KR100375043B1 - 가황성 고무조성물, 동적상태에서 사용되는 시일 및 그 재료 - Google Patents

가황성 고무조성물, 동적상태에서 사용되는 시일 및 그 재료 Download PDF

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Abstract

요오드가 80 이하의 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여, 보강성 충전제 3 내지 30 중량부, 주기율표 제 2족 금속의 산화물 30 내지 200 중량부, 비고강성 충전제 30 내지 200 중량부, 및 가황제 0.1 내지 20 중량부가 배합되어 되는 가황성 고무 조성물; 및 이 고무 조성물의 가황물로부터 되는 마찰계수(μ) 1.5 이하, 마모량 150 내지 350 mg인 시일용 재료, 및 이 시일 재료와 보강환으로부터 되는 시일.

Description

가황성 고무 조성물, 동적상태에서 사용되는 시일 및 그 재료{VULCANIZABLE RUBBER COMPOSITION, SEAL TO BE USED IN DYNAMIC STATE, AND MATERIAL THEREFOR}
일반적으로 자동차 및 항공기의 부품, 에너지 관련분야 등에서 정적 및 동적상태에서 사용되는 시일용 재료로서는 고무 탄성재료, 특히 아크릴로니트릴부타디 고 공중합체 고무(NBR)가 사용되고 있다.
본 출원인은 먼저 시일용 재료 중에서도 고온고압하의 사용시에 시일기능의 저하나 찌그러짐에 의한 파손을 일으키는 일이 없는 시일용재료로서 NBR을 수소화하여 되는 니트릴기 함유 고포화 공중합체 고무를 사용하는 것을 제안하였다(일본국 특개소 62-230837 호).
그러나 니트릴기 함유 고포화 공중합체 고무로부터 되는 시일재는 NBR로부터 되는 시일재와 비교하여 내열성 및 강도가 큰폭으로 개선되어 있으나, 특히 회전부나 미끄럼이동부에 있어서 장기간 사용하면 시일 표면이 탄화하여 검게 되고, 더욱이 미세한 크랙(열 균열)이 다수 발생하는 현상이 보였다. 이 현상은 시일을 회전부분에서 장기간 사용하면 반복적인 변형이나 마찰에 의해 시일 재료가 발열하고, 그 결과 고무표면이 탄화하는 것으로 생각된다.
그와 같은 상태를 피하기 위해 유효한 대책으로서는, (1) 보강성 충전제의 배합에 의한 고무재료의 내마모성의 향상, (2) 마찰계수의 저감, (3) 발열성의 억제 등이 고려되었다.
그러나, 예를 들면 카본블랙과 같은 보강성 충전제를 다량으로 배합하고 고무재료의 내마모성을 개량한 경우는 회전부나 미끄럼이동부에서 마모량은 감소하지만, 마찰계수는 증가하며, 따라서 고무의 발열성이 오히려 악화하는 현상이 보였다.
또한 고무 탄성재료에 아연화와 같은 금속산화물을 다량으로 배합하면 고무재료의 열전도율이 향상하고, 상기한 바와 같은 발열성을 제어할 수 있는 것이 알려져 있다. 그러나 아연화와 같은 금속산화물을 다량으로 배합하면 내압축영구뒤틀림성이 저하하는 등 시일 재료로서의 성능의 균형이 깨지는 문제가 있다.
본 발명은 고포화 니트릴계 공중합체 고무를 기초로 하는 가황성 고무 조성물, 그 가황물로 이루어지는 동적상태에서 사용되는 시일(seal)재료 및 동적상태에서 사용되는 시일에 관한 것이다.
도 1은 회전시일의 일례를 보이는 단면도이다.
본 발명의 목적은 시일 재료로서 균형을 갖춘 특성을 가지며, 열전도율이 높고, 발열성이 억제되고, 열 균열이 발생하기 어려운 시일 재료로서 바람직한 가황성 고무 조성물을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 그와 같은 특성을 가지는 동적 상태에서 사용되는 시일 재료를 제공하는 것이다.
