KR20210066954A - 전기절연성이 우수한 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 이용한 자동차용 웨더스트립 - Google Patents

전기절연성이 우수한 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 이용한 자동차용 웨더스트립 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 포함하는 자동차용 웨더스트립에 관한 것으로서, 내열성, 인장강도, 신율, 압축영구졸음율 등의 기계적 강도가 우수하면서도 압출성형성이 높아 부품성형성이 우수하며, 차량 도장면 손상 시에 갈바닉 부식 취약하지 않으므로, 전기절연성이 우수하다.

Description

전기절연성이 우수한 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 이용한 자동차용 웨더스트립{Weather strip rubber composition having excellent electrical insulation and automotive weather strip using the same}
본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는, 전기절연성이 우수한 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 포함하는 자동차용 웨더스트립에 관한 것이다.
자동차의 웨더스트립(weather strip)은 자동차의 차제, 도어 및 창유리 사이에 장착되어 차체 내외부의 누수방지, 외부 소음 및 먼지 등의 이물질이 차체 내부로 유입되는 것을 방지하고, 차제의 진동이나 유리의 요동을 방지하며, 차체의 완충작용 등의 역할로 차체의 밀봉기능을 하여 자동차의 쾌적성과 안락성을 부여하는 기능성 고무부품이다. 이 부품은 주로 차량 부품들 사이에서 기존의 틈을 봉쇄하고 외부/내부를 원천적으로 차단하는 역할을 한다.
한편, 자동차 산업은 연비향상을 위한 경량화 개발이 화두가 되고 있다. 이에 따라 차체/샤시류의 금속 부품들은 기존의 철강소재가 아닌, 경금속 합금 소재로 많이 대체되고 있는 추세이다. 차량 도어의 경우에도, 기존에 스틸 도어가 아닌 알루미늄 합금소재로 대체되고 있으며 이 분야의 개발이 가속화 되고 있다. 이러한 경량화 추세로 인한 차량 알루미늄 합금 도어적용이 확대되고 있으며, 이에 따라 기존 차체 바디-도어간 금속 전기도 차이가 발생하고 있다. 또한, 전기차의 보급확대로 이와 유사한 부수적인 전기 부식 문제의 발생이 크게 우려되고 있는 추세이다. 이에, 웨더스트립 고무재료의 물성 충진을 위해서는 카본블랙이라는 충진제를 사용하게 되는데, 이종 금속에 의해 발생된 전위차는 이러한 카본블랙 충진제를 통하여 금속의 갈바닉 부식을 야기할 수 있으며, 차체 부식에 의해 내구 파손과 같은 2차적인 안전 문제를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
즉, 금속 경량화 개발에 의한 알루미늄 합금 금속사용에 따라 이종 금속재질의 적용이 더욱 가속화 되고 있는 추세인 바, 웨더스트랩 부품으로 사용되는 고무재료의 전기절연성 향상 및 최적화 개발이 더욱 더 필요한 실정이었다.
대한민국 공개특허공보 10-2015-0095398
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는 자동차용 웨더스트립을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨더스트립 고무 조성물은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머, 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제를 포함한다.
상기 웨더스트립 고무 조성물은 상기 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 상기 충진제 200~240중량부, 상기 활성화제 4~7중량부, 상기 가소제 40~70중량부, 실란커플링제 0.1~1중량부, 가교제 1~2중량부 및 촉진제 2~7중량부를 포함할 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙, 실리카/탄산칼슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙 : 실리카/탄산칼슘의 중량비가 1 : 1.8~2.8일 수 있다.
상기 활성화제는 무기산화물, 지방산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있다.
상기 활성화제는 지방산 : 무기산화물의 중량비가 1 : 1.3~5.5일 수 있다.
상기 가소제는 프로세스 오일(process oil)을 포함할 수 있다.
상기 촉진제는 티아졸(Thiazole)계 화합물, 티우람(Thiuram)계 화합물, 티우레아(Thirea)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있다.
상기 촉진제는 티아졸(Thiazole)계 화합물 : 티우람(Thiuram)계 화합물 : 티우레아(Thirea)계 화합물의 중량비가 2~4 : 2~4 : 1~3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 웨더스트립은 상기 웨더스트립 고무 조성물을 사용하여 제조되어, 도어 사이드 씰(Door Side Seal), 바디 사이드 씰(Body Side Seal) 또는 글래스 런(Glass Run)일 수 있다.
본 발명의 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 포함한 자동차용 웨더스트립은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는 바, 내열성, 인장강도, 신율, 압축영구졸음율 등의 기계적 강도가 우수하면서도 전기절연성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 웨더스트립의 부식평가 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2a는 실시예 1에 따라 제조된 웨더스트립의 가베다이 토출성형성 평가를 위한 시편을 나타낸 이미지이고, 도 2b는 도 2a의 시편을 확대한 이미지이다.
