KR20010052849A - 고압 고무 호스 및 이의 제조방법 - Google Patents

고압 고무 호스 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내면 고무층의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 배치하고, 당해 유기 섬유 보강층의 외주측에 강선을 2층의 나선형으로 편직한 강선 보강층을 배치하는 동시에, 유기 섬유 보강층의 편조 각도를 강선 보강층의 편조 각도보다 작게 하고, 유기 섬유 보강층의 편조 장력을 강선 보강층의 편조 장력보다 크게 한 고압 고무 호스에 관한 것이다. 본 발명의 고압 고무 호스는, 가요성 맨드럴의 외주상에 미가황의 내면 고무층을 성형하고, 이의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 중간 고무층을 개재시키고 강선을 2층의 나선형으로 편직하여 강선 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 외면 고무층을 적층한 다음, 가요성 맨드럴을 드럼에 권취하여 가황시킴으로써 제조된다.

Description

고압 고무 호스 및 이의 제조방법{High-pressure rubber hose and production method therefor}
고압 고무 호스에 있어서, 내면 고무층과 외면 고무층의 사이에 중간 고무층을 개재시켜 복수층의 보강층을 매설(埋設)하고 이의 보강층으로서 강선(鋼線)을 나선형으로 편직한 것이 있다. 그러나, 강선 보강층은 유연성이 결핍되고 또한 호스 중량을 현저하게 증가시킨다는 결점이 있다. 따라서, 유연성의 향상과 경량화를 도모하기 위하여 보강층의 일부를 방향족 폴리아미드 섬유 등의 유기 섬유로 대체시키는 것을 시도하고 있다.
그러나, 방향족 폴리아미드 섬유 등의 보강용에 사용되는 고탄성율 유기 섬유는 좌굴에 의해 파단되기 쉬우므로, 고압 고무 호스의 보강 재료로서 내구성이 결핍된다는 문제가 있다. 따라서, 종래의 일반적인 개념으로는 유기 섬유 재료와 강선 재료의 복합화로 경량이며 유연성이 우수한 고압 고무 호스를 실용화하는 것은 곤란하다고 되어 있다.
본 발명의 목적은 보강 재료로서 유기 섬유와 강선을 복합하여 사용함으로써 유연성의 향상과 경량화를 도모하는 동시에, 유기 섬유의 좌굴에 의한 파단을 방지하여 내구성을 향상시킨 고압 고무 호스 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
발명의 개시
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압 고무 호스는, 내면 고무층과 외면 고무층 사이에 중간 고무층을 개재시켜 복수층의 보강층을 매설한 고압 고무 호스에 있어서, 내면 고무층의 외주(外周)측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 배치하고, 유기 섬유 보강층의 외주측에 강선을 2층의 나선형으로 편직한 강선 보강층을 배치하는 동시에, 유기 섬유 보강층의 편조(編組) 각도를 강선 보강층의 편조 각도보다 작게 하고 유기 섬유 보강층의 편조 장력을 강선 보강층의 편조 장력보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이 유연성의 향상과 경량화를 도모하기 위하여 고압 고무 호스의 보강 재료로서 유기 섬유와 강선을 복합하여 사용하는 데 있어서, 유기 섬유 보강층의 편조 각도를 강선 보강층의 편조 각도보다 작게 하는 동시에, 유기 섬유 보강층의 편조 장력을 강선 보강층의 편조 장력보다 크게 설정함으로써 유기 섬유 보강층이 강선 보강층으로부터 받는 응력(왜곡)을 경감하여 좌굴을 억제하므로 유기 섬유의 좌굴에 의한 파단을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 고압 고무 호스의 제조방법은 길이가 긴 가요성 맨드럴의 외주상에 미가황의 내면 고무층을 성형하고, 이의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 중간 고무층을 개재시키고 강선을 2층의 나선형으로 편직한 강선 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 외면 고무층을 적층시킨 다음, 가요성 맨드럴을 드럼에 권취하여 가황시킴을 특징으로 한다.
상기한 제조방법에 따르면 유기 섬유 보강층과 강선 보강층을 갖춘 고압 고무 호스의 길이를 40m 이상으로 길게 형성할 수 있다.
본 발명은 고압 고무 호스 및 이의 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 보강 재료로서 유기 섬유와 강선을 복합하여 사용함으로써 유연성의 향상과 경량화를 도모하는 동시에 유기 섬유의 좌굴(座屈)에 의한 파단을 방지하도록 하는 고압 고무 호스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태로 이루어진 고압 고무 호스를 일부 절단하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태로 이루어진 고압 고무 호스를 일부 절단하여 나타낸 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
도 1에서, 고압 고무 호스는 가장 안쪽의 내면 고무층(1)과 가장 바깥쪽의 외면 고무층(5) 사이에, 안쪽으로부터 2층 구조의 유기 섬유 보강층(2)과 2층 구조의 강선 보강층(4)을 차례대로 매설하고 각 층 사이에 중간 고무층(3)을 개재시킨 적층 구조로 이루어져 있다.
