KR20020029871A - 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법 및 그에의해서 제조된 고성능의 교차결합 열가소성 호스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고성능 호스에 사용될 수 있는 높은 온도를 견딜 수 있고, 내약품성, 내마모성 및 인열 저항을 갖는 교차결합 열가소성 호스의 제조방법에 관한 것으로서,
압출기에 열가소성 중합체 및 가교제로 이루어진 혼합물을 넣고, 상기 교차결합 호스가 맨드릴없이 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
2. 종래기술의 설명
호스, 특히 자동차에서 유체를 수송하는데 사용되는 곡선 호스는 곡선 맨드릴(mandrel)위에 규격에 맞게 자른 경화되지 않은 호스를 배치하고, 매드릴을 가열하여, 호스가 목적하는 형태를 유지하도록 호스를 경화시킴에 의해서 제조된다. 상기 호스는 단일의 엘라스토머 호스일 수도 있고, 그안에 두개의 강화제로 둘러싸거나 또는 포함시킬 수 있다. 선택적으로, 같거나 또는 다른 물질의 커버로 호스를 둘러쌓을 수 있다. 전형적으로, 상기 호스는 맨드릴위에 압출된 호스를 넣고,열 경화성 엘라스토머로부터 제조되며, 맨드릴로부터 경화된 호스를 제거하는 것이 용이하도록 상기 맨드릴은 가열한다. 펠츠만(Peltzman) 등의 미국특허 제4,537,736호에 한가지 방법이 기재되어 있다. 상기 호스는 가령 연료공급 호스, 토크 변환기 호스, 공기청정기 호스, 동력조향(power steering) 호스 등의 다양한 용도에 사용된다. 그러나, 대개 상기 호스는 몇가지 특정 호스에 필수적으로 요구되는 내마모성이 충분하지 않으며, 높은 인열강도(tear strength)를 나타내지 않으며; 종래에는 특정의 한계를 넘어서 성질을 향상시키려는 시도를 실패하였다. 예를들면 요시가와(Yoshikawa) 등의 미국특허 제5,476,121호에서는 외부 둘레부 표면을 갖는 합성 수지의 내부 호스를 제공하고, 내부 호스의 외부 표면에 은 또는 은계 합금의 박막을 형성하고, 고무층을 열경화시킴에 향상된 배리어(barrier) 및 유연성을 갖는 고무 호스가 개시되어 있다.
고성능의 호스로, 가령 동력조향 호스는 화학약품 및 온도에 분해되는 것에 높은 저항성이 요구된다. 현재, 동력조향 호스 및 기타 고성능의 호스는 복합된 엘라스토머로, 가령 염화 폴리에틸렌, 클로로설폰화 폴리에틸렌 또는 149℃(300℉) 미만의 온도를 견딜 수 있고, 동력조향 유체의 화학적 효과를 견딜 수 있는 유사한 물질로부터 제조된다. 염소화 폴리에틸렌 및 클로로설폰화 폴리에틸렌을 포함하는 염소-함유 폴리올레핀은 대개 양호한 기계적 특성, 양호한 압축설정, 양호한 저온 유연성 및 양호한 동적 피로저항성을 갖는다. 또한 상기 물질은 그들의 포화 주사슬에 의해서 우수한 노화 저항, 내후성, 내약품성 및 항오존성을 나타낸다. 그러나 약 149℃의 높은 온도 및 동력조향 유체에 대한 내약품성을 견디기위해서,상기 물질로 제조된 호스가 맨드릴에서 만들어지고, 가황되어야 하고, 추가적인 공정을 위해서 맨드릴에서 제거되어야 한다. 맨드릴에서 엘라스토머 동력조향 호스의 제조에 대해서 데더린(Dederine) 등의 미국특허 제3,972,757호에 기재되어 있다. 켐퍼(Kemper)의 미국특허 제5,683,773호 및 레이놀즈(Reynolds)의 미국특허 제4,110,396호에서는 내부호스 또는 바람직하게 커버 부분이 황산바륨으로 안정화시킨 폴리에테르계 엘라스토머 또는 염화 폴리에틸렌계 엘라스토머로 이루어진 엘라스토머로 형성되는 자동차용 호스에 대해 개시되어 있다.