즉 본 발명자 등은 예의 검토의 결과, 니트릴기 함유 고포화 공중합체 고무에 배합하는 카본블랙과 같은 보강성 충전제의 배합량을 통상의 경우보다도 소량으로 하는 한편, 아연화 및 탄산칼슘과 같은 비보강성 충전제를 다량으로 배합하는 것에 의해 시일재로서 성능을 손상시키지 않고, 열전도율이나 발열성이 개량된 고무 조성물을 얻을 수 있음을 발견하고, 이 지견에 기초하여 본 발명을 완성하였다. 또한 이 고무 조성물을 가황한 고무 재료는 마찰계수가 저감되고, 더욱이 마모량이 특정의 범위내에 있어 이 범위를 넘어 마모가 진행하지 않는 것으로부터 특히 회전부나 미끄럼이동부 등에 동적상태에서 사용되는 시일재로서 바람직한 것을 발견하였다.
이리하여 본 발명에 의하면, 요오드가 80 이하의 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여, 보강성 충전제 3 내지 30 중량부, 주기율표 제 2족 금속의 산화물 30 내지 200 중량부, 비보강성 충전제 30 내지 200 중량부, 및 가황제 0.1 내지 20 중량부가 배합되어 되는 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물이 제공된다.
더욱이 본 발명에 의하면, 상기의 가황성 고무 조성물을 가황한 가황물로부터 되며, 마찰계수(μ) 1.5 이하, 마모량 150 내지 350 mg인 동적상태에서 사용되는 시일 재료가 제공된다.
더욱이 본 발명에 의하면 상기의 시일 재료와 보강환으로부터 되는 동적상태에서 사용되는 시일이 제공된다.
(발명을 실시하기 위한 최적의 형태)
고포화 니트릴계 공중합체 고무
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체는 요오드가 80 이하, 바람직하게는 60 이하를 가진다. 요오드가는 80을 넘으면 시일재의 내열성 및 강도가 저하한다. 요오드가의 한계는 각기 별도로 한정되지 않으나, 유황계 가황제를 사용하여 가황하는 경우는 과도하게 낮으면 가황이 곤란하게 되는 경우가 있으므로, 일반적으로 요오드가가 적어도 1인 것이 사용된다.
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체로서는 불포화 니트릴-콘쥬게이트-디엔공중합체 고무의 콘쥬게이트디엔 단위부분을 수소화한 것; 불포화 니트릴-콘쥬게이트디엔-에틸렌성 불포화단량체 삼원공중합체 고무 및 이 고무의 콘쥬게이트디엔단위부분을 수소화한 것; 불포화 니트릴-에틸렌성 불포화단량체 공중합체 고무 등을 들 수 있다.
상기의 고포화 니트릴계 공중합체 고무를 제조하기 위해 사용되는 불포화 니트릴의 구체예로서는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴 등을 들 수 있다. 콘쥬게이트디엔의 구체예로서는 1, 3,-부타디엔, 2, 3-디메틸부타디엔, 이소프렌, 1, 3-펜타디엔 등을 들 수 있다.
더욱이 필요에 따라 에틸렌성 불포화 단량체 외의 공중합이 가능한 단량체가 사용되고 있으나, 그와 같은 단량체로서는 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐피리딘 등의 비닐계 단량체; 비닐노르보르엔, 디시클로펜타디엔, 1, 4-헥사디엔 등의 비콘쥬게이트 디엔계 단량체; 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-펜틸아크릴레이트, 이소노닐아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-메틸-펜틸아크릴레이트, n-옥틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, n-도테실아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트 등의 탄소수 1 내지 18 정도의 알킬기를 가지는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트; 메톡시메틸아크릴레이트, 메톡시에틸아크릴레이트, 에톡시에틸아크릴레이트, 부톡시에틸아크릴레이트, 에톡시프로필아크릴레이트, 메톡시에톡시아크릴레이트, 에톡시부톡시아크릴레이트 등의 전 탄소수 2 내지 12 정도의 알콕시알킬기를 가지는 아크릴레이트; α 및 β-시아노에틸아크릴레이트, α, β 및 γ-시아노프로필아크릴레이트, 시아노부틸아크릴레이트, 시아노헥실아크릴레이트, 시아노옥틸아크릴레이트 등의 탄소수 2 내지 12 정도의 시아노알킬기를 가지는 아크릴레이트; 2-히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트 등의 히드록시알킬기를 가지는 아크릴레이트; 말레산모노에틸, 말레산디에틸, 푸마르산디메틸, 푸마르산디에틸, 푸마르산디-n-부틸, 푸마르산디-2-에틸헥실, 이타콘산디메틸, 이타콘산디에틸, 이타콘산디-n-부틸, 이타콘산-2-에틸헥실 등의 불포화 디카르본산모노 및 디알킬에스테르; 또한 디메틸아미노메틸아크릴레이트, 디에틸아미노에틸아크릴레이트, 3-(디에틸아미노)-2-히드록시프로필아크릴레이트, 2, 