KR20200115784A - 내구성 및 내흡습성이 우수한 웜휠용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 웜휠 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내구성 및 내흡습성이 우수한 웜휠용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 웜휠에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 30~70 중량% 및 폴리아미드 수지 30~70 중량%를 포함하는 웜휠용 조성물이며, 상기 웜휠용 조성물은 JIS K7218에 의거하여 측정한 마찰계수가 0.3 이하이고, 마모량이 0.002g 이하이며, ASTM D570 기준(23℃, 50 RH%)에 의거하여 측정한 수분흡수율이 4% 이하이다.
Description
본 발명은 내구성 및 내흡습성이 우수한 웜휠용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 웜휠에 관한 것이다.
MDPS(Motor Driven Power Steering)는 전기 모터를 이용한 최신 조향 성능 시스템으로 소형차에서 중형차까지 널리 적용되고 있다. MDPS는 유압식 파워 스티어링과 달리, 유압을 배제하고 전동기를 직접 조향 계통에 연결하여 구동시키는 것으로, 기존 유압식 파워 스티어링에 비하여 연비 및 수명이 향상되고, 경량성이 우수하다.
상기 MDPS는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어, 상기 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다. 이에 따라, 전동식 파워 스티어링장치는 저속 주행 시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행 시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공하는 것이다.
한편, 상기 웜휠(Worm wheel)은 NVH 이슈, 경량화 및 원가절감 등을 이유로 플라스틱이 사용되고 있다. 일반적으로 웜휠 재질로는 폴리아미드6(PA6), 폴리아미드66(PA66)이 주로 양산 적용되고 있지만, 폴리아미드계 고분자는 수분 흡수율이 높고, 치수변화가 큰 문제가 있었다. 정밀 부품으로 사용되는 폴리아미드계 웜휠은 환경 영향(수분 오염)에 의한 치수 변화 및 강성 저하가 일어날 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 저흡습 고내구성 웜휠 소재 개발이 필요한 실정이다.
한편 폴리케톤(polyketone, PK)은, 폴리아미드(PA) 폴리에스터 및 폴리카보네이트(PC) 등의 일반 엔지니어링 플라스틱 소재에 비해 내열성, 내화학성, 내충격성, 내마모성, 치수안정성 등이 우수하여 각종 산업에 폭넓게 적용되고 있다. 상기와 같은 특성을 지닌 폴리케톤(PK)은 카르보닐기(CO)와 에틸렌(ethylene) 및 프로필렌(propylene) 등의 올레핀(olefin)을, 촉매로 팔라듐(Pd) 이나 니켈(Ni) 등과 같은 전이 금속 착체(complex)를 이용하여 중합시킴으로써, 카르보닐기와 올레핀이 서로 번갈아 결합함으로써 얻어진다는 것은 이미 공지되어 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2018-0020501호(2018.02.28. 공개, 발명의 명칭: 폴리케톤-탄소필러 복합체 및 이의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 내구성, 내흡습성, 치수 안정성 및 신뢰성이 우수한 웜휠용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경량성, 내마모성 및 기계적 강도가 우수한 웜휠용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생산성, 경제성이 및 친환경성이 우수한 웜휠용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 웜휠용 조성물에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 30~70 중량% 및 폴리아미드 수지 30~70 중량%를 포함하며, 상기 웜휠용 조성물은 JIS K7218에 의거하여 측정한 마찰계수가 0.3 이하이고, 마모량이 0.002g 이하이며, ASTM D570 기준(23℃, 50 RH%)에 의거하여 측정한 수분흡수율이 4% 이하이다.
상기 폴리케톤 공중합체는 하기 화학식 1 및 화학식 2의 반복 단위를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
-[-CH2CH2-CO-]x-
[화학식 2]
-[-CH2-CH(CH3)-CO-]y-
(상기 화학식 1 및 2에서, 상기 x 및 y는 각각 상기 폴리케톤 공중합체 중 화학식 1 및 2의 몰%를 나타내며, y/x는 0.03~0.3 이다).
