KR20050010887A - 고무 보강용 코드 및 이 코드를 함유하는 고무 제품 - Google Patents

Abstract

내굴곡피로성이 높으면서 치수 안정성도 높은 고무 보강용 코드와, 이 코드를 함유하는 고무 벨트 등의 고무 제품이 제공된다. 이러한 코드는, 코어 섬유와, 이 코어 섬유 주위에 배치되고 하연에 의해 각각 꼬여진 복수의 보조 스트랜드를 구비하며, 이들 코어 섬유와 보조 스트랜드는 상연에 의해 함께 꼬여진다. 상기 보조 스트랜드의 하연 방향과 상연 방향은 동일하고, 또 상기 코어 섬유는 보조 스트랜드의 하연 방향과 반대 방향으로 하연에 의해 꼬인 것이다. 이 고무 보강용 코드에 의해서 고무 제품이 보강된다.

Description

고무 보강용 코드 및 이 코드를 함유하는 고무 제품{RUBBER REINFORCING CORD AND RUBBER PRODUCT CONTAINING THE CORD}

고무 벨트, 고무 타이어 등의 고무 제품은 사용 시에 높은 장력이 걸리기 때문에, 유리 섬유 또는 아라미드 섬유의 연사(撚絲)로 이루어진 코드가 그러한 고무 제품 내에 매설되는 보강재로서 사용되고 있다. 그러한 코드는 유리 섬유 또는 아라미드 섬유로 다음과 같은 방식을 제조된다. 즉, 섬유의 필라멘트들을 하연(下撚)하여 그 필라멘트들을 꼬아 연사로 만들고, 또 복수의 연사를 상연(上撚)하여 이들 연사를 함께 꼬아 코드로 만든다. 이러한 코드의 특성은 하연 및 상연의 상태 및/또는 이들 간의 조합을 변경함으로써 조절된다. 예를 들면, 하연 및 상연의 꼬임수를 크게 함으로써, 코드의 내굴곡피로성을 개선한다. 이는, 연사로 이루어진 코드가 굴곡될 때, 굴곡 부분의 외측에서는 장력을 받는 데에 반해, 그 내측에서는 좌굴력(buckling force)을 받게 되는 데, 연사의 꼬임수가 커질수록 그 연사의 신축이 용이해지기 때문에, 전술한 장력 및 좌굴력이 분산되어, 코드 전체에서 받게 되기 때문이다. 한편, 하연 및 상연의 꼬임수를 감소시키게 되면, 코드의 치수 안정성을 높인다. 이는, 꼬임을 전혀 주지 않은 섬유를 갖는 보강재의 신장이 섬유 자체의 신장과 동일하다는 점으로부터 용이하게 이해할 수 있다.

상연 방향이 하연 방향과 동일한 코드는, 우수한 내굴곡피로성을 갖는다. 이는, 연사로 이루어지는 코드가 전체적으로 한 방향으로만 꼬아지기 때문에, 하연에 의해 형성된 연사가 상연에 의해 동일한 방향으로 더 꼬아 지며, 이에 의해 전술한 꼬임수를 크게 한 경우와 유사한 효과를 발휘하기 때문이다. 이러한 보강재의 예로서, 일본 실용 공고 소59-15780호 공보에는, 유리 섬유의 필라멘트를 하연에 의해 연사로 만들고, 그 연사를 하연과 동일한 방향으로 상연함으로써 제조되는 보강재가 개시되어 있다.

상연의 방향이 하연의 방향과 반대 방향인 코드는, 치수 안정성에서 우수하다. 이는, 하연에 의해 형성된 연사가 상연에 의해 반대 방향으로 꼬이기 때문에, 전술한 하연의 꼬임수를 감소시킨 경우와 유사한 효과가 발휘되기 때문이다.

하연과 상연간의 전술한 관계를 감안하면, 코드의 내굴곡피로성을 개선하는 것과 치수 안정성을 높게 유지하는 것이 서로 상반되는 관계에 있어, 이들을 동시에 달성한다는 것은 매우 곤란한 것으로 생각된다.

