KR102261795B1

KR102261795B1 - 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물

Info

Publication number: KR102261795B1
Application number: KR1020190172656A
Authority: KR
Inventors: 노종대; 김훈; 백상하
Original assignee: 셰플러코리아 유한책임회사
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-06-04

Abstract

본 발명은 주재인 아크릴 고무(ACM)에 카본 블랙과, 무기 필러와, 가교제가 포함되고; 초고분자량 폴리에틸렌 파우더가 더 포함되어 제조되는 것으로, 내열성, 내유성 및 내산화성과 함께 우수한 내마모성을 가지는 씰용 아크릴 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물{An ACM Compound For Seal Having Improved Wear Resistance}

본 발명은 씰용 아크릴 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 내마모성을 가지는 씰용 아크릴 고무 조성물에 관한 것이다.

폴리아크릴레이트 고무, 일명 아크릴고무(이하, ACM)는 단량체 아크릴 에스테르와 반응성 가교점 단량체(curesite monomer)로 이루어진 포화 공중합체이다. 초기상품은 에틸 아세테이트 또는 부틸 아크릴레이트로부터 만들어졌고, 일부는 메톡시 에틸 아크릴레이트와 에톡시에틸 아크릴레이트와 같은 알콕시알킬 형태의 아크릴 단량체도 함께 사용된다.

ACM은 NBR(니트릴 고무)이나 FKM(불소 고무)과 비교하여 열악한 마모 특성을 가지고 있기 때문에, 내유성, 내열성 및 내산화성은 우수함에도 불구하고 베어링 등과 같은 기계 부품의 씰로서 범용으로 사용되지 못하고 있다.

대한민국 등록번호 제10-0666924호 등록특허공보 대한민국 등록번호 제10-1059273호 등록특허공보 대한민국 등록번호 제10-1717627호 등록특허공보 대한민국 등록번호 제10-1051654호 등록특허공보

본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 내열성, 내유성 및 내산화성과 함께 우수한 내마모성을 가지는 씰용 아크릴 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 주재인 아크릴 고무(ACM)에 카본 블랙과, 무기 필러와, 가교제가 포함되고; 초고분자량 폴리에틸렌이 더 포함되어 제조되는 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물을 제공한다.

상기에서, 초고분자량 폴리에틸렌 파우더의 입경은 25∼30㎛ 범위인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 초고분자량 폴리에틸렌 파우더는 아크릴 고무(ACM) 100중량부에 대하여 3∼7중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 초고분자량 폴리에틸렌 파우더의 분자량은 180∼200 범위인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 아크릴 고무(ACM) 100중량부에 대하여 카본블랙은 10∼90중량부, 무기필러는 10∼95중량부, 가교제는 0.5∼5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물에 의하면, 아크릴 고무가 가지는 특성인 내열성, 내유성 및 내산화성과 함께 종래의 아크릴 고무 조성물에 비하여 동적 접촉 특성에 있어서 최대 90％까지 마모량이 감소하는 향상된 내마모 특성을 가진다.

도 1은 베어링용 씰의 단면을 도시한 것이며,
도 2 및 도 3은 본 발명의 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물과 종래의 아크릴 고무 조성물로 제조한 도 1 형태의 씰의 마모 실험 비교 그래프이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서, 종래 공지 기술에 대한 상세한 중복 설명을 생략한다.

본 발명의 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물은 폴리머인 아크릴 고무(ACM: Polyacrylate Elastomer)를 주재료로 한다. 아크릴 고무는 후술할 충전제인 카본블랙, 무기필러, 가교제 등과 함께 혼련설비에 투입된다. 본 발명의 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물에는 위에 기재한 카본블랙, 무기필러, 가교제에 더하여, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra high weight molecular polyethylene)이 더 포함된다. 이들은 혼련설비에서 물리적으로 혼합되고 분산되어 혼합물을 이루게 된다.

상기 카본블랙은 강도 등의 물성을 증가시키는 작용을 하며 공지된 것이 사사용될 수 있다. 예를들면 FEF(입경; 40 ∼ 48 nm), SRF(입경; 61 ∼ 100 nm) 등이 사용될 수 있으며, 입경이 작은 FEF(입경; 40 ∼ 48 nm)이 바람직하다. 상기 카본블랙은 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 10∼90 중량부 포함된다.

상기 무기필러는 조성물의 기계적 강성을 보충하는 작용을 하며, 실리카, 클레이(Clay) 등이 하나 이상 포함될 수 있다. 상기 무기필러는 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 10∼95 중량부 포함된다.

상기 가교제(Crosslinking Agent)는 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 작용을 하며, 가황제라고도 한다. 상기 가교제로는 황(Sulfur)계 가교제 등을 들 수 있으며, 구체적으로 분말 황, 황화, 침강성황, 콜로이드 황 등을 들 수 있으며, 가교제의 작용을 보조하는 스테아르산(Stearic acid)이 함께 포함될 수 있다. 상기 가교제는 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 0.5∼2 중량부 포함된다. 상기 스테아르산은 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 1∼5 중량부 포함된다. 가교보조제로서 산화아연(ZnO)와 같은 금속산화물이 더 포함될 수 있다. 상기 가교보조제는 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 3∼7 중량부 포함될 수 있다.

