KR101799547B1 - 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링 - Google Patents

내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 이원계(VDF/HFP) 불소고무와 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무를 혼합하여 이루어진 기재에 테프론 파우더를 첨가함으로써, 내열성, 내유성, 내연료성 및 내수성 등의 내구성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있도록 하는, 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링에 관한 것이다.

Description

내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링{O―ring rubber composition for ship engine with excellent durability and O―ring for ship engine using the same}
본 발명은 내열성, 내유성, 내연료성 및 내수성 등의 내구성과 기계적 물성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링에 관한 것이다.
최근들어 에코십(Eco-ship) 열풍에 발맞춰 선박엔진 업계도 친환경·고효율 기술을 개발하기 위해 치열한 노력을 전개하고 있으며 관련 부품에도 이를 위한 고내구성 부품을 요구하고 있다.
한편, 선박엔진에 적용되는 오링(O-ring)의 경우도 내열성, 내유성, 내연료성, 내수성 등 선박 사용환경에 적합하도록 내구성을 요구하고 있으며, 기존 선박엔진용 오링의 경우 이원계(VDF(vinylidenefluoride)/HFP(hexafluoropropylene)) 불소고무를 이용한 배합고무를 사용해 내열성을 향상시키거나 또는 최근 삼원계(VDF/HFP/TFE(tetrafluoroethylene)) 불소 고무를 도입해 내연료성 및 내수성을 개선하려는 노력이 이루어지고 있다.
관련 선행기술로써 특허문헌 1에서는 플루오로카아본 탄성체로 이루어지는 밀봉재로써, 상기 플루오로카아본 탄성체가 이원계(VDF/HFP) 또는 삼원계(VDF/HFP/TFE)로 이루어지는 그룹에서 선택하여 사용하는 기술을 공개하였다.
하지만, 이원계 불소고무를 이용한 배합고무를 사용할 경우, 내열성 향상효과는 있으나 내연료성, 내수성 등의 특성이 상대적으로 취약한 문제점이 있었으며, 삼원계 불소고무를 적용할 경우 내연료성 및 내수성 등이 일부 개선될 수 있으나 선박엔징용 오링에서 요구하는 물성을 만족시키기 어려운 문제점이 있었다.
한편, 일부 내열성, 내유성, 내연료성, 내수성 등의 내구성이 우수한 특수 불소 고무가 있지만 제품 단가가 너무 높아 실제적인 적용에는 한계가 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0079226호 "플루오로카아본 탄성체의 가황을 이용한 동적 밀봉재"
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이원계(VDF/HFP) 불소고무와 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무를 혼합하여 이루어진 기재에 테프론(teflon) 파우더를 첨가함으로써, 내열성, 내유성, 내연료성 및 내수성 등의 내구성과 기계적 물성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링을 제공함을 과제로 한다.
본 발명은 선박엔진 오링용 고무 조성물에 있어서, 이원계 불소고무와 삼원계 불소 고무를 혼합하여 이루어진 기재에 테프론 파우더가 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링을 과제의 해결 수단으로 한다.
좀 더 구체적으로 상기 내구성이 우수한 선박 엔진용 오링 조성물은, 이원계(VDF/HFP) 불소고무 10 ~ 30 중량% 및 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무 70 ~ 90 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더 10 ~ 30 중량부 및 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 첨가제는, 기재 100 중량부를 기준으로, 충진제인 황산바륨 30 ~ 50 중량부 및 규조토 5 ~ 10 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 1 ~ 3 중량부 및 실리콘계 왁스 1 ~ 5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염(Triallyl cyanurate) 1 ~ 5 중량부 및, 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(tet-butylperoxy)hexane) 0.5 ~ 5 중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 이원계(VDF/HFP) 불소고무와 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무를 혼합하여 이루어진 기재에 테프론 파우더를 첨가함으로써, 내열성, 내유성, 내연료성 및 내수성 등의 내구성과 기계적 물성이 모두 우수한 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하 본 발명에 따른 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링은 이원계 불소고무와 삼원계 불소 고무를 혼합하여 이루어진 기재에 테프론 파우더가 첨가되어 이루어지며, 보다 구체적으로는 이원계(VDF/HFP) 불소고무 10 ~ 30 중량% 및 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무 70 ~ 90 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더 10 ~ 30 중량부 및 첨가제를 혼합하여 이루어진다.
상기 이원계(VDF/HFP) 불소고무는 VDF(vinylidenefluoride)와 HFP(hexafluoropropylene)의 공중합으로 이루어지는 불소고무이고, 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소고무는 VDF, HFP 및 TFE(tetrafluoroethylene)의 공중합으로 이루어지는 불소고무로써 이미 공지된 물질이다.
