KR102546066B1 - 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브 - Google Patents

선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법은, 재료들을 준비하는 재료 준비 단계(S100); 상기 재료들을 배합하여 혼합물을 제조하는 배합 단계(S200); 상기 혼합물을 이용하여 고무 튜브 성형체를 제조하는 성형 단계(S300); 및 상기 고무 튜브 성형체에 반응 가스를 가하여 질화층을 형성함으로써 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하는 표면처리 단계(S400)를 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브는, 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 밀봉함으로써, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있다.

Description

선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브{METHOD FOR MANUFACTURING RUBBER TUBE FOR SEALING UNDERWATER MECHANICAL SEAL FOR SHIP AND RUBBER TUBE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 밀봉함으로써, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브에 관한 것이다.
회전력을 이용하여, 유체나 가스를 이송할 때 회전체와 고정체 사이에 대기 압력과 접하는 부위가 있으며, 이접하는 부위의 누설을 효과적으로 막아주는 역할을 하기 위하여, 메커니컬 씰(Mechanical Seal)이 사용된다.
메커니컬 실(Mechanical seal)은 고속으로 회전하는 회전축에서, 고정자와 회전자를 접촉시켜 밀봉 기능을 수행하는 면 접촉식 밀봉장치이다. 구체적으로, 회전축(Shaft)에 수직된 고정자와 회전자가 서로 마주하면서 형성되는 면인 섭동면의 일면이 회전축과 함께 회전하면서 스프링의 장력 혹은 유체의 압력으로 밀봉 성능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
메커니컬 실은 회전축의 고속 운전이 원활하게 이루어지도록 섭동면에 자체적으로 유체 막이 형성되며, 유체 막의 윤활작용으로 인해 고속 회전은 물론 마찰열을 상쇄시키면서 밀봉 성능을 수행한다.
이러한 메커니컬 실은 구조상 회전자와 고정자 사이의 틈새로부터 유체의 누설이 항상 존재할 수밖에 없고, 섭동면 표면에서의 산화, 마모로 인한 섭동면에 분진이나 이물질을 발생시켜 장치 내구성을 저하시켜 제품 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 환경오염과 원재료 손실 등의 여러 가지 문제점을 야기하고 있다.
특히, 회전체 기계장치의 고속 운전에 따라 섭동면 가장자리에서 마모나 파손(edge chipping)이 일어나는 등의 비이상적 파손 현상은 메커니컬 실의 수밀성을 방해하고 제품 수명을 급격히 단축시키는 등의 문제점을 가지고 있다.
국내등록특허 제10-0949415호(2010년 03월 17일 등록) 국내등록특허 제10-1944385호(2019년 01월 25일 등록) 국내공개특허 제10-2022-0100208호(2022년 07월 15일 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 밀봉함으로써, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 계속적인 바닷물의 접촉에 의한 부식, 경화 등의 문제로 수밀성이 저하되는 것을 방지하여 메커니컬 씰의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에서는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법을 개시한다.
상기 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법은, 재료들을 준비하는 재료 준비 단계(S100); 상기 재료들을 배합하여 혼합물을 제조하는 배합 단계(S200); 상기 혼합물을 이용하여 고무 튜브 성형체를 제조하는 성형 단계(S300); 및 상기 고무 튜브 성형체에 반응 가스를 가하여 질화층을 형성함으로써 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하는 표면처리 단계(S400)를 포함한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에서는 상기 방법으로 제조된 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 개시한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브는, 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 밀봉함으로써, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예에 의한 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브는, 계속적인 바닷물의 접촉에 의한 부식, 경화 등의 문제로 수밀성이 저하되는 것을 방지하여 메커니컬 씰의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 밀봉용 고무 튜브가 장착된 메커니컬 씰의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 밀봉용 고무 튜브가 팽창하여 메커니컬 씰의 틈을 밀봉한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 밀봉용 고무 튜브가 장착된 메커니컬 씰의 단면을 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 밀봉용 고무 튜브가 팽창하여 메커니컬 씰의 틈을 밀봉한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰(1)은 내부에 설치되는 씰(seal)(30)에 의해 수밀이 유지될 수 있는데, 상기 씰(30)은 씰박스(10)와 밀착된 상태에서 회전하므로 마모가 발생될 수 있다.
