KR20140017519A

KR20140017519A - 밀봉링

Info

Publication number: KR20140017519A
Application number: KR1020137018031A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이토; 아키히로 오와다
Original assignee: 가부시끼가이샤 리켄
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2014-02-11
Also published as: WO2012096387A1; JP5616981B2; US20140031475A1; JP5782551B2; EP2664827A1; JP2014156935A; JPWO2012096387A1; US8987366B2; CN103477130A

Abstract

본 발명은 열가소성 엘라스토머 및 동적 가교수지의 적어도 1종으로 이루어지는 연질수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 경질수지를 함유하는 혼합물로 밀봉링을 제조함으로써, 1개형으로 하여 장기간 사용한 후에도 유압이 발생하지 않는 무부하 상태로 하우징 내주면과의 밀착성을 유지하고, 오일 누출을 효과적으로 방지할 수 있는 밀봉링을 제공한다. 밀봉링을 구성하는 혼합물은, 150℃의 윤활·작동유에 100시간 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림이 95% 이하인 것이 바람직하다.

Description

밀봉링{Seal Ring}

본 발명은 밀봉링에 관한 것으로, 특히 풀리의 직경을 바꿈으로써 변속을 무단계로 변화시키는 무단변속기(Continuously Variable Transmission, 이하, 'CVT'라고 함)에 사용되는 밀봉링에 관한 것이다.

유압식 CVT에서는, 유압실의 유압에 의하여 풀리의 홈 폭을 상관적으로 변화시키고, 풀리의 직경을 바꿈으로써 변속을 무단계로 변화시키고 있다. 통상적으로 구동용 축에 고정 풀리가 일체로 형성되고, 이 축을 따라서 왕복이동하는 하우징에 가동 풀리가 형성되어 있다. 가동 풀리에는 유압실이 설치되고, 유압실의 유압을 제어함으로써 가동 풀리가 고정 풀리와 이접(離接)한다. 이에 따라, 양 풀리에 형성되는 홈부의 폭을 증감하고, 풀리에 감긴 벨트의 회전반경을 증감시켜서, 동력을 전달하고, 변속비를 변화시킨다. 유압실에 오일을 채우고, 유압을 발생시키기 위하여 축의 외주면에 형성되는 축홈에는 밀봉링이 장착된다.

상기 CVT에서는, 엔진 정지시에는 오일펌프가 정지되므로, 유압이 발생하지 않아 무부하가 된다. 종래의 밀봉링에서는, 유압이 발생하고 있는 상태에서는 충분한 밀봉성이 얻어지는데, 무부하 상태에서는 하우징 내주면과의 밀착성이 손실되어, 유압실의 오일이 빠져버린다. 이러한 상태로 엔진을 재기동하면, 유압실에 오일이 충전되기까지 시간이 필요하다. 또한, 유압실에 오일이 충전되어 있지 않은 상태로 기동하면, CVT의 회전부에 소결에 의한 손상이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 유압이 없는 무부하 상태에서도 유압실로부터의 오일 누출을 저감할 수 있는 밀봉링이 요구되고 있다.

CVT용 밀봉링으로서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 단면이 대략 직사각형으로 외주측에 배치되는 엔드리스(endless) 타입의 수지링(7)과, 내주측에 배치되고, 수지링에 확장력을 부여하는 O링(6)으로 구성되는 조합 밀봉링이 사용되었다. 일반적으로, 수지링(7) 재료로는, 충전제를 첨가한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 등이 이용되고, O링(6) 재료로는 고무형상 탄성체가 이용되고 있다.

이와 같은 종래의 조합 밀봉링에서는, O링(6)과 수지링(7)을 밀어넣어, 홈바닥(8)과 하우징(4)의 내면(4a)과의 사이의 틈에 장착하므로, 그 후에 O링(6)과 수지링(7)이 장착된 축(3)을 하우징(4)에 삽입할 때의 장착 저항이 커져서, 압입장치를 도입하여 하우징(4)을 장착할 필요가 있었다. 그 때문에, 제조비용이 증가하고, 밀봉링의 장착불량도 감지할 수 없는 문제가 있었다. 그래서, 상기 조합 밀봉링의 장착성이나 비용면에서의 문제점을 해결하기 위하여, 1개형 밀봉링으로의 대응이 요구되고 있다.

