KR100423960B1 - 금속구조물을 갖는 고무제품 및 그 제조방법 - Google Patents

금속구조물을 갖는 고무제품 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

천연고무와 아크릴 고무를 90/10 내지 60/40의 중량비로 혼합한 조성물로부터 형성되며; 0.1 내지 100㎛ 크기의 아크릴 고무의 미세한 입자가 천연고무의 매트릭스상중에 분산되어 있는 해도(island-sea) 구조를 갖는 가황고무가 접착되는 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품. 금속구조물을 갖는 고무제품의 제조방법 또한 개시한다.

Description

금속구조물을 갖는 고무제품 및 그 제조방법{RUBBER PRODUCT WITH METALLIC STRUCTURE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 금속구조물을 갖는 고무제품 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 발명은 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물을 가지며, 가황고무가 금속구조물에 접착된 고무제품 및 이러한 고무제품을 제조하기 위한 적절한 방법에 관한 것이다.
금속구조물을 갖는 고무제품은 다양한 분야에서 폭 넓게 사용되어 왔다. 이 고무제품에서는, 유연성, 탄력성, 점탄성, 완충력 등의 관점에서 우수한 특성을 갖는 가황고무가 금속구조물에 접착되어 있다. 예를 들어, 금속구조물을 갖는 이러한 고무제품은 자동차와 같은 차량 및 기계장치에서 진동의 감쇠 또는 완충 특성을 나타내기 위해 진동 또는 충격전달 시스템에서 2개의 부재사이에 배치된 방진 고무부재로서 사용되고 있다.
특히, 자동차에 사용되는 금속구조물을 갖는 고무제품으로서 방진 고무부재는 연료를 절약하고 고성능을 실현하기 위해 무게 감소가 요구된다. 이러한 목적으로, 금속구조물은 종래에 사용된 철계 재료대신 알루미늄 재료로 형성된다.
고무제품의 금속구조물을 위해 철계 재료대신 알루미늄 재료를 사용함으로써, 고무제품은 갈바노부식(접촉 부식)으로 인해 형성된 국부전지로 피해를 입게되는 경향이 있다. 보다 상세하게 설명하면, 고무제품의 가황고무가, 방진 고무로서 사용하기 위해 적절한 수준으로 가황고무의 경도를 유지하지 위해, 카본블랙과 같은 강화제가 상당량 포함되는 고무조성물로 형성될 경우, 가황고무는 비교적 낮은 체적저항률을 가지며, 따라서 비교적 높은 도전률을 갖는다. 이 고무제품에서, 알루미늄재료의 금속구조물(이후 간단히 "금속구조물"라 함)는 고 도전성 가황고무 및 금속구조사이의 큰 전위차 때문에, 높은 도전률을 갖는 가황고무와의 접촉으로 부식될 가망성이 있다.
알루미늄 금속구조물의 부식을 막기 위해, 금속구조물에 금속구조물의 내식성을 향상시키기 위한 크롬산염처리 또는 인산염처리와 같은 화학성피막처리를 한다. 그러나, 이러한 화학 변환 피복처리는 금속구조물의 부식을 방지하기에는 충분하지 않아, 금속구조물의 내식성을 향상시키기 위한 보다 효과적인 기술이 요구된다.
가황고무와의 접촉으로 인한 알루미늄 금속구조물의 부식을 방지하기 위한 대안적인 기술로서, 가황고무를 형성하기 위한 고무조성물에 포함되며 가황고무의 도전률을 증가시키는 카본블랙의 양을 가황고무의 체적저항률을 증가시키기 위해 감소시킨다. 그러나, 카본블랙 함량의 감소는 가황고무의 경도 및 강도와 같은 물성의 열화, 및 가황고무를 위한 고무조성물의 몰드성형성 열화와 같은 또 다른 문제를 야기시킨다. 이러한 관점에서, 가황고무의 체적저항률을 증가시키기 위해 카본블랙의 양을 감소시키기가 어렵기도 하고 바람직하지 않기도 하다.
도 1은 자동차용 콘트롤 암 부시형태로 본 발명의 금속구조물을 갖는 고무재품에 대한 구체예의 축방향 단면도이다.
도 2는 가황고무의 각 시험편에서 체적저항률 및 경도간의 관계를 보여주는 그래프이며, 이 관계는 본 발명의 실시예에서 얻어진 것이다.
본 발명은 상기 배경기술을 고려하여 이루어졌다. 본 발명의 제 1 목적은, 가황고무의 경도 및 강도와 같은 물성을 확보함과 동시에, 가황고무의 체적저항률을 증가시키기 위해, 금속구조물에 접착되는 가황고무를 형성하기 위한 고무조성물에 포함된 카본블랙의 양을 최소화함으로써 줄어든 무게를 가지며, 높은 내식성을 나타내는 금속구조물을 가지는 고무제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2목적은 금속구조물을 갖는 이러한 고무제품을 제조하는 적절한 방법을 제공하는 것이다.
상기 제 1 목적은 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품을 제공하는 본 발명의 제 1 양태에 따라 달성될 수 있으며, 여기에서 가황고무는 금속구조물에 접착되며, 여기에서의 개선점은: 가황고무가 천연고무와 아크릴 고무를 90/10 내지 60/40의 중량비로 혼합한 조성물로부터 형성되며; 가황고무가 0.1 내지 100㎛의 크기를 갖는 아크릴 고무의 미세한 입자가 천연고무의 매트릭스상중에 분산되어 있는 해도(海島) 구조를 가지는 것을 포함한다.