따라서, 선박이 항해 중 상기 씰(30)이 파손되어 수밀이 유지되지 않으면 선박은 해상에서 상기 씰박스(30)로부터 씰커버(20)를 분리한 후 마모된 씰(30)을 회전축(20)으로부터 분리하고 새로운 씰(30)을 회전축(2)에 설치할 수 있다. 이후, 상기 씰박스(10) 내부로 씰(30)을 정위치시키고 씰커버(20)를 씰박스(10)에 다시 설치함으로써 씰(30)의 교체를 완성할 수 있다.
이때, 씰박스(10)에서 씰커버(20)를 분리시키기 전에 고압의 압축공기를 씰박스(10)에 형성된 압축공기 공급공(12)을 통해 공급하면 고무 튜브(50)가 팽창되어 회전축(2)과 회전축(2) 사이가 밀폐됨으로써 바닷물이 상기 씰박스(10) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 밀봉용 고무 튜브(50)는 회전축(2)과 회전축(2) 사이를 밀폐하기 위하여 구비되는 것으로, 종래 계속적인 바닷물의 접촉에 의한 고무 튜브의 부식, 경화 등의 문제로 수밀성이 저하되는 것을 방지하여 메커니컬 씰(1)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
이하, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 본 발명에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브의 구성에 대하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법은 재료 준비 단계(S100), 배합 단계(S200), 성형 단계(S300) 및 표면처리 단계(S400)를 포함한다.
1. 재료 준비 단계(S100)
상기 재료 준비 단계(S100)는 고무 튜브를 제조하기 위한 재료들을 준비하는 단계이다.
상기 재료 준비 단계(S100)에서 상기 재료들은 불소고무, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지, 카본블랙, 산화아연(ZnO), 실란 커플링제, 폴리실록산, 탈크, 안정제 및 폴리에틸렌 혼합섬유로 이루어진 조성물일 수 있다.
상기 불소고무는 플루오린이 함유된 고분자 합성고무로서 내열성, 내유성, 내약품성 등이 우수하여 각종 산업 분야에 널리 사용되고 있으며, 예를 들어 탈황설비의 조인트, 산업용 가스켓, 오링(O-Ring), 의료제품, 천정재, 자동차, 사무기기, 항공우주, 플랜트산업 등 그 사용분야가 널리 확대되고 있을 뿐만 아니라 그 수요 역시 더욱더 증대되고 있다.
상기 불소고무는 불소화도가 높은 탄화수소 고분자로서, 우수한 내산화성, 내후성, 난연성, 내화학성, 및 내유성을 가진다.
상기 불고소무는, 불소함량이 69 중량%인 폴리올 가교형 불소고무 20 내지 80 중량% 및 불소함량이 66 중량%인 폴리올 가교형 불소고무 20 내지 80 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지는 일반적으로 아래 [화학식 1]의 구조를 가지는 에폭시 프리폴리머를 의미할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112022131480016-pat00001
상기 [화학식 1]에서 n은 1 ~ 25 범위의 양수이고, 상기 n의 크기에 따라 에폭시의 연화점이 결정된다.
상기 비스페놀 A 디글리시딜에테르 에폭시 수지로 쓰일 수 있는 에폭시 프리폴리머는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 에폭시를 사용하면 무방하며 특별한 제약이 없는데, 예를 들어, 상기 비스페놀 A 디글리시딜에테르 에폭시 수지로는 Henkel Japan 사의 E-20(601)이나 국도화학(주)의 YD-128이 있다.
상기 비스페놀 A 디글리시딜에테르 에폭시 수지는 습윤 경화성이 있고, 고무 튜브의 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있는데, 상기 비스페놀 A 디글리시딜에테르 에폭시는 당량 180~220(g/eq), 점도 8,000~15,000(cps, at 25℃)인 것이 사용될 수 있다.
상기 카본블랙은 기계적 물성 및 성형가공성 등을 개선시키기 위해 첨가되는 충진제로 기능할 수 있는데, 상기 카본블랙은 인장강도 등의 기계적 강도를 향상을 위해 입자경이 각각 다른 2종의 카본블랙을 혼합하여 사용할 수 있다.
즉, 입자경이 각각 다른 2종의 카본블랙을 병용하여 사용할 경우, 입자가 작은 카본블랙이 입자가 큰 카본블랙의 사이 사이에 위치되어 충진 및 보강효과를 향상킬 수 있고 이로 인해 인장강도 등의 기계적 강도가 향상될 수 있다.
예를 들어, 상기 카본블랙은 입경이 200 내지 400nm인 비드 타입의 카본블랙과 입경이 30 ~ 70nm인 파우더 타입의 카본블랙이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 산화아연(ZnO)은 가황촉진제로 반응을 더욱 촉진시키기 위하여 사용될 수 있다.
