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KR20240119482A - Carbon fiber conveyor belt - Google Patents

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KR20240119482A
KR20240119482A KR1020230011584A KR20230011584A KR20240119482A KR 20240119482 A KR20240119482 A KR 20240119482A KR 1020230011584 A KR1020230011584 A KR 1020230011584A KR 20230011584 A KR20230011584 A KR 20230011584A KR 20240119482 A KR20240119482 A KR 20240119482A
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KR
South Korea
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carbon fiber
carbon
fiber sheet
conveyor belt
unidirectional
Prior art date
Application number
KR1020230011584A
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Korean (ko)
Inventor
김재복
김수아
김연희
김대훈
김대영
Original Assignee
주식회사 덕진신소재
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Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 덕진신소재 filed Critical 주식회사 덕진신소재
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Abstract

본 발명은 “(주)덕진신소재 발전전략체계 구축 및 사업 확장 컨설팅“의 연구결과로 창안된 것으로서, 탄소섬유들이 길이 방향으로 배열된 일방향 탄소섬유시트(unidirectional carbon fabric)와, 상기 일방향 탄소섬유시트의 상면과 하면에 결합된 접착고무로 구성된 탄소 코어를 구비한다. 따라서 탄소섬유의 높은 탄성계수로 인해 컨베이어 벨트의 낮은 신율 확보가 가능할 뿐만 아니라 경량화도 가능하다. 또한 일방향 탄소섬유시트를 사용함으로써 길이 방향의 인장이 주응력으로 작용하는 컨베이어 벨트에 있어서 더 높은 물성치를 확보할 수 있다. This invention was created as a result of research on “Deokjin Advanced Materials Development Strategy System Construction and Business Expansion Consulting,” which includes a unidirectional carbon fiber sheet in which carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and the unidirectional carbon fiber sheet. It has a carbon core composed of adhesive rubber bonded to the upper and lower surfaces of the. Therefore, the high elastic modulus of carbon fiber not only makes it possible to secure a low elongation of the conveyor belt, but also makes it lightweight. Additionally, by using a unidirectional carbon fiber sheet, higher physical properties can be secured in a conveyor belt where longitudinal tension acts as the main stress.

Description

탄소섬유 컨베이어 벨트{Carbon fiber conveyor belt}Carbon fiber conveyor belt}

본 발명은 탄소섬유 컨베이어 벨트에 관한 것이다.The present invention relates to carbon fiber conveyor belts.

컨베이어 벨트는 운반 및 물류 시스템에서 다양하게 사용되고 있다. 특히 발전소, 석산, 광산 등에서 취급하는 중량물을 운반하는 데 사용되는 컨베이어 벨트의 경우에는 강한 인장력과 내구성이 요구되기 때문에 스틸 코드(steel cord)를 보강재로 사용한 스틸 코드 컨베이어 벨트가 주로 사용된다.Conveyor belts are used in a variety of transportation and logistics systems. In particular, in the case of conveyor belts used to transport heavy objects handled in power plants, rock mines, mines, etc., strong tensile strength and durability are required, so steel cord conveyor belts using steel cord as a reinforcement material are mainly used.

도 1에 도시된 바와 같이, 스틸 코드 컨베이어 벨트는 탄소강으로 이루어진 스틸 코드(41) 주위를 접착고무(42)들이 감싸고 있는 스틸 코어(40)가 상부 커버고무(20)와 하부 커버고무(30) 사이에 개재된 구조로 형성된다.As shown in Figure 1, the steel cord conveyor belt has a steel core (40) with adhesive rubber (42) wrapped around a steel cord (41) made of carbon steel, and an upper cover rubber (20) and a lower cover rubber (30). It is formed as a structure sandwiched between them.

