KR100564257B1

KR100564257B1 - 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물과 그 제조방법

Info

Publication number: KR100564257B1
Application number: KR1020030047105A
Authority: KR
Inventors: 최승훈
Original assignee: 최승훈; (유)용암산업
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2006-03-30
Also published as: KR20050007057A

Abstract

본 발명은 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 고무재와, 충전재와, 가류제와, 가류촉진제와, 가류촉진조제와, 가공조제와, 노화방지제와, 난연제와, 체전방지제와, 윤활제와, 탄소섬유를 혼합시켜 조성된 조성물로 씰소재 제조에 따른 탄소섬유가 배제된 조성물에 비해 흡수율을 감소시킬 수 있고, 아울러 인장강도와 굴곡강도 및 기계적 강도를 높일 수 있도록 하는 것에 있다.

이러한 목적은 고무재와, 충전재와, 가류제와, 가류촉진제와, 가류촉진조제와, 가공조제와, 노화방지제와, 난연제와, 체전방지제와, 윤활제에 탄소섬유를 더 포함하여 구성된다. 이와 아울러, 상기 조성물을 밀폐식 혼합장치에 투입시켜 혼합 정련시킨 다음 스크류식 압출기를 이용하여 띠형 또는 판형으로 성형하고, 성형된 성형물을 전열을 열원으로 하는 프레스장치를 통하여 일정시간 열과 압력을 가함에 따른 그물눈 결합을 갖는 씰소재로 제조되는 제조방법을 제공한다.

위와 같은 본 발명에 따른 씰소재는 흡수율을 감소시킬 수 있고, 기계적 강도 즉, 인장강도와 굴곡강도를 높일 수 있도록 함과 아울러, 탄소섬유로 인한 열전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

씰소재, 팽창흑연, 탄소섬유, 고무재, 충전재, 가류제

Description

탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물과 그 제조방법{COMPOSITIONS AND MANUFACTURE METHODS OF ROLL SEAL WITH GRAPHITE AS A FILLER CONTAINING CARBON FIBER}

본 발명은 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흑연제 씰소재에 탄소섬유를 첨가하여 기계적 강도 및 열전도도를 향상시킬 수 있고, 아울러 물의 흡수량을 감소시킬 수 있도록 한 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종의 고압용 씰소재에는 고무나 사불화에틸렌수지(PTFE ; Polytetrafluoroetylene) 등이 사용되고 있으나, 최근에는 충전재로 육각형 구조인 천연흑연을 산용액에 침전시켰다가 꺼내 건조시킨 후, 고온에서 열처리하게 되면 흑연에 흡입된 산 입자들이 급소히 기화되면서 흑연 입자들이 팽창하게 됨에 따른 밀도가 매우 낮고 내열성 등이 우수한 팽창흑연을 첨가하여 사용한 것이 많이 개발되고 있다.

이러한, 종래의 씰소재 조성물은 일반적으로 고무재, 충전재인 팽창흑연, 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 가공조제 그리고 노화방지제 및 착색제, 발포제, 난연제, 체전(滯電)방지제, 윤활제, 연마제, 방향제, 곰팡이 방지제로 구성된다.

그러나 이러한 팽창흑연을 충전재로 하여 씰소재를 제품화할 경우, 종축에 비해 횡축으로의 기계적 강도가 약하여 편린(비늘)모양의 박편이 쉽게 떨어짐에 따른 원활한 윤활작용을 할 수는 있으나, 물을 흡수하는 흡수량에 있어서는 상기한 바와 같이 산용액에 침전시켰다가 꺼내 건조시킨 후, 고온에서 열처리하면 흑연에 흡입된 산 입자들이 급속히 기화되면서 흑연 입자들이 팽창하게 됨으로 인해 밀도가 매우 낮아 흡수율이 상대적으로 높다는 단점이 있었다.

