KR100902345B1 - 자기 윤활성 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 서스펜션(suspension) 시스템의 조립시에 차체에 전달되는 진동을 흡수하는 방진고무의 자기 윤활성 고무조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 보강제로서 카본블랙 60중량부, 가황조제로서 산화아연 5.0중량부, 활성제로서 스테아르산 2.0중량부, 가황제로서 황 1.0중량부, 가황촉진제로서 디페닐구아니딘 0.5중량부, 노방제로서 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린 1.5중량부, 연화제로서 제 1프로세스오일 6중량부, 제 2프로세스오일 7중량부, 제 1실리콘계오일 1.5중량부, 제 2실리콘계오일 2중량부, 제 1지방산아미드 8중량부, 및 제 2지방산아미드 8중량부를 첨가 사용하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 고무조성물은 고무 특유의 점착성으로 인한 마모를 최소화 할 수 있도록 고무조성물에 연화제를 포함하여 고무의 윤활성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.
고무조성, 윤활성

Description

자기 윤활성 고무조성물{Rubber composition of self-lubricating}
본 발명은 자동차의 서스펜션(suspension) 시스템의 조립시에 차체에 전달되는 진동을 흡수하는 방진고무의 자기 윤활성 고무조성물에 관한 것으로, 자동차 등에 쓰이는 여러 기능성 고무 제품에 있어서 고무 특유의 점착성으로 인한 마모를 감소시키기 위해 고무에 연화제를 첨가하여 고무 자체에 윤활성을 극대화시킨 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 고무조성물은 자동차용 공업부품, 공업용 고무제품, 전기절연재, 토목건재용품, 고무를 입힌 포 등의 고무제품, 폴리프로필렌 등에 사용되고 있다.
또한, 타이어, 벨트, 성형 물품, 고무 로울(roll), 호스(hose) 등을 포함하는 고무 제품은 차량, 건설 장비 또는 유압 장치에 적용될 때, 상승된 온도와 높은 하중에 노출된다. 그러므로 이러한 고무 제품은 연장된 기간에 걸쳐 열과 오일(oil)에 대해 고도로 저항성이 있어야 한다.
오일과 120-150℃의 고온에 대해 저항성이 있는 각종 고무가 제안되었고, 그들은 아크릴니트릴-부타디엔 공중합체 고무(NBR), 아크릴 고무(ACM), 에틸렌-아크릴 공중합체 고무(AEM), 에틸렌-아크릴-비닐 아세테이트 삼원공중합체 고무(ER), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 고무(CSM), 염소화 폴리에틸렌 고무(CM)와 수소화에 의해 재배열된 공역디엔을 갖는 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무(수소화 NBR)를 포함한다. 이들 공지된 고성능 고무는 특히 황동과 같은 강화금속 및 섬유로 구성되는 복합구조로 많은 예에서 사용된다.
황은 황동 및 섬유에 대한 고무의 접착을 용이하게 한다. 그러나 황-가황시에 고성능 고무는 그의 열저항성을 완전하게 나타내지 못하고 성질저하를 나타낸다.
열저항성과 금속 및 섬유에 대한 접착성을 모두 향상시키기 위해서, 특정 금속 또는 섬유-접착성 중간체 고무를 보통 고성능 고무와 강화재 사이에 끼워넣는다. 전술한 고성능 고무 중에서 가장 열저항성이 있는 것은 수소화 NBR 고무인데, 그러나 이것은 유기 과산화물을 이용한 가황을 필요로 한다. 이렇게 가황된 이들 고무는 과산화물 가황 고무에 대한 접착에 효과적이지만 황동 또는 섬유에 대해서는 효과적이지 못하다. 황-가황 고무는 황동 및 섬유에 대해 유효하지만, 과산화물 가황수소화 NBR 고무와 접촉할 때 가주간섭 가황 반응을 유발한다.