그런데 기존의 스틸 코드 컨베이어 벨트는 높은 무게 및 스틸 코드(41)와 접착고무(42) 간의 접착이 약하여 섬유 뽑힘 등이 발생하는 단점이 있다. 이에 대한 대응으로 나일론이나 폴리에스터를 활용한 컨베이어 벨트가 시제품으로 존재하나 신율(Elongation )이 높은 단점이 있다.However, the existing steel cord conveyor belt has the disadvantage of high weight and weak adhesion between the steel cord 41 and the adhesive rubber 42, which causes fiber pulling out. In response to this, conveyor belts using nylon or polyester exist as prototypes, but they have the disadvantage of high elongation.

또한 일반적으로 컨베이어 벨트는 생산 시 롤 형태로 연속 생산되나 컨베이어에 장착하기 위해서는 절단, 장비 장착 후 다시 접착하여 사용되는데, 스틸 코드 컨베이어 벨트는 이러한 과정이 매우 복잡한 단점이 있다.In addition, conveyor belts are generally produced continuously in roll form during production, but in order to be mounted on a conveyor, they are cut, installed on equipment, and then glued together again. However, steel cord conveyor belts have the disadvantage that this process is very complicated.

한국등록실용신안(20-0202844)Korean registered utility model (20-0202844)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 탄소섬유 컨베이어 벨트를 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide a carbon fiber conveyor belt that can solve the above-mentioned problems.

상기 목적을 달성하기 위한 탄소섬유 컨베이어 벨트는,The carbon fiber conveyor belt to achieve the above purpose is,

탄소섬유들이 길이 방향으로 배열된 일방향 탄소섬유시트(unidirectional carbon fabric)와, 상기 일방향 탄소섬유시트의 상면과 하면에 결합된 접착고무로 구성된 탄소 코어;A carbon core composed of a unidirectional carbon fiber sheet (unidirectional carbon fabric) in which carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and adhesive rubber bonded to the upper and lower surfaces of the unidirectional carbon fiber sheet;

상기 탄소 코어의 상면에 결합되는 상부 커버고무; 및an upper cover rubber coupled to the upper surface of the carbon core; and

상기 탄소 코어의 하면에 결합되는 하부 커버고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes a lower cover rubber coupled to the lower surface of the carbon core.

본 발명은 “(주)덕진신소재 발전전략체계 구축 및 사업 확장 컨설팅“의 연구결과로 창안된 것으로서, 탄소섬유들이 길이 방향으로 배열된 일방향 탄소섬유시트(unidirectional carbon fabric)와, 상기 일방향 탄소섬유시트의 상면과 하면에 결합된 접착고무로 구성된 탄소 코어를 구비한다. 따라서 탄소섬유의 높은 탄성계수로 인해 컨베이어 벨트의 낮은 신율 확보가 가능할 뿐만 아니라 경량화도 가능하다. 또한 일방향 탄소섬유시트를 사용함으로써 길이 방향의 인장이 주응력으로 작용하는 컨베이어 벨트에 있어서 더 높은 물성치를 확보할 수 있다.This invention was created as a result of research on “Deokjin Advanced Materials Development Strategy System Construction and Business Expansion Consulting,” which includes a unidirectional carbon fiber sheet in which carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and the unidirectional carbon fiber sheet. It has a carbon core composed of adhesive rubber bonded to the upper and lower surfaces of the. Therefore, the high elastic modulus of carbon fiber not only makes it possible to secure a low elongation of the conveyor belt, but also makes it lightweight. Additionally, by using a unidirectional carbon fiber sheet, higher physical properties can be secured in a conveyor belt where longitudinal tension acts as the main stress.

본 발명은 복수 개의 단위 일방향 탄소섬유시트와 접착고무를 적층하여 목표 성능의 탄소 코어를 구현한다. 이로 인해, 각 플라이(ply) 별로 계단(stepped) 형상으로 절단할 수 있어 컨베이어 벨트의 장착 및 수리 시 계단 방식 접합을 시행하는데 용이하다. 또한 단위 일방향 탄소섬유시트와 접착고무의 적층 개수에 따라 탄소 코어의 두께와 강도를 자유롭게 조절할 수 있어 컨베이어 벨트의 주문 제작이 용이해진다.The present invention implements a carbon core with target performance by laminating a plurality of unit unidirectional carbon fiber sheets and adhesive rubber. Because of this, each ply can be cut into a stepped shape, making it easy to perform stepped jointing when installing and repairing a conveyor belt. In addition, the thickness and strength of the carbon core can be freely adjusted depending on the number of stacks of unit unidirectional carbon fiber sheets and adhesive rubber, making custom manufacturing of conveyor belts easier.