상기 실란 커플링제는 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane), 3-글리시드옥시프로필 트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane) 및 메타크릴옥시 프로필 트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 폴리실록산은 고무 튜브 표면에 대해 우수한 발수력을 제공함으로써, 고무 튜브 표면에 대한 우수한 발수성 및 발수내구성 효과를 부여할 수 있다.
상기 폴리실록산은 하기의 [화학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112022131480016-pat00002
상기 [화학식 2]에서 R4은 각각 독립적으로 수소원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 유기기, 아크릴레이트류 유기기, 에폭시류 유기기 또는 이들의 조합이고, X는 수소원자, 황화수소기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 아크릴레이트류 유기기, 에폭시류 유기기 또는 이들의 조합이며, n은 폴리실록산의 중량평균분자량(Mw)이 1,000g/mol 내지 100,000g/mol로 되게 하는 1 이상의 정수이다.
예를 들어, 상기 폴리실록산은 디메틸폴리실록산 및 오르가노폴리실록산을 포함할 수 있는데, 상기 디메틸폴리실록산 및 오르가노폴리실록산은 4:6 내지 6:4이 되도록 조합하여 사용할 수 있다.
상기 탈크는 고무 튜브의 물성을 향상시키고 강도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있는데, 상기 탈크는 경도(morhs)가 3.0이고, 비중이 2.5 내지 2.8이며, 비표면적이 0.036 내지 1m2/g인 것이 사용될 수 있다.
상기 안정제는 고무 튜브 조성물의 물리적, 화학적 안정성을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 상기 안정제는 알릴 알킬 황산염(allyl alkyl sulfonate) 또는 공중합성 황산염 모노머(copolymerizable sulfonate manomer) 중에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 폴리에틸렌 혼합섬유는 고무 튜브의 기계적 강도를 증진시키고 바닷물에 의한 경화, 마찰에 의한 마모 등을 방지하기 위하여 첨가될 수 있는데, 상기 폴리에틸렌 혼합섬유는 0.1 내지 1mm의 길이를 가지는 폴리에틸렌 혼합섬유가 사용될 수 있고, 상기 폴리에틸렌 혼합섬유는 하기의 방법으로 제조된 폴리에틸렌 혼합섬유가 사용될 수 있다.
상기 폴리에틸렌 혼합섬유를 제조하기 위하여, 먼저, 폴리에틸렌 수지칩과 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT) 수지칩으로 이루어진 혼합칩을 준비할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지칩과 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT) 수지칩은 내구성, 내유성을 개선하기 위하여 사용될 수 있는데, 상기 혼합칩은 폴리에틸렌 수지칩과 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT) 수지칩이 8:2의 중량 비율로 혼합될 수 있다.
상기 폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트 수지(Polybutylene Adipate Terephthalate; PBAT)는 생분해성 바이오플라스틱으로 땅 속에서 6개월 이내에 100% 분해가 되는 친환경적인 재료이고, 상기 PBAT 수지는 일반적으로 알려진 방법에 따라 1,4-부탄디올, 아디픽산 및 테레프탈산을 축중합하여 얻을 수 있다.
이러한 PBAT 수지로는 이러한 일반적 방법으로 직접 합성한 것을 사용하거나, 이미 상용화된 수지, 예를 들어, 상술한 상품명 ECOPLEX(바스프)이나, PBG7070(삼성정밀화학) 등으로 상용화된 PBAT 수지 입수하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 PBAT 수지는 150,000 내지 400,000의 중량평균분자량을 가질 수 있는데, 상기 PBAT 수지가 이러한 분자량의 범위를 가짐에 따라, 상기 PBAT 수지와 다른 재료들과의 상용성 및 가공성이 보다 우수하게 될 수 있고, 비교적 높은 분자량에 따라 보다 향상된 물성 등을 나타낼 수 있다.
다음으로, 상기 혼합칩에 제올라이트(Zeolite)를 혼합할 수 있다.
