KR20090039238A - 휠 허브 베어링용 그리스 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기유로 에스테르유 대신에 광유 및 합성탄화수소유를 사용하고, 여기에 우레아계 증주제, 몰리브덴계 마찰개선제 및 포스페이트계 내마모제 첨가하여 고온에서의 내구성과 마찰력을 저감하여 소음, 진동 및 내구성능이 크게 향상된 휠 허브 베어링용 그리스 조성물을 제공하기 위한 것이다.

광유, 합성탄소수소유, 우레아, 몰리브덴, 포스페이트, 휠 허브, 베어링, 그리스

Description

휠 허브 베어링용 그리스 조성물{Grease composition for Wheel Hub-Bearing}

본 발명은 휠 허브 베어링(Wheel Hub-Bearing)용 그리스 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기유로 광유 및 합성탄화수소유를 사용하고, 여기에 우레아계 증주제와 몰리브덴계 마찰개선제 및 포스페이트계 내마모제 첨가하여 고온에서 윤활 수명을 연장시킬 수 있고, 마찰력이 적어 무소음 작동 및 내구성능이 크게 향상된 휠 허브 베어링용 그리스 조성물에 관한 것이다.

근래에 자동차의 수명이 늘어남에 따라 각종 부품들의 내구 성능도 높게 요구되고 있으며 이에 따라 자동차의 무빙파트에서의 품질문제가 제기되고 있다. 이와 같은 이유로, 고속회전 및 고하중에 견딜 수 있는 자동차 무빙파트에서의 부품이 요구되게 되었다.

통상적으로 휠 허브 베어링은 차량의 수직하중, 횡 하중, 구동 및 제동 토크를 받으며, 차륜을 구성함과 동시에 차축과 타이어 연결을 지지하는 역할을 한다. 이러한 허브 베어링에 밀봉되어 작용하는 그리스는 잦은 제동과 급감/가속에서 발생되는 고온 및 높은 토크에 의하여 수명이 줄어들고 윤활작용을 못하게 되어 주행 시 소음 및 진동의 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기유로 광유 및 합성탄화수소유를 사용하면서 증주제로 우레아계 중주제를 사용하면, 고온에서의 열화방지 및 그리스의 고온수명이 향상되고, 특히 몰리브덴계 마찰개선제 및 포스페이트계 내마모제를 사용하면 종래 그리스에 비해 마찰력 저감과 고온 내구성을 보다 월등히 향상시킬 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 기유로 광유 및 합성탄화수소유를 사용하고, 우레아계 증주제, 몰리브덴계 마찰개선제 및 포스페이트계 내마모제 함유하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 마찰력 저감과 고온내구성이 크게 향상된 휠 허브 베어링용 그리스 조성물을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 기유, 증주제 및 코폴리머를 함유하는 그리스 조성물에 있어서, 광유, 합성탄화수소유 또는 이들의 혼합유로 구성된 기유 85.0 ~ 95.0 중량%; 우레 아계 증주제 4.0 ~ 14.0 중량%; 및 몰리브덴계 마찰개선제 0.5 ~ 10.0 중량%; 포스페이트계 내마모제 0.5 ~ 5.0 중량%를 포함하는 휠 허브 베이링용 그리스 조성물을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휠 허브 베어링용 그리스 조성물은, 토오크를 감소시켜 휠허브 베어링 시스템상 온도를 저하시켜 그리스의 윤활작용을 원활히 유지하여 소음 및 진동을 저감시키는 효과를 가져오며, 품질문제 개선의 효과가 있다.

또한, 고온특성이 우수한 지방족 우레아계 증주제를 사용함으로써 고온에서의 내구성이 우수하고, 증주제 함량을 줄일 수 있으며 전단안정성이 우수하여 응력 하에서 유막형성이 용이하고 고온에서 진동흡수 능력이 뛰어난 효과가 있다.

