KR20230022955A - 발포 제형 분배 방법 - Google Patents

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후안 카를로스 메디나
제이슨 에이. 리스
마노지 토타
카오루 아우
아비셰크 셰테
리앙카이 마
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

타이어에 발포 제형(foaming formulation)을 분배하는 방법으로서, 적어도 하나의 내부 표면, 적어도 하나의 외부 측벽 부분, 및 적어도 하나의 외부 트레드 부분을 특징으로 하는 타이어; 및 발포 제형을 포함하고; 여기서 발포 제형은 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되고, 타이어는 발포체 제형이 분배되는 동안 타이어가 그 외부 측벽 부분이 닿게 놓일 수 있도록 배향되는, 방법.

Description

발포 제형 분배 방법
실시형태는 발포 제형(foaming formulation)을 분배하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시형태는 타이어의 내부 표면 상에 발포 제형을 분배하는 방법에 관한 것이다.
서론
타이어로부터 발생하는 노면 소음은 일반적인 골칫거리이며, 소음 공해(sound pollution)는 도시와 농촌 지역 모두에 부정적인 영향을 미친다. 발생된 소음은 또한 타이어의 내부 캐비티(cavity) 내에서 공진하여 발생하는 소음으로 인해 타이어 자체에도 유해하며, 이는 타이어 내구성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 소음을 적게 발생하는 타이어가 매우 바람직하다. 이러한 타이어를 생성하기 위한 많은 시도가 있어 왔지만, 효율적이고 더 저렴한 비용으로 조용하거나 소음이 감소된 타이어의 대량 생산 방법에 대한 요구가 계속해서 존재한다.
몇몇 종래 기술은 소음 감쇠를 달성하기 위한 다양한 수단을 제안하고 있지만, 가장 유망한 방법은 아마도 소음 생성을 억제하는 데 도움이 되도록 타이어 내에 발포체를 사용하는 방법일 것이다. 적어도 1970년대 이래로, 공기압 튜브리스(tubeless) 고무 타이어의 내측에 형상을 갖추어 배치되고 접착제를 사용하여 적소에 유지되는 폴리우레탄 고체 발포체(foam)(예를 들어, 기존 슬랩 스톡(slab stock) 발포체)의 사용을 통해 타이어 소음을 줄일 수 있는 것으로 알려져 왔다(미국 특허 제4,392,522호 참조). 이러한 방식으로 타이어 내에 발포체를 배치하는 것은 번거롭고 쉽게 자동화되지 않으며, 따라서 내부에 폴리우레탄 발포체를 갖는 타이어의 보다 효율적인 제조 방법이 필요하다. 이러한 접착제의 존재는 또한 이러한 타이어가 쉽게 파쇄되고 재활용되는 것을 방지한다.
이러한 공정을 개선하기 위해 다양한 시도가 있어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제9,315,611호에 개시된 공정은 타이어의 내부 캐비티 내에 분무될 수 있고 후속하여 경화될 수 있는 액체 폴리우레탄 발포체를 사용하여 타이어가 사용 중일 때 발생되는 소음을 감소시키는 것이다. 이 특허에서 사용된 (폴리에테르 및 폴리에스테르 디올의 혼합물로부터 형성되고, 추가로 디이소시아네이트와 혼합된) 특정 유형의 폴리우레탄 발포체는 여러 가지 이유로 타이어의 대량 생산에 바람직하지 않을 수 있으며, 가장 주목할만한 점은 타이어의 내부에 대한 접착력 불량이며, 이는 타이어를 장기간 사용한 후에 접착 불량(즉, 박리)을 유발할 수 있다는 사실이다. 기존의 다른 종래 기술들은 타이어 내부에 충분히 부착될 수 있고 또한 효율적인 대량 생산에 적합한 발포체의 사용을 개시하지 못하고 있다.
이러한 모든 이유로 인해, 종종 타이어 내측의 라이닝인 부틸 고무에 더 나은 접착력을 갖는 발포성의 반응성 혼합물을 타이어 내부에서 캐비티 표면 상에 분배하는 방법이 필요하다.
실시형태는 타이어의 내부 표면 상에 발포 제형을 분배하는 방법에 관한 것이다. 이 방법의 제1 실시형태는 고속-반응성 오픈-셀(open-cell) 가요성 캐비티 충전 열경화성 발포체 제형(예를 들어, 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분의 혼합물로부터 생성된 발포체), 공기압 튜브리스 타이어 및 스프레이-분배 믹스 헤드(spray-dispensing mix head)를 특징으로 할 수 있다.
이러한 실시형태에서, 타이어는, 그 외부 측벽 중 하나가 닿게 놓이며, 수평면에서 타이어 반경 방향으로, 수평면으로부터 플러스(+) 또는 마이너스(-) 특정 범위(예를 들어, 5, 10, 20, 30, 45, 또는 60도, 등)에서, 그 수직 축(지구 중력 방향과 동일선상에 있는 축)을 따라 회전하도록 돌려진다. 발포 제형은 내부 트레드 표면 및/또는 양쪽 측벽 표면 상의 내부 타이어 캐비티 상에 분무된다. 분무는 임의의 개수의 스프레이 헤드, 노즐 등을 통해 개별적으로 또는 동시에 내부 표면 상에서 수행할 수 있다.
발포 제형은 타이어의 원주 주위를 한 번 통과하는 단일 코팅, 또는 다중 코팅으로서 타이어 내부에 분무될 수 있다. 발포 제형의 코팅은 다양한 스프레이 노즐 디자인을 통해 또는 (통상적으로 교통 표지를 분무하는 데 사용되는) 스프레이 마스크를 통해 달성되는 패턴으로 분무될 수 있다. 스프레이 헤드는 Graco and Probler에서 생산하는 것과 같은 스프레이-분배 믹스 헤드일 수 있다. 분무는 자동화된 로봇 팔, 고정 분무기를 포함한 기능적으로 관련된 모든 수단에 의해 수행될 수 있거나, 또는 대형 타이어의 경우에는 수동으로 수행될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 발포 제형은 자동 주입 또는 수동 주입에 의해 분배될 수 있으며, 따라서, 제형이 주입될 때 내부 타이어 측벽 아래로 흘러 떨어지지 않도록, 흄드 실리카, 기타 충전제, 및 레올로지(rheology)-개질액을 포함하는 틱소트로피제의 사용을 통해 제형이 틱소트로피하게 될 수 있다.
