KR101683996B1 - 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101683996B1
KR101683996B1 KR1020140154262A KR20140154262A KR101683996B1 KR 101683996 B1 KR101683996 B1 KR 101683996B1 KR 1020140154262 A KR1020140154262 A KR 1020140154262A KR 20140154262 A KR20140154262 A KR 20140154262A KR 101683996 B1 KR101683996 B1 KR 101683996B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
suspension fluid
fluid
oxide particles
polyethylene oxide
phase
Prior art date
Application number
KR1020140154262A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160054798A (ko
Inventor
박종민
서재식
양경모
장대성
최형진
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140154262A priority Critical patent/KR101683996B1/ko
Priority to DE102015209215.1A priority patent/DE102015209215B4/de
Priority to US14/717,711 priority patent/US9914105B2/en
Priority to CN201510441017.5A priority patent/CN105585833B/zh
Publication of KR20160054798A publication Critical patent/KR20160054798A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101683996B1 publication Critical patent/KR101683996B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0004—Preparation of sols
    • B01J13/0021—Preparation of sols containing a solid organic phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/05—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media from solid polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0073—Preparation of non-Newtonian sols, e.g. thixotropic solutions
    • B01J13/0082—Preparation of non-Newtonian sols, e.g. thixotropic solutions containing an organic phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/06—Characteristics of dampers, e.g. mechanical dampers
    • B60G17/08—Characteristics of fluid dampers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G7/00—Pivoted suspension arms; Accessories thereof
    • B60G7/04—Buffer means for limiting movement of arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs
    • F16F13/04—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a plastics spring and a damper, e.g. a friction damper
    • F16F13/06—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a plastics spring and a damper, e.g. a friction damper the damper being a fluid damper, e.g. the plastics spring not forming a part of the wall of the fluid chamber of the damper
    • F16F13/08—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising both a plastics spring and a damper, e.g. a friction damper the damper being a fluid damper, e.g. the plastics spring not forming a part of the wall of the fluid chamber of the damper the plastics spring forming at least a part of the wall of the fluid chamber of the damper
    • F16F13/14—Units of the bushing type, i.e. loaded predominantly radially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/48—Arrangements for providing different damping effects at different parts of the stroke
    • F16F9/49—Stops limiting fluid passage, e.g. hydraulic stops or elastomeric elements inside the cylinder which contribute to changes in fluid damping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2650/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2650/28—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type
    • C08G2650/58—Ethylene oxide or propylene oxide copolymers, e.g. pluronics

Abstract

본 발명은 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 분산시켜 제조한 현탁 유체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상변이 현탁 유체는 저속의 전단속도나 저주파수 영역에서는 일정한 뉴토니안(newtonian) 거동을 보이지만, 고속의 전단속도나 고주파수 영역에서는 점도가 감소하여 액체와 같은 형태의 현탁액을 나타내는 비-뉴토니안(non-newtonian) 거동을 나타내는 전단담화(shear-thinning) 유체로서, 차량의 진동에 따라 상변이가 가역적으로 가능하여, 저주파 영역에서는 하이드로 부시의 장점이 고주파 영역에는 솔리드 부시의 장점이 양립된 효과를 제공할 수 있다.