CVT에서는 유압실에 최대 약 7MPa의 유압이 발생하므로, 높은 유압 하에서 뛰어난 내마모성 및 밀봉성을 가지는 밀봉링이 요구된다. 또한, 고속운전시의 발열에 의한 온도상승이나 한랭지에서의 사용을 고려하면, 밀봉링에서는 -40℃~150℃의 온도영역에서의 내성이 요구된다. 그래서, 밀봉링 재료로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 변성 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 등의 불소계 수지에 카본분말이나 카본화이버 등의 첨가제를 충전한 재료가 사용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, CVT에 적용 가능한 수지조성물로서, PTFE계 수지에 소정의 DBP 흡수량을 가지는 카본블랙을 배합한 조성물이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 조성의 밀봉링에서는, 오일을 흡수하였을 때에 팽창하여, 고온시의 클리프 변형에 의한 밀봉링의 직경방향 등의 간격을 보충하고, 저온 밀봉성을 개선할 수 있으므로, 유압장치의 운전개시 직후의 저온시에도 뛰어난 밀봉성이 있다는 것이 기재되어 있다. 그리고, 특허문헌 1의 밀봉링은, CVT 등의 고면압용이므로, 내마모성 및 내클리프성 등의 향상을 목적으로 하여, 탄소섬유나 그라파이트를 배합할 수 있는 것도 나타나 있다.

특허문헌 1의 밀봉링을 채용함으로써, 저온 하에서의 오일 누출량을 저감하는 것은 가능하다고 생각된다. 하지만, 상기 구성은, PTFE계 수지를 주성분으로 하므로, 고온의 윤활·작동유 중에서 가압되는 것에 의하여 밀봉링이 소성변형한다. 그 때문에, 운전 후에 엔진을 정지하고, 무부하 상태가 되면 하우징 내주면과의 밀착상태(밀착성)를 유지하는 것이 어렵게 되어, 유압실로부터의 오일 누출을 방지하는 것은 어렵다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2006-283898호

본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로서, 1개형으로서 장기간 사용한 후에도 유압이 발생하지 않는 무부하 상태로 하우징 내주면과의 밀착성을 유지하여, 오일 누출을 효과적으로 방지할 수 있는 밀봉링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적에 감안하여 예의연구한 결과, 본 발명자들은 열가소성 엘라스토머 및 동적 가교수지의 적어도 1종으로 이루어지는 연질수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 경질수지를 함유하는 혼합물로 이루어지는 조성물은, 고온의 윤활·작동유 중에 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림이 적고, 이들 조성물로 구성되는 밀봉링은, 1개형 링으로서 장기간 사용한 후에도 유압이 발생하지 않는 무부하 상태로 하우징 내주면과의 밀착성을 유지하여, 오일 누출을 효과적으로 방지할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명의 밀봉링은 열가소성 엘라스토머 및 동적 가교수지의 적어도 1종으로 이루어지는 연질수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 경질수지를 함유하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 밀봉링은, 고온의 윤활·작동유 중에 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림이 적은 재료, 즉 압축하중이 해제된 후에 원래 상태로 되돌아가기 쉬운 재료로 구성되므로, 1개형 링으로서 장기간 사용한 후에도 하우징 내주면과의 밀착성이 유지된다. 이 때문에, 장기에 걸쳐 유압이 없는 무부하 상태에 있어서도 유압실로부터의 오일 누출을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 밀봉링은, 유연성이 있는 재료로 구성되므로, 링홈으로의 장착이 용이하며, 1개형으로서 사용할 수 있으므로 장착에 필요한 시간을 대폭 단축할 수 있다.

도 1은 종래의 밀봉링이 장착된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시예 18의 시료의 TEM 관찰사진이다(40000배).
도 3은 실시예 19의 시료의 TEM 관찰사진이다(40000배).
도 4는 실시예 20의 시료의 TEM 관찰사진이다(40000배).

다음에 본 발명의 밀봉링에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 밀봉링은, 열가소성 엘라스토머 및 동적 가교수지의 적어도 1종으로 이루어지는 연질수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 경질수지를 함유하는 혼합물로 이루어진다. 이와 같은 재료로 구성되는 본 발명의 밀봉링에서는, 고온의 윤활·작동유 중에 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림이 적으므로, 엔진을 정지한 무부하 상태에 있어서도 뛰어난 밀봉성을 발휘할 수 있다. 여기에서, 본 발명의 밀봉링을 구성하는 혼합물의 압축 영구 뒤틀림, 즉 후술하는 방법으로 측정하는 150℃의 윤활·작동유에 100시간 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림은 95% 이하가 바람직하고, 85% 이하가 보다 바람직하며, 80% 이하가 더욱 바람직하다. 상기 압축 영구 뒤틀림을 이 범위로 규정함으로써, 장기간의 엔진 운전 후에도 하우징의 내주면과의 밀착성이 유지되어, 무부하 상태에서의 밀봉성이 더욱 향상된다.