도 3a는 실시예 2에 따라 제조된 웨더스트립의 가베다이 토출성형성 평가를 위한 시편을 나타낸 이미지이고, 도 3b는 도 3a의 시편을 확대한 이미지이다.
도 4a는 실시예 3에 따라 제조된 웨더스트립의 가베다이 토출성형성 평가를 위한 시편을 나타낸 이미지이고, 도 4b는 도 4a의 시편을 확대한 이미지이다.
도 5a는 비교예 1에 따라 제조된 웨더스트립의 가베다이 토출성형성 평가를 위한 시편을 나타낸 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 시편을 확대한 이미지이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 명세서에 있어서, 웨더스트립 고무 조성물은 주로 차량 부품들 사이에서 기존의 틈을 봉쇄하고 외부/내부를 원천적으로 차단하는 부품을 구성할 수 있는 조성물이라면 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨더스트립 고무 조성물은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머, 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 촉진제를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 EPDM 폴리머 100중량부를 기준으로, 상기 충진제 200~240중량부, 상기 활성화제 4~7중량부, 상기 가소제 40~70중량부, 실란커플링제 0.1~1중량부 및 촉진제 3~8중량부를 포함할 수 있다.
(1) 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머
본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머는 웨더스트립 고무 조성물의 기본 베이스 수지로서, 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 EPDM 폴리머, 예를 들어, 에틸렌(Ethylene)과 프로필렌(Propylene) 그리고 비공액 디올레핀(Non-conjugated Diolefin)을 공중합하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 EPDM 폴리머는 내열성, 내오존성 및 내후성뿐만 아니라, 우수한 탄성을 가지며, 웨더스트립의 조인트부와 압출 및 성형과정에서 접착 시 접착력이 우수하다.
(2) 충진제
본 발명의 일 실시예에 따른 충진제는 상기 EPDM 폴리머 만으로 부족한 내마모성 및 인장강도와 같은 기계적 물성을 향상시키고, 내열 특성을 개선시키며, 가격 경쟁력을 확보할 수 있어 경제성이 우수한 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 충진제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 충진제, 예를 들어, 카본블랙(carbon black), 팽창 흑연(expanded graphite), 활성탄, 숯, 탄소섬유, 탄소나노섬유, 탄소유리섬유, 탄산칼슘, 실리카, 실리카/탄산칼슘 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 충진제로 제한되지 아니하나, EPDM 폴리머와 친화성이 높아 배합이 용이하고 강도 보강 효율이 높은 카본블랙과 웨더스트립으로 성형시 발열이 완화되고 가격 경쟁력이 우수한 실리카/탄산칼슘을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 카본블랙은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 카본블랙, 예를 들어, 양압출성(Fast Extruding Furnace) 카본블랙, 고내마모성(High abrasion furnace) 카본블랙, 반-강화(semi-reinforcing furnace) 카본블랙 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 카본블랙으로 특정되지 아니하나, EPDM 폴리머와 배합이 용이하면서도 강도를 효율성으로 보강할 수 있는 양압출성(Fast Extruding Furnace) 카본블랙인 것이 바람직하다. 상기 카본블랙은 평균 입경이 40~44nm일 수 있다. 40nm 미만이면 고무 배합 시 토크량이 과다하게 상승하는 단점이 있고, 44nm를 초과하면 고무배합재료의 분산성이 떨어져서 부품성형시 성능 품질이 열세한 단점이 있다.
상기 실리카/탄산칼슘은 실리카, 탄산칼슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 특정 성분으로 제한되지 아니하나, 실리카는 탄산칼슘 대비 원재료 가격이 높고 압출성형 시에 다이스 및 금형부를 마모시킬 우려가 있으므로 탄산칼슘과 블렌딩하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 충진제는 본 발명에 따른 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 200~240중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 카본블랙 : 실리카/탄산칼슘의 중량비가 1 : 1.8~2.8일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는, EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 충진제가 카본블랙 60~80중량부 및 실리카/탄산칼슘 140~160중량부를 포함할 수 있다. 상기 카본블랙의 함량이 60중량부 미만이면, 경도 Hs65 미만으로 웨더스트립으로 사용시 형상 유지가 불가하여 차량주행 시 이음발생할 수 있으며 내구성에 취약할 수 있고, 80중량부를 초과하면 경도 Hs75 초과하여 웨더스트립 부품으로 장착 시 탄력성능 부족하여 조립에 어려움이 있으며, 복잡한 부품 제작이 불가한 단점이 있다. 또한, 실리카/탄산칼슘이 140중량부 미만이면 고무의 충진율이 떨어져 전기절연성 상승을 저해할 수 있고, 160중량부를 초과하면 분산성 부족으로 웨더스트립 고무 조성물 제조 시 배합이 어려운 단점이 있다.