3-비스(디플루오르아미노)프로필아크릴레이트 등의 불포화 카르본산에스테르계 단량체; 트리플루오르아크릴레이트, 테트라플루오르프로필아크릴레이트, 펜타플루오르프로필아크릴레이트, 헵타플루오르부틸아크릴레이트, 펜타플루오르펜틸아크릴레이트, 노나플루오르펜틸아크릴레이트, 운데카플루오르헥실아크릴레이트, 펜타데카플루오르옥틸아크릴레이트, 헵타데카플루오르노닐아크릴레이트, 헵타데카플루오르아크릴레이트, 노나데카플루오르데실아크릴레이트, 트리플루오르에틸메타크릴레이트, 테트라플루오르프로필메타크릴레이트, 옥타플루오르펜틸메타크릴레이트, 도데카플루오르헵틸메타크릴레이트, 펜타데카플루오르옥틸메타크릴레이트, 헥사데카플루오르노닐메타크릴레이트 등의 플루오르알킬기를 가지는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트; 플루오르벤질아크릴레이트, 플루오르벤질메타크릴레이트, 디플루오르벤질메타크릴레이트 등의 불소치환벤질아크릴레이트 및 메타크릴레이트; 플루오르에틸비닐에테르, 플루오르프로필비닐에테르, 트리플루오르메틸비닐에테르, 트리플루오르에틸비닐에테르, 퍼플루오르프로필비닐에테르, 퍼플루오르헥실비닐에테르, 등의 플루오르알킬비닐에테르, o- 또는 p-트리플루오르메틸스티렌, 펜타플루오르벤조산비닐, 디플루오르에틸렌, 트리플루오르에틸렌 등의 불소함유 비닐계단량체; 더욱이 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리세롤(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 단량체의 사용량은 각각 별도로 한정되지 않지만, 통상 전 단량체 중에 80 중량% 이하의 범위에서 사용되며 특히 내유성이 요구되는 용도에서는 통상 10 중량% 이하의 범위에서 사용된다.
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체 고무의 구체예로서는 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 고무, 이소프렌-부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 고무, 이소프렌-아크릴로니트릴 공중합체 고무 등을 수소화한 것; 부타디엔-메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 공중합체 고무, 부타디엔-아크릴산-아크릴로니트릴 공중합체 고무 등 및 수소화한 것; 부타디엔-에틸렌-아크릴로니트릴 공중합체 고무, 부틸아크릴레이트-에톡시에틸아크릴레이트-비닐클로로아세테이트-아크릴로니트릴 공중합체 고무, 부틸아크릴레이트-에톡시에틸아크릴레이트-비닐노르보엔-아크릴로니트릴 공중합체 고무 등을 들 수 있다.
상기 공중합체 고무 중에서도 결합아크릴로니트릴 함량 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 50 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무의 수소화물이 특히 바람직하며, 낮은 니트릴량 내지 극히 높은 니틀릴량의 범위의 통상 시판되고 있는 것을 사용할 수 있으며, 요구성능에 따라 최적의 결합 아크릴로니트릴함량이 선택된다.
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체 고무의 무니(Mooney)점도(ML1+4, 100℃)는 30 내지 300 미만의 범위인 것이 바람직하다. 30 미만에서는 장기간의 고압하에서의 내구성이 불충분하며, 압축영구뒤틀림, 찌그러짐(압축완화)이 개선되지 않는다. 또한 300을 넘으면 뒤섞을 때의 가공성이 나빠진다. 보다 바람직하게는 50 내지 200의 범위, 보다 바람직하게는 60 내지 150의 범위이다.
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체 고무는 통상의 중합법 및 통상의 수소화 방법에 사용하는 것에 의해 얻어지지만, 이 공중합체 고무의 제조방법이 특히 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.
소수화에서 사용되는 촉매로서는, 예를 들면 팔라듐/실리카 및 팔라듐착체(일본국 특개평 3-252405 호) 등을 들 수 있다. 더욱이 일본국 특개소 62-125858 호, 일본국 특개소 62-42937 호, 일본국 특개평 1-45402 호, 일본국 특개평 1-45403 호, 일본국 특개평 1-45404 호, 일본국 특개평 1-45405 호 등에 기재되어 있는 바와 같은 로듐 또는 루테늄화합물을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 사용되는 고포화 니트릴계 공중합체 고무는 실질적으로 할로겐을 함유하고 있지 않은 것이 바람직하다. 공중합체의 가황성 성형품을 시일재로서 금속과 접촉하여 사용한 때의 금속부식의 문제를 일으키지 않기 때문이다. 이와 같은 공중합체 고무는 중합시에 생성한 공중합체 라텍스를 응고시키는 때에 할로겐을 함유하지 않는 황산금속염과 같은 응고제를 사용하는 것에 의해 얻을 수 있다.
