KR101514232B1 - 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 연료펌프용 오링의 고무 조성물을 개시한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물은: ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무와, AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무가 블랜딩된 폴리머와; 입자경이 40nm 내지 48nm인 카본블랙과, 입자경이 61nm 내지 100nm인 카본블랙이 혼합되어 이루어진 충진보강제;를 포함하여 이루어진 것으로, 상기 ACM고무는 카르복실기를 포함하고, 에틸아크릴레이트 함량이 상기 ACM고무에서 40wt% 내지 60wt%이다.

Description

엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물{COMPOSITE OF O-RING IN ENGINE OIL}
본 발명은 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 엔진 오일펌프에서 누유를 방지하기 위하여 사용되는 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물에 관한 것이다.
엔진 오일펌프는 엔진오일을 엔진의 각 부분으로 압송하는 장치이다. 상기 엔진 오일펌프에 결합되는 오링은 엔진과 오일펌프의 접합부에 결합되어서, 엔진 오일의 누유를 막는 기능을 한다.
최근 출력향상과, 이산화탄소 등의 유해가스의 배출을 감소시키는 것을 목표로, 실린더 내부로 액체의 연료를 고압 분사하는 GDI(Gasoline Direction Injection) 방식의 엔진이 적용됨에 따라서 엔진오일에 연료 혼입 가능성이 증대되고, 이에 따라서 오일펌프에서의 누유를 방지하는 것이 보다 중요해지고 있으며, 결과적으로 상기 오일펌프 내에 장착된 오링의 내연료유성이 보다 높은 수준으로 요구된다.
종래에 통상적으로 사용되는 오링은 아크릴 고무(ACM, Acrylic elastomer)가 사용되고 있는데, 상기 ACM 고무는 연료유에 대한 내성이 취약하다는 문제점이 있다.
이와 더불어, 보다 가혹한 환경에서 적용 가능하도록 완성차 업계에서의 요구물성이 엄격해지고 있으며, 이에 따라서 보다 우수한 저온 유연성, 내열성, 및 압축영구줄음율 등의 물리적 성질이 우수할 필요가 있다.
더욱 향상된 내열성 및 내압축성이 요구됨에 따라 불소고무 조성물(Fluoro-elastomer)을 적용하였다. 그러나, 불소 고무로 이루어진 고무 조성물은 아크릴로니트릴을 포함하여 이루어진 고무 조성물에 비해 상대적으로 고가이므로, 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0559633호 대한민국 등록특허공보 제10-1179909호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 내연료성 및 저온 유연성이 우수한 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물은: ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무와, AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무가 블랜딩된 폴리머와; 입자경이 40nm 내지 48nm인 카본블랙과, 입자경이 61nm 내지 100nm인 카본블랙이 혼합되어 이루어진 충진보강제;를 포함하여 이루어진 것으로, 상기 ACM고무는 카르복실기를 포함하고, 에틸아크릴레이트 함량이 상기 ACM고무에서 40wt% 내지 60wt%이다.
이 경우, 상기 입자경이 40nm 내지 48nm인 카본블랙은 폴리머 100중량부 대비 대비 35 내지 45 중량부를 가지고, 입자경이 61nm 내지 100nm인 카본블랙은 폴리머 100중량부 대비 25 내지 35중량부를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무는 상기 폴리머에서 55wt% 내지 65wt%의 중량비를 가지고, 상기 AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무는 상기 폴리머에서 35wt% 내지 45wt%의 중량비를 가질 수 있다.
또한, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 헥사메틸렌다아민 카바메이트(Hexamethylenediamine carbamate)으로 이루어진 가교제와; 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 스테아린 산으로 이루어진 가교조제와; 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 다이-오-토릴 구아니딘(di-o-tolyl guanidine)으로 이루어진 촉진제와; 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가지며, 4,4'-디(디메틸벤질)디페닐아민(4,4'-di(dimethylbenzyl)diphenylamine)으로 이루어진 노화방지제;를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, ACM고무와 AEM고무를 배합하고, 충진보강제를 서로 다른 입자경이 다른 카본블랙을 혼합시킴으로써, 저온유연성과, 내연료유성이 우수해지고, 압축영구줄음율 및 내열성도 양호하다.
이하, 본 발명인 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물은 폴리머를 포함하여 이루어지며, 상기 폴리머는 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무와, AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무를 포함하여 이루어진다.