본 발명은 첨가제로서 에틸렌 글리콜과 같은 글리콜 화합물을 포함할 수 있다. 글리콜 화합물을 포함함으로써 내유성과 내한성이 향상된다. 상기 에틸렌 글리콜은 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 1∼2 중량부 포함된다.

본 발명은 커플링제(Coupling Agent)를 포함하며, 커플링제의 구체적인 예로 SnCl4, SiCl4, 디메틸 디클로로실란(Dimethyl dichloro silane) 및 4,4'-메틸렌 비스(N,N-디글리시딜 아닐린)(4,4'-methylene bis(N-N-diglycidyl aniline), 트리메틸프로판 트리글리시딜에테르(Trimethylopropane triglycidyl ether) 및 N,N-디글리시딜-4-글리시딜 옥시아닐린(N,N-diglycidyl-4-Glycidyl oxyaniline)에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 커플링제는 아크릴 고무 100 중량부에 대하여 2∼5 중량부 포함될 수 있다.

본 발명의 조성물에서는 상기에 기재된 첨가제에 더하여 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 다른 여러 첨가제의 사용이 가능하다.

본 발명의 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물에 포함되는 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE)은 구형이며 입경은 25∼30㎛ 범위이다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌 파우더는 아크릴 고무(ACM) 100중량부에 대하여 3∼7중량부 포함되는 것이 바람직하다. 3중량부보다 적은 경우에는 내마모성 향상이 미미하며, 7중량부보다 많은 경우에는 더 포함되어도 내마모성이 포함되는 양에 비하여 향상되지 않는다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌 파우더의 분자량은 180∼200 범위이다.

본 발명의 발명자는 초고분자량 폴리에틸렌이 포함된 아크릴 고무 조성물의 내마모 특성을 비교하기 위하여 같은 함량의 아크릴 고무 조성물에 대하여 도 1에 도시된 바와 같은 베어링용 씰을 제조하여 실험을 하였다.

(단위: 중량부)

	비교예	본 발명 예(1)	본 발명 예(2)	본 발명 예(3)
아크릴 고무	100	100	100	100
블랙카본	10	10	10	10
무기필러(실리카)	95	95	95	95
가교제(S)	0.7	0.7	0.7	0.7
스테아린산	3.1	3.1	3.1	3.1
Si계 커플링	2.0	2.0	2.0	2.0
에틸렌 글리콜	1.5	1.5	1.5	1.5
산화아연(ZnO)	5.0	5.0	5.0	5.0
Wax	2.4	2.4	2.4	2.4
황화아연(ZnS)	1.1	1.1	1.1	1.1
초고분자량 폴리에틸렌	-	3	5	7

위의 표와 같은 성분의 아크릴 고무로 도 1에 도시된 바와 같은 형태의 베어링용 씰을 제조하고, 베어링에 장착하여 회전시켜 도 1의 "A"부분(Axial Lip)과 "B"부분(Radial Lip)의 마모량을 측정하였다. 마모량은 도 1에 도시된 바와 같은 단면 형태에서 측정하였으며, 최초 단면 형태에서 마모된 량의 면적을 측정하여 마모량으로 하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 초고분자량 폴레에틸렌이 포함되지 않은 비교 예의 씰의 "A"부분(Axial Lip)의 마모량은 약850,000㎛²이었으며, 3중량부 포함된 본 발명 예(1)의 마모량은 약250,000㎛²이었고, 5중량부 포함된 본 발명 예(2)의 마모량은 약300,000㎛²이었고, 7중량부 포함된 본 발명 예(3)의 마모량은 약140,000㎛²이었다. 따라서 "A"부분(Axial Lip)의 마모량은 최대 84.6％ 감소하였다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 초고분자량 폴레에틸렌이 포함되지 않은 비교 예의 씰의 "B"부분(Radial Lip)의 마모량은 약310,000㎛²이었으며, 3중량부 포함된 본 발명 예(1)의 마모량은 약2,500㎛²이었고, 5중량부 포함된 본 발명 예(2)의 마모량은 약5,000㎛²이었고, 7중량부 포함된 본 발명 예(3)의 마모량은 약7,500㎛²이었다. 따라서 "B"부분(Radial Lip)의 마모량은 최대 90.1％까지 감소하였다.

본 발명의 씰용 아크릴 고무는 초고분자량 폴레에틸렌을 포함함으로써, 아크릴 고무가 가지는 본래의 특성에 더하여, 내마모성이 획기적으로 향상되었다.

"A" : Axial Lip "B": Radial Lip

Claims

주재인 아크릴 고무(ACM)에 카본 블랙과, 무기 필러와, 가교제가 포함되고; 초고분자량 폴리에틸렌이 더 포함되어 제조되며; 상기 초고분자량 폴리에틸렌 파우더는 구형이고 입경은 25∼30㎛ 범위이며, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 파우더는 아크릴 고무(ACM) 100중량부에 대하여 3∼7중량부 포함되며 분자량은 180∼200 범위인 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물.
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제1 항에 있어서, 아크릴 고무(ACM) 100중량부에 대하여 카본블랙은 10∼90중량부, 무기필러는 10∼95중량부, 가교제는 0.5∼5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 향상된 씰용 아크릴 고무 조성물.