KR102464119B1

KR102464119B1 - 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체

Info

Publication number: KR102464119B1
Application number: KR1020220037025A
Authority: KR
Inventors: 김대현
Original assignee: 신성켐텍(주)
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-11-07

Abstract

본 발명은 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 EPDM 고무, 부타디엔 수지, 보강성 충전제, 미세 활석, 프로세스 오일, 가교제, 공가교제, 가황 촉진제, 가황조제를 포함하며, 기계적 물성 및 내열성이 뛰어난 효과가 있다.

Description

내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체{Anti-vibration rubber composition for drone with excellent heat resistance and Damper bush molded body manufactured therefrom}

본 발명은 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체에 관한 것이다.

드론(Drone)은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 형상의 무인항공기(UAV : unmanned aerial vehicle / uninhabited aerial vehicle)를 지칭한다.

농업 분야의 드론 연구개발은 오래 전부터 시작되었으며, 일부 드론은 상용화되어 농업분야에 활용되고 있다. 국외의 경우 농업용 무인 헬기는 방제 목적으로 쌀 농경지의 활용되고 있다. 국내의 경우 무인헬기를 이용한 파종 및 방제분야에 참여하고 있으며, 세계 민간 드론시장의 절반 이상을 농업분야 드론 시장이 점유하고 있다.

드론용 방진고무 댐퍼부시는 도 1과 같이 드론을 작동할 때 드론 모터에서 발생되는 진동에 기인하는 소음을 억제 또는 감소시키기 위한 방진고무 부품이며, 드론의 이ㆍ착륙 시 발생할 수 있는 순간 충격을 흡수할 수 있는 댐퍼 고무부품이다.

드론용 고무제품은 콤팩트하며 높은 성형 정밀도가 요구될 뿐만 아니라 공중에서 작동하기 때문에 직사광의 영향을 많이 받아 내열성이 우수해야 하기 때문에 드론용 고무소재는 기존 자동차용 고무소재에서 요구하는 내열 노화시험 규격(MS 269-03 R610C₀) 70 ℃ × 70 hrs 보다 높은 내열노화시험 100 ℃ × 72 hrs 조건을 요구한다.

천연고무(NR : natural rubber)는 우수한 탄성과 기계적 강도를 지니고 있어 타이어를 비롯한 다양한 형태의 공학적인 재료로 활용되고 있지만, 장기간 사용 할 때 산소(O₂)나 오존(O₃) 및 열에 의한 노화 즉, 가교구조의 변화와 분해반응에 의한 가교도의 하락으로 인하여 기계적 강도가 하락하기 쉬운 고무재료로 알려져 있다.

황(S)이나 유기 과산화물(DCP : dicumyl peroxide)과 같은 가교제로 가교된 고무는 사용되는 동안 열, 산소(O₂), 오존(O₃), 자외선, 동적인 피로 등에 의해 필연적으로 가교결합들의 변화를 포함한 분자구조의 변화를 일으키며 결과적으로 물성을 저하시킴으로써 재료의 수명을 단축시킨다.

에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM : Ethylene Propylene Diene Terpolymer) 고무는 주사슬(main chain)에 이중결합(불포화 결합)이 없기 때문에 주사슬에 이중결합을 포함하고 있는 천연고무 보다 내열성이 우수하여 내열성이 우수한 방진고무로 사용된다.

본 발명자는 드론용 방진고무 조성물 및 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체를 제조하기 위하여, 원료고무로 EPDM 유전성/ EPDM 비유전성 고무를 블렌드하고, 부타디엔 수지, 보강성 충전제, 미세 활석, 프로세스 오일, 가교제, 공가교제, 가황 촉진제, 가황조제 등을 포함하는 조성물을 제조하였으며, 이로부터 기계적 물성 및 내열성을 가짐을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다.

국내등록특허 10-1042894(내열성과 내유성이 우수한 방진 고무 및 이를 위한 나노 콤포지트 조성물) 국내등록특허 10-0995819(내후성 및 내열성이 강한 자동차용 방진고무의 조성물) 국내등록특허 제 10-1499214호(내열성 및 방진 특성이 향상된 구동계 방진 고무조성물)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내열성 및 기계적 물성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 EPDM 고무, 부타디엔 수지, 보강성 충전제, 미세 활석, 프로세스 오일, 가교제, 공가교제, 가황 촉진제, 가황조제를 포함한다.

상기 EPDM 고무는 EPDM 유전성 고무와 EPDM 비유전성 고무를 블렌드한 것임을 특징으로 한다.

