KR100534822B1

KR100534822B1 - 고압용 파워 스티어링 호스

Info

Publication number: KR100534822B1
Application number: KR10-2003-0024046A
Authority: KR
Inventors: 남상욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-12-08
Also published as: KR20040090118A

Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 고압용 파워 스티어링 호스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 핸들 등의 파워작동에 관련된 파워 스티어링 호스에서 그 호스를 구성하는 내면 고무와 외면고무의 재질을 특성에 맞게 전혀 다른 재질로 새롭게 구성하여 파워 스티어링의 내면과 외면의 조건에 적절한 물성을 가지면서도 경제적으로 유리하게 제조한 것으로서, 특히 내면고무로 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber, 이하 HNBR 이라 한다)를 사용하고, 외면고무로는 상기 HNBR과 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 혼합물을 사용함으로써 내열성, 내액성 향상 및 장기 내구력이 매우 우수하여 호스의 균열과 경화현상이 발생하지 않아서 호스의 불량으로 인한 누유 현상을 사전에 차단할 수 있도록 개선된 고압용 파워 스티어링 호스에 관한 것이다.

Description

고압용 파워 스티어링 호스{Power Steering Hose for a high pressure}

파워 스티어링 호스(Power steering hose)는 자동차 핸들의 작동과 같은 유압식 작동부의 작동력을 최소화하기 위해 사용되는 것으로서, 그 호스내에 파워스티어링액이 충전되어 고압으로 작동력을 전달하는 고압호스이다.

이러한, 고압용 파워 스티어링 호스(Power steering hose)는 일반적으로는 첨부도면 도1에 나타낸 바와 같이, 내면고무층(1)이 내측에 호스내경을 유지하여 위치하고, 그 위에 제1보강층(2), 중간고무층(3), 제2보강층(4) 및 최외각층인 외면고무층(5)로 둘러싸여 이루어진 적층된 구조를 가지고 있다. 국내특허공개 제87-1994호에서는 이러한 도1의 구조를 가지는 파워 스티어링 호스에 대한 내구력 향상을 위해 보강층을 나일론 등으로 구성하고 있는 데, 상기 제1 및 제2보강층에는 주로 66나일론, 6나일론, 비닐론, 레이온 등이 사용된다. 또한, 상기 내면고무층 및 외면고무층은 주성분으로 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(CSM) 러버를 사용하고 여기에 첨가제로서 카본블랙, 프로세스 오일, 가황제 등을 포함하고 있는 재질의 고무가 사용되고 있다.

그러나, 종래 파워 스티어링 호스는 그 고무조성물이 장기 내열 및 내액성 부족함으로 인해 사용시 호스의 내면고무층 내측에서는 균열이 발생하게 되고 외면고무층의 외측에서는 경화가 발생하였다. 그 결과 호스 불량으로 인해 누유 현상이 발생하여 안전성이 보장되지 않을 뿐만 아니라 자동차의 경우 품질저하로 인해 고객의 불만사항이 많아지고 잦은 정비에 따른 경제적 손실도 증가하고 있다.

따라서, 최근들어 자동차에 매우 일반적으로 널리 적용되고 있는 파워 스티어링 호스의 재질로서 내열성 및 내구력이 우수한 새로운 조성물 개발이 절실히 요구되고 있다.

이에, 본 발명자는 위와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 여러 실험을 통해 연구 검토한 결과, 내면고무는 유압을 받는 파워스티어링액(power steering fluid)에 대한 내구성이 우수하여야 하고 외면고무는 외부의 가혹조건에 적합한 재질로 구성하여야 한다는 사실에 착안하고 여러 가지 고분자 성분들을 탐색하고 반복적인 실험을 거듭하여, 종래 호스의 고무 조성물로 사용되었던 CSM을 주성분으로 한 재질에 문제가 있음을 확인하고 이를 HNBR과 같은 새로운 성분으로 고무조성물을 제조하여 사용하면 물성이 크게 개선될 것이라는 점을 알아내어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 종래 제품과는 다른 성분으로 파워 스티어링의 내면고무층과 외면고무층의 재질을 변경하여 호스의 내면과 외면에서 내열성 및 내구력을 크게 향상시킨 고압용 파워 스티어링 호스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 내면 고무층, 제1보강층, 중간고무층, 제2보강층 및 외면고무층의 적층구조로 이루어진 파워 스티어링 호스에 있어서,