본 발명은 기유로 광유 및 합성탄화수소유를 사용하고, 여기에 우레아계 증주제와 몰리브덴계 마찰개선제 및 금속이 함유되지 않은 포스페이트계 내마모제를 첨가하여 고온 및 저온에서의 사용에 있어서 적용 부분의 윤활 수명을 향상시킬 수 있고, 무소음 작동 및 향상된 내구성능을 보장하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명에서 사용할 수 있는 기유는, 통상 그리스에 사용할 수 있는 기유이면 사용할 수 있다. 예를 들면, 합성탄화수소유, 광유계 또는 이들 혼합 유가 바람직하다. 광유계로는 용매 정제 또는 수소처리에 의해 제조된 것을 포함할 수 있으며, 파라핀계 광유, 나프텐계 광유 등을 예시할 수 있다.

합성탄화수소유로서는 폴리-α-올레핀유, α-올레핀과 올레핀과의 공중합체, 폴리부텐 등의 지방족 탄화수소유, 알킬벤젠, 알킬 나프탈렌, 폴리 페닐, 합성 나프텐 등의 방향족계 탄화수소유 등을 예시할 수 있다.

본 발명에 바람직한 합성탄화수소유를 주성분으로 하는 혼합 기유는 40 ℃에서의 동점도가 30 ~ 100 cSt 이며, 저온에서 유동점이 - 30 ℃이하이어야 한다. 이 때, 동점도가 30 cSt 미만이면 증발하기 쉽고 내열성이 부족하며, 100 cSt 를 넘으면 토오크가 크고, 발열량이 커지는 문제점이 있다.

이러한 본 발명에서 사용하는 기유의 바람직한 함량은 그리스 조성물 전체에 대해 85.0 ~ 95.0 중량%이며, 이 때 기유 함량이 85.0 중량%미만이면, 지나치게 고화되어 그리스로의 실용성이 없으며, 95.0 중량%를 초과하면 지나치게 높은 이유도 및 고온에서의 액화현상의 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

또한, 그리스의 증주제로서 본 발명에서는 우레아계 증주제를 사용하며, 그리스 조성물 전체에 대하여 4.0 ~ 14.0 중량%의 배합이 바람직하다. 이때, 그 함량이 4.0 중량% 미만에서는 점도가 낮은 액상이 되어 누설되기 쉬워 허브베어링 장착이 곤란해진다. 반대로, 14.0 중량%을 넘으면 고화하여 주도가 200 이하가 되기 때문에 그리스로서 실용성이 없어진다.

본 발명에 바람직한 우레아계 증주제는 다음의 화학식 1로 나타낼 수 있다.

R¹NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-HN-CO-NHR²

상기 화학식 1에서 R¹ 및 R² 는 동일하거나 또는 다른 것으로 탄소수 8 ~ 22의 알킬기 또는 사이클로 알킬기를 나타낸다. 탄소수가 8 미만인 경우에는 기유와의 혼용성이 떨어져 그리스 형성이 어려운 문제점이 있고, 22를 초과하는 경우에는 전단안정성이 나빠지는 문제점이 있으므로 상기 범위의 탄소수를 갖는 우레아계 증주제를 사용하도록 한다.

우레아계 증주제는 이소시아네이트와 아민 화합물을 반응시킴으로써 얻어지며, 이때 아민기를 남기지 않기 위하여 이소시아네이트와 아민 화합물은 대략 당량이 일치되도록 배합하는 것이 바람직하다. 또한 사이클로 알킬아민과 알킬아민의 몰비는 고온에서의 경화특성 및 전단시 연화되는 특성을 고려하여 사이클로 알킬아민 1 몰당 0.1 ~ 0.3 몰의 알킬아민의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 사용되는 몰리브덴계 마찰개선제는 디알킬디티오카르바민산 몰리브덴으로 다음의 화학식 2로 나타낼 수 있다.

[R³R⁴N-CS-S]₂-Mo₂O_mS_n

상기 화학식2에서 R³, R⁴는 동일하거나 또는 다른 것으로 탄소수 1 ~ 24의 알킬기를 나타내는 것이고, m+n=4, m은 0 ~ 3, 및 n은 1 ~ 4 이다.

