KR19990078181A - 공기 조절 호스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 향상된 열저항을 갖는 복합 가요성 호스에 관한 것으로, 특히 자동차용 공기 조절 시스템(air conditioning system)에 사용되는 호스에 관한 것이다. 호스는 최내측 코어층, 마찰 고무층, 중간 보강층 및 외부 커버층을 포함한다. 최내층은 마찰 코팅층의 주 고무성분에 상응하는 소량의 폴리올레핀과 혼합된 비가소화된 폴리아미드이다. 마찰 코팅층은 50/50 중량비의 두 개의 EPDM 고무의 고무 복합체 및 카본블랙 75 중량부로 형성된다. 중간 섬유 보강층은 아라미드로 형성된다. 외부층은 50/50 중량비의 두 개의 에틸렌 아크릴레이트의 혼합물 및 카본블랙 80중량부를 포함하는 아크릴레이트 고무이다.

Description

공기 조절 호스{Air conditioning hose}
본 발명은 공기 조절 호스에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 150℃ 이상까지의 고온 유체 이동에도 견딜 수 있는 자동차용 공기 조절 호스에 관한 것이다.
자동차의 공기 조절기에 유용한 호스들이 개발되어 왔으며, 호스 또는 다른 적절한 가요성을 가진 도관 부재가 냉동장치에서 주요 작동 부품을 연결시키기 위한 목적으로 사용되어 왔다. 이들 호스는 양호한 가요성, 높은 강도, 비틀림 없이 작은 반경으로 굴곡될 수 있는 굴곡성, 내측 직경에 대해 작은 외측 직경 및 관련된 유체에 대한 불투과성을 가져야 한다. 또한, 이들 냉동 호스는 언더-더-후드(under-the-hood) 적용에 있어서 극심한 온도 변화를 견뎌야 하며, 또한 적절한 결합부착에 대한 요구조건을 충족시켜야 한다.
종래의 자동차용 공기 조절 호스는 3층 구조를 채택하고 있다. 호스의 최내측 관형상의 층은 일반적으로, 호스 내의 압축기 윤활유와 냉매유체를 유지하고 수분 및 공기의 유입을 방지할 목적으로 탄성중합체 물질로 형성된다. 보강 브레이딩(braiding) 층은 내측 튜브의 외측면에 감긴다. 엔진부에 있을 수 있는 오존, 엔진오일 및 다른 오염물질에 대해 내성을 갖는 탄성중합체의 외부층은 일반적으로, 브레이딩된 보강제 상에 압출된다. 이러한 유형의 호스에 있어서, 내부층은 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 클로로설폰화 폴리에틸렌이고, 브레이딩 섬유는 레이온 및 다른 종래의 섬유일 수 있으며, 외부층은 네오프렌 또는 EPDM이다.
많은 냉동호스 디자인이 개발되었지만, 이들 디자인은 낮은 프레온 투과성, 낮은 수분 투과성, 높은 가요성, 진동저항 및 극심한 온도에 대한 양호한 결합성질 등을 호스에 적절하게 제공하지는 못했다.
두께 및 상응하는 가요성 결여로 인하여, 일반적인 호스는 소음을 거의 완화시키지 못한다. 소음이 발생되고 자동차의 승객실 내에서 이 소리를 들을 수 있게 된다. 자동차 산업에서는 가능한 한 객실의 소음을 저감시켜 조용한 주행을 가능하도록 할 필요가 있다. 호스의 가요성이 크면 클수록, 호스의 소음완화 효과는 커진다. 본 발명은 보다 큰 가요성을 갖는 호스를 제공함으로써, 보다 큰 소음완화 효과를 얻기 위한 것이다.
자동차 공기 조절에 사용되는 공기 조절 호스 조립체가 접하는 통상적인 작동 온도는, 일반적으로 약 -30℃ 내지 약 120℃ 범위이다. 디자인 요구치는 호스 조립체가 약 -40℃ 내지 약 150℃의 온도범위에서 동일하게 잘 작동하는 것이다. 높은 온도의 발생은 냉매를 기체로서 압축하는데 발생하는 열로부터 뿐만아니라, 엔진에 가까운 시스템의 위치가 주요 원인이다.
