KR20160070641A - 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈 - Google Patents

가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 헤드 커버 사출시에 가스켓이 접착제 없이 이중 사출에 의하여 제작 가능한 가스켓 일체형 헤드 커버의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈을 제공한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물은, 폴리머와, 카본 블랙과, 실리카와, 실란 커플링제를 포함한다. 폴리머는 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함한다. 카본 블랙은 상기 폴리머 100중량부 대비 20 내지 30 중량부를 갖는다. 실리카는 상기 폴리머 100중량부 대비 40 내지 50 중량부를 갖는다. 실란 커플링제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 0.7 내지 2 중량부를 갖는다.

Description

가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈{A RUBBER COMPOSITE FOR GASKET OF CYLINDER HEAD COVER MODULE AND CYLINDER HEAD MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 헤드 커버 가스켓용 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 바람직하게는 실린더 헤드와 헤드 커버의 접합면 사이에 설치되어 실린더 헤드 안의 오일이 누출되지 않도록 밀봉하는 헤드 커버 가스켓이 일체로 접합된 실린더 헤드 커버 모듈에서의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 실린더 헤드 커버 모듈에 관한 것이다.
실린더 커버는 실린더 헤드와　헤드커버를 조립하는 부분에 고온·고압에 강하면서 밀봉성이 뛰어난 재질로 만들어진다. 단열성과　내압성이 요구되기 때문에 종래에는 통상적으로, 보통 구리 강판 등의 심재에 고무를 피복하여서 제조되거나, 고무 재질로 제조되었다.
이에 따라서 헤드 커버 가스켓을 별도로 제조하여서, 실린더 헤드와 헤드커버 결합시에 그 사이에 배치시키는 과정이 필요하다. 이는 결과적으로 헤드 커버 가스켓을 위치시키는 데 시간이 오래 걸리고, 잘못 조립된 경우에는 밀봉력이 떨어진다는 문제점이 있다.
이런 문제점을 해결하기 위하여, 헤드 커버와 헤드 커버 가스켓을 일체로 제작된 가스켓 일체형 헤드 커버를 고려해볼 수 있다. 그러나 헤드 커버의 경우에는 플라스틱 소재로 이루어지고, 헤드 커버 가스켓은 고무 소재로 이루어짐으로써, 이들을 접착없이 하나의 이중 사출로 제작되기가 쉽지 않다. 또한, 가스켓의 압축특성을 유지하면서도, 이중 사출에서의 흐름성도 우수할 필요가 있으나 종래의 가스켓의 고무 조성물로서는 이를 이룰 수 없다.
US8,395,691 B2
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 헤드 커버 사출시에 가스켓이 접착제 없이 이중 사출에 의하여 동시에 제작 가능한 가스켓 일체형 헤드 커버의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물은, 폴리머와, 카본 블랙과, 실리카와, 실란 커플링제를 포함한다. 폴리머는 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함한다. 카본 블랙은 상기 폴리머 100중량부 대비 20 내지 30 중량부를 갖는다. 실리카는 상기 폴리머 100중량부 대비 40 내지 50 중량부를 갖는다. 실란 커플링제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 0.7 내지 2 중량부를 갖는다.
상기 가소제는, 상기 폴리머 100중량부 대비 3 내지 5 중량부를 갖는 에테르 에스테르 가소제일 수 있다.
상기 실란 커플링제는 3-아미노프로필-트리에톡시실란일 수 있다.
가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물은, 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가진 헥사메틸렌이아민 카바메이트로 된 가교제와, 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 2 중량부를 가진 인산 에스테르로 된 가공조제를 더 포함할 수 있다.
한편, 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈은, 상기 조성물로 이루어진 고무 재질의 헤드 커버용 가스켓 및 플라스틱 재질의 실린더 헤드 커버가 이중 사출에 의하여, 접착제 없이 일체로 성형된다.
본 발명에 따르면, 가스켓이 헤드 커버와 접착제 없이 하나의 이중 사출 공정에 의하여 제조가능하게 된다. 이에 따라서 비용이 감소하고, 실린더 헤드 및 헤드 커버 사이의 접합 시간이 단축된다.
