KR20180058299A - 차량용 천연고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

차량용 천연고무 조성물로, 구체적으로 서스펜션 부시와 같은 차량용 방진고무 부품에 적용되는 차량용 천연고무 조성물에 관한 것이다.
일 측면에 따른 차량용 천연고무 조성물은 미리 설정된 기준 경도를 달성하도록 마련된 천연 고무 조성물로, 천연 고무; 천연 고무 기준 40 phr로 첨가되는 카본블랙 충진제; 및 가류 물성 및 동배율을 조절하기 위해 첨가되는 촉진제;를 포함하고, 촉진제는, 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 중촉진제; 천연 고무 기준 1 내지 2 phr 범위로 첨가되는 지효성촉진제; 및 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 초촉진제;를 포함한다.

Description

차량용 천연고무 조성물{NATURAL RUBBER FOR VEHICLE}
차량용 천연고무 조성물로, 구체적으로 서스펜션 부시와 같은 차량용 방진고무 부품에 적용되는 차량용 천연고무 조성물에 관한 것이다.
차량용 방진고무 부품은 차량의 주행 시 발생하는 진동 및 소음을 억제하고 차량의 안락감을 향상시키는데 중요한 기능을 한다. 지난 수년 간 차량의 장기 내구성능 및 파손 분석에 관련된 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 최근에는 승차감 및 조종 안정성에 대한 관심으로 주행 정숙성에 대한 기대가 더욱 높아지고 있는 실정이다.
방진 고무 부품 중 서스펜션 부시는 차량 샤시 암류-조립부에 적용되는 부품으로, 어떠한 소재를 적용하는가에 따라 차량 승차감 및 핸들링(R&H) 성능을 크게 개선할 수 있다. 이에, 신차 성능 뿐만 아니라 장기간 주행 후에도 초기와 같은 성능을 유지할 수 있으며, 초기품질지수(IQS지수)와 내구성품질지수(VDS 지수)를 동시에 향상시킬 수 있도록 하는 물질들에 대한 연구 개발이 진행 중에 있다.
일 측면은 천연고무에 카본 블랙, 황 가교제, 촉진제, 활성화제 등을 적절하게 배합하여 이루어진 차량용 천연고무 조성물을 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 천연고무 조성물은 미리 설정된 기준 경도를 달성하도록 마련된 천연 고무 조성물로, 천연 고무; 천연 고무 기준 40 phr로 첨가되는 카본블랙 충진제; 천연 고무 기준 1phr로 첨가되는 황 가교제; 및 가류 물성 및 동배율을 조절하기 위해 첨가되는 촉진제;를 포함하고, 촉진제는, 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 중촉진제; 천연 고무 기준 1 내지 2 phr 범위로 첨가되는 지효성촉진제; 및 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 초촉진제;를 포함한다.
또한, 카본블랙 충진제는, 기준 경도 HS60을 달성하도록, 양압출성 카본블랙(FEF) 및 중보강성 카본블랙(SRF)가 3 대 1의 비율로 첨가될 수 있다.
또한, 카본 블랙 충진제는, 기준 경도 HS60 이하를 달성하도록 양압출성 카본블랙(FEF)이 3보다 더 높은 비율로 첨가될 수 있다.
또한, 카본 블랙 충진제는, 기준 경도 HS60 이상을 달성하도록 양압출성 카본블랙(FEF)이 3보다 더 낮은 비율로 첨가될 수 있다.
또한, 중촉진제는, 2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole) 촉진제 및 티아졸계 촉진제 중 적어도 하나를 포함하고, 지효성촉진제는, 설펜아마이드계 촉진제를 포함하고, 조촉진제는, 티우람계 촉진제를 포함할 수 있다.
또한, 티아졸계촉진제는, 다이벤조티아졸 디설파이드(dibenzothiazol disulfide)를 포함하고, 설펜아미드계 촉진제는, n-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아마이드(2-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, CBS) 및 N-옥시다이에틸렌-2-벤조티아졸 설펜아마이드(N-oxydiethylene-2-benzothiazol sulfonamide, NOBS) 중 적어도 하나를 포함하고, 티우람계 촉진제는, 테트라메틸티우람다이설파이드(Tetra methyl thiuram disulfide)를 포함할 수 있다.
또한, 촉진제는, 중촉진제의 활성을 촉진시키도록 1, 3-디페닐 구아니딘(1, 3-diphenyl guanidine)을 포함하는 구아니딘계 촉진제를 천연 고무 기준 0.3 phr 이하로 더 포함할 수 있다.
또한, 천연 고무 기준 5 phr로 첨가되는 노화방지제; 천연 고무 기준 4.5 phr로 첨가되는 활성화제; 및 천연 고무 기준 0.1 내지 0.5 phr 범위로 첨가되는 배합 지연제;를 더 포함할 수 있다.
또한, 배합 지연제는, 폴리비닐이미다졸(Poly(vinylimidazole)을 포함할 수 있다.
또한, 노화방지제는, 퀴놀린계 열노화방지제, 왁스계 열노화방지제 및 오존 노화방지제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 활성화제는, 산화아연(zinc oxide, ZnO) 및 스테아린산(steric acid)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 활성화제는, 산화아연과 스테아린산이 2 대 1의 비율로 혼합된 것을 포함할 수 있다.
또한, 90 내지 150s 범위의 Ts2 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 220 내지 300s 범위의 T90 값을 가지는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 차량용 천연고무 조성물에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 먼저, 천연고무 조성물에 카본 블랙, 황 가교제, 촉진제 및 활성화제 등을 적절하게 배합함으로써 차량의 승차감 및 핸들링(R&H) 성능을 개선함과 동시에, 부품의 진동 절연성, 내구성 및 내열성 성능을 개선할 수 있다.
또한, 부품의 장기 노화 이후에도 서스펜션 부시와 같은 차량 부품의 특성 변화율을 30% 이내로 확보하여 VDS 품질지수 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 차량의 전륜 사시부 중 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물이 적용되는 서스펜션 부시 부품을 확대 도시한 도면이다.
