KR20200023399A - 폴리머 물품의 보강을 위한 보강 스트랜드 - Google Patents

Abstract

보강 스트랜드(400)는 강철 필라멘트(404)가 모두 동일한 최종 레이 길이 및 방향으로 꼬이는 코어(403)를 포함한다. 강철 필라멘트는 N개의 제1 강철 필라멘트를 포함하는 중간층 및 중간층 주위에 원주방향으로 배열된 2N개의 강철 필라멘트의 외부층으로 배열된다. 중간층에서, 필라멘트들은 중간층의 강철 필라멘트의 수(N), 코어의 직경 및 제1 강철 필라멘트의 직경에 의해 결정되는 폐쇄 레이 길이에서 서로 접촉할 것이다. 최종 레이 길이 및 방향을 2배 내지 6배로 선택함으로써, 폐쇄 레이 길이 간격이 중간층 필라멘트 사이에 형성될 것이다. 2N개의 외부층 필라멘트는 더 작은 직경의 강철 필라멘트의 그룹(408)과 더 큰 직경의 강철 필라멘트의 그룹(406)으로 더 분할된다.

Description

폴리머 물품의 보강을 위한 보강 스트랜드

본 발명은 예를 들어, 동기 벨트(synchronous belt) 또는 엘리베이터에서 인장 부재로서 사용되는 벨트 등의 벨트와 같은 폴리머 물품을 보강하기 위해 특히 적합한 보강 스트랜드(reinforcement strand)에 관한 것이다.

벨트는 종동 풀리 또는 비종동 풀리와 상호 작용함으로써 재료를 반송하고, 동력을 전달하거나, 또는 물체를 위치설정하기 위해 사용되는 기술적인 가공품(artefact)이다. 예를 들어, 엘리베이터 벨트는 엘리베이터 내의 사람을 수송하는 데 사용되고, V-벨트는 동력을 전달하는 데 사용되고, 동기 벨트는 기계 내에 그리퍼를 정확하게 위치시키고 동력을 전달하는 데 양호하게 적합하다. 벨트는 일반적으로 보강재를 보호하기 위해 폴리머로 커버될 수도 있고 또는 커버되지 않을 수도 있는 강력한 보강재를 포함한다. 일반적으로, 벨트는 V-벨트의 사다리꼴 단면 또는 편평 벨트의 직사각형 단면과 같은 비원형 단면을 가질 것이다.

벨트의 보강재는 복수의 요건을 충족시켜야 하는데:

- 보강재가 강력해야 하고, 즉 큰 종방향 힘을 견딜 수 있어야 하고, 뿐만 아니라,

- 보강재는 또한 벨트를 인장할 때 과도한 신장을 방지하기 위한 높은 탄성율을 가져야 한다.

- 더욱이, 보강재는 풀리 위에서의 그 반복적인 주행 중에 크리프하거나 연장되지 않아야 한다.

- 보강재는 풀리의 곡률을 따르기 위해 매우 가요성이어야 하는데, 즉 낮은 굴곡 강성을 가져야 한다.

- 보강재는 이것이 장착되는 기계의 장기간 기능을 보장하기 위해 길고 예측 가능한 수명을 가져야 한다.

- 보강재는 폴리머 재킷과 통합되어야 하는데, 즉, 보강재는 폴리머 재킷에 접착되거나 고정되어야 한다. 이는 모든 힘이 풀리로부터 재킷을 통해 보강재로 전달되기 때문에 특히 중요하다.

재킷의 주요 기능은 보강재를 보호하고, 풀리와 벨트 사이에 힘을 전달하고, 보강재를 함께 유지하는 것이다. 일반적으로, 재킷의 보강 용량은 보강재 자체의 것에 비교하여 약하다.

벨트의 보강재 이력은 타이어 또는 호스와 같은 다른 복합 재료의 것과 다르지 않다. 초기에, 면 또는 대마와 같은 천연 섬유가 사용되었고, 이어서 레이온, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 다른 유기 섬유와 같은 인조 또는 인공 섬유가 사용되었다. 초고분자량 폴리에틸렌(Dyneema®) 또는 방향족 폴리아미드(Kevlar®) 또는 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸(PBO, Zylon®)계 섬유와 같은 고강도 섬유가 또한 고려되었지만 피로 방지 기능이 없거나 너무 많은 크리프를 갖거나 폴리머 재킷에 접착하기 어렵기 때문에, 항상 시판되는 것은 아니다. 유리 섬유 및 탄소 섬유 보강 벨트가 제공되고 있지만 주로 하이 엔드 용례를 위해서만 제공된다. 따라서, 벨트의 많은 부분이 강철 코드로 보강된다.

벨트의 보강재를 위해 사용되는 강철 코드는 거의 독점적으로 멀티 스트랜드 유형이다. 이러한 코드는 스트랜드 내로 꼬인 'm'개의 단일 강철 필라멘트로 구성되고 그 후에 'n'개의 스트랜드가 'n×m'개의 코드로 꼬인다. 인기 있는 구성은 3×3인데, 즉 3개의 필라멘트가 스트랜드로 함께 꼬이고 그 후에 3개의 이러한 스트랜드가 코드로 꼬인다. 다른 예는 7×7 또는 7×3 스트랜드이다. 이 구성은 주로 동기 벨트에 사용되었지만, 이들은 현재 또한 엘리베이터용 편평 벨트에도 널리 사용된다(EP 2284111 B1호). 이들 유형의 구성은 상당히 양호한 신장 특성(WO2005/043003호의 교시에 따를 때), 매우 양호한 재킷 고정, 매우 낮은 크리프 및 우수한 피로 수명을 갖지만, 이들의 탄성율은 다소 낮다.

벨트에 사용을 위해 이들 유형의 멀티스트랜드 코드를 다른 유형의 코드로 대체하려는 시도는 무수히 많은데:

- GB2252774호가 있고, 여기서, 적어도 하나의 필라멘트 층에 의해 둘러싸인 하나 이상의 필라멘트의 중심 코어를 갖는 층상 스트랜드는 동기 벨트에 사용을 위해 제안되고;

- WO 2012/141710호가 있고, 엘리베이터 벨트가 설명되어 있고, 보강 코드는 '2차' 나선 구조가 없는, 즉 스트랜드인 복수의 강철 필라멘트를 포함하고;

- EP 1555233 A1호가 있고, 제1 실시예는 워링턴 유형(Warrington type)인 7개의 스트랜드를 갖는 엘리베이터 벨트를 설명하고 있다.

그러나, 이들 '해결책'은 현실과 직면할 때 실패한다. 주요 장애물은 인장 및 압축의 반복된 하중 사이클 하에서 중심 코어 필라멘트 또는 필라멘트들이 코드로부터 위킹된다는(wick) 것이다. 벨트를 구동하는 풀리는 벨트를 그 풀리를 향해 이동시에 인장 상태가 되게 한다. 벨트에 의해 구동되는 풀리는 복귀시에 벨트를 압축 상태가 되게 할 수도 있다. 이들 반복적인 견인-견인(pull-pull) 사이클은 궁극적으로 코어의 외부로의 이동을 유도하는 '연동' 작용을 스트랜드의 코어 상에 유도한다. 이동은 항상 '정'방향, 즉 벨트 이동의 방향이다. 코어의 위킹은 코어가 폴리머 재킷을 관통하여 풀리 중 하나와 엉키게 하여 벨트의 완전한 붕괴를 초래할 수도 있다. 이는 '코어 마이그레이션 문제(core migration problem)'이다.

WO 2008/080715호에서 발견된 해결책은 코어 마이그레이션 문제를 해결하지만 다른 단점을 유도한다. 따라서, 벨트 내에서 양호하게 기능하는, 즉 코어 마이그레이션을 나타내지 않는 스트랜드를 찾으려는 추구는 종료되지 않았고, 본 발명자들은 다른 트랙을 탐색하였고 작동 해결책을 발견하였다.

본 발명의 주 목적은 보강 스트랜드에서 코어 마이그레이션 문제를 해결하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 높은 강도 대 직경비를 가지며, 벨트의 폴리머 재킷에 우수한 접착력 및/또는 고정을 나타내며, 양호한 예측 가능한 수명을 갖는 보강 스트랜드를 제공하는 것이다. 다른 목적은 설명된 보강 스트랜드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 청구항 1의 특징에 따른 보강 스트랜드가 청구된다. 스트랜드는 특히 벨트, 호스, 타이어와 같은 복합 물품 내의 폴리머를 보강하기 위해 특히 적합하다.