수소화 NBR 고무는 균형잡힌 열저항성과 접착성을 제공하기 위해서 과산화물과 황으로 이루어질 수 있다. 이러한 유형의 조성물은 제한된 정도까지만 접착성이 있고, 가황의 두 가지 시스템 사이에서 간섭반응을 수반하며, 동적진동에 의해서 적용된 외부의 힘 하에서 취성(脆性)파괴에 대한 가황 고무의 저항성을 저하시킨다. 그러므로, 황동과 섬유와 함께 사용되어야만 하는 곳에, 적당한 수소화 NBR 고무가 되도록 하기 쉬운 향상된 고무 조성물에 대한 긴급한 필요성이 야기되었다.
우수한 접착성 및 모둘러스 특성을 갖는 고무 조성물을 황-가황성 기본 고무와 결합한 황, 유기 과산화물 및 트리아진 화합물을 사용하여 얻을 수 있다.
이처럼 다양한 고무조성물은 그 용도에 따라 다양하게 조성되어 사용되는데 자동차에는 타이어를 비롯한 각종 조립부품들에도 고무조성물이 널리 사용되고 있다.
특히, 자동차의 서스펜션(suspension) 시스템 등의 조립시에는 차체에 전달되는 진동을 흡수하는 방진고무가 사용되어, 자동차가 요철부위 등을 지날 때에 고무 특유의 점착성으로 인하여 마모가 발생되었다.
따라서, 진동을 흡수하는 방진고무에 점착성으로 인한 마모를 줄이기 위한 고무조성물의 필요성이 대두 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 차체에 전달되는 진동을 흡수하며, 고무 특유의 점착성으로 인한 마모를 최소화할 수 있도록 고무조성물에 연화제를 포함하여 고무의 윤활성을 극대화할 수 있는 자기 윤활성 고무조성물을 제공함에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자기 윤활성 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 보강제로서 카본블랙 60중량부, 가황조제로서 산화아연 5.0중량부, 활성제로서 스테아르산 2.0중량부, 가황제로서 황 1.0중량부, 가황촉진제로서 디페닐구아니딘 0.5중량부, 노방제로서 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린 1.5중량부, 연화제로서 제 1프로세스오일 6중량부, 제 2프로세스오일 7중량부, 제 1실리콘계오일 1.5중량부, 제 2실리콘계오일 2중량부, 제 1지방산아미드 8중량부, 및 제 2지방산아미드 8중량부를 첨가 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 연화제에서 제 1프로세스오일은 나프틴오일, 제 2프로세스오일은 아로마틱오일, 제 1실리콘계오일은 디메틸실리콘 오일(점성 25도 100,000mm2/S CST), 제 2실리콘계오일은 디메틸실리콘 오일(점성 25도 50,000mm2/S CST), 제 1지방산아미드는 올레아미드, 제 2지방산아미드는 에루카아미드 임을 특징으로 한다.
또한 상기 고무조성물은 경도(Shore A)가 64, 300모듈러스가 73kg/cm2, 인장강도가 157kg/cm2, 신율이 657%이며, 비교예를 100으로 산정시 윤활성(100℃점도)이 25인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 자기 윤활성 고무조성물은 고무 특유의 점착성으로 인한 마모를 최소화할 수 있도록 고무조성물에 연화제를 포함하여 고무의 윤활성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 목적에 적당한 출발 고무는 황-가황이 쉬운 천연 및 합성 고무이다. 전형적인 예로는 천연 고무(NR), 폴리이소프렌 고무(IR), 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR), 폴리부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체 고무(EPDM) 등을 포함한다.
이중 본 발명의 실시예에서는 천연고무(NR)와 부타디엔 고무(BR)를 합성한다. 즉, 100중량부 기준으로 천연고무(NR)를 60 - 100중량부로 하며, 부타디엔 고무(BR)를 0 - 40중량부로 하는 것이 바람직하다.
