KR20040033423A - 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 방진 고무 조성물에 종류가 다른 FEF 카본블랙, 노화방지제, 및 가황촉진제가 일정량 함유되어 있어 내오존성을 강화하고 내구성과 내열성이 월등히 향상되어 자동차의 롤 프론트 마운트 및 롤 리어 마운트용으로 사용하기에 적합한 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물{Dustproof Resin Composition having superior endurance and heat-resistance}
본 발명은 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 방진 고무 조성물에 종류가 다른 FEF 카본블랙, 노화방지제, 및 가황촉진제가 일정량 함유되어 있어 내오존성을 강화하고 내구성과 내열성이 월등히 향상되어 자동차의 롤 프론트 마운트 및 롤 리어 마운트용으로 사용하기에 적합한 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물에 관한 것이다.
엔진 마운트는 엔진과 트랜스미션을 샤시로부터 지지해주는 부속품으로서, 지지하는 마운트의 수량에 따라 3점, 4점 지지방식이 있으며, 최근 차동차 엔진의 구조가 점차 복잡해짐에 따라 고급화되고 있다.
상기 4점 지지방식은 엔진 마운트(ENG MOUNT), 트랜스미션 마운트(T/M MOUNT), 롤 프론트 마운트(ROLL FRT MOUNT), 롤 리어 마운트(ROLL RR MOUNT) 등 4개의 부품으로 구성되어 있다.
그러나, 상기 엔진 마운트나 트랜스미션 마운트, 및 롤 프론트/리어 마운트는 서로 같은 재질을 사용하기 어렵다. 그 이유는 상기 엔진 마운트(ENG MOUNT)나 트랜스미션 마운트(T/M MOUNT)는 엔진 및 트랜스미션의 하중에 의한 영향이 크지만, 롤 프론트/리어 마운트는 하중에 의한 영향보다는 엔진 및 트랜스미션의 거동에 큰 영향을 받기 때문에 서로 다른 재질을 사용해야 최적화가 될 수 있다.
상기 롤 프론트 마운트는 급제동때 거동이 크며, 롤 리어 마운트는 급출발시 거동이 커서 파손되기 쉬우므로 엔진의 온도가 점점 상승함에 따라 내열성 및 내구성능이 더욱더 강화된 제품이 요구되고 있다.
그런데, 롤 프론트 마운트 (ROLL FRT MOUNT) 와 롤 리어 마운트 (ROLL REAR MOUNT) 마운트의 경우 엔진 및 트랜스미션의 하중에 의한 영향보다는 차체의 거동에 의한 영향이 크므로 내구성능이 우수해야 하나 현재의 수준은 내열내구가 10만회로 현실성을 고려하지 않고 너무 낮게 규격화되어 품질문제가 다수 발생하였다. 또한, 현재 수준으로는 방진고무의 내구수명연장에 따른 대응이 어려운 실정이다.
따라서, 본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위하여, 종래 방진 고무 조성물에 종류가 다른 FEF 카본블랙, 노화방지제, 및 가황촉진제가 일정량 함유되어 있어 내오존성을 강화하고 내구성과 내열성이 월등히 향상되어 자동차의 롤 프론트 마운트나 롤 리어 마운트용의 방진 재료로 사용하기에 적합한 장기 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 방진 고무 조성물에 있어서,
천연고무(NR) 100 중량부에 대하여 FEF(Fast Extrusion Furnace) 카본블랙 21 ∼ 31 중량부; 가공유 2.8 ∼ 3.2 중량부; 산화아연(ZnO) 4.9 ∼ 5.2 중량부; 활성화제 1.9 ∼ 2.2 중량부; 내열노화방지제 0.9 ∼ 1.1 중량부; 비오염성 노화방지제 0.9 ∼ 1.1 중량부; 오존방지제 1.9 ∼ 2.1 중량부; 황 1.7 ∼ 1.9 중량부; 2종의 가황촉진제 1.9 ∼ 2.4 중량부가 함유된 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 내열성을 향상시키기 위한 새로운 방진고무 재료 개발을 위한 연구한 결과, 종래 방진 고무 조성물에서 사용하는 카본블랙, 비오염성 노화방지제 및 가황촉진제의 종류를 달리하면 내열성과 내구성이 월등히 향상되고 내오존성까지 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에서 사용하는 고무는 정제된 천연고무(NR)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 정제된 천연고무는 단백질 등 불순물이 제거되어 특히 내열성향상에 도움을 준다. 상기 천연고무의 사용량은 100 중량부(phr)로서 조성물의 기준이 된다.