미국 특허 제 4,633,912 호에는 프레온 기체용 복합 호스가 기재되어 있는 바, 이 복합 호스는 폴리아미드 코어 튜브, 특정 조성을 가지며 코어 튜브상에 직접 마련된 탄성 마찰층, 제 1 보강 스트랜드층, 접착 방지 마찰층, 제 2 보강 스트랜드층 및 커버층을 포함한다. 코어 튜브상에 직접 마련된 탄성마찰층은 (a) EPDM, 부타디엔의 공중합체, 폴리클로로프렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 혼합물로부터 선택된 기본 고무, (b) 칼슘 이온 공급원, (c) 레조르시놀 또는 페놀계 접착 시스템 및 (d) 퍼옥사이드 또는 가황제를 포함한다. 칼슘 공급원(b)는 코어 튜브의 폴리아미드에 보다 양호한 접착력을 갖는 것으로 알려져 있다. 제 1 및 제 2 보강 스트랜드층 사이에 존재하는 접착 방지 마찰층은 스트랜드의 마찰을 최소화하기 위해 마련되며, 에틸렌 및 아크릴산의 공중합체로 이루어진다. 커버층용으로, 가교결합제로서 비스-디에노필을 함유하는 할로겐화된 부틸 고무가 사용된다.
미국 특허 제 5,488,974 호에는 자동차용 공기 조절 시스템을 위한 복합 호스가 개시되어 있다. 이 호스는 최내층, 중간 고무층, 섬유 보강층 및 외측 고무층을 포함하며, 이들 각각은 내측으로 부터 상술한 순서대로 형성된다. 최내층은 폴리아미드와 카복실-함유 개질된 폴리올레핀을 혼합시켜 얻을 수 있는 개질된 폴리아미드로 형성되고, 중간 고무층은, 50/50 내지 0/100의 중량비로 부틸 고무와 할로겐화된 부틸 고무를 혼합시켜 얻을 수 있는 고무 물질 100부당, 규산 또는 그의 염 10 내지 50중량부 및 브롬화된 알킬페놀 포름알데히드 수지 5 내지 15중량부의 혼합물에 의해 얻을 수 있는 고무 조성물로 이루어진다.
본 발명은 호스에 관한 것으로, 특히 자동차 공기 조절 유닛에 사용되는 호스에 관한 것이다. 4층 호스는 높은 가요성, 높은 기체 불투과성 및 150℃ 정도의 고온에 대한 저항성을 나타낸다.
본 발명의 한가지 양태는 비가소화된 폴리아미드로 이루어진 최내측 코어층, 아라미드 섬유로 이루어진 중간 보강층 및 아크릴 고무 화합물의 최외층을 포함하는 호스이다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 최내측 코어층과 중간 보강층 사이에 마찰 코팅 고무층이 배치되며, 이 마찰 코팅층은 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 및 카본블랙 75중량부로 구성된다.
본 발명의 호스의 또 다른 양태는 마찰 코팅 고무가 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 2개의 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 혼합물이다.
본 발명의 또 다른 양태는 최내층, 마찰 코팅층, 중간 보강층 및 최외층을 포함하며, 1) 최내층은 비가소화된 나일론-6대 EPDM 고무의 중량비가 95/5 내지 85/15가 되도록 혼합된 EPDM 고무와 비가소화된 나일론-6으로 구성되고, 2) 마찰 코팅층은 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 두 개의 EPDM 고무의 혼합물 및 카본블랙 75중량부로 구성되고, 3) 중간 보강층은 접착제로 처리된 아라미드 섬유로 구성되며, 4) 최외층은 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 두 개의 에틸렌 아크릴레이트의 혼합물 및 카본블랙 80중량부로 구성되는 호스이다.
본 발명의 호스는 코어 튜브로 구성된다. 코어 튜브는 그 내부에 흐르는 유체에 대해 높은 불투과성을 가져야 하므로 선택된 수지로부터 형성된다. 코어 튜브에는 코어 튜브 및 인접 보강층에 대한 접착력 때문에 선택된 외측 마찰층이 마련된다. 보강층은 높은 동적 가요 성능을 제공하는 스트랜드로 구성된다. 튜브의 최외층은 열가소성 고무층이다.