Description

폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법{Phase-change material suspension fluid Composition containing poly ethylene oxide and method for manufacturing the same}
본 발명은 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 분산시켜 제조한 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
'상변이 유체'라 함은 가해지는 외력에 따라 그 기계적 및 물리적 특성이 변하는 유체를 총칭하는 것으로, 일반적으로는 전단농화 유체(Shear thickening fluid, STF)와 전단담화 유체(Shear thinning fluid)가 있다.
전단농화 유체(Shear thickening fluid, STF)는 응집되지 않은 고체 입자가 유체 안에 분산된 농축 현탁 콜로이드로 구성되어 있으며, 크리티컬 전단속도를 초과하면 점도가 뚜렷하게 상승하는 것을 보여준다[Xianzhou Zhang, Weihua Li, Gong, X.L., smart mater. Struct., Vol. 17, 015051 (2008)].
고속의 전단속도 하에서는 전단농화 유체(Shear thickening fluid, STF)의 점도가 상승하고 고체와 같은 형태의 현탁액이 되며, 충격 스트레스를 제거하면 전담농화 유체(STF)는 가역적으로 빠르게 액체와 같은 상태로 되돌아간다[Chang, L., Friedrich, K., Schlarb, A.K., Tanner, R., Ye, L., J Mater Sci, Vol. 46, 339-346 (2011)].
한편 전단담화 유체(Shear thinning fluid)는 정상 흐름에 있어서 전단 속도(Shear rate)가 증가할수록 점도가 감소하는 것으로, 전단속도와 점도가 서로 반비례하는 특성이 있다. 또한 전단담화 유체 흔히 항복점을 갖게되는데, 이러한 물질은 낮은 전단력(Shear Stress)에서는 흐름성이 없으며, 항복점에 도달한 후에야 비로서 흐름성(유동성)을 갖게 되는 특징이 있다.
특히 상변이 유체는 나노 입자가 고속의 전단속도 하에서는 급격한 점도의 감소로 인해 액체화(liquidification) 현상을 나타내는 특성을 가진 유체로, 일반적으로 에틸렌 글리콜(EG), 프로필렌 글리콜(PG), 에틸렌 글리콜(EG)/물 또는 프로필렌 글리콜(PG)/물 등의 용매에 분산 상태로 존재한다.
나노 입자의 경우에는 입자간의 하이드로클러스터(hydrocluster) 현상으로 인하여 많은 연구가 되어왔다. 그러나 나노 입자간 하이드로클러스터(hydrocluster) 현상은 입자의 크기에 따라 이론적으로 제안된 여러 가지 모델과 비교해 다소 큰 차이를 보인다. 그리고 상변이 유체는 부하되는 외력에 의해 점도의 변화와 항복응력의 거동을 보이며, 그 반응은 매우 빠르고 외력의 부하에 대하여 가역적인 반응을 나타내는데 이를 '상변이 효과'라 한다. 이러한 상변이 유체는 항복응력을 가진 빙햄(Bingham) 유체의 거동을 보여주고 있으며, 항복응력은 전단속도의 함수로 얻어질 수 있다.
이러한 유체 특성은 브레이크, 엔진마운트, 댐퍼, 부시 등의 제어가 가능한 가변감소 기구나 브레이크, 클러치 등의 동력장치에 응용이 가능하며, 자동차 및 항공산업 등을 비롯한 로봇 산업에 까지도 그 영역을 넓히고 있다.
일예로 유체 봉입 하이드로 부시는 종래에 가류된 고무부위로 유체를 충진한 후 밀폐시킨 것으로서, 고무 탄성과 유체의 조합에 따른 스프링과 같은 특성 구현으로 상대적으로 보다 우수한 승차감을 제공할 수 있다.
그러나, 이러한 유체 봉입 하이드로 부시도 한계성을 갖는데, 이는 주입된 일정량의 유체만으로는 변화가 다양한 차량 주행 상태를 모두 만족할 수 없음에 기인한다. 또한 종래에 사용되는 유체는 주파수나 전단속도에 따른 점도 변화가 거의 없는 뉴토니안(Newtonaian) 거동을 보이는 뉴토니안 유체를 사용하여 왔는데, 유체는 유로를 따라 이동하여 진동을 흡수하는데 이러한 유체가 봉입된 하이드로 부시는 일반 솔리드 타입의 부시에 비해 승차감은 우수하나, 고속 조종 안정성 및 내구성이 열세하다는 한계가 있다.
한편 한국공개특허 10-2010-0125980호에는 주입되는 유체의 양을 조절할 수 있도록 된 유체 봉입 하이드로 부시가 개시되어 있으나, 이 역시 단순하지 않은 구성으로 실차 적용과 원가 상승 부담감이라는 한계가 있다.
일반적으로 사용되는 하이드로 부시는 솔리드 타입 부시와 대비하여, 저주파 영역에서의 손실계수는 우세하나, 주파수의 상승에 따른 동스프링상수의 과다 상승을 보일 수 있고, 차량 주행 평가 결과를 볼 때 솔리드 타입 부시 대비 저주파 영역 진동 절연효과는 있으나 주파수 상승에 따른 상하 진동 과다 발생을 보일 수 있다. 그러므로 하이드로 부시와 장점과 솔리드 타입의 부시의 장점이 양립할 필요성이 있다.
이에 하이드로 부시에 봉입되는 유체를 개발하여 저주파 영역에서는 하이드로 부시의 장점과 고주파 영역에서는 솔리드 타입의 부시의 장점을 갖는, 차량의 진동에 따라 상변이가 가역적으로 가능한 지능형 고분자계 분산 유체를 개발할 필요성이 제기되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 10-2010-0125980호
이에 본 발명자들은 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 분산시켜 제조한 현탁 유체의 경우, 저속의 전단속도나 저주파수 영역에서는 일정한 뉴토니안(newtonian) 거동을 보이지만, 고속의 전단속도나 고주파수 영역에서는 점도가 감소하여 액체와 같은 형태의 현탁액을 나타내는 비-뉴토니안(non-newtonian) 거동을 나타내는 전단담화(shear-thinning) 유체로서, 저주파 영역에서 하이드로 부시의 장점과 고주파 영역에서 솔리드 타입의 부시의 장점을 갖을 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상변이 현탁 유체의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 상변이 현탁 유체를 포함하는 자동차용 하이드로 부시를 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자; 및 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 (ⅰ) 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 혼합하여 분산시켜 현탁 유체를 제조하는 단계; (ⅱ) 현탁 유체를 초음파 처리하는 단계; 및 (ⅲ) 초음파 처리된 현탁 유체를 진공 챔버에 넣어 공기를 제거하는 단계; 을 포함하는 상변이 현탁 유체의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 상변이 현탁 유체를 포함하는 자동차용 하이드로 부시를 제공한다.
