KR20190080561A - 차량용 오일씰의 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공시간을 길게하고, 신율 및 기계적 물성치가 우수한 차량용 오일씰 고무조성물을 개시한다. 본 발명의 차량용 오일씰의 고무 조성물은, 과산화물 가교 타입의 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate) 및 트리알리이소사뉴레이트(Triallyisocyanurate)를 포함하는 가류제를 구비한다.

Description

차량용 오일씰의 고무조성물{RUBBER COMPOSITE OF OIL SEAL FOR VEHICLE}
본 발명은 FKM고무의 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 스템이나, 레디얼 샤프트 등의 차량에서 적용될 수 있으며, FKM고무로 이루어진 오일씰의 고무 조성물에 관한 것이다.
최근 자동차의 엔진소형화, 고출력화 등에 의해 오일씰이 밀봉해야 되는 유체가 고무에 가혹한 영향을 미쳐 일반적인 비스페놀 가교 타입의 FKM이 견딜 수 없어 과산화물 가교 타입의 FKM으로 재질이 변경되고 있는 추세이다.
비스페놀 가교 타입의 FKM은 bisphenol AF를 가교제로 하여 4가 암모늄을 이용하여 가교반응을 촉진시킨 수 가교 시키지만, 과산화물 가교 타입은 2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane 등의 과산화물을 이용하여 가교조제인 TAIC(triallyl isocyanurate)에 직접 가교 시키므로 가교속도가 2~5배 가량 빠르다.
그러나.가교 속도가 빨라짐에 따라 제조사에서 보유하고 있는 가교성형기로 성형할 경우 부적합이 다발하고 수율이 저하되어 문제가 발생하고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2016-0080843호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 제품의 물성은 우수하게 유지됨과 동시에, 가공성이 우수한 차량용 오일씰의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 차량용 오일씰의 고무 조성물은, 과산화물 가교 타입의 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate) 및 트리알리이소사뉴레이트(Triallyisocyanurate)를 포함하는 가류제를 구비한다.
이 경우, 상기 트리메틸 이소사이오누르산은 폴리머 100중량부에 대하여 0.5 내지 1 중량부를 가지고, 상기 트리메틸 이소사이오누르산과 트리알리이소사뉴레이트의 중량비는 4:6 내지 3:7인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 함수실리카계 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 더 포함하고, 상기 충진보강제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 25 내지 35 중량부일 수 있다.
이 경우, 상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5일 수 있다.
또한, 상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이네 파이버를 포함할 수 있다.
상기 충진 보강제는 폴리머 100중량부 대비 30 중량부 내지 65 중량부를 가질 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 가교시간을 지연시킴으로써, 가공성을 향상시킬 수 있다. 이를 통하여 완제품의 불량을 줄일 수 있고 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용된 가류제로 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)의 가교 반응을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명인 차량용 오일씰의 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 오일씰의 고무 조성물은, 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate) 및 트리알리이소사뉴레이트(Triallyisocyanurate)를 포함하는 가류제를 포함한다. 이 경우, 본 발명은, 함수실리카 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 더 포함할 수 있다.
불소 고무는 불소화도가 높은 탄화수소가 높은 탄화수소 고분자이다. 상기 불소고무는 우수한 내산화성, 내후성, 난연성, 내화학성, 및 내유성을 가지고 있다.
상기 FKM고무는 과산화물 가교 타입은 오일씰이 밀봉해야 되는 유체가 고무에 가혹한 영향을 미치는데, 이를 견딜 수 있다. 이 경우, FKM 고무는 저온성을 가지고 있는 것이 바람직하다.
가류제는 불소고무에 화학반응을 일으켜 탄성을 갖는 고무로 변화시킨다. 즉, 소성체의 고무를 탄력성의 고무로 바꾼다.
본 발명은 가류제로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 트리알리이소사뉴레이트(Triallyisocyanurate)와, 메탈릭 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethyl isocyanurate)(10)를 포함한다. 트리메탈이소사이오누르산을 적용하게 되면, 그 측쇄의 메틸 라디칼(20)이 가교반응을 방해하게 된다. 이에 따라서 가교시간을 지연시키는 효과가 있다.
이에 따라서 고온에 대한 저항을 개선하여 가공성이 크게 개선하는 효과가 있다.