도 1은 기존 스틸 코드 컨베이어 벨트를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트를 나타낸 도면이다.
도 3은 탄소섬유시트를 나타낸 도면으로, (a)는 능직 탄소섬유시트, (b)는 평직 탄소섬유시트, (c)는 스티칭된 일방향 탄소섬유를 나타낸다.
도 4는 드래프팅이 발생한 능직 탄소섬유시트를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트의 탄소 코어를 나타낸 도면이다.
도 6은 RVE(representative volume element) 모델을 나타낸 도면이다.
도 7은 탄소 코어의 부피율(Vf)에 따른 강도를 나타낸 그래프다.
도 8은 탄소 코어의 부피율(Vf)에 따른 강성을 나타낸 그래프다.
도 9는 탄소 코어의 부피율(Vf)에 따른 두께를 나타낸 그래프다.
도 10은 탄소 코어의 부피율(Vf)에 따른 밀도를 나타낸 그래프다.
Figure 1 is a diagram showing an existing steel cord conveyor belt.
Figure 2 is a diagram showing a carbon fiber conveyor belt according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a carbon fiber sheet, (a) shows a twill weave carbon fiber sheet, (b) shows a plain weave carbon fiber sheet, and (c) shows a stitched unidirectional carbon fiber.
Figure 4 is a diagram showing a twill woven carbon fiber sheet in which drafting occurred.
Figure 5 is a diagram showing the carbon core of a carbon fiber conveyor belt according to a second embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a representative volume element (RVE) model.
Figure 7 is a graph showing the strength according to the volume fraction (Vf) of the carbon core.
Figure 8 is a graph showing the stiffness according to the volume fraction (Vf) of the carbon core.
Figure 9 is a graph showing the thickness according to the volume fraction (Vf) of the carbon core.
Figure 10 is a graph showing density according to the volume fraction (Vf) of the carbon core.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트를 자세히 설명한다.Hereinafter, the carbon fiber conveyor belt according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트는 탄소 코어(10), 상부 커버고무(20), 하부 커버고무(30)로 구성된다. As shown in FIG. 2, the carbon fiber conveyor belt according to the first embodiment of the present invention is composed of a carbon core 10, an upper cover rubber 20, and a lower cover rubber 30.

[탄소 코어(10)][Carbon Core (10)]

탄소 코어(10)는 상부 커버고무(20)와 하부 커버고무(30) 사이에 개재된다.The carbon core 10 is interposed between the upper cover rubber 20 and the lower cover rubber 30.

탄소 코어(10)는 탄소섬유들이 길이 방향으로 배열된 일방향 탄소섬유시트(unidirectional carbon fabric)(11)와, 일방향 탄소섬유시트(11)를 둘러싼 접착고무(12)로 구성된다. 일방향 탄소섬유시트(11)는 보강재로 기능하며, 접착고무(12)는 일방향 탄소섬유시트(11)를 상부 커버고무(20)와 하부 커버고무(30)에 결합시킨다. 접착고무(12)는 점성이 낮은 2형 고무 접착제가 경화되어 형성된다. 1형 고무 접착제는 점성이 높아 일방향 탄소섬유시트(11)로 함침성이 좋지 않기 때문이다.The carbon core 10 is composed of a unidirectional carbon fiber sheet 11 in which carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and adhesive rubber 12 surrounding the unidirectional carbon fiber sheet 11. The one-way carbon fiber sheet (11) functions as a reinforcing material, and the adhesive rubber (12) connects the one-way carbon fiber sheet (11) to the upper cover rubber (20) and the lower cover rubber (30). The adhesive rubber 12 is formed by curing a type 2 rubber adhesive with low viscosity. This is because type 1 rubber adhesive has high viscosity and has poor impregnability into the unidirectional carbon fiber sheet (11).