보강성 충전제
본 발명의 가황성 고무 조성물에 배합되는 보강성 충전제는 고무에 배합하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 충전제이며, 그 구체예로서는 카본블랙 및 실리카(건식 실리카, 습식 실리카 등) 등을 들 수 있다.
보강성 충전제의 배합량은 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여 3 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 내지 20 중량부이다. 보강성 충전제의 양이 너무 작으면 보강효과를 얻을 수 없지만 고무가황물의 기계적 강도 및 내마모성이 크게 저하하고, 반대로 너무 크면 발열의 억제가 충분하지 않아 열 균열이 발생하기 쉬워지며, 또한 마찰계수가 증가한다.
주기율표 제 2족 금속의 산화물
주기율표 제 2족 금속의 산화물로서는 제 2A족 금속의 산화물 중에는, 산화마그네슘, 표면처리한 산화마그네슘과 같은 마그네슘의 산화물, 산화칼슘과 같은 칼슘의 산화물 및 산화바륨과 같은 바륨의 산화물이 바람직하며, 또한 제 2B족 금속의 산화물 중에는, 산화아연, 활성아연화, 복합아연화, 복합활성아연화 등의 아연의 산화물이 바람직하다. 이들 금속산화물의 대부분은 일반적으로 고무용 가황촉진제, 활성제로 알려져 있으며, 그와 같은 시판품을 사용할 수 있다.
본 발명의 요점은 주기율표 제 2족 금속의 산화물과 비보강성 충전제의 양자를 함께 비교적 다량으로 배합하는 점이다. 제 2족 금속의 산화물과 비보강성 충전제의 양자의 배합량이 둘 다 고무 100 중량부에 대하여 30 중량부 미만이면 가황물의 압축영구뒤틀림이 크고, 열전도율이 낮고, 발열의 억제가 충분하지 않고, 또한 특히 회전시일재로서 사용한 때에 열균열을 일으키기 쉽다. 비교적 다량의 비보강성 충전제를 배합해도, 제 2족 금속의 산화물의 배합량이 30 중량부 미만이면, 역시 압축영구뒤틀림이 충분이 낮다고는 할 수 없으며, 회전시일재로서 사용한 때에 열균열을 일으키기 쉽다. 제 2족 금속의 산화물의 배합량이 200 중량부를 넘으면 시일재의 내마모성이 저하한다. 주기율표 제 2족 금속의 산화물의 배합량은 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 150 중량부인 것이 바람직하다.
비보강성 충전제
상기한 바와 같이 본 발명의 요점은 비교적 다량의 제 2족 금속의 산화물과 비보강성 충전제를 조합하여 니트릴기함유 고포화공중합체 고무에 배합하는 것에 있다. 충전제는 비보강성인 것이 요점이며, 카본블랙이나 실리카 등과 같은 보강성충전제를 비교적 다량으로 배합하면 가황물의 강도는 증가하지만, 발열의 억제가 충분하지 않고, 또한 열 균열이 발생한다.
비보강성 충전제로서는 고무에 대한 보강효과가 없거나 또는 작은 것을 사용하며, 그와 같은 충전제는 일반적으로 가공성의 개량, 비용 절감 등의 주목적으로 사용되고 있다. 그 구체예로서는 탄산칼슘, 클레이, 활석 등을 들 수 있다.
비보강성 충전제의 배합량은 고무 100 중량부에 대하여 30 내지 200 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부이다. 비보강성 충전제의 배합량이 너무 적으면 압축영구뒤틀림이 충분히 낮다고는 할 수 없으며, 발열의 억제도 충분하지 않고 열균열이 발생하기 쉽다. 배합량이 너무 많으면 강도가 극도로 저하하고, 또한 내마모성도 낮다.
제 2족 금속의 산화물과 비보강성 충전제와의 배합비는 40/60 내지 60/40(중량비)인 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나면 압축영구뒤틀림이 비교적 크고 발열의 억제가 충분하지 않고, 또한 열균열이 발생하기 쉽다.
