KR101776410B1 - 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나일론 소재에 소량의 탄소나노튜브를 첨가하고, 상기 나일론 소재를 나일론 66과 나일론 6으로 구성한 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 수지 조성물을 사용하여 타이밍 체인 가이드를 제작하면 소량 첨가된 탄소나노튜브에 의해 표면 쇼어 경도가 향상되어 내마모성이 좋아지고, 나일론 6가 탄소나노튜브에 의해 감소되는 신율을 보완 및 향상시켜 강한 외력이 작용하여도 쉽게 깨지지 않을 수 있다.

Description

타이밍 체인 가이드용 수지 조성물{A RESIN COMPOSITION FOR TIMING CHAIN GUIDE}

본 발명은 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물에 관한 것으로서, 상기 수지 조성물을 사용하면 사출 성형성이 좋으면서도 마모가 심하지 않은 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다.

타이밍 체인은 자동차의 엔진에서 생기는 동력을 외부로 전달하는 구성이다. 도 1을 참조하면 타이밍 체인은 크랭크축의 타이밍 기어와 캠축의 타이밍 기어를 연결한다. 따라서 크랭크축의 타이밍 기어의 회전력을 캠축의 타이밍 기어에 전달할 수 있다.

타이밍 체인 가이드는 상기 타이밍 체인과 맞닿아 상기 타이밍 체인의 거동을 안내하는 구성이다. 상기 타이밍 체인은 타이밍 체인 가이드에 의해 안정적으로 받쳐지기 때문에 일정한 궤도를 따라 안정적으로 움직일 수 있다.

도 1에서 알 수 있듯이 타이밍 체인 가이드는 타이밍 체인과 접하고 있다. 따라서 상기 타이밍 체인이 회전함에 따라 상기 타이밍 체인 가이드의 표면에 마모가 심하게 일어날 수 있다.

마모에 의한 분진은 고장의 원인이 될 수 있고, 타이밍 체인과 타이밍 체인 가이드 간의 높은 마찰력은 연비 저하로 이어질 수 있다.

수지 조성물의 내마모성을 향상시키기 위한 방법으로는 탄소나노튜브 등의 첨가제를 사용하는 것이 일반적이다.

한국공개특허 제10-2013-0013224호는 폴리아미드(polyamide)의 기계적 강도, 열전도성, 전기 전도성 등의 물성을 향상시키기 위해 탄소나노튜브를 소량 첨가한 발명이다.

한국등록특허 제10-1449048호는 자동차 엔진 커버용 폴리아미드 수지 조성물에 나노 클레이, 유리섬유, 탄소나노튜브 등을 첨가하여 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시킨 발명이다.

이와 같이 탄소나노튜브 등의 첨가제를 사용하는 것은 널리 쓰이고 있는 기술이다. 다만 첨가제를 단순히 수지 조성물과 혼합하는 것만으로는 우수한 제품을 제조할 수 없다. 목적하는 제품에 따라 요구하는 물성이 상이하고, 첨가량에 따라 다른 특성이 저하되는 것을 막아야 하는 등의 장애물이 있기 때문이다.

한국공개특허 제10-2013-0013224호 한국등록특허 제10-1449048호

이에 본 발명은 표면 쇼어 경도가 높아 내마모성이 우수한 타이밍 체인 가이드를 제조할 수 있는 수지 조성물을 개발하는 것을 목적으로 한다.

또한 신율(tensile elongation)이 우수하여 유연한 타이밍 체인 가이드를 제조할 수 있는 수지 조성물을 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 이하의 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물은 나일론 66을 55 ~ 80 중량%, 나일론 6을 15 ~ 40 중량%, 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5 중량%로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 나일론 66은 상대점도가 2.1 ~ 3.1일 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 나일론 6은 상대점도가 2.7 ~ 3.3일 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 나일론 6의 상대점도는 상기 나일론 66의 상대점도보다 클 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 나일론 66은 분자량이 10,000 ~ 21,000 g/mol일 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 나일론 6은 분자량이 14,000 ~ 24,000 g/mol일 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 길이가 10 ~ 50 ㎛일 수 있다.

본 발명에 따른 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물은 왁스, 스테아린산, 스테아린산 금속염계, 스테아린산 아미드계, 스테아린산 올레핀계 및 스테아린산 실리콘계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 활제를 0.1 ~ 1 중량%로 더 포함할 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하면 표면 쇼어 경도가 높아 타이밍 체인에 의한 마모가 심하게 일어나지 않는 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다. 이에 마모에 의한 분진이 많이 생기지 않으므로 고장을 방지할 수 있고, 타이밍 체인과의 마찰이 줄어 연비를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하면 신율이 우수하여 유연한 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다. 즉, 타이밍 체인이 고속으로 회전하더라도 쉽게 깨지지 않는 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 타이밍 체인과 타이밍 체인 가이드의 사진이다.
도 2는 실시예의 대금속 마모 시험 결과의 사진이다.
도 3은 비교예 1의 대금속 마모 시험 결과의 사진이다.
도 4는 비교예 2의 대금속 마모 시험 결과의 사진이다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

타이밍 체인 가이드는 다음과 같은 물성을 만족해야 한다.