상기 마찰개선제는 마모 및 마찰 성능을 개선하기 위하여 사용되는 것으로 해당 그리스 조성물 전체에 대하여 0.5 ~ 10 중량% 배합하는 것이 바람직하며, 이때, 0.5 중량% 미만이면 마찰개선의 효과가 없으며, 10 중량%를 초과하면 더 이상의 마찰 개선 효과를 기대할 수 없다.

본 발명에 사용되는 금속이 함유되지 않은 포스페이트계 내마모제는 다음의 화학식3으로 나타낼 수 있다.

[R⁵-C₆H₅-p-O]₃-PO

상기 화학식3에서 R⁵는 탄소수 3~5의 알킬기를 나타내며, 이러한 포스페이트계 내마모제는 5.0 ~ 15.0 중량%의 포스페이트를 함유하는 것이 바람직하다. 이때, 5.0 중량% 미만이면 마모개선의 효과가 없으며, 15 중량%를 초과하면 더 이상의 마모개선 효과가 없으므로 상기의 범위를 유지하도록 한다.

상기 내마모제는 해당 그리스 조성물 전체에 대하여 0.5 ~ 5.0 중량%로 배합하는 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어날 경우에는 내마모 성능 개선 효과를 기대할 수 없다.

본 발명에 따른 그리스는 상기의 기유, 증주제, 마찰개선제 및 내마모제를 필수 성분으로 하는 것이지만, 종래로부터 그리스에 첨가되는 하기에 나타낸 극압 첨가제, 산화 방지제, 부식 방지제 등의 첨가제를 배합할 수도 있다.

극압첨가제로서 공지의 극압제를 병용함으로써, 내하중성이나 극압성을 향상 시킬 수 있다. 예를 들면, 이하의 화합물을 사용할 수 있다. 즉, 유기금속계로서는, 디티오카르바민산몰리브덴, 디티오인산몰리브덴 등의 유기몰리브덴화합물, 디티오카르바민산아연, 디티오인산아연, 아연페네이트 등의 유기아연화합물, 디티오카르바민산안티몬, 디티오인산안티몬 등의 유기안티몬화합물, 디티오카르바민산셀렌 등의 유기 셀렌화합물, 나프텐산 비스무스, 디티오카르바민산비스무스 등의 유기 비스무스화합물, 디티오카르바민산철, 옥틸산철 등의 유기철화합물, 디티오카르바민산동, 나프텐산동 등의 유기동화합물, 말레인산주석, 디부틸주석술파이드 등의 유기주석화합물, 혹은 알칼리금속, 알칼리토류금속의 유기술포네이트, 페네이트, 포스페네이트, 금, 은, 티탄, 카드뮴 등의 유기금속화합물도 필요하면 사용할 수 있다. 유황계 화합물로서는, 디벤질디술파이드 등의 술파이드 혹은 폴리술파이드화합물, 황화유지류, 무회(灰)계 카르바민산화합물류, 티오우레아계화합물, 또는 티오카보네이트류 등을 사용할 수 있다. 인산계 극압제로서는, 토리옥틸포스페이트, 트리크레딜포스페이트 등의 인산에스테르, 산성인산에스테르, 아인산에스테르, 산성아인산에스테르 등의 인산에스테르계 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 기타 염소화파라핀 등의 할로겐계의 극압제, 혹은 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 황화안티몬, 질화붕소 등의 붕소화합물 등의 고체윤활제를 사용할 수 있다. 이들 극압제 중에서, 디티오카르바민산계 화합물이나 디티오인산계 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다

산화방지제로서 고무, 플라스틱, 윤활유 등에 첨가하는 노화방지제, 오존열화방지제, 산화방지제로부터 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 이하의 화합물을 사용할 수가 있다. 즉, 페닐-1-나프틸아민, 페닐-2-나프틸아민, 디페닐-p-페닐렌디아민, 디피리딜아민, 페노티아진, N-메틸페노티아진, N-에틸페노티아진, 3,7-디옥틸페노티아진, p,p'-디옥틸디페닐아민, N,N'-디이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민 등의 아민계 화합물, 2,6-디-tert-디부틸페놀 등의 페놀계 화합물 등을 사용할 수 있다.

