KR100878879B1 - 엔비알을 주제로 한 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법 - Google Patents

엔비알을 주제로 한 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판형열교환기는 조립시 각 열판의 접점이 격자를 이루면서 유로를 형성하게 되는데 여기서 열교환기 내부에서 유로를 배분해 주는 역할과 액이 외부로 누출되지 않도록 밀봉해 주는 역할을 하는 고무 가스켓의 조성 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물은 합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무 (Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 30~55중량%, 카본블랙 20~50중량%, 무기충진제 5~15중량%, 가소제 3~8중량%, 노화방지제 2~7중량%, 가교제 1~3중량%, 및 가교활성제 3~8중량%을 포함하여 이루어진다.
바람직하게는 상기 카본블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용되며, 상기 무기충진제는 카오린(kaoline)계 무기충진제이며, 상기 가소제는 멜리테이트(mellitate)계 가소제이며, 상기 노화방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용되며, 상기 가교제는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제이다.
고무, 가스켓, 열교환기

Description

엔비알을 주제로 한 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법{Composition for making rubber gasket for the plate type Heat Exchanger and method for making the gasket in use of the compositon}
본 발명은 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 판형열교환기는 조립시 각 열판의 접점이 격자를 이루면서 유로를 형성하게 되는데 여기서 열교환기 내부에서 유로를 배분해 주는 역할과 액이 외부로 누출되지 않도록 밀봉해 주는 역할을 하는 고무 가스켓의 조성 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법에 관한 것이다.
판형 열교환기는 조선, 건설, 기계, 화학, 식품, 발전설비 등 중요 공정 라인에 연결되어 각종 유체를 냉각 또는 가온시켜주는 역할을 하며, 전 라인에 지대한 영향을 미치는 기기이며, 고무 가스켓은 판형 열교환기의 핵심부품으로서, 열교환기내에서 유체를 배분시키고 액이 외부로 누출되지 않도록 밀봉해 주는 역할을 한다.
현재, 연료유계 오일(가솔린, 등유, 경유 등)에 사용되고, 통상 사용온도가 80~120℃정도에 적용되며, 가스켓의 원재료로서 사용되는 합성고무는 아크릴로니트 릴부타디엔 고무(Acrilonitrilbutadien rubber, NBR)이다. 합성 고무 NBR은 현재 국내 2곳에서 생산되고 있는 범용고무이다.
최근엔 열교환기 사용업체로 부터 140℃이상에서의 내구성이 우수한 제품을 요구하고 있고, 그에 따라 높은 내열성을 가진 원재료로의 대체가 추진되고 있다. 따라서 고무재료의 주성분인 원료고무(Polymer)가 값싼 국산원료에서 값비싼 수입원료로 대체되고 사용량이 증가함에 따라 원재료비의 상승으로 인해 해외경쟁업체와의 경쟁에서 뒤질 수밖에 없는 현실이다.
본 발명의 목적은 국산 원료고무(특히, NBR)를 사용하여 보다 높은 온도에서 우수한 내구성(내열성)을 가지는, 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 국제적인 경쟁력을 확보하고 국내 고무산업의 발전을 위해 고내열 고무재료의 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물은 합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무 (Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 30~55중량%, 카본블랙 20~50중량%, 무기충진제 5~15중량%, 가소제 3~8중량%, 노화방지제 2~7중량%, 가교제 1~3중량%, 및 가교활성제 3~8중량%을 포함하여 이루어진다.
바람직하게는 상기 카본블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용되며, 상기 무기충진제는 카오린(kaoline)계 무기충진제이며, 상기 가소제는 멜리테이트(mellitate)계 가소제이며, 상기 노화방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용되며, 상기 가교제는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제이다.
바람직하게는, 상기 가교 활성제는 아연화(ZnO)이다.
