KR20210025511A

KR20210025511A - 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물

Info

Publication number: KR20210025511A
Application number: KR1020200179177A
Authority: KR
Inventors: 노종대; 백상하
Original assignee: 셰플러코리아 유한책임회사
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-03-09

Abstract

본 발명은 불소 고무로 이루어진 폴리머 60∼70중량％와, 제1 카본블랙(MT) 10∼20중량％와, 무기필러 8∼20중량％와, 가교제 1∼3중량％가 혼합되고; 제2 카본블랙 1∼5중량％를 더 포함하며, 상기 제2 카본블랙은 단위 질량당 표면적(㎡/g; BET)이 80∼83 범위이고, PAH 함량은 0ppm보다는 많고 5ppm보다는 적은 것을 특징으로 하는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물{A FKM Compound Having Improved Wear Resistance For Seal}

본 발명은 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 향상된 내마모성을 가지는 한편 마찰력은 작아 베어링의 씰이나 밸브 스템 오일씰 등으로 제조되어 사용될 수 있는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 관한 것이다.

밸브 스템 부위에는 밀봉을 위한 씰링기구(씰, Seal)가 장착되며, 각종 레이디얼 샤프트에도 오일씰이 장착되어, 오일의 누유 또는 이물질의 침입을 방지한다. 또한, 베어링의 씰링기구에 장착되어 윤활제의 누설과 이물질의 침입을 방지하는 작용을 한다.

상기와 같은 씰링기구로 불소 고무(FKM)를 적용하는 경우가 많다. 불소 고무는 내열성, 내유성, 내약품성이 우수한 한편, 열악한 환경에서도 성능이 유지되어 차량의 씰링이 필요한 부분에 많이 적용된다. 상대 운동하는 기계 부품 사이에 적용되는 불소 고무 씰링기구는 내마모성을 가져야 한다. 차량 등에 사용되는 윤활유는 고무에 악영향을 미칠 수 있어서 이러한 환경에서도 마모 성능을 유지하는 것이 씰링기구의 내구성 유지에 있어서 중요한 요소가 된다.

일반적으로, 불소 고무 씰링 기구의 내마모성 향상을 위하여, 충진제로서 카본블랙 이외에 흑연, 티탄산 칼륨 등의 보강용 충전제를 첨가하였다. 그러나, 최근의 증가하고 있는 차량의 연비 향상 및 부품의 장수명화에 대한 요구를 충족시키는데는 한계가 있었다.

대한민국 공개번호 제10-2013-0014651호 공개특허공보 대한민국 공개번호 제10-2019-0080562호 공개특허공보 대한민국 공개번호 제10-2019-0080561호 공개특허공보

본 발명은 상기와 같은 종래의 요구를 충족시키기 위하여 제안된 것으로, 내마모성이 향상됨은 물론 마찰이 감소하여 소요되는 토크도 감소하게 되는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 불소 고무로 이루어진 폴리머 60∼70중량％와, 제1 카본블랙(MT) 10∼20중량％와, 무기필러 8∼20중량％와, 가교제 1∼3중량％가 혼합되고; 제2 카본블랙 1∼5중량％를 더 포함하며, 상기 제2 카본블랙은 단위 질량당 표면적(㎡/g; BET)이 80∼83 범위인 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물을 제공한다.

상기에서, 제2 카본블랙에 포함된 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; 다환방향족탄화수소) 함량은 0ppm보다는 많고 5ppm보다는 적은 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1 카본블랙(MT)의 입자 크기의 분포는 300∼550㎛ 범위이고, 상기 제2 카본블랙의 입자 크기 분포는 10∼100㎚ 범위인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 산중화제를 더 포함하며; 상기 폴리머, 제1 카본블랙, 무기필러, 가교제, 제2 카본블랙 혼합물 중량에 대한 상기 산중화제의 혼합량은 6∼7중량％ 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물로 제조된 씰링 기구에 따르면 종래 불소 고무 조성물로 제조된 씰링기구에 비하여 내마모성이 향상되어 수명이 연장되며, 토크는 감소하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물로 제조한 베어링용 씰링기구(씰)의 내마모성 비교 시험 결과 그래프이며,
도 2는 본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물로 제조한 베어링용 씰링기구(씰)의 토크 비교 시험 결과 그래프이다.

