KR20170125234A

KR20170125234A - 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물

Info

Publication number: KR20170125234A
Application number: KR1020160055378A
Authority: KR
Inventors: 김호동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-14

Abstract

본 발명은 다이나믹 댐퍼 소재에 관한 것으로서, 합성고무, 활성화제, 충진제, 연화제, 가교제를 포함하는 것에 의해 온도 의존성이 낮고 방진 특성이 향상되어 내열성능이 개선되고 진동 및 소음을 저감시킨 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물에 관한 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 100 중량부인 합성고무, 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제, 40 ~ 50 중량부인 충진제, 40 ~ 50 중량부인 연화제 및 8 ~ 10 중량부인 가교제를 포함하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물을 제공한다.

Description

다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물{Vibration-Proof Rubber Composition Applied to the Dynamic Damper}

본 발명은 다이나믹 댐퍼 소재에 관한 것으로서, 합성고무, 활성화제, 충진제, 연화제, 가교제를 포함하는 것에 의해 온도 의존성이 낮고 방진 특성이 향상되어 내열성능이 개선되고 진동 및 소음을 저감시킨 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물에 관한 것이다.

최근 자동차 산업에 있어서 자동차 엔진의 출력은 지속적으로 상승하여 이전세대의 엔진 출력보다 월등히 증가하였다. 또한, 차체의 소형화 및 경량화가 일반화됨에 따라 높은 출력의 엔진으로부터 나오는 진동 및 소음은 소형화 및 경량화된 차체에 쉽게 전달되는 문제가 나타났다. 진동 및 소음과 관련된 소비자의 불만 사례 또한 지속적으로 접수되고 있고, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 자동차 업계는 현재 소형화 및 경량화된 자동차 부품에 있어서 진동 및 소음을 저감시키는 기술을 개발하고 있다.

일반적으로 자동차에는 각 구성품 간의 연결부나 구동되는 운동부를 지지하는 부위에 방진고무가 설치되어 있으며, 이 방진고무는 외부에서 가해지거나 운동으로 인하여 발생된 충격을 흡수하게 된다.

이 중에서 자동차의 다이나믹 댐퍼는 적은 비용으로 진동을 효과적으로 흡수할 수 있는 부품이다. 진동이 발생하는 부위에 그 진동과 동일한 고유주파수를 갖는 다이나믹 댐퍼를 부착하여 발생된 진동을 흡수하는 것이 작동 원리이다. 이 때, 재료의 손실계수가 높으면 진동 흡수의 효율이 더욱 좋아진다. 따라서 어떠한 환경 조건에서도 본래의 고유주파수를 유지하고 손실계수는 높으며, 노화 성능이 향상되어 장기적인 진동 성능 확보를 위한 연구가 진행되었다.

하지만, 일반적으로 고무 재료의 특성상 저온에서는 굳어져 고유주파수가 상승하고, 고온에서는 풀어져 고유주파수가 낮아지는 양상을 나타내는 문제가 있었다. 또한 자동차의 고성능화와 엔진룸의 집적화에 의해 엔진룸 분위기 온도가 상승함으로 인하여 근처 댐퍼 재료의 노화를 촉진하며, 노화된 댐퍼 재료는 고유주파수가 상승하여 진동 흡수의 기능이 약화되는 문제가 있었다.

이처럼, 종래의 다이나믹 댐퍼의 탄성체 재료로는 부틸고무(IIR), 실리콘고무(SI), 천연고무(NR)와 이들 재료의 보강재인 카본블랙으로 만들어진 댐퍼 재료가 자동차 및 산업용으로 사용되어 왔다. 하지만, 일반적으로 부틸고무 및 천연고무의 경우 내열성이 낮고, 실리콘 고무는 내열성은 우수하나 기본 손실계수가 낮은 문제점이 있었다. 이러한 부족한 내열성 및 손실계수는 자동차의 진동 및 소음의 문제를 대두시켜 자동차의 승차감에 지대한 영향을 미쳤다. 더불어 다이나믹 댐퍼의 재료로써, 천연고무와 스티렌부타디엔 고무(SBR)가 중합된 고무, 천연고무와 부틸고무가 중합된 고무 등이 개발되었으나, 천연고무의 낮은 내열성에서 크게 나아지지 못하였다.

