KR20010013039A - 탄성 중합 복합 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 탄성 중합체 복합 구조체(45)는 2열의 평행한 코드(41, 43)를 구비하며, 각각의 코드(41, 43) 열은 탄성 게수 또는 신장율이 상이하다. 코드(41, 43)의 열은 서로 이격되어 있으며, 인가된 로드의 방향에 의존하여 상이한 굽힘 강성을 제공한다.

Description

탄성 중합 복합 구조체{AN ELASTOMERIC COMPOSITE STRUCTURE}
인장 강도가 증가되도록 가지런히 놓인 일련의 평행 층으로 보강된 탄성 중합체 물질은 기술분야에 널리 공지되어 있다.
커로코우(Kurokow)에게 허여된 미국 특허 제 5,244,436 호에 개시된 바와 같은 동력 전달 벨트가 그 일례이다. 이 특허에는 접착제 고무 층에 매립된 종방향으로 연장하는 복수의 부하 지지 코드(load-carrying cords)와, 제 2 고무 층에 매립된 횡방향으로 연장하는 복수의 코드를 구비한 압축 섹션과, 상기 층들 사이에 개재되어 그 사이에 공간을 유지하여 횡방향 연장 코드와 로드 지지 코드 사이의 돌발 접촉을 방지하는 보강 고무층을 포함하는 v형 벨트가 개시되어 있다.
컨베이어 벨트, 타이어 및 호스와 같은 다른 제품이 이와 유사하게 코드로 보강된다.
미국 특허 제 3,607,592 호에는 운반 가능한 고무 플랫폼(rubber platform)이 개시되어 있으며, 이 고무 플랫폼은 일방향의 종방향 강성을 얻도록 가로 방향 직물 부재의 층에 의하여 일정 간격을 두고 배치된 고무로 입혀진 강철 코드(3 및 6)의 플라이(ply)를 구비한다. 이 특허는 예컨대 임시 다리, 좁은 통로(catwalk) 및 인도, 균일한 땅 또는 습지 상의 임시 도로로서 사용하기 적합한 운반 가능한 플랫폼에 관한 것이다.
상기 특허에 따르면, 운반 가능한 플랫폼은 개별적으로 가요성이 있으며 횡방향으로 실질적으로 신장불가능한 적어도 2층의 금속 코드와 함께 직물 보강물을 포함하는 복합 보강물이 그 안에 매립되어 있는 가요성 요소로 구성되었으며, 상기 각 층의 금속 코드는 서로 실질적으로 평행하고 또 플랫폼의 길이에 실질적으로 수직으로 놓여 있으며, 가로 방향 금속 코드층의 분리는 상당한 정도의 가로 방향 강성을 플랫폼에 전체적으로 제공하기에 충분하며, 복합 보강물의 개재된 직물 구성요소는 각각의 가로 방향 금속 코드 층과 인접한 가로 방향 금속 코드 층 사이에 배치된다.
상기 특허의 일 특징에 따르면, 전술한 바와 같은 운반 가능한 플랫폼은 세로방향의 실질적으로 신장불가능한 금속 코드 층을 구비하며, 이 금속 코드 층은 서로 실질적으로 평행하게, 그리고 플랫폼의 길이에 평행하게 놓이며, 상기 세로방향의 금속 코드 층은 복합 보강물의 개재된 직물 구성요소와 가로 방향 금속 코드 층 사이에 배치되며, 상기 금속 코드 층은 플랫폼의 로드 지지 표면에 근접하게 놓여 있다.
세로방향 금속 코드는 연속적이거나 비연속적이다. 금속 코드가 비연속적인 경우, 금속 코드는 서로 중첩된 관계로 평행할 수도 있다. 비연속적인 금속 코드는 임의의 적당한 길이일 수도 있다.
통상적으로, 금속 코드는 강재 코드(steel cord)이다. 강재 코드는 5% 미만의 신장율을 갖는다. 적절한 코드는 강철 와이어가 서로 얽혀있는 가닥(intertwisted strand)으로 구성되는데, 예컨대 코드는 직경이 약 0.001 내지 0.010 인치인 강재 와이어의 6 내지 24 가닥으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 코드는 밀접하게 나란한 관계로 배치되어 있으며, 인치당 8 내지 24 코드의 밀도로 적절하게 배치될 수 있다.
바람직하게는, 복합 보강물은 가로 방향의 2층의 강재 코드로 구성되며, 그 들 사이에 단일 층의 직물 보강물을 구비하며, 세로 방향의 1층의 강재 코드는 직물 층과 가로 방향 강재 코드의 층 사이에 배치되어 있으며, 상기 코드의 층은 플랫폼의 로드 지지 표면에 인접하게 놓여 있다.
이러한 종래 기술의 발명은 적절한 인장, 예컨대 단부의 지지부로부터 인치당 약 50 내지 80 파운드의 적정 인장을 가하는 것에 의하여 설치될 수 있는 운반 가능한 플랫폼을 제공한다. 플랫폼은 현저한 가로 방향 강성을 가져서, 사람 또는 차량이 서 있거나 플랫폼의 엣지에 작용하는 중량에 의해 플랫폼을 따라 이동하는 경우 엣지의 휘어짐은 부적당한 정도로는 일어나지 않고, 플랫폼의 비틀림은 제한된다. 플랫폼은 권취되어 적당한 롤로 운반될 수 있다.
