KR101154879B1 - 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물 - Google Patents

가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디(Guard Valve Body)용 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 재활용이 가능한 열가소성 엘라스토머 소재를 이용한 가드 밸브 바디에 관한 것으로서 상기 가드 밸브 바디는 블로우(Blow)성형 방법을 이용하여 제조 가능하므로 기존의 고무재 제품보다 생산속도를 증대시킬 수 있고, 제품의 경량화가 가능하다.
차량용 브레이크, 가드 밸브 바디, 열가소성 엘라스토머

Description

가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물{Thermoplastic elastomer composition for guard valve body}
본 발명은 차량용 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디(Guard Valve Body)용 열가소성 엘라스토머 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 재활용이 가능한 열가소성 엘라스토머 소재를 이용한 가드 밸브 바디에 관한 것으로서 상기 가드 밸브 바디는 블로우(Blow)성형 방법을 이용하여 제조 가능하므로 기존의 고무재 제품보다 생산속도를 증대시킬 수 있고, 제품의 경량화가 가능하다.
가드 밸브 바디는 브레이크 부스터의 후방 대기 유입부에 장착되어 운전자가 브레이크 페달 작동시 부스터 작동에 의해 내부로 유입되는 밸브 바디의 노출된 부분에 대한 이물질 흡착을 방지하며 진공식 부스터의 경우 부스터 작동시 대기 유입에 의한 이음을 차단하는 역할을 한다.
일반적으로 차량용 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디(Guard Valve Body)의 경우 EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머) 고무로 제조되며, 제조방법은 사 출 성형이 일반적이다.
고무재 가드밸브 바디의 경우 제품 제조시 발생하는 버(bur) 및 성형불량품에 대한 재활용이 불가능하며, 제품의 물성 확보를 위해서는 반드시 가류공정이 필요하고, 사출 성형 작업시 긴 가류시간으로 인해 작업 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한 상대적으로 내열성 및 저온취화성이 약하다는 단점이 있다.
본 발명자들은 가드밸브의 소재로서 고무대신 열가소성 엘라스토머를 사용하게 되면 제품의 물성을 개선시킬 수 있으며, 작업 효율성도 높일 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 강도, 내구성 등이 향상되며 재활용이 가능한 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 80~90중량부, 폴리프로필렌 90~110중량부, 폴리올레핀 엘라스토머 5~10중량부, 고점도 파라핀계 오일 100~110중량부, 퍼옥사이드 가교제 0.5~0.8중량부, 산화방지제 0.5~0.8중량부, 무기 필러 20~25중량부 및 기타 첨가제 0.3~0.5중량부를 함유하는 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물을 제공한다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물을 이용하여 차량용 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디를 제조하면 기존의 제품보다 생산속도를 높이고, 제품의 경량화를 시키는 것이 가능하며, 또한 상기 열가소성 엘라스토머 조성물은 재활용이 가능하여 환경보호 및 비용 절감 효과도 있다.
본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM), 폴리프로필렌, 폴리올레핀 엘라스토머, 고점도 파라핀계 오일, 퍼옥사이드 가교제, 산화방지제, 무기 필러 및 기타 첨가제로 이루어진다.
또한 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)는 80~90중량부, 폴리프로필렌은 90~110중량부, 폴리올레핀 엘라스토머 5~10중량부, 고점도 파라핀계 오일은 100~110중량부, 퍼옥사이드 가교제는 0.5~0.8중량부, 산화방지제는 0.5~0.8중량부, 무기 필러는 20~25중량부, 기타 첨가제는 0.3~0.5중량부를 함유한다.
바람직하게는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)는 90중량부, 폴리프로필렌은 100중량부, 폴리올레핀 엘라스토머는 10 중량부, 고점도 파라핀계 오일은 100중량부, 퍼옥사이드 가교제는 0.6중량부, 산화방지제는 0.6중량부, 무기 필러는 20중량부, 기타 첨가제는 0.3중량부를 함유한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머는 80~90중량부의 양으로 함유된다. 함량이 80중량부 미만일 경우에는 제품의 탄성이 떨어지고 내구성이 저하되며, 90중량부 초과일 경우에는 제품의 경량화에 방해가 된다.
