KR101430430B1 - 자동차 냉각호스용 epdm 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 non-purge 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법에 관한 것으로서, EPDM 100중량부와; 상기 EPDM에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부, 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트 0.6중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 포함하여 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물을 구성하고, 상기 조성물을 이용하여 가황시 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이 자동차 냉각호스를 제조할 수 있게 하여 자동차 냉각호스의 생산 공정의 단축에 따른 생산성 향상과, 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법 {Hoses for car cooling using EPDM composition and the composition method of manufacturing automotive cooling hose NON-PURGE}

본 발명은 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 유기과산화물가류계를 이용한 조성물 배합비로 인해 고온 내열성과 절연성을 동시에 향상시킬 수 있게 함과 동시에 생산 공정을 단축시켜 생산성 향상이 가능케 한 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법에 관한 것이다.

자동차에 적용되는 냉각호스(Coolant Hose)는 자동차의 쿨링시스템을 구성하는 히터나 라디에이터 등에 적용되어 쿨링시스템과 엔진을 상호 연결하여 냉각수 또는 부동액의 순환이 가능하도록 하는 것이다.

상기와 같은 냉각호스는 주로 엔진룸의 전방에 설치되는 라디에이터로 대표되는 쿨링시스템과 엔진을 연결하는 형태로 설치되기 때문에, 엔진룸 내부에 발생하는 고온의 엔진 열에 항상 노출될 뿐만 아니라, 계절적 변화에도 반복 노출되기 때문에 고온 내열성 및 내구성이 필수적으로 요구된다.

또한, 상기 냉각호스는 엔진 또는 엔진룸에 구비되는 각종 전장품으로부터 발생하는 표면전류의 영향을 받게 되는데, 냉각호스의 절연성이 낮을 경우(전기 저항값이 낮은 상태에서 도전되는 것과 같은 상태)에는 엔진 또는 전장품으로부터 발생하는 표면전류의 영양을 받아 미세한 균열이 발생하거나 고무성질의 퇴화에 의하여 냉각호스의 품질과 내구성이 저하되는 현상이 발생하기 때문에 냉각호스의 전기저항값을 높여 절연성을 향상시키는 것이 필요하다.

그럼에도, 냉각호스에 고온 내열성과 절연성이 부족할 경우에는 냉각호스에 균열 또는 퇴화와 같은 제품 이상이 발생함으로써 균열된 틈을 통해서 냉각수가 유출되거나, 균열 또는 퇴화한 부분이 고압으로 유통하는 냉각수의 압력을 견디지 못하고 파열되는 등의 심각한 손상을 초래하게 된다.

위와 같은 냉각호스의 손상이 자동차의 운행 중 발생할 경우에는 냉각수가 원활하게 유통되지 못하여 엔진 과열을 초래하고, 그로 인해 엔진의 고착 등과 같은 치명적 손상을 야기함으로써 그에 따른 상당한 비용 부담이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 종래의 자동차 냉각호스는 고온 내열성을 향상시키기 위하여 냉각호스의 제조를 위한 다양한 조성물 배합비가 연구, 개발되었으며, 그로 인해 유황가류계를 이용해 가황하여 일반 합성고무와 비교할 때, 내열성과 절연성이 크게 강화된 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Monomer, 이하 'EPDM'이라 함) 조성물을 냉각호스 제조에 주로 사용하고 있는 실정이다.

등록특허공보 제10-0687692호 등록특허공보 제10-0770070호

상기와 같은 종래의 EPDM 조성물은 냉각호스의 물리화학적 특성과 가공성을 향상시키기 위하여 주로 유황가류계를 이용하여 가황하였으나, 고온 내열성이나 절연성, 내구성 등이 최근의 자동차 회사들이 요구하는 수준의 성능을 구현하지 못하는 문제점이 있었다.

