KR101110496B1 - 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물 - Google Patents

도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 웨더스트립 중 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활용이 가능한 열가소성 엘라스토머 소재를 이용하여 기존의 고무재 제품보다 생산속도를 증대시킬 수 있고, 제품의 재활용 및 원가절감에 효과적인 도어 사이드 조인트용 조성물 및 이를 이용한 차량용 도어 사이드 조인트에 관한 것이다.

Description

도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물{Thermoplastic elastomer composition for door side joint}
본 발명은 차량용 웨더스트립 중 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활용이 가능한 열가소성 엘라스토머 소재를 이용하여 기존의 고무재 제품보다 생산속도를 증대시킬 수 있고, 제품의 재활용 및 원가절감에 효과적인 도어 사이드 조인트용 조성물 및 이를 이용한 차량용 도어 사이드 조인트에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 종류를 들면 승용차, 승합차, 트럭 등으로 구분된다. 이러한 분류는 용도별의 구분으로서 웨더 스트립은 크게 연관되지 않는다. 웨더 스트립 측면에서 자동차를 구분한다면, 차량에 문이 있느냐 없느냐 또는 운전자를 비롯한 탑승자가 비를 맞는 형식이냐 아니냐 및 전천후 적재함이 있느냐 없느냐 등으로 구분해야 된다. 대부분의 자동차는 도어가 있고 운전자 및 탑승자는 비를 맞지 않고 운행할 수 있도록 만들어져 있다. 그래서 웨더 스트립이란 것은 전 차종에 필요한 부품이며 그 기능 또한 매우 중요한 부품이다.
구체적으로, 웨더 스트립(weather strip)이란 모든 차량에 장착되며 자동차를 전천후로 사용함에 있어 없어서는 안 될 부품으로서, 웨더(weather)는 날씨나 기상상태를 뜻하며 스트립(strip)은 길고 가느다란 조각을 의미하며, 이들의 합성어인 웨더 스트립은 전문 용어로서 그 뜻은 기밀재를 말하며 창문이나 출입문의 개폐부분에 부착되어 외풍이나 먼지 등의 침입을 방지하는 것으로 정의할 수 있다. 일반적으로 사용함에 있어 간단하게 표현 하자면 누수방지용 고무라고 하면 정확하다.
일반적으로 도어(door)의 기밀재로 사용되는 도어 사이드 부위의 조인트 소재의 경우 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(ethylene propylene diene monomer, EPDM) 고무로 제조되며, 제조방법은 사출 성형 후 가황공정 및 발포공정을 거치는 것이 일반적이었다. 그러나, 최근에는 고객의 다양한 감성적 요구, 고급화, 친환경성, 원가 절감 등의 목적으로 신기술 및 신재료 개발에 대한 요구가 점진적으로 대두되고 있는 상황이다.
본 발명자들은 차량용 도어 사이드 조인트의 소재로서 고무 대신 열가소성 엘라스토머를 사용하게 되면 제품의 물성을 개선시킬 수 있으며, 작업 효율성도 높일 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 스폰지 압출물과 우수한 접착력을 발현하면서 강도, 내구성 등이 향상되며 재활용이 가능한 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS) 80~90중량부, 고점도 파라핀 오일 120~130중량부, 실리콘 오일 15~30중량부, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 10~15중량부, 산화방지제 0.5~0.8중량부, 및 기타 첨가제 0.3~0.5중량부를 함유하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물을 제공한다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물을 이용하여 도어 사이드 조인트를 제조하면 기존의 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 스폰지를 이용한 조인트 제품보다 생산속도를 높이고, 발포제 및 기타 화학약품의 배제로 친환경적이며, 또한 상기 열가소성 엘라스토머 조성물은 재활용이 가능하여 환경보호 및 비용 절감 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물을 차량용 웨더스트립에 적용한 것을 예시한 것이다. 여기에서 분홍색으로 표시된 부분이 본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물이고, 파랑색으로 표시된 부분이 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 스폰지로 제조된 웨더스트립이며, TPR은 열가소성 고무(thermoplastic rubber)을 나타낸다.
본 발명의 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물은 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS,Polystyrene-b-poly(ethylene/butylene)-b-polystyrene), 고점도 파라핀 오일, 실리콘 오일, 폴리프로필렌(PP), 산화방지제 및 기타 첨가제로 이루어진다.
또한, 본 발명의 조성물은 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS) 80~90중량부, 고점도 파라핀 오일 120~130중량부, 실리콘 오일 15~30중량부, 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 10~15중량부, 산화방지제 0.5~0.8중량부, 기타 첨가제 0.3~0.5중량부를 함유한다.
