KR101871482B1 - 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 내압성을 가짐과 동시에, 고주파의 진동에도 내구성이 우수한 쇼크 업소버 씰링부재를 제공하는 것을 목적으로 하며, 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은, 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가교조제를 포함하여 이루어진 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물로서, 상기 폴리머는, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR)이고, 상기 충진제는, 산화철 및 PTFE를 포함한다.

Description

쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITE FOR A SHOCK ABSORBER OIL SEAL}
본 발명은 쇼크 업소버 씰링부재의 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 쇼크 업소버의 실린더 튜브에 설치되어서 실린더 튜브 내의 오일이나 가스가 유출되지 않도록 하는 쇼크 업소버용 씰링부재를 구성하는 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 쇼크 업소버는 차량의 차축과 차체 사이에 설치되어서 차량 주행시 차축이 노면으로부터 받는 진동이나 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키는 장치이다.
상기 쇼크 업소버는 대략적으로, 실린더 튜브와, 피스톤 로드를 포함한다. 실린더 튜브는 오일이나 가스가 들어 있다. 피스톤 로드는 실린더 튜브 안팎을 오간다. 피스톤은 상기 피스톤 로드의 끝단에 설치되어서 상기 실린더 튜브 내를 승, 하강하게 된다.
상기 쇼크 업소버는, 차량이 불규칙한 노면을 주행하는 중 노면 차이로 인해 스프링이 진동하게 되면, 쇼크 업소버의 피스톤이 상기 스프링의 진동을 전달받아서 실린더 튜브에 대하여 승, 하강 하게 된다. 이 때, 피스톤이 상하로 이동함에 따라서, 실린더 튜브 내의 오일이나 가스는 피스톤 밸브의 오리피스를 통해 상하로 이동하면서 피스톤에 저항 압력을 가함으로써, 스프링의 진동을 감쇠시킨다.
이러한 쇼크 업소버는 상기 작용을 지속적으로 수행하기 위해서는, 상기 실린더 튜브 내의 오일 압력이나 가스 압력이 일정하게 유지될 필요가 있다. 이를 위해서 실린더 튜브와 피스톤 사이에 씰링부재가 설치된다. 상기 씰링부재는 실린더 튜브에 고정된 상태에서 피스톤과 접촉하도록 설치되어서, 상기 피스톤이 실린더 튜브에 대하여 상하로 이동하더라도, 피스톤과 실린더 튜브 사이로 상기 실린더 튜브 내의 오일이나 가스가 누설되지 않게 한다.
상기 쇼크 업소버 씰링부재는 통상적으로 금속 보강환과, 스프링과, 본체부를 포함한다. 이 경우, 금속보강환에 씰립을 형성하는 고무 재질의 본체부를 일체형으로 한 후, 적당한 조임력을 상기 본체부의 립부에 부여하기 위해 스프링을 끼워 넣는 구조를 가진다.
상기 본체부를 구성하는 고무 조성물 중 폴리머는 통상적으로 아크릴로니트릴(acryonitrile) 고무 조성을 지니는 NBR(Acrylonitrile Butadiene Rubber)을 사용한다. 상기 NBR은 내유성, 내마모성, 내노화성이 양호하여서 오일의 누수방지, 외부의 먼지의 침입방지 및 피스톤 로드의 윤활면의 보호 등의 기능을 하였다.
그런데, 최근에 차량의 차체 경량화와 더불어 부품의 소형화로 인하여, 쇼크 업소버의 내부 압력이 기존보다는 두 배 이상 증대되어 이에 적합한 오일씰 제품이 필요로 하고 있다.
이와 함께, 쇼크 업소버는 고주파의 진동이 발생하기 때문에, 상기 쇼크 업소버 씰링부재의 데미지(damage)가 크게 된다. 따라서 이런 데미지로 인하여 소음이 발생하고, 주행 안정성이 나빠진다는 문제점이 있다.
한국특허등록공보 제10-0854380호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 우수한 내압성을 가짐과 동시에, 고주파의 진동에도 내구성이 우수한 쇼크 업소버 씰링부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은, 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가교조제를 포함하여 이루어진 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물로서, 상기 폴리머는, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR)이고, 상기 충진제는, 산화철 및 PTFE를 포함한다.
상기 아크릴로니트릴-부타디엔고무의 니트릴(Nitrile) 함량은 18중량% 내지 23중량%일 수 있다.
상기 충진제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 50 내지 100 중량부를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 충진제는 산화철 및 PTFE 충진제를 더 포함하고, 상기 산화철은 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 갖고, 상기 PTFE 충진제는 폴리머 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부를 가질 수 있다.
상기 가교조제는 스테아린산 및 산화아연을 포함하는 것으로, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가질 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 내압성이 향상됨으로써, 가혹한 주위환경에서도 차량의 소음을 저감할 수 있고, 승차감 및 주행 안정성이 우수해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼크 업소버의 씰링부재용 고무 조성물이 적용된 쇼크 업소버의 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 통상적인 자동차용 현가장치의 일 예를 도시한 도면이다.