또한, 팽창흑연은 그 열전도도가 110∼190W/mK를 갖음으로 인해 팽창흑연만을 충전재로 하여 씰소재로 제조할 경우 낮은 열전도도를 갖는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 고무재와, 충전재와, 가류제와, 가류촉진제와, 가류촉진조제와, 가공조제와, 노화방지제와, 난연제와, 체전방지제와, 윤활제와, 탄소섬유를 혼합시켜 조성된 조성물로 씰소재 제조에 따른 탄소섬유가 배제된 조성물에 비해 흡수율을 감소시킬 수 있고, 아울러 기계적 강도 즉, 장강도와 굴곡강도를 높일 수 있도록 함과 아울러, 탄소섬유로 인한 인한 열전도도를 향상시킬 수 있도록 한 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성 물 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%로 구성된 씰소재 조성물에 있어서, 상기 조성물에 탄소섬유 10∼40wt%가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 탄소섬유는 피치, 폴리니트로아크릴, 레이온 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 피치는 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태, 속이빈 공동체 형태로 제조된 것 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재의 제조방법은, 고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%와, 탄소섬유 10∼40wt%를 밀폐형 혼합장치에 투입시켜 혼합 정련시키기 위한 단계와, 상기 단계에 의해 혼합된 혼합물을 스크류식 압출기를 이용하여 성형하기 위한 단계와, 상기 단계에 의해 성형된 성형물을 전열을 열원으로 하는 프레스장치를 통하여 150℃ ∼ 250℃의 온도 범위에서 10분 내지 40분 정도 열과 압력을 가함에 따른 그물눈 결합을 갖는 씰소재로 제조하기 위한 가류단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물은 고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%와, 열전도도를 대략 540W/mK 갖는 탄소섬유 10∼40wt%를 혼합하여 구성된다.

상기 고무재는 천연고무,스타이렌-부타디엔고무, 이소프렌고무, 부타디엔고무, 니트릴고무, 부틸고무, 우레탄고무, 실리콘고무 중 선택된 어느 하나를 사용하고, 상기 충전재는 천연흑연 또는 팽창흑연 중 선택된 어느 하나를 사용하게 된다.

또, 상기한 가류제는 황 또는 산화아연 중 선택된 어느 하나를 사용하게 된다.

또한, 상기 탄소섬유는 피치, 폴리니트로아크릴, 레이온원료 중 선택된 어느 하나를 사용하되, 상기 탄소섬유는 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태, 속이빈 공동체 형태 중 선택된 어느 하나를 사용하게 된다.

상기한 조성물을 이용하여 본 발명에 따른 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재를 제조하는 방법은, 고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%와, 탄소섬유 10∼40wt%를 밀폐형 혼합장치에 투입시켜 혼합 정련시키기 위한 단계와, 상기 단계에 의해 혼합된 혼합물을 스크류식 압출기를 이용하여 성형하기 위한 단계와, 상기 단계에 의해 성형된 성형물을 전열을 열원으로 하는 프레스장치를 통하여 150℃ ∼ 250℃의 온도 범위에서 10분 내지 40분 정도 열과 압력을 가함에 따른 그물눈 결합을 갖는 씰소재로 제조하기 위한 가류단계로 구성되어 제조되어 진다.

상기 성형단계를 통하여 성형된 제품은 판형 또는 띠형으로 성형된다.

여기서, 상기한 고무재는 본 발명 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재의 주된 원료로서, 너무 적거나 너무 많게 혼합되면, 씰소재로 제조시 탄성력을 유지할 수 없거나, 온도와 압력을 받게 될 경우 원형이 손상되어 변형될 위험이 있어 30∼70wt%로 혼합하는 것이 바람직하며, 흑연제 충전재는 고무재에 혼합되어 구조적, 기계적 강도를 부여하므로 너무 적게 혼합될 경우 구조적, 기계적 강도가 저하되며, 너무 많게 혼합될 경우 성형단계에서 가소성이 부족하게 되어 원하는 형태로 성형하지 못하게 되므로 10∼55wt%로 혼합되는 것이 바람직하다.

또한, 가류제에 있어서는 고무의 탄성을 유지하면서 원하는 성능을 얻기 위한 그물눈 결합을 만드는데 필요한 약품으로 너무 적게 혼합될 경우 그물눈 결합을 만들수 없게 되고, 너무 많게 혼합될 경우 고무재의 탄성이 감소되는 단점이 있어 2∼15wt%로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 가류촉진제와, 가류촉진조제, 가공조제, 노화방지제, 난연제, 윤활제 등은 가류고무제품인 씰소재를 위한 기타 배합제이며, 제품제조 편리성을 부여하여 제품 성능조절성을 부여하므로 적정 즉, 0.01∼0.05wt%로 혼합하는 것이 바람직하고, 탄소섬유는 충전재와 마찬가지로 너무 적게 혼합될 경우, 기계적 강도 즉, 인장강도, 굴곡강도가 저하되고 너무 많이 혼합될 경우 고무의 탄성이 저하되고 가소성 부족 문제를 야기하게 되므로 10∼40wt%로 혼합하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 혼합단계에서 본 발명은 밀폐형 혼합장치를 사용하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 예컨대, 정련 롤기를 사용하여 혼합시킬 수도 있고, 아울러 상기 성형단계를 통하여 성형된 성형물을 프레스장치를 통하여 가류시키기 위한 가류단계에서 열원을 증기로도 사용할 수도 있고, 상기 프레스장치를 이용하지 않고 고주파를 이용할 수도 있다.