도 2는 차량의 후륜 사시부 중 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물이 적용되는 서스펜션 부시 부품을 확대 도시한 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
게시된 발명은 차량의 승차감 및 핸들링(R&H) 성능을 개선함과 동시에, 부품의 진동 절연성, 내구성 및 내열성 성능을 개선하도록 마련된 차량용 천연고무 조성물에 관한 것으로, 보다상세하게 천연고무에 카본 블랙 충진제, 가교제,촉진제 등을 적절하게 배합하여 이루어진 차량용 천연고무 조성물에 관한 것이다.
게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물은 차량용 서스펜션 부시(suspension bush)의 고무 소재에 적용 가능할 수 있다. 여기서 차량용 서스펜션 부시는 현가 암이나 로드를 보디에 장착할 때 진동이 전달되는 것을 방지하기 위하여 사용하는 부품을 의미한다.
이하, 차량의 서스펜션 부시에 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물이 적용되는 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한 후, 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물의 성분 및 조성 비에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 차량의 전륜 사시 모듈 중 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물이 적용되는 서스펜션 부시 부품을 확대 도시한 도면이고, 도 2는 차량의 후륜 샤시 모듈 중 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물이 적용되는 서스펜션 부시 부품을 확대 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바를 참조하면, 차량의 전륜 샤시 모듈(10)은 스트러트 인슐레이터(11), 서브프레임 부시(12) 및 로워암 G 부시(13)와 같은 부품을 포함할 수 있으며, 차량의 후륜 샤시 모듈(20)은 크로스멤버 부시(21), 디프 마운트 부시(22) 및 리어 로워암 부시(23)와 같은 부품을 포함할 수 있다.
이들 부품은 서스펜션 부시의 여러 종류들 중 하나로 차량 주행 시 발생하는 진동을 저감하는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 차량에 적용 가능한 서스펜션 부시의 예가 도 1, 2에 도시된 바에 의해 한정되는 것은 아니고 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
일반적으로 차량용 서스펜션 부시 재료는 고무 재료의 특성상 승차감, 내구성 및 내열성과 같은 요소들이 트레이드오프(trade-off) 관계에 있게 된다. 즉, 내구성을 개선시키고자 할 경우 승차감과 내열성이 저하되며, 승차감을 개선시키고자 할 경우 내구성과 내열성이 저하되는 측면이 있다.
게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물은 이러한 문제들에 대응하기 위해 천연고무에 배합되는 성분들의 종류 및 배합비를 조절하여 차량의 승차감 및 핸들링(R&H) 성능을 개선함과 동시에, 부품의 진동 절연성, 내구성 및 내열성 성능을 확보할 수 있도록 하였다.
이하, 게시된 발명에 따른 차량용 천연고무 조성물의 성분 및 조성 비에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
게시된 발명에 따른 천연 고무 조성물은 미리 설정된 기준 경도를 달성하도록 마련된 천연 고무 조성물로, 천연 고무와, 천연 고무 기준 40 phr로 첨가되는 카본블랙 충진제와, 천연 고무 기준 1phr로 첨가되는 황 가교제와, 가류 물성 및 동배율을 조절하기 위해 첨가되는 촉진제와, 천연 고무 기준 4.5 phr로 첨가되는 활성화제와, 천연 고무 기준 5 phr로 첨가되는 노화방지제와, 천연 고무 기준 0.1 내지 0.5 phr 범위로 첨가되는 배합 지연제를 포함한다.
천연 고무는 천연 고무 조성물의 베이스 수지로, 게시된 발명에서는 부품의 내구성 측면을 개선하도록 천연 고무를 단독 배합하여 사용하였다. 보다 상세하게, 무늬점도 CV60 Grade로 제작된 말레이시아(SMR), 태국(STR), 베트남(SVR)의 고무를 사용하였으나, 사용 가능한 천연 고무의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
카본 블랙 충진제는 부품의 내구성 측면을 개선하고 진동 절연성 최적화를 위해 양압출성 카본블랙(FEF; Fast Extrusion Furnace Carbon Black)과, 중보강성 카본블랙(SRF; Semi-Reinforcing Furnace)을 배합하여 사용하였다. 이하, 양압출성 카본블랙(FEF)는 FEF로 지칭하고, 중보강성 카본블랙(SRF)은 SRF로 지칭될 수 있다.
여기서, FEF는 약 40 내지 48 nm의 입자경을 가지는 소재로 SRF 대비 함량이 높아질 경우 내구성이 개선되는 효과가 있다. 한편, SRF는 약 61 내지 100 nm의 입자경을 가지는 소재로 FEF 대비 함량이 높아질 경우 승차감이 개선되는 효과가 있다. 이에 FEF와 SRF의 비율을 적절하게 조절함이 바람직하다.
게시된 발명에서는 기준 경도를 HS60으로 설정하고, 기준 경도 HS60을 달성하도록 카본블랙 충진제를 천연 고무 기준 40 phr로 첨가하여 베이스 수지를 제조하였다. 기준 경도는 설계자의 의도에 따라 다양하게 설계할 수 있으며, 달성하고자 하는 기준 경도에 따라 천연 고무 수지 대비 첨가되는 카본블랙 충진제의 양이 결정된다. 본 발명에서는 편의상 HS60을 기준 경도로 설정하였으며, 이를 달성하도록 카본블랙 충진제의 양을 40 phr로 고정하였다.
카본블랙 충진제는 천연고무 조성물의 최적 물성을 확보하도록 FEF와 SRF가 3대 1의 비율로 첨가될 수 있다. 다시 말해, 천연고무 100 중량부를 기준으로 30 phr의 FEF와 10 phr의 SRF가 첨가될 수 있다. 이와 같이 FEF와 SRF의 첨가 비율을 조절함으로써 고무재료의 상충 성능인 내피로성 및 진동절연성(동배율)을 동시에 개선하도록 할 수 있다.
한편, 기준 경도 HS60을 기준으로 경도를 기준 경도 HS60보다 높게 또는 낮게 튜닝 하고자 할 경우, 천연고무 조성물의 최적 물성을 확보하기 위해 FEF와 SRF의 첨가 비율이 조절될 수 있다.
보다 상세하게, 기준 경도 HS60 이하에서는 저 경도로 인한 내피로성을 보강하도록 FEF의 첨가 비율이 높아질 수 있으며, 일 예로 FEF와 SRF는 4 대 1의 비율로 첨가될 수 있다.