본 발명의 판형 열교환기용 고무 가스켓의 제조방법은 합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무(Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 30~55중량%, 카본블랙 20~50중량%, 무기충진제 5~15중량%, 가소제 3~8중량%, 노화방지제 2~7중량%, 가교제 1~3중량%, 및 가교활성제 3~8중량%의 조성비로 혼합한 혼합물을 칭량하여 고무혼합기(Kneader)를 이용하여 140~180℃의 온도범위에서 20분 이내로 충분히 혼합한 후, 40~60℃의 오픈롤(OPEN ROLL)에서 리본형태의 시트상으로 만든 다음, 냉각장치에서 냉각하고 건조시킨 후, 고무압출기에서 압출한 후 고무압축프레스에서 160~200℃의 온도에서 3분~7분의 시간으로 가교하여 원하는 형상으로 성형한 다음 후가공공정을 거쳐 포장하여 제조한다.
바람직하게는 상기 카본블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용되며, 상기 무기충진제는 카오린(kaoline)계 무기충진제이며, 상기 가소제는 멜리테이트(mellitate)계 가소제이며, 상기 노화방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용되며, 상기 가교제는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제이며, 상기 가교 활성제는 아연화(ZnO)이다.
본 발명은 판형 열교환기의 고무 가스켓 조성물의 주재로서 아크릴로니트릴부타디엔고무(Acrilonitrilbutadienrubber, NBR)을 사용한다. 아크릴로니트릴부타디엔고무(acrylonitrile butadiene rubber, NBR)는 통상적으로 널리 사용되고 있는 합성 고무의 한 종류로서, 부타디엔과 아크릴로니트릴의 혼성중합(공중합)에 의 해서 생기는 합성고무이며, 내유성이 뛰어나며, 아크릴로니트릴의 함유량이 증가할수록 성질이 향상된다. 보통 황으로 가황하면 인장강도, 탄성이 커져서 좋은 품질의 고무가 된다 그러나, NBR은 통상 사용온도가 80-120℃에서 사용됨으로, 내열성을 향상을 위해서 첨가되는 첨가제의 종류가 내열성을 위한 것이여야 한다.
본 발명에 있어, 카본 블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용, 즉 병용 사용한다. 통상적으로 고무의 배합시에 사용되는 퍼니스계 카본 블랙 이외에 서멀계 카본 블랙을 함께 사용하는 이유는 서멀계 카본 블랙이 내열성을 향상시켜, 우수한 내열 특성의 판형 열교환기의 고무 가스켓의 제조가 가능하기 때문이다. 즉, 고무 가스켓의 내열성을 보완하기 위한 것이다.
합성 고무는 고무의 특성상 수축하는 특성을 지닌다. 합성 고무의 지나친 수축성을 방지하기 위해서 본 발명에서는 무기충진제를 사용하였으며, 보다 바람직하게는 카오린(kaoline)계 무기충진제를 사용하였다.
합성고무 NBR은 합성 고무 중에서 그 특징이 가장 플라스틱에 근접하다. 예컨데, 차가운 곳에서 딱딱하게 굳는 특징을 지닌다. 이를 위해 내한성을 높이기 위해서 가소제가 첨가제로서 사용된다. 본 발명에서는 가소제로서 멜리테이트(mellitate)계 가소제를 사용하는 바, 멜리테이트계 가소제는 분자량이 상대적으로 높아 열에 대한 내열성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 본 발명의 목적이 내열성이 우수한 판형 열교환기의 고무 가스켓 조성물을 제공하는 것임으로, 내열성 향상을 위해 멜리테이트계 가소제를 사용한 것이다. 멜리테이트계 가소제를 사용함으로서, 140℃ 이상에서 연료유계 오일과 장기간 접촉시에도 오일의 추출에 의한 수축 현상이 없어 누유나 누수의 현상이 없는 특징을 가지게 된다.
본 발명에 있어, 산소 및 열에 대한 노화(산화)를 방지하기 위해서, 노화 방지제를 첨가제로 첨가한다. 본 발명에 있어, 노화 방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용, 즉 병용 사용된다. 디하이드로퀴놀린계 노화 방지제는 산소나 열에 대한 노화방지로서 1차적 산화방지기능을 하며, 이미다졸 노화방지제는 산화방지를 강화하는 2차적 내열 향상용 산화방지기능을 한다. 노화 방지제는 이와 같이 디하이드로퀴놀린계 노화방지제와 함께 이미다졸 노화방지제를 병용 사용함으로써, 산화방지 특성을 보다 강화시킬 수 있다. 즉, 내열성 향상용 노화방지제인 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제를 병용 사용함으로써, 노화로 인한 경도변화, 인장강도변화, 신율변화 등의 기계적 강도 변화가 적다.
