KR100406161B1

KR100406161B1 - 이피디엠과 실리콘고무를 포함하는 고무 조성물 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100406161B1
Application number: KR10-2001-0010718A
Authority: KR
Inventors: 김진국; 이혜옥
Original assignee: 김진국; 이혜옥
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2003-11-17
Also published as: KR20020070580A

Abstract

본 발명은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무와 실리콘고무를 블렌드함으로써 기계적 강도와 가격경쟁력을 향상시킨 절연체용 고무조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 삼수산화알루미늄, 경화제를 첨가하여 컴파운드한 실리콘 고무 30 내지 70중량%와 산화아연, 트리메틸프로판 트리메타아크릴레이트/실리카(TRIM/S), 삼수산화알루미늄, 가교제를 첨가하여 컴파운드한 EPDM 고무 30 내지 70중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무 조성물 및 제조방법을 제공함으로써, 기계적 강도가 우수한 절연체용 저단가 실리콘 고무를 제조할 수 있으며 전기애자 소재 및 전기부품의 절연목적의 부품 소재 등과 같이 절연성이 요구되는 제품의 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

이피디엠과 실리콘고무를 포함하는 고무 조성물 및 그 제조방법{Silicone /EPDM rubber alloy and manufacturing method the same}

본 발명은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)과 실리콘고무를 포함하는 고무 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로써, EPDM 고무와 실리콘고무를 블렌드함으로써 기계적 강도와 가격경쟁력을 향상시킨 절연체용 고무조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고분자는 대부분 절연 특성을 갖고 있다. 고분자 복합 절연물은 경량, 저가, 우수한 성능 및 장기수명 등의 많은 장점 때문에 구미 유럽의 선진국에서 전철이나 송배전용 전선에 보편적으로 사용되고 있으며, 북미에서 절연물의 신규 물량은 대부분 고분자 복합 절연물들로 설치되고 있다.

절연특성을 갖는 고분자중에서 실리콘 고무는 -50∼250℃의 온도범위에서 견딜 수 있는 내열성과 내한성을 가지고 있으며, 주쇄에 이중결합이 없기 때문에 내후성, 내산화성, 전기적 특성 등이 우수하다. 또한 작은 표면 에너지를 갖고 있기 때문에 발수성이 매우 뛰어난데 이러한 성질은 절연물 특성 중의 상당히 중요한 부분을 차지하며 절연성질이 요구되는 산업방면에서 실리콘 고무의 수요가 매년 증가하고 있다.

그러나 실리콘 고무만을 고분자 절연물로 사용하기에는 가격 경쟁력이 없을 뿐만 아니라, 특히 고분자 절연물이 옥외에서 사용될 경우에 요구되는 내오존성, 내치수성 및 기계적 강도등을 만족시킬 수 없다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 올레핀계의 EPDM 고무를 실리콘 고무와 블렌드함으로써 실리콘 고무의 낮은 기계적 강도 및 고비용을 개선할 수 있는 절연체용 고무조성물과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 실시예 1-4 및 비교예 1-4의 기계적 강도를 나타낸 그래프.

도 2는 실시예 1-4 및 비교예 1-4의 전기적 특성을 나타낸 그래프.

도 3은 실시예 1-4 및 비교예 1-4의 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 그래프도 4는 실시예 1 및 실시예 5의 혼합물의 SEM 촬영 사진.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 삼수산화알루미늄, 경화제를 첨가하여 컴파운드한 실리콘 고무 30 내지 70중량%와 산화아연, 트리메틸프로판 트리메타아크릴레이트/실리카(TRIM/S), 삼수산화알루미늄, 가교제를 첨가하여 컴파운드한 EPDM 고무 30 내지 70중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 (A) 75∼85℃의 오픈 롤 밀에서 실리콘 고무에 삼수산화알루미늄을 첨가하여 2분간 혼합한 후 경화제를 첨가하여 2분간 혼합하여 실리콘 컴파운드를 제조하는 단계와, (B) 75∼85℃, 30rpm의 인터널 믹서에 EPDM을 투입하여 1분간 혼합한 후 산화아연을 첨가하여 2분간 혼합, 트리메틸프로판 트리메타아크릴에이트/실리카(TRIM/S)를 첨가하여 2분간 혼합, 삼수산화알루미늄을 첨가하여 5분간 혼합, 가교제를 첨가하여 2분간 혼합한 다음 EPDM 전체 혼합물을 3분간 혼합하여 EPDM 컴파운드를 제조하는 단계와, (C) 75∼85℃, 30rpm의 인터널 믹서에 실리콘 컴파운드 30 내지 70중량%와 EPDM 컴파운드 30 내지 70중량%를 5분간 혼합하는 단계와, (D) 상기의 배합물을 160℃의 핫프레스에서 10분간 경화하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무의 제조방법을 제공한다.

