KR20090123243A - 동력 전달 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 함유하는 리브 고무를 포함하여 구성되는 동력 전달 벨트를 제공한다. 본 발명에 의한 동력 전달 벨트는, 벨트를 구성하는 리브 고무는 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하므로, 구동 시 소음 발생이 억제될 뿐 아니라, 내마모성이 개선되어 수명이 연장되는 장점이 있다.

Description

동력 전달 벨트{POWER TRANSMISSION BELT}

본 발명은, 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 리브 고무를 포함하여 구성되는 동력 전달 벨트에 관한 것이다.상기 리브 고무는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 함유하므로, 구동 시 소음 발생이 저감될 뿐 아니라, 벨트의 내마모성능이 향상될 수 있다.

자동차의 보조 구동용 등에 사용되는 동력 전달 벨트는, 맞물리는 형상을 가진 풀리와 함께 작동하는데, 작동 시 풀리와 벨트의 접촉면 오정렬이나 미끄럼 또는, 리브면에 포함되어 돌출될 수 있는 섬유의 마모나 이탈 등에 의한 마찰 소음이 발생한다. 이러한 벨트의 소음 문제를 해결하기 위해, 벨트가 풀리의 리브(rib)부 또는 플랜지와 접촉할 때, 보다 많은 탄성체를 벨트의 표면 근처로부터 절연시키거나 이격시킴으로써 벨트 피막면의 마찰 계수를 감소시키고자 하는 시도가 있었다.

또한, 벨트의 리브 고무에 짧은 방직 섬유를 혼합하는 시도가 있었다. 다만, 벨트에 상기 방직 섬유를 적용할 때, 소음 성능을 보장하기 위해서는 보다 높은 밀도의 방직 섬유를 사용할 필요가 있는데, 다량의 섬유를 고무의 매트릭스(matrix)에 분포시키기 위해서는, 혼합시 분산의 문제로 많은 시간과 비용이 소요된다는 문 제가 발생한다. 또한, 다량의 섬유를 고무 매트릭스에 혼합함으로써 피로 수명이 단축될 수 있으며, 상기 방법은 벨트 진행 방향으로부터의 접선 방향 미끄럼에 의해 발생되는 소음 완화에는 효과를 나타내지 못하고, 벨트 주행으로 인해서 마모되거나 매트릭스에서 이탈 시 소음감소 성능이 약화될 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 개선하기 위하여, 리브 고무에 소음을 완화하면서도 내마모성에 영향을 주지 않는 재료를 혼합함으로써, 구동 시 발생하는 소음을 억제할 수 있는 동력 전달 벨트를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동력 전달 벨트는, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 함유하는 리브 고무를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 동력 전달 벨트는, 상기 벨트를 구성하는 리브 고무는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMPWE)를 포함하므로, 풀리와의 마찰 시 발생하는 소음이 억제될 수 있고 마모성도 개선될 수 있다.

본 발명자는 동력 전달 벨트의 소음을 저감할 수 있으면서, 벨트의 내구성능에 영향을 주지 않을 수 있는 재료를 찾기 위해 예의 연구한 결과, 종래에 사용되던 리브 구성 물질에 초고분자량 폴리에틸렌을 혼합하여 리브 고무를 제조한 경우, 동력 전달 벨트의 구동 시의 소음이 저감될 뿐 아니라, 벨트의 내마모성 및 내충격성도 향상된다는 것을 발견하였다.

본 발명에서 '벨트'는 자동차 구동용 등에 사용될 수 있는 동력 전달 벨트로서, 리브고무(12), 접착고무(18), 인장코드(22), 배포(19)를 포함하여 구성되나(도 1 참조), 이에 제한되지 아니하며, 사용자의 필요에 따라 크로스코드층, 열가소성 재킷, 얇은 고무층 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 '풀리접촉부(14)'는 벨트 구동 시, 풀리와 맞물리는 부분으로 도1 및 도2의 각 예에서 풀리접촉부(14)는 리브고무(12)와 동일한 엘라스토머 재료로 구성될 수 있다. 본 발명의 리브고무(12)는 풀리접촉부(14)를 포함하는 리브고무를 의미한다. 상기 리브고무(12)는 압축 고무, 열가소성 플라스틱, 엘라스토머 재료 등으로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 리브고무(12)는 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene; UHMWPE)을 포함하여 제조되는 것이 특징이다.

