KR100579709B1

KR100579709B1 - 유입식 변압기의 콘서베이터용 고무백 제조에 사용되는 고무 시이트 성형 조성물

Info

Publication number: KR100579709B1
Application number: KR1020020088002A
Authority: KR
Inventors: 이은영
Original assignee: 주식회사 한솔테크
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2006-05-12
Also published as: KR20040061713A

Abstract

본 발명은 유입식 변압기의 콘서베이터(conservator) 내에 존재하는 절연유면이 공기 또는 수분과 접촉하는 것을 방지하는 고무백을 제조하는데 사용되는 고무 시이트 성형 조성물에 관한 것이다.

상기 고무 시이트 성형 조성물은 아크릴로니트릴(AN) 함량이 28 내지 41%인 니트릴부타디엔고무(NBR) 60±5 중량%, 카본 블랙 7±3중량%와 비블랙 보강제 13±5중량%, 가소제 8±3중량%, 노화방지제 1.5±0.5중량%, 가공조제 1.5±0.5중량%, 접착제 5±1.5중량%, 가황촉진제 2±0.3중량% 및 가황제 2±0.3중량%를 함유한다.

상기 고무 시이트 성형 조성물을 함유하는 고무 시이트로 제조한 고무백은 물성시험결과 종래의 제품에 비하여 인장강도, 인열강도, 금속-고무간 부착력이 우수하고, 내열노화성시험과 내유성시험에서 기준치보다 높은 인열강도를 나타낸다. 또한, 내한성 시험에서도 저온취약온도가 -31℃로 측정되어 높은 내한성이 있음을 알 수 있다. 유리황의 함량도 시험결과 양호한 수준으로 나타난다. 또한, 콘서베이터의 외형과 치수를 그대로 적용하였기 때문에 별도의 도면 작업 없이 채용이 가능한 바 기존 제품과의 호환성이 충분하다.

콘서베이터, 고무백, 변압기, 절연유, 니트릴 고무

Description

유입식 변압기의 콘서베이터용 고무백 제조에 사용되는 고무 시이트 성형 조성물{COMPOSITION FOR PREPARATION OF RUBBER SHEET USED IN PREPARING RUBBER BAG FOR CONSERVATOR OF OIL-FILLED TRANSFORMER}

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본 발명은 유입식 변압기의 콘서베이터 내에 존재하는 절연유면이 공기나 수분과 접촉하는 것을 방지하기 위한 콘서베이터 고무백용 고무 시이트 성형 조성물에 관한 것이다.
변압기에는 변압기의 절연내력과 냉각효과를 상승시키기 위해 절연유가 봉입되어 있고, 이 절연유는 주위의 온도 또는 부하상태의 변화로 팽창과 수축을 반복한다. 절연유의 절연내력을 상승시키기 위해서는 절연유에 수분이 혼입하는 것을 방지하지 않으면 안되고, 또한 냉각효과를 높이기 위해서는 고온의 절연유가 산소와 화학반응을 일으키지 않도록 공기와 절연유를 차단할 필요가 있다. 이를 위해, 변압기 외함(TANK)내에 봉입되어 있는 절연유가 팽창, 수축을 할 수 있도록 함과 동시에 절연유가 외기와 접촉하지 않도록 하는, 소위 콘서베이터라고 하는 절연유열화방지장치가 부착되어 있다.

상기 콘서베이터 형식으로 유밀봉방식이 있는데 콘서베이터에 함유되어 있는 오일의 오일면상에 절연유차폐체로 이루어진 격막을 설치하고, 오일면의 변동에 따라 격막(DIAPHRAGM)이 상하로 변동하는 소위 격막식인 것과, 콘서베이터내에 절연유차폐체로 이루어진 주머니를 넣고, 이 주머니의 내부를 개구부를 통해 외기로 연통시켜 오일의 팽창, 수축에 따라 주머니(RUBBER BAG)내의 공기가 유출하는 소위 주머니식인 것이 알려져 있다.