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 용융점이 200℃ 이상이며, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 측정한 극한 점도 수(LVN)가 2~3 dl/g 일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 분자량 분포가 1.5~2.5이고, 용융지수(ASTM D1238, 240℃ 측정기준)가 4g/10min 이상이며, 중량평균분자량이 20,000~200,000g/mol 일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 45~55 중량% 및 폴리아미드 수지 45~55 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 지방족 폴리아미드 수지를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 중량평균분자량이 10,000~200,000g/mol 일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 용융지수(ASTM D1238, 250℃ 측정기준)가 1~40g/10min 일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 910, 폴리아미드 912, 폴리아미드 913, 폴리아미드 914, 폴리아미드 915, 폴리아미드 616, 폴리아미드 936, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 1012, 폴리아미드 1013, 폴리아미드 1014, 폴리아미드 1210, 폴리아미드 1212, 폴리아미드 1213, 폴리아미드 1214, 폴리아미드 614, 폴리아미드 615, 폴리아미드 616 및 폴리아미드 613 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 웜휠용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 55 MPa 이상이고 신율이 300% 이상이며, ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡탄성율이 1600 MPa 이상이고, ISO 179/1eA 기준(23℃)에 의거하여 측정한 4mm 두께 시편의 노치드(Notched) 충격강도가 20~40 kJ/m2 일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠은 내구성과, 수분 등 외부 환경에 대한 내흡습성 및 치수 안정성이 우수하여 신뢰성이 우수하며, 경량성, 내마모성 및 기계적 강도가 우수하며, 생산성, 경제성이 및 친환경성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 웜휠을 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명의 한 구체예에 따른 웜휠을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예 웜휠의 내구성 평가결과를 나타낸 그래프이다.
도 2은 본 발명의 한 구체예에 따른 웜휠을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예 웜휠의 내구성 평가결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
웜휠용
조성물
본 발명의 하나의 관점은 웜휠용 조성물에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 30~70 중량% 및 폴리아미드 수지 30~70 중량%를 포함한다.
폴리케톤
공중합체
상기 폴리케톤 공중합체는 카르보닐기(CO-) 및 하나 이상의 올레핀계 탄화수소를 포함한다.
한 구체예에서 상기 올레핀계 탄화수소는 에틸렌 및 프로필렌 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 폴리케톤 공중합체는 카르보닐기 및 에틸렌의 선상 교대 공중합체, 및 카르보닐기, 에틸렌 및 프로필렌의 삼원 공중합체를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리케톤 공중합체는 하기 화학식 1 및 화학식 2의 반복 단위를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
-[-CH2CH2-CO-]x-
[화학식 2]
-[-CH2-CH(CH3)-CO-]y-
(상기 화학식 1 및 2에서, 상기 x 및 y는 각각 상기 폴리케톤 공중합체 중 화학식 1 및 2의 몰%를 나타내며, y/x는 0.03~0.3 이다).
상기 화학식 1 및 2의 y/x가 0.03 미만인 경우, 용융성 및 가공성이 떨어지는 한계가 있고, 0.3을 초과하는 경우는 기계적 물성이 저하될 수 있다. 상기 폴리케톤 공중합체는 나일론 재질에 비하여 수분흡습도가 낮아 수분 흡습에 따른 치수 및 물성변화를 최소화할 수 있으며, 알루미늄에 비하여 밀도가 낮아 경량성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 화학식 1 및 화학식 2의 반복단위를 포함하는 폴리케톤 공중합체 제조방법은 팔라듐 화합물, pKa값이 6 이하인 산, 및 인계 리간드 화합물을 포함하는 촉매 조성물을 준비하는 단계; 알코올 및 포함하는 혼합용매를 준비하는 단계; 상기 촉매 조성물 및 혼합용매의 존재 하에서 중합하는 단계; 및 중합 후의 잔여 촉매 조성물을 용매로 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
촉매 조성물을 구성하는 상기 팔라듐 화합물로는 초산 팔라듐을 사용할 수 있다. 촉매 조성물을 구성하는 상기 pKa값이 6 이하인 산으로는 트리플루오로 초산, p-톨루엔술폰산, 황산 및 술폰산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 트리플루오로 초산을 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 팔라듐 화합물과 pKa 값이 6 이하인 산은 1:1~20 몰 비로 포함될 수 있다.