반대로, 기준 경도 HS 60 이상에서는 고 경도로 인한 동배율을 개선하도록 FEF의 첨가 비율이 낮아질 수 있으며, 일 예로 FEF와 SRF는 5 대 2의 비율로 첨가될 수 있다.
이에, 설계자가 의도하는 물성 특성에 따라 FEF와 SRF의 비율을 적절하게 조절함이 바람직할 것이다.
가교제로는 황(S) 가교를 위해 황 가교제를 사용하였고, 황 가교제의 첨가 량은 일반적으로 사용되는 첨가 량인 1phr을 채택하였다.
촉진제로는 지효성촉진제와, 초촉진제와, 중촉진제를 사용하였다.
지효성 촉진제는 반응 속도를 늦추고 상품성을 개선하기 위해 첨가되는 촉진제로, 게시된 발명에서는 n-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아마이드(2-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, 이하, CBS(CZ)로 지칭될 수 있다) 및 N-옥시다이에틸렌-2-벤조티아졸 설펜아마이드(N-oxydiethylene-2-benzothiazol sulfonamide, 이하, NOBS(MBS)로 지칭될 수 있다) 중 적어도 하나를 포함하는 설펜아마이드계 촉진제를 사용하였다.
초촉진제는 반응 속도를 높이기 위해 첨가되는 촉진제로, 게시된 발명에서는 테트라메틸티우람다이설파이드(Tetra methyl thiuram disulfide, 이하 TMTD(TT)로 지칭될 수 있다)를 포함하는 티우람계 촉진제를 사용하였다.
중촉진제는 지효성 촉진제와 초촉진제의 중간 단계로 반응 속도를 조절하는 촉진제로, 게시된 발명에서는 2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole, 이하, M(MBT)으로 지칭될 수 있다) 중촉진제 및 다이벤조티아졸 디설파이드(dibenzothiazol disulfide, 이하, DM(MBTS)으로 지칭될 수 있다)를 포함하는 티아졸계 촉진제 중 적어도 하나를 사용하였다.
한편, 실시 예에 따라 중촉진제는 DM(MBTS)의 활성을 촉진하도록 1, 3-디페닐 구아니딘(1, 3-diphenyl guanidine, 이하 D(DPG)로 지칭될 수 있다)을 포함하는 구아니딘계 촉진제를 더 포함할 수 있다. 1, 3-디페닐 구아니딘은 중촉진제인 DM(MBTS)의 활성을 촉진하는 기능을 갖는다는 측면에서 중촉진제에 포함되는 개념일 수 있다.
구체적으로, 구아니딘계 촉진제는 천연 고무 기준 0.3 phr 이하로 포함될 수도 있다. 구아니딘계 촉진제가 천연 고무 기준 0.3 phr 이하로 포함될 경우 가류 시간을 최적화할 수 있다. 반대로, 구아니딘계 촉진제가 천연 고무 기준 0.3 phr을 초과할 경우 가류 시간이 짧아져 최적 배합이 어려워질 수 있으며, 실시 예에 따라 스코치가 발생될 가능성도 있다. 이에, 구아니딘계 촉진제의 배합 비율을 적절하게 조절함이 바람직할 것이다.
게시된 발명에서는 이러한 촉진제들의 배합비를 조절하여 인장강도 및 신율과 같은 물성을 확보함과 동시에 진동절연성능 효과를 확보할 수 있도록 하였다.
먼저, 중촉진제를 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가하였다. 중촉진제가 0.3 phr 미만으로 첨가될 경우 충촉진제의 첨가 효과가 미미할 수 있으며, 중촉진제가 1 phr 이상으로 첨가될 경우 스코치가 발생될 수 있다. 이에, 중 촉진제의 첨가 비율을 적절하게 조절함이 바람직할 것이다.
지효성 촉진제는 천연 고무 기준 1 내지 2 phr 범위로 첨가하였다. 이는 일반적으로 사용되는 첨가 비율로 통상의 기술자에 의해 수치 범위 일부가 조절될 수 있다.
초촉진제는 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가하였으며, 바람직하게는 0.5 내지 0.7 phr 범위로 첨가하였다. 초촉진제를 0.3 phr 미만으로 첨가할 경우 초촉진제의 첨가 효과가 미미할 수 있으며, 초촉진제가 1phr를 초과하여 첨가될 경우 과 가류 또는 스코치가 발생될 수 있다. 이에, 초촉진제의 첨가 비율을 적절하게 조절함이 바람직할 것이다.
활성화제는 황 가교제의 활성을 촉진시키도록 첨가될 수 있다. 이러한 활성화제는 천연 고무 기준 4.5 phr로 첨가될 수 있으며, 통상의 기술자에 의해 수치 범위 일부가 조절될 수 있다.
활성화제의 종류로는 산화 아연(zinc oxide, ZnO) 및 스테아린산을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 산화 아연과 스테아린산이 2 대 1의 비율로 혼합된 것을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 활성화제의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 게시된 발명에 따른 천연고무 조성물은 내열노화성능 및 오존노화성능 등을 만족하기 위해 노화방지제를 포함할 수 있다. 노화 방지제는 천연 고무 기준 5 phr로 첨가될 수 있으며, 통상의 기술자에 의해 수치 범위 일부가 조절될 수 있다.
노화방지제의 종류로는 퀴놀린계 열노화방지제, 왁스계 열노화방지제 및 오존 노화방지제 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 보다 상세하게, 퀴놀린계 열노화방지제로는 RD(TMQ)가 사용될 수 있으며, 왁스계 열노화 방지제로는 IPPD 왁스(wax)가 사용될 수 있으며, 오존 노화방지제로는 SUNNOC가 사용될 수 있다. 다만, 사용 가능한 노화방지제 종류의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
배합지연제는 공정 성형에 있어서 스코치 방지를 위해 사용될 수 있다. 배합 지연제는 천연 고무 기준 0.1 내지 0.5 phr 범위로 첨가될 수 있으며, 통상의 기술자에 의해 수치 범위 일부가 조절될 수 있다.
스코치 현상은 작업 중이나 보관 중에 열로 말미암아 미 가류 고무의 가류 현상이 일부 진행되는 것으로, 스코치 현상이 발생될 경우 원하지 않는 조건에서 가교가 먼저 발생하여 부품의 품질을 저해하고 제품의 성능을 만족하지 못하게 될 수 있다. 이에 게시된 발명은 배합지연제를 첨가하여 공정 성형을 위해 스코지를 방지하도록 하였다.