본 발명의 조성물에 사용되는 폴리프로필렌은 90~110중량부의 양으로 함유된다. 함량이 90중량부 미만일 경우에는 블로우(Blow) 성형시 제품 파열현상이 생겨 성형이 어려우며, 110중량부 초과일 경우에는 완제품 경도 상승으로 인해 브레이크 부스터 장착시 작업이 어려움 점이 있다. 또한 본 발명에서 폴리프로필렌는 가드 밸브 바디의 우수한 블로우(Blow) 성형성 및 고강도, 고충격, 내유성 등의 개선을 위해 용융 흐름 지수(Melt Flow Index) 230℃, 2.16kg가 2.0 이하인 고 결정성 호모 폴리프로필렌과 용융 흐름 지수(Melt Flow Index) 230℃, 2.16kg가 0.5 이하인 고 결정성 블록 코폴리머를 블랜드하여 제조한 것을 사용한다. 폴리프로필렌 90~110중량부 중 바람직하게는 고 결정성 호모 폴리프로필렌 60~70중량부, 고 결정성 블록 코폴리머 30~40중량부를 사용하여 제조한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 폴리올레핀 엘라스토머는 5~10중량부의 양으로 함유된다. 본 발명에 사용되는 폴리올레핀 엘라스토머는 용융 흐름 지수(Melt Flow Index) 190℃, 2.16kg가 2.0 이하이면서, 융점이 90℃ 이상인 제품을 사용한다. 함량이 5중량부 미만일 경우에는 가드 밸드 바디 제품 작동성 및 강성에 우수한 성능을 발휘하지만, 함량이 10중량부 초과일 경우에는 상온 상태의 물성은 우수하나, 제품 블로우 성형 가공시 폴리올레핀 엘라스토머의 낮은 융점으로 인해 최종 제품의 열화특성 감소로 인해 내열성이 불량해지는 원인이 된다.
본 발명의 조성물에 사용되는 고점도 파라핀계(Paraffin) 오일은 열가소성 엘라스토머 제조시 가공성을 촉진시키며, 카본블랙 또는 안료 및 충진용 필러의 분산을 촉진시킨다. 또한, 열가소성 엘라스토머의 경도를 감속시켜, 가소성 및 성형성을 증가시키는 역할을 한다. 본 발명의 조성물에서 상기 고점도 파라핀계 오일은 100~110중량부의 양으로 함유된다. 함량이 100중량부 미만일 경우에는 블로우(Blow) 성형시 흐름성에 불량하여 성형 불량 및 작업 불량의 원인이 되며, 110중량부 초과일 경우에는 흐름성이 증가하여 블로우 성형시 압출이 어렵고, 냉각시간 이 많이 소요되며, 제품 형상 성형을 위한 에어(Air) 블로우(Blow)시 제품 두께 편차가 발생한다. 또한 상기 고점도 파라핀계 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)의 범위가 170이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물에 사용되는 퍼옥사이드는 열가소성 엘라스토머의 물성을 나타낼 수 있도록 고무부분을 가교시키는 역할을 한다. 열가소성 엘라스토머 소재는 기본적으로 소프트 세그먼트인 고무부분과 하드 세그먼트인 열가소성 수지로 구성되어 있다. 따라서 소프트 세그머트인 고무부분을 가교하기 위해서는 가교제를 첨가하여 이축압출기(트윈압출기)를 사용하여 동적 가교를 시켜 고무와 같은 점성과 탄성의 성질을 보유하도록 제조한다. 이 때 열가소성 엘라스토머 가교를 위한 가교제의 경우 페놀 수지 가교제와 퍼옥사이드 가교제 및 실란가교제가 주로 사용되는데, 페놀 수지 가교제의 경우 수분에 상당히 민감한 화학 물질로서 하절기 수분 흡수에 따른 문제점을 일으키나 퍼옥사이드 가교제의 경우 페놀수지 대비 수분 흡수에 따른 문제점이 적기 때문에 본 발명에서는 퍼옥사이드 가교제를 사용한다.그러나, 사용가능한 가교제가 퍼옥사이드 가교제로 한정되지는 않는다.
본 발명에서 사용되는 퍼옥사이드 가교제는 0.5~0.8중량부의 양으로 함유된다. 함량이 0.5중량부 미만일 경우에는 가교가 충분하게 이루어지지 않게 되어 완제품의 물성저하 및 점탄성 성질이 저하되고, 0.8중량부 초과일 경우에는 가교가 너무 많이 일어나게 되어 외관에 피쉬아이와 같은 이물질이 관찰될 수 있으며 블로우 성형기의 외관 불량 및 성형성 불량의 원인이 될 수 있다.
