KR101013868B1

KR101013868B1 - 내마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무

Info

Publication number: KR101013868B1
Application number: KR1020080082953A
Authority: KR
Inventors: 박종민; 조현철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2011-02-14
Also published as: KR20100024201A

Abstract

본 발명은 내마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시(stabilizer bar bush) 고무에 관한 것으로서, 더욱 자세하게 설명을 하면 그라파이트, 보강제, 유기용제를 함유하는 그라파이트 코팅제를 스테빌라이져 바 부시 고무 상부에 코팅시킴으로써 영구압축줄음률을 최소화시키고, 내마모성과 내열성을 크게 향상시킨 스테빌라이져 바 부시 고무에 관한 것이다.

스테빌라이져 바 부시 고무, 그라파이트, 보강제, 유기용제, 내마모성, 내열성

Description

내마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무 {Enhanced abrasion resistance stabilizer bar bush rubber}

본 발명은 그라파이트 코팅제가 스테빌라이져 바 부시 상단에 코팅된 스테빌라이져 바 부시 고무에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 스테빌라이져 바 부시 고무의 내마모성 및 내열성을 향상 시킬 수 있다.

이를 위하여 기존의 고무 표면에 그라파이트를 점착시켰으며 영구적으로 유지할 수 있도록 보강제와 유기용제를 투입하여 내마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무에 관한 것이다.

자동차에 있어서, 스테빌라이져 바 부시는 코너링 시 자동차의 바디가 크게 기울어지는 것을 방지하기 위해 사용하는 스테빌라이져 바를 지지하는 고무재료로서 외부에서 가해지는 큰 외력에 대해 충분한 내구성능을 만족하기 위한 인자로 내마모성 및 마찰계수 향상을 통한 자동차의 소음, 진동, 거칠기 등의 성능을 향상시켜 승차감을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

종래의 스테빌라이져 바 부시는 고온성능에 대한 연구로 활발하게 진행이 되어 왔으나, 상대적으로 내마모성에 대한 연구는 등한시 되어 왔다. 그 결과, 기존의 스테빌라이져 바 부시의 노화 물성은 계속 향상되었고 고무의 마모로 인한 소음발생 및 내구성능이 약화되어 고무의 결함 혹은 파괴가 진행되어 자동차의 품질에 영향을 주었다.

기존의 스테빌라이져 바 부시는 상기와 같은 문제점들이 있는바, 이러한 내열성 및 내마모성 등의 문제를 개선하기 위해 연구 노력한 결과, 스테빌라이져 바 부시 고무에 있어서, 그라파이트; 보강제; 유기용제;를 함유하는 그라파이트 코팅제를 스테빌라이져 바 부시 고무 상부에 코팅시킴으로써 영구압축줄음율을 최소화 시키고, 내마모성 및 내열성이 우수한 본 발명을 완성하였다. 따라서 본 발명은 자동차 코너링 주행시 발생하는 습동운동에 대한 내마모성을 향상시키고 고온에서도 고무재료의 탄성을 유지시켜 스테빌라이져 바 부시의 내마모성, 내구성 및 내열성을 향상시킬 수 있다. 또한 영구압축줄음률을 최소화하여 차량의 엔진 룸 온도, 배기 가스 온도 및 계절에 상관없이 초기와 같은 승차감을 유지하는데 그 목적이 있다.

스테빌라이져 바 부시 고무에 있어서, 그라파이트, 알루미늄 수화물, 산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 보강제; 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 아세톤 및 톨루엔 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 유기용제를 함유하는 그라파이트 코팅제가 스테빌라이져 바 부시 고무 상부에 코팅된 내마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무.

본 발명은 그라파이트, 보강제 및 유기용제를 도입하여 내마모성, 내구성 및 내열성능 향상 등의 기계적 물성이 우수한 조성물을 제공함으로써 이를 사용한 스테빌라이져 바 부시는 고온에서의 내마모성 내열성 등의 기계적 물성을 현저히 향상시키며 고무의 고온 물성 향상을 통한 고무기본물성의 지속성을 통해 초기 승차감을 유지하고 엔진의 온도가 높은 곳에서도 사용이 가능하게 되었다. 또한 영구압축줄음률을 최소화하여 차량의 엔진 룸 온도, 배기 가스 온도 및 계절에 상관없이 초기와 같은 승차감을 유지하는데 그 목적이 있다.

스테빌라이져 바 부시 고무에 있어서, 그라파이트; 알루미늄 수화물, 산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 보강제; 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 아세톤 및 톨루엔 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 유기용제;를 함유하는 그라파이트 코팅제가 스테빌라이져 바 부시 고무 상부에 코팅된 내 마모성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무.