상기 내면고무층은 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR; Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber)를 주성분으로 하고 통상의 첨가제가 혼합된 재질로 구성되어 있으며, 상기 외면고무층은 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM) 50 ∼ 70 중량%와 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR) 30 ∼ 50 중량%가 혼합된 것을 주성분으로 하고 통상의 첨가제가 혼합된 재질로 구성되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내열성 및 내구성이 우수한 고압용 파워 스티어링 호스를 구성하기 위해 첨부도면 1에서 호스의 내면고무층(1), 중간고무층(3), 외면고무층(5)의 고무조성물로서 종래 사용되었던 클로로설포네이트 폴리에틸렌 러버(CSM) 조성물 대신에, 내면고무층에는 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR)를 주성분으로 사용하고, 외면고무층에는 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM) 및 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR)의 혼합물을 주성분으로 사용하고 중간고무층은 종래와 마찬가지의 재질을 사용하도록 호스의 재질을 새롭게 구성한 것에 특징이 있다.

이러한 본 발명에 따른 파워 스티어링 호스의 구성에서 내면고무층에 사용된 고무조성물의 구체적인 조성을 보면, 예컨대 주성분인 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR) 100 중량부에 대하여 첨가제로서 카본블랙 50 ∼ 80 중량부, 프로세스오일 30 ∼ 50 중량부, ZnO 10 ∼ 30 중량부, 노화방지제 10 ∼ 30 중량부, 가황촉진제 1 ∼ 10 중량부, 가황제 0.1 ∼ 2 중량부가 포함된 조성을 바람직하게 사용할 수 있다. 이때 사용된 첨가제 성분은 종래 내면고무층에 사용되어왔던 고분자 주성분에 대한 통상의 첨가제의 조성을 그대로 사용할 수 있는 것이다.

본 발명에 사용된 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR)는 CSM 고무 대비 내열성의 특성을 가지고 있으므로 고온 및 PSF液에 대한 내구력이 우수하여 파워 스티어링 호스에 적용할 경우 바람직한 물성을 나타내는 것이다.

또한, 본 발명에서 외면고무층으로 사용된 고무조성물의 조성에서 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM)와 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR)를 50 ∼ 70 중량%와 30 ∼ 50 중량%로 배합한 고분자성분을 사용할 수 있는 바, 만일 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM)의 사용량을 너무 과다하게 사용하면 내열성이 저하되어 150 ℃에서의 내열성이 급격히 떨어지는 문제가 있어서 바람직하지 못하고, 너무 소량 사용하면 HNBR의 가격이 상대적으로 비싸서 경제적으로 불리하다. 본 발명에서 EPDM을 배합하여 사용하는 이유는 경제적인 이유 이외에도 내오존성, 내충격성이 우수하기 때문이다.

본 발명에서는 외면고무층을 구성하는 고무 조성물로서 위와 같은 혼합된 고분자 주성분 100 중량부에 대하여 첨가제로서 상기와 같은 카본블랙 50 ∼ 80 중량부, 프로세스오일 30 ∼ 50 중량부, ZnO 10 ∼ 30 중량부, 노화방지제 10 ∼ 30 중량부, 가황촉진제 1 ∼ 10 중량부, 가황제 0.1 ∼ 2 중량부가 포함된 조성을 바람직하게 사용할 수 있다. 이 경우 역시 종래의 외면고무층에서 사용한 통상의 첨가제를 그대로 사용할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 중간고무층은 통상의 고무조성으로서, 예컨대 종래의 클로로설포네이티드 폴리에틸렌(CSM) 러버 100 중량부에 상기와 동일한 조성의 첨가제들이 배합되어 사용될 수 있다.