한편, 상기 이원계 불소고무는 내열성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로 기재를 이루기 위한 함량이 10 중량% 미만일 경우 내열성 향상효과가 미비해질 우려가 있으며, 30 중량%를 초과할 경우 상대적으로 삼원계 불소고무의 함량이 감소하여 내연료성 및 내수성이 저하될 우려가 있다.
그리고, 상기 삼원계 불소고무는 내연료성 및 내수성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 기재를 이루기 위한 함량이 70 중량% 미만일 경우 내연료성 및 내수성의 향상효과가 미비해질 우려가 있으며, 90 중량%를 초과할 경우 상대적으로 이원계 불소고무의 함량이 감소하여 내열성이 미비해질 우려가 있다.
상기 테프론 파우더는 테프론을 분말화시킨 것으로, 상기 테프론은 내연료성 및 내수성 등이 우수한 불소수지의 한 종류로써 이미 공지된 물질이며, 오링용 고무 조성물에 대한 내연료성 및 내수성을 향상시키기 위해 첨가된다. 한편, 상기 테프론 파우더의 함량이 기재 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만일 경우 내연료성 및 내수성의 향상효과가 미비해질 우려가 있으며, 30 중량부를 초과할 경우 오링의 성형이 제대로 이루어지지 않을 우려가 있다.
상기 첨가제는 일반적인 오링용 고무 조성물에 사용될 수 있는 공지된 모든 첨가제를 공지된 함량 범위내에서 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않지만 일 예로 본 발명에서는 기재 100 중량부를 기준으로, 충진제인 황산바륨 30 ~ 50 중량부 및 규조토 5 ~ 10 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 1 ~ 3 중량부 및 실리콘계 왁스 1 ~ 5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염(Triallyl cyanurate) 1 ~ 5 중량부 및, 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(tet-butylperoxy)hexane) 0.5 ~ 5 중량부를 사용한다.
한편, 상기 첨가제는 충진제, 분산제, 가교조제, 가교제 분야에서 이미 널리 사용되는 공지된 물질이고 그 함량 역시 공지된 범위 내이므로 상세한 설명은 생략한다. 아울러 이미 상술한 바와 같이 상기와 같은 첨가제에 한정되는 것은 아니고 오링의 사용환경, 엔진이나 선박의 종류 등에 따라 이미 공지된 다양한 첨가제를 선택적으로 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 오링용 고무 조성물
(실시예 1)
이원계(VDF/HFP) 불소고무(Dyneon FPO3730, 3M) 30 중량% 및 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무(Viton GF-600S, DuPont) 70 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더(Teflon PTFE60, DuPont) 10 중량부, 충진제인 황산바륨 25 중량부 및 규조토 5 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 0.5 중량부 및 실리콘계 왁스 1.5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 4 중량부 및 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산 4.5 중량부하여 오링용 고무 조성물을 제조하였다.
(실시예 2)
이원계(VDF/HFP) 불소고무(Dyneon FPO3730, 3M) 20 중량% 및 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무(Viton GF-600S, DuPont) 80 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더(Teflon PTFE60, DuPont) 30 중량부, 충진제인 황산바륨 25 중량부 및 규조토 5 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 0.5 중량부 및 실리콘계 왁스 1.5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 4 중량부 및 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산 4.5 중량부하여 오링용 고무 조성물을 제조하였다.
(실시예 3)
이원계(VDF/HFP) 불소고무(Dyneon FPO3730, 3M) 10 중량% 및 삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무(Viton GF-600S, DuPont) 90 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더(Teflon PTFE60, DuPont) 20 중량부, 충진제인 황산바륨 25 중량부 및 규조토 5 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 0.5 중량부 및 실리콘계 왁스 1.5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 4 중량부 및 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산 4.5 중량부하여 오링용 고무 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
이원계(VDF/HFP) 불소고무(Dyneon FPO3730, 3M) 100 중량부에 대하여, 충진제인 황산바륨 55 중량부 및 규조토 5 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 0.5 중량부 및 실리콘계 왁스 1.5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 4 중량부 및 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산 4.5 중량부하여 오링용 고무 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
삼원계(VDF/HFP/TFE) 불소 고무(Viton GF-600S, DuPont) 100 중량부에 대하여, 충진제인 황산바륨 55 중량부 및 규조토 5 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 0.5 중량부 및 실리콘계 왁스 1.5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염 4 중량부 및 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산 4.5 중량부하여 오링용 고무 조성물을 제조하였다.
2. 시험방법
상기 실시예 1 내지 3 및, 비교예 1, 2에 의해 제조된 오링용 고무 조성물을 각 측정 기준에 맞는 형태로 성형(성형조건 : cure 10’ at 170℃, postcured 4h at 180℃)한 후, 다음과 같은 방법으로 특성을 시험하여 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
(1) 경도
KS M6784에 준하여 아스커(Asker) A형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 인장강도
시편을 약 3mm 두께로 만든 후 KS M6518에 따른 2호형을 커터(cutter)로 시험편을 제작하여 KS M6518에 준하여 인장강도를 측정하였다.