이하에서 본 발명에 따른 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 대하여 그 제조 방법과 함께 상세하세 설명한다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물은 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머와, 가교제와, 충진제를 포함한다. 불소 고무는 불소화도가 높은 탄화수소 고분자로서, 우수한 내산화성, 내후성, 난연성, 내화학성, 및 내유성을 가진다.

가교제는 불소 고무에 화학반응을 일으켜 탄성을 갖는 고무로 변화시킨다. 소성체인 불소 고무를 탄력성의 불소 고무로 바꾸는 작용을 한다. 가교제로서 비스페놀 AF 가교제가 사용될 수 있다. 본 발명에서 가교제로 비스페놀계 가교제로 한정되지 않으며, 불소 고무에 사용될 수 있는 종래의 가교제(예, 아민, 퍼옥사이드)가 선택되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물은 불소 고무(FKM)로 이루어진 폴리머 60∼70중량％와, 충진제(Filler) 19∼45중량％, 가교제 1∼3중량％가 혼합되어 이루어진다. 그리고 산중화제(Acid Acceptor)를 더 포함하며, 상기 산중화제는 상기 폴리머, 충진제, 가교제 혼합 중량에 대하여 6∼7중량％이 포함된다. 상기 이외에도 공지의 가교조제, 가공조제 등이 미량 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 포함되는 충진제는 카본블랙(MT, "제1 카본블랙"이라 함)과 무기필러(Inorganic Filler, 예: 황산바륨[Barium Sulfate])에 더하여, 또 다른 한 종류의 카본블랙("제2 카본블랙"이라 함)을 더 포함한다.

상기 제1 카본블랙(MT)은 입자 크기의 분포는 300∼550㎛ 범위로서 10∼20중량％ 포함되며, 무기 필러는 8∼20중량％ 포함되며, 제2 카본블랙은 1∼5중량％ 포함된다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물은 불소 고무로 이루어진 폴리머 60∼70중량％와, 제1 카본블랙(MT) 10∼20중량％와, 무기필러 8∼20중량％와, 가교제 1∼3중량％와, 제2 카본블랙 1∼5중량％를 포함하여 구성된다.

통상 씰링기구용으로 사용되는 불소 고무 조성물에는 제1 카본블랙이 필러로 포함된다. 제1 카본블랙(MT)의 입자 크기의 분포는 300∼550㎛ 범위이다.

본 발명에 따르는 불소 고무 조성물은 제1 카본블랙에 더하여 제2 카본블랙을 포함한다. 본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물에 포함된 제2 카본블랙은 단위 질량당 표면적(㎡/g; BET)이 80∼83 범위이며, PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; 다환방향족탄화수소) 함량은 0ppm보다는 많고 5ppm보다는 적다. 상기 제2 카본블랙의 입자 크기 분포는 10∼100㎚ 범위이다. 상기 제 2 카본블랙은 실리카(Silica) 6~25 중량％과 황화아연 (Zinc Sulphid) 4-5 중량％를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 제1 카본블랙에 더하여 제2 카본블랙을 포함함으로써 마찰에 대한 내마모성이 향상됨은 물론 베어링과 같은 제품에 씰링기구로 제조되어 조립되었을 때 마찰에 의한 토크가 감소하여, 자동 부품 등으로 사용될 때 연비 향상에 기여한다.

본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물의 효과를 확인하기 위하여, 씰링기구로 제조하고 종래의 불소 고무 조성물로 제조한 씰링기구와 내마모성 및 토크 비교 시험을 하였다.