보강 스트랜드는 코어 직경을 갖는 코어 및 상기 코어 주위로 꼬여 이것이 '스트랜드'가 되게 하는 강철 필라멘트를 포함한다. 실제로, '스트랜드'는 직선('0차 나선 변형')일 수 있는 코어 및 코어를 둘러싸는 나선('1차 나선 변형')의 형상으로 형성된 강철 필라멘트를 포함한다. 이는 멀티스트랜드 코드와 대조적이고, 여기서, 또한 나선의 축의 나선이 또한 나선('2차 나선 변형')의 형상을 갖는 나선을 나타내는 강철 필라멘트가 또한 존재한다. 7×7 구성의 외부 스트랜드의 외부 필라멘트는 이러한 '2차 나선 변형'을 나타낸다. 따라서, '스트랜드'는 0차 및/또는 1차 나선 변형을 갖는 필라멘트를 갖고 2차 또는 더 고차 나선 변형을 갖는 필라멘트가 없는 코드로서 적절하게 정의될 수 있다.

강철 필라멘트는:

- 코어 주위에 원주방향으로 배열된 N개의 제1 강철 필라멘트를 포함하거나 또는 이루어진 중간층으로서, 이들 N개의 제1 강철 필라멘트는 모두 제1 직경을 갖고, 코어 직경 및 제1 필라멘트 직경은 중간층에서 제1 필라멘트들 사이에 간극이 형성될 수 있도록 이루어지고, 이들의 가장 가까운 접근 지점에서, 즉 필라멘트의 중심선에 수직인 방향에서 인접한 필라멘트의 표면 사이에 간극이 취해져야 하는, 중간층,

- 중간층 주위에 마찬가지로 원주방향으로 배열된 N의 2배, 즉 2N개의 강철 필라멘트를 포함하거나 또는 이루어지는 외부층으로 편성된다.

중간층 및 외부층의 모든 강철 필라멘트는 동일한 최종 레이 길이(lay length)(이하 'FL'로 약칭됨) 및 방향으로 코어 주위에서 꼬여진다. '최종 레이 길이 및 방향'이라는 것은, 스트랜드가 휴지 상태일 때, 즉 외부 모멘트 또는 힘이 그에 작용하지 않을 때의 레이 길이 및 방향, 예를 들어 약 1 미터의 스트랜드의 단편에서 관찰되는 바와 같은 레이 길이를 의미한다.

따라서, 스트랜드는 평행 레이 스트랜드 - '동등 레이 스트랜드'라고도 칭함 -, 즉 필라멘트의 적어도 2개의 층을 포함하는 스트랜드이며, 이들 모두는 하나의 작업에서 동일한 레이 길이로 동일한 방향으로 배치된다. 모든 필라멘트는 1차 나선형 변형을 갖는다.

스트랜드는 강철 필라멘트가 함께 배치되는 최종 레이 길이가 폐쇄 레이 길이의 2배 초과 및 6배 미만인 것을 특징으로 한다. 폐쇄 레이 길이 - CL이라 약칭됨 - 는 중간층의 인접한 필라멘트들 사이의 간극이 폐쇄되는 즉, 필라멘트가 서로 접촉하는 한계 레이 길이이다. 따라서, 보강 스트랜드는 최종 레이 길이(FL)가 2×CL 내지 6×CL(경계값 포함)인 것을 특징으로 한다. 폐쇄 레이 길이(CL)와 비교하여 최종 레이 길이(FL)의 다른 범위는 다음과 같다:

또는

또는

실제로, 스트랜드의 레이 길이를 단축시킬 때, 중간층의 필라멘트는 이들이 폐쇄 레이 길이에서 서로 접촉할 때까지 함께 더 가까워지는 경향이 있을 것이다. 더욱 더 짧은 레이 길이를 적용할 때, 중간층 필라멘트는 서로 충돌하고 코어가 더 이상 중간층 필라멘트와 접촉하지 않도록 반경방향으로 팽창할 것이라는 점에서 제한된다.

폐쇄 레이 길이는 코어 직경('d₀'), 중간층 필라멘트의 제1 직경('d₁') 및 중간층의 필라멘트 수('N')에 의해 결정된다. 본 출원에서 모든 실용적인 목적으로, 이는 다음과 같다:

(1)

완전성을 위해, 모든 제1 강철 필라멘트에 접하는 제1 반경을 갖는 제1 외접원을 정의할 수 있다. 이 제1 외접원은 (d₀/2)+d₁의 반경을 갖는다.

바람직하게는 본 발명에 따른 보강 스트랜드의 경우, 최종 레이 길이는 보강 스트랜드 직경의 약 8 내지 15배, 또는 더 바람직하게는 보강 스트랜드 직경의 9 내지 12배이다.

이 최종 레이 길이를 선택하는 장점은, 보강 스트랜드가 압축하에 오게 될 때 필라멘트가 여전히 중간층 내에서 좌굴할 공간을 갖는다는 것이다. 레이 길이가 2×CL보다 짧으면, 제1 강철 필라멘트들 사이에 충분한 간극이 존재하지 않고 이들은 압축 하에 있을 때 중간층으로부터 압출될 것이다. 그 결과, 이들은 반복적인 견인-견인 작용 하에서 보강 스트랜드로부터 위킹한다.

최종 레이 길이(FL)가 폐쇄 레이 길이의 6배 초과가 될 때, 보강 스트랜드는 응집성을 손실하고 스트랜드는 사용 중에 타원화를 겪게 될 수도 있다. 타원화는, 스트랜드가 풀리 위에서 반복적인 굴곡을 받게 될 때 둥근 단면보다는 타원을 취하는 현상이다. 또한, 보강 스트랜드는 사용 중에 층들 사이의 필라멘트의 이동이 쉽게 된다. 그 결과, 중간층의 필라멘트는 외부층의 필라멘트와 위치를 전환할 수도 있는데, 이는 '반전'이라 칭한다. 필라멘트의 반전은 국소 피로 민감 스폿을 유도할 수도 있다.

추가의 장점은, 최종 길이가 지정된 바와 같이 선택될 때, 보강 스트랜드가 휴지 상태일 때 중간층 내의 필라멘트가 인장 하에 놓일 수 있다는 것이다. 따라서, 제1 필라멘트 파괴가 발생할 것이면 - 예를 들어 반복적인 굴곡으로 인해 - 제1 필라멘트 파괴 단부는 서로로부터 이격하여 이동할 것이고, 파괴 단부는 코어와 외부층 필라멘트 사이에 유지된다. 따라서, 이들은 보강 스트랜드에서 나오지 않고 스트랜드 내에 유지된다. 그 결과, 이들은 엘리베이터 벨트, 동기 벨트 또는 타이어와 같은 스트랜드에 의해 보강된 물품으로부터 위킹하지 않을 것이다.

제1 바람직한 실시예에 따르면, 외부층 필라멘트의 직경은 코드가 최종 레이 길이에 있을 때 이들 필라멘트 사이에 간극이 형성되지 않도록 이루어진다. '간극이 없다는 것'은, 간극이 보강 스트랜드 직경의 1% 이하 또는 더 양호하게는 심지어 0.5% 미만 또는 0인 것을 의미한다. 중간층과 외부층 사이의 필라멘트의 반전을 방지하기 때문에, 외부층에 간극이 존재하지 않는 것이 더 양호하다.

제2 실시예에 따르면, 외부층은

- 제2 직경('d₂')의 N개의 제2 강철 필라멘트로서, 제2 강철 필라멘트가 중간층 주위에 원주방향으로 편성되고, 동일한 레이 방향, 동일한 최종 레이 길이를 갖고, 중간층 필라멘트와 동일한 수가 됨에 따라, 이들이 제1 필라멘트에 의해 형성된 골부(valley)에 포개질 것이고, 모든 N개의 제2 강철 필라멘트에 접하는 제2 반경을 갖는 제2 외접원이 정의될 수 있는, N개의 제2 강철 필라멘트,

- 제2 직경 'd₂'보다 작은 제3 직경('d₃')의 N개의 제3 강철 필라멘트로서, 이들 필라멘트는 제2 강철 필라멘트 사이에 포개지고 제3 반경을 갖는 제3 외접원에 접하는, N개의 제3 강철 필라멘트를 포함한다.

제2 실시예의 제1 버전에서, 제2 강철 필라멘트와 접촉하는 제2 반경은 제3 강철 필라멘트와 접촉하는 제3 반경과 동일하다. '동일'이라는 것은, 제2 및 제3 반경을 제2 및 제3 반경의 최대값으로 나눈 값의 절대 차이가 2% 이하인 것을 의미한다.

제2 실시예의 더 바람직한 버전은, 제2 강철 필라멘트와 접촉하는 제2 반경이 제3 강철 필라멘트와 접촉하는 제3 반경과는 상이할 때이다. '상이한'이라는 것은, 제2 및 제3 반경을 제2 및 제3 반경의 최대값으로 나눈 절대 차이가 2% 초과이고, 바람직하게는 4% 초과인 것을 의미한다.