배합 지연제의 종류로는 폴리비닐이미다졸(poly(vinylimidazole), 이하 PVI로 지칭될 수 있다)이 사용될 수 있으나, 사용 가능한 배합 지연제의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시 예에 따라 가소제가 더 첨가될 수 있으며, 가소제는 P-Oil과 같은 파라핀 오일, 나프탈렌계 오일 등을 포함할 수 있다.
이상으로, 차량용 부품 중 서스펜션 부시의 재료로 사용 가능한 천연고무조성물의 성분 및 배합 비에 대해 살펴보았다.
이하, 이해를 돕기 위해 위와 같은 배합 비를 선정한 근거를 후술하는 실시 예들을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
이해를 돕기 위해, 후술하는 [표 1] 내지 [표 4]에 나타난 물성 시편의 물성 데이터는 아래의 기준으로 평가하도록 한다.
먼저, 인장 강도와 모듈러스와 신율은 동일 형상에 적용되는 경우를 전제로 수치 값이 높을수록 내구 성능이 우수한 것으로 평가된다.
또한, 동배율은 진동절연성능(NVH)과 같은 의미로 동일 형상에 적용되는 경우를 전제로 수치 값이 낮을수록 진동절연성(NVH)이 우수한 것으로 평가된다.
또한, 레오미터는 최적 상태의 서스펜션 부시 부품을 성형하기 위하여 권장하는 범위 시간에 해당하여야 하는데, 권장 시간 범위에 해당하는 경우라도 시간이 짧을수록 원가 절감이 가능한 바 생산성이 유리한 것으로 평가된다. 한편, 권장 시간보다 짧을 경우에는 스코치 발생이 가능하여 품질이 저하될 수 있으며, 권장 시간보다 긴 경우 생산성이 저하될 수 있다.
레오미터 값 중 Ts2는 가교의 시작점을 확인 가능한 레오미터 값으로, 최소 토크 값의 2 point 상승한 값에 도달하는 시간이다. 게시된 발명에서는 천연고무 조성물의 Ts2 값이 90 내지 150 s 범위 이내일 때 스코치 방지 및 생산성 확보가 가능한 것으로 평가된다.
레오미터 값 중 T90은 최고 토크 값의 90% 값에 도달하는 시간이다. 게시된 발명에서는 T90 값이 220 내지 300s 범위 내의 수준일 때 생산성 확보로 원가상승을 최소화 할 수 있는 것으로 평가된다.
이하, 카본 블랙의 최적화 배합 비율을 선정한 근거를 아래의 [표 1] 내지 [표 4]를 참조하여 설명하도록 한다. 구체적으로, [표 1]을 통해 카본 블랙의 종류 및 첨가 비율을 선정한 근거를 살펴보고, [표 2] 및 [표 3]을 통해 천연 고무 조성물의 가류 물성을 만족하도록 하는 촉진제의 최적 배합 비를 살펴보고, [표 4]를 통해 천연 고무 조성물의 가류 물성 및 동배율 특성을 동시에 만족하도록 하는 촉진제의 최적 배합 비를 살펴본다.
먼저, [표 1]을 참조하여 카본 블랙의 종류 및 첨가 비율을 선정한 근거를 설명하도록 한다.
항목 Reference 카본 블랙 최적화 위한 배합(이하, A 배합) 비고
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12
배합 천연고무 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 고정인자(F)
HAF - 40 20 20 30 30 10 10 가변인자(V)
FEF 20 40 20 20 10 30 30 10
SRF - 40 20 20 10 10 30 30
RD(TMQ) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 (F)
IPPD(3C) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Sunnoc 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ZnO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Steric Acid 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
S 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 Semi-EV
Cure
CBS(CZ) 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44 1.44
TMTD (TT) 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
Acc/S 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3
레오미터 Ts2 76 88 84 79 168 84 83 82 81 88 88 88 평가결과
T90 162 176 166 188 301 181 206 177 179 180 186 180
최대토크 23.4 23.7 22.7 25.4 20.0 24.8 26.7 26.1 27.5 26.1 24.3 25.2
가류시간 444 472 452 496 722 482 532 474 478 480 492 480
물성 경도 47 57 57 54 60 51 58 59 59 59 59 55 55
인장강도 332 287 261 265 266 257 271 276 281 257 250 282 253
M100 15.3 16.9 23.9 19.1 24.8 17 21.2 23.1 22 28 23 20.3 20.9
신율 610 660 490 530 510 570 530 540 550 480 560 560 520
동배율 - 3.01 2.23 2.10 2.52 1.92 2.50 2.78 2.73 2.30 2.09 2.38 2.00
[표 1]에서, HAF는 고내마모성 카본블랙(High Abrasion Furnace)를 의미하고, Acc/S는 황대 황촉진재의 배합비를 의미한다.
[표 1]에서는 카본 블랙의 최적 배합 비율을 살펴보기 위해 천연 고무와, 노화 방지제와, 활성화제와, 황과, 촉진제의 양을 고정한 채 HAF와, FEF와 SRF의 함량 비를 조절하여 추출한 물성 값을 나타내었다.
[표 1]의 A#1 내지 A#12의 물성 값을 검토한 결과, A#1 내지 #12의 기본 물성 중 인장강도는 250 내지 280 kgf/cm2을 나타내었고, 신율 500 내지 600% 수준으로 각각 우수한 인장강도와 신율 특성을 보임을 확인할 수 있었다.
한편, 동배율(진동절연성능)의 경우 A#5, A#10 및 A#12는 각각 1.92, 2.09 및 2.00로 우수한 동배율 특성을 보임을 확인할 수 있었다. 이 중, A#5의 경우 레오미터 Ts2 인자 및 T90 인자가 각각 168과 301로 타 배합과는 상이한 결과 값을 보여 배합 결과에서 제외하였으며, A#12는 경도 값이 55로 나타났으며 신율 특성이 #10에 비해 상대적으로 낮아 배합 결과에서 제외하였다.