상기 부타디엔 수지는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 2 내지 15 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강성 충전제는 FEF(fast extrusion furnace), SRF(semi reinforcing furnace) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 미세 활석은 EPDM 고무 100중량부에 대하여 5 내지 10 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 프로세스 오일은 EPDM 고무 100중량부에 대하여 20 내지 50 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 가황조제는 산화아연인 것을 특징으로 한다.

상기 프로세스 오일은 파라핀계 프로세스 오일인 것을 특징으로 한다.

상기 가황 촉진제는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 공가교제는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 가교제는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 2 내지 5 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체는 상술된 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물로 제조되며, 170 내지 180 ℃에서 200 내지 240초간 상기 방진고무 조성물을 압축진공성형하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체에 의하면, 내열성, 기계적 물성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체의 적용예시 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1(D-13)∼실시예 4(D-16)의 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석 조건을 나타낸 시험성적서.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1(시료명 : D-13)의 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 손실계수(tan δ) 결과를 보여주는 시험성적서.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 2(시료명 : D-14)의 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 손실계수(tan δ) 결과를 보여주는 시험성적서.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 3(시료명 : D-15)의 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 손실계수(tan δ) 결과를 보여주는 시험성적서.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 4(시료명 : D-16)의 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 손실계수(tan δ) 결과를 보여주는 시험성적서.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체 샘플사진.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 EPDM 고무, 부타디엔 수지, 보강성 충전제, 미세 활석, 프로세스 오일, 가교제, 공가교제, 가황 촉진제, 가황조제를 포함한다.

상세하게는, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 EPDM 고무 100중량부에 대하여, 부타디엔 수지 2 내지 15중량부, 보강성 충전제 70 내지 105중량부, 미세 활석 5 내지 10중량부, 프로세스 오일 20 내지 50중량부, 가교제 2 내지 5중량부, 공가교제 0.5 내지 2중량부, 가황 촉진제 0.5 내지 2 중량부, 가황조제 0.5 내지 2중량부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 노화 방지제, 지방산, 가공조제 및 이들의 조합 중 어느 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상세하게는, 노화 방지제는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 1∼3 중량부, 지방산은 EPDM 고무 100중량부에 대하여 1∼2 중량부, 가공조제는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 1.5∼3 중량부 포함될 수 있다.

<EPDM고무>

에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM: ethylene propylene diene terpolymer) 고무는 EPDM 유전성 고무와 EPDM 비유전성 고무를 블렌드한 것을 사용한다.

비유전성 고무(non-oil extended rubber)는 석유 유제를 포함하지 않는 것으로 인장강도를 향상시키는 역할을 하고, EPDM 유전성 고무(oil extended rubber)는 비유전성 EPDM 고무 100중량부에 25 내지 50 중량부의 석유 유제를 혼합한 고무로써 신장율을 높이는 역할을 한다.

바람직하게는, EPDM 유전성 고무 60 내지 80wt%와 EPDM 비유전성 고무를 20 내지 40 wt%를 블렌드한 것을 사용할 수 있으며, EPDM 유전성 고무가 60 wt% 미만으로 첨가되면 신장율이 감소되고, EPDM 유전성 고무가 80 wt%를 초과하여 첨가되면 신장율은 증가되지만 인장강도가 감소하기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않도록 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 EPDM은 EPDM 전체 중량 중 에틸렌 50 내지 70 wt%를 포함하고, ENB(ethylidene norbornene)는 3 내지8 wt%, 바람직하게는, 5 내지 6wt%를 포함하고, 무늬 점성도(mooney viscosity)는 50 내지 60 ML인 것을 사용할 수 있다.

EPDM 유전성 고무는 금호폴리켐㈜의 EPDM KEP 960N(F), KEP 980, KEP 901 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용하며, EPDM 비유전성 고무는 KEP 570C, KEP 570F, KEP 570P 및 KEP 7141, SK종합화학㈜의 EPDM-SUPRENE grade S6090WF, S501A, S512F, Lanxess사의 Keltan EPDM 5470, 5470P, 4869 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

<부타디엔 수지>

부타디엔 수지(RB : syndiotactic 1,2-polybutadiene)는 주사슬의 탄소 vinyl group(-CH=CH₂)이 붙어 있어 매우 높은 가교 밀도를 가질 수 있으며, EPDM 고무를 개질하여 손실계수(tan δ)의 큰 변화 없이 내열성을 향상시킨다.

또한, 상기 부타디엔 수지는 1,2-결합이 90% 이상이고 중량평균분자량(Mw)이 100,000 내지 150,000 이고 결정화도가 15∼35%인 것을 사용할 수 있다.