본 발명에 따른 상변이 현탁 유체는 전단담화(shear-thinning) 유동거동 특성을 나타내는 유체로서, 차량의 진동에 따라 상변이가 가역적으로 가능하여, 저주파 영역에서는 하이드로 부시의 장점이 고주파 영역에는 솔리드 부시의 장점이 양립된 효과를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상변이 현탁 유체는 차량을 능동적으로 제어하여 승차감과 조종 성능을 향상시킬 수 있어, 현가장치, 제진대, 엔진 마운트 등의 제어가 가능한 가변감쇠기구나 브레이크 클러치 등의 동력장치에도 응용이 가능하며 자동차 및 항공 산업 분야에 널리 적용될 수 있다.
도 1a는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체의 전단속도(shear rate)에 따른 전단 점도의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 1b는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 전단속도(shear rate)에 따른 전단 점도의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 2a와 도 2c는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체의 변형율(strain)에 따른 저장 탄성율(storage modulus)와 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 2b와 도 2d는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 변형율(strain)에 따른 저장 탄성율(storage modulus)와 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 복소 점도(complex viscosity)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3b는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 복소 점도(complex viscosity)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 저장 탄성율(storage modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3d는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 저장 탄성율(storage modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3e는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3f는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 감쇠율(Damping facter)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수(frequency)에 따른 감쇠율(Damping facter)의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명을 하나의 구현예로서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상변이 현탁 유체 조성물은 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자; 및 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에서 사용하는 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자는 '상변이 고분자'로서, 이를 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 혼합하여 분산시킴으로써, 현탁 유체(현탁액)의 형태로 존재하는 상변이 유체이다.
이때 상기 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자는 중량평균분자량(Mw)이 100,000 ~ 900,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 중량평균분자량이 100,000 미만인 경우 저분자량의 폴리 에틸렌 옥사이드가 많이 포함되어 유체의 순도가 변화되는 문제가 있으며, 900,000 초과인 경우 고분자량의 폴리 에틸렌 옥사이드가 많이 포함되어 유체의 점도가 커져 유체 봉입 공정의 문제가 있기에 상기 범위 내의 분자량을 갖는 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 사용하는 것이 좋다.
또한 상용적으로 생산되는 폴리 에틸렌 옥사이드의 중량평균분자량이 100,000을 갖으며 중량평균분자량이 100,000 미만의 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 사용한 것은 제조에 어려움이 있으며, 중량평균분자량이 900,000이상인 경우에는 하기 실시예와 동일한 제조 방법을 이용하여 샘플을 제조하는데 문제가 있어 중량평균분자량이 100,000 ~ 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 폴리 에틸렌 옥사이드 입자는 상변이 현탁 유체 조성물 전체 중량 대비 5 ~ 30 중량%을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 ~ 20 중량%을 사용하는 것이 좋다. 폴리 에틸렌 옥사이드 입자가 5 중량% 미만으로 포함되는 경우 뉴토니안(Newtonian) 유체의 거동을 보이며, 30 중량% 초과하는 경우 점도가 높아 하이드로 부시 내부에 유체로 적용하는데 적절하지 않기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
