KR20150048900A

KR20150048900A - 시일 링

Info

Publication number: KR20150048900A
Application number: KR1020157009863A
Authority: KR
Inventors: 미카 사이토
Original assignee: 가부시끼가이샤 리켄
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2015-05-07
Also published as: US20140097574A1; CN103534517A; EP2719928A1; KR20130135379A; JP5386052B2; JPWO2012169604A1; WO2012169604A1; EP2719928A4

Abstract

본 발명은, 우수한 치수 안정성과 상대재에의 피트성을 가지며, 극저 유압하에서도 오일의 누설을 효과적으로 방지 가능하고, 미끄럼 이동 특성이 우수한 시일 링를 제공하는 것을 목적으로 하여, (A) 폴리프탈아미드와, (B) 엘라스토머, 가교 고무, 및 동적 가교 수지 중으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 수지 조성물로부터 시일 링을 제조한다. 수지 조성물에는, 또한 (C) 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 탄화규소 섬유, 카본 나노 튜브, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 탈크, 운모, 마이카, 이황화몰리브덴, 유리 비드, 흑연, 풀러렌, 무연탄 분말, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 티탄산칼륨, 질화붕소, PTFE 분말 중으로부터 선택되는 적어도 1종의 충전재를 첨가하여도 좋다.

Description

시일 링{SEAL RING}

본 발명은, 시일 링에 관한 것이며, 더 자세히는, 자동차의 오토매틱 트랜스미션(Automatic Transmission, 이하, 「AT」라고 함) 등에 장착되는 시일 링에 관한 것이다.

AT에서는, 회전축 외주면의 이격된 위치에 형성된 2개의 링 홈에 시일 링이 장착되어 있다. 시일 링의 외주면은, 클러치판이나 브레이크판을 수납하는 하우징의 내주면에 미끄럼 접촉하여, 양 링 홈간에 설치된 유로로부터 공급되는 작동유(Automatic Transmission Fluid, 이하, 「ATF」라고 함)를 양 시일 링의 한쪽 수압(受壓)측면과 내주면에서 받고, 반대측의 접촉측면과 외주면으로 링 홈의 측면과 하우징 내주면을 시일한다.

최근, 자동차의 저연비화 및 저비용화에 대한 시장 요구가 높아져, AT용 시일 링에도 더욱 저마찰화, 높은 시일 성능, 및 저비용화가 요구되고 있다. 저마찰화를 위해서는, 오일 중의 마찰 계수가 낮은 재료를 적용하는 것뿐만 아니라, 유막이 형성되기 쉬운 시일 링 형상을 적용하는 것이 유효하다고 생각된다. 이 때문에 시일 링용 재료로서는, 사출 성형 가능한 성형성이 우수한 수지 재료가 요구되고 있다.

또한, 자동차의 발진시의 오일 누설에 의한 에너지 손실을 저감하기 위해, 극저(極低) 유압하에서도 ATF의 누설을 방지할 수 있는 시일 특성이 우수한 재료가 요구되고 있다. 또한 최근, 자동차 부품의 경량화의 일환으로서, AT의 회전축이나 하우징도 철계 재료로부터 알루미늄 합금 재료로의 전환이 진행되고 있다. 이 때문에 시일 링은 알루미늄 합금 재료와의 상성이 좋은 재료로 구성되는 것이 요구된다.

종래의 철계 재료의 회전축이나 하우징에는, 주철 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, 이하, 「PTFE」라고 함)제의 시일 링이 이용되어 왔다. 그러나, 회전축이나 하우징의 알루미늄 합금 재료로의 전환에 따라, 시일 링 재료도 PTFE보다 알루미늄 합금과 상성(相性)이 좋은 폴리이미드(Polyimide, 이하, 「PI」라고 함), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, 이하, 「PEEK」라고 함), 폴리아미드이미드(Polyamide-imide, 이하 「PAI」라고 함), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylenesulfide, 이하, 「PPS」라고 함)가 채용되게 되었다.