또한, 본 발명의 밀봉링을 구성하는 혼합물의 경도, 즉 후술하는 방법으로 측정하는 쇼어경도 A는 60~98로 하는 것이 바람직하고, 70~95가 보다 바람직하다. 쇼어경도를 이 범위로 규정함으로써, 사용시의 유압에 의한 변형이 발생하기 어려워, 장시간의 운전 후에도 높은 밀봉성을 유지할 수 있는 동시에, 축홈으로의 장착도 용이하므로, 밀봉링의 장착성이 더욱 향상된다.

본 발명에 이용하는 연질수지로서는, 열가소성 엘라스토머나 동적 가교수지를 들 수 있다. 이 연질수지들의 표면경도는, 쇼어경도 A로 60~90이 바람직하다.

열가소성 엘라스토머로서는, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머, 실리콘계 엘라스토머, 부타디엔계 엘레스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 폴리스틸렌계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이러한 열가소성 엘라스토머들은, 1종을 사용할 수도 있지만, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 열가소성 엘라스토머 중에서도 사출성형성 및 내열성에 뛰어나기 때문에 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리아미드계 엘라스토머가 바람직하다.

폴리에스테르계 엘라스토머의 시판품으로서는, 토레이·듀폰 주식회사 제품의 '하이토렐' 토요보샤쿠 주식회사 제품의 '펠프렌', 및 미츠비시카가쿠 주식회사 제품의 '프리말로이' 등을 들 수 있고, 폴리마이드계 엘라스토머의 시판품으로서는 ARKEMA사 제품의 '페벅스', 우베코산 주식회사 제품의 'UBESTAXPA' 등을 들 수 있다.

동적 가교수지는, 열가소성 수지상 중에 가교 고무상이 분산된 구조를 가진다. 동적 가교수지에 사용되는 열가소성 수지는, 특별히 한정되지 않으며, 폴리에스테르, 폴리아미드(PA) 등을 들 수 있다. 한편, 고무는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 천연고무, 시스-1,4-폴리이소프렌, 하이시스폴리부타디엔, 스틸렌-부타디엔 공중합체 고무, 에틸렌-프로필렌 고무(EPM), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPDM), 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 고무, 아크릴 고무 등을 들 수 있다.

동적 가교수지는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 미리 미가교의 고무 성분 중에 가교제를 혼합하고, 열가소성 수지 성분과 미가교 고무 성분을 2축 압출기를 이용하여 용융혼련함으로써 고무 성분의 분산과 가교를 동시에 행할 수 있다. 이와 같은 동적 가교수지는 시판품을 입수할 수도 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지 중에 아크릴 고무가 분산된 동적 가교수지의 시판품으로는, 듀퐁사 제품의 'ETPV', 니치유 주식회사 제품의 '노프아로이'(TZ660-7612-BK, TZ660-6602-BK 등) 등을 들 수 있다. 또한, 폴리아미드 수지 중에 아크릴 고무가 분산된 동적 가교수지의 시판품으로는 니혼제온 주식회사 제품의 '제오덤' 등을 들 수 있다.

밀봉링을 구성하는 수지조성물 전체의 질량에 대하여, 연질수지의 함유량은 60질량%~95질량%로 하는 것이 바람직하고, 80질량%~95질량%로 하는 것이 보다 바람직하다. 연질수지의 함유량을 상기 범위로 규정함으로써, 수지조성물의 압축 영구 뒤틀림이 보다 적어져서, 무부하 상태에 있어서 보다 뛰어난 밀봉 특성이 얻어진다.

본 발명에 이용하는 경질수지로는, 열가소성 수지가 바람직하다. 이 경질수지들의 표면경도는, 쇼어경도 D로 70 이상이 바람직하고, 90 이상이 보다 바람직하다. 열가소성 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 신디오택틱폴리스틸렌 수지, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰, 폴리케톤(PK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 비닐리덴(PVDF) 등을 들 수 있다. 이러한 수지들은, 공중합체, 변성체여도 좋고, 2종 이상을 혼합하여도 좋다. 사출성형성, 내열성 등을 고려하면, 상기 열가소성 수지 중에서도 PBT, 폴리에스테르, PA, PPS, PVDF가 바람직하다.

밀봉링을 구성하는 수지조성물 전체의 질량에 대하여, 경질수지의 첨가량은 5질량%~40질량%로 하는 것이 바람직하고, 5질량%~20질량%로 하는 것이 보다 바람직하다, 이 범위로 경질수지를 첨가함으로써, 밀봉링의 기계적 강도 및 내클리프 특성이 향상되어, 장시간의 운전 후에도 무부하 상태에서 뛰어난 밀봉 특성이 얻어져서, PV값이 높은 영역에서의 사용도 가능하게 된다.

