KR20000057518A - 호스의 제조방법 - Google Patents

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신스카이마크사무엘
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스위셔 케드린 엠
더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

호스는 파열강도와 같은 성능을 개선시키기 위해 직물로 보강되는 경우가 많다. 예를 들면, 자동차 용도에 사용되는 라디에이터 호스는 연속 얀으로 보강되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 섬유 보강재를 포함하는 호스를 제조하는 공정은 노동 집약적이다. 또한, 이렇게 섬유 보강된 호스의 제조시 폐기물이 상당량 발생하는 것이 일반적이다. 본 발명의 방법을 이용하면 연속 얀 보강재를 포함하지 않고도 파열강도가 높은 호스를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 (1) (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 관 형태로 압출시키는 단계; (2) 이러한 관을 호스에 요구되는 기하학적 형태로 성형하는 단계; 및 (3) 고무 조성물을 130 내지 210 ℃의 온도에서 경화시켜 호스를 제조하는 단계를 포함하는, 호스의 제조방법을 개시한다.

Description

호스의 제조방법{Technique for manufacturing hose}
호스는 연속 얀으로 보강되어 파열강도와 같은 물성을 개선시키는 경우가 많다. 예를 들면, 자동차 및 트럭용 라디에이터(radiator) 호스는 연속 얀 보강 부재로 보강되는 것이 일반적이다. 연속 얀 보강은 이러한 호스의 파열강도 개선에 전형적으로 사용된다. 상기 섬유-보강 호스의 조성은 노동 집약적 조작으로서 폐기물을 상당량 초래하지만 자동차 산업에서의 요구를 만족시켜 주는데 필요하다.
섬유 보강재를 호스내로 조성시키는 조작은 노동 집약적이다. 이러한 호스를 조성한 후 필요한 크기로 정확하게 잘라 다듬는 것이 전형적이다. 이러한 호스로부터 잘라 다듬어진 섬유 보강재 함유 물질은 전형적으로 재순환될 수 없으므로 조각으로 폐기되어야 한다.
호스는 고무 조성물을 관 형태로 압출한 다음 원하는 형태로 성형하여 경화시키므로써 제조되어 왔다. 이러한 기술은 노동력, 제조과정중 재고 및 폐기물 감소의 면에서 유리하다. 그러나, 이러한 압출 기술을 이용하여 제조한 호스는 라디에이터 호스용으로 자동차 산업에 요구되는 물성을 갖지 못하는 것이 전형적이다. 보다 구체적으로는, 이러한 호스는 파열강도가 낮다.
미국 특허 제 5,268,134 호에 개시된 방법에 의하면 직물 보강재를 사용하지 않고 호스를 제조하는데, 이 호스는 1 제곱인치당 약 115 파운드의 파열강도를 나타낸다. 이 방법은 구체적으로 (1) (a) (i) 관능화된 EPDM 고무, (ii) 열가소성 측쇄가 그라프팅된 EPDM 고무, 및 (iii) 나일론, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 열가소성 물질 분산체로 이루어진 EPDM 알로이(alloy), (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 관 형태로 압출시키고; (2) 이러한 관을 호스에 요구되는 기하학적 형태로 성형하고; (3) 고무 조성물을 130 내지 210 ℃의 온도에서 경화시켜 호스를 제조하는 방법이다.
또한, 미국 특허 제 5,268,134 호는 (a) (i) 관능화된 EPDM 고무, (ii) 열가소성 측쇄가 그라프팅된 EPDM 고무, 및 (iii) 나일론, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌 옥사이드로 구성된 군에서 선택된 열가소성 물질 분산체로 이루어진 EPDM 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 130 내지 210 ℃의 온도에서 호스에 요구되는 기하학적 형태로 사출성형함을 포함하는 호스의 제조방법도 개시하고 있다.
발명의 요약
본 발명의 방법을 이용하면, 직물 보강할 필요없이 1 제곱인치당 140 파운드 이상, 바람직하게는 1 제곱인치당 150 파운드 이상의 파열강도를 나타내는 호스를 제조할 수 있다. 이러한 호스는 또한 지동차 용도에 허용되는 경도를 나타낸다. 예를 들면, 자동차 용도에 사용되는 호스는 약 88 이하, 바람직하게는 85 이하의 쇼어 A 경도를 갖는 것이 중요하다.