주입(pouring) 또는 분무(또는 둘 모두)를 통한 분배는 정지된 타이어 내에서 스프레이헤드 또는 주입 메커니즘을 회전시키거나 또는 고정된 분무기 주변에서 타이어를 돌려서 수행할 수 있다. 스프레이헤드 또는 주입 메커니즘 및 타이어는 또한 제형 도포 시간 등을 개선하기 위해 동시에 반대 방향으로 이동하거나 회전할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 제형으로 코팅될 타이어는 본원에서 개시되는 방법에 의해 커버되는 타이어의 크기에 제한 없이 그 측벽(수평)이 닿게 놓여 있는 것으로 설명될 수 있다. 임의의 기능적으로 가능한 도포 수단이 본원에서 개시되는 방법/공정에 의해 이용될 수 있다. 예를 들어, 타이어는 타이어를 회전시키지 않고서 타이어의 내부 표면 상에 발포 제형을 분배한 다음, 후속 타이어에 대해 반복할 수 있도록 위치된 자동화 분무기와 함께 컨베이어 벨트를 따라 이동할 수 있다. 타이어의 내측 상에 분무되는 발포 제형의 양은 요구되는 성능에 따라 달라질 수 있으며, 타이어의 내측 표면 상에 다양한 기하학적(또는 심지어 랜덤) 패턴으로 분무될 수 있다.
이러한 방법이 대상이 되는 타이어로는 자전거, 오토바이, 소비자용 및 상업용 자동차, 항공기, 광산용 장비, 및 중공업 및 농업용 장비용의 타이어를 포함할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다. 타이어 공급업체의 예로는 Bridgestone, Michelin, Pirelli, Kumho, Continental, Dunlop, Goodyear, Hankook Tire, Toyo Tires, Yokohama Tire, Cooper Tire and Rubber, BF Goodrich 등을 포함한다.
또 다른 실시형태는 적어도 하나의 내부 표면, 적어도 하나의 외부 측벽 부분, 및 적어도 하나의 외부 트레드 부분을 포함하는 타이어 상에 발포 제형을 분배하는 방법; 및 발포체 제형으로서 기술될 수 있으며; 여기서 발포체 제형은 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되고, 타이어는 발포체 제형이 분배되는 동안 타이어가 적어도 하나의 외부 측벽 부분이 닿게 놓일 수 있도록 배향된다. 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배된 발포체 제형은 폴리우레탄 발포체를 형성할 수 있다. 발포 제형은 적어도 폴리아민 또는 폴리에테르아민을 포함할 수 있다.
이러한 실시형태는 또한 스프레이헤드를 포함할 수 있으며, 여기서 발포 제형은 스프레이헤드를 통해 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배된다. 스프레이헤드는 발포 제형이 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되는 동안 회전할 수 있다. 타이어는 발포 제형이 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되는 동안 그 자체의 수직 축을 따라 회전할 수 있다. 발포 제형은 타이어의 내부 표면의 적어도 하나의 내부 측벽 부분 또는 적어도 하나의 내부 트레드 부분 상에 분배될 수 있다. 발포 제형은 또한 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 패턴으로 분배될 수도 있다.
이러한 실시형태 및 다른 실시형태에서, 발포 제형은 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배될 수 있고, 타이어는 수평면에서 타이어의 반경 방향으로 그 수직 축을 따라 배향되며, 여기서 수평면에서 타이어의 반경 방향은 수평면으로부터 플러스 또는 마이너스 0 내지 60도이다.
기술된 방식으로 폴리우레탄 발포체로 코팅된 내부를 갖는 타이어를 생산하는 주요 이점 중 하나는 소음이 감소된 타이어를 생산하는 데 필요한 시간이 크게 단축된다는 것이다. 또한, 개시된 주제에 사용되는 발포 제형은 타이어의 내부 표면과의 우수한 접착력을 갖는다. 이것은 많은 실시형태에서 접착제를 사용할 필요가 없다(또는 훨씬 적게 필요하다)는 것을 의미한다. 이러한 접착제는 (미국 특허출원 제2019/0177486 A1호에 기술되어 있는 바와 같이) 저분자량 부틸 고무, 또는 실리콘 실란트로부터 제조된 검상의(gummy) 점착성 접착제이다. 따라서, 타이어의 내부 표면에 도포된 본원에서 개시되는 발포 제형을 갖는 타이어는 전술된 점착성 접착제의 감소된 존재 또는 완전한 부재로 인해 타이어 재활용을 위한 상업용 타이어 파쇄기에서 더 쉽게 파쇄될 수 있다.
다양한 실시형태가 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면에 개시되어 있다:
도 1은 회전하는 타이어 및 스프레이헤드의 도면이다.
실시형태는 폴리우레탄(PUR)을 형성하는 데 사용되는 발포체 형성 반응성 혼합물을 도포하는 방법에 관한 것이다.
발포 제형은 이소시아네이트 성분으로부터 제공되는 이소시아네이트 모이어티와 이소시아네이트-반응성 성분으로부터 제공되는 이소시아네이트-반응성 모이어티의 반응 생성물인 폴리우레탄/폴리우레아 중합체의 존재에 의존할 수 있다. 이소시아네이트 성분은 적어도 하나의 이소시아네이트(예를 들어, 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트-종결된 예비 중합체)를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 하나 이상의 폴리올 및 적어도 하나 이상의 폴리아민을 포함하는 적어도 하나의 폴리올 성분을 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분 및/또는 이소시아네이트 성분은 각각 독립적으로 하나 이상의 선택적 첨가제 성분(예를 들어, 발포제, 방화재, 충전제, 촉매, 경화제, 사슬 연장제, 난연제, 점도 조절제, 안료, 안정화제, 실리콘 계면활성제와 같은 계면활성제, 가소제, 제올라이트, 수분 제거제, 및/또는 생성되는 최종 폴리우레탄 생성물의 특성을 개질하는 다른 첨가제)을 포함할 수 있다.
폴리올
폴리올 성분은 적어도 하나의 폴리에테르 폴리올 및/또는 폴리에스테르 폴리올을 포함한다. 예시적인 폴리에테르 폴리올은 알킬렌 옥사이드(예를 들어, 적어도 하나의 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및/또는 부틸렌 옥사이드)와 분자당 2 내지 8개의 활성 수소 원자를 함유하는 개시제와의 반응 생성물이다. 예시적인 개시제는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨, 소르비톨, 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 에탄올아민, 디에탄올아민, 및 이러한 개시제들의 혼합물을 포함한다. 예시적인 폴리올은 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 VORANOL™ 제품을 포함한다.
폴리올 성분은 점탄성 폴리우레탄 발포체를 형성하는데 사용할 수 있는 폴리올을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리올 성분은 적어도 50 중량%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖고, 2 내지 6(예를 들어, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 가지며, 500 g/몰 내지 5000 g/몰(예를 들어, 500 g/몰 내지 4000 g/몰, 600 g/몰 내지 3000 g/몰, 600 g/몰 내지 2000 g/몰, 700 g/몰 내지 1500 g/몰, 및/또는 800 g/몰 내지 1200 g/몰)의 수 평균 분자량을 갖는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 적어도 50 중량%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트-반응성 성분의 5 중량% 90 중량%(예를 들어, 10 중량% 내지 90 중량%, 35 중량% 내지 90 중량%, 40 중량% 내지 85 중량%, 50 중량% 내지 85 중량%, 50 중량% 내지 80 중량%, 및/또는 55 중량% 내지 70 중량%)를 차지할 수 있다. 적어도 50 중량%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트-반응성 성분의 주요 성분일 수 있다.
