KR100551848B1 - 오일필터용 고무 패킹 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오일필터용 고무 패킹 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고무성분으로 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 일정량 블랜드시켜 사용하고 여기에 카본 블랙, 노화방지제 및 가소제 등을 일정량 함유시켜 고무 패킹 조성물을 제조함으로써, 오일필터의 상대유로 사용되는 엔진오일에 대한 수축현상을 개선하여 패킹의 밀봉기능성 향상을 통해 오일누유현상을 감소시킬 뿐만 아니라 내열성 및 내한성을 향상시킨 오일필터용 고무 패킹 조성물에 관한 것이다.
오일필터용 고무 패킹 조성물, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)

Description

오일필터용 고무 패킹 조성물{A Rubber Composition for Packing of Oil filter}
본 발명은 오일필터용 고무 패킹 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고무성분으로 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 일정량 블랜드시켜 사용하고 여기에 카본 블랙, 노화방지제 및 가소제 등을 일정량 함유시켜 고무 패킹 조성물을 제조함으로써, 오일필터의 상대유로 사용되는 엔진오일에 대한 수축현상을 개선하여 패킹의 밀봉기능성 향상을 통해 오일누유현상을 감소시킬 뿐만 아니라 내열성 및 내한성을 향상시킨 오일필터용 고무 패킹 조성물에 관한 것이다.
자동차에는 엔진의 마찰저항을 줄이고 엔진의 냉각을 위하여 윤활유, 즉 엔진오일이 사용된다. 이 엔진오일은 쇳가루 등의 불순물을 제거하기 위하여 오일필터를 통해 여과 과정을 거치게 되는데, 통상 사용되고 있는 엔진오일 여과용 오일필터는 구조상 실린더 블록에 완전히 밀착되지 못하기 때문에 장시간 사용시 엔진오일이 누설되는 문제가 발생하게 되며, 이렇게 되면 경제적인 손실은 물론, 주차지역 주위를 오염시키는 원인이 되기도 한다.
즉, 오일필터는 엔진내부의 윤활 회로 내에 설치되어 오일에 혼입된 먼지, 카본, 금속 분말, 산화 생성물 등을 제거하는 역할을 하는데, 오일필터의 구조는 케이스, 엘리먼트, 바이패스 밸브 등으로 구성되어 있으며, 필터 내의 바이패스 밸브는 엘리먼트가 막혔을 때 열리도록 되어 있어 오일이 항상 순환되도록 오일을 공급하는 역할을 하는 장치이다.
이러한 역할을 하는 고무 부품을 오일필터용 패킹(PACKING)이라 한다.
일반적으로 사용되는 오일필터용 고무 패킹 재료로는 내유성, 내마모성이 우수한 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)를 주성분으로 하고, 여기에 카본블랙, 황 등이 첨가된 것으로서, 이러한 조성으로 이루어진 고무 패킹은 엔진오일의 누설 방지에 대해 만족스러운 결과를 보여주지 못하고 있으며, 특히 혹한기 등 가혹한 조건에서 장시간 자동차를 운행하게 될 경우에는 고무 패킹에 균열이 발생하는 등 실링 효과가 현저하게 떨어지는 문제점이 있어서 이에 대한 개선이 요구되어 왔다.
특히, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무는 아크릴로니트릴과 부타디엔을 공중합시킨 고분자이며 니트릴(ACN) 함량에 따라 가황물의 특성이 변한다. 니트릴(ACN) 함량이 증가하면 내유성 및 내마모성이 향상되나, 내한성 및 압축줄음율, 반발탄성 등이 감소하게 된다. 니트릴 함량에 따른 아크릴로니트릴-부타디엔 고무의 사용부분에 대해 설명하면 다음과 같다. 고니트릴(ACN 38 ∼39%)과 초고 니트릴(ACN 45 ∼48%)은 방향족 함량이 높은 탄화수소(예를 들면, 방향족 오일, 가솔린)에 대한 저항성이 크게 요구될 때 사용한다. 중니트릴(ACN 33 ∼ 34%) 제품은 고무 제품의 팽윤이 문제되지 않거나 방향족함량이 낮은 오일인 경우 사용한다. 저니트릴(ACN 18 ∼ 20%)과 중저 니트릴(ACN 28 ∼ 29%) 제품은 팽윤효과가 미미한 액체(파라핀 오일, 폴리알파올레핀)나 내유성보다 내한성이 더 중시되는 곳에 사용된다.