(3) 영구압축줄음율
시편을 두께가 10mm가 되도록 만든 후, 지름이 30±0.05mm인 원기둥 형태로 제조한 시험편을 KS M6660에 준하여 측정하였다. 2장의 평행금속판 사이에 시험편을 넣고, 시험편 두께의 50%에 해당하는 스페이서를 끼운 후 압축시켜 50±0.1℃로 유지되는 오픈에서 6시간 열처리한 후 압축상태를 해제하고 실온에서 30분간 방치한 후 시험편의 두께를 측정하였으며, 영구압축줄음율은 다음 수학식 1에 의하여 계산하였다.
(수학식 1)
Figure 112016038338916-pat00001

t0 : 시험편의 초기 두께
tf : 열처리 후 냉각되었을 때 시험편의 두께
tx : 스페이서의 두께
(4) 내열성
DIN 53505에 준하여 275℃±2에서 시험편을 70시간 방치 후 경도 변화를 측정하였다.
(5) 내유성
DIN 53505에 준하여 150℃±2, No.1 oil과 No.2 oil에서 시험편을 70시간 방치 후 경도와 부피 변화를 측정하였다.
(6) 내연료성
DIN 53521에 준하여 160℃±2, HD-oil과 Diesel oil, 2% corrosion prevention oil에서 시험편을 168시간 방치 후 부피 변화를 측정하였다.
(7) 내수성
DIN 53521에 준하여 150℃±2, 증류수에서 시험편을 168시간 방치 후 경도와 부피 변화를 측정하였다.
구분 비교예 1 비교예2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 요구물성
경도
(A type)		 77 75 77 77 76 -
인장강도
(kgf/cm2)		 172 152 165 164 157 min.150
영구압축
줄음율
(175℃, 24hr)		 15 10 14 13 11 max.15
영구압축
줄음율
(200℃, 22hr)		 20 15 17 17 15 max.20
내열성(275℃, 70hr)
경도
(A type,
ΔHd)		 1 2 0 1 1 -8 ~ 2
내유성-1(No.1 Oil, 150℃, 70hr)
경도
(A type,
ΔHd)		 -1 0 -1 0 0 -1 ~ 2
부피증가
(%)		 2 0 1 0 0 0 ~ 2
내유성-2(No.3 Oil, 150℃, 70hr)
경도
(A type,
ΔHd)		 -2 -1 -2 -1 0 0 ~ -3
부피증가
(%)		 5 2 4 3 1 0 ~ 5
내연료성-1(HD Oil, 160℃, 168hr)
부피증가
(%)		 7 4 3 3 2 0 ~ 3
내연료성-2(Disel Oil, 160℃, 168hr)
부피증가
(%)		 10 6 3 3 2 0 ~ 3
내연료성-3(2% corrosionprevention oil, 160℃, 168hr)
부피증가
(%)		 7 4 2 2 1 0 ~ 3
내수성(증류수, 150℃, 168hr)
경도
(A type,
ΔHd)		 -8 -7 -6 -5 -3 -10 ~ 1
부피증가
(%)		 7 6 4 3 3 0 ~ 5
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박엔진 오링용 고무 조성물은 내열성, 내유성, 내연료성 및 내수성 등의 내구성과 기계적 물성 등이 모두 고르게 요구물성을 만족시킴을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물 및 이를 이용한 선박엔진용 오링은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 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. 선박엔진에 사용되는 오링용 고무 조성물에 있어서,
    이원계 불소고무 10 ~ 30 중량% 및 삼원계 불소 고무 70 ~ 90 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 테프론 파우더 10 ~ 30 중량부 및 첨가제를 혼합하여 이루어지되,
    상기 이원계 불소고무는 VDF(vinylidenefluoride)와 HFP(hexafluoropropylene)의 공중합으로 이루어지는 불소고무이고, 상기 삼원계 불소고무는 VDF, HFP 및 TFE(tetrafluoroethylene)의 공중합으로 이루어지는 불소고무를 사용하며,
    상기 첨가제는, 기재 100 중량부를 기준으로, 충진제인 황산바륨 30 ~ 50 중량부 및 규조토 5 ~ 10 중량부와, 분산제인 폴리에틸렌 왁스 1 ~ 3 중량부 및 실리콘계 왁스 1 ~ 5 중량부와, 가교조제인 트리알릴시아누르산염(Triallyl cyanurate) 1 ~ 5 중량부 및, 가교제인 2,5-디메틸-2,5-디(터시어리-부틸퍼옥시)헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(tet-butylperoxy)hexane) 0.5 ~ 5 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물.
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  4. 제 1항에 따른 내구성이 우수한 선박엔진 오링용 고무 조성물로 이루어지는 선박엔진용 오링.
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