가황제
본 발명의 가황성 고무 조성물에는 고무 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부의 가황제가 배합된다.
가황제로서는 과산화물 가황제 및 유황계 가황제가 사용된다.
유기과산화물계 가황제로서는, 예를 들면 t-부틸히드로페닐옥시드, 큐멘히드로퍼록시드, 디-t-부틸퍼록시드, t-부틸큐밀퍼록시드, 2,5-디메틸-t-부틸퍼록시헥산, 2,5-디메틸-t-부틸퍼록시헥신, 1,3-비스(t-부틸퍼록시이소프로필)벤젠, p-클로로벤조일퍼록시드, t-부틸퍼록시벤조에이트, t-부틸퍼록시이소프로필카르보나트, t-부틸벤조에이트 등을 들 수 있다. 또한 이들의 과산화물 가황제에는 일반적으로 가황조제로서 토르메틸롤프로판트리메타클리레이트, 디비닐벤젠, 에틸렌디메타클리레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타클리레이트, 트리아릴이소시안레이트, 트리아릴시안레이트, 디아릴프탈레이트, 디아릴타코네이트, 트리아릴트리메리테이트 등의 다관능성 불포화화합물이 병용된다.
유황계 가황제로서는 분말유황, 결정유황, 침강유황, 콜로이드유황, 표면처리유황, 불용성유황 등의 유황; 염화유황, 이염화유황, 모르포린, 디술피드, 알킬페놀·디술피드, N, N'-디티오비스(헥사히드로-2H-아제피논-2), 함인(含燐)폴리술피드, 고분자다황화물 등의 유황화합물; 더욱이 테트라메틸티우람디술피드, 디메틸디티오카르바민산셀렌, 2-(4'-모르폴리노디티오)벤조티아졸 등을 들 수 있다. 더욱이 이들 유황계 가황제에 추가하여 스테아린산; 구아니딘계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 티아졸계, 술펜아미드계, 티오요소계, 잔테트계 등의 가황촉진제를 병용할 수 있다.
또한 본 발명의 가황성 고무 조성물에는 필요에 따라 고무분야에서 사용되는 통상의 기타 배합제, 예를 들면, 가공조제, 프로세스유(함가소제), 산화방지제, 오존열화방지제 등을 배합하는 것이 가능하다.
더욱이 본 발명의 가황성 고무 조성물에는 본 발명의 목적이 저해되지 않는 범위에서 필요에 따라 아크릴고무, 불소고무, 스틸렌-부타디엔 공중합고무, 에틸렌-프로필렌-디엔삼원공중합고무(EPDM), 천연고무, 폴리이소프렌고무 등의 다른 고무를 불포화 니트릴콘쥬게이트디엔공중합체에 조합시켜 사용할 수 있다.
본 발명의 고무 조성물의 제조방법은 특히 한정되는 일 없이 통상은 롤, 밴버리믹서(Banbury mixer) 등의 통상의 혼합기에 의해 원료 고무와 가황계, 그외의 배합제를 뒤섞음·혼합하는 것에 의해 이 고무 조성물을 제조한다.
상기 가황성 고무 조성물의 가황물로부터 되는 시일 재료는 일반적으로 마찰계수(μ) 1.5 이하를 가지며, 회전시일이나 미끄럼이동시일과 같은 동적상태에서 사용되는 시일로서 바람직하다(마찰계수(μ)의 측정법은 하기한다).
시일 재료의 마찰계수(μ)가 1.5 이하이면, 시일 재료로서 회전부 및 미끄럼이동부에 사용한 경우 회전특성 및 미끄럼이동특성이 개선되며, 시일재로서의 내구성이 향상한다. 마찰계수(μ)가 너무 크면 열균열이 발생하기 쉽고 내마모성이 저하한다.
더욱이 상기 가황성 고무 조성물의 가황물로부터 되는 시일 재료는 통상, 마모량이 150 내지 350 mg, 바람직하게는 200 내지 300 mg, 보다 바람직하게는 200 내지 250 mg의 범위내에 있으며, 이 범위를 넘으면 마모량이 증가하지 않는다(마모량의 측정법은 하기한다). 시일 재료의 마모량이 너무 작으면 열균열이 발생하기 쉽고, 반대로 시일 재료의 마모량이 너무 크면 시일기능이 저하한다.