이들 수지 재료에 섬유상 충전재 등을 첨가한 시일 링은, 우수한 내열성 및 미끄럼 이동 특성을 갖지만, 더욱 고성능화를 위해, 많은 수지 조성물이 제안되어 있다. 예컨대 특허문헌 1에는, PPS 수지로 대표되는 폴리아릴렌술피드(이하, 「PAS」라고 함) 수지, 열가소성 엘라스토머, 방향족 말레이미드, 및 이황화몰리브덴 등으로 이루어지는 수지 조성물이 미끄럼 이동 재료로서 제안되어 있다. 특허문헌 1의 수지 조성물에서는, PAS 수지가 원래 갖는 기계적 특성, 내열성, 내약품성 및 전기 절연성 등이 손상되지 않고, 양호한 내충격성, 신장 및 가요성을 가지며, 우수한 미끄럼 이동 특성을 발휘하는 것이 나타나 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 폴리아미드(이하, 「PA」라고 함) 수지와 중량 평균 입자 직경이 1 ㎚∼500 ㎚인 고무 또는 엘라스토머로 이루어지는 수지 조성물이 개시되어 있다. 이 수지 재료는 기계 물성 및 마찰 특성이나 마모 특성 등의 미끄럼 이동 특성이 우수하기 때문에, 미끄럼 이동 부재로서 적합하게 사용할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1의 재료에서는 엘라스토머의 첨가에 의해, PPS의 취성이 개선되기 때문에, 시일 링에 적용한 경우에는, 우수한 기계 특성과 미끄럼 이동 특성이 얻어진다. 그러나 PPS는 경질 재료이기 때문에, 상대재에의 피트성(밀착성)에는 한계가 있고, 극저 유압하에서 ATF의 누설을 방지하는 것은 어렵다. 엘라스토머 첨가량을 증가시켜, 수지 재료에 유연성을 부여함으로써 피트성을 향상시키는 것은 가능하다. 그러나, 다량의 엘라스토머를 배합하면 재료 강도가 저하되거나, 혼합시나 성형시에 엘라스토머가 열분해되어 가스를 발생하는 등의 문제를 발생시키기 때문에 첨가량에는 한계가 있다. 또한 특허문헌 1에 기재된 경질 재료로 구성되는 시일 링에서는, 오일 중에 존재하는 절삭분 등의 이물(오염 물질)의 물림에 의해, 어그레시브 마모를 야기할 우려가 있다.

한편, 특허문헌 2의 재료는 유연한 폴리아미드(Polyamide, 이하, 「PA」라고 함)를 베이스로 하기 때문에, 상대재에의 피트성이 우수하고, 극저 유압하에서도 우수한 시일 특성을 발휘할 가능성이 있다. 또한 오일 중의 절삭분 등의 이물을 유연한 시일 링 재료 중에 끌어들임으로써, 어그레시브 마모의 발생도 방지할 수 있다고 생각된다. 또한 PA는 자기 윤활성을 갖고 있기 때문에, 미끄럼 이동 특성에도 우수하다. 그러나, 일반적으로 PA계 재료는 PPS 및 PEEK 등에 비해, 흡수성이 높고, 흡수에 의해 체적 팽창하기 때문에, 엄격한 치수 정밀도를 요하는 AT용 시일 링에의 적용은 곤란하다고 여겨졌었다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평6-80875호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2007-119581호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 치수 안정성과 상대재에의 피트성을 가지며, 극저 유압하에서도 오일의 누설을 효과적으로 방지 가능하고, 미끄럼 이동 특성이 우수한 시일 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 감안하여 예의 연구한 결과, 본 발명자는, (A) 폴리프탈아미드(Poly(phthalamide), 이하, 「PPA」라고 함)와, (B) 엘라스토머, 가교 고무, 및 동적 가교 수지중 적어도 1종(이하, 「엘라스토머 등」이라고 함)을 함유하는 수지 조성물은, 흡수성이 낮고, 우수한 치수 안정성이 얻어지며, 유연하고 상대재에의 피트성이 우수하고, 또한 오일 중에서의 마찰 계수가 낮기 때문에, 이 수지 조성물로 구성되는 시일 링은 높은 시일 성능 및 저마찰을 실현할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다. 즉, 본 발명의 시일 링은, (A) 폴리프탈아미드와, (B) 엘라스토머, 가교 고무, 및 동적 가교 수지 중 적어도 1종을 함유하는 수지 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

