KR101138774B1 - 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버용 씰링부재용 고무조성물은 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가공조제를 포함하여 이어진다. 폴리머는, ACN 함량이 20 내지 30%인 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔고무(HNBR)를 포함한다. 가소제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부를 갖는 에스테르(ester) 계열을 포함한다. 본 발명에 따르면 내열성 및 저온회복성이 동시에 우수하게 된다.
쇼크 업소버, 씰링부재, 내열성, 저온회복성, 폴리머, 가소제

Description

쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITE FOR A SHOCK ABSORBER OIL SEAL}
본 발명은 쇼크 업소버 씰링부재의 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 쇼크 업소버의 실린더 튜브에 설치되어서 실린더 튜브 내의 오일이나 가스가 유출되지 않도록 하는 쇼크 업소버용 씰링부재를 구성하는 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 쇼크 업소버는 차량의 차축과 차체 사이에 설치되어서 차량 주행시 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키는 장치이다.
상기 쇼크 업소버는 대략적으로, 실린더 튜브와, 피스톤 로드를 포함한다. 실린더 튜브는 오일이나 가스가 들어 있다. 피스톤 로드는 실린더 튜브 안팎을 오간다. 피스톤은 상기 피스톤 로드의 끝단에 설치되어서 상기 실린더 튜브 내를 승, 하강하게 된다.
상기 쇼크 업소버는, 차량이 불규칙한 노면을 주행하는 중 노면 차이로 인해 스프링이 진동하게 되면, 쇼크 업소버의 피스톤이 상기 스프링의 진동을 전달받아 서 실린더 튜브에 대하여 승, 하강 하게 된다. 이 때, 피스톤이 상하로 이동함에 따라서, 실린더 튜브 내의 오일이나 가스는 피스톤 밸브의 오리피스를 통해 상하로 이동하면서 피스톤에 저항 압력을 가함으로써, 스프링의 진동을 감쇠시킨다.
이러한 쇼크 업소버는 상기 작용을 지속적으로 수행하기 위해서는, 상기 실린더 튜브 내의 오일 압력이나 가스 압력이 일정하게 유지될 필요가 있다. 이를 위해서 실린더 튜브와 피스톤 사이에 씰링부재가 설치된다. 상기 씰링부재는 실린더 튜브에 고정된 상태에서 피스톤과 접촉하도록 설치되어서, 상기 피스톤이 실린더 튜브에 대하여 상하로 이동하더라도, 피스톤과 실린더 튜브 사이로 상기 실린더 튜브 내의 오일이나 가스가 누설되지 않게 한다.
상기 쇼크 업소버 씰링부재는 통상적으로 금속 보강환과, 스프링과, 본체부를 포함한다. 이 경우, 금속보강환에 씰립을 형성하는 고무 재질의 본체부를 일체형으로 한 후, 적당한 조임력을 상기 본체부의 립부에 부여하기 위해 스프링을 끼워 넣는 구조를 가진다.
상기 본체부를 구성하는 고무 조성물 중 폴리머는 통상적으로 아크릴로니트릴(acryonitrile) 고무 조성을 지니는 NBR(Acrylonitrile Butadiene Rubber)을 사용하였다. 상기 NBR은 내유, 내마모, 내노화성 양호하여서 오일의 누수방지, 외부의 먼지의 침입방지 및 피스톤 로드의 윤활면의 보호 등의 기능을 하였다.
그런데, 최근에 차량의 차체 경량화 및 부품의 소형화로 인하여 차량 내부 온도가 과도하게 상승하게 되었으며, 따라서 상기 씰링부재의 내열성 기준이 보다 엄격해지는 추세이다.
그런데, 상기 아크릴로니트릴(acryonitrile) 고무 조성로 된 씰링부재는 과도하게 주위환경의 온도가 상승하게 되면 경화되어서 이상이 발생하게 된다는 문제점이 있다. 쇼크 업소버용 씰링부재에 이상이 발생하게 되면, 자동차 주행 중 소음이 발생하고, 승차감 및 주행안정성이 나빠지게 된다.