그리하여 개발된 것이 바로 유기과산화물가류계를 이용하여 가황하는 EPDM 조성물로서, 유기과산화물가류계를 이용하여 가황한 EPDM 조성물은 고온 내열성과 절연성 및 내구성 등에 있어서, 유황가류계를 이용한 종래의 EPDM 조성물보다 월등히 우수한 성능을 가지게 되었다.

그러나 상기와 같이 유기과산화물가류계를 이용하여 EPDM 조성물을 제조하기 위해 유기과산화물을 고무 배합제에 배합하는 경우에 고무 배합제에 포함된 유기과산화물과 산소의 반응 현상으로 인하여 제품 내면측은 문제가 없으나, 제품의 표면측은 끈적거리는 미가황현상을 유발하여 상품성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 유기과산화물가류계를 이용한 EPDM 조성물을 이용해 자동차 냉각호스를 제조하는 경우에는 가황시 증관 내부에 스팀을 공급하여 증관 내부 압력을 일정 기준 압력으로 높인 후, 증관 내부 스팀 압력을 감압하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정을 필수적으로 수 회 반복 실시해야 함으로써 자동차 냉각호스의 생산 시간이 지연되고, 퍼지 공정을 수행하기 위한 스팀의 생산 등을 위해서 많은 에너지가 소모됨으로써, 제조원가가 인상되는 문제점이 있었다.

본 발명의 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, EPDM 100중량부를 30초간 소련하고; 상기 소련된 상기 이피디엠 100중량부에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부를 혼합기에 투입하여 8분 동안 1차 혼합을 수행하고; 상기 1차 혼합이 끝난 후 혼합기 내부에 비산된 재료를 모아서 2분간 2차 혼합을 수행하고; 상기 1, 2차 혼합이 끝난 혼합물에 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트(zinc dialkyl-dithiophosphate) 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트(zinc amine dithiophosphate) 0.6 중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 투입하여 2분간 3차 혼합을 수행하고; 상기 3차 혼합이 끝난 혼합물을 15분간 냉각하고; 상기 냉각이 끝난 후, 항온실에서 25℃의 온도로 6시간 동안 숙성하여 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물을 구성하고,

상기 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물로 제조된 생지를 금형에 입형 후 증관에 투입하는 단계; 상기 증관 내부에 스팀을 공급하여 증관 내부 온도를 160℃로 가열, 유지하면서, 스팀 압력을 5.5 kgf/㎠까지 승압하는 단계; 상기 증관 내부 온도를 160℃로 유지하면서 25분간 가황한 후 드레인하는 단계; 상기 가황이 완료된 후, 증관을 개방하고, 금형에서 호스를 탈형하는 단계를 포함하여 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법을 구성함으로써 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물로서 적합한 고온 내열성과 절연성이 향상될 뿐만 아니라, 증관 내부에 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이도 유기과산화물가류계를 이용하여 가황하는 EPDM 조성물을 이용한 자동차 냉각호스의 제조가 가능케 되는 발명의 목적을 달성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 EPDM 조성물의 물리화학적 특성과 가공성을 향상시켜 고온 내열성이 강하면서도 우수한 절연성과 내구 강도를 가지게 되어 자동차용 냉각호스의 재료로서 상품성이 우수할 뿐만 아니라, 증관 내부에 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이도 유기과산화물가류계를 이용하여 가황하는 EPDM 조성물을 이용한 자동차 냉각호스의 제조가 가능케 되어 생산 공정의 단축에 따른 생산성 향상과, 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물 및 그 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법을 바람직한 실시 예에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물은 EPDM 100중량부를 30초간 소련하고; 상기 소련된 상기 이피디엠 100중량부에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부를 혼합기에 투입하여 8분 동안 1차 혼합을 수행하고; 상기 1차 혼합이 끝난 후 혼합기 내부에 비산된 재료를 모아서 2분간 2차 혼합을 수행하고; 상기 1, 2차 혼합이 끝난 혼합물에 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트(zinc dialkyl-dithiophosphate) 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트(zinc amine dithiophosphate) 0.6 중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 투입하여 2분간 3차 혼합을 수행하고; 상기 3차 혼합이 끝난 혼합물을 15분간 냉각하고; 상기 냉각이 끝난 후, 항온실에서 25℃의 온도로 6시간 동안 숙성하여 구성된다.