동력조향 호스와 같이 고성능의 호스를 제조하는데 관련 비용에 있어서, 성능은 향상시키고, 전체 비용은 감소시키면서, 맨드릴을 사용하지 않고 쉽게 성형할 수 있으면서 목적하는 성질을 갖는 물질을 제공하는 것이 바람직하다.
발명의 개시
본 발명에 따르면, 내열성 및 내약품성에 있어서 적당한 성질을 가지며, 내열성 및 내약품성에 있어서 우수한 성질을 가지며, 마모성 및 인열강도에 있어서 우수한 성질을 갖는 동력조향 호스와 같은 고성능의 호스가 열가소성 증합체, 특히 우레탄 중합체로부터 제조되고, 반응 생성물은 공정동안 또는 연속되는 공정에서 예를들면 이소시아네이트와 교차결합된다. 단독으로 사용되는 경우, 온도를 견딜 수 있고, 조향 용도와 관련된 유체에 대해 장기간의 충분한 내약품성을 갖는 열가소성 물질은 공지되어 있지 않다. 그러나 교차결합 열가소성 중합체가 본 발명에 따라 제조되는 경우, 교차결합 열가소성 중합체는 고온을 견딜 수 있고, 동적조향 유액에 의해 분해되는 것에 저항성을 갖는다는 것이 알려져 있다. 상기 열가소성중합체가 중합체를 압출하는 동안 매트릭스에서 교차결합될 수 있다. 본 발명의 바람직한 측면에서, 열가소성 중합체는 공정전 또는 동안에 열가소성 폴리우레탄에 다작용기 이소시아네이트를 첨가함에 의해서 압출시키는 동안 교차결합되는 열가소성 폴리우레탄이다. 본 발명의 고성능의 교차결합 열가소성 물질은 종래의 플라스틱 물질에 대해서 하기의 잇점을 나타낸다:
1.우수한 내열성
2.우수한 유액 저항성
3.반응 자리에 의해 브레이드에 뛰어난 접착성
4.가교화의 추가단계가 요구되지 않음
5.우수한 내마모성 및 인열 저항(tear resistance)
6.호스를 형성하는데 맨드릴을 요구하지 않고 공간이 밀착되도록 상기 물질이 압출될 수 있음
7.간단한 제조방법
본 발명의 목적은 종래의 고성능 엘라스토머 호스에서 요구되는 처리단계가 제거된 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 교차결합 열가소성 중합체로부터 제조된 동력조향 호스와 같이 고성능의 교차결합 열가소성 호스를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 고성능의 교차결합 열가소성 호스가 간단한 압출방법에 의해서 공간이 밀착됨에 의해서 형성될 수 있고, 열가소성 중합체가 공정동안 또는 연속되는 공정에서 교차결합된다. 본 발명의 고성능의 교차결합 열가소성 호스가종래의 엘라스토머 호스와 비교하여 굉장히 간단한 방법으로 제조될 수 있다.
1. 발명의 분야
본 발명은 높은 온도를 견딜 수 있고, 내약품성을 갖는 고성능의 교차결합 열가소성 호스와, 특히 상기 교차결합 열가소성 호스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
고성능의 호스로, 가령 동력조향 호스가 통상 높은 온도를 견딜 수 있고, 상기 호스와 관련되는 화학약품에 의한 분해에 저항할 수 있는 엘라스토머 물질로 제조된다. 엘라스토머 호스의 제조에서, 경화전에 엘라스토머는 맨드릴 위에 놓고, 가열처리하고, 상기 엘라스토머를 경화하여 목적하는 형태를 유지하는 호스를 제공한다. 엘라스토머 물질은 고성능의 호스에서 사용에 필수적으로 요구되는 목적하는 성질을 얻기위해서 가황처리되어야 한다. 한편, 열가소성 물질이 가황처리되지 않고 사용되는 것이 고안되었다. 열가소성 물질의 화학은 교차결합에 적당하지 않지만; 그러나 몇가지 경우에, 열가소성 물질이 교차결합할 수 있다. 열가소성 물질의 교차결합이 관찰되는 몇가지 예에서, 교차결합 열가소성 물질의 전체 성질은 특히 내열성 및 내약품성에 있어서 플라스틱 물질에 비해 우수한 경향이 있다. 교차결합 플라스틱 물질은 또한 내마모성 및 인열강도에 있어서 고성능의 호스를 제조하는데 사용될 수 있다. 유사한 엘라스토머 물질, 교차결합 열가소성 물질은 용융처리될 수 없다. 그러므로, 열가소성 물질의 교차결합은 물질의 처리동안 또는 후에 일어나야 한다.