상기 범위내의 마모량을 가지는 시일재는 회전부나 미끄럼이동부 등에 동적상태에서 사용되는 때에 우수한 성능을 발휘한다. 즉, 동적상태에서 사용한 때에 시일표면이 탄화하는 일이 없고, 또한 미세한 균열이 발생하는 일이 없다. 그와 같은 시일재는 특히 회전시일용 재료로서 바람직하다. 마모량이 너무 작은 경우 및너무 큰 경우, 어느 경우라도 회전시일 재료로서는 부적합하다.
동적상태에서 사용되는 미끄럼이동시일이나 회전시일 등의 구성은 각각 별도로 한정되지는 않는다. 대표적인 회전시일의 구성의 일례를 도 1에 보인다. 도 1에 보인 회전시일(1)은 단면이 거의 U자형인 환상의 시일 본체 (2)로부터 형성되어 있다. 이 시일 본체 (2)는 본 발명에 가황성 고무 조성물로부터 되는 시일용 재료 (3)내에 단면이 거의 L자형인 금속제의 보강환 (4)을 매설하고, 이것을 일체성형한 것이다. 회전시일(1)은 시일 본체 (2)의 외주부분인 장착부분 (5)을 시일 장착부위의 내주부분이나 홈 등에 집어넣는다. 시일 본체 (2)의 내주부분에서 시일용 재료 (3)에 의해 형성된 리프부분 (6)은 그 외주부에 장착한 스프링 (7)에 의해 회전축 (8)의 외주면에 밀착되어 오일의 누출을 방지한다. 더욱이 더스트리프 (9)는 스프링 (10)에 의해 회전축 (8)의 외주면에 밀착되어 대기중의 티끌이나 먼지의 침입을 방지한다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 더욱이 실시예 및 비교예 중의 부 및 %는 다른 언급이 없는 한 중량기준이다.
가황물의 특성은 이하와 같이 측정하였다.
(1) 상태물성
일본 공업규격 JIS K6301에 따라, 표 1의 배합처방에 의해 조제한 미가황성 고무 조성물을 170℃ X 20분의 조건에서 일차 가황하고, 또한 150℃ X 4시간의 조건에서 이차 가황하여 얻어진 두께 2 mm의 시트를 3호형 덤벨을 사용하여 쳐서 뽑아 시험편을 작성하고, 파단강도(단위: kgf/cm2) 및 파단신도(단위: %)를 측정하였다. 또한 굳기는 JIS 스프링 식 A형 굳기 시험기를 사용하여 측정하였다.
(2) 공기노화시험
공기노화시험에 대해서는 JIS K6301에 따라 상기한 바와 같이 가황물중에서 150℃ X 72시간 보지 후, 파단강도, 파단신장 및 경도의 변화율(단위: ±%)을 측정하였다.
(3) 압축영구뒤틀림
압축영구뒤틀림은 JIS K6301에 따라 상기한 바와 같이 가황물을 공기중에서 150℃에서 72시간 보지한 후 측정하였다(단위: %)
(4) 발열성
상기한 바와 같이 가황물을 압축율 4%, 변위 ±0.5 mm, 진동수 12 Hz, 시험 시간 10분, 실온의 조건하에 유압피로시험기(사기노미야 세사쿠쇼샤 제)를 사용하여 발열온도(℃)를 측정하였다. 또한 열전도율은 열전도율계(교토덴시코교 가부시키가이샤 제 Kemthem QTM-03)를 사용하여 측정하였다.
(5) 마찰계수(μ)
상태물성 측정용의 것과 같이 작성한 가황시트에 대하여 표면성 시험기(HEIDON-14S/D, 신토카가쿠 가부시키가이샤 제)를 사용하여 볼압자(壓子)하중 100 g, 볼압자활동(滑動)속도 500 mm/분, 실온에서 측정하였다.
(6) 마모량
마모량(mg)은 JIS K6264에 따라 상기한 바와 같이 가황물을 테버마모시험기를 사용하여 하중 1 kg, 회전수 1000의 조건하에 회전축(지석) H-18을 사용하여 측정하였다.
(7) 내압축피로성
굿리치플랙소미터를 사용하여 ASTM-D623에 따라 상기 (1)과 같은 조건하에 작성한 직경 17.5 mm X 높이 25 mm의 원주형 시험편을 사용하여 하중 25 lbs, 변위 ±4.4 mm, 진동수 30 Hz, 실온의 조건에서 시험편이 파괴될 때까지의 시간(블로아우트 시간)(단위: 분)을 측정하였다. 파괴하기 까지의 시간이 길 수록 내부발열성이 낮고, 동적상태에서 사용되는 시일 재료로서 바람직하다.
