KR20090132269A

KR20090132269A - 내마찰성과 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무조성물

Info

Publication number: KR20090132269A
Application number: KR1020080058456A
Authority: KR
Inventors: 이기석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-30
Also published as: KR101428077B1

Abstract

본 발명은 내마찰성과 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료고무 아크릴로니트릴부타디엔 고무 또는 수소화 니트릴 고무에 가소제로 디옥틸세바케이트 또는 디옥틸아디파이트를 포함하고, 동시에 카본블랙을 포함시킴으로써 내마찰 및 내마모성을 향상시켜, 기존에 먼지, 미세 돌 가루의 유입에 의한 씰고무 표면 마모로 인한 가스리프트 씰 부족으로 테일게이트 등의 열림 불량 등의 고장 발생을 저감할 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

내마찰성, 내마모성, 가스리프트용 씰 고무 조성물

Description

내마찰성과 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무 조성물{Enhanced scratch resistance rubber composition for gas lift seal}

본 발명은 내마찰성과 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무 조성물에 관한 것이다.

종래에 적용된 가스리프트용 씰고무는 아크릴로니트릴부타디엔(NBR) 고무가 적용되어 왔다. NBR는 아크릴로니트릴과 부타디엔의 공중합체계 합성고무로 내한성, 내유성, 성형 가공성이 우수하다는 것은 이미 알려져 있다. 그래서 자동차, 산업기계공업 등의 폭 넓은 분야에서 오일 씰, 오링, 패킹 등의 씰용 재료로서 이용되고 있다. 근래 내압, 습동(Slide), 운동용 용도로의 이용이 검토되고 있는데, NBR가 오일 씰용 재료로서 사용된 경우에 강도 부족, 내마모성 부족에 의한 봉합 파손으로 오일이 새는 경우가 있다. 내마모성을 개량하기 위해서 NBR에 카본 블랙이나 충진제를 다량 배합해도 충분한 내마모성을 얻는 것은 곤란하였다.

한편, NBR의 이중 결합 부분만을 선택적으로 수소화한 수소화 니트릴 고무(HNBR) 에, ZnO, 메타크릴산(㎜A)을 블렌드하여 과산화물로 가교한 고무가 고강 도, 고경도인 것이 개발되어 왔으나, NBR 고무에 비해 가격이 고가이므로 특정한 응용분야 외에는 적합하지 않다. 기존의 NBR 고무가 적용된 씰 고무의 경우, 가스리프트 등 내마모성이 요구되는 상황에서 근본적인 고장발생을 저감하지 못하는 경우가 발생되므로, 내마모성이 향상된 NBR 고무 소재의 개발이 필요하다.

또한, 테일게이트를 여닫기 위해서 가스리프트 내의 가스압력의 기밀이 매우 중요하며, 테일게이트 로드가 왕복운동을 할 때, 씰고무가 기밀 역할을 하고 있다[도 1 참조]. 이때, 외부에서 미세한 돌가루, 금속분이 유입되어, 왕복운동을 하게 되면, 이물질이 고무 표면을 마모시켜 씰 고무 표면에 홈을 발생시키고, 가스리프트 내 보압이 유지되지 못하여, 테일게이트를 여닫지 못하게 된다. 이러한 고장현상을 효과적으로 해결하기 위해서 씰고무의 내마모성 및 마찰성 향상이 필요하다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 노력한 결과, 원료고무 아크릴로니트릴부타디엔 고무 또는 수소화 니트릴 고무에 가소제로 디옥틸세바케이트 또는 디옥틸아디파이트를 포함하고, 동시에 카본블랙을 포함시킴으로써 내마찰 및 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무 조성물을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 내마찰 및 내마모성이 향상된 가스리프트용 씰 고무 조성 물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 특히 가스리프트용 씰 고무부품의 내마모성을 향상시키기 위해서 씰 고무의 카본블랙과 가소제의 최적 배합으로 내마모성을 향상시키고자 하였다. 고무 조성물은 가황제 및 카본블랙, 무기충진제, 가황촉진제, 연화제, 노화방지제, 가공조제 등의 기타 첨가제를 고무를 기준으로 적절하게 배합하여 원하는 물성을 가진 고무를 합성한다. 내마모성이 향상된 NBR 고무 소재의 개발을 위해서는 최적의 고무 경도 및 슬립특성을 가져야 하고, 이를 위해서는 카본블랙과 가소제와의 최적 배합을 통해 강도와 연성을 동시에 가지고 있어야 한다.

재료 내 마찰에 의한 변형은 영구변형 부분과 시간에 따라 회복되는 탄성변형부분으로 나뉜다. 영구 변형을 피하기 위해서는 재료 경도가 마찰을 일으키는 외부인자보다 더 높을수록 좋지만, 너무 높게 되면 한 번 변형이 될 때 크게 손상이 되고, 탄성에 의해 재료가 회복되지 못하는 단점이 있다. 탄성이 높으면 미세한 변형이 시간에 따라 곧 회복된다. 그러나, 너무 무르게 되면 재료가 쉽게 찢어지는 단점이 있다. 따라서, 마찰변형을 줄이기 위해서는 주어진 변형조건에서 강도과 연성을 동시에 지니고 있어야 한다.

