KR102348129B1 - 댐핑와셔씰의 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온성 강화 및 기계적 물성을 유지하는 댐핑와셔씰의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하며, 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 댐핑와셔씰의 고무 조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 서로 다른 입자경을 가진 카본블랙으로 이루어진 제1 충진제 및 제2 충진제가 혼합되어 이루어진 주 충진보강제를 구비하고, 상기 제1 충진제의 입자경 크기는 상기 제2 충진제의 입자경 대비 5 내지 11배이다.

Description

댐핑와셔씰의 고무조성물{RUBBER COMPOSITE OF DAMPING WASHER SEAL}
본 발명은 댐핑와셔씰의 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료인젝터와 실린더 헤드 사이의 오일과 공기를 씰링하는 댐핑와셔씰의 고무 조성물에 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. 고압의 인젝터에 적용되는 댐핑와셔는 인젝터와 실린더 헤드 사이에 발생하는 진동을 흡수 및 저감하고, 비산되는 오일과 공기를 씰링하는 기능을 한다.
이 경우, 고온뿐만 아니라 저온에서 상기 씰링력과 진동흡수력이 우수해야 하나, 고온과 저온에서의 성능을 동시에 만족시키기가 쉽지 않다. 특히, 저온성을 향상시키게 되면 재료의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 저온성 강화 및 기계적 물성을 유지하는 댐핑와셔씰의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 댐핑와셔씰의 고무 조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 서로 다른 입자경을 가진 카본블랙으로 이루어진 제1 충진제 및 제2 충진제가 혼합되어 이루어진 주 충진보강제를 구비하고, 상기 제1 충진제의 입자경 크기는 상기 제2 충진제의 입자경 대비 5 내지 11배이다.
상기 제1 충진제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 15 내지 35 중량부를 가지고, 상기 제2 충진제는 상기 폴리머 100중량부에 대하여 10 내지 25 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 충진제의 입자경은 450 내지 550mm이고, 상기 제2 충진제의 입자경은 55 내지 90mm일 수 있다.
상기 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 가지고, 산화철 안료로 이루어진 부 충진보강제를 구비할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, FKM 폴리머의 저온성이 강화됨과 동시에, 강성을 충족시킴으로써, 환경이 가혹한 고압인젝터 댐핑와셔씰에 적용 가능하다.
이하, 본 발명인 댐핑와셔씰의 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 댐핑와셔씰의 고무 조성물은, 폴리머와, 충진보강제와, 가교제와, 가공조제를 포함한다.
폴리머는 불소 고무(FKM)로 이루어진다. 불소 고무는 불소화도가 높은 탄화수소가 높은 탄화수소 고분자이다. 상기 불소고무는 우수한 내열성, 내산화성, 내후성, 내화학성, 및 내유성을 가지고 있다.
이 경우, FKM 고무는 TR-10(℃) 기준 -35℃의 저온성을 가지고 있는 것이 바람직하다. TR-10은 고무를 유리전이온도 이하로 유지시켜 고정시킨 후, 온도를 상승시키며 고무의 회복이 10%가 되는 온도이다.
이를 위하여 본 발명에 적용되는 폴리머는 저온성 FKM 재료로, 이에 저하되는 물성을 향상시키기 위해 각기 다른 카본블랙 충진보강제의 적절한 조합이 요구된다.
FKM 고무는 통상적으로 측쇄에 강력한 극성 그룹을 가지고 있으므로, EPDM, VMQ, FVMQ에 비하여 저온성이 우수하지 않다. 만약, FKM 폴리머의 저온성을 향상시키게 되면, 폴리머 주쇄에 사이드 체인이 발달하게 되어서, 인장시 상대적으로 결정성이 떨어져서 기계적 물성이 저하된다.
본 발명에서는, 상기 저온성에서의 기계적 물성의 저하를 충진보강제를 통하여 보강한다. 충진보강제는 서로 입자경의 크기가 다른 제1 충진제와 제2 충진제를 혼합하여 이루어진다.
상기 제1 충진제의 입자경 크기는 상기 제2 충진제의 입자경 대비 5 내지 11배인 것이 바람직하다. 이는 제1, 2 입자경 크기가 상기 차이를 벗어나게 되면, 저온에서의 기계적 물성이 우수하지 않기 때문이다. 따라서 상기 입자경 크기는 임계적 의의를 가지고 있다.
이 경우, 제1 충진제는 입자경이 450 내지 550mm인 카본블랙으로 이루어지고, 제2 충진제는 입자경이 50 내지 90mm인 카본블랙으로 이루어질 수 있다.
상기 조합을 통하여 저온성과 기계적 물성을 모두 만족하게 된다.
이 경우, 상기 제1 충진제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 15 내지 35 중량부를 가지고, 상기 제2 충진제는 상기 폴리머 100중량부에 대하여 10 내지 25 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 제1 충진제의 중량부가 제2 충진제의 중량부보다 큰 것이 더욱 바람직하다.
가교제는 불소고무에 화학반응을 일으켜 탄성을 갖는 고무로 변화시킨다. 즉, 소성체의 고무를 탄력성의 고무로 바꾼다.