본 발명의 상기 기술은 노동력, 제조과정중 재고 및 폐기물을 감소시킨다. 또한, 필요한 제조공정의 수 및 특정 기계의 요구가 감소된다. 또한, 본 발명의 기술을 이용하면 직물 보강을 이용하여 제조한 호스의 경우보다 훨씬 더 저렴한 비용으로 파열강도가 충분한 호스를 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 (1) (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 관 형태로 압출시키고; (2) 이러한 관을 호스에 요구되는 기하학적 형태로 성형하고; (3) 고무 조성물을 130 내지 210 ℃의 온도에서 경화시켜 호스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 (1) (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 130 내지 210 ℃의 온도에서 호스에 요구되는 기하학적 형태로 사출성형함을 포함하는 호스의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 방법을 이용하면, 보강 폴리프로필렌은 비교적 저온에서 고무 화합물에 분산될 수 있다. 이는 엘라스토머 기제 또는 기타 첨가제에 유해하지 않는 온도에서 폴리프로필렌 함유 고무 화합물을 제조할 수 있게 한다. 예를 들면, 이러한 폴리프로필렌 힘유 고무 화합물은 고무 화합물 제조에 통상적으로 사용되는 약 95 ℃의 낮은 온도에서 혼합될 수 있다. 이러한 고무 화합물은 타이어, 호스, 벨트 및 기타 가공제품 생산에 유용하다. 이러한 기술은 융점이 낮은 폴리올레핀과 배합되어 융점이 낮은 폴리올레핀의 연화점 또는 융점 이상의 온도에서 고무 화합물에 분산될 수 있는 기타 융점이 높은 폴리올레핀에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 (1) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이를 제조하는 단계, 및 (2) 폴리에틸렌/ 폴리프로필렌 알로이를 폴리프로필렌의 융점 이하 및 폴리에틸렌의 융점 이상의 온도에서 고무 화합물에 혼합하는 단계를 포함하는, 폴리프로필렌의 융점 이하의 온도에서 폴리프로필렌을 고무 화합물에 분산시키는 방법을 개시한다. 상기 단계 (2)의 혼합은 전형적으로 95 내지 120 ℃의 온도에서 수행된다.
본 발명은 호스의 제조방법, 보다 상세하게는 연속 얀(yarn) 보강재를 사용하지 않고도 파열강도가 높은 호스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서 제 1 단계는 특정 고무 조성물을 관 형태로 압출함을 포함한다. 이는 고무 조성물을 환상 다이를 통해 연속적으로 압출하므로써 수행될 수 있다. 일반적으로, 다이의 외체 및 축(mandrel)에 의해 환상 유동 채널이 형성된다. 다양한 환상 다이 디자인이 사용될 수 있다. 예를 들면, 축은 소위 "거미 다리"에 의해 다이 외체상에 기계적으로 지지될 수 있다. 이러한 거미 다리를 포함하는 다이 디자인을 이용하면 중합체의 유동을 분할하는 거미 다리의 존재로 인해 용접선 및 줄이 생겨 불리하다. 이러한 거미 다리를 포함하는 다이 디자인에 의해 야기된 용접선은 호스에 기계적으로 약한 부분을 나타내기 때문에 바람직하지 않다.
환상 영역의 유동에 방해되지 않는 방식으로 축이 다이체에 기계적으로 결합된 다이를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 다이를 사용하면 용접선 및 이와 관련된 문제점이 줄어든다. 이러한 용도에 크로스헤드 타입 다이를 사용할 수 있다. 예를 들면, 고무 조성물을 관 형태로 압출한 다음 원하는 호스 형태로 성형한 후 경화시키는데 측부 다기관(side-fed manifold) 다이를 사용할 수 있다. 이러한 측부 다기관 다이를 사용하면 중합체 유동이 다기관 입구에서 분할되어 입구로부터 180°위치에서 재결합된다. 이러한 디자인으로 인해, 축 주위에서 유동하는 중합체는 축 주위를 전혀 유동하지 않는 중합체보다 더 짧은 거리로 이동한다. 따라서, 이러한 측부 다기관 다이는 축이 다이내에 편심적으로 위치하여 선행 포트로부터 먼 말단에서 간격이 보다 넓어 균일한 유속을 제공할 수 있는 방식으로 디자인되어야 한다. 이러한 측부 다기관 다이는 유속은 본질적으로 균일하지만 압출되는 중합체의 전단속도 및 온도는 불균일하게 유지되는 방식으로 디자인될 수 있다.