PPA 및 엘라스토머 등을 함유하는 본 발명의 시일 링은 흡수성이 낮기 때문에, 우수한 치수 안정성이 얻어진다. 또한, 본 발명의 시일 링은 유연한 재료로 구성되기 때문에, 상대재에의 피트성이 우수하여, 낮은 유압에서도 상대재에 밀착하고, 극저 유압하에서도 오일의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, AT에 장착된 경우에는, 발진시의 에너지 손실을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한 본 발명의 시일 링은 자기 윤활성을 갖는 PPA를 함유하고, 오일 중에서의 마찰 계수(μ)가 낮기 때문에, 우수한 미끄럼 이동 특성이 얻어진다. 또한 본 발명의 시일 링에서는 절삭분 등의 이물을 유연한 시일 링 재료 중에 끌어들임으로써, 어그레시브 마모의 발생이 방지되어, 상대재의 마모가 저감된다.

도 1은 마찰 및 오일 누설량 측정 장치를 도시하는 개략도이다.

이하에 본 발명의 시일 링에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 시일 링은, PPA 및 엘라스토머 등을 함유하는 혼합물을 포함한다. 본 발명에서, PPA와 엘라스토머 등의 혼합 방법은 특별히 한정되지 않지만, 생산성 등을 고려하면 기계적 혼합이 바람직하다. 기계적 혼합법으로서는, 일반적으로 믹싱 롤이나 압출 성형기 등의 강력한 혼합기를 이용한 용융 혼합이 행해진다. 본 발명에서는, 이러한 제법에 의해 얻어진 폴리머 얼로이가 바람직하게 이용된다.

본 발명의 시일 링에서의 PPA와 엘라스토머 등의 혼합비(질량)는 수지 재료의 경도 및 탄성률을 고려하면 2:8∼8:2인 것이 바람직하다. PPA와 엘라스토머 등의 혼합비를 상기 범위로 함으로써, 상대재에의 피트성이 우수하고, 흡수성이 낮은 수지 재료가 얻어지기 때문에, 시일 링의 극저 유압하에서의 시일 특성이 더 향상한다. PPA와 엘라스토머 등의 혼합비는 7:3∼5:5로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 이용하는 PPA로서는, 폴리헥사메틸렌이소프탈아미드(나일론 6I), 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드(나일론 6T), 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드/폴리헥사메틸렌이소프탈아미드 코폴리머(나일론 6T/6I), 폴리카프라미드/폴리헥사메틸렌테레프탈아미드 코폴리머(나일론 6/6T), 폴리카프라미드/폴리헥사메틸렌이소프탈아미드 코폴리머(나일론 6/6I), 폴리헥사메틸렌아디파미드/폴리헥사메틸렌테레프탈아미드 코폴리머(나일론 66/6T), 폴리헥사메틸렌아디파미드/폴리헥사메틸렌이소프탈아미드 코폴리머(나일론 66/6I), 폴리트리메틸헥사메틸렌테레프탈아미드(나일론 TMDT), 폴리노나메틸렌테레프탈아미드(나일론 9T), 폴리운데카메틸렌테레프탈아미드(나일론 11T), 폴리(2-메틸펜타메틸렌)테레프탈아미드(나일론 M5T), 폴리(2-메틸펜타메틸렌)이소프탈아미드(나일론 M5I), 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드/폴리-2-메틸펜타메틸렌테레프탈아미드 코폴리머(나일론 6T/M5T) 등이 이용된다. 이들의 PPA는 단독으로 이용하여도, 2종 이상을 혼합하여 이용하여도 좋다.

상기 PPA 중에서도, 흡수성이 낮은 점에서는, 나일론 9T가 바람직하고, 미끄럼 이동 특성을 고려하면, 나일론 6T/6I, 나일론 6T/M5T가 바람직하다.

PPA의 시판품으로서는, 솔베이 어드밴스드 폴리머즈 주식회사 제조 아모델 폴리프탈아미드(ET-1001), 듀퐁 주식회사 제조 자이텔(HTN FE18502), 주식회사 쿠라레 제조 제네스타(N1001A), 미쓰이카가쿠 주식회사 제조 아렌(AE4200) 등을 들 수 있다.