실험 결과, 기준 경도 HS60을 전제로 카본 블랙 중 FEF와 SRF를 각각 3 대 1의 비율로 첨가할 경우 물성 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
한편, A#5는 레오미터 중 Ts2 값과 T90 값이 각각 88 및 180으로 목표하는 가류 조건을 만족하지 못함을 확인할 수 있었다.
이에, 가류 조건을 만족시키기 위해 활성화제, 노화 방지제 및 황의 양은 고정한 채 촉진제의 종류 및 양을 변화시켜가며 최적 배합을 찾기 위한 실험을 진행하였다.
이하, 가류 조건을 만족시키기 위한 촉진제의 최적 배합 비율을 찾기 위해 아래의 [표 2] 및 [표 3]에 따른 배합으로 물성 시편의 특성을 측정하였다.
항목. 가류물성 최적화 배합(이하, B 배합) 비
고
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11
배합 천연 고무 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 (F)
FEF 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
RD(TMQ) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
IPPD(3C) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Sunnoc 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ZnO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Steric Acid 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
P-OIL 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
S 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
D (DPG) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.3 (V)
M (MBT) 2
DM (MBTS) 2 1 1 2
CBS(CZ) 2 1 2 1 1
NOBS (MBS) 2 1 2 1 1
TMTD (TT) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
PVI 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 (F)
레오미터 Ts2 169 201 173 37 72 161 207 96 85 176 69 평
가
결
과
T90 321 399 335 116 181 292 399 232 206 329 176
최대토크 19.8 21.3 21.1 18.2 22.3 21.7 22.3 17.3 19.1 22.9 20.7
가류시간 762 918 790 352 482 704 918 584 532 778 472
물성 경도 54 54 55 53 56 54 55 52 55 56 53
인장강도 244 247 242 221 238 238 241 235 242 240 240
M100 19.9 21.2 20.6 16.7 22.2 21.6 22.8 17.9 21.5 24.3 20.4
신율 550 530 530 570 510 520 510 560 520 550 530
동배율 2.24 2.14 2.14 2.08 1.93 2.21 2.22 2.08 2.03 2.21 2.08
항목. 가류물성 최적화 배합(이하, B 배합) 비
고
#12 #13 #14 #15 #16 #17 #18 #19 #20 #21 #22
배합 천연 고무 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 (F)
FEF 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
RD(TMQ) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
IPPD(3C) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Sunnoc 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ZnO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Steric Acid 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
P-OIL 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
S 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
D (DPG) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 (V)
M (MBT)
DM (MBTS) 2 1 1 2 1 1
CZ (CBS) 2 1 1 2 1 1
NOBS (MBS) 2 1 1 2 1 1
TMTD (TT) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
PVI 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 (F)
레오미터 Ts2 132 173 75 87 155 59 148 140 73 77 226 평
가
결
과
T90 249 349 160 234 306 156 283 327 171 203 406
최대토크 22.7 23.1 20.1 23.3 23.3 22.7 22.8 24.1 22.2 24.1 20.5
가류시간 618 818 440 588 732 432 686 774 432 526 932
물성 경도 55 56 55 57 56 57 56 57 57 58 54
인장강도 233 239 235 235 234 233 245 226 234 234 244
M100 21.3 23.0 19.9 23.7 24.4 22.5 22.3 24.6 22.3 22.5 19.2
신율 510 510 540 510 490 540 520 480 510 480 540
동배율 2.37 2.32 2.06 2.24 2.33 2.11 2.39 2.35 2.32 2.20 2.32
[표 2] 및 [표 3]에 나타난 실험에서는, 기준 경도 HS60 조건을 만족시키기 위해 카본 블랙의 첨가 량을 40 phr로 고정시켰다.
또한, 노화 방지제의 첨가 량은 RD(TMQ), IPPD(3C) 및 Sunnoc을 각각 1.5 phr, 1,5 phr 및 2 phr로 고정하였으며, 활성화제의 첨가 량은 산화 아연과 스테아린 산과 P-Oil을 각각 3 phr, 1.5 phr 및 5 phr로 고정하였고, 가교제서 황(S)의 첨가 량을 1 phr로 고정하였고, 배합 지연제 PVI를 0.3 phr로 고정하였다.
이후, 가류 물성 최적화를 위해 촉진제의 양을 조절하며 실험을 진행 하였다.
B#1 내지 B#3에서는 CZ(CBS)와 NOBS(MBS) 양을 조절하며 실험을 진행하였으며, B#4 내지 B#10에서는 D(DPG)를 0.1 phr로 고정한 채 M(MBT)와 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절하며 실험을 진행하였으며, B#11 내지 B#16에서는 D(DPG)를 0.3 phr로 고정한 채 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절하며 실험을 진행하였으며, B#17 내지 B#22에서는 D(DPG)를 0.5 phr로 고정한 채 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절하며 실험을 진행하였다.
B#1 내지 B#3의 실험 결과 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 첨가 량에 따른 효과를 살펴볼 수 있었다. 실험 결과, 물성 평가는 기존 배합 수준이며 가류 시간이 상대적으로 긴 편임을 확인할 수 있었다.
B#4 내지 B#10의 실험 결과 D(DPG)를 0.1 phr로 고정한 채 M(MBT)와 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절할 경우의 효과를 살펴볼 수 있었다. 실험 결과, 물성 평가는 기존 배합 수준이며 가류 시간 최적화 측면에서 B#8이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.
B#11 내지 B#16의 실험 결과 D(DPG)를 0.3 phr로 고정한 채 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절할 경우의 효과를 살펴볼 수 있었다. 실험 결과, 가류 시간 최적화 측면에서 #12 및 #16이 우수하나 동 배율 특성이 기존 배합 대비 열세함을 확인할 수 있었다.
B#17 내지 B#22의 실험 결과 D(DPG)를 0.5 phr로 고정한 채 DM(MBTS)와 CZ(CBS)와 NOBS(MBS)의 양을 조절할 경우의 효과를 실펴볼 수 있었다. 실험 결과, 가류 시간 최적화 측면에서 B#18 및 B#19가 우수하나 동배율 특성이 기존 배합 대비 열세함을 확인할 수 있었다.