이처럼, 종래의 방진 고무 소재의 경우 방진특성이 온도의 변화에 민감한 반응을 보여주며 높은 탄성계수의 변화율을 나타내고 있었다. 이에 따라 초기에 예상한 충격량 값보다 너무 과다한 충격이 가해지게 되면 제대로 충격을 흡수하지 못하게 되었고, 이러한 충격이 차체를 통하여 탑승자에게 그대로 전달되는 문제가 발생하게 되었다.

따라서 다이나믹 댐퍼에 있어서, 온도 의존성이 낮고 방진 특성이 우수한 방진 고무의 개발이 필요한 실정이다. 이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 개발된 것이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전 온도영역대에서 안정적이며, 즉 온도 의존성이 낮은 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 재료 손실계수 값을 개선하고, 노화 후 물성의 변화폭을 감소시킴으로써 본 발명에 따른 방진 고무가 자동차의 다이나믹 댐퍼에 적용될 경우, 장기간 차량 주행 후에도 진동 및 소음 절연 성능이 유지되어 안정적인 승차감을 제공하는 데에 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 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 100 중량부인 합성고무, 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제, 40 ~ 50 중량부인 충진제, 40 ~ 50 중량부인 연화제 및 8 ~ 10 중량부인 가교제를 포함하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물을 제공한다.

본 발명에서의 상기 합성고무는 EPDM(ethylene propylene diene monomer)인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 EPDM는 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 디엔은 ENB(ethylene norbornene)인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 활성화제는 상기 합성고무 100 중량부 대비, 3 ~ 5 중량부인 산화아연 및 0.8 ~ 1 중량부인 스테아린산을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 충진제는 FEF(fast extrusion furnace) 카본블랙인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 연화제는 프로세스 오일인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 가교제는 DCP(dicumyl peroxide)인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 합성고무의 무늬점도는 25 ~ 30(ML₁₊₄, 125℃)인 것이 바람직하다.

본 발명에서의 상기 FEF 카본블랙의 입자경은 40 내지 44nm인 것이 바람직하다.

상기 DCP의 함량은 35 내지 45%인 것이 바람직하다.

본 발명의 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물에 의하면, 전 온도영역대에서 안정적이며, 즉 온도 의존성이 낮으므로 상기 방진 고무를 자동차의 다이나믹 댐퍼에 적용할 경우, 장기간 차량을 주행하여도 열화 민감도가 적으므로 계절이나 온도에 상관없이 초기 승차감을 유지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물에 의하면, 재료 손실계수 값이 개선되고, 노화 후 물성의 변화폭이 적으므로 상기 방진 고무를 자동차의 다이나믹 댐퍼에 적용할 경우, 장기간 차량 주행 후에도 진동 및 소음 절연 성능이 유지되어 안정적인 승차감을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 드라이브 샤프트의 구성도.
도 2은 종래기술인 비교예 및 본 발명인 실시예의 동적열기계분석법에 따른 평가 결과 그래프도.

이하, 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 실시예는 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.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼는 적은 비용으로 진동을 효과적으로 흡수할 수 있는 부품이다. 다이나믹 댐퍼의 작동 원리는 진동이 발생하는 부위에 그 진동과 동일한 고유주파수를 갖는 다이나믹 댐퍼를 부착하여 발생된 진동을 흡수하는 것이다. 이 때, 재료의 손실계수가 높으면 진동 흡수의 효율이 더욱 좋아진다. 따라서 본 발명은 어떠한 환경 조건에서도 본래의 고유주파수를 유지하고 손실계수는 높으며, 노화 성능이 향상되어 장기적인 진동 성능 확보를 위한 것이다.

도1은 드라이브 샤프트의 구성도이며, 드라이브 샤프트의 양단 측에 등속조인트(13)가 위치해 있고, 상기 등속조인트(13) 사이에는 다이나믹 댐퍼(11)가 위치한다. 일반적으로 드라이브 샤프트는 차동기어의 동력을 바퀴측으로 전달하는 회전축으로서, 드라이브 샤프트의 교차각이 커지더라도 바퀴측에 동력을 등속으로 전달하는 등속조인트(13)가 설치되고, 상기 등속 조인트(13)가 공진할 때 등속 조인트(13) 대신에 진동하여 상기 등속 조인트(13)에서 발생하는 진동 및 소음을 감소시키는 상기 다이나믹 댐퍼(11)가 설치되는 것이다.