본 발명의 시일 링은, PPA를, 엘라스토머, 가교 고무, 및 동적 가교 수지의 적어도 1종과 혼합함으로써 얻어진다. 본 발명에 이용하는 엘라스토머는 특별히 한정되지 않지만, 이하의 열가소성 엘라스토머 등이 바람직하게 이용된다. 엘라스토머의 융점은 혼합하는 PPA의 융점과 가까운 쪽이 바람직하고, 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한 분해 온도는 320℃ 이상이 바람직하고, 비카트 연화점은 125℃ 이상이 바람직하며, 표면 경도(듀로미터 경도 A)는 80 이하, 탄성률은 300 MPa 이하가 바람직하다. 이러한 열가소성 엘라스토머를 이용함으로써, 혼합 후에도 열물성이 손상되지 않고, 유연하고 미끄럼 이동성이 우수한 폴리머 얼로이를 얻을 수 있다.

열가소성 엘라스토머로서는, 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머, 실리콘계 엘라스토머, 부타디엔계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 폴리스티렌계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 엘라스토머는, 1종을 이용할 수도 있지만, 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다. 상기 엘라스토머 중에서도 사출 성형성 및 내열성이 우수한 점에서, 폴리에스테르계 엘라스토머 및 폴리아미드계 엘라스토머가 바람직하다.

폴리에스테르계 엘라스토머의 시판품으로서는, 도레이·듀퐁 주식회사 제조 「하이트렐」, 도요보세키 주식회사 제조 「펠프렌」, 및 미쓰비시카가쿠 주식회사 제조 「프리말로이」 등을 들 수 있고, 폴리아미드계 엘라스토머의 시판품으로서는, ARKEMA사 제조 「페박스」, 우베코산 주식회사 제조 「UBESTAXPA」 등을 들 수 있다.

엘라스토머 대신에, 또는 엘라스토머와 함께 가교 고무를 첨가할 수도 있다. 가교 고무로서는, 천연 고무, 합성 이소프렌 고무(IR), 불소 고무, 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부티디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 고무(NBR), 부틸 고무(IIR), 할로겐화부틸 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들의 가교 고무는, 1종을 이용할 수도 있지만, 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.

엘라스토머 및 가교 고무 대신에, 또는 엘라스토머, 가교 고무와 함께 동적 가교 수지를 첨가할 수도 있다. 동적 가교 수지는, 열가소성 수지상 중에 가교 고무상이 분산된 구조를 갖는다. 동적 가교 수지에 이용되는 열가소성 수지는, 특별히 한정되지 않고, 폴리에스테르, 폴리아미드(PA) 등을 들 수 있다. 한편, 고무는, 특별히 한정되지 않고, 예컨대 천연 고무, 시스-1,4-폴리이소프렌, 하이시스폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 공중합체 고무, 에틸렌-프로필렌 고무(EPM), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPDM), 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 공중합체 고무, 아크릴 고무 등을 들 수 있다.

동적 가교 수지는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예컨대 미리 미가교의 고무 성분 중에 가교제를 혼합하고, 열가소성 수지 성분과 미가교의 고무 성분을 2축 압출기를 이용하여, 용융 혼련함으로써, 고무 성분의 분산과 가교를 동시에 행할 수 있다. 이러한 동적 가교 수지는 시판품으로서 입수할 수도 있다. 예컨대 폴리에스테르 수지 중에 아크릴 고무가 분산된 동적 가교 수지의 시판품으로서는, 듀퐁 주식회사 제조 「ETPV」, 니치유 주식회사 제조 「노프얼로이」 등을 들 수 있다. 또한 폴리아미드 수지 중에 아크릴 고무가 분산된 동적 가교 수지의 시판품으로서는, 니혼제온 주식회사 제조 「제오섬」 등을 들 수 있다.

본 발명의 시일 링을 구성하는 수지 조성물에는, 무기 충전재로서, 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 탄화규소 섬유 등의 섬유상 무기 충전재를 첨가하는 것이 바람직하다. 섬유상 무기 충전재의 첨가에 의해, 시일 링의 내마모성, 기계적 강도 및 내크리프 특성이 향상되고, 우수한 시일 특성이 얻어져, PV값이 높은 영역에서의 사용도 가능해진다. 상기 섬유상 무기 충전재 중에서도 탄소 섬유, 유리 섬유가 바람직하고, 탄소 섬유로서는, PAN계 탄소 섬유나 피치계 탄소 섬유가 바람직하다. 이들 섬유상 무기 충전재의 평균 섬유 길이는 50 ㎛∼500 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 100 ㎛∼300 ㎛로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 카본 나노 튜브는, 보강 기능을 발휘하는 섬유상 무기 충전재로서 기능하는 것뿐만 아니라, 후술하는 바와 같은, 미끄럼 이동 특성을 향상시키기 위한 충전재로서도 유효하다.

