KR102634390B1 - 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어서스펜션용 벨로우즈 제조를 위한 고무 조성물로서, 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 상기 산화아연의 순도는 99.7% 이상인 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 에어서스펜션용 벨로우즈의 제조를 위한 고무 조성물로 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 그리트 함량이 낮은 카본블랙과, 실리카 및 산화마그네슘의 입도사이즈를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 줄이고, 산화아연을 순도를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 높임으로써 내열 분위기에서의 내구성능을 향상시킬 수 있는 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물을 제안하고자 한다.
즉 본 발명은 에어서스펜션용 벨로우즈의 제조를 위한 고무 조성물로 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 그리트 함량이 낮은 카본블랙과, 실리카 및 산화마그네슘의 입도사이즈를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 줄이고, 산화아연을 순도를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 높임으로써 내열 분위기에서의 내구성능을 향상시킬 수 있는 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물을 제안하고자 한다.
Description
본 발명은 에어서스펜션용 벨로우즈의 제조를 위한 고무 조성물로 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 그리트 함량이 낮은 카본블랙과, 실리카 및 산화마그네슘의 입도사이즈를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 줄이고, 산화아연을 순도를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 높임으로써 내열 분위기에서의 내구성능을 향상시킬 수 있는 에어서스펜션 벨로우즈의 고무 조성물에 관한 것이다.
통상적으로 자동차에 있어서의 서스펜션은 바디 및 섀시와 휠 또는 휠 어셈블리 사이에 마련되며, 이 두 강체를 복수의 조합된 스프링 및 댐퍼 조립체를 이용하여 외력을 섀시에 완충시켜 전달하는 장치이다. 크게, 상하 방향으로 스프링과 유압 쇽 업소버 등을 통해 노면의 불규칙한 외력을 받아낼 수 있도록 설계된다.
최근 들어, 종래의 강체 스프링을 대체하여, 에어스프링을 형성하는 벨로우즈가 마련되고, 이의 체적을 변화시켜 스프링 상수를 가변시켜 상황에 맞게 안락한 승차감을 도모하는 에어서스펜션에 대한 연구 개발이 활발한 상황이다.
에어서스펜션은 강체 스프링 방식에 비해, 탄성 기능이 우수하고 미세 진동에 대한 대응이 우수한 장점이 있다.
에어서스펜션은 크게 보면, 차체와 연결되는 부분, 즉 쇼버 마운트에 댐퍼 쇼버 및 피스톤이 마련되고, 댐퍼 쇼버와 피스톤 사이에 에어 버킷 또는 에어챔버를 형성하여, 종래의 강체 스프링의 기능을 에어스프링이 대체될 수 있도록 구성된다.
이 경우 에어스프링은 일반적으로 벨로우즈라 불리는 주름관 타입의 외피부재에 의해 길이가 조절되면서, 내부에 에어가 충진되는 충진공간 즉, 에어스프링이 마련될 수 있다. 그리고 이러한 충진공간은 기밀성이 무엇보다 중요하고 누기가 차단되어야 하므로 충진공간의 접합부 또는 연결부에는 클램핑링이 마련된다.
즉 에어서스펜션에서 벨로우즈에 의하여 에어스프링 공간이 형성되기 때문에 벨로우즈에 의한 기밀유지는 물론이고, 내구성에 매우 중요하다.