아울러, 본 발명은 (ⅰ) 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 혼합하여 분산시켜 현탁 유체를 제조하는 단계;
(ⅱ) 현탁 유체를 초음파 처리하는 단계; 및
(ⅲ) 초음파 처리된 현탁 유체를 진공 챔버에 넣어 공기를 제거하는 단계;
을 포함하는 상변이 현탁 유체의 제조방법을 제공한다.
상기 (ⅰ) 단계는 폴리 에틸렌 옥사이드 (poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 혼합하여 분산시켜 현탁 유체를 제조하는 단계로서, 액체 속에 미세한 고체의 입자가 분산해서 떠 있는 현탁 유체 상태가 된다.
다음으로 (ⅱ) 단계는 (ⅰ) 단계에서 제조한 현택 유체를 초음파 처리하는 단계이다. 이는 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 고르게 분산시키기 위해 수행되는 것으로, 9 ~ 12 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 9 시간 미만인 경우 현탁 유체내 입자와 유체의 분산이 완벽히 이루어지지 않는 문제가 있으며, 12 시간 초과인 경우 제조공정의 시간이 길어지는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 수행하는 것이 좋다.
상기 (ⅲ) 단계는 초음파 처리된 현탁 유체를 진공 챔버에 넣어 공기를 제거하는 단계로서, 유체 제조시 포함된 공기방울을 제거하기 위한 단계로 수행된다. 이때 상기 공기 제거는 9 ~ 12 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 9 시간 미만인 경우 모든 공기방울이 제거되지 않는 문제가 있으며, 12 시간 초과인 경우 제조공정의 시간이 길어지는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 수행하는 것이 좋다.
이렇게 제조된 상변이 현탁 유체는 전단담화(shear-thinning) 유동거동 특성을 나타내는 비-뉴톤니안(non-newtonian) 유체 특성을 갖게 된다. 구체적으로, 정상 흐름에 있어서 전단 속도(Shear rate)가 증가할수록 점도가 감소하는 물성적 특성을 갖게 된다.
따라서 본 발명에 따른 상변이 현탁 유체는 차량의 진동에 따라 상변이가 가역적으로 가능하여, 현가장치, 제진대, 엔진 마운트 등의 제어가 가능한 가변감쇠기구나 브레이크 클러치 등의 동력장치에도 응용이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1(중량평균분자량이 100,000인 입자를 사용하는 경우)
하기 표 1에 나타낸 구성 성분이 조성물 비율에 따라, 중량평균분자량이 100,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자(파우더)를 에틸렌 글리콜 및 물이 혼합된 용매에 혼합하고 1 시간 동안 블랜더(blander)를 사용하여 기계적으로 믹스하여 현탁 유체를 제조하였다. 이러한 현탁 유체에 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 균일하게 분산시키기 위해 12 시간 동안 초음파처리(ultrasonication)을 하였고, 유체 내부에 공기를 제거하기 위해서 진공 챔버(vacuum chamber)에 넣어 공기방울을 제거하여 상변이 현탁 유체를 제조하였다.
상변이 현탁 유체 조성 및 함량(단위: g)
구분 폴리 에틸렌옥사이드(PEO) 에틸렌 글리콜(EG) 물(Di-water)
실시예 1-1 1.06(5 중량%) 10 10
실시예 2-1 2.22(10 중량%) 10 10
실시예 3-1 3.52(15 중량%) 10 10
실시예 4-1 5(20 중량%) 10 10
실시예 5-1 8.6(30 중량%) 10 10
비교예 1-1 0.02(0.1 중량%) 10 10
비교예 2-1 13.3(40 중량%) 10 10
실시예 1-2 ~ 5-2 및 비교예 1-2 ~ 2-2(중량평균분자량이 400,000인 입자를 사용하는 경우)
중량평균분자량이 400,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1과 동일한 방법으로 상변이 현탁 유체를 제조하였다.
실시예 1-3 ~ 5-3 및 비교예 1-3 ~ 2-3(중량평균분자량이 900,000인 입자를 사용하는 경우)
중량평균분자량이 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1과 동일한 방법으로 상변이 현탁 유체를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1-1 ~ 5-3 및 비교예 1-1 ~ 4-5에 의해 얻어진 상변이 현탁 유체의 유변학적 특성을 측정하기 위하여, 계기를 사용하여 쉐어 비율(shear rate)과 주파수(frequency)를 조정하면서 점도(viscosity)와 댐핑지수(damping facter)를 얻었다. 이때 사용된 측정 지오메트리(geometery)는 double gap cell형이고 컵과 밥에는 어떠한 외력도 가해지지 않는다. 아울러, 실험결과의 정확성을 기하기 위해 전동유체를 매번 재분산시킨 후 위의 과정을 행하였다. 상기 측정 결과를 도 1a 내지 도 4b에 나타내었다. 이하 구체적으로 실험결과에 대해서 설명한다.
도 1a은 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1에서 제조한 상변이 현탁 유체의 전단속도에 따른 전단 점도의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 실시예 1-1의 상변이 현탁 유체는 저속의 전단속도 하에서는 점도가 일정한 뉴토니안(Newtonian) 거동을 보이지만, 고속의 전단속도 하에서는 점도가 감소하여 액체와 같은 형태의 현탁액이 되면서 비-뉴토니안(Non- Newtonian) 거동을 보임을 확인할 수 있다. 그러나 폴리 에틸렌 옥사이드 입자가 0.5 중량% 미만으로 포함된 비교예 1-1의 상변이 현탁 유체의 경우에는 뉴토니안(Newtonian) 거동의 점도 변화 결과를 나타냈으며, 폴리 에틸렌 옥사이드 입자가 30 중량% 초과인 경우에는 30 중량%와 큰 차이가 없는 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