본 발명은, 고무 벨트, 고무 타이어 등의 고무 제품에 매설되는 고무 보강용 코드 및 이 고무 보강용 코드로 보강된 고무 제품에 관한 것이다.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 고무 보강용 코드의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은, 내굴곡피로성이 높으면서 치수 안정성도 높은 고무 보강용 코드 및 이 고무 보강용 코드를 함유하는 고무 벨트 등의 고무 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 고무 보강용 코드는, 코어 섬유와, 이 코어 섬유의 주위에서 배치되고 각각 하연에 의해 꼬여진 복수의 보조 스트랜드(subsidiary strand)를 포함하며, 상기 코어 섬유와 상기 보조 스트랜드는 상연에 의해 함께 꼬아진다. 이러한 고무 보강용 코드에 있어서, 상기 보조 스트랜드의 하연 방향과 상연 방향은 동일하고, 상기 코어 섬유는 상기 보조 스트랜드의 하연 방향과 반대 방향으로 하연된 것이거나 무연(無撚)인 것이다.

전술한 바와 같이, 고무 보강용 코드는 굴곡될 때에 굴곡 부분의 외측에서는 장력을 그 내측에서는 좌굴력을 받게 된다. 본 발명의 고무 보강용 코드에는 그 외주부에 내굴곡피로성이 높은 꼬임수가 큰 연사가 배치되며, 이에 의해 고무 보강용 코드의 내굴곡피로성이 개선된다.

굴곡 시에 고무 보강용 코드의 중심부에서 받는 장력 및 좌굴력은 그 외주부에 비해 작다. 따라서, 본 발명의 고무 보강용 코드에서는 그 중심부에, 고무 보강용 코드의 치수 안정성을 높게 유지하도록, 보조 스트랜드의 하연 방향에 대해 반대 방향으로 꼬아진 코어 섬유 또는 무연의 코어 섬유가 배치된다. 보조 스트랜드의 하연 방향에 대해 반대 방향으로 하연된 코어 섬유를 갖는 고무 보강용 코드는, 코어 섬유의 하연이 상연에 의해 약간 풀어져 섬유 코어가 무연의 상태에 근접하거나 약간 꼰 상태로 되기 때문에, 전술한 코어 섬유의 꼬임수를 작게 했을 때와 유사한 효과를 발휘할 수 있어, 고무 보강용 코드의 치수 안정성이 높게 유지된다.

본 발명의 고무 보강용 코드에 있어서, 코어 섬유가 하연되지 않은 경우, 즉 무연의 경우에는, 코어 섬유에는 상연만이 가해진다. 따라서, 그 꼬임수가 작고, 이에 의해 고무 보강용 코드의 치수 안정성이 높게 유지된다. 본 발명의 고무 보강용 코드는, 고무 타이어, 고무 벨트 등의 고무 제품 내에 매설되어, 그 고무 제품의 인장 강도 및 내구성을 현저히 개선시킨다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 고무 보강용 코드는, 중심부에 배치된 코어 섬유와, 이 코어 섬유의 주위에 배치된 보조 스트랜드를 구비한다. 이들 코어 섬유와 보조 스트랜드는 보조 스트랜드의 하연 방향과 동일한 방향으로 상연함으로써 꼬여진다.

코어 섬유는, 보조 스트랜드의 하연 방향과 반대 방향으로 하연된 것이거나 또는 무연의 것일 수도 있다. 바람직하게는, 코어 섬유는 보조 스트랜드의 하연과 반대 방향으로 하연된다. 코어 섬유에서의 하연의 꼬임수와 상연의 꼬임수를 거의 동일하게 하기 때문에, 코어 섬유는 무연에 근사하거나 약간 꼬인 상태로 되어, 꼬임수를 작게 한 경우와 유사한 효과가 발휘한다. 코어 섬유에서의 하연의 꼬임수는 40∼100회/100㎝인 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 보조 스트랜드의 꼬임수는 40∼150회/100㎝이 적합하지만, 이에 한정되지는 않는다. 상연의 꼬임수는 40∼150회/100㎝가 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다.