한편, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 탄소 코어(10)의 보강재로 탄소섬유를 능직으로 직조한 능직 탄소섬유시트, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 탄소섬유를 평직으로 직조한 평직 탄소섬유시트, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 스팅칭된 일방향 탄소섬유시트(11)를 사용할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 3(a), a twill carbon fiber sheet in which carbon fiber is woven in a twill weave as a reinforcing material of the carbon core 10, and a plain weave in which carbon fiber is woven in a plain weave as shown in FIG. 3(b). A carbon fiber sheet, a unidirectional carbon fiber sheet 11 that has been stitched as shown in FIG. 3(c), can be used.

능직 탄소섬유시트twill carbon fiber sheet

그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소 코어(10)의 보강재로 능직 탄소섬유시트를 사용할 경우, 상부 커버고무(20), 탄소 코어(10), 하부 커버고무(30)를 적층한 후 열판프레스로 압축하여 경화 시, 고무의 눌림으로 인해 탄소섬유시트의 드래프팅(drafting)이 심하게 발생한다. 따라서, 능직 탄소섬유시트는 탄소 코어(10)의 보강재로 사용하기에 한계가 있다.However, as shown in Figure 4, when using a twill carbon fiber sheet as a reinforcing material of the carbon core 10, the upper cover rubber 20, the carbon core 10, and the lower cover rubber 30 are stacked and then used as a heat plate. When compressed with a press and hardened, severe drafting of the carbon fiber sheet occurs due to the compression of the rubber. Therefore, there are limitations in using the twill carbon fiber sheet as a reinforcing material for the carbon core 10.

평직 탄소섬유시트, 일방향 탄소섬유시트Plain weave carbon fiber sheet, unidirectional carbon fiber sheet

한편, 평직 탄소섬유시트는 능직 탄소섬유시트에 비해 드래프팅에 높은 저항성을 있으므로, 탄소 코어(10)의 보강재로 사용할 수 있으나, 컨베이어 벨트는 길이 방향 인장이 주응력이기 때문에, 일방향 탄소섬유시트(11)를 탄소 코어(10)의 보강재로 적용 시 더 높은 기계적 물성치를 확보할 수 있다. 따라서 평직 탄소섬유시트보다는 일방향 탄소섬유시트(11)를 탄소 코어(10)의 보강재로 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 일방향 탄소섬유시트(11)를 구성하는 일방향 탄소섬유들은 드래프팅 되지 않도록 바느질 실에 의해 서로 스티칭(stitching)되어 있다. 제1실시예에서 일방향 탄소섬유시트(11)는 1장이며, 탄소 코어(10)가 목표 인장 성능에 부합하도록, 설정된 개수(3K,5K,8K,12K,15K 등)의 일방향 탄소섬유들로 구성된다.On the other hand, plain weave carbon fiber sheets have higher resistance to drafting than twill weave carbon fiber sheets, so they can be used as reinforcing materials for the carbon core 10. However, since longitudinal tension is the main stress in conveyor belts, one-way carbon fiber sheets (11) ) can be used as a reinforcing material for the carbon core 10 to secure higher mechanical properties. Therefore, it is preferable to use a unidirectional carbon fiber sheet 11 rather than a plain weave carbon fiber sheet as a reinforcing material for the carbon core 10. Here, the unidirectional carbon fibers constituting the unidirectional carbon fiber sheet 11 are stitched together with sewing thread to prevent drafting. In the first embodiment, there is one unidirectional carbon fiber sheet 11, and the carbon core 10 is made of a set number (3K, 5K, 8K, 12K, 15K, etc.) of unidirectional carbon fibers to meet the target tensile performance. It is composed.

