KR101373121B1 - 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물 - Google Patents

하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물을 개시한다. 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물은: 에틸렌 성분이 55w% 내지 60w%인 EPDM 소재로 이루어지며 무가공유 배합된 폴리머; 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 갖는 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)로 이루어진 가교제; 상기 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 2 중량부를 갖는 트리알릴 이소시아누레이드(Triallyl Isocyanurate)로 이루어진 부가교제; 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 2 중량부를 갖는 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-Trimethyl-1,2-dihyroquinoline)으로 이루어진 내열노화방지제; 및 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부를 갖는 카본 블랙으로 이루어진 충진제; 를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물{Rubber composition of gasket for inverter case of a hybrid vehicle}
본 발명은 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 하이브리드 차량의 절연패킹부재의 고무 조성물에 관한 것이다. .
하이브리드(hybrid) 차량은 내연차량에 비해 유해가스 배출량을 줄이고 연비를 향상시킨 환경자동차로서, 기존 자동차에 사용되던 내연기관 엔진에 전기 모터를 결합한 형태를 말한다. 기존 자동차의 에너지 손실은 대부분 교통 혼잡에 따른 공회전 시간과 차량 정지시 발생하는데 하이브리드 시스템은 이 같은 가솔린 또는 디젤 엔진의 단점을 보완해, 저속에서는 충전된 이차전지의 전기에너지를 이용하고, 고속에서는 내연기관을 이용함으로써, 효율성을 극대화시킨 것이다.
이 경우, 이차전지의 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터가 사용될 수 있다. 상기 인버터는 운용시 내부 압력과 발열이 발생하므로, 이를 제어할 필요가 있다.
하이브리드 차량의 인버터에서는 공냉식으로 온도를 제어할 수 없으므로, 수냉식 인버터가 개발되고 있다. 즉, 상기 수냉식 인버터는 인버터 본체의 외곽에 냉각수가 흐르는 케이스가 상기 인버터 본체와 일체화되어 있다.
따라서, 상기 인버터 케이스와 인버터 본체 사이에 냉각수에 대한 씰링성이 유지되어야 하고, 내압에 대한 씰링 및 전기절연의 기능을 만족하여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인버터 케이스와 인버터 본체 사이에 냉각수에 대한 씰링성이 유지시킴과 동시에, 내압에 대한 씰링 및 전기절연의 기능을 만족하는 하이브리드 차량에 사용되는 인버터 케이스용 가스켓의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물은: 에틸렌 성분이 55w% 내지 60w%인 EPDM 소재로 이루어지며 무가공유 배합된 폴리머; 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 갖는 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)로 이루어진 가교제; 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 2 중량부를 갖는 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-Trimethyl-1,2-dihyroquinoline)으로 이루어진 내열노화방지제; 및 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부를 갖는 카본 블랙으로 이루어진 충진제; 를 포함한다.
상기 폴리머의 무니 (Mooney) 점도가 25 MU(ML 1 + 4/100 ℃)일 수 있다.
이 경우, 상기 EPDM은 에틸렌 성분이 58wt%이고, ENB(ethylidene norbornene) 성분이 4.7 wt%일 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각수에 대한 씰링 특성이 우수하게 되고, 이온 용출 등이 발생하지 않으며, 내압에 대한 씰링 및 전기절연기능을만족하는하이브리드 차량에 사용되는 인버터 케이스용 가스켓이 제조 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물은,
에틸렌성분이55wt% 내지 60wt%, 보다 바람직하게는 58w%인 EPDM 소재로 이루어지며, 가공유 없이 배합된다. 이 경우, 상기 EPDM의 (Mooney) 15 내지 35 ML 1 + 4/100 ℃)인 EPDM 소재로 이루어질 수 있다.
EPDM은 에틸렌과 프로필렌 및 약간의 디엔 성분과의 3원 중합체로서, 내노화성, 내오존성, 내약품성 및 내열성이 우수하다. 이 경우, 상기 EPDM은 이온이 용출되지 않고, 전기절연성이 우수하여야 한다. 이를 위하여, 본 발명에 적용되는 EPDM은 (Mooney) 가 15 내지 35 ML 1 + 4/100 ℃), 보다 바람직하게는 25 ML 1 + 4/100 ℃)일 수 있다.