촉매 조성물을 구성하는 상기 인계 리간드 화합물로는 1,3-비스[다이페닐포스피노]프로판(예컨대, 1,3-비스[다이(2-메톡시페닐포스피노)]프로판, 1,3-비스[비스[아니실]포스피노메틸]-1,5-디옥사스피로[5,5]운데칸 및 ((2,2-디메틸-1,3-디옥산-5,5-디일)비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀) 및 (사이클로헥산-1,1-디일비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 팔라듐 화합물 대비 1~20 몰 비로 포함될 수 있다.
구체예에서 상기 혼합용매로는 메탄올 100 중량부 및 물 2~10 중량부를 포함할 수 있다. 혼합용매에서 상기 메탄올 100 중량부에 대하여 상기 물의 함량이 2 중량부 미만이면 케탈이 형성되어 공정시 내열안정성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하면 제품의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 중합시 반응온도는 50~100℃, 반응압력은 40~60bar의 범위가 적절하다. 생성된 폴리머는 중합 후 여과, 정제 공정을 통해 회수하며, 또한 상기 폴리케톤 공중합체에 남아있는 촉매 조성물은 알코올 또는 아세톤 등의 용매로 제거할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리케톤 공중합체는 용융점이 200℃ 이상일 수 있다. 한 구체예에서 상기 폴리케톤 공중합체의 에틸렌과 프로필렌의 비를 조절하여 폴리머의 융점을 조절할 수 있다. 한 구체예에서 에틸렌:프로필렌:카르보닐의 몰 비를 46 : 4 : 50 포함하도록 조절하는 경우 융점은 약 220℃일 수 있다. 상기 용융점에서 본 발명의 조성물의 가공성과 상용성, 기계적 강도가 우수할 수 있다. 예를 들면, 200℃~250℃일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올(1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol, HFIP)로 측정한 극한 점도 수(LVN)가 2~3 dl/g 일 수 있다. 상기 조건에서 본 발명의 조성물의 가공성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 분자량 분포가 1.5~2.5 일 수 있다. 상기 분자량 분포가 1.5 미만시 중합 수율이 저하될 수 있으며, 2.5를 초과하는 경우 성형성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 용융지수(ASTM D1238, 240℃, 측정기준)가 4g/10min 이상일 수 있다. 상기 조건에서 가공성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 4g/10min~8g/10min 일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리케톤 공중합체는 중량평균분자량이 20,000~200,000g/mol일 수 있다. 상기 분자량 조건에서 내마모성, 내구성 및 내흡습성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리케톤 공중합체는 상기 웜휠용 조성물 전체중량에 대하여 30~70 중량% 포함된다. 상기 폴리케톤 공중합체를 30 중량% 미만으로 포함시 내흡습성, 내마모성 및 충격강도가 저하되며, 70 중량%를 초과하여 포함시 내구성, 내마모성 및 내충격성이 저하될 수 있다.
폴리아미드 수지
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 지방족 폴리아미드 수지를 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 중량평균분자량이 10,000~200,000g/mol 일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 기계적 강도가 우수할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 용융지수(ASTM D1238, 250℃ 측정기준)가 1~40g/10min 일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 조성물의 혼합성 및 상용성과 기계적 강도가 우수할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 910, 폴리아미드 912, 폴리아미드 913, 폴리아미드 914, 폴리아미드 915, 폴리아미드 616, 폴리아미드 936, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 1012, 폴리아미드 1013, 폴리아미드 1014, 폴리아미드 1210, 폴리아미드 1212, 폴리아미드 1213, 폴리아미드 1214, 폴리아미드 614, 폴리아미드 615, 폴리아미드 616 및 폴리아미드 613 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 JIS K7218에 의거하여 측정한 마찰계수가 0.3 이하이고, 마모량이 0.002g 이하이다. 상기 조건을 만족시, 내마모성이 우수하여 웜휠용도로 사용되기 적합할 수 있다. 예를 들면, 마찰계수는 0.05~0.3 이며, 마모량은 0 초과 0.002g 이하일 수 있다.