본 발명에 따르면, 고성능의 호스, 특히 동력조향 호스를 제조하는데 필수적으로 물리적 성질 및 내약품성을 갖는 교차결합 열가소성 호스는 열가소성 폴리우레탄과 같은 열가소성 중합체 및 이소시아네이트와 같은 가교제를 포함하는 혼합물을 압출기로 넣고, 반응성 성분이 공정동안 함께 혼합되어 목적하는 형태를 갖는열가소성 고성능의 호스를 제조하고, 상기 호스는 맨드릴을 요구하지 않고 압출기에서 제조된다. 열가소성 물질의 교차결합이 전형적으로 공정동안 시작되어 제조된 호스내에서 시간에 대해 확장된다. 그리고 상기 호스는 강화작업 및 커버링 작업을 한다. 커버링은 전형적으로 상기에서 기술된 바와 같이 같은 교차결합 열가소성 물질이다.
본 발명에 따른 고성능의 호스를 제조하는데 유용한 열가소성 물질은 이소시아네이트와 같은 가교제의 존재하에서 교차결합 반응을 할 수 있는 중합체 사슬 또는 펜던트를 따라 -NCO, -NH2, -OH 등과 같은 반응성 자리를 갖는 특정의 열가소성 중합체일 수 있다. 상기 열가소성 중합체의 전형적인 예로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리우레탄이 있고, 폴리아미드, 가령 나일론으로, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 4, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6/12, 나일론 6/10 등; 폴리에스테르로 가령 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 코폴리에스테르로 가령, 히트렐, DuPont에 의해서 제조되는 코폴리에스테르 등을 포함할 수 있다. 상기 열가소성 중합체는 단독으로 또는 두개 이상의 열가소성 중합체를 혼합하여 사용될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 측면에서, 열가소성 중합체는 열가소성 폴리우레탄이다. 열가소성 폴리우레탄은 전형적으로 디이소시아네이트와 같은 이소시아네이트와, 예를들면 알킬렌 옥시드로부터 유도되거나 또는 알켄을 산화하여 얻을 수 있는 폴리올 및 글리콜과 같은 히드록시-함유 화합물을 축합 반응하여 제조된다. 열가소성 폴리우레탄은 바람직하게 1미만의 NCO:OH 비율을 가지며, 여기서 말단기는 -NCO가 우세하다.NCO:OH 비율은 실질적으로 1.0 이상이라면, 2.0 이상, 바람직하게는 3.0 이상의 작용가를 갖는 OH기-함유 화학물질이 사용될 수 있다.