첫째로, 타이밍 체인 가이드는 고속으로 움직이는 타이밍 체인과 맞닿은 상태에서 상기 타이밍 체인의 움직임을 가이드하는 구성이므로 지속적으로 마찰이 생기기 때문에 내마모성이 좋아야 한다.

둘째로, 타이밍 체인 가이드는 상기 타이밍 체인의 움직임으로부터 상당히 큰 외력을 받기 때문에 깨지거나 파손되지 않도록 신율(파단신율)이 좋아야 한다. 즉, 타이밍 체인의 움직임을 견딜 수 있어야 한다.

종래에는 타이밍 체인 가이드를 고점도 나일론 66으로 구성된 수지 조성물로 제작하였다.

고점도 나일론 66은 상대점도가 4.0 ~ 5.0 이고, 분자량이 16,000 ~ 27,000 g/mol인 나일론 수지를 말한다.

본 발명에서 '상대점도'라 함은 대상 소재의 점도와 황산의 점도의 비를 의미한다.

타이밍 체인 가이드는 수지 조성물을 금형에 사출하여 고화 또는 경화하는 사출 성형으로 제작한다. 따라서 종래에는 작업을 수월하게 하기 위해 사출이 용이한 고점도 나일론 66을 사용하였다.

그러나 고점도 나일론 66을 사용하여 제작한 타이밍 체인 가이드는 표면 쇼어(shore) 경도가 낮아 마모가 심하다는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 고점도 나일론 66을 대신하여 나일론 46을 사용함으로써 타이밍 체인 가이드의 표면 쇼어 경도를 높이고자 하는 시도가 있었다. 그러나 나일론 46은 수분 흡습에 매우 민감하여 품질이 떨어지고, 작업 온도(사출 성형을 위한 용융 온도)가 300℃ 이상이어서 작업성이 좋지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 고점도 나일론 66 또는 나일론 46의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다. 본 발명은 나일론 소재로 나일론 66 및 나일론 6을 사용하고, 상기 나일론 소재에 탄소나노튜브를 소량 첨가한 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물일 수 있다.

구체적으로는 상기 타이밍 체인 가이드용 수지 조성물은 상기 나일론 66을 55 ~ 80 중량%, 나일론 6을 15 ~ 40 중량%, 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5 중량%로 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 나일론 66은 65 ~ 70 중량%일 수 있고, 상기 나일론 6은 20 ~ 30 중량%일 수 있으며, 상기 탄소나노튜브는 3 ~ 5 중량%일 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 나일론 66은 66.5 중량%일 수 있고, 상기 나일론 6는 28.5 중량%일 수 있으며, 상기 탄소나노튜브는 5 중량%일 수 있다.

이하 본 발명의 기술적 특징을 자세히 설명한다.

본 발명은 나일론 66에 탄소나노튜브를 소량 첨가한 수지 조성물로서, 이를 사용하여 제작한 타이밍 체인 가이드는 표면 쇼어 경도가 높아 내마모성이 우수하다.

상기 나일론 66은 전술한 고점도 나일론 66과 비교하여 상대점도 및 분자량이 낮은 나일론 소재이다. 구체적으로는 상대점도가 2.1 ~ 3.1, 분자량이 10,000 ~ 21,000 g/mol일 수 있다.

상기 나일론 66의 낮은 상대점도 및 분자량에 의해 타이밍 체인 가이드의 표면 쇼어 경도가 낮아질 수 있음에도 이를 사용하는 이유는 다음과 같다.

상기 고점도 나일론 66은 탄소나노튜브에 함침되지 않는다. 따라서 상기 고점도 나일론 66에 탄소나노튜브를 첨가하여 준비한 수지 조성물로 타이밍 체인 가이드를 제작하면, 오히려 표면 쇼어 경도, 신율, 굴곡성 등의 물성이 떨어진다.

또한 상기 나일론 66을 사용함으로써 떨어지는 표면 쇼어 경도는 탄소나노튜브의 첨가에 의해 충분히 상쇄할 수 있는 정도이다.

상기 탄소나노튜브는 길이가 10 ~ 50 ㎛인 것을 0.1 ~ 5 중량%로 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 탄소나노튜브의 길이 또는 함량이 위의 수치 범위를 넘어가면 상기 나일론 소재 내에서 고르게 분산되지 않을 수 있다. 또한 후술할 바와 같이 타이밍 체인 가이드의 신율이 낮아질 수 있다. 반대로 위의 수치 범위보다 낮으면 표면 쇼어 경도의 향상 효과가 미미할 수 있다.