한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 ASTM D570 기준(23℃, 50 RH%)에 의거하여 측정한 수분흡수율이 4% 이하이다. 상기 조건을 만족시, 내흡습성이 우수하여 웜휠용도로 사용되기 적합할 수 있다. 예를 들면, 수분흡수율이 0~3.5%일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 웜휠용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 55 MPa 이상이고 신율이 300% 이상이며, ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡탄성율이 1600 MPa 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 웜휠용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 55~70 MPa이고 신율이 300%~420% 이며, ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡탄성율이 1600~2500 MPa 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 웜휠용 조성물은 ISO 179/1eA 기준(23℃)에 의거하여 측정한 4mm 두께 시편의 노치드(Notched) 충격강도가 20~40 kJ/m2 일 수 있다. 상기 조건에서, 내충격성이 우수하여 웜휠용도로 사용되기 적합할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리아미드 수지는 상기 웜휠용 조성물 전체중량에 대하여 30~70 중량% 포함된다. 상기 폴리아미드 수지를 30 중량% 미만으로 포함시 내구성, 내마모성 및 내충격성이 저하되며, 70 중량%를 초과하여 포함시 내흡습성, 내마모성 및 충격강도가 저하될 수 있다. 한 구체예에서, 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 45~55 중량% 및 폴리아미드 수지 45~55 중량%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 본 발명에서는 상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 수지를 포함하는 혼합물을 압출기로 압출하여 최종적으로 웜휠용 조성물을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 수지를 포함하는 혼합물을 2축 압출기에 투입하고 용융혼련 및 압출함으로써 제조될 수 있다. 한 구체예에서 상기 압출시 압출온도는 200~260℃, 스크류 회전속도는 100~300rpm일 수 있다. 상기 조건에서 웜휠용 조성물이 용이하게 제조될 수 있다.
웜휠용
조성물을 이용하여 제조된
웜휠
본 발명의 다른 관점은 상기 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 웜휠을 나타낸 것이다. 도 2은 본 발명의 한 구체예에 따른 웜휠의 사시도를 나타낸 것이다.
상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 웜휠(1000)은 중앙에 중공이 형성된 원통 형태의 보스부(300); 외주면을 따라 복수 개의 기어치(齒)(110)가 형성되는 기어부(100); 및 보스(300)의 외주면과 기어부(100)의 내주면 사이에 형성되는 허브부(200)를 포함하며, 보스부(300), 기어부(100) 및 허브부(200) 중 하나 이상은 상기 웜휠용 조성물을 이용하여 제조될 수 있다.
종래 폴리아미드 수지 등의 수지 조성물을 이용하여 제조된 웜휠은 자동차가 구동하는 야외 사용환경에서는 수분 흡습에 의한 웜휠의 기계적 강도 저하로 인한 제품 파손, 치수 변형으로 인한 소음 진동이 발생하여, 신뢰성 확보에 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 따른 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠은 내구성과, 수분 등 외부 환경에 대한 내흡습성 및 치수 안정성이 우수하여 신뢰성이 우수하며, 경량성, 내마모성 및 기계적 강도가 우수하며, 생산성, 경제성 및 친환경성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
및
비교예
실시예
1
폴리케톤 공중합체 제조: 초산 팔라듐, 트리 플루오르 초산 및 (사이클로헥세인-1,1-디일비스(메틸렌))비스(비스(2-메톡시페닐)포스핀을 포함하는 촉매 조성물을 준비하였다. 이때, 상기 초산 팔라듐 및 트리플루오르 초산은 1:10의 몰비로 포함하였다. 상기 촉매 조성물 및 혼합용매(에탄올 100 중량부 및 물 2~8 중량부)의 존재 하에서 카르보닐기, 에틸렌 및 프로필렌을 중합하였다. 상기 중합시 중합온도: 80℃의 1단계 및 84℃의 2단계를 거쳐 하기 화학식 1 및 2를 포함하는 폴리케톤 공중합체를 제조하였다:
[화학식 1]
-[-CH2CH2-CO-]x-
[화학식 2]
-[-CH2-CH(CH3)-CO-]y-
(상기 화학식 1 및 2에서, 상기 x 및 y는 각각 상기 폴리케톤 공중합체 중 화학식 1 및 2의 몰%를 나타내며, y/x는 0.03~0.3 이다).