상기 EPDM은 본 발명의 기술 분야에서 널리 알려지고 사용되는 EPDM-A와 EPDM-B를 53:47로 합성하여 사용하는 것이 바람직할 것이며, 내열성과 내후성이 향상된다.

상기 카본블랙(FEF)은 보강재로서 고무의 인장 강도와 경도, 열전도성을 향상시키며, EPDM 조성물을 이용하여 냉각호스를 제조할 경우에 표면을 매끄럽게 하고, 압축 가공성이 향상된다.

상기 혼합실리카는 작업성 및 압출성을 향상시키며, 가황에 소요되는 시간을 단축시키고, 점도를 높여 제품의 강도, 신장률, 유연성이 향상된다.

상기 파라핀계 가소제는 본 발명의 기술 분야에서 널리 알려지고 사용되는 파라핀계 가소제를 혼합 사용하는 것이 바람직할 것이며, 고무를 가소화하여 가공성을 좋게 한다.

상기 산화아연(ZnO)은 고무의 가황 반응시 활성작용 내열성을 부여한다.

상기 아민계 노화방지제 0.5중량부와, 상기 페놀계 노화방지제 2중량부는 고무가 혼합물의 종류나 가공 공정에서 발생하는 내적인자와, 내열, 산화, 햇빛, 방사선, 오존성, 기계적 피로 등에 의해 발생하는 외적인자에 의해 노화되는 것을 방지한다.

상기 아민계 노화방지제는 본 발명의 기술 분야에서 널리 알려지고 사용되는 아민계 노화방지제 중에서 RD(2,2,4-TRIMETHYL-1,2-DIHYDROQUINOLINE)를 사용하는 것이 바람직할 것이며, 상기 페놀계 노화방지제는 본 발명의 기술 분야에서 널리 알려지고 사용되는 페놀계 노화방지제 중에서 MB(2-MERCAPTO BENZIMINAZOLE)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 유기과산화물가류제는 유기과산화물가류계 중에서 디큐밀 퍼 옥사이드(dicumyl peroxide, 이하 'DCP'라 함)-40%을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 유기과산화물가류계는 Scorch(작업 중이나 보관 중에 열로 말미암아 미가류(未加硫) 고무의 가류(加硫) 현상이 일부 진행되는 것)의 위험이 감소한다.

또한, 내열노화성이 우수하며 압축영구줄음률(compression set)이 감소할 뿐만 아니라, EPDM 조성물과 접촉하는 금속재의 오염을 방지할 수 있게 된다.

상기 가류조제는 트리알릴이소시아누레이트(triallyl isocyanurate, 이하 'TAIC'라 함)-50%를 사용하는 것이 바람직할 것이며, 가류온도를 낮추고 가류시간을 단축시킬 뿐만 아니라 가류 제품의 물성이 개선된다.

상기 유황(sulfur)은 가류조제로 사용된다.

이상과 같은 본 발명의 EPDM 조성물에 사용되는 각 배합제들은 이미 고무산업에서 널리 알려진 공지화합물이나, 어떤 배합제를 선택하고 얼마나 적정한 양으로 배합하느냐에 따라서 조성물의 고온 내열성과 절연성 및 제조 공정이 달라지므로 본 발명의 EPDM 조성물을 구성하는 배합제의 종류와 배합비는 본원 발명의 기술분야에 있어서, 매우 중요한 핵심기술임은 당연하다 할 것이다.