나선형 축 다이는 실질적으로 균일한 유속, 전단속도 및 온도를 허용하므로 매우 바람직하다. 이러한 나선형 축 다이를 사용하면 용접선 문제도 물론 없다. 나선형 축 다이는 고무 조성물의 유동을 개별 공급 포트 또는 유동관으로 분포시킨다. 이들 포트는 각각 축내로 절단된 나선형 홈에 고무 조성물을 공급한다. 나선형은 단면적을 감소시키는 반면, 축과 다이 사이의 간격은 출구쪽을 향해 증가된다. 이는 각종 공급 포트로부터 중합체의 혼합 또는 적층을 초래한다. 이러한 나선형 축 다이를 사용하면 매우 균일한 관이 생성되고 본 발명의 실시에 이를 사용하는 것이 매우 바람직하다. 또한, 몬산토 팽창 핀 및 다이를 사용하므로써 우수한 결과가 달성될 수 있다.
압출 또는 사출성형되는 고무 조성물은 (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진다. 고무 조성물중의 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이의 총량은 약 2 내지 약 50 phr(고무 100부당 부)의 범위이다. 이는 EPDM에 분산되어 있는 열가소성 알로이(폴리에틸렌 및 폴리프로필렌)의 총량이다. 고무 조성물중의 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이의 양이 약 3 내지 약 30 phr의 범위인 것이 통상 바람직하다. 공정을 고려할 때 보다 바람직한 것은, 고무 조성물중의 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이의 양이 약 4 내지 약 20 phr의 범위인 것이다.
폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이는 폴리에틸렌 약 30 내지 약 90 중량% 및 폴리프로필렌 약 10 내지 약 70 중량%를 함유하는 것이 통상적이다. 바람직한 것은, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 폴리에틸렌 약 40 내지 약 75 중량% 및 폴리프로필렌 약 25 내지 약 60 중량%를 함유하는 것이다. 가장 바람직한 것은, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 폴리에틸렌 약 55 내지 약 65 중량% 및 폴리프로필렌 약 35 내지 약 45 중량%를 함유하는 것이다.
폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이에 사용되는 폴리에틸렌은 전형적으로 약 0.05 내지 약 1.5 g/10분의 낮은 용융지수를 갖는다. 용융지수가 낮은 폴리에틸렌으로 바람직한 것은 약 0.10 내지 약 1.0 g/10분의 용융지수를 갖는다. 용융지수가 낮은 폴리에틸렌으로 보다 바람직한 것은 약 0.15 내지 약 0.35 g/10분의 용융지수를 갖는다. 폴리에틸렌의 용융지수는 190 ℃의 온도에서 2160 g의 하중하에 10분간 직경 0.376 인치의 구멍을 통해 강제될 수 있는 폴리에틸렌의 양을 측정하므로써 결정된다.
이러한 알로이의 제조시, 열가소성 알로이(폴리에틸렌 및 폴리프로필렌)는 혼합기간중 용융되는 것이 통상적이다. 고무에 배합되는 과정중 분산된 열가소성 상의 형태는 인자의 종류에 따라 다르다. 이들 인자는 혼합되는 상의 점도의 상대비율이다. 분산된 상의 영역 크기는 두 상의 점도가 거의 일치할 때 보다 작아진다는 것이 경험으로 알려져 있다. 열가소성 물질이 용융된 후 이들 점도를 일치시키는 한 수단은 엘라스토머가 더 연화되도록 혼합온도를 증가시켜 엘라스토머 상의 점도를 감소시키는 것이다. 그러나, 이러한 접근방법이 항상 실행가능한 것은 아니며 이 목적을 수행하는데 필요한 온도 제어는 매우 민감하고 온도가 높아지면 고무 성분이 심하게 파괴될 수 있다.
또한, 상의 점도는 엘라스토머 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이의 용융된 폴리에틸렌 상의 점도를 잘 일치시키도록 고무와 혼합도중 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이에 용융지수가 낮은 폴리에틸렌을 사용하므로써 일치될 수 있다. 이는 두 상의 점도를 거의 일치시키고 열가소성 물질이 더 잘 분산되게 한다. 이러한 접근은 상의 점도를 일치시키도록 혼합온도를 상승시킬 필요성을 배제 또는 감소시키고 예비성형되었으나 용융되지 않은 폴리프로필렌 미소상을 고무 화합물에 분산시킨다. 이는 EPDM이 고온에서 일어날 수 있는 바람직하지 못한 분해를 겪지 않게 한다. 이러한 접근방법을 사용할 때 실현되는 또하나의 이점은 가공에 유해한 영향을 주지않고 훨씬 고농도의 열가소성 물질이 알로이에 사용될 수 있다는 것이다.