[본 발명 제1시험예]

	phr (불소 고무 100g당 첨가되는 g중량)	중량 (％)
불소 고무 폴리머	100	60.97
제1 카본블랙(MT)	30	18.30
무기필러(Ba(SO4))	15	9.15
산중화제(MgO)	6	3.66
산중화제(Ca(OH)2)	4	2.43
제2 카본블랙	7	4.27
가교제	2	1.22

[본 발명 제2 시험예]

	phr (불소 고무 100g당 첨가되는 g중량)	중량 (％)
불소 고무 폴리머	100	61.735
제1 카본블랙(MT)	30	18.52
무기필러(Ba(SO4))	15	9.26
산중화제(MgO)	6	3.70
산중화제(Ca(OH)2)	4	2.47
제2 카본블랙	5	3.09
가교제	2	1.23

[본 발명 제3 시험예]

	phr (불소 고무 100g당 첨가되는 g중량)	중량 (％)
불소 고무 폴리머	100	62.05
제1 카본블랙(MT)	30	18.75
무기필러(Ba(SO4))	15	9.38
산중화제(MgO)	6	3.75
산중화제(Ca(OH)2)	4	2.50
제2 카본블랙	3	1.88
가교제	2	1.25

[비교예(종래)]

	phr (불소 고무 100g당 첨가되는 g중량)	중량％
불소 고무 폴리머	100	63.69
제1 카본블랙(MT)	30	19.11
무기필러(Ba(SO4))	15	9.55
산중화제(MgO)	6	3.82
산중화제(Ca(OH)2)	4	2.55
제2 카본블랙	0	0
가교제	2	1.27

위 표에서와 같이 본 발명에 따르는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물과 비교예(종래)의 불소 고무 조성물로 각각 베어링에 조립되는 씰 형태의 시험 샘플을 제조하여 동일한 조건에서 마모량과 토크 시험을 하였다. 시험은 축의 회전속도 1,200rpm, 시험 시간 20분, 무윤활 조건에서 실시하였다.

시험 결과는 아래 표와 같다.

[마모량 및 마모감소율]

	마모량(㎛²)	비교예 대비 마모 감소율(％)
비교예(종래)	1,800	-
제1시험예(본원)	1,480	17.8
제2시험예(본원)	1,250	30.6
제3시험예(본원)	1,390	22.8

본원 발명에 따르는 경우 종래 기술에 비하여 17.8∼30.6％ 정도의 마모 감소율(평균 마모감소율: 23.7％)이 확인되었다.

[토크 및 토크 감소율]

	토크(Nm)	비교예 대비 토크 감소율(％)
비교예(종래)	0.142	-
제1시험예(본원)	0.110	22.2
제2시험예(본원)	0.114	19.4
제3시험예(본원)	0.116	18.2

본원 발명에 따르는 경우 종래 기술에 비하여 18.2∼22.2％ 정도의 토크 감소율(평균 토크감소율: 23.7％)이 확인되었다.

상기에서 시험예로 확인할 수 있는 바와 같이 본원 발명의 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물은 종래 기술에 비하여 내마모성과 마찰 성능이 크게 향상되었다.

Claims

가교제가 포함된 불소 고무로 이루어진 폴리머 60∼70중량％와, 제1 카본블랙(MT) 10∼20중량％와, 무기필러 8∼20중량％와, 가교제 1∼3중량％가 혼합되고; 제2 카본블랙 1∼5중량％를 더 포함하며, 상기 제2 카본블랙은 단위 질량당 표면적(㎡/g; BET)이 80∼83 범위인 것을 특징으로 하는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물.
제1 항에 있어서, 상기 제2 카본블랙에 포함된 PAH(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; 다환방향족탄화수소) 함량은 0ppm보다는 많고 5ppm보다는 적은 것을 특징으로 하는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물.
제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제1 카본블랙(MT)의 입자 크기의 분포는 300∼550㎛ 범위이고, 상기 제2 카본블랙의 입자 크기 분포는 10∼100㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 향상된 내마모성을 가지는 씰용 불소 고무 조성물.
제3 항에 있어서, 산중화제를 더 포함하며; 상기 폴리머, 제1 카본블랙, 무기필러, 가교제, 제2 카본블랙 혼합물 중량에 대한 상기 산중화제의 혼합량은 6∼7중량％ 범위인 것을 특징으로 하는 불소 고무 조성물.