특히 최근 자동 분야에서 서스펜션의 경우 내열 상태에서의 일정 이상의 내구성능에 대한 요청이 많고, 이러한 내열 및 내구성능을 향상시킬 수 있는 고무소재에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로,
에어서스펜션용 벨로우즈의 제조를 위한 고무 조성물로 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 그리트 함량이 낮은 카본블랙과, 실리카 및 산화마그네슘의 입도사이즈를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 줄이고, 산화아연을 순도를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 높임으로써 내열 분위기에서의 내구성능을 향상시키고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명은 기존 고무제품 대비 가류 시간을 단축하고, 인장강도 및 신장률을 획기적으로 개선함으로써 생산성은 물론이고, 물성을 향상시켜 제품의 신뢰성을 높이고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물은 에어서스펜션용 벨로우즈 제조를 위한 고무 조성물로서, 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 상기 산화아연의 순도는 99.7% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 실리카의 입도사이즈는 19.8 ~ 24.2㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 산화마그네슘의 입도사이즈 3.06 ~ 3.74㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 카본블랙은 그리트(grit) 함량이 소정 비율 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 실리카의 입도사이즈는 22㎛이고, 상기 산화마그네슘의 입자사이즈는 3.4㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물은 에어서스펜션용 벨로우즈의 제조를 위한 고무 조성물로 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되, 그리트 함량이 낮은 카본블랙과, 실리카 및 산화마그네슘의 입도사이즈를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 줄이고, 산화아연을 순도를 기존 고무제품 대비 소정 비율로 높임으로써 내열 분위기에서의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 기존 고무제품 대비 가류 시간을 단축하고, 인장강도 및 신장률을 획기적으로 개선함으로써 생산성은 물론이고, 물성을 향상시켜 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명은 기존 고무제품 대비 피로성능을 5배 이상 향상시켜 내구연한을 장시간으로 늘림으로써 경제성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고무 조성물로 제조된 에어서스펜션용 벨로우즈를 나타내는 사시도.
본명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물은 카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하여 구성된다.
먼저 본 발명에 따른 고무 배합제의 경우 카본블랙의 경우 그리트(grit)의 함량이 매우 낮게 제조된 것이 바람직하다. 이는 카본블랙은 일차 입자가 10 ~ 5000nm 정도의 탄소의 초미립자이다. 이와 같이 미세분말의 카본블랙에는 제조 시, 생성되는 미세 코크스 분말이나 내화로 자재 부스러기 금속 녹 등의 그리트가 포함되어 있다. 이러한 그리트의 양이 많으면 강도의 저하 등 품질에 영향을 미치기 때문에 일정량 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에서 사용되는 카본블랙은 FEF(N550) 상당 그레이드로, Low-grit 그레이드는 카본블랙의 체잔분을 제거한 것으로 100mesh로 걸러냈을 때, 남아있는 체잔분이 0.00004% 이하의 제품인 것이 바람직하다.
다음으로 실리카와 산화마그네슘의 경우 기존 양산품 대비 입도사이즈를 약 30% 이상 줄여 배합될 수 있다.
실리카는 내마모성 향상과 물리적 특성을 향상시키기 위한 보강제로서 첨가되지만, 실리카 표면은 실라놀기(silanol group : Si-OH)에 결합되어 있는 하이드록시기(hydroxy group : -OH)의 친수성인 성질에 의한 높은 극성 때문에 실리카-고무 상호 작용력이 약하여 고무와의 결합력이 약하여 물리적 특성을 감소시키게 된다.
따라서 실리카-고무 상호 작용력을 증가 위하여 실란제(silane coupling agent : SI-69)를 첨가하여 실리카-고무 상호 작용력을 증가시켜 물리적 특성 증가시킨다. 또한 실리카-고무 조성물은 분산성이 낮기 때문에 폴리에틸엔그리콜(polyethylene glycol : 이하 PEG로 축약)을 소량 첨가하며, PEG가 하이드록시기(-OH)와 반응하여 극성도와 친수성을 낮춰 실리카의 분산성과 가공성을 향상시키게 된다.
이러한 실리카의 경우 기존 제품(T-1)에서는 입도사이즈가 32.9㎛인 것으로 사용하고 있지만, 본 발명의 배합조건에 따른 실리카의 입도사이즈(T-6)는 표 1과 같이 19.8 ~ 24.2㎛ 범위내로 제한하고 있다. 이에 대한 결과는 표 3에 나타난 바와 같이 기존 제품의 대비 가류 시간은 물론이고, 인장강도 및 신장률을 증대시키고 있다. 따라서 실리카의 분산성과 가공성을 고려하고, 가류 특성 및 가류 물성을 고려할 때, 실리카의 입도사이즈는 19.8 ~ 24.2㎛ 범위내로 제한하는 것이 바람직하다. 이러한 실리카의 입도사이즈는 상기 범위 내에서 22.2㎛인 것이 더욱 바람직하다.