[상부 커버고무(20), 하부 커버고무(30)][Upper cover rubber (20), lower cover rubber (30)]

상부 커버고무(20)는 탄소 코어(10)의 상면에 접착고무(12)에 의해 결합된다. 하부 커버고무(30)는 탄소 코어(10)의 하면에 접착고무(12)에 의해 결합된다. 상부 커버고무(20)와 하부 커버고무(30)의 두께는 이송해야 할 제품에 따라 다르게 형성된다. The upper cover rubber (20) is coupled to the upper surface of the carbon core (10) by adhesive rubber (12). The lower cover rubber (30) is coupled to the lower surface of the carbon core (10) by adhesive rubber (12). The thickness of the upper cover rubber 20 and the lower cover rubber 30 is formed differently depending on the product to be transported.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트를 자세히 설명한다.Hereinafter, a carbon fiber conveyor belt according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 제2실시예에 따른 탄소섬유 컨베이어 벨트는 탄소 코어(10)의 구성에 있어서 제1실시예와 차이가 있다. 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다. 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 적용한다.The carbon fiber conveyor belt according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in the configuration of the carbon core 10. Detailed description of the same configuration is omitted. The same symbol applies to the same configuration.

[탄소 코어(10)][Carbon Core (10)]

도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에서는 탄소 코어(10)의 일방향 탄소섬유시트가 복수 개의 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)들로 구성된다.As shown in FIG. 5, in the second embodiment, the unidirectional carbon fiber sheet of the carbon core 10 is composed of a plurality of unit unidirectional carbon fiber sheets 11a.

제1실시예에서는 탄소 코어(10)가 15K 탄소섬유로 형성된 한 장의 일방향 탄소섬유시트(11)로 이루어진다면, 제2실시예에서는 탄소 코어(10)가 3K 탄소섬유로 형성된 단위 일방향 탄소섬유시트(11a) 5장으로 이루어지거나 5K 탄소섬유로 형성된 단위 일방향 탄소섬유시트(11a) 3장으로 이루어진다. 따라서, 보다 다양하게 두께 및 강도 조절이 가능하다.In the first embodiment, the carbon core 10 is made of a single unidirectional carbon fiber sheet 11 made of 15K carbon fiber, while in the second embodiment, the carbon core 10 is made of a unit unidirectional carbon fiber sheet made of 3K carbon fiber. (11a) consists of 5 sheets or 3 sheets of unit unidirectional carbon fiber sheet (11a) formed of 5K carbon fiber. Therefore, thickness and strength can be adjusted in more diverse ways.

단위 일방향 탄소섬유시트(11a)는 제1실시예의 일방향 탄소섬유시트(11)와 마찬가지로 탄소섬유들이 길이 방향으로 배열되며, 탄소섬유들은 바느질실로 서로 스티칭된다.In the unit unidirectional carbon fiber sheet 11a, like the unidirectional carbon fiber sheet 11 of the first embodiment, carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and the carbon fibers are stitched together with sewing thread.

제2실시예에서는 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)의 상면과 하면에 접착고무(12)를 적층한 후 압축 및 가열된 단위 적층체(lamina)를 우선 만든다. 그런 다음, 단위 적층체들을 쌓아 탄소섬유 컨베이어 벨트를 제작한다.In the second embodiment, adhesive rubber 12 is laminated on the upper and lower surfaces of the unit unidirectional carbon fiber sheet 11a, and then a compressed and heated unit laminate (lamina) is first created. Then, the unit laminates are stacked to produce a carbon fiber conveyor belt.

그 이유는 다음과 같다.The reason for this is as follows.