부타디엔 수지는 EPDM 고무 100중량부에 대하여 2 내지 15 중량부 포함되는데, 상기 부타디엔 수지가 EPDM 고무 100중량부에 대하여 2 중량부 미만으로 첨가되면 가교도의 감소로 인하여 내열성이 감소되고, EPDM 고무 100중량부에 대하여 15 중량부 초과하여 첨가하면 경도, 인장강도 및 신장율이 감소하기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

<보강성 충전제>

보강성 충전제는 기계적 물성 향상을 위해 첨가되며, FEF(fast extrusion furnace) 및 SRF(semi reinforcing furnace) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 보강성 충전제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 70 내지 105 중량부 첨가되는데, 상기 범위 내에서 기계적 물성 향상 효과가 우수하고, 동시에 방진고무 조성물의 가공성 및 성형성이 우수하다.

상기 보강성 충전제는 평균입경이 작고 비표면적이 커질수록 기계적 물성은 향상되나 생산성이 낮으며, 평균입경이 클수록 성형성은 증가하는데, 본 발명에서 보강성 충전제는 평균입경 30 내지 120 nm를 갖는 것을 사용하여 우수한 기계적 물성과 동시에 방진고무 조성물의 가공성 및 성형성을 만족시킬 수 있다.

바람직하게는, FEF는 30 내지 50 nm, 더욱 바람직하게는, 40 내지 48nm를 갖는 것을 사용하고, SRF는 50 내지 100nm, 더욱 바람직하게는, 61 내지 100nm를 갖는 것을 사용할 수 있다.

상기 보강성 충전제는 기계적 물성과 방진고무 조성물의 성형성을 고려하여 FEF와 SRF를 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, FEF 40 내지 50 wt%와 SRF 50 내지 60 wt%를 혼합하여 사용할 수 있다.

FEF가 40wt% 미만으로 첨가되면 기계적 물성 향상효과를 기대하기 힘들고, 50wt%를 초과하는 경우 과도한 경도 상승으로 인하여 고무의 가공성 및 성형성이 저하되어 프로세스 오일의 과량 첨가가 요구되며, 과량의 프로세스 오일의 첨가는 방진고무 조성물에 기포를 발생시킬 수 있다.

한편, SRF의 경우 60 wt%를 초과하여 첨가되면 분산성이 저하되어 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<미세활석>

미세활석(Mistron vapor)은 제품의 사상성(Burr 제거)을 향상시키기 위하여 사용되며, 특히, 미세활석은 경탄(CaCO₃)보다 물리적 특성이 우수하여 제품의 사상성 향상효과가 뛰어나다.

상기 미세활석은 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부 첨가하는데, 상기 미세활석이 5중량부 미만으로 첨가되면 사상성을 갖기 어렵고, 10중량부를 초과하면 오히려 물리적인 특성이 저하될 수 있기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<노화방지제>

노화방지제는 오존에 의한 고무의 크랙, 노화 및 산화를 방지하기 위한 것으로, 파라핀계 및 아민계 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 사용할 수 있다.

구체적인 예로는, 파라핀계로는 (주)용진유화의 SUNPRAX 682H 를 사용할 수 있으며, 아민계로는 3C(IPPD; N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민) 및 7P(6PPD; N-(1,3 디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 노화방지제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부 첨가하는데, 상기 노화방지제가 1 중량부 미만으로 첨가되면 노화 방지효과를 기재하기 어렵고, 3중량부를 초과하는 경우 기계적 물성이 감소하기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<프로세스 오일>

프로세스 오일은 고무에 가소성을 부여하여 가공을 용이하게 하게 하고, 경도 및 비중을 조정하기 위하여 첨가되며, 상기 프로세스 오일은 파라핀계 프로세스 오일(paraffinic process oil)을 사용할 수 있다.

상기 파라핀계 오일은 항오염성, 저온특성, 내열성, 탄성 등이 타계열의 오일에 비해 우수한 특성을 갖는다.

상기 파라핀계 오일은 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 20 내지 50 중량부 첨가하는데, 상기 파라핀계 오일이 20 중량부 미만으로 첨가되면 가공성이 떨어지고, 50 중량부를 초과하면 경도가 감소되기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물은 오픈 롤, 반바리믹서(banbury mixer), 2축 롤 등의 혼련 장치로 EPDM 고무를 소련하고, 소련된 EPDM 고무에 EPDM 고무, 부타디엔 수지, 보강성 충전제, 미세 활석, 프로세스 오일, 가교제, 공가교제, 가황 촉진제, 가황조제 및 첨가제를 투입 및 혼합하여 제조된다.