추가로, 직물 보강물 위의 종방향 금속 코드 층은 플랫폼의 로드 지지 표면에 하방으로 작용하는 로드에 대하여 종방향 강성을 부여한다.
또한, 연속적인 세로방향 금속 코드가 플랫폼의 인장 강도를 증가시키는 반면에, 비연속적인 세로방향 금속 코드가 이용되는 경우, 비연속적인 세로방향 금속 코드가 플랫폼에 종방향 강성을 제공하기는 하지만, 인장 강도는 단지 직물 보강물에 의해서만 제공된다. 금속 코드의 실질적인 비신장 성질 때문에, 비연속적인 종방향 금속 코드 아래의 직물 보강물이 상당한 힘에 의하여 신장되지 않으면 금속 코드가 비연속적일지라도 종방향 휨은 발생될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 이 방향으로의 플랫폼의 굽힘은 비신장성 금속 코드 아래에 있는 직물 보강물의 원주 방향 압축만을 요구하므로, 플랫폼은 로드 지지 표면의 최외곽에 쉽게 권취될 수 있다.
본원 명세서에 개시된 본 발명은 일정 간격을 두고 배치된 2개의 평행한 코드의 개별적인 열 사이의 탄성 계수의 변화 또는 코드의 신장율의 변화에 의하여 발생된 굽힘 강성의 차이가 가지는 복합 구조체를 제조하는 신규하고 유용한 방법을 제공한다.
발명의 요약
복합 탄성 중합체 코드로 보강된 구조체(45)은 제 1 외면(42)과 제 2 외면(44)을 구비한다. 제 1 외면(42)과 제 2 외면(44)은 일정 간격으로 이격되어 있다. 탄성 중합체 구조체(45) 내에는 개별적인 2열의 평행한 코드(41, 43)가 있다. 제 1 열의 평행 코드(41)는 X라는 제 1 탄성계수(E)를 가진다. 제 2 열의 평행 코드(43)는 X보다 큰, 바람직하게는 약 10 GPI의 제 2 탄성 계수(E)를 가진다. 제 1 열과 제 2 열의 코드는 탄성 중합체 물질에 쌓여 있다. 두 열의 코드(41, 43)는 다른 열에 대하여 평행하게 일정 간격을 두고 배치되어 있다. 제 1 열의 코드(41)는 제 1 외면(42) 근처에 위치되어 있는 반면, 제 2 열의 코드(43)는 제 2 외면(44) 근처에 위치되어 있다. 복합 구조체(45)는 코드(41, 43)의 열을 가로질러 제 1 외면(42) 및 제 2 외면(44)에 대략 수직을 이루는 굽힘 강성을 가지며, 이 굽힘 강성은 일방향이 타방향보다 크다.
제 1 열의 코드(41)의 수는 제 2 열의 코드(43)의 수보다 크거나, 같거나 작을 수 있다.
제 2 열의 코드(43)는 실질적으로 비신장성인 것이 바람직하며, 제 1 열의 코드(41)보다 작은 신장율을 가진다.
본 발명은 코드로 보강된 고무 제품에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제 1 외면 및 제 2 외면 각각에서 가로 방향으로 부하가 가해지는 복합 구조체를 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 복합 구조체를 채용한 타이어(10)의 단면도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2a 및 도 2b의 타이어와 종래 기술의 타이어에 개략도로 도시된 복합 측벽 구조체를 도시한 도면.
본 발명의 개념을 보다 잘 이해하기 위하여, 복합 시험 표본 구조체(45)를 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 제조하였다. 단순화하기 위하여, 고무층은 동일 특성을 가지는 동일 형태로 하였다. 깊이 D1을 3.1㎜로 하여 평행한 보강 코드(41)를 배치하였으며, 상기 보강 코드는 13GPa의 탄성 계수를 갖는 레이온으로 하였고, 이것은 인치당 30개의 단부[end per inch (epi) count of 30]를 구비하였다. 평행한 보강 코드(43)는 18epi에서 1+5 x 0.18㎜의 구조를 가지는 강철 코드로 하였으며, 레이온 코드(41)에 평행하게 배향되게 하였다. 레이온 코드(41)로부터의 거리 D2를 6.34㎜로 하고, 표본(45)의 바닥 으로부터의 거리 D3를 8.32㎜로 하여 보강 코드(43)를 고무에 매립하였다. 시험 표본(45)은 로드 지점에서 길이 또는 전장이 152.4㎜이고, 폭이 38㎜ 였다. 두께는 D1, D2, D3의 합계였다.