이런 문제점을 해결하기 위해서, NBR 고무에서 ACN 함량을 증가시킬 수 있으나, 이 경우에는 저온 회복성이 나빠지게 된다. 그런데, 상기 쇼크 업소버용 씰링부재는 내열성과 더불어 저온회복성을 만족하여야 한다. 즉, 상기 쇼크 업소버가 실외에 노출되어 있으므로, 겨울이나 한냉지에서 운행시에 기온이 저하되더라도, 상기 씰링부재가 경화되지 않아야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 내열성이 우수해지는 동시에, 저온 회복성이 우수한 쇼크 업소버용 씰링부재용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇼크 업소버용 씰링부재용 고무조성물은 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가공조제를 포함하여 이루어진다. 이 경우, 상기 폴리머는, ACN 함량이 20 내지 30%인 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔고무(HNBR)를 포함한다. 상기 가소제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부를 갖는 에스테르(ester) 계열을 포함한다.
이 경우, 상기 에스테르 계열은 디에스테르(diester)계인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 충진제는 폴리머 100 중량부에 대하여 100 내지 120 중량부를 갖고, 상기 가공조제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 가교제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가교제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 4 내지 9 중량부를 갖는 유기과산화물을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 충진제는 실리콘디옥사이드(SiO2)을 포함하고, 상기 가공조제는 파라핀 마이크로 왁스를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, N-Phenyl-N'-Isopropyl-P-Phenylendiamine과, 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline와, 2-Mercaptobenzimidiazole로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 갖는 노화방지제를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 내열성 및 저온성을 동시에 만족함으로써, 가혹한 주위환경에서도 차량의 소음을 저감할 수 있고, 주행 안정성이 우수해진다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 통상적인 자동차용 현가장치의 일 예를 도시한 도면이다.
차량용 쇼크 업소버(10)에 대해 개략적으로 설명하자면, 차량용 쇼크 업소버(10)는 실린더 실린더 튜브(11)와, 피스톤로드(12)와, 피스톤밸브(13)와, 분리피스톤(14)과, 로드가이드(16)를 구비한다.
피스톤로드(12)는 실린더 튜브(11) 내측으로 삽입되고 타단은 실린더 튜브(11)의 상단을 통해 외측으로 연장된다.
피스톤밸브(piston valve)(13)는 피스톤로드(piston rod)(12)와, 피스톤로드(12)의 하측에 설치되어 실린더 튜브(11) 내부를 상부의 인장챔버(rebound chamber)(17a)와 하부의 압축챔버(compression chamber)(17b)로 구획시키며 그 몸 체에는 인장챔버(17a)와 압축챔버(17b)간의 오일 유동을 위한 유로(13a)가 형성되어 있다.
분리피스톤(14)은 실린더 튜브(11) 내부에 위치하여 상부의 압축챔버(17b)와 하부의 가스챔버(gas chamber)(18)를 구획시킨다.
로드가이드(rod guide)(16)는 분리피스톤(14)과, 실린더 튜브(11)의 상단에서 피스톤로드(12)를 습동 지지하도록 구비한다.
상기와 같은 구조로 이루어진 쇼크 업소버(10)의 동작 과정은, 차량 주행에 따라 노면으로부터 충격이 입력되면, 피스톤로드(12)가 상하로 왕복 이동하게 되고, 이에 따라 피스톤밸브(13)의 내부에 형성된 유로(13a)를 통해 상부의 인장챔버(17a)와 하부의 압축챔버(17b)간에 오일이 이동하여 흐르면서 입력된 충격을 완화시키는 감쇠력을 발생시키게 된다.