<가교제>

에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM) 고무의 가교반응은 황을 이용한 황가황 시스템과 유기 과산화물(DCP : Dicumyl peroxide)을 사용한 유기 과산화물 가교시스템으로 구분하는데, 본 발명에서는 유기 과산화물을 이용하여 가교를 수행한다.

황가황 시스템에는 가황 촉진제에 대한 황 비율이 높은 조건을 일반 가황계(Conv : conventional vulcanization), 중간 조건을 준유효 가황계(Semi-EV : semi-efficient vulcanization), 황 비율이 낮은 조건을 유효 가황계(EV : efficient vulcanization)라 한다.

가황반응에서 일반 가황계(Conv)는 polysulfide 결합이 가장 많고, 준유효 가황계(Sem-EV)와 유효 가황계(EV)는 monosulfide 결합이 가장 많다. 일반적으로 인장강도와 신장율은 Conv, Semi-EV, EV, DCP 가교계 순에 따라 감소하며, 내열성은 Conv, Semi-EV, EV, DCP 가교계 순에 따라 증가한다.

황 가황계 고무 가황구조에서 polysulfide( -S_x- ), disulfide(-S-S-), monosulfide(-S-) 결합을 형성하고 유기 과산화물(DCP)계 탄소-탄소(-C-C-)결합을 형성한다.

유기 과산화물(perocide)의 열분해에 의해 반응이 개시되며, 자유 라디칼(free radicals)은 EPDM 고무의 주사슬(main chain)에서 알릴기(allyl group) H(hydrogen)-원자를 추출하여 가교반응이 진행된다.

상기 가교제는 DCP(dicumyl peroxide), Perkadox BC-40MB(dicumyl peroxide), Trgonox 101-50D-pd (2,5-dimethyl-2,5di (t-butyl peroxy)-hexane) 가교제 중 어느 하나로 선택되어지는 군 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 가교제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 2 내지 5 중량부 첨가되는데, 2 중량부 미만이면 느린 가교 속도로 인하여 가교를 위한 공정시간이 늘어나고, 5 중량부를 초과하면 가교 속도가 지나치게 빨라져 스코치 발생 위험이 있기 때문에 상기 중량 범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

<지방산>

지방산은 가황조제 및 가황 촉진제와 반응하여 가교밀도를 증가시키고 윤활제로 작용하여 가공성을 향상시킨다.

상기 지방산으로는 스테아린산(stearic acid)을 사용할 수 있으며, 스테아린산을 사용하는 경우 스테아린산은 ZnO과 반응하여 ZnSt(Zinc Stearate)를 생성하고, 생성된 ZnSt는 가황 촉진제와 반응하여 가교밀도를 증가시키고 윤활역할을 수행하여 방진고무 조성물의 가공성을 향상시킨다.

상기 지방산은 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부 첨가하는데, 상기 지방산이 1 중량부 미만으로 첨가되면 가교밀도가 감소하고, 2 중량부를 초과할 경우 블루밍이 발생하기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<가공조제>

가공조제는 방진고무 조성물 내 이종 성분들을 균일하게 혼합 및 분산시키고 가공성을 향상시키기 위하여 첨가된다.

상기 가공조제는 지방산, 지방산 에스테르와 같은 지방산 유도물 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 고분자량의 지방산 에스테르를 베이스로 하며, 엘라스토머와 상용성이 우수하고, 흐름성, 이형성 및 분산성이 우수한 현탁 가소제인 STRUKTOL WB 212를 사용할 수 있다.

상기 가공조제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 1.5 내지 3 중량부 첨가하는데, 상기 가공조제가 1.5 중량부 미만으로 첨가되면 방진고무 조성물 내 성분들의 분산 불량으로 물성 저하가 발생되고, 3 중량부를 초과하면 금형 오염이 발생되어 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<가황조제>

가황조제는 가황 촉진제와 함께 상호작용하여 황화 착화합물을 형성하게 되며, 상기 가황조제로는 산화아연(ZnO)을 사용할 수 있다. 황화 착화합물에서 아연 쪽에 부착된 황은 아연으로 인하여 친핵성 특성을 가지며, 아연 2가 이온(Zn2+)은 황을 활성화시킨다. 이로 인하여 불포화 결합(이중 결합(double bond) 혹은 올레핀 결합(olefin bond)) 고무의 아릴 수소원자(allylic hydrogen atoms)와 함께 반응하여 고무 결합 중간체(rubber bound intermediate)나 가황 전구체(crosslink precursor)를 형성한다.