전술한 격막과 주머니는, 절연유에 접촉하기 때문에 내유성이 없어서는 안되고, 고온에 노출되기 때문에 내열성이 강하고, 또한 오일과 공기를 이른바 산소를 격절하기 위해 가스불투과성이 우수한 물성을 가진 것이 필요하고, 더욱이 오일의 팽창, 수축에 따라 부드러운 굴곡운동을 할 수 있고, 재 반복하는 굴곡회수에 견디기 위해서 내조성(耐操性)이 풍부한 것이어야 한다.

특히, 주머니식인 공기주머니(소위, 고무백이라고도 함)는 내유성 또는 투과성뿐만 아니라 변압기의 내용년한 동안의 장기간 운전에도 안정된 특성을 가지고 있어야 한다. 이러한 조건을 가급적 충족시키는 것으로서, 아크릴로니트릴고무를, 나일론직포의 기포 양면에 도포한 접착제층을 매개하여 압연, 전착한 아크릴로니트릴고무 적층포(이하, "NBR 적층포"라 함)가 이용되고 있고, 이 NBR 적층포를 소정의 형상으로 재단하고, 이 재단포의 가장자리를 접착제를 매개로 중합시켜 이음매를 만들고 이 이음매의 표면, 이면 양면에 접착제를 매개로 보강 테이프를 밀착 배치하여 가열, 가압하여 제조한 고무백이 이용되었다.

NBR(니트릴 부타디엔 고무)은 아크릴로니트릴(CH₂=CH-CN)과 부타디엔(CH₂=CH-CH=CH₂)의 공중합에 의해 제조되는 것으로서, 점도가 높고 흐름성과 내수성이 우수하여 가황속도가 빠르고, 내유성, 내용제성, 내연료유성, 내마모성, 내노화성, 인장강도가 우수하다는 특징이 있고, 패킹, 가스켓, 프레온호스, 오일씰, 전선 등에 이용되고 있는 것으로 알려져 있다.

고무백 제조에 사용된 종래의 NBR 적층포용 고무 배합물로는, 예를 들어 주성분인 니트릴부타디엔고무(NBR) 37.5 중량%; 고무 첨가제로서 보강충전제인 폴리비닐 클로라이드(PVC) 16.0중량%, 보강제인 카본 블랙 9.6중량%와 비블랙 보강제 10.7중량%, 가소제인 디옥틸 프탈레이트 12.3중량%, 노화방지제인 p-페닐렌디아민 0.64중량%, 중합된 디하이드로퀴놀린 0.8중량%, 미세결정형 왁스 0.8중량%, 가공조제인 쿠마론 인덴 수지 2.7중량%, 산화마그네슘 1.6중량% 및 산화칼슘 1.3중량%, 가황촉진제인 티우람 디설파이드 0.54중량%와 벤조티아졸 설펜아미드 0.9중량%, 가황제 0.54중량%, 가황 촉진조제인 NA22 0.96중량% 및 유황 2.7중량%를 함유하는 아크릴로니트릴 고무 배합물이 알려져 있다.

하지만, 이와 같은 아크릴로니트릴 고무 배합물은 사용환경이 고온인 경우 내노화성 재료의 용출 현상을 나타내고 유연성의 유지가 불충분하며, 또한 절연유 중에 고무 자체가 녹아내리는 현상 등의 문제점을 갖고 있었다. 따라서, NBR 고무백형 콘서베이터 기술분야에는 전술한 문제점을 해소시켜 줄 수 있는 내열, 내한성 등이 개량된 NBR 고무 배합물이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 내절연유 특성을 향상시킴과 동시에 전술한 문제점인 사용 환경이 고온인 경우에 내노화성 부여 재료가 접촉기유에 용출되는 현상이 없으며, 상온 및 저온에서 유연성이 유지되고 고온에서의 가스 발생이 억제되며 유중에서 고무 자체가 녹아내리지 않는 등의 품질이 개선된 NBR 고무 시이트 성형 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 제1 목적으로 니트릴부타디엔고무(NBR) 60±5중량%, 보강제로서 카본 블랙 7±3중량%와 비블랙 보강제 13±5중량%, 가소제로서 디옥틸프탈레이트 8±3중량%, 노화방지제 1.5±0.5중량%, 가공조제인 지방산 에스테르 또는 지방산 아미드 1.5±0.5중량%, 접착제 5±1.5중량%, 가황촉진제 2±0.3중량% 및 가황제 2±0.3중량%를 함유하는 콘서베이터내 고무백 제조용 고무 시이트 성형 조성물을 제공한다.