(8) 내열균열 발생성
상기 (1)과 같은 조건하에서 작성한 장방형판상 시험편의 길이방향의 한쪽 가장자리에 원호상의 오목한 부분을 형성하고, 이 원호상의 오목한 부분이 위쪽으로 위치하도록 시험편을 연직으로 세우고, 이 오목한 부분에 금속원주를 접촉시켜 이 원주를 50 Hz로 실온에서 6시간 회전하고, 시험편의 원호상의 오목한 부분 표면에서 균열 발생상황을 관찰하였다. 관찰결과는 다음의 3단계(A, B, C) 평가에 따라 표시하였다.
더욱이 상기 시험편은 30 mm X 50 mm X 두께 5 mm의 판상 시험편의 길이방향의 한쪽 가장자리를 원호상으로 깍아내어 반경 25 mm의 원호상의 오목한 부분을 형성하는 것에 의해 작성하였다. 또한 상기 회전 원주와 접촉하는 시험편의 원호상의 오목한 부분은 판상 시험편의 판두께 전체가 회전원주와 접촉하는 것이 아니라, 시일리프부와 같이 극히 얇은 원호상끝 가장자리만이 접촉하도록 작성하였다.
A: 균열 발생 없음
B: 균열 발생 소수
C: 균열 발생 다수
실시예 1 내지 7
하기에 보이는 요오드가, 결합아크릴로니트릴량 중량% 및 무니점도(ML1+4, 100℃)를 가지는 7 종류의 수소화아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무(HNBR)를 얻었다.
HNBR 요오드가 무니점도 결합아크릴로니트릴량(중량%)
(1) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 1010 10 85 44
(2) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 2000 4 85 36
(3) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 2010 11 85 36
(4) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 2020 28 78 36
(5) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 2030L 56 58 36
(6) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 3110 15 95 25
(7) 닛폰제온 가부시키가이샤 제 Zetpol 4110 15 90 17
상기 수소화 NBR의 각각을 표 1 기재의 배합처방에 따라 배합제와 함께 롤 상에서 뒤섞어 가황성 고무 조성물을 얻었다. 이 조성물을 170℃ X 20분의 조건하에 일차 가황하고, 또한 150℃ X 4시간의 조건하에 이차 가황하여 얻어진 가황물의 특성을 평가하였다. 결과를 표 1에 보인다.
Figure pct00001
비교예 1 내지 3
HNBR (1)(닛폰제온 가부시키가야샤 제 Zetpol 2000)을 사용하고 표2 기재의 배합처방에 따른 것 외에는 실시예 1 내지 7과 같이 가황성 고무 조성물을 조제하고, 가황하고, 가황물의 특성을 평가하였다. 결과를 표 2에 보인다.
Figure pct00002
표 1 내지 표 2에 보이는 데이타로부터 명백한 바와 같이 수소화 NBR에 주기율표 제 2족 금속의 산화물 및 비보강성 충전제를 함께 완전히 배합하지 않거나 또는 소량 배합한 경우는(비교예 1) 가황물의 압축영구뒤틀림이 상당히 크고, 또한 마모량이 감소하는 한편, 마찰계수가 증가하고, 더욱이 열전도율이 낮고, 발열온도가 높고, 회전부나 미끄럼이동부에 사용하는 시일 재료로서는 적당하지 않은 것을 알았다.
수소와 NBR에 제 2족 금속의 산화물을 다량으로 배합하면(비교예 2), 비교예 2와 비교하여 압축영구뒤틀림의 저하, 발열온도의 저하 및 열전도율의 향상이 보이지만, 전반적으로 만족할 정도는 아니다. 수소화 NBR에 비보강성 충전제를 다량으로 배합하며(비교예 3), 비교예 1과 비교하여 압축영구뒤틀림의 저하가 보이지만, 그들은 충분하다고 하기 어려우며, 열전도율의 향상 및 발열온도의 저하효과는 전혀 보이지 않는다.
수소화 NBR에 주기율표 제 2족 금속의 산화물 및 비보강성 충전제를 함께 다량배합한 경우는(실시예 1 내지 7) 비교예 1과 비교하여 압축영구뒤틀림의 저하, 발열온도의 저하, 열전도율의 향상 및 마찰계수의 저감효과가 현저하게 보인다.
