KR102452724B1 - 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무는 아크릴로 니트릴-부타디엔 고무 기재와, 카본블랙과, 실리카 무기 필러와, 커플링제를 포함하여 구성되며; 상기 실리카 무기 필러는 혼합 전에 커플링제로 표면 처리되고, 커플링제로 표면 처리된 실리카 무기 필러가 혼합되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무에 관한 것이다.

Description

내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무{A Rubber Composition For Seal Of Bearing Having High-Wear Resistance}
본 발명은 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리카 무기 필러가 커플링제로 표면 처리되고, 표면 처리된 무기 필러가 혼합됨으로써 내마모성이 향상되는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 베어링 씰용 고무는 혼합 단계(ST-10)와 툴링단계(ST-20)를 거쳐 형성된다.
상기 혼합 단계(ST-10)에서는 고무기재, 카본블랙, 실리카 무기 필러, 커플링제가 교반기에 동시에 투입되어 혼합된다. 상기 혼합 단계(ST-10)에서는 고무기재 100 중량부에 카본블랙은 30∼60 중량부, 실리카 무기 필러는 40∼50 중량부, 커플링제는 4∼5 중량부가 혼합된다.
상기 고무기재는 일반적으로 아크릴로니트릴(Acrylonitrile) 함량이 34중량％, 부타디엔(Butadiene) 함량이 66중량％인 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(Acrylonitrile-butadiene rubber;NBR)가 사용된다.
상기 카본블랙은 N110, N330, N332, N472, N550, N630, N642, N650, N762, N770, N907, N908, N990 및 N991 중 하나 이상이 사용된다. 상기 카본블랙 입자의 크기는 10∼30㎛로 형성된다.
상기 무기 필러는 실리카(Silica;SiO2) 무기 필러가 사용된다. 상기 실리카 무기 필러의 입자 크기는 10∼30㎛ 범위의 것이 사용된다.
상기 커플링제는 실란 커플링제가 사용된다. 상기 실란 커플링제 입자의 크기는 10∼30㎛ 범위의 것이 사용된다.
상기 실란 커플링제는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필드리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), 머캡토프로필트리에톡실란(Mercaptopropyltriethoxysilane), 비닐드리에독실란(Vinyltriethoxysilane) 등이 있다.
상기 툴링단계(ST-20)에서는 교반기에서 고무기재, 카본블랙, 실리카 무기 필러, 커플링제가 혼합된 혼합물이 툴링되며 시트(sheet)상으로 제조된다. 상기 툴링단계(ST-20)에서는 첨가제가 투입된다. 상기 첨가제는 고무기재 100 중량부 당 20∼35 중량부가 포함된다.
상기 첨가제는 산화방지제, 활성제, 분산제, 가소제, 가황제, 가황촉진제 등이 혼합되어 이루어진다. 상기 첨가제는 고무기재 100 중량부 당 산화방지제 3∼5 중량부, 가교보조제 3.5∼9 중량부, 가소제 9∼13 중량부, 가황제 2.5∼4 중량부, 가황촉진제 2∼4 중량부로 이루어질 수 있다.
상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제 등이 있다.
상기 페놀계 산화방지제는 디페닐아민(Diphenylamine), 페닐-α-나프틸아민(Phenyl-α-naphthylamine) 등이 있다.
상기 아민계 산화방지제는 2,2,4-트리메틸-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline), 6-에톡시-폴리[2,2,4-트리-메틸-1,2-다이하이드로퀴놀린](6-ethoxy-poly[2,2,4-tri-methyl-1,2-dihydroquinoline]), N,N'-다이페닐-파라-페닐렌다이아민(N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine) 등이 있다.
상기 활성제는 산화 아연 등이 있다.
상기 분산제는 스테아린산 등이 있다.
상기 가소제는 디에스테르계 화합물, 폴리에테르에스테르계 화합물, 나프텐계 오일, 방향족계 오일, 파라핀 왁스, 피마자유, 아마인유, 파인오일 등이 있다.
상기 가황제는 황(Sulfur), 아민 디설파이드(Amine disulfide), 중합체성 폴리설파이드, 황 올레핀 부가물 등이 있다.
상기 가황촉진제는 티우람계 촉진제, 벤조티아졸계 촉진제, 설펜아마이드계 촉진제 등이 있다.
상기 티우람계 촉진제는 테트라메틸티우람 디설파이드(Tetramethylthiuram disulfide), 테트라메틸티우람 모노설파이드(Tetramethylthiuram monosulfide) 등이 있다.
상기 벤조티아졸계 촉진제는 2-머캡토 벤조티아졸(2-Mercaptobenzothiazole), 디벤조타질 디설파이드(Dibenzothiazyl disulfide), 소듐-2-머캡토 벤조티아졸(Sodium-2-mercaptobenzothiazole), N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide), N-터트-부틸-2-벤조티아졸 설펜아미드(Ntert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 등이 있다.