또한 산화마그네슘(MgO)은 고무 화학물의 가교 동안 산 제거제, 스코치 지연제 또는 경화제로 사용되고 있다. 이와 같은 산화마그네슘은 가교보조제로서 고무의 기계적 물성치를 보완하고, 내열특성을 향상시키게 된다. 이 경우 산화마그네슘과 같은 가교보조제를 지나치게 많이 참가될 경우 고무의 기계적 물성을 저하시키게 되므로 첨가량을 제한하는 것이 바람직하다.
특히 산화마그네슘의 입도사이즈는 기존 제품(T-1)의 경우 5.7㎛이나, 본 발명에 따른 배합조건에 따른 산화마그네슘의 입도사이즈(T-6)는 표 1과 같이 3.06 ~ 3.74㎛ 범위내로 제한하고 있다. 이에 대한 결과는 표 3에 나타난 바와 같이 기존 제품의 대비 가류 시간은 물론이고, 인장강도 및 신장률을 증대시키고 있다. 따라서 산화마그네슘의 가류 특성 및 가류 물성을 고려할 때, 산화마그네슘의 입도사이즈는 3.06 ~ 3.74㎛ 범위내로 제한하는 것이 바람직하다. 이러한 산화마그네슘의 입자사이즈는 상기 범위 내에서 3.4㎛인 것이 더욱 바람직하다..
또한 본 발명에 따른 산화아연(Zinc Oxide : ZnO)은 가황조제로서 가황과정에서 가황촉진제와 함께 상호작용을 하여 황화 착화합물을 형성한다. 황화 척화물물에서 아연 쪽에 부착된 황은 아연으로 친핵성 특성을 가지며, 아연 2(Zn2+)가 이온은 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 우선적으로 가황 전구체(crosslink precursor)를 형성한다.
이러한 가황조제로서 산화아연의 순도는 기존 제품의 경우 99.5%이나, 본 발명에서 배합되는 산화아연의 순도는 99.7% 이상인 것이 바람직하다. 이는 산화아연의 경우 열전도성이 우수하여 고무에 내열성을 부여하게 된다. 특히 산화아연의 순도를 기존 제품의 수준, 즉 99.5%로 유지하는 경우 온도, 시간 증가 시, 경도는 상승하고, 인장 및 신장률은 하락하는 경향으로 보이게 된다. 따라서 본 발명에서는 산화아연의 순도를 99.7% 이상으로 유지하여 온도와 시간 증가 시에도 인장 및 신장률의 유지되거나, 증가하도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 결과는 아래 표 3에서와 같이 기존 제품인 T-1과, T-2 내지 T-4의 결과에서와 같이 본 발명에 따른 배합조건을 만족하는 T-6과 대비하여 경도는 상승하나, 인장 및 신장률은 감소하는 것으로부터 확인이 가능하다.
표 2는 본 발명에 따른 고무 배합제에 대한 가류 특성을 평가하기 위해 측정장비 Rheometer 및 Mooney viscosity를 이용하여 Tc90, ts2 및 ML1+4를 측정하게 된다. 또한 고무 배합제의 가류 물성은 Shore A 경도계 및 UTM을 이용하여 경도, 인장강도 및 신장률을 측정하게 된다. 아울러 고무 배합제의 내열 성능은 노화시험기(경도계 및 UTM)를 이용하여 경도변화, 인장변화율 및 신장변화율을 측정하게 된다. 또한 피로 성능은 반복 피로 시험기를 이용하여 파단 횟수를 측정하게 된다.
표 3은 상기 표 2에 의한 측정을 통한 측정 결과이다.