본 발명에서 강성은 카본블랙의 함량으로 조정하고, 연성은 가소제로서 조정하고자 하였다. 고무 경도는 카본블랙 함량을 50 phr 이상으로 향상시켜 고무경도(H JIS A)가 60 이상 확보되도록 하여 강성을 지니도록 하였다.

가소제의 경우, 온도에 상관없이 물성이 확보되며 가소제로서의 성능이 우수 한 첨가제를 선택하였다.

일반적으로 프탈레이트계 가소제인 디옥틸프탈레이트(DOP)가 많이 사용되지만, 프탈산화합물은 환경호르몬으로 내분비 교란물질(환경호르몬) 관련하여 유해성 문제가 있으며, 본 발명에서 주목하는 디옥틸 세바케이트(DOS)에 비해 저온에서의 가소특성이 많이 떨어진다. DOS는 가소제 중 저온 특성이 가장 우수하며 또한 표면이행성도 아주 우수하다. 표면이행성은 온도, 사용환경에서의 화합물 등의 조건으로 표면에 이행되어 손실되는 정도이다. 본 발명에서 주목하는 가스리프트는 겨울철 또는 혹한지에서처럼 실제 사용환경에서 저온에 많이 노출되어 온도에 무관하게 물성을 유지하는 것이 요청되며, 마찰열 및 여름철에서의 복사열로 인한 내구성 등을 감안할 때 표면이행성이 우수한 가소제를 고려하는 것이 필요하였다. 가소제의 함량은 경제성 및 물성확보의 최적량을 판단하여 5 ~ 40 phr 범위에서만 첨가하였다.

상기와 같은 최적 배합으로 실제 사용 환경에서 최적의 내마모 성능을 갖는 고무배합을 설계하였다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 원료고무, 가소제, 첨가제를 포함하는 고무 조성물에 있어서, 원료고무로 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR) 또는 수소화 니트릴 고무(HNBR) 100 phr에 대하여 가소제로 디옥틸세바케이트(DOS) 또는 디옥틸아디파이트(DOA) 5 ~ 40 phr(더욱 바람직하게는 10 ~ 30 phr)을 포함하고, 동시에 카본블랙 50 ~ 150 phr(더욱 바람직하게는 70 ~ 100 phr)을 포함하는 가스리프트용 씰 고무 조성물에 관한 것이다.

그 외 NBR 고무에 함유되는 기타 가황제, 가황촉진제, 연화제, 노화방지제, 가공조제 등의 유기 및 무기 첨가제로 10~50 phr 범위로 함유하는 것을 포함한다.

유기첨가제는 가황제는 황 가황제를 사용하며, 무기 가황 촉진조제로는 예를 들면 산화 아연, 활성 아연화(亞鉛華), 표면 처리 아연화, 복합 아연화, 산화 마그네슘 등의 금속 산화물 탄산 아연 등의 금속 탄산염 수산화 칼슘 등의 금속 수산화물 스테아린산 등의 유기계 활성제 등을 적용한다. 또한, 유기 가류 촉진제(예를 들면 설펜 아미드계, 티우람계 등), 노화 방지제(예를 들면 아민계, 페놀계 등), 연화제 (예를 들면 파라핀계 연화제, 방향족계 연화제, 나프텐 연화제 등), 가공조제(예를 들면 스테아린산 등의 윤활제 등) 등을 상기 범위에 따라 적절하게 첨가한다.

본 발명에서 충진제 및 보강제로 카본블랙만 사용하며, 탄산칼슘, 실리카, 규조토 등의 무기 충진제는 사용하지 않는 것을 특징으로 한다.

상기 원료고무로 NBR외에 NBR과 물성이 유사한 수소화 니트릴고무(HNBR)를 적용할 수도 있다. 또한, 가소제로 디옥틸세바케이트(DOS) 보다 물성이 약간 낮지만 디옥틸아디페이트(DOA)를 적용할 수도 있다.

이것들을 니더, 오픈 롤 등을 이용하여 혼연한다.

혼연물(混練物)은 일반적으로 약 150 ~ 200 ℃에서 약 3 ~ 60분간 행해지는 프레스 가류 및 약 100 ~ 180 ℃에서 약 0.5 ~ 5시간 행해지는 오븐 가류(2차 가 류)에 의해 가류 성형된다.

본 발명의 블렌드 고무 조성물은 씰용 재료로서 이용되어 습동용 및 운동용으로 적용되어 내마모성을 향상시킨 씰용 재료이다.

