KR20210103688A - O-Ring Rubber Composition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오링용 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for an O-ring.
니트릴 부타디엔 고무(Nitrile Butadiene Rubber, NBR)는 일반적으로 니트릴 고무라고 불리는 것으로, 아크릴로니트릴과 부타디엔을 저온 유화 중합하여 만든 공중합체로서 내유성과 내약품성이 우수한 특성을 가진다. 특히, 니트릴고무는 내유성이 뛰어나 산업기계, 건설기계, 이화학기기, 자동차, 항공기, 주방용품 등 모든 분야에서 윤활유나 작동유, 연료유 등의 씰에 O-Ring, V패킹, 오일씰로써 가장 적당하고, 사용량도 제일 많다. 니트릴고무의 사용가능온도는 배합에 의해 크게 다르지만, －50 ~ －120℃에서, 특히 저온용으로써는 니트릴이 한랭지의 기기나 항공기 등에 사용된다. 또한, 니트릴량이 많은 것은 내열성이나 기계적 성질이 좋을 뿐 아니라, 내가스투과성에 뛰어나, 진공용으로서 충분히 사용할 수 있다.Nitrile Butadiene Rubber (NBR), commonly called nitrile rubber, is a copolymer made by low-temperature emulsion polymerization of acrylonitrile and butadiene, and has excellent oil resistance and chemical resistance. In particular, nitrile rubber has excellent oil resistance, so it is most suitable as an O-ring, V-packing, and oil seal for seals such as lubricating oil, hydraulic oil, fuel oil, etc. It is also used the most. The usable temperature of nitrile rubber varies greatly depending on the formulation, but at -50 to -120°C, especially for low temperatures, nitrile is used for equipment and aircraft in cold regions. Moreover, the thing with a large amount of nitrile is not only good heat resistance and mechanical property, but it is excellent in gas permeability resistance, and it can fully use it as an object for vacuum.
한편 O-ring은 원형의 단면을 가진 고무 패킹으로, 원환체 모양으로 생긴 합성고무 혹은 내열성 플라스틱의 소재로 활용되는 부품으로 일반적으로 엔진의 실린더 같은 기계 부품 사이에서 기체가 새지 않도록 막는 역할을 한다. 즉, 고무의 탄성에 의한 밀폐력으로 유체의 누출을 방지하여 기계(장비)의 효율을 높이기 위한 목적으로 사용되고, 자동차, 조선, 전자 등 다양한 산업분야에 폭 넓게 사용되고 있으며 적용 조건에 맞게 재질을 선정하는 것이 중요하다. 이 경우, 탄성 및 기계적 강도, 압축, 뒤틀림이 적음, 기름, 용제, 약품 등 씰 모체에 견딤, 내열성, 내한성, 내마모성 및 적은 마찰계수 등이 요구된다. On the other hand, O-ring is a rubber packing with a circular cross-section. It is a part used as a material for synthetic rubber or heat-resistant plastic in the shape of a torus. It generally serves to prevent gas leakage between mechanical parts such as engine cylinders. In other words, it is used for the purpose of increasing the efficiency of machinery (equipment) by preventing fluid leakage with the sealing force of rubber, and it is widely used in various industries such as automobiles, shipbuilding, and electronics. it is important In this case, elasticity and mechanical strength, low compression and distortion, resistance to oil, solvents, chemicals, etc., heat resistance, cold resistance, abrasion resistance and low coefficient of friction are required.
특히 고무 오링의 경우, 압축량, 매체, 온도 및 시간에 따라 기계적인 압축이 해제된 이후에 원래 형상(치수)으로 완벽하게 복구되지 않는다는 한계가 있다. 이에 따라 영구압축율은 전체 압축량에서 이런 비복구된 압축량의 비율을 의미하며, 밀봉 성능에 매우 중요한 요소이다. 또한 인장강도는 컴파운딩 상태와 시간에 따른 컴파운딩 품질의 변화를 나타내는 척도의 하나로, 노화에 따른 인장강도 변화가 크다는 것은 오링의 수명이 짧음을 나타낸다.In particular, in the case of rubber O-rings, there is a limitation that the original shape (dimensions) is not completely restored after mechanical compression is released depending on the amount of compression, medium, temperature and time. Accordingly, the permanent compression ratio means the ratio of this unrecovered compression amount to the total compression amount, and is a very important factor in sealing performance. In addition, tensile strength is one of the indicators of the change in compounding quality according to the compounding state and time. A large change in tensile strength with aging indicates a short lifespan of the O-ring.