단위 일방향 탄소섬유시트(11a) 상면에 2형 고무 접착제를 바르고, 그 2형 고무 접착제 위에 다른 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)를 쌓고, 이를 반복한 후 한꺼번에 가압하여 탄소섬유 컨베이어 벨트를 제작하는 핸드 레이업(hand lay-up) 방식은, 가압시 2형 고무 접착제가 적층된 단위 일방향 탄소섬유시트(11a) 사이로 쉽게 빠져나와, 2형 고무 접착제가 경화되어 만들어지는 접착고무(12)의 두께가 얇아지게 된다. 이렇게 접착고무(12)의 두께가 얇아질 경우, 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)들과 접착고무(12)의 층간 결합이 낮아 층간 분리가 쉽게 발생하거나, 층간 분리가 발생하지 않더라도 충분한 층간 결합 강도가 확보되지 않는다. 왜냐하면 접착고무(12)의 두께가 두꺼울수록 높은 층간 결합 강도를 가지는데, 핸드 레이업(hand lay-up) 방식의 경우 층 사이의 거리가 좁아 층간 결합 강도가 낮아지기 때문이다.A hand that applies type 2 rubber adhesive to the upper surface of the unit unidirectional carbon fiber sheet (11a), stacks other unit unidirectional carbon fiber sheets (11a) on top of the type 2 rubber adhesive, repeats this, and presses them all at once to produce a carbon fiber conveyor belt. In the hand lay-up method, when pressed, the type 2 rubber adhesive easily comes out between the laminated unit unidirectional carbon fiber sheets (11a), and the thickness of the adhesive rubber (12) made by curing the type 2 rubber adhesive is It becomes thinner. When the thickness of the adhesive rubber 12 is reduced in this way, the interlayer bond between the unit unidirectional carbon fiber sheets 11a and the adhesive rubber 12 is low, so that interlayer separation easily occurs, or sufficient interlayer bond strength even if interlayer separation does not occur. is not secured. This is because the thicker the adhesive rubber 12 is, the higher the interlayer bonding strength is, but in the case of the hand lay-up method, the distance between layers is narrow and the interlayer bonding strength is lowered.

제2실시예는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)의 상면에 2형 고무 접착제를 발라, 2형 고무 접착제가 충분히 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)로 함침되고 경화되어 형성된 접착고무(12)와, 단위 일방향 탄소섬유시트(11a)로 구성된 단위 적층체를 먼저 만든다.In the second embodiment, in order to solve this problem, a type 2 rubber adhesive is applied to the upper surface of the unit unidirectional carbon fiber sheet 11a, and the type 2 rubber adhesive is sufficiently impregnated and cured into the unit unidirectional carbon fiber sheet 11a. First, a unit laminate consisting of adhesive rubber (12) and unit unidirectional carbon fiber sheet (11a) is made.

이렇게 만든 단위 적층제들을 설정된 컨베이어 벨트 두께가 되게 쌓고 가압하면, 단위 적층제들이 접촉하는 면에서만 접착고무(12)가 살짝 용융되어, 그 용융된 접착고무(12)에 의해 단위 적층제들이 결합된다. 이 경우, 접착고무(12)가 외부로 거의 빠져나가지 않아, 접착고무(12)의 두께는 거의 변하지 않게 된다. 결국 적층된 단위 적층제들로 구성된 탄소섬유 컨베이어 벨트에서 접착고무(12) 두께는 설정된 두께와 거의 동일하여, 층간 결합 강도는 그대로 유지된다.When the unit laminates made in this way are stacked to the set conveyor belt thickness and pressed, the adhesive rubber 12 is slightly melted only on the surface where the unit laminates are in contact, and the unit laminates are bonded by the melted adhesive rubber 12. . In this case, the adhesive rubber 12 hardly escapes to the outside, so the thickness of the adhesive rubber 12 remains almost unchanged. Ultimately, in a carbon fiber conveyor belt composed of laminated unit laminates, the thickness of the adhesive rubber 12 is almost the same as the set thickness, and the interlayer bonding strength is maintained as is.

비교예Comparative example

일반적으로 스틸 코드 컨베이어 벨트의 규격은 ST - XXXX 로 이루어져 있으며, 뒤 숫자는 벨트의 단위 길이당 인장력(N/mm)을 나타낸다.In general, the standard for steel cord conveyor belts is ST - XXXX, with the last number indicating the tensile force per unit length of the belt (N/mm).

