KR20010036364A - 고체 윤활제 조성물 및 이 조성물로 코팅된 차량용 와이퍼 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고형분에 대한 비율로 고체 윤활제 20 내지 90 중량%, 결합제 10 내지 75 중량%, 보강재 1 내지 30 중량% 및 첨가제 0.5 내지 20 중량%를 포함하는, 와이퍼 블레이드의 표면에 코팅하기 위한 고체 윤활제 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 윤활제 조성물을 차량용 와이퍼 고무 블레이드의 표면에 코팅시키므로써 고무와 유리간의 접촉으로 인한 고무의 마모를 방지하고, 블레이드 표면에 고체 윤활제를 부착시킴에 있어서 성분들의 특정 비율로 혼합하여 사용하므로써 상승효과를 얻어 윤활성 및 닦임성 등의 특성을 개선할 수 있다.

Description

고체 윤활제 조성물 및 이 조성물로 코팅된 차량용 와이퍼 블레이드 {Solid Lubricant Composition and Automobile Wiper Blade Coated with The Lubricant}

본 발명은 윤활제 조성물이 코팅된 차량용 와이퍼 블레이드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고체 윤활제, 결합제, 보강재 및 첨가제를 포함하는 피막 접착형 고체 윤활제 조성물을 유리면과 직접적으로 접촉하는 블레이드의 표면에 코팅시키므로써 내구성이 우수하고 마찰력이 낮으며, 닦임성이 향상되고 소음 및 떨림 현상이 현격히 감소된 고성능의 차량용 와이퍼 블레이드에 관한 것이다.

차량용 와이퍼 블레이드는 도 1에 나타낸 바와 같이 와이퍼 지지체에 대한 고정부와 유리면과 직접적으로 접촉을 이루면서 불순물을 닦아 내는 섭동부로 구성되며 일반적으로 고무를 주된 재질로 한다. 와이퍼 블레이드용으로 사용되는 고무 재질로서는 비교적 유연성, 탄성 및 복원력 등이 좋은 것으로서 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로-니트릴부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌계 고무(EPDM), 클로로프렌 고무(CR) 등이 사용될 수 있다.

그러나, 이러한 고무 재질은 기본적으로 연질이고 유리면과 섭동시 마찰력이 높기 때문에 이들 재질을 표면 처리하지 않고 와이퍼 블레이드로 사용할 경우, 지속적인 유리와의 마찰 과정에서 상대면에 의해 또는 외부로부터 유입되는 먼지나 모래 등의 불순물에 의해 쉽게 마모되어 수명이 감소하고, 블레이드 접촉면의 손상에 의해 닦임성이 급격히 나빠지게 되어 운전자의 시야에 지장을 주어 우천시 위험성을 가중시킨다. 또한, 탄성체의 마찰 특성상 쉽게 발생되는 스틱-슬립(stick-slip) 현상으로 인해 높은 소음과 떨림 현상으로 운전자의 신경을 거슬리게 하여 안전 운전에 방해가 되는 경우가 매우 많다.

최근 자동차 산업의 기술이 급진적으로 발달됨에 따라 무소음 자동차의 생산이 하나의 기술 경쟁의 척도로서 부각되면서, 현재까지는 차량 부품 중에서 비교적 중요도가 낮았던 와이퍼 블레이드에 대해서도 감성 부품으로서 품질 관리의 중요성이 높아졌으며 이에 따른 고품질의 와이퍼 블레이드의 생산이 요구되고 있다.

와이퍼 블레이드의 품질 개선의 방법은 블레이드의 재질인 고무 성분의 조성을 본질적으로 개선하므로써 품질을 높이는 방법 및 유리면과 접촉하며 마찰되는 블레이드의 표면 층만을 기능적으로 개질시키는 방법이 있다. 전자의 경우는 재질이 가진 문제점을 근본적으로 개선하는 것이기 때문에 그만큼 고품질이며 내구 수명이 높은 제품을 얻을 수 있으나, 기술적으로 이러한 고품질의 고무 제품을 개발하는 데에 많은 어려움이 있고 경제적으로도 실효성이 있는 제품을 개발하기 어려운 문제점이 있다. 반면에 후자의 경우는 윤활성 또는 내구성을 지닌 물질을 블레이드 본체의 표면에만 코팅하는 방법을 이용한 것으로서, 내구성 측면에서는 본체를 개질시키는 방법보다는 다소 뒤떨어지지만 보다 경제성이 있게 블레이드의 성능을 개선할 수 있기 때문에 현실적으로 효과적인 기술이다.