폴리올 성분은 2 내지 6(예를 들어, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 갖고 1000 g/몰 초과(또는 1500 g/몰 초과) 및 6000 g/몰 미만의 수 평균 분자량을 갖는 20 중량% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분자량은 1500 g/몰 내지 5000 g/몰, 1600 g/몰 내지 5000 g/몰, 2000 g/몰 내지 4000 g/몰 및/또는 2500 g/몰 내지 3500 g/몰일 수 있다. 20 중량% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트 반응성 성분의 5 중량% 내지 90 중량%(예를 들어, 5 중량% 내지 70 중량%, 5 중량% 내지 50 중량%, 10 중량% 내지 40 중량%, 및/또는 10 중량% 내지 30 중량%)를 차지할 수 있다. 20 중량% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올은 적어도 50 중량%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올과 블렌딩될 수 있는 반면, 후자는 더 많은 양으로 포함된다.
폴리올 성분은 2 내지 6(예를 들어, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 가지며, 500 g/몰 내지 5000 g/몰(예를 들어, 500 g/몰 내지 4000 g/몰, 600 g/몰 내지 3000 g/몰, 600 g/몰 내지 2000 g/몰, 700 g/몰 내지 1500 g/몰, 및/또는 800 g/몰 내지 1200 g/몰)의 수 평균 분자량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트 반응성 성분의 5 중량% 내지 90 중량%(예를 들어, 5 중량% 내지 70 중량%, 5 중량% 내지 50 중량%, 10 중량% 내지 40 중량% 및/또는 10 중량% 내지 30 중량%)를 차지할 수 있다. 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 적어도 50 중량%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올과 블렌딩될 수 있는 반면, 후자는 더 많은 양으로 포함된다.
예시적인 실시형태에서, 폴리우레탄 발포체를 형성하기 위한 이소시아네이트-반응성 성분의 폴리올 성분은 하나 이상의 폴리올을 포함할 수 있다. 폴리올 성분은 ASTM D4274, 시험 방법 D에 의해 측정하였을 때 15 내지 700 mg KOH/g(평균 혼합물) 범위의 평균 하이드록실가(OH#)를 갖는 분자를 포함할 수 있다. 폴리올 성분의 평균 OH#는 바람직하게는 20 내지 80, 보다 바람직하게는 20 내지 70, 보다 더 바람직하게는 25 내지 60, 가장 바람직하게는 28 내지 34이다.
이소시아네이트
본 실시형태에서 상응하는 이소시아네이트는 ASTM D5155에 의해 측정하였을 때 바람직하게는 25 내지 49%, 보다 바람직하게는 26 내지 35%의 %NCO 또는 이소시아네이트 범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.5:1 내지 1.8:1의 이소시아네이트 성분 대 폴리올 성분 질량비로 사용된다.
이소시아네이트 성분은 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트-말단 예비 중합체와 같은 하나 이상의 이소시아네이트를 포함할 수 있다. 이소시아네이트는 지방족, 지환족(cycloaliphatic), 지환족(alicyclic), 아릴지방족 및/또는 방향족 폴리이소시아네이트 또는 이의 유도체인 이소시아네이트-함유 반응물일 수 있다. 예시적인 유도체는 알로파네이트, 뷰렛 및 NCO(이소시아네이트 모이어티) 말단 예비 중합체를 포함한다. 예를 들어, 이소시아네이트 성분은 하나 이상의 방향족 이소시아네이트, 예를 들어, 방향족 폴리이소시아네이트로부터 유도되는 적어도 하나의 방향족 폴리이소시아네이트 또는 적어도 하나의 이소시아네이트-말단 예비 중합체를 포함할 수 있다. 이소시아네이트 성분은 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)의 적어도 하나의 이성질체, 미정제 TDI, 디페닐 메틸렌 디이소시아네이트(MDI)의 적어도 하나의 이성질체, 미정제 MDI 및/또는 고작용성 메틸렌 폴리페닐 폴리이소시아네이트를 포함할 수 있다. 예로는 2,4 및 2,6-이성질체 형태의 TDI 및 이들의 혼합물 및 2,4'-, 2,2'- 및 4,4'-이성질체 형태의 MDI 및 이들의 혼합물을 포함한다. MDI 및 이의 올리고머의 혼합물은 미정제 또는 중합체성 MDI 및/또는 우레탄, 알로파네이트, 우레아, 뷰렛, 카보디이미드, 우레톤이민 및/또는 이소시아누레이트기를 포함하는 MDI의 공지된 변종일 수 있다. 예시적인 이소시아네이트는 PAPI™ 94, PAPI™ 27, VORANATE™ M 220(The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 중합체성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)을 포함한다. 다른 예시적인 폴리이소시아네이트는 톨릴렌 디이소시아네이트(TDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 오르토-, 메타-, 및 파라-페닐 디이소시아네이트(o-PDI, m-PDI, p-PDI), 이들의 변형체, 및 다른 통상적인 디이소시아네이트를 포함한다.
촉매 패키지와 조합된 폴리올의 EO-PO 비율의 특정 조합은 외부 접착제의 필요성을 감소시키거나 제거하면서 타이어에 대한 발포체의 접착력을 향상시킬 수 있다. 본원에서 개시되는 방법의 추가적인 실시형태는 수직 벽면에 코팅할 때 추가의 처짐 저항성을 부여하기 위해 흄드 실리카(표면-작용화된 유형을 포함함)를 함유하는 발포체 제형을 포함할 수 있다.
폴리아민
폴리우레탄 발포체를 형성하기 위한 이소시아네이트-반응성 성분의 폴리아민 성분은 하나 이상의 폴리아민을 포함할 수 있다. 폴리아민은 에틸렌디아민, 1,3-디아미노-프로판, 1,4-디아미노-부탄, 디에틸렌-트리아민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌-헥사민, 헥사에틸렌디아민, 비스(3-아미노프로필)아민, 비스(헥산에틸렌)트리아민, 트리스(2-아미노에틸)아민, 트리에틸렌-테트라민, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-프로판디아민, 1,2-비스(2-아미노에톡시)에탄, 분지형 폴리에틸렌이민, 키토산, 니신, 젤라틴, 1,3-디아미노-구아니딘, 1,1-디-메틸비구아나이드, 구아니딘, 아르기닌, 라이신, 오르니틴, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 -OH 기 및 하나 이상의 -NH- 또는 NH2 기를 갖는 화합물, 예를 들어. 에탄올아민, 2-프로판올아민, 또는 키토산을 사용할 수 있다. 폴리아민으로서 유용한 분지형 폴리에틸렌이민은 전형적으로는 200 내지 2,000,000 g/몰(예를 들어, 800 내지 2,000,000 g/몰, 2,000 내지 1,000,000 g/몰, 10,000 내지 2,000,000 g/몰, 및 20,000 내지 100,000 g/몰)의 분자량을 갖는다.