본 발명의 밀봉링에는, 무기충전재를 첨가할 수도 있다. 무기충전재로는, 유리섬유, 탄소섬유, 카본나노튜브, 알루미나섬유, 티탄산 칼륨섬유, 보론섬유, 탄화규소섬유 등의 섬유형상 무기충전재를 들 수 있다. 섬유형상 무기충전재의 첨가에 의하여 밀봉링의 기계적 강도 및 내클리프 특성이 향상되어, 뛰어난 밀봉 특성이 얻어져서, PV값이 높은 영역에서의 사용도 가능하게 된다. 상기 섬유형상 무기충전재 중에서도 유리섬유, 탄소섬유, 카본나노튜브가 바람직하다. 카본나노튜브는 섬유형상 무기충전재로서 보강기능을 발휘하는 것뿐만 아니라, 후술하는 무기충전재와 마찬가지로, 슬라이딩 운동 특성을 향상시키기 위한 충전재로서도 유효하다.

본 발명에 있어서는, 슬라이딩 운동 특성 등을 향상시킬 목적으로, 그 밖의 무기충전재를 첨가할 수도 있다. 그 밖의 무기충전재로서는, 탄산칼슘, 몬모릴로나이트, 벤트나이트, 탈크, 실리카, 운모, 마이카, 황산바륨, 황산칼슘, 규산칼슘, 이황화몰리브덴, 글라스비즈, 그라파이트, 플러린, 카본(아모퍼스) 분말, 무연탄분말, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 티탄산칼륨, 질화붕소 등을 들 수 있다.

무기충전재의 첨가량(합계)은, 밀봉링을 구성하는 수지조성물 전체의 질량에 대하여 5질량%~10질량%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 무기충전재로서 카본나노튜브를 첨가하는 경우, 그 첨가량은 밀봉링을 구성하는 수지조성물 전체의 질량에 대하여 1질량%~5질량%로 하는 것이 바람직하다. 이 범위에서 무기충전재를 첨가함으로써, 뛰어난 기계적 강도 및 슬라이딩 운동 특성이 얻어져서, 장기에 걸쳐 보다 뛰어난 밀봉 특성을 유지할 수 있다.

상기 재료의 혼합방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지의 방법이 이용된다. 예를 들어, 단축압출기, 2축 압출기, 롤, 니더, 밴버리믹서(Banbury mixer) 등에 의한 가열용융혼련 등을 들 수 있다. 또한, 시판의 높은 전단성형 가공기를 이용할 수도 있다.

본 발명에서는, 무부하 상태에서의 오일 누출을 확실하게 방지하기 위하여, 이음매를 가지지 않는 엔드리스 타입의 밀봉링을 채용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 밀봉링 재료는 유연성이 있으므로, 엔드리스 타입이여도 장착성이 뛰어나고, 1개형으로 함으로써 장착이 더욱 쉬워진다. 하지만, 용도 등에 따라서는 이음매를 설치할 수도 있다. 이러한 경우의 이음매 형상은 특별히 한정되지 않으며, 직각(스트레이트) 이음매, 경사(앵글) 이음매, 단부착(스텝) 이음매의 이외에, 더블앵글 이음매, 더블커트 이음매, 트리플스텝 이음매 등의 공지의 이음매를 채용할 수 있다.

실시예

본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1~17)

표 1에 나타내는 배합비율로 2축 압출기에 재료를 투입하고, 270~350℃, 100~300rpm의 범위로 조성에 의하여 적절히 설정한 조건으로 혼련하여, 본 발명의 밀봉링용 수지조성물을 얻었다. 각각의 재료는 다음의 시판품을 사용하였다. 얻어진 수지조성물을 사출성형하고, 각종 측정시료를 제작하여, 다음의 방법에 따라서 표면경도, 압축 영구 뒤틀림, 및 정적 누출량을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

A. 연질수지

A-1. 폴리에스테르계 엘라스토머: 하이트렐(토레이·듀폰 주식회사 제품)

A-2. 폴리아미드계 엘라스토머: 페벅스(ARKEMA사 제품)

A-3. 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지: 노프아로이 TZ660-7612-BK, 경도 쇼어 A 75(니치유 주식회사 제품)

A-4. 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지: ETPV 90A01 NC010, 경도 쇼어 A 87(듀폰사 제품)

A-5. 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지: ETPV60A01L NC010, 경도 쇼어 A 64(듀폰사 제품)

B. 경질수지

B-1. 폴리부틸렌테레프탈레이트: 트레콘 1401-X06(토레이 주식회사 제품)