또한 일반적으로 열가소성 엘라스토머 소재를 제조할 경우 이축압출기(트윈 압출기)를 사용하여 동적가교를 통해 제조하며, 이 경우 가공온도가 200℃ 이상이고 높은 전단력이 발생한다. 이 때 열가소성 엘라스토머 소재 중 소프트 세그먼트의 고무부분에 대한 산화 방지를 목적으로 산화방지제를 사용한다. 또한, 완제품의 경우 열에 의한 분해를 방지하기 위하여 산화방지제를 사용한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 산화방지제는 0.5~0.8중량부의 양으로 함유된다. 함량이 0.5중량부 미만일 경우에는 조성물의 물성이 저하되고 완제품을 장기간 사용시 성능이 저하되며, 0.8중량부 초과일 경우에는 제품의 제조단가가 상승하고 반응하지 못한 산화방지제가 제품 표면으로 블루밍(Blooming) 문제점을 발생시키게 된다.
본 발명의 조성물에 사용되는 무기 필러는 충진제의 역할 및 소재의 단가를 낮추기 위하여 사용하는 것으로서, 20~25중량부의 양으로 함유된다. 함량이 20중량부 미만일 경우에는 충진제로서의 역할이 미미하게 되고, 25중량부 초과일 경우에는 경도 상승 및 소재 흐름성 문제로 인해 블로우 성형작업이 어렵게 된다.
본 발명의 조성물에 사용되는 기타 첨가제는 0.3~0.5중량부의 양으로 함유된다. 또한 상기 기타 첨가제는 가드 밸브 바디 제품의 표면 슬립성 개선 및 내마모성 증가시키기 위하여 폴리프로필렌계 왁스를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 열가소성 엘라스토머 조성물은 차량용 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디용으로서 제조되며, 제조방법이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 블로우(Blow)성형 방법으로 제조될 수 있다.
가드 밸브 바디의 제조공정에 있어서, 일반적으로 고무로 제품을 제조하는 경우 고무 소재의 특성상 탄성을 부여하기 위해서 가류공정이 필요한 반면, 열가소성 엘라스토머의 경우 가류공정이 필요하지 않고 제품을 성형 설비에서 바로 생산할 수 있다. 또한 고무 재료를 이용하여 가드 밸브 바디를 제조할 경우에는 사출 공정만 이용할 수 있다. 이 때 사출공정은 ① 소재계량, ② 사출 금형내 소재 사출, ③ 가류, ④ 냉각, ⑤ 금형 개폐 및 ⑥ 제품 탈형 공정으로 이루어지며, 성형 작업시간이 일반적으로 5분~5분30초 정도 소요된다.
반면, 본 발명에 의한 열가소성 엘라스토머 소재를 사용하여 블로우(Blow) 성형 공정을 거치게 되면 ① 소재 압출, ② 금형 개폐, ③ 냉각 및 ④ 탈형 공정으로 이루어져 가류공정이 필요하지 않기 때문에 30초 이내에 모든 공정을 완료할 수 있으므로, 기존에 일반적으로 사용되는 방법인 사출성형 방법으로 제조할 경우와 비교하여 생산속도를 빠르게 할 수 있다.
또한, 일반적으로 열가소성 엘라스토머의 경우 고무와 대비하여 비중이 적게 나간다. 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무 소재의 경우 비중이 1 이상인 경우가 일반적인 반면, 열가소성 엘라스토머 소재의 경우 0.95~0.96 사이의 비중을 가지고 있어, 열가소성 엘라스토머를 사용할 경우 제품의 경량화가 가능하며, 5~10% 정도의 경량화 효과가 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물은 재활용이 가능하므로, 사출성형 또는 진공성형 등의 방법으로 제품의 제조시 발생되는 버(bur) 및 성형불량품을 실시간으로 분쇄하여 재활용할 수 있어 환경보호 및 비용절감 효과를 제공할 수 있다.
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 브레이크 시스템에 사용되는 가드 밸브 바디를 제조하였다.
구 분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
EPDM 70 80 100 80 90
고결정성 호모 PP 60 60 90 70 80
고결정성 블록 코폴리머 30 10 30 20 20
폴리올레핀 엘라스토머 20 15 15 10 10
파라핀계 오일 90 80 120 100 110
퍼옥사이드 가교제 0.6 0.4 0.8 0.6 0.7
산화방지제 0.5 0.4 0.8 0.6 0.7
무기필러 20 20 25 20 25
폴리프로필렌계 왁스 0.3 0.3 0.4 0.3 0.4
이 때, 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 제조는 32mm 이축압출기를 사용하여 제조하였으며, 시간당 압출량은 15kg, 압출기 설정온도는 190~220℃를 유지하였다. 또한 구체적으로 하기의 제품을 사용하여 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머를를 제조하였다.
