KR20150065091A - 저마찰 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마모특성 및 마찰특성이 우수한 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물을 제공한다. 본 발명의 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물은, ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함하는 폴리머와, ISAF급 카본 블랙과, 흑연과, 질화붕소를 포함하는 충진보강제를 포함하는 것으로, 폴리머 100 중량부 대비, 상기 카본 블랙의 함량은 30 내지 50 중량부이고, 흑연의 함량은 30 내지 60 중량부이며, 질화붕소는 1 내지 5 중량부이다.

Description

디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물{A RUBBER COMPOSITE FOR DIFFENTIAL SIDE OIL SEAL}
본 발명은, 차동장치 하우징에 설치되어 구동축과의 누유를 방지하는 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물에 관한 것이다.
차동장치는 한 개의 기어가 다른 기어의 둘레를 회전하면서 동력을 전달하는 장치이다. 통상적으로 차동장치는 자동차의 차축의 중앙부에 장착되며 자동차가 커어브를 돌아갈 때 양측을 다른　속도로 회전 시켜서 운행을 원활하게 한다. 상기 차동장치는 바퀴 구동축과 연결된다.
상기 차동장치 하우징의 상기 바퀴 구동축이 삽입되는 홀에는 디프렌셜 사이드 오일씰이 형성된다. 상기 디프렌셜 사이드 오일씰은 차동장치 하우징과 상기 바퀴 구동축과 연결되는 회전 샤프트 사이에 개재되어서, 상기 차동장치 하우징 내의 오일이 외부로 누출되거나, 외부로부터 먼지 등 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
상기 디프렌셜 사이드 오일씰의 장착위치의 예는 도 1과 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디프렌셜 사이드 오일씰(10)은 차동기어 하우징(1)에 설치된다. 상기 차동기어 하우징(1) 내에는 차동기어 어셈블리(미도시)가 수납된다. 상기 디프렌셜 사이드 오일씰(10)은, 상기 차동기어 어셈블리의 출구측에 상기 기어와 연결하여 회전하며 바퀴 구동축(5)과 슬리브 결합된 회전 샤프트와 차동기어 하우징(1) 사이에 개재된다.
최근 자동차 시장에서 연비개선 및 내구성 향상에 대하여 꾸준히 요구되고 있으며, 따라서 디프렌셜 사이드 오일씰에서도 토르크 감소 및 물리적 성질의 개선이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마찰계수를 줄이는 동시에, 기계적 물성치가 우수한 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물은, ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함하는 폴리머와, ISAF급 카본 블랙과, 흑연과, 질화붕소를 포함하는 충진보강제;를 포함하는 것으로, 폴리머 100 중량부 대비, 상기 카본 블랙의 함량은 30 내지 50 중량부이고, 흑연의 함량은 30 내지 60 중량부이며, 질화붕소는 1 내지 5 중량부이다.
이 경우, 상기 충진보강제는, 폴리머 100중량부 대비 15 내지 30중량부를 가진 탄소 섬유(carbon fiber)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흑연은 석유 코크의 흑연화에 의해 수득된 합성흑연일 수 있다.
상기 흑연은 폴리머 100 중량부에 대하여 55 내지 60 중량부를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 주 충진제로 흑연을 포함시켜서 기계적 물성을 보강함과 동시에 윤활성을 향상시킨다. 또한, 부 충진제로 질화 붕소를 적용함으로써 전기 절연성 및 내열성을 향상시킨다. 그 결과, 연비 개선 및 고효율화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디프렌셜 사이드 오일씰이 장착되는 차동기어 하우징을 도시한 사시도이다.
도 1은 통상적인 디프렌셜 사이드 오일씰이 장착되는 차동기어 하우징을 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명인 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물은 폴리머를 포함하여 이루어지며, 상기 폴리머는 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함한다. ACM 고무는 종래의 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물의 폴리머로 사용되는 활성염소기 타입을 선택할 수 있다. 이와 달리 ACM 고무는 내열성 및 내압축성이 우수한 카르복실기를 포함할 수도 있다. 이러한 카르복실기를 포함하는 ACM 고무는 불소고무보다 가격이 저렴하여 고무 조성물 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
이 경우, 상기 ACM고무는 에틸아크릴레이트 함량이 상기 ACM고무에서 40wt% 내지 60wt%인 것이 바람직하다. 이는 상기 에틸아크릴에이트 함량이 60wt%를 초과하는 경우 저온 유연성이 열화되고, 상기 에틸아크릴에이트 함량이 40wt% 미만인 경우에는 내열성 등의 물리적 특성이 열화되기 때문이다.
충진보강제는, 기계적 강도를 보충하고 내압성 등의 물성을 보완하기 위한 것인데, ISAF(Intermediate　Super　Abrasion　Furnace Black)급 카본 블랙과, 흑연과, 질화붕소를 포함한다.