제3 바람직한 실시예에 따르면, 제2 반경은 제3 반경보다 크다. 즉, 제2 직경은 너무 커서 제2 필라멘트가 제3 외접원으로부터 돌출하게 된다. 제2 및 제3 반경 사이의 차이는 제2 반경의 적어도 2%이어야 한다. 차이가 3% 초과 또는 심지어 5% 초과이면 더욱 더 바람직하다. 더 큰 차이는 보강 스트랜드의 덜 평활한 표면을 야기하여, 이에 의해 폴리머 내의 보강 스트랜드의 더 양호한 고정을 가능하게 한다. 또한, 중간층의 필라멘트가 외부층의 필라멘트와 반전될 확률이 감소된다. 덜 둥근 보강 스트랜드는 또한 가공 중에 덜 구를 것이기 때문에 또한 가공이 더 쉽다.

일견으로는, 제2 및 제3 바람직한 실시예의 특징을 갖는 코드는 워링턴 유형의 구성으로서 분류될 수도 있다. 그러나, 몇가지 중요한 양태에서,

- 중간층은 최종 레이 길이에서 간극을 나타내고;

- 외부층 필라멘트의 2N개의 필라멘트는 워링턴 구성의 경우에서의 것과는 달리, 2개의 상이한 원에 접하는 것이, 워링턴으로부터 벗어나 있다.

그러나, 본 발명에 따른 보강 스트랜드는 이하의 점에서 여전히 워링턴 구조의 것과 동일한 장점을 갖는다:

- 필라멘트들 사이의 접점이 점 접점이 아니라 선 접점이다. 이는 피로 수명과 보강 스트랜드의 케이블링 팩터에 긍정적인 영향을 미친다. 케이블링 팩터는 필라멘트를 함께 꼬기 전에 필라멘트의 파괴 하중의 합에 대한 보강 스트랜드 상에서 얻어진 파괴 하중의 비이다.

- 보강 스트랜드의 단면의 대부분은 금속에 의해 점유된다. 최대 외접원의 면적과 비교하여 보강 스트랜드의 금속 섹션 - '충전 팩터'라고도 칭함 - 은 적어도 70% 또는 최대 80% 초과 또는 심지어 최대 82.5% - 그러나 미만 - 이다. 이는 워링턴 스트랜드보다 다소 낮고 - 여기서 82.5%의 충전 팩터는 용이하게 얻어지지만 - 여전히 목적에 충분하다. 큰 충전 팩터는 제한된 외접 면적 내에서 높은 파괴 하중을 허용한다. 또한, 이는 특히 통상적으로 보강재의 최소 파괴 하중의 2 내지 10%인, 특히 보강 스트랜드의 작업 영역에서 보강 스트랜드의 축방향 강성에 긍정적인 영향을 미친다.

- 스트랜드는 멀티스트랜드 코드보다 더 높은 탄성율을 갖는다. 통상적으로, 멀티스트랜드 코드의 경우, 이는 175,000 N/mm² 미만이고, 반면에 스트랜드의 경우에, 이는 이 수치 초과, 예를 들어 175,000 N/mm² 초과, 또는 심지어 180,000 N/mm² 초과이다. 탄성율은 하중-연신율 곡선의 선형 영역에서, 즉 최소 파괴 하중의 10% 초과의 하중에서 결정된다.

제4 바람직한 실시예에 따르면, 수 N은 5, 6, 7, 8 또는 9와 동일하다. 더 많은 수의 필라멘트, N, 예를 들어 8 또는 9개는, 코어가 다른 필라멘트보다 훨씬 커야하는 단점을 갖는데, 이는 피로 또는 마이그레이션의 견지에서 바람직한 상황이 아니다. 코어 직경 대 제3 직경의 비는 2.26(N=8) 내지 2.9(N=9)가 된다. 다른 한편으로, 적은 수의 필라멘트 - 5와 같은 - 의 경우에, 코어는 작아지게 되고, 코어 직경 대 제3 직경의 비는 1.75가 되는데, 이는 더 양호한 것으로 고려된다. 필라멘트 사이의 직경의 더 작은 편차는, 이것이 필라멘트들 사이의 강도 분포를 향상시키기 때문에, 큰 편차보다 더 양호하다. N=6(비 1.3) 및 N=7(비 1.71)이 가장 바람직하다.

제5 바람직한 실시예에서, 코어는 단일 강철 필라멘트이다. 예를 들어, 코어는 고인장강으로 제조된 둥근 직선형 필라멘트일 수 있다.

대안적인 제5 실시예에서, 코어는 그 사이에 직선 세그먼트를 갖는 굴곡부를 포함하는 단일 강철 필라멘트이다. 이는 코어 강철 필라멘트가 직선이 아니며 그 내에 미세한 굴곡부를 갖는다는 것을 의미한다. 코어의 직경('d₀')은 이제 코어에 외접하고 굴곡부와 접촉하는 실린더의 직경이다.

예를 들어, 코어 필라멘트는 크림프될 수 있는데, 즉 지그재그 형상을 나타낼 수 있고, 여기서, 굴곡부는: 좌측-우측-좌측-우측으로 방향이 교번한다. 지그재그 형상에서는 파장이 즉시 식별될 수 있다. 지그재그 형상의 파장은 바람직하게는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이(FL)보다 작으며, 예를 들어 그 파장의 절반이다. 지그재그 형상의 진폭은 매우 작을 수 있고, 예를 들어 강철 필라멘트 직경의 절반보다 작을 수 있지만 바람직하게는 강철 필라멘트 직경의 10분의 1보다 클 수 있다. 의심의 여지를 회피하기 위해: '진폭'이라는 것은, 코어를 따라 이동할 때 코어의 축으로부터 강철 필라멘트 중심의 최대 편차의 2배를 의미한다.

지그재그 형상은 한 쌍의 크림퍼 휠을 통해 이를 안내함으로써 강철 와이어 상에 적절하게 부여된다. '크림퍼 휠'은 한 쌍의 연동 기어와 유사하지만, 톱니는 둥글고, 강철 와이어의 통과를 허용하기 위해 서로로부터 작은 거리만큼 분리되어 있다.

대안적인 예에서, 2개의 지그재그 형상이 서로 직교하는 방향으로 부여될 수 있다. 지그재그 형상은 진폭과 파장이 상이할 수도 있다. 그 축 주위의 회전시에, 코어의 축에 평행한 평면에서 코어의 투영은 그 연관 진폭과 파장을 갖는 제1 크림프와 약 90° 회전 후에 그 진폭 및 파장을 갖는 제2 크림프를 교대로 나타낼 것이다. 2개의 위치 사이에서, 2개의 크림프는 중첩되고 형상은 규칙적이지 않은 것으로 보인다.

단일의 지그재그 변형된 강철 필라멘트 또는 이중으로 지그재그 변형된 강철 필라멘트는 또한 여전히 보강 스트랜드의 동일한 최종 레이 길이로 꼬일 수 있는데, 이는 여전히 다른 예이다.

다른 대안적인 예에서, 단일 강철 코어 와이어는 외향으로 배향된 굴곡부를 갖는 나선형 형상을 가질 수 있다. 나선형 형상의 레이 길이는 바람직하게는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이(FL)와 동일하다. 굴곡부들 사이의 축방향 거리는 바람직하게는 최종 레이 길이(FL)의 절반 미만이고, 예를 들어 굴곡부들 사이의 축방향 거리는 약 FL/N이며, N은 중간층 필라멘트의 수이다. 재차, 진폭 - 이 경우에 코어 와이어에 외접하는 실린더의 직경에서 강철 와이어의 직경을 감산한 값 - 은 강철 와이어의 직경의 0.5 내지 0.1배이다. 이 코어 필라멘트 형상은 코어 필라멘트가 그 축 주위로 회전되는 동안 강철 필라멘트를 다각형 변형 휠 위로 안내함으로써 얻어질 수 있다.

그 사이에 직선 세그먼트를 갖는 굴곡부를 포함하는 단일 강철 필라멘트인 코어를 갖는 장점은, 굴곡부가 코어에 바람직한 좌굴을 위한 장소를 제공한다는 것이다. - 보강 스트랜드를 사용에 상관 없이 - 코어가 압축되게 될 것이면, 굴곡부는 먼저 항복하고 코어 와이어가 그 축방향 길이를 제어된 방식으로 감소시킬 수 있게 할 것이다. 굴곡부가 존재하지 않을 것이면, 직선 와이어는 코어 강철 필라멘트가 심지어 보강 스트랜드 외부로 압박될 수도 있는 지점까지 훨씬 더 긴 거리에 걸쳐 압축을 축적할 것이다.

압축 저항 코어를 얻는 대안적인 방법은 0차 나선형 변형된 필라멘트 - 즉 직선형 필라멘트 - 의 존재를 전적으로 회피하는 것이다.