이와 같은 본 발명의 고무 시이트 성형 조성물에 있어서, 니트릴부타디엔고무는 아크릴로니트릴 함량이 28 내지 41%인 것으로서, 당업계에 널리 시판되는 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 성형 조성물에 함유되는 성분인 보강제 중 카본 블랙은 요오드 흡착량(I₂ mg/g)이 21 내지 32, DBP 흡유량(cc/100g)이 65 내지 75, 표면적 CTAB(m²/g)가 26 내지 32인 것이고, 비블랙 보강제인 화이트 카본(SiO₂·H₂O)은 흡유율이 34 내지 38%이고, pH가 4.0 내지 5.0이며, 백색도가 78.0인 것이 적당하다.

가소제로는 디옥틸프탈레이트(DOP), 디옥틸아세테이트(DOA), 디부틸프탈레이트(DBP) 등이 있으며, 특히 디옥틸프탈레이트가 바람직하고, 당업계에 널리 시판되는 것을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 고무 시이트 성형 조성물에 이용되는 고무 첨가제인 노화방지제는 당해 기술분야에 통용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, p-페닐렌디아민, 중합된 디하이드로퀴놀린, 미세결정형 왁스 등을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

고무 성분의 숙성을 진행시켜주는 가공조제인 지방산 에스테르 또는 지방산 아미드로는 당해기술분야에 통용되는 스테아르산, 부티르산 등이 있으며, 특히 부티르산이 바람직하다.

또한, 본 발명의 고무 시이트 성형 조성물에 함유되는 고무 첨가제로서 특히 중요한 접착제는 순도가 98% 이상이고 pH 4 내지 5인 것이 바람직하다. 그 예로는 유니온 카바이드(Union Carbide) 제품인 상품명 VMCH, 로드 코포레이션(Lord Corp./Chemical Products Div.) 제품인 상품명 CHEMLOK 205, CHEMLOK 220, CHEMLOK 254 등이 있다.

본 발명의 고무 시이트 성형 조성물에 이용되는 가황 촉진제는 원료 고무에 탄성을 부여하여 가황속도 촉진 및 고무물성 증진에 기여하는 첨가제로서, 가황속도, 가황패턴 및 산염기 성질 등에 따라 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 그 예로는 2-(4-모르폴리닐)머캅토벤조티아졸, N-옥시디에틸렌벤조티아졸-2-설펜아미드 등의 상품화된 제품을 사용할 수 있다. 단, 제품은 융점이 98 내지 104℃이고, 순도가 96% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 고무 시이트 성형 조성물에 이용되는 가황제로는 당해 기술분야에 널리 사용되는 유황 등이 있다.

이와 같은 본 발명의 고무 시이트 성형 조성물의 성분과 그 배합비율 및 특성을 요약해보면 다음 표 1과 같다:

