KR100541148B1 - 자동차 등속조인트용 그리스 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프런지형 등속조인트중 하나인 트라이포드형의 자동차 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 의한 자동차 등속조인트용 그리스 조성물은 기유로 정제된 파라핀계 광유를 사용하고, 여기에 우레아계 증주제로 증주하여 그리스를 제조하였으며 등속조인트의 축력 감소, 즉 마찰력을 저감하고 높은 하중에서도 작동하는 극압성을 향상시키기 위하여 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 유기몰리브덴착화합물, 아연디알킬디티오포스페이트, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 및 유황계 지방에스터를 첨가제로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 의한 자동차 등속조인트용 그리스 조성물은 자동차 등속조인트의 마찰저감성과 극압성을 향상시키는 효과가 있다.

등속조인트, 그리스 조성물, 우레아계 증주제, 마찰저감성, 극압성

Description

자동차 등속조인트용 그리스 조성물{GREASE COMPOSITION FOR AUTOMOBILE CONSTANT VELOCITY JOINTS}

본 발명은 자동차 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 등속조인트는 크게 프런지형 등속조인트와 고정형 등속조인트로 대별되며 프런지형 등속조인트로는 트라이포드형의 등속조인트가 대표적이며 본 발명은 트라이포드형의 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다.

최근들어 전륜구동 자동차와 사륜구동 자동차의 수요가 급격히 증가하고 있으며 등속조인트는 전륜구동 및 사륜구동 자동차의 매우 중요한 부품으로 자동차 엔진과 바퀴 사이에 구동축으로 연결하며 바퀴가 전후 좌우 및 상하로 작동을 함에 따라 각도가 바뀌어도 엔진의 구동력을 일정한 속도로 바퀴에 전달하는 작용을 한다. 따라서 등속조인트에 작용하는 하중은 매우 높으며 윤활 조건이 매우 가혹해지고 있다. 등속조인트에 사용되는 그리스는 이러한 가혹한 윤활조건을 만족하기 위해서 등속조인트에서 발생하는 비정상 진동과 마모를 효과적으로 감소시켜야 하며 따라서 등속조인트용 그리스의 마찰저감성과 극압성이 매우 중요하다. 즉, 자세히 설명하면 등속조인트용 그리스가 진동과 마모를 감소시키지 못하면 바퀴에서 발생 하는 진동이 자동차 전체로 전달되어 자동차의 진동이 심하게 되고 또한 소음이 발생하게 되며 마찰 및 마모가 심하게 발생되며 더 나아가 고장의 주요 원인이 된다. 또한 최근에 자동차는 점점 경량화, 소형화 및 고출력화 추세로 발전하고 있으며 이에 따라 자동차 등속조인트도 소형화 되면서도 장기 수명을 요구하고 있으며 더욱이 저소음성, 저진동성, 내하중성이 중요시 되고 있다. 따라서 자동차 등속조인트에 사용되는 그리스는 높은 하중에서도 윤활이 가능한 극압성 뿐만 아니라 진동 및 소음을 감소시켜주는 마찰저감성이 특히 우수하여야 한다. 그리스의 마찰저감성이 우수하기 위해서는 그리스 제조시 사용하는 기유의 점성을 낮추어 마찰계수를 낮게 유지함으로써 그리스의 윤활성을 향상시켜야 하지만 단순히 기유의 점성을 낮추는 경우 그리스의 전단성이 낮아져서 극압성이 나빠지게 되며 결과적으로 마모가 많이 발생하고 최종적으로는 등속조인트의 수명이 짧아지게 된다.

따라서 기존의 등속조인트용 그리스는 주로 극압성을 중요한 물성으로 개발하여 사용함에 따라 마찰저감성, 즉 축력 감소 효과가 우수하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기유로 정제된 파라핀계 광유를 사용하고, 증주제로 우레아계 증주제를 사용하며, 우수한 극압성 및 마찰저감성을 얻기 위해 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 유기몰리브덴착화합물, 아연디알킬디티오포스페이트, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 및 유황계 지방에스터를 첨가제로 혼합 사용하여 종래 그리스에 비해 극압성과 마찰저감성을 월등히 향상시킨 등속조인트용 그리스 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 그리스 조성물에 있어서 이하의 성분을 포함하는 자동차용 등속 조인트용 그리스 조성물이 제공된다.

(a) 기유

(b) 하기 식 (1)로 나타내어지는 우레아(UREA)계 증주제;

(1) R₁NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-NH-CO-NHR ₂

(상기 식 (1)에서, R₁과 R₂는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 6 내지 7 의 방향족 탄화수소, 또는 시클로헥실기; 또는 탄소수가 6 내지 20 의 지방족 탄화수소이다.)