폴리아민은 또한, 예를 들어, 말단 아미노기를 함유하는 폴리옥시알킬렌 또는 폴리옥시알킬화된 화합물, 예를 들어 (Huntsman으로부터 입수 가능한) 상표명 Jeffamine, (BASF로부터 입수 가능한) 폴리에테르아민 또는 (Nitroil로부터 입수 가능한) PC 아민일 수 있으며, 특히 약 200 내지 5000 g/몰 범위의 평균 분자량을 갖는 것들, 특히 하기의 것들이다:
- 2-아미노프로필 또는 2-아미노부틸 말단 기를 갖는 폴리에테르 디아민, 특히 Jeffamine D-230, Jeffamine D-400, Jeffamine D-2000, Jeffamine D-4000, Jeffamine XTJ-582, Jeffamine XTJ -578, Jeffamine HK-511, Jeffamine ED-600, Jeffamine ED-900, Jeffamine ED-2003, Jeffamine XTJ-568, Jeffamine XTJ-569, Jeffamine THF-100, Jeffamine THF 140, Jeffamine THF-230, Jeffamine XTJ-533 또는 Jeffamine XTJ-536(모두 Huntsman으로부터 입수 가능).
- 폴리(테트라메틸렌 에테르)의 아민화로부터 4-아미노부틸-말단화된 폴리에테르 글리콜, 특히 Jeffamine THF-170(Huntsman으로부터 입수 가능).
- 폴리에테르 모노아민, 특히 알코올-개시된 유형, 예를 들어 Jeffamine M-600, Jeffamine M-1000, Jeffamine M-2005, Jeffamine M-2070, Jeffamine XTJ-581, Jeffamine XTJ-249, Jeffamine XTJ-435 또는 알킬 페놀-개시된 유형, 예를 들어 Jeffamine XTJ-436(모두 Huntsman으로부터 입수 가능).
- 디올의 폴리알콕실화로부터의 폴리에테르, 특히 프로-폭실에테르 1,4-디메틸올사이클로헥산, 예를 들어 Jeffamine RFD-270(Huntsman으로부터 입수 가능).
- 폴리에테르트리아민, 특히 Jeffamine T-403, Jeffamine T-3000, Jeffamine T-5000 또는 Jeffamine XTJ-566(모두 Huntsman으로부터 입수 가능).
- 2차 아미노기를 갖는 폴리에테르, 특히 Jeffamine SD-231, Jeffamine SD-401, Jeffamine SD-2001 또는 Jeffamine ST-404(모두 Huntsman으로부터 입수 가능).
- 폴리에테르 아민을 아크릴로니트릴과 반응시킨 다음 수소화하여 얻을 수 있는 아미노프로필화된 폴리에테르아민.
이들 중에서, 1차 아미노기를 갖는 폴리에테르아민이 바람직하다. 이들 중에서, 또한 약 220 내지 2000 g/몰 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리에테르아민이 보다 바람직하다.
바람직한 폴리에테르아민의 한 유형은 선택적으로 다른 옥시알킬렌 단위, 특히 옥시에틸렌 또는 1,2-옥시부틸렌 단위의 분획을 갖는 폴리옥시프로필렌디아민, 또는 선택적으로 1,2-옥시프로필렌 단위를 갖는 폴리(테트라메틸렌 에테르) 디아민, 또는 알코올, 지방 알코올, 알킬페놀, 디올 및 트리올로 이루어진 군으로부터 선택되는 출발 분자에 1,2-프로필렌 옥사이드의 중부가로부터 주로 1,2-옥시프로필렌 단위를 갖는 폴리에테르 모노아민 또는 디아민 또는 트리아민이다.
보다 더 바람직하게는, 폴리에테르아민은 약 220 내지 2000 g/몰 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리옥시프로필렌디아민일 수 있다. 가장 바람직하게는, 폴리에테르는 평균 분자량이 약 400 내지 500 g/몰 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리옥시프로필렌 디아민, 특히 Jeffamine D-400 또는 Jeffamine XTJ-582(둘 모두 Huntsman으로부터 입수 가능) 또는 PC-아민 DA 400(Nitroil로부터 입수 가능) 또는 폴리에테르아민 D 400(BASF로부터 입수 가능)이다.
계면활성제
계면활성제는, 존재하는 경우, 하나 이상의 실리콘 계면활성제, 예를 들어 프로필렌 글리콜, 고체 또는 액체 유기실리콘, 및 장쇄 알코올의 폴리에틸렌 글리콜 에테르에 프로필렌 옥사이드 및 이어서 에틸렌 옥사이드를 순차적으로 첨가함으로써 제조되는 것과 같은 유기실리콘 유형일 수 있다. 고체 또는 액체 유기실리콘과 마찬가지로, 프로필렌 글리콜에 프로필렌 옥사이드 및 이어서 에틸렌 옥사이드를 순차적으로 첨가함으로써 제조되는 실리콘 계면활성제가 바람직하다. 유용한 유기실리콘 계면활성제의 예로는 상업적으로 입수 가능한 폴리실록산/폴리에테르 공중합체, 예를 들어 TEGOSTAB(Evonik AG의 상표) B8462, B8404, B8871, B1048, B8462, B8427, B8433, B8734 LF2 및 B8404, 및 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 VORASURF DC-193, DC-198, DC-5000, DC-5043, DC-5098 및 DC-5043 계면활성제, 및 Momentive Performance Materials로부터 입수 가능한 NIAX L-627, NIAX L-620, Niax L-6900 및 NIAX L-618을 포함한다. 계면활성제는 일 실시형태에서는 이소시아네이트 성분의 총 중량의 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.25 내지 2.5 중량%를 구성할 수 있다.
선택적 첨가제
선택적 첨가제 성분은 하나 이상의 발포제(예를 들어, 물, 이산화탄소, 아세톤, 탄화수소, 예를 들어 펜탄, 하이드로클로로플루오로카본, 및 하이드로플루오로-올레핀), 하나 이상의 충전제(예를 들어, 내화재, 산화물, 세라믹, 및 기타 당업계에 공지된 다른 충전제), 하나 이상의 촉매, 하나 이상의 경화제, 하나 이상의 사슬 연장제, 하나 이상의 가교결합제, 하나 이상의 수분 제거제, 하나 이상의 염료/안료, 하나 이상의 산화방지제, 하나 이상의 UV 안정화제, 하나 이상의 이형제, 하나 이상의 접착 촉진제, 하나 이상의 핵형성 첨가제, 및 당업계에 공지된 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 선택적 첨가제 성분은 전용 스트림을 통해 첨가되거나 반응성 성분 중의 하나(예를 들어, 폴리올)와 사전 혼합될 수 있다. 물은 바람직한 발포제이며, 폴리올 성분의 총 질량에 대해 바람직하게는 3 내지 8%로 사용된다.
강화 섬유도 또한 PUR 및/또는 PIR 발포체 제조에 있어 추가적인 선택적(아직은 유용한) 첨가제 성분이다. 유리 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber), 탄소 섬유, 나일론 섬유 등과 같은 강화 섬유는 최종 성형된 발포체의 기계적 특성을 향상시키는 데 유용하다.