내면 고무층(1), 중간 고무층(3), 외면 고무층(5)의 고무 재료는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들면, 내면 고무층(1)과 중간 고무층(3)에는 니트릴·부타디엔 고무(NBR) 등을 사용할 수 있고, 외면 고무층(5)에는 클로로프렌 고무(CR) 등을 사용할 수 있다.
유기 섬유 보강층(2)은 복수개의 고탄성율 유기 섬유 코드를 호스 축방향에 대하여 경사시키면서 나선형으로 편직한 2층 구조를 가져서 이의 층 사이에서 유기 섬유 코드가 서로 교차하도록 되어 있다. 단, 유기 섬유 보강층(2)은 도 2와 같이 복수개의 유기 섬유 코드를 1층의 브레이드 형태로 편직한 것일 수 있다. 상기한 유기 섬유 코드로는 강도가 15gf/d(≒ 16.3mN/Tex) 이상인 동시에, 절단 신도가 3% 이상, 보다 바람직하게는 4 내지 4.8%인 것이 사용되고 있다. 이러한 고강도이면서도 고탄성율인 유기 섬유로서 방향족 폴리아미드 섬유(아라미드 섬유)를 들 수 있다. 상기한 물성을 갖는 방향족 폴리아미드 섬유는 고압 호스의 보강 재료로서 적합한 고탄성을 갖추고 있다. 또한, 유기 섬유 코드에는 라텍스 등의 접착 처리가 실시되고 있으며, 고무에 대한 밀착 강도가 1.6kN/m 이상으로 되어 있다.
한편, 강선 보강층(4)은 복수개의 강선을 호스 축방향에 대하여 경사시키면서 나선형으로 편직한 2층 구조를 가져서 이의 층 사이에서 강선이 서로 교차하도록 되어 있다. 강선으로서는 직경이 0.30 내지 O.80mm인 것을 사용할 수 있다.
고압 고무 호스에 있어서, 유기 섬유 보강층(2)의 편조 각도는 강선 보강층(4)의 편조 각도보다 작게 설정되어 있다. 이와 같이 유기 섬유 보강층(2)의 편조 각도를 강선 보강층(4)의 편조 각도보다 작게 함으로써 유기 섬유 보강층(2)이 강선 보강층(4)으로부터 받는 응력을 경감시킬 수 있다. 여기서, 편조 각도란 호스 축방향을 사이에 두고 서로 교차하는 유기 섬유 코드 또는 강선의 교차 각도를 의미하는 것이다.
또한, 유기 섬유 보강층(2)의 편조 장력은 강선 보강층(4)의 편조 장력보다 크게 설정되어 있다. 이와 같이 유기 섬유 보강층(2)의 편조 장력을 강선 보강층(4)의 편조 장력보다 크게 함으로써 유기 섬유 보강층(2)이 강선 보강층(4)으로부터 받는 응력을 경감시킬 수 있다. 이러한 유기 섬유 보강층(2)의 편조 장력은 강선 보강층(4)의 편조 장력의 12O 내지 180%, 보다 바람직하게는 150 내지 180%의 범위로 설정하면 된다. 이러한 비율이 120% 미만이면, 유기 섬유 보강층(2)에 대한 응력 경감 효과가 불충분해지고, 반대로 180%를 초과하면, 초기 왜곡이 너무 커져서 장력의 균형을 붕괴시켜 내구성이 저하된다.
본 발명에서는, 유기 섬유 보강층(2) 및 강선 보강층(4)의 편조 각도와 편조 장력을 위의 관계로 함으로써 유기 섬유 보강층(2)의 좌굴을 효과적으로 억제할 수 있게 되므로, 유기 섬유의 좌굴에 따르는 파단을 방지하여 고압 고무 호스의 내구성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 보강 재료로서 유기 섬유와 강선을 복합하여 사용함으로써 유연성의 향상과 경량화를 도모하는 경우라도 강선 보강과 동등한 우수한 내구성을 갖는 고압 고무 호스를 제공할 수 있다. 그 결과, 고압 고무 호스의 굴곡 반경을 종래의 강선 보강한 것과 비교하여 10% 이상 작게 설정할 수 있게 된다.
이어서, 본 발명의 고압 고무 호스의 제조방법에 관해 설명한다. 상기한 고압 고무 호스를 제조하는 경우, 맨드럴의 외주상에 미가황의 내면 고무층(1)을 성형하고, 이의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층(2)을 형성한다. 이어서, 유기 섬유 보강층(2)의 외주측에 미가황의 중간 고무층(3)을 개재시켜 강선을 2층의 나선형으로 편직한 강선 보강층(4)을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 외면 고무층(5)을 적층한다.