대한민국 특허 제124942호에는 와이퍼 블레이드의 재질을 실리콘 혼합물로 구성하거나 또는 실리콘 코팅 처리하면서, 블레이드의 지지체를 보강하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 기술은 기본적으로 윤활제 성분을 사용하지 않기 때문에 내구성이 낮으며 마찰력이 비교적 높고, 고가인 실리콘 화합물을 사용하기 때문에 제조 단가가 상대적으로 높은 단점을 지니고 있다.

또한, 대한민국 특허 공개 제94-8969호에는 회전통에 흑연 가루와 블레이드를 넣고 회전시키는 방법이 기재되어 있는데, 이 방법은 흑연 코팅을 실시하고 이어서 회전통에 몰리브덴 가루를 넣고 흑연이 코팅된 블레이드를 넣어 회전시키는 방법으로 몰리브덴 코팅을 실시하므로써 흑연 및 몰리브덴 코팅이 블레이드에 공존되게 한 후 정착 처리하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 이 기술은 물리적인 방법으로 흑연 및 몰리브덴을 블레이드에 별도로 부착시킨 후 정착 처리를 하기 때문에 이들 고체 윤활제 성분이 블레이드 모재에 대한 접착성이 매우 낮을 뿐만 아니라 흑연과 몰리브덴의 상승 효과를 나타내는 일정 비율을 맞출 수 없기 때문에 윤활성, 내구성 및 닦임성에서 큰 효과를 얻지 못하는 문제점들이 있다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 차량용 와이퍼 블레이드의 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 고체 윤활제를 포함하는 조성물로 차량용 와이퍼 블레이드를 코팅하는 경우 종래 기술의 문제점들을 해결할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 목적은 차량용 와이퍼 블레이드의 표면에 코팅하기 위한 고체 윤활제, 결합제, 보강재 및 첨가제를 포함하는 고체 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 고체 윤활제의 조성물을 코팅시키므로써 내구성이 우수하고 마찰력이 낮으며 닦임성이 향상되고 소음 및 떨림 현상이 현격히 감소된 고성능의 차량용 와이퍼 블레이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적과 특징 및 이점은 후술하는 발명의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 일반적인 차량용 와이퍼 블레이드의 형상을 나타낸 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 와이퍼 블레이드

2 : 와이퍼 지지체에 대한 고정부

3 : 유리면에 대한 섭동부

4 : 표면 코팅층

5 : 절단면

본 발명은 고체 윤활제, 결합제, 보강재 및 첨가제를 포함하는 고체 윤활제 조성물 및 이 윤활제 조성물을 표면에 코팅시킨 차량용 와이퍼 고무 블레이드에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 윤활제 조성물을 차량용 와이퍼 고무 블레이드의 표면에 코팅시키므로써 고무와 유리간의 접촉으로 인한 고무의 마모를 방지하고, 블레이드 표면에 고체 윤활제를 부착시킴에 있어서 성분들의 특정 비율로 혼합하여 사용하므로써 상승효과를 얻어 윤활성 및 닦임성 등의 특성을 개선할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 조성물은 고체 윤활제 20 내지 90 중량%, 결합제 10 내지 75 중량%, 보강재 1 내지 30 중량% 및 첨가제 0.5 내지 20 중량%를 포함한다.

본 발명에 따르면 윤활제의 조성물이 견고하게 접착되도록 결합제를 사용하고, 결합제의 재질을 개질시켜 사용하므로써 블레이드 자체 보다 마찰 마모 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보강재를 혼입하므로써 수 미크론 단위로 얇게 코팅되는 코팅층의 마찰에 대한 내구성을 높일 수 있다.

본 발명은 고체 윤활제를 결합제가 용해된 용액에 일정 비율로 분산시킨 후, 보강재 및 첨가제를 혼합하여 제조된 윤활제 조성물을 와이퍼의 고무 블레이드의 표면에 코팅시킨다.

본 발명에 사용되는 고체 윤활제로서는 윤활 특성이 우수한 흑연, 플루오르화흑연, 이황화몰리브덴, 플루오르화탄화수소 (PTFE), 질화붕소 (BN), 플루오르화칼슘 등을 들 수가 있다.

본 발명에 사용되는 결합제로서는 알킬염화설포네이티드-폴리에틸렌계 중합체, 클로로프렌계 고무 화합물, 염화 고무 화합물 등과 같은 탄성계 중합체, 우레탄, 페놀, 아크릴, 니트로셀룰로오즈 등의 수지 중합체 및 이들로 변성된 알키드 중합체 등이 포함된다. 또한, 본 발명에서는 결합제의 물리적 특성을 모재의 성상과 상용가능하게 하고 내구성 및 미끄럼 특성이 향상되게 하기 위해 고무와 수지 결합제를 혼합시켜 사용하며, 단일 또는 혼합 형태로 유기 용제에 용해시켜 사용한다.

