜브를 압출성형시 진공도 5㎜Hg/㎠와 10℃ 냉각수를 공급하여 실시예 1과 같은 방법으로 하여 중저압용 호스를 제조하였다.

본 발명은 압출성형시 튜브의 두께를 일정하게 하기 위하여 냉각기능과 윤활기능을 가진 싸이징포머를 부착하여 허용공차 ±0.05㎜의 균일한 직경과 두께를 보장하고 있다.

편조공정에서는 굴곡피로도의 증가에 따른 내마모성을 증가시키기 위하여 폴리에스터섬유의 편조를 초고압용 호스는 9-10 EA/2㎝, 10,000 Denier, 고압용 호스는 9-10 EA/2㎝, 4,000 Denier, 중압용 호스는 9 EA/2㎝, 500 Denier, 중저압 호스는 3 EA/2.5㎝, 500 Denier로 편조함으로써 굴곡회전 150,000회 이상에서도 파손되지 않았다.

또한, 코팅공정에서는 내마모성 폴리우레탄을 1차로 코팅하고 유연성 폴리우레탄을 2차로 코팅하여 내마모성과 유연성이 우수한 내압호스를 제공하게 된 것이다.

Claims

합성수지를 압출성형한 튜브본체에 열가소성 접착제를 도포하고 그 둘레에 합성섬유를 편조한후 2차에 걸쳐 합성수지를 코팅함을 특징으로 하는 3중 구조의 내압용 호스의 제조방법.
제1항에 있어서,

압출성형시 냉각온도 4℃-15℃, 진공도 5-10㎜Hg/㎠이고 합성수지는 나일론 또는 탄성폴리에스터인 3중 구조의 내압호스의 제조방법.
제1항에 있어서, 합성섬유를 편조함에 있어서 편조각도를 9-10 EA/2㎝ 또는 3 EA/2.5㎝로 하여 3중 구조의 내압용 호스의 제조방법.
제1항에 있어서,

합성수지는 폴리우레탄이고, 내마모성 폴리우레탄을 1차 코팅한후 유연성 폴리우레탄을 2차 코팅하여 3중 구조의 내압용 호스 제조 방법.