KR101306674B1 - 트랜스미션용 오링의 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트랜스미션용 오링의 고무조성물을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 트랜스미션용 오링의 고무조성물은, 무니 (Mooney) 점도가 24 내지 34 MU(ML 1 + 4/100 ℃)이며, 카르복실계 타입의 아크릴 공중합 고무(ACM: Polyacrylate Elastomer)이루어진 100중량부의 폴리머와, 입자경이 40 ∼ 48 mm이고, 30 내지 50 중량부인 카본블랙(FEF) 및 입자경이61 ∼ 100 nm이고, 5 내지 20 중량부인 카본블랙(SRF)을 포함하는 충전제를 포함한다.

Description

트랜스미션용 오링의 고무조성물{Rubber composition of O-ring for transmission}
본 발명은 트랜스미션용 오링의 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 자동변속기에 장착되어 누유를 방지하는 동시에 클러치(Clutch)의 유압을 전달하는 오링의 고무조성물에 관한 것이다.
트랜스미션은 자동차의 구동력을 변환시켜주는 장치로써 여러 가지 금속의 기계 요소들이 축 위를 이동하여 맞물리면서 작동하게 된다. 이 경우 금속제들은 마찰과 마모, 발열 등이 발생하게 되는데 이런 문제점들을 해결하기 위하여 변속기 오일을 필요로 하게 되며, 이러한 변속기 오일의 누유를 방지하고, 외부 이물질이 침입하는 것을 방지하는 고무 제품을 트랜스미션용 오링(O-Ring)이라 한다.
트랜스미션용 오링은 100~150 ℃의 고온의 오일에 노출되고 클러치의 유압을 전달해야 하므로 내열성과 내유성(Transmission Fluid에 견디는 성질)이 우수해야 하고 내압성도 요구되는 부품이다. 더구나 최근에 자동차 부품이 경량화 및 소형화되고 자동차의 품질보증 기간이 연장됨에 따라 업계에서는 증가된 열 부하에도 잘 견딜 수 있고, 장기간 사용하여도 품질이 저하되지 않는 내열성, 내압성 및 내유성이 향상됨과 동시에, 압축영구줄음율 및 저온성이 향상된 트랜스미션용 오링을 요구하고 있다.
종래의 트랜스미션용 오링은 염소계 타입의 폴리머를 사용하였다. 그런데, 상기 염소계 타입의 폴리머는 저온성이 열화된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 포함한 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내열성, 내유성, 압축영구줄음율 및 저온성이 동시에 향상되는 트랜스미션용 오링의 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스미션용 오링의 고무조성물은, 무니 (Mooney) 점도가 24 내지 34 MU(ML 1 + 4/100 ℃)이며, 카르복실계 타입의 아크릴 공중합 고무(ACM: Polyacrylate Elastomer)이루어진 100중량부의 폴리머와, 입자경이 40 ∼ 48 mm이고, 30 내지 50 중량부인 카본블랙(FEF) 및 입자경이61 ∼ 100 nm이고, 5 내지 20 중량부인 카본블랙(SRF)을 포함하는 충전제를 포함한다.
이 경우, 본 발명은, 1 내지 5 중량부의 디아미노디페닐에트르를 포함하는 가교제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여, 상기 충전제는 50 내지 70중량부이며, 2-메르캅토 벤지미디아졸(2-mercapto Benzimidazole)을 포함하며, 3 내지 7 중량부 노화방지제와, 에스테르 화합물 및 2,4,6-트리머캅토-ｓ-트리아진(2,4,6-s-triazine)을 포함하며, 0.5 내지 5 중량부의 가공조제를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 아크릴 공중합 고무는, 유리전이온도(glass transition temperature)가 -31℃ 내지 -35℃일 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면 카르복실계 타입의 무니점도가 낮은 폴리머를 채용하여서 저온성이 향상되었고, 이로 인하여 열화되는 내열성, 압축영구줄음율, 내유성은 특유의 배합제를 적용함으로써 향상되었다. 이에 따라서 장기간 사용하여도 품질이 저하되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트랜스미션용 오링의 고무조성물은, 카르복실계 타입의 아크릴 공중합 고무와, 충전제를 포함한다.
카르복실계 타입의 아크릴 공중합 고무는 무니 (Mooney) 점도가 24 내지 34 MU(ML 1 + 4/100 ℃)이다. (ML 1+4/100℃)은 고무의 점도 (Mooney viscosity) 측정 하는 시험 조건을 의미하는 것으로서, 100℃에서 큰 로터(100M)를 사용하여 1분간 예열하여 로터 시동 후 4분의 값을 읽은 값을 의미한다.
