KR20170069067A - 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물 - Google Patents

자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물 Download PDF

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장영학
이재석
장용석
곽철규
고재필
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기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 내열성이 우수하면서도 연신율이 우수한
자동차 터보용 인테이크 호스소재의 수지 조성물에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명의 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물에 의하면, 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하고 필요에 따라 산화방지제, 내열안정제, 활제 및 마스터배치를 더 포함함으로써 내구성, 내열성 및 연신율이 우수하고, 기계적 강성, 내압 및 내한 특성이 우수함과 동시에 경량화가 가능하며, 또한 제조 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물{Resin Composition for Intake Hose of Turbo Engine}
본 발명은 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 내열성이 우수하면서도 연신율이 우수한 자동차 터보용 인테이크 호스소재의 수지 조성물에 관한 것이다.
자동차의 엔진이 작동되기 위해서는 연료와 공기가 필요하다. 또한, 엔진은 흡기시스템을 통하여 차가운 공기를 자동차의 외부로부터 공급받는다. 일반적으로 차량의 엔진룸에 장착되는 에어 인테이크 호스(Air Intake Hose)는, 차량의 외부로부터 흡입된 공기를 에어 필터로 보내거나 또는 에어 필터로부터 여과된 깨끗한 공기를 자동차 엔진의 스로틀 바디(Throttle body)로 보내는 통로 역할을 수행하며, 또한 자동차 엔진에 의한 진동을 흡수하는 기능을 수행한다.
상기 에어 인테이크 호스는 엔진의 열온으로부터 오는 열해문제를 방지하기 위한 소재를 사용하여 형성된다. 특히, 디젤 엔진이나 터보차져 엔진의 경우에는 일반 가솔린 엔진보다 엔진열이 매우 높기 때문에 열해 문제가 없는 소재를 사용하는 것이 필수적이다.
그런데 종래의 인테이크 호스는 AEM(Acrylate Ethylene Methyl) 소재를 사용하고, 연결부에서 클램프링을 사용하기 때문에 무게중량 및 자체 비중이 높아서 현 경량화 목적에 어려운 단점을 지니고 있다. 또한 소재의 원가가 높다는 점도 문제점으로 지적되고 있다.
따라서, 엔진 접촉부위의 열해 문제를 방지하면서도, 가벼운 중량의 소재로 인테이크 호스를 형성함으로써 중량을 절감하여 차량 연비를 개선함과 동시에 제조비용을 절감할 수 있는 에어 인테이크 호스 소재의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 터보용 인테이크 호스의 소재로 종래 소재 대비 기계적 강성 및 내열성이 향상됨과 동시에 경량화된 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래 소재에 비하여 내구성 및 경량성이 향상되어 자동차의 연비가 개선됨과 동시에 원가 절감이 가능하며 내열성 및 연신성의 균형을 최적화하고, 기능성 첨가제(Additive)의 부가적인 기능을 통하여 내압 및 내한 특성을 증진시킨 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 인테이크 호스용 수지 조성물에 있어서, 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 폴리아미드 6는 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 폴리프로필렌은 전체 수지 조성물에 대하여 10 내지 20 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 올레핀 엘라스토머 러버는 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 인테이크 호스용 수지 조성물에 있어서, 페놀계(Phenolics) 및 인계(Phosphites) 산화방지제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 페놀계 및 인계 산화방지제는 전체 수지 조성물에 대하여 0.3 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 인테이크 호스용 수지 조성물에 있어서, 황계(Thioethers) 내열안정제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 황계 내열 안정제는 전체 수지 조성물에 대하여 1 내지 2 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 인테이크 호스용 수지 조성물에 있어서, 올레핀계 활제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 올레핀계 활제는 전체 수지 조성물에 대하여 0.2 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물에 의하면, 종래 소재 대비 기계적 강성 및 내열성이 향상됨과 동시에 경량화를 통하여 연비를 향상시킬 수 있으며, 제조 원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래 소재에 비하여 내열성 및 연신성의 균형을 최적화하고, 기능성 첨가제(Additive)의 부가적인 기능을 통하여 내압 및 내한 특성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 에어 인테이크 호스의 사진도.
도 2는 에어 인테이크 호스의 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
일반적으로 차량의 엔진룸에 장착되는 에어 인테이크 호스(Air Intake Hose)는, 외부로부터 흡입된 공기를 에어 필터로 보내거나 에어 필터로부터 여과된 공기를 자동차 엔진의 스로틀 바디(Throttle body)로 보내는 기능을 담당하며, 또한 자동차 엔진에 의한 진동을 흡수하는 기능을 담당하는 부품이다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 에어 인테이크 호스의 예시도로서, 차량용 엔진(200)과 에어 클리너(300) 사이에 에어 인테이크 호스(100)가 연결되어 있음을 확인할 수 있다.
상기 에어 인테이크 호스는 엔진의 열온으로부터 오는 열해문제를 방지하기 위한 소재를 사용하여 형성될 것이 요구된다. 특히, 디젤 엔진이나 터보차져 엔진의 경우에는 일반 가솔린 엔진보다 엔진열이 매우 높기 때문에 열해 문제가 없는 소재를 사용하는 것이 필수적이다.
