KR20070009443A - 코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어(core)와 덮개(sheath)로 이루어지고, 당해 코어가 매트릭스 내에 매립된 고탄성률 섬유를 함유하고 적어도 덮개를 형성하는 섬유로 주로 피포되는(ensheathed) 코드(cord)에 관한 것이다.

고탄성률 섬유, 덮개, 코어, 코드

Description

코드{Cord}

본 발명은 코어(core)와 덮개(sheath)로 이루어진 코드(cord)에 관한 것이다.

이러한 코드는, 예를 들어, 유럽 특허원 제1 411 159호에 기재되어 있고, 이러한 코드에서 코어는 유리 섬유로 제조되고, 덮개는 아라미드 사로 제조된다. 이 코드는 타이어 또는 벨트와 같은 탄성 재료를 강화시키는 작용을 한다.

특성이 적어도 공지된 코드에 필적할만 하거나 보다 더 우수한 상기 코드를 여전히 개발할 필요가 있다. 특히, 이러한 코드는 강화성 복합체의 가능한 한 긴 수명을 보장해야 한다. 또한, 이러한 코드를 벨트에 사용할 경우, 이들은 또한 내유성이고/이거나 가수분해적으로 안정해야 한다.

본 발명의 목적은 탄성 재료를 강화시키기 위한 기타 적합한 코드를 제공하는 것이다. 특히, 이러한 코드는 이러한 코드로 강화된 탄성 재료의 긴 수명을 보 장해야 한다. 또한, 가수분해적 안정성이 우수한 코드가 제공되어야 한다. 또한, 경제적으로 제조될 수 있는 코드가 제공되어야 한다.

본 발명의 목적은 코어와 덮개로 이루어지고, 당해 코어가 매트릭스 내에 매립된 고탄성률 섬유를 함유하고 적어도 덮개를 형성하는 섬유로 주로 피포되는(ensheathed) 코드에 의해 달성된다.

본원에서 코어는 특히 이의 높은 치수 안정성을 특징으로 하는 강도 캐리어로서 작용한다.

이러한 코드는, 예를 들어, 고탄성률 섬유가 메트릭스 재료로 함침되는 방식으로 제조될 수 있다. 그 후, 코어는, 예를 들어, 스테이플 파이버(staple fiber)로 방사하고, 이때 스테이플 파이버가 덮개를 형성한다.

바람직하게는, 코어 주위를 감싸고 있는 하나 이상의 멀티필라멘트사(multifilament yarn)가 덮개를 형성하는 섬유로서 사용된다. 포장은 바람직하게는 포장후 코어가 가능한 한 많이 피복되는, 즉 실질적으로 보이지 않는 방식으로 수행된다. 다수의 멀티필라멘트사가 덮개를 제조하는 데 사용될 경우, 이들 사는 코어 주위를 동일하고/하거나 상이한 방향으로 감쌀 수 있다. 또한, 다수의 멀티필라멘트사를 짜서 덮개를 형성할 수 있다.

본 발명에 따르는 코드의 코어 매트릭스가 열가소성물이면 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

매트릭스를 고탄성률 섬유에 도입하기 위한 통상적인 함침 방법 외에, 열가소성 섬유는 고탄성률 섬유와 혼합될 수 있고, 이에 의해 후속 단계에서 이 혼합물을, 열가소성 섬유가 용융하여 고탄성률 섬유가 매립되는 매트릭스를 형성하는 방식으로 가열한다. 여기서, 고탄성률 섬유는 연속 섬유로, 예를 들어, 멀티필라멘트사로서 존재할 수 있고, 열가소성 섬유는 고탄성률 섬유와, 예를 들어, 그 자체로 공지된, 공기를 사용하는 혼합 공정에 의해 잘 혼합될 수 있다. 그러나, 스테이플 파이버 또는 연신 절단법(stretch-breaking)을 통해 제조된 섬유들과 같은 유한 길이 섬유는 고탄성률 섬유로서 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 스테이플 파이버 또는 연신 절단된 섬유일 수도 있는 열가소성 섬유를 사용할 것이 권장된다. 섬유의 연신 절단에서, 연신 절단된 섬유는 다양한 길이를 나타내고, 따라서 섬유의 평균 길이 및 길이 분포도가 어느 정도 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에 따르는 코드의 코어 중의 고탄성률 섬유의 경우, 평균 길이는 70 내지 170mm, 바람직하게는 110 내지 130mm, 특히 약 120mm이고, 길이 분포도는 40 내지 230cm가 최적인 것으로 입증되었다. 이어서, 이러한 섬유는 그 자체로 공지된 방식으로 혼합되어 꼬이지 않은 형태로 또는 사의 형태로 덮개를 형성하는 멀티필라멘트 사가 주위를 감싸는 코어로서 사용될 수 있다. 당해 공정에서, 고탄성률의 열가소성 수지로 이루어진 혼합사는 열가소성 수지가 용융되는 방식으로 멀티필라멘트사로 피포하기 전 및 매트릭스가 고탄성률 섬유를 매립시킬 때 이미 가열될 수 있다.

