KR20050007178A - 공기 조절 호스 - Google Patents

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KR20050007178A
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윌슨레지폴
메니그게리제임스
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명은 최내측 고무층, 상기 최내측 고무층 위에 놓인 폴리아마이드 장벽층, 상기 장벽층 위에 놓인 마찰 고무층, 상기 마찰 고무층 위에 놓인 강화층, 및 상기 강화층 위에 놓인 커버층을 포함하는 호스로서, 상기 최내측 고무층이 약 45 내지 약 65중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 1 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 삼원중합체 약 70 내지 약 90중량부; 및 약 65 내지 약 80중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 2 EPDM 약 10 내지 약 30중량부를 포함하는 고무 조성물로 이루어지고, 상기 제 1 EPDM의 에틸렌 함량이 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 20중량% 더 적은 호스에 관한 것이다.

Description

공기 조절 호스{AIR CONDITIONING HOSE}
본 발명은 최내측 고무층, 상기 최내측 고무층 위에 놓인 폴리아마이드 장벽층, 상기 장벽층 위에 놓인 마찰 고무층, 상기 마찰 고무층 위에 놓인 강화층, 및 상기 강화층 위에 놓인 커버층을 포함하는 호스로서, 여기서 상기 최내측 고무층은 약 45 내지 약 65중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 1 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 삼원중합체 약 70 내지 약 90중량부; 및 약 65 내지 약 80중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 2 EPDM 약 10 내지 약 30중량부를 포함하는 고무 조성물로 이루어지고, 상기 제 1 EPDM의 에틸렌 함량은 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 20중량% 더 적은 호스에 관한 것이다. EPDM 층은 외부 접착제를 그 사이에 사용하지 않고 폴리아마이드층에 부착될 수 있다.
자동차 공기조절기에 유용한 호스가 개발되어 왔으며, 여기서 호스 또는 다른 적당한 가요성 도관 부재가 냉각 장치의 주 작동 구성요소를 연결할 목적으로 사용된다. 상기 호스는 양호한 가요성, 높은 강도, 꼬임(kinking) 없이 작은 반경으로 굴곡될 수 있는 능력, 내경과 관련하여 작은 외경 및 포함된 유체에 대한 불투과성을 가져야 한다. 또한, 상기 냉각 호스는 후드하 용도에서 극단의 온도에 노출되며, 적당한 커플링 부착성의 요건을 만족시켜야 한다.
종래기술의 자동차 공기조절기 호스는 3층 구조를 채용한다. 호스의 최내측 관형 층은 전형적으로 냉각제 유체 및 압축기 윤활제를 호스 내에 유지하고 습기 및 공기를 외부에 유지시키고자 의도된 탄성체 물질로 형성된다. 내부 튜브의 외표면상에 강화 브레이딩(braiding)의 층이 감겨진다. 오존, 엔젠 오일 및 엔진 구획에 존재할 수 있는 다른 오염 물질에 저항성인 탄성체의 외부층은 전형적으로 브레이딩된 강화제 위에 압출된다. 이러한 유형의 호스에서, 내부층은 아크릴로나이트릴-부타다이엔 고무 또는 클로로설폰화 폴리에틸렌이고, 브레이딩 섬유는 레이온 또는 다른 통상적인 섬유일 수 있고, 외부층은 네오프렌 또는 EPDM이다.
다수의 냉각제 호스 디자인이 개발되었으나, 이들은 낮은 냉각제 투과성, 낮은 물 투과성, 높은 가요성, 내진동성 및 극한 온도에 걸쳐 호스에 대한 양호한 커플링 특성을 겸비하는데 실패하고 있다.
통상적인 호스는 그 두께 및 그에 상응하는 가요성의 부족으로 인해, 낮은 노이즈 감쇠를 제공한다. 생성된 노이즈는 자동차 객실 내에서 감지될 수 있다.자동차 산업에서는 조용한 탑승을 제공하기 위해 가능한 한 객실 소음을 감소시키는 것이 요망된다. 호스가 가요성일수록, 호스의 노이즈 감쇠 효과는 커진다. 본 발명은 더 큰 가요성을 가지고, 따라서 더 큰 노이즈 감쇠성을 갖는 호스에 관한 것이다.