(3) 활성화제
본 발명의 일 실시예에 따른 활성화제는 촉진제 즉 가교 촉진제를 활성화시켜 촉진제의 가교촉진반응을 활성화시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 활성화제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 활성화제, 예를 들어, 무기산화물, 지방산 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 활성화제로 제한되지 아니하나, 바람직하게는, 우수하게 촉진제를 활성화시킬 수 있는 무기산화물 및 지방산을 포함할 수 있다.
상기 무기산화물은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 무기산화물일 수 있고, 예를 들어, 산화아연, 산화주석, 산화알루미늄, 산화지르코늄 등일 수 있고, 특정 성분을 포함하는 무기산화물로 한정되지 않으나, 압출공정 중 EPDM 폴리머에서의 분산이 용이하게 할 수 있는 산화아연(ZnO)가 바람직하다.
상기 지방산은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 지방산, 예를 들어, 포화지방산(saturated fatty acid), 불포화지방산(unsaturated fatty acid) 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는, 포화지방산으로서 스테아린산, 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산 및 아라크산 등을 포함할 수 있고, 불포화 지방산으로서 올레산, 엘라이드산, 리놀레산 및 리시놀산 등을 포함할 수 있고, 특정 지방산으로 한정되지 아니한, 더욱 더 바람직하게는 고무 배합 시 불균일한 입자를 생산하지 않으면서도 융화성이 우수한 스테아린산(stearic acid)일 수 있다.
상기 활성화제는 본 발명에 따른 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 4~7중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 지방산 : 무기산화물의 중량비가 1 : 1.3~5.5일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는, EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 활성화제는 스테아린산 1~2중량부 및 산화아연 3~5중량부를 포함할 수 있다. 상기 스테아린산의 함량이 1중량부 미만이면, 배합의 촉진성이 제한될 수 있고, 2중량부를 초과하면 고무의 불균일한 물성을 초래할 수 있다. 또한, 산화아연이 3중량부 미만이면 배합의 촉진성이 제한될 수 있고, 5중량부를 초과하면 고무의 불균일한 물성을 초래할 수 있다.
(4) 가소제
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는 EPDM 폴리머과 배합 시 우수한 분산성을 확보할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 가소제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 가소제, 예를 들어, 프로세스 오일로서, 파라핀계 오일(Paraffinc Oil), 나프텐계 오일(Naphthenic Oil), 아로마틱계 오일(Aromatic Oil) 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것일 수 있고, 특정 성분을 포함하는 가소제로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 EPDM 고무와 잘 융화되는 파라핀계 오일 또는 나프텐계 (프탈레이트) 오일일 수 있다.
본 발명에 따른 가소제는 본 발명에 따른 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 40~70중량부로 포함될 수 있다. 가소제의 함량이 40중량부 미만이면 배합 토크량 상승으로 블렌딩이 불가능할 수 있고, 70중량부를 초과하면 재료 강성이 악화(Hs65 이하)되므로 부품 형상 유지에 불리한 단점이 있다.
(5) 실란커플링제
본 발명의 일 실시예에 따른 실란커플링제는 본 발명의 충진제에 포함된 카본블랙의 사용량을 줄여 전기절연성을 확보하면서도 고무 강성을 향상시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 실란커플링제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 실란커플링제, 예를 들어, 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 비닐트리에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시 실란, N-(1,3-디메틸부틸리덴)-3-(트리에폭시 실란)-1-프로판아민, N,N-비스[3-(트리메톡시실릴)프로필]에틸렌디아민, N-(β-아미노에틸)-γ- 아미노프로필메틸디메톡시실란, N-( β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시트리메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리에톡시실란, N-[2-(비닐벤질아미노)에틸]-3-아미노프로필트리메톡시실란 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 실란커플링제로 한정되지 아니하나, 바람직하게는 실리카와 융화성이 좋은 실란커플링제 일 수 있다.
본 발명에 따른 실란커플링제는 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 카본블랙이 60~80중량부로 포함될 때, 0.1~1중량부로 포함될 수 있다. 카본블랙을 60중량부 미만으로 포함될 때 실란커플링제를 사용할 경우 경도 Hs65 이상으로 재료배합이 불리하고, 카본블랙을 80중량부로 초과로 포함될 때 실란커플링제 사용할 경우에도 경도 Hs75 초과하여 규제치의 경도를 벗어나므로 배합이 불리할 수 있다. 상기 실란커플링제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 실란 커플링 효과를 발휘할 수 없는 단점이 있고, 1중량부를 초과하면 수분발생으로 품질 문제 야기시킬 수 있고 효과적인 고무재료 배합의 분산이 불가능하다.