코어 내의 단일 직선형 필라멘트의 존재를 회피하는 하나의 방법은 제6 바람직한 실시예의 주제인 2개 또는 3개 또는 4개의 코어 강철 필라멘트를 포함하는 스트랜드로서 코어를 제공하는 것이다. 2 또는 3개, 예를 들어 3개가 가장 바람직하다. 이 코어 강철 필라멘트는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이(FL)와는 상이한 코어 레이 길이를 갖고 함께 꼬여 있다. 바람직하게는, 코어 레이 길이는 FL보다 짧으며, 예를 들어 FL의 절반이다. 코어 레이 방향은 보강 스트랜드의 레이 방향과 반대일 수 있지만, 동일한 레이 방향이 더 바람직하다. 2개, 3개 또는 4개의 코어 강철 필라멘트의 스트랜딩으로 인해, 이들은 와이어가 나선형 변형을 갖기 때문에 압축을 더 양호하게 지속할 수 있다.

하나의 0차 나선 변형 필라멘트를 갖지 않는, 즉 코어 전체에 걸쳐 직선 와이어를 갖지 않는 동등 레이 구성이 더욱 더 바람직하다. 훨씬 바람직한 실시예는 함께 꼬인 3개의 필라멘트로 존재하는 코어-코어를 포함하는 12 와이어 세미-워링턴 구성이다. '코어-코어'는 '코어 스트랜드의 코어'로 해석되어야 한다. 필라멘트(3)에 의해 형성된 리세스에는, 더 큰 외부 필라멘트가 포개진다. 3개의 더 큰 외부 필라멘트의 각각의 쌍 사이에, 한 쌍의 더 작은 필라멘트가 위치된다. 예는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 US 4829760호에 제공되어 있다. 다른 동등하게 양호하게 바람직한 실시예는 3개의 미세 와이어의 코어-코어 및 교번하는 중간 및 대형 크기의 6개의 와이어의 재킷을 포함하는 9 와이어 세미-워링턴 구성이다. 이러한 코드는 US 3358435호에 설명되어 있다.

대안적으로, 제7 바람직한 실시예에서, 코어는 코어-코어 및 5, 6 또는 7개의 코어 외부 필라멘트를 포함하는 스트랜드일 수 있다. 코어 외부 강철 필라멘트는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이와는 상이한 코어 레이 길이를 갖고 코어-코어 주위에 꼬여진다. 바람직하게는, 코어 레이 길이는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이(FL)보다 작다. 코어 레이 방향은 보강 스트랜드의 레이 방향과 반대일 수 있지만, 동일한 레이 방향이 바람직하다. 대안적인 제7 실시예에서, 코어-코어는 직선형 단일 강철 와이어일 수 있거나 또는 그 사이에 직선형 세그먼트를 갖는 굴곡부를 갖는 단일 강철 와이어일 수 있다. 코어-코어는 매우 미세한 직경 및/또는 굴곡부를 구비하기 때문에 압축을 더 양호하게 지속할 수 있다. 대안적으로, 코어-코어는 다시 스트랜드, 예를 들어 3×1 스트랜드일 수 있다.

대안적인 제7 실시예에서, 워링턴 구성은 관련 기술분야에 공지된 바와 같은 16 워링턴 유형(1+5+5｜5), 19 워링턴 유형(1+6+6｜6) 또는 심지어 22 워링턴 유형(1+7+7｜7)과 같은 코어에 대해 고려될 수 있다. 더욱 바람직한 것은 코어의 중간 레이 길이의 제2 최종 레이 길이의 2배 내지 6배인 제2 폐쇄 레이지 길이가 존재한다는 점에서 본 발명에 따라 동일한 방식으로 코어가 워링턴 유형 구성으로부터 벗어난 것이다.

또 다른 제8 실시예에서, 코어는 자체로 1+6+12 또는 3+9+15와 같은 층상 코드일 수 있고, 여기서, 필라멘트의 각각의 연속적인 층은 보강 스트랜드의 것과 상이한 레이 길이를 갖지만 바람직하게는 동일한 레이 방향을 갖고 코어 또는 중간에 형성된 스트랜드 주위에 꼬인다. 모든 바람직한 실시예에서, 강철 필라멘트는 금속 코팅 또는 금속 코팅 합금을 구비한다. 이러한 합금은 강철에 부식 보호를 부여하거나 또는 필라멘트가 폴리머에 접착성이 있게 하거나 부식 보호 및 접착성의 모두를 조합하는 데 사용될 수 있다. 내식성 코팅은 예를 들어 아연 또는 아연 알루미늄 합금이다. EP 1280958호에 설명된 바와 같이 저 아연, 고온 침지 코팅이 가장 바람직하다. 이러한 아연 코팅은 2 마이크로미터 미만, 바람직하게는 1 마이크로미터 미만, 예를 들어 0.5 ㎛의 두께를 갖는다. 아연 코팅과 강철 사이에 합금층 아연-철이 존재한다.

바람직한 금속성 접착 코팅은 예를 들어 보강 스트랜드가 고무를 보강하기 위한 것일 때 황동 코팅 - 구리-아연 합금 - 이다. 구리-아연-니켈(예를 들어, 64 wt%/35.5 wt.%/0.5 wt%) 및 구리-아연-코발트(예를 들어, 64 wt%/35.7 wt%/0.3 wt%)와 같은 소위 '삼원 황동', 또는 아연-니켈 또는 아연-코발트와 같은 구리가 없는 접착 시스템이 또한 사용될 수 있다.

금속 코팅에 대한 대안으로서 또는 그에 추가로서 보강 스트랜드는 유기 코팅 또는 프라이머를 구비한다. 보강 스트랜드는 전체로서 유기 코팅 또는 프라이머를 구비할 수 있는 것이 충분한데, 즉 코어 또는 중간층 필라멘트가 유기 코팅 또는 프라이머로 코팅될 필요는 없다는 것이 주목되어야 한다. 달리 말하면, 예를 들어 출원 EP2366047호에 설명된 바와 같이, 단지 보강 스트랜드의 외부면만이 유기 코팅 또는 프라이머를 구비해야 한다.

프라이머는 폴리머에 대한 접착성을 향상시키기 위해 선택되고, 여기서, 보강 스트랜드가 사용되도록 의도된다. 통상적인 유기 프라이머는 페놀 수지, 에폭시, 시아노아크릴레이트 또는 예를 들어 상표명 Loctite® 하에서 판매되는 것들과 같은 아크릴계이다.

그러나, 이들 코팅은 비교적 두껍고(1 마이크로미터 초과) 상당히 긴 처리 시간을 요구할 수도 있다. 따라서, 유기 기능성 실란, 유기 기능성 지르코네이트 및 유기 기능성 티타네이트를 포함하거나 또는 이루어지는 그룹으로부터 취해지는 나노스코픽 유기 코팅이 바람직하다. 바람직하게는, 배타적인 것은 아니지만, 유기 기능성 실란 프라이머는 이하의 식의 화합물로부터 선택되고:

여기서:

Y는 -NH₂, CH2=CH-, CH₂=C(CH₃)COO-, 2,3-에폭시프로폭시, HS- 및 Cl-로부터 선택된 유기 기능기를 나타내고,

X는 -OR, -OC(=O)R', -CI로부터 선택된 실리콘 기능기를 나타내고, 여기서, R 및 R'는 독립적으로 C1 내지 C4 알킬, 바람직하게는 -CH₃ 및 -C₂H₅로부터 선택되고;

n은 0과 10 사이, 바람직하게는 0 내지 10, 가장 바람직하게는 0 내지 3의 정수이다.

전술된 유기 기능성 실란은 상업적으로 입수 가능한 제품이다. 이들 프라이머는 특히 폴리우레탄과의 접착성을 얻기에 적합하다. 유기 코팅은 1 마이크로미터 미만, 바람직하게는 500 나노미터 미만, 예로서 5 내지 200 nm의 두께를 갖는다. 이 크기의 얇은 코팅은, 컨포멀 방식으로 보강 스트랜드의 외부면을 따르고 이들의 얇은 두께로 인해 외부층 필라멘트들 사이의 골부 내의 폴리머의 충전을 방해하지 않기 때문에 바람직하다.

모든 실시예에 대해, 바람직하건 않건간에, 대안적이건 추가적이건간에, 이하의 사항이 유효하다:

본 출원에서 '강철 필라멘트'가 언급될 때마다, 0.02 내지 0.40 mm, 더 바람직하게는 0.04 내지 0.25 mm 또는 0.10 내지 0.200의 직경을 갖는 실질적으로 둥근 강철 와이어를 의미한다. 주목할 점은 이들 필라멘트가 무거운 로프(12.7 mm 초과의 직경을 갖는 로프)에 사용을 위한 워링턴 유형의 스트랜드를 제조하기 위해 사용되는 필라멘트보다 훨씬 더 얇다는 것이다. 와이어가 너무 두꺼워 이들이 이동 없이 많은 압축을 쉽게 취할 수 있기 때문에, 코어 마이그레이션의 문제가 발생하지 않는다.