이 경우, 쇼크 업소버의 씰링부재(100)는 피스톤로드(12)와 실린더 튜브(11)사이에 형성되어 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지하기도 하고, 내부의 오일이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이러한 쇼크 업소버의 씰링부재(100)는 제조사의 의도에 따라 복수의 부재로 이루어질 수 있으며, 일체형으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은, 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가공조제를 포함하여 이루어진다.
상기 폴리머는, ACN 함량이 20 내지 30%인 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔고무(HNBR)를 포함한다. 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔고무(HNBR)는 NBR에 선택적이고 조절된 수소 첨가 반응을 시켜 제조된 것으로, 불포화도의 양(이중결합)과 니트릴측쇄기(-C=N)을 가진 폴리 메틸렌 주쇄로 구성되어 있다. 고포화된 폴리메틸렌 주사슬은 내열성과 내오존성이 아주 우수하고 니트릴기는 오일과 연료에 대한 저항성을 갖는다. 수소첨가 반응의 결과, 수소 첨가의 정도가 높을 수록 내열성과 내오존성은 향상된다.
이 경우, HNBR은 ACN 함량이 20 내지 30%인 것이 바람직한데, ACN 함량이 20%보다 낮은 경우에는 내열성이 우수하지 못하고, ACN 함량이 30%보다 높은 경우에는 저온성이 열화되기 때문이다.
가소제는 상기 폴리머를 유연하게 해주는 역할 및 저온성을 향상시켜주는 역할을 한다. 일반적으로 가소제라 함은 염화비닐과 아세트산비닐 같은 열가소성 플라스틱에 첨가하여 열가소성을 증대시킴으로써 고온에서 성형가공을 용이하게 하는 유기물질로, 유연성을 주는 연화제(softener)와 유사한 역할을 한다.
또한 폴리머 상호간의 분자간 힘을 약화시켜 폴리머 분자사슬의 운동을 용이하게 하여 내한성의 특성을 부여하는 역할을 한다.
가소제의 작용을 예를 들어 간단히 설명하면, 플라스틱은 긴 끈 같은 분자가 모여서 된 것으로, 분자 사이에 서로 끌어당기는 힘이 강할수록 딱딱해진다. 이 경우 분자 사이에 가소제가 끼어들면 플라스틱 분자 사이의 직접 끌어당기는 힘이 약해져 잘 휘게 된다. 그러므로 가소제는 상기 폴리머에 잘 섞일 수 있는 성질, 즉 섞임성이 있는 것이 유리하다.
본 실시예에 따르면, 가소제는 디에스테르(diester)계일 수 있으며, 이는 기 존의 프로세스(process)계보다 더 우수한 저온성을 나타낸다. 폴리머 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
가교제는 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 한다. 상기 가교제는 이소사이누레이트 계열을 포함한다. 상기 이소사이누레이트 계열은, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 갖는 트리알리이소사이누레이트(triallyisocyanurate)일 수 있다.
한편, 가교제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 4 내지 9 중량부를 갖는 유기과산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 유기과산화물로 가황하면 고무의 양호한 압축 줄음율과 내열성을 얻는다.
상기 유기과산화물은 α-α'bisItert.butylperoxy) - m/p - diisopropylbenzene+inert filler(CaCO3)로서, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 9 중량부를 가질 수 있다.
충진제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 본 실시예에 따르면, 충진제는, 폴리머 100 중량부에 대하여 100 내지 120 중량부를 가질 수 있다.
상기 충진제는 실리콘 디옥사이드(Silicon dioxide)를 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로 보강성을 향상시키는 요인으로는 충진의 입자경 크기, 구조, 입자 표면 성질 등이 영향을 미치는 데, 화이트 카본(White Carbon)이라고 하는 실리콘 디옥사이드는 폴리머 사이의 가교밀도를 증가시키고 이는 고무의 보강성을 향상 시키는 역할을 한다.