본 발명의 상기한 제 1 양태에 따라 제조된 금속구조물을 갖는 고무제품에서, 금속구조물은 암루미늄 재료로 형성되며, 금속구조물에 접착된 가황고무는 예정된 양의 아크릴 고무가 천연고무의 매트릭스상중에 미세한 입자형태로 분산되어 있는 해도구조를 갖는다. 본 발명의 고무제품은 상기한 바와 같이 형성된 해도 구조를 가장 특징으로 한다. 이렇게 형성된 고무제품은 알루미늄 금속구조물로 인해 무게가 감소하며, 금속 구조물에 접착된 가황고무는 가황고무 구조에 분산된 아크릴 고무의 미세한 입자로 인해 경도가 증가한다. 따라서, 가황고무를 형성하기 위한 고무조성물에 포함된 카본블랙의 양은 가황고무의 체적저항률을 증가시키기 위해, 이로 인해 금속구조물이 가황고무와의 촉으로 인한 부식되는 것을 막기 위해, 유익하게 감소될 수 있다.
본 발명의 가황고무를 형성하기 위한 고무조성물에서, 천연고무 및 아크릴고무는 90/10 내지 60/40의 중량비로 혼합된다. 이렇게 제조된 고무조성물의 가황에 의해 얻어진 가황고무에서, 가황 아크릴 고무는 가황 천연고무의 매트릭스상중에 0.1 내지 100㎛의 크기를 갖는 미세한 입자형태로 분산된다. 이 구조에 따르면, 금속구조물에 접착된 가황고무는 높은 경도 및 강도와 같은 바람직한 물리적 성질을 가지며, 금속구조물을 갖는 고무제품은 높은 내식성을 나타낸다.
상기 본 발명의 제 1 양태의 바람직한 형태에서, 가황고무는 금속구조물의 더욱 향상된 내식성을 위해 1×106Ωcm 이상의 체적저항률을 갖는다.
본 발명은 또한 자동차에서 사용을 위한 방진 고무부재를 제공하며, 방진 고무부재는 상기한 바와 같이 제조된 금속구조물을 갖는 고무제품으로 만들어진다. 본 발명에 따르는 고무제품에 의해 제조된 방진 고무부재는 높은 내식성 및 감소된 무게를 가지며, 방진 고무에 요구되는 물성을 나타낸다.
상기한 제 2 목적은 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품의 제조방법을 제공하는 본 발명의 제 2 양태에 의해 달성될 수 있으며, 여기에서 가황고무는 금속구조물에 접착되며, 이 방법은: 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 90/10 내지 60/40의 중량비로 단지 미가황 아크릴 고무재료만을 가황할 수 있는 가황제와 함께 고르게 혼합하여, 미가황 아크릴 고무재료를 미가황 천연고무재료중에 미세하게 분산시키는 단계; 미가황 천연고무재료 중에 미세하게 분산되어 있는 미가황 아크릴 고무재료를 가황하는 단계; 및 미가황 천연고무재료를 가황할 수 있는 가황제를 첨가한 후 미가황 천연고무재료를 가황하여 금속구조물에 접착되는 가황고무를 얻는 단계로 구성되며, 가황고무가 0.1 내지 100㎛의 크기를 가지며 미가황 아크릴 고무재료를 가황함으로써 얻어진 가황 아크릴 고무의 미세한 입자들이 미가황 천연고무재료를 가황함으로써 얻어진 가황 천연고무의 매트릭스상중에 분산되어 있는 해도 구조를 갖는다.
상기한 제 2 목적은 또한 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품의 제조방법을 제공하는 본 발명의 제 3 양태에 의해 달성될 수 있으며, 여기에서 가황고무는 금속구조물에 접착되며, 이 방법은: 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 90/10 내지 60/40의 중량비로 고르게 혼합하고, 미가황 천연고무재료를 가황하기 위한 가황제 및 미가황 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 가황제를 가함으로써 미가황 고무조성물을 제조하는 단계; 및 이렇게 얻어진 혼합물을 가황하여 금속구조물에 접착되는 가황고무를 얻는 단계로 구성되며, 가황 고무는 0.1 내지 100㎛의 크기를 가지며 미가황 아크릴 고무재료를 가황함으로써 얻어진 가황 아크릴 고무의 미세한 입자들이 미가황 천연고무재료를 가황함으로써 얻어진 가황 천연고무의 매트릭스상중에 분산되어 있는 해도 구조를 갖는다.
상기한 이들 방법에 따라, 가황 아크릴 고무의 미세한 입자가 가황 천연고무의 매트릭스상중에 고르게 분산되어 있는 해도 구조를 갖는 가황고무가 알루미늄 재료로 형성된 금속구조물에 접착될 수 있다. 그러므로, 상기한 이들 방법은 금속구조물을 갖는 제조된 고무제품이 향상된 내식성 및 감소된 무게를 가질 수 있게 해준다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 이점 및 기술적이고 산업적인 중요성은, 첨부되는 도면과 더불어 생각하면, 후술되는 본 발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명을 숙독함으로써 더욱 잘 이해될 것이다.
(바람직한 구체예의 상세한 설명)
본 발명의 금속구조물을 갖는 고무제품에서, 금속구조물은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 재료로 형성되어, 본 발명의 고무제품이 철계 재료로 형성된 금속구조물을 갖는 종래의 고무제품에 비해 상당히 작아진 무게를 갖도록 한다. 본 발명의 알루미늄 금속구조물은 내식성을 향상시키기 위해 당해분야에 공지인 화학성피막처리 또는 양극산화물 피막처리를 하는 것이 바람직하다.