고탄성률의 열가소성 섬유로 이루어진 혼합물을 하나 이상의 멀티필라멘트사로 먼저 감싸는 것이 특히 유리하다. 온도 영향하에 가교결합된 접착제, 바람직하 게는 RFL(레조르시놀 포름알데히드 라텍스; resorcinol formaldehyde latex)이 일반적으로 이들을 탄성 재료에 매립시키기 전에 코드에 도포되기 때문에, 접착제를 가교결합시키는데 필요한 온도 처리를 또한 사용하여 열가소성 섬유를 용융시키고 이들을 매트릭스 재료로 변형시킬 수 있다.

여기서, 본 발명에 따르는 코드의 코어 매트릭스가 융점 또는 융점 범위가 150 내지 420℃, 바람직하게는 180 내지 260℃인 열가소성물인 경우에 특히 유리한 것으로 입증되었다. 여기서, 열가소성물의 경우 융점 또는 융점 범위가 200 내지 230℃인 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 실질적으로, 용융 방사에 의해 섬유로 방사가능한 모든 재료가 코어 매트릭스용 열가소성 재료, 특히 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리에스테르(PET), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리아미드(PA)용으로 적합하다. 폴리아미드의 경우, PA 4, PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 10 또는 PA 12가 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따르는 코드의 특징적인 특성은 특히 코어가, 덮개 없는 코어를 기준으로 하여, 매트릭스를 15 내지 50용적%, 바람직하게는 25 내지 40용적% 함유한다는 사실에 있다. 한편으로는 고탄성률 섬유가 매트릭스 재료에 완전히 매립되는 것이 필수적이지는 않지만, 다른 한편으로는 코어가 가능한 한 약간 과도한 매트릭스 재료를 나타내는 것이 유리한 것으로 밝혀졌고, 이는 탄성 재료 중에 코어를 매립시키는 동안 적용되는 가열하에 덮개를 형성하는 멀티필라멘트사의 상당한 부분의 필라멘트를 매립시킨다. 유사하게, 매트릭스 재료가 가능한 한 일관되게 코어 중에 분포되는 것이 유리한 것으로 발혀졌다.

또한, 코어는 코어 중의 고탄성률 섬유가 200 내지 550GPa, 바람직하게는 200 내지 350GPa, 특히 바람직하게는 200 내지 250GPa의 탄성률을 갖는다는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 탄소 섬유가 가장 적합한 것으로 입증되었다.

멀티필라멘트사 또는 멀티필라멘트사들이 코어의 고탄성률 섬유보다 낮은 탄성률을 갖는 경우에 유리한 것으로 또한 밝혀졌다. 이를 위해, 특히 탄성률이 70 내지 150GPa, 특히 70 내지 120GPa인 멀티필라멘트사가 최적인 것으로 입증되었다. 아라미드로 이루어진 멀티필라멘트사가 본 발명에 따르는 코드의 코어를 감싸기에 특히 적합한 멀티필라멘트사인 것으로 입증되었다.

본 발명에 따르는 코드는 섬유 강화된 탄성 재료를 제조하기에 최적으로 적합하다.

이러한 국면에서, 본 발명의 목적은 V-벨트 및 또한 본 발명에 따르는 코드를 함유하는 톱니모양 벨트(toothed belt)이다.

본 발명은 하기 실시예를 토대로 보다 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따르는 코드를 제조하기 위해, 다음과 같은 사가 사용되었다:

사 1: 단일 필라멘트의 선밀도가 0.67dtex이고 섬유 밀도가 1.76g/cm³인, 테낙스(Tenax) STS 5411 명칭으로 토호 테낙스 오이로페 게엠베하(Toho Tenax Europe GmbH)가 시판중인 탄소 섬유.

사 2: 단일 필라멘트의 선밀도가 6.9dtex이고 섬유 밀도가 1.14g/cm³인 로디아(Rhodia)가 시판중인 폴리아미드 6(PA6) 멀티필라멘트사로 이루어진 열가소성 섬 유. 이 멀티필라멘트사의 융점 범위는 215 내지 220℃이다.

사 3: 데이진 트와론 비브이(Teijin Twaron BV)로부터 시판되는 트와론 1, 100dtex f 1000.

먼저, 사 1로부터 12,000개 필라멘트와 사 2로부터 300개 필라멘트를 연신 절단한 다음, 평균 길이가 120mm이고, 필라멘트의 길이가 40 내지 230mm로 가변적인 필라멘트를 갖는 10,100dtex의 한 타래가 형성되는 방식으로 격렬하게 혼합한다. 이러한 타래로부터, 선밀도가 10,100dtex인 코어 성분을 소모사 방사법을 사용하여 제조하였다. 이러한 코어 성분은 80중량%의 탄소 섬유(사 1) 및 20중량%의 폴리아미드 6 섬유(사 2)를 함유한다. 이 코어 성분을 반대 방향으로 사 3을 사용하여 매회 250회 꼬임/m(하나의 사는 Z-방향으로 250회 꼬임/m으로, 하나의 사는 S-방향으로 250회 꼬임/m)으로 2회 감싸고, 이에 의해 사 1 및 2의 필라멘트가 코어 성분에 함유된 처리되지 않은 코드가 수득된다. 이 코드를 이어지는 2단계에서 RFL 침액으로 처리한다. 제1 단계에서, 코드 표면(실질적으로, 사 3의 필라멘트)을 표면 처리로 에폭시화한다. 제2 단계에서, 코드를 RFL 수용액으로 침지시키고, 235℃에서 경화시키고, 이에 의해 사 2의 필라멘트가 용융되어 사 1의 필라멘트를 위한 매트릭스가 된다.

