KR102065615B1 - 고압 인젝터용 오링 고무조성물 - Google Patents

고압 인젝터용 오링 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신율 및 기계적 물성치가 우수한 고압인젝터용 오링 고무조성물을 개시한다. 본 발명에 따른 고압인젝터용 오링 고무조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)가류제와, 함수실리카 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 구비한다.

Description

고압 인젝터용 오링 고무조성물{RUBBER COMPOSITE OF O-RING FOR HIGH PRESSURE INJECTOR}
본 발명은 고압 인젝터용 오링 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 직접 분사 장치 등의 고압 인젝터에 사용되는 고압 인젝터용 오링 고무조성물에 관한 것이다.
가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진은 흡기밸브의 개방시에 공기가 흡기포트로부터 연소실로 흡입되어 피스톤에 의해 압축되며, 이러한 고압공기에 대하여 엔진으로부터 연료가 직접 분사되는 방식이다.
자동차의 GDI 엔진 적용이 상용화됨에 따라서 고압의 가솔린 직접분사식 인젝터의 국산화가 빠르게 진행되고 있다. 이에 따라 연료의 고압화, 및 분사성능 최적화를 위하여 연료분사시 리크(leak)가 없도록 씰링 및 압력을 지지하는 오링의 고성능이 요구된다.
특히 저온에서도 고무의 유연성을 유지하며 연료를 씰링하여야 하기 때문에 기존의 일반 고무로는 그 성능을 유지하는데 어려움이 있다.
한국 특허 공개특허 10-2014-0004296
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, GDI 엔진 등의에 사고압인젝터에 사용되는 오링으로서, 저온 성능이 향상됨과 동시에, 강성 및 신율이 우수한 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 고압인젝터용 오링의 고무 조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)가류제와, 함수실리카계 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 구비한다.
이 경우, 상기 충진보강제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 25 내지 35 중량부를 가지고, 상기 가류제는 폴리머 100중량부에 대하여 2 내지 8 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5일 수 있다.
상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이트를 포함할 수 있다.
한편, 상기 티타늄계와 함수실리카계 조합이 폴리머 대비 30phr 내지 65phr일 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 트리메틸 이소사이오누르산 가류제를 사용하여 신율물성을 향상시킴과 동시에, 함수 실리카와 티타늄계 충진 보강제를 통하여 재료의 물성이 향상된다.
이 경우, 포타시윰 티탄네이트를 충진제를 포함하여서, 강성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용된 가류제로 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)의 분자식을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명인 고압인젝터용 오링의 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압인젝터용 오링의 고무 조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)를 포함하는 가류제와, 함수실리카 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 포함한다.
불소 고무는 불소화도가 높은 탄화수소 고분자이다. 상기 불소고무는 우수한 내산화성, 내후성, 난연성, 내화학성, 및 내유성을 가지고 있으며, 저온성 또한 불소고무 중에서 우수한 특성을 나타낸다.
가류제는 불소고무에 화학반응을 일으켜 탄성을 갖는 고무로 변화시킨다. 즉, 소성체의 고무를 탄력성의 고무로 바꾼다.
본 발명은 가류제로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈릭 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethyl isocyanurate)(10)를 포함한다. 트리메탈이소사이오누르산을 적용하게 되면, 그 측쇄의 메틸 라디칼이 가교반응을 방해하게 된다. 이에 따라서 가교시간을 지연시키는 효과가 있다. 또한, 상기 메탈릭 그룹(Methallyl group)(20)은 신율을 증가시키는 기능을 한다. 상기 메틸은 혼련시에 가류밀도가 낮춰주고 안정성이 확보된다는 장점이 있다.
통상적으로 퍼옥사이드 타입(Peroxide Type) FKM재질의 경우 일반적으로 가류제를 2~5phr 범위로 사용한다. 가류제를 상기 범위보다 높게 사용하게 되면 강성은 향상되나 신율이 저하하기 때문이다.
본 발명에 따르면, 기존 가교제에 트리메틸 이소사이오누르산 가류제를 조합하여 신율을 향상시킨다. 이 경우, 트리메틸 이소사이오누르산은 폴리머 100 중량부 대비하여 0.5 내지 1 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
이 경우, 전체 가류제는 폴리머 100중량부에 대하여 2 내지 8 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 2중량부보다 낮은 경우에는 신율 향상이 되지 않고, 상기 8중량부를 초과하는 경우에는 재료의 물성이 열화되고, 충진이 되지 않아 가류가 어렵다는 문제점이 있기 때문이다.
충진 보강제는 실리카 및 티타늄계를 포함한다. 통상적으로 충진 보강제로서 함수실리카 충진 보강제를 단독으로 사용하거나, 충진 보강제로서 티타늄계 충진 보강제를 단독으로 사용하였다. 그러나, 티타늄계 충진 보강제를 사용하게 되면, 강성은 우수하게 되나 신율이 열화된다는 문제점이 있다. 또한, 실리카계 충진 보강제를 사용하는 경우에는 인장강도가 열화된다는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 함수 실리카계 및 티타늄계을 조합함으로써, 재료의 강성을 향상시킴과 동시에 저온성 폴리머의 우수한 물성을 구현할 수 있다.