또한, 본 발명에서는 보강재를 사용하므로써 부드럽고 유연한 코팅층의 내구성을 높일 뿐만 아니라 스틱-슬립을 방지하며 마찰을 안정화시킬 수 있다. 이러한 보강재의 예로는 단일 구상의 탈크, 마이카, 실리카 등의 미세한 세라믹 입자 및 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드 등의 고분자 중합체 입자가 포함된다.

본 발명에 사용되는 첨가제의 예로는 자외선 및 오존 안정화제, 예를 들어 히드록시페닐벤조트리아졸 및 히드록시페닐트리아진 등, 산화방지제, 예를 들어 디아밀페놀 및 옥틸페놀 등, 및 산 중화제, 예를 들어 산화아연 및 산화마그네슘 등이 포함된다.

본 발명에 바람직한 고체 윤활제의 조성물은 고형분에 대한 성분 비율로서, 단일 또는 혼합된 형태의 고체 윤활제 20 내지 90 중량%, 단일 또는 혼합 형태의 결합제 10 내지 75 중량%, 단일 또는 혼합된 형태의 보강재 1 내지 30 중량%, 기타 첨가제 0.5 내지 20 중량%로 이루어진다.

본 발명의 조성물 중에 고체 윤활제를 20 중량% 이하로 포함하는 경우 코팅층의 윤활 효과가 적어져 마찰력의 감소 및 내마모성의 증대 효과를 기대하기가 어렵고, 90 중량% 이상일 경우에는 상대적으로 결합제의 함량이 줄어들면서 블레이드의 표면에 대한 결합력의 약화로 코팅막이 쉽게 박리되는 현상이 발생된다.

결합제 성분을 10 중량% 이하로 사용하는 경우 블레이드 표면과의 접착력이 약해서 쉽게 박리되고 윤활제 성분이 손에 묻어나는 등의 문제가 발생되며, 75 중량% 이상일 경우에는 마찰 계수가 높으며, 이에 따른 마모량이 높아서 코팅층의 수명이 낮아지게 된다.

또한, 보강재를 1 중량% 미만으로 사용하는 경우 코팅층의 구조적 강도를 향상시키기 위한 목적을 달성할 수 없으며, 30 중량%를 초과하여 사용하는 경우 특히, 실리카와 탈크 등은 급격히 윤활성을 저하시키는 결과를 가져온다.

첨가제 성분은 20 중량% 이상으로 과량 사용했을 경우에는 경제성이 없을 뿐 아니라 오히려 코팅층의 성능이 감소하는 경향을 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 고체 윤활제 및 기타 첨가 물질들의 순도는 98% 이상이며, 평균 입자크기는 10 미크론 이하가 바람직하며, 3 내지 6 미크론 정도가 가장 바람직하다.

본 발명에서는 상기의 성분들을 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 부탄올, 톨루엔, 크실렌, 메틸이소부틸케톤 등의 진용매, 보조 용매, 희석 용매로 이루어지는 혼합 용매에 넣은 후 밀링 장치를 이용하여 균일하게 분산시켜 코팅용 윤활제 조성물을 제조한다.

코팅용 윤활제 조성물의 제조시 총 고형분과 용매의 비는 약 40:60으로 원액을 제조하는 것이 바람직하며, 코팅 피막의 두께가 용액의 고형분 농도에 좌우되므로 실제 블레이드의 표면위에 코팅할 때에는 목적하는 두께에 따라 원액을 희석하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 코팅층의 두께는 5 내지 15 미크론이 바람직하고, 약 10 미크론이 가장 바람직하다.

코팅 윤활제 조성물 용액의 코팅 방법은 침지법, 분무법, 및 붓 또는 로울러 등을 이용하는 방법 등을 선택적으로 사용할 수 있으며, 균일한 두께의 코팅층을 얻고 양산성을 고려해볼 때 분부법이 가장 적절하다. 건조 및 경화 시간은 상온에서 약 24 시간이며, 가열할 경우에는 경화 시간을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 고체 윤활제 조성물을 6개월 이상의 장기 저장이 가능한 일액형으로써 고체 윤활제 조성물의 경화 방법은 조성물 중의 관능기를 지닌 고무 및 수지, 금속 산화물 등의 반응이므로 상온에서 경화시킬 수 있으며, 50-80℃에서 약 1시간 정도의 가열로서 그의 효과를 높일 수 있도록 하였다. 본 발명의 일액형 조성물로는 이액형의 코팅제의 경우 코팅 공정 과정에서의 불편함과 코팅 후 남은 용액의 불가피한 손실을 줄일 수 있는 장점이기도 하다.