다음과 같은 특성이 측정되었다:

주:

BS: 파괴강도

EAB: 파단신도

FASE: 특정 신도, 즉 0.3, 0.5 및 1.0%의 신도에서의 힘

CM: 코드 탄성률

수득된 침지 코드를 수소화 부타디엔 아크릴로니트릴 고무에 매립시켰다. 추가로, 코드 중에 유리 필라멘트가 함유된 2개의 시판되는 코드인 유리 A 및 유리 B를 동일한 방식으로 수소화 부타디엔 아크릴로일 고무에 침지시키고 매립시켰다.

코드 A가 제공되어 "타이프(Type) EC9, 34, 3/11 80S, 블랙 침지됨"이라는 명칭으로 엔지에프 오이로페 리미티드(NGF Europe Ltd.)에 의해 시판되는 반면, 코드 B는 제공되어 강화성 코드로서 소보우트리(Sovoutri)에 의해 의해 시판되고 있다.

3개의 코드 모두에서 코드와 고무 사이의 접착 강도와 관련되는 특성이 측정되었다. 결과를 다음 표에 요약했다:

여기서, SPAF(스트랩 박리 접착력)는 코드를 2cm 너비 스트립의 복합체로부터 인취하는 데 필요한 힘을 의미한다. 이 힘은 ASTM D 4393-00에 따라서 측정한다.

이들 값은 본 발명에 따르는 코드가 파괴강도 및 힘과 관련하여 코드 내에 유리 섬유를 갖는 현재 통상의 코드에 비해 측정된 신도 면에서 상당히 높은 값을 나타낸다는 것을 명백하게 보여준다. 게다가, 본 발명에 따르는 코드는 낮은 파단신도를 특징으로 한다. 고무에 대한 접착력과 관련하여, 본 발명에 따르는 코드는 오늘날 이용가능한 코드에 필적할 만한 특성을 나타낸다. 이러한 국면에서, 본 발명에 따르는 코드는 명백하게 진보되었다고 간주될 수 있다.

Claims (19)

1. 코어(core)와 덮개(sheath)로 이루어지고, 당해 코어가 매트릭스 내에 매립된 고탄성률 섬유를 함유하고 적어도 덮개를 형성하는 섬유로 주로 피포되는(ensheathed) 코드(cord).
2. 제1항에 있어서, 덮개를 형성하는 섬유가 코어 주위를 감싸는 하나 이상의 멀티필라멘트사임을 특징으로 하는 코드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 코어 매트릭스가 열가소성물임을 특징으로 하는 코드.
4. 제3항에 있어서, 코어 매트릭스가, 융점 또는 융점 범위가 100 내지 420℃, 특히 180 내지 260℃인 열가소성물임을 특징으로 하는 코드.
5. 제4항에 있어서, 코어 매트릭스가, 융점 또는 융점 범위가 200 내지 230℃인 열가소성물임을 특징으로 하는 코드.
6. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 매트릭스가 폴리아미드, 특히 PA 4, PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 10 또는 PA 12임을 특징으로 하는 코드.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어가, 덮개 없는 코어를 기준으로 하여, 매트릭스를 15 내지 50용적% 함유함을 특징으로 하는 코드.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유의 탄성률이 220 내지 550GPa임을 특징으로 하는 코드.
9. 제8항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유의 탄성률이 200 내지 350GPa, 특히 200 내지 250GPa임을 특징으로 하는 코드.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 덮개의 멀티필라멘트사의 탄성률이 70 내지 150GPa, 바람직하게는 70 내지 120GPa임을 특징으로 하는 코드.
11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유가 탄소 섬유임을 특징으로 하는 코드.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유가 유한 길이를 가짐을 특징으로 하는 코드.
13. 제12항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유가 연신 절단된 고탄성률 섬유임을 특징으로 하는 코드.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유의 평균 길이가 70 내지 170mm임을 특징으로 하는 코드.
15. 제12항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 코어 중의 고탄성률 섬유의 길이가 40 내지 230mm의 범위로 가변적임을 특징으로 하는 코드.
16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 덮개의 멀티필라멘트사가 아라미드사임을 특징으로 하는 코드.
17. 섬유 강화된 탄성 재료를 제조하기 위한, 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 따르는 코드의 용도.
18. 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 따르는 코드 하나 이상을 함유하는 V-벨트.
19. 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 따르는 코드 하나 이상을 함유하는 톱니모양 벨트(toothed belt).