이 경우, 상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5인 것이 바람직하다.
상기 중량비가 7:3을 초과하는 경우에는, 강성은 향상되나 신율이 저하된다는 문제점이 있고, 상기 중량비가 5:5 미만인 경우에는 가류시간이 저하되고 영구 압축줄음율이 저하됨과 동시에, 유색의 오링을 만들 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명에 따르면, 폴리머의 강성(100% Mo.)을 향상하면서 신율물성 또한 확보할수 있도록 티탄늄계과 함수실리카계의 최적비율 조합을 통해 물성을 구현하였다.
상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이네 파이버를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 티타늄계와 함수실리카계의 조합이 폴리머 대비, 30phr 미만으로 적용되는 경우에는 강성이 저하된다는 문제점이 있고, 그 조합이 65phr를 초과하는 경우에는 신율저하 및 기포 또는 표면불량 등의 가류부적합 현상이 나타난다.
따라서, 티타늄계와 함수실리카계 조합이 폴리머 대비 30phr 내지 65phr인 것이 바람직하다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 오링의 고무 조성물(이하 편의상 "실시예"라고 칭함.)을 종래의 FKM 오링의 고무조성물(이하, 편의상 "비교예"라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예, 비교예1, 및 비교예2의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
실시예의 경우, 함수실리카 및 티타늄 충진제를 조합하여서 충진제로 사용하였고, 카본 블랙을 사용하지 않았다. 또한, 가류제로 메탈릭 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethyl isocyanurate)를 포함하였다.
구성성분(중량부) 비교예1 비교예2 실시예
폴리머 VPL855401 ) 100 100 100
충진제 VM562 ) 47 47 0
Blanc Fixe3 ) 10 10 0
Tismo D4 ) 0 0 20
Zeosil 1555) 0 0 12
가교(조)제 TAIC M606 ) 3 1 1
Diak No.87) 0 0 1
DBPH508 ) 2 2 3
ZnO9 ) 3 3 3
가공조제 HT-29010) 1 1 1
1. VPL85540 : FKM, Solvay
2. VM-56 : SilltintVinyltriethoxy silane, HOFFMANN MINERAL
3. Blanc Fixe : BaSO4, Solvay
4. Tismo D : K2O.8TiO2, Otsuca Chemical
5. Zeosil 155 : SiO2.Na2CO3, Rhodia Silica
6. TAIC M60 : Triallyisocyanurate, KaO Corp.
7. Diak No.8 : Trimethallyl isocyanurate(TMAIC) , Chemours
8. DBPH50 : 2,5-Dimethyl-2,5di(t-butylperoxy)hexane, R.T anderbilt
9. ZnO KS-2 : ZnO, 삼보아연
10. HT-290 : Blend of fatty acid derivatives and waxes, Struktol
표 2는 기본물성 시험 결과 상기 실시예와 비교예의 경도, 100% 모듈러스, 인장강도(Kgf/cm2) 및 신율을 비교 표시한 표이다.
이 경우, 경도 시험, 100%모듈러스, 신율 및 인장강도 시험은 각각 KS M 6518의 규격을 만족하였다.
그 결과 실시예는 비교예와 비교시, 경도, 인장강도, 신율 및 비중은 거의 동일하였다. 이와 더불어, 100%모듈러스의 경우 97로서 비교예들보다 월등히 우수함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 강성과 신율을 동시에 만족하는 우수한 오링 재질이 만들어 짐으로써, 고압 인젝터용 오링에 적용 가능하다.
항목 비교예 실시예
기계적물성 경도(Shore A) 80 80 83
100% Mo. 80 69 97
인장강도(Kgf/cm2) 140 146 141
신율(%) 180 202 190
비중 2.14 2.14 2.09
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: 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)의 분자식

Claims (5)

  1. 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머;
    메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)가류제를 포함하는 가류제; 및
    함수실리카계 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 구비하고,
    상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이트를 포함하고,
    상기 함수실리카계는, SiO2·Na2CO3 인 것을 특징으로 하는 고압인젝터용 오링의 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진보강제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 25 내지 35 중량부를 가지고,
    상기 가류제는 폴리머 100중량부에 대하여 2 내지 8 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 고압인젝터용 오링의 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5인 것을 특징으로 하는 고압인젝터용 오링의 고무 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄계와 함수실리카계 조합이 폴리머 대비 30phr 내지 65phr인 것을 특징으로 하는 고압인젝터용 오링의 고무 조성물.
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