상기 가황조제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부를 첨가하는데, 상기 가황조제가 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 5중량부 미만으로 첨가되면 미가황이 발생되어 물성이 저하되고, 10 중량부를 초과하면 비중이 증가하여 고무 조성물의 원가가 상승할 수 있기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<가황 촉진제>

가황 촉진제는 가교 속도를 빠르게 하여 가교 시간을 단축시킬 뿐만 아니라 스코치의 발생을 촉진시키는 가황 촉진제의 사용량을 낮출 수 있도록 하며, 평탄가황이 될 수 있게 한다.

상기 가황 촉진제로는 티아졸(thiazole)계, 티우람(thiuram)계, 구아니딘(guanidine)계, 카바메이트(carbamate)계 중 선택되어지는 군 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 티아졸(thiazole)계로는 M(2-mercapto benzo thiazole), DM(dibenzothazyl disulfide), MZ(Zn-salt of 2-mercapto benzo thiazole), SMB-40(sodium-2-mercaptovenzo thiazole), M-60(cyclohexylamine salt of 2-mercapto benzo thiazole) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 티우람(thiuram)계는 TS(tetra methylthiuram monosulfide), TET(tetra ethyl thiuram disulfide), TBT-N(tetra buthyl thiuram disulfide), TRA(dipentamethylene thiuram tetra sulfide) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 구아니딘(guanidine)계로는 D(diphenyl guanidine), DT(diorthotolyl guanidine), BG(o-tolyl-biquanidine) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 카바메이트(carbamate)계로는 SDD(sodium dimethyl dithiocarbamate), TTFE(ferric dimethyl dithiocarbamate), TTCU(copper dimethyl dithiocarbamate), BZ(zinc dibutyldithiocarbamate), TP(sodium-dibutyl diathiocarbamate) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기 가황 촉진제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 0.5 중량부 미만으로 사용하는 경우 가교촉진 효과가 미미하여 불완전한 가교에 의하여 물성이 떨어질 수 있으며, 2 중량부를 초과하는 경우 내열성 저하를 유발할 수 있기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

<공가교제>

가교제를 이용한 가교공정에서 공가교제는 과산화물에 의해 라디칼이 생성되어 EPDM 고무 주사슬과 공유결합으로 그래프트(graft)나 다리(bridge)역할이 되어 가교반응에 참여하고 이로 인하여 가교밀도 및 가교효율을 높여 주어 기계적 물성을 향상시켜 준다.

상기 공가교제는 TAIC(triallyl isocyanurate) 및 TAC(triallyl cyanurate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 공가교제는 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부 첨가되는데, 상기 공가교제가 EPDM 고무 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 미만으로 첨가되면 가교밀도 및 가교효율이 감소하여 인장강도 및 신장율이 감소되고 2중량부를 초과하면 스코치가 발생하기 때문에 상기 중량 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체를 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체는 상술된 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물을 압축진공성형하여 제조된다.

상세하게는, 상기 방진고무 조성물을 소정 형상의 금형에 충전하고, 170 내지 180 ℃, 150 내지 200 kgf/cm²하에서 200 내지 240초간 상기 고무조성물을 압축진공 성형하여 제조하게 된다.

상기 성형 온도와 성형 시간 미만이면 미가교가 발생되고, 상기 범위를 초과할 경우에는 스코치가 발생되거나 표면 가공성 및 물성이 저하될 수 있기 때문에 상기 온도 및 시간 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

성형 압력의 경우, 150 kgf/cm²미만이면 댐퍼부시 성형체가 불균일하게 성형되고, 200 kgf/cm²을 초과하면 파팅라인(parting line)의 손상으로 인하여 버(burr)가 두껍게 형성되어 제품의 사상성이 저하되거나 불량을 발생시키기 때문에 상기 압력 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.

하기의 표 1은 실시예 및 비교예에 사용된 구성성분의 품명 및 제조사이다.

조성물		화학명(성분)	제조사
구분	품명	화학명(성분)	제조사
원료 고무	EPDM 유전성	Ethylene propylene diene terpolymer	금호폴리켐
원료 고무	EPDM 비유전성	Ethylene propylene diene terpolymer	금호폴리켐
부타디엔 수지	RB 810	Syndiotactic 1,2-polybutadiene	JSR
보강성 충전제	Silica	Silica	Solvay
	FEF	Carbon black	코리아카본
	SRF	Carbon black	코리아카본
미세 활석	Mistron vapor	hydrated magnesium silicate	Imerys Talc
노화 방지제	Sunprax		용진유화
프로세스 오일	P-6	Petroleum Additives	미창석유
가황조제	ZnO	산화아연	한일아연화
지방산	스테아린산	Stearic acid	LG화학
가공조제	WB212	화학적으로 불활성인 충전제에 결합된 고분자량, 지방족, 지방산 에스테르 및 축합 생성물의 혼합물.	Struktol
가황제	S-80	Sulfur 80%	용진유화
가황 촉진제	DM-70	Dibenzothiazole disulfide 70%
	DPG-75	N-cyclohexyl-2- benzothiazole sulfenamide 75%
	TRA-75	Ethylene thiourea 75%
	BZ-75	Zinc dibutyl dithiocarbamate 75%
공가교제	TAIC 70%	Triallyl isocyanurate	Human & technology
가교제	DCP 99%	Dicumyl peroxide	Nouryon chemical