본 발명에서 첨가제로 사용한 카본블랙은 고속압출로(Fast Extrusion Furnace)에서 제조된 카본블랙(FEF)을 사용하는 것이 내면고무층(1)과 제1보강층(2) 또는 외면고무층(5)과 제2보강층(4)과의 사이에서 접착성이 우수하므로 바람직한 바, 종래 사용되어 왔던 세미-강화로(semi-resinforcing furnace)에서 제조한 카본블랙(SRF)을 사용하는 경우에는 전체 고무조성물의 혼합이 불안정하여 품질의 불량이 발생할 가능성이 있으므로 유의하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 카본블랙을 너무 소량 사용하면 강도가 저하되어 내충격성이 저하되는 문제가 있고, 너무 과량 사용하면 강도가 우수하여 내충격성은 유리하지만 고무의 특성인 탄력성이 저하되기 때문에 오히려 내구력에서는 균열발생 등의 문제가 생기고 기능상의 저하가 발생할 수 있는 문제가 있는 것이다.

또한, 상기 내면고무 및 외면고무에 사용되는 프로세스 오일은 통상 가공성과 조성성분들의 혼합이 잘 이루어지도록 하기 위해 사용하는 것으로서, 저점도 오일을 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 주성분인 고분자성분 100 중량부에 대하여 30 ∼ 50 중량부가 적당하다.

또 다른 성분으로 첨가되는 산화아연(ZnO)은 고무류의 물성, 특히 탄성, 영구변형율 및 내열성을 더욱 촉진시키기 위한 가교촉진제로 사용하는 것으로서, 주성분인 고분자성분 100 중량부에 대해 10 ∼ 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내면고무층 및 외면고무층의 고무조성물에 첨가제로 사용되는 노화방지제는 내열성, 내구성 등을 향상시키기 위해 주성분 100 중량부에 대해 10 ∼ 30 중량부로 사용하는 것으로서 예컨대 디하이드로퀴론린 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.

또한, 가황촉진제 고무의 경화속도를 조절하여 생산성을 높이기 위해 사용하는 것으로서, 예컨대 디페닐아민 화합물이 주성분 100 중량부에 대하여 1 ∼ 10 중량부로 사용될 수 있다. 만일 그 사용량이 과다하면 생산성은 우수하지만 고무의 탄성유지시간이 현격히 저하되어 기능상의 문제가 발생하며, 너무 소량이면 생산성이 저하되어 경제적으로 매우 불리하다.

그 외에, 상기 내면고무 및 외면고무에 첨가 사용되는 가황제는 경화성 향상을 위해 통상적으로 사용하는 황성분을 소량 사용하면 된다.

그밖에도, 통상의 파워 스티어링 호스를 제조하기 위한 고무 조성물에 일반적으로 첨가 사용될 수 있는 첨가제를 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 파워 스티어링 호스는 종래와 다른 성분으로 구성된 고무조성을 내면고무와 외면고무에 적용한 것으로서, 이렇게 새롭게 구성된 재질로 제조된 본 발명의 파워 스티어링 호스는 각종 물성에서 우수하면서도 경제적으로도 유리한 바, 특히 내면고무층과 외면고무층의 고무조성을 새롭게 함으로써 내열성과 내액성의 향상을 꾀할 수 있게 되었고 장기 내구력을 확보하여 호스 균열 및 경화 현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 이러한 파워 스티어링 호스를 특징으로 하는 것을 포함하여 상기한 HNBR 또는 이 성분과 EPDM이 30 ∼ 50 중량% 대 50 ∼ 70 중량%의 비율로 배합된 것을 주성분으로 하고, 여기에 상기한 통상의 첨가제가 혼합되어 이루어진 파워 스티어링 호스용 고무조성물을 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 고무조성물을 이용하여 제조한 새로운 파워 스티어링 호스는 자동차 핸들 등과 같은 파워 스티어링에 사용되는 부품으로서 내구력이 오래 유지되도록 매우 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 2 및 비교예

다음 표 1과 같은 조성과 함량으로 고압용 파워 스티어링 호스 조성물을 제조하였다. 아래의 실시예와 비교에에서 사용한 조성비의 숫자는 중량부를, %는 중량%를 의미한다.

상기 표에서 사용성분의 약호는 다음과 같다.