본 발명에서는, 상기 섬유상 무기 충전재 대신에, 또는 상기 섬유상 무기 충전재와 함께, 내마모성이나 미끄럼 이동 특성 등을 향상시킬 목적으로, 그 외 입상충전재를 첨가할 수 있다. 그 외 충전재로서는, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 탈크, 운모, 마이카, 이황화몰리브덴, 유리 비드, 흑연, 풀러렌, 무연탄 분말, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 티탄산칼륨, 질화붕소, PTFE 분말 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 이황화몰리브덴, 흑연, 질화붕소, PTFE분은 윤활성을 부여하는 충전재로서 유효하고, 이들 충전재를 첨가함으로써, 가혹한 사용 환경에서도 우수한 미끄럼 이동 특성이 얻어진다.

입상 충전재의 평균 입경은 40 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10 ㎛∼30 ㎛로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 평균 입경이 서브마이크론 오더의 미립자, 및 평균 입경이 100 ㎛ 이상의 거대 입자는, 재료의 취성의 원인이 될 가능성도 있기 때문에, 이러한 경우는, 입상 충전재로부터 제거하는 것이 바람직하다.

상기 충전재의 합계 첨가량은, 시일 링을 구성하는 수지 조성물 전체의 질량에 대하여, 10 질량%∼50 질량%로 하는 것이 바람직하다. 이 범위에서 충전재를 첨가함으로써, 우수한 기계적 강도 및 미끄럼 이동 특성이 얻어져, 장기간에 걸쳐 보다 우수한 시일 특성을 유지할 수 있다.

본 발명의 시일 링의 표면 경도는, 후술하는 방법으로 측정하는 듀로미터 경도로 60∼75의 범위로 하는 것이 바람직하다. 시일 링의 표면 경도를 이 범위로 함으로써, 오일 중에 절삭분 등의 오염 물질이 존재하여도, 오염 물질을 시일 링 재료의 내부에까지 끌어들일 수 있다. 이 때문에 어그레시브 마모의 발생을 효과적으로 방지할 수 있어, 상대재의 마모를 대폭 저감할 수 있다. 또한, 표면 경도가 상기 범위이면, 충분한 탄성을 갖기 때문에, 조립성도 양호하다.

상기 재료의 혼합 방법은, 특별히 한정되지 않고, 공지의 방법이 이용된다. 예컨대, 단축 압출기, 2축 압출기, 롤, 니더, 벤버리 믹서 등에 의한 가열 용융 혼련 등을 들 수 있다.

또한, 장착성을 고려하면, 본 발명의 시일 링은 합구(合口)를 형성하는 것이 바람직하다. 합구 형상은 특별히 한정되지 않고, 직각(스트레이트) 합구, 경사(앵글) 합구, 단차식(스텝) 합구 외, 더블 앵글 합구, 더블 컷 합구, 및 트리플 스텝 합구 등을 채용할 수 있다. 합구 간극부에의 오일의 유통을 차단하여, 시일성을 향상시키기 위해서는, 더블 앵글 합구, 더블 컷 합구, 및 트리플 스텝 합구가 바람직하다.

실시예

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1∼5)

표 1에 나타내는 배합 비율로, PPA 및 엘라스토머 등을 압출기에 투입하고, 온도 320℃, 스크류 회전수 100 rpm, 분체 공급 회전수 65 rpm의 조건으로 혼합하여 팰릿을 얻었다. 얻어진 팰릿의 직경은 약 3 ㎜이며, 길이는 3 ㎜∼4 ㎜였다. 다음에, 이 팰릿과, 표 1에 나타내는 배합 비율의 충전재를 압출기에 투입하고, 온도 320℃, 스크류 회전수 50 rpm, 분체 공급 회전수 65 rpm으로 혼합하여 복합 수지 팰릿을 얻었다. PPA, 엘라스토머 및 충전재는 이하의 시판품을 이용하였다.