B-2. 폴리페닐렌설파이드: 트레리나 A900(토레이 주식회사 제품)

B-3. 불화 비닐리덴 수지: 크레하 KF 폴리머 T#850(주식회사 크레하 제품)

B-4. 액정폴리에스테르 수지: 시베라스(토레이 주식회사 제품)

C. 무기충전재

C-1. 유리섬유: MF06JB1-20(아사히화이버글라스 제품)

C-2. 탄소섬유: S-232(오사카가스케미컬 주식회사 제품)

C-3. 이황화몰리브덴: Z파우더(다이토쥰카츠 주식회사 제품)

C-4. 그라파이트: GA-50(신니폰테크노카본 주식회사 제품)

C-5. 다층 카본나노튜브: Flo Tube 9000(CNano사 제품)

(비교예 1)

PTFE수지(미츠이 듀폰 플로로케미컬 주식회사 제품 테프론 7J) 70질량%, 카본블랙(미츠비시카가쿠 주식회사 제품 #3600B) 5질량%, 및 그라파이트(니혼코쿠엔 주식회사 제품 ACP) 25질량%를 혼합한 후, 가압성형하여 시료를 제작하였다. 얻어진 시료를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 압축 영구 뒤틀림 및 정적 누출량을 측정하였다. 압축 영구 뒤틀림은 100이고, 정적 누출량은 1시간 후에 100cc를 넘었기 때문에, 그 시점에서 측정을 중지하였다.

(비교예 2)

폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지(듀폰사 제품 ETPV90A01 NC010) 95질량% 및 다층 카본나노튜브(CNano사 제품 FloTube 9000) 5질량%를 실시예 1과 마찬가지로 혼련하여, 밀봉링용 조성물을 얻었다. 얻어진 수지조성물을 사출성형한 측정시료를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 표면경도, 압축 영구 뒤틀림 및 정적 누출량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 3)

무기충전재를 첨가하지 않고 PTFE수지(미츠이 듀폰 플로로케미컬 주식회사 제품 테프론 7J)를 가압성형하여 시료를 제작하였다. 얻어진 시료를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 압축 영구 뒤틀림 및 정적 누출량을 측정하였다. 본 비교예도 비교예 1과 마찬가지로, 압축 영구 뒤틀림은 100이고, 정적 누출량은 1시간 경과 전에 100cc를 넘었으므로, 그 시점에서 측정을 중지하였다.

(비교예 4)

폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지(듀폰사 제품 ETPV90A01 NC010)를 사출성형한 측정시료를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로 표면경도, 압축 영구 뒤틀림 및 정적 누출량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(표면경도의 측정)

JIS K7215에 근거하여 쇼어경도를 측정하였다.

(압축 영구 뒤틀림(Cs)의 측정)

압축 영구 뒤틀림(Cs)의 측정은, JIS K6262를 참고로 하여 다음과 같이 행하였다. 사출성형에 의하여 얻어진 5㎜×15㎜, 두께 2㎜의 시험조각을 압축장치에 장착하고, 압축량 25%로 압축한 후, 사전에 150℃로 조절한 윤활·작동유(Automatic Transmission Fluid: ATF) 중에 100시간 침지하였다. 가열처리 종료 후, ATF 중에서 취출하여, 압축장치로부터 제거한 시험조각 표면의 ATF를 닦아내고, 실온에서 30분간 가만히 놓아둔 후의 시험조각 중앙부의 두께(t₂)를 측정하였다. 이때의 t₂로부터 식 1에 의하여 압축 영구 뒤틀림(Cs)을 산출하였다.

Cs = (t₀-t₂)/(t₀-t₁)×100 … (식 1)

t₀: 시험조각의 원래 두께(㎜)

t₁: 스페이서의 두께(㎜)

t₂: 시험 후 30분 후의 두께(㎜)

(정지상태에서의 오일 누출량의 측정)

실시예 1~17 및 비교예 1~4의 밀봉링용 수지조성물을 이용하여, 이음매를 가지지 않는 밀봉링을 제작하였다. 실시예 1~17 및 비교예 2, 4는 사출성형, 비교예 1 및 3은 가압성형에 의하여 성형하였다. 얻어진 밀봉링을 축의 외주면에 설치한 축홈에 장착하고, 정적 누출성능 시험장치에 설치하였다. 여기에서, 유압실에 165cc의 ATF를 충전하고, 실온 하(오일온도: 25℃), 정지상태에서 밀봉링으로부터 누출된 ATF를 오일배출홈으로부터 회수하고, 7일간의 누적 오일 누출량을 측정하였다. 측정결과를 초기의 정적 오일 누출량으로서 표 1에 나타낸다. 한편, 밀봉링의 크기는, 축홈에 장착한 상태로 압축량이 25%가 되도록 설정하였다.