본원에서 열거되는 실시형태는 비제한적이며, 최적의 성능을 달성하기 위해 필요에 따라 다양한 비율의 폴리올, 폴리아민, 이소시아네이트, 및 기타 성분을 혼합할 수 있다. 이러한 성분의 전체 목록은 표 1에서 확인할 수 있다.
제조 및 도포 방법
일 실시형태에서, 본원에서 개시되는 방법은 새로운 타이어를 포함할 수 있다. 이들 타이어의 내부 표면은 표면 코팅되거나, 클리닝되거나, 또는 사전 조정되어 있지 않다. 이들은 수취한 상태로 고려되고 사용된다. 중고 타이어(예를 들어, 5000마일 미만으로 사용)도 또한 이러한 용도에 사용되었으며, 도포 전에 최소한의 분진 및 먼지 제거가 필요하다.
새 타이어 또는 중고 타이어를 수평면에서 타이어 반경 방향으로 수직 축(지구의 중력 방향과 동일 선상에 있는 축)을 중심으로 회전시킨다. 타이어는 30 내지 120 RPM으로 회전한다. 저압 또는 고압 열경화 투입 장치(전형적인 공급업체: GRACO, Cannon)는 내부에 설명된 대로 폴리올 및 이소시아네이트 제형으로 충전될 수 있다. 탱크 및 순환시의 물질 온도 범위는 75℃ 내지 135℃이다. 유량은 초당 10 내지 150 그램 범위로 설정할 수 있다. 시스템 압력은 10 내지 2000 PSI 범위일 수 있다.
다양한 혼합 헤드, 혼합 챔버, 스프레이 건이 저압 또는 고압 열경화 투여 장비와 함께 사용될 수 있다. 전형적인 공급업체는 GRACO 및 Cannon이다. 스프레이 노즐은 분무 패턴과 흐름 방향을 조정하여 소정의 타이어 내측에 다양한 각도와 폭으로 발포체를 도포하는 데 사용될 수 있다. 전형적인 스프레이 노즐 공급업체는 GRACO, Cannon, 및 Nordson이다. 도포 스프레이 개구는 0.035 인치 내지 0.125 인치의 범위일 수 있다. 스프레이 팁은 수직 방향으로 6 인치 내지 12 인치의 거리(타이어 내부 표면에 대해 +/- 45° 범위)에서 원주 중심선과 일직선으로 배치될 수 있다.
분무 순서는 타이어 원주를 1 바퀴 회전하는 동안 분무가 단일 코팅으로 수행되거나 원주 주위에서 다중 회전하는 동안에 걸쳐 다중 코팅으로 수행되도록 계획될 수 있다. 분무 시간은 1 내지 8초 범위일 수 있다. 물질 겔 시간(gel time)은 10 내지 40초 범위일 수 있으며, 무점착 시간은 15 내지 120초 범위일 수 있다. 타이어는 겔 시간 동안 고속으로(at speed) 회전하고 겔 시간과 무점착 시간 사이에서 0까지 감속된다.
경화 후의 발포체 형상은 주로 물질 부피, 유량, 노즐 형상, 노즐과 타이어 내부 표면의 거리, 노즐과 타이어 내부 표면의 각도에 크게 좌우된다. 일 실시형태에서, 발포체 기하 구조는 폭 1 인치 × 두께 0.5 인치 내지 폭 10 인치 × 두께 3 인치 범위의 단면을 가질 수 있다. 발포체는 일단 형성되면 물리적 또는 자동화된 수단에 의해 필요에 따라 상이한 두께 또는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 발포체는 더 얇은 두께 등으로 트리밍될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 타이어는 새 타이어이며, 타이어 내부 표면은 표면 코팅되거나, 클리닝되거나 또는 사전 조정되어 있지 않다. 타이어는 수취한 상태 그대로 사용된다. 타이어를 수평면에서 타이어 반경 방향으로 수직 축(지구의 중력 방향과 동일 선상에 있는 축)을 중심으로 회전시킨다. 타이어는 45 RPM으로 회전한다. 고압 Cannon CF 열경화 도입 장치는 전술된 바와 같이 폴리올 및 이소시아네이트 제형으로 충전된다. 탱크 내 및 순환시의 물질 온도는 100℃로 설정된다. 물질 순환 온도는 105℃로 설정하고 유량은 초당 85 그램으로 설정한다. 시스템 압력은 1000 PSI로 설정한다.
Cannon FPL 믹스 헤드가 Cannon CF 기계에 부착되어 있다. 이러한 믹스 헤드는 폴리올과 이소시아네이트를 혼합할 수 있을 뿐만 아니라 제형 도포 후에 클리닝을 위해 용매로 세척할 수 있다. 표준 Cannon 노즐이 FPL 믹스 헤드에 부착되어 팬 패턴 스프레이를 생성한다. 노즐 팁은 0.075 인치의 개구를 갖는다. 스프레이 팁은 타이어 내부 표면에 수직인 9.5 인치 거리에서 타이어의 원주 중심선과 일직선으로 배치된다. 분무 순서는 4.0초 동안 발포 제형을 도포하도록 설정되어 있어 타이어 원주의 2.99회 회전에 걸쳐 물질이 도포된다.
이러한 바람직한 예의 물질은 대략 15초의 겔 시간 및 대략 30초의 무점착 시간을 가질 것이다. 이러한 바람직한 실시형태의 발포체 기하 구조는 폭 8 인치 × 두께 1 인치의 단면을 갖는다.
도 1(Fig. 1)은 정지된 스프레이헤드(20) 주위에서 회전하는 타이어(10)를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 실시형태에서, 타이어(10)는 정지된 스프레이헤드(20) 주위에서 회전하는 동안 그 측면이 닿게 놓일 수 있다. 타이어(10)는 외부 트레드 부분(11) 및 측벽 부분(12)으로 이루어질 수 있다. 트레드 부분(11)은 타이어(10)가 사용 중일 때 도로와 마주하는 부분이며, 측벽(12)은 전형적으로는 트레드 부분(11)에 대략 수직인 부분이다. 타이어(10)는 또한 타이어(10)가 사용 중일 때 공기가 저장되는 내부 캐비티를 특징으로 한다. 이러한 내부 캐비티는 내부 트레드 부분(13) 및 내부 측벽 부분(14)을 포함하는 적어도 하나의 내부 타이어 표면을 갖는다. 이러한 내부 부분은 외부 부분에 대응하며 그들의 다른 측면이다.
도면에서 스프레이 헤드(20)는 L자형 화살표로 표시되며, 화살표가 나타내는 지점은 헤드 및 발포 제형 분무 방향을 나타내고, 화살표의 나머지 부분은 타이어의 내부 부분에 가압된 발포체를 분무하는 데 필요한 기계적 구성요소, 튜브 등에 해당한다.