상기 카본블랙은 경도를 맞추기 위해 사용하는 것으로, 종래에 사용되는MAF(Medium Abrasion Furnace)를 사용하는 것이 아니라, 매끄러움이 좋으며 내부발열이 적고 열전도성이 좋은 FEF(Fast Extrusion Furnace)를 사용하는 특징이 있다. 상기 카본블랙의 사용량은 상기 천연고무 100 중량부에 대하여 21 ∼ 31 중량부인 것이 바람직하다. 이때, 보다 바람직하게는 경도의 차이를 고려하여 롤 프론트 마운트인 경우 천연고무 100 중량부에 대하여 21 ∼ 23 중량부를 사용하고, 롤 리어 마운트의 경우 천연고무 100 중량부에 대하여 29 ∼ 31 중량부를 사용한다. 상기 카본블랙의 함량이 21 중량부 미만이면 경도가 낮아 정적(Static) 특성이 낮아지므로 기계적 특성이 저하되고, 31 중량부를 초과하면 고경도가 되어 정적특성이 너무 높아져 승차감 및 감쇄성이 약해진다.
상기 가공유(Process Oil)는 배합할 때 분산을 좋게 하고, 신장률을 높이며, 열 흐름을 좋게 하는 역할을 한다. 또한, 갈라짐 등을 방지하는 효과가 있어 가공성이 좋아지게 한다. 상기 가공유의 사용량은 천연고무 100 중량부에 대하여 2.8 ∼ 3.2 중량부가 바람직하다. 상기 가공유의 함량이 2.8 중량부 미만이면 가공성이 좋지 않으며, 3.2 중량부를 초과하면 접착성이 약해지는 문제가 있다.
상기 산화아연(ZnO)은 가황속도의 활성화를 위해 사용하며, 그 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 4.9 ∼ 5.2 중량부가 바람직하다. 상기 산화아연의 함량이 4.9 중량부 미만이면 가황속도 활성화가 약해지고, 5.2 중량부를 초과하면 가황속도의 활성화가 커져 스코치(Scoch)가 발생되어 고무성질이 약해지는 문제점이 있다.
상기 활성화제는 스테아린산(Stearic acid)을 사용하는 것이 바람직하다.상기 활성화제의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 1.9 ∼ 2.2 중량부가 바람직하다. 상기 활성화제의 함량이 1.9 중량부 미만이면 가황속도 활성화가 약해지고, 2.2 중량부를 초과하면 가황속도의 활성화가 커져 스코치(Scoch)가 발생되어 고무성질이 약해지는 문제가 있다.
상기 제1 내열노화방지제는 내열성 향상을 위해 사용하며, 폴리머화 2,2,4-트리메틸-1,2 디히드로퀴놀린(상품명 : RD)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 내열노화방지제의 사용량은 천연고무 100 중량부에 대하여 0.9 ∼ 1.1 중량부가 좋다. 상기 내열노화방지제의 함량이 0.9 중량부 미만이면 내열성이 약해지고, 1.1 중량부를 초과하면 상온내구력이 떨어진다.
또한, 본 발명은 내열성을 더욱 향상시키고, 인장 및 인열강도를 증가시키기 위해 비오염성 노화방지제를 사용한다. 롤 프론트/리어 마운트는 엔진 및 트랜스미션의 거동에 의한 내구력이 중요하기 때문에 비오염성 노화방지제를 사용함으로써 내구력에 효과가 크다. 상기 비오염성 노화방지제는 하기 화학식 1로 표시되는 2-머켑토벤즈이미다졸을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
상기 비오염성 노화방지제의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 0.9 ∼ 1.1 중량부가 바람직하다. 상기 비오염성 노화방지제의 함량이 0.9 중량부 미만이면 내열성이 약해지고, 1.1 중량부를 초과하면 상온내구력이 떨어진다.
상기 오존방지제는 내열성, 내굴곡성, 내산화성을 향상시키기 위해 N-페닐- N-이소프로필-p-페닐렌디아민(상품명 : 3C) 를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 오존방지제의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 1.9 ∼ 2.1 중량부가 바람직하다. 상기 오존방지제의 함량이 1.9 중량부 미만이면 내오존성이 약해지고, 2.1 중량부를 초과하면 내산화성이 약화된다.