본 발명은 나일론 66과 나일론 6을 혼합한 나일론 소재와 탄소나노튜브를 포함하는 수지 조성물로서, 탄소나노튜브의 첨가에 따라 감소하는 신율을 나일론 6로 보완한다.

전술한 바와 같이 타이밍 체인 가이드에 있어서 표면 쇼어 경도와 신율은 모두 중요한 조건이다. 상기 탄소나노튜브는 강성이 높기 때문에 타이밍 체인 가이드의 표면 쇼어 경도를 높일 수 있는 반면, 신율(파단신율)은 떨어뜨릴 수 있다.

따라서 본 발명은 상기 나일론 6을 첨가하여 감소하는 신율을 보완 및 향상시킨다.

이를 위해 상기 나일론 6은 상기 나일론 66보다 높은 점도와 분자량을 가진 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로는 상기 나일론 6은 상대점도가 2.7 ~ 3.3, 분자량이 14,000 ~ 24,000 g/mol일 수 있다.

상기 나일론 6의 상대점도 및 분자량이 위의 수치 범위를 넘어가면 탄소나노튜브를 첨가하였을 때 함침이 제대로 되지 않아 오히려 물성이 떨어질 수 있다. 반대로 위의 수치 범위보다 낮으면 신율을 보완 및 향상시키는 효과가 미미할 수 있다.

또한 수지 조성물에서 상기 나일론 6의 함량은 15 ~ 40 중량%일 수 있다. 위의 수치 범위를 넘어가면 상기 나일론 66의 함량이 낮아지므로 내열성이 낮아지는 문제가 생길 수 있고, 위의 수치 범위보다 낮으면 신율을 보완 및 향상시키는 효과가 미미할 수 있다.

본 발명에 따른 수지 조성물은 상기 나일론 수지 내에서 상기 탄소나노튜브의 분산성을 높이기 위해 활제를 더 포함할 수 있다. 상기 활제는 수지 조성물의 사출 성형성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

상기 활제는 왁스, 스테아린산, 스테아린산 금속염계, 스테아린산 아미드계, 스테아린산 올레핀계 및 스테아린산 실리콘계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 일 수 있다.

상기 활제의 함량은 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 1 중량부일 수 있다. 위의 수치 범위를 넘어가면 사출 성형 과정에서 가스가 발생하여 타이밍 체인 가이드의 품질이 떨어질 수 있다. 반대로 위의 수치 범위보다 낮으면 분산성 및 사출 성형성을 높이는 효과가 미미할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 제시한다. 다만 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것이며, 이로써 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

이하의 표 1과 같은 구성을 포함하는 수지 조성물을 준비하여 사출 성형을 통해 타이밍 체인 가이드를 제작하였다.

구분 [중량%]	실시예	비교예
		1	2	3	4
고점도 나일론 66	-	100	-	-	-
나일론 46	-	-	100	-	-
나일론 66	66.5	-	-	95	66.5
나일론 6	28.5	-	-	-	26.5
탄소나노튜브	5	-	-	5	7
합계	100	100	100	100	100

* 상기 실시예 및 비교예는 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 활제로서 0.2 중량부의 EBS(Ethylene Bis Stearamide)를 더 포함한다.

실험예

상기 실시예 및 비교예에서 제작한 타이밍 체인 가이드의 파단신율, 표면 쇼어 경도, 내마모성 등을 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 2, 도 2 내지 도 4와 같다.

항목		시험방법	단위	실시예	비교예
					1	2	3	4
비중		ASTM D792	-	1.15	1.14	1.18	1.15	1.16
파단신율		ASTM D638	%	26	6	16	4	10
쇼어 경도		ISO 868	D Type	88	80	84	84	90
대금속 마모*	링 마모 중량	이하 설명	mg	7.1	19	20	9.2	7.2
	마모 분진 관찰	육안관찰	-	우수	심함	심함	좋음	우수
동마찰계수**		-	-	0.42	0.60	0.48	0.45	0.44

* 대금속 마모는 상기 타이밍 체인 가이드와 금속 간의 마모를 측정한 것이다.

** 동마찰계수는 상기 타이밍 체인 가이드의 동일 수지에 대한 마찰계수를 측정한 것이다.

대금속 마모의 시험 방법은 다음과 같다.

도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이 두 개의 링(Ring)을 맞닿게 한 뒤 회전시킴으로써 마모의 발생 정도를 평가하였다.