본 발명에 따른 차량의 다이나믹 댐퍼(11)는 차체 하부인 드라이브 샤프트 구동축에서 발생하는 진동 및 소음을 저감시켜 차량 운전자의 편안함을 만족시키는 역할을 한다. 그러나 엔진 출력 향상 및 엔진룸 컴팩트화에 따라 구동축에서 발생하는 열적 부하는 더욱 심해 지고 있다. 이에 따라 종래에 사용되고 있는 천연고무 소재로는 전 온도영역에서 일정한 댐핑 성능, 즉 진동 흡수 능력을 유지하기 힘들다. 또한, 고무 소재의 열노화로 인하여 열화됨에 따라 댐핑 주파수가 변화하게 되는데, 이는 장기간 주행 후 차량의 NVH(noise vibration harshness) 성능을 급격히 악화시킨다. 이에, 내열 성능이 우수한 합성고무 EPDM을 사용하여 고댐핑 성능을 갖춘 다이나믹 댐퍼를 제조한다.

평가항목			NR	NR/SBR	NR/IIR	EPDM
상태물성	경도(Hs)		48	47	47	47
	인장강도(kgf/cm²)		221	175	189	122
	신율(%)		630	680	660	810
	인열강도(kgf/cm²)		40	38	37	30
노화물성	경도 변화		+7	+5	+4	+5
	인장강도 변화율(%)		-23	-19	-21	+7
	신율 변화율(%)		-20	-19	-17	-25
압축영구줄음율(%)			25 (100℃)	26 (100℃)	23 (100℃)	46 (130℃)
DM TA (상온 기준)	탄성계수 변화율(%)	-20℃	+51	+78	+244	+50
		22℃	0	0	0	0
		100℃	-30	-58	-43	-40
		120℃	-29	-75	-54	-48
	손실계수변화율(%)	-20℃	+235	+184	+272	+41
		22℃	0	0	0	0
		100℃	-11	+30	-40	+13
		120℃	-23	+85	-43	+13
	상온 손실계수 값		0.08	0.12	0.18	0.17

상기 표 1은 고무 원료에 따른 방진 고무의 물성 변화를 나타낸 것이다. 상기 표1에서의 NR(natural rubber)은 천연고무를 원료로 사용한 것이고, NR/SBR(styrene butadiene rubber)은 천연고무와 스티렌부타디엔 고무를 중합하여 제조된 고무이며, NR/IIR(isobutene isoprene rubber)은 천연고무 및 이소부텐과 소량의 이소프렌이 배합된 부틸고무라고 불리는 IIR을 중합한 고무이다.

종래기술은 고무 재료의 특성상 저온에서는 굳어져 고유주파수가 상승하고, 고온에서는 풀어져 고유주파수가 낮아지는 양상을 나타내는 문제가 있었다. 또한 자동차의 고성능화와 엔진룸의 집적화에 의해 엔진룸 분위기 온도가 상승함으로 인하여 근처 댐퍼 재료의 노화를 촉진하며, 노화된 댐퍼 재료는 고유주파수가 상승하여 진동 흡수의 기능이 약화되는 문제가 있었다.

나아가 종래의 다이나믹 댐퍼 재료로써, 상기 표1에서처럼 천연고무(NR), 천연고무와 스티렌부타디엔고무(SBR)이 결합된 고무, 천연고무(NR)와 부틸고무(IIR)가 결합된 고무 등이 개발되었으나, 표1에서 알 수 있듯이 천연고무(NR)의 내열성 및 노화물성에 비해 크게 나아지지 못하였다.

따라서 다이나믹 댐퍼(11)에 있어서, 내열성 및 손실계수가 우수한 재료가 필요하며, 본 발명에서는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)을 원료 고무로 사용한다. 상기 표1에서도 볼 수 있듯이, 상기 EPDM은 상온에서 안정하고 노화물성에 있어서 일반 합성고무보다 우수하며, 즉 내열성 및 손실계수가 우수한 것을 확인할 수 있다.