한편, 본 발명의 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물을 이용한 자동차 냉각호스제조 방법은 EPDM 100중량부와; 상기 EPDM에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부, 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트(zinc dialkyl-dithiophosphate) 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트(zinc amine dithiophosphate) 0.6 중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 함유한 조성물로 제조된 생지를 금형에 입형 후 증관에 투입하는 단계; 상기 증관 내부에 스팀을 공급하여 증관 내부 온도를 160℃로 가열, 유지하면서, 스팀 압력을 5.5 kgf/㎠까지 승압하는 단계; 상기 증관 내부 온도를 160℃로 유지하면서 25분간 가황한 후 드레인하는 단계; 상기 가황이 완료된 후, 증관을 개방하고, 금형에서 호스를 탈형하는 단계로 구성된다.

본 발명의 EPDM 조성물을 이용하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이 자동차 냉각호스를 제조하는 방법과, 종래의 EPDM 조성물을 이용하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 반복 수행해야 하는 종래의 자동차 냉각호스를 제조하는데 필요한 증관의 온도와 제조 시간을 비교하면, 아래 표-1와 같다.

상기 표-1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 EPDM 조성물을 이용하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이 자동차 냉각호스를 제조하는 방법은 자동차 냉각호스의 제조에 소요되는 시간이 퍼지(Purge) 공정을 수행하는 기존 제조방법과 대비할 때, 크게 단축됨으로써 자동차 냉각호스의 제조에 필요한 연료비 지출은 기존 제조방법과 대비할 때, 20% 이상 감소하고, 생산성은 155% 이상 증가하였다.

본 발명의 EPDM 조성물을 이용하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 없이 생산된 자동차 냉각호스와, 종래의 EPDM 조성물을 이용하여 증관 내부에서 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지(Purge) 공정 반복 수행하여 제조된 종래의 자동차 냉각호스의 시험성적표는 아래 표-2과 같다.

상기 표-2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의해 제조된 자동차 냉각호스는 내열온도가 150℃×168시간으로 고온 내열성이 성능 규격을 만족하였다.

또한, 전기저항은 2×10⁶(Ω·㎝)으로서, 절연성이 크게 향상되었다.

따라서 본 발명에 의하여 얻어진 EPDM 조성물을 이용하여 자동차용 냉각호스를 제조할 경우에는 종래 기술에 의하여 제조되는 냉각호스에 비하여 고온 내열성과 전기 저항성이 우수하기 때문에 엔진룸의 전장품이나 엔진으로부터 발생하는 표면전류에 영향을 최소화할 수 있게 되어 냉각호스의 내구성과 품질을 높일 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (3)

1. 30초간 소련한 이피디엠 100중량부에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부를 1차 혼합한 제1혼합물과;
   상기 1차 혼합한 제1혼합물에 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트 0.6중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 투입, 혼합하는 것을 특징으로 하는 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유기과산화물가류제는 DCP-40%이며,
   상기 가류조제는 TAIC-50%인 것을 특징으로 하는 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물.
3. EPDM 100중량부와;
   상기 EPDM에 대하여 카본블랙 75중량부, 혼합실리카 40중량부, 파라핀계 가소제 40중량부, 산화아연 4중량부, 아민계 노화방지제 0.5중량부, 페놀계 노화방지제 2중량부, 술펀아마이드계촉진제 0.4중량부, 티아졸계촉진제 0.8중량부, 아연화 디알킬디티오포스페이트 0.9중량부, 아연화 아민 디알킬디티오포스페이트 0.6중량부, 유기과산화물가류제 4중량부, 가류조제 1.5중량부, 유황 0.7중량부를 함유한 조성물로 제조된 생지를 금형에 입형 후 증관에 투입하는 단계;
   상기 증관 내부에 스팀을 공급하여 증관 내부 온도를 160℃로 가열, 유지하면서, 스팀 압력을 5.5 kgf/㎠까지 승압하는 단계;
   상기 증관 내부 온도를 160℃로 유지하면서 25분간 가황한 후 드레인하는 단계;
   상기 가황이 완료된 후, 증관을 개방하고, 금형에서 호스를 탈형하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 냉각호스용 EPDM 조성물을 이용한 자동차 냉각호스 NON-PURGE 제조방법.