바람직하게 본 발명의 조성물은 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체( SEBS,Polystyrene-b-poly(ethylene/butylene)-b-polystyrene) 80중량부, 고점도 파라핀 오일 120중량부, 실리콘 오일 20중량부, 폴리프로필렌(PP) 13중량부, 산화방지제 0.7중량부, 기타 첨가제 0.4중량부를 함유한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS)는 80~90중량부의 양으로 함유된다. 함량이 80중량부 미만일 경우에는 도어 개폐 시 제품의 탄성이 떨어져 형상복원이 불리하며, 90중량부 초과일 경우에는 재료자체의 강성저하로 인한 실링(sealing)성은 좋으나, 경도저하로 인한 찢어짐 및 내마모성이 떨어져 장기 내구성에 불리하다.
한편, 통상적으로 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS)는 스티렌 함량에 따라 물성이 달라지게 된다. 본 발명에서 사용된 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS)는 스티렌 함량이 30%~35%이며, 비중이 0.88~0.90인 제품이다. SEBS에서 하드세그먼트 역할을 하는 스티렌의 함량이 높아질수록 인장강도 및 기본 물성은 좋아지는 반면, 경도가 높이지고 탄성 및 복원율은 저하되기 때문이다. 또한, SEBS에서의 에틸렌과 부틸렌은 소프트세그먼트, 즉 고무 역할을 대신한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 고점도 파라핀 오일은 열가소성 엘라스토머 제조 시 가공성을 촉진시키며, 또한, 열가소성 엘라스토머의 경도를 감속시켜, 가소성 및 성형성을 증가시키는 역할을 한다. 본 발명의 조성물에서 상기 고점도 파라핀 오일은 120~130중량부의 양으로 함유된다. 함량이 120중량부 미만일 경우에는 사출(injection) 성형 시 흐름성에 불량하여 성형 불량 및 작업 불량의 원인이 되며, 130중량부 초과일 경우에는 흐름성이 증가하여 사출(injection) 성형 시 사출이 어렵고, 냉각시간이 많이 소요되며, 제품 두께 편차가 발생한다. 또한 상기 고점도 파라핀 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)의 범위가 170 이상인 것(40℃ 분위기 동점도 측정 결과 측정값이 170 이상인 제품)이 바람직하다.
본 발명의 조성물에 사용되는 실리콘 오일은 자기윤활성 및 내마모성 향상을 위한 재료로서 15~30중량부의 양으로 함유된다. 함량이 15중량부 미만일 경우에는 자기윤활성이 떨어져 마모가 쉽게 발생되며, 30중량부 초과일 경우에는 재료물성 저하 및 과도한 자기윤활성으로 인해 2차 오염을 발생 시키며 또한 장착 시 과도한 슬립으로 인해 장착 어려움이 발생된다. 또한 바람직하게 본 발명에서는 초기 이행성을 높이기 위해 분자량 3,000인 실리콘 오일을 실리콘 오일 전체 중량에 대하여 60~70%의 양으로 사용하고, 경시변화에 따른 지속적인 이행성을 부여하기 위해 분자량 10,000인 실리콘 오일을 실리콘 오일 전체 중량에 대하여 30~40%의 양으로 적용함이 좋다.
본 발명의 조성물에 사용되는 폴리프로필렌은 10~15중량부의 양으로 함유된다. 함량이 10중량부 미만일 경우에는 사출(injection) 성형 시 제품 흐름성 불량이 생겨 성형이 어려우며, 15중량부 초과일 경우에는 완제품 경도 상승으로 인해 도어 사이드 장착시 작업에 어려움 점이 있다. 또한 본 발명에서 폴리프로필렌은 도어 사이드 조인트의 우수한 사출(injection) 성형성 및 고강도, 내마모성 등의 개선을 위해 용융 흐름 지수(melt flow index) 230℃, 2.16kg가 0.5 이하인 고 결정성 블록 코폴리머를 적용하여 제조한 것을 사용한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 산화방지제는 0.5~0.8중량부의 양으로 함유된다. 함량이 0.5중량부 미만일 경우에는 조성물의 물성이 저하되고 완제품을 장기간 사용 시 성능이 저하되며, 0.8중량부 초과일 경우에는 제품의 제조단가가 상승하고 반응하지 못한 산화방지제가 제품 표면으로 블루밍(Blooming) 문제점을 발생시키게 된다. 구체적으로 본 발명에서는 산화방지제로서 펜타에리트리톨 테트라키스-3-도데실티오프로피오네이트(pentaerythrithol tetrakis-(3-dodecylthiopropionate))의 구조를 가지며, 녹는점이 120℃ 이상이고, 백색도가 95% 이상인 제품을 사용함이 바람직하다.