부식 방지제로서는, 예를 들면 이하의 화합물을 사용할 수 있다. 즉, 유기술폰산의 암모늄염 바륨, 아연, 칼슘, 마그네슘 등의 알칼리금속, 알칼리토류금속의 유기술폰산염, 유기카르본산염, 페네이트, 포스포네이트 알킬 또는 알케닐호박산에스테르 등의 알킬, 알케닐호박산유도체 솔비탄모노올레이트 등의 다가알콜의 부분에스테르, 올레오일잘코신 등의 히드록시지방산류 1-메르캅토 스테아린산 등의 메르캅토지방산류, 혹은 그 금속염 스테아린산 등의 고급지방산류 이소스테아릴알콜 등의 고급알콜류 고급알콜과 고급지방산과의 에스테르 2,5-디메르캅토-1,3,4-티아디아졸, 2-메르캅토티아디아졸 등의 티아졸류 2-(데실디티오)-벤조이미다조졸, 벤조이미다졸 등의 이미다졸계화합물, 혹은 2,5-비스(도데실디티오)벤조이미다졸 등의 디술파이드계 화합물, 혹은, 트리스노닐페닐포스파이트 등의 인산에스테르류, 디라우릴티오프로피오네이트 등의 티오카르본산에스테르계 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 아질산염 등도 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 그리스는 기유로 광유 및 합성탄화수소유를 사용함으로써 내구성을 연장시키는 효과를 가지면서, 첨가된 우레아계 증주제에 의한 기계적 안정성과 내수성의 증가효과와 더불어 점착성 향상을 기할 수 있으며, 상기의 기유와 우레아 증주제로 배합 된 그리스에 몰리브덴계 마찰개선제를 배합하고, 포스페이트계 내마모제를 배합하여 고온에서의 열화방지 및 그리스의 고온수명을 대폭 향상시키며, 마찰력을 저감시켜 사용시에 적용 부분의 윤활 수명을 연장시킬 수 있다.

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

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4

기유와 우레아계 증주제를 다음 표 1의 조성으로 배합하여 휠 허브 베이링용 그리스를 제조하였다. 다음 표 1에 나타난 기유는 광유 및 합성탄화수소유의 혼합유로서 폴리-α-올레핀유(ExxonMobil, 동점도 : 40 ℃에서 50 cSt)를 사용하였다.

또한, 우레아계 증주제로는 디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트(MDI)와 싸이크로헥실아민과 옥틸아민을 반응시켜 만든 알리사이클릭 우레아를 사용하였으며, 비교예에서는 리튬 증주제는 수산화리튬과 지방산 화합물인 하드 캐스터 오일(Hard Caster Oil)과 탈로우(Tallow)를 반응시켜 얻은 것을 사용한다.

또한, 몰리브덴계 마찰개선제는 R.T.VANDERBILT사의 Molyvan A (몰리브데늄디티오카바메이트)를 사용하였다. 포스페이트계 내마모제는 GREAT LAKES사의 REOFOS 65(이소프로필레이티드 트리페닐포스페이트)를 사용하였다.

기유, 우레아계 증주제, 몰리브덴계 마찰개선제 및 포스페이트계 내마모제를 100 중량% 가 되도록 배합하고, 극압 첨가제, 산화 방지제, 부식 방지제 등을 그리스 조성물 전체 100 중량부에 대하여 합계 3 중량부를 배합하였다.

시험예

적점의 측정은 ASTM D566에 준하여 수행하였다.

이유도 측정은 KSM 2050에 준하여 수행하였다.

