KR101179909B1 - 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물은, 니트릴 함량이 19% 내지 25t%이고, 폴리머 포화도 함량이 97% 이상인 HNBR 고무로 이루어진 폴리머와, 에스테르 및 에테르를 포함하는 가소제와, 디페닐아민(diphenylamine)를 포함하는 노화방지제를 포함한다.

Description

차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물{Rubber components of thermostat o-ring of vehicle}

본 발명은 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 엔진과 라디에이터 사이에 설치되어 있으며, 엔진 내부의 온도를 자동으로 조절하는 써머스탯에 적용되는 오일의 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 써머스탯은 냉각수 순환라인의 도중에 설치되는 것으로, 냉각수의 온도가 높을 때는 개방되어 엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터 측으로 흐르도록 유도하고, 냉각수의 온도가 낮을 때는 차단되어 냉각수가 엔진 내부를 재순환되도록 유도하므로서, 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 최적의 상태로 조절하는 것이다.

일반적인 써모스탯은 냉각수 온도가 일정온도 이상이면 펠릿 내부에 수용된 왁스가 팽창하여 밸브를 개방시킴으로써, 엔진측의 냉각수가 라디에이터측으로 순환될 수 있도록 하고, 냉각수 온도가 일정온도 이하이면 펠릿 내부의 왁스가 수축하면서 스프링의 탄성에 의해 밸브가 닫혀서 냉각수가 엔진 내부를 재순환할 수 있도록 한다.

또한, 써모스탯은 오링을 포함한다. 상기 오일은, 상기 써모스탯의 사용시간이 장기화됨에 스핀들을 따라 상하운동을 하는 가이드의 외경과 스핀들의 외경 사이의 틈으로 이물질의 유입 및 냉각수가 누수되는 것을 방지한다.

상기 써모스탯용 오링은 폴리머로 수소첨가 니트릴고부(HNBR)를 사용한다. 상기 써모스탯용 오링은 엔진 과열에 대비한 내열성이 요구된다. 따라서 HNBR은 우수한 내열성을 위하여, 니트릴 함량을 30 내지 60w%으로 조절하였다.

그런데, 최근에는 이상기온으로 인한 혹한 발생이 잦다. 또한, 혹한 지역으로 차량의 수출이 증대되었다. 이에 따라서, 저온성 또한 가혹한 조건, 예를 들어 -40℃에서 내구성을 가져야 한다.

즉, 써모스탯용 오링은 내열성과 함께 저온 유연성이 동시에 요구된다. 종래의 HNBR 고무는 내열성은 우수한 반면, 저온 유연성이 좋지 않다는 문제점이 있다.

저온성 향상을 위하여 HNBR고무에서 니트릴 함량을 낮추는 방안을 고려할 수 있으나 이 경우에는 내열성이 열화된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 내열성 및 저온유연성을 동시에 만족할 수 있는 써머스탯용 오링의 고무 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물은, 니트릴 함량이 19% 내지 25t%이고, 폴리머 포화도 함량이 97% 이상인 HNBR 고무로 이루어진 폴리머와, 에스테르 및 에테르를 포함하는 가소제와, 디페닐아민(diphenylamine)를 포함하는 노화방지제를 포함한다.

이 경우, 상기 노화방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가질 수 있다.

또한, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가질 수 있다.

또한, 구아니딘류 및 디아민류로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 가지는 가교제를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은, 충진보강제, 가공조제, 가교조제, 가교제, 가소제를 더 포함하고, 상기 노화방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가지고, 상기 충진보강제는 상기 폴리머 100중량부 대비 50 내지 70 중량부를 가지고, 상기 가공조제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고, 상기 가교조제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 3 중량부를 가지고, 상기 가교제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 가지며, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가질 수 있다..

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 조성물로 제조된 차량의 써머스탯용 오링은 내열성 및 저온유연성을 동시에 만족함으로써, 혹한 조건 및 고온 조건에서 동시에 적용할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 써머스탯용 오링용 고무 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 써머스탯용 오링용 고무 조성물은 폴리머와, 가소제와, 노화방지제를 포함한다.

폴리머는 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합 고무(HNBR)로 이루어진다. 이 경우, 니트릴 함량이 19중량% 내지 25중량%이고, 폴리머 포화도 함량이 97중량% 이상인 것이 바람직하다.

니트릴 함량이 25%을 초과하는 경우에는 저온성이 열화된다. 니트릴 함량이 19% 미만인 경우에는 내열성이 열화된다. 본 발명에 따르면, 니트릴 함량을 낮춤으로써, 저온 유연성을 향상시킨다.