또한, 도 1에는 스프레이헤드에 대한 타이어(10)의 회전 방향(본 도면에서 곡선 화살표로 도시된 타이어의 회전 방향(30))이 도시되어 있다. 이러한 실시형태에서, 타이어(10)는, 타이어(10)의 외부 측벽(12) 중 하나가 닿게 놓이며, 수평면에서 타이어 반경 방향으로, 수평면으로부터 플러스 또는 마이너스 특정 범위(예를 들어, 20, 30, 45, 또는 60도, 등)에서 그 수직 축(지구 중력 방향과 동일선상에 있는 축)을 따라 회전하도록 돌려진다. 발포 제형은 내부 트레드 표면(13) 및/또는 양쪽 측벽 표면(14) 상의 타이어의 내부에 분무된다. 분무는 임의의 개수의 스프레이 노즐 등을 통해 개별적으로 또는 동시에 이러한 내부 표면 상에서 수행할 수 있다.
달리 말하면, 발포 제형이 타이어(10)의 내부 표면(들) 상에 분무될 수 있도록 위치된 스프레이헤드(20) 주위에서 회전되는 동안, 타이어(10)는 그 측벽 부분(12) 중 하나가 닿게 놓인다. 타이어(10)는 임의의 기능적 수단에 의해 회전할 수 있다. 코팅을 일관성 있게 유지하기 위해, 분무는 처지는 것을 허용하도록 하부측보다는 (수직으로 위치된) 내부 트레드 벽(13) 표면의 상부측에 더 초기에 코팅하도록 편향될 수 있다. 전술된 공정은 타이어가 컨베이어 벨트 상에 놓여 있는 동안 수행되어 효율적인 대량 생산이 가능하다.
발포 제형을 도포하는 데 사용되는 스프레이헤드(20)는 일부 실시형태에서 정지된 타이어(10) 주위에서 회전할 수 있다. 타이어(10)는 도 1에 도시된 타이어(10)와 유사하게 배향될 수 있다. 그러나, 일부 실시형태에서, 스프레이헤드(20)는 타이어가 회전하지 않는 동안 이동할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 스프레이헤드(20)는 타이어(10) 내부 표면 상에 발포 제형을 분무하도록 타이어(10) 내에서 회전한다. 이러한 스프레이헤드(20) 회전은 타이어(10)가 컨베이어 벨트 상에서 그 측면이 닿게 놓여있는 동안 로봇 팔의 사용을 포함한 임의의 기능적 수단에 의해 달성될 수 있다.
타이어(10)와 스프레이헤드(20)의 회전 방향(본 도면에서는 곡선 화살표로 도시된 타이어의 회전 방향(30))은 또한 일 실시형태에서 함께 결합되고, 이 타이어(10)와 스프레이헤드(20)의 회전은 서로 반대여서 발포 제형의 고속 도포이 가능하도록 할 수 있음을 유의해야
표준 자동차 타이어(10)는 외부 트레드 부분(11) 및 2개의 측벽(12)을 특징으로 한다. 타이어는 또한 내부 캐비티를 특징으로 하며, 이러한 캐비티의 표면은 내부 라이너이다. 일부 실시형태에서, 발포 제형은 이러한 내부 라이너의 일부분 상에 분무될 수 있다. 내부 캐비티 및/또는 내부 라이너는 유사하게 명명되는 타이어(10)의 외부 부분에 대응하는 내부 트레드 부분(13) 및 2개의 내부 측벽 부분(14)을 특징으로 한다. 발포 제형은 내부 측벽 부분(14) 또는 내부 트레드 부분(13)(또는 두 부분 모두)에 선택적으로 도포될 수 있다.
발포 제형은 또한 소정의 소비자의 요구에 따라 타이어(10)의 내측 상에 패턴으로 또는 무작위로 도포될 수 있다. 예를 들어, 타이어(10)의 롤링(사용 시)은 타이어 캐비티 내측의 원주 방향을 따라 상대적인 공기 흐름을 생성하는 것으로 알려져 있다. 이러한 롤링 유도된 공기 흐름은 특별하게 설계된 기하학적 발포체 패턴의 안팎으로 이동할 수 있다. 이러한 배열에서, 전형적으로 캐비티 공진에 의해 지배되는 음파 에너지는 기공 벽과 발포체의 지지대를 통해 공기가 유입 또는 유출할 때 열의 형태로 소산된다.
하나의 이러한 패턴은 타이어(10)의 내부 트레드 표면(13)을 따라 분무되는 발포체의 규칙적으로 이격된 스트립일 수 있다. 이러한 패턴은 원주 방향으로 이동하는 공기와 관련된 에너지의 소산에 이용될 수 있는 표면적을 최대화한다. 발포체의 스트립은 원주 방향에 대해 정상적인 간격으로 이격된다. 이러한 패턴은 타이어(10)가 노면을 따라 굴러갈 때 차량의 하중 하에 주기적으로 변형되기 때문에 흡음성을 제공하며 박리에 대해 저항한다.
발포 제형은 분무될 수 있을 뿐만 아니라 타이어(10)의 내측 상에 임의의 패턴으로 형성되거나, 조각되거나, 또는 달리는 물리적으로 조작될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 발포체는 사선 패턴으로 형성된다. 더 우수한 소음 감쇠 성능, 내구성 등을 제공하기 위해 상이한 패턴의 발포체가 타이어의 내부에 도포될 수 있다. 상이한 패턴 및/또는 두께의 발포체가 개시된 공정의 소정의 용도에 따라 타이어 내부의 동일하거나 별도의 부분(예를 들어, 측벽(14) 또는 트레드(13) 부분)에 도포될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 타이어(10)는 그 측벽(12)이 닿게 놓여 있는 채로 컨베이어 벨트를 따라 이동될 수 있다. 하나의 외부 타이어 측벽(12)이 컨베이어 벨트 상에 놓여 있을 수 있는 반면, 타이어(10)의 외부 트레드 부분(11)은 벨트에 수직이다(그리고 다른 측벽(12)은 컨베이어에 평행하다). 타이어(10)가 컨베이어 벨트를 따라 이동함에 따라, 스프레이헤드(20)는 위에서 타이어로 유입되어 타이어(10)의 내부 표면 상에 발포 제형을 분무할 수 있다. 스프레이헤드(20)가 아래에서(또는 위 및 아래에서 조화를 이루어) 타이어(10)로 유입되어 발포 제형을 보다 신속하게 도포할 수 있는 다른 실시형태가 전적으로 구상된다.
전술한 바와 같이, 발포 제형을 분배하는 스프레이헤드(20)는 로봇 팔에 배치될 수 있다. 이러한 로봇 팔은 타이어(10) 내에서 스프레이헤드를 조종한 다음 회전(또는 스프레이헤드(20) 주위에서 타이어(10)을 회전시킴)하여 발포 제형을 도포할 수 있다.
폴리우레탄 발포 제형을 전달하는 스프레이헤드(20)는 전형적으로 소정의 제형의 두 성분을 분리된 상태로 유지한 다음(예를 들어, A-측 및 B-측), 제형 성분이 분산됨에 따라 그들을 혼합한다. 스프레이헤드(20)의 한 유형은 제형을 기재 상에 분배하는 출구 노즐을 빠져나가기 전에 혼합 챔버에서 가압된 폴리올 및 이소시아네이트 성분을 혼합하는 T자형 선형 혼합 헤드이다. 이러한 분리에서 기재는 타이어(10)의 내부 표면이다.