얻어진 복합 팰릿을 사출 성형하여, 각종 측정 시료를 제작하였다. 표면 경도 측정용에는 덤벨 시험편(JIS-K7113 2호형 시험편)을, 충격값 및 굽힘 탄성률 측정용에는 스트립 시험편(ISO178, 179, 80×10×4 ㎜)을 제작하였다. 또한, 오일 중에서의 마찰 계수(μ), 극저 유압하에서의 오일 누설량, 및 마모량 측정용에는, 호칭경(외경) 50.0 ㎜, 폭 2.0 ㎜, 두께 2.0 ㎜의 특수 스텝 합구를 갖는 링형 테스트 피스를 제작하였다. 사출 성형시의 금형 온도는 150℃, 성형 온도는 310℃∼330℃, 사출 속도는 50 ㎜/sec로 하였다. 또한, 성형 압력은 링형 테스트 피스에서는 75 MPa, 덤벨 시험편 및 스트립 시험편에서는 110 MPa로 하였다. 이하의 방법에 따라, 각 시료의 표면 경도, 충격값, 굽힘 탄성률, 오일 중에서의 마찰 계수(μ), 극저 유압하에서의 오일 누설량 및 오염 조건에서의 자기 마모량과 상대재 마모량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

A. 수지

A-1. 나일론 6T/M-5T: HTN FE18502(듀퐁 주식회사 제조)

A-2. 나일론 9T: N1001A(주식회사 쿠라레 제조)

A-3. 나일론 66: A1030BRL(유니치카 주식회사 제조)

A-4. PPS: 토레리나 A900(도레이 주식회사 제조)

B. 엘라스토머

B-1. 폴리에스테르계 엘라스토머: 하이트렐(도레이·듀퐁 주식회사 제조)

B-2. 폴리에스테르 수지/아크릴 고무계 동적 가교 수지: ETPV 90A01 NC010, 경도 쇼어 A87(듀퐁 주식회사 제조)

C. 충전재

C-1. 탄소 섬유: HT C413(도호테낙스 주식회사 제조)

C-2. 유리 섬유: MF06JB1-20(아사히파이버글라스 제조)

C-3. 그래파이트: GA-50(신닛폰테크노카본 주식회사 제조)

(비교예 1 및 2)

표 1에 나타내는 바와 같이, PPA 대신에, 각각 PPS(비교예 1) 및 PA(비교예 2)를 이용한 것 외는 실시예 2와 마찬가지로 하여 혼합 팰릿을 얻었다. 얻어진 팰릿을 실시예 2와 동일한 조건으로, 사출 성형함으로써 측정 시료를 제작하였다. 실시예 2와 같은 방법으로, 각 시료의 표면 경도, 충격값, 굽힘 탄성률, 오일 중에서의 마찰 계수(μ), 극저 유압하에서의 오일 누설량 및 오염 조건에서의 자기마모량과 상대재 마모량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 시일 링용 수지로서는, 일반적으로 PPS 외에 PEEK도 이용되고 있다. 그러나, 통상의 열가소성 엘라스토머는, PEEK의 융점보다 열분해 온도가 낮고, PEEK와 용융 혼합을 할 수 없기 때문에 평가 대상으로부터 제외하였다.

(표면 경도의 측정)

JIS K7215에 기초하여, 듀로미터 경도를 측정하였다.

(충격값의 측정: 샤르피 충격 강도 노치를 냄)

JIS K7077에 기초하여, 샤르피 충격 강도를 측정하였다.

(굽힘 탄성률의 측정)

JIS K7171에 기초하여, 굽힘 강도, 굽힘 왜곡을 측정하여, 굽힘 탄성률을 산출하였다. 또한 후술하는 상대 습도 80%∼85%의 고습도 조건하에 방치한 시료에 대해서도 마찬가지로 굽힘 강도, 굽힘 왜곡을 측정하여, 굽힘 탄성률을 산출하였다.