호스의 코어층은 수지 폴리아미드이다. 폴리아미드 수지는 불투과성과 가요성간에 서로 균형잡힌 특성을 제공하기 때문에 선호된다. 마찰 코팅층에 대한 접착성을 제공하기 위해, 폴리아미드 수지는 폴리아미드 수지와 폴리올레핀 고무재로 이루어진 혼합 물질로 형성될 수도 있다. 마찰 코팅층에 대한 접착력의 향상을 위해, 선택된 폴리올레핀은 마찰 코팅층의 주요 고무 구성 물질로부터 선택되어야 한다. 폴리올레핀에 대한 폴리아미드의 중량비는 95/5 내지 85/15 범위이다. 나일론-6은 에틸렌 프로필렌 디엔 고무와 6% 혼합된, 마찰 코팅층의 바람직한 조성물에 상응하는 폴리아미드 수지로서 바람직하다. 나일론 66, 나이론 11과 같은 종래의 통상적인 나일론은 나일론 6과 같이 필요한 가요성 및 불투과성의 조합에 있어서 요구되는 접착력을 제공할 수 없다.
또한, 폴리아미드 수지는 비가소화된다. 코어는 압출 성형과 같은 종래의 방법에 의해 형성될 수 있다. 종래에는 수지의 비가소화 때문에 튜브가 보다 높은 굴곡강도 및 보다 낮은 가요성을 가졌지만, 이들의 영향은 내측 튜브의 두께를 최적화시킴으로써 완화된다.
호스의 서로 다른 층의 두께는, 과도하게 얇은 벽 두께 또는 과도하게 두꺼운 벽 두께가 최종 호스 복합물의 상호 결합 문제 또는 가요성이나 비틀림 문제를 나타내기 때문에, 목적하는 특성과 관련된다. 호스의 두께가 수천 ㎝ 증가되면, 호스의 가요성은 감소한다. 13㎜의 내경(ID)과 약 19.5㎜의 외경(OD)을 갖는 호스에 대해, 호스의 ID는 13.46㎜의 최대값과 12.44㎜의 최소값을 갖고, OD는 19.9㎜의 최대값과 18.9㎜의 최소값을 갖는다. 호스의 벽 두께는 2.72㎜ 내지 3.73㎜ 범위 내이다. 그러나, 호스의 두께가 증가할 때마다 호스의 원하는 특성이 불량하게 되므로, 불투과성의 손실 및 비틀림 문제를 발생시키지 않는 가장 적은 벽 두께가 바람직하다. 13㎜ ID의 호스에 대한 바람직한 벽 두께는 본 발명에 따르면, 약 3.17㎜이다.
13㎜ ID의 호스에 대해 폴리아미드 코어의 벽 두께는 0.14 내지 0.16 범위, 바람직하게는 0.15㎜이다. 이러한 두께는 비틀림없이, 요구되는 가요성을 제공한다. 당업자는 다른 사이즈의 호스에 대해서도 비틀림 없이 필요한 신축 및 불투과성을 제공하는 한, 폴리아미드의 벽 두께를 적절히 변경시킬 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
나일론 내측 튜브의 방사상의 외부는 탄성중합체의 마찰층이다. 당업자는 탄성중합체의 마찰층이 나선형으로 감싸지거나 끝을 봉한 시트의 형태로 도포될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이런 층을 도포하는 이러한 방법은 이 분야에서 주지의 사실이며 다른 여러 가지 방법 또한 가능하다.
탄성중합체의 마찰층은 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 기본 중합체로 구성된다. 적절한 EPDM은 에틸렌 프로필렌 노르보넨 삼원중합체, 에틸렌 프로필렌-1,4-헥사디엔 삼원중합체, 에틸렌 프로필렌 디사이클로펜타디엔 삼원중합체 등이다. 마찰층은 또한, 접착 시스템과 경화제를 포함한다.