EPDM 고무는 EPDM 유전성 고무와 EPDM 비유전성 고무를 7: 3의 중량비로 혼합한 것을 사용하였으며, EPDM 유전성 고무는 KEP960N, 비유전성 고무는 KEP570F를 사용하였다. 하기의 표 2는 실험에 사용된 EPDM 고무의 특성을 보여준다.

Grade	Mooney 점도 (ML1+5^a, 125 ℃)	ENB 함량 (wt%)	Etrhylene 함량 (wt%)	Extender Oil (phr^b)
KEP960N(F)	49	5.7	70	50
KEP570F	59	4.5	70	-

a : ML1+5는 1분 동안 예열한 후 5분에 시험 종료한 것을 의미함.

b : 중량부 phr은 parts per hundreds of rubber의 약어.

하기의 표 3은 실험에 사용된 부타디엔 수지의 특성을 나티내었다.

Grade	Density (kg/m³)	1,2 Bonds (%)	Refractivity	MFI (150 ℃, 21.2N)
JSR RB810	49	90	1.510	3

하기의 표 4는 실험에 사용된 FEF와 SRF의 특성을 비교한 것이다.

Grade	ASTM code	입자경(nm)	비표면적(m²/g)	DBP흡유량(cm³/100g)
FEF	N550	40~48	42	121
SRF	N774	61~100	29	70

하기의 표 5와 표 6는 방진고무 조성물의 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 12를 보여준다.

조성물	실시예				비교예
조성물	1	2	3	4	1	2	3	4
EPDM 유전성	105	105	105	105	150	105	105	105
EPDM 비유전성	30	30	30	30	-	-	-	-
부타디엔 수지	-	2.5	5	10	-	30	30	30
실리카	-	-	-	-	40	-	-	-
FEF	45	45	45	45		45	25	13
SRF	50	50	50	35	15	50	45	30
미스트론 페이퍼	5	5	5	5	-	-	-	-
Sunprax	2	2	2	2	-	-	-	-
P-6	40	40	30	40	85	5	50	50
ZnO	5.0	5.0	5.0	5.0	5	5	5	5
스테아린산	1.0	1.0	1.0	1.0	1	1	1	1
WB212	3.0	3.0	3.0	1.0	-	1	1
S-80	-	-	-	-	1.5	-	-	-
DM-70	-	-	-	-	2.1	-	-	-
DPG-75	-	-	-	-	2.3	-	-	-
TRA-75	1.1	1.1	1.1	1.1	1.6	-	-	-
BZ-75	-	-	-	-	3.1	-	-	-
TAIC 70%	1	1	1	1	-	1	1	1
DCP 99%	3.0	3.0	3.0	3.0	-	3	3	3

조성물	비교예
조성물	5	6	7	8	9	10	11	12
EPDM 유전성	105	105	105	105	105	105	105	105
EPDM 비유전성	-	-	-	30	30	30	30	30
부타디엔 수지	10	10	20	-	10	-	10	5
실리카	-	-	-	-	-	-	-	-
FEF	13	38	13	45	45	45	45	45
SRF	30	45	45	50	35	50	35	35
미스트론 페이퍼	-	-	-	5	5	5	5	5
Sunprax	-	-	-	2	2	2	2	2
P-6	50	50	50	5	5	25	21	40
ZnO	5	5	5	5	5	5	5	5
스테아린산	1	1	1	1	1	1	1	1
WB212	1	1	1	3	1	3	1	-
S-80	-	-	-	-	-	-	-	-
DM-70	-	-	-	-	-	-	-	-
DPG-75	-	-	-	-	-	-	-	-
TRA-75	-	-	-	1.1	1.1	1.1	1.1	0.5
BZ-75	-	-	-	-	-	-	-	-
TAIC 70%	1	1	1	1	1	1	1	1.5
DCP 99%	3	3	3	3	3	3	3	3.4

실시예 1∼4는 부타디엔 수지(RB 810)의 중량부를 달리하여 첨가한 것이고, 비교예 1은 실리카, 가황제(S) 및 가황 촉진제의 가황에 의한 것, 비교예 2∼4는 부타디엔 수지 첨가에 따른 유기 과산화물 가교에 의한 것, 비교예 5∼7은 부타디엔 수지 및 카본블랙 첨가에 따른 유기 과산화물 가교에 의한 것, 비교예 8∼12는 EPDM 유전성/EPDM 비유전성(7/3) 고무 블렌드 및 부타디엔 수지 첨가에 따른 가황 촉진제 및 유기고산화물 가교의 하이브리드 가교에 의한 것이다.