본 발명에서, '초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)'의 분자량은 약 3백만 내지 1천만 그램/몰일 수 있다. 일반 플라스틱의 경우는 분자량이 보통 1만 내지 50만 그램/몰이다. 분자량이 높을수록 내마모성, 열편향온도, 응력균열저항성, 저온에서의 강인도(toughness), 인장강도가 뛰어나다는 점에서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 현존하는 폴리머 중 가장 뛰어난 내마모성과 내충격성을 지닌다고 할 수 있다. 따라서, 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 리브 고무층(12)으로 구성된 본 발명에 의한 벨트(10)는, 구동 시 소음이 저감될 뿐만 아니라(표 1 참조), 내마모성, 내충격성도 뛰어나다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌은 입자 형태로 포함될 수 있다. 상기 입자 형태로 포함되는 초고분자량 폴리에틸렌의 입경은 바람직하게는 20 내지 300 마이크론(micron)일 수 있다. 입자 형태 외에 필름(film)의 형태로 시판되는 초고분자량 폴리에틸렌이 포함될 수도 있다.

한편, 본 발명에 의한 리브 고무(12)는 상기 초고분자량 폴리에틸렌 이외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서, 수소화 니트릴 고무(HNBR), 클로로프렌 고무(CR), 천연 고무(NR), 폴리우레탄 엘라스토머(폴리우레탄/우레아 엘라스토머 포함)(PU), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 알킬화 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(ACSM), 에피클로로히드린, 폴리부타디엔 고무(BR) 및 에틸렌 프로필렌 공중합체(EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원공중합체(EPDM), 에틸렌 옥텐 공중합체(EOM), 에틸렌 부텐 공중합체(EBM), 에틸렌 옥텐 삼원공중합체(EODM), 에틸렌 부텐 삼원공중합체(EBDM)와 같은 에틸렌 알파 올레핀 엘라스토머나 실리콘 고무 혹은 이들 중 2가지 또는 그 이상의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 또한 일반적으로 사용되는 양의 충전제, 가소제, 경화제 및 촉진제를 비롯한 통상적인 고무 합성 성분과 엘라스토머로 구성될 수 있다.

상기 리브고무(12)를 형성하기 위한 고무 배합물은 황 또는 과산화물에 의해 가교될 수 있다. 상기 가교를 위한 과산화물로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적인 유기 과산화물이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 디쿠밀 퍼록사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸쿠밀 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸 퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥신-3,2,5-디메틸-2,5-(벤조일퍼옥시)헥산, 및 2,5-디메틸-2,5-모노(t-부틸퍼옥시)헥산 등을 사용할 수 있다. 상기 유기 과산화물의 첨가량은 유기 과산화물의 작용기량이나 분자량 또는 폴리머에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

또한, 상기 과산화물에 의한 가교의 경우는 가교 보조제를 배합할 수 있다. 가교 보조제를 배합함으로써, 가교 밀도를 높여서 접착력을 한층 더 안정시키고, 점착 마모성 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 가교 보조제로는, 예를 들어, 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC), 트리알릴 시아누레이트(TAC), 1,2-폴리부타디엔, 불포화 카르복실산의 금속염, 옥심류, 구아니딘, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, N,N'-m-페닐렌비스말레이미드 등 통상적으로 퍼옥사이드 가교에 사용되는 것을 사용할 수 있다.

상기 황 가황의 경우는, 가황 촉진제를 배합할 수도 있다. 가황 촉진제를 배합함으로써, 가교 밀도를 높여서 점착 마모 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 가황 촉진제로는, 일반적으로 가황 촉진제로서 사용되는 것이면 되고, 예를 들어, N-옥시디에틸렌벤조티아졸-2-술펜아미드(OBS), 테트라메틸티우람 디술파이드(TMTD), 테트라에틸티우람 디술파이드(TETD), 디메틸디티오카르밤산 아연(ZnMDC), 디에틸디티오카르밤산 아연(ZnEDC), N-시클로헥실벤조티아졸-2-술펜아미드, 2-메르캅토벤조티아졸, 및 디벤조티아졸릴디술파이드 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 승용차의 보조적인 구동장치인 V 벨트 또는 V 리브벨트의 리브고무는, EPM, EPDM, EBM, 또는 EOM 합성물과 같은 에틸렌 알파 올레핀 합성물로 구성될 수 있다. 에틸렌 알파 올레핀 합성물은 접착고무에 채용된 조성과 동일하거나 다를 수 있다. 또한 리브고무에는 단섬유가 첨가될 수 있는데. 이에 한정하는 것은 아니지만 면, 폴리에스테르, 유리섬유, 아라미드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 재료로 사용할 수 있고, 절단된 섬유나 분말 또는 펄프 형태로 사용할 수 있다.

상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMPWE)은 리브고무를 구성하는 엘라스토머에 대하여 3 내지 50 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 사용될 수 있는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMPWE) 입자의 예로는 Ticona의 GUR4150 등이 있다.