- EPDM : 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머, SK사 S5206F, Moony Viscosity 62
- 고결정성 호모 폴리프로필렌 : SMT사 HS120, 용융지수 1.5g/min, 밀도 0.91g/㎠
- 고결정성 블록 코폴리머 폴리프로필렌: KPIC사 BP2000, 0.25g/min, 밀도 0.91g/㎠
- 폴리올레핀 엘라스토머 : 엑손모빌사 Vistamaxx, 용융지수 2.0g/min, 밀도 0.87g/㎠
- 파리핀계 오일 : SJC사 KL1100, 밀도 0.84g/㎠, 동점도(40℃) 200.9
- 퍼옥사이드 가교제 : Atochem사 Luperox 101-50D, 순도 50%, 비중 1.08.
- 산화방지제 : 송원산업사 S1010, 분자량 1,100, 녹는점 110℃이상
- 무기필러 : OMY사 탄산칼슘, 밀도 2.5g/㎠, 백색도 95% 이상
- 폴리프로필렌계 왁스 : 라이온켐텍 500 시리즈, 밀도 0.89g/㎠, 연화점 161~163℃
[시험예] 제품 물성, 내오존성, 내구성 평가
상기 참고예에서 제조한 실시예 1~2 및 비교예 1~3의 가드 밸브 바디의 기본물성, 내열물성, 내유성, 내오존성, 블로우 성형성 및 내구성을 평가하였다.
구체적으로 내열물성은 120℃에서 70시간 경과 후의 물성 측정하였다. 또한 내오존성은 오존 농도 50pphm, 40℃에서 100시간 경과 후 외면 크랙 유무를 확인하였다. 결과는 매우 좋음(◎), 좋음(○), 보통(△), 좋지 않음(×)으로 평가하였다. 또한 내구성 평가는 완제품을 30,000회 왕복내구 평가 후 제품 파열 유무를 확인하였다.
내유성 평가 방법는 ASTM NO.3 오일(Oil)에서 시험온도 120℃, 70시간 침적 후 부피변화를 측정하였다.
평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 비교예1 비교예2 비교예3 실시예1 실시예2
기본
물성		 경도(Shore A) 84 83 92 85 88
인장강도(kgf/㎠) 64 65 100 74 84
파단신율(%) 260 280 500 450 480
인열강도(kgf/㎝) 21 25 52 31 34
내열
물성
①		 경도 변화율(%) +10 +15 -1 +1 +1
인장강도 변화율(%) -10 -10 -5 -7 -1
신율 변화율(%) -25 -20 -20 -9 -1
C/Set 변화율(%) -16 -15 +4 +2 +3
내유성(체적 변화율,%) +10 +20 +7 +3 +1
내오존성② △ × ○ ◎ ◎
블로우 성형성 × × △ ○ ◎
내구평가③ NG NG NG OK OK
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본원발명에 의한 가드 밸브 바디는 강도가 우수하고, 블로우 성형이 가능하며, 특히 내오존성 및 내구성이 뛰어나다.
도 1은 차량용 브레이크 부스터 시스템과 가드 밸브 바디에 본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물을 적용시킨 것을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 열가소성 엘라스토머 조성물을 차량용 가드 밸브 바디로 적용하기 위한 제품의 모양을 나타낸 것이다.

Claims (4)

  1. 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 80~90중량부, 폴리프로필렌 90~110중량부, 폴리올레핀 엘라스토머 5~10중량부, 고점도 파라핀계 오일 100~110중량부, 퍼옥사이드 가교제 0.5~0.8중량부, 산화방지제 0.5~0.8중량부, 무기 필러 20~25중량부, 기타 첨가제 0.3~0.5중량부를 함유하는 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 고 결정성 호모 폴리프로필렌 60~70중량부와 용융지수(230℃, 2.16kg)가 0.5g/10min 이하인 고 결정성 블록 코폴리머 20~30중량부를 블랜드하여 제조한 것임을 특징으로 하는 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기타 첨가제는 폴리프로필렌계 왁스임을 특징으로 하는 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물.
  4. 제 1항의 조성물을 사용하여 제조한 가드 밸브 바디.
KR1020090096670A 2009-10-12 2009-10-12 가드 밸브 바디용 열가소성 엘라스토머 조성물 KR101154879B1 (ko)

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