금속구조물에 접착된 가황고무는 천연고무 및 아크릴 고무의 혼합물로 형성된다. 상세하게 기술하면, 본 발명의 고무제품의 가황고무는 가황 아크릴 고무가 0.1 내지 100㎛크기의 미세한 입자형태로 가황 천연고무의 매트릭스상중에 분산되어 있는 해도 구조를 갖는다. 이 구조에 따라, 금속구조물은 부식이 효과적으로 방지된다.
본 발명의 고무제품의 가황고무를 형성하기 위한 고무조성물로서 사용된 미가황 천연고무 및 미가황 아크릴 고무는 모두 상호 비상용성인 폴리머이다. 예정된 비율로 함께 혼합되는 두 미가황 고무재료의 가황에 의해 얻어진 가황고무에서, 가황 천연고무 및 가황 아크릴 고무는 상호 상용성이 아니다. 본 발명의 고무제품의 가황고무에서, 가황 아크릴 고무는 가황 천연고무의 매트릭스상중에 0.1 내지 100㎛, 바람직하게는 10㎛이하의 크기를 갖는 미세한 입자형태로 분산된다. 가황 천연고무의 매트릭스상중에 분산된 가황 아크릴 고무의 미세한 입자로 인해, 가황고무(고무제품)의 경도는 유리하게 증가된다. 따라서, 형성될 가황고무의 경도를 증가시키기 위해 고무조성물중에 포함된 카본불랙의 양은 본 발명에서 감소될 수 있다. 달리 말해, 카본블랙 대신 비도전성 아크릴 고무의 미세한 입자가 가황고무에 요구되는 경도를 부여하여, 고무조성물중에 포함되는 카본블랙의 양을 효과적으로 감소시킨다. 이 배합에 따라, 가황고무의 체적저항률은 도전률을 감소시킴과 더불어, 그로 인해 고무제품의 금속구조물의 내식성을 효과적으로 향상시키기 위해 증가될 수 있다. 100㎛의 상한선을 초과하는 아크릴 고무의 미세한 입자 크기는 고무제품의 파단신장률과 같은 물성에 악영향을 미친다. 아크릴 고무의 입자크기는 다양한 공지의 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 아크릴 고무의 입자들을 주사전자현미경(SEM) 또는 주사탐침현미경(SPM)으로 관찰하여 입자크기를 측정한다.
최종생성물로서 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품이 원하는 동작특성 및 물성을 나타내도록 하기 위해, 미가황 아크릴 고무재료의 중량에 대한 미가황 천연고무재료의 중량비를 90/10 내지 60/40의 범위에서 선택한다. 만약 미가황 아크릴 고무재료의 양이 미가황 천연고무재료의 양보다 극히 작으면, 제조된 고무제품은 미가황 아크릴 고무재료를 첨가함으로써 얻어질 수 있는 효과를 볼 수 없다. 만약 미가황 아크릴 고무재료의 양이 미가황 천연고무재료의 양보다 극히 크면, 반대로, 비록 경도는 증가하지만, 고무제품의 인장강도와 같은 물성이 열화될 수 있다. 미가황 아크릴 고무재료의 양이 미가황 천연고무재료의 양보다 극도로 큰 경우, 가황 천연고무라기 보다는 오히려 가황 아크릴 고무가 바람직하지 않게도 제조된 고무제품에서 매트릭스상이 될 수 있다. 이 경우, 고무제품은 상기한 원하는 구조 및 금속구조물을 갖는 고무제품에 요구되는 원하는 성질을 갖지 못할 수 있다.
본 발명의 고무제품을 제조하기 위해 사용된 천연고무재료 및 아크릴 고무재료는 당해분야에서 공지인 것들중에서 적절히 선택된다. 예를 들어, 아크릴 고무재료는, 고무제품에 요구되는 원하는 특성에 따라, 필요시 주성분이 알킬아크릴레이트인 공지의 합성고무중에서 선택될 수 있다. 특히, 후술되는 폴리아민계 가황제로 가황될 수 있는 아크릴 고무재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 알킬아크릴레이트 및 2-클로로에틸 비닐에테르의 공중합체(ACM), 알킬아크릴레이트 및 아크릴로니트릴의 공중합체(ANM), 그리고 알킬아크릴레이트 및 에틸렌의공중합체(AEM)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 금속구조물을 갖는 원하는 고무제품을 제공하기 위해, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 알루미늄 금속구조물의 존재하에서 몰딩 및 가황하며, 그것에 의하여 가황고무는 금속구조물에 접착된다. 본 발명의 고무제품을 제조함에 있어서, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 각각 가황하기에 적합한 공지된 가황제들의 적당량을 가황에 앞서 고무조성물에 가한다. 미가황 천연고무재료를 가황하기 위한 가황제로서는, 유황과 같은 유황계 가황제가 일반적으로 사용되어, 미가황 천연고무재료는 공지의 유황계 가황시스템에 의해 가황된다. 미가황 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 가황제는 사용될 아크릴 고무재료의 종류에 따라 공지의 가황제 중에서 적절히 선택된다. 예를 들어, 헥사메틸렌디아민 카르바메이트 또는 트리에틸렌 테트라민과 같은 폴리아민계 가황제가 사용된다. 미가황 아크릴 고무재료의 가황이 미가황 천연고무재료의 가황보다 먼저 진행하는 경우, 상기 폴리아민계 가황제는 천연고무재료를 가황하지 않고 아크릴 고무재료만을 가황할 수 있어야 한다.