자동차 테일게이트에 적용되는 가스리프트용 씰 고무 등 내마찰성이 요구되는 고무 부품에 본 발명을적용하여, 내마찰 및 마모특성을 향상시킬 수 있다. 기존에 먼지, 미세 돌가루의 유입에 의한 씰 고무 표면 마모로 인한 제품 불량 가능성을 크게 낮추고 내구성을 증가하여, 가스리프트 내 고무 씰 성능 부족에 의한 열림불량 등의 고장 발생을 저감하여 제품 품질을 크게 높일 수 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 및 비교예 1 ~ 3

다음 표 1에 나타낸 각 성분과 이의 배합량으로, 니더 및 오픈 롤로 혼연하여 열 프레스에 의해 180 ℃에서 10분간 가류한 후, 150 ℃에서 30분간의 오븐에 의한 2차 가류를 행하여 테스트 부분(test piece : 블렌드 고무 조성물)을 얻었다.

시험예

최적의 내마모 성능은 실시 예를 통해 검증하였으며, 내모성 및 윤활성 향상에 대한 효과를 다음에 정리하였다.

1. 외부 먼지 입자 유입 환경에서의 내마모성 평가(1)

엠테크 사에서 제작한 왕복 하중 시험장치를 이용하여, 가스리프트를 지그에 고정하고, 일정 압력으로 로드를 왕복시켜 마모시험을 실시하였다. 시험실 온도는 평균 15 ~ 19 ℃로 겨울에 실시하여, 저온에서의 재료특성을 파악하고자 하였다.

입자 크기가 수십 m ~ 최대 200 m 이내의 일반 흙먼지를 1~10 g을 주기적으로 가스리프트 표면에 도포하여 왕복 운동 시에 흙먼지가 씰 고무에 유입되어 씰 고무 표면이 마찰될 수 있는 실제 상황을 재현하였다. 가스리프트에 100 bar 이상의 하중을 주어서 왕복 운동을 시켰다. 가스리프트는 압축 시에 내부 압력이 증가하여 다시 압축방향으로 회복되게 되는데, 왕복회수에 따른 가스리프트 내부 가스의 씰을 확인하고, 초기 압력이 약 50% 이상 저하로 가스리프트 기능이 원활하지 않는 상태를 Fail로 판정하였다.

2. 마모 실험 방법에 의한 내마모성의 평가(2)

신동 과학 주식회사 제품의 표면성 측정기를 이용하여 0.4 ㎜φ의 SUS 스틸볼의 마찰자, 하중 450 g, 이동 속도 400 ㎜/분, 이동거리 30 ㎜의 조건 하에서, 400회 왕복 이동시킨 후, JIS B0601에 준하는 표면 거칠기 측정기(동양 정밀 제품)를 이용하여 평균 거칠기Rz를 측정하고, 실험 후의 마모된 깊이에서 내마모성을 이하의 기준으로 평가했다.

평가 기준

◎ : 마모 깊이 30 ㎛ 이하

○ : 30 ∼ 40 ㎛

△ : 40 ∼ 50 ㎛

× : 50 ㎛ 이상

[표 1]

아크릴로니트릴부타디엔고무(NBR, JSR社 제품 「JSR　N251H」)

: 결합 아크릴로니트릴 량 24%, 무니 점성도 ML1＋4(100℃) 88

SRF 카본 블랙 (코리아 카본블랙 N770)

산화 아연(ZnO, 한일화학)

스테아린산 (단석산업)

충진제 탄산칼슘 (중앙, 중탄)

충진제 규조토 (Nyco Mineral Inc.- NYAD 400)

노화방지제 SP (Styrenated phenol, 가와구찌 케미컬, Antage SP)

노화방지제 W(4,4'Di-hydroxy diphenylcy clohexane, 스미모토 케미컬 Antagene-W)

노화 방지제 3C(알킬아릴파라페닐렌디아민계, 오우치 신흥화학 제품 노크락크 810NA)

파라핀 왁스(융점 75℃ 이상, 미창오일)

유황 (S8 미원화학)

티우람계 가황촉진제 TT (동양제철화학 ORICLE-TT)

설펜아마이드계 가황촉진제 CZ (동양제철화학 ORICLE-CZ)

도 1은 가스리프트 부품의 개략도를 나타낸 것이다.

Claims

원료고무, 가소제 및 첨가제를 포함하는 고무 조성물에 있어서,

원료고무로 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR) 또는 수소화 니트릴 고무(HNBR) 100 phr에 대하여 가소제로 디옥틸세바케이트(DOS) 또는 디옥틸아디파이트(DOA) 5 ~ 40 phr을 포함하고, 동시에 카본블랙 50 ~ 150 phr을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스리프트용 씰 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴로니트릴부타디엔고무(NBR) 100 phr에 대하여 가소제로 디옥틸세바케이트(DOS) 10 ~ 30 phr 을 포함하고, 동시에 카본블랙 70 ~ 110 phr을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스리프트용 씰 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 가황제, 가황촉진제, 연화제, 노화방지제, 가공조제 중에서 선택된 1종 이상으로서, 원료고무 100 phr에 대하여 10 ~ 50 phr인 것을 특징으로 하는 가스리프트용 씰 고무 조성물.