자동차 공기 조절에 채용되는 공기 조절 호스 조립체가 직면하는 정규 작동 온도는 일반적으로 약 -30℃ 내지 약 120℃의 범위이다. 설계 사양은 상기 호스 조립체가 약 -40℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 동등하게 잘 작동하기를 요구한다. 더 높은 온도는 주로 엔진에 근접한 시스템의 위치뿐만 아니라 기체인 냉각제를 압축할 때 생성되는 열에 기인한다.
도 1은 본 발명에 따른 호스의 투시도이다.
본 발명은 최내측 고무층, 상기 최내측 고무층 위에 놓인 폴리아마이드 장벽층, 상기 장벽층 위에 놓인 마찰 고무층, 상기 마찰 고무층 위에 놓인 강화층, 및 상기 강화층 위에 놓인 커버층을 포함하는 호스로서, 상기 최내측 고무층이 약 45 내지 약 65중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 1 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 삼원중합체 약 70 내지 약 90중량부; 및 약 65 내지 약 80중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 2 EPDM 약 10 내지 약 30중량부를 포함하는 고무 조성물을 포함하고, 여기서 상기 제 1 EPDM의 에틸렌 함량이 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 20중량% 더 적은 호스이다.
도 1을 참조하면, 한 실시양태에서 본 발명의 호스(110)는 최내측 고무층(111), 상기 최내측 고무층(111) 위에 놓인 폴리아마이드 장벽층(112), 상기 장벽층(112) 위에 놓인 마찰 고무층(114), 상기 마찰 고무층(114) 위에 놓인 강화층(116), 및 상기 강화층(116) 위에 놓인 커버층(118)을 포함한다.
호스의 최내측, 또는 코어 고무층은 제 1 및 제 2 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 삼원중합체를 포함하는 고무 조성물을 포함한다. 한 실시양태에서, 고무 조성물은 제 1 EPDM 약 70 내지 약 90중량부 및 제 2 EPDM 약 10 내지 약 30중량부를 포함한다.
적합한 제 1 EPDM은 약 45 내지 약 65중량%의 에틸렌 함량을 갖는 것을 포함한다. 제 1 EPDM은 또한 약 1 내지 약 10중량%의 다이엔 단량체 및 실질적인 나머지량의 프로필렌을 포함한다. 한 실시양태에서, 제 1 EPDM은 에틸리덴 노보넨을 포함한다. 다른 실시양태에서, 제 1 EPDM은 당해 분야에 공지되어 있으며 EPDM의 제조에 통상적으로 사용되는 것들로부터 선택된 다이엔 단량체를 포함한다. 상기 다이엔 단량체는 예를 들어 1,4-헥사다이엔, 다이사이클로펜타다이엔 또는 에틸리덴 노보넨(ENB)을 비롯하여 사용될 수 있는 임의의 적절한 비공액 다이엔을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 한 실시양태에서, 제 1 EPDM은 바이엘(Bayer)로부터의 부나(Buna) EP T 2460이고, 이는 에틸렌 약 62중량%, ENB 약 4중량%, 및 약 33의 무니(Mooney) 점도 1+8(100℃)을 갖는 에틸렌-프로필렌-에틸리덴 노보넨 삼원중합체이다.
적합한 제 2 EPDM은 약 65 내지 약 80중량%의 에틸렌 함량을 갖는 것이다. 제 2 EPDM은 또한 약 1 내지 약 10중량%의 다이엔 단량체 및 실질적인 나머지량의프로필렌을 포함한다. 한 실시양태에서, 제 2 EPDM은 에틸리덴 노보넨을 포함한다. 다른 실시양태에서, 제 2 EPDM은 당해 분야에 공지되고 EPDM의 제조에 통상적으로 사용되는 바와 같은 것들로부터 선택된 다이엔 단량체를 포함한다. 상기 다이엔 단량체는 예를 들어 1,4-헥사다이엔, 다이사이클로펜타다이엔 또는 에틸리덴 노보넨(ENB)을 비롯하여 사용될 수 있는 임의의 적절한 비공액 다이엔을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 한 실시양태에서, 제 2 EPDM은 엑손모빌 케미칼(ExxonMobil Chemical)에서 구입가능한 비스탈론(Vistalon) 3708이고, 이는 에틸렌 약 70중량%, ENB 약 3.4중량%, 및 약 52의 무니 점도 1+4(125℃)를 갖는 에틸렌-프로필렌-에틸리덴 노보넨 삼원중합체이다.