'강철'이라는 것은, 임의의 유형의 강철을 의미한다. 바람직하게는 일반 탄소강이 사용된다. 이러한 강철은 일반적으로 최대 1.1 wt% C를 갖는 0.40 wt% C 또는 적어도 0.70 wt% C, 그러나 가장 바람직하게는 적어도 0.80 wt% C의 최소 탄소 함량, 0.10 내지 0.90 wt% Mn의 범위의 망간 함량을 포함하고, 황 및 인 함량은 각각 바람직하게는 0.03 wt% 미만으로 유지되고; 크롬(최대 0.2 내지 0.4 wt%), 붕소, 코발트, 니켈, 바나듐 - 비배타적 열거 - 과 같은 부가의 미세 합금 원소가 또한 첨가될 수도 있다. 이러한 탄소강 필라멘트는 2000 MPa를 초과하는, 바람직하게는 2700 MPa를 초과하는 강도로 제조될 수 있지만, 현재 3000 MPa를 초과하는 강도가 현용되고 있고, 3500 MPa를 초과하는 강도에 대해 도입이 이루어지고 있다. 스테인리스강이 또한 바람직하다. 스테인리스강은 최소 12 wt%의 Cr과 상당한 양의 니켈을 함유한다. 더 바람직한 것은 냉간 성형에 더 적절하게 하는 오스테나이트 스테인리스강이다. 가장 바람직한 조성물은 관련 기술 분야에서 AISI(American Iron and Steel Institute) 302, AISI 301, AISI 304 및 AISI 316 또는 EN 1.4462 하에서 공지된 듀플렉스 스테인리스강으로서 알려져 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 이하의 단계를 포함하거나 또는 이루어지는 보강 스트랜드를 제조하는 방법이 개시되는데: 이들 단계는

- 코어 직경을 갖는 코어를 제공하는 단계로서, 코어는 직선형 단일 강철 와이어, 굴곡부들 사이에 직선 세그먼트를 포함하는 굴곡부를 갖는 단일 강철 와이어, 2, 3 또는 4개의 강철 필라멘트가 함께 꼬인 스트랜드, 또는 본 발명의 제1 양태에서 설명된 바와 같은 임의의 다른 코어일 수 있는, 코어 제공 단계;

- 제1 직경을 갖는 N개의 제1 강철 필라멘트를 제공하는 단계로서; 수 'N'은 바람직하게는 5, 6, 7, 8 또는 9, 더 바람직하게는 5, 6 또는 7개인, 제1 강철 필라멘트 제공 단계;

- 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 N개의 제2 강철 필라멘트를 제공하는 단계;

- 제3 직경을 갖는 N개의 제3 강철 필라멘트를 제공하는 단계로서, 제2 및 제3 강철 필라멘트는 보강 스트랜드의 최종 레이 길이에서 외부층의 필라멘트들 사이에 간극이 존재하지 않도록 선택될 수도 있고;

코어 및 제1, 제2 및 제3 강철 필라멘트는 스풀 상에 제공되는, 제3 강철 필라멘트 제공 단계;

- 코어, N개의 제1 강철 필라멘트, N개의 제2 강철 필라멘트 및 N개의 제3 강철 필라멘트를 하나의 레이 방향 및 레이 길이로 함께 꼬아서 N개의 제1 강철 필라멘트가 중간층을 형성하게 되고, N개의 제2 강철 필라멘트 및 N개의 제3 강철 필라멘트가 외부층을 형성하게 되는 단계로서, N개의 제2 및 N개의 제3 층 강철 필라멘트는 외부층에서 교번 위치를 점유하는, 단계를 포함한다.

제1, 제2 및 제3 강철 필라멘트로 코어의 꼬임은 이하의 방법 중 하나로 수행될 수 있다.

· 케이블링에 의해: 케이블링 중에, 강철 필라멘트 자체는 스트랜드의 레이 길이당 꼬임을 수용하지 않는다.

· 번칭(bunching)에 의해: 번칭 중에, 강철 필라멘트는 스트랜드의 레이 길이당 하나의 360° 꼬임을 얻는다;

방법에 대한 특징은, 꼬임 중에 스트랜드의 레이 길이가 중간 레이 길이로 중간에 단축된다는 것이다. 이 중간 레이 길이는 폐쇄 레이 길이와 최종 레이 길이의 83% 사이이다. 그 후, 강철 필라멘트는 최종 레이 길이로 다시 풀린다. 중간 레이 길이는 폐쇄 레이 길이보다 크거나 같게 유지되어야 한다. 폐쇄 레이 길이는 - 상기와 같이 - 중간층의 제1 강철 필라멘트가 서로 접촉하거나 또는 - 대안적으로 말하면 - 이들 필라멘트 사이의 간극이 폐쇄될 때의 레이 길이이다. 최종 레이 길이는 권취 스풀 상에 전달된 바와 같은 스트랜드 상에서 관찰된 바와 같은 레이 길이이다. 최종 레이 길이는 폐쇄 레이 길이의 2 내지 6배(경계값 포함)이다. 중간 레이 길이에 대한 다른 바람직한 범위는 다음과 같다:

- 폐쇄 레이 길이와 최종 레이 길이의 80% 사이;

- 폐쇄 레이 길이와 최종 레이 길이의 75% 사이;

- 폐쇄 레이 길이와 최종 레이 길이의 66% 사이.

레이 길이의 중간 단축 중에, 이하의 것이 발생한다:

- 중간층 내의 제1 강철 필라멘트는 제1 잉여의 길이를 취하면서 위로 꼬이기에 충분한 공간을 갖고;

- 외부층 필라멘트가 서로 충돌하여 개방될 것인데, 즉, 스트랜드의 중심과 외부층 사이의 반경 거리가 증가하여 제2 잉여 길이가 취해지게 되고, 제2 잉여 길이는 제1 잉여 길이보다 크다.

스트랜드가 이어서 최종 레이 길이로 꼬이지 않을 때, 외부층 필라멘트는 중간층 필라멘트를 파지하고 필라멘트가 최종 레이 길이에 도달함에 따라 중간층 필라멘트를 인장 하에 배치한다. 중간층의 필라멘트 상의 인장은 중간층 상의 압축의 발생을 상쇄하기 때문에 원하는 상황이다.

방법의 다른 바람직한 실시예에서, 보강 스트랜드가 중간 레이 길이에 있을 때 외부층의 제2 및 제3 강철 필라멘트는 중간층을 향해 반경방향으로 압축된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 설명된 방법 중 어느 하나에 따라 제조된 보강 스트랜드가 청구된다. 보강 스트랜드는 그것이 절단될 때, 적어도 중간층의 제1 강철 필라멘트가 절단 단부에서 외부층에 대해 보강 스트랜드 내로 수축되고, 후방 견인되고, 진입하게 하는 특성을 갖는다. 가능하게는, 또한 코어는 코드 내로 후퇴될 수도 있다.

도 1은 유형 1+6+6｜6의 종래 기술의 워링턴 구성의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 최종 레이 길이에서 유형 3+6+6｜6의 본 발명의 보강 스트랜드의 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 폐쇄 레이 길이에서의 도 2의 본 발명의 보강 스트랜드의 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 최종 레이 길이에서 유형 3+7+7｜7의 보강 스트랜드의 대안적인 본 발명의 실시예의 단면도를 도시하고 있다.
도 5는 유형(1+6)+7+7｜7의 보강 스트랜드의 다른 대안적인 본 발명의 실시예의 단면도를 도시하고 있다.
도 6은 보강 스트랜드를 갖는 본 발명의 엘리베이터 벨트의 단면도를 도시하고 있다.
도 7은 보강 스트랜드를 제조하기 위해 본 발명의 방법을 구현하는 방법을 도시하고 있다.
도 8은 보강 스트랜드의 실시예의 단면도를 도시하고 있고, 여기서, 코어는 동등한 레이 구성이다.
도면에서, 다양한 실시예에 걸친 유사한 요소는 동일한 단위 및 10의 자리수를 갖는다. 100의 자리 숫자는 도면의 번호를 나타낸다.

