KR20060079495A

KR20060079495A - 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물

Info

Publication number: KR20060079495A
Application number: KR1020040117705A
Authority: KR
Inventors: 이종경; 강동국; 김동현
Original assignee: 평화오일씰공업주식회사
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-07-06
Also published as: KR100681937B1

Abstract

본 발명은 동력조향장치(Power Steering System)에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무(H-NBR) 100 중량부, 디옥틸아디페이트 2 ∼ 10 중량부 및 디큐밀퍼옥사이드 6 ∼ 8 중량부를 포함함으로써 오일씰의 내한성, 내열성 및 압축영구줄음율을 향상시켜 동력조향장치의 작동유에 대한 수축현상과 고온 및 저온에서의 고무의 경화와 균열에 따른 오일 누유를 방지하고 밀봉 기능성을 향상시키도록 개선된, 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물에 관한 것이다.

동력조향장치(Power Steering System), 고압 오일씰, 수소화 니트릴 고무, 압축영구줄음율

Description

동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물{Rubber composition of high pressure oil seal for power steering system}

동력조향장치 오일씰(Power Steering Oil Seal)은 운전자가 핸들(Steering Wheel)을 회전시킬 때 유압의 힘으로 회전운동을 직선운동으로 변경하여 타이어에 전달하는 역할을 하는 자동차 조향장치(Steering System)에 장착된다. 보다 상세하게 설명하면 운전자의 조향력을 주행조건에 따라 제어하는 역할과 운동방향을 바꾸어 전달하는 역할을 하는 조향기어, 즉 동력조향장치 기어(Power Steering Gear)내에 장착되어 파워스티어링 작동유가 파워스티어링 기어(Power Steering Gear) 내의 실린더 튜브 외부로 나가지지 못하도록 밀봉하는 씰링 기능을 한다.

동력조향장치 오일씰에는 유압력의 세기에 따라 저압용과 고압용으로 구분된다. 고압용 오일씰은 저압용 오일씰에 비해 120 bar 이상의 고압에도 견딜수 있도록 고무를 선정하여야 하고, 내유성, 내열성, 내한성 및 내마모성이 우수하여야 한다. 또한, 고압용 오일씰은 상대유인 파워스티어링 작동유와 같은 광물유에 대한 밀봉기능성이 우수해야 한다.

그동안 고압용 오일씰의 고무로 수소화 니트릴 고무(H-NBR)를 사용해 왔다. 수소화 니트릴 고무(H-NBR)는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 수소 첨가반응을 시켜서 제조한다. H-NBR은 대체로 내유성, 내열성, 내한성 및 내마모성이 우수하여 고압용 오일씰 고무로 각광을 받았다.

그러나 종래의 고무는 아크릴로니트릴(ACN)의 함량이 부적당하여 오일씰의 가황 특성이 부적합하였다. 고분자 사슬에 팽윤을 방지시키는 극성기를 가지고 있는 아크릴로니트릴 함량이 많아서 동력조향장치의 작동유와 같은 광물유에 대한 저항성을 가지게 되어 오일씰의 수축현상이 발생되었고, 저온(-30 ℃ 이하)에서 장기간 노출에 의한 고분자의 결정화(Crystallization) 현상으로 강성이 증가하고 탄성을 잃게 되어 저온에서의 경화 및 균열(CRACK) 현상이 발생되고 이에 따라 오일 누유(LEAK)가 발생될 수 있었다.