상기 스테빌라이져 바 부시 고무는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여, 가교제 4 ~ 8 중량부, 가교촉진제 0.5 ~ 3 중량부, 가교 활성제 1 ~ 5 중량부, 노화방지제 1 ~ 5 중량부, 충진제 40 ~ 70 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

에틸렌-프로필렌 원료고무는 내열성, 내한성 및 내오존성이 우수하며, 특히 에틸렌과 프로필렌의 요구되는 특성에 맞는 비율을 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 양호한 고온 성능과 낮은 영구압축줄음율을 확보하기 위하여 에틸렌-프로필렌 고무는 에틸렌과 프로필렌이 1 : 0.9 ~ 1의 중량비를 갖도록 사용하는 것이 바람직하며, 과산화물 가교제로 가황시켜 고온에서도 사용이 가능하다. 또한 에틸렌의 함량이 높은 비율을 사용함으로써 고무의 가공성을 향상시킬 수 있으며, 자기 윤활성을 확보할 수 있게 해주는 오일의 함량을 많이 배합할 수 있는 장점이 있다.

상기 가교제는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 4 ~ 8 중량부가 바람직하다. 4 중량부 미만 사용하였을 경우 유효가교 시스템의 형성에 매우 불리하며, 8 중량부를 초과하면 재료물성이 급격히 증가하는 문제가 발생한다. 구체적으로 과산화물 가교제를 사용하며 더욱 구체적으로 디-(2-t-부틸옥사이드이소프로필)벤젠 (Di-(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene, F-40)이 가장 바람직하다.

가교 효율을 높일 수 있는 가교촉진제는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 0.5 중량부 미만인 경우 유효 가교 시스템이 형성되지 않아 가황 결합을 이룰 수 없고, 3 중량부 초과인 경우 스코치(scorch)가 발생하여 공정 불량을 발생할 수 있다. 상기 가교촉진제는 방진고무 제조 시 통상적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 그 일례로서, 트리아릴 시아누에이트(TAC), 트리아릴-1,3,5-트리아진-2,4,6-(1H, 3H, 5H)-트리온(TAIC) 및 디암모니움 포스페이트(DAP)등 중에서 선택된 1 종 이상을 함께 사용할 수 있다.

한편, 상기 가교활성제는 가교촉진제를 활성화하는 기능을 하며 가교촉진제와 마찬가지로 방진고무 제조시 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.

더욱 구체적으로 금속산화물인 산화아연(ZnO), 산화마그네슘(MgO)과 스테아르산 및 스테아르산 아연 등이 있다. 상기 가교활성제는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 1 중량부 미만시 가교반응이 느려지고, 5 중량부 초과시 가교반응이 너무 빨라져 생산성에 문제가 발생한다.

상기 노화방지제로는 산화방지를 위하여 고온에서 디페닐아민 (diphenylamine), N-페닐-N'-아이소프로필-p-페닐렌디아민 및 아세톤의 반응물인 페닐계 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 사용하였으며, 내열성이 우수한 페닐계 내열 노화방지제인 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린(RD)을 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를 사용 하였다.

상기 스테빌라이져 바 부시 고무의 보강성과 내마모성을 향상시키기 위하여 충진제로서 카본블랙을 40 ~ 70 중량부 첨가하였다. 구체적으로 예를 들면, 코리아 카본블랙 Corax N330 및 코리아 카본블랙 Corax N762 중에서 선택된 1 종 또는 2 종의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서 상기 그라파이트, 보강제, 유기용제를 함유한 그라파이트 코팅제에 대하여 자세히 설명하겠다.

상기 그라파이트는 내마모성, 내열성 및 내오존성이 우수하며 특히 다양한 조성을 통하여 층의 두께를 조절하여 요구되는 특성 및 내구성에 맞는 비율을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 그라파이트는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 25 ~ 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 25 중량부 미만으로 사용하였을 경우 고무재료의 분산효율성이 떨어져 마모성능을 최적화 할 수 없고, 50 중량부 초과시 분산된 입자들의 응집이 일어나 미세크랙이 발생하여 내구성능에 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 그라파이트 용액은 스프레이-코팅(spray-coating)방법을 이용하여 일정한 비율로 투입한다.

상기 보강제는 그라파이트의 점착성을 향상시키기 위해서 사용한다. 내마모성을 향상시킬 수 있는 보강제는 스테빌라이져 바 부시 제조 시 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 보강제는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며 더욱 구체적 으로 알루미늄 수화물, 산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 화합물이 있다.

상기 그라파이트와 보강제는 5 : 1 중량 비율이 바람직하다.

상기 그라파이트의 분산성을 향상시키기 위해 유기용제를 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부 기준으로 5 ~ 10 중량부 사용하는 것이 바람직하며 더욱 구체적으로 메틸 에틸 케톤(MEK), 벤젠, 아세톤, 톨루엔 중에서 선택된 1 종 또는 2 종의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2

내마모성 및 내열성이 향상된 스테빌라이져 바 부시 고무 조성물을 제조하기 위해 다음 표 1 의 조성으로 배합하여 시편을 제조하였다. 에틸렌-프로필렌고무를 밴버리믹서(Banbury Mixer; Kobe Steek, Co.)를 이용하여 2분간 소련 후, 카본블랙, 스테아릭산, 산화아연, 노화방지제, 보강제, 그라파이트, 과산화물가교제 및 공가교제를 동시에 혼합하여 3 분간 혼련하여 파이널 마스터 배치(Final Master Batch)를 제조하였다. 이렇게 제조된 파이널 마스터 배치에 롤믹서(roll mixer)를 사용하여 분산 혼합하였다. 그 다음 단계로 고무 조성물은 유량계(Monsanto R100)를 이용하여 적정가류시간을 측정한 뒤, 압축기(Toyo Seiki co. Ltd)를 이용하여 170℃ 에서 210 kgf/cm²으로 가열 가압하여 시편을 제조하였다.