또한, 각각의 밀봉링을 축의 외주면에 설치한 축홈에 장착하고, 유압 4.0MPa, 오일온도 150℃에서 하우징을 10㎜/s의 스트로크로 누적 1Km 왕복 이동한 후, 다시 상기 방법으로 오일 누출량을 측정하였다. 측정결과를 운전 후의 정적 오일 누출량으로 하여 표 1에 나타낸다.

연질수지로서 폴리에스테르계 엘라스토머, 경질수지로서 PPS, 무기충전재로서 유리섬유 및 그라파이트를 사용한 실시예 1에서는, 압축 영구 뒤틀림이 98%이고, 초기 정적 오일 누출량이 4.3cc가 되어, 비교예 1보다 압축 영구 뒤틀림이 2% 낮아짐으로써 정적 오일 누출량이 대폭 저감하는 것이 확인되었다. 또한, 연질수지로서 폴리아미드계 엘라스토머를 사용한 실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지의 결과가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 한편, 연질수지로서 동적 가교수지를 사용한 실시예 3, 4 및 5에서는, 압축 영구 뒤틀림이 각각 94%, 92% 및 96%로, 실시예 1보다 적어, 정적 오일 누출량도 더욱 저감하는 것이 확인되었다.

한편, 동적 가교수지 및 무기충전재로만 구성된 비교예 2에서는, 압축 영구 뒤틀림이 77%, 초기 정적 오일 누출량이 0cc로, 모두 실시예 1~5보다 낮았다. 하지만, 비교예 2에서는 운전 후의 정적 오일 누출량이 100cc로 대폭 증가하였다. 이에 대하여, 실시예 1~5에서는 운전 후에도 10cc 미만으로 정적 오일 누출량에 큰 변화는 확인되지 않았고, 운전 후에도 무부하 상태에서의 밀봉 특성이 유지되는 것이 확인되었다. 이것은, 본 발명의 밀봉링용 수지조성물은 압축 영구 뒤틀림이 적으며, 또한 경질수지의 첨가에 의하여 내클리프 특성이나 내마모성 등에 뛰어난 기계적 강도를 가지는 것에 기인한다고 생각된다.

같은 종류의 동적 가교수지 및 무기충전재를 사용하여, 경질수지의 종류를 바꾼 실시예 4 및 6~8에서는, 모두 무부하 상태에서 뛰어난 밀봉 특성이 얻어지는 것이 확인되었다. 특히, 경질수지로서 PPS 및 PVDF를 이용한 실시에 4 및 7에서는 보다 뛰어난 밀봉 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

실시예 7 및 실시예 9로부터, 섬유형상 무기충전재를 유리섬유에서 탄소섬유로 바꾸어도 동등하게 뛰어난 밀봉 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 7 및 실시예 10으로부터, 무기충전재를 그라파이트에서 이황화 몰리브덴으로 바꾸어도 동등하게 뛰어난 밀봉 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

실시예 11~14에서는, 같은 종류의 동적 가교수지, 경질수지, 및 카본나노화이버를 사용하여, 그 조성비를 바꿈으로써, 압축 영구 뒤틀림 값이 상이한 시료를 제작하였다. 실시예 11~14의 결과로부터, 압축 영구 뒤틀림이 적을수록 운전 후에도 무부하 상태에서 뛰어난 밀봉 특성이 유지되는 것을 알 수 있었다. 특히, 압축 영구 뒤틀림이 95% 이하에서 뛰어난 밀봉 특성이 확인되고, 85% 이하, 더욱이는 80% 이하에서 보다 뛰어난 밀봉 특성이 얻어졌다. 이것은, 압축 영구 뒤틀림이 보다 적은 재료를 이용하면, 운전 중에 밀봉링 외주면이 마모하여도 하우징 내주면과의 밀착성이 유지되기 때문인 것으로 생각된다.

실시예 3, 7 및 13의 조성으로부터 무기충전재를 제외한 실시예 15, 16 및 17에서는 실시예 3, 7 및 13보다 압축 영구 뒤틀림이 저하되는 경향이 확인되었다. 이것은, 무기충전재를 함유하지 않은 실시에 15~17의 조성에서는, 압축응력이 특정 부분에 집중하기 어려워, 재료 전체에 균일하게 분산되므로, 압축하중을 해제하면 원래 상태로 되돌아가기 쉽기 때문인 것으로 생각된다. 이 때문에, 무기충전재를 첨가하지 않는 조성에서는, 무부하 상태에서의 밀봉 특성이 더욱 향상되어, 가압시의 누름량이 큰 조건에서 사용하여도, 무부하 상태에서는 뛰어난 밀봉 특성을 발휘한다. 또한, 이와 같은 수지재료는, 기계적 부하가 적은 밀봉성이 중시되는 용도에도 적합하다.