이하, 본 발명인 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물 및 이를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈을 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버는, 실린더 헤드 커버와, 상기 실린더 헤드 커버와 이중 사출에 의하여 일체로 성형되는 헤드 커버용 가스켓을 포함한다.
상기 실린더 헤드 커버는 플라스틱 소재, 예를 들어 PA66 소재로 이루어진다. 통상적으로, 상기 플라스틱 소재는 고무 소재와 접착하기 위해서는 일반적으로 플라스틱 소재를 먼저 제작하고 난 뒤에, 상기 플라스틱 소재 상에 접착제를 도포한 뒤에, 가류후 상기 플라스틱 소재 상에 고무를 성형한다.
본 발명은 접착제를 개재하지 않고, 실린더 헤드 커버 및 헤드 커버용 가스켓을 일체로 이중 사출에 의하여 제작함으로써, 실린더 헤드 커버 모듈이 제작된다. 이를 위하여, 본 발명의 헤드 커버용 가스켓용 고무가 플라스틱 소재와 성형시에 접착제 없이 접착되도록 하는 고무 조성물이 필요하다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체형 실린더 헤드 커버 모듈용가스켓의 고무 조성물은 폴리머와, 카본블랙과, 실리카와, 실란 커플링을 포함하여 이루어진다.
폴리머는 ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함한다. ACM 고무는 내열성 및 내압축성이 우수한 카르복실기를 포함할 수도 있다.
ACM 고무(아크릴 고무)는, 아크릴릭 에스테르 단량체(Acrylic Ester Monomer)를 주성분으로 하고 여기에 가교반응 가능한 관능기를 가지는 단량체(Cure-site Monomer)로 구성된다. 주성분인 아크릴릭 에스테르는 에틸(Ethyl) 및 부틸(Butyl) 등의 알킬 에스테르(Alkyl Ester)와 메톡시에틸(Methoxyethyl) 및 부톡시에틸(Butoxyethyl) 등과 같은 알콕시알킬 에스테르(Alkoxyalkyl Ester)로 이루어지며, 이 두 성분의 비를 적절히 조합함으로써 아크릴 고무의 내한성 및 내유, 내열성의 특성을 변화시킬 수가 있다.
또한, 가교성 관능기로써는 에폭시(Epoxy)계, 할로겐(Halogen)계, 카복실(Carboxyl)계 등으로 크게 나눌 수가 있으며 관능기의 종류에 따라 가교제의 종류가 달라지며 그 가교고무의 물리적 성질 또한 크게 달라지게 된다.
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.
충진제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 이 경우, 상기 충진제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 60 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙을 포함한다. 상기 카본 블랙은 FEF(N550) 그레이드일 수 있다.
상기 카본블랙만으로 이루어진 충진제는 상기 플라스틱과의 접촉력이 약하다. 따라서 본 발명에서는 충진제로서 실리카(SiO2)를 다량 첨가한다. 이 경우, 카본 블랙은 폴리머 100 중량부 대비 20 내지 30 중량부를 포함시킬 수 있고, 상기 실리카는 상기 폴리머 100 중량부 대비 40 내지 50 중량부를 적용할 수 있다. 실리카의 함량이 40 중량부보다 작게 되면 플라스틱 소재와의 접착력이 떨어지고, 50중량부보다 크면 상대적으로 카본 블랙의 함량이 낮아져서 기계적 물성치가 열화된다.
실리카로 실리콘 디옥사이드(SiO2)인 것이 보다 바람직한데, 이는 실리콘 디옥사이드가 기계적 물성 보강력이 우수하기 때문이다.
실란 커플링제는 상기 실리카계 충진제 및 폴리머 사이를 축합반응을 통하여 결합시킨다. 이 경우, 상기 실란 커플링제는 아미노실란으로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 3-아미노프로필-트리에톡시실란으로 이루어질 수 있다.
상기 아미노실란의 한쪽 말단에는 아미노기가 달려있고 다른 한쪽에는 메톡시기나 에톡시기가 달려있다.
실란은 기본적으로 상온에서 물에 의해 축합반응을 일으켜 고분자화 된다. 아미노실란의 한쪽말단의 에톡시기 또는 메톡시기가 물에 의해 가수분해되어 에탄올 또는 메탄올이 떨어지고 Si-OH기가 되는데 이 Si-OH기가 불안정하여 Siloxane 결합인 Si-O-Si로 결합을 하게 되어 실란이 가교되어 겔화된다. 또한, 상기 아미노실란의 아미노기의 수소가 아크릴 고무의 수산화기와 반응하여서 탈수결합된다.
즉, [반응식 1]에 도시된 바와 같이, 3-아미노프로필-트리에톡시실란은, 실리카와 일정조건, 예를 들어 130℃ 이상에서 1 내지 3분간 혼합 반응하면, 에특시기가 실리카계의 수산화기와 만나서 탈에탄올 결합되어서 실리카/실레인 구조가 된다.
[반응식 1]
Figure pat00001