이와 더불어, 내열성을 열화시키지 않기 위해서 폴리머 포화도 함량을 많게 한다. 즉, 폴리머 포화도(saturation) 함량과 내열성은 비례관계를 가지고 있다. 본 발명에서는 폴리머 포화도 함량을 97% 이상으로 함으로써, 내열성을 향상시킨다.

가소제는 에테르 및 에스테르를 포함한다. 본 발명의 적용되는 가소제는 고무의 가공성을 개선하는 동시에 제품에 유연성을 부여하기 위해 가해지는 물질이다. 본 발명에서는 가소제에 에스테르 및 에테르를 포함시킴으로써 저온 유연성을 보다 향상시킨다.

이 경우, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비, 5 내지 15 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 가소제가 15 중량부를 초과하는 경우에는 가공성이 좋지 않게 된다.

가소제를 첨가함으로써 저온성을 향상시킨다. 하지만, 완제품의 사용조건이 고온일 경우에는 휘발되어 저온성 향상의 효과가 약해질 수 있다. 에테르/에스테르계 가소제는 통상의 헥산디오산계보다 휘발성이 상대적으로 낮으며　이의 첨가를 통하여 보다 더 저온성 향상의 효과를 볼 수 있다.

노화 방지제는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 노화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다. 본 발명에서는 노화 방지제로 디페닐아민(diphenylamine)계를 포함한다.

디페닐아민은 암모니아의 두 개 수소를 메틸기로 치환한 이차 아민 화합물이다. 디페닐아민은 상기 폴리머에 첨가되어서 내열성을 향상시킨다. 상기 노화 방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 니트릴 함량이 낮은 폴리머를 사용하여 저온 유연성을 개선하고, 포화도가 높은 폴리머를 사용함과 동시에 노화방지제를 디페닐아민계로 적용함으로써 내열성이 개선된다.

한편, 본 발명은 충진보강제, 가공조제, 가교조제, 가교제를 더 포함할 수 있다.

충진보강제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 이 경우, 상기 충진보강제는 상기 폴리머 100중량부 대비 50 내지 70 중량부를 가지는 것이 바람직하다.

가공조제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 본 발명에서는 가공조제로 에스터(ester)류를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 에스터류를 포함하면 방청성이 우수해진다. 이 경우, 상기 가공조제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지는 것이 바람직하다.

가교조제는 고무 조성물의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 본 발명의 가교조제는 스테아린산을 적용할 수 있으며, 이 경우 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 3 중량부를 가질 수 있다.

가교제(cross-linking agent)는 고무 조성물을 구성하는 단량체들을 상호 가교(cross-link)하는 기능을 한다. 본 발명에서는 가교제로서 과산화물 가황계를 사용하지 않는다. 이는 폴리머의 사슬의 포화도가 매우 높음으로써 과산화물 가황제를 적용하는 대신 구아니딘/디아닌 가황계를 사용함으로써, 보다 우수한 내열성 및 내오존성을 부여할 수 있기 때문이다. 이 경우, 상기 가교제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물이 종래의 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물보다 저온 유연성이 우수함과 동시에 내열성 또한 우수하다는 것은 아래 표 1과 표 2에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있다.

표 1은 본 실험에서 사용된 본 발명에 따른 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물(이하, “실시예”라고 칭한다.) 및 종래 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물(이하, “비교예”라고 칭한다.)를 구성하는 물질을 비교하여 나타낸 것이다.

실시예는, 폴리머로 니트릴 함량이 21%이고, 포화도가 97%인 HNBR 고무를 적용하였고, 노화방지제로는 4,4’-디메틸벤젠 디페닐아민을 적용하였다. 또한 가교제로 헥사메틸렌-디아민카바메이트(hexamethylene-diamine carbamate) 및 디-오-토릴구아니딘(d-o-tolylguanidine)을 적용하였으며, 가소제로는 에테르 에스터를 적용하였다.

이와 대비되는 비교예의 경우에는, 폴리머로 니트릴 함량이 44%이고, 포화도가 85%인 HNBR 고무를 적용하였고, 노화방지제로는 파라핀 왁스와, 2-머캡토벤지미디아졸(2-Mercaptobenzimidiazole)을 적용하였고, 가교제로 퍼옥사이드 (peroxide)를 적용하였으며, 가소제로는 헥산디오산계를 적용하였다.

즉, 실시예는 폴리머의 니트릴 함량이 낮고, 포화도가 높다. 또한, 노화방지제로 디페닐아민(diphenylamine)을 적용하며, 가교제로 구아니딘/디아민 가황계를 적용하였다.