실험 결과를 종합하면, D(DPG)의 함량이 0.3 phr을 초과할 경우 가류시간이 짧아져 스코치 발생이 가능하고, 최적화 배합이 어려움을 확인할 수 있었다. 이에 D(DPG)의 함량은 0.3 phr 이하로 첨가함이 바람직함을 확인할 수 있었다.
일 예로, B#5, B#11, B#17의 Ts2 값을 살펴보면, B#5의 Ts2 값은 72s이고, B#11의 Ts2 값은 69s이고, B#17의 Ts2 값은 59s로 D(DPG) 함량이 증가함에 따라 Ts2 값이 감소 추세에 있음을 확인할 수 있었다. 특히, D(DPG) 함량이 0.3 phr을 초과할 경우 Ts2 시간이 59s로 짧아져서 성형성 문제가 발생 가능함을 확인할 수 있었다. 추가로, D(DPG)의 함량이 0.1 phr인 B#5의 경우 동배율 값이 1.93으로 D(DPG)의 함량이 0.3 phr인 B#11과 비교해 우수한 동배율 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.
다른 예로, B#9, B#15 및 B#21의 Ts2 값을 살펴보면, B#9의 Ts2 값은 85s이고, B#15의 Ts2 값은 87s이고, B#21의 Ts2 값은 77s로 D(DPG) 함량이 증가함에 따라 Ts2 값이 감소 추세에 있음을 확인할 수 있었다. 특히, D(DPG) 함량이 0.3 phr을 초과할 경우 Ts2 시간이 77s로 짧아져서 성형성 문제가 발생 가능함을 확인할 수 있었다. 추가로, D(DPG)의 함량이 0.1 phr인 B#9의 경우 동배율 값이 2.03으로 D(DPG)의 함량이 0.3 phr인 B#15와 비교해 우수한 동배율 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.
[표 2] 및 [표 3]에서는 D(DPG)와, M(MBT)과, DM(MBTS)과, CZ(CBS)와, NOBS(MBS)의 배합을 조절하였으나, 가류 시간 최적화 대비 동배율 특성이 열세함을 확인할 수 있었다.
이에, [표 2] 및 [표 3]의 실험 결과를 토대로 가류 조건 특성뿐 아니라 동배율 특성의 최적화를 위해 아래의 [표 4]에 따른 배합으로 물성 시편의 특성을 측정하였다.
항목 가류물성 및 동배율 특성 최적화 배합(이하, C 배합) 비고
#1 #2 #9 #10 #11 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #12 #13
배
합		 NR 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 (F)
FEF (N550) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
SRF (N774) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
RD (TMQ) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
IPPD(3C) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Sunnoc 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
ZnO 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Steric Acid 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
S 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
D ( DPG ) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 (V)
M ( MBT ) 0.3 0.3 0.3
DM ( MBTS ) 0.5 0.3 0.1 0.5 0.5 0.5 0.3 0.3 0.5 0.5
CZ (CBS) 1.5 1.8
NOBS (MBS) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
TMTD( TT ) 0.5 0.5 0.5 1.0 1.2 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5
PVI 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.7 (F)
리오미터 Ts2 90 98 103 88 75 92 88 105 111 114 93 103 124 평가결과
T90 244 247 278 232 212 257 222 225 274 234 233 260 283
최대토크 27.8 25.7 24.7 28.0 28.6 27.4 28.4 25.8 26.8 26.7 23.8 27.5 25.6
가류시간 608 614 676 584 544 634 564 570 668 588 586 540 686
물물성 경도 60 58 59 60 61 59 60 58 59 59 60 59 57
인장강도 255 261 253 256 257 262 252 269 262 280 264 251 239
M100 29.7 25.9 25.1 30.1 30.6 30.4 30.1 25.7 26.6 27.1 29.2 29.6 26.3
신율 470 490 480 460 430 470 460 510 490 510 490 470 430
동배율 2.13 2.22 2.24 2.16 2.20 2.16 2.20 2.22 2.22 2.22 2.24 2.19 2.25
[표 4]에 나타난 실험에서는, 기준 경도 HS60 조건을 만족시키기 위해 카본 블랙의 첨가 량을 40 phr로 고정시켰고, 카본 블랙의 종류 및 첨가 량은 [표 1]에 근거하여 FEF와 SRF를 3 대 1로 고정하였다.
또한, 노화 방지제의 첨가 량은 RD(TMQ), IPPD(3C) 및 Sunnoc을 각각 1.5 phr, 1,5 phr 및 2 phr로 고정하였으며, 활성화제의 첨가 량은 산화 아연과 스테아린 산을 각각 3 phr 및 1.5 phr로 고정하였고, 가교제서 황(S)의 첨가 량을 1 phr로 고정하였고, 배합 지연제 PVI를 0.3 phr로 고정하였다.
이후, 가류 물성 및 동배율의 최적화를 위해 촉진제의 양을 조절하며 실험을 진행 하였다.
먼저, [표 2] 및 [표 3]의 전체 및 [표 4]의 C#1, C#10 및 C#11 실험 결과를 통해 초촉진제 TMTD(TT)를 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
구체적으로, [표 4]의 C#1, C#10 및 C#11은 각각 초촉진제 TMTD(TT)를 0.5 phr, 1.0 phr 및 1.2 phr로 첨가한 경우로, 초촉진제 TMTD(TT)를 1.2 phr로 첨가한 C#11의 경우 C#1 및 C#10의 경우와 비교해 동 배율 특성이 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 이에, TMTD(TT)는 최대 1.0 phr까지 첨가하고, 바람직하게는 0.5 phr에 근접하도록 첨가할 경우 우수한 동배율 특성을 확보하고, 스코치 발생을 방지 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, [표 2] 및 [표 3]의 실험 결과를 통해 초촉진제 TMTD(TT)를 최소 0.3 phr로 첨가할 경우 초촉진제의 첨가 효과를 볼 수 있음을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 초촉진제 TMTD(TT)를 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
다음으로, [표 4]의 C#1 및 C#3 실험 결과를 통해 중촉진제 D(DPG)의 유무에 따른 효과를 살펴볼 수 있었다.
[표 4]의 C#1은 중촉진제 D(DPG)를 첨가한 경우로 중촉진제 D(DPG)를 첨가하지 않은 C#3과 비교해 동배율 특성이 우수하며, 레오미터 값 중 Ts2 및 T90 값도 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.