ACM 고무는 종래의 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물의 폴리머로 사용되는 활성염소기 타입보다 내열성 및 내압축성이 우수한 카르복실기를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 카르복실기를 포함하는 ACM 고무는 불소고무보다 가격이 저렴하여 고무 조성물 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
이 경우, 상기 ACM고무는 에틸아크릴레이트 함량이 상기 ACM고무에서 40wt% 내지 60wt%인 것이 바람직하다. 이는 상기 에틸아크릴에이트 함량이 60wt%를 초과하는 경우 저온 유연성이 열화되고, 상기 에틸아크릴에이트 함량이 40wt% 미만인 경우에는 내열성 등의 물리적 특성이 열화되기 때문이다.
AEM 고무는 에틸렌과, 메틸 아크릴레이트에 카르복실산기를 가진 가교단량체와의 삼원 공중합체이다. 이러한 AEM 고무는 내열성 및 내압축성이 ACM 고무보다 우수하다.
따라서, 상기 ACM 고무와 AEM 고무를 블랜딩하면, 저온 유연성이 향상되는 동시에, 내열성 및 내압축성이 우수하게 된다.
상기 ACM 고무와 AEM 고무는 혼련설비에서 물리적으로 혼합(mixing)된다. 즉, ACM 고무와 AEM 고무는 후술할 충전제, 노화방지제, 가공조제, 가교제, 가교조제 및 촉진제와 함께 혼련설비에 투입된다. 그리고 나서 이들을 혼련설비에서 물리적으로 혼합 및 분산하여서 혼합물을 이루게 된다. 상기 혼합물에 열과 온도를 가하게 되면, 상기 ACM 고무 사슬과 AEM 고무 사슬이 화학적 반응을 하여서 결합되어서, 전체적으로는 하나의 물리적 특성을 갖게 된다. 이 경우, 상기 ACM 고무가 카르복실기를 가지고 있고, AEM 고무 또한 카르복실기를 가지고 있으므로, 상기 혼련 단계에서 카르복실기들이 화학적 반응을 일으키게 된다.
이 경우, 상기 ACM(Polyacrylate Elastomer)고무는 상기 폴리머에서 55wt% 내지 80wt%의 중량비를 가지고, 상기 AEM(Ethylene Acrylic Elastomer)고무는 상기 폴리머에서 20wt% 내지 45wt%의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, ACM 고무가 폴리머 전체에서 55wt% 미만이면서, AEM 고무가 45wt%를 초과하게 되면, 엔진 오일펌프의 오일 고무 조성물로서 만족할만한 내열성 및 내압축성이 되지 못하게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물은 노화방지제와, 가공조제와, 가교제와, 가교조제와 촉진제를 포함할 수 있다.
가공조제는 고무 조성물을 혼합하여 믹싱(Mixing)하는 과정에서 폴리머들이 다른 배합 재료들과 균일하게 섞일 수 있도록 도와주고, 고무 조성물의 점도를 조절하여 과도한 점착성이나, 점착성이 부족해지는 현상을 방지하는 역할을 한다. 이 뿐만 아니라, 가공조제는 낮은 온도에서도 믹싱 작업이 순조롭게 이루어질 수 있게 한다. 본 실시예에 따르면, 가공조제는 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 가공조제는 인산에스테르(phosphoric ester)일 수 있다.
가교조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 본 실시예에 따르면, 가교조제는 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 가교조제로서 스테아린 산(Stearic Acid)을 포함할 수 있다.
노화 방지제(antioxidant)는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 산화방지제와 같은 작용을 갖는 것이 많기 때문에 산화방지제라고도 한다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다.
본 발명에서는 노화 방지제로 4,4'-디(디메틸벤질)디페닐아민 (4,4'-di(dimethylbenzyl)diphenylamine)으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 노화 방지제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
촉진제는 가류 시간을 단축할 수 있고, 가류 온도를 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 가류제의 사용량도 감소시킬 수 있다. 본 실시예에 따르면, 촉진제는 다이-오-토릴 구아니딘(di-o-tolyl guanidine)으로서, 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 ?퓰첼?라고 칭함.)을 종래의 엔진 오일펌프에 적용되는 오링의 고무조성물(이하, 편의상 ?呪냄?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 따르면, 실시예의 경우 비교예와 달리, 폴리머로 ACM 및 AEM을 배합하여 제작되었고, 충진보강제로 입자경이 서로 다른 카본블랙을 사용하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 AR121 ) 100 0
AR142 ) 0 60
VAMAC GLS3 ) 0 40
충진보강제 FEF4 ) 50 40
SRF5 ) 0 30
가교제 NS-SOAP6 ) 3 0
Cheminox AC67 ) 0 1
노화방지제 Naugard 4458) 3 1
가교조제 Stearic Aicd9 ) 2 2
가공조제 SUNTIGHT R10 ) 2 0
RL21011 ) 0 2
촉진제 DT12 ) 0 2
1) AR12: ACM, ZEON
2) AR14: ACM, ZEON
3) VAMAC GLS: AEM, DUPONT
4) FEF: N550, OCI
5) SRF: N774, OCI
6) NS-SOAP: 지방산소다
7) Cheminox AC6: Hexamethylenediamine carbamate, UNIMATEC
8) NAUGARD 445: 4,4'-Di(dimethylbenzyl)diphenylamine, UNIROYAL CHEMICAL
9) Stearic Acid: 스테아린산, LG
10) SUNTIGHT R: Paraffine Wax
11) RL210: Phosphoric ester, TOHO CHEMICAL
12) DT: Di-o-tolylguanidine , 대내신흥
표 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 오일펌프용 오일링의 고무 조성물과 그 비교예들을 내압축성 시험과, 내열성 시험, 저온회복 시험 및 내연료유성 시험 결과를 나타낸다.