물성 시험

경도는 두께가 약 5~10mm인 시편을 Shore A 타입의 경도계로 ASTM D-2240에 준하여 측정하였으며 평균값을 경도로 하였다.

인장강도 및 신장율은 고무 시트를 die A 커터로 시편(두께: 3±0.1 mm)을 제작하여 ASTM D-412로 경도(shore A), 인장강도(kgf/cm²) 및 신장율(%)을 측정하였으며, 5회 반복 측정한 평균값을 기록하였다.

내열성 및 내노화성 시험

방진고무 조성물로 제조된 댐퍼부시 성형체의 내열적 특성을 확인하기 위하여 고무 시트를 ASTM D-412에 준하여 die A 커터로 시험을 제작하여 오븐에서 100 ℃로 72 hrs 열처리한 후, 경도 및 인장강도와 신장율의 변화량을 5회 반복 측정한 후 평균값을 취하였다.

손실계수 분석

손실계수 분석은 DMA(dynamic mechanical analysis) TA Instrument사의 동역학적 분석 DMA(dynamic mechanical analysis) Q 800으로 수행하였다. 분석 조건은 10 ℃/min의 승온속도와 10 Hz의 주파수에서 -80∼100 ℃의 온도 범위에 걸쳐서 사용되었으며, 저장탄성계수(storage modulus)와 손실탄성계수(loss modulus)의 비로 손실계수(tan delta : tan δ)를 분석하였다.

하기의 표 7 및 표 8은 상기 표 5 및 표 6의 실시예와 비교예의 기본물성, 내열성, 손실계수를 비교한 것이다.

구분		실시예				비교예
구분		1	2	3	4	1	2	3	4
기본 물성	경도 (Shore A)	58	60	62	61	65	94	70	52
	인장강도 (kgf/cm²)	146	127	124	117	163	153	52	54
	신장율 (%)	653	514	506	459	438	125	258	484
내열성	경도변화 (Shore A)	-3	-1	-2	-3	5	1	2	0
	인장강도 변화율(%)	2.1	4	-1.9	0	-14	-9	6	9
	신장율 변화율(%)	-2.2	4.3	-2.3	2.3	-32	-16	-2	-6
손실계수		0.615	0.573	0.566	0.554	-	-	-	-

구분		비교예
구분		5	6	7	8	9	10	11	12
기본 물성	경도 (Shore A)	43	60	60	70	68	62	60	56
	인장강도 (kgf/cm²)	63	68	60	204	186	161	153	151
	신장율 (%)	572	383	360	426	413	550	483	559
내열성	경도변화 (Shore A)	-1	0	-3	0	2	3	3	1
	인장강도 변화율(%)	-13	11	-3	2	8	-4	-3	0.7
	신장율 변화율(%)	6	5	2	-9	-12	12	17	-0.3
손실계수		-	-	-	-	-	-	-	-

실시예 1∼4는 부타디엔 수지(RB 810)의 중량부를 달리하여 첨가하였을 때 기본물성, 내열성 및 손실계수를 확인한 것으로써, 부타디엔 수지를 첨가하지 않은 비교예 1과 비교하였을 때 내열성에서 경도변화, 인장강도 변화율, 신장율 변화율이 우수하였으며, 유기 과산화물 가교 시스템 실시예 1과 황가황 시스템 비교예 1을 비교하였을 때 실시예 1이 특히 우수한 내열성을 나타내었다. 실시예 1∼4를 비교하였을 때 실시예 2가 특히 우수한 내열성을 나타내었으며, 부타디엔 수지 중량부가 증가할수록 손실계수는 큰 차이 없이 내열성은 향상되었다. 비교예 2∼7은 부타디엔 수지, 카본블랙 중량부를 달리하여 첨가하였을 때 기본물성, 내열성 및 손실계수를 확인한 것으로써, 카본블랙 중량부가 증가할수록 경도와 인장강도는 증가되었으나 신장율은 감소되었고 내열성에 저하를 나타내었다. 비교예 4와 비교예 5를 비교할 때 부타디엔 수지가 20 증량부 증가할수록 경도는 9 증가하였다. 비교예 6와 비교예 7를 비교할 때 카본블랙이 부타디엔 수지보다 우수한 내열성을 나타내었다.