재료구분	배합량(wt,%)	특성
NBR(니트릴 고무)	60±5	결합된 아크릴로니트릴(AN) 함량(%) : 28 내지 41
카본블랙	7±3	I₂흡착량 : 21∼32 DBP 흡유량 : 65∼75 표면적 CTAB : 26∼32
비블랙 보강제	13±5	흡유량 : 34∼38 pH : 4.0∼5.0 백색도 : 78.0
가소제	8±3	디옥틸프탈레이트 등
노화방지제	1.5±0.5	p-페닐렌디아민, 중합된 디하이드로퀴놀린, 미세결정형 왁스 등의 단독물 또는 2종 이상의 혼합물
가공조제(Processing materials)	1.5±0.5	지방산 에스테르 및 지방산 아미드
접착제(Bonding materials)	5±1.5	순도 : 98%, pH : 4∼5
가황촉진제(Vulcanization activators)	2±0.3	융점 : 98∼104℃ 순도 : 96%
가황제(Vulcanization materials)	2±0.3	유황 등

이와 같은 배합으로 제조한 고무 시이트는 종래의 고무 시이트와 비교해 볼 때 높은 내열노화성, 내유성 및 내한성을 나타내는 것으로 관찰된다.

따라서, 본 발명은 제2 목적으로 전술한 바와 같은 고무시이트 성형 조성물의 각 성분을 표 1에 제시한 바와 같은 배합비율로 배합하고 혼련하는 단계, 이 배합물을 시이트화하고 15℃ 미만에서 4시간 이상 숙성시키는 단계, 그 다음 숙성된 고무 시이트를 압연시키는 단계, 다시 15℃ 미만에서 약 48시간 동안 재숙성시키는 단계 및 재숙성된 고무 시이트를 가황시키는 단계를 포함하는 고무 시이트의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 제3 목적으로 이와 같은 제조방법에 의해 제조된 고무 시이트를 제공한다.

본 발명은 제4 목적으로 상기 고무 시이트를 섬유형 보강제의 표면과 이면에 압연 전착시킨 니트릴부타디엔 고무인포를 제공한다. 이 합성 고무인포는 통상적인 방법에 따라 고무 시이트 사이에 섬유형 보강제를 삽입한 뒤 압연 및 가황시킨 다음 약 15분 내지 20분 동안 롤링시켜 제조할 수 있다. 섬유형 보강제로는 나일론-6.6 멀티(420데니어, 24EPI) 원사를 사용할 수 있다. 고무인포의 두께는 롤링 회수 및 롤링시의 가압 정도에 따라 적절하게 조절할 수 있다.

이와 같은 고무인포는 유입식 변압기의 콘서베이터용 고무백의 제조는 물론이고 극한 환경에 대한 저항성이 요구되는 자동차연료펌프장치용 다이아프램, 오일저장용 탱크, 고무보트 등의 제조에도 유용하게 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 바람직한 구체예로서 콘서베이터용 고무백 제조에 유용하게 사용되는 본 발명에 따른 고무인포을 제공한다.

또 다른 구체예로서, 본 발명은 자동차연료펌프장치용 다이아프램의 제조에 유용하게 사용되는 본 발명에 따른 고무인포를 제공한다.

또 다른 구체예로서, 본 발명은 오일저장용 탱크의 제조에 유용하게 사용되는 본 발명에 따른 고무인포를 제공한다.

또 다른 구체예로서, 본 발명은 고무 보트 제조에 유용하게 사용되는 본 발명에 따른 고무인포를 제공한다.

또한, 본 발명은 제5 목적으로 상기 고무인포를 재단하는 단계, 접착부분을 미리 연마가공하는 단계, 연마가공된 접착부분 상에 접착제를 도포하는 단계 및 접착제가 도포된 고무인포 상에 연성 스펀지와 NBR 고무에서 뽑아낸 생지를 적층시킨 후 가열 가압하는 단계를 포함하는 고무백의 제조방법을 제공한다.