이때, 실리콘 고무 100중량부에 대하여 삼수산화알루미늄은 130 내지 150중량부, 경화제는 0.5 내지 1.0 중량부로 첨가되며, EPDM 고무 100중량부에 대하여 산화아연은 3 내지 7중량부, 삼수산화알루미늄은 130 내지 150 중량부, 트리메틸프로판 트리메타아크릴에이트/실리카(TRIM/S)는 1 내지 3중량부, 경화제는 4 내지 7중량부로 첨가된다.

본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실리콘 고무는 먼저 1차 배합을 실시하였으며, 실리콘 고무의 난연성, 내트래킹성 그리고 기계적 강도 향상을 위하여 삼수산화알루미늄(aluminum trihydrate, Al₂(OH)₃)을 첨가한다. 이때, 삼수산화알루미늄이 130 중량부(phr)미만으로 첨가되면, 전기절연용에 요구되는 난연성 및 내트래킹성의 저하를 초래하며, 삼수산화알루미늄이 150 중량부(phr)를 초과하여 첨가되면, 난연성 및 내트래킹성은 증가하고 기계적 강도는 감소하는 경향을 보이며, 본 발명에서 샘플을 제작할 시, 분말의 취급과 롤 밀(Roll mill)의 작업이 어려워지게 되어 삼수산화알루미늄의 함량을 130~150 중량부(phr)로 제한한다.실리콘 고무의 배합은 75∼85℃의 오픈 롤 밀(open roll mill)에서 실시하는데, 이때, 온도가 85℃보다 높으면, 혼합시에 자체발열이 일어나 가교제인 DCP의 분해에 의해 필요하지 않은 경화가 일어나게 되고, 온도가 75℃보다 낮으면, 가소화가 원활히 일어나지 않아 혼합이 잘 되지 않는다.먼저 실리콘 고무 100중량부(phr)에 Al₂(OH)₃130중량부(phr)을 첨가하여 2분간 혼합한 후 경화제(DCP-40%) 0.5중량부(phr)를 첨가하여 2분간 혼합하여 쉬트(sheet) 형태로 제조한다.경화제가 0.5중량부(phr) 미만으로 사용될 경우, 실리콘과 EPDM 고무 블렌드물의 경화가 정상적으로 일어나지 않는 미가교 현상이 나타나고, 경화제가 1.0중량부(phr)를 초과하여 첨가될 경우, 과다한 가교가 발생하는 것이 발견되어 경화제의 사용을 0.5~1.0중량부(phr)로 제한한다.

EPDM 고무의 배합은 내부온도 75∼85℃, 30rpm의 인터널 믹서(internal mixer)에서 수행한다. EPDM 고무는 에틸렌 함량이 60%이상인 것을 사용한다. 배합순서는 먼저 EPDM 고무 자체가 충분한 열을 받기 위하여 EPDM 100중량부(phr)을 투입하여 1분간 혼합한 후 순도 99.4%의 산화아연(ZnO) 5중량부(phr)를 첨가하여 2분간 혼합하며, 70%의 트리메틸프로판 트리메타아크릴에이트(trimethylpropane trimethacrylate)와 30%의 실리카(silica)로 구성된 TRIM/S 1.5중량부(phr)를 첨가하여 2분간 혼합한다. 다음으로 Al₂(OH)₃130중량부(phr)를 첨가하여 5분간 혼합하며, 마지막으로 EPDM 고무의 가교제로 다이큐밀퍼옥사이드(dicumyl peroxide ,DCP, C₁₈H₂₂O₂) 5중량부(phr)를 첨가하여 2분간 혼합하여 전체 혼합물을 동일한 조건하에서 3분간 혼합하여 EPDM 고무의 총 배합시간은 15분으로 한다.여기에서, 상기 산화아연은 최적의 가교를 위해 첨가하는 활성제로서 예비실험결과, 3~7중량부(phr)를 첨가하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났으며, 상기 TRIM/S는 가교촉진제로서 사용되는 시약으로서 예비실험 결과, 1~3중량부(phr)가 본 실시예에 가장 적합한 것으로 나타났다.

상기의 준비된 실리콘 컴파운드와 EPDM 컴파운드를 배합하는데 그 방법은 로터 회전속도 30rpm, 내부온도 75∼85℃의 인터널 믹서에서 5분간 실시하며, 배합물의 경화는 160℃의 핫프레스(Hot press)기에서 15분동안 수행한 후 가로, 세로 15cm와 두께 2mm의 몰드(mold)를 사용하여 쉬트 형태로 제조한다. 실리콘 컴파운드와 EPDM 컴파운드의 배합비율을 변화시켜 제조한 실시예 및 비교예를 표 1에 나타내었다.