(c) 몰리브덴디알킬디티오카바메이트

(d) 유기몰리브덴착화합물

(e) 아연디알킬디티오포스페이트

(f) 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물

(g) 유황계 지방에스터

본 발명에서 상기 성분 (a)로서 사용되는 기재 오일로서, 상기 (a)는 정제된 파라핀계 광유를 사용하며 100℃에서의 동점도가 8 내지 16 cSt, 40℃에서의 동점도가 80 내지 150 cSt인 정제 파라핀계 광유를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100℃에서의 동점도가 10 내지 14cSt, 40℃에서의 동점도가 90 내지 120 cSt인 정제 파라핀계 기유를 사용한다.

본 발명에서 상기 성분 (b)로서 사용되는 우레아계 증주제는, 하기 식 (1)로 나타내어질 수 있다.;

[화학식 1]

(1) R₁NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-NH-CO-NHR ₂

상기 식에서, R₁과 R₂는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 6 내지 7 의 방향족 탄화수소, 또는 시클로헥실기; 또는 탄소수가 6 내지 20 의 지방족 탄화수소이다.

상기 화학식 1의 우레아계 증주제는 1당량의 디이소시아네이트와 2당량의 알킬, 시클로 또는 아릴아민을 윤활기유 존재하에서 반응시켜 제조할 수 있다. 이때, 상기 디이소시아네이트는 4,5-메틸렌비스(페닐이소시아네이트)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 아민으로는 탄소수가 6 내지 7 개인 방향족아민 또는 시클로헥실아민, 또는 탄소수가 6 내지 20 개인 지방아민을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 우레아계 증주제의 사용함량은 전체 조성물에 대하여 10 내지 25 중량%인 것이 바람직하며, 이때 그 함량이 10 중량% 미만이면 주도가 묽어지며 내구성이 떨어지는 문제가 있고, 25 중량%를 초과하면 주도가 되어지며 윤활성 및 저온성이 나빠지는 문제가 있다.

또한, 본 발명은 그리스의 극압성 및 마찰저감성을 향상시키기위해, 5종의 극압첨가제 및 내마모방지제를 혼합 사용한다. 상기 첨가제로는 몰리브덴디알킬디티오카바메이트(c), 유기몰리브덴착화합물(d), 아연디알킬디티오포스페이트(e), 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물(f) 및 유황계 지방에스터(g)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 5종의 첨가제 중에서 몰리브덴디알킬디티오카바메이트(c), 유기몰리브덴착화합물(d), 아연디알킬디티오포스페이트(e)는 일반적으로 마찰저감제로 사용되며 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물(f) 및 유황계 지방에스터(g)는 극압제로 주로 사용되고 있다. 일반적인 첨가제 배합은 마찰저감제중에서 1 내지 2종과 극압제 1 내지 2종을 혼합하여 사용하고 있다. 좀 더 자세히 설명하면 기존의 등속조인트용 그리스 제조에 사용된 극압제 및 마찰저감제를 살펴보면 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트(c)와 아연디알킬디티오포스페이트(d)를 사용하였으며 극압제로 안티몬계 극압첨가제를 사용하였다. 이러한 경우 극압성은 우수한 반면 마찰저감성이 떨어져 자동차 등속조인트에서 진동이 심하게 발생하고 소음도 발생하며 시간이 경과함에 따라 미세 진동 마모가 발생하여 등속조인트의 수명이 단축되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 극압성 뿐만 아니라 마찰저감도를 향상시키기 위하여 기존의 몰리브덴디알킬디티오카바메이트(c)와 아연디알킬디티오포스페이트(e) 첨가제에 또 다른 종류의 몰리브덴계열의 마찰저감제인 유기몰리브덴착화합물을 공동으로 사용하였으며 극압제로 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물(f)과 유황계 지방에스터(g)를 공동 사용하여 최종적으로 극압성을 유지하면서 마찰저감성을 향상시키게 된다.

본 발명의 자동차 등속조인트용 그리스 조성물에 있어서, 바람직한 것은 전 조성물을 기준하여, 기유(a)를 주재로 하고 우레아계 증주제(b) 10 내지 25 중량%, 첨가제로써 몰리브덴디알킬디티오카바메이트(c) 1.0 내지 2.0 중량%, 유기몰리브덴착화합물(d) 0.1 내지 1.0 중량%, 아연디알킬디티오포스페이트(e) 0.5 내지 1.5 중량%, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물(f) 0.1 내지 1.0 중량%, 유황계 지방에스터(g) 0.5 내지 1.5 중량%이다.

또한, 본 발명의 그리스 조성물은 필요에 따라 적절한 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 그리스 조성물은 아민계 산화방지제 0.5 내지 1.0 중량%, 동판부식방지제인 중성바륨디노닐설포네이트 0.1 내지 0.5 중량%를 사용할 수 있다.