본 발명에서, 적어도 하나의 선택된 가황촉진제 및/또는 조제는 각각의 두 미가황 고무재료를 가황하기 위한 각각의 가황제와 조합되어 사용될 수 있다. 적절한 가황촉진제 및/또는 조제는 특정 미가황 고무재료(미가황 천연고무재료 또는 미가황 아크릴 고무재료) 및 특정 가황제에 따라 선택된다. 선택된 적어도 하나의 가황촉진제 및/또는 조제는 특정 미가황 고무재료 및 특정 가황제와 더불어 적절한 양으로 혼합되고 반죽되어, 미가황 고무재료는 가황되어 향상된 결과를 갖는다.
가황촉진제의 전형적인 예는: N-tert-부틸-2-벤조티아졸릴술펜아미드(BBS), N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴술펜아미드(CBS), 및 N-옥시디에틸렌-2-벤조티아졸릴술펜아미드(OBS)와 같은 술펜아미드; 진크 디메틸디티오카르바메이트(ZnMDC) 및 진크 디에틸디티오카르바메이트(ZnEDC)와 같은 디티오카르바메이트; 그리고 테트라메틸 티우람 디설파이드(TMTD), 테트라에틸 티우람 디설파이드(TETD), 및 테트라부틸 티우람 디설파이드(TBTD)와 같은 티우람을 포함한다. 가황촉진조제로서는, 예를 들어 산화아연 또는 스테아르산이 사용된다.
필요시에, 다양한 다른 적절한 공지의 첨가제들이 미가황 고무재료에 첨가될 수 있다. 이 첨가제들은: 카본 블랙과 같은 강화제; 왁스와 같은 시효방지제; 및 오일과 같은 연화제를 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 금속구조물을 갖는 제조된 고무제품이 원하는 물리적 성질 및 동작특성을 나타내는 것을 방해하지 않아야 하며 첨가제의 양은 고무제품의 물성 및 동작특성을 악화시키지 않도록 결정되어야 한다는 것에 주의한다.
카본블랙이 미가황 고무조성물에 가해지는 경우, 카본블랙의 양의 증가에 따라 제조된 고무제품의 체적저항률은 낮아지고 고무제품의 도전률은 증가하기 때문에, 첨가될 카본블랙의 양은 최소화되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 미가황 고무조성물에 가해질 카본블랙의 양은 고무제품의 가황 고무의 체적비처항이 1×106Ωcm 이상, 바람직하게는 1×108Ωcm 이상이 되도록 정하는 것이 바람직하다. 만약 가황 고무의 체적저항률이 1×106Ωcm 보다 작으면, 가황 고무와의 접촉으로인한 금속구조물의 부식은 효과적으로 방지될 수 없다.
금속구조물을 갖는 본 발명의 고무제품을 제조함에 있어서, 당해분야에 공지인 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 이 방법들 중의 한 예로서, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 적절한 중량비, 즉, 아크릴 고무재료의 중량에 대한 천연고무재료의 중량비=90/10 ~ 60/40 으로, 천연고무는 가황하지 않지만 아크릴고무의 가황은 촉진시키는 가황제와 함께 혼합한다. 혼합물을 정상적인 가열조건에서 폴리머재료의 반죽과 혼합을 수행하는 밴버리 믹서와 같은 적절한 공지의 니더 또는 믹서에 투입한 후, 혼합물을 가열하에서 일정하게 반죽하여, 아크릴 고무가 천연고무의 가황없이 가황될 수 있게 하며, 동시에 예정된 적당한 크기를 갖는 미가황 아크릴 고무재료의 미세한 입자가 미가황 천연고무재료중에 고르게 분산될 수 있도록 한다.
상기한 미가황 아크릴 고무재료의 가황후, 미세한 입자형태로 가황 아크릴 고무가 분산된 미가황 천연고무재료를 가황할 수 있는 가황제 및 적절한 첨가제들을 천연고무재료에 가한다. 이렇게 얻어진 혼합물을 롤 타입 믹서에서 일정하게 혼합하고 반죽한다. 이어서, 혼합물을, 미가황 천연고무 재료가 가황되는 적정 온도에서, 알루미늄 금속구조물이 적절히 배치된 합형을 사용하는 적절한 몰딩법으로 원하는 모양으로 성형한다. 금속구조물 및 가황고무가 몰딩 및 가황작업중 함께 결합되는 이 방법 대신에, 금속구조물이 상기 혼합물의 가황후에 얻어진 형성된 가황고무 부재에 접착될 수 있다.
이 방법에 따라 아크릴 고무재료를 가황함에 있어서, 적어도 하나의 선택된가황촉진제 및/또는 조제가 아크릴 고무재료 및 가황제의 종류에 따라 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 가황제와 혼합하여 사용될 수 있다. 게다가, 천연고무재료를 가황하지 않는다면, 다양한 다른 공지의 첨가제들이 가해질 수 있다.
미가황 천연고무재료, 미가황 아크릴 고무재료 및 아크릴 고무를 가황하기 위한 가황제를 니더에 투입하는 순서는 상기한 것에 한정되지 않는다. 이들 성분은 아무런 문제없이 동시에 니더 또는 믹서에 투입될 수 있다. 그러나, 미가황 아크릴 고무재료 및 단지 아크릴 고무만을 가황할 수 있는 가황제의 혼합물을 적당한 비율로, 예를 들어 마스터 배치 형태로 제조하는 것이 바람직하다. 이 경우, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료의 원하는 중량비를 확보하기 위해, 제조된 혼합물 및 미가황 천연고무재료를 니더에 투입한다. 이 방법은 니더내의 재료들을 혼합하고 반죽하는데 요구되는 시간을 단축시키는데 효과적이며, 천연고무재료중 아크릴 고무재료 분산의 균일성 또는 균등성을 향상시킨다.