(오일 중에서의 마찰 계수(μ), 및 극저 유압하에서의 오일 누설량의 측정)

실시예 1∼5 및 비교예 1, 2의 링형 테스트 피스를, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유압 회로를 설치한 알루미늄 합금 다이캐스트제(Si: 10 mass%) 고정축의 외주면에 형성된 축 홈에 장착하고, 시험 장치에 설치하였다. 다음에, 알루미늄 합금 다이캐스트제(Si: 10 mass%) 하우징을 장착하고, 회전수 2680 rpm(7.0 m/s)으로 회전시켜, 시험 장치에 부착한 토크 검출기로부터 검출한 회전 토크·손실로부터 오일 중에서의 마찰 계수(μ)를 산출하였다. 또한 동시에 오일 누설량을 측정하였다. 또한, 여기서, 오일은 ATF를 이용하고, 오일 온도는 120℃, 유압은 0.1∼2.0 MPa의 범위에서 단계적으로 변화시켜 계측하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 오일 누설량은, 비교예 1의 오일 누설량을 100으로 하여 상대값으로 나타내었다.

또한 각각의 링형 테스트 피스를 실온(23℃), 상대 습도 80∼85%로 유지한 데시케이터 안에서 42일간(1000시간) 방치하였다. 방치 후, 상기한 방법으로 재차 오일 누설량을 측정하였다. 측정 결과를 방치 후의 오일 누설량으로서 표 1에 나타내었다.

(오염 조건의 자기 마모량 및 상대재 마모량의 측정)

실시예 1∼5 및 비교예 1, 2의 링형 테스트 피스를, 도 1에 도시하는 시험 장치에 장착하였다. 유압 입구에 소정량의 오염 물질을 투입하고, ATF에 혼입하였다. 오염 물질은, 알루미늄 합금 다이캐스트의 절삭분으로 하고, 금속 필터에 의해 25 ㎛ 이상의 조대분을 제거하여 이용하였다. 회전 속도를 0 rpm으로부터 1340 rpm(3.5 m/s), 유압을 0 MPa로부터 2.0 MPa로 올리고, 1340 rpm, 2.0 MPa에서 2시간 운전 후, 15분간 정지하는 패턴을 200 시간 반복하였다. 시험 후, 링 및 축·하우징의 마모량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 각각의 마모량은 비교예 1의 마모량을 100으로 하여 상대값으로 나타내었다.

PPA를 이용한 실시예 1∼5에서는, PPS를 이용한 비교예 1에 대하여, 표면 경도가 5∼15% 정도 낮고, 충격값은 비교예 1의 1.2∼2.6배까지 상승하는 것이 확인되었다. 이것으로부터 경질의 PPS를 이용한 수지 조성물보다, 유연한 PPA와 엘라스토머를 함유하는 본 발명의 수지 조성물 쪽이 유연하고 인성이 높은 것을 알았다. 여기서, 실시예 1과 2를 비교하면, PPA와 엘라스토머의 총합에 대한 엘라스토머의 비율이 높은 실시예 2 쪽이 경도가 낮고, 충격값이 높아지는 경향이 확인되었다. 또한 실시예 5에서는, 다른 실시예에 비해 충격값이 대폭 높아졌고, 통상의 폴리에스테르계 엘라스토머에 비해, 동적 가교 수지는 수지 조성물의 충격값의 향상에 유효한 것을 알았다.

한편, 실시예 1∼5의 굽힘 탄성률은, 비교예 1에 비해 낮았다. 특히, 충전재로서 탄소 섬유 대신에 유리 섬유를 이용한 실시예 4의 굽힘 탄성률은 낮아, 다른 실시예의 1/2 이하의 값이 되었다. 또한 실시예 1∼5의 오일 중에서의 마찰 계수(μ)는, 비교예 1보다 낮은 것이 확인되었다. 이것은, PPA의 자기 윤활 작용에 의한 것으로 생각된다.

실시예 1∼5의 극저 유압하에서의 오일 누설량(방치 전)은, 비교예 1에 비해, 10∼20% 정도 감소하는 것을 알았다. 실시예 1∼5에서는, 비교예 1에 비해, 표면 경도 및 굽힘 탄성률이 저하되어 있다. 이것으로부터, 실시예에서는, 보다 낮은 유압에 반응하여 시일 링이 확대되고, 상대재에 밀착하기 쉬워지기 때문에, 극저 유압하에서 우수한 시일 기능을 발휘했다고 생각된다.