한편, 무기충전재는 수지재료의 기계적 강도 및 내마모성 등의 슬라이딩 운동 특성을 향상시키기 위하여 유효하다. 이 때문에, 본 발명의 밀봉링에 무기충전재를 첨가하면, 무부하 상태에서 뛰어난 누출 방지 효과를 나타내는 것뿐만 아니라, 높은 유압 하에서도 뛰어난 슬라이딩 운동 특성을 발휘한다.

			실시예																	비교예
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	2	4
A	연질수지 (질량%)	A-1	73
		A-2		73
		A-3			73												80
		A-4				73		73	73	73	73	73	76	86	87	94		80	90	95	100
		A-5					73
B	경질수지 (질량%)	B-1						18
		B-2	18	18	18	18	18										20
		B-3							18		18	18	20	10	10	5		20	10
		B-4								18
C	무기충전재 (질량%)	C-1	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5		4.5
		C-2									4.5
		C-3										4.5
		C-4	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
		C-5											4	4	3	1				5
쇼어경도			99	100	99	98	96	95	94	97	94	93	97	89	85	84	87	85	82	82	79
압축영구 뒤틀림(%)			98	98	94	92	96	92	88	95	90	90	93	84	82	78	89	82	79	77	75
정적 오일 누출량 (cc)		초기	4.3	6.7	1.4	0.8	2.6	1.2	0.0	1.6	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
정적 오일 누출량 (cc)		운전후	6.9	9.1	3.2	2.1	4.4	2.7	2.2	3.3	2.6	2.5	2.6	0.9	0.9	0.0	1.8	0.8	0.7	100	100

(실시예 18)

연질수지로서 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지, 경질수지로서 불화 비닐리덴 수지를 사용하고, 리드와 니딩디스크를 조합한 φ92mm의 스크류가 설치된 2축 압출기에서 혼합하였다. 여기에서, 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지 및 불화 비닐리덴 수지를 각각 사이드피더로 공급하고, 온도 240℃, 스크류 회전수 150rpm의 전단 조건으로 혼합하여 펠릿을 얻었다. 한편, 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지와 불화 비닐리덴 수지는, 상술한 시판품을 사용하고, 질량비(폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교수지: 불화 비닐리덴 수지)는 92:10으로 하였다. 얻어진 펠릿을 실시예 1과 마찬가지로 사출성형하고, 각종 측정시료를 제작하여, 표면경도, 압축 영구 뒤틀림, 및 정적 누출량을 측정하였다. 한편, 여기에서 정적 누출량 측정용 시료의 밀봉링 사이즈는, 축홈에 장착한 상태로 압축량이 30%가 되도록 설정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여 얻어진 시료의 조직관찰을 행하였다. 측정시료는 RuO₄ 염색초박절편법으로 조정하였다. 도 2에 TEM 관찰사진을 나타낸다(배율: 40000배).

(실시예 19, 20)

스크류 회전수를 각각 250rpm(실시예 19) 및 350rpm(실시예 20)으로 한 것 이외에는 실시예 18과 마찬가지로 측정시료를 조정하여, 평가를 행하였다. 각각의 시료의 표면경도, 압축 영구 뒤틀림, 및 정적 누출량을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 도 3 및 도 4에 각각 실시예 19 및 20의 시료의 TEM 관찰사진을 나타낸다(배율: 40000배).

압축 영구 뒤틀림은 실시예 18에서는 79였는데, 실시예 19에서는 73으로 저감되고, 더욱이 실시예 20에서는 60으로 대폭 저감되어, 스크류 회전속도와 압축 영구 뒤틀림에 밀접한 상관관계가 있다는 것을 알 수 있었다. 도 2, 3 및 4에 각각 실시예 18, 19 및 20의 시료의 TEM 관찰사진을 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이 실시예 18에서는, 내부에 결정 라멜라(lamella) 구조가 관찰되고, 동적 가교수지 중의 폴리부틸렌테레프탈레이트 성분으로 추측되는 B상(13)이 관찰되었다. 그리고, 그 B상 내부 및 B상에 인접한 부분에 B상의 분리상으로 추측되는 폴리부틸렌테레프탈레이트의 변성성분상인 A상(11)이 확인되었다. 또한, 백색부분은 시료를 초박절편으로 가공할 때, 비결정성이고 연질인 A상(11)이 탈락한 A상 탈락흔적(12)으로 생각된다. B상(13) 내부에는 불화 비닐리덴 수지상으로 생각되는 반결정 구조의 C상(14)이 관찰되었다. 그리고, B상(13)의 주위는 동적 가교수지 중의 아크릴 고무 성분으로 이루어지는 것으로 생각되는 매트릭스상(15)이 확인되었다. 도 2에 있어서, B상(13)과 매트릭스상(15)과의 경계 및 B상(13)과 C상(14)과의 경계는 명확하게 확인할 수 있어, 각각의 상이 상용하고 있지 않는다는 것을 알 수 있었다.