종래의 방진고무 소재의 경우, 상온에서의 댐핑 성능이 저온 및 고온에서 급상승하거나, 급하락하며 방진특성이 온도의 변화에 민감한 반응을 보였다. 그러나, 본 발명에 따른 EPDM 합성 고무 원료를 사용하여 다이나믹 댐퍼(11)의 성능이 저온 및 고온에서 안정적일 뿐만 아니라 초기 댐핑 성능 즉, 재료 손실계수도 우수하다는 것을 표1에서 확인할 수 있다. 이처럼 온도 의존성이 낮고 댐핑 성능이 개선되어, 장기간 주행 후에도 진동 및 소음의 절연 기능이 유지되며, 주행 후에도 초기성능 유지에 기여할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼(11)에 적용되는 방진 고무 조성물은 100 중량부인 합성고무, 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제, 40 ~ 50 중량부인 충진제, 40 ~ 50 중량부인 연화제 및 8 ~ 10 중량부인 가교제를 포함한다. 상기 합성고무는 EPDM이 적용되며, 상기 EPDM는 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함한다. 상기 합성고무의 무늬점도는 25 ~ 30(ML₁₊₄, 125℃)이며, 상기 디엔에 있어서는 ENB(ethylene norbornene)가 적용된다.

상기 활성화제는 상기 합성고무 100 중량부 대비, 3 ~ 5 중량부인 산화아연 및 0.8 ~ 1 중량부인 스테아린산을 포함한다. 또한, 상기 충진제는 FEF(fast extrusion furnace) 카본블랙이며, 이의 입자경은 40 내지 44nm이다. 더불어, 상기 연화제는 공정 분산도 확보 및 블렌딩 효율 향상을 위하여 프로세스 오일(Process Oil)을 40~50 중량부 사용한다.

또한, 내열성 강화를 위하여 과산화물(peroxide) 가교방식을 취하였으며, 상기 가교제로 DCP(dicumyl peroxide)을 적용한다. DCP는 수분에 취약하여 폭발 위험이 있으므로, 공정 안정을 위하여 35 내지 45%의 농도를 사용한다.

더불어, 일반적으로 방진고무 소재는 HAF(high abrasion furnace), FEF(fast extrusion furnace), SRF(semi-reinforcing furnace)를 적정히 블렌딩하여 사용하지만, 본 발명의 경우 배합 최적화 및 댐핑 성능 개선을 위하여 FEF 카본블랙을 단독으로 사용한다. 이때의 상기 FEF 카본블랙의 직경은 42nm이다.

본 발명은 내열성 및 방진특성이 향상된 방진고무 조성물에 관한 것으로, EPDM을 활용한 합성고무 재료이다. 더욱 상세히 설명하자면, 상기 EPDM은 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함한다. 가교방식은 내열성이 향상된 과산화물 가교를 사용하고, 충진제로는 피로성능 및 댐핑 성능이 우수한 FEF 카본블랙을 사용한다.

상기 EPDM은 에틸렌, 프로필렌, 디엔의 삼원 공중합체 화학물질이다. 이와 같은 고무 배합 시, 디엔에 포함되어 있는 이중결합이 깨지며 가교 결합을 가능하게 하는 것이다. 과산화물 가교의 경우, 점착성이 생겨 가공성을 떨어뜨리는 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명에서의 EPDM은 무늬점도가 25 ~ 30(ML₁₊₄, 125℃)이므로 성형상에 있어서 전혀 문제가 될 수 없다.

또한, 카본블랙의 경우 40 ~ 50 중량부가 사용되며, 사용량이 40 중량부 이하일 경우, 인장강도, 신율, 인율을 포함하는 기계적 물성이 차량 상용 범위에 미치지 못하고, 마모 및 크랙이 발생할 수 있다. 50 중량부 이상일 경우에는 경도 상승으로 인한 배합 양산성에 있어 불리하다.

나아가 과산화물 가교 활성화를 위한 첨가제 함량에 있어서, 과산화물 가교를 위한 DCP를 8 ~ 10 중량부 사용하는데, 상기 DCP는 수분에 취약하며, 폭발위험성이 있어 40% DCP를 사용하도록 한다. 가교 활성화를 위한 산화아연 및 스테아린산은 3 ~ 5 중량부, 0.8 ~ 1 중량부를 사용하고, 배합 분산도 및 안정성을 위하여 프로세스 오일은 40 ~ 50 중량부 사용한다.