코어 섬유는 단섬유라도 좋고, 복수의 단섬유의 다발이라도 좋다. 섬유 코어가 복수의 단섬유의 다발인 경우, 개개의 단섬유는 보조 스트랜드의 하연의 반대방향으로 하연한 것이거나 무연의 것이어야 한다.

코어 섬유(상기한 단섬유를 포함)는 유리섬유, 폴리파라페닐렌 벤조비스옥사졸(PBO) 섬유, 탄소 섬유 또는 아라미드 섬유가 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이들 섬유는, 보강재로서 이용 가능한 다른 유기 섬유에 비해 인장 강도가 현저하게 높다. 유리 섬유, 특히 고강도 유리 섬유는, 예를 들면 높은 내열성으로 인해 내연 기관용 타이밍 벨트에 있어서의 고무 보강용 코드의 코어 섬유로서 적합하다.

코어 섬유가 유리 섬유로 이루어지는 경우, 필라멘트(유리 섬유의 최소 단위)의 평균 직경은 5∼11㎛ 인 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 코어 섬유를 구성하는 필라멘트의 개수는 200∼5000개 정도가 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 코어 섬유는 1개의 스트랜드로 이루어지고 있더라도 좋고, 20∼2500개의 필라멘트 다발로 각각 이루어진 2∼10개의 스트랜드로 이루어지더라도 좋다.

보조 스트랜드는 코어 섬유의 주위에 배치된다. 고무 보강용 코드의 단면에 있어서, 코어 섬유가 중심에 보다 근접하여 존재하고 또한, 보조 스트랜드가 외주면에 보다 근접하여 존재한다는 것을 제외하면, 보조 스트랜드와 코어 섬유의 위치 관계 및 보조 스트랜드의 개수 등의 배치 형태는 특별히 한정되지 않는다. 다만, 코어 섬유를 중심으로 하여 그 주위에 동심원형으로 등간격으로 보조 스트랜드를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 배치를 갖는 고무 보강용 코드는 모든 방향에서의 굴곡에 대하여, 동일한 내굴곡피로성 및 치수 안정성을 나타낸다.

보조 스트랜드는, 유리 섬유, PBO 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등의 필라멘트의 다발을 하연하여 제조된 연사이다. 상연의 방향은 하연의 방향과 동일한 방향으로 하고, 이에 의해 보조 스트랜드의 꼬임수를 증가시킨 경우와 유사한 효과를 발휘하도록 할 수 있다. 보조 스트랜드를 코어 섬유의 주위에 배치함으로써, 고무 보강용 코드의 내굴곡피로성을 비약적으로 개선할 수 있다.

보조 스트랜드는 코어 섬유의 주위에 배치되어, 고무 제품의 굴곡에 의한 장력 및 좌굴력에 견뎌야 하기 때문에, 보조 스트랜드의 직경은 코어 섬유보다 작은 것이 바람직하다. 코어 섬유의 단면적(필라멘트들 사이의 간극을 포함함. 코어 섬유가 복수의 스트랜드로 이루어질 때는 이들 스트랜드의 단면적의 합계)은 코드 전체 단면적에 대하여 5∼95%, 바람직하게는 30∼70% 이다. 코어 섬유의 단면적이 전술한 범위 내에 있을 때에, 고무 보강용 코드의 내굴곡피로성의 개선과 치수 안정성의 유지의 균형이 잘 달성된다.

코어 섬유 및 보조 스트랜드 중 적어도 어느 하나에는 고무 제품의 매트릭스 고무에 대한 접착성을 높이기 위해, 통상 접착제가 도포된다. 이러한 접착제는 매트릭스 고무에 대한 친밀성을 개선하는 성분을 함유하는 것이라도 좋다. 이 접착제는, 레조시놀 포름알데히드 라텍스(Resorcinol Formaldehyde Latex; RFL), 에폭시 수지 및/또는 이소시아네이트 화합물 등을 함유하는 혼합 용액이더라도 좋다. 또한 상기 접착제는 코어 섬유 또는 보조 스트랜드의 풀어짐을 방지하는 기능도 발휘한다.