이와같이, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)는 니트릴 함량이 증가할수록 고분자사슬에 팽윤을 방지시키는 극성기를 가지고 있어 광물유에 대한 저항성을 가지게 되어 패킹(PACKING)의 수축현상이 예상되므로 엔진오일과 같은 광물유에 대한 밀봉기능성이 우수해야 하는 오일필터용 패킹재료로 사용하기에 문제가 된다. 또 한편으로는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)는 고분자사슬에 이중결합을 가지고 있어 120℃ 이상의 온도에 장시간 노출되어 있을 때, 경화 및 균열(CRACK)에 따른 오일누유(LEAK)현상의 문제점이 발생될 수 있다.
한편, 종래에 엔진오일의 누설을 방지하기 위하여 오일필터의 보강판 위에 설치되는 시밍캡(Seaming cap) 가장자리에 홈을 형성하고, 그 사이에 고무 패킹을 장착하여서 오일필터가 실린더 블록에 보다 확실하게 밀착되도록 하는 방안들이 시도되어 왔으며, 최근에는 특히 고무 패킹의 실링(Sealing) 성능을 개선하기 위하여 패킹의 형태를 다양하게 변형시키는 방안들이 제시되고 있다.
이러한 패킹의 형태를 다양하게 변형시키는 방안의 일례로 한국 공개특허 제1999-0035149호에서는 그 동안 가장 일반적으로 사용되어 왔던 사각형 형상의 고무 패킹에 대하여 원주상으로 단면이 호형인 실홈을 형성하고, 이 실홈에 단면이 원형인 오일실을 소정의 깊이로 조립하는 방안이 제시되어 있으나, 이 경우에도 기 존의 사각형 형상의 오일실, 즉 고무 패킹과 마찬가지로 실린더 블록과의 압착 시 실홈의 상부로 돌출하는 고무 패킹 부분은 중심부에서 양쪽 옆으로 삐쳐 나오게 되고, 이때 옆으로 삐쳐 나온 고무 패킹 부분은 결국 내압과 열화에 의해 어느 정도 시간이 지나면 절단되어 없어지게 되며, 또 경화에 의해 고무 패킹의 부피가 줄어들게 된다. 이렇게 되면 고무 패킹은 제 역할을 다 하지 못하고 실린더 블록과의 사이에 틈이 생기게 되는 바, 결국 엔진오일 누유의 문제점을 근본적으로 개선하지는 못하였다.
이와같이, 엔진오일의 누유현상을 보다 효과적으로 방지하기 위한 방안으로서 고무 패킹의 재질을 개선시키는 방법 및 고무 패킹의 형상을 변형하는도 시도되고 있으나, 아직까지 만족할 만한 연구 결과들이 발표되어 있지 않다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 광물유계에 대한 패킹 수축현상에 따른 오일누유 개선의 문제점 해결을 위해 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 일정량 블랜드하여 오일필터용 패킹(PACKING)의 밀봉기능성 개선과 내열성 노화방지제 사용 및 내한용 가소제 사용에 따른 내열성과 내한성에 대한 요구 물성을 발현시킴으로써, 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 엔진오일 필터에 설치하는 고무 패킹의 성분을 개량하여 그 실링 성능을 크게 개선하여 혹한기 등 가혹한 온도 조건에서 장시간 자동차를 운행하는 경우에도 엔진오일의 누설을 근본적으로 방지할 수 있는 새로운 오일필터용 고무 패킹 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고무성분과 카본블랙, 노화방지제 및 가소제를 포함하는 성분으로 이루어진 자동차 오일필터용 고무 패킹 조성물에 있어서,
상기 고무성분으로 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)/에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 70 ∼ 90 : 10 ∼ 30 중량부로 블랜드한 것을 사용하고,
상기 고무성분 100 중량부에 대하여
카본블랙은 60 ∼ 90 중량부,
노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린중합체, 정선특수왁스(Selected special wax) 및 2-메르캅토벤지미디아졸계가 각각 0.5 ∼ 3 : 0.5 ∼ 3 : 0.5 ∼ 3 중량비로 혼합된 것으로 2 ∼ 6 중량부, 및
가소제로는 디옥틸 아디페이트 6 ∼ 15 중량부를 포함하여 이루어진 오일필터용 고무 패킹 조성물에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 고무성분으로 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)와 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 일정량 블랜드시켜 사용함으로써 아크릴로니트릴-부타디엔 고무의 내유성 및 내마모성의 특성에 광물유계에 대한 저항성이 약한 에틸렌-프로필렌 고무를 첨가하여 고무 패킹의 수축현상을 방지하여 자동차용 오일필터에 설치하는 고무 패킹의 실링 성능을 크게 개선하므로서, 엔진오일의 누설을 근본적으로 방지할 수 있는 고무 패킹 조성물에 관한 것이다.