이에 본 발명에서는, 영구압축줄음율과 노화에 따른 인장강도 변화율을 개선하여 밀봉 성능을 향상시키면서도 오링의 수명을 연장시킬 수 있는 오링용 고무 조성물을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다. Accordingly, in the present invention, it is a technical solution to provide a rubber composition for an O-ring that can extend the life of the O-ring while improving sealing performance by improving the rate of permanent compression set and the change rate of tensile strength according to aging.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 아크릴로니트릴 함량이 20~40 중량%인 NBR 폴리머 30 내지 50 중량부와, 카본 블랙 40 내지 60 중량부 및 첨가제 5 내지 10 중량부를 포함하여 이루어지고, KS B 2805에 따른 영구압축줄음율과 노화 인장강도 변화율이 각각 30% 이하, 20% 이하인 것을 특징으로 하는 오링용 고무조성물을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention comprises 30 to 50 parts by weight of an NBR polymer having an acrylonitrile content of 20 to 40% by weight, 40 to 60 parts by weight of carbon black, and 5 to 10 parts by weight of additives, It provides a rubber composition for O-rings, characterized in that the permanent compression set and aging tensile strength change rates according to KS B 2805 are 30% or less and 20% or less, respectively.
상술한 본 발명에 따르면, 오링용 고무 조성물에 있어서 영구압축줄음율과 노화에 따른 인장강도 변화율을 개선하여 밀봉 성능을 향상시키면서도 오링의 수명을 연장시킬 수 있어 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있다. According to the present invention as described above, in the rubber composition for O-rings, the durability of the O-ring can be remarkably improved by improving the permanent compression set and the rate of change of tensile strength according to aging, thereby improving sealing performance and extending the life of the O-ring.
도 1은 본 발명에 따른 오링용 고무조성물에 있어 극성 가소제 도입에 따른 물성 제어기술을 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 오링용 고무조성물의 가교 구조를 모식화하여 나타낸 것이다. 1 schematically shows a physical property control technique according to the introduction of a polar plasticizer in a rubber composition for an O-ring according to the present invention.
Figure 2 schematically shows the crosslinked structure of the rubber composition for an O-ring according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 오링용 고무조성물에 관한 것으로, 아크릴로니트릴 함량이 20~40 중량%인 NBR 폴리머 30 내지 50 중량부와, 카본 블랙 40 내지 60 중량부 및 첨가제 5 내지 10 중량부를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a rubber composition for an O-ring, comprising 30 to 50 parts by weight of an NBR polymer having an acrylonitrile content of 20 to 40% by weight, 40 to 60 parts by weight of carbon black, and 5 to 10 parts by weight of an additive.
도 1은 본 발명에 따른 오링용 고무조성물에 있어 극성 가소제 도입에 따른 물성 제어기술을 모식화하여 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 오링용 고무조성물의 가교 구조를 모식화하여 나타낸 것으로, 이를 참고하면 본 발명의 오링용 고무 조성물은 NBR의 multi-phase 구조에 첨가제로서 극성 가소제를 도입하여 물성을 제어하면서 카본 블랙의 입자크기 등을 제어하여 기계적 물성 저하를 방지하고, 가교구조와 시스템을 제어함에 따라, KS B 2805에 따른 영구압축줄음율과 노화 인장강도 변화율이 각각 30% 이하, 20% 이하인 것이 특징이다. 1 is a schematic representation of a physical property control technique according to the introduction of a polar plasticizer in a rubber composition for an O-ring according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic representation of the cross-linked structure of the rubber composition for an O-ring according to the present invention, For reference, the rubber composition for O-ring of the present invention introduces a polar plasticizer as an additive to the multi-phase structure of NBR to control the physical properties while controlling the particle size of carbon black to prevent deterioration of mechanical properties, and to control the cross-linking structure and system As a result, the permanent compression set and aging tensile strength change rate according to KS B 2805 are 30% or less and 20% or less, respectively.
NBR 폴리머를 이용하는 오링은 내유성과 가공성에 있어서 탁월한 물성을 가질 수 있으나, 종래 오링용 고무 조성물에 있어서 NBR 폴리머를 이용하는 경우, NBR 오링(O-ring)의 탄성회복 거동을 개선하기 위해서는 아크릴로니트릴 함량이 적은 NBR을 사용하거나, 카본블랙의 함량을 적게 사용하는 등의 방법을 사용하였다. 그러나 이 경우 NBR O-ring에서 기본적으로 요구되는 기계적 물성이 저하되는 trade-off 특성이 수반되는 한계가 있다. O-rings using NBR polymer may have excellent physical properties in terms of oil resistance and workability. However, in the case of using NBR polymer in the conventional rubber composition for O-rings, in order to improve the elastic recovery behavior of NBR O-rings, acrylonitrile content A method such as using a small amount of NBR or using a small amount of carbon black was used. However, in this case, there is a limit that is accompanied by a trade-off characteristic that deteriorates the mechanical properties basically required for the NBR O-ring.