고무 조성물 제조시, 먼저 비생산성 배합물을 제조하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 비생산적 배합물은 고무 조성물의 중합체 성분 및 특정 기타 배합 성분을 함유하나 경화제를 포함하지는 않는다. 고무 조성물은 카본 블랙을 약 80 내지 약 150 phr 함유하는 것이 통상적이다. 요구량의 강도를 제공하는데는 전형적으로 약 80 phr 이상의 카본 블랙이 필요하다. 한편, 약 150 phr 초과의 카본 블랙을 사용하면 가공 및 압출이 매우 어려운 조성물이 생성된다. 고무 조성물은 약 100 내지 약 130 phr의 카본 블랙을 함유하는 것이 통상 바람직하다. 가장 바람직한 것은, 고무 조성물중 약 110 내지 약 125 phr의 카본 블랙이 존재하는 것이다.
고무 조성물중 가공유(증량유)를 약 20 내지 약 90 phr 범위의 양으로 포함하는 것이 중요하다. 바람직한 것은 가공유가 고무 조성물중 약 30 내지 약 70 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다. 가장 바람직한 것은 가공유가 고무 조성물중 약 40 내지 약 50 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다.
또한, 산화 아연은 고무 조성물중 약 1 내지 약 10 phr 범위의 양으로 포함된다. 통상 바람직한 것은 산화 아연이 고무 조성물중 약 3 내지 약 8 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다. 통상 보다 바람직한 것은 산화 아연이 고무 조성물중 약 4 내지 약 6 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다.
또한, 스테아르산은 고무 조성물중 약 0.25 내지 약 5 phr 범위의 양으로 포함된다. 바람직한 것은 스테아르산이 고무 조성물중 약 0.5 내지 약 4 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다. 가장 바람직한 것은 스테아르산이 고무 조성물중 약 1 내지 약 3 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다.
대부분의 경우, 고무 조성물중 잘게 썬 중합체 섬유를 포함하여 고온에서 제조된 호스의 주변 팽창을 감소시키는 것이 바람직하다. 이 목적에 각종 중합체 섬유를 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 중합체 섬유의 대표적인 예로는 레이욘 섬우, 셀룰로스 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리아라미드 섬유가 포함된다. 켈바(Kelvar, 등록상표) 폴리아라미드 섬유와 같은 폴리아라미드 섬유가 바람직하다. 잘게 썬 중합체 섬유는 고무 조성물중 약 0.5 내지 약 15 phr범위의 양으로 포함되는 것이 전형적이다. 바람직한 것은, 잘게 썬 중합체 섬유가 고무 조성물중 약 4 내지 약 8 phr 범위의 양으로 포함되는 것이다.
생산성 고무 조성물은 황과 같은 경화제 및 촉진제를 비생산성 고무 조성물에 첨가하므로써 제조된다. 황 또는 황-함유 화합물은 약 0.2 내지 6 phr 범위의 양으로 첨가되는 것이 전형적이다. 생산성 고무 조성물에 존재하는 황은 약 0.3 내지 4 phr 범위의 양인 것이 통상 바람직하다. 가장 바람직한 것은, 고무 조성물중 황이 0.5 내지 2 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다.
또한, 하나 이상의 촉진제가 생산성 고무 조성물중 황 경화제와 함께 포함된다. 사용될 수 있는 촉진제의 대표적인 예로는 벤조티아질 디설파이드, 2-머캅토벤조티아졸, N-옥시디에틸렌벤조티아졸-2-셀펜아미드, N-사이클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드, 비스무트 디메틸디티오카바메이트, 카드뮴 디에틸디티오카바메이트, 구리 디메틸디티오카바메이트, 납 디메틸디티오카바메이트, 셀레늄 디에틸디티오카바메이트, 셀레늄 디메틸디티오카바메이트, 텔루륨 디에틸디티오카바메이트, 아연 디메틸디티오카바메이트, 아연 디부틸디티오카바메이트, 테트라메틸티우람 디설파이드, 테트라에틸티우람 디설파이드, 디펜타메틸렌 티우람 헥사설파이드, 테트라메틸티우람 모노설파이드 및 디메틸에틸 티오우레아가 포함된다. 항 경화제를 함유하는 생산성 고무 조성물은 촉진제 약 1 내지 약 12 phr을 함유하는 것이 전형적이다. 통상 바람직한 것은 촉진제가 약 2.5 내지 약 10 phr 범위의 양으로 존재하는 것이다. 가장 바람직한 것은 촉진제가 약 4 내지 약 8 phr 범위의 양으로 사용되는 것이다.