제 1 및 제 2 EPDM은 그의 에틸렌 함량에서 차이가 난다. 한 실시양태에서, 제 1 EPDM의 에틸렌 함량은 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 20중량% 적으며; 예를 들어, 이 실시양태에서, 70중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 2 EPDM에 대해, 적합한 제 1 EPDM은 약 50 내지 약 67중량%의 에틸렌 함량을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 제 1 EPDM의 에틸렌 함량은 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 15중량% 더 적다. 다른 실시양태에서, 제 1 EPDM의 에틸렌 함량은 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 9중량% 더 적다.
최내측 고무층의 고무 조성물은 호스중의 EPDM 조성물에 통상적으로 사용되는 임의의 다양한 첨가제를 포함한다. 예를 들어, 고무 조성물은 일반적으로 접착제 시스템 및 경화제를 함유한다.
고무 조성물에 유용한 퍼옥사이드 경화제는 상기 기본 원료에 정규적으로 사용되는 것이다. 예를 들어 퍼옥사이드는 다이큐밀 퍼옥사이드, α,α-비스(t-부틸퍼옥사이드)다이아이소프로필벤젠, 벤조일 퍼옥사이드, 2,4-다이클로로벤조일 퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)3,3,5-트라이메틸사이클로헥산, 2,5-다이메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-다이메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥사인-3, 및 n-부틸 4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트이다. 가장 바람직하고 상업적으로 구입가능한 퍼옥사이드 경화제는 노리 케미칼 코포레이션(Noury Chemical Corporation)의 퍼카독스(Percadox) TM 14/40 및 펜월트 코포레이션(Penwalt Corporation)의 불-컵(Vul-Cup) TM이다. 기본 중합체 100부를 기준으로 1 내지 약 10부의 퍼옥사이드가 사용된다. 퍼옥사이드는 너무 이른 수지 형성에 대해 덜 민감하므로 경화제로서 바람직하다.
고무 조성물에 유용한 접착제 시스템은 퍼옥사이드 경화된 탄성체용으로 통상적으로 공지된 접착제 시스템이다. 예를 들어, 말레인화 1,2-폴리부타다이엔 수지를 사용할 수 있다.
또한, 고무 조성물은 통상적이거나 적당한 양으로 다양한 첨가제를 함유할 수 있으며, 예를 들어 문헌[The Vanderbilt Rubber Handbook, R.T. Vanderbilt Company, Thirteenth Edition, 1990]을 참조한다. 상기 첨가제는 과도하게 빠른 경화를 방지하는 지연제, 산화방지제, 가공보조제, 카본 블랙, 실리카 등과 같은 강화제, 및 다양한 가소제를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 한 실시양태에서, 고무 조성물은 제 1 및 제 2 EPDM의 100중량부당 카본 블랙 약 50 내지 약 120중량부를 포함할 수 있다.
장벽층은 하나 이상의 폴라아마이드를 포함한다. 폴리아마이드는 냉각제 불투과성과 가요성 사이에 양호한 균형을 제공하므로 바람직하다. 장벽층에 사용하기 적합한 폴리아마이드는 당해 분야에 공지된 바와 같은 임의의 폴리아마이드를 포함하며, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11 또는 이들의 블렌드를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 폴리아마이드는 접착을 촉진하기 위한 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있고, 이들은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 또는 최내측 층에 사용된 것과 동일한 하나 이상의 EPDM을 포함할 수 있다. 폴리올레핀 또는 EPDM이 폴리아마이드 장벽층에 포함될 경우, 폴리아마이드 대 폴리올레핀 또는 EPDM의 중량비는 95/05 내지 85/15 범위이다. 한 실시양태에서, 나일론 6 대 나일론 66 중량비가 1 내지 3인 나일론 6와 나일론 66의 블렌드가 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 폴리아마이드 장벽층은 2개의 폴라아마이드 하위층, 예를 들어 나일론 6의 제 1 층 및 나일론 66의 제 2 층을 포함할 수 있다.
또한, 폴리아마이드 수지는 비가소화될 수 있다. 폴리아마이드 장벽층은 통상적인 방법, 예컨대 압출에 의해 형성될 수 있다. 통상적으로 수지를 비가소화시킴으로써 더 높은 굴곡 강도 및 더 낮은 가요성을 갖는 관이 수득되지만, 그 효과는 층의 두께를 최적화함으로써 완화될 수 있다.