다음으로, [표 2] 내지 [표 4]의 실험 결과를 통해 중촉진제인 DM(MBTS)의 양을 0.3 내지 1.0 phr 범위로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[표 2] 및 [표 3]의 B#5, B#11, B#17은 DM(MBTS)을 각각 2 phr로 첨가한 경우로, Ts2 값이 각각 72s, 69s 및 59s로 나타나 Ts2 권장시간의 하한치 90s보다 지나치게 짧으며, 결과적으로 스코치 발생이 가능함을 확인할 수 있었다.
반면, B#9, B#15 및 B#21은 DM(MBTS)을 1 phr로 첨가한 경우로, Ts2 값이 각각 85s, 87s 및 77s로 나타나 Ts2 권장시간의 하한치에 근접함을 확인할 수 있었다. 이에, DM(MBTS)의 함량의 최대치는 1.0 phr 이하를 유지함을 바람직함을 확인할 수 있었다.
이어서, [표 4]의 C#1, C#2 및 C#9는 DM(MBTS)를 각각 0.5 phr, 0.3 phr 및 0.1 phr로 첨가한 경우로, DM(MBTS)를 0.1 phr로 첨가한 C#9의 경우 C#1 및 C#2와 비교해 가류 시간이 상대적으로 높게 나타나 생산성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
반면, DM(MBTS)를 각각 0.3 phr 및 0.5 phr로 첨가한 C#1 및 C#2의 경우, C#9의 경우와 비교해 Ts2 및 T90의 권장 범위를 만족하며, 특히 C#1의 경우 동배율 특성이 가장 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 중촉진제인 DM(MBTS)의 양을 0.3 내지 1.0 phr 범위로 첨가하는 것이 바람직하며, 약 0.3 phr에 근접할 경우 가류시간 뿐 아니라 동배율 특성까지 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.
다음으로, [표 2] 내지 [표 4]의 실험 결과를 통해 지효성촉진제 NOBS(MBS)는 1.0 내지 2.0 phr 범위로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
일반적으로, 지효성 촉진제 NOBS(MBS)는 1.0 내지 2.0 phr을 통용적으로 사용하며, [표 2] 내지 [표 4]의 실험을 통해 지효성 촉진제 NOBS(MBS)를 1.0 phr, 1.5 phr, 1.8 phr 및 2.0 phr로 첨가할 경우의 개선 효과를 확인하였다.
구체적으로, [표 2] 및 [표 3]의 B#7, B#9 및 B#10은 NOBS(MBS)를 각각 2 phr, 1 phr 및 1 phr로 첨가한 경우로, B#7, B#9 및 B#10의 동배율 값은 각각 2.22, 2.03 및 2.21로 우수한 동배율 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.
또한, [표 4]의 C#1, C#2, C#9, C#10, C#3, C#4 및 C#8은 NOBS(MBS)를 1.5 phr로 첨가하고, C#6은 NOBS(MBS)를 1.8 phr로 첨가한 경우로, C#1, C#2, C#9, C#10, C#3, C#4 및 C#8의 동배율 값은 2.13, 2.22, 2.24, 2.16, 2.16, 2.20 및 2.24로 우수한 동배율 특성을 가짐을 확인할 수 있었고, C#6의 동배율 값은 2.22로 우수한 동배율 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.
또한, [표 4]의 C#4 내지 C#7 실험 결과를 통해 지연성 촉진제 CZ(CBS) 및 NOBS(MBS)의 첨가 량에 따른 효과를 살펴볼 수 있었다.
C#4는 및 C#6는 지효성 촉진제 NOBS(MBS)를 각각 1.5 phr 및 1.8 phr로 첨가한 경우이고, C#5 및 C#7은 지효성 촉진제 CZ(CBS)를 각각 1.5 phr 및 1.8 phr로 ?가한 경우로 NOBS(MBS)를 1.5 phr로 첨가한 C#4 경우 가장 우수한 동배율 특성을 보임을 확인할 수 있었다.
다음으로, [표 1] 및 [표 4]의 C#1, C#12 및 C#13의 실험 결과를 통해 배합 지연제 PVI는 0.1 내지 0.5 phr 이하로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
구체적으로, [표 1]은 배합 지연제 PVI를 첨가하지 않은 경우로 이 경우 Ts2 값 및 T90 값이 매우 짧음을 확인할 수 있었다.
반대로, [표 4]의 C#1, C#12 및 C#13은 PVI를 각각 0.3 phr, 0.5 phr 및 0.7 phr로 첨가한 경우로, C#1 및 C#12에서 PVI의 첨가량이 0.5 phr일 때까지 Ts2 값 및 T90 값이 모두 양호하게 나타났으나, PVI의 첨가량이 0.7 phr인 경우 Ts2 값 및 T90 값이 각각 124s 및 283s로 나타나 가류 시간이 과다하여 물성이 열세하게 나타남을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 게시된 발명에 따른 천연 고무 조성물의 양산성을 확보하기 위해 배합 지연제 PVI를 0.1 내지 0.5 phr 범위 내로 첨가하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
실험 결과, 중촉진제 D(DPG)의 경우 DM(MBTS) 및 TMTD(TT)와 블렌딩하여 사용되었을 때 효과가 가장 우수함을 확인할 수 있었고, 지효성 촉진제인 NOBS(MBS) 및 배합 지연제 PVI를 소량 첨가하여 배합을 최적화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이에, 게시된 발명에서는 기준 경도 HS60을 달성하도록 C#1의 조성비를 가지는 천연고무 조성물을 천연 고무 조성물의 베이스 조성물로 선택하였다. 다만, 천연고무 조성물의 조성 비가 C#1에 나타난 조성 비에 한정되는 것은 아니며, 앞서 설명한 성분들의 첨가 량 범위를 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
이하, 이해를 돕기 위해 C#1의 조성비를 가지는 천연고무 조성물을 이용하여 제작한 시제품 및 그 평가 결과를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 천연고무 조성물을 사용해 서스펜션 부시 중 후륜 CTBA 부시를 제작하였다. C#1 재료로 성형된 시제품의 물성 특성을 비교 평가하기 위해 기존에 후륜 CTBA 부시 시제품 중 아래와 같은 특성을 가지는 시제품을 비교 대상으로 선정하였다.