이에, 본 발명자는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 연구, 노력한 결과, 폴리머로 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 (H-NBR)를 포함하고, 가소제로 디옥틸아디페이트를 포함하며, 유기물 가교제로 디큐밀퍼옥사이드를 포함하는 고무 조성물을 제조하면 오일씰의 내한성, 내열성 및 압축영구줄음율이 향상되어 수축현상 및 오일 누유를 방지하고 밀봉 기능성을 향상시킬 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무(H-NBR), 디옥틸아디페이트 및 디큐밀퍼옥사이드를 포함하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부, 디옥틸아디페이트 2 ∼ 10 중량부 및 디큐밀퍼옥사이드 6 ∼ 8 중량부를 포함하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무(H-NBR) 100 중량부, 디옥틸아디페이트 2 ∼ 10 중량부 및 디큐밀퍼옥사이드 6 ∼ 8 중량부를 포함함으로써 오일씰의 내한성, 내열성 및 압축영구줄음율을 향상시켜 동력조향장치의 작동유에 대한 수축현상과 고온 및 저온에서의 고무의 경화와 균열에 따른 오일 누유를 방지하고 밀봉 기능성을 향상시키도록 개선된, 동력조향장치 (Power Steering System)에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 고무로는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무(H-NBR)를 사용한다. 종래 사용하던 중니트릴계 수소화 니트릴 고무보다 내유성, 내열성, 내한성 및 내마모성이 우수하여 고압용 오일씰에 사용하기에 적합하다.

본 발명의 충전제는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰의 제조시에 사용하는 것을 제한없이 사용할 수 있으나 카본블랙과 실리카(SiO₂)를 동시에 사용하는 것이 가장 좋다.

상기 카본블랙은 특정한 카본블랙으로 한정되지 않는데, 특히 입경이 40 ∼ 48 nm인 카본블랙 FEF가 바람직하다. 카본블랙을 첨가함으로써 고무의 강도 등의 물성 개선 효과가 발생된다.

카본블랙은 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 40 ∼ 50 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 카본블랙의 함량이 50 중량부를 초과하면 고무의 강도는 개선되나 외부 충격에 의해 크랙이 발생할 가능성이 높으며 탄성력이 떨어질 수 있고, 40 중량부 미만으로 포함되면 고무의 강도 개선 효과가 떨어진다.

카본블랙과 함께 사용하는 또 다른 충전제로는 실리카(SiO₂)를 포함한다.

실리카(SiO₂)는 화이트카본이라고 하며 보강제로서 카본블랙과 유사한 보강성을 지니고 있다. 본 발명에서 카본블랙 FEF와 함께 사용하는 경우에는 입경 이 6 ∼ 7 ㎛인 실리카를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 실리카는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 5 ∼ 10 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 실리카의 함량이 10 중량부를 초과하면 인장강도, 신율 등의 기본적인 고무의 물성이 저하될 수 있고 5 중량부 미만이면 보강성 및 마모성 개선 효과가 나타나지 않는다.

본 발명의 가소제는 고무의 내한성, 흐름성 및 가공성을 개선하기 위하여 첨가된다. 본 발명의 디옥틸아디페이트는 지방산계 가소제로서 내한성이 우수하며 내이행성, 내유성 등을 향상시켜 내구성 및 내한성을 높일 수 있다.

디옥틸아디페이트는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 2 ∼ 10 중량부 포함된다. 디옥틸아디페이트의 함량이 2 중량부 미만이면 고무의 내한성, 흐름성 및 가공성을 개선 효과가 미미하고 10 중량부를 초과하면 재료의 과도한 수축을 야기할 수 있고 과도한 양의 가소제가 오일에 추출될 수 있어서 동력조향장치에 사용되기에 부적합하다.

본 발명의 가교제는 배합된 고무가 적정 온도로 가열될 때 고분자 사슬 사이에 가교를 만들어 주기 위하여 사용된다. 본 발명의 고무 조성물은 고분자 구조가 거의 포화되어 있는 형태이므로 가교제로 황(Sulfur) 대신에 유기 과산화물을 사용한다.

본 발명에서 사용하는 유기 과산화물은 디규밀퍼옥사이드이다. 디규밀퍼옥사이드는 황과 달리 가교 온도에서 분해되어 자유 라디칼(free radicals : R·)을 형성한다. 이들 자유 라디칼은 고분자 사슬(PH)에서 수소 원자를 빼내어 RH 를 만들고 고분자 라디칼(P·)을 형성한다. 인접하는 고분자 라디칼들이 서로 결합하여 고분자간의 탄소-탄소 가교 결합(P-P)을 형성하게 된다.