(단위: 중량%)	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	비교예3	비교예4
EPDM 컴파운드	100	80	70	60	50	40	30	20	0
실리콘컴파운드	0	20	30	40	50	60	70	80	100

실시예 1-5 및 비교예 1-4의 각 시료의 파단신율, 모듈러스를 측정한 결과를 도 1a, 인장강도, 인열강도를 측정한 결과를 도 1b에 나타내었다. 도 1a 및 도 1b의 결과로부터 EPDM 고무 컴파운드의 함량이 증가할수록 인장강도, 인열강도, 파단신율, 모듈러스등의 기계적 강도가 증가함을 알 수 있다.

절연성등의 전기적 특성을 알아보기 위하여 도 2a에 부피저항, 도 2b에 체적저항을 측정한 결과를 나타내었다. 도 2의 결과로 부터 본 발명의 실시예 1-5는 본 발명이 적용되는 분야에서 요구되는 전기적 특성을 충분히 만족시킬 수 있는 것으로 나타났다.즉, 실리콘 컴파운드가 30중량% 이하 70중량% 이상, EPDM 컴파운드가 30중량% 이하 70중량% 이상 함유될 경우, 전기절연용으로 요구되는 물성에 부합되지 못한다고 판단된다.또한, 실리콘 컴파운드와 EPDM 컴파운드의 혼합률에 따라 SEM사진을 촬영한 결과, 도 4a 및 도 4b에서 보이는 바와 같이, 실리콘 컴파운드의 첨가량이 많을수록 표면은 양호한 형태를 보이지만, 기계적 강도가 많이 떨어지는 경향을 보이고, 실리콘 컴파운드의 함량이 적을 경우, 기계적 강도는 많은 증가를 보이지만 표면의 형태가 많이 거칠어지기 때문에 제품으로서의 사용은 불가능하다고 판단되므로, 실리콘 컴파운드와 EPDM 컴파운드의 양을 실리콘 컴파운드 30~70중량%와 EPDM 컴파운드 30~70중량%로 제한을 둔다.

본 발명을 제품화하였을시 제품의 수명은 비, 이슬, 안개, 눈, 먼지 등과 같은 외부 요인에 의하여 많은 영향을 받게 된다. 따라서 제품의 수명은 표면의 발수성을 측정함으로서 간접적으로 알 수 있으며 또한 발수성은 접촉각을 측정함으로서 알 수 있다. 본 발명에서 발수성을 알아보기 위하여 접촉각을 측정하여 도 3에 나타내었는데 실시예 1-5의 발수성은 모두 외부요인에 의한 영향을 충분히 장기간 견뎌낼 수 있는 우수한 수치를 보임으로서 송배전용 절연재료로 사용이 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 실리콘 고무에 비교적 단가면에서 유리한 EPDM 고무를 첨가함으로서 기계적 강도가 우수한 절연체용 저단가 실리콘 고무를 제조할 수 있으며 전기애자 소재 및 전기부품의 절연목적의 부품 소재 등과 같이 절연성이 요구되는 제품의 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

삼수산화알루미늄, 경화제를 첨가하여 컴파운드한 실리콘 고무 30 내지 70중량%와 산화아연, 트리메틸프로판 트리메타아크릴레이트/실리카(TRIM/S), 삼수산화알루미늄, 가교제를 첨가하여 컴파운드한 EPDM 고무 30 내지 70중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무 조성물.
제 1항에 있어서

실리콘 고무 100중량부에 대하여 삼수산화알루미늄은 130 내지 150중량부, 경화제는 0.5 내지 1.0 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무 조성물.
제 1 항에 있어서,

EPDM 고무 100중량부에 대하여 산화아연은 3 내지 7중량부, 삼수산화알루미늄은 130 내지 150 중량부, 트리메틸프로판 트리메타아크릴에이트/실리카(TRIM/S)는 1 내지 3중량부, 경화제는 4 내지 7중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무 조성물.
(A) 75∼85℃의 오픈 롤 밀에서 실리콘 고무에 삼수산화알루미늄을 첨가하여 2분간 혼합한 후 경화제를 첨가하여 2분간 혼합하여 실리콘 컴파운드를 제조하는단계와, (B) 75∼85℃, 30rpm의 인터널 믹서에 EPDM을 투입하여 1분간 혼합한 후 산화아연을 첨가하여 2분간 혼합, 트리메틸프로판 트리메타아크릴에이트/실리카(TRIM/S)를 첨가하여 2분간 혼합, 삼수산화알루미늄을 첨가하여 5분간 혼합, 가교제를 첨가하여 2분간 혼합한 다음 전체 혼합물을 3분간 혼합하여 EPDM 컴파운드를 제조하는 단계와, (C) 75∼85℃, 30rpm의 인터널 믹서에 실리콘 컴파운드 30 내지 70중량%와 EPDM 컴파운드 30 내지 70중량%를 5분간 혼합하는 단계와, (D) 상기의 배합물을 160℃의 핫프레스에서 10분간 경화하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 EPDM과 실리콘 고무를 포함하는 고무의 제조방법.