한편, 충진제는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 이는 씰링부재로서의 요구 물성치, 예를 들어 경도, 인장강도 등을 조절하기 위함이다. 이러한 카본 블랙의 예로서 (주)DCC의 N-550 일 수 있다. 여기서 카본 블랙이란 천연가스, 석유계, 또는 석탄타아르계 중질유 등의 함탄소 물질을 불완전 연소 또는 열분해하여 만든 물질로서, 탄소원자들이 무질서한 육각형 꼴로 배열되어 있어서 보강성이 우수하다.
가공조제는 고무 조성물을 혼합하여 믹싱하는 과정에서 폴리머들이 다른 배합 재료들과 균질하게 섞일 수 있도록 도와주고, 고무 조성물의 점도를 조절하여 점착성이 과하거나 부족한 현상을 방지하며, 낮은 온도에서 믹싱 작업이 순조롭게 이루어질 수 잇게 한다. 이 경우, 상기 가공조제는 파라핀 마이크로 왁스(Parrffin Micro Wax)일 수 있으며, 그 함량은 1phr 내지 5phr일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은 가교조제를 더 포함할 수 있다. 가교조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 이 경우, 가교조제로서 스테아린산을 포함할 수 있고, 그 함량은 1phr 내지 5phr일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 노화방지제(antioxidant)는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 산화방지제와 같은 작용을 갖는 것이 많기 때문에 산화방지제라고도 한다.
노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반 응을 정지시키는 작용을 한다. 본 실시예에 따르면, 노화방지제는 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 노화방지제는 아민계 노화제, 예를 들어서 styrenated diphenylamine를 포함할 수 있다. 상기 아민계 노화제는 강력한 산화방지제(내열, 산화, 오존성), 가공성 양호, 분산성이 양호하다. 또한, 노화방지제는 벤조이미다졸(benzoimidazole)계, 예를 들어서 2-mercaptobenzoimidazole(MBI)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 조성물은 폴리머로 HNBR을 사용함으로써 내열성이 향상됨과 동시에, 상기 HNBR의 ACN 함량을 조절하고 특수한 가소제를 사용함으로써 저온성이 향상된다. 이에 따라서 차량의 보다 가혹한 주위환경에 의해서도, 내구성이 우수하게 된다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 실시예라고 칭함.)을 종래의 쇼크 업소버 씰링부재에 적용된 고무 조성물(이하, 편의상 비교예라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예와 비교예의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예는 크게 폴리머 및 가소제의 소재가 서로 다르다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 NBR 100 -
Therban LT21571) - 100
충진제 N5502) 90 80
Graphite A.O3) 10 10
KC Floc W2504) 10 10
Nipsil E74P5) - 10
노화방지제 3C6) 1 0.5
TMQ7 ) 1 0.5
DDA8 ) - 1
MB9 ) - 0.4
가공조제 Antilux 50010) 2 1
가교조제 ZnO11 ) 2 1
Stearic Acid12 ) 1 1
가교제 Sulfur 0.8 -
TMTD 1.5 -
CBS 2 -
TAIC M6013 ) - 1.7
Peroximon F4014) - 7.5
가소제 RA#2 15 -
TP-9515) - 15
1) Therban LT2157 ; HNBR, (주)Lanxess
2) N550 : FEF, ㈜DCC
3) Graphite A.O : -(C)n-, ㈜日電 Carbon
4) KC FLOC W250 : 셀루로오스(Cellulose), 日本 Paper
5) Nipsil E74P : SiO2,日本 Silica
6) 3C : N-Phenyl-N'-Isopropyl-P-Phenylendiamine, ㈜금호석유화학
7) TMQ : 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline, ㈜Flexsys
8) DDA : Styrenated Diphenylamind, ㈜Bayer
9) MB : 2-Mercaptobenzimidiazole, ㈜大來新興
10) Antilux 500 : 파라핀 마이크로 왁스(Paraffin Micro Wax), ㈜Rhein Chemical
11) ZnO : 산화아연(Zinc oxide), ㈜삼보
12) Stearic Acid : 스테아린산, ㈜미성종합물산
13) TAIC M60 : Triallyisocyanurate, KAO Corp.