설펜아마이드계 촉진제는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸-설펜아마이드(N-cyclohexy1-2-benzothiazolesulfenamide), N-디시클로헥실벤조티아졸-2-설펜아마이드(N-dicyclo he-xylbenzothiazole-2-Sulfenamide), N-티-부틸-2-벤조티아졸설펜아마이드(N-t-buty1-2-benzothiazolesulfenamide) 등이 있다.
종래의 베어링 씰용 고무는 내마모성 향상을 위하여 높은 중량％의 아크릴로 니트릴을 구비한 고무 기재가 사용되나, 베어링에 요구되는 내마모성을 충분히 가지고 있지 않은 문제점이 있었으며, 내마모성 향상을 위하여 아크릴로 니트릴 성분을 엄격하게 관리해야 하는 문제점이 있었다.
1. 대한민국 공개번호 제10-2016-0137894호 공개특허공보 2. 대한민국 공개번호 제10-2012-0040845호 공개특허공보 3. 대한민국 등록번호 제10-0225028호 등록특허공보 4. 대한민국 등록번호 제10-0454283호 등록특허공보
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 실리카 무기 필러가 커플링제로 표면 처리되고, 표면 처리된 무기 필러가 혼합됨으로써 내마모성이 약2.5배 향상되는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따르는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무는 아크릴로 니트릴-부타디엔 고무 기재와, 카본블랙과, 실리카 무기 필러와, 커플링제를 포함하여 구성되며; 상기 실리카 무기 필러는 혼합 전에 커플링제로 표면 처리되고, 커플링제로 표면 처리된 실리카 무기 필러가 혼합되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무를 제공한다.
상기에서, 고무 기재 100 중량부에 카본 블랙은 30∼60 중량부, 커플링제로 표면 처리된 실리카 무기 필러는 40∼50 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 커플링제는 실란커플링제이며;
상기 커플링제로 표면처리된 실리카 무기 필러는 실리카 무기 필러 100중량부에 실란커플링제 8∼12중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 카본블랙의 입경은 40∼50㎛ 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무는 혼합 전에 실리카 무기 필러가 커플링제로 표면 처리되고, 표면 처리된 무기 필러가 혼합됨으로써 내마모성이 약2.5배 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 베어링 씰용 고무의 제조 방법을 도시한 순서도이며,
도 2는 종래의 베어링 씰용 고무의 마모 정도를 나타낸 사진이고,
도 3은 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무의 제조 방법을 도시한 순서도이며,
도 4는 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무의 마모 정도를 나타낸 사진이고,
도 5는 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무에서 다른 함량 비율로 혼합된 고무 기재를 사용한 고무의 마모 정도를 나타낸 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무의 제조 방법을 도시한 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무의 마모 정도를 나타낸 사진이고, 도 5는 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무에서 다른 함량 비율로 혼합된 고무 기재를 사용한 고무의 마모 정도를 나타낸 사진이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무는 1차 혼합단계(ST-110)와, 2차 혼합단계(ST-120)와, 툴링단계(ST-130)를 거져 형성된다.
상기 1차 혼합단계(ST-110)에서는 무기 필러와 커플링제가 혼합된다. 상기 무기 필러와 커플링제는 10:1 비율로 혼합된다.
상기 무기 필러는 실리카(Silica;SiO2) 무기 필러가 사용된다. 상기 실리카 무기 필러의 입자 크기는 10∼30㎛ 범위이다.
상기 커플링제는 실란 커플링제가 사용된다. 상기 실란 커플링제 입자의 크기는 10∼30㎛ 범위이다.
상기 실란 커플링제는 한쪽 말단에는 유기 기능기(Organic Functional Group)가 달려있고 다른 한쪽에는 메톡시기(Methoxy group)나 에톡시기(Ethoxy group)가 달려있다. 실란은 기본적으로 상온에서 물에 의해 축합반응을 일으켜 고분자화 된다. 한쪽 말단의 에톡시기가 물에 의해 가수분해되어 에탄올이 떨어지고 Si-OH기가 되는데 이 Si-OH기가 불안정하여 Siloxane 결합인 Si-O-Si로 실리카 무기 필러와 결합을 하게 된다.
상기 실란 커플링제로는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필드리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), 머캡토프로필트리에톡실란(Mercaptopropyltriethoxysilane), 비닐드리에독실란(Vinyltriethoxysilane) 등이 있다.
상기 1차 혼합단계에서 실리카 무기필러와 실란 커플링제를 밀폐 용기에 투입하고 교반하여 혼합함으로써 실리카 무기 필러에 실란 커플링제가 결합된다. 즉, 실리카 무기 필러의 표면에는 실란 커플링제로 표면 처리되며 '표면 처리된 무기 필러'가 된다.