상기 본 발명에 따른 고무 패킹 조성물에 특징적으로 사용하는 고무성분을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무와 에틸렌-프로필렌 고무를 70 ∼ 90 : 10 ∼ 30 중량부, 더욱 바람직하게는 80:20 중량부로 블랜드하여 사용한다. 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무는 내유성 및 내마모성의 특성을 가지며, 바람직하게는 아크릴로니트릴 함량(ACN)이 28%의 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 에틸렌-프로필렌 고무는 에틸렌-프로필렌 및 디엔과의 3원 공중합체로, 예컨데 5-에틸렌노보넨(ENB)가 제3성분인 디엔 조성물이고, 무늬점도(Mooney Viscosity) 50의 저무늬타입의 고무를 사용하면 내열성이 우수한다.
상기 블랜드 비율은 각각의 장단점을 보완하여 오일필터용 패킹(PACKING)의 요구물성인 내유성, 내마모성, 밀봉성을 향상시킬 수 있는 최적의 함량이다.
또한, 본 발명은 오일필터용 고무 패킹 조성물의 강도 등의 물성을 증가시키기 위하여 충전제로서 카본블랙을 상기 고무성분 100 중량부에 대하여 60 ∼ 90 중량부, 바람직하게는 80 중량부 첨가한다. 상기 카본블랙은 이 분야에서 널리 사용되고 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 예컨데 FEF(입경; 40∼48nm)급과 SRF(입경; 61∼100nm)급을 사용할 수 있다. 만일 그 사용량이 60 중량부 미만이면 기계적 강도 측면에서 불리하고, 90 중량부를 초과하면 기계적 강도 측면에선 유리하나, 외부 충격 시 카본 블랙이 균열의 발생점이 될 가능성이 크고 또한 고무의 주 기능인 탄성력이 떨어지는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.
또한 본 발명에서의 노화방지제는 오일필터용 패킹의 기능상 고온분위기에 견딜수 있는 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해 상기 고무성분 100 중량부에 대하여 2 ∼ 6 중량부, 바람직하게는 4.5 중량부 첨가한다. 상기 노화방지제로는 기존의 강력한 노화방지 효과를 가지는 아민계 노화방지제인 2,2,4-트리메틸-1,2- 디히드로퀴놀린중합체와 균열방지를 위한 내균열용 노화방지제인 왁스계인 정선특수왁스(Selected special wax), 내열성 향상 노화방지제인 2-메르캅토벤지미디아졸계(2-Mercaptobenzimidiazole)를 각각 (0.5 ∼ 3): (0.5 ∼ 3): (0.5 ∼ 3)의 중량비유로 혼합사용한다. 특히, 바람직하게는 내열성 향상에 따른 노화방지를 위해 2-메르캅토벤지미디아졸계를 1 ∼ 2 중량부 사용하는 것이 좋다. 상기 노화방지제의 사용량이 상기 범위를 벗어나면 장기사용시 기계적 물성 및 내열성이 저하되는 문제점이 있다.