상기 황은 가황시스템을 위해 사용하는 것으로, 본 발명의 고무 가교는 기존의 CV(Conventional Vulcanize) 시스템에서 SEMI-EV(Semi Efficient Vulcanize) 시스템으로 변경하여 사용한다. 상기 천연고무의 일반적인 가황시스템은 폴리설파이드 가교가 이루어지는 고황-저가황촉진제 가황계(Conventional curing system)이다. 이 가황시스템은 역가황(Reversion)이 쉽게 일어날 뿐만 아니라 내노화성이 나빠진다. 따라서, 본 발명은 역가황을 가급적 적게하고 내노화성도 개선하는 방법으로 디설파이드(Disulfide) 가교가 생기는 Semi-EV 가황시스템을 사용하여 황의 양을 줄임으로써 내열성을 향상시키는 것이다. 상기 황의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 1.7 ∼ 1.9 중량부가 바람직하며, 그 함량이 1.7 중량부 미만이면 상온내구력이 현저히 저하되고, 1.9 중량부를 초과하면 내열내구력이 저하된다.
본 발명은 상기 가황시스템의 가황을 촉진하기 위해 2 종의 가황촉진제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 그 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 1.9 ∼ 2.4 중량부가 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 가황촉진제는 2종의 제1 가황촉진제 및 제2 가황촉진제를 사용한다.
상기 제1 가황촉진제로는 하기 화학식 2로 표시되는 에틸렌 티오우레아를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제1 가황촉진제의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 1.0 ∼ 1.3 중량부가 좋다. 상기 제1 가황촉진제의 사용량이 1.0 중량부 미만이면 가류를 안정성이 떨어지며, 1.3 중량부를 초과하면 가황이 빨라져서 스코치(Scoch)가 발생되어 고무성질이 떨어진다.
[화학식 2]
상기 제2 가황촉진제는 티아졸계의 CZ(CBS, N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2 가황촉진제의 함량은 천연고무 100 중량부에 대하여 0.9 ∼ 1.1 중량부가 바람직하며, 그 사용량이 0.9 중량부 미만이면 가류를 안정성이 떨어지며, 1.1 중량부를 초과하면 가황이 빨라져서 스코치(Scoch)가 발생되어 고무성질이 떨어진다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2
하기 표 1과 같은 조성과 함량으로 방진고무 조성물을 제조하였다. 이때, 실시예 1 및 비교예 1의 조성물은 롤 프론트 마운트용으로 적용하였고, 실시예 2 및 비교예 2는 롤 리어 마운트용으로 적용하였다. 이때, 실시예에 사용된 제품은 하기와 같다.
천연고무(NR): 말레이시아사(Malaysia 사) 제품.
카본블랙: FEF(Fast Extrusion Furnace), 한국카본 사 제품.
가공유(Process Oil): N-2, 유니로얄 케미컬사(Uniroyal Chemical 사, 미국) 제품.
산화아연(ZnO): 유니로얄 케미컬사(Uniroyal Chemical 사, 미국) 제품.
활성화제: 스테아린산, 유니로얄 케미컬사(Uniroyal Chemical 사, 미국) 제품.
내열노화방지제: RD, 유니로얄 케미컬사(Uniroyal Chemical 사, 미국) 제품.
비오염성 노화방지제: 2-머켑토벤즈이미다졸, (RUBANTI MB(상품명)).
오존방지제: 3C, 일본 가와구찌사(Kawaguzi 사) 제품.
황: MIDAS 105, 한국 미원상사 제품.
제1 가황촉진제: 에틸렌 티오우레아, RUBACE ETU(NA-22), 중국의 큉다오 케미컬사(Qingdao Chemicals 사) 제품.
제2 가황촉진제: N-사이클로헥실-2-벤조티아질설펜아미드(CZ, N-cyclohexyl- 2-benzothiazyl sulfenamide), 유니로얄 케미컬사(Uniroyal Chemical 사 (미국)) 제품.