차량용 쇼크 업소버(10)에 대해 개략적으로 설명하자면, 차량용 쇼크 업소버(10)는 실린더 실린더 튜브(11)와, 피스톤로드(12)와, 피스톤밸브(13)와, 분리피스톤(14)과, 로드가이드(16)를 구비한다.
피스톤로드(12)는 실린더 튜브(11) 내측으로 삽입되고 타단은 실린더 튜브(11)의 상단을 통해 외측으로 연장된다.
피스톤밸브(piston valve)(13)는 피스톤로드(piston rod)(12)와, 피스톤로드(12)의 하측에 설치되어 실린더 튜브(11) 내부를 상부의 인장챔버(rebound chamber)(17a)와 하부의 압축챔버(compression chamber)(17b)로 구획시키며 그 몸체에는 인장챔버(17a)와 압축챔버(17b)간의 오일 유동을 위한 유로(13a)가 형성되어 있다.
분리피스톤(14)은 실린더 튜브(11) 내부에 위치하여 상부의 압축챔버(17b)와 하부의 가스챔버(gas chamber)(18)를 구획시킨다.
로드가이드(rod guide)(16)는 분리피스톤(14)과, 실린더 튜브(11)의 상단에서 피스톤로드(12)를 습동 지지하도록 구비한다.
상기와 같은 구조로 이루어진 쇼크 업소버(10)의 동작 과정은, 차량 주행에 따라 노면으로부터 충격이 입력되면, 피스톤로드(12)가 상하로 왕복 이동하게 되고, 이에 따라 피스톤밸브(13)의 내부에 형성된 유로(13a)를 통해 상부의 인장챔버(17a)와 하부의 압축챔버(17b)간에 오일이 이동하여 흐르면서 입력된 충격을 완화시키는 감쇠력을 발생시키게 된다.
이 경우, 쇼크 업소버의 씰링부재(100)는 피스톤로드(12)와 실린더 튜브(11)사이에 형성되어 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지하기도 하고, 내부의 오일이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이러한 쇼크 업소버의 씰링부재(100)는 제조사의 의도에 따라 복수의 부재로 이루어질 수 있으며, 일체형으로 형성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은, 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가교조제를 포함하여 이루어진다.
폴리머(원료고무)는, 아크릴로니트릴과 부타디엔의 유화공중합에 의해 제조된 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber, NBR)이다.
아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile butadiene) 고무는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)과 부타디엔(butadiene)의 공중합체로, 아크릴로니트릴(acrylonitrile) 함량에 따라 최종 제품의 물성치가 달라진다. 예를 들어, 니트릴의 함량이 높을수록 오일에 대한 저항성(耐油性)이 높아지나 고무의 탄성과 저압축영구줄음율은 그 반대로 나빠진다.
본 발명에서는 아크릴로니트릴의 함량이 18 내지 23wt%이다. 상기 함량이 18wt% 미만인 경우에는 내오일유성 및 연료 불투과성이 열화된다. 또한, 상기 함량이 23wt%를 초과하는 경우에는 고무의 탄성과 저온 유연성이 적절 수준 이하로 나빠지게 된다.
충진제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 본 실시예에 따르면, 충진제는 카본 블랙과, 셀룰로오스와, PTFE충진제 및 산화철을 배합하여 이루어진다.
카본블랙은 작업성, 분산성이 양호하고, 다량 배합하여도 보강성이 크게 저하되지 않고, 가황고무의 반발탄성, 내굴곡성이 양호하고 발열이 낮다는 장점이 있다. 상기 카본 블랙으로는 FEF 계열을 적용할 수 있다. 예를 들어 FEF 는 N550(㈜DCC)일 수 있다. 이에 셀룰로오스를 포함한다.
본 발명은 충진제로 산화철(Fe2O3) 및 PTFE 충진제를 더 포함한다. 산화철 및 PTFE 충진제를 첨가하게 되면 내압성 및 내마모성이 향상된다.
산화철은 원료 고무의 물리적 성질 특히, 내마모성을 향상시킨다. 그러나, 상기 충진제를 사용하면 고무의 탄성력이 저하된다. 따라서 본 발명은 PTFE를 첨가제로 추가함으로써, 내압성을 향상시킴과 동시에, 내유성과, 탄성력을 유지시킬 수 있다.
이 경우, 상기 충진제는 폴리머 100 중량부에 대하여 50 내지 100 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
산화철은 폴리머 100 중량부에 대해 5 내지 15가 포함되는 것이 바람직하다. 이는 5보다 적을 경우엔 내마모성의 향상 기대가 어려우며, 15보다 많을 경우엔 신율이 저하되어 작업성이 현저히 떨어진다.