(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.
EPDM의 점도가 25 MU로서 낮은 점도를 가진다. 이에 따라서 가공유없이 배합이 가능하게 됨으로써, 금속 또는 이온 용출 성분을 포함하지 않게 된다.
이 경우, 상기 EPDM은 에틸렌(ethylene) 성분이 50wt% 내지 65wt%, 보다 바람직하게는 55w% 내지 60w%이고, ENB(ethylidene norbornene) 성분이 3wt% 내지 6wt%일 수 있다. ENB는 디엔의 모노머의 일종으로서 황 가황이 가능하도록 소량 첨가된다. 이러한 성분으로 제조시에, 저온 특성 및 전기적 특성이 우수하게 된다.
이 경우, EPDM으로 ㈜금호폴리켐의 KEP 2320 제품을 사용할 수 있다. 상기 KEP 2320 제품은 에틸렌 성분이 58wt%이고, ENB 성분이 4.7wt%이다.
배합제는 이온 용출 성분을 가지지 않는 성분으로 이루어진다. 이에 따라서 가스켓과 냉각수가 반응하여 나오는 이온 용출에 의하여 가스켓의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 배합제는, 순도가 95% 이상의 퍼옥사이드(peroxide) 계열의 가교제와, 입자경이 40내지 60nm인 카본블랙 FEF로 이루어진 충진제를 포함할 수 있다.
가교제(cross-linking agent)는 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 하는 것으로, 가황제라고도 불린다. 퍼옥사이드 계열의 가교제의 순도가 95%이상이다. 이에 따라서 순도가 낮은 퍼옥사이드 계열의 가교제를 사용하여 제작된 EPDM 고무에서 용출되는 칼슘, 규소 이온이 용출되지 않는다. 주 가교제의 순도가 98% 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 주 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)일 수 있다. 이 경우, 본 발명은 디큐밀 퍼옥사이드로서 ㈜NOF의 PERCUMYL D제품을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 주 가교제는 폴리머 100phr 대비 5 내지 10 phr일 수 있다.
한편, 본 발명은 부 가교제를 포함할 수 있다. 상기 부 가교제는 가황력을 촉진시키고, 가교 밀도를 향상시키며, 낮은 압축영구줄음율을 향상시키기 위함이다.
이 경우 상기 부 가교제로서는, 순도 95% 이상의 트리알릴 이소시아누레이드(Triallyl Isocyanurate)일 수 있다. 상기 트리알릴 이소시아누레이드의 순도가 95% 이상으로, 칼슘, 규소 이온이 용출되지 않는다. 보다 바람직하게는 이소시아누레이드의 순도가 98% 이상인 것이 금속 이온 용출이 발생하지 않는다. 본 발명에서는 순도 98%이며 ㈜NIPPON KASEI CHEM.의 TAIC 제품을 사용할 수 있다.
한편, 충진제는, 입자경이 40 내지 60nm인 카본블릭 FEF로 이루어질 수 있다. 카본 블랙은 가스켓으로서의 요구 물성치, 예를 들어 경도, 인장강도 등을 조절하기 위함이다. 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.
이 경우 카본블랙은 입자경이 작은 것이 요구된다. 입자경이 작을수록 전기절연성이 우수하다. 그러나 입자경이 아주 작은 것은 보강효과에 높아 적은 양에도 높은 경도가 발현되고, 이에 따른 씰링 효과가 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명에 적용되는 카본 블랙은 FEF인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 입자경이 40nm 내지 60nm인 것이 바람직하다. 상기 충진제는 폴리머 100phr 대비 5 내지 40phr일 수 있다.
또한, 전기절연성을 위하여 실리카 계열의 충진제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 실리카 계열의 충진제는 세라믹(SiO2·Al2O3)으로서, 폴리머 대비 5 내지 40phr, 보다 바람직하게는 10 내지 15phr 을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명은 내열노화방지제를 더 포함할 수 있다. 내열노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다. 본 발명에서는 내열노화방지제가 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-Trimethyl-1,2-dihyroquinoline)일 수 있다. 상기 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린은 내열성과 내굴곡성 및 내오존성이 우수하고, 고무와 상용성도 좋아 블루밍(BLOOMING)이 없고, 고무의 스코치(Scorch)에 대한 영향이 없다는 장점이 있다. 상기 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린은 폴리머 100phr 대비 1 내지 2 phr일 수 있다.