상기한 바와 같이 니더에 투입된 재료들을 이후 반죽한다. 아크릴 고무의 미세한 입자의 원하는 분산상태를 확보하기 위해, 반죽시간은 천연고무재료 및 아크릴 고무재료의 특정 종류 및 양, 그리고 니더의 동작특성을 고려하여 결정한다. 재료들은 반죽작업을 용이하게 하고 아크릴 고무재료의 가황반응의 정도를 높게 하는 온도에서 반죽한다. 가황 아크릴 고무가 미세한 입자형태로 분산된 미가황 천연고무재료의 반죽에서, 반죽작업후 천연고무재료를 가황하기 위한 가황제를 첨가하며, 반죽이 행해지는 반죽시간 길이 및 온도조건을 적절하게 결정한다.
미가황 천연고무재료를 몰딩하고 가황함에 있어서, 온도, 압력 및 시간과 같은 가황조건은, 천연고무를 효과적으로 가황하기 위해, 미가황 천연고무 및 천연고무를 가황하기 위한 가황제의 특정 종류에 따라 결정하여, 가황고무가 금속구조물에 접착될 수 있도록 한다. 몰딩 및 가황작업은 몰딩 및 가황이 동시에 행해지는 프레스 몰딩 및 가황과 같은 공지의 방법에 따라 행해질 수 있다. 금속구조물을 갖는 고무부재의 크기 및 형상은 특별히 제한되지 않고, 고무제품의 원하는 용도에 따라 적절하게 결정할 수 있다.
본 발명에 따르는 금속구조물을 갖는 고무제품의 제조방법의 또 하나의 예로서, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 적절한 중량비, 즉 아크릴 고무재료의 중량에 대한 천연고무재료의 중량비=90/10 내지 60/40으로 혼합하고, 혼합물을 밴버리 믹서 또는 롤 타입 믹서와 같은 적절한 공지의 니더 또는 믹서에 투입하여 혼합물을 고르게 혼합한다. 이 혼합물에 각 미가황 고무재료들을 가황하기 위한 가황제 및 적절하게 선택된 첨가제들을 가하고 반죽하여, 미가황 아크릴 고무재료가 예정된 크기를 가지는 미세한 입자형태로 미가황 천연고무재료중에 고르게 분산되어 있는 미가황 고무조성물을 제공한다. 이어서, 이렇게 얻어진 미가황 고무조성물을, 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료가 동시에 가황되는 적정온도에서, 합형와 같은 몰딩법으로 원하는 형상으로 성형한다. 몰딩 및 가황작업 도중 또는 후에, 금속구조물을 공지된 방법으로 가황고무에 접착하여, 본 발명에 따르는 금속구조물을 갖는 의도된 고무제품을 제공한다.
상기 방법에서, 미가황 천연고무재료, 미가황 아크릴 고무재료, 각각의 미가황 고무재료를 가황하기 위한 가황제, 및 첨가제를 니더에 투입하는 순서는 상기한것에 특별히 제한받지 않는다. 예를 들어, 이들 성분은 니더 또는 믹서에 동시에 투입될 수 있다. 또는 달리, 가황제를 제외한 모든 성분을 초기 반죽을 위해 니더 또는 믹서에 투입하고, 가황제는 이후의 최종반죽 단계에서 가할 수 있다. 본 발명의 방법에서, 성분들은 미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료가 동시에 가황되도록 혼합하거나, 가황제 첨가후에 연속하여 혼합할 수 있다.
반죽작업은 절절한 시간주기동안 적절한 온도에서 행해진다. 본 발명의 방법에서, 아크릴 고무의 미세한 입자의 바람직한 상태의 분산을 확보하기 위해, 반죽시간은 천연고무재료 및 아크릴 고무재료의 특정 종류 및 양, 그리고 니더의 작업특성을 고려하여 결정한다.
미가황 고무조성물을 몰딩 및 가황함에 있어서, 온도, 압력 및 시간과 같은 가황조건은, 미가황 고무재료들의 효과적인 가황을 위해, 미가황 천연고무재료, 미가황 아크릴 고무재료, 및 가황제의 특정종류에 따라 적절하게 결정한다. 몰딩 및 가황작업은 몰딩 및 가황이 동시에 행해지는 프레스 몰딩 및 가황 공정과 같은 공지의 방법에 따라 행해질 수 있다. 금속구조물을 갖는 고무제품의 형상 및 크기는 특별히 제한되지 않고, 고무제품의 원하는 용도에 따라 적절하게 정해질 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 금속구조물을 갖는 고무제품의 제조방법에 대한 두가지의 예가 있다. 그러나, 금속구조물을 갖는 본 발명의 고무제품은 상기한 것들에 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 본질적으로, 금속구조물을 갖는 본 발명의 고무제품의 제조방법은 고무제품의 가황고무가 가황 천연고무 및 가황 아크릴 고무의 친밀한 혼합에 의해 구성될 수 있도록 하며 가황 아크릴 고무가 가황 천연고무의 매트릭스상중에 0.1 내지 100㎛ 크기를 갖는 미세한 입자형태로 분산되어 있는 해도 구조를 갖도록 한다.