호스의 상이한 층의 두께는 목적하는 특성과 관련되는데, 과도하게 얇은 벽 두께 또는 과도하게 두꺼운 벽 두께는 최종 호스 복합물의 가요성 또는 비꼬임 문제 또는 커플링 적합성 문제를 야기한다. 호스의 두께가 1000분의 1센티미터씩 증가할 때마다, 호스의 가요성은 감소한다. 내경(ID)이 13mm이고 외경(OD)이 약19.5mm인 호스에서, 호스의 ID는 최대값 13.46mm 및 최소값 12.44mm를 갖고, OD는 최대값 19.9mm 및 최소값 18.9mm를 갖는다. 호스의 벽 두께는 2.72mm 내지 3.73mm의 범위이다. 그러나, 호스의 두께가 증가함에 따라 호스의 목적하는 특성이 감소하므로, 불투과성이 손실되지 않고 꼬임 문제가 발생되지 않으면서 최소의 벽 두께가 바람직하다. 13mm ID 호스에 대한 바람직한 벽 두께는 본 발명에 따르면 약 3.17mm이다.
폴리아마이드 장벽층의 벽 두께는 13mm ID 호스에 대해 0.14 내지 0.16, 바람직하게는 0.15mm의 두께이다. 이 두께는 꼬임 없이 요구하는 가요성을 제공한다. 당해 분야의 숙련자는 다른 크기의 호스의 경우, 폴리아마이드 장벽층의 벽 두께는 다를 수 있으나, 여전히 필요한 가요성, 불투과성 및 꼬임이 없음을 제공한다는 것을 알 것이다.
폴리아마이드 장벽층의 동심원상 외측에 고무 마찰층이 있다. 당해 분야의 숙련자는 고무 마찰층이 나선형으로 감싸지거나(wrap) 버트 시밍(butt seaming)된 시이트의 형태로 적용될 수 있다는 것을 알 것이다. 상기 층을 적용하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있으며, 그의 변형이 본원에서 고려된다. 고무 마찰층은 일반적으로 최내측 고무층용으로 본원에 개시된 바와 같은 첨가제와 함께 폴리클로로프렌(CR) 또는 EPDM 조성물을 포함한다. 한 실시양태에서, 고무 마찰층은 최내측 고무층에 대해 본원에 개시된 바와 같은 특성을 갖는 제 1 및 제 2 EPDM을 포함한다. 한 실시양태에서, 고무 마찰층은 최내측 고무층과 동일한 고무 조성물을 포함한다.
13mm ID 호스에 대한 마찰층의 두께는 1.000 내지 1.020mm, 바람직하게는 1.016mm로 최적화된다. 당해 분야의 숙련자는 다른 크기의 내경 호스에 대해서는 마찰층의 벽 두께가 변화할 수 있으나, 여전히 필요한 접착 특성을 제공할 것을 알 것이다.
마찰 장벽층의 외측에는 강화층이 있다. 강화층은 나선형으로 권취된 강화 스트랜드로 구성될 수 있고, 호스 구조물의 강도를 개선시키기에 충분한 장력하에 놓일 수 있다. 다르게는, 강화층은 브레이딩된 층일 수 있다. 강화 스트랜드는 호스의 가요성화가 붕괴 또는 꼬임을 야기하지 않도록 하는 각도로 놓인다. 호스의 중심선에 대해 52° 내지 56°의 각도가 허용가능한 것으로 밝혀졌다. 더욱 바람직하게는, 중간 각도인 54° 또는 그 미만이 나선형 래핑을 위해 유리한 것으로 밝혀졌다.
우수한 강도 및 가요성을 갖는 본 발명의 호스를 제공하기 위해, 높은 가요 동적 성능을 갖는 텍스타일 강화 스트랜드가 요청된다. 한 실시양태에서, 텍스타일 강화 스트랜드는 접착적으로 처리된 폴리에스터 섬유, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 텍스타일 강화재는 사(yarn)의 브레이딩, 스파이럴링(spiraling), 니팅(knitting), 또는 나선 니팅에 의해 형성될 수 있다. 사는 유리, 강, 면, 폴리에스터 또는 아라미드 섬유, 또는 임의의 상기 섬유의 블렌드와 같은 통상적인 호스 강화 사로부터 선택될 수 있다.
강화층의 두께는 스트랜드 두께에 좌우된다. 호스의 목적하는 전체 두께를 달성하기 위해서는, 강화층은 13mm ID 호스의 경우 약 0.625 내지 약 0.645mm의 두께, 바람직하게는 0.635의 두께를 갖는다.