또한, 생산성 고무 조성물은 퍼옥사이드 경화제에 의해 제조될 수 있다. 이러한 퍼옥사이드 경화제는 하나 이상의 퍼옥사이드 화합물, 가교제 및 산화 아연을 함유하는 것이 통상적이다. 산화 아연은 또한 표준 황 경화 시스템에 사용됨은 물론이다. 이러한 퍼옥사이드 경화 시스템에는 각종 퍼옥사이드 화합물이 사용될 수 있다. 그러나, 산 또는 에스테르계 퍼옥사이드와 같은 산성 물질은 피해야 한다. 사용될 수 있는 퍼옥사이드 화합물의 대표적인 예로는 메틸에틸 케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 피난 하이드로퍼옥사이드, p-멘탄 하이드로퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸헥산-2,5-디하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등이 포함된다. 가장 바람직한 퍼옥사이드 화합물은 디쿠밀 퍼옥사이드 및 디-t-부틸 퍼옥사이드이다. 사용될 수 있는 가교제의 대표적인 예로는 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 트리메틸올 트리메타크릴레이트 및 디알릴 프탈레이트가 포함된다.
고무 조성물을 관 형태로 압출시킨 후 관을 호스에 요구되는 기하학적 형태로 성형한다. 일부 압출장치는 이를 자동적으로 수행할 수 있다. 그러나, 관을 원하는 형태로 구부리는데는 수동조작이 필요하다. 이는 호스에 원하는 형태를 가할 수 있는 축 또는 임의의 다른 형태의 장치로 수행할 수 있다. 이러한 성형조작에서 발생할 수 있는 임의의 조각 폐기물은 압출단계로 재순환될 수 있다.
성형된 관은 130 내지 210 ℃의 온도에서 최종 단계로 경화되어 호스를 제조한다. 이러한 경화 단계는 성형된 관을 원하는 경화온도로 단순히 가열하므로써 수행될 수 있다. 경화조작중 관을 원하는 형태로 물리적으로 구속하는 것이 매우 바람직하다. 경화단계는 약 140 내지 약 200 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 경화단계가 약 170 내지 약 195 ℃의 온도에서 수행된다.
본 발명의 대체 태양에 있어서, 호스는 사출성형에 의해 제조될 수 있다. 사출성형법을 사용할 때 호스는 원하는 형태로 직접 성형된다. 사출성형은 고무 조성물을 원하는 기하학적 형태로 경화시키기에 충분한 130 내지 210 ℃의 온도에서 수행되는 것이 통상적이다. 바람직하게는 140 내지 200 ℃, 가장 바람직하게는 170 내지 195 ℃의 온도에서 수행된다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시되며, 이는 단지 예시를 위한 것이고 본 발명의 범주 또는 본 발명이 실시될 수 있는 방식을 제한하려는 것은 아니다. 달리 지정되지 않느 한, 부 및 %는 모두 중량 기준이다.
실시예 1 내지 3
용융지수가 낮은 폴리에틸렌을 표준 폴리프로필렌과 60:40의 비율로 165 내지 180 ℃에서 혼합하여 폴리에틸렌/폴리프로필렌(PE/PP) 알로이를 제조하였다. 용융지수가 낮은 중합체는 0.25 g/10분의 용융지수를 가졌다. 혼합은 압출기 온도가 325 내지 425 ℉(163 내지 218 ℃)로 유지되고 평균 체류시간이 2 내지 4 분으로 유지되는 이축 압출기내에서 수행하였다. 압출온도는 356 내지 392 ℉(180 내지 200 ℃)인 것이 전형적이다. 알로이를 물로 냉각시키고 혼합 후 펠렛화하였다.
폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 및 EPDM 스톡을 함유하는 고무 배합물을 2단계 첨가공정을 사용하여 밴버리 혼합기내에서 제조하였다. 고무 스톡은 호스 용도에 사용된 특징중 하나이었다. 비교용으로, 통상적인 양의 카본 블랙, 가공유, 산화 아연 및 스테아르산과 제 1 단계로 혼합되는 알로이 및 EPDM의 각종 조합을 하기 표 I에 제시된 바와 같이 사용하여 고무 스톡을 제조하였다. 제 1 단계 혼합은 165 ℃에서 65 rpm으로 2.5 분간 수행하였다. 다음에, 제 2 단계 반응물을 가하여 생산성 배합물을 제조하였다. 제 2 단계 반응물은 황, 촉진제 및 금속 디티오카바메이트이었다. 제 2 단계에서는 120 ℃에서 35 rpm으로 2.0 분간 혼합하였다. 이 스톡으로부터 시험 요구에 따라 성형하고 스톡을 340 ℉(171 ℃)에서 18 분간 경화시켜 시험 시료를 제조하였다. 호스 시료는 파열강도 측정목적으로 제조하였다.
상기 표 I에서 알 수 있는 바와 같이, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이는 실시예 2 및 3에서 제조한 호스의 파열강도를 증가시켰다. 알로이 15 phr를 사용하여 실현한 파열강도(실시예 3)는 알로이 10 phr만을 사용하여 실현한 파열강도(실시예 2)보다 컸다.
실시예 4 내지 6
오일량을 50 phr로 증가시킨 것 이외는 실시예 1 내지 3에서 사용한 방법을 반복실시하였다. 실시예 5 및 6에서는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이의 양을 보다 다량으로 사용하여 평가하였다. 이들 실험 결과를 하기 표 II에 나타내었다.
상기 표 II에서 알 수 있는 바와 같이, 호스의 파열강도는 쇼어 A 경도를 허용되지 않는 양까지 증가시키지 않고도 상당히 증가하였다. 실시예 5는 호스의 파열강도가 호스의 쇼어 A 경도를 85 이상으로 증가시키지 않고도 1 제곱인치당 150 파운드 이상으로 증가될 수 있음을 보여준다. 실시예 6에서는, 호스의 파열강도가 쇼어 A 경도를 88 이하로 유지시키면서 1 제곱인치당 175 파운드 이상으로 증가되었다. 이 실험은 본 발명의 방법을 이용하므로써 자동차 용도에 통상적으로 허용가능한 호스가 제조될 수 있음을 보여준다.
실시예 7 (비교용)
이 실험에서는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리프로필렌을 사용한 것 이외는 실시예 4 내지 6에 기재된 방법을 이용하여 호스를 제조하였다. 폴리프로필렌의 양을 증가시킴에 따라 제조된 호스의 파열강도는 감소하였다. 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리프로필렌을 사용하여 제조한 호스는 전형적으로 1 제곱인치당 약 105 파운드의 파열강도 및 약 78의 쇼어 A 경도를 가졌다. 즉, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리프로필렌을 사용하면 통상적으로 허용되는 호스를 제조할 수 없었다.
실시예 8 (비교용)
이 실험에서는, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리에틸렌을 사용한 것 이외는 실시예 4 내지 6에 기재된 방법을 이용하여 호스를 제조하였다. 제조된 호스의 고온 파열강도는 통상적인 자동차 용도에는 불충분하였다. 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리에틸렌을 사용하여 제조한 호스는 또한 너무 많은 주변 팽창을 나타내어 자동차 용도에 통상적으로 허용될 수 없었다. 즉, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이 대신에 폴리에틸렌을 사용하면 통상적으로 허용되는 호스를 제조할 수 없었다.
카본 블랙과 같은 충진제는 호스의 파열강도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 1 제곱인치당 140 파운드 이상으로 파열강도를 증가시키려 하면 경도가 허용될 수 없을 정도로 증가하였다(즉, 88 초과의 쇼어 A 경도).
지금까지 본 발명을 예시할 목적으로 특정의 대표적인 태양을 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 다양한 변화 및 변형이 가능함을 알 것이다.