이러한 고무에 첨가하려고 하는 배합제로서는 가황제, 가황조제, 가황촉진제, 활성제, 보강제, 연화제 등을 들 수 있다.
가황제(D)로서 황, 황화합물 또는 유기퍼옥사이드를 사용할 수 있다. 황을 예를 들어 분말황, 침강황, 교질황, 표면처리황 및 불용성황 등이 있다.
황화합물은 예를 들어 염화황, 이염화황, 고분자량 다황화물 및 모르포린 디설파이드, 알킬페놀 디설파이드, 테트라메틸치우람 디설파이드 및 디펜타메틸렌치우람 테트라설파이드 등의 가황온도에서 활성황을 방출하여 가황할 수 있는 황화합물 등이 있다.
본 발명에서는 가황제인 황은 고무 100중량부를 기준하여 통상 0 - 2.0중량부를 사용하며, 가황조제인 산화아연은 고무 100중량부를 기준하여 통상 40. -8.0중량부를 사용한다.
황을 가황제로서 사용할 때는 가황촉진제를 조합하여 사용하는 것이 좋다.
가황촉진제는 예를 들어; N-시클로헥실-2-벤조치아졸 설펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조치아졸 설펜아미드, N,N'-디이소프로필-2-벤조치아졸 설펜아미드, 2-머캅토벤조치아졸, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조치아졸, 2-(2,6-디에틸-4-모르폴리노치오)벤조치아졸 및 디벤조치아질 디설파이드 등의 치아졸 화합물, 디페닐구아니딘, 트리페닐구아니딘, 디오소니트릴구아니딘, 오소니트릴비구아니드 및 디페닐구아니딘 프탈레이트 등의 구아니딘 화합물, 아세트알데히드-아니린 축합물, 부틸알데히드-이니린 축합물, 헥사메틸렌테트라민 및 아세트알데히드 암모니아 등의 알데히드 아민 화합물 및 알데히드 암모니아 화합물, 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸릴 화합물, 치오카바닐라이드, 디에틸치오우레아, 디부틸치오우레아, 트리메틸치오우레아 및 디오소토릴치오우레아 등의 치오우레아 화합물, 테트라메틸치우람 모노설파이드, 테트라메틸치우람 디설파이드, 테트라에틸치우람 디설파이드, 테트 라부틸치우람 디설파이드 및 펜타메틸렌차우람 테트라설파이드 등의 치우람 화합물, 징크 디메틸디치오카바메이트, 징크 디에틸디치오카바메이트, 징크 디-n-부틸디치오카바메이트, 징크 에틸페닐디치오카바메이트, 징크 부틸페닐디치오카바메이트, 소듐 디메틸디치오카바메이트, 설레늄 디메틸디치오카바메이트 및 텔루리움 디메틸디치오카바메이트 등의 디치오카바민 산염 화합물, 징크 디부틸크산테이트 등의 크산테이트 화합물 및 아연화 등의 기타 화합물 등이 있다.
본 발명에서는 가황촉진제인 N-시클로헥실-2-벤조치아졸 설펜아미드는 고무 100중량부를 기준하여 통상 0.5 - 2.0중량부를 사용한다.
또한, 본 발명에서는 가황촉진제인 디페닐구아니딘은 고무 100중량부를 기준하여 통상 0 - 1.0중량부를 사용한다.
활성제로는 스테아르산과 에틸렌글리콜 등이 있으며, 본 발명에서는 활성제로 스테아르산은 고무 100중량부를 기준하여 통상 1.0 -2.0을 사용하며, 에틸렌글리콜은 고무 100중량부를 기준하여 통상 1.0 -3.0을 사용한다.