이 때, DCP 사용량이 8 중량부 미만일 경우, 충분한 가교 밀도가 형성될 수 없어 내마모성 취약하며, 열화에 의하여 피로파괴가 발생한다. 10 중량부를 초과할 경우에는 가교점의 길이가 과다 상승하여 열적 반응이 취약해지며, 차량 주행거리 증가에 따라 댐핑 상수 변화폭이 커진다.

조성물	조성물 배합(중량부, phr : parts per hundred rubber)
조성물	실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	비교예8	비교예9	비교예10
EPDM	B(100)	B(100	B(100)	B(100)	A(100)	C(100)	B(100)	B(100)	B(100)	B(100)	B(100)
산화 아연	5	5	3	5	5	5	6	5	5	5	5
스테아린산	1	1	0.5	1	1	1	0.7	1	1	1	1
카본 블랙	50(FEF)	50(FEF)	50(FEF)	50(FEF)	50(HAF/SRF)	50(FEF)	50(FEF)	50(FEF)	35(FEF)	50(FEF)	50(FEF)
오일	40	45	45	30	45	45	40	40	40	40	40
DCP	9	10	10	8	10	10	9	9	9	11	7

상기 표 2은 EPDM을 합성 고무 원료로 사용한 방진 고무 조성물 배합량의 구성표이다.

평가항목			실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예8	비교예9	비교예10
상태물성	경도(Hs)		48	48	48	46	47	60	48	42	50	43
	인장강도(kgf/cm²)		144	141	124	129	122	144	130	120	150	118
	신율(%)		770	750	700	690	810	740	660	700	720	670
	인열강도(kgf/cm²)		32	31	33	30	30	37	29	28	33	27
노화물성	경도 변화		+4	+3	+3	+4	+5	+3	+4	+3	+6	+4
	인장강도 변화율(%)		-2	-3	+2	-2	+7	+1	-5	-6	-12	-8
	신율 변화율(%)		-22	-26	-20	-22	-25	-15	-26	-27	-30	-26
압축영구줄음율			45 (130℃)	44 (130℃)	46 (130℃)	40 (130℃)	46 (130℃)	38 (130℃)	47 (130℃)	45 (130℃)	47 (130℃)	43 (130℃)
DMTA(상온기준)	탄성계수 변화율(%)	-20℃	+49	+62	+ 55	+ 54	+ 50	+ 338	+ 62	기계적 물성 부족	내열성능 부족	기본 물성 불합격
		22℃	0	0	0	0	0	0	0
		100℃	-35	-36	-45	-49	-40	-76	-42
		120℃	-39	-40	-48	-54	-48	-77	-45
	손실계수변화율(%)	-20℃	+40	+50	+ 46	+ 42	+ 41	+ 77	+ 38
		22℃	0	0	0	0	0	0	0
		100℃	+5	+16	+11	+13	+13	+ 34	+ 16
		120℃	+3	+13	+9	+9	+13	+ 34	+ 18
	상온 손실계수 값		0.19	0.16	0.16	0.17	0.17	0.15	0.16

상기 표 3은 상기 표 2에 따른 방진 고무 조성물 배합량인 비교예 및 실시예에 의한 물성 결과표이다.

상기 표 2에서의 비교예7은 카본블랙의 높은 함량으로 카본블랙의 응집성(Aggregation)이 발생하여 상기 카본블랙의 분산성 확보가 불가하고 배합이 불리하다. 또한, 다른 비교예들과 대비하여 인장강도 편차가 50%이상으로 기계적 물성이 현저히 저하되므로 표 3에서의 결과값에는 도시되지 않는다.

표 2에서의 EPDM A는 무늬점도가 25(ML₁₊₄, 125℃)이고, 에틸렌 50.0 중량%, 프로필렌 45.5 중량%, 디엔(ENB) 4.5 중량%을 포함하고 있으며, EPDM B는 무늬점도가 30이고, 에틸렌 60.0 중량%, 프로필렌 33.0 중량%, 디엔(ENB) 7.0 중량%을 포함하고 있다. 또한, EPDM C는 무늬점도가 27(ML₁₊₄, 125℃)이며, 에틸렌 55.0 중량%, 프로필렌 37.0 중량%, 디엔(ENB) 8.0 중량%을 포함한다.