장방형의 시험 표본(45)에는 도 1a에 도시된 바와 같이 먼저 부하를 인가하였으며, 64N(뉴튼)의 부하로 10㎜가 편향되는 것을 기록하였다. 그 다음에, 표본(45)을 도 1b에 도시된 바와 같이 상부 부하와 하부 부하를 뒤집어서 부하를 가하였으며, 10㎜를 편향시키는 데에 136N(뉴튼)의 부하가 필요하였다. 2층의 레이온 코드를 구비하는 것을 제외하고는 제 1 시험 표본과 동일한 제 2 시험 표본에 도 1a에 도시된 바와 같이 로드를 가하였으며, 최종 로드는 단지 20N(뉴튼)이었다.
모든 레이온 플라이 표본(45)은 종래 기술의 구조체과 유사하다. 이러한 시험은 복합 구조체가 크게 상이한 탄성 계수를 가지는 2층의 코드를 가져서 로드의 방향에 의존하여 차이가 큰 굽힘 강성을 가진다는 것을 입증하였다. 도 1a 및 도 1b의 부하는 가해지는 부하의 방향에 의존하여 코드(41, 43)의 인장 또는 압축을 발생시켰다.
다음에, 이러한 원리를 사이즈 P235/55R17의 시험 타이어에 적용하였다. 도 2a의 타이어와 유사지만 380,400 플라이의 단일 레이온 코드를 가지는 도 3a의 타이어를 제어 타이어로 이용하였다. 동일한 구조와 크기의 타이어를 도 3b의 구조체에 시험하였으며, 플라이(40)의 코드(43)는 1 + 5 ×0.18㎜의 강철 코드로 하였고, 이 강철 코드는 종래 기술의 타이어의 플라이(380)와 동일한 플라이(38)의 레이온 코드(41)의 반경 방향 외측에서 18 epi를 가진다. 모든 다른 구조체 재료는 제어 타이어(100) 및 제 1 시험 타이어(10)와 동일하였다. 레이온 적층된 제어 타이어(100)는 26psi에서 1516 pounds/inch의 유효 탄성율을 가졌고, 35psi에서는 1787 pounds/inch의 유효 탄성율을 가졌다. 제 1 시험 타이어는 26psi에서 1541 pounds/inch의 팽창된 탄성율을, 35psi에서는 1816 pounds/inch을 가졌다. 0 psi의 팽창에서, 제 1 시험 타이어의 탄성율은 773 pounds/inch였다. 제 2 시험 타이어는 레이온 코드가 플라이(40)에 위치되어 있고, 도 3c에 도시된 바와 같이 플라이(38)의 강철 코드(43)의 반경 방향 외측에 있게 구성되었다. 이러한 제 2 시험 타이어는 26psi에서 1557 pounds/inch의 탄성율을, 35psi에서 1846 pounds/inch의 탄성율을 각각 가졌다. 팽창이 없는 상태에서, 제 2 시험 타이어의 탄성율은 789 pounds/inch 였다.
개념을 적용함으로써 알 수 있는 바와 같이, 코드(41)의 열은 상이한 굽힘 강성을 얻도록 코드(43)의 열과 균일한 간격을 두고 배치될 필요가 없지만, 최대 간극의 위치는 최대 강성의 위치에서 얻어지거나, 얻어질 수 있다.
타이어에 적용함으로써 추가로 알 수 있는 바와 같이, 복합 구조체는 만곡되거나 비선형일 수 있다.
탄성 중합체 물질에 적용된 이러한 일반적인 발명의 원리는 복합 스프링 또는 유사한 충격 완화 기구가 코드 탄성 계수 또는 신장의 함수로서 방향성 탄성율을 가지도록 제작될 수 있다는 것을 의미한다.
추가로 알 수 있는 바와 같이, 구조체의 굽힘 축선(A)이 최고의 모듈러스의 코드에 인접하게 위치된다.
본 발명을 설명할 목적으로 예로서 전형적인 실시예와 상세한 설명을 기술하였지만, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 여러 변형과 수정이 있을 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims (3)

  1. 제 1 외면과 이 제 1 외면으로부터 이격된 제 2 외면을 갖는 탄성 중합체 구조체와,
    X의 제 1 탄성계수(E)를 갖는 제 1 열의 평행 코드와, X 보다 큰 제 2 탄성계수(E)를 갖는 제 2 열의 평행 코드를 구비하는 복합 구조체로서,
    상기 제 1 열의 코드와 상기 제 2 열의 코드는 탄성 중합체 재료에 둘러쌓여 있으며, 상기 제 1 및 제 2 열의 코드는 다른 열의 코드와 실질적으로 평행하게 일정 간격을 두고 배치되어 있으며, 상기 제 1 열의 코드는 제 1 외면에 근접하고, 제 2열의 코드는 제 2 외면에 근접하며,
    코드의 열의 가로 방향으로 제 1 외면 및 제 2 외면에 대하여 굽힘 강성을 가지며, 이 굽힘 강성은 일방향이 타방향보다 큰
    복합 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열의 코드 수는 상기 제 2 열의 코드 수보다 많은
    복합 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열의 코드는 상기 제 2 열의 코드보다 큰 신장율을 갖는
    복합 구조체.
KR1019997011015A 1997-05-29 1998-04-17 탄성 중합 복합 구조체 KR20010013039A (ko)

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