본 발명의 가교제는 열가소성 중합체를 교차결합시키는데 열가소성 물질상에 반응 자리를 반응시키는 적당한 다중작용기 화합물일 수 있다. 바람직한 가교제는 열가소성 중합체상에 반응 자리를 반응시키는 적어도 2.1, 바람직하게는 2 이상의 작용기를 포함하는 이소시아네이트이다. 다른 가교제는 퍼옥시드, 예를들면 디쿠밀 퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3,1,1-비스(t-부틸퍼옥시)헥센-3, t-부틸퍼옥시벤조에이트 등; 폴리올로 가령 방향족 및 고리형 폴리올로, 예를들면 헥사플루오로이소프로필리덴-비스(4-히드록시페닐)히드로퀴논, 이소프로필리덴-비스(4-히드록시페닐) 등; 폴리아민으로 가령 헥사메틸렌디아민 카바메이트, 고리지방족 디아민 카바메이트, 디신나밀리덴, 헥사메틸렌디아민 등; 시아누레이트, 가령 트리알릴 시아누레이트(TAC); 이소시아누레이트, 가령 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC) 등; 중합 이소시아네이트 및 디이소시아네이트로 가령, 디페닐메탄-4,4' 디이소시아네이트(MDI)를 포함할 수 있다. 적어도 두개, 바람직하게는 두개 이상의 작용기를 갖는 가교제로, 가령 TAC, TAIC, 이소시아네이트, 이소시아네이트들의 혼합물 및 2.0 이상의 작용가를 갖는 중합 이소시아네이트가 특히 유용한 것으로 알려져 있다. 이소시아네이트 반응물은 폴리이소시아네이트이고, 예를들면 이소시아네이트는 교차결합이 발생되기위해 적어도 2.1의 작용가, 바람직하게는 2.1 이상의 작용가를 갖는다. 열가소성 폴리우레탄에서, 작용가는 적어도 2.1이여야 한다. 전형적으로, 가교제가 가황물의 중량에 대해 약 1 내지 10중량%, 바람직하게는 약 1 내지 5중량%로 가황물로 첨가될 것이다.
상기 이소시아네이트는 액체, 분말 또는 농축된 형태일 수 있다. 이소시아네이트의 전형적인 예로는 중합 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 폴리메틸렌 폴리페닐이소시아네이트(PMPPI), p-페닐렌 디이소시아네이트(PPDI), 시클로헥산 디이소시아네이트(CHDI)가 있다.
상기 중합체가 NCO 함량이 풍부하다면(NCO/OH 비율이 실질적으로 1이상), 트리히드록시 분자 또는 -NCO기와 반응할 수 있는 세개의 작용기를 갖는 기타 분자(-OH, -NH2)에 의해서 교차결합이 이루어질 수 있다.
전형적으로, 상기 혼합물은 용융처리가능하고, 이소시아네이트에 풍부한 비율로 2 이상의 작용가를 갖는 이소시아네이트가 압출기내에서 약 1의 NCO:OH 비율을 갖는 열가소성 폴리우레탄과 혼합된다. 이소시아네이트 및 열가소성 폴리우레탄이 압출기 외부에서 적정 비율로 성분들을 혼련하고, 연속적으로 혼합물로서 압출기로 성분들을 도입함에 의해서 혼합하거나, 또는 이소시아네이트 및 열가소성 폴리우레탄 성분이 각각 압출기로 계량되어 들어간다.
상기 압출기는 고성능의 호스 및 커버로서 사용되는데 필수적인 물리적 성질을 갖는 압출된 교차결합 열가소성 폴리우레탄 생성물을 형성하기위해 매우 반응적으로 교차결합을 일으킬 수 있는 온도로 열가소성 폴리우레탄 및 이소시아네이트 성분을 충분히 가열시켜 온도를 유지한다.
본 발명의 교차결합 열가소성 호스는 특히 동력조향 호스와 같은 고성능의 호스를 제조하는데 유용하다. 우수한 내마모성 및 인열강도를 나타낼뿐만아니라, 상기 호스는 고온 및 화학적 분해의 역효과를 견딜 수 있어야 한다. 본 발명의 교차결합 열가소성 호스의 제조에서는 종래의 기술에서 통상 요구되는 맨드릴의 사용을 요구하지 않는다. 상기 호스가 밀착되도록 압출할 수 있고; 무게가 가볍고, 재활용할 수 있으며; 또한 우수한 내열성 및 내약품성 뿐만아니라, 이들은 종래 기술의 물질보다 더 좋은 내마모성 및 인열 저항을 갖는다.
통상의 첨가제로, 가령 카본 블랙, 열 안정제, 예를들면 항산화제, 윤활제, 가소제, 가공조제 등이 열가소성 폴리우레탄으로 처리전 또는 처리동안에 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있는 양으로 첨가되어 목적하는 효과를 이룰 수 있다.