ACM 고무의 점도가 24 내지 34 MU로서 낮은 점도를 가진다. 이에 따라서 가공성 및 저온성이 우수해진다. 또한, 가공유없이 배합이 가능하게 됨으로써, 배합제에 금속 또는 이온 용출 성분을 포함하지 않을 수 있다.
통상적으로 ACM 고무는 에틸 아크릴레이트(Ethyl Acrylate(EA)), 부틸아크릴레이트(Buthyl Acrylate(BA)) 그리고 메톡시 에틸 아크릴레이트(Methoxy Ethyl Acrylate(MEA))의 3 가지 성분이 공중합체된다. 이 경우, 상기 부틸아크릴레이트(BA)의 성분을 증가시키면점도를 낮출 수 있다. 이에 따라서 저온성이 향상된다.
즉, 부틸아크릴레이트의 성분을 증가시켜서, 상기 아크릴 공중합 고무의 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 -31℃ 내지 -35℃인 것을 적용할 수 있다.
한편 유리전이온도가 낮은 ACM 고무는 부틸아크릴레이트의 함량이 높아 내유성과 압축영구줄음율이 매우 열악하다. 그러므로 이를 개선하기 위하여 다양한 입자 사이즈의 블랙카본을 포함한 충전제와, 가교제를 사용한다.
ACM 탄성체의 주 쇠사슬 구조는 주 모노머=아크릴산 에스터의 공중합 되풀이 구조로 되는 것으로 포화구조이기 때문에 내열성이 우수하다. 고분자 내에 카르복실산기는 디아민같은 이작용기성 반응에 의해 가교가 가능하며 완전히 포화된 사슬은 우수한 내 오존성, 내열성을 부여하는 반면, 메틸 아크릴레이트기는 내유성을 나타낸다.
따라서, 상기 ACM 고무는 카르복실계 타입의 폴리머를 적용한다. 상기 카르복실계 타입의 폴리머를 적용함으로써, 디아미노디페닐에테르를 가교제로 사용할 수 있다.
가교제(cross-linking agent)는 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 하는 것으로, 가황제라고도 불린다. 상기 디아미노디페닐에테르를 가교제로 사용함으로써 보다 우수한 내열성을 가질 수 있고, 형성성이 우수하게 된다.
본 발명에서 사용된 가교조제는 디아미노디페닐에테르 50%짜리의 마스터 뱃지 type을 적용할 수 있다. 이는 또한 가교 시간을 늦춰줌으로써 압출 성형시 발생하는 스코치를 방지할 수 있다.
상기 가교제로는 통상적으로 황(Sulfur) 등을 사용하고 가교제의 작용을 보조하는 스테아르 산(Stearic acid) 등을 함께 사용할 수 있다. 상기 스테아르 산은 폴리머 100 중량부 대비, 1 ∼ 5 중량부일 수 있다.
충전제는, 기계적 강도를 보충하고 내압성 등의 물성을 보완하기 위한 것인데, 카본블랙(FEF)과, 카본블랙(SRF)를 포함한다. 카본블랙(FEF)은 입자경이 40 ∼ 48 mm이고, 카본블랙(SRF)입자경이61 ∼ 100 nm이다.
카본블랙 FEF는 ASTM(AMERICAN STANDARD TEST METHOD)에 따라 분류할 때 양압출성(Fast Extrusion Furnace)을 의미하고 그 입자경은 40 ∼ 48 nm에 해당된다. 카본블랙 FEF는 압출 및 몰딩 등의 작업성이 우수하게 된다.
카본블랙 SRF는 ASTM에 따라 분류할 때, 중보강성(Semi Reinforcing Furnace)을 의미하고, 그 입자경은 61 ∼ 100 nm에 해당한다.
카본 블랙 FEF와 카본블랙 SRF를 혼합함에 따라서, 공극이 줄어듦에 따라 인장강도 및 신율이 향상된다. 인장강도와 신율은 반비례 관계를 가지며, 두 가지 물성이 동시에 향상시키는 방법이 가장 이상적이고 바람직하다.
이 경우, 카본블랙 FEF는 폴리머 100중량부 대비 30 내지50 중량부이고, 카본블랙 SRF 5 내지 20 중량부인 것이 바람직한데, 그 이유는 입자경이 큰 SRF 사이의 공극을 입자경이 적은 FEF로 채워 두가지 물성을 향상시키는 가장 이상적인 조합이기 때문이다.
배합제는 금속 성분이나 이온 용출 성분을 가지지 않는 성분으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명은 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다.