성분(중량부) 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
천연고무(NR) 100 100 100 100
카본블랙 MAF - - 20 25
FEF 22 30 - -
가공유(N-2) 3 3 3 3
산화아연(ZnO) 5 5 5 5
활성화제(S/ACID) 2 2 2 2
내열노화방지제(RD) 1 1 1 1
비오존성노화방지제(RUBANTI MB) 1 1 - -
오존방지제(3C) 2 2 2 2
산화노화방지제(654) - - 2 2
황(SULFER) 1.8 1.8 2.8 2.8
가황촉진제 M - - 0.8 0.8
ETU(NA-22) 1.2 1.2 - -
DM - - 0.5 0.5
CZ 1 1 1 1
합계 140 148 140.1 145.1
실험예 1
상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2의 방진고무 조성물에 대하여 상태물성, 노화성 등의 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때, 노화성은 종래 70℃×72Hr의 조건에 비해 노화온도 조건을 100℃×168Hr로 강화시켜 시험하였다. 또한, 압축영구줄음율에 있어서도 종래 70℃×22Hr의 조건에 비해 100℃×22Hr로 조건을 강화시켜 시험하였다. 또한, 내오존성의 조건도 C2(8Hr)에서 CO(72Hr)으로 강화시켜 시험하였다.
구분 롤 프론트 마운트 롤 리어 마운트
실시예 1 비교예 1 실시예 2 비교예 2
상태물성 경도(Hs) 45 45 46 50
인장강도 TB(Kgh/㎠) 250 239 243 226
신율(%) EB 500 600 580 550
노화성 100 ℃ × 168 Hr △Hs +5 +6 +5 +7
△TB -13%(218) -21%(189) -15%(207) -25%(170)
△EB -12%(440) -19%(486) -13%(505) -17%(457)
영구압축줄음율(%) 100 ℃ × 168 Hr 21% 28% 19% 27%
내오존성 72 Hr 크랙없음 크랙없음 크랙없음 크랙없음
상기 표 2에서 보면, 실시예 1(롤 FRT 마운트에 적용)의 경우 인장강도 및 신율변화율은 35 ∼ 40% 향상되었고, 압축영구줄음율은 25% 정도 향상되었다. 또한, 실시예 2(롤 RR 마운트에 적용)의 경우 인장강도 및 신율변화율은 25 ∼ 40% 향상되었고, 압축영구줄음율은 30% 정도 향상되었다.
실험예 2
상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2의 방진고무 조성물에 대하여 통상적인 방법으로 내구력을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 롤 프론트 마운트 롤 리어 마운트
실시예 1 비교예 1 실시예 2 비교예 2
상온내구 130만 130만 130만 100만 130만
내열내구 120 ℃ × 50Hr, 50 만 50만 27만 50만 11만
상기 표 3에서 보면, 본 발명의 실시예 1의 경우 비교예 1에 비해 2배 정도 내열내구력이 향상되었고, 실시예 2의 경우 비교예 2에 비해 4.5배 정도 향상되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방진 고무 조성물은 종래와 다른 카본블랙, 비오존성 노화방지제 및 가황촉진제를 사용하여 내열성 및 내구성을 월등히 향상시킴으로써, 자동차의 롤 프론트 마운트 및 롤 리어 마운트에 대한 방진고무 재료를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 내열성 재료에 맞는 노화물성 규격 재정립(노화온도 및 시간 강화) 및 내열 내구력 향상에 따른 내구 규격을 재정립(상온내구 현재 수준 유지, 내열 내구 강화)할 수 있다.

Claims (5)

  1. 방진 고무 조성물에 있어서,
    천연고무(NR) 100 중량부에 대하여 FEF(Fast Extrusion Furnace) 카본블랙 21 ∼ 31 중량부; 가공유 2.8 ∼ 3.2 중량부; 산화아연(ZnO) 4.9 ∼ 5.2 중량부; 활성화제 1.9 ∼ 2.2 중량부; 내열노화방지제 0.9 ∼ 1.1 중량부; 비오염성 노화방지제 0.9 ∼ 1.1 중량부; 오존방지제 1.9 ∼ 2.1 중량부; 황 1.7 ∼ 1.9 중량부; 2종의 가황촉진제 1.9 ∼ 2.4 중량부가 함유된 것을 특징으로 하는 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 활성화제는 스테아린산인 것을 특징으로 하는 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비오염성 노화방지제는 2-머켑토벤즈이미다졸인 것을 특징으로 하는 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가황촉진제는 천연고무 100 중량부에 대하여 제1 가황촉진제 1.0 ∼ 1.3 중량부 및 제2 가황촉진제 0.9 ∼ 1.1 중량부가 함유된 것을 특징으로 하는 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 가황촉진제가 에틸렌 티오우레아이고, 제2 가황촉진제는 N-사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드인 것을 특징으로 하는 내구성과 내열성이 우수한 방진 고무 조성물.
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