또한, PTFE는 폴리머 100 중량부에 대해 3 내지 10이 포함되는 것이 바람직하다. 이는 3보다 적을 경우엔 내압성의 향상 기대가 어려우며, 10보다 많을 경우엔 분산성 및 혼련 작업성이 저하된다.
가교제는 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 한다. 상기 가교제는 sulfur일 수 있다. 상기 가교제는 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
가교조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 이 경우, 가교조제로서 스테아린산 및 징크 옥사이드를 포함할 수 있고, 그 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 노화방지제(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 실시예에 따르면, 노화방지제는 페닐렌 다이아민(phenylene diamines) 및 2,2,4-트리메틸-1,2-다이하이드로큐이노라인(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline 을 포함할 수 있다. 상기 노화방지제의 함량은 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
과충진으로 발생할 수 있는 경도가 과하게 커지는 현상은 가소제를 과하게 첨가함으로써 방지할 수 있다. 가소제는 고무의 가공성을 개선하는 동시에 제품에 유연성을 부여하기 위해 가해지는 물질이다. 종래에는 상기 가소제를 2 내지 10 phr 정도로 부여하였다. 그러나 본 발명에서는 상기 가소제를 11 내지 20 중량부로 과하게 혼련함으로써, 상기 충진제의 과충진으로 인한 경도 문제를 해결할 수 있다. 이 경우 상기 가소제는 디에스테르계일 수 있다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 ?퓰첼?라고 칭함.)의 성질을 각종 테스트한 결과를 설명한다. 표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예 및 비교예의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 NBR1) 100 100
충진제 N5502) 90 80
Graphite3) 10 10
Cellouse4) 5
Fe2O3 5) 10 7
PTFE6) - 5
노화방지제 3C7) 1 0.5
TMQ8) 1 0.5
가교조제 ZnO9) 2 1
Stearic Acid10) 1 1
가교제 Sulfur11) 0.8 0.8
가소제 Diester-9512) 5 15
1) NBR : (주)Lanxess
2) N550 : FEF, ㈜DCC
3) Graphite : -(C)n-, ㈜日電 Carbon
4) Cellulose : (주)일본paper
5) Fe2O3 : 산화철, (주)Lanxess
6) PTFE : PTFE powder, MKT
7) 3C : N-Phenyl-N'-Isopropyl-P-Phenylendiamine, ㈜금호석유화학
8) TMQ : 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydroquinoline, ㈜Flexsys
9) ZnO : 산화아연(Zinc oxide), ㈜삼보
10) Stearic Acid : 스테아린산, ㈜미성종합물산
11) Sulfur : 황, 미원상사
12) TP-95 : Diester 계, ㈜ROHM & HAAS
표 2는 상온 물성 시험 및 단품 내구 시험 결과 물성을 표시한 표이다. 이 경우, 상온물성시험은 ASTM D471 법규를 만족하였으며, 경도(shore A)와, 100%modulus를 측정하였다.
또한, 제품 아세이 고주파시험은 25kgf의 힘으로 5Hz 진동을 주면서 리크 여부를 판단하였다.
시험 결과, 경도 및 탄성률은 실시예가 비교예 대비 아주 우수하였다. 또한 단품 내구시험은 비교예에서는 발생하나, 실시예의 경우 리크가 발생하지 않았다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물은 내압성이 우수하고, 진동에서도 리크가 발생하지 않는다.
항 목 비교예 실시예 관련규격
상온물성
시험결과		 경도(Shore A) 81 85 ASTM D471
100% modulus
(kgf/cm2)		 88 119
단품 내구 시험
±25mm, 20bar, 5Hz, 300만회		 Leak 유 무
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.
10 : 모노튜브형 쇽업소버 11 : 실린더 튜브
12 : 피스톤로드 13 : 피스톤밸브
13a : 유로 14: 분리피스톤
15 : 오링 16 : 로드가이드
17a : 인장챔버 17b : 압축챔버
18 : 가스챔버 100 : 쇽업소버의 씰링부재

Claims (5)

  1. 폴리머, 충진제, 가교제, 가소제 및 가교조제를 포함하여 이루어진 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물로서,
    상기 폴리머는, 아크릴로니트릴-부타디엔고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR)이고,
    상기 충진제는 산화철, PTFE, 및 셀룰로오스를 포함하는 것으로, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 50 내지 100 중량부를 가지고,
    상기 가소제는 디에스테르계로서, 상기 폴리머 100중량부에 대하여 11 내지 20 중량부를 가지며,
    상기 산화철은 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 갖고,
    상기 PTFE는 폴리머 100 중량부에 대하여 3 내지 10중량부를 갖는 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴로니트릴-부타디엔고무의 니트릴(Nitrile) 함량은 18중량% 내지 23중량%인 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가교조제는 스테아린산 및 산화아연을 포함하는 것으로, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 갖는 것을 특징으로 하는 쇼크 업소버 씰링부재용 고무 조성물.
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