상기 노화방지제로는 디페닐아민(Diphenylamine), 2-메르캅토메틸벤즈이미다졸(2-mercaptomethylbenzimidazole) 등을 사용할수 있으며, 상기 폴리머 100 중량부에 대해 3 ∼ 7 중량부를 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명은 가공조제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 가공조제는 에스테르 화합물 및 2,4,6-트리머캅토-ｓ-트리아진(2,4,6-Trimercapto- s-triazine)을 포함하며, 0.5 내지 5 중량부를 가질 수 있다.
본 발명의 저온성이 우수한 ACM을 적용함과 동시에, 압축영구 줄임율 및 내유성을 향상시키기 위하여 다양한 입자 사이즈의 블랙카본과, 카르복실계 타입에 맞는 가교제와, 특별한 가교조제를 사용하였다. 이에 따라서 저온 특성, 내유성 및 압축영구줄음율이 동시에 우수해진다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 트랜스미션용 오링의 고무조성물(이하 편의상 "실시예"라고 칭함.)을 종래의 트랜스미션용 오링의 고무조성물(이하, 편의상 "비교예"라고 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, 폴리머로 무니 점도가 30인 카르복실계 ACM을, 충전제로 N550 및 N770(㈜Tokai carbon)를, 가교제로 3,4-디아미노디페닐에테르 및 스테아린산을, 노화방지제로 디페닐아민, 2-메르캅토메틸벤즈이미다졸을 적용하였다.
반면 비교예는 폴리머로 무니 점도가 50인 활성염소계 ACM을 사용하였고, 가교제로 2.4.6-트리머캡토-에스-트리아진 및 지방산 소다를 사용하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 ACM1 ) 100 0
ACM2 ) 0 100
충전제 N5503 ) 50 40
N7704 ) 0 10
노화방지제 KY-4055) 1 2
MB6 ) 0 2
SUNNOC7 ) 0.3 0
가교제 CLP 50508) 0 2
Stearic Acid9 ) 1 2
TCA10 ) 0.5 0
NS soap11 ) 3.5 0
가공조제 EBS-P12 ) 0 2
RL 21013) 0 2
촉진제 DT14 ) 0 2
1) ACM(1) : 활성염소계, 무니점도가 40, 아크릴 고무
2) ACM(2) : 카르복실계, 무니점도가 30, 아크릴 고무
3) N550: 카본블랙FEF, ㈜Tokai carbon
4) N770: 카본블랙SRF, ㈜Tokai carbon
5) KY-405 : 4-4'-Bis(4-α,α'-dimethyl benzyl) diphenlamine, 선화 인글로벌
6) MB : 2-Mercaptobenzimidiazole, 대내신흥
7) SUNNOC : Selected Special Wax, 대내신흥
8) CLP 5050 : 3,4-diaminodiphenyl ether, ㈜ UNIMATEC
9) Stearic Acid : 스테아린산, 미성 종합 물산
10) TCA : 2.4.6-Trimercapto-S-Triazine
11) Ns soap : 지방산소다, KaO Corp.
12) EBS-P : Ethylene bis Stero Amide, 라이온㈜
13) RL 210 : estsr 화합물, TOHO CHEMICAL
14) DT : DOTG, 대내신흥
표 2는 본 발명의 실시예와 비교예들을 내유 시험과, 내열성 시험과, 압축영구줄음율 시험과, 저온성 시험을 한 결과를 나타낸다.
이 경우, 내열시험은 150℃의 주위 분위기에서 70시간 노출시킨 다음 그 경도 변화를 관찰하였다. 이 경우, 내열 시험, 경도 시험 및 인장강도 시험은 각각 KS M 6518의 규격을 만족하였다.
내압축성을 확인하기 위한 압축영구줄음율 시험은 KS 규격인 KS M 6518(가황고무의 물리적특성 시험방법)의 11항의 규격에 준하여 실시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 고무조성물과 비교예의 고무조성물 시험편을 150℃에서 70시간 방치해두고 압축영구줄음률을 테스트하였다.