상기 제조된 폴리케톤 공중합체 중 카르보닐기는 50mol%이고, 에틸렌은 46mol%이며, 프로필렌은 4mol%이었다. 상기 폴리케톤의 용융점은 220℃이고, HFIP(hexa-fluoroisopropano)로 25℃에서 측정한 극한 점도 수(LVN)가 2.2dl/g이며, MI(Melt index, (ASTM D1238, 240℃ 측정기준))가 6g/10min이며, 분자량 분포(MWD)가 2.0 이었다.
상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 6(나일론 6) 수지(효성화학社 제조, 용융점: 220℃, MI(Melt index, (ASTM D1238, 250℃ 측정기준)): 20g/10min, 중량평균분자량(Mw) 25,000, 분자량 분포(MWD): 1.7)를 하기 표 1의 함량을 적용하되, 상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 수지를 스크류 회전속도: 250rpm으로 작동하며, 직경 32mm 및 L/D=40인 2축 압출기에 투입하고, 용융혼련 및 압출하여 펠렛(pellet) 형태의 웜휠용 조성물을 제조하였다. 상기 웜휠용 조성물을 사출 성형하여 웜휠을 제조하였다.
실시예
2~3
하기 표 1에 따른 상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 6 수지를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 웜휠을 제조하였다.
비교예
1
폴리아미드 6 수지를 함유하지 않고 폴리케톤 공중합체만을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 웜휠을 제조하였다.
비교예
2
폴리케톤 공중합체를 함유하지 않고 상기 폴리아미드 6 수지 만을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 웜휠을 제조하였다.
비교예
3
폴리케톤 공중합체를 함유하지 않고, MI(Melt Index, ASTM D1238, 290℃ 측정기준)가 15g/10min인 폴리아미드 66 수지 만을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 웜휠을 제조하였다.
비교예
4~5
하기 표 1에 따른 상기 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 6 수지를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 웜휠을 제조하였다.
물성평가
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5에 대하여, 하기와 같은 조건으로 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 인장강도(MPa) 및 신율(%): 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5에 대하여, ASTM D638 type 1에 따라 인장시편을 각각 제조하였다. 그 다음에 ASTM D638에 의거하여 인장강도 및 신율을 상온에서 측정하였다.
(2) 굴곡탄성율(MPa): 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5에 대하여, ASTM D790에 따라 굴곡시편(크기: 127 x 12.7 x 6.4 mm(세로, 가로, 두께))을 각각 제조하였다. 그 다음에 ASTM D790에 의거하여 굴곡탄성율을 상온에서 측정하였다.
(3) 충격강도(kJ/m2): ISO 179/1eA 기준(23℃)에 의거하여 4mm 두께의 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5 시편의 노치드(Notched) 충격강도를 측정하였다.
(4) 마찰 계수 및 마모량(g): JIS K7218에 의거하여 상기 실시예 1~3 및 비교예 1~5 시편의 마찰계수 및 마모량 평가를 실시하였다(테스트 조건: 50mm/s, 300N, 상대물 S45C의 조건에서 1시간 마모).
(5) 수분흡수율(%): ASTM D570 기준에 의거하여 23℃, 50RH% 조건에서 실시하였다.