비교예 8∼12는 EPDM 유전성/EPDM 비유전성 고무 블렌드, 부타디엔 수지, 카본블랙 첨가에 따른 기본물성 및 내열성을 확인한 것으로써, 경도가 증가할수록 인장강도는 증가하였으며 신장율은 감소하였고, 내열성에서 경도변화는 없으며 인장강도 변화율은 다소 증가를 나타내었으며 신장율 변화율은 크게 저하되었으며 비교예 12는 내열성의 큰 차이는 없었다.

본 발명에 따른 실시예와 비교예를 경도 60(shore A)를 기준으로 비교할 때 실시예 2가 내열성이 가장 우수하였다.

전반적으로 본 발명에 따른 실시예의 경우 비교예와 비교하였을 때 경도, 인장강도, 신장율, 내열성 측면에서 우수하였으며, 실시예 1~4를 비교하였을 때는 부타디엔 수지 중량부가 감소함에 따라 우수한 내열성을 나타내었다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예 1(시료명 : D-13)∼실시예 4(D-16)의 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 분석 조건을 나타낸 것이다.

도 3은 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 실시예 1(시료명 : D-13)의 저장탄성계수(storage modulus)와 손실탄성계수(loss modulus)의 비에 대한 손실계수(tan delta : tan δ)를 분석한 결과 0.6148을 나타내었다.

도 4는 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 실시예 2(시료명 : D-14)의 저장탄성계수(storage modulus)와 손실탄성계수(loss modulus)의 비에 대한 손실계수(tan delta : tan δ)를 분석한 결과 0.5726을 나타내었다.

도 5는 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 실시예 3(시료명 : D-15)의 저장탄성계수(storage modulus)와 손실탄성계수(loss modulus)의 비에 대한 손실계수(tan delta : tan δ)를 분석한 결과 0.55659를 나타내었다.

도 6은 DMA(dynamic mechanical analysis) 분석을 통한 실시예 4(시료명 : D-16의 저장탄성계수(storage modulus)와 손실탄성계수(loss modulus)의 비에 대한 손실계수(tan delta : tan δ)를 분석한 결과 0.5540을 나타내었다.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체 샘플을 보여준다.

본 발명에 따른 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물 및 이로부터 제조되는 댐퍼부시 성형체는 EPDM 유전성/EPDM 비유전성 고무 블렌드를 통하여 기계적 물성을 향상시키고, 부타디엔 수지를 첨가하여 EPDM 고무를 개질하여 가교도 및 내열성을 향상시키며, 공가교제와 가교제를 병용하여 내열성 및 방진특성이 우수한 효과가 있다.

특히, 부타디엔 수지(1,2-polybutadiene)는 주사슬에 탄소 vinyl group(-CH=CH₂)이 붙어 있어 매우 높은 가교 밀도를 가질 수 있으며, EPDM 고무를 개질하여 손실계수(tan delta : tan δ)의 큰 변화 없이 내열성을 향상시키며, 또한 물성 및 내열성을 향상시키기 위하여 하이브리드계 가교 시스템(EV 가황계 + 공가교제 + DCP 가교계)을 사용하여 산소에 의한 노화를 최소화할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims

EPDM 고무 100중량부에 대하여, 부타디엔 수지 2 내지 15중량부, 보강성 충전제 70 내지 105중량부, 미세 활석 5 내지 10중량부, 프로세스 오일 20 내지 50중량부, 가교제 2 내지 5중량부, 공가교제 0.5 내지 2중량부, 가황 촉진제 0.5 내지 2중량부, 가황조제 0.5 내지 2중량부, 지방산 1 내지 2중량부를 포함하며,
상기 EPDM 고무는 무늬점도 50 내지 60 ML를 갖고, 에틸리덴 노보넨을 3 내지 8 wt% 포함하며, EPDM 유전성 고무와 EPDM 비유전성 고무를 블렌드한 것이고,
상기 부타디엔 수지는 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔이며,
상기 보강성 충전제의 평균입경은 30 내지 120nm이고, FEF(fast extrusion furnace), SRF(semi reinforcing furnace)를 혼합한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는
내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 가황조제는
산화아연인 것을 특징으로 하는
내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 프로세스 오일은
파라핀계 프로세스 오일인 것을 특징으로 하는
내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물.
삭제
삭제
삭제
제 1항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항의 내열성이 우수한 드론용 방진고무 조성물로 제조되는 댐퍼부시 성형체에 있어서,
170 내지 180 ℃에서 200 내지 240초간 상기 방진고무 조성물을 압축진공성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는
내열성이 우수한 드론용 방진고무 댐퍼부시 성형체.