본 발명에서, '인장코드(2)'는 벨트의 종방향으로 이어질 수 있으며, 작동 중에 벨트에 가해지는 인중 하중을 지탱한다. 인장코드(2)의 재료로는 유리 섬유, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 카본, 금속선/케이블, 면, 레이온 및 그 밖의 공지된 인장코드 재료 등을 사용할 수 있다. 상기 인장코드(2)는, 일반적으로 레졸신-포르말린-라텍스 접착제 조성물(RFL 접착제) 등으로 접착 처리되어, 접착고무 내에 매설된다.

본 발명에서, '배포(1)'는 벨트(10)의 종방향으로 이어져 있는 인장코드(2)에 장입될 수 있다. 상기 배포(1)는 고무 원료 또는 그 밖의 엘라스토머 물질로 코팅될 수 있다. 상기 엘라스토머는 앞에서 기술한 리브고무(12)에 사용될 수 있는 것과 동일한 종류를 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 전달 벨트에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 V 리브벨트(10)의 부분 단면 사시도이다. 상기 벨트는 부하지탱부(20), 풀리와 맞물리며 종방향으로 연결된 리브고무(12) 및 배포(19)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 벨트(10)는 벨트의 종축과 연결되고 하중을 전달하는 인장코드를 포함한다. 벨트(10)의 상면은 단층 또는 복수층의 배포(19)가 형성되며, 이 내측에 인접하여 접착고무(18)가 적층되어 있다. 상기 부하지탱부(20)에는, 섬유 코드로 이루어지는 복수의 인장코드(22)가 간격을 두고 벨트 길이 방향을 따라 매설되어 있다. 또한, 상기 부하지탱부(20)의 아래에 인접하여 리브고무층(12)이 적층되어 있다.

본 발명에 따른 동력 전달 벨트는 종래부터 알려져 있는 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, V 리브벨트의 경우, 평탄한 표면의 원통형 성형 드럼의 둘레면에 1장 또는 복수 장의 배포(19)와 인장코드 매립을 위하여 접착고무(18) 미가황 시트를 감는다. 그 다음, 그 위에 폴리에스테르 등의 인장코드를 나선형으로 감고, 리브 고무층을 형성하기 위한 미가황 고무 시트를 감아 적층물을 형성하고, 이것을 가황기 속에서 가열 가압을 통해 가황하여 고리형물을 얻는다. 다음으로, 상기 고리형물을 구동롤과 종동롤 사이에 걸쳐 주행시키면서 소정의 폭으로 절단한다. 상기 절단된 고리형물을 또 다른 구동롤과 종동롤 사이에 걸치고, 소정의 장력하에서 주행시키면서, 여기에 연삭 숫돌로 표면에 복수의 리브를 형성 하여 제품으로서의 V 리브벨트를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 동력 전달 벨트는, 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 리브고무(12)로 구성되므로, 구동 시의 소음이 저감될 뿐 아니라 내마모성도 개선되므로 벨트의 수명도 연장될 수 있다(표 1참조).

이하, 본 발명의 실시예 및 시험예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공하는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

제조예 < 리브 고무층과 접착고무를 구성하는 고무층의 제조>

표 1에 나타낸 각 재료를 고무 배합물로 조제하고, 반바리 믹서로 혼합시킨 후, 캘린더(calender)롤로 압연하여, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 리브고무층용 고무 배합물 미가황 시트를 형성하였다. 사용한 시판품은 표 1에 나타낸 바와 같다.

또한, 접착고무를 구성하는 고무층은, 실시예 및 비교예에서 사용한 것과 동일한 엘라스토머(EDPM)를 사용하여, 접착고무를 구성하는 고무층용 고무 배합물 미가황 시트를 형성하였다.

전동 벨트의 제작

배포와 상기 접착고무 미가황 시트를 평탄한 표면의 원통형 성형 드럼의 주 변에 감은 후, 그 위에 폴리에스테르 인장코드(폴리에스테르 코드, 1000 데니어,/2X3)를 나선형으로 감았다. 또한 그 위에 상기 리브고무 미가황 시트를 감아 적층물을 형성하고, 이것을 가황기 속에서 180℃에서 15분 동안 가열 가압하여 고리형물을 얻었다. 이것을 상기와 같은 방법으로 벨트 제조하여 리브수 6, 둘레길이 1510mm의 V 리브 벨트를 제작하였다.

상기 방식으로 얻어진 V 리브벨트의 소음 측정은 하기의 방법으로 평가하였다.

시험예 <소음 측정>

본 발명에 의해 제조된 벨트와, 종래의 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하지 않는 벨트를 비교하기 위해, 구동 시의 소음 정도를 측정하였다(도 3 참조).