따라서 본 발명은 아크릴로니트릴 함량을 적어도 20~40중량% 포함하는 NBR 폴리머를 이용하면서도 첨가제로서 극성 가소제를 도입하여 NBR의 multi-phase 구조 및 극성 가소제에 의한 탄성회복 거동을 개선한 것이다(도 1 참조).Therefore, the present invention improves the multi-phase structure of NBR and the elastic recovery behavior by the polar plasticizer by introducing a polar plasticizer as an additive while using an NBR polymer containing at least 20 to 40% by weight of acrylonitrile (Fig. 1). Reference).
가소제는 NBR 폴리머에 유연성을 부여하는 역할을 한다. 일반적으로 가소제라 함은 염화비닐과 아세트산비닐 같은 열가소성 플라스틱에 첨가하여 열가소성을 증대시킴으로써 고온에서 성형가공을 용이하게 하는 유기물질로, 유연성을 주는 연화제(softener)와 유사한 역할을 한다. 가소제의 작용을 예를 들어 간단히 설명하면, 플라스틱은 긴 끈 같은 분자가 모여서 된 것으로, 분자 사이에 서로 끌어당기는 힘이 강할수록 딱딱해진다. 이 경우 분자 사이에 가소제가 끼어들면 플라스틱 분자 사이의 직접 끌어당기는 힘이 약해져 잘 휘게 된다. 그러므로 가소제는 상기 폴리머에 잘 섞일 수 있는 성질, 즉 섞임성이 있는 것이 유리하다. 본 발명에 있어서는 극성 가소제를 포함하여 섞임성을 높이고 탄성회복 거동을 개선하도록 한 것이다. 따라서 극성 가소제를 본 발명에 따른 고무 조성물에 첨가하는 것은 고무 조성물, 및 그로부터 제조된 가황물 및 성형품의 물리적 특성에 특히 중요하다. The plasticizer serves to impart flexibility to the NBR polymer. In general, a plasticizer is an organic material that facilitates molding at a high temperature by adding it to thermoplastic plastics such as vinyl chloride and vinyl acetate to increase the thermoplasticity, and plays a role similar to a softener that gives flexibility. To briefly explain the action of a plasticizer with an example, plastics are made of molecules like long strings, and the stronger the attraction between the molecules, the harder it becomes. In this case, if a plasticizer is inserted between the molecules, the direct attraction force between the plastic molecules is weakened, resulting in easy bending. Therefore, it is advantageous that the plasticizer has a property of being well miscible with the polymer, ie, miscibility. In the present invention, a polar plasticizer is included to increase the mixability and improve the elastic recovery behavior. Therefore, the addition of a polar plasticizer to the rubber composition according to the present invention is particularly important for the physical properties of the rubber composition, and vulcanizates and molded articles prepared therefrom.
적절한 극성 가소제로는 분자 중에 예를 들면 에스테르 또는 에테르 기를 함유하는 가소제, 예를 들면 디부틸 프탈레이트(DBP), 디옥틸 프탈레이트(DOP), 디이소노닐 프탈레이트(DINP), 디이소데실 프탈레이트(DIDP), 디이소트리데실 프탈레이트(DTDP), 디운데실 프탈레이트(DUP)와 같은 프탈레이트, 디옥틸 세바케이트(DOS), 디부틸 세바케이트(DBS)와 같은 세바케이트, 디옥틸 아디페이트(DOA), 디이소데실 아디페이트(DIDA), 디이소노닐 아디페이트(DINA), 디-(부톡시에톡시에틸)아디페이트와 같은 아디페이트, 트리크레실 포스페이트(TCP), 트리크실릴 포스페이트(TXP), 트리옥틸 포스페이트(TOP), 디페닐크레실 포스페이트, 디페닐옥틸 포스페이트, 트리클로로에틸 포스페이트와 같은 포스페이트, 부틸 스테아레이트와 같은 스테아레이트, 디옥틸 아젤레이트와 같은 아젤레이트, 디부틸 올레에이트와 같은 올레에이트, 트리옥틸 멜리테이트, 트리-선형-C7 -C9트리멜리테이트와 같은 트리멜리테이트, 디부틸메틸렌-비스-티오글리콜레이트, 디-2-에틸헥실-티오디글리콜레이트 에스테르와 같은 글리콜레이트, 디옥틸 나일로네이트, 디이소데실 나일로네이트와 같은 나일로네이트, 페닐알킬 술포네이트, 부틸-카르비톨-포르말, 및 아디프산, 글루타르산 및 숙신산이 혼합된 에스테르가 있다.Suitable polar plasticizers include plasticizers containing, for example, ester or ether groups in the molecule, for example dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), diisononyl phthalate (DINP), diisodecyl phthalate (DIDP) , phthalates such as diisotridecyl phthalate (DTDP), diundecyl phthalate (DUP), dioctyl sebacate (DOS), sebacates such as dibutyl sebacate (DBS), dioctyl adipate (DOA), di Adipates such as isodecyl adipate (DIDA), diisononyl adipate (DINA), di-(butoxyethoxyethyl) adipate, tricresyl phosphate (TCP), trixylyl phosphate (TXP), tri