CSM: 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 러버(Chlorosulphonated Polyethylene Rubber)

HNBR : 수소화된 니트릴 부타디엔 러버(Hydrogenated Nitrille Butadiene Rubber)

EPDM: 에틸렌 프로필렌 디엔 러버

P-106 : 프로세스 오일

2D : 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린

TD : p-톨루엔설포닐아미노 디페닐아민

SRF : 세미-강화로(SEMI-REINFORCING FURNACE)에서 제조한 카본블랙

FEF : 고속 압출로(FAST EXTRUSION FURNACE)에서 제조한 카본 블랙

S : 황(SULPHUR)

실험예

상기 실시예 1 및 비교예의 내면고무용 조성물과 외면고무용 조성물을 각각 사용하여 통상 승용차 규격의 파워 스티어링 호스를 제조하고, 각 조성물과 호스에 대한 물성을 JIS K6301의 기준시험방법에 의해 실험하고 그 결과를 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 고무 조성물을 이용한 호스가 종래 비교예의 고무조성물에 의한 호스에 비하여 크랙이 발생하지 않고, 누수 발생이 없어 내열성 및 내구성이 우수함을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 고압용 파워 스티어링 호스는 종래와는 달리 내면고무층과 외면고무층의 고무조성물의 주성분을 각각 수소화된 니트릴부타디엔 러버(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber)와, 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM) 및 수소화된 니트릴부타디엔 러버(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber)의 혼합물로 구성하여 제조함으로써 종래 제품에 비하여 내열성 및 저온에서의 내구성이 매우 우수하여 자동차 파워핸들 등의 부품으로 적용하기에 매우 효과적이다.

도 1은 파워 스티어링의 작동을 위해 사용되는 파워 스티어링 호스의 전체 구성도를 나타낸 단면구조 부분절개 사시도이다.

[도면 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 내면고무층 2: 제1보강층 3: 중간고무층

4: 제2보강층 5: 외면고무층

Claims

내면고무층, 제1보강층, 중간고무층, 제2보강층 및 외면고무층의 적층구조로 이루어진 파워 스티어링 호스에 있어서,

상기 내면고무층은 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR; Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber)를 주성분으로 하고 통상의 첨가제가 혼합된 재질로 구성되어 있으며, 상기 외면고무층은 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM) 50 ∼ 70 중량%와 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR) 30 ∼ 50 중량%가 혼합된 것을 주성분으로 하고 통상의 첨가제가 혼합된 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고압용 파워 스티어링 호스.
제 1 항에 있어서, 상기 내면고무층은 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR) 100 중량부에 대하여 첨가제로서 카본블랙 50 ∼ 80 중량부, 프로세스오일 30 ∼ 50 중량부, ZnO 10 ∼ 30 중량부, 노화방지제 10 ∼ 30 중량부, 가황촉진제 1 ∼ 10 중량부, 가황제 0.1 ∼ 2 중량부가 포함된 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 고압용 파워 스티어링 호스.
제 1 항에 있어서, 상기 외면고무층은 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM)와 수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR)가 혼합된 고분자 주성분 100 중량부에 대하여 첨가제로서 카본블랙 50 ∼ 80 중량부, 프로세스오일 30 ∼ 50 중량부, ZnO 10 ∼ 30 중량부, 노화방지제 10 ∼ 30 중량부, 가황촉진제 1 ∼ 10 중량부, 가황제 0.1 ∼ 2 중량부가 포함된 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 고압용 파워 스티어링 호스.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 카본블랙은 고속 압출로(Fast Extrusion Furnace)에서 제조된 카본블랙인 것을 특징으로 하는 고압용 파워 스티어링 호스.
수소화된 니트릴부타디엔 러버(HNBR) 또는 이 성분과 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(EPDM)가 30 ∼ 50 중량% 대 50 ∼ 70 중량%의 비율로 혼합된 고분자 주성분 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 카본블랙 50 ∼ 80 중량부, 프로세스오일 30 ∼ 50 중량부, ZnO 10 ∼ 30 중량부, 노화방지제 10 ∼ 30 중량부, 가황촉진제 1 ∼ 10 중량부, 가황제 0.1 ∼ 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 호스용 고무조성물.