2.3의 작용가를 갖는 5% 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI)가 24:1 L/D 및 통상 목적의 스크류를 갖는 압출기의 공급관으로 계량하여 넣는다. 온도 프로필은 210-260℃(410-500℉)에서 실시된다. 압출된 중합체 물질은 95A 경도를 갖는 열가소성 폴리에테르 폴리우레탄이다. 5%의 열안정제가 또한 중합체와 함께 첨가된다. 중합체 조성물의 용융온도는 208℃(407℉)이다. 생성된 압출물이 매우 밝으며, 접착제로 처리된 얀에 우수한 부착력을 갖는다. 상기 호스가 메틸렌 클로라이드에 침지되고, 호스에 향상된 효과를 주기위해서 24시간동안 방치한다.
비록 본 발명은 바람직한 구체예에 대해 기술하고, 예증하였음에도 불구하고, 이는 본 발명을 상기의 실시예로 한정하는 것이 아니며, 다양한 변형이 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 만들어질 수 있는 것으로 이해한다.
Claims (10)
- 높은 온도를 견딜 수 있고, 내약품성, 내마모성 및 인열 저항(tear resistance)을 갖는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법에 있어서,압출기에 열가소성 중합체 및 가교제로 이루어진 혼합물을 넣고, 상기 교차결합 열가소성 호스가 맨드릴(mandrel)없이 제조되는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열가소성 중합체가 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 코폴리에스테르 및 그의 혼련물, 가령 약 1의 NCO:OH의 비율을 갖거나 또는 폴리에스테르 폴리우레탄일 수 있는 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 가교제는 열가소성 중합체의 약 1 내지 10중량%, 바람직하게는 열가소성 중합체의 약 1 내지 5중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 가교제는 적어도 2.1, 바람직하게는 2.1 이상의 작용가를 가지며, 상기 가교제는 이소시아네이트로, 가령 디이소시아네이트, 예를들면 디페닐우레탄-4,4'-디이소시아네이트이고, 상기 가교제는 중합 디이소시아네이트의 혼합물일 수 있는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열가소성 중합체 및 가교제가 압출기에 도입되기 전에 목적하는 비율로 예비-혼합되고, 상기 열가소성 중합체 호스가 공정동안 또는 연속되는 공정에서 교차결합되는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열가소성 중합체 및 가교제는 압출기로 가교제에 대한 열가소성 중합체의 선정비율을 제공하도록 각각 계량하여 넣는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 교차결합 열가소성 튜브 및 커버가 고성능 호스에 사용되고, 상기 교차결합 열가소성 호스가 고성능 호스에서 외부 커버로서 사용되거나, 또는 고성능의 호스가 동력조향(power steering) 호스인 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 호스의 제조방법.
- 높은 온도를 견딜 수 있고, 내약품성을 갖는 고성능의 교차결합 열가소성 폴리우레탄 동력조향 호스의 제조방법에 있어서,압출기로 약 1의 NCO:OH 비율을 갖는 열가소성 폴리우레탄 및 적어도 2.0의 작용가를 갖는 이소시아네이트를 첨가하고, 상기 열가소성 동력조향 호스가 공정동안 또는 연속되는 공정에서 교차결합되며, 상기 호스가 맨드릴없이 제조되는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 폴리우레탄 동력조향 호스의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 가교제는 열가소성 중합체의 약 1 내지 10중량%, 바람직하게는 상기 열가소성 중합체의 약 1 내지 5중량%로 존재하고, 상기 열가소성 폴리우레탄 및 이소시아네이트가 압출기로 도입하기 전에 목적하는 비율로 예비-혼합되거나 또는 상기 열가소성 폴리우레탄 및 이소시아네이트가 압출기로 이소시아네이트에 대한 열가소성 폴리우레탄의 선정비율을 제공하도록 각각 계량하여 넣는 것을 특징으로 하는 고성능의 교차결합 열가소성 폴리우레탄 동력조향 호스의 제조방법.
- 압출기로 약 1의 NCO:OH 비율을 갖는 열가소성 폴리우레탄 및 적어도 2.0의 작용가를 갖는 이소시아네이트를 넣고, 상기 열가소성 폴리우레탄이 공정동안 또는 연속되는 공정에서 교차결합되고, 상기 호스가 맨드릴없이 형성되는 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 교차결합 열가소성 폴리우레탄 동력조향 호스.
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