상기한 편직 공정에서 유기 섬유 보강층(2)의 편조 각도는 강선 보강층(4)의 편조 각도보다 작게 하고, 유기 섬유 보강층(2)의 편조 장력을 강선 보강층(4)의 편조 장력보다 크게 한다. 이들 편조 각도와 편조 장력을 조정함으로써 유기 섬유의 좌굴에 따른 파단을 방지하여 고압 고무 호스의 내구성을 높이도록 한다. 그 후, 미가황 고무 호스를 맨드럴과 함께 가열하여 가황시킨다.
상기한 고압 고무 호스의 길이는 맨드럴의 길이에 따라 제한되므로 길이 40m 이상의 고압 고무 호스를 제조하는 것은 곤란하다. 따라서, 심재(心材)로서 가요성 맨드럴을 사용하여 당해 가요성 맨드럴의 주위에 미가황 고무 호스를 성형한 다음, 이를 드럼에 권취하여 가황을 실시하도록 한다. 이와 같이 가요성 맨드럴을 사용하여 미가황 고무 호스를 가요성 맨드럴과 함께 드럼에 권취한 상태에서 가황시킴으로써 유기 섬유 보강층(2)과 강선 보강층(4)을 갖춘 고압 고무 호스의 길이를 40m 이상으로 길게 형성할 수 있다.
상기한 제조방법에서, 내면 고무층(1) 위에 유기 섬유 보강층(2)을 시행하는 경우, 이의 편조 밀도를 100% 이상으로 하고, 유기 섬유 보강층(2)을 구성하는 유기 섬유 코드의 교점에 간극을 형성하지 않도록 한다. 이와 같이 유기 섬유 보강층(2)에 간극을 존재시키지 않음으로써 드럼 권취 가황시에 내면 고무층(1)의 미가황 고무가 유기 섬유 보강층(2)을 통해 외주측으로 분출되는 것을 방지할 수 있으므로, 가요성 맨드럴을 사용하여 드럼 권취 가황시켜도 고압 고무 호스의 품질을 저하시키지 않는다.
내부 직경을 19mm, 외부 직경을 30mm로 하고, 이러한 호스 구조를 하기와 같이 상이하게 만든 실시예 1 내지 4 및 종래예의 고압 고무 호스를 각각 제작한다.
실시예 1
내면 고무층과 외면 고무층 사이에 중간 고무층을 개재시키고, 둘레당 74개의 방향족 폴리아미드 섬유 코드[데이진(주) 제조, "테크놀러" 1500d/2)를 나선형으로 편직한 2층의 유기 섬유 보강층과 둘레당 90개의 강선(스틸 와이어 0.5HT)을 나선형으로 편직한 2층의 강선 보강층을 매설한다(참조: 도 1). 유기 섬유 보강층은 5개 또는 6개의 유기 섬유 코드를 800g의 와인딩 장력으로 일단 보빈에 권취하고, 이 보빈으로부터 권취 해사하면서 편직한다. 이들 유기 섬유 보강층과 강선 보강층의 편조 장력과 편조 각도는 표 1과 같다. 또한, 상기한 방향족 폴리아미드 섬유 코드("테크놀러" 1500d/2)는 강도 15gf/d, 절단 신도 4.4%의 물성을 갖고, 라텍스의 접착 처리에 의해 고무에 대한 밀착 강도를 1.6kN/m으로 한 것이다.
실시예 2
유기 섬유 보강층의 편조 각도를 작게 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 한다.
실시예 3
유기 섬유 보강층의 와인딩 장력을 200 내지 350g으로 하며 이의 편조 장력을 작게 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 한다.
실시예 4
내면 고무층과 외면 고무층 사이에 중간 고무층을 개재시키고, 6개를 한 다발(1東)로 하여 둘레당 144개의 방향족 폴리아미드 섬유 코드("테크놀러" 1500d/2)를 브레이드 형태로 편직한 1층의 유기 섬유 보강층과 둘레당 90개의 강선(스틸 와이어 0.5HT)을 나선형으로 편직한 2층의 강선 보강층을 매설한다(참조: 도 2). 유기 섬유 보강층은 6개의 유기 섬유 코드를 800g의 와인딩 장력으로 일단 보빈에 권취하고, 이러한 보빈으로부터 권취 해사하면서 편직한다. 이들 유기 섬유 보강층과 강선 보강층의 편조 장력과 편조 각도는 표 1과 같다. 또한, 방향족 폴리아미드 섬유 코드("테크놀러" 1500d/2)는 강도 15gf/d, 절단 신도 4.4%의 물성을 갖고, 라텍스의 접착 처리에 의해 고무에 대한 밀착 강도를 1.6kN/m로 한 것이다.