Phosphates such as octyl phosphate (TOP), diphenylcresyl phosphate, diphenyloctyl phosphate, trichloroethyl phosphate, stearates such as butyl stearate, azelates such as dioctyl azelate, oleates such as dibutyl oleate , trioctyl melitate, trimellitates such as tri-linear-C7 -C9 trimellitate, glycolates such as dibutylmethylene-bis-thioglycolate, di-2-ethylhexyl-thiodiglycolate ester, di octyl nylonate, nylonates such as diisodecyl nylonate, phenylalkyl sulfonate, butyl-carbitol-formal, and mixed esters of adipic acid, glutaric acid and succinic acid.
또한, 적절한 극성 가소제는 염소 함량이 40 내지 70 중량%인 염소화된 파라핀, 및 각각 에폭시 에스테르, 폴리에스테르 및 폴리에테르, 에테르-티오에테르 및 페놀술포네이트를 기재로 한 가소제이다.Also suitable polar plasticizers are chlorinated paraffins having a chlorine content of 40 to 70% by weight, and plasticizers based on epoxy esters, polyesters and polyethers, ether-thioethers and phenolsulfonates, respectively.
상기 극성 가소제들은 별개로 또는 서로의 혼합물로서 사용될 수 있다. 가장 유익한 혼합물은 본 발명에 따른 고무 혼합물의 특정 최종 목적에 의해 좌우된다.The polar plasticizers may be used separately or as a mixture with each other. The most beneficial mixture depends on the particular end purpose of the rubber mixture according to the invention.
상기에 언급한 유형의 프탈산, 세바스산 및 아디프산을 기재로 한 가소제가 바람직하다.Preference is given to plasticizers based on phthalic acid, sebacic acid and adipic acid of the type mentioned above.
본 발명에서는 또한, 디에스테르계 가소제로서 상기 NBR 폴리머 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. In the present invention, the diester plasticizer may include 5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the NBR polymer.
또한 본 발명의 오링용 고무조성물은 카본 블랙 40 내지 60 중량부를 포함하도록 한다. 상기 카본 블랙은 입자경이 적을수록 인장강도, 내마모성, 경도, 모듈러스 등 기계적 물성치가 향상된다. 따라서 카본 블랙의 입자경을 20nm 내지 30nm로 적게 되도록 조절함으로써, 기계적 물성치가 열화되지 않도록 할 수 있다.In addition, the rubber composition for an O-ring of the present invention is to include 40 to 60 parts by weight of carbon black. As the carbon black has a smaller particle diameter, mechanical properties such as tensile strength, abrasion resistance, hardness, and modulus are improved. Therefore, by controlling the particle diameter of carbon black to be small to 20 nm to 30 nm, it is possible to prevent deterioration of mechanical properties.
이 경우, 상기 NBR 폴리머 30 내지 50 중량부와, 상기 카본 블랙 40 내지 60중량부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 초과하는 경우에는 기계적 물성이 저하되어 고무의 탄성이 떨어지게 됨으로써 윤활성이 열화되고, 상기 범위 미만의 경우에는 기계적 물성치 향상의 효과가 없기 때문이다.In this case, it is preferable to have 30 to 50 parts by weight of the NBR polymer and 40 to 60 parts by weight of the carbon black. When it exceeds the above range, mechanical properties are lowered and the elasticity of the rubber is lowered, so that lubricity is deteriorated, and when it is less than the above range, there is no effect of improving the mechanical properties.
상기 기계적 물성치를 보다 향상시키기 위하여, 가교조제로서, 산화아연(Zinc oxide)을, 상기 NBR 폴리머 100중량부 대비 8 내지 12 중량부로 포함시킬 수 있다. 키는 것이 바람직하다. 상기 가교조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다.In order to further improve the mechanical properties, as a crosslinking aid, zinc oxide may be included in an amount of 8 to 12 parts by weight based on 100 parts by weight of the NBR polymer. It is desirable to grow The cross-linking aid is to increase the cross-linking rate of the polymer, while preventing side chain (side chain) reaction to increase the cross-linking density.