실시예 19에서도 실시예 18과 마찬가지로 동적 가교수지 중의 폴리부틸렌테레프탈레이트 성분상인 B상(13), 폴리부틸렌테레프탈레이트의 변성성분상인 A상(11), 불화 비닐리덴 수지상인 C상(14), 및 아크릴 고무상인 매트릭스상(15)이 존재하는 것이 확인되었다. 여기에서, 실시예 18에 비하여, C상(14)과 매트릭스상(15)과의 경계가 불명확하게 되어 있어, 스크류 속도의 상승에 의하여 양쪽 상의 상용화가 시작되었다는 것을 알 수 있었다.

한편, 실시예 20에서는 A상(11) 및 C상(14)은 확인되지만, B상은 확인되지 않았다. 여기에서, A상(11) 및 C상(14) 주위의 매트릭스상(15)은 동적 가교수지와 불화 비닐리덴 수지가 상용한 상으로 추측된다.

이와 같이, 실시예 20에 있어서는, 높은 전단에 의하여 아크릴 고무 성분과 수지 성분이 균일하게 미세분산되므로, 압축 영구 뒤틀림이 대폭 저감하였다고 생각된다. 이것은, 고무 및 수지 각각의 성분을 미세분산함으로써, 각각의 입자의 비표면적이 증가하고, 단위면적에 걸리는 하중이 작어져서, 압축 응력이 균일 분산하므로, 압축 하중을 해제함으로써, 원래의 상태로 되돌리기 쉬워진 것이 원인으로 추측된다. 더욱이, 스크류 속도를 상승시킴으로써, 고무 성분의 가교가 진행되고, 고밀도화됨으로써, 반발탄성력이 강해진 것도 압축 영구 뒤틀림 저하의 한 원인으로 생각된다.

실시예 18~20에서는, 압축량 30%로 하여도 무부하 상태에서 뛰어난 누출 방지 효과를 나타내고, 특히 실시예 20에서는 운전 후에도 정적 누출은 확인되지 않았다. 본 발명의 밀봉링을 구성하는 혼합물의 압축 영구 뒤틀림, 즉 상술한 방법으로 측정하는 150℃의 윤활·작동유에 100시간 침지한 후의 압축 영구 뒤틀림은 80% 이하가 바람직하고, 75% 이하가 보다 바람직하며, 60% 이하가 더욱 바람직하다.

	연질수지: A-3(질량%)	경질수지: B-3(질량%)	스크류 회전수(rpm)	쇼어경도	압축영구 뒤틀림(%)	정적오일누출량(cc)
	연질수지: A-3(질량%)	경질수지: B-3(질량%)	스크류 회전수(rpm)	쇼어경도	압축영구 뒤틀림(%)	초기	운전후
실시예18	90	10	150	83	79	0.0	0.9
실시예19	90	10	250	90	73	0.0	0.2
실시예20	90	10	350	94	60	0.0	0.0

3: 축
4: 하우징
6: O링
11: 동적 가교수지 중의 폴리에스테르 수지(폴리부틸렌테레프탈레이트)가 변성한 성분(A상)
12: A상의 탈락흔적
13: 동적가교수지 중의 폴리에스테르 수지(폴리부틸렌테레프탈레이트)의 미변성 성분(결정성 성분: B상)
14: 불화비닐리덴 수지(C상)
15: 매트릭스상

Claims

열가소성 엘라스토머 및 동적 가교수지의 적어도 1종으로 이루어지는 연질수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 경질수지를 함유하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀봉링.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합물을 150℃의 윤활·작동유에 100시간 침지한 후의 압축영구뒤틀림이 95% 이하인 것을 특징으로 하는 밀봉링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연질수지가, 폴리에스테르 수지상 중에 아크릴 고무가 분산된 동적 가교수지인 것을 특징으로 하는 밀봉링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경질수지가, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드, 불화 비닐리덴, 폴리에스테르로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 밀봉링.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합물이, 유리섬유, 탄소섬유, 카본나노튜브, 이황화몰리브덴, 그라파이트, 카본분말로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 밀봉링.