이와 같이 제조된 고무백은 고무인포 접착부의 접착력이 향상되고 미려한 외 형을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 바람직한 구체예를 설명하고자 하지만, 이 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

실시예 1

고무 시이트 제조

아크릴로니트릴 함량이 약 38%인 NBR 고무 60.0 g, 카본 블랙 7.0 g, 화이트 카본(SiO₂·H₂O) 13.0 g, 디옥틸프탈레이트 8.0 g, 중합된 디하이드로퀴놀린 0.7g, 미세결정형 왁스 0.8 g, 부티르산 1.5 g, 접착제인 CHEMLOK 205(Lord Corp. 제품) 5.0 g, 가황촉진제인 N-옥시디에틸렌벤조티아졸-2-설펜아미드 2.0 g, 유황 2.0 g을 밴버리(Banbury) 혼합기에 투입하여 혼련한다. 그 혼합물을 덤프(Dump) 로울을 통해 시이트화 로울로 유입시켜 시이트화하고, 이 시이트를 역 L형 4본 캘린더(calender)를 통해 유입시켜 압연시킨 다음, 로토큐어(Rotocure)를 통해 가황시켜 고무 시이트를 제조하였다.

실시예 2

고무인포의 제조

섬유형 보강제로서 나일론-6.6 멀티 원사(420 데니어, 24EPI)를 격자형으로 배치한 직포를 실시예 1에서 제조한 2개의 고무 시이트 사이에 삽입 배치하여 압연 가황시킨 뒤 약 15 내지 20분 동안 롤링시켜 고무인포를 제조하였다.

비교예 1

기존 고무인포의 제조

먼저, 하기 표 2에 제시한 바와 같은 배합의 고무 성형 조성물을 당업계에 일반적인 고무 시이트 제조방법에 따라 고무 시이트를 제조하였다. 그 다음 섬유형 보강제로서 나일론 6.6 모노(NYLON 6.6 MONO) 직포를 사용하여 상기 실시예 2에 제시한 바와 같이 고무인포를 제조하였다:

재료명	화학명	함량(%)	재료명	화학명	함량(%)
합성고무 NBR	니트릴 고무	37.5	가황촉진제	이황화튜람	0.54
합성수지 PVC	폴리비닐클로라이드	16.0	가황촉진제	벤조티아졸 설펜아미드	0.9
보강제	카본블랙	9.6	가황제	유황	0.54
보강제	비블랙	10.7	가황촉진조제	NA22	0.96
가소제	디옥틸 프탈레이트	12.3	가황촉진조제	유황	2.7
노화방지제	p-페닐렌 디아민	0.64
	중합된 디하이드로퀴놀린	0.8
	미세결정형 왁스	0.8
가공조제	쿠마론 인덴 수지	2.7
	산화마그네슘	1.6
	산화칼슘	1.3

실시예 3

고무인포의 물성 비교평가 시험

실시예 2에서 제조한 고무인포와 비교예 1에서 제조한 고무인포를 가지고 내열노화성, 내유성 및 내한성 시험 전과 후의 특성을 비교 분석하였다. 각 시험은 한국화학시험연구원 토건재료센터에 의뢰하여 관련규격 시험방법에 따라 실시하였다.

구체적으로, 내열노화성 시험은 실시예 2에서 얻은 고무인포와 비교예 1에서 얻은 고무인포를 각각 80℃에서 96시간 동안 노화시킨 후 상온으로 회복시킨 다음 실시하였다. 내유성 시험은 상기 각 고무인포를 80℃의 절연유 속에 넣고 96시간 동안 노화시킨 후 상온으로 회복시킨 다음 실시하였다. 내한성 시험은 상기 각 고무인포를 -30℃하에 60분 동안 방치한 후 상온회복후 실시하였다. 시험전 고무인포의 물성은 대기 온도에서 각각 시험하였다.

각 시험 결과는 다음 표 3과 같다.