실시를 위해 본 발명을 축소할 때 이하와 같은 제한이 고려되어야 한다:

- 강철 필라멘트를 포함하는 강철 코드의 '구성'은 단지 필라멘트 직경, 레이 길이 및 필라멘트가 단면에서 어떻게 배열되는지에 의해서만 결정되고;

- 강철 필라멘트의 직경은 마이크로미터(㎛)까지 측정될 수 있다. 둥근형 필라멘트의 직경은 최대 및 최소 캘리퍼 직경의 평균이다. 최대 및 최소 캘리퍼 직경 사이의 차이가 7 ㎛ 미만인 필라멘트는 '둥근형'으로 고려된다.

- 강철 필라멘트의 직경에 대한 공차는 공칭 직경으로부터 -4 내지 +4 마이크로미터(㎛)로 설정된다. 따라서, 8 ㎛ 미만(8 ㎛은 포함되지 않음)의 직경의 차이를 나타내는 2개의 필라멘트는 동일한 직경을 갖는 것으로서 취급될 것이고;

- 레이 길이에 대한 공차는 공칭값의 -5% 내지 +5%이다. 레이 길이는 BISFA, "The International Bureau for the Standardisation of Man-made Fibres"에 의해 발행된 바와 같은, 'Internationally agreed methods for testing steel tyre cord', Chapter E4 'Determination of Length and Direction of Lay'에 따라 결정된다.

- 필라멘트의 배열은 코드의 단면에 따라 결정된다. 필라멘트를 고정하기 위해 에폭시 수지로 주조된 적어도 10 cm의 코드 샘플의 중간부에서 단면이 취해져야 하고, 코드를 갖는 수지는 코드에 수직으로 절단되고 연마된다.

- 폐쇄 레이 길이는 코어의 측정된 직경 및 중간층 필라멘트의 직경 및 수에 기초하여 식 {1}에 따라 계산된다.

도 1은 공지된 바와 같은 워링턴 스트랜드(100)의 단면도를 도시하고 있다. 이는 중간층에서 코어 주위에 원주방향으로 배열된 6개의 제1 강철 필라멘트(104)에 의해 둘러싸인 코어(102)를 포함한다. 코어는 이 경우에 코어 직경을 갖는 단일 강철 필라멘트이다. 6개의 제1 강철 필라멘트(104)는 모두 제1 직경을 갖는다. 외부층은 중간층 주위에 원주방향으로 배열된 12개의 필라멘트를 포함한다. 모든 필라멘트는 동일한 최종 레이 길이와 꼬임 방향으로 코어 주위에 꼬인다. 외부층 강철 필라멘트 중 6개 - 106으로 표시됨 - 는 제2 직경을 갖고, 반면에 나머지 6개의 외부층 필라멘트(108)는 제3 직경을 갖는다. 제2 및 제3 직경은 외부층의 모든 필라멘트가 단일 외접원(110)에 접하도록 선택된다.

스트랜드의 전체 직경은 3 mm이다. 코어 직경은 663 ㎛이고, 제1 직경은 651 ㎛이고, 제2 직경은 519 ㎛이고 제3 직경은 681 ㎛이다. 필라멘트의 레이 길이는 24 mm, 즉 스트랜드 직경의 8배이다. 최대 직경과 최소 직경의 비는 1.312이며 충전 팩터는 81.8%이다. 중간층의 필라멘트들 사이에 간극이 존재하지 않는다. 이 종류의 스트랜드는 공지된 엘리베이터 로프의 외부 스트랜드로서 인기가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예(200)('dW21')를 도시하고 있다. 이는 Z 방향으로 3.8 mm의 레이에서 함께 꼬인 크기 120 ㎛ 직경의 3개의 필라멘트(202)를 포함하는 코어(203)를 갖는다. 코어(203)는 따라서 259 ㎛의 직경 'd₀'를 갖는다. 중간층 강철 필라멘트(204)는 210 ㎛의 제1 직경을 갖는다. 숫자 N은 6으로 설정되었다. 중간층은 12개의 강철 필라멘트: 6개의 제2 강철 필라멘트(206) 및 6개의 제3 강철 필라멘트(208)로 이루어진 외부층에 의해 둘러싸여 있다. 제2 직경은 223 ㎛이다. 제3 직경은 170 ㎛이다. 제1 반경(205)은 130 ㎛이다. 제2 반경(212)은 500㎛이고, 제3 반경(210)은 510㎛이다. 제1, 제2 및 제3 반경은 측정된 필라멘트 크기로부터 그리고/또는 단면으로부터 간단한 삼각법에 의해 계산될 수 있다. 최종 레이 길이에서 외부층의 필라멘트들 사이의 간극은 11 ㎛이다. 스트랜드의 직경은 따라서 1.02 mm이다.

식 {1}로부터, 폐쇄 레이 길이(CL)는 2.56 mm이다. 이 레이 길이에서, 중간 필라멘트들 사이의 간극은 폐쇄된다. 최종 제품에서 코어, 중간층 필라멘트 및 외부층 필라멘트가 함께 꼬이는 최종 레이 길이는 10 mm이다. 따라서, 최종 레이 길이는 2×CL, 즉 5.12 mm 내지 6×CL, 즉 15.36 mm이다.

이 보강 스트랜드는 동기 벨트를 보강하는 것으로 잘 알려진 멀티스트랜드 코드 7×3×0.15에 비해 상당한 향상인 것으로 판명되었다. 후자는 그 S(대안적으로 Z) 방향에서 각각의 스트랜드가 Z 방향(대안적으로 S)에서 9 mm로 함께 꼬인 3개의 필라멘트로 이루어진 8 mm의 레이에서 함께 꼬인 7개의 스트랜드로 구성된다. dW21과 7×3×0.15의 모두는 동일한 수의 필라멘트를 갖는다는 것을 주목하라.

표 1은 양자 모두의 주요 파라미터의 비교를 나타내고 있다:

파라미터	dW21	7×3×0.15
직경(mm)	1.02	0.91
실제 파괴 하중(N)	1750	950
금속 단면적(mm2)	0.59	0.37
충전 팩터(%)	72	57
MBL의 2 내지 10%의 축방향 강성(N/%)	978	563
선형 영역에서 탄성율(N/mm2)	187000	175000

'MBL'은 '최소 파괴 하중(Minimum Breaking Load)'을 의미한다. 이는 6-시그마 통계 편차에 기초하여 예상될 수 있는 최저 파괴 하중이다. 본 출원에 있어서, 이는 실제 파괴 하중보다 7% 낮게 설정되어 있다.

'MBL의 2 내지 10%의 축방향 강성'(EA)은 MBL의 2 내지 10%의 하중차(ΔF)(N 단위)를 이들 점 사이의 연신율(% 단위)의 차이(Δε)로 나눈 값의 비를 의미한다. 이는 보강 스트랜드의 작업 영역에서 연신율을 위한 중요한 척도이다. 식에서: ΔF = (EA)Δε.

'선형 영역에서의 탄성율'은 예를 들어 MBL의 10%를 초과하는 영역에서 선형인 하중 연신율 곡선의 영역에서 취해진다.

엘리베이터 벨트 또는 동기 벨트와 같은 벨트에 사용될 때, 본 발명에 따른 보강 스트랜드는 이하의 유리한 특징을 나타낸다:

- 직경 당 강도가 훨씬 더 높은데, 이는 벨트 내의 보강 코드의 동일한 피치에 대해, 훨씬 더 높은 강도가 얻어질 수 있다는 것을 암시한다! 실제로, dW21의 강도는 7×3×0.15의 강도에 비교하여 거의 2배이다. 이는 멀티스트랜드 코드의 점 접점보다는 보강 스트랜드의 라인 접점에 기인한다. 이는 또한 더 높은 인장 강도의 필라멘트를 사용할 가능성을 열어둔다.

- 벨트의 작업 영역에서, 축방향 강성은 멀티스트랜드 코드의 것과 비교하여 보강 스트랜드에서 더 크다. 이는 벨트가 동일한 수의 코드에 대해 덜 신장할 것인 점에서 중요한 개선이다.

본 발명자들에게 더 놀랍게도, 보강 스트랜드는 벨트의 연장된 시험에서 어떠한 코어 마이그레이션도 나타내지 않았다. 실제로, 벨트 내에서 워링턴 유형의 코드 - 도 1에 도시된 것과 같지만 더 작은 크기를 가짐 - 의 이전의 시험은 불가피하게 코어 마이그레이션을 나타냈다.

본 발명자는 이를 2개의 주요 특징에 기인하는 것으로 고려한다:

- 3×1 스트랜드로부터 존재하는 코어의 사용. 필라멘트의 나선형 형상은 단일 직선 필라멘트보다 더 많은 압축을 수용한다.

- 중간층 내의 간극의 존재는 그 내부에 존재하는 강철 필라멘트가 약간 상이한 위치를 취할 수 있게 하여 이에 의해 위킹 없이 압축을 흡수한다.