그리고, 내한성 시험은 KS M ISO 2921(가황고무의 저온특성측정방법에서 온도수축시험방법(TR시험))의 규격에 준하여 실시한 저온회복시험방법이다. 여기서, 저온회복시험방법이란, 시험편을 실온에서 신장시킨 다음, 신장된 힘을 제거하여도 수축이 일어나지 않게 되는 적절한 저온으로 냉각시킨다. 다음으로, 시험편을 신장시킨 힘을 제거하고 온도를 일정한 속도로 올린다. 마지막으로, 시험편의 일정한 수축률이 일어난 온도를 계산한다. 즉, 실시예와, 비교예의 고무조성물로 이루어진 각각의 시험편을 신장시켜서 저온에서 냉각시킨 후, 온도를 올리면 고무가 탄성을 회복해서 원래의 길이로 줄어들려고 한다. 이 경우, 신장된 부분의 길이를 100으로 볼 때 그 길이의 10%만큼 줄어드는 온도를 측정하는 것을 TR 10이라 한다. 한편, 본 시험에서는 TR 10에 대한 3회에 걸친 측정값의 평균값을 나타낸 것이다. 여기서, TR 10에서의 온도가 낮다는 말은 시험편이 고체 상태로 얼었다가 탄성을 회복해 가는 온도가 더 낮다는 것이므로, 저온성이 더욱 우수하다고 할 수 있다.
기본 물성에서, 실시예의 경도 및 인장강도는 각각 70 Shore A 및 118 Kgf/cm2 로, 비교예의 73 Shore A 및 116 Kgf/cm2 과 거의 같다.
또한, 내열성시험에서, 비교예의 경우 경도변화가 +2 인데 반하여 실시예는 경도변화가 +0으로 실시예가 우수하고, 신율변화에서도 실시예의 경우가 보다 우수한 것을 알 수 있었다.
압축영구줄음율 시험결과를 설명하기에 앞서, 압축영구줄음율이란 일정시간 및 일정온도에서 시험편에 힘을 가한 후, 그 가해진 힘을 제거했을 때 잔존하는 변형율을 나타낸 것이다. 따라서, 압축영구줄음율이 상대적으로 크다는 것은 외력이 작용한 뒤에도 변형이 많이 남아 있다는 것으로, 내압축성이 상대적으로 떨어진다는 것을 의미한다.
압축영구줄음율 시험에서, 실시예의 시험편의 압축영구줄음율은 10% 이다. 그리고, 비교예의 시험편의 압축영구줄음율은 18%이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 고무조성물은 비교예의 고무조성물과는 내압축성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 내한성 시험에서, 비교예의 고무조성물에서 TR 10에 대한 3회에 걸친 측정값의 평균은 영하 28℃이고, 본 발명의 실시예에서 TR 10에 대한 3회에 걸친 측정값의 평균은 영하 35℃이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 고무조성물은 비교예의 고무조성물보다 더욱 낮은 영하 35℃ 도 이하의 온도에서도 트랜스미션용 오링의 성능이 유지됨을 알 수 있다.
내유성의 경우도 실시예와 비교예가 거의 성능이 유사함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 카르복실계 타입의 무니점도가 낮은 폴리머를 채용하여서 저온성이 향상되었고, 이로 인하여 열화되는 내열성, 압축영구줄음율, 내유성은 특유의 배합제를 적용함으로써 향상되었다.
시험조건 비교예 실시예
기본물성 경도(SHORE A) 73 70
인장강도 (kgf/cm2) 116 118
신율 (%) 203 147
비중 1.323 1.298
내열시험 시험조건 150℃ x 70Hrs
경도변화(Point) +2 0
인장강도변화 +9 -11
신율변화 -18 -6
내유시험
ASTM #1		 시험조건 150℃ x 70Hrs
경도변화(Point) +3 0
인장강도변화 +5 -9
신율변화 -14 -16
체적변화율(%) +0.2 +0.5
압축영구줄음율 시험조건 150℃ x 70Hrs
압축영구줄음율(%) 18 10
저온성 시험조건 MeOH
TR-10 -28 -35
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 무니 (Mooney) 점도가 24 내지 34 MU(ML 1 + 4/100 ℃)이며, 카르복실계 타입의 아크릴 공중합 고무(ACM: Polyacrylate Elastomer)이루어진 100중량부의 폴리머;
    입자경이 40 ∼ 48 mm이고, 30 내지 50 중량부인 카본블랙(FEF) 및 입자경이61 ∼ 100 nm이고, 5 내지 20 중량부인 카본블랙(SRF)을 포함하는 충전제; 및
    1 내지 5 중량부의 디아미노디페닐에트르를 포함하는 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 오링의 고무조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여, 상기 충전제는 50 내지 70중량부이고,
    2-메르캅토 벤지미디아졸(2-mercapto Benzimidazole)을 포함하며, 3 내지 7 중량부 노화방지제; 및
    에스테르 화합물 및 2,4,6-트리머캅토-ｓ-트리아진(2,4,6-s-triazine)을 포함하며, 0.5 내지 5 중량부의 가공조제;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 오링의 고무조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 아크릴 공중합 고무는, 유리전이온도(glass transition temperature)가 -31℃ 내지 -35℃인 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 오링의 고무조성물.
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