더욱 구체적으로 설명하자면, 표 2 및 표 3에서의 비교예4는 본 발명에서 적용하는 충진제 함량에 있어서, FEF 단독 배합이 아닌 HAF 및 SRF의 배합으로의 카본블랙이 방진 고무 조성물에 포함된다. 또한, 비교예4의 EPDM은 디엔(ENB)이 4.5 중량%로 본 발명에서의 디엔 함량인 7 `~ 8 중량%보다 낮은 함량이다. 따라서, 표3에서 알 수 있듯이 실시예와 대비하여 노화 물성 및 손실계수 변화율에 있어서, 저하됨을 확인할 수 있다.

나아가, 상기 표2의 비교예2와 비교예6에 따르면, 활성제인 스테아린산이 0.5 중량부 및 0.7 중량부인 것을 볼 수 있다. 이는 본 발명에서의 0.8 ~ 1 중량부인 스테아린산과 대비하여 작은 수치로, 이로 인하여 표 3에서 볼 수 있듯이, 기계적 물성 및 피로성능이 저하되는 결과를 나타낸다.

더불어 비교예3에서의 30 중량부인 프로세스 오일이 포함된 방진 고무를 제조할 경우, 본 발명에서 분산도 확보 및 블렌딩(blending) 효율 향상을 위하여 적용한 40 ~ 50 중량부인 프로세스 오일과 대비하여 블렌딩 효율이 저하된다. 이로 인해, 비교예3은 실시예 대비 상태물성에 있어서 저하된 수치를 나타내고 있다.

비교예6에 따르면, 활성화제인 산화아연과 스테아린산이 총 6.7 중량부로, 본 발명의 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제와 비교하였을 때, 과다 함유된 것을 볼 수 있다. 산화아연 및 스테아린산은 최적 충진 조건으로 가교반응을 도와서 기계적 물성 및 피로 성능을 강화키는데, 표 3의 비교예6에서 볼 수 있듯이, 과다 충진되어 가교 메커니즘의 안정화의 어려움으로 인해 상태 물성이 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 표2의 비교예7에서의 카본블랙은 EPDM 100 중량부 대비 55 중량부를 포함하고 있다. 이는 본 발명에 따라 실시한 실시예 수치 대비 높은 수치이다. 이로 인하여 카본블랙 내에서 응집성(Aggregation)을 띄게 되어 분산성이 낮아지므로, 블렌딩의 효율이 낮아질 뿐만 아니라 기계적 물성도 저하될 수 있다. 이와 반대로, 본 발명에서 적용한 수치 대비 카본블랙의 중량부 수치가 이보다 낮을 경우는 비교예8에서 확인할 수 있다. 이처럼 카본블랙에서의 사용량이 40 중량부 이하일 경우, 인장강도, 신율, 인율을 포함하는 기계적 물성이 차량 상용 범위에 미치지 못하고, 마모 및 크랙이 발생한다. 따라서 상기 표 2에서의 비교예7은 카본블랙의 높은 함량으로 카본블랙의 응집성(Aggregation)이 발생하여 분산성 확보가 불가하고 배합이 불리하므로 표 3에서의 결과값에는 도시되지 않는다.

비교예9는 본 발명에서의 8 ~ 10 중량부인 DCP와 비교하였을 때, 높은 수치임을 볼 수 있다. 이로 인해 가교점 길이의 과다 상승으로 인한 열적 반응이 취약해지므로 차량 주행거리 증가에 따라 댐핑상수 변화폭도 커지게 된다. 이와 반대로 비교예10은 DCP 사용량이 8 중량부 미만일 경우이고, 충분한 가교 밀도를 형성할 수 없어서 내마모성이 저하되며, 이로 인해 열화에 의해 피로 파괴가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 다이나믹 댐퍼(11)에 적용되는 방진 고무 조성물은 100 중량부인 합성고무, 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제, 40 ~ 50 중량부인 충진제, 40 ~ 50 중량부인 연화제 및 8 ~ 10 중량부인 가교제를 포함한다. 상기 합성고무는 EPDM이 적용되며, 상기 EPDM는 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함한다. 상기 합성고무의 무늬점도는 25 ~ 30(ML₁₊₄, 125℃)이며, 상기 디엔에 있어서는 ENB가 적용된다.