이에, 종래에는 에어 인테이크 호스의 소재로서 고무, 열가소성 탄성중합체(Thermoplastic elastomer: TPE) 또는 폴리프로필렌(polypropylene: PP) 등의 혼합물이 사용되어 왔고, 이러한 PP(PolyPropylene) 또는 TPE(Thermoplastic Elastomer) 재질은 그 소재가 가볍고 제조단가가 저렴하다는 장점이 있으나, 엔진의 고온에 대한 열해문제가 발생하여 에어 인테이크 호스에 적용하기 곤란하다는 문제점이 있었다.
또한 종래 사용되던 AEM(Acrylate Ethylene Methyl) 소재의 경우에는 무게중량 및 자체 비중이 높아서 경량화 목적에 부합하기 어렵고, 소재의 원가가 높다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점들로 인하여 종래기술의 한계점을 극복할 수 있는 자동차 터보용 인테이크 호스소재의 수지 조성물의 개발이 요구되고 있는 바, 본 발명에서는 상기의 기술적 한계를 극복하여 자동차 터보용 인테이크 호스 제작 시 내구성 및 내열성이 우수하면서도 연신율이 우수한 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 POR(PA6+PP+Olefin Elastomer Rubber) 수지 조성물의 발명에 대해 제안한다.
본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리아미드 6는 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량%인 것이 바람직한데, 이는 에어인테이크 호스의 강성 및 내열성을 담보하기 위함이다.
나일론으로 통칭되는 폴리아미드6 수지는 기계적강도, 내마모성 및 내열성이 우수한 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로, 전기전자 및 자동차 부품 등에 널리 사용되고 있다. 하지만 상기 폴리아미드 6는 강도가 우수한 반면, 흡수율이 높기 때문에 치수 변화가 커서 치수안정성이 떨어진다는 단점이 있다.
본 발명에서 사용된 폴리아미드6 수지는 유리전이온도(glass transition temperature)가 47 ℃이고, 열변형 온도(Heat Distortion Temperature; HDT)는 75 ℃이며, 용융 온도(melting temperature)는 220 ℃이다. 이와 같은 폴리아미드6 수지의 반복단위(repeat unit) 구조는 하기 화학식1 과 같다.
Figure pat00001
한편, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 폴리프로필렌(Polypropylene)을 포함할 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 성형성, 전기 절연성, 내수성, 내약품성 등이 우수하며 비중이 낮아 가볍다는 장점이 있는 반면, 저온에서 충격에 약하고, 늘어지거나 수축하기 쉽다는 단점이 있다.
본 발명에 사용되는 폴리프로필렌은 전체 수지 조성물에 대하여 10 내지 20 중량%인 것이 바람직하며, 이는 20 중량% 초과 시 물성 및 내열도 저하의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함할 수 있다. 올레핀 엘라스토머 러버는 소재의 연신성을 높이기 위해 사용되며, 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량% 포함하는 것이 바람직한 바, 이는 50 중량% 초과 시 압출 공정의 어려워져서 성형성이 저하되기 때문이다.
한편, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하되, 페놀계(Phenolics) 및 인계(Phosphites) 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 압출, 사출가공 시 산화 및 열화 반응을 억제시키는 기능을 하며, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물에서는 페놀계 및 인계 산화방지제를 전체 수지 조성물에 대하여 0.3 내지 0.5 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 만일 산화방지제를 0.3 중량% 미만으로 포함하는 경우 소재의 물성이 저하되며, 0.5 중량% 초과 시에는 외관품질에 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
그리고, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하되, 황계(Thioethers) 내열안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 내열안정제는 고온에 노출 시 소재의 장기내열성을 향상시키는 기능을 하며, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물에서는 황계 내열 안정제를 전체 수지 조성물에 대하여 1 내지 2 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 이는 내열안정제를 1 중량% 미만으로 포함하는 경우 내열 노화성이 저하되며, 2 중량% 초과 시에는 물성저하 및 외관 품질에 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물은 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하되, 올레핀계 활제를 더 포함할 수도 있다.
상기 활제는 수지의 유동성 및 이형성을 향상시키기 위해 사용되며, 본 발명에서는 올레핀계 활제를 전체 수지 조성물에 대하여 대하여 0.2 내지 0.5 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 올레핀계 활제를 0.2 중량% 미만으로 포함하는 경우 유동성 및 이형성이 저하되며, 0.5 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 물성저하 및 융착강도 저하 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 인테이크 호스용 수지 조성물에는 필요에 따라 마스터배치(Master Barch)를 포함할 수 있다. 상기 마스터배치는 칼라 안정성 및 압출공정 작업성을 향상시키기 위해 사용되며, 필요에 따라 카본블랙(carbon black)과 다이블랙(dye black)을 공지된 비율 및 방법으로 혼용하여 사용 가능하다. 다만 마스터배치를 2 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 수지 조성물의 물성을 저하시킬 수 있으므로 1 내지 2 중량% 로 포함하는 것이 바람직하다.
하기 표 1은 비교예 및 실시예에 따른 인테이크 호스용 수지 조성물의 구성 성분 및 그 중량비를 나타낸 것이고, 하기 표 2는 비교예 및 실시예에 따른 인테이크 호스용 수지 조성물의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
구분 비교예1
(중량%)		 비교예2
(중량%)		 비교예3
(중량%)		 실시예
(중량%)