코어 섬유 및 보조 스트랜드 중 적어도 어느 하나가 유리 섬유로 이루어지는경우에, 상기 접착제를 도포하기 전에, 필라멘트끼리가 풀리지 않도록, 혹은 필라멘트끼리가 문질러져 그 표면에 상처가 나지 않도록, 실란 커플링제 등을 함유하는 공지의 결합제를 필라멘트에 도포하더라도 좋다.

코어 섬유 및 보조 스트랜드는, 임의의 가연 장치에 의해서 원하는 꼬임수로 꼬여진다. 임의의 장치에 의해서, 코어 섬유의 주위에 보조 스트랜드를 배치한 상태로 코어 섬유와 보조 스트랜드를 상연한다. 이러한 장치는, 링 연사기(ring twisting frame), 플라이어 연사기(flyer twisting frame) 또는 정방기 등의 공지의 장치더라도 좋다.

함께 꼬아진 코어 섬유와 보조 스트랜드는, 그대로 고무 보강용 코드로서 사용할 수도 있고, 또는 고무 제품의 매트릭스 고무에 대한 접착성을 더 개선시키기 위해 상기 접착제와 매트릭스 고무에 대해 상용성이 있는 2차 처리제에 의해 그 표면을 처리하더라도 좋다. 이 2차 처리제는, 가교제를 함유하더라도 좋고 CSM(클로로술폰화 폴리에틸렌)만으로도 좋다.

실시예 및 비교예

이하, 실시예 및 비교예를 참조하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

평균 직경 9㎛의 E 유리 조성으로 이루어지는 필라멘트 600개를 묶은 다발을 마련하고 결합제를 도포하였다. 이 다발은, 고형분 부착율이 20중량%가 되도록 RFL 용액에 함침시켰다. 그 후, 상기 다발을 연사기에 의해, S꼬임 방향으로 80회/100㎝의 꼬임수로 하연하여, 코어 섬유를 형성하였다. 동일한 조성의 필라멘트600개를 묶은 다발을 고형분 부착율이 20중량%가 되도록 함침시켰다. 이 다발은, 연사기에 의해, Z꼬임 방향으로 80회/100㎝ 꼬임수로 하연하여, 보조 스트랜드를 형성하였다.

하나의 코어 섬유와 6개의 보조 스트랜드를 함께 간추려, 연사기에 의해, Z꼬임 방향으로 80회/100㎝의 꼬임수로 상연하였고, 그 후에 2차 처리제를 고형분 부착율이 4중량%가 되도록 도포하고 가열 건조시켜, 고무 보강용 코드를 얻었다.

이 고무 보강용 코드에 관해서, 인장 강도(초기 강도) 및 파단시의 신장율을 측정하였다. 이 코드를 굴곡시험기에 걸어, 10,000회의 굴곡 시험의 전후에 있어서의 인장 강도를 측정하였다. 고무 보강용 코드의 구성과 그 특성의 측정 결과가 표 1에 나타낸다.

[실시예 2 및 비교예 1 내지 3]

고무 보강용 코드의 구성을 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 고무 보강용 코드를 제조하였다. 이들 고부 보강용 코드에 대한 특성을 측정하였다. 실시예 2 및 비교예 2에서 사용된 PBO 섬유는, 도요 보세키 가부시키가이샤(Toyobo Co., Ltd.)사로부터 입수할 수 있는 160 tex의 무연 제품을 사용하였다. 이들 고무 보강용 코드의 구성 및 그 특성의 측정결과를 표 1에 나타낸다.