항목		시험조건	단위	기준치(요구치)	실시예 2	비교예 1
인장강도	수직	KS K 0520-95	N/㎝	294 이상	476	345
	수평				385	361
인열강도	수직	KS K 0536-86	N/㎝	39.2 이상	65	49.1
	수평				64	52.0
부착력(금속-고무간)		KS M 6518-96	N/㎝	4.9 이상	103	38.3
가스(산소)투과력		ASTM D 3985	(㎖/㎠·min·atm)	5x10^-6	1.61x10^-6	4.4x10^-6
내열노화성		(80℃, 96시간, 상온회복후 실시)
인열강도	수직	KS K 0536-86	N/㎝	39.2 이상	53.0	-
	수평				56.0	-
내유성		(80℃, 96시간, 상온회복후 실시)
인열강도	수직	KS K 0536-86	N/㎝	39.2 이상	61	-
	수평				63	-
내한성		(-30℃, 60분, 상온회복후 실시)
저온취약온도		KS M 6676-95	℃	-	-31	-
기타		시험편폭: 25㎜, 컷스트리법
유중가스분석 (유리황)		KS M 6613-98	%		양호	-

상기 표 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고무인포는 인장 강도 및 인열 강도 모두 기존의 배합조성에 따라 제조한 고무인포에 비하여 우수하고, 내열노화성 시험과 내유성 시험에서도 기준치보다 높은 인열강도를 나타내었다. 또한, 내한성 시험에서도 저온취약온도가 -31℃로 측정되어 저온에도 강한 것을 알 수 있었다. 유리황의 함량도 양호한 시험결과를 나타내었다.

이와 같은 결과에 따라 본 발명의 고무인포를 사용하면 고온의 절연유에서도 장시간 견딜 수 있는 우수한 내열노화성과 내유성의 콘서베이터용 고무백을 제조할 수 있을 것이다. 이외에도 극한 환경에 대한 저항성이 요구되는 자동차연료펌프장치용 다이아프램, 오일저장용 탱크, 고무보트 등도 유용하게 제조할 수 있음은 당업자에게는 자명한 것이다.

실시예 4

고무백의 제조

흠집이나 이물질 검사를 통과한 고무인포를 도안에 따라 재단하고, 접착부분을 미리 연마기로 연마하였다. 연마 가공된 접착부분에 고무풀을 도포한 뒤 고무인포 상에 연성 스펀지와 NBR 고무에서 뽑아낸 생지를 적층시킨 후 가열 가압하여 해당 부분을 접착시켰다. 접착부 모서리를 가공한 뒤, 접착부를 마무리하였다. 고리와 명판을 부착시켜 고무백을 완성하였다.

완성된 고무백은 치수검사, 압력검사를 통해 규격품을 선별하고 세척한 뒤 포장하여 출고한다.

본 발명은 아크릴로니트릴(AN) 함량이 28 내지 41%인 니트릴부타디엔고무(NBR) 60±5 중량%, 카본 블랙 7±3중량%와 비블랙 보강제 13±5중량%, 가소제 8±3중량%, 노화방지제 1.5±0.5중량%, 가공조제 1.5±0.5중량%, 접착제 5±1.5중량%, 가황촉진제 2±0.3중량% 및 가황제 2±0.3중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 시이트 성형 조성물을 제공한다.
본 발명의 고무 시이트 성형 조성물을 사용하여 제조한 NBR 고무인포는 향상된 내절연유 특성 뿐만 아니라 사용 환경이 고온인 경우에도 우수한 내열노화성과 내유성 및 저온유지성을 나타내는 바, 고온 및 저온 환경에서도 양호하게 사용할 수 있고, 또한 기존 제품과의 호환성을 위해 콘서베이터의 외형과 치수를 그대로 적용하였기 때문에 별도의 도면 작업 없이 채용이 가능하다.

Claims

아크릴로니트릴(AN) 함량이 28 내지 41%인 니트릴부타디엔고무(NBR) 60±5 중량%, 카본 블랙 7±3중량%와 비블랙 보강제 13±5중량%, 가소제 8±3중량%, 노화방지제 1.5±0.5중량%, 가공조제 1.5±0.5중량%, 접착제 5±1.5중량%, 가황촉진제 2±0.3중량% 및 가황제 2±0.3중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 고무 시이트 성형 조성물.
제1항에 있어서, 가소제가 디옥틸프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 시이트 성형 조성물.
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