즉, 폴리머에 대한 각 배합제의 함량은, 상기 상기부가교제는 0.1 내지 2phr이며, 내열노화방지제가 1 내지 2phr인 것이 바람직하다.
종래의 EPDM 고무는 하이브리드 차량의 인버터 케이스의 가스켓으로 적용 불가능하였다. 이는 EPDM에 널리 사용되는 가교조제들인 ZnO, MgO, TiO2, Ca(OH)2 등으로 인하여, 냉각수에서 금속이온의 용출이 발생되기 때문이다.
본 발명의 가스켓 고무 조성물은, 저온 특성 및 전기적 특성이 우수한 EPDM을 폴리머로 함과 동시에, 금속 이온 용출이 되지 않는 배합제로 이루어진다. 이에 따라서 냉각수의 오염을 방지함과 동시에, 전기절연성 및 압축영구줄음율이 우수하다. 특히, 종래의 EPDM 고무에 적용하지 않았던 입자크기 및 순도를 가진 배합제를 사용하여, 인버터에 적용 가능하게 되었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물의 성질을 각종 테스트한 결과를 설명한다.
표 1은 본 발명에 적용된 가스켓의 고무 조성물(이하, "실시예")의 구성 성분을 나타낸다.
구성성분(중량부) 실시예
폴리머 Ethylene content 58% EPDM POLYMER
(ENB contents 4.7%)		 100
충진제 N550(FEF) 30
SiO2·AL2O3(Nyad#400) 20
내열노화방지제 TMQ(2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 2
가공조제 Stearic acid 2
가교제 DCP 5
TAIC 2
표 1에 기재된 바와 같이, 가공유 없이 가스켓을 제조하였고, 폴리머는 EPDM으로 ㈜금호폴리켐의 KEP 2320 제품을 사용하였다. 상기 KEP 2320 제품은 에틸렌 성분이 58wt%이고, ENB 성분이 4.7wt%이다. 내열노화방지제는 FLEXSYS사의 TMQ제품을 사용하였다.
그 결과 표 2에 도시된 바와 같이, 실시예의 경도가 70 (shore A), 인장강도가 160kgf/㎠, 신율이 300%으로 우수함과 동시에, 내열성 및 내부동액성 및 전기절연성이 우수한 것으로 나타났다.
Compound 실시예
기본물성 경도(Shore A) 70
인장강도(kgf/㎠) 160
신율(%) 300
압축영구줄음률(%) 130℃ 70h 공기중 14
LLC(부동액) 25
내열성
130℃ 70h		 경도변화(point) +1
인장강도 변화율(%) -20
신율변화율(%) -30
내부동액성(LLC:H2O=5:5)
130℃ 70h		 경도변화(point) -2
인장강도 변화율(%) -20
신율변화율(%) -20
체적변화율(%) +3.0
전기절연성 Resistance of Volume(Ωcm) 4.5 X 1010
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 (4)

  1. 에틸렌 성분이 55wt% 내지 60wt%인 EPDM 소재로 이루어지며 무가공유 배합된 폴리머;
    상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부를 갖는 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)로 이루어진 가교제;
    상기 폴리머 100 중량부 대비 0.1 내지 2 중량부를 갖는 트리알릴 이소시아누레이드(Triallyl Isocyanurate)로 이루어진 부가교제;및
    상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 2 중량부를 갖는 2,2,4-트리메탈-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-Trimethyl-1,2-dihyroquinoline)으로 이루어진 내열노화방지제; 및
    상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부를 갖는 카본 블랙 및 상기 폴리머 100 중량부 대비 5 내지 40중량부를 갖는 세라믹(SiO2·Al2O3)으로 이루어진 충진제;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    무늬(Mooney)점도가 25 (ML 1 + 4/100 ℃)인 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 EPDM은 에틸렌 성분이 58wt%이고, ENB(ethylidene norbornene) 성분이 4.7 wt%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 인버터 케이스용 가스켓 고무 조성물.
  4. 삭제
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