탄성중합체 마찰층에 유용한 퍼옥사이드 경화제는, 일반적으로 기본 재료에 사용되는 것들이다. 일예로는 디쿠밀 퍼옥사이드, α,α-비스(t-부틸퍼옥사이드)디이소프로필벤젠, 벤조일 퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-비스-(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-비스-(t-부틸퍼옥시)헥신-3 및 n-부틸 4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트 등과 같은 퍼옥사이드가 있다. 가장 바람직하고 상업적으로 유용한 퍼옥사이드 경화제는 누리 케미칼 코포레이션(Noury Chemical Corporation)으로부터 시판중인 퍼카독스(Percadox, 등록상표) 14/40 및 펜왈트 코포레이션(Penwalt Corporation)으로부터 시판중인 벌-컵(Vul-Cup, 등록상표)이다. 퍼옥사이드의 1 내지 약 10부는 기본 중합체의 100부에 기초하여 사용된다. 퍼옥사이드는 조기 성숙 수지 형성에 덜 민감하기 때문에 경화제로서 바람직하다.
본 발명에 유용한 접착 시스템은 퍼옥사이드 경화 탄성 중합체와 함께 사용되는 주지의 접착시스템이다. 예로서, 말레산화 1,2-폴리부타디엔 수지가 있다.
마찰층 조성물은 또한, 종래의 또는 적절한 양의 다양한 접착제를 포함할 수 있다. 이러한 접착제는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 부적절하게 빠른 경화를 방지하는 지연제, 산화방지제, 가공보조제, 카본블랙, 실리카등과 같은 보강제 및 다양한 가소제를 포함할 수 있다.
13㎜ ID의 호스용 마찰층 두께는 약 1.000 내지 1.020㎜ 범위, 바람직하게는 1.016㎜가 적당하다. 당업자는 다른 크기의 내측 직경을 갖는 호스에 대해, 마찰층의 필요한 접착특성을 제공하도록 벽 두께가 다양하게 변화할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
마찰 방지층 외부는 보강층이다. 보강층은 호스 구조물의 강도를 향상시키기 위해 충분한 인장력하에 놓여지는 경우, 나선형으로 감긴 보강 스트랜드로 구성될 수 있다. 또한, 보강층은 브레이딩 층일 수도 있다. 보강 스트랜드는 호스의 굽힘으로 인해 호스가 찌그러들거나 비틀리지 않을 각도로 놓여진다. 호스의 중심선에 대해 52° 내지 56°의 각이 허용가능하다는 것을 발견하였다. 가장 바람직하게는, 54°44' 또는 그 이하의 중간각이 나선형 랩에 대해 유리하다는 것을 알았다.
우수한 강도 및 가요성을 갖는 본 발명의 호스를 제공하기 위하여, 높은 동적 가요 성능을 갖는 보강 스트랜드가 요구된다. 여기서, 보강 스트랜드는 접착제로 처리된 아라미드 섬유이다.
보강층의 두께는 스트랜드 두께에 의존한다. 호스의 요구되는 전체 두께를 달성하기 위하여, 보강층은 13㎜ ID의 호스에 대해 약 0.625 내지 약 0.645㎜, 바람직하게는 0.635㎜의 두께를 갖는다.
최외측 커버층은 호스 구조물의 외측에 놓여진다. 커버층은 아크릴 고무화합물이다. 본 발명에 요구되는 것은 에틸렌, 아크릴레이트 및 탄소수 3 내지 10의 불포화 카복실산의 다양한 삼원중합체 또는 그의 조합이다. 산은 아크릴산 또는 메타크릴산이 바람직하다. 삼원중합체는 50 몰% 이상의 에틸렌, 일반적으로 약 0.5 내지 약 10 몰%의 산 및 약 10 내지 약 49.5 몰%의 알킬 아크릴레이트를 포함한다.
선택된 삼원중합체 또는 삼원중합체의 조합은 경화제와 조합된다. 적절한 경화제 또는 촉진제는 지방산 염을 포함한다. 다른 경화제가 첨가될 수도 있다.
본 발명의 커버층 조성물은 또한 종래의 또는 적절한 양의 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 이에 한정되는 것은 아니지만, 부적절하게 빠른 경화를 방지하기 위한 지연제, 가공보조제, 착색제 또는 안료, 카본블랙, 실리카등과 같은 보강제, 다양한 방염제 및 다양한 가소제를 포함할 수 있다.