상기 2차 혼합단계(ST-120)에서는 상기 1차 혼합단계에서 형성된 표면 처리된 무기 필러와, 고무기재와, 카본블랙이 혼합된다.
상기 고무기재는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile) 함량이 34중량％, 부타디엔(Butadiene) 함량이 66중량％인 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(Acrylonitrile-butadiene rubber;NBR)가 사용된다. 상기 고무기재는 아크릴로니트릴 함량이 24중량％인 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 사용될 수도 있다.
상기 카본블랙은 N110, N330, N332, N472, N550, N630, N642, N650, N762, N770, N907, N908, N990 및 N991 중 하나 이상이 사용된다. 상기 카본블랙 입자의 크기는 40∼50㎛로 형성된다.
상기 툴링단계(ST-130)에서는 교반기에서 표면 처리된 무기 필러와, 고무기재와, 카본블랙이 혼합된 혼합물이 툴링되며 시트(sheet) 상으로 형성된다. 상기 툴링단계(ST-130)에서는 첨가제가 투입된다.
상기 첨가제에는 산화방지제, 가교보조제, 가소제, 가황제, 가황촉진제 등이 포함된다.
상기 산화방지제는 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제 등이 있다.
상기 페놀계 산화방지제는 디페닐아민(Diphenylamine), 페닐-α-나프틸아민(Phenyl-α-naphthylamine) 등이 있다.
상기 아민계 산화방지제는 2,2,4-트리메틸-1,2-다이하이드로퀴놀린(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline), 6-에톡시-폴리[2,2,4-트리-메틸-1,2-다이하이드로퀴놀린](6-ethoxy-poly[2,2,4-tri-methyl-1,2-dihydroquinoline]), N,N'-다이페닐-파라-페닐렌다이아민(N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine) 등이 있다.
상기 가교보조제는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol) 등이 있다.
상기 가소제는 디에스테르계 화합물, 폴리에테르에스테르계 화합물, 나프텐계 오일, 방향족계 오일, 파라핀 왁스, 피마자유, 아마인유, 파인오일 등이 있다.
상기 가황제는 황(Sulfur), 아민 디설파이드(Amine disulfide), 중합체성 폴리설파이드, 황 올레핀 부가물 등이 있다.
상기 가황촉진제는 벤조티아졸계 촉진제, 설펜아마이드계 촉진제 등이 있다.
상기 벤조티아졸계 촉진제는 2-머캡토 벤조티아졸(2-Mercaptobenzothiazole), 디벤조타질 디설파이드(Dibenzothiazyl disulfide), 소듐-2-머캡토 벤조티아졸(Sodium-2-mercaptobenzothiazole), N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide), N-터트-부틸-2-벤조티아졸 설펜아미드(Ntert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) 등이 있다.
설펜아마이드계 촉진제는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸-설펜아마이드(N-cyclohexy1-2-benzothiazolesulfenamide), N-디시클로헥실벤조티아졸-2-설펜아마이드(N-dicyclo he-xylbenzothiazole-2-Sulfenamide), N-티-부틸-2-벤조티아졸설펜아마이드(N-t-buty1-2-benzothiazolesulfenamide) 등이 있다.
본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무의 각 성분의 혼합량은 다음과 같다.
상기 베어링 씰용 고무는 고무기재 100 중량부에 카본블랙은 30∼60 중량부, 표면 처리된 무기 필러는 40∼50 중량부, 첨가제는 20∼35 중량부가 포함된다.
상기 카본블랙은 30 중량부 미만이면 내마모성의 향상이 크지 않고, 60 중량부를 초과하면 제품의 경도가 너무 높아 작업성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
상기 표면 처리된 무기 필러는 40 중량부 미만이거나 50 중량부를 초과하면 물성 보강효과가 떨어지게 된다.
상기 표면 처리된 무기 필러는 실리카 무기필러 100 중량부 당 실란 커플링제 8∼12 중량부가 포함된다. 보다 바람직하게는 상기 실란 커플링제는 실리카 무기필러 100 중량부 당 10 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 8 중량부 미만이면 커플링제가 결합되지 않은 무기 필러가 발생되며, 12 중량부를 초과하면 표면 처리된 무기 필러와 고무기재가 혼합될 때 고무기재에 표면 처리된 무기 필러가 뭉치는 형태로 결합되는 문제가 있다.
상기 첨가제는 고무기재 100 중량부 당 산화방지제 3∼5 중량부, 가교보조제 3.5∼9 중량부, 가소제 9∼13 중량부, 가황제 2.5∼4 중량부, 가황촉진제 2∼4 중량부로 이루어질 수 있다.