본 발명에 따른 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물 및 그 제조방법을 이용한 씰소재 제조는 피치를 원료로 한 탄소섬유 중 속이 빈 공동체 형태를 사용한 이하의 실시예를 통하여 설명하면 다음과 같다.

한편, 본 발명의 씰소재를 제조하기 위한 실시예에서는 피치를 원료로 한 탄소섬유 중 속이 빈 공동체 형태를 사용하고 있으나, 탄소섬유를 10∼40wt% 내에서 폴리니트로아크릴, 레이온원료 중 선택된 어느 하나가 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태의 것을 혼합하여 구성할 수도 있고, 이러한 구성으로 인해 제조된 씰소재는 팽창흑연만을 충진재로 할 경우에 비해 물 흡수량을 감소시킬 수 있고, 기계적 강도 즉, 인장강도 및 굴곡강도가 향상됨과 아울러 탄소섬유가 갖는 열전도도로 인해 열전도도를 향상됨을 알 수 있기에 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

[실시예]

천연고무 50wt%와, 팽창흑연 25wt%와, 황 7wt%와, 가류촉진제, 가류촉진조제 가공조제, 노화방지제, 난연제, 체전방지제, 윤활제를 각각 0.05wt%와, 속이 빈 공동체 형태의 탄소섬유를 17.65wt%를 밀폐식 혼합장치에 투입시켜 혼합 정련시킨다.

상기 혼합장치에 의해 혼합 정련된 혼합물을 스크류식 압출기를 이용하여 띠형으로 성형시킨다.

띠형으로 성형된 성형물을 전열을 열원으로 하는 프레스장치를 통하여 200℃ 온도에서 약 20분 정도 열과 압력을 가함에 따른 그물눈 결합을 갖는 씰소재로 제조가 완료되어 진다.

이와 같이 상기한 실시예에 따라 제조된 씰소재와 종래의 씰소재를 100g에 대한 물 흡수량을 측정하고 각각의 장치를 통하여 인장장도 및 굴곡강도를 측정한 결과 아래의 [표 1]과 같이 나타났다.

[표 1]

상술한 바와 같이 본 발명은 고무재, 충전재인 팽창흑연, 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 가공조제 그리고 노화방지제 및 난연제, 체전방지제에 탄소섬유를 첨가한 조성물로 씰소재를 제조함으로써 흡수율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 강도 즉, 인장강도와 굴곡강도를 높일 수 있도록 함과 아울러, 탄소섬유로 인한 열전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

나아가, 최대 운전온도 범위도 넓어져 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%로 구성된 씰소재 조성물에 있어서,

상기 조성물에 탄소섬유 10∼40wt%가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.
제1항에 있어서,

상기 탄소섬유는 피치, 폴리니트로아크릴, 레이온 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.
제2항에 있어서,

상기 피치는 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태, 속이빈 공동체 형태로 제조된 것 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.
제2항에 있어서,

상기 폴리니트로아크릴은 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태, 속이 빈 공동체 형태로 제조된 것 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.
제2항에 있어서,

상기 레이온은 갈라진 형태, 갈아진 형태, 실과 같은 형태, 속이빈 공동체 형태로 제조된 것 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.
탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재를 제조하기 위한 방법에 있어서,

고무재 30∼70wt%와, 흑연제 충전재 10∼55wt%와, 가류제 2∼15wt%와, 가류촉진제 0.01∼0.05wt%와, 가류촉진조제 0.01∼0.05wt%와, 가공조제 0.01∼0.05wt%와, 노화방지제 0.01∼0.05wt%와, 난연제 0.01∼0.05wt%와, 체전방지제 0.01∼0.05wt%와, 윤활제 0.01∼0.05wt%와, 탄소섬유 10∼40wt%를 밀폐형 혼합장치에 투입시켜 혼합 정련시키기 위한 단계와;

상기 단계에 의해 혼합된 혼합물을 스크류식 압출기를 이용하여 성형하기 위한 단계와;

상기 단계에 의해 성형된 성형물을 전열을 열원으로 하는 프레스장치를 통하여 150℃ ∼ 250℃의 온도 범위에서 10분 내지 40분 정도 열과 압력을 가함에 따른 그물눈 결합을 갖는 씰소재로 제조하기 위한 가류단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 성형단계에 의해 성형된 성형품은 띠형 또는 판형 중 어느 하나로 성형됨을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 흑연제 충전재는 천연흑연 또는 팽창흑연 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유가 함유된 흑연제 씰소재 조성물.ㅂ