상기한 바와 같이 형성된 금속구조물을 갖는 고무제품은 높은 내식성을 나타내고 감소된 무게를 가져, 본 발명의 고무제품은 진동 및 충격 전달시스템에서 2개의 부재 사이에 배치되며, 자동차에서 엔진마운트, 차체마운트, 캡마운트, 부재마운트, 스트럿 마운트, 스트럿 바 쿠션, 서스펜션 부싱 등으로서 사용되는 방진 고무부재로서 유리하게 사용될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 하나의 구체예에 따라 제조된 금속구조물을 갖는 고무제품이, 자동차에 설치되는 방진 고무부재로서 콘트롤 암 부싱의 형태로, 나타나 있다. 콘트롤 암 부싱(2)은 외부 슬리브부재(4)와 내부 슬리브부재(6), 및 금속구조물에 접착된 가황고무(8)로 구성된 금속구조물을 포함한다. 콘트롤 암 부싱(2)은, 외부 슬리브부재(4)의 내주면 및 내부 슬리브부재(6)의 외주면에 당해분야에 공지인 적절한 가황접착제를 가한 후에 가황고무(8)를 외부 및 내부 슬리브부재(4,6)에 접합함으로써 형성되며, 원주면들은 가황고무(8)과 밀접한 접촉상태로 유지된다. 접합작업에서, 다양한 공지의 기술들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가황고무(8)는 본 발명에 따라 예정된 구조를 부여할 수 있는 미가황 고무조성물로부터 형성되며, 적절하게 선택된 가황 접착제가 사용된 내주면 및 외주면에서 외부 및 내부 슬리브부재(4,6)에 접착된다. 또는 달리, 외부 및 내부 슬리브부재(4,6)는 합형의 캐비티 내에서 각각에 대해 배치된다. 가황 접착제를 각각 외부 및 내부 슬리브부재(4,6)의 내주면 및 외주면에 적용한 후, 미가황 고무조성물을 합형의 캐비티로 투입하며, 가황을 위해 가열하여, 가황고무(8)가 미가황 고무조성물의 가황중 외부 및 내부 슬리브부재(4,6)에 접착되도록 한다. 콘트롤 암 부싱(2)과 같은 방진 고무부재가 설치된 자동차는 유리하게 감소된 무게를 갖는다.
실시예
본 발명을 더욱 분명하게 하기위해, 본 발명의 몇가지 실시예를 기술한다. 본 발명은 이들 실시예의 상세한 설명에 제한되지 않으며, 첨부된 청구항에서 한정한 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 이후의 실시예 및 상기 상세한 설명이외의, 당해분야의 당업자들에게 있을 수 있는 다양한 변화, 변경 및 개선으로 구체화 될 수 있음을 알 수 있다.
미가황 천연고무재료로서, 미가황 천연고무(NR)재료 및 미가황 아크릴 고무(AEM)재료(AEM: "VAMAC-G" Mitsui Dupont Polychemical Kabushiki Kaisha, Japan에서 구입가능함)를 준비하였다. 게다가, 하기의 표 1에 표시한 조성물의 마스터배치(이후 마스터배치 AEM이라 칭함)를 제조하였으며, 이것은 미가황 아크릴 고무(VAMAC-G) 및 가황제 B로서 헥사메틸렌디아민 카르바메이트의 혼합물을 포함한다. 마스터배치 AEM은 가황촉진제로서 디오르토톨릴 구아니딘(DT) 및 가황촉진조제로서 스테아르산을 더 포함한다.
(샘플 1~5 및 비교샘플 5 및 6의 제조)
본 발명에 따른 샘플 1~5의 예비시료 및 비교샘플 5 및 6의 예비시료를 상기한 바와 같이 제조된 NR재료 및 마스터배치 AEM의 각 조합으로 제조하였으며, 이 조합은 하기하는 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같은 NR재료 및 마스터배치 AEM의 각각의 혼합 또는 혼련(중량으로)비(NR/AEM의 혼련비)를 갖는다. 각조합물을 밴버리믹서라 불리는 니더에 투입하고 150 내지 160℃에서 5분 동안 고르게 반죽하고 또는 함께 혼합하여, NR재료의 가황없이 단지 아크릴 고무재료만 가황되도록 하였다.
본 발명의 샘플 1~5의 예비시료 및 비교샘플 5 및 6의 예비시료에, NR을 가황하기 위한 가황제 A로서 유황 및 표 2 및 표 3에 나타낸 다양한 첨가제를 표 2 및 표 3에 나타낸 각각의 양으로 가했다. 첨가제는 가황촉진조제로서 산화아연 + 스테아르산, HAF 카본블랙(ASTM-N330), 및 유화제로서 방향족 가공유로 구성된다. 상기 나타낸 모든 성분을 롤 타입의 믹서로 고르게 반죽하고, 얻어진 혼합물에 프레스 몰딩 및 가황 공정을 가하여, 인장시험, 경도시험, 및 체적저항률 시험을 수행하기 위한 본 발명에 따른 샘플 1~5의 시험편 및 비교샘플 5 및 6을 제조하였다. 가황은 160℃의 온도에서 20분 동안 행하였다. 본 발명의 샘플 1~5에 따른 각 시험편에 대해, NR덩어리내에 분산된 아크릴 고무의 입자크기를 측정하여 아크릴 고무의 평균입자 크기를 구했다. 각 시험편에서 아크릴 고무의 얻어진 평균 입자 크기는 약 0.5 내지 2㎛로 확인되었다.