상기 가교제는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 6 ∼ 8 중량부 포함되는 것이 좋다. 가교제의 함량이 8 중량부를 초과하면 과가교가 이루어지고, 6 중량부 미만이면 미가교가 이루어지게 되어 물성저하로 인한 파워스티어링용 오일씰의 누유현상의 원인이 되어 동력조향장치의 기능을 제대로 하기 어렵다.

본 발명의 조성물은 가교제의 역할을 도와주기 위하여 가교조제를 일정량 포함할 수 있다. 가교조제는 통상적으로 유기 과산화물 가교에 사용될 수 있는 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예컨대, 산화아연, 스테아르산 등이 포함된다.

상기 가교조제는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 1 ∼ 6 중량부 포함되는 것이 좋다.

또한, 본 발명의 고무 조성물은 노화방지제를 포함할 수 있다. 노화방지제는 동력조향장치의 고압용 오일씰의 기능을 고려하여 고온에 결딜 수 있는 내열성 및 내구성이 우수한 것을 선정하는 것이 좋다.

상기 노화방지제는 특정한 것에 한정되지 않으며, 내열성이 우수한 아민계 노화방지제인 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체, 2-메르캅토벤지미다졸(2-Mercaptobenzimidazole)계 화합물 등이 사용될 수 있고, 내균열용 노화방지제인 왁스계(SUNNOC 등)를 사용할 수 있다.

노화방지제는 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 2 ∼ 4 중량부 포함되는 것이 좋다. 그 함량이 4 중량부를 초과하면 기계적 물성이 저하될 수 있고, 2 중량부 미만이면 내부적 또는 외부적 요인에 의한 고무의 노화가 발생될 수 있다.

본 발명의 동력조향장치에 사용되는 고압용 오일씰 고무 조성물의 제조방법은 특별히 한정하지 않는다. 예컨대, 본 발명의 상기 성분을 통상의 기계적 혼련법에 의하여 제조하는 것이 가능하다. 구체적으로는 니더(kneader), 반바리 믹서(banbury mixer), 오픈 밀(open mill) 등의 일반적인 혼련기를 이용하는 방법을 채용할 수 있다. 이때, 혼련 온도는 100 ∼ 140 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 조성물에 대한 성형 가공법의 경우 재단 성형, 압출 성형 등을 모두 포함하나, 그 중 압출 성형이 가장 적합하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

다음 표 1의 조성 및 함량으로 동력조향장치에 사용되는 고압용 오일씰 고무 조성물을 제조하였다.

성분(중량부)		실시예	비교예
고무	저니트릴계 H-NBR¹⁾	100	-
고무	중니트릴계 H-NBR²⁾	-	100
충전제	카본블랙 FEF³⁾	50	50
충전제	셀라이트 N219⁴⁾	10	10
가소제	DOA⁵⁾	10	-
가소제	DOP⁶⁾	-	10
가교제	퍼큐밀 D⁷⁾	7.5	-
가교제	F-40⁸⁾	-	6
가교조제	ZnO⁹⁾	5	5
가교조제	ST/A¹⁰⁾	1	1
노화방지제	TMQ¹¹⁾	2	2
	Antage MB¹²⁾	-	1
	SUNNOC¹³⁾	1	1
1. 저니트릴계 H-NBR : ZETPOL 3310, ZEON(ACN : 24%) 2. 중니트릴계 H-NBR : ZETPOL 2020, ZEON(ACN : 36%) 3. 카본블랙 FEF : N550, 입경 40 ∼ 48 nm, 동양제철화학 4. 셀라이트 N219 : 실리카, 입경 6 ∼ 7 ㎛, 셀라이트 코리아 5. DOA : 디옥틸아디페이트, BAYER 6. DOP : 디옥틸프탈레이트, 애경유화 7. 퍼큐밀 D : 디큐밀퍼옥사이드, 신광화학 8. F-40 : 디이소프로필벤젠, 일본유지 9. ZnO : 산화아연, 삼보아연 10. ST/A : 스테아르산, 미성종합물산 11. TMQ : 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린, Flexsys. Co 12. Antage MB : 2-메르캅토벤지미다졸, 가와구찌사 13. SUNNOC : 왁스류, 대내신흥