본 발명의 조성물에 사용되는 기타 첨가제는 0.3~0.5중량부의 양으로 함유된다. 또한 상기 기타 첨가제는 도어 사이드 조인트 제품의 표면 슬립성, 분산 및 사출성을 개선시키고 내마모성 증가시키기 위하여 폴리프로필렌계 왁스를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 폴리프로필렌계 왁스는 비중이 0.90 이하이고, 녹는점은 160℃ 이상인 제품이 좋다.
본 발명에 의한 열가소성 엘라스토머 조성물은 차량용 웨더 스트립에 사용되는 도어 사이드 조인트용으로서 제조되며, 사출성형, 압출성형 방법 등 제조방법이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 사출(injection)성형 방법으로 제조될 수 있다.
도어 사이드 조인트의 제조공정에 있어서, 일반적으로 고무로 제품을 제조하는 경우 고무 소재의 특성상 탄성을 부여하기 위해서 가류공정 및 발포공정이 필요하다. 또한 고무 재료를 이용하여 도어 사이드 조인트를 제조할 경우에는 사출공정은 ① 소재계량, ② 사출 금형내 소재 사출, ③ 가류 및 발포, ④ 냉각, ⑤금형 개폐 및 ⑥ 제품 탈형 공정으로 이루어지며, 성형작업시간이 2분~3분 정도 소요된다.
반면, 본 발명에 의한 열가소성 엘라스토머 소재를 사용하여 사출(injection)성형 공정을 거치게 되면 ① 소재 압출, ② 금형 개폐, ③ 냉각 및 ④ 탈형 공정으로 이루어져 가류공정이 필요하지 않고 제품을 성형 설비에서 바로 생산할 수 있기 때문에 20초 이내에 모든 공정을 완료할 수 있으므로, 기존에 일반적으로 사용되는 방법인 사출성형 방법으로 제조할 경우와 비교하여 생산속도를 빠르게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물은 재활용이 가능하므로, 사출성형 또는 진공성형 등의 방법으로 제품의 제조 시 발생되는 버(bur) 및 성형불량품을 실시간으로 분쇄하여 재활용할 수 있으며 발포제 및 화학약품의 배제로 친환경적이면서 비용절감 효과를 제공할 수 있으며 기존 고무소재에서 행하던 버 발생부 사상작업 및 슬립성 부여를 위한 실리콘 오일 도포 공정을 줄일 수 있어 작업인원 감원 및 전체 작업 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의할 경우 최종제품의 물성은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 스폰지 조인트 소재와 상기 열가소성 엘라스토머 소재를 비교할 경우 압축영구줄음율이 10% 이상 향상하고, 특히 내마모 특성이 우수하다.
이하 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예 및 시험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 시험예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
[참고예 1] 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 제조
하기 표 1의 조성으로 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 차량용 도어 사이드 조인트 소재를 제조하였다. 실리콘 오일은 분자량이 3,000인 것을 실리콘 오일의 중량에 대하여 70%, 분자량이 10,000인 것을 실리콘 오일의 중량에 대하여 30%의 양으로 사용하였다. 또한 산화방지제로는 펜타에리트리톨 테트라키스-3-도데실티오프로피오네이트를 사용하였으며, 기타첨가제로는 폴리프로필렌계 왁스를 사용하였다.
구 분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
SEBS 70 80 100 80 80
고점도 파라핀 오일 140 100 100 120 125
실리콘 오일 15 25 20 25 20
폴리프로필렌 15 10 13 13 13
산화방지제 0.6 0.7 0.9 0.7 0.8
기타첨가제 0.4 0.4 0.5 0.4 0.4
상기 조성물을 제조하기 위해 사용한 구체적인 물질은 하기와 같다.
- SEBS : 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체, K사 SEPTON 8006, 밀도 0.90g/㎠
- 고점도 파리핀 오일 : SJC사 KL1100, 밀도 0.84g/㎠, 동점도(40℃) 200.9
- 실리콘 오일 : TS사 TSF-451-3000/TSF-451-1M, 분자량 3,000/10,000
- 폴리프로필렌 : SMT사 BP2000, 용융지수 0.5g/min(230℃, 2.16kg) 밀도 0.91g/㎠
- 산화방지제 : 송원산업사 S1010, 분자량 1,100, 녹는점 110℃ 이상
- 폴리프로필렌계 왁스 : 라이온켐텍 500 시리즈, 밀도 0.89g/㎠, 연화점 161~163℃
구체적인 제조방법은 하기와 같다.