(샘플 6의 제조)
발명에 따르는 샘플 6의 시험편을 다음의 방식으로 제조하였다. 처음에, NR재료 및 아크릴 고무재료를 표 2에 나타낸 바와 같은 NR재료 및 아크릴 고무재료의 혼합 및 혼련비(중량비)로 혼합하고, NR 및 아크릴 고무의 혼합물을 밴버리믹서에서 고르게 반죽하였다. 이렇게 제조된 고무혼합물의 중량 100파트에, 가황촉진조제로서 산화아연 + 스테아르산, HAF카본블랙(ASTM-N330), 및 유화제로서 방향족 공정유를 표 2에 나타낸 각각의 양으로 가하였다. 혼합물을 밴버리믹서에서 반죽한 후, 가황제 A로서 유황, 가황제 B로서 헥사메틸렌디아민 카르바메이트, 및 가황촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴술펜아미드를 표 2에 나타낸 각각의 양으로 가하였다. 모든 성분을 롤 타입의 믹서로 고르게 반죽하여, 미가황 고무조성물을 제공하였다. 이렇게 얻어진 미가황 고무조성물에 160℃에서 20분 동안 프레스 몰딩 및 가황 공정을 가하여, NR재료 및 아크릴 고무재료가 동시에 가황되도록 하여, 인장시험, 경도시험, 및 체적저항률 시험을 수행하기 위한 샘플 6의 시험편을 제공하였다. 이 샘플 6에 대해, NR덩어리에 분산된 아크릴 고무의 입자 크기를 측정하여 아크릴 고무의 평균 입자크기를 구했다. 이 샘플 6에서 얻어진 아크릴 고무의 평균 입자 크기는 약 0.5 내지 3㎛인 것으로 확인되었다.
(비교샘플 1~4의 제조)
한편, 인장시험, 경도시험, 및 체적저항률 시험을 위한 비교샘플 1~4에 따른 시험편을, 160℃에서 20분 동안 프레스 몰딩 및 가황 공정에 의해, 표 3에 나타낸 각각의 고무조성물을 몰딩하고 가황하여 제조하였다. 이들 고무조성물들은 고무재료로서 단지 NR재료만을 포함한다.
인장시험을 위해 사용될 시험편은 JIS-K-6251-1993, "가황고무의 인장시험법"에 따라 가황고무로 형성된 덤벨 형태의 시험편(No. 5 타입)이다. 경도시험을 위해 사용될 시험편은 JIS-K-6253-1997, "가황고무의 물리시험법"에 기재된 "듀로미터 경도시험"에 따라 두께 2mm를 갖는 가황고무로 형성된 판이다. 체적저항률 시험을 위해 사용될 시험편은 SRIS-2304-1971에 따라 150mm x 150mm x 2mm 크기를 갖는 가황고무로 형성된 시트이다.
본 발명의 샘플 1~6에 따른 시험편 및 비교샘플 1~6에 따른 시험편을 상기한 바와 같이 제조하고, 다음과 같은 방식으로 인장시험, 경도시험, 및 체적저항률 시험을 하였다.
(인장시험)
인장시험용 시험편을 상기한 바와 같이 JIS-K-6251-1993, "가황고무의 인장시험법"에 따라 각 시험편이 부러지거나 파괴될 때까지 인장시험기를 사용하여 인장하중을 가하였다. 시험편에 인장하중을 가하는 이 공정에서, 시험편이 파괴시의 최대 인장응력(인장응력 Tb)을 측정하고, 시험편이 파괴시의 신장량(파단신장 Eb)을 측정하였다. 표 4 및 표 5에 이 측정치들을 나타낸다.
(경도시험)
경도시험용 각 시험편의 경도를 상기한 JIS-K-6253-1997, "듀로미터 경도시험" 에 따라 타입-A 듀로미터로 측정하였다. 표 4 및 표 5에 이 측정치들을 나타낸다.
(체적저항률 시험)
체적저항률 시험용 각 시험편에 대한 체적저항률(ρv)를 일본 고무협회가 명시한 SRIS-2304-1971, "고무 및 고무상 유사물의 체적 저항률 시험방법"에 따라 측정하였다. 표 4 및 표 5에 이 측정치들을 나타낸다. 시험은 직경 50mm를 갖는 주전극, 폭 5mm와 내경 60mm를 갖는 가드전극, 및 적어도 100mm의 직경을 갖는 카운터전극으로 구성된 3개의 전극을 사용하여 수행하였다. 측정은 각 시험편에 대해 1분동안 500V의 전압을 가하여 수행하였다.
각 시험편에서 체적저항률 및 경도사이의 관계를 도 2의 그래프에서 보여준다.
표 2 내지 표 5 및 각 시험편의 체적저항률 및 경도사이의 관계를 보여주는 도 2의 그래프로부터 본 발명의 샘플 1 내지 6에 따른 시험편은 본 발명의 샘플 1 내지 6에따른 시험편에 대한 조성물과 실질적으로 동등한 양의 카본블랙을 포함하는 비교샘플 1 내지 4에 따른 시험편의 경도값 보다 큰 경도값을 갖는다는 것을 알게될 것이다. 본 발명의 샘플 1 내지 6에 따른 시험편은 샘플 1 내지 6에 따른 시험편과 실질적으로 동일한 경도를 갖는 비교샘플 1 내지 4에 따른 시험편보다 높은 체적저항률을 갖는다는 것을 또한 알 수 있다. 따라서, 도전률은 본 발명의 샘플 1 내지 6에 따른 시험편에서 낮아진다.
각 고무조성물에 포함된 아크릴 고무의 양이 본 발명에 따라 명시된 범위에서 벗어나는 비교샘플 5 및 6에 따른 각 시험편에서, 체적저항률은 원하는 만큼 증가되지 않으며, 인장강도 및 파단신장과 같은 물성은 열화된다.
