KR20120130634A

KR20120130634A - 엔진 마운트용 고무 조성물

Info

Publication number: KR20120130634A
Application number: KR1020110048729A
Authority: KR
Inventors: 박종민; 이성훈; 양경모; 김영길; 정재흠
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-03

Abstract

본 발명은 중량 평균 분자량 300,000 ~ 500,000 g/mol, 에틸렌 조성비 40 ~ 70중량%, 비공액 디엔 4 ~ 6 중량% 함유인 제 1 EPDM 고무, 중량 평균 분자량 400,000 ~ 600,000 g/mol에틸렌 조성비 50 ~ 70중량%, 비공액 디엔 3 ~ 5 중량% 함유인 제 2 EPDM 고무, 가황제, 촉진제 및 충진제를 포함하는 EPDM 고무 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 EPDM 고무 조성물은 천연고무 소재 대비 동등수준의 기계적 물성을 나타내며, 내열성과 내열피로성은 천연고무 대비 월등히 높은 내열성을 확보 하였다. 따라서, 고내열, 고내구성을 요구하는 차량용 엔진마운트에 유용하게 적용할 수 있다.

Description

엔진 마운트용 고무 조성물{A Rubber Composition for Engine Mount}

본 발명은 엔진 마운트용 고무 조성물에 관한 것이다.

차량의 엔진 마운트는 차량의 승차감, 특히 차량의 안락성 및 쾌적성을 유지 하는데 주요한 부품으로 차량의 엔진과 주행 시 노면에서 발생되는 진동이 차체로 전달되지 않도록 진동을 흡수 제어하는 부품이다. 엔진 마운트는 내피로성, 내열성능, 내크리프성을 동시에 확보해야 하는 기술적 특징을 가지고 있다.

천연고무가 우수한 기계적 물성을 바탕으로 엔진 마운트 용도로 가장 보편적으로 사용되어 왔다. 1990년 중반에 천연고무의 내열성 향상을 위해 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(Ethylene Propylene Diene rubber, EPDM)소재로 대체 검토하였으나, 천연고무만으로 내열성 향상이 성공적으로 이루어졌고, 특히 내구성과 접착성에 대한 의구심이 해결되지 않은 상태에서 추가 연구는 진행되지 않았다. 최근 차량의 성능 향상과 환경요건이 강화되면서 엔진룸 온도가 급격히 상승하였고, 이로 인해 천연고무 엔진 마운트는 내열 요구조건을 충족 시키기가 어려워지고 있다. 이를 해결하기 위해 EPDM 힛 프로텍트(heat protect), 쉴딩(shielding) 마운트등의 엔진 마운트 주변의 공기흐름 개선을 위한 소재로 EPDM이 적용되고 있다. 하지만 차량의 장기운행에 따른 파손이나 제품의 특성변화가 심해지면서 고객의 지속적인 클레임이 발생하고 있다.

본 발명은 EPDM 고무를 이용하여 천연고무 대비 동등한 수준의 물성을 보이면서, 내열성에서도 천연고무대비 현저하게 개선된 EPDM 소재의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 본 발명에서는 중량 평균 분자량 300,000~ 500,000g/mol, 에틸렌 조성비 40 ~ 70중량%, 비공액 디엔 4 ~ 6 중량% 함유인 제 1 EPDM 고무, 중량 평균 분자량 400,000 ~ 600,000 g/mol, 에틸렌 조성비 50 ~ 70중량%, 비공액 디엔 4 ~ 7 중량% 함유인 제 2 EPDM 고무, 가황제, 촉진제 및 충진제를 포함하는 EPDM 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 EPDM 고무 조성물은 천연고무 소재 대비 동등수준의 기계적 물성을 나타내며, 내열성과 내열피로성은 천연고무 대비 월등히 높은 내열성을 확보하였다. 따라서, 고내열, 고내구성을 요구하는 차량용 엔진마운트에 유용하게 적용할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.