상기 활성화제는 상기 합성고무 100 중량부 대비, 3 ~ 5 중량부인 산화아연 및 0.8 ~ 1 중량부인 스테아린산을 포함한다. 또한, 상기 충진제는 FEF 카본블랙이며, 이의 입자경은 40 내지 44nm이다. 더불어, 상기 연화제는 공정 분산도 확보 및 블렌딩 효율 향상을 위하여 프로세스 오일(Process Oil)을 40 ~ 50 중량부 사용한다.

또한, 내열성 강화를 위하여 과산화물 가교방식을 취하였으며, 상기 가교제로 DCP을 적용한다. DCP는 수분에 취약하여 폭발 위험이 있으므로, 공정 안정을 위하여 35 내지 45%의 농도를 사용한다.

더불어, 일반적으로 방진고무 소재는 HAF, FEF, SRF를 적정히 블렌딩하여 사용하지만, 본 발명의 경우 배합 최적화 및 댐핑 성능 개선을 위하여 FEF 카본블랙을 단독으로 사용한다. 이때의 상기 FEF 카본블랙의 직경은 42nm이다.

본 발명은 내열성 및 방진특성이 향상된 방진고무 조성물에 관한 것으로, EPDM을 활용한 합성고무 재료이다. 더욱 상세히 설명하자면, 상기 EPDM은 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함한다. 가교방식은 내열성이 향상된 과산화물 가교를 사용하고, 충진제로는 피로 성능 및 댐핑 성능이 우수한 FEF 카본블랙을 사용한다.

상기 표 3에 도시된 것처럼, 댐핑 성능 인자인 손실계수 값에 있어서 실시예는 비교예4 대비하여 0.17에서 0.19로 증가하며 약 12% 증가한 것을 알 수 있다. 더불어, 실시예는 전 온도영역(-20℃ ~ 120℃)에서 일정한 손실계수 결과값을 보인다. 이는 차량 구동조건에서 일정한 댐핑 성능을 발휘하여, 주행 성능에 기여한다.

따라서 본 발명에서는 카본블랙의 경우 40 ~ 50 중량부가 사용된다. 이는 사용량이 40 중량부 이하일 경우, 인장강도, 신율, 인율을 포함하는 기계적 물성이 차량 상용 범위에 미치지 못하고 마모 및 크랙이 발생할 수 있고, 50 중량부 이상일 경우에는 경도 상승으로 인한 배합 양산성에 있어 불리하기 때문이다.

나아가 과산화물 가교 활성화를 위한 첨가제 함량에 있어서, 과산화물 가교를 위한 DCP를 8 ~ 10 중량부 사용한다. 이 때, DCP 사용량이 8 중량부 미만일 경우, 충분한 가교 밀도가 형성될 수 없어 내마모성 취약하며, 열화에 의하여 피로파괴가 발생한다. 10 중량부를 초과할 경우에는 가교점의 길이가 과다 상승하여 열적 반응이 취약해지며, 차량 주행거리 증가에 따라 댐핑 상수 변화폭이 커진다. 또한, 상기 DCP는 수분에 취약하며, 폭발위험성이 있어 40% DCP를 사용하도록 한다.

도 2은 비교예 및 실시예의 동적열기계분석법(DMTA, dynamic mechanical thermal analysis)에 따른 평가 결과 그래프이다. 상기 도 2의 가로축은 온도이고, 세로축은 손실계수 값을 나타낸 것이다.

구체적으로 설명하자면, 표 1에서의 NR의 손실계수 곡선(101), NR/SBR의 손실계수 곡선(103), NR/IIR의 손실계수 곡선(105), EPDM의 손실계수 곡선(107), 실시예의 손실계수 곡선(109), 표 2 및 표 3에서의 비교예5의 손실계수 곡선(111)이 나타나 있다.

표 1에서의 EPDM의 손실계수 곡선(107)와 실시예의 손실계수 곡선(109)은 도 2에서 알 수 있듯이, 전 온도영역대(-20℃ ~ 120℃)에서 상온기준 손실계수 값의 변화폭이 가장 작다. 특히, 실시예의 손실계수 곡선(109)은 EPDM의 손실계수 곡선(107) 대비하여 전 온도영역대(-20℃ ~ 120℃)에서 더욱 안정적인 댐핑성능 즉, 탄성계수 및 손실계수 변화량이 적은 것을 알 수 있다. 이는, 표 3에서도 확인할 수 있으며, 실시예는 상온 손실계수 값이 가장 우수하고 종래의 EPDM 대비 손실계수 값이 약 12%가 개선된 것임을 확인할 수 있다.