ISAF급 카본 블랙은 높은 보강성 및 비마모성을 가진다. 반대로, 상기 ISAF급 카본 블랙은 윤활성이 저하된다는 문제점이 있다.
이를 보강하기 위하여, 충진보강제는 흑연을 더 포함한다. 흑연은 일반적으로 탄소원자의 비-밀집형 육각판상구조를 가진다. 상기 흑연은 고무재료의 기계적물성을 보강함과 동시에 윤활성을 가져 고무의 마찰계수를 저하시키는 기능을 한다. 마찰계수가 저하되면, 토르크를 감소시키게 되어서 고효율화가 가능하게 된다.
이 경우, 상기 흑연은 천연 흑연일 수 있다.
이와 달리 상기 흑연이 합성 흑연일 수 있다. 일차 합성 흑연은 석유 정제후 남는 석유코크(petroleum coke)가 흑연화 공정을 거쳐 제조된다. 이차 합성 흑연은 하소된 석유코크를 첨가물 없이 2,800℃까지 가열하여 얻는다. 이러한 합성 흑연은 비교적 고순도로 정향배열을 함으로써 보다 마찰계수를 줄일 수 있다.
한편 충진보강제는 질화붕소(Boron Nitride)를 더 포함한다. 질화붕소는 붕소와 질소가 1:1로 화합하여 흑연과 거의 같은 결정 구조를 갖고 있다.
상기 질화붕소는 공기 중에서는 600℃ 전후에서 산화하여 B2O3가 되지만, N2 중에서는 2000℃ 이상의 내열성을 갖고 있다. 또 영률이 작기 때문에 내열 충격성도 우수하다. 흑연의 동소체(同素體)로서 다이아몬드가 존재하는 것과 마찬가지로, 질화붕소에도 CBN 등의 고압상(高壓相)이 존재하여 다이아몬드와 마찬가지의 큰 경도를 나타내며, 물성적(物性的)으로도 흑연과 유사한 점이 많다. 결합 양식은 공유결합(共有結合)을 주체로 하지만 흑연에 비해서 이온 결합성의 비율이 크고, 금속 결합성이 없다.
상기 질화붕소는 우수한 내열특성 및 전기절연성 특징으로 인하여, 전자부품에 주로 사용된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 질화불소가 흑연과 유사한 물성을 가지고 있으므로 마찰특성이 개선된다. 이와 더불어 질화불소를 충진보강제로 사용하면 내열성이 향상되는데, 이를 통하여 고온에서도 윤활 특성이 유지된다는 장점이 있다.
이 경우, 폴리머 100 중량부 대비, 상기 카본 블랙의 함량은 30 내지 45 중량부이고, 흑연의 함량은 35 내지 60 중량부이며, 질화붕소는 1 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.
즉, 흑연을 주 충진보강제로 사용하여 윤활성을 향상시킴으로써 폴리머의 마찰계수를 저하시키는 기능을 할 수 있다. 이와 더불어, 질화붕소를 첨가하여서 내열성을 향상시켜서 고온에서도 마찰계수가 유지되는 기능을 할 수 있다.
이 경우, 상기 흑연을 35중량부 미만을 첨가할 경우에는 마찰계수 저감효과가 감소하는 문제점이 있고, 상기 흑연이 60중량부를 초과하는 경우 기계적 물성이 감소하는 문제점이 있다. 보다 바람직하게는 상기 흑연은 폴리머 100 중량부에 대하여 40 내지 45 중량부인 것이 바람직하다.
또한 상기 질화붕소를 1 중량부 미만을 첨가할 경우에는 마찰계수 감소 효과가 미비하며, 상기 질화붕소가 5 중량부를 초과하는 경우 제조단가의 상승으로 양산성이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물은 노화방지제와, 가공조제와, 가교제와, 가교조제와 촉진제를 포함할 수 있다.
가공조제는 고무 조성물을 혼합하여 믹싱(Mixing)하는 과정에서 폴리머들이 다른 배합 재료들과 균일하게 섞일 수 있도록 도와주고, 고무 조성물의 점도를 조절하여 과도한 점착성이나, 점착성이 부족해지는 현상을 방지하는 역할을 한다. 이 뿐만 아니라, 가공조제는 낮은 온도에서도 믹싱 작업이 순조롭게 이루어질 수 있게 한다. 본 실시예에 따르면, 가공조제는 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 가공조제는 스테아린산일 수 있다.
가교제 및 가교조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 본 실시예에 따르면, 가교제 및 가교조제는 각각 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 가교제 및 가교조제로서는 스테아르산(酸)나트륨(sodium stearate), 황(sulfur), 스테아린산칼륨(potassium stearate)을 포함할 수 있다.
노화 방지제(antioxidant)는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 산화방지제와 같은 작용을 갖는 것이 많기 때문에 산화방지제라고도 한다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다.