구성성분(중량부)		비교예	실시예
폴리머	Zetpol 10201)	100	0
	ZPT 1372)	0	100
충진제	N7743 )	50	0
	N5504 )	0	60
노화방지제	TMQ5 )	1	1
	SUNTIGHT R6 )	2	0
	MB7 )	0	1
	NAUGARD 4458)	0	2
가공조제	RL2109 )	1	1
가교조제	PB B-300010)	2	0
	Stearic Acid11 )	1	2
	Zno KS-212)	5	0
가교제	DCP13 )	5	0
	DIAK NO.114)	0	2
	DT15 )	0	2.5
가소제	RS10716 )	5	5
	RS73517 )	0	5
1) Zetpol 1020 : HNBR(니트릴함량:44%/포화도:85%), ZEON 2) ZPT 137 : HNBR(니트릴함량:21%/포화도:97%) 3) N774 : Carbon, DCC 4) N550 : Carbon, DCC 5) TMQ : 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline, Flexsys 6) SUNTIGHT R : Paraffin wax, 삼전화공 7) MB : 2-Mercaptobenzimidiazole, 大來新興 8) NAUGARD 445 : 4,4'-Di(dimethylbenzyl)diphenylamine, Uniroyal 9) RL210 : Ester 화합물, TOHO CHEMICAL 10) PB B-3000 : 1.2 Poly Butadine, NIPPON SODA 11) Stearic Acid : 스테아린산, NATOLEO 12) ZnO KS-2: 산화아연(Zinc oxide), SBC 13) DCP : Dicumyl Peroxide, NOF 14) DIAK No.1 : Hexamethylene-diamine carbamate, DUPONT 15) DT : Di-o-tolylguanidine , 대내신흥 16) RS107 : bis[2-(2-butoxyethoxy)ethyl] hexanedioate, ADK 17) RS735 : Ether Ester, ADK

표 2는 내열 시험, 저온회복시험 및 단열 열충격 시험 결과 상기 실시예와 비교예의 물성을 비교 표시한 표이다. 이 경우, 내열시험은 150℃의 주위 분위기에서 500시간 노출시킨 다음 그 경도 변화를 관찰하였으며, KS M 6518의 규격을 만족하였다.

저온회복시험은 저온 영역에서의 변형 회복성을 시험하는 것으로 TR-10 내한성 시험을 행하였다. TR-10은 미리 가해놓은 50%의 변형이 10% 회복할 때의 온도를 측정하는 시험을 말하는 것으로 메탄올을 침적시킨 상태에서 행하였다.

단열 열충격시험은 제품 조립상태에서 열충격을 가했을 때 누수가 있는지 여부를 판단하는 시험이다. 이 경우, 챔버온도는 130℃×3h 및 40℃×2h를 번갈아가며 하였고, 냉각수온도조건은 130℃×3h및 정지×2h를 번갈아가면서 하였다.

엔코더 베이스는 경도 스펙에 맞추어서 제품이 완성되며, 이에 따라서 시험에서 그 경도변화가 작을수록 우수하게 된다. 본 시험 결과 내열 시험에서, 비교예의 경우 경도 변화가 +20으로 그 변화가 심한 것을 알 수 있으나, 이에 반하여 실시예의 경우 경도 변화가 +9로 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 -35℃로, 비교예의 -23℃보다 저온에서 회복 가능하다. 이를 통하여 실시예는 내열성 및 저온 회복성이 동시에 우수함을 알 수 있다.

이런 결과, 제품의 단열 열충격 시험을 통하여, 누수 여부를 시험해 보면 실시예의 경우 오일의 누수가 일어나지 않음에 비하여, 비교예의 경우 오일의 누수가 일어남을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물은 비교예에 비하여 내열성이 우수한 동시에, 저온성 또한 우수하다.

항 목		실시예	비교예	관련규격
내열 시험 150℃×500h	경도변화(PTs)	+9	+20	KS M 6518
저온회복시험 TR-10 (methanol 침적)	회복 온도(℃)	-35	-23	KS M 6518
단품 열충격시험 (-40℃~130℃)	No Leak	No Leak	Leak	챔버온도조건 130℃×3h↔40℃×2h 냉각수온도조건 130℃×3h↔정지×2h 목표 회수/시간 250cycle/1250h

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.

Claims (5)

1. 니트릴 함량이 19중량% 내지 25중량%이고, 폴리머 포화도 함량이 97중량% 이상인 HNBR 고무로 이루어진 폴리머;
   에스테르 및 에테르를 포함하는 가소제;
   디페닐아민(diphenylamine)를 포함하는 노화방지제; 및
   구아니딘류 및 디아민류로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 가지는 가교제;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노화방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   충진보강제, 가공조제, 가교조제, 가교제, 가소제를 더 포함하고,
   상기 노화방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가지고, 상기 충진보강제는 상기 폴리머 100중량부 대비 50 내지 70 중량부를 가지고, 상기 가공조제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고, 상기 가교조제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 3 중량부를 가지고, 상기 가교제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 가지며, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 15 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 써머스탯 오링의 고무 조성물.