14) Peroximon F40 : α-α'bis(tert.butylperoxy)-m/p-diisopropylbenzene(40%)+ inert filler(60%:CaCO3), ㈜ARKEMA
15) TP-95 : Diester 계, ㈜ROHM & HAAS
표 2는 내열 시험, 저온회복시험 및 제품 아세이(ass'y) 시험결과 상기 실시예와 비교예의 물성을 비교 표시한 표이다. 이 경우, 내열시험은 150℃의 주위분위기에서 70시간 노출시킨 다음 그 경도 변화를 관할 하였으며, KS M 6518의 규격을 만족하였다. 저온회복시험은 저온 영역에서의 변형회복성을 시험하는 것으로 TR-10 내한성 시험을 행하였다. TR-10은 미리 가해놓은 50%의 변형이 10% 회복할 때의 온도를 측정하며, KS M 6724의 규격을 만족하였다. 제품 아세이 시험은 제품 아세이 조립상태에서 누수가 있는지 여부를 판단하는 시험이다.
씰링부재는 경도 스펙에 맞추어서 제품이 완성되며, 이에 따라서 시험에서 그 경도변화가 작을수록 우수하게 된다. 본 시험 결과 내열 시험에서, 비교예의 경우 경도 변화가 +16으로 그 변화가 심한 것을 알 수 있으나, 이에 반하여 실시예의 경우 경도 변화가 +8로 경도 변화가 차이가 작았다. 이는 내열시험 결과 비교예는 고온의 주위환경의 경우 불량이 발생하여서 적용이 불가하나, 실시예의 경우 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 저온회복시험에서, 실시예는 10% 회복할 때의 온도가 -38℃로, 비교예의 -40℃로 크게 차이가 없었다. 이를 통하여 실시예는 내열성이 우수한 동시에 저온회복성 또한 만족하고 있음을 알 수 있다.
이런 결과, 제품 아세이 시험을 통하여, 내열성을 시험해 보면 실시예의 경우 오일의 누수가 일어나지지 않음에 비하여, 비교예의 경우 오일의 누수가 일어남을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은 비교예에 비하여 내열성이 우수한 동시에, 저온성 또한 우수하다.
항 목 실시예 비교예
내열 시험
150℃×70h
(KS M 6518)		 경도변화(PTs) +2 +4
저온회복시험, TR-10
(KS M 6724)		 회복 온도(℃) -38 -40
제품 Ass’y 시험
10kgf/cm2×5Hz±30mm×150℃×4hrs		 No Leak No Leak Leak
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼크 업소버의 씰링부재용 고무 조성물이 적용된 쇽업소버의 일 예를 도시한 도면이다.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
10 : 모노튜브형 쇼크 업소버 11 : 실린더 튜브
12 : 피스톤로드 13 : 피스톤밸브
13a : 유로 14: 분리피스톤
15 : 오링 16 : 로드가이드
17a : 인장챔버 17b : 압축챔버
18 : 가스챔버 100 : 쇼크 업소버의 씰링부재

Claims (6)

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  4. 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가공조제를 포함하여 이루어진 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물로서,
    상기 폴리머는 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(HNBR)로 이루어지고, 상기 수소첨가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 중 아크릴로니트릴(ACN) 함량은 20% 내지 30%이고,
    상기 가소제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부를 갖는 디에스테르(Diester)계 가소제를 포함하며,
    상기 가교제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 4 내지 9 중량부를 갖는 유기과산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충진제는 실리콘디옥사이드(SiO2)을 포함하고,
    상기 가공조제는 파라핀 마이크로 왁스를 포함하며,
    상기 가교제는 이소사이누레이트(isocyanurate)계를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    N-Phenyl-N'-Isopropyl-P-Phenylendiamine과, 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline와, 2-Mercaptobenzimidiazole로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 갖는 노화방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
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