〈성능 평가〉

본 발명의 피막 코팅 윤활제 조성물을 코팅한 와이퍼 블레이드의 성능 평가는 한국 산업 규격에 규정된 ″자동차용 와이퍼 블레이드 및 와이퍼 암″ 시험 방법(KSR-3015)에 의하여 닦기 성능과 내구성을 시험한다. 상기 시험 방법은 일반 승용차의 창유리 및 와이퍼 블레이드 시스템과 동일한 형태의 정상적인 사용 상태로 구성된 시험 장치에 물방울을 안개 상태로 살포한 후, 블레이드를 1회 왕복시키고 유리면에서 약 50 ㎝ 떨어진 곳에서 육안으로 얼룩이 남은 줄의 수를 판정한다. 이때, 시험에 사용되는 유리면은 깨끗하고 기름기 등의 부착이 없어야 하며 유리면에 직접적으로 바람이 닿지 않도록 한다. 닦기 성능은 시험시 원활하게 작동하고 이상음이 없으며 물방울 얼룩 라인의 수가 하기 표 1에 나타낸 값 이하로 되어야 한다. 블레이드의 내구성은 500,000회 왕복 작동했을 때 이상음이 없고 표 1의 내구 시험 후의 닦기 성능에 적합하여야 한다.

〈실시예 1〉

고형분에 대한 성분 비율로서, 고체 윤활제로서의 흑연 20 중량%, 테프론 22 중량%, 이황화몰리브덴 5 중량%, 결합제로서의 알킬염화설포네이티드-폴리에틸렌 중합체와 아크릴 중합체의 혼합물 40 중량%, 보강재로서의 구상의 실리카 5 중량%, 및 기타 첨가제로서 산화아연 4 중량%, 페놀계 산화방지제 2 중량% 및 아민계 오존방지제 2 중량% 등을 메틸에틸케톤 70 중량%, 톨루엔 20 중량%, 부틸아세테이트 10 중량%의 혼합된 용매에 분산시켜 코팅 윤활제 조성물을 제조하였다. 공지된 염화 NR계 고무 와이퍼 블레이드위에 분사법을 이용하여 약 10 미크론의 두께로 코팅하였다. 이어서, 24시간 상온에서 건조 경화시킨 후, 상기 성능 평가 시험 방법에 따라 시험하였다.

〈실시예 2〉

결합제 성분을 아크릴로 변성된 알키드계 중합체를 니트로 셀룰로오즈 화합물로 2차 변성시킨 중합체 40 중량%를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 코팅용 윤활제 조성물을 제조한 후, 성능 평가 시험을 행하였다.

〈실시예 3〉

결합제 성분을 우레탄으로 변성시킨 클로로프렌 중합체를 알킬 페놀계 중합체로 2차 변성시킨 중합체 40 중량%를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 코팅용 윤활제 조성물을 제조한 후, 성능 평가 시험을 행하였다.

〈비교예 1〉

코팅 처리를 하지 않은 공지된 NR계 고무 재질로 이루어진 와이퍼 블레이드를 사용하여 성능 평가 시험을 하였다.

〈비교예 2〉

고체 윤활제로서 흑연 40 중량% 및 이황화몰리브덴 20 중량%, 및 결합제로서 프탈산계 알키드 중합물 40 중량%만을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 코팅용 윤활제 조성물을 제조하여 그 성능 평가 시험을 행하였다.

〈비교예 3〉

고체 윤활제로서 흑연 40 중량% 및 테프론 20 중량%, 및 결합제로서 우레탄으로 변성된 알키드계 중합물 40 중량%를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 코팅용 윤활제 조성물을 제조하여 그 성능 평가 시험을 행하였다.