[양산 1]
양산 1에 따른 시제품은 범용으로 사용되는 서스펜션 부시 재료로 제작 된 것으로 황(S)이 1.5 phr 이상으로 첨가된 재료를 CV cure(Conventional vulcanization) 방법으로 경화하여 제작하였다.
[양산 2]
양산 2에 따른 시제품은 범용으로 사용되는 서스펜션 부시 재료로 제작된 것으로, 황(S)이 1.0 내지 1.5 phr로 첨가된 것을 제외하고 양산 1과 동일하다.
[양산 3]
양산 3에 따른 시제품은 폴리머 재료로 천연고무 단독이 아닌 천연고무와 부타디엔 고무를 블랜딩하여 사용하였다.
[양산 1] 내지 [양산 3]에 따른 시제품과, 게시된 발명에 따른 재료로 성형된 시제품 C#1의 재료 특성 및 부품 특성을 아래의 [표 5]에 나타내었다.
항목 [경도 61Hs] 양산재료 개발재료
[양산 1] [양산 2] [양산 3] 시제품C#1
재
료		 내열성능 70℃x70hr 70℃x1,000hr 70℃x1,000hr 70℃x1,000hr
물
성		 인장강도(MPa) 20 21 19 26
신율 (%) 510 420 530 470
반발탄성(%) 57 60 64 72
부
품		 특
성		 정특성(Kgf/mm) 77.4 80.0 70.3 70.1
동배율
(Kd/Ks)		 @15Hz 1.65 1.52 1.53 1.37
@100Hz 2.91 2.34 2.69 1.66
내
구		 상온내구(*P1(20±580kgf)/R(6±6deg)) 86만 Crack 86만 Crack 44만 Crack 100만 Crack
[표 5]를 참조하면, 시제품 C#1은 기존의 양산 1, 양산 2 및 양산 3에 따른 시제품의 경우와 비교해 신율은 동등 수준을 나타내지만 인장 강도는 약 30%의 개선 효과를 나타내었다.
또한, 동 배율은 양산 1의 경우와 비교해 @15Hz 영역에서 1.65 에서 1.37로 감소하여 약 20%의 개선 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 상온내구 평가 결과 내구 규격인 100만 사이클을 만족하여 내구력이 우수함을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 게시된 발명에 따른 천연고무 조성물을 서스펜션 부시에 적용할 경우, 인장강도 및 동배율 특성이 개선됨과 동시에, 내구성 특성이 개선됨을 확인할 수 있었다.
이상으로, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시 예들을 설명하였다. 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 게시된 실시 예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 게시된 실시 예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 전륜 샤시 모듈
11: 스트러트 인슐레이터
12: 서브프레임 부시
13: 로워암 부시
20: 후륜 샤시 모듈
21: 크로스멤버 부시
22: 디프 마운트 부시
23: 리어 로워암 부시

Claims (14)

  1. 미리 설정된 기준 경도를 달성하도록 마련된 천연 고무 조성물로,
    천연 고무;
    상기 천연 고무 기준 40 phr로 첨가되는 카본블랙 충진제;
    상기 천연 고무 기준 1phr로 첨가되는 황 가교제; 및
    가류 물성 및 동배율을 조절하기 위해 첨가되는 촉진제;를 포함하고,
    상기 촉진제는,
    상기 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 중촉진제;
    상기 천연 고무 기준 1 내지 2 phr 범위로 첨가되는 지효성촉진제; 및
    상기 천연 고무 기준 0.3 내지 1 phr 범위로 첨가되는 초촉진제;를 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카본블랙 충진제는,
    기준 경도 HS60을 달성하도록, 양압출성 카본블랙(FEF) 및 중보강성 카본블랙(SRF)가 3 대 1의 비율로 첨가되는 차량용 천연고무 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 카본 블랙 충진제는,
    기준 경도 HS60 이하를 달성하도록 상기 양압출성 카본블랙(FEF)이 3보다 더 높은 비율로 첨가된 것을 특징으로 하는 차량용 천연고무 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 카본 블랙 충진제는,
    기준 경도 HS60 이상을 달성하도록 상기 양압출성 카본블랙(FEF)이 3보다 더 낮은 비율로 첨가된 것을 특징으로 하는 차량용 천연고무 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 중촉진제는, 2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole) 촉진제 및 티아졸계 촉진제 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 지효성촉진제는, 설펜아마이드계 촉진제를 포함하고,
    상기 조촉진제는, 티우람계 촉진제를 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 티아졸계촉진제는, 다이벤조티아졸 디설파이드(dibenzothiazol disulfide)를 포함하고,
    상기 설펜아미드계 촉진제는, n-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아마이드(2-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, CBS) 및 N-옥시다이에틸렌-2-벤조티아졸 설펜아마이드(N-oxydiethylene-2-benzothiazol sulfonamide, NOBS) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 티우람계 촉진제는, 테트라메틸티우람다이설파이드(Tetra methyl thiuram disulfide)를 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 촉진제는,
    상기 중촉진제의 활성을 촉진시키도록 1, 3-디페닐 구아니딘(1, 3-diphenyl guanidine)을 포함하는 구아니딘계 촉진제를 상기 천연 고무 기준 0.3 phr 이하로 더 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 천연 고무 기준 5 phr로 첨가되는 노화방지제;
    상기 천연 고무 기준 4.5 phr로 첨가되는 활성화제; 및
    상기 천연 고무 기준 0.1 내지 0.5 phr 범위로 첨가되는 배합 지연제;를 더 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 배합 지연제는,
    폴리비닐이미다졸(Poly(vinylimidazole)을 포함하는 차량용 천연 고무 조성물.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 노화방지제는,
    퀴놀린계 열노화방지제, 왁스계 열노화방지제 및 오존 노화방지제 중 적어도 하나를 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 활성화제는,
    산화아연(zinc oxide, ZnO) 및 스테아린산(steric acid)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 활성화제는,
    상기 산화아연과 상기 스테아린산이 2 대 1의 비율로 혼합된 것을 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  13. 제 1항에 있어서,
    90 내지 150s 범위의 Ts2 값을 가지는 것을 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
  14. 제 1항에 있어서,
    220 내지 300s 범위의 T90 값을 가지는 것을 포함하는 차량용 천연고무 조성물.
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