이 때 링 1(Ring 1)로는 스테인레스 스틸(S45C)로 제조한 링을 사용하였고, 링 2(Ring 2)로는 실시예 및 비교예에서 제작한 타이밍 체인 가이드를 사용하였다.

회전 속도는 200 mm/s 였으며, 4시간 동안 마모 시험을 수행하였다.

마모의 발생 정도는 시험 전 후의 링 2(Ring 2)의 중량 변화로 측정하였다.

상기 대금속 마모 시험에서 분진이 생긴 정도를 육안으로 관찰하였는바 그 결과는 도 2 내지 도 4와 같다.

도 2는 실시예의 실험결과이고, 도 3은 비교예1의 실험결과이며, 도 4는 비교예2의 실험결과이다.

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수지 조성물로 제작한 타이밍 체인 가이드인 실시예의 표면 쇼어 경도가 고점도 나일론 66만으로 제작한 것인 비교예 1, 나일론 46만으로 제작한 것인 비교예 2 보다 우수한 것을 알 수 있다. 또한 우수한 표면 쇼어 경도에 따라 대금속 마모 시험에서의 링 마모 중량이 현격하게 줄었고, 동마찰계수 역시 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 실시예의 내마찰/내마모 성능이 월등함을 입증하는 결과이다.

위와 같은 결과는 도 2 내지 도 4로부터도 알 수 있다. 도 2의 실시예의 경우 분진이 거의 생기지 않았으나, 도 3의 비교예 1과 도 4의 비교예 2는 마모 분진이 심하게 생겼음을 확인할 수 있다.

또한 실시예는 파단신율도 비교예 1 및 비교예 2에 비해 높은 것을 알 수 있다. 따라서 실시예는 타이밍 체인으로부터 강한 외력을 받더라도 유연하여 쉽게 깨지지 않을 수 있다.

비교예 3은 실시예와 달리 나일론 6을 포함하지 않는 수지 조성물로 제작한 타이밍 체인 가이드이다. 비교예 3은 탄소나노튜브를 5 중량%로 포함하므로 표면 쇼어 경도와 그에 따른 마모특성은 만족할만한 수준이다. 그러나 탄소나노튜브의 첨가에 따라 신율이 감소하였음을 알 수 있다.

이를 통해 타이밍 체인 가이드의 표면 쇼어 경도와 신율(파단신율)을 모두 향상시키기 위해서는 탄소나노튜브와 나일론 6를 모두 포함하는 수지 조성물을 사용해야 함을 알 수 있다.

비교예 4는 실시예와 달리 탄소나노튜브를 7 중량%로 포함하는 수지 조성물로 제작한 타이밍 체인 가이드이다. 비교예 4는 탄소나노튜브를 포함하므로 표면 쇼어 경도와 그에 따른 미모특성은 만족할만한 수준이다.

비교예 4는 비교예 3과 달리 나일론 6을 포함하는데도 불구하고 파단신율이 거의 향상되지 않았음을 알 수 있다. 이는 비교예 4는 탄소나노튜브를 과량으로 함유하고 있기 때문에 나일론 소재 내에서 상기 탄소나노튜브의 분산성이 좋지 않고, 이에 따라 나일론 6이 제 기능을 발휘하지 못한 것이라고 볼 수 있다.

정리하면, 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하면 표면 쇼어 경도가 높아 타이밍 체인에 의한 마모가 심하게 일어나지 않는 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다. 이에 마모에 의한 분진이 많이 생기지 않으므로 고장을 방지할 수 있고, 타이밍 체인과의 마찰이 줄어 연비를 개선할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 수지 조성물을 사용하면 신율이 우수하여 유연한 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다. 즉, 타이밍 체인이 고속으로 회전하더라도 쉽게 깨지지 않는 타이밍 체인 가이드를 얻을 수 있다.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 의해 정해진다.

Claims (8)

1. 나일론 66을 65중량% ~ 70중량%,
   나일론 6을 20중량% ~ 30중량% 및
   탄소나노튜브를 3중량% ~ 5중량%로 포함하는 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 나일론 66은 상대점도가 2.1 ~ 3.1인 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 나일론 6은 상대점도가 2.7 ~ 3.3인 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 나일론 6의 상대점도는 상기 나일론 66의 상대점도보다 큰 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 나일론 66은 분자량이 10,000 ~ 21,000 g/mol인 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 나일론 6은 분자량이 14,000 ~ 24,000 g/mol인 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄소나노튜브는 길이가 10 ~ 50 ㎛인 타이밍체인가이드용 수지 조성물.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   왁스, 스테아린산, 스테아린산 금속염계, 스테아린산 아미드계, 스테아린산 올레핀계 및 스테아린산 실리콘계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 활제를 0.1 ~ 1 중량%로 더 포함하는 타이밍체인가이드용 수지 조성물.

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