발포 제형을 도포하는 임의의 기능적으로 가능한 수단을 사용하여 타이어의 내부 캐비티를 코팅할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 수단은 다른 유형의 스프레이헤드(20), 예를 들어 L자형 혼합 헤드, V자형 선형 혼합 헤드, 또는 4 성분 혼합 헤드를 포함할 수 있다. 개시된 공정의 일 실시형태에서 사용되는 스프레이헤드(20)는 GRACO에서 생산하는 에어리스(airless) 타입 스프레이헤드이다. "에어리스"는 발포체 제형이 타이어의 내부 표면에 분무될 때 스프레이헤드(20)를 통해 추진 가스가 분사되지 않는다는 것을 의미한다. 가스는 클리닝 목적 등을 위해 샷 사이에 스프레이헤드(20)를 통과할 수 있다. 일 실시형태에서 스프레이헤드(20)의 스프레이 팁은 평평한 원뿔형 또는 제트 노즐일 수 있다. 평평한 원뿔은 측면에서 보았을 때 분무된 발포 제형이 팬 형상을 형성하는 분무된 발포체 제형의 공간적 분포를 지칭한다. 제트 노즐은 측면에서 보았을 때 분무된 발포체 제형이 원뿔형 형상을 형성하는 분무된 발포체 제형의 공간적 분포를 지칭한다.
타이어(10)에 대해 사용되는 스프레이헤드(20)의 회전 속도는 1 회전당 0.5 내지 15초(4 내지 120 rpm)일 수 있다. 다중 패스가 만들어질 수 있으며, 타이어(10)가 회전하고 있는 경우, 타이어(10)의 회전 속도는 5 내지 30 rpm으로 일정할 수 있다. 분배 체적 유량은 타이어(10) 상의 발포체 코팅에 대해 달성된 최종 두께를 변화시키기 위해 변경될 수 있다. 발포 제형의 자동 또는 수동 주입도 또한 타이어의 내부 표면에 제형을 분무하는 대신에 또는 분무와 함께 이용될 수 있다.
이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분의 혼합물로부터 생성되는 발포체는 우수한 접착 특성을 갖는다. 이러한 접착은 임의의(또는 훨씬 적은 양의) 접착제 없이도 발포체가 타이어(10)의 내부에 부착된 상태를 유지하는 것을 가능하게 한다.
실시예 및 결과
도포 시험
타이어에 대한 발포 제형의 도포를 시험하기 위해, 중고 타이어(예를 들어, 5000마일 미만으로 사용된 타이어)를 이 실험에 사용하였다. 중고 타이어에서 타이어 섹션을 절단하였다. 이러한 섹션은 타이어 트레드(타이어에 따라 6 내지 8 인치) 너비로 대략 2 인치 폭이었으며, 필요에 따라 도포하기 전에 최소한의 분진 및 먼지를 제거하였다. 하기 표 2A, 2B, 3A, 3B에 나타낸 샘플의 경우, 폴리올 및 이소시아네이트를 작은 용기에서 블렌딩한 다음 타이어 섹션에 부었다. 대략 25 내지 35 그램의 폴리올을 흄 후드 내의 600 ml 플라스틱 용기에서 표에 나열된 해당 비율로 이소시아네이트와 혼합하였다. 실험실과 흄 후드는 23℃에서 유지하였다. 물질을 즉시(3초 이내) 전단 블레이드 믹서로 3 내지 5초 동안 블렌딩하고, 즉시(1.5초 이내) 타이어 샘플 상에 부었다. 발포 제형이 타이어 샘플을 덮었으며, 타이어 샘플의 가장자리에서 흘러 나온 과량의 제형을 제거하였다.
타이어 섹션은 또한 타이어 섹션에 발포체를 도포하기 위해 고압 또는 저압 기계(전술한 바와 같음)로부터의 발포 제형 흐름 하에 인덱싱할 수 있다. 대안적으로, 폴리올 및 이소시아네이트를 손으로 혼합하여 타이어 섹션에 부을 수 있다.
[표 1]
Figure pct00001
Figure pct00002
[표 2A]
Figure pct00003
[표 2B]
Figure pct00004
[표 3A]
Figure pct00005
[표 3B]
Figure pct00006
접착 불량의 유형과 관련하여: 발포된 물질(표 2A 및 2B에서)을 손의 힘을 사용하여 타이어 표면으로부터 잡아 당긴다. 타이어 상에 임의의 잔유물 없이 발포체가 타이어 표면으로부터 박리되는 경우, 접착 불량으로 간주한다(표 3A 및 3B에서 A로 표시). 발포체가 인열되어 타이어 표면 상에 잔유물이 남는 경우, 점착 불량으로 간주한다(표 3A 및 3B에서 C로 표시).
겔 시간 및 무점착 시간과 관련하여: 표 2A 및 2B의 제형으로부터 사전 블렌딩된 폴리올을 이소시아네이트와 혼합(고압 기계 사용)한 다음, 타이어 표면 상에 분배하였다. 분배가 개시되자마자 스톱워치를 시작하였으며, 겔 시간은 발포체가 스트링을 형성하는 시간(나무 설압자로 확인)이다. 무점착 시간은 수지 분배한 시간부터 힘으로 가압하였을 때 발포체 표면이 나무 설압자에 들러붙지 않는 시간까지의 시간이다.
흡음 시험 ASTM E1050
ASTM E1050은 다공질 및 다공성 물질의 흡음 성능(SAC)을 측정하기 위한 표준 시험 방법이다. SAC의 이론적인 범위는 0과 1 사이에서 변할 수 있으며, 여기서 값 1은 물질이 입사음의 100%를 흡수함을 나타내고, 0은 샘플이 어떤 소리도 흡수하지 않음을 나타낸다.
일부 폴리우레탄 발포체의 경우, 일반적으로 폼이 일단 형성되면 표피가 형성될 수 있다. 이러한 표피는 발포체가 소리를 흡수하는 것을 방지하거나 억제할 수 있으며; 따라서, SAC 측정은 표피가 있거나 없는 실험 샘플(이를 포함하는 발포 제형)에 대해 이루어졌다. 아래 표 4의 시험 결과 데이터는 600 ㎐ 초과의 흡음 계수(α)에서 표피가 있는/표피가 없는 샘플 차이가 매우 우세함을 보여준다. 그러나, 발포체 상의 표피의 존재는 타이어 캐비티 공진 소음이 승객에게 있는 150 내지 250 ㎐ 사이의 관심 주파수 범위에서 흡음 성능에 크게 영향을 미치지 않는다. 주파수 범위는 더 큰 직경을 갖는 타이어를 장착한 트럭 및 버스의 경우에는 이러한 범위보다 훨씬 더 낮다. 이는 타이어 캐비티 공진 주파수가 타이어 캐비티의 내경과 외경의 평균에 반비례하기 때문이다. 따라서, 타이어의 내측에 형성된 발포체 라이닝 상의 표피의 존재는 본원에서 개시되는 공정의 대부분의 도포를 위한 발포체 소음 감쇠에 현저한 영향을 미치지 않아야 한다.