PA(나일론 66)를 이용한 비교예 2에서는, 충격값 및 굽힘 탄성률 모두 실시예와의 사이에 큰 상위는 확인되지 않았다. 또한, 방치 전의 극저 유압하에서의 오일 누설량은 실시예보다는 많지만 비교예 1보다 적은 것을 알았다. 그러나, 비교예 2의 시료를 고습도하에 방치하는 것에 의해, 체적이 팽창하고, 합구 간극(S1)이 소실되어, 링 홈에의 조립을 할 수 없게 되었기 때문에, 그 후의 평가는 중지하였다. 또한, 비교예 2에서는, 고습도하에 방치 후에는 굽힘 탄성률도 대폭 저하되어 있고, 흡수에 의한 물성 변화가 확인되었다.

이것에 대하여, 실시예 1∼5에서는, 고습도하에 방치 후에도 비교예 2와 같은 문제는 생기지 않고, 극저 유압하에서의 오일 누설량은 낮으며, 우수한 시일 특성이 유지되는 것을 알았다. 이것은, PPA와 엘라스토머를 함유하는 본 발명의 수지 재료는 흡수성이 낮고, 고습도하에서도 체적 팽창이 거의 생기지 않기 때문이라고 생각된다. 또한, 실시예 1∼5에서는, 고습도하에 방치 후에도 굽힘 탄성률에 거의 변화는 확인되지 않았다.

또한, 실시예 1∼5의 오염 조건의 마모량은, 비교예 1에 비해, 자기 마모량이 5∼25% 정도, 상대재 마모량이 40∼55% 정도 감소하는 것을 알았다. 이것은, 실시예 1∼5에서는 오일 중에서의 마찰 계수(μ)가 낮은 것에 기인하고 있다고 생각된다. 또한, 특히 상대재 마모량의 저감률이 큰 것은, 실시예의 재료가 유연하기 때문에, 오일 중의 오염 물질을 재료 중에 끌어들임으로써, 어그레시브 마모가 억제되었기 때문이라고 생각된다. 또한, 오염 물질을 가하지 않는 조건에서는, 나일론 9T를 이용한 실시예 3에 비해, 나일론 6T/M-5T를 이용한 실시예 2가 우수한 미끄럼 이동 특성을 나타내었다.

비교예 2에서는, 오염 조건의 마모량이 비교예 1보다 증가하였다. 특히, 자기 마모량은 150%를 초과하여, 대폭 증가하였다. 이 원인으로서는, PA(나일론 66)의 유리 전이점이 낮은 것이나 치수 안정성이 낮은 것이 생각된다. 한편, 상대재 마모도 비교예 1보다 더 증가하였다. 비교예 1에 비해 표면 경도가 저하되어 있음에도 불구하고, 상대재 마모량이 증가한 원인으로서는, 비교예 2에서는, 오염 물질을 재료 내부에까지 끌어들일 수 없었기 때문에, 오염 물질의 끌림에 의해 상대재를 마모하기 쉬워진 것으로 생각된다.

사출 성형 가능하고, 유연성이 우수한 본 발명의 시일 링은, 무단 변속기(Continuously Variable Transmission, 이하, 「CVT」라고 함)용 시일 링에도 적용할 수 있다.

1: 오일 비산 방지 커버, 2: 하우징, 3: 축, 4: 축 홈, 5: 평가용 링, 6: 드레인 구멍, 7: 전환 밸브, 8: 누설 배출관, 9: 유압 입구, 10: 유압 출구

Claims

(A) 폴리프탈아미드와, (B) 엘라스토머, 가교 고무, 및 동적 가교 수지로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 수지 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시일 링.
제1항에 있어서, 상기 (B)가 동적 가교 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시일 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리프탈아미드가, 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드/폴리헥사메틸렌이소프탈아미드 코폴리머, 폴리노나메틸렌테레프탈아미드, 및 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드/폴리-2-메틸펜타메틸렌테레프탈아미드 코폴리머로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 시일 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 조성물이 또한 (C) 탄소 섬유, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕소 섬유, 탄화규소 섬유, 카본 나노 튜브, 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 탈크, 운모, 마이카, 이황화몰리브덴, 유리 비드, 흑연, 풀러렌, 무연탄 분말, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 티탄산칼륨, 질화붕소, PTFE 분말로부터 선택되는 적어도 1종의 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는 시일 링.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시일 링의 표면 경도가, 듀로미터 경도로 60∼75인 것을 특징으로 하는 시일 링.