보강제는 대표적인 것이 카본블랙인데, 카본블랙은 탄화수소의 열분해와 불완전 연소를 교묘히 제어해 생산되는 미결정을 포함한 구상 또는 사슬상의 입자이다. 제조방법의 차이나 원료선택에 의해 카본블랙이 가지는 기본적인 성질, 가령 입자경이나 비표면적, 그래파이트 유사의 결정자의 크기나 그 배향성, 입자표면에 있는 산소함유기의 양이나 이상체가 보이는 pH. 더우기 스트럭쳐(structure)라고 불리는 입자상호의 융착상태와 융집경향 등이 다르게 된다. 타이어를 시작으로 각종 고무제품의 보강제로 이용되고 있다. 이러한 카본 블랙은 다양한 제조방법에 의해 수득된 상이한 입자크기 또는 구조를 지닌 다양한 종류의 카본 블랙을 사용할 수 있으며 바람직한 것으로는 HAF(high abrasion furnace : 평균입자경 26-28마이크로미터), FEF(fast extruding furnace : 평균입자경 40-45마이크로미터) 등과 같은 카본 블랙이 있다. 본 발명에서 보강제로 HAF는 고무 100중량부를 기준하여 통상 60 - 100중량부 사용하고 FEF는 고무 100중량부를 기준하여 통상 60 - 100중량부 사용한다. 이러한 카본 블랙의 종류 및 양은 고무조성물의 용도에 따라 적합하게 조절할 수 있으며, 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
연화제로는 고무에 일반적으로 사용되는 것들을 사용할 수 있다. 연화제는 예를 들어 프로세스오일, 실리콘계오일, 지방산아미드, 윤활유, 파라핀, 액체파라핀, 석유아스팔트, 바세린, 콜타르, 캐스터오일, 린시드오일, 팩티스, 밀납, 팔미틴산, 스테아린산, 바리움스테아레이트, 칼슘스테아레이트, 징크라우레이트, 어택틱폴리프로필렌 및 코우마론-인덴수지류 등이 있다. 이들중 프로세스오일이 특히 좋다.
프로세스오일로는 나프틴오일과 아로마틱 오일 등이 있으며, 본 발명에서 연화제로 나프탄오일은 고무 100중량부를 기준하여 통상 1 - 12중량부 사용하며, 아로마틱오일은 고무 100중량부를 기준하여 통상 2 - 12중량부 사용한다.
실리콘계오일로는 디메틸실리콘 오일(점성 25도 100,000mm2/S(CST))와 디메틸실리콘 오일(점성 25도 50,000mm2/S(CST)) 등이 있으며, 본 발명에서 디메틸실리콘 오일(점성 25도 100,000mm2/S(CST))은 고무 100중량부를 기준하여 통상 0 - 3.0중량부 사용하고, 디메틸실리콘 오일(점성 25도 50,000mm2/S(CST))는 고무 100중량부를 기준하여 1 - 3.0중량부 사용한다.
지방산아미드로는 올레아미드(oleamide)와 에루카아미드(erucamide) 등이 있으며, 본 발명에서 올레아미드는 고무 100중량부를 기준하여 통상 0 - 15중량부 사용하고, 에루카아미드는 고무 100중량부를 기준하여 통상 0 - 15중량부 사용한다.
마지막으로 노방제는 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린(polymerized 2, 2, 4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline)을 사용하며 본 발명에서 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린은 고무 100중량부를 기준하여 통상 1 - 2.0중량부 사용한다.
본 발명에 의한 자기 윤활성 고무조성물을 다음의 비교예와 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 하지만 이러한 비교예와 실시예들은 단지 본 발명의 설명을 위한 것이지 그 기술적 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
< 비교예 >
천연고무(NB)와 부타디엔 고무(BR)를 합성한 원료고무 100중량부, 보강제로서 카본블랙(HAF 혹은 FEF) 60중량부, 가황조제로서 산화아연 5.0중량부, 활성제로서 스테아르산 2.0중량부, 가황제로서 황 1.0중량부, 가황촉진제로서 디페닐구아니딘 0.5중량부, 노방제로서 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린 1.5중량부로 자동차에 사용되는 방진고무를 구성하였으며, 이들의 주요물성 즉 경도, 300모듈러스, 인장강도, 신율과 마모방지를 위한 윤활성을 측정하여 아래의 표 1에 나타내었 다.