또한 본 발명에 따른 오링용 고무조성물은 첨가제로서 상술한 극성 가소제. 산화아연 외에도, 공지된 충전제, 및 안료, 스테아르산, 가황 촉진제, 예를 들면 황 및 과산화물을 기재로 한 가황 촉진제, 안정화제, 산화방지제, 수지, 오일, 왁스 및 반응억제제 등을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 첨가제는 5 내지 10 중량부로 포함하는 것이 적절하다. In addition, the rubber composition for an O-ring according to the present invention is the above-described polar plasticizer as an additive. In addition to zinc oxide, known fillers and pigments, stearic acid, vulcanization accelerators such as vulcanization accelerators based on sulfur and peroxides, stabilizers, antioxidants, resins, oils, waxes and inhibitors, etc. may be included. . In this case, it is appropriate to include 5 to 10 parts by weight of the additive.
여기서, 주요 첨가제에 대해 간략하게 살펴보면, 충진제로서 실리카 또는 클레이 등을 사용할 수 있으며, 이중에서 실리카 계통, 보다 구체적으로는 실리카 계통의 Zeosil, Miusil, Tixosil 또는 Aerosil 등을 사용할 수 있다. 특히 실리카 계통의 충진제는 Si-O로 이루어지기 때문에 커플링제를 사용하면 유기화합물인 폴리머와 상호 작용이 증가하여 기계적 물성이 우수해질 뿐만 아니라 커플링제의 -S로 인하여 가교형성에 도움을 주어 탄성을 증가시켜준다. 그리고 안료는 유기화합물과 상용성을 좋게 하기 위해서 유기안료를 사용하며, 가교제는 황을 사용하는데 과산화물 가교제의 경우는 체인을 끊어 라디칼을 생성하여 가교가 이루어지고 황 가교의 경우 황 반응에 의해 체인과 체인의 교차점을 연결 시켜주어 그물망 구조를 이루게 한다. 그래서 황 가교의 경우 탄성을 높여 복원율을 좋게 만들 수 있다.Here, looking briefly at the main additives, silica or clay may be used as the filler, and among them, silica-based materials, more specifically silica-based Zeosil, Miusil, Tixosil, or Aerosil, etc. may be used. In particular, since the silica-based filler is made of Si-O, when a coupling agent is used, the interaction with the polymer, which is an organic compound, increases, and thus the mechanical properties are excellent. it increases In addition, the pigment uses an organic pigment to improve compatibility with organic compounds, and sulfur is used as the crosslinking agent. It connects the intersections of the chains to form a network structure. Therefore, in the case of sulfur crosslinking, the recovery rate can be improved by increasing elasticity.
또한 본 발명의 오링용 고무조성물의 제조는 특별한 방법에 한정되지 않으며, 통상의 기계적 혼련법 등에 의하여 제조할 수 있다. 상기 혼련기에는 니더(Kneader), 반바리 믹서(Banbury Mixer), 오픈 밀(Open mill) 등의 일반적인 혼련기가 포함되고 이를 이용하여 조성물을 혼합하고 100 ∼ 150 ℃에서 혼련한다. 상기 온도 범위에서 혼련하는 것이 효과적인 물성을 가지는데 효과적이다. 또한, 상기에서 혼련된 오링 고무 조성물은 재단, 압출성형 등의 성형 가공법에 의하여 성형된다.In addition, the production of the rubber composition for O-ring of the present invention is not limited to a special method, and may be prepared by a conventional mechanical kneading method or the like. The kneader includes a general kneader such as a kneader, a Banbury Mixer, and an open mill, and the composition is mixed using this and kneaded at 100 to 150°C. Kneading in the above temperature range is effective to have effective physical properties. In addition, the O-ring rubber composition kneaded above is molded by a molding method such as cutting or extrusion molding.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 본직적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능 할 것이다. 따라서 본 발명에 개신된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention for those of ordinary skill in the art. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (1)
KS B 2805에 따른 영구압축줄음율과 노화 인장강도 변화율이 각각 30% 이하, 20% 이하인 것을 특징으로 하는 오링용 고무조성물. 30 to 50 parts by weight of an NBR polymer having an acrylonitrile content of 20 to 40% by weight, 40 to 60 parts by weight of carbon black, and 5 to 10 parts by weight of an additive,
A rubber composition for O-ring, characterized in that the rate of permanent compression set and aging tensile strength change according to KS B 2805 are 30% or less and 20% or less, respectively.
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