종래예
내면 고무층과 외면 고무층 사이에 중간 고무층을 개재시키고, 둘레당 86개의 강선(스틸 와이어 0.5HT)를 나선형으로 편직한 4층의 강선 보강층을 매설한다. 강선 보강층의 편조 장력 및 편조 각도는 표 1과 같다.
이들 실시예 1 내지 4 및 종래예의 고압 고무 호스에 대해 다음의 측정방법에 따라 호스 중량, 파괴 압력, 고온 충격 성능, 굴곡 반력(反力)을 측정하고, 그 결과를 표 1에 아울러 기재한다.
호스 중량:
시험 호스를 동일한 길이로 절단하고, 이의 중량(g)을 측정한다.
파괴 압력:
시험 호스 내의 유압을 상승시키고, 파괴에 도달하는 압력(MPa)을 측정한다.
고온 충격 성능:
시험 호스를 굴곡 반경 200mm의 U자상으로 유지하고, 내압 33.6MPa, 오일 온도 100℃의 조건하에서 대형파(台形波) 임펄스를 반복하여 가하고, 파괴에 도달하는 회수를 측정한다. 또한, 40만회까지 충격 압력을 가해도 파괴되지 않는 것은 시험을 중단한다.
굴곡 반력:
시험 호스를 만곡시켜 이의 한쪽 말단을 다른 말단측을 향하여 압압(押壓)하여 굴곡 반경이 200mm로 될 때의 굴곡 반력(N)을 측정한다. 이러한 굴곡 반력(N)이 작을수록 유연성이 우수하다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 종래예
편조 장력(lb.) 유기 섬유 보강층 15 15 12 18 -
강선 보강층 10 10 10 10 12,10
편조 각도(°) 유기 섬유 보강층 109.0 104.0 109.0 105.0 -
강선 보강층 110.0 110.0 110.0 110.0 104,110
호스 중량(g) 1060 1060 1060 960 1380
파괴 압력(MPa) 178.0 178.0 178.0 175.0 215.0
고온 충격 성능(임펄스 회수) 32~40만 40만 10~30만 40만 40만
굴곡 반응(N) 45.1 45.1 45.1 39.2 56.0
당해 표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 고압 고무 호스는 강선 보강을 실시한 종래예의 고압 고무 호스와 비교하여 경량이고, 유연성이 우수하며, 또한 고온 충격 성능도 양호하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고압 고무 호스는 보강 재료로서 유기 섬유와 강선을 복합하여 사용함으로써 유연성의 향상과 경량화를 도모하는 동시에, 유기 섬유의 좌굴에 의한 파단을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 고압 고무 호스의 제조방법에 따르면 유기 섬유 보강층과 강선 보강층을 갖춘 고압 고무 호스의 길이를 40m 이상으로 길게 형성할 수 있게 된다.
상기한 우수한 효과를 갖는 본 발명은 유압 장치 및 유압 회로 등을 구성하는 고압 고무 호스 및 이의 제조방법으로서 효과적으로 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 내면 고무층과 외면 고무층 사이에 중간 고무층을 개재시켜 복수층의 보강층을 매설한 고압 고무 호스에 있어서,
    내면 고무층의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 배치하고, 유기 섬유 보강층의 외주측에 강선을 2층의 나선형으로 편직한 강선 보강층을 배치하는 동시에, 유기 섬유 보강층의 편조 각도를 강선 보강층의 편조 각도보다 작게 하고, 유기 섬유 보강층의 편조 장력을 강선 보강층의 편조 장력보다 크게 한 고압 고무 호스.
  2. 제1항에 있어서, 유기 섬유 보강층의 편조 장력을 강선 보강층의 편조 장력의 120 내지 180%의 범위로 설정한 고압 고무 호스.
  3. 제1항에 있어서, 유기 섬유 코드가 강도 15gf/d 이상, 절단 신도 3% 이상의 물성을 갖고, 고무에 대한 밀착 강도가 1.6kN/m 이상인 고압 고무 호스.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 유기 섬유 코드가 방향족 폴리아미드로 이루어지는 고압 고무 호스.
  5. 길이가 긴 가요성 맨드럴의 외주상에 미가황의 내면 고무층을 성형하고, 이의 외주측에 유기 섬유 코드를 2층의 나선형 또는 1층의 브레이드 형태로 편직한 유기 섬유 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 중간 고무층을 개재시키고 강선을 2층의 나선형으로 편직하여 강선 보강층을 형성하고, 이의 외주측에 미가황의 외면 고무층을 적층시킨 다음, 가요성 맨드럴을 드럼에 권취하여 가황시키는, 고압 고무 호스의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 가요성 맨드럴의 길이가 40m 이상인 고압 고무 호스의 제조방법.
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