가교제는 내열성에 있어 우수한 특성을 지니는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제가 사용되는 데, 고온고열에 우수한 과산화물 가교제를 사용함으로서 우수한 영구압축줄음율을 지니게 된다.
가교활성제는 가교를 도와주는 역할을 하는 것으로, ZnO(아연화)가 사용된다.
본 발명의 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물은 열에 대해 내구성이 우수한 서멀블랙의 사용으로 인해 내열성 및 동적특성, 즉 진동에 의한 가스켓의 찢어 짐으로 인한 누유 및 누수현상을 극복하였다.
또한, 분자량이 높은 멜리테이트(mellitate)계 가소제를 사용함으로써 연료유계 오일과 장기간 접촉시에도 오일의 추출에 의한 가스켓의 수축현상이 없어 열교환기 전열판간의 밀봉효과가 우수한 특징을 가지고 있으며, 보다 우수한 내열성을 확보하기 위해 내열성 향상용 노화방지제인 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제를 병용 사용함으로써 노화로 인한 경도 변화, 인장강도 변화,신율 변화 등의 기계적강도 변화가 적고, 과산화물 가교제를 사용함으로서 우수한 복원특성을 가짐으로서 수입원재료의 대체를 방지하고 값싼 가격의 가스켓을 공급하여 국내고무산업의 발전 및 국제경쟁력 확보가 본 발명이 기대할 수 있는 효과이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 통해서 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물 및 이를 이용한 고무 가스켓의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.
실시예
혼합/ 시트상 제조 공정
합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무(Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 25kg, 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙 각각 9kg(합 18kg), 카오린계 무기 충진제 6kg, 멜리테이트(mellitate)계 가소제 4kg, 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제 각각 1.5kg(합 3kg), 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제 1kg, 가교 활성 제(ZnO) 4kg를 혼합한 혼합물을 칭량하여, 고무혼합기(Kneader)를 이용하여 140~180℃의 온도범위에서 20분 이내로 충분히 혼합한 후, 40~60℃의 오픈롤(OPEN ROLL)에서 두께 5~10mm, 폭 40~60mm의 리본형태의 시트상으로 만든 다음, 냉각장치에서 냉각하고 건조시켰다.
성형공정
상기 에서 제조되어 건조된 리본은 고무압출기에서 지름 5~10mm, 길이 30~200cm로 압출한 후, 고무압축형프레스에서 160~200℃의 온도에서 3분~7분의 시간으로 가교하여 원하는 형상으로 제조하였다.
후가공 /포장공정
상기 고무압축형프레스를 이용하여 성형된 제품은 후가공공정을 거쳐포장한 후 판형 열교환기 고무가스켓을 생산하였다.
비교예
현재 시판되고 있는 판형 열교환기 고무 가스켓용 조성물(주재: NBR)을 구입하여 상기와 같은 동일한 방식으로 혼합, 시트상 제조 후, 고무 압축형 프레스에서 가교하여 동일형상의 고무 가스켓을 생산하였다.
실험예
상기의 실시예 및 비교예에서 생산된 고무 가스켓을 이용하여 내열노화특성 및 영구압축줄음율을 측정하였다. 내열노화특성은 경도변화, 인장강도변화율, 신 율변화율을 측정하였다. 내열노화특성 및 영구압축줄음율은 모두 KS M 6518(가황고무물리시험방법)에 따라 실험을 실시하였다.
경도 변화는 제조된 고무 가스켓 시료를 경도계(Shore-A)를 이용하여 경도를 측정한 후, 내열노화시험기(대경엔지니어링, Aging Oven)에 넣어 140℃에서, 72시간 동안 유지하여 강제적으로 노화시킨 후 이를 꺼내어 다시 경도를 측정하였다.
인장강도 변화율 및 신율 변화율은 제조된 고무 가스켓 시료를 인장시험기(UTM)를 이용하여, 인장강도 및 신율을 각각 측정한 후, 내열노화시험기(대경엔지니어링, Aging Oven)에 넣어 140℃에서, 72시간 동안 유지하여 강제적으로 노화시킨 후 이를 꺼내어 다시 인장강도 및 신율을 측정하였다.