상기의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 금속구조물을 갖는 고무제품에서, 적당한 양의 아크릴 고무가 천연고무의 매트릭스상에 미세한 입자형태로 균일하게 분산된 해도 구조를 갖는 가황고무는 금속구조물에 접합된다. 아크릴 고무의 분산된 미세한 입자들로 인해, 가황고무는 높은 경도 및 강도와 같은 원하는 물성을 나타내며, 카본블랙의 양이 최소화 되는 미가황 고무조성물로 부터 형성되어, 가황고무의 체적저항률은 효과적으로 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속구조물을 갖는 고무제품은 높은 내식성을 나타내며, 효과적으로 감소된 무게를 갖는다.
상기한 바와 같이 제조된 금속구조물을 갖는 고무제품이 자동차에서 방진 고무부재로서 사용될 경우, 자동차는 경량화 및 연비향상을 유리하게 가질수 있어 고성능을 얻는다.
본 발명의 방법은 금속구조물을 갖는 제조된 고무제품이 높은 내식성을 나타낼 수 있도록 해준다.

Claims (23)

  1. 알루미늄 재질로 이루어지는 금속구조물에 고무를 일체적으로 가황접착시켜 이루어지는 금속구조물 부착 방진 고무부재로서,
    상기 고무는, 천연고무 및 아크릴 고무가 중량비로 90/10 내지 60/40의 비율로 배합된 조성물로 구성되는 것과 동시에, 천연고무로 이루어지는 매트릭스중에, 아크릴 고무가 0.1 내지 100㎛의 크기의 입자로서 미세하게 분산되어 이루어지는 해도(海島)구조인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고무가 1×106Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고무가 1×108Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 고무의 상기 미세한 입자가 10㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재.
  5. 제 1 항에 기재된 금속구조물 부착 방진 고무부재로 이루어진 자동차용 방진 고무부재.
  6. 알루미늄 재질로 이루어지는 금속구조물에 고무를 일체적으로 가황접착시켜 이루어지는 금속구조물 부착 방진 고무부재를 제조하는 방법으로서,
    미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 90/10 내지 60/40의 중량비로, 상기 미가황 아크릴 고무재료만을 가황할 수 있는 가황제와 함께, 고르게 혼합하는 한편, 상기 미가황 천연고무재료 중에 분산시킨 상기 미가황 아크릴고무재료의 가황을 행한후, 거기에 상기 미가황 천연고무재료를 가황할 수 있는 가황제를 배합시키고, 상기 미가황 천연고무재료를 가황시킴으로써, 천연고무로 이루어지는 매트릭스 중에, 아크릴 고무가 0.1 내지 100㎛ 크기의 입자로서 미세하게 분산되어 이루어지는 해도구조에서, 상기 금속구조물에 일체적으로 가황접착시킨 고무를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고무가 1×106Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 고무가 1×108Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 아크릴 고무의 상기 미세한 입자가 10㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 미가황 아크릴 고무재료가 알킬아크릴레이트를 주성분으로 포함하는 합성고무재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 합성고무재료가 알킬아크릴레이트 및 2-클로로에틸 비닐에테르의 공중합체(ACM); 알킬아크릴레이트 및 아크릴로니트릴의 공중합체 (ANM); 그리고 알킬아크릴레이트 및 에틸렌의 공중합체(AEM)로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 미가황 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 상기 가황제가 폴리아민계 가황제인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 폴리아민계 가황제가 헥사메틸렌디아민 카르바메이트 또는 트리에틸렌테트라민인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 미가황 천연고무재료를 가황하기 위한 상기 가황제가 유황계 가황제인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  15. 알루미늄 재질로 이루어지는 금속구조물에 고무를 일체적으로 가황접착시켜 이루어지는 금속구조물 부착 방진 고무부재를 제조하는 방법으로서,
    미가황 천연고무재료 및 미가황 아크릴 고무재료를 90/10 내지 60/40의 중량비로 균일하게 혼련시킴과 동시에, 또한 상기 미가황 천연고무재료를 가황하기 위한 가황제 및 상기 미가황 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 가황제를 배합하여, 미가황 고무조성물을 제조한 후, 그들 2가지 고무재료의 혼합물을 가황시킴으로써, 천연고무로 이루어지는 매트릭스 중에, 아크릴 고무가 0.1 내지 100㎛ 크기의 입자로서 미세하게 분산되어 이루어지는 해도구조에서, 상기 금속구조물에 일체적으로 가황접착시킨 고무를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 고무가 1×106Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 고무가 1×108Ωcm이상의 체적저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 아크릴 고무의 상기 미세한 입자가 10㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 미가황 아크릴 고무재료가 알킬아크릴레이트를 주성분으로 포함하는 합성고무재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 합성고무재료가 알킬아크릴레이트 및 2-클로로에틸 비닐에테르의 공중합체(ACM); 알킬아크릴레이트 및 아크릴로니트릴의 공중합체 (ANM); 그리고 알킬아크릴레이트 및 에틸렌의 공중합체(AEM)로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 미가황 아크릴 고무재료를 가황하기 위한 상기 가황제가 폴리아민계 가황제인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 폴리아민계 가황제가 헥사메틸렌디아민 카르바메이트 또는 트리에틸렌테트라민인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 미가황 천연고무재료를 가황하기 위한 가황제가 유황계 가황제인 것을 특징으로 하는 금속구조물 부착 방진 고무부재의 제조방법.
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