〈비교예 4〉

고체 윤활제로서 흑연 25 중량%, 테프론 25 중량% 및 이황화몰리브덴 5 중량%, 결합제로서 우레탄 변성된 알키드계 중합체를 니트로 셀룰로오즈 화합물로 2차 변성시킨 중합체 40 중량%, 및 보강재로서 구상의 탈크 5 중량%를 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 코팅용 윤활제 조성물을 제조하여 그 성능 평가 시험을 행하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 와이퍼 블레이드용 피막 접착형 윤활제 조성물의 성능 시험 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 그 결과에 의하면 본 발명의 피막 접착형 윤활제 조성물로 차량용 고무 블레이드를 코팅시키므로써 블레이드의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 그의 조성에 있어서 사용된 결합제의 특성을 개질시킴에 따라, 그리고 각종 고체 윤활제의 혼합 사용 및 보강재 등의 첨가제 사용에 따라 성능을 대폭적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

항 목	M 구역(개)	S 구역(개)
	헤어라인	헤비어라인	와이드라인	헤어라인	헤비어라인	와이드라인
초기 닦기 성능	3	1	0	5	2	0
내구시험후의 닦기 성능	5	2	0	7	3	2
비고:1) 숫자는 얼룩라인의 줄 수를 의미함.2) M 구역: 블레이드가 왕복해서 생기는 닦기 면적 중 중앙부 L/2 범위.3) S 구역: 닦기 면적 중 중앙부외의 양측면의 L/4 범위.4) 헤어 라인: 나비 0.5mm 이하의 아주 가는 선모양의 얼룩.5) 헤비어 라인: 나비 1mm 이하의 가는 선모양의 얼룩6) 와이드 라인: 나비 1∼20mm 정도까지의 띠 모양의 얼룩으로 헤어라인 및헤비어 라인이 여러 개 모인 형태 및 얇은 막 모양의 얼룩도 포함됨.

구 분	시 험 항 목	M 구역(개)	S 구역(개)
		헤어라인	헤비어라인	와이드라인	헤어라인	헤비어라인	와이드라인
실시예 1	초기 닦기 성능	1	0	0	1	0	0
	내구시험후의 닦기 성능	2	1	0	2	0	0
실시예 2	초기 닦기 성능	2	0	0	2	1	0
	내구시험후의 닦기 성능	4	1	0	3	0	0
실시예 3	초기 닦기 성능	2	1	0	3	1	0
	내구시험후의 닦기 성능	5	1	0	5	1	0
비교예 1	초기 닦기 성능	6	5	1	8	6	0
	내구시험후의 닦기 성능	13	10	1	14	11	7
비교예 2	초기 닦기 성능	6	4	1	7	4	0
	내구시험후의 닦기 성능	7	4	0	9	4	1
비교예 3	초기 닦기 성능	4	3	0	7	2	0
	내구시험후의 닦기 성능	7	3	0	8	3	1
비교예 4	초기 닦기 성능	4	2	0	5	2	0
	내구시험후의 닦기 성능	6	2	0	7	2	0

본 발명에 따라 제조된 피막 접착형 윤활제 조성물로 차량용 고무 블레이드의 표면을 코팅시키므로써 유리간의 접촉에서 마찰을 감소시키고 소음과 떨림 현상을 방지하며 블레이드의 내구성을 증대시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 고형분에 대한 비율로 고체 윤활제 20 내지 90 중량%, 결합제 10 내지 75 중량%, 보강재 1 내지 30 중량% 및 첨가제 0.5 내지 20 중량%를 포함하는, 와이퍼 블레이드의 표면에 코팅하기 위한 고체 윤활제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 고체 윤활제가 흑연, 플루오르화흑연, 이황화몰리브덴, 플루오르화탄화수소 (PTFE), 질화붕소 (BN), 플루오르화칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되고, 단일 형태 또는 혼합 형태로 사용되는 고체 윤활제 조성물.
3. 제1항에 있어서, 결합제가 알킬염화설포네이티드-폴리에틸렌계 중합체, 클로로프렌계 고무 화합물, 염화 고무 화합물과 같은 탄성계 중합체, 우레탄, 페놀, 아크릴, 니트로셀룰로오즈와 같은 수지 중합체 및 이들로 변성된 알키드 중합체로 구성되는 군으로부터 선택되고, 단일 형태 또는 고무와 수지 결합제와의 혼합 형태로 사용되는 고체 윤활제 조성물.
4. 제1항에 있어서, 보강재가 단일 구상의 탈크, 마이카, 실리카와 같은미세한 세라믹 입자 및 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드 등의 고분자 중합체 입자로 구성되는 군으로부터 선택되고, 단일 형태 또는 혼합 형태로 사용되는 고체 윤활제 조성물.
5. 제1항에 있어서, 첨가제가 히드록시페닐벤조트리아졸 및 히드록시페닐트리아진과 같은 자외선 및 오존 안정화제, 디아밀페놀 및 옥틸페놀과 같은 산화방지제, 및 산화아연 및 산화마그네슘과 같은 산 중화제로 구성되는 군으로부터 선택되는 고체 윤활제 조성물.
6. 제1 내지 5항에 따른 고체 윤활제 조성물로 표면이 코팅된 차량용 와이퍼 고무 블레이드.