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

실시예 1

온도계, 적하깔대기, 교반기가 장착된 2L 그리스 반응기에 100℃에서 동점도가 8 내지 10 cSt인 윤활기유 400g과 4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트) 114g을 가하고 70 내지 100℃로 가열하여 10 내지 30분간 교반한다. 내용물이 완전히 용해되면 시클로헥실아민 100g을 가하고 80 내지 120℃에서 교반하면서 반응시킨다. 반응이 대부분 완료되면 반응기 내부의 온도를 140 내지 160℃로 승온하여 20분 이상 충분히 교반하면서 반응시킨다. 반응 내용물에 윤활기유 100g을 추가로 가하고 반응기 내부의 온도를 190 내지 210℃로 승온시킨다. 이 온도에서 약 10분간 교반한 후 나머지 윤활기유 200g을 가하고 교반하면서 냉각시킨다. 반응기 내부의 온도가 100℃ 전후로 냉각되면 극압제 및 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.5 중량%, 아연디알킬디티오포스페이트 1.5 중량%, 유기몰리브덴착화합물 1.0 중량%, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 1.0 중량%를 첨가하였으며 기타 첨가제로 아민계 산화방지제 0.5중량%, 동판부식방지제인 중성바륨디노닐설포네이트 0.5중량%를 첨가한 후 10 내지 30분간 추가로 교반하면서 윤활기유를 조금씩 가하여 그리스의 혼화주도를 300전후로 조절하였으며, 제조가 완료되면 콜로이드밀로 균질화 처리를 하여 그리스를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1의 방법과 동일하게 제조하였으며 극압제 및 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.5중량%, 아연디알킬디티오포스페이트 1.5중량%, 유기몰리브덴착화합물 1.0중량%, 유황계 지방에스터 1.0중량%를 첨가하였으며 제조가 완료되면 콜리이드밀로 균질화 처리를 하였다.

실시예 3

실시예 1의 방법과 동일하게 제조하였으며 극압제 및 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.5 중량%, 아연디알킬디티오포스페이트 1.5 중량%, 유기몰리브덴착화합물 1.0중량%, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 1.0중량%, 유황계 지방에스터 1.0중량%를 첨가하였으며 제조가 완료되면 콜로이드밀로 균질화 처리를 하였다.

비교예 1

실시예의 1의 방법과 동일하게 제조하였으며 극압제 및 마찰저감제를 전혀 첨가하지 않고 기타 첨가제로 아민계 산화방지제 0.5중량%, 동판부식방지제인 중성바륨디노닐설포네이트 0.5중량%를 첨가하여 그리스를 제조하였으며 이 그리스를 기초 그리스로 비교하였다.

비교예 2

실시예 1의 방법과 동일하게 제조하였으며 일반적인 자동차 등속조인트용 그리스 제조에 시용하는 극압제 및 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.5중량%, 아연디알킬디티오포스페이트 1.5중량%, 유황계 지방에스터 1.0중량%를 첨가하였으며 제조가 완료되면 콜리이드밀로 균질화 처리를 하였다.

본 발명에서 제조한 실시예 1내지 3과 비교예 1내지 2의 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