[표 4]
Figure pct00007
Figure pct00008
타이어/림 어셈블리 모델의 캐비티 압력
에어 캐비티 공진에 대한 음향 발포체의 효과를 이해하기 위해, VA-One 소프트웨어 어플리케이션을 사용하여 간단한 고정식 진동-음향 모델을 개발하였다. 이러한 모델은 에어 캐비티로 둘러싸인 휠 림을 구성한다. 에어 캐비티는 12.5" 높이 × 3.75" 폴 × 29" 외경을 갖는 고리형의 직사각형 토로이드(annular rectangular toroid)로 모델링된다. 림은 3 mm 두께의 벽을 갖고 알루미늄으로 제조된 컵으로 모델링된다. 음향 요소를 사용하여 에어 캐비티를 이산화(discretizing)하고 구조 요소를 사용하여 림을 이산화함으로써, 유한 요소 해석(Finite element analysis)을 수행하였다. 타이어-도로 여기를 에뮬레이트하기 위해, 에어 캐비티의 요소 중 하나를 무작위 진동으로 여기한다. 마지막으로, 도로 표면은 입사하는 압력파의 100%를 반사하는 경질 표면으로 모델링된다.
타이어 캐비티 소음의 영향은 타이어 내측의 캐비티 압력과 0.8 m에서의 림 표면의 방사 압력(radiated pressure)을 측정함으로써 연구한다. 이어서, 림 표면 상의 속도 정보를 사용하는 경계 요소 알고리즘을 사용하여 멀리 떨어진 표면 상의 압력을 계산하였다.
이러한 컴퓨터화된 모델링의 결과는 아래 표 5A 및 5B에서 확인할 수 있다. 그들은 음향 감쇠가 증가함에 따라 더 낮은 주파수로 이동된 캐비티 압력 스펙트럼(약 180 ㎐)의 캐비티 공진 피크를 보여주며, 이는 감쇠를 추가함으로써 공진 주파수가 감소하는 단일 자유도 역학과 일치한다. 또한, α가 증가함에 따라 공진 피크 높이가 낮아진다. 캐비티 공진 피크 강도의 유사한 감소 경향은 또한 방사 압력 스펙트럼에 대해서도 마찬가지이며, 캐비티 공진 피크는 거의 완전히 억제된다.
이러한 결과는 약 10%의 흡음을 제공하는 시험된 발포 물질(발포 제형)이 타이어 내측의 방사 압력 및 캐비티 압력의 강도를 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 시사한다. 또한, 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있는 바와 같이, 광범위한 음향 발포체(임피던스 튜브에서 측정한 α)를 음향 소음의 억제에 사용할 수 있다는 것을 시사한다.
[표 5A]
Figure pct00009
Figure pct00010
[표 5B]
Figure pct00011
Figure pct00012
발포체 두께의 영향도 또한 컴퓨터화된 모델로 시험하였으며, 이러한 결과는 아래 표 5C 및 5D에 나타나 있다. 방사 압력 및 캐비티 압력 스펙트럼 모두에서 캐비티 공진 피크는 발포체 두께가 증가함에 따라 강도가 감소하고 피크 주파수가 감소한다. 또한, 방사 압력은 캐비티 압력보다도 더 크게 억제되었다. 이것은, 발포체가 타이어의 내부 표면에 도포될 때, 시험한 가장 얇은 발포체(두께 5 mm)가 어느 정도의 소음을 억제할 수 있다는 것을 의미하고, 더 두꺼운 발포체는 훨씬 더 우수하게 억제한다는 것을 의미한다.
[표 5C]
Figure pct00013
Figure pct00014
[표 5D]
Figure pct00015
Figure pct00016
트레드 내부 표면 대 측벽 모델에 대한 발포체의 영향
상기 시뮬레이션에서, 발포체 처리는 타이어의 모든 내부 표면 상에 도포하였다. 타이어의 내부 트레드 표면에만 또는 타이어의 내부 측벽 표면에만 발포체를 첨가하는 경우에 어떤 이점이 있는지를 이해하기 위해 또 다른 시뮬레이션을 수행하였다. 하나의 모델은 내부 측벽에만 발포체를 도포한 것을 특징으로 하는 반면, 다른 모델은 내부 트레드 표면에만 도포한 모델이다.
도포된 발포체의 양은 두 가지 모델 시나리오에서 일정하게 유지하였다. 이는, 측벽과 트레드 내부 표면(각각 9.4 mm 대 5 mm)에 다른 두께의 발포체 처리를 적용하여, 트레드 내부 표면에 비해 측벽을 표면적이 작게 하는 것에 의해 달성하였다. 발포체 물질 파라미터는 정확히 동일하게 정의하였다(두께가 다르기 때문에 알파 값이 다름).
두 모델에 대한 방사 압력 및 캐비티 압력 스펙트럼의 결과는 아래 표 6A 및 6B에 나타나 있다. 결과는 타이어의 트레드 내부 표면 상에 동일한 양의 발포체를 도포하는 것보다는 내부 측벽 표면 상에 발포체를 도포하는 것이 캐비티 공진 주파수에서 더 우수한 음향 성능을 제공한다는 것을 시사한다.
[표 6A]
Figure pct00017
Figure pct00018
[표 6B]
Figure pct00019
Figure pct00020

Claims (9)

  1. 타이어 상에 발포 제형(foaming formulation)을 분배하는 방법으로서,
    적어도 하나의 내부 표면, 적어도 하나의 외부 측벽 부분, 및 적어도 하나의 외부 트레드 부분을 포함하는 타이어; 및
    발포체 제형을 포함하며;
    상기 발포체 제형은 상기 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되고, 상기 타이어는 상기 발포체 제형이 분배되는 동안 타이어가 적어도 하나의 외부 측벽 부분이 닿게 놓일 수 있도록 배향되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배된 발포체 제형은 폴리우레탄 발포체를 형성하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발포 제형은 적어도 폴리아민 또는 폴리에테르아민을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 스프레이헤드를 추가로 포함하며, 상기 발포 제형은 상기 스프레이헤드를 통해 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스프레이헤드는 상기 발포 제형이 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되는 동안 회전하는, 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 타이어는 상기 발포 제형이 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되는 동안 그 자체의 수직 축을 따라 회전하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 타이어의 적어도 하나의 내부 표면은 적어도 하나의 내부 측벽 부분 및 적어도 하나의 내부 트레드 부분을 포함하고, 상기 발포 제형은 타이어의 내부 표면의 적어도 하나의 내부 측벽 부분 또는 적어도 하나의 내부 트레드 부분 상에 분배되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발포 제형은 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 패턴으로 분배되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발포 제형은 타이어의 적어도 하나의 내부 표면 상에 분배되고, 상기 타이어는 수평면에서 타이어의 반경 방향으로 그 수직 축을 따라 배향되고, 수평면에서 상기 타이어의 반경 방향은 수평면으로부터 플러스(+) 또는 마이너스(-) 20, 30, 45 또는 60도인, 방법.
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