상기 제올라이트(Zeolite)는 열적·물리적 강도향상, 마모방지 및 인열에 영향을 미치며 내부식성, 내후성 등의 기능을 부여하고, 고무 튜브의 노화 및 열화현상을 방지할 수 있는데, 상기 제올라이트(Zeolite)는 상기 혼합칩 전체 함량 100 중량부에 대해, 3 내지 7 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
그 다음으로, 상기 제올라이트(Zeolite)가 혼합된 혼합칩을 이용하여 폴리에틸렌 혼합사를 제조할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 혼합사는 상기 충진제가 혼합된 혼합칩을 이용하여 용융, 방사, 냉각 등과 같은 통상적인 공정을 거쳐 제조될 수 있는데, 예를 들어, 상기 폴리에틸렌 혼합사는 압출기의 출구 쪽에 일정한 굵기 및 형상을 가지는 폴리에틸렌 혼합사 방출홀이 다수개 형성되어 구성되는 혼합사 제조용 금형을 설치하고, 상기 압출기 내에 충진제가 혼합된 혼합칩을 투입한 후 용융·방사 등 공지의 과정을 거친 후 일정한 온도로 냉각함으로써 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에틸렌 혼합사는 상기 제올라이트(Zeolite)가 혼합된 혼합칩을 280 내지 320℃ 온도에서 용융·방사시키고, 20 내지 60℃ 온도의 냉각기에서 냉각함으로써 제조될 수 있는데, 상기 폴리에틸렌 혼합사를 제조하는 구체적인 구성은 공지의 기술인바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 상기 폴리에틸렌 혼합사에 에어를 분사하여 상기 폴리에틸렌 혼합사를 부풀게 할 수 있다.
상기 에어는 폴리에틸렌 혼합사 상에 분사됨으로써 상기 폴리에틸렌 혼합사를 벌키(Bulky)하게 형성할 수 있는데, 추후 공정에서 상기 벌키하게 부푼 폴리에틸렌 혼합사 내부 사이로 코팅액이 균일하게 흡수되어 도포됨으로써 기계적 강성이 유지되고 균일한 물성의 폴리에틸렌 혼합섬유를 제조할 수 있다.
예를 들어, 상기 에어 압력은 3 내지 7 바(Bar)로 하여 상기 폴리에틸렌 혼합사에 공기를 분사할 수 있는데, 상기 에어 압력이 3 바(bar) 미만인 경우에는 압력이 약하여 충분하게 벌키한 폴리에틸렌 혼합사를 제조하기 어려운 문제가 있고, 7 바(bar)를 초과하는 경우에는 에어 압력에 의한 장력이 커서 폴리에틸렌 혼합사의 중공 변형률이 커지는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 부풀어진 폴리에틸렌 혼합사에 코팅액을 도포하여 폴리에틸렌 코팅섬유를 제조할 수 있다.
상기 코팅액은 상기 부풀어진 폴리에틸렌 혼합사에 도포됨으로써 폴리에틸렌 코팅섬유로 제조되는 폴리에틸렌 혼합섬유의 기계적 강도, 내후성 등의 물성을 증진시키고 내구성, 내유성을 개선할 수 있는데, 상기 코팅액은 수분산성 폴리우레탄 수지, 나노실리카, 증점제, 알콕시실란 화합물 및 정제수를 포함한다.
또한, 상기 코팅액은 수분산성 폴리우레탄 수지 30 내지 70 중량부, 나노실리카 0.5 내지 1.5 중량부, 증점제 2 내지 6 중량부, 알콕시실란 화합물 3 내지 7 중량부 및 정제수 20 내지 30 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.
상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 상기 부풀어진 폴리에틸렌 혼합사에 결합되는 바인더로서 기능할 수 있는데, 상기 수분산성 폴리우레탄 수지는 지방족 이소시아네이트 폴리올 27 내지 33 중량부, 트리에칠아민 0.5 내지 1.5 중량부를 쇄연장제로 사용하고, N-메칠디에탄올아민 2 내지 4 중량부 및 물 70 내지 75 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 나노실리카는 코팅액에 포함되어 상기 부풀어진 폴리에틸렌 혼합사에 균일하게 도포됨으로써 내마모성, 접착성 등의 물성을 향상시킬 수 있는데, 상기 나노실리카는 입경이 100 내지 300nm인 것이 사용될 수 있다.
상기 증점제는 코팅액의 점도를 조절하기 위하여 포함될 수 있는데, 상기 증점제는 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리옥시에틸렌황산나트륨, 황산칼륨 및 물이 혼합되어 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 증점제는 폴리아크릴레이트(Polyacrylate) 20 내지 30 중량부, 폴리옥시에틸렌황산나트륨 5 내지 15 중량부, 황산칼륨 1 내지 3 중량부 및 물 40 내지 50 중량부의 중량 비율로 혼합되어 제조될 수 있다.