또한, 상기 메탈릭 그룹(Methallyl group)(20)은 신율을 증가시키는 기능을 한다. 상기 메틸은 혼련시에 가류밀도가 낮고 안정성이 확보된다는 장점이 있다.
통상적으로 과산화물 가교 타입(퍼옥사이드 타입, Peroxide Type) FKM재질의 경우 일반적으로 가류제를 2~5phr 범위로 사용한다. 가류제를 상기 범위보다 높게 사용하게 되면 강성은 향상되나 신율이 저하하기 때문이다.
본 발명에 따르면, 기존 가교제에 트리메틸 이소사이오누르산 가류제를 조합하여 신율을 향상시킨다. 이 경우, 트리메틸 이소사이오누르산은 폴리머 100 중량부 대비하여 0.5 내지 1 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 중량부가 1중량부를 초과하게 되면 신율이 향상되지 않는다.
또한, 상기 트리메틸 이소사이오누르산과 트리알리이소사뉴레이트의 중량비는 4:6 내지 3:7인 것이 바람직하다. 상기 범위가 가교시간을 늦추는 효과를 가지는 시간으로서, 강성 및 신율이 우수하게 유지된다.
한편, 본 발명은, 충진 보강제로 실리카 및 티타늄계를 포함할 수 있다. 통상적으로 충진 보강제로서 함수실리카 충진 보강제를 단독으로 사용하거나, 충진 보강제로서 티타늄계 충진 보강제를 단독으로 사용하였다. 그러나, 티타늄계 충진 보강제를 사용하게 되면, 강성은 우수하게 되나 신율이 열화된다는 문제점이 있다. 또한, 실리카계 충진 보강제를 사용하는 경우에는 인장강도가 열화된다는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 함수 실리카계 및 티타늄계을 조합함으로써, 재료의 강성을 향상시킴과 동시에 저온성 폴리머의 우수한 물성을 구현할 수 있다.
이 경우, 상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5인 것이 바람직하다.
상기 중량비가 7:3을 초과하는 경우에는, 강성은 향상되나 신율이 저하된단는 문제점이 있고, 상기 중량비가 5:5 미만인 경우에는 가류시간이 저하되고 영구 압축줄음율이 저하됨과 동시에, 유색의 오링을 만들 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명에 따르면, 폴리머의 강성(100% Mo.)을 향상하면서 신율물성 또한 확보할수 있도록 티탄늄계과 함수실리카계의 최적비율 조합을 통해 물성을 구현하였다.
상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이네 파이버를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 티타늄계와 함수실리카계의 조합이 폴리머 대비, 30phr 미만으로 적용되는 경우에는 강성이 저하된다는 문제점이 있고, 그 조합이 65phr를 초과하는 경우에는 신율저하 및 기포 또는 표면불량 등의 가류부적합 현상이 나타난다.
따라서, 티타늄계와 함수실리카계 조합이 폴리머 대비 30phr 내지 65phr인 것이 바람직하다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 "실시예"라고 칭함.)을 의 FKM 오일씰의 고무조성물(이하, 편의상 "비교예"라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 비교예1, 비교예2, 실시예1, 및 실시예2의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
비교예1의 경우, 종래의 오일씰로서 트리메틸 이소사이오누르산을 적용하지 않았다.
비교예2의 경우, 가류제의 조성비를 제외하면, 본 발명의 실시예와 동일하다. 이 경우, 가류제로 트리알리이소사뉴레이트와 트리메틸 이소사이오누르산를 폴리머 대비 1phr 및 0.5phr을 적용하였다.
실시예1의 경우, 트리알리이소사뉴레이트와 트리메틸 이소사이오누르산를 폴리머 대비 0.8phr 및 0.7phr을 적용하였다.
실시예2의 경우, 트리알리이소사뉴레이트와 트리메틸 이소사이오누르산를 폴리머 대비 0.5phr 및 1phr을 적용하였다.