이 경우 T-1은 기존 제품이고, T-2는 본 발명에 따른 고무 배합 조건에서 카본블랙(Low-grit)만이 반영된 것이다. 또한 T-3는 본 발명에 따른 고무 배합 조건에서 실리카의 입도사이지만 반영된 것이고, T-4는 본 발명에 따른 고무 배합 조건에서 산화마그네슘의 입도사이즈만 반영된 것이며, T-5는 본 발명에 따른 고무 배합 조건에서 산화아연의 순도만 반영한 것이다. 마지막으로 T-6은 본 발명에 따른 고무 배합 조건이 모두 반영된 것이다.
먼저 가류 특성에 대한 결과로, Rheometer에 의한 측정에서 가장 낮은 토크 ML에서 가황되기 시작하는 시간인 Ts2에서 완전 경화가 일어나는 MH의 90% 경화할 때까지의 시간인 Tc90까지 걸리는 시간을 통한 가류시간을 평가하면, T-1 ~ T-5에서는 대략 5(Min)에서 4.50(Min) 정도 걸리는 것으로 나타났다. T-6의 경우에는 Ts2가 2.07(Min)이고, Tc90은 5.58(Min)으로 가류시간이 3.51(Min)으로 T-1 ~ T-5 대비 27% ~ 34% 정도 경감할 수 있다. 이는 가류시간을 27% ~ 34% 줄일 수 있고, 이는 실제 고무 제품의 생산시간을 단축할 수 있다는 점에서 생산성을 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
다음으로 가류 물성 결과로 경도(pt), 인장강도(kgf/cm2)와 신장률(%) 결과를 살펴보면, 경도의 경우 T-1 ~ T-6 모두 비슷하게 나타났고, 인장강도의 경우 T-2 ~ T-5의 경우 200(kgf/cm2)이하로 나타났고, T-1은 223(kgf/cm2), T-6는 233(kgf/cm2)인 것을 확인할 수 있다. 또한 신장률은 T1 ~ T5 보다 T-6이 607로 월등이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
마지막으로 피로 성능(횟수)의 경우 T1 ~ T5 대비 T-6이 5배 이상 증가하는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 배한 조건을 모두 만족하는 경우 가류시간 단축을 통한 생산성 증대효과를 얻음과 동시에, 인장강도, 신장률 및 피로성능이 T-1 ~ T-5 대비하여 월등히 향상되는 것을 확인할 수 있다.
표 4는 본 발명에 따른 배합조건을 만족하는 배합제로 제조된 벨로우즈와 T-1. 즉 기존 배합제에 따른 고무제를 이용한 벨로우즈에 대한 피로 성능을 평가한 것이다.
최대 횟수는 T-1은 4,754 회, T-6은 9,877 회이고, 최소 횟수는 T-1은 450 회, T-6이 1,395 회이다. 평균 회수를 비교하면, T-1은 1,896 회이고, T-6은 3,588 회로 피로 성능은 T-1 대비 T-6이 약 89% 이상 향상됨을 확인할 수 있다.
도 1의 도시는 본 발명에 따른 고무 조성물의 배합조건을 만족하도록 제작된 에어서스펜션용 벨로우즈를 나타내고 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시례를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (5)
- 에어서스펜션용 벨로우즈 제조를 위한 고무 조성물로서,
카본블랙, 실리카, 산화마그네슘 및 산화아연을 배합하되,
상기 산화아연의 순도는 99.7% 이상이며,
상기 실리카의 입도사이즈는 19.8 ~ 24.2㎛이고,
상기 산화마그네슘의 입도사이즈 3.06 ~ 3.74㎛이며,
상기 카본블랙의 그리트 함량은 0.00004% 이하인 것을 특징으로 하는 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 실리카의 입도는 22㎛이고, 상기 산화마그네슘의 입도는 3.4㎛인 것을 특징으로 하는 에어서스펜션 벨로우즈의 내구성능 향상을 위한 고무 조성물.
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2023
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