상기 알콕시실란 화합물은 상기 부풀어진 폴리에틸렌 혼합사와 코팅액의 부착력을 높이기 위하여 포함될 수 있는데, 상기 알콕시실란 화합물은 3관능기 알콕시실란과 4관능기 알콕시실란을 1:1 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 3관능기 알콕시실란은 3-acrylamidopropyltrimethoxysilane 또는 (3-Methalcrylamidopropyl)trimethoxysilane 화합물 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기 4관능기 알콕시실란은 비스(메틸디에톡시실릴)에탄 또는 비스(에틸메톡시실릴)부탄 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 정제수는 상기 수분산성 폴리우레탄 수지, 나노실리카, 증점제, 알콕시실란 화합물 등의 조성물을 균일하게 혼합하고 분산하기 위한 용매로 사용될 수 있다.
그 다음으로, 상기 폴리에틸렌 코팅섬유를 건조할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 코팅섬유의 건조는 상기 폴리에틸렌 코팅섬유를 120 내지 140℃ 온도의 열풍건조기에서 1 내지 3시간 동안 1차 건조한 후 30 내지 50℃ 온도에서 2 내지 4시간 동안 2차 건조함으로써 진행될 수 있는데, 상기와 같이 2차의 건조를 진행함으로써 폴리에틸렌 코팅섬유 내부까지 코팅액이 균일하게 도포되어 우수한 물성을 가지는 폴리에틸렌 혼합섬유를 제조할 수 있다.
이어서, 상기 건조된 폴리에틸렌 코팅섬유를 절단하여 폴리에틸렌 혼합섬유를 제조할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 혼합섬유는 상기 건조된 폴리에틸렌 코팅섬유를 0.1 내지 1mm의 길이를 가지도록 절단하여 제조될 수 있다.
2. 배합 단계(S200)
상기 배합 단계(S200)는 상기 재료들을 배합하여 혼합물을 제조하는 단계이다.
상기 배합 단계(S200)에서 상기 혼합물은 상기 불소고무 80 내지 120 중량부, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지 20 내지 40 중량부, 카본블랙 3 내지 7 중량부, 산화아연(ZnO) 1 내지 3 중량부, 실란 커플링제 4 내지 8 중량부, 폴리실록산 1 내지 5 중량부, 탈크 0.5 내지 2.5 중량부, 안정제 0.1 내지 1 중량부 및 폴리에틸렌 혼합섬유 0.5 내지 1.5 중량부의 중량 비율로 배합되어 제조될 수 있다.
3. 성형 단계(S300)
상기 성형 단계(S300)는 상기 혼합물을 이용하여 고무 튜브 성형체를 제조하는 단계이다.
상기 성형 단계(S300)에서는 상기 혼합물을 통상의 제조공정을 이용하여 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 성형체를 제조할 수 있는데, 상기 혼합물을 이용하여 고무 튜브 성형체를 제조하는 구성은 공지의 기술인 바, 설명의 편의 및 본 발명의 기술적 사상의 명확성을 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
4. 표면처리 단계(S400)
상기 표면처리 단계(S400)는 상기 고무 튜브 성형체에 반응 가스를 가하여 질화층을 형성함으로써 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하는 단계이다.
상기 표면처리 단계(S800)에서는 암모니아(NH3)로 이루어진 반응 가스를 일정한 온도로 가열한 후 일정 시간 동안 상기 고무 튜브 성형체로 분사함으로써 질화층을 형성할 수 있는데, 상기 표면처리 단계(S400)에서는 공지된 반응 챔버를 이용하여 암모니아(NH3)로 이루어진 반응 가스를 300 내지 400℃ 온도로 가열한 후, 상기 가열된 반응 가스를 200 내지 300m/s의 분사 속도로 상기 고무 튜브 성형체로 분사함으로써 진행될 수 있다.
이때, 상기 암모니아(NH3)로 이루어진 반응 가스는 2NH3 ⇔ 3H2 + 2N의 반응이 일어나며, 그 결과 질소 원자가 고무 튜브 성형체의 표면에서 질화 과정을 일으켜 질화층을 형성함으로써 내식성, 내구성, 내마모성 등 물성이 우수한 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법에 대한 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
< 실시예 1 >
먼저, 불소고무 100 중량부, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지 30 중량부, 카본블랙 5 중량부, 산화아연(ZnO) 2 중량부, 실란 커플링제 6 중량부, 폴리실록산 3 중량부, 탈크 1.5 중량부, 안정제 0.5 중량부 및 폴리에틸렌 혼합섬유 1 중량부의 중량 비율로 배합하여 혼합물을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물을 이용하여 통상의 공정을 거쳐 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 성형체를 제조하였다.