본 발명은 중량 평균 분자량 300,000 ~ 500,000 g/mol, 에틸렌 조성비 40 ~ 70중량%, 비공액 디엔 4 ~ 6 중량% 함유인 제 1 EPDM 고무, 중량 평균 분자량 400,000 ~ 600,000g/mol, 에틸렌 조성비 50 ~ 70 중량%, 비공액 디엔 3 ~ 5 중량% 함유인 제 2 EPDM 고무, 가황제, 촉진제 및 충진제를 포함하는 EPDM 고무 조성물에 관한 것이다.

EPDM은 에틸렌, 프로필렌 그리고 비공액 디엔의 삼원공중합체로 구성되어 있다. EPDM 삼원공중합체의 제 3성분인 비공액 디엔은 고무가교의 가장 일반적인 방법인 유황가황(sulfur crosslink)을 위한 가교점을 제공하며, ENB(Ethylidene Norbornene)가 가장 광범위하게 적용되고 있다. EPDM 합성고무는 주사슬(main chain)에 이중결합(double bond)이 없으며, 특히 비공액디엔 ENB 단량체는 고분자 사슬의 측쇄(side chain)에 위치하여 가교점을 제공한다.

EPDM고무의 주요 사용 분야는 weather strip sponge, radiator hose, brake part, roofing sheet에 주로 사용되고 있으며, 동특성, 내피로성, 우수한 강성 및 영구변형율이 우수한 천연고무가 사용되고 있는 방진분야에는 EPDM 재료는 사용이 제한 적이다. 방진분야에 적용하기 위해서는 적절한 원료고무 그레이드(grade), 가류시스템, 배합조건 선정과 혼합 방법이 중요하다고 할 수 있다.

EPDM은 분자 내에 불포화도가 적은 것이 특징이다. 이로 인해 내오존성과 내후성이 우수하며, 내열노화성과 저온특성이 우수하다. 또한 내약품성, 극성용제에 대한 저항성, 반발 탄성이 크고 압축영구 줄음율이 적으며 다양한 착색이 가능하다.

EPDM은 분자량(M.W.), ET/PP 조성비(crystallinity), 비공액 디엔의 조성에 따라 다양한 특성을 나타냄으로 사용목적에 따라 적합한 그레이드를 선택함으로써 물성 및 가공성을 다양하게 조절할 수 있다.

본원발명에서는 중량 평균 분자량 300,000 ~ 500,000 g/mol, 조성비 40 ~ 70중량%, 비공액 디엔 4 ~ 6 중량% 함유인 제 1 EPDM 고무와 중량 평균 분자량 400,000 ~ 600,000 g/mol, 에틸렌 조성비 50 ~ 70중량%, 비공액 디엔 3 ~ 5 중량% 함유인 제 2 EPDM 고무를 혼합하여 사용하였으며, 그 혼합 비율은 6 ~ 2 : 4 ~ 8인 것이 바람직하다.

상기 혼합을 통하여 ENB함량이 3.0 ~ 6중량%, ethylene 함량이 40~70중량%, 무니가 40~50(ML1+4 125℃)인 EPDM을 제조할 수 있다.

ENB 함량이 증가 할 수록 scorch안정성, 신장율, 열노화성 등의 물성 저하를 야기할 수 있고, 고무의 점도 증가에 따른 혼합이 어려워지는 단점이 있다. 반면 가교밀도증가, 가황속도 증가, 촉진제 선택 폭이 증가하는 장점이 있다. Ethylene 함량은 가황고무의 물성에 미치는 영향이 극히 크며 EPDM에 있어서 가장 중요한 인자라 할 수 있으며, 함량이 증가할수록 결정화도, 기계적 강도를 증가 시키며, 70% 이상에서는 에틸렌 단위체(Ethylene unit)의 결정화가 가속되어 무정형 에틸렌 단위체의 양이 오히려 감소하여 Tg (유리전이온도, Glass Transition Temperature)를 증가시키는 현상을 나타낸다.

내열성과 피로성을 개선하기 위하여 유황가류 시스템을 사용하였으며, 가황제로 황을 사용할 수 있다. 가황제의 사용량은 상기 제 1 EPDM 고무와 제 2 EPDM 고무의 합 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 2.0 중량부 사용할 수 있다.