Claims (19)

  1. (1) (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 관 형태로 압출시키는 단계; (2) 이러한 관을 호스에 요구되는 기하학적 형태로 성형하는 단계; 및 (3) 고무 조성물을 130 내지 210 ℃ 범위의 온도에서 경화시키는 단계를 포함하는, 호스의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 열가소성이고, 고무 조성물중 EPDM 고무의 총량을 기준으로 고무 조성물중 폴리프로필렌이 약 2 내지 약 30 phr로 존재하기에 충분한 양으로 사용되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    고무 조성물이 카본 블랙 약 80 내지 약 150 phr, 가공유 약 20 내지 약 90 phr, 산화 아연 약 1 내지 약 10 phr, 스테아르산 약 0.25 내지 약 5 phr, 황 약 0.2 내지 약 6 phr 및 촉진제 약 1 내지 약 12 phr을 함유하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    고무 조성물이 약 140 내지 약 200 ℃ 범위의 온도에서 경화되는 방법.
  5. 제 1 항의 방법에 의해 제조된 호스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    고무 조성물이 나선형 축 다이를 이용하여 관 형태로 압출되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 열가소성이고, 고무 조성물이 폴리프로필렌 약 3 내지 약 30 phr, 카본 블랙 약 100 내지 약 130 phr, 가공유 약 30 내지 약 70 phr, 산화 아연 약 3 내지 약 8 phr, 스테아르산 약 0.5 내지 약 4 phr, 황 약 0.3 내지 약 4 phr 및 촉진제 약 2.5 내지 약 10 phr을 함유하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 열가소성이고, 고무 조성물이 폴리프로필렌 약 4 내지 약 30 phr, 카본 블랙 약 110 내지 약 125 phr, 가공유 약 40 내지 약 50 phr, 산화 아연 약 4 내지 약 6 phr, 스테아르산 약 1 내지 약 3 phr, 황 약 0.5 내지 약 2 phr 및 촉진제 약 4 내지 약 8 phr을 함유하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    촉진제가 머캅토벤조티아졸, 테트라메틸티우람 디설파이드 및 아연 디부틸디티오카바메이트의 조합으로 이루어진 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    고무 조성물이 약 170 내지 약 195 ℃ 범위의 온도에서 경화되는 방법.
  11. (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물을 130 내지 210 ℃ 범위의 온도에서 호스에 요구되는 기하학적 형태로 사출성형함을 포함하는, 호스의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 열가소성이고, 고무 조성물중 EPDM 고무의 총량을 기준으로 고무 조성물중 폴리프로필렌이 약 2 내지 약 50 phr로 존재하기에 충분한 양으로 사용되는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    고무 조성물이 카본 블랙 약 80 내지 약 150 phr, 가공유 약 20 내지 약 90 phr, 산화 아연 약 1 내지 약 10 phr, 스테아르산 약 0.25 내지 약 5 phr, 황 약 0.2 내지 약 6 phr 및 촉진제 약 1 내지 약 12 phr을 함유하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    고무 조성물이 폴리프로필렌 약 3 내지 약 30 phr, 카본 블랙 약 100 내지 약 130 phr, 가공유 약 30 내지 약 70 phr, 산화 아연 약 3 내지 약 8 phr, 스테아르산 약 0.5 내지 약 4 phr, 황 약 0.3 내지 약 4 phr 및 촉진제 약 2.5 내지 약 10 phr을 함유하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    고무 조성물이 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이로부터 유도된 폴리프로필렌 약 4 내지 약 30 phr, 카본 블랙 약 110 내지 약 125 phr, 가공유 약 40 내지 약 50 phr, 산화 아연 약 4 내지 약 6 phr, 스테아르산 약 1 내지 약 3 phr, 황 약 0.5 내지 약 2 phr 및 촉진제 약 4 내지 약 8 phr을 함유하는 방법.
  16. (a) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 이러한 폴리에틸렌에 전체적으로 균일하게 분산된 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이, (b) EPDM 고무, (c) 카본 블랙, (d) 하나 이상의 경화제, (e) 산화 아연, (f) 가공유 및 (g) 스테아르산으로 이루어진 고무 조성물.
  17. (1) (i) 용융지수가 낮은 폴리에틸렌 및 (ii) 폴리프로필렌으로 이루어진 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이를 제조하고; (2) 폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이를 폴리프로필렌의 융점 이하이고 폴리에틸렌의 융점 이상인 온도에서 고무 화합물로 혼합함을 포함하는, 폴리프로필렌의 융점 이하의 온도에서 폴리프로필렌을 고무 화합물로 분산시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    혼합이 95 내지 120 ℃ 범위의 온도에서 수행되는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    폴리에틸렌/폴리프로필렌 알로이가 폴리에틸렌 약 55 내지 약 65 중량% 및 폴리프로필렌 약 35 내지 약 45 중량%를 함유하는 방법.
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