내구성 평가: 상기 실시예 및 비교예 중 대표적으로 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 대하여, 하기 표 3과 같은 조건으로 내구성 시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 4 및 도 3에 나타내었다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1~3 및 본 발명에 대한 비교예 1~3 웜휠의 내구성 평가결과를 나타낸 그래프이다. 상기 표 2, 표 4 및 도 3의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~3은 기계적 물성과, 내마모성, 내흡습성 및 내구성이 우수함을 알 수 있었다. 반면, 폴리아미드 수지를 미포함하는, 폴리케톤 만으로 제작한 웜휠인 비교예 1의 경우 상기 실시예 1~3 보다 수분흡수율이 우수하나, 내충격성 및 내마모성이 저하되었으며, 내구성 평가시 웜휠 기어부가 파손되었다. 본 발명의 폴리케톤 공중합체를 미적용한 비교예 2~3의 경우, 상기 실시예 1~3보다 내충격성이 저하되고, 내흡습성 및 내마모성이 저하되었으며, 내구성 시험시 기어치의 유격이 상기 실시예 1~3보다 증가함을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 폴리케톤 공중합체 및 폴리아미드 수지 범위를 벗어난 비교예 4~5의 경우, 상기 실시예 1~3 보다 내충격성 또는 내마모성이 저하됨을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
100: 기어부 110: 기어치
200: 허브부 300: 보스부
1000: 웜휠
200: 허브부 300: 보스부
1000: 웜휠
Claims (11)
- 폴리케톤 공중합체 30~70 중량% 및 폴리아미드 수지 30~70 중량%를 포함하는 웜휠용 조성물이며,
상기 웜휠용 조성물은 JIS K7218에 의거하여 측정한 마찰계수가 0.3 이하이고, 마모량이 0.002g 이하이며,
ASTM D570 기준(23℃, 50 RH%)에 의거하여 측정한 수분흡수율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리케톤 공중합체는 하기 화학식 1 및 화학식 2의 반복 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물:
[화학식 1]
-[-CH2CH2-CO-]x-
[화학식 2]
-[-CH2-CH(CH3)-CO-]y-
(상기 화학식 1 및 2에서, 상기 x 및 y는 각각 상기 폴리케톤 공중합체 중 화학식 1 및 2의 몰%를 나타내며, y/x는 0.03~0.3 이다).
- 제1항에 있어서, 상기 폴리케톤 공중합체는 용융점이 200℃ 이상이며, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 측정한 극한 점도 수(LVN)가 2~3 dl/g인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리케톤 공중합체는 분자량 분포가 1.5~2.5이고, 용융지수(ASTM D1238, 240℃ 측정기준)가 4 g/10min 이상이며, 중량평균분자량이 20,000~200,000g/mol인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 웜휠용 조성물은 폴리케톤 공중합체 45~55 중량% 및 폴리아미드 수지 45~55 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 지방족 폴리아미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 중량평균분자량이 10,000~200,000g/mol인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 용융지수(ASTM D1238, 250℃ 측정기준)가 1~40g/10min 인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 910, 폴리아미드 912, 폴리아미드 913, 폴리아미드 914, 폴리아미드 915, 폴리아미드 616, 폴리아미드 936, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 1012, 폴리아미드 1013, 폴리아미드 1014, 폴리아미드 1210, 폴리아미드 1212, 폴리아미드 1213, 폴리아미드 1214, 폴리아미드 614, 폴리아미드 615, 폴리아미드 616 및 폴리아미드 613 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 웜휠용 조성물은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도가 55 MPa 이상이고 신율이 300% 이상이며, ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡탄성율이 1600 MPa 이상이고, ISO 179/1eA 기준(23℃)에 의거하여 측정한 4mm 두께 시편의 노치드(Notched) 충격강도가 20~40 kJ/m2인 것을 특징으로 하는 웜휠용 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 웜휠용 조성물을 이용하여 제조된 웜휠.
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