실험예

상기 실시예 및 비교예의 고무 조성물로 제조된 시편을 이용하여 경도, 인장강도, 신율, 내열성, 내유성, 압축영구줄음율 및 내한성을 다음의 방법으로 측정하였고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

1. 경도 : KS 규격인 KS M6518 의 7항에 따름

2. 인장강도 : KS 규격인 KS M6518 의 5항에 따름

3. 신율 : KS 규격인 KS M6518 의 5항에 따름

4. 내열성 : KS 규격인 KS M6518 의 8항에 따름

5. 내유성 : KS 규격인 KS M6518 의 13항에 따름

6. 압축영구줄음율 : KS 규격인 KS M6518 의 11항에 따름

7. 내한성(TR TEST) : ASTM 규격인 ASTM D1329-1998에 따름

상기 표 2 에 나타난 바와 같이, 본 발명은 종래의 기술에 비해서 기계적 물 성을 나타내는 상태 물성에서 동등 이상의 효과를 보이고, 특히 기존대비 인장강도가 높으며, 내열성에서 경도, 인장강도, 신율의 물성변화율이 감소되어, 특히, 경도변화는 +5 에서 +1로 4 포인트 감소되어 75 %가 향상되는 효과가 나타났다.

상대유인 파워스티어링유의 체적변화율에서도 저니트릴계 수소화 니트릴 개선고무조성물의 체적변화율이 -4.3 %에서 +2.5 %로 (-)에서 (+)로 변화되었고, 압축영구줄음율도 19 %에서 15 %로 감소되어 26 % 향상되는 효과를 보여 밀봉기능성이 개선되었다. 내한성에 있어서도 TR-10 값이 25 ℃ 에서 34 ℃로 개선되어 내한성의 효과가 36 % 정도 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명의 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물은 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무(H-NBR) 100 중량부, 디옥틸아디페이트 2 ∼ 10 중량부 및 디큐밀퍼옥사이드 6 ∼ 8 중량부를 포함함으로써 오일씰의 내한성, 내열성 및 압축영구줄음율을 향상시켜 동력조향장치의 작동유에 대한 수축현상과 고온 및 저온에서의 고무의 경화와 균열에 따른 오일 누유를 방지하고 밀봉 기능성을 향상시킨 효과가 있다.

본 발명은 종래 기술에 비해, 물성 결과가 120 bar의 고압용 오일씰의 요구 조건에 만족할 만큼 경도, 인장강도, 신율 등이 동등 이상이었으며, 고온 및 저온에서의 내열성, 내한성 시험결과에서 우수한 물성을 나타낸다. 파워스티어링 고압용 오일씰에서의 가장 중요한 특성 물성인 밀봉기능 및 압축영구줄음율도 개선 된다. 또한, 상대유로 사용되는 파워스티어링 작동유에 대한 침적시험에서도 만족스러운 결과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에서 제시하는 파워스티어링 고압용 오일씰 고무조성물은 상대유로 사용되는 파워스티어링 작동유 등의 수축현상 개선에 따른 밀봉기능 향상 및 내열성, 내한성 향상으로 고온 및 저온에서의 경화 및 균열(CRACK) 현상의 오일 누유(LEAK) 문제점을 개선할 수 있다.

Claims

아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부;

디옥틸아디페이트 2 ∼ 10 중량부; 및

디큐밀퍼옥사이드 6 ∼ 8 중량부;

를 포함하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 40 ∼ 50 중량부와 실리카 5 ∼ 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 카본블랙의 입경이 40 ∼ 48 nm인 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 실리카의 입경이 6 ∼ 7 ㎛인 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 산화아연 및 스테아르산으로 이루어진 그룹에서 선택된 것 1 ∼ 6 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴로니트릴이 20 ∼ 30 몰% 포함된 수소화 니트릴 고무 100 중량부에 대하여 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체, 2-메르캅토벤지미다졸계 화합물 및 왁스계 노화방지제로 이루어진 그룹에서 선택된 것 2 ∼ 4 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동력조향장치에 사용되는 고압 오일씰 고무 조성물.