상기 산화방지제는 3 중량부 미만이거나 5 중량부를 초과하면 산화현상의 주요 인자인 산소에 의해 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용이 원활하게 이루어지지 않는다.
상기 가교보조제는 3.5 중량부 미만이면 가교 효율의 향상이 크게 나타나지 않고, 9 중량부를 초과하면 제품의 블루밍현상이 나타나게 된다.
상기 가소제는 9 중량부 미만이면 물성이 강하여 작업성이 떨어지며, 13 중량부를 초과하면 물성이 약하여 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 가황제는 2.5 중량부 미만이면 인장물성이 하락하여 작업이 용이하지 않고, 4 중량부를 초과하면 내열성이 하락하는 문제점이 있다.
상기 가황촉진제는 2 중량부 미만이면 충분한 반응이 이루어지지 못하며, 4 중량부를 초과하면 가황 결합이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 1차 혼합단계(ST-110)에서 실리카 무기 필러에 실란 커플링제로 표면 처리한 후, 2차 혼합단계(ST-120)에서 표면처리된 무기 필러와 고무기재 및 카본블랙을 혼합함으로써 고무기재에 무기 필러가 뭉치지 않고, 고르게 분산되어 결합 된다.
이는 종래의 같은 성분 및 같은 함량을 가지는 고무에 비하여 내마모성이 약 2.5배 향상되며, 아크릴로 니트릴(ACN)의 함량에 따라 내마모성 변화가 작아 제조가 용이한 효과가 있다.
실험 예로써, 도 2의 종래의 베어링 씰용 고무와, 도 4 및 도 5의 본 발명에 따른 베어링 씰용 고무를 참조하여 고무의 마모 정도를 살펴본다. 도 2와 도 4의 베어링 씰용 고무는 고무기재가 아크릴로니트릴 함량이 34중량％, 부타디엔 함량이 66중량％인 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 사용되었다.
본 발명의 베어링 씰용 고무는 고무기재 100 중량부에 카본블랙은 50 중량부, 표면 처리된 무기 필러는 50 중량부, 첨가제는 30 중량부가 포함된다. 상기 표면 처리된 무기 필러는 실리카 무기필러 100 중량부에 실란 커플링제 10 중량부가 포함된다. 상기 첨가제는 고무기재 100 중량부 당 산화방지제 4 중량부, 가교보조제 7 중량부, 가소제 11 중량부, 가황제 3 중량부, 가황촉진제 3 중량부가 포함되어 형성된다.
상기와 같이 제조된 베어링 씰용 고무는 상온(25℃)에서 1200rpm 회전 속도로 10시간 동안 회전시켜 베어링 씰용 고무의 마모 정도를 확인한다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래의 베어링 씰용 고무의 마모 면적은 3,400㎛2이며, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 베어링 씰용 고무의 마모 면적은 1,300㎛2이다. 즉, 종래의 같은 성분 및 같은 함량을 가지는 고무에 비하여 내마모성이 약 2.5배 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 베어링 씰용 고무는 고무기재가 아크릴로니트릴 함량이 24중량％인 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 사용된 경우에도 마모 면적은 1,600㎛2 로써 아크릴로 니트릴(ACN)의 함량 변화에 따른 내마모성 변화는 작은 것으로 확인할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
ST-110 : 1차 혼합단계
ST-120 : 2차 혼합단계
ST-130 : 툴링단계

Claims (4)

  1. 아크릴로 니트릴-부타디엔 고무 기재와, 카본블랙과, 실리카 무기 필러와, 커플링제와, 첨가제를 포함하여 구성되며; 상기 실리카 무기 필러가 고무기재 및 카본블랙과 혼합되기 전에 실리카 무기 필러와 커플링제가 교반 혼합되어 실리카 무기 필러 표면이 커플링제로 표면 처리되고(1차 혼합), 커플링제로 표면 처리된 실리카 무기 필러가 고무기재 및 카본블랙과 혼합(2차 혼합)되며;
    상기 첨가제는 고무기재 100 중량부 당 산화방지제 3∼5 중량부, 가교보조제 3.5∼9 중량부, 가소제 9∼13 중량부, 가황제 2.5∼4 중량부, 가황촉진제 2∼4 중량부를 포함하며;
    상기 고무 기재 100 중량부에 카본 블랙은 30∼60 중량부, 커플링제로 표면 처리된 실리카 무기 필러는 40∼50 중량부를 포함하여 구성되며; 상기 커플링제는 실란커플링제이며, 상기 커플링제로 표면처리된 실리카 무기 필러는 실리카 무기 필러 100 중량부에 실란커플링제 8∼12 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 카본블랙의 입경은 40∼50㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 베어링 씰용 고무.
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