구분	배합물	중량부
구분	배합물	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3
원료 고무	EPDM	100	100	100	100	100
가교 활성제	산화아연	3	3	3	3	3
가교 활성제	스테아르산	3	3	3	3	3
노화방지제	RD	2	2	2	2	2
노화방지제	BLE-65	3	3	3	3	3
흑연	그라파이트	25	50	5	-	100
보강제	알루미나	5	10	2	-	10
유기용제	MEK	10	10	10	10	10
충진제	카본블랙N330	50	50	50	50	50
충진제	카본블랙N762	10	10	10	10	10
가교제	F-40	4	4	4	4	4
촉진제	TAC	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
촉진제	TAIC	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
* 산화아연: 한일산화아연 99.5% * RD (Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline) : 금호몬산토 Rubatan 184-RD * BLE-65 (N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine) * 코리아 카본블랙 Corax N330 코리아 카본블랙 Corax N762 * 그라파이트: Morgan社 100 mesh * 알루미나: Aldrich co. 99.9% * MEK (Methyl ethyl ketone) * F-40 (Di-(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene) * TAC (triallyl cyanuate) * TAIC (Trially-1,3,5 -triazine-2,4,6 -(1H,3H,5H)-trione)

시험예

실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3 에서 제조된 고무 시편 및 제품을 평가하기 위해 다음과 같은 항목들에 대해 시험을 행하여 그 결과를 비교 평가하였다.

스테빌라이져 바 부시 고무의 경도 측정은 KS M 6784, 마모성 평가는 KS M 6624, 인장강도 신율 및 모듈러스의 측정은 KS M 6782에 따라 아령형 3호로 수행하였다 에 준하여 수행하였다. 또한 스테빌라이져 바 부시 고무의 노화물성 평가는 120℃ 에서 70 시간 노화 후 물성변화를 기록하였다.

시험항목	실시예		비교예
시험항목	1	2	1	2	3
경도 (Shore A)	70	71	67	65	78
폴리머 함량비 (wt%)	48.1	42	54.5	53	31
그라파이트	12	21	2.7	0	34
보강제	2.4	4.2	1.1	0	3
인장강도	145	163	118	105	207
노화 후 인장강도	154	171	131	125	281
마모율 (%)	1.2	2.5	8.4	14.7	9.6
고온 영구압축줄음율 (%) 120℃ × 2hr	8.7	9.1	7.5	6.5	27.5
저온 영구압축줄음율 (%) -30℃ × 2hr	33.6	35.1	32	30.8	48

상기 시험예의 결과에 대한 표 2와 같이, 그라파이트 5 중량부와 보강제 2 중량부를 사용한 비교예 1 보다 그라파이트 25 ~ 50 중량부, 보강제 5 ~ 10 중량부를 사용한 실시예 1, 2 의 경도, 인장강도, 마모열, 영구압축률 등의 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다. 또한 그라파이트와 보강제의 비율이 5 : 1 에 가까울수록 모든 물성에서 고르고 우수한 기계적 물성을 나타내어 그 성능이 월등하게 향상된 결과를 나타내었다. 비교예 2와 같이 그라파이트가 전혀 없을 경우는 마모율이 다른 예에 비해 현격히 떨어짐을 알 수 있고 비교예 3처럼 그라파이트와 보강제의 비율이 5 : 1이 초과 할 경우는 그라파이트에 의하여 경도가 급격히 증가하여 고무의 기본물성을 잃어버리게 된다.

Claims

스테빌라이져 바 부시 고무에 있어서,

그라파이트;

알루미늄 수화물, 산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 보강제;

메틸 에틸 케톤, 벤젠, 아세톤 및 톨루엔 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 유기용제;를

함유하는 그라파이트 코팅제를 포함하는 스테빌라이져 바 부시 고무.
제 1 항에 있어서,

상기 그라파이트 코팅제는 에틸렌 프로필렌 고무 100 중량부에 대하여, 그라파이트 25 ~ 50 중량부; 보강제 5 ~ 10 중량부; 유기용제 5 ~ 10 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이져 바 부시 고무.
제 1 항에 있어서,

상기 그라파이트와 상기 보강제는 5 : 1의 중량비로 이루어진 스테빌라이져 바 부시 고무.
제 1 항에 있어서,

상기 스테빌라이져 바 부시 고무는 에틸렌-프로필렌 원료고무 100 중량부에 대하여,

가교제 4 ~ 8 중량부; 가교촉진제 0.5 ~ 3 중량부; 가교활성제 1 ~ 5 중량부; 노화방지제 1 ~ 5 중량부; 충진제 40 ~ 70 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테빌라이져 바 부시 고무.