13㎜ ID의 튜브의 바람직한 커버 두께는 1.35 내지 1.45㎜ 범위, 바람직하게는 약 1.37㎜이다. 당업자는 다른 크기의 호스에 대해서도, 높은 가요성을 갖는 튜브를 제공하기 위해 요구되는 특성을 유지하면서, 개시된 호스의 다양한 층의 벽 두께를 변화시킬 수 있다는 것을 알 것이다.
본 발명은 하기 실시예를 참조로하여 더욱 잘 이해될 수 있을 것이며, 단 하기 실시예는 본 발명의 범주를 제한하고자 함이 아니라 단지 설명하고자 함이다.
실시예
13㎜ ID의 튜브에는 다음의 주지의 층이 마련되었다. EPDM의 6%와 혼합된 나일론-6으로부터 내측 코어가 형성되었다. 내측 코어는 0.15㎜의 두께를 갖는다. 하기 표 1에 설명된 바와 같은 조성을 갖는 마찰 코팅층이 내측 코어의 외측에 도포되었다. 마찰 코팅층은 약 1.016㎜의 두께를 갖는다.
약 0.635㎜의 두께를 갖는 아라미드 보강층은 종래의 방식으로 마찰 코팅층의 외측에 도포되었다. 아라미드 보강 섬유는 개선된 접착력 및 동적 가요 성능을 위해 이소-시아네이트로 처리되었다.
보강층의 외부는 하기 표 2에 도시한 바와 같은 조성을 가지며 아크릴레이트 코팅막이다. 커버층은 약 1.37㎜의 두께를 갖는다. 상술한 아크릴레이트 조성물은 우수한 정적, 동적 성능 뿐만 아니라, 호스에 대해 고온의 저항성을 제공한다.
지금까지 본 발명의 실시양태를 설명하고 개시하였지만, 그 밖의 많은 변형이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서 구성 및 특정사항에서의 변형은 본 발명에서 정의되고 청구된 범주를 벗어나지 않는 한 가능하다 할 것이다.
본 발명에 따르는 호스는 150℃까지의 우수한 온도저항, 높은 정적, 동적 성능 및 높은 소음 완화 효과를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 최내층, 중간 보강층 및 최외층을 포함하는 호스로서,
    상기 최내층은 비가소화된 폴리아미드로 구성되고,
    상기 중간 보강층은 아라미드 섬유로 구성되고,
    상기 최외층은 아크릴 고무로 구성됨을 특징으로 하는 호스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    비가소화된 폴리아미드가 폴리아미드와 폴리올레핀 고무가 95/5 내지 85/15의 중량비로 혼합되어 구성된 호스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    폴리올레핀 고무가 EPDM 고무인 호스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    최내 코어층과 중간 보강층 사이에 배치되는 마찰 코팅 고무층을 추가로 포함하며, 상기 마찰 코팅층이 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 두 개의 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 혼합물 및 카본블랙 75중량부를 포함하는 호스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    아크릴 고무로 이루어진 최외층이 서로 다른 무늬 점도를 갖는 50/50 중량%의 두 개의 에틸렌 아크릴레이트의 혼합물 및 카본블랙 80중량부로 구성되는 호스.
  6. 최내층, 마찰 코팅층, 중간 보강층 및 최외층을 포함하는 호스로서,
    상기 최내층이 비가소화된 나일론-6대 EPDM 고무가 95/5 내지 85/15의 중량비로 혼합되어 구성되고,
    상기 마찰 코팅층이 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 두 개의 EPDM 고무의 혼합물 및 카본블랙 75중량부로 구성되고,
    상기 중간 보강층이 접착제로 처리된 아라미드 섬유로 구성되고,
    상기 최외층이 50/50 중량%의 서로 다른 무늬 점도를 갖는 두 개의 에틸렌 아크릴레이트의 혼합물 및 카본블랙 80중량부로 구성됨을 특징으로 하는 호스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    나이론-6대 EPDM 고무의 중량비가 94/6인 호스.
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