본 발명에서는 노화 방지제로 4-4' -비스(디메틸벤질)디페닐아민 (4,4' -Bis(dimethlbenzyl)diphenylamine)으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 노화 방지제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
촉진제는 가류 시간을 단축할 수 있고, 가류 온도를 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라 가류제의 사용량도 감소시킬 수 있다. 본 실시예에 따르면, 촉진제는 다이-오-토릴 구아디닌(di-o-tolyl guanidine)으로서, 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 이루어진 것이 바람직하다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 ?퓰첼?라고 칭함.)을 종래의 디프렌셜 사이드 오일씰에 적용되는 고무조성물(이하, 편의상 ?呪냄?라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 ?퓰첼?라고 칭함.)을 종래의 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물 (이하, 편의상 ?呪냄?라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예와 비교예의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다. 표 1에 따르면, 실시예의 경우 비교예와 달리, 충진보강제로 흑연 및 질화붕소를 배합하여 제작되었고, 입자경이 작은 카본블랙을 사용하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 NOXTITE PA404N1 ) 100 100
충진보강제 FEF2 ) 40 0
Graphite G6S3 ) 0 40
BORONID S1-SF4 ) 0 3
ISAF5 ) 40 40
DONACRABO S-2404N6 ) 20 20
노화방지제 KY-4057) 2 2
가교(조)제 NS-SOAP8 ) 3.5 3.5
SULFUR9 ) 0.3 0.3
SK-110) 1 1
가공조제 STEARIC ACID11 ) 1 1
1) NOXTITE PA404N : ACM, UNIMATEC
2) FEF : N550, OCI
3) Graphite G6S : Carbon, 中越黑鉛工業㈜
4) Boronid S1-SF : Boron Nitride, ESK
5) ISAF : Carbon Black N220, Orion Engineered Carbons
6) DONACRABO S-2404N : Carbon Fiber, OSAKA GAS CHEMICAL
7) KY-405 : 4-4'-Bis(4-α,α'-dimethyl benzyl) diphenylamine, 선화인글로벌
8) NS-SOAP : Sodium Stearate, KaO Corp.
9) SULFUR : Sulfur, 미원상사
10 : SK-1 : Potassium Stearate, Nippon oil & Fats co.,LTD
11) Stearic Acid : 스테아린산, LG
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 의 고무 조성물과 그 비교예들을 ATF 침지 시험과, 내열성 시험, 마찰 시험 및 마모특성 시험 결과를 나타낸다.
내열 시험은 온도가 150℃에서 70시간 실시예와 비교예를 방치한 후에 경도변화를 측정하였다. 이 경우, KS M 6788 규격을 만족하였다.
ATF 침지 시험은 자동변속기 오일에 실시예와 비교예를 150℃에서 70시간 침지시킨 후에 그 체적변화를 보았다. 이 경우, KS M 6789 규격을 만족하였다.
또한, 마찰특성 및 마모특성은 KS M ISO 15113, KS M iso 5470-1 규격을 만족하였다.
내열시험 결과, 흑연을 충진보강제로 사용하더라도, 경도 변화가 없을 알 수 있다.
또한, ATF 시험 결과, 비교예의 경우 체적변화율이 12.0%인 반면, 실시예의 경우 11.4%로, 실시예의 경우가 내 오일유성이 더 우수하거나 최소한 동등함을 알 수 있다.
또한 마찰 특성 및 마모특성은 실시예의 경우가 더 우수함을 알 수 있다.
와 같이 본 발명에 따르면 종래에 비하여, 마모특성 및 마찰특성이 우수함과 동시에, 기계적 물성치는 종래와 적어도 동등하게 됨으로써, 저토르크화가 실현되었다.
항목 비교예 실시예 관련규격
내열시험결과
(150℃×70Hrs)		 경도변화(points) +1 +1 KS M 6788
ATF 침지시험결과
(150℃×70Hrs)		 체적변화율(%) +12.0 +11.4 KS M 6789
마찰특성
HEIDON		 동마찰계수 0.968 0.771 KS M ISO 15113
마모특성 마모율(%) 8.96 7.34 KS M ISO 5470-1
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 차동기어 하우징 5: 바퀴 구동축
10: 디프렌셜 사이드 오일씰

Claims (4)

  1. ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함하는 폴리머; 및
    ISAF급 카본 블랙과, 흑연과, 질화붕소를 포함하는 충진보강제;를 포함하는 것으로,
    폴리머 100 중량부 대비, 상기 카본 블랙의 함량은 30 내지 50 중량부이고, 흑연의 함량은 30 내지 60 중량부이며, 질화붕소는 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진보강제는, 폴리머 100중량부 대비 15 내지 30중량부를 가진 탄소 섬유(carbon fiber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흑연은 석유 코크의 흑연화에 의해 수득된 합성흑연인 것을 특징으로 하는 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흑연은 폴리머 100 중량부에 대하여 55 내지 60 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 디프렌셜 사이드 오일씰용 고무 조성물.
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