소음 시험은 도면과 같은 시스템상에서 행하였다. 구동 풀리(DR)는 150mm 직경을 가지며, 구동 풀리에 의해 동력을 전달받는 풀리 중에서 DN2는 113.8mm, DN3는 74.4mm, DN4는 120mm 직경인 것을 사용하였다. 또한 오정렬에 의한 소음을 촉진 시키기 위하여 DN2 풀리는 앞쪽으로 4mm 옮겨 고정시켰다. 상기 구동 풀리는 2000 ±100 RPM에서 작동되도록 하였다. 주위 온도는 23±3℃이 되도록 하였다. 310N의 일정장력이 유지되도록 자동장력조절장치(DN5)를 사용하였다. 청진기 가청 소음 측정을 위하여 청진기 끝부분은 DN3 풀리와 DN4 풀리의 벨트 중간 지점에서 2 inch 떨어진 곳에 위치 시켰다. 소음 레벨의 판정기준은 0 ~ 5(0: 소음이 없음, 1: 청진기를 통해서만 들을 수 있는 소음, 2: 시스템으로부터 30cm 거리에서 들을 수 있는 소음(통상 78~80dB), 3: 시스템에서 1.5m 거리에서 들을 수 있는 정도의 소음(통상 80~85dB), 4: 강한 소음(통상 85~95dB), 5: 지나친 소음(통상 95dB 이상))이며 소음은 통상적인 시스템의 음압이 아닌 이음의 소리 크기이며 소음 레벨이 1일 경우 음압의 크기는 시스템 음압과 거의 동일하다.

또한 본 발명에 의해 제조된 벨트와, 종래의 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하지 않는 벨트를 비교하기 위해, 구동 시의 마모 정도를 측정하였다(도 4 참조).

마모 시험은 도 4와 같은 시험기에서 수행하였다. 작은 직경의 풀리에 높은 장력을 가하여 벨트의 마모저항을 확인하는 시험으로 23±3℃에서 시험기에 시료를 걸어, 종동풀리2(DN2)에 55kgf의 장력을 가하여 2000±100rpm의 속도로 회전시켜 시험을 행한다. 풀리의 직경은 구동풀리(DR) 60mm, 종동풀리(DN1, DN2) 60mm 이다. 시험 시작전의 벨트의 중량을 측정하고, 24시간 구동 후 벨트의 중량을 측정하였다.

본 발명에 의한 벨트 구성 조성물, 상기 슬립 소음 측정 시험 결과 및 마모량 측정 시험 결과는 하기의 표 1에 기재하였다.

	재료명	제조사	비교예1	실시예1	실시예2
EPDM	KEP240	금호폴리켐	100	100	100
카본블랙	N550	동양제철화학	70	70	65
연화제	Sunpar2280	Sunoco	10	10	10
스테아린산	Stearic acid	Nippon Oil & Fats	1	1	1
산화아연	ZnO	한일아연	5	5	5
노화방지제	Agerite ResinD	R.T.Vanderbilts	1	1	1
가황촉진제	MBT + TMTM	Monsanto	3	3	3
유황	Sulfur	미원	0.8	0.8	0.8
나일론단섬유	Nylon fiber	Teijin	20	20	20
초고분자량 폴리에틸렌	GUR4150	Ticona		5	10
100시간 주행 후 소음수준			2	0~1	0~1
벨트 내열 수명(시간)			600이상	600이상	600이상
벨트 주행 마모량(%)			1.7%	1.4%	1.2%

상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 동력 전달 벨트는 그 소음 정도가 종래의 벨트에 비해 저감되으며, 내마모성능도 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 V 리브벨트의 부분 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 V 벨트의 부분 단면 개략도를 나타낸다.

도 3은 벨트 소음 측정 시스템의 레이아웃을 도시한 것이다.

도 4는 벨트 마모성 측정 시스템의 레이아웃을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: V 리브 벨트

26: V 벨트

12: 리브고무

14: 풀리접촉부

18: 접착고무

19, 29: 배포

20: 부하 지탱부

22: 인장코드

Claims (4)

1. 3백만 내지 1천만 그램/몰의 분자량을 가지는 초고분자량 폴리에틸렌을 함유하는 리브 고무를 포함하여 구성되는 동력 전달 벨트.
2. 제1항에 있어서, 상기 초고분자량 폴리에틸렌의 함유량은 상기 리브 고무를 구성하는 엘라스토머에 대하여 3 내지 50 중량%의 양으로 포함되는 것이 특징인 동력 전달 벨트.
3. 제1항에 있어서, 상기 리브 고무층은 단섬유를 추가로 포함하여 구성되는 것이 특징인 동력 전달 벨트.
4. 제1항에 있어서, 상기 동력 전달 벨트는 V 리브벨트 또는 V 벨트인 동력 전달 벨트.

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