1. 혼련(mixing) 공정
SEBS 분말, 고점도 파라핀 오일, 실리콘 오일, 폴리프로필렌, 산화방지제, 폴리프로필렌계 왁스를 헨셀믹서(Henschel Mixer)에 투입한 후 30분간 교반하였다.
2. 덤핑(dumping) 공정
상기 1단계에서 혼련이 완료된 재료를 이축압출기의 호퍼부에 투입하였다.
3. 컴파운딩(compounding) 공정
이축압출기를 통하여 분산 및 혼련을 진행하였다.
4. 펠렛(pellet) 제조 공정
가공성을 용이하게 하기 위해 상기 3단계에서 혼련을 진행한 물질을 펠렛으로 제조하였다.
[시험예] 제품물성, 내오존성, 형상복원, 내구성, 내마모성 및 접착성의 평가
상기 참고예에서 제조한 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 도어 사이드 조인트 소재의 기본 물성, 내열물성, 압축영구줄음율, 내오존성, 사출성형성, 내마모성 및 EPDM 스폰지와의 이음매 접착성을 평가하였다.
구체적으로 내열물성은 120℃에서 70시간 경과 후의 물성을 측정하였다. 또한 내오존성은 오존농도 50pphm, 40℃에서 100시간 경과 후 외면 크랙 유무를 확인하였다. 결과는 매우 좋음(◎), 좋음(○), 보통(△), 좋지 않음(×)으로 평가하였다. 또한 내마모성 평가는 완제품을 200,000만회 실차 도어 개폐 마모평가 후 제품 파열 유무를 확인하였다. 압축영구줄음율은 70℃에서 168시간 경과 후의 복원력을 측정하였다. EPDM 스폰지 압출물과 사출 접착 성형 후 인장 시험기를 통해 분당500mm의 속도로 인장시 EPDM 스폰지와 본 발명의 열가소성 엘라스토머 이음매 간의 접착 강도를 측정하였다.
평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
기본
물성		 경도 (Shore A) 39 37 41 36 37
인장강도 (kgf/㎤) 77 64 61 70 74
파단신율 (%) 870 800 810 850 820
인열강도 (kgf/㎝) 16 14 16 15 14
내열
물성		 경도변화율 (%) +3 +2 +3 +3 +3
인장강도 변화율 (%) -30 -21 -19 -14 -20
신율 변화율 (%) -31 -20 -27 -25 -23
압축영구줄음율 (%) 27 24 25 23 23
내오존성 ○ △ ◎ ◎ ◎
사출 성형성 × ○ ○ ◎ ○
내마모성 평가 NG NG NG OK OK
EPDM 스폰지와 이음매 접착성(㎏/㎠) 4.8 5.0 5.3 7.8 7.9
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본원발명에 의한 도어 사이드 조인트 소재는 강도가 우수하고, 사출성형이 가능하며, 특히 압축영구줄음율, 내오존성 및 내마모성, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 스폰지 압출물과의 접착력이 뛰어나다.

Claims (9)

  1. 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체(SEBS, Polystyrene-b-poly(ethylene/butylene)-b-polystyrene) 80~90중량부, 고점도 파라핀 오일 120~130중량부, 실리콘 오일 15~30중량부, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 10~15중량부, 산화방지제 0.5~0.8중량부 및 첨가제 0.3~0.5중량부를 함유하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 공중합체는 스티렌 함량이 30~35%임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고점도 파라핀 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)의 범위가 170 이상인 것임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 오일은 분자량 3,000인 실리콘 오일이 실리콘 오일 전체 중량에 대하여 60~70% 및 분자량 10,000인 실리콘 오일이 실리콘 오일 전체 중량에 대하여 30~40%로 이루어짐을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 용융 흐름 지수가 230℃, 2.16kg에서 0.5 이하인 고 결정성 블록 코폴리머임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 산화방지제는 펜타에리트리톨 테트라키스-3-도데실티오프로피오네이트임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 기타 첨가제는 폴리프로필렌계 왁스임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 차량용임을 특징으로 하는 도어 사이드 조인트용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 조성물로 제조한 차량용 도어 사이드 조인트.
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