ST 2500의 경우, 코드의 직경은 6.8mm, 코드의 간격은 15mm, 코드의 구조는 7x19 이며, 스틸 코드의 단위 면적당 인장력은 367.6MPa로 계산된다.In the case of ST 2500, the diameter of the cord is 6.8mm, the cord spacing is 15mm, the cord structure is 7x19, and the tensile force per unit area of the steel cord is calculated to be 367.6MPa.

탄소강의 부피와 고무의 부피를 고려 시 도출되는 스틸 코드로 구성된 스틸 코어의 밀도는 아래 표와 같다.The density of the steel core composed of steel cord derived by considering the volume of carbon steel and the volume of rubber is shown in the table below.

고무rubber 탄소강carbon steel 스틸 코어 steel core 밀도(g/cm3)Density (g/cm3) 1.31.3 88 3.693.69

<스틸 코어의 밀도><Density of steel core>

실험예Experiment example

스티칭된 일방향 탄소섬유시트를 보강재로 사용한 탄소섬유 컨베이어 벨트의 기계적 물성치 예측을 위해 상용 프로그램 Digimat을 활용하여 Multi scale Modeling 해석을 진행하였다.Multi-scale modeling analysis was performed using the commercial program Digimat to predict the mechanical properties of a carbon fiber conveyor belt using stitched unidirectional carbon fiber sheets as reinforcement.

물성치의 획득 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, Micro 및 Meso 모델링을 통해 대표 단위군인 RVE(representative volume element) 모사하며 구조 해석 후 획득하였으며, 대표 부피율(Volume fraction, Vf)은 60% 선정하였으며, 해석에 적용된 탄소섬유 및 고무의 물성치는 아래 표 2, 표 3과 같다.As shown in Figure 6, the method of obtaining the physical properties was obtained after structural analysis by simulating the representative volume element (RVE), a representative unit group, through micro and meso modeling, and the representative volume fraction (Vf) was selected as 60%. , The physical properties of carbon fiber and rubber applied in the analysis are shown in Tables 2 and 3 below.

<탄소섬유의 물성치><Physical properties of carbon fiber>

<고무의 물성치><Physical properties of rubber>

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 해석을 통해 획득된 부피율(Vf) 60%일 때 탄소 코어의 극한 인장 강도(Ultimate tensile Strength)는 2491.1MPa, 강성(Stiffness)은 138,397MPa이며, 이때 적층체의 두께는 0.2mm며, 이는 건조 섬유(Dry fabric) 두께에 근접한다.As shown in Figures 7 and 8, when the volume fraction (Vf) obtained through analysis is 60%, the ultimate tensile strength of the carbon core is 2491.1 MPa and the stiffness is 138,397 MPa. The thickness of the laminate is 0.2 mm, which is close to the thickness of dry fabric.

초탄성체인 고무의 두께가 두꺼울수록 전단강도(strength)가 증가하는 영향을 보인다. 일반적인 고무의 접합을 위해서는 50μm 이상의 접착제 두께가 권장된다. 이후 접합을 위해서는 탄소 코어를 계단(stepped) 형상으로 절단을 해야 접착이 용이하기 때문에 각 플라이(ply) 별로 일정 이상 두께가 필요하며 부피율(Vf)에 따른 두께는 도 9에 도시된 바와 같다. 탄소섬유의 밀도는 1.7g/cm3 이며, 이때 부피율(Vf)에 따른 탄소 코어의 밀도는 도 10에 도시된 바와 같다. 최종 탄소 코어의 물성치는 아래 표 4와 같다. As the thickness of the superelastic rubber increases, the shear strength increases. For general rubber bonding, an adhesive thickness of 50μm or more is recommended. For subsequent bonding, the carbon core must be cut into a stepped shape to facilitate bonding, so a certain thickness or more is required for each ply, and the thickness according to the volume fraction (Vf) is as shown in FIG. 9. The density of the carbon fiber is 1.7 g/cm3, and the density of the carbon core according to the volume fraction (Vf) is as shown in FIG. 10. The physical properties of the final carbon core are shown in Table 4 below.