본 발명은 가교제로서, 메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)를 포함한다. 티리메틸이소사이오누르산에 포함된 메타릴 그룹(Methallyl group)은 신율을 증가시키는 기능을 한다. 상기 메탈릴 그룹은 메탈이 있기 때문에 혼련시에 가류밀도가 낮고 안정성이 확보된다는 장점이 있다.
이 경우, 상기 가교제는 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.
한편, 카본 블랙의 주 충진보강제와 함께, 무기 안료로 이루어진 부 충진보강제를 첨가할 수 있다. 상기 무기 안료는 고무 자체의 저온에서의 기계적 내마모성 및 인장강도를 향상시키는 기능을 한다. 이 경우, 무기 안료가 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 30 중량부 이내로 첨가하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 폴리머 100중량부에 5 중량부로 재료의 강성 및 신율에 큰 영향을 미치치 않는 수준으로 고무의 내마모성을 향상시키도록 한다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 "실시예"라고 칭함.)을 종래의 댐핑와셔씰의 고무조성물(이하, 편의상 "비교예"라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예와 비교예의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
실시예의 경우, 저온성이 향상된 폴리머를 적용하였고, 주 충진보강제로는 서로 입자경이 다른 카본 블랙을 사용하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 GLT600S1) 100 0
VPL455352) 0 100
주 충진보강제 MT3) 40 20
SFR4) 0 18
부 충진보강제 Fe2O35) 0 10
가교(조)제 TAIC M606) 4 3
DBPH507) 3 2
가공조제 HT-2908) 1 1
1) GLT600S : FKM 원료고무, Chemours
2) VPL45535 : FKM 원료고무, Solvay
3) MT : -(C)n- , Cancarb
4) SFR : -(C)n- , DCC
5) Nyad 400 : CaO.SiO2, NYCO
6) TAIC M60 : Triallyisocyanurate, KaO Corp.
7) DBPH50 : 2,5-Dimethyl-2,5di(t-butylperoxy)hexane, R.T Vanderbilt
8) HT-290 : Blend of fatty acid derivatives and waxes, Struktol
표 2는 기계적 물성 시험과, 저온성 시험 결과를 비교 표시한 표이다. 이 경우, 저온성 시험과 기계적 물성 시험은 각각 KS M 6518의 규격을 만족하였다.
또한, 저온성 시험은 TR-10(℃)에서 실시되었다. TR-10은 고무를 유리전이온도 이하로 유지시켜 고정시킨 후, 온도를 상승시키며 고무의 회복이 10%가 되는 온도이다.
항목 비교예 실시예
기계적물성 경도(Shore A) 76 79
100% Mo. 54 60
인장강도(Kgf/cm2) 195 191
신율(%) 267 227
저온성 TR-10(℃) -30 -35
그 결과 실시예의 경도, 100%모듈러스, 인장강도, 신율은 비교예와 차이가 없거나 조금 우수한 것을 알 수 있다.
저온성은 실시예의 경우 -35℃로 비교예의 -30℃보다 우수한 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예의 경우, 기계적 물성 및 저온성이 비교예보다 우수한 것을 있다.
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.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. TR-10(℃) 기준 -35℃의 저온성을 가진 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머; 및
    서로 다른 입자경을 가진 카본블랙으로 이루어진 제1 충진제 및 제2 충진제가 혼합되어 이루어진 주 충진보강제;를 구비하고,
    상기 제1 충진제의 입자경 크기는 상기 제2 충진제의 입자경 대비 5배 내지 11배를 가지고,
    상기 제1 충진제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 15 내지 35 중량부를 가지고,
    상기 제2 충진제는 상기 폴리머 100중량부에 대하여 10 내지 25 중량부를 가지고,
    상기 제1 충진제의 입자경은 450 내지 550mm이고, 상기 제2 충진제의 입자경은 55 내지 90mm 이고,
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부를 가지고, 산화철 안료로 이루어진 부 충진보강제를 구비한 것을 특징으로 하는 댐핑와셔씰의 고무 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010126720A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Arai Seisakusho Co Ltd フッ素ゴム組成物
JP2014105834A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Nissin Kogyo Co Ltd ピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキ並びにピストンシール部材の製造方法

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