또한, [반응식 2]에 도시된 바와 같이, 이를 ACM고무 소재의 폴리머와 큐어링하게 되면, 상기 아미노실란의 아미노기에서 수소가 폴리머의 수산화기와 만나서 탈수결합되는 에스터화되어서, 상기 폴리머 및 실리카/실레인 구조 사이가 단단히 결합된다. 이를 통하여 폴리머와 실리카계 충전제가 단단히 결합될 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00002
상기 실란 커플링제는 폴리머 100중량부 대비 0.7 내지 2 중량부의 함량을 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 1 중량부일 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 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 2 중량부로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 가공조제는 인산 에테르일 수 있다. 상기 인산 에테르를 첨가함으로써, 플라스틱과 고무 사이의 접착력을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
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 각각 헥사메틸렌디아민 카바메이트 및 스테아르산(酸)일 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 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물에 적용되는 고무조성물(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, 실리카 및 실란 커플링제를 배합하여 제작되었고, 인산 에스테르를 가공조제로 첨가하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 NOXTITE PA5241 ) 100 100
충진제 FEF2 ) 70 30
KONASIL K-2003) 0 40
커플링제 AMEO4 ) 0 1
노화방지제 NAUGARD 4455) 2 2
가교제 AC66 ) 1 1
가교조제 Stearic Acid7 ) 1 1
가공조제 RL2108 ) 0 1
가소제 RS7359 ) 0 5
촉진제 DT10 ) 2 2
1) NOXTITE PA524 : ACM(Carboxyl Cure Type), UNIMATEC
2) FEF : N550, OCI
3) KONASIL K-200 : SiO2, DCC
4) AMEO : H2N-(CH2)3-Si(OC2H5)3, EVONIC
5) NAUGARD 445 : 4,4'-Di(dimethylbenzyl)diphenylamine, UNIROYAL CHEMICAL
6) Cheminox AC6 : Hexamethylenediamine carbamate, UNIMATEC
7) Stearic Acid : 스테아린산, LG
8) RL210 : Phosphoric ester, TOHO CHEMICAL
9) RS735 : Ether ester type plasticizer, ADEKA CORPORATION
10) DT : Di-o-tolylguanidine , 대내신흥
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 의 고무 조성물과 그 비교예들을 접착박리시험, 내열시험, 및 압축영구줄음율 결과를 나타낸다.
내열 시험 및 압축영구줄음율 시험은 온도가 150℃에서 70시간 실시예와 비교예를 방치한 후에 경도변화 및 줄음율(%0을 측정하였다. 이 경우, KS M 6518 규격을 만족하였다.
접착박리시험은 PA66 소재에 접착제 없이 이중사출로 접착 후에 강제로 박리한 다음 고무잔유율(%)을 확인하였다. 이 경우, KS M 6787 규격을 만족하였다.
접착박리시험 결과, 실시예의 경우 고무잔유율이 98%로 양호함에 반하여, 비교예의 경우에는 고무잔유율이 0%인 것을 알 수 있다.
또한, 내열시험 및 압축영구줄음율은 실시예 및 비교예가 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 종래에 비하여, 접착력이 우수함과 동시에, 기계적 물성치는 종래와 적어도 동등하게 되었다.
항목 비교예 실시예 관련규격
내열시험결과
(150℃×70Hrs)		 경도변화(points) +1 +1 KS M 6518
접착박리시험 고무잔유율(%) 0 98 KS M 6787
압축영구줄음율
(150℃×70Hrs)		 줄음율(%) 10 15 KS M 6518
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.

Claims (5)

  1. ACM(Polyacrylate Elastomer) 고무를 포함하는 폴리머;
    상기 폴리머 100중량부 대비 20 내지 30 중량부를 갖는 카본 블랙;
    상기 폴리머 100중량부 대비 40 내지 50 중량부를 갖는 실리카; 및
    상기 폴리머 100 중량부 대비 0.7 내지 2 중량부를 갖는 실란 커플링제를 포함하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는, 상기 폴리머 100중량부 대비 3 내지 5 중량부를 갖는 에테르 에스테르 가소제인 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실란 커플링제는 3-아미노프로필-트리에톡시실란인 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가진 헥사메틸렌이아민 카바메이트로 된 가교제와;
    상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 2 중량부를 가진 인산 에스테르로 된 가공조제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈의 가스켓용 고무 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 조성물로 이루어진 고무 재질의 헤드 커버용 가스켓 및 플라스틱 재질의 실린더 헤드 커버가 이중 사출에 의하여, 접착제 없이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 실린더 헤드 커버 모듈.
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