그리고, 본 발명의 오일필터용 고무 패킹 조성물의 내한성을 향상시키는 목적 뿐만 아니라 흐름성 및 가공성을 개선하기 위하여 사용하는 가소제는 상기 고무성분 100 중량부에 대하여 6 ∼ 15 중량부, 바람직하게는 10 중량부 첨가한다. 상기 가소제로는 지방산계 가소제로서 내한성이 우수하며 내이행성, 내유성 등을 향상시켜 내구성 및 내한성을 높여주는 디옥틸 아디페이트(DOA, Di Octyl Adipate)를 범용 가소제인 디옥틸 프탈레이트(DOP, Di Octyl Phthalate) 대신에 사용한다. 상기 가소제의 사용량이 12 중량부를 초과하면 가소제가 오일이나 용매 중에서 추출되어 재료의 과도한 수축을 가져오며 패킹에 적용되었을 경우 문제를 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 오일필터용 고무 패킹 조성물은 상기 성분 이외에 고무 패킹에 일반적으로 함유하는 가교제, 가교조제, 가교촉진제 등을 포함할 수 있다.
상기 가교제, 가교촉진제, 가교조제 등으로 가교시스템을 구성할 수 있다.
상기 가교제(Crosslinking Agent)는 고무 패킹 조성물에 필수적으로 첨가되 며 배합된 고무가 적정 온도로 가열될 때 고분자 사슬 사이에 가교를 만들어 주기 위해 사용되는 배합제이다. 이러한 가교제로는 황 또는 유기 과산화물을 사용할 수 있다. 황(Sulur)은 그들 거대 분자 내에 충분한 이중결합을 가진 고무에 가장 보편적으로 사용하는 가교제이고, 황과는 달리 유기 과산화물은 가교온도에서 분해되어 자유 라디칼(free radicals : R·)을 형성한다. 이들 자유 라디칼은 고분자 사슬(PH)에서 수소원자를 빼내어 RH를 만들고 고분자 라디칼(P·)을 형성한다. 인접하는 고분자 라디칼들이 서로 결합하여 고분자간의 탄소-탄소 가교결합(P-P)을 형성하게 된다. 유기 과산화물 가교는 내열성이 요구되는 불포화된 원료고무의 가교에 사용된다. 상기 가교제로 사용하는 황은 고무성분 100 중량부에 대하여 0.5 ∼ 2 중량부, 유기 과산화물 가교제(예, Percumyl D(DCP)) 0.5 ∼ 1.5 중량부가 사용될 수 있으며, 적절한 함량으로 조정, 선택될 수 있다.
또한 상기 가교조제와 가교촉진제는 가교속도를 증가시키기 위해 사용하는 첨가제로서, 상기 가교촉진제로는 고무 패킹 조성물에 통상적으로 사용하는 것을 사용할 수 있으며, 예컨데 이황화탄소, 알카리금속수산화물에서 만들어진 화합물의 유도체로 가교촉진력이 매우 우수한 징크디메틸디티오카바메이트(Zinc dimethyl dithiocarbamate, PZ)와 디벤조티아질 디설파이드(Dibenzothiazyl disulfide, DM)를 병용하여 사용할 수 있으며, 가교 촉진제의 효율을 높이기 위해 가교조제로는 예컨데 산화아연(Zinc oxide) 및 스테아린산(Stearic acid)을 사용할 수 있다.
상기와 같은 성분을 사용한 본 발명의 오일필터용 고무 패킹 조성물의 제조 방법은 통상의 방법으로 제조할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 예를 들 어, 본 발명의 상시 성분을 통상의 기계적 혼련법에 의하여 제조하는 것이 가능하다. 구체적으로 예를 들면, 니더(kneader), 반바리 믹서(banbury mixer) , 오픈 밀(open mill), 등의 일반적인 혼련기를 이용하는 방법을 채용할 수 있다.