아울러, 도 1b는 실시예 1-1 ~ 5-3 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 전단속도에 따른 전단 점도의 실험결과로서, 이 역시 상기 도 1a와 동일한 결과를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상변이 현탁 유체인 실시예 1-1 ~ 5-3은 고속의 전단 속도에서 전단담화 유체 특성을 갖음을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 2a 및 2c는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1에서 제조한 상변이 현탁 유체의 변형율에 따른 저장 탄성율(storage moduls)과 손실 탄성율(Loss moduls)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 구체적으로 진동수 1Hz에 대한 변형율에 따른 탄성율을 보이며, 이를 바탕으로 선형점탄성 영역 (Linear viscoelastic region)을 보이는 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
또한 도 2b와 도 2d는 실시예 1-1 ~ 5-3 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 변형율에 따른 저장 탄성율(storage moduls)과 손실 탄성율(Loss moduls)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 구체적으로 진동수 1Hz에 대한 변형율에 따른 탄성율을 보이며, 이를 바탕으로 선형점탄성 영역 (Linear viscoelastic region)을 보이는 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
도 3a는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1에서 제조한 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 복소 점도의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 진동수 변화에 따른 점도 변화율을 비율별로 확인할 수 있다.
도 3b는 실시예 1-1 ~ 5-3 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 복소 점도의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 진동수 변화에 따른 점도 변화율을 비율별로 확인할 수 있다.
도 3c는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 저장 탄성율(storage modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 상변이 유체의 탄성 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
도 3d는 실시예 1-1 ~ 5-3 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 저장 탄성율(storage modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 상변이 유체의 탄성 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
도 3e는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1에서 제조한 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 상변이 유체의 점성 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
도 3f는 실시예 1-1 ~ 5-3 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 손실 탄성율(Loss modulus)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 상변이 유체의 점성 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
도 4a는 실시예 1-1 ~ 5-1 및 비교예 1-1 ~ 2-1에서 제조한 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 감쇠율(Damping facter)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 기준점 1 이상에서는 점성의 성질을 보이며 1 이하에서는 탄성의 성질을 보이는 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
마지막으로 도 4b는 실시예 1-1 ~ 5-2 내지 비교예 1-1 ~ 2-3에서 제조한 중량평균분자량이 100,000, 400,000, 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 각각 포함하는 상변이 현탁 유체의 진동수에 따른 감쇠율(Damping facter)의 실험결과를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 구체적으로 기준점 1 이상에서는 점성의 성질을 보이며 1 이하에서는 탄성의 성질을 보이는 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상변이 현탁 유체는 저속의 전단속도나 저주파수 영역에서는 일정한 뉴토니안(newtonian) 거동을 보이지만, 고속의 전단속도나 고주파수 영역에서는 점도가 감소하여 액체와 같은 형태의 현탁액을 나타내는 비-뉴토니안(non-newtonian) 거동을 나타내는 전단담화(shear-thinning) 유체를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 저주파 영역에서는 하이드로 부시의 장점과 고주파 영역에서는 솔리드 타입의 부시의 장점을 갖는, 차량의 진동에 따라 상변이가 가역적으로 가능한 지능형 고분자계 분산 유체를 제공할 수 있어, 현가장치, 제진대, 엔진 마운트 등의 제어가 가능한 가변감쇠기구나 브레이크 클러치 등의 동력장치에도 응용이 가능하며 자동차 및 항공 산업 분야에 널리 적용될 수 있는 우수한 발명이다.