촉진제로는 N-Cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfenamide(CZ)와 Tetra methylthiuram disulfide(TMTD)을 사용할 수 있으며, 사용량은 상기 제 1 EPDM 고무와 제 2 EPDM 고무의 합 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 2.5 중량부 사용할 수 있다.

충진제는 가황고무의 물성 보강 및 증량을 목적으로 사용되는 배합제로, 고무와 충진제의 상호작용에 의하여 기계적 특성보강이 이뤄진다. 충진제로는 디부틸프탈레이트(DBP) 흡수량이 50 ~ 150 ml/100g, I₂ 흡수량이 10 ~ 50 mg/g 인 카본블랙을 사용할 수 있다. 사용량은 상기 제 1 EPDM 고무와 제 2 EPDM 고무의 합 100 중량부에 대하여 10 ~ 60 중량부 사용할 수 있다.

상기 EPDM 고무 조성물에 추가로 노화방지제, 연화제, 가황조제 또는 활성제를 추가로 포함할 수 있다.

제 1 EPDM 고무와 제 2 EPDM 고무의 합 100 중량부에 대해서 가황제 0.1 ~ 2 중량부, 촉진제 0.1 ~ 2.5 중량부, 충진제 10 ~ 60 중량부, 노화방지제 1.5 ~ 7 중량부, 연화제 1 ~ 20 중량부, 가황조제 1 ~ 5 중량부 및 활성제 2 ~ 7 중량부를 포함할 수 있다.

상기 EPDM 고무 조성물은 엔진 마운트용 고무 조성물로 유용하게 사용될 수 있다. 즉 본 발명은 상기 EPDM 고무 조성물을 포함하는 엔진 마운트에 관한 것이다.

이하 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표1의 조성으로 배합 하여 시편을 제조하였다. 제 1 EPDM과 제 2 EPDM을 밴버리 혼합기 (Banbury mixer, Bongshin Co. Ltd)를 이용하여 3 분간 소련 후 충진제, 활성제, 가황제, 노화방지제, 연화제를 동시에 혼합하여 3 ~ 4 분간 혼련 후 세척(Cleaning) 1 ~ 2분으로 최종 탄소 마스터배치(CMB, Carbon Master Batch) 재료를 제조하였다. CMB를 롤 혼합기(ROLL mixer)에서 가류제와 촉진제를 혼합 가공하였다. 이렇게 만들어진 고무 조성물을 Rheometer(대경엔지니어링)를 이용하여 적정 가류 시간을 측정한 뒤 Heat Press를 이용하여 160kgf/cm²으로 가열 가압하여 가황 시편을 제조하였다.

배합약품	배합량(중량부)							비고
배합약품	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비고
NR	-	-	-	-	100	-	-	원료고무
제 1 EPDM	60	40	40	40	-	100	-
제 2 EPDM	80	120	120	120	-	-	200
ZnO	5	5	5	5	5	5	5	활성제
스테아릭 산	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	가황조제
SUN682	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	가황조제
N-Phenyl-N`-isopropyl-p-phenylenediamine	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	노화방지제
Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline	2	2	2	2	2	2	2	노화방지제
FEF	10	14	10	-	10	10	15	충진제
SRF	24	24	24	30	24	15	45	충진제
파라핀 오일	8	5	5	5	-	10	-	연화제
S	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	가황제
N-cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfenamide	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	촉진제
Tetra methylthiuramdisulfide	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	촉진제
제 1 EPDM: 금호폴리켐, 중량평균분자량 약 400,000, Ethylene content약 60wt%, 비공액 디엔4 ~ 6wt% 제 2 EPDM: 금호폴리켐, 중량평균분자량 약 500,000, Ethylene content약55wt%, 비공액 디엔3 ~ 5wt% Sun682 : Sunprax사 FEF : Fast Extruding Furnace(코리아카본블랙, DBP(122 ml/100g), I2 흡착량(42mg/g)) SRF : Semi Reinforcing Furnace(코리아 카본블랙, DBP(72ml/100g), I2 흡착량(29mg/g))