이 때, 혼련 온도는 100 ∼ 140 ℃에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 조성물에 대한 성형 가공법의 경우 재단 성형, 압출 성형 등으로 특히 한정하는 것이 없으나 압출 성형이 가장 적합하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 오일필터용 고무 패킹 조성물은 오일필터용 패킹의 상대유로 사용되는 엔진오일 등의 수축현상 개선에 따른 밀봉기능향상 및 내열성, 내한성 향상으로 고온 및 저온에서의 경화 및 균열(CRACK)현상의 오일누유(LEAK) 문제점을 현저하게 개선할 수 있다.
이하 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 하는 바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 제한되는 것이 아니다.
실시예 및 비교예
다음 표 1에 나타낸 성분과 함량을 가지는 조성물을 통상의 방법으로 제조하였으며, 오일필터용 패킹 고무 제조에 사용하였다.
Figure 112003042517769-pat00001
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따른 조성물로 제조된 시편을 이용하여 경도, 인장 강도, 신율, 내열성, 내유성, 압축영구줄음율의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
<측정방법>
1. 경도 : KS 규격인 KS M6518 의 7항에 따름
2. 인장강도 : KS 규격인 KS M6518 의 5항에 따름
3. 신율 : KS 규격인 KS M6518 의 5항에 따름
4. 내열성 : KS 규격인 KS M6518 의 8항에 따름
5. 내유성 : KS 규격인 KS M6518 의 13항에 따름
6. 압축영구줄음율 : KS 규격인 KS M6518 의 11항에 따름
Figure 112003042517769-pat00002
상기 표 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법에 의한 실시예는 기계적 물성을 나타내는 상태물성에서 동등이상의 효과를 보이고, 내열성에서 경도, 인장강도, 신율의 물성변화율이 감소되었다. 특히, 경도변화는 +8 에서 +6로 2 point 감소되어 25%의 향상되는 개선효과가 나타났다.
상대유인 엔진오일의 체적변화율에서도 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR) 단독보다는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)와 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM) 블랜드 조성물의 체적변화율이 -3.8%에서 +3.2%로 (-)에서 (+)로 변화되고, 압축영구줄음율도 21%에서 18%로 효과를 보여 밀봉기능성이 개선되었고, 내한성에 있어서도 TR-10치가 -37℃ 에서 -41℃로 개선되어 내한성의 효과가 큰 것으로 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 비해 경도, 인장강도, 신율 등이 동등 이상이었으며, 고온 및 저온에서의 내열성, 내한성 시험결과에서 우수한 물성결과를 확보할 수 있었으며, 패킹에서의 가장 중요한 특성 물성인 밀봉기능 및 압축영구줄음율도 개선되는 효과가 나타났다. 또한 상대유로 사용되어지는 엔진오일유에 대한 침적시험에서도 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 오일필터용 고무 패킹 조성물은 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 첨가 블랜드하여 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)의 오일필터용 패킹(PACKING)의 상대유인 엔진오일에 대한 수축현상을 개선하여 밀봉기능성 향상 및 내열성 향상 노화방지제인 2-메르캅토벤지미디아졸계를 사용함과 동시에 내한성 가소제인 디옥틸 아디페이트를 사용함으로 내열성과 내한성을 향상시켜 고온 및 저온에서의 경화 및 균열현상의 오일누유 문제점을 개선하여 우수한 오일필터용 고무 패킹을 제조할 수 있다.

Claims (3)

  1. 고무성분과 카본블랙, 노화방지제 및 가소제를 포함하는 성분으로 이루어진 자동차 오일필터용 고무 패킹 조성물에 있어서,
    상기 고무성분으로 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)/에틸렌-프로필렌 고무(EPDM)를 70 ∼ 90 : 10 ∼ 30 중량부로 블랜드한 것을 사용하고,
    상기 고무성분 100 중량부에 대하여
    카본블랙은 60 ∼ 90 중량부,
    노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린중합체, 정선특수왁스(Selected special wax) 및 2-메르캅토벤지미디아졸계가 각각 0.5 ∼ 3 : 0.5 ∼ 3 : 0.5 ∼ 3 중량비로 혼합된 것으로 2 ∼ 6 중량부, 및
    가소제로는 디옥틸 아디페이트 6 ∼ 15 중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 오일필터용 고무 패킹 조성물.
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