Claims (8)

  1. 중량평균분자량(Mw)이 100,000 ~ 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자; 및
    에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매;
    을 포함하는 상변이 현탁 유체 제조에 사용되는 조성물이며,
    상기 조성물의 전체 중량 대비 폴리 에틸렌 옥사이드 입자가 5 ~ 30 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (ⅰ) 중량평균분자량(Mw)이 100,000 ~ 900,000인 폴리 에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide) 입자를, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물과 물을 포함하는 용매에 혼합하여 분산시켜 현탁 유체 조성물을 제조하는 단계;
    (ⅱ) 현탁 유체 조성물을 초음파 처리하는 단계; 및
    (ⅲ) 초음파 처리된 현탁 유체 조성물을 진공 챔버에 넣어 공기를 제거하여 현탁 유체를 제조하는 단계;
    을 포함하며,
    상기 폴리 에틸렌 옥사이드 입자는 현탁 유체 조성물 전체 중량 대비 5 ~ 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변이 현탁 유체의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (ⅱ) 단계의 초음파 처리는 9 ~ 12 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 상변이 현탁 유체의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 (ⅲ) 단계의 공기를 제거는 9 ~ 12 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 상변이 현탁 유체의 제조방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 전단담화(shear-thinning) 유동거동 특성을 나타내는 상변이 현탁 유체.
  8. 제 7 항의 상변이 현탁 유체를 포함하는 자동차용 하이드로 부시.
KR1020140154262A 2014-11-07 2014-11-07 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법 KR101683996B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140154262A KR101683996B1 (ko) 2014-11-07 2014-11-07 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법
DE102015209215.1A DE102015209215B4 (de) 2014-11-07 2015-05-20 Phasenübergangsuspensionsfluidzusammensetzung umfassend Polyethylenoxidpartikel und Verfahren zur Herstellung derselben sowie hydraulische Kraftfahrzeugsbuchse
US14/717,711 US9914105B2 (en) 2014-11-07 2015-05-20 Phase-change suspension fluid composition including polyethylene oxide particles and method for manufacturing the same
CN201510441017.5A CN105585833B (zh) 2014-11-07 2015-07-24 包含聚氧化乙烯颗粒的相变悬浮流体组合物及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140154262A KR101683996B1 (ko) 2014-11-07 2014-11-07 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160054798A KR20160054798A (ko) 2016-05-17
KR101683996B1 true KR101683996B1 (ko) 2016-12-07