도 4는 N이 7인 보강 스트랜드(400)의 다른 구현예('dW24')를 도시하고 있다. 이는 이하의 식에 의해 설명된다(괄호는 상이한 꼬임 단계를 나타내고, 숫자는 밀리미터 단위의 필라멘트의 직경을 표현하고, 하첨자는 밀리미터 단위의 최종 레이 길이 및 방향을 지시함):

코어(403)는 's' 방향에서 레이 5.6 mm로 함께 꼬인 3개의 0.18 필라멘트(402)의 3×1 스트랜드이다. 코어(403) 주위에는, 제1 직경 0.260 mm를 갖는 7개의 강철 필라멘트(404)의 중간층이 존재한다. 외부층에서, 0.285 mm 필라멘트(406)는 0.18 mm 필라멘트(408)와 교번된다. 경면 대칭 이미지도 동등하게 양호하게 가능하다(모든 레이 방향이 역전됨).

중요한 기하학적 특징은 이하의 표 2에 식별된다:

코어(430) 직경 'd0' (㎛)	388
제1 직경 'd1'(404)(㎛)	260
N	7
폐쇄 레이 길이(CL)(mm)	4.46
2×CL	8.92
6×CL	26.76
최종 레이 길이(FL)(mm)	15
제1 반경(405)(㎛)	454
제2 반경(412)(㎛)	634
제3 반경(410)(㎛)	656
제2 대 제3 반경의 상대차(%)	3.3
외부층의 필라멘트들 사이의 간극(㎛)	1

표 3에서, 이 보강 스트랜드의 기계적 특성은 엘리베이터 벨트를 보강하는 데 매우 인기가 있는 직경 1.6 mm의 7×7 구성의 기계적 특성과 비교된다(US 6739433호 참조).

파라미터	dW24	7×7/1.6
직경(mm)	1.30	1.61
실제 파괴 하중(N)	3054	3200
금속 단면적(mm2)	1.07	1.30
충전 팩터(%)	76	64
MBL의 2 내지 10%의 축방향 강성(N/%)	1624	1250

7×7/1.6은 더 큰 직경을 갖지만, 작업 영역에서의 축방향 강성(MBL의 2 내지 10%)은 본 발명의 보강 스트랜드에 대한 것보다 낮다. 코드는 시험 중이며 코어 마이그레이션을 나타내지 않는다.

도 5, 표 4는 이하와 같은 다른 실시예를 설명한다:

식은 이전의 예와 동일한 방식으로 판독되어야 한다. 경면 대칭 이미지(모두 's' 방향에서)가 동일한 특성을 가질 것이다.

코어(503) 직경 'd0' (㎛)	700
제1 직경(504) 'd1' (㎛)	330
N	9
폐쇄 레이 길이(CL)(mm)	8.14
2×CL	16.3
4×CL	32.6
최종 레이 길이(FL)(mm)	16.8
제1 반경(505)(㎛)	680
제2 반경(512)(㎛)	901
제3 반경(510)(㎛)	890
제2 대 제3 반경의 상대차(%)	1.2
외부층의 필라멘트들 사이의 간극(㎛)	4

기계적 데이터를 동일한 직경 1.8 mm의 7×7과 비교할 때, 이하의 표 5를 얻는다:

파라미터	dW34	7×7/1.8
직경(mm)	1.80	1.80
실제 파괴 하중(N)	5900	3965
금속 단면적(mm2)	2.01	1.54
충전 팩터(%)	79	61
MBL의 2 내지 10%의 축방향 강성(N/%)	2734	1570

1.80 mm의 동일한 직경에 대해, 훨씬 더 높은 파괴 하중이 얻어진다. 또한, MBL의 2 내지 10%의 작업 영역에서의 축방향 강성이 훨씬 더 높다. 이는 보강재가 예를 들어 벨트의 작업 영역에서 사용되는 영역에서 축방향으로 더 강성 거동을 야기한다.

본 실시예의 대안에서, (1+6) 코어는 이하의 유형의 동등한 레이 구성으로 대체된다:

이러한 코어를 갖는 보강 스트랜드의 단면도가 도 8에 도시되어 있다. 외부층의 필라멘트는 도 5의 것과 같다. 단지 코어만 상이하다. 코어-코어는 직경 0.18의 3개의 필라멘트(801)에 의해 형성된다. 표기 3×0.15｜0.22｜015는, 코어의 외부층이 매번 3개의 필라멘트: 더 작은 직경(0.15 mm, 지시됨)의 2개의 이웃하는 필라멘트를 갖는 더 큰 크기(0.22 mm, 802로 지시됨)의 하나의 중간 필라멘트의 3개의 그룹으로 형성된다는 것을 지시한다. 이는 직경 0.70 mm의 상당히 둥근 코어를 야기한다.

상기 예들의 모두에서, 와이어는 스트랜드 킬로그램 당 5 그램의 코팅 중량으로 용융 아연 도금된다.

도 6은 본 발명에 따른 보강 스트랜드(604)로 보강된 이러한 벨트(600)를 도시하고 있다. 이는 엘리베이터 벨트로 적합한 편평 벨트이다. 이는 38.5 mm의 폭('W') 및 4.5 mm의 두께('t')를 갖는다. 10개의 보강 스트랜드(604)는 벨트(600)의 길이에 걸쳐 서로 평행하게 연장한다. 렌즈(606)는 dW21 실시예에 따른 보강재를 도시하고 있다. 스트랜드 사이의 - 중심간 - 피치('p')는 3.25 mm, 즉 보강 스트랜드 직경의 약 2.5배이다. 이들은 폴리우레탄의 폴리머 재킷(602)에 의해 제위치에 유지된다. 벨트는 30 kN의 파괴 하중을 갖는다.

보강 스트랜드(dW21)는 상이한 제2 및 제3 반경으로 인해 소정의 표면 거칠기를 갖지만, 이 표면 거칠기는 예를 들어 7×7 유형의 코드의 것보다 훨씬 작다. 7×7 코드의 경우에, 접착제의 사용이 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 본 발명에 따른 보강 스트랜드와 폴리머 재킷 사이의 접착을 촉진시키기 위해 유기 프라이머를 사용하는 것이 유리한 것으로 판명되었다. 설명된 경우에, 유기 기능성 실란이 사용되었다. 벨트로부터 12.5 mm 길이의 보강 스트랜드를 잡아당기는 데 650 N이 소요되었다. 따라서, 단위 길이 당 접착력은 52 N/mm이며, 이는 보강 스트랜드의 직경의 30배, 즉 매립된 스트랜드의 mm 당 39 N이다.

동기 벨트는 벨트의 일 측이 톱니형 풀리와 맞물리기 위한 톱니를 구비한 것을 제외하고는, 벨트(600)와 매우 동일한 방식으로 구성된다. 엘리베이터 벨트에 대한 다른 고려 사항이 또한 이 종류의 벨트에 유효하다.

보강 스트랜드를 제조하는 방법이 이제 도 3 및 도 7에 의해 설명될 것이다. 도 7은 방법(700)을 그 가장 일반적인 형태로 도시하고 있다. 꼬임 디바이스(702)는 해칭(706)(Z 방향)으로 지시된 특정 최종 레이 길이로 코어(722) 주위로 중간층(724)의 N개의 제1 강철 필라멘트 및 N개의 제2 강철 필라멘트(726) 및 N개의 제3 강철 필라멘트(728)를 꼬이게 한다. 스트랜드(704)는 이 동작의 결과이다. 꼬임 디바이스(702)는 관련 기술분야에 이와 같이 공지된 디바이스인 케이블링 기계 또는 번칭 기계일 수 있다.

이 스트랜드(704)는 이어서 제1 꼬임 제한 풀리 세트(708), 가연기(712) 및 제2 꼬임 제한 풀리 세트(716)를 통해 안내된다. 꼬임 제한 풀리 및 가연기는 관련 기술분야에 이와 같이 공지되어 있다. 꼬임 제한 풀리(708)와 가연기(712) 사이의 영역에서, 보강 스트랜드의 레이 길이는 해칭(710)에 의해 지시된 바와 같이 중간 레이 길이로 단축된다. 이 방식으로, 중간 보강 스트랜드(705)가 형성된다. 가연기(712) 이후까지 진행할 때, 중간 레이 길이는 꼬임 제한 풀리(716) 이후에 다시 최종 레이 길이(714)(706과 동일함)로 연장된다. 마지막으로, 보강 스트랜드(715)는 보빈(718)에 권취된다.