더불어, 표 3 및 도 2에서 볼 수 있듯이, 실시예는 열노화 성능 즉 노화 후 물성 변화폭이 가장 작은 것으로 보여진다. 이는 한번 고정된 다이나믹 댐퍼(11)의 성능이 전 온도영역에서 일정한 댐핑 성능을 유지하는 것이고, 즉, 내열 성능이 강화되어 차량주행에 따른 열화 이후에도 댐핑 성능을 초기와 같이 유지할 수 있음을 확인한 것이다.

그러나 NR의 손실계수 곡선(101), NR/SBR의 손실계수 곡선(103) 및 NR/IIR의 손실계수 곡선(105)에서처럼 NR이 포함된 재료의 경우, 냉간(-20℃)영역에서 급속히 손실계수 값이 변화되므로 이는 차량의 진동을 발생시킨다. 한편, 비교예5의 손실계수 곡선(111)의 경우도 고온 영역에서 급격히 손실계수 값이 변화되므로 이 또한 차량의 진동을 발생시킴을 알 수 있다.

결과적으로 실시예가 전 온도영역대(-20℃ ~ 120℃)에서 손실계수 변화폭이 표3에서 알 수 있듯이 +40 ~ +5 로 둔감하며 냉간 및 열간 환경조건에서 가장 우수한 댐핑 성능을 발휘한다. 더불어, 노화 후 인장강도에 있어 +4%, 신율 변화에 있어서 -2% 변화되어 내열성능이 개선됨을 알 수 있다.

이로써, 장기간 차량 주행시 고무 열화 민감도가 가장 적다는 것을 확인 가능하며 나아가 차량 내구 품질조사(VDS, vehicle dependability study)에서의 평가도 개선될 것임을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명의 다이나믹 댐퍼(11)에 적용되는 방진 고무 조성물에 의하면, 전 온도영역대에서 안정적이며, 즉 온도 의존성이 낮으므로 상기 방진 고무를 자동차의 다이나믹 댐퍼로 사용시, 장기간 차량을 주행하여도 열화 민감도가 적으므로 계절이나 온도에 상관없이 초기 승차감을 유지하는 효과가 있다.

또한, 재료 손실계수 값이 개선되고, 노화 후 물성의 변화폭이 적으므로 상기 방진 고무를 자동차의 다이나믹 댐퍼로 사용시, 장기간 차량 주행 후에도 진동 및 소음 절연 성능이 유지되어 안정적인 승차감을 제공하는 효과가 있음을 확인 가능하다.

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.

11 : 다이나믹 댐퍼
13 : 등속 조인트
101 : NR의 손실계수 곡선
103 : NR/SBR의 손실계수 곡선
105 : NR/IIR의 손실계수 곡선
107 : EPDM의 손실계수 곡선
109 : 실시예의 손실계수 곡선
111 : 비교예5의 손실계수 곡선

Claims

100 중량부인 합성고무, 3.8 ~ 6 중량부인 활성화제, 40 ~ 50 중량부인 충진제, 40 ~ 50 중량부인 연화제 및 8 ~ 10 중량부인 가교제를 포함하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 합성고무는 EPDM(ethylene propylene diene monomer)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제2항에 있어서,
상기 EPDM는 50 ~ 60 중량%의 에틸렌, 32 ~ 43 중량%의 프로필렌 및 7 ~ 8 중량%의 디엔을 포함하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제3항에 있어서,
상기 디엔은 ENB(ethylene norbornene)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 활성화제는 상기 합성고무 100 중량부 대비, 3 ~ 5 중량부인 산화아연 및 0.8 ~ 1 중량부인 스테아린산을 포함하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 충진제는 FEF(fast extrusion furnace) 카본블랙인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 연화제는 프로세스 오일인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 가교제는 DCP(dicumyl peroxide)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제1항에 있어서,
상기 합성고무의 무늬점도는 25 ~ 30(ML₁₊₄, 125℃)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제6항에 있어서,
상기 FEF 카본블랙의 입자경은 40 내지 44nm인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.

제8항에 있어서,
상기 DCP의 함량은 35 내지 45%인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 적용되는 방진 고무 조성물.