< 실시예 1~6 >
상기 비교예의 고무조성물에 연화제로서 제1프로세스오일(나프틴오일) 6.0중량부, 제2프로세스오일(아로마틱오일) 7.0중량부, 제1실리콘계오일(디메틸실리콘 오일; 점성 25도 100,000mm2/S CST) 1.5중량부, 제2실리콘계오일(디메틸실리콘 오일; 점성 25도 50,000mm2/S CST) 2.0중량부, 제1지방산아미드(올레아미드) 8.0중량부, 제2지방산아미드(에루카아미드) 8.0중량부를 각각 순차적으로 첨가하여 자기 윤활성 고무을 구성하였으며, 동일한 방법으로 이들의 물성(경도, 300모듈러스, 인장강도, 신율)과 윤활성을 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.
표 1. 비교예 및 실시예의 조성물 및 주요물성 비교표
항 목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
원료고무(NB+BR) 100 100 100 100 100 100 100
카본블랙(보강제) 60 60 60 60 60 60 60
산화아연(가황조제) 5 5 5 5 5 5 5
디페닐구아니딘(가황촉진제) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
스테아르산(활성제) 2 2 2 2 2 2 2
황(가황제) 1 1 1 1 1 1 1
노방제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
제1프로세스오일 - 6 6 6 6 6 6
제2프로세스오일 - - 7 7 7 7 7
제1실리콘계오일 - - - 1.5 1.5 1.5 1.5
제2실리콘계오일 - - - - 2 2 2
제1지방산아미드 - - - - - 8 8
제2지방산아미드 - - - - - - 8
물성 경도(Shore A) 62 63 64 63 64 63 64
300모듈러스(kg/cm2) 68 68 69 70 70 72 73
인장강도(kg/cm2) 155 154 153 153 154 156 157
신율(%) 687 675 665 671 667 665 657
윤활성 측정(100℃점도) 100 91 81 65 55 35 25
상기 윤활성 결과는 비교예를 100으로 산정시 실시예의 비교예에 대한 상대적 비교수치로 그 수치가 낮을수록 윤활성이 커짐을 나타낸다.
즉, 상기 표 1의 결과에서처럼 알 수 있듯이 일반적인 방진고무 조성물에 상기 연화제를 첨가 사용함으로써, 고무의 주요물성에 큰 차이를 나타냄이 없이 고무의 윤활성을 극대화할 수 있게 되어 고무 특유의 점착성으로 인한 마모를 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Claims (3)

  1. 자동차의 서스펜션(suspension) 시스템의 조립시에 차체에 전달되는 진동을 흡수하는 방진고무의 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 보강제로서 카본블랙 60중량부, 가황조제로서 산화아연 5.0중량부, 활성제로서 스테아르산 2.0중량부, 가황제로서 황 1.0중량부, 가황촉진제로서 디페닐구아니딘 0.5중량부, 노방제로서 중합 2,2,4-트리메틸-1,2 디하이드로퀴놀린 1.5중량부, 연화제로서 나프틴오일 6중량부, 아로마틱오일 7중량부, 제 1디메틸실리콘오일(점성 25도 100,000mm2/S CST) 1.5중량부, 제 2디메틸실리콘오일(점성 25도 50,000mm2/S CST) 2중량부, 올레아미드 8중량부, 및 에루카아미드 8중량부를 첨가하며,
    상기 고무조성물은 경도(Shore A)가 64, 300모듈러스가 73kg/cm2, 인장강도가 157kg/cm2, 신율이 657%이며, 비교예를 100으로 산정시 윤활성(100℃점도)이 25인 것을 특징으로 하는 자기 윤활성 고무조성물.
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