구성성분(중량부) 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2
폴리머 VPL855401 ) 100 100 100 100
충진제 VM562 ) 47 0 0 0
Blanc Fixe3 ) 10 0 0 0
Tismo D4 ) 0 20 20 20
Zeosil 1555) 0 12 12 12
가교(조)제 TAIC M606 ) 3 1.0 0.8 0.5
Diak No.87) 0 0.5 0.7 1.0
DBPH508 ) 2 2 2 2
ZnO9 ) 3 3 3 3
가공조제 HT-29010) 1 1 1 1
1. VPL85540 : FKM, Solvay
2. VM-56 : SilltintVinyltriethoxy silane, HOFFMANN MINERAL
3. Blanc Fixe : BaSO4, Solvay
4. Tismo D : K2O.8TiO2, Otsuca Chemical
5. Zeosil 155 : SiO2.Na2CO3, Rhodia Silica
6. TAIC M60 : Triallyisocyanurate, KaO Corp.
7. Diak No.8 : Trimethallyl isocyanurate(TMAIC) , Chemours
8. DBPH50 : 2,5-Dimethyl-2,5di(t-butylperoxy)hexane, R.T anderbilt
9. ZnO KS-2 : ZnO, 삼보아연
10. HT-290 : Blend of fatty acid derivatives and waxes, Struktol
표 2는 각각의 비교예와 실시예의 레오미터 결과와, 상기 실시예와 비교예의 경도, 100% 모듈러스, 인장강도(Kgf/cm2) 및 신율을 비교 표시한 표이다.
이 경우, 경도 시험, 100%모듈러스, 신율 및 인장강도 시험은 각각 KS M 6518의 규격을 만족하였다. 이 경우, Tmax는 최대토르크값으로서, 동일 배합에서 가교 밀도를 반영한다. Tmin은 최소 토르크값으로서, 동일 배합에서 유동성을 반영한다. tc90은 90%의 가료시점, 즉 최적가교 시간을 의미한다. ts2는 가교 시작 시점을 의미한다.
시험항목 실시예 비교예 1 비교예 2 비교예 3
Rheo
(175℃)
 TMAX (kgfcm) 25.19 24.34 23.55 23.21
TMIN (kgfcm) 1.72 1.59 1.43 1.40
tC90 (sec) 64 102 185 217
tS2 (sec) 44 52 62 68
경도 Hs(Shore A) 82 81 81 81
100% Mo.(kgf/㎠) 80 88 99 97
인장강도(kgf/㎠) 214 209 203 202
신율(%) 177 209 223 232
S.G 2.067 2.082 2.082 2.082
부적합율(%) 6.9 2.1 0.6 0.5
표 2에 도시된 바와 같이, 실시예1 및 실시예2의 경우, 최적가교시간(tc90)이 각각, 185초 및 217초이다. 반면 비교예1 및 비교예2의 경우, 최적가교시간(tc90)이 각각, 64초 및 102초이다. 즉, 실시예의 경우 가교시간이 길어짐을 알 수 있다.
또한, 경도 및 인장강도는 실시예와 비교예가 차이가 없다. 100%모듈러스 및 신율은 실시예1, 2의 경우가 비교예1, 2에 비하여 현저하게 우수함을 알 수 있다.
더욱이 부적합율은 실시예 1, 2의 경우, 0.6, 0.5%로서, 비교예1, 2의 6.9, 2.1%에 비하여 현저하게 우수한 것을 알 수 있다. 이는 상기한 바와 같이, 가교시간이 길어졌기 때문이다.
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.
10: 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate)의 분자식
20: 메탈릭 그룹(Methallyl group)

Claims (6)

  1. 과산화물 가교 타입의 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머; 및
    메타릴 그룹 관능기를 가지는 트리메틸 이소사이오누르산(Trimethallyl isocyanurate) 및 트리알리이소사뉴레이트(Triallyisocyanurate)를 포함하는 가류제;를 구비하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트리메틸 이소사이오누르산은 폴리머 100중량부에 대하여 0.5 내지 1 중량부를 가지고,
    상기 트리메틸 이소사이오누르산과 트리알리이소사뉴레이트의 중량비는 4:6 내지 3:7인 것을 특징으로 하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    함수실리카계 및 티타늄계를 포함하는 충진보강제를 더 포함하고,
    상기 충진보강제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 25 내지 35 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 티타늄계와, 함수실리카계 간의 중량비는 7:3 내지 5:5인 것을 특징으로 하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 티타늄계는, 길이가 10 내지 20 μm 이고, 파이버 직경이 0.3-0.6 μm인 포타시윰 티탄네이네 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 충진 보강제는 폴리머 100중량부 대비 30 중량부 내지 65 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 오일씰의 고무 조성물.
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