제1 실시예를 고려할 때, 704의 단면은 도 2에 도시된 바와 같이 보인다. 이제 꼬임 제한 풀리(708)와 가연기(712) 사이의 영역으로 진입할 때, 레이 길이는 꼬임 제한 풀리(708)측에서 볼 때 가연기가 시계 방향으로 회전할 때 단축될 것이다. 따라서, 도 2의 단면도는 도 3의 단면도로 전개될 것이다. 도 3은 제1 실시예의 단면을 도시하지만 이 경우에 폐쇄 레이 길이에서의 최종 레이 길이보다 더 짧은 레이 길이에 있다. 중간층 필라멘트(304)는 중간층 필라멘트 사이에 간극이 형성되지 않는 지점까지 중간층 필라멘트의 반경방향 이동 없이 코어(303) 주위에 권취된다.

그러나, 외부층에는 제2 및 제3 강철 필라멘트 사이에 충분한 공간이 존재하지 않고 외부층은 외향 방향으로만 이동할 수 있다. 필라멘트는 원(314) 및 반경('R')에 의해 지시된 반경방향 외부 위치로 가압된다. 이제 가연기(712)를 빠져나갈 때, 외부층은 중간층을 유지하고 가연기(712)로부터 꼬임 제한 풀리(716)까지의 영역에서 이를 신장시킬 것이다. 이로 인해, 중간층은 바람직한 응력 상태인 장력 하에 오게 된다. 또한, 이 영역에서 잉여의 꼬임부가 보강 스트랜드로부터 취출되고 스트랜드는 그 최종 레이 길이를 다시 점유한다. 보강 스트랜드의 단면은 도 2에 도시되어 있는 것으로 복귀한다. 그렇지 않으면 이 유리한 효과가 발생하지 않기 때문에, 중간 스트랜드 레이 길이는 항상 최종 레이 길이보다 짧아야 한다는 것을 주목하라.

효과는 외부층 강철 필라멘트를 중간층을 향해 반경방향으로 압축함으로써 더욱 향상될 수 있다. 이는 예를 들어 꼬임 제한 풀리, 교정기 또는 심지어 정확한 직경의 케이블링 다이와 같은 풀리 형태일 수 있는 압축 수단(720)의 도입에 의해 행해질 수 있다.

방법의 대안 실시예에서, 꼬임 디바이스(702)는 코어 마이그레이션을 나타내는 제품을 페이오프하는 간단한 페이오프 유닛일 수 있다. 동일한 방법에 의해 기존의 코드를 처리함으로써, 코드는 코어 마이그레이션을 나타내지 않도록 교정될 수 있다. 물론, 보강 스트랜드의 구조적 특징은 그렇지 않으면 방법이 작동하지 않을 것이기 때문에, 청구범위에 따라야 한다.

보강 스트랜드의 단부를 절단할 때, 중간층이 필라멘트의 외부층에 대해 절단된 단부로 수축될 것이기 때문에 방법의 사용이 양호하게 인식 가능하다. 이는 중간층 필라멘트의 바람직한 응력 상태이다.

Claims (16)

1. 폴리머 물품을 보강하기 위한 보강 스트랜드이며, 상기 보강 스트랜드는 코어 직경을 갖는 코어 및 강철 필라멘트를 포함하고, 상기 강철 필라멘트는
   - 상기 코어 주위에 원주방향으로 배열된 N개의 제1 강철 필라멘트를 포함하는 중간층으로서, 상기 제1 강철 필라멘트는 제1 직경을 갖고, 상기 코어 직경 및 상기 제1 직경은 상기 제1 강철 필라멘트들 사이에 간극이 형성되도록 이루어지는 것인, 중간층 및
   - 상기 중간층 주위에 원주방향으로 배열된 2N개의 강철 필라멘트를 포함하는 외부층으로 편성되고,
   상기 중간층 및 상기 외부층의 상기 강철 필라멘트는 동일한 최종 레이 길이 및 방향으로 상기 코어 주위에 꼬이는, 보강 스트랜드에 있어서,
   상기 최종 레이 길이는 폐쇄 레이 길이의 2배 초과 6배 미만이고, 상기 폐쇄 레이 길이는 상기 중간층의 상기 제1 필라멘트들 사이의 간극이 폐쇄되는 레이 길이인 것을 특징으로 하는, 보강 스트랜드.
2. 제1항에 있어서, 상기 최종 레이 길이에서 상기 외부층의 필라멘트들 사이에 간극이 존재하지 않는, 보강 스트랜드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부층은
   - 제2 직경의 N개의 제2 강철 필라멘트로서, 상기 N개의 제2 강철 필라멘트는 제2 반경을 갖는 제2 외접원에 접하는 것인, 제2 강철 필라멘트 및
   - 제3 직경의 N개의 제3 강철 필라멘트로서, 상기 N개의 제3 강철 필라멘트는 제3 반경을 갖는 제3 외접원에 접하고, 상기 제2 직경은 상기 제3 직경보다 크고, 상기 제2 강철 필라멘트 및 상기 제3 강철 필라멘트는 상기 외부층에서 교번 위치를 점유하고, 상기 제2 반경은 상기 제3 반경과는 상이한, N개의 제3 강철 필라멘트를 포함하는, 보강 스트랜드.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 반경은 상기 제3 반경보다 큰, 보강 스트랜드.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, N은 5, 6, 7, 8 또는 9인, 보강 스트랜드.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 그 사이에 직선 세그먼트를 갖는 굴곡부를 포함하는 단일 강철 필라멘트인, 보강 스트랜드.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 동등한 레이 스트랜드이고, 모든 코어 강철 필라멘트는 0차 나선형 변형이 없고 상기 보강 스트랜드의 최종 레이 길이와는 상이한 코어 레이 길이와 함께 꼬여 있는, 보강 스트랜드.
8. 제7항에 있어서, 상기 코어 강철 필라멘트의 수는 2 또는 3 또는 4개이고, 상기 코어 강철 필라멘트는 동일한 직경을 갖는, 보강 스트랜드.
9. 제7항에 있어서, 상기 코어 강철 필라멘트의 수는 9개 또는 12개이고, 상기 코어 강철 필라멘트는 세미-워링턴 구성으로 배열되는, 보강 스트랜드.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 코어-코어 및 상기 보강 스트랜드의 최종 레이 길이와는 상이한 코어 레이 길이로 상기 코어-코어 주위에 꼬인 5, 6 또는 7개의 코어 외부 강철 필라멘트를 포함하는 스트랜드인, 보강 스트랜드.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 스트랜드의 상기 강철 필라멘트는 금속 코팅 또는 금속 코팅 합금을 구비하는, 보강 스트랜드.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 스트랜드는 폴리머에 대한 접착을 촉진시키는 유기 프라이머를 구비하는, 보강 스트랜드.
13. 제12항에 있어서, 상기 유기 프라이머는 유기 기능성 실란, 유기 기능성 지르코네이트 또는 유기 기능성 티타네이트를 포함하는 그룹 중 하나인, 보강 스트랜드.
14. 보강 스트랜드를 제조하는 방법이며,
    - 코어 직경을 갖는 코어를 제공하는 단계;
    - 제1 직경을 갖는 N개의 제1 강철 필라멘트를 제공하는 단계;
    - 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 N개의 제2 강철 필라멘트를 제공하는 단계;
    - 제3 직경을 갖는 N개의 제3 강철 필라멘트를 제공하는 단계;
    - 상기 코어, 상기 N개의 제1 강철 필라멘트, 상기 N개의 제2 강철 필라멘트 및 상기 N개의 제3 강철 필라멘트를 하나의 레이 방향으로 함께 최종 레이 길이로 꼬는 단계로서, 상기 N개의 제1 강철 필라멘트는 중간층을 형성하고, 상기 N개의 제2 및 N개의 제3 강철 필라멘트는 외부층을 형성하고, 상기 N개의 제2 및 N개의 제3 층 강철 필라멘트는 상기 외부층에서 교번 위치를 점유하는, 꼬는 단계
    를 포함하는, 방법에 있어서,
    상기 꼬는 단계 중에, 제1, 제2 및 제3 강철 필라멘트의 중간 레이 길이는 폐쇄 레이 길이와 최종 레이 길이의 83% 사이로 단축되고, 그 후에 제1, 제2 및 제3 강철 필라멘트는 상기 최종 레이 길이로 꼬이지 않고, 이에 의해 상기 중간 레이 길이는 상기 폐쇄 레이 길이 이상으로 유지되고, 상기 폐쇄 레이 길이는 상기 중간층의 제1 강철 필라멘트들이 서로 접촉하는 레이 길이인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 중간 레이 길이에서, 상기 외부층의 제2 및 제3 강철 필라멘트는 상기 중간층을 향해 반경방향으로 압축되는, 방법.
16. 제14항 또는 제15항의 방법에 따라 생성된 보강 스트랜드에 있어서, 상기 보강 스트랜드를 절단하여 이에 의해 보강 스트랜드 단부를 형성할 때, 상기 중간층의 적어도 상기 제1 강철 필라멘트는 보강 스트랜드 단부로 수축되는 것을 특징으로 하는 보강 스트랜드.

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