실험예 1

실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2의 극압성 및 마찰저감성을 비교하기 위하여 극압성시험과 마모시험 및 마찰계수시험을 실시하였다. 극압성 시험은 ASTM D2596 방법에 따라 실시하였으며 마모시험 및 마찰계수 시험은 ASTM D2266의 방법에 따라 실시하였다. 좀 더 자세히 설명하면 극압성 시험은 그리스가 높은 하중에서 견디는 능력을 평가하는 시험으로 사구극압시험기를 사용하여 세 개의 볼을 시험기 밑면에 고정시키고 시험 그리스를 세개의 볼이 덮히도록 도포한다. 도포 후 한개의 볼을 회전축에 고정시켜 세개의 볼 위에서 회전시키면서 점차적으로 하중을 증가시켜 한개의 회전구와 세개의 고정구 사이에서 융착이 발생하는 하중을 측정하고 이때의 하중을 융착하중이라 하며 이 값으로 극압성을 표시하게 된다. 극압성 시험조건은 회전속도가 1770±60 회전/분, 시험온도가 섭씨 27±8도 이다. 또한 마모시험 및 마찰계수 시험도 극압성 시험과 같은 사구마찰시험기를 사용하여 세개의 볼을 시험기 밑면에 고정시키고 시험 그리스를 세개의 볼 위에서 1200 회전/분의 속도, 섭씨 75도의 온도, 40㎏하중에서 한 시간동안 회전시킨 후 하단의 세개의 볼에 발생한 마모입자의 지름을 측정하고 이때의 지름을 마모직경이라 하며 마모가 발생하면서 발생하는 토크를 마찰계수라 한다. 따라서 마모직경과 마찰계수가 작을수록 그리스의 윤활성이 우수하다. 즉, 마찰저감성이 우수하다. 위의 표 1에 수록된 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 2의 극압성 및 마찰저감성을 다음 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과에서 보면, 비교예 1의 경우 융착하중이 100㎏, 마모직경이 0.81㎜, 마찰계수가 0.132로 매우 나쁘게 나타났으며 비교예 2의 경우에서는 융착하중이 200㎏, 마모직경이 0.48㎜, 마찰계수가 0.065로 나타났다. 그러나 실시예 1 내지 3에서 보는 바와 같이 마찰저감제로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 이외에 또 다른 몰리브덴 화합물인 유기몰리브덴착화합물을 1.0중량%를 홉합하여 첨가한 경우 마찰저감성이 향상되었다. 좀 더 자세히 설명하면 실시예 1의 경우 융착하중이 200㎏, 마모직경이 0.46㎜, 마찰계수가 0.076으로 마모직경이 작았다. 실시예 2의 경우 융착하중이 250㎏, 마모직경이 0.42㎜, 마찰계수가 0.065로 실시예 1에 비해서도 극압성, 마찰저감성이 월등히 향상되었다. 마지막으로 실시예 3의 경우 융착하중이 250㎏, 마모직경이 0.41㎜, 마찰계수가 0.061로 가장 우수한 극압성과 마찰저감성을 나타내었다.

실험예 2

실시예 3과 비교예 2의 마찰저감성을 비교하기 위하여, 실제 자동차 등속조인트의 축력 감소 시험을 실시하였다. 이 시험은 실제 자동차에 사용하는 등속조인트에 실시예 3과 비교예 2의 그리스를 충진하고 등속조인트에 작용하는 하중을 100Nm, 회전수를 200회전/분, 등속조인트의 절각을 3, 6, 9, 12, 15도 꺽으면서 시험하여 각각 등속조인트에 걸리는 축력을 측정하였다. 이때 절각이 증가할수록 등속조인트에 작용하는 축력의 증가폭이 적을수록 그리스의 마찰저감성이 우수하다. 축력 시험 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

상기 표 3의 결과를 살펴보면, 본 발명에서 제조한 실시예 3의 경우 축력시험 후 등속조인트의 절각이 15도인 경우 축력이 70.28인 반면 비교예 2의 경우 118.73으로 실시예 3 그리스가 축력 증가분이 월등히 작았다. 즉, 실시예 3이 비교예 2에 비해 마찰저감성이 월등히 우수한 것으로 확인되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 자동차 등속조인트용 그리스 조성물은 내구성이 우수한 우레아계 증주제를 사용하며, 극압성과 마찰저감성을 향상시키 위하여 2종 이상의 몰리브덴계 첨가제를 사용하였으며 또한 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물을 혼합하여 사용함으로써 자동차 등속조인트의 극압성, 마찰저감성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. (a) 기유;

   (b) 하기 식 (1)로 나타내어지는 우레아(UREA)계 증주제;

   (1) R₁NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-NH-CO-NHR ₂

   (상기 식 (1)에서, R₁과 R₂는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 6 내지 7 의 방향족 탄화수소, 또는 시클로헥실기; 또는 탄소수가 6 내지 20 의 지방족 탄화수소이다.)

   (c) 몰리브덴디알킬디티오카바메이트;

   (d) 유기몰리브덴착화합물;

   (e) 아연디알킬디티오포스페이트;

   (f) 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물; 및

   (g) 유황계 지방에스터;

   를 포함하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   그리스 조성물 총중량을 기준으로 기유를 주재로 하고, 우레아계 증주제 10 내지 15중량%; 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.0 내지 2.0중량%; 아연디알킬디티오포스페이트 0.5 내지 1.5중량%; 유기몰리브덴착화합물 0.1 내지 1.0중량%; 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 0.1 내지 1.0중량%; 유황계 지방에스터 0.5 내지 1.5중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 기유는 정제된 파라핀계 기유이며, 100℃에서 동점도가 9 내지 10 cSt인 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
4. 제 2항에 있어서, 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 및 유기몰리브덴착화합물은 몰리브덴계 첨가제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 그리스 조성물중 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 및

   유황계 지방에스터는 극압제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 그리스 조성물중 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 유기몰리브덴착화합물, 아연디알킬디티오포스페이트는 마찰저감제서 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 그리스 조성물은 아민계 산화방지제 0.5 내지 1.0중량%, 동판부식방지제 0.1 내지 0.5중량%가 더 포함되어 있는 것을 특지으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.