마찰력 시험은 SRV Test 장비를 이용하여 실제 차량 주행 중 휠 허브 베어링내 조건과 비슷한 100 ℃정도의 온도 및 100 N ~ 700 N까지의 하중 하에서의 토오크를 측정하였다. 노화시험은 Roll Stability test장비를 이용하여 140 ℃의 온도에서 100 rpm으로 10 시간 작동시켜 그리스의 전단과 열화가 진행되게 하여 측정하였다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ~ 3은 한계내열온도가 우수한 우레아계 증주제를 사용하여 고온에서의 그리이스의 내구성 및 작동성을 나타내는 이유도 및 적점에서 양호한 결과를 나타내었으며, 포스페이트계 내마모제와 몰리브덴계 마찰개선제를 사용하여 마찰력 시험에서도 비교예 대비 낮은 토오크를 보이고 있다. 또한 지방족 우레아계 증주제는 전단안정성이 뛰어나 노화후에도 노화전과 비슷한 정도의 토오크를 보이고 있다. 즉 노화 전·후 그리이스의 윤활특성이 크게 변하지 않음을 보이고 있는 것이다.

한편, 비교예 1 ~ 2는 우레아계 증주제 대신 리튬 복합계 증주제를 사용하여 적점이 낮아져 이는 내구성능의 현저한 저하를 초래한다. 또한 몰리브덴계 마찰개선제를 배제함으로써 마찰시험결과에서도 토오크가 높은 현상이 나타나는데 이는 휠 허브 베어링 시스템의 온도를 증가시키고 그리이스의 수명에도 영향을 초래한다.

또한 비교예 3 ~ 4에서는 합성탄화수소류가 배제된 광유만 사용하고 리튬복합계 증주제를 사용함으로써 이유도와 적점에서 실시예 대비 불리한 결과를 나타내고 있다. 또한 내마모제를 배제함으로써 노화시험 후 윤활특성이 현저히 떨어지는 결과가 마찰그래프에서 나타나고 있으며, 전체적으로 토오크가 크게 증가함을 보이며, 노화 진행이 가속화되어 윤활작용이 원활치 않음을 보여주고 있다.

Claims (7)

1. 기유, 증주제 및 마찰개선제를 함유하는 그리스 조성물에 있어서, 광유, 합성탄화수소유 또는 이들의 혼합유로 구성된 기유 85.0 ~ 95.0 중량% 우레아계 증주제 4.0 ~ 14.0 중량%; 몰리브덴계 마찰개선제 0.5 ~ 10.0 중량%; 및 금속을 함유하지 않는 포스페이트계 내마모제 0.5 ~ 5.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 합성탄화수소유는 지방족 탄화수소유 또는 방향족 탄화수소유로 구성되며, 동점도가 40 ℃에서 30 ~ 100 cSt이며, 저온에서 유동점이 -30 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 지방족 탄화수소유는 폴리-α-올레핀유, α-올레핀유과 올레핀과의 공중합체 또는 폴리부텐인 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 방향족 탄화수소유는 알킬벤젠, 알킬 나프탈렌, 폴리 페 닐 또는 합성 나프텐인 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 몰리브덴계 마찰개선제는 디알킬 디티오카르바민산 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.

   [화학식 1]

   [R³R⁴N-CS-S]₂-Mo₂O_mS_n

   상기 화학식1에서 R³, R⁴는 동일하거나 또는 다른 것으로 탄소수 1~24의 알킬기를 나타내는 것이고, m+n=4, m은 0 ~ 3, 및 n은 1 ~ 4.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 금속을 함유하지 않은 포스페이트계 내마모제는 포스페이트 성분을 5.0 ~ 15.0 중량% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.

   [화학식 2]

   [R⁵-C₆H₅-p-O]₃-PO

   상기 화학식2에서 R⁵는 탄소수 3 ~ 5의 알킬기.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 우레아계 증주제는 다음 식으로 표현되며,

   [화학식 3]

   R¹NH-CO-NH-C₆H₄-p-CH₂-C₆H₄-p-HN-CO-NHR²

   상기 화학식3에서 R¹ 및 R² 는 동일 또는 다른 것으로 탄소수 8~22의 알킬기 또는 사이클로 알킬기인 것을 특징으로 하는 휠 허브 베어링용 그리스 조성물.