영구압축줄음율은 측정지그에 두께 12.5mm의 시료를 25% 압축(9.38mm)시킨 후, 140℃의 내열노화시험기(aging oven)에서 72시간동안 가열 후 꺼내어 압축을 푼다음 시료의 두께를 측정하여 처음 두께에 비해서 얼마나 줄었는지를 측정하였다.
하기의 표는 실험한 후의 측정결과표이다.
비교예 실시예
내열노화 (140℃x 72시간) 경도변화 +5 (80→85Points) +3 (77→80Points)
인장강도변화율 (%) -25.4 (184→137kg/cm²) -1.3 (156→154kg/cm²)
신율변화율 (%) -45.7 (210→114%) -42.0 (138→80%)
영구압축줄음율(%) (140℃x72시간,25%압축) 17.0% 13.3%
상기 도표를 참조하면, 비교예에 있어, 경도는 80에서 85로 5증가하였으나, 인장강도는 184 kg/cm2에서 137kg/cm2로 25.4% 감소하였으며, 신율은 210%에서 114%로 45.7% 감소하였다. 한편, 영구압축줄음율은 17%였다.
이와 비교하여, 본 발명의 실시예에 있어, 경도는 77에서 80으로 3증가하였으며, 인장강도는 156 kg/cm2에서 154kg/cm2로 1.3%감소하여 인장강도는 거의 감소하지 않았다. 신율은 138%에서 80%로 42% 감소하여 상대적으로 낮은 변화율을 보였다. 한편, 영구압축줄음율 또한 13.3%로 비교예보다 복원력이 우수함을 알 수 있었다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물에 있어서,
    합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무(Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 30~55중량%, 카본블랙 20~50중량%, 무기충진제 5~15중량%, 가소제 3~8중량%, 노화방지제 2~7중량%, 가교제 1~3중량%, 및 가교활성제 3~8중량%을 포함하되,
    상기 카본블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용되며,
    상기 무기충진제는 카오린(kaoline)계 무기충진제이며,
    상기 가소제는 멜리테이트(mellitate)계 가소제이며,
    상기 노화방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용되며,
    상기 가교제는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가교 활성제는 아연화(ZnO)인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기용 고무 가스켓 조성물.
  4. 판형 열교환기용 고무 가스켓의 제조방법에 있어서,
    합성고무 아크릴로니트릴부타디엔고무(Acrilonitrilbutadienrubber, NBR) 30~55중량%, 카본블랙 20~50중량%, 무기충진제 5~15중량%, 가소제 3~8중량%, 노화방지제 2~7중량%, 가교제 1~3중량%, 및 가교활성제 3~8중량%의 조성비로 혼합한 혼합물을 칭량하여 고무혼합기(Kneader)를 이용하여 140~180℃의 온도범위에서 20분 이내로 충분히 혼합한 후, 40~60℃의 오픈롤(OPEN ROLL)에서 리본형태의 시트상으로 만든 다음, 냉각장치에서 냉각하고 건조시킨 후, 고무압출기에서 압출한 후 고무압축프레스에서 160~200℃의 온도에서 3분~7분의 시간으로 가교하여 원하는 형상으로 성형한 다음 후가공공정을 거쳐 포장하여 제조함을 특징으로 하는 판형 열교환기용 고무 가스켓의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 카본블랙은 서멀(thermal)계 카본블랙과 퍼니스(furnace)계 카본블랙이 함께 사용되며,
    상기 무기충진제는 카오린(kaoline)계 무기충진제이며,
    상기 가소제는 멜리테이트(mellitate)계 가소제이며,
    상기 노화방지제는 디하이드로퀴놀린(dihydroquinoline)계 노화방지제와 이미다졸(imidazole)계 노화방지제가 함께 사용되며,
    상기 가교제는 디메틸-디헥산(dimethyl-dihexane)계 가교제이며,
    상기 가교 활성제는 아연화(ZnO)인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기용 고무가스켓의 제조방법.
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KR20070092649A (ko) 2006-03-09 2007-09-13 니치아스 가부시키가이샤 시트 형상 가스켓의 제조 방법

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