1Ply 두께
(mm)
1Ply Thickness
(mm)
부피율(Vf)Volume fraction (Vf) 인장 강도
(MPa)
tensile strength
(MPa)
밀도
(g/cm3)
density
(g/cm3)
1.351.35 0.0920.092 381.2381.2 1.3631.363

<최종 탄소 코어의 물성치><Material properties of final carbon core>

성능 분석결과Performance analysis results

기존 ST 2500과 동일한 인장력을 가지기 위해서 탄소 코어의 두께는 6.56mm이고, 이때의 탄소 코어의 플라이 수는 5이다. 기존 스틸 코드 컨베이어 벨트 ST 2500와 탄소섬유 컨베이어 벨트의 성능비교는 아래 표 5와 같다.In order to have the same tensile force as the existing ST 2500, the thickness of the carbon core is 6.56mm, and the number of plies of the carbon core at this time is 5. The performance comparison between the existing steel cord conveyor belt ST 2500 and the carbon fiber conveyor belt is shown in Table 5 below.

ST 2500ST 2500 탄소섬유 컨베이어 벨트carbon fiber conveyor belt 비교comparison 인장력(N/mm)Tensile force (N/mm) 25002500 2573.12573.1 103%103% 코어 두께core thickness 6.86.8 6.756.75 99.3%99.3% 무게
(100mmX100mm 기준)
weight
(based on 100mmX100mm)
250.92250.92 9292 37%37%

<스틸 코어와 탄소 코어 비교><Comparison of steel core and carbon core>

10: 탄소 코어
20: 상부 커버고무
30: 하부 커버고무
40: 스틸 코어
10: carbon core
20: Upper cover rubber
30: Lower cover rubber
40: steel core

Claims (5)

탄소섬유들이 길이 방향으로 배열된 일방향 탄소섬유시트(unidirectional carbon fabric)와, 상기 일방향 탄소섬유시트의 상면과 하면에 결합된 접착고무로 구성된 탄소 코어;
상기 탄소 코어의 상면에 결합되는 상부 커버고무; 및
상기 탄소 코어의 하면에 결합되는 하부 커버고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 컨베이어 벨트.
A carbon core composed of a unidirectional carbon fiber sheet (unidirectional carbon fabric) in which carbon fibers are arranged in the longitudinal direction, and adhesive rubber bonded to the upper and lower surfaces of the unidirectional carbon fiber sheet;
an upper cover rubber coupled to the upper surface of the carbon core; and
A carbon fiber conveyor belt comprising a lower cover rubber coupled to the lower surface of the carbon core.
제1항에 있어서,
상기 일방향 탄소섬유시트는 상기 탄소섬유들이 바느질 실에 의해 서로 스티칭되어(stitching) 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 컨베이어 벨트.
According to paragraph 1,
The one-way carbon fiber sheet is a carbon fiber conveyor belt, characterized in that the carbon fibers are stitched together by sewing thread.
제1항에 있어서,
상기 탄소 코어는 한 장의 일방향 탄소섬유시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 컨베이어 벨트.
According to paragraph 1,
A carbon fiber conveyor belt, characterized in that the carbon core includes a single unidirectional carbon fiber sheet.
제1항에 있어서,
상기 일방향 탄소섬유시트는 복수 개의 단위 일방향 탄소섬유시트들로 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 컨베이어 벨트.
According to paragraph 1,
The one-way carbon fiber sheet is a carbon fiber conveyor belt, characterized in that it is composed of a plurality of unit one-way carbon fiber sheets.
제4항에 있어서,
상기 단위 일방향 탄소섬유시트는 상면과 하면에 접착고무를 적층한 후 압축 및 가열한 적층체(lamina)로 성형된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 컨베이어 벨트.
According to clause 4,
The unit unidirectional carbon fiber sheet is a carbon fiber conveyor belt, characterized in that the adhesive rubber is laminated on the upper and lower surfaces and then compressed and heated to form a lamina.
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