수지		 폴리아미드66 40 - - -
폴리아미드6 7.6 25 30 40
폴리프로필렌 - 23.4 26.4 16.4
올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomer Rubber) 50 50 40 40
산화방지제 페놀계 0.2 0.2 0.2 0.2
인계 0.2 0.2 0.2 0.2
내열안정제 - 1 1 1
활제 0.3 0.2 0.2 0.2
마스터배치 1.7 2 2 2
항목 실험방법(ASTM) 단위 비교예1 비교예2 비교예3 실시예 요구수준
비중 D792 - 0.99 - 0.95 0.97 1.0~2.0
인장강도 D638 MPa 18.6 - 15 18 15이상
굴곡강도 D790 MPa 14 - 4 9 8이상
굴곡탄성율 D790 MPa 418 - 153 265 200이상
상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우 표 1에서 볼 수있듯이 본 발명과 달리 폴리아미드 66을 40 중량%, 폴리아미드 6는 7.6 중량% 사용하였는데, 표 2에서 볼 수 있듯이 인장 강도가 18.6MPa, 굴곡강도가 14MPa, 굴곡탄성율이 418MPa로 평가되었는 바, 이는 본 발명에 비하여 소재 성형성이 크게 떨어진다는 문제점이 있다.
표 1을 참조하면, 비교예 2의 경우 본 발명과 달리 폴리아미드 6를 25 중량% 포함하고 폴리프로필렌을 23.4 중량% 포함하였는데, 부드러움과 연신성에서는 제품의 특성과 유사할 수 있으나 내열성 및 강성이 크게 떨어질 것으로 예상되며, 압출되어 컷팅이 되지 않기 때문에 물성평가가 불가능하였다.
표 1을 참조하면, 비교예 3의 경우 본 발명과 달리 폴리프로필렌을 26.4 중량% 포함하였는데, 표 2에서 볼 수 있듯이 인장강도가 15MPa, 굴곡강도가 4MPa, 굴곡탄성율이 153MPa로 평가되었는 바, 압출 작업성은 만족할만한 수준이나, 실시예에 비하여 강성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
그에 비해 본 발명의 실시예의 경우 표 1에서 볼 수 있듯이 폴리아미드6 40 중량%, 폴리프로필렌 16. 4 중량% 및 올레핀 엘라스토머 러버 40 중량%를 사용하였는데, 표 2에서 볼 수 있듯이 비중 0.97, 인장강도 18MPa, 굴곡강도 9MPa, 굴곡탄성율 265MPa로 평가되었는 바, 압출 작업성과 사출 성형성이 우수함과 동시에 조성물의 강성 부분에서도 인테이크 호스용 소재로서 적합하다는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하고 필요에 따라 산화방지제, 내열안정제, 활제 및 마스터배치를 더 포함함으로써 내구성 및 내열성이 우수하면서도 연신율이 우수한 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물을 제공할 수 있는 장점이 있다.
더불어서 본 발명의 자동차 터보용 인테이크 호스 소재의 수지 조성물에 의하면, 기계적 강성, 내압 및 내한 특성이 우수하면서도 종래 소재에 비하여 비중이 낮아서 부품의 경량화에 기여할 수 있으며 또한 제조 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100 : 에어 인테이크 호스
200 : 엔진
300 : 에어클리너

Claims (10)

  1. 폴리아미드 6(Polyamid 6), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 올레핀 엘라스토머 러버(Olefin Elastomers Rubber)를 포함하는 인테이크 호스용 수지 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 6는 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌은 전체 수지 조성물에 대하여 10 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 올레핀 엘라스토머 러버는 전체 수지 조성물에 대하여 30 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    페놀계(Phenolics) 및 인계(Phosphites) 산화방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 페놀계 및 인계 산화방지제는 전체 수지 조성물에 대하여 0.3 내지 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    황계(Thioethers) 내열안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 황계 내열 안정제는 전체 수지 조성물에 대하여 1 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    올레핀계 활제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 올레핀계 활제는 전체 수지 조성물에 대하여 0.2 내지 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 인테이크 호스용 수지 조성물.
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