내압축성을 확인하기 위한 압축영구줄음율 시험은 KS 규격인 KS M 6518(가황고무의 물리적특성 시험방법)의 11항의 규격에 준하여 실시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물과 비교예의 고무 조성물 시험편을 150?에서 70시간 방치해두고 압축영구줄음률을 테스트하였다. 압축영구줄음율이란 일정시간 및 일정온도에서 시험편에 힘을 가한 후, 그 가해진 힘을 제거했을 때 잔존하는 변형율을 나타낸 것이다.
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.
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.
내연료유성 시험은, 연료 75%와 에탄올(25%)를 포함하고 온도가 40℃인 용액에 70시간 실시예와 비교예를 침적시킨 후에 체적 변화율을 측정하였다.
내열 시험은 온도가 150℃에서 70시간 실시예와 비교예를 방치한 후에 경도변화를 측정하였다.
내연료유성 시험 결과, 비교예의 경우 체적변화율이 61.5%인 반면, 실시예의 경우 37.2%로, 실시예의 경우가 내연료유성이 훨씬 더 우수함을 알 수 있다.
또한 저온회복 시험의 경우, 실시예의 경우 -36℃로 비교예의 -24℃에 비하여 우수함을 알 수 있다.
이와 더불어, 내열 시험 및 압축영구줄음율 시험 결과, 비교예와 실시예 모두 큰 차이가 없거나 동일한 것으로 나타났다.
이와 같이 본 발명에 따르면 종래에 비하여, 내연료유성 및 내한성이 현저하게 우수하게 되면서, 내압축성 및 내열성 또한 우수한 것을 알 수 있다.
항목 비교예 실시예 관련규격
내연료유성시험
(40℃x70Hrs)		 체적변화율(%) +61.5 +37.2 5W20(80%)+CE25(20%)
저온회복시험
(Methanol 침적)		 TR-10(℃) -24 -36 KS M 6676
내열시험결과
(150℃×70Hrs)		 경도변화(points) +2 +2 KS M 6518
압축영구줄음율
(150℃×70Hrs)		 경도변화(points) 14 15 KS M 6518
※ CE25 : FUEL C(75%) + Ethanol(25%)
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. ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무와, AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무가 블랜딩된 폴리머;
    입자경이 40nm 내지 48nm인 카본블랙과, 입자경이 61nm 내지 100nm인 카본블랙이 혼합되어 이루어진 충진보강제;
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 헥사메틸렌디아민 카바메이트(Hexamethylenediamine carbamate)으로 이루어진 가교제;
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 스테아린 산으로 이루어진 가교조제;
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지며, 다이-오-토릴 구아니딘(di-o-tolyl guanidine)으로 이루어진 촉진제; 및,
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가지며, 4,4'-(디메틸벤질)디페닐아민(4,4'-di(dimethylbenzyl)diphenylamine)으로 이루어진 노화방지제;를 포함하여 이루어진 것으로,
    상기 ACM고무는 카르복실기를 포함하고, 에틸아크릴레이트 함량이 상기 ACM고무에서 40wt% 내지 60wt%인 것을 특징으로 하는 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자경이 40nm 내지 48nm인 카본블랙은 폴리머 100중량부 대비 대비 35 내지 45 중량부를 가지고, 입자경이 61nm 내지 100nm인 카본블랙은 폴리머 100중량부 대비 25 내지 35중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무는 상기 폴리머에서 55wt% 내지 65wt%의 중량비를 가지고, 상기 AEM(Ethylene Acrylic Elastomer) 고무는 상기 폴리머에서 35wt% 내지 45wt%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진 오일펌프용 오링의 고무 조성물.
  4. 삭제
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