Family

ID=55803447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140154262A KR101683996B1 (ko) 2014-11-07 2014-11-07 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9914105B2 (ko)
KR (1) KR101683996B1 (ko)
CN (1) CN105585833B (ko)
DE (1) DE102015209215B4 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8406876B2 (en) 2005-04-05 2013-03-26 Cardiac Pacemakers, Inc. Closed loop neural stimulation synchronized to cardiac cycles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0008131A1 (en) 1978-08-16 1980-02-20 Union Carbide Corporation Poly(ethylene oxide) compositions
WO2014007879A1 (en) 2012-03-23 2014-01-09 Basf Se Fluid composition for a vibration dampener

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2889983A (en) * 1957-05-17 1959-06-09 New York Air Brake Co Deaerator for hydraulic systems subject to high temperatures
US3900378A (en) * 1971-11-01 1975-08-19 Union Carbide Corp Hydrogels from radiation crosslinked blends of hydrophilic polymers and fillers
US3954962A (en) * 1974-04-01 1976-05-04 Alan R. Tripp Oral hygiene product
US4699666A (en) * 1986-04-09 1987-10-13 Herbert B. Weisberg Composition and method for de-installing asbestos coatings
JPH0336541U (ko) * 1989-08-23 1991-04-09
US5948387A (en) * 1990-06-01 1999-09-07 Imarx Pharmaceutical Corp. Contrast media for ultrasonic imaging
KR930007799A (ko) * 1991-10-01 1993-05-20 디이. 젱크너 브라이안 충격감쇠 장치용 재료 및 그 제조방법
US5667895A (en) * 1991-10-01 1997-09-16 Jenkner; Brian D. Shock attenuation device
JP2956402B2 (ja) 1993-01-25 1999-10-04 トヨタ自動車株式会社 電気粘性流体
JPH07173479A (ja) 1993-11-05 1995-07-11 Japan Energy Corp 弗化炭化水素系冷媒圧縮機用潤滑油、同潤滑油を用いる弗化炭化水素系冷媒圧縮機潤滑方法及び弗化炭化水素系冷媒圧縮機用作動流体組成物
US5817252A (en) 1997-04-16 1998-10-06 Octagon Process Inc. Deicing and anti-icing composition for aircraft
US6302848B1 (en) * 1999-07-01 2001-10-16 Sonotech, Inc. In vivo biocompatible acoustic coupling media
DE10310757A1 (de) 2003-03-12 2004-09-23 Basf Ag DOT 4-Bremsflüssigkeiten
FR2938739B1 (fr) 2008-11-24 2010-12-10 Zedel Boucle d'attache pour le reglage et le serrage d'une sangle
JP2012518046A (ja) 2009-02-13 2012-08-09 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Ｎ−アシルサルコシン組成物
KR20100125980A (ko) * 2009-05-22 2010-12-01 현대모비스 주식회사 유체 봉입 하이드로 부시
KR20140103654A (ko) * 2013-02-19 2014-08-27 현대자동차주식회사 액체봉입형 엔진 마운트액 조성물

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0008131A1 (en) 1978-08-16 1980-02-20 Union Carbide Corporation Poly(ethylene oxide) compositions
WO2014007879A1 (en) 2012-03-23 2014-01-09 Basf Se Fluid composition for a vibration dampener

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
International Journal of Thermal Sciences., 71, 111-117 (2013).*
Rheol Acta., 49, 1207-1217 (2010).*

Also Published As

Publication number Publication date
CN105585833A (zh) 2016-05-18
KR20160054798A (ko) 2016-05-17
DE102015209215B4 (de) 2019-07-11
US9914105B2 (en) 2018-03-13
DE102015209215A1 (de) 2016-05-12
US20160129414A1 (en) 2016-05-12
CN105585833B (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110121223A1 (en) Magnetorheological fluids and methods of making and using the same
KR101673692B1 (ko) 건식 실리카 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법
JP5815406B2 (ja) 金属酸化物分散物
JP5436026B2 (ja) 免震装置用プラグ及びその製造方法
KR101600538B1 (ko) 탄소나노입자를 함유하는 전단농화유체 및 이를 포함하는 충격흡수소재
KR101683996B1 (ko) 폴리 에틸렌 옥사이드 입자를 포함하는 상변이 현탁 유체 조성물 및 이의 제조방법
CN103588944B (zh) 阻尼可调的聚氨酯材料及其制备方法与应用
CN105968741B (zh) 用于贴合玻璃的耐高温低残留保护膜
JP5783862B2 (ja) 磁場応答性樹脂組成物、その製造方法およびその用途
JP2017222824A (ja) 高減衰ゴム組成物および粘弾性ダンパ
CN113969059B (zh) 防振材及防振材的制造方法
CN110964481B (zh) 剪切增稠液及其制备方法、用途以及包含其的阻尼部件与能量吸收装置
EP1439550B1 (en) Glycol-based magnetorheological fluids with thickening agent
CN102936377B (zh) 一种宽温域高阻尼三元乙丙橡胶的制备方法
JP2014162810A (ja) 高減衰組成物および粘弾性ダンパ
KR101755925B1 (ko) 자기유변유체 조성물
JP5568581B2 (ja) 高減衰組成物および粘弾性ダンパ
KR102636108B1 (ko) 자기유변유체 및 자기유변유체의 제조 방법
JP6283572B2 (ja) ゴム組成物及び防振ゴム
KR101588051B1 (ko) 폴리비닐부티랄과 카르보닐 아이언을 이용한 자성 복합체 입자 및 자기유변유체 제조 방법
JP2824922B2 (ja) 振動吸収部材
CN110982242A (zh) 一种充液橡胶减震零件用非牛顿流体阻尼液及其制备方法
JP5436027B2 (ja) 免震構造体用プラグ及び免震構造体
AU2017212692A1 (en) Lubricant composition and uses thereof
CN108034177B (zh) 宽温域丙烯酸酯橡胶基纳米二氧化硅阻尼材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 4