최외측 커버층은 호스 구조물의 외측에 위치한다. 커버층은 나이트릴-부타다이엔 고무(NBR), 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무(CSM), 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무(EPDM), 부틸 고무(IIR), 염소화 부틸 고무(Cl-IIR), 브롬화 부틸 고무(Br-IIR), 에피클로로하이드린 고무(CHR, CHC), 아크릴 고무(ACM), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌-아크릴 탄성체(AEM) 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 공지된 커버층 물질로부터 선택된 하나 이상의 탄성체를 포함한다. 한 실시양태에서, 커버층용 기본 원료는 염소화 부틸 고무이다. 커버층은 당해 분야에 공지된 바와 같이 특정 탄성체에 사용하기 적합한 다양한 첨가제를 포함할 수 있고, 이들은 예를 들어 문헌[The Vanderbilt Rubber Handbook, R.T. Vanderbilt Company, Thirteenth Edition, 1990]에 개시된 바와 같이 경화제, 충전제, 가소제, 착색제, 가공보조제 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
13mm ID 관에 대한 바람직한 커버 두께는 1.35 내지 1.45mm이고, 약 1.37mm의 두께가 바람직하다. 당해 분야의 숙련자는 다른 크기의 호스에 있어서, 고도로 가요성인 관을 제공하기 위해 목적하는 특성이 유지되면서 개시된 호스의 다양한 층의 벽 두께가 변할 수 있다는 것을 알 것이다.
본 발명은 본 발명의 범위를 예시하지만 제한하지 않는 하기 실시예를 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다.
실시예
본 발명에 따른 호스를 하기 언급된 층으로 제조했다. 최내측 고무층을 표1(양은 중량부로 표시됨)에 지시된 바와 같은 고무로 형성했다. 제 1 및 제 2 EPDM을 함유하는 최내측 고무층 위에 나일론 6으로 장벽층을 형성했다. 표 1에 제시된 바와 같은 조성을 갖는 마찰 고무층을 상기 장벽층의 외측에 적용했다. 폴리에스터(PET) 강화층을 통상적인 방법으로 상기 마찰 코팅층의 외측에 적용했다. 폴리에스터 강화 섬유를 접착성 및 가요 동적 성능 개선을 위해 통상적인 접착제로 처리했다. 상기 강화층 외측에 염소화 부틸 고무 커버가 있었다.
개시된 예시적인 호스는 150℃에 달하는 우수한 내온도성, 높은 정적 및 동적 성능, 및 높은 노이즈 감쇠를 나타낸다.
본 발명의 실시양태를 나타내고 기술하였으나, 많은 변경이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 구성 및 상세사항에서의 변화가 정의되고 청구된 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 공기조절기용 호스는 낮은 냉각제 투과성, 낮은 물 투과성, 높은 가요성, 내진동성 및 극한 온도에 걸쳐 호스에 대한 양호한 커플링 특성을 갖는다.

Claims (5)

  1. 최내측 고무층, 상기 최내측 고무층 위에 놓인 폴리아마이드 장벽층, 상기 장벽층 위에 놓인 마찰 고무층, 상기 마찰 고무층 위에 놓인 강화층, 및 상기 강화층 위에 놓인 커버층을 포함하는 호스에 있어서, 상기 최내측 고무층이 약 45 내지 약 65중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 1 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 삼원중합체 약 70 내지 약 90중량부; 및 약 65 내지 약 80중량%의 에틸렌 함량을 갖는 제 2 EPDM 약 10 내지 약 30중량부를 포함하는 고무 조성물로 이루어지고, 상기 제 1 EPDM의 에틸렌 함량이 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 20중량% 더 적은 것을 특징으로 하는 호스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 EPDM의 에틸렌 함량이 제 2 EPDM의 에틸렌 함량보다 약 3 내지 약 15중량% 더 적은 것을 특징으로 하는 호스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무 조성물이 제 1 및 제 2 EPDM 100중량부당 약 50 내지 약 120중량부의 카본 블랙을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 호스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무 조성물이 퍼옥사이드 경화되는 것을 특징으로 하는 호스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 강화층이 유리, 강, 면, 폴리에스터 또는 아라미드 섬유, 또는 이들의 블렌드로부터 선택된 텍스타일 강화재를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스.
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