실험예

상기 실시예에서 제조된 고무 시편 및 제품을 평가하기 위하여 다음과 같은 항목들에 대해 시험을 행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

- 경도 : KS M 6784에 따라 아령형 3호로 측정

- 인장강도 및 신율 : KS M 6782에 따라 아령형3호로 측정

- 노화물성 평가 : 140℃에서 1000시간 노화 후 물성변화 기록

- 노화 후 내구성 평가 : 조성으로 엔진마운트를 제작하여 120℃, 130℃,

140℃에서 50 시간노화 후 내구성능을 평가 하였다.

항목			평가결과
항목			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
시편	경도(HS)		48	47	47	48	47	48	44
	인장강도(kgf/㎠)		195.5	209.2	197.3	178.5	210.3	140.2	165.3
	신율(%)		770	790	790	800	650	700	800
	Modulus(kgf/㎠)		23.1	23.4	22.1	20.1	23	23.1	20.1
	노화후 변화율 (%)	△HS	+9	+10	+9	+9	+50	+11	-12
		△TB	-40	-50	48	48	-80	-48	-50
		△EB	-46	-48	52	52	-85	-50	-55
제품	내구 성능 (cycle)	120℃	만족	만족	만족	만족	만족	파손	만족
		130℃	만족	만족	만족	만족	파손	파손	파손
		140℃	만족	만족	만족	만족	파손	파손	파손

상기 표 2에서 보이듯이 기존의 천연고무(비교예1)에 실시예 1 ~ 4에서 볼 수 있듯이 월등히 우수한 내열성(노화 후 변화율)과 내열내구성능(내구성능)을 나타내는 EPDM 조성물을 얻을 수 있었다. 특히 제 1 EPDM과 제 2EPDM 단독 사용시 믹싱 불량으로 인한 상태물성이 현저하게 떨어지는 경향을 나타내지만 두grade blend 시 물성을 향상을 나타내었다. 상기 결과로부터 인장강도는 천연고무에 비해 전체적으로 감소하는 경향을 보이나 신율의 경우 EPDM 배합이 월등히 우수하며, 본 기술에서 목적하는 노화물성에서도 월등히 우세함을 나타내었다.

Claims

중량 평균 분자량 300,000 ~ 500,000 g/mol, 에틸렌 조성비 40 ~ 70 중량%, 비공액 디엔 4 ~ 6 중량% 함유인 제 1 EPDM 고무, 중량 평균 분자량 400,000 ~ 600,000 g/mol, 에틸렌 조성비 50 ~70중량%, 비공액 디엔 3 ~ 5 중량% 함유인 제 2 EPDM 고무, 가황제, 촉진제 및 충진제를 포함하는 EPDM 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 EPDM 고무와 상기 제 2 EPDM 고무의 중량비가 6 ~ 2 : 4 ~ 8인 것을 특징으로 하는 EPDM 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 EPDM 고무 조성물에 추가로 노화방지제, 연화제, 가황조제 또는 활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 EPDM 고무 조성물.
제 3항에 있어서, 상기 제 1 EPDM 고무와 제 2 EPDM 고무의 합 100 중량부에 대해서
가황제 0.1 ~ 2 중량부, 촉진제 0.1 ~ 2.5 중량부, 충진제 10 ~ 60 중량부, 노화방지제 1.5 ~ 7 중량부, 연화제 1 ~ 20 중량부, 가황조제 1 ~ 5 중량부 및 활성제 2 ~ 7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EPDM 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 촉진제는 N-Cyclohexyl-2-benzothiazyl-sulfenamide, Tetra methylthiuram disulfide 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 EPDM 고무 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 충진제는 디부틸프탈레이트(DBP) 흡수량이 50 ~ 150 ml/100g, I₂ 흡수량이 10 ~ 50 mg/g 인 카본블랙인 것을 특징으로 하는 EPDM 고무 조성물.
제 1항 내지 제 6항 중에서 선택된 어느 한 항의 EPDM 고무 조성물을 포함하는 엔진 마운트.