이어서, 상기 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 성형체 표면에 암모니아(NH3)로 이루어진 반응 가스를 350℃ 온도로 가열한 후, 상기 가열된 반응 가스를 250m/s의 분사 속도로 분사함으로써 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였다.
< 실시예 2 >
실시예 1과 동일한 방법으로 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였는데, 실시예 2에서는 불소고무 110 중량부, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지 25 중량부, 카본블랙 4 중량부, 산화아연(ZnO) 1.5 중량부, 실란 커플링제 5 중량부, 폴리실록산 4 중량부, 탈크 2.3 중량부, 안정제 0.2 중량부 및 폴리에틸렌 혼합섬유 1.4 중량부의 중량 비율로 배합하여 혼합물을 제조하였고, 이를 이용하여 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였다.
< 실시예 3 >
실시예 1과 동일한 방법으로 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였는데, 실시예 3에서는 불소고무 85 중량부, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지 35 중량부, 카본블랙 6 중량부, 산화아연(ZnO) 2.5 중량부, 실란 커플링제 7 중량부, 폴리실록산 2 중량부, 탈크 0.7 중량부, 안정제 0.8 중량부 및 폴리에틸렌 혼합섬유 0.7 중량부의 중량 비율로 배합하여 혼합물을 제조하였고, 이를 이용하여 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였다.
< 비교예 >
먼저, 불소고무 200 중량부, 카본블랙 7 중량부, 산화아연(ZnO) 2 중량부, 실란 커플링제 5 중량부, 폴리실록산 3.5 중량부, 탈크 2 중량부 및 안정제 1.5 중량부의 중량 비율로 배합하여 혼합물을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물을 이용하여 통상의 공정을 거쳐 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였다.
비교예에서는 암모니아(NH3)로 이루어진 반응 가스로 표면처리를 수행하지 않고 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하였다.
1. 물성 평가
실시예 1 내지 3과 비교예에 따라 제조된 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브의 물성을 아래의 평가 방법에 준하여 평가하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
(1) 경도 : ASTM D2240에 준하여 쇼어(Asker) A형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 인장강도 : KS M6518에 준하여 만능시험기(UTM, Zwick 모델 1435)를 사용하여 측정하였다.
(3) 신장율 : KS M6518에 준하여 만능시험기(UTM, Zwick 모델 1435)를 사용하여 측정하였다.
구분 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
경도 Type A 98 97 98 75
인장강도 kg/cm2 142 144 143 106.5
신장율 % 354 352 358 264
상기 [표 1]을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브는 비교예에 비하여 경도, 인장강도 및 신장율이 우수함을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1; 메커니컬 씰 2; 회전축
10; 씰박스 11; 냉각수 유통공
12; 압축공기 공급공 20; 씰커버
30; 씰(SEAL) 40; 튜브커버
50; 고무 튜브

Claims (4)

  1. 씰과 회전축 사이에 형성되는 틈을 밀봉하고 상기 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하는 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법에 있어서,
    재료들을 준비하는 재료 준비 단계(S100);
    상기 재료들을 배합하여 혼합물을 제조하는 배합 단계(S200);
    상기 혼합물을 이용하여 고무 튜브 성형체를 제조하는 성형 단계(S300); 및
    상기 고무 튜브 성형체에 반응 가스를 가하여 질화층을 형성함으로써 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브를 제조하는 표면처리 단계(S400)를 포함하고,
    상기 재료 준비 단계(S100)에서 상기 재료들은 불소고무, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지, 카본블랙, 산화아연(ZnO), 실란 커플링제, 폴리실록산, 탈크, 안정제 및 폴리에틸렌 혼합섬유를 포함하며,
    상기 배합 단계(S200)에서 상기 혼합물은 상기 불소고무 80 내지 120 중량부, 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl Ether of Bisphenol A) 에폭시 수지 20 내지 40 중량부, 카본블랙 3 내지 7 중량부, 산화아연(ZnO) 1 내지 3 중량부, 실란 커플링제 4 내지 8 중량부, 폴리실록산 1 내지 5 중량부, 탈크 0.5 내지 2.5 중량부, 안정제 0.1 내지 1 중량부 및 폴리에틸렌 혼합섬유 0.5 내지 1.5 중량부의 중량 비율로 배합되어 제조된 것을 특징으로 하는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브.
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