항목	코어 섬유	보조스트랜드	상연	번수(yarnconunt)	초기인장강도	파단시의신장율	굴곡 시험후의 인장 강도 유지율
	섬유 종류스트랜드 수하연	섬유 종류스트랜드 수하연		g/1000m	N/cord	%	%
실시예 1	E 유리1개S꼬임	E 유리6개Z꼬임	Z꼬임	953	635	3.12	75
실시예 2	PBO 섬유1개S꼬임	E 유리6개Z꼬임	Z꼬임	972	616	2.07	78
비교예 1	E 유리1개Z꼬임	E 유리6개Z꼬임	S꼬임	939	626	3.1	51
비교예 2	PBO 섬유1개Z꼬임	E 유리6개Z꼬임	S꼬임	924	752	2.31	65
비교예 3	E 유리1개S꼬임	E 유리6개S꼬임	S꼬임	944	622	3.71	74

상기 실시예와 비교예를 비교함으로써, 다음의 사항을 확인할 수 있다.

실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 코어 섬유의 하연 방향이 보조 스트랜드의 하연 방향 및 상연 방향과 반대 방향인 고무 보강용 코드는 치수 안정성을 높게 유지하면서도 그 내굴곡피로성이 현저히 개선된다는 것이 확인된다.

실시예 2와 비교예 2를 비교하면, PBO 섬유를 이용한 고무 보강용 코드는, 상기 실시예 1의 효과에 덧붙여, 고무 보강용 코드의 치수 안정성도 향상시킨다는 것이 확인된다.

실시예 1과 비교예 3을 비교하면, 코어 섬유의 하연 방향, 보조 스트랜드의 하연 방향, 및 상연 방향 전부가 동일한 코드는, 내굴곡피로성은 개선되지만 치수 안정성은 현저히 저하하는 것이 확인된다.

본 발명의 고무 보강용 코드는 내굴곡피로성이 우수한 한편, 이 코드를 사용한 고무 제품의 치수 안정성을 높게 유지한다. 따라서, 그러한 코드로 보강된 고무 제품은, 내연 기관용 타이밍 벨트와 같이 사용 조건이 매우 가혹한 용도에 있어서도, 높은 치수 안정성과 인장 강도를 장기간 유지할 수 있다.

Claims (13)

1. 코어 섬유와, 이 코어 섬유의 주위에 배치되고 하연에 의해 각각 꼬여진 복수의 보조 스트랜드를 포함하며, 이들 코어 섬유와 복수의 보조 스트랜드는 상연에 의해 함께 꼬여진 고무 보강용 코드로서,

   상기 보조 스트랜드의 하연 방향과 상연 방향은 동일하며, 상기 코어 섬유는 상기 보조 스트랜드의 하연 방향과 반대 방향으로 하연된 것이거나 또는 무연의 것인 고무 보강용 코드.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어 섬유 및 보조 스트랜드는, 유리 섬유, 폴리파라페닐렌 벤조비스옥사졸 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 섬유로 이루어지는 것인 고무 보강용 코드.
3. 제1항에 있어서, 상기 코어 섬유 및 보조 스트랜드는 유리 섬유로 이루어지는 것인 고무 보강용 코드.
4. 제3항에 있어서, 상기 코어 섬유의 유리 섬유는 필라멘트의 평균 직경이 5∼11㎛ 인 것인 고무 보강용 코드.
5. 제3항 또는 제4항 에 있어서, 상기 코어 섬유는 200∼5000개의 유리 필라멘트를 포함하는 것인 고무 보강용 코드.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 섬유에서의 하연의 꼬임수는 40∼100회/100㎝인 것인 고무 보강용 코드.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 스트랜드에서의 하연의 꼬임수는 40∼150회/100㎝ 인 것인 고무 보강용 코드.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 섬유와 보조 스트랜드의 상연의 꼬임수는 40∼150회/100㎝인 고무 보강용 코드.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 섬유는 복수의 단섬유의 다발로 이루어지며, 개개의 단섬유는 보조 스트랜드의 하연의 반대 방향으로 하연된 것이거나 무연인 것인 고무 보강용 코드.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 섬유의 단면적은 코드전체의 단면적의 5∼95% 인 고무 보강용 코드.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 스트랜드는 상기 코어 섬유에 대해 동심원형으로 등간격으로 배치되는 것인 고무 보강용 코드.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 섬유 및 보조 스트랜드 중 적어도 하나에는 접착제가 도포되는 것인 고무 보강용 코드.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재한 고무 보강용 코드를 함유하는 고무 제품.