본 발명의 고무 조성물의 가황물은 고포화 니트릴계 공중합체 고무의 특징인 내오존성, 내열성, 내유성을 가지는 것과 함께, 내마모성, 압축영구뒤틀림 등 시일재로서 균형을 갖춘 특성을 가지며 더욱이 열전도율이 높고 발열성이 억제되며 열균열이 발생하기 어렵다는 특징을 가지고 있다.
따라서 본 발명의 고무 조성물은 각종 오일, 가스 등과 접촉하여 사용되는 시일용 고무제품, 특히 고압유체시일기능, 내미끄럼이동시일기능이 요구되는 회전시일용 고무제품 등의 제조에 유용한 시일용 고무제품의 구체예로서는 회전기기의 축받이에 사용하는 O-링; 패킹, 가스케트, 밸브시일재 등의 각종 시일용 고무제품;유정에서 사용되는 팩커, 유정헤드시일, BOP(Blow out Preventar), 관보호체, 가요성죠인트, 블레이더 등; 충격흡수기등의 미끄럼이동시일; 크랭크샤프트시일, 베어링시일, 악셀의 로터리시일, 선미관시일 등의 선박 또는 자동차의 축받이시일; 지열발전 등의 에너지 분야 등의 열교환기용의 팩킹 등을 들 수 있다.

Claims (23)

  1. 요오드가 80 이하의 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여,
    (ㄱ) 보강성 충전제 3 내지 30 중량부,
    (ㄴ) 주기율표 제 2족 금속의 산화물 30 내지 200 중량부,
    (ㄷ) 비보강성 충전제 30 내지 200 중량부, 및
    (ㄹ) 가황제 0.1 내지 20 중량부
    가 배합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 고포화 니트릴계 공중합체 고무가 불포화 니트릴과 콘쥬게이트디엔과 소망에 따라 사용되는 에틸렌성 불포화 단량체와의 공중합체의 콘쥬게이트디엔 단위를 수소화한 것인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 고포화 니트릴계 공중합체 고무가 결합아크릴로니트릴 함량 10 내지 60 중량%의 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무를 수소화한 것인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 고포화 니트릴계 공중합체 고무의 무니점도(ML1+4, 100℃)가 30 내지 300인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 고포화 니트릴계 공중합체 고무의 요오드가가 1 내지 60인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 보강성 충전제가 카본블랙 및 실리카 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 보강성 충전제의 배합량이 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 주기율표 제 2족 금속의 산화물이 아연, 마그네슘, 칼슘 및 바륨의 산화물 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 주기율표 제 2족 금속의 산화물이 아연의 산화물인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 주기율표 제 2족 금속의 산화물의 배합량이 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 150 중량부인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 비보강성 충전제가 무기충전제인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 비보강성 충전제가 탄산칼슘, 클레이 및 활석 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 비보강성 충전제의 배합량이 고포화 니트릴계 공중합체 고무 100 중량부에 대하여 50 내지 150 중량부인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 주기율표 제 2족 금속의 산화물과 비보강성 충전제와의 배합비가 40/60 내지 60/40(중량비)인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  15. 제 1 항에 있어서, 가황제가 유기산화물 가황제이며, 다관능성 불포화 화합물과 조합시켜 사용하거나, 또는 유황계 가황제인 것을 특징으로 하는 가황성 고무 조성물.
  16. 제 1 항의 가황성 고무 조성물을 가황한 가황물로 이루어지며, 마찰계수(μ) 1.5 이하, 마모량이 150 내지 350 mg인 동적상태에서 사용되는 시일재료.
  17. 제 16 항에 있어서, 마모량이 200 내지 300 mg인 것을 특징으로 하는 시일재료.
  18. 제 16 항에 있어서, 마모량이 200 내지 250 mg인 것을 특징으로 하는 시일재료.
  19. 제 16 항에 있어서, 동적상태에서 사용되는 시일재료가 회전시일 재료인 것을 특징으로 하는 시일재료.
  20. 제 16 항에 있어서, 동적상태에서 사용되는 시일재료가 미끄럼이동시일 재료인 것을 특징으로 하는 시일재료.
  21. 제 16 항의 시일재료와 보강환으로 이루어지는, 동적상태에서 사용되는 시일.
  22. 제 21 항에 있어서, 회전시일인 것을 특징으로 하는 시일.
  23. 제 21 항에 있어서, 미끄럼이동시일인 것을 특징으로 하는 시일.
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