(6) 가교제
본 발명의 일 실시예에 따른 가교제는 웨더스트립 고무 조성물을 3차원의 망상구조로 이어주는 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 가교제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 가교제일 수 있고, 바람직하게는 황(S)일 수 있다.
상기 가교제는 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 1~2중량부일 수 있다. 1 중량부 미만이면 가교밀도가 낮아짐에 의해 가교가 충분히 이루어지지 못하여 완제품의 물성 및 점탄성이 저하될 수 있고, 2중량부를 초과하면 내열성이 부족하고 과경화됨으로써 내구성 및 외관에 흑점과 같은 이물질이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 압출 성형기의 부하 발생으로 인하여 외관불량이 발생될 수 있다.
(7) 촉진제
본 발명의 일 실시예에 따른 촉진제는, 가교촉진제로서 가교제의 가교시간을 단축시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 촉진제는 본 발명에서 사용될 수 있는 가교촉진제, 예를 들어, 티아졸(Thiazole)계 화합물, 티우람(Thiuram)계 화합물, 티우레아(Thirea)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 티아졸계 화합물로써 Mercaptobenzothiazole, Dibenzothiazole disulfide 등일 수 있고, 티우람계 화합물로써 Tetramethylthiuram disulfide, Tetramethylthiuram monosulfide 등일 수 있고, 티우레아계 화합물로서 Ethylene Thiourea, 2-Mercapto Imidazoline, Trimethyl Thiourea 등일 수 있다.
상기 촉진제는 본 발명에 따른 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 2~7중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 티아졸(Thiazole)계 화합물 : 티우람(Thiuram)계 화합물 : 티우레아(Thirea)계 화합물의 중량비가 2~4 : 2~4 : 1~3일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는, EPDM 폴리머 100중량부에 대하여, 활성화제는 티아졸(Thiazole)계 화합물 1~2중량부, 티우람(Thiuram)계 화합물 1~2중량부 및 티우레아(Thirea)계 화합물 0.5~1.5중량부를 포함할 수 있다. 상기 화합물들의 함량이 상기 범위 미만이면, 배합시 가교밀도가 불충분하여 고무물성이 저하될 수 있고 부품 형상 우지가 불가능하다는 단점이 있고, 상기 범위를 초과하면 웨더스트립 표면에 흰색 이염 및 백화현상이 발생할 수 있다.
상기 조성에 따른 웨더스트립 고무 조성물을 사용하여 제조된 웨더스트립은 자동차용 웨더스트립의 도어 사이드 씰(Door Side Seal) 또는 바디 사이드 씰(Body Side Seal) 또는 글래스 런(Glass Run)로 사용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~4 및 비교예 1~7 : 웨더스트립 고무 조성물 및 웨더스트립 제작
하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성물의 원재료에 이물질 제거를 위한 필러링을 실시한 후, 조성과 함량으로 최종 고무 배합제가 되면 고무 원료와 각종 첨가물이 충분히 분산되도록 롤러를 통한 믹싱작업으로 배합제가 균일하게 혼합되도록 섞었다. 배합된 고무 조성물을 적당한 크기로 재단한 다음 숙성을 거친 후, 미리 압출기를 통한 압출공정을 통해 조성물은 배합 조성물 가운데 황에 의해 고분자 사슬간의 가고 구조(가교점)를 이루게 하는 가황공정을 거쳐 화학적으로 망상구조를 이루게 하고, 이러한 압출 및 가류 성형한 후 표면처리를 거쳐 웨더스트립이 제조하였다.
여기서, 하기 표 1 및 표2에 기재된 성분의 함량의 단위는 원료 고무 100 중량부에 대한 혼합재료의 중량을 나타내는 phr(part per hundred rubber by weight)이다.
조성(중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
EPDM 폴리머 100 100 100 100
충진제 카본블랙 70 60 80 70
실리카/탄산칼슘 150 160 140 140
활성화제 산화아연 5 5 5 3
스테아린산 1 1 1 2
가소제 프로세스오일 60 60 60 60
실란커플링제 0 1 0 1
가교제 황(S) 2 2 2 1
촉진제 Thiazole계
화합물		 1.5 2 1.5 2
Thiuram계
화합물		 2 1.5 2 2
Thirea계
화합물		 0.5 0.5 1.3 1.0
조성(중량부) 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7
EPDM 폴리머 100 100 100 100 100 100 100
충진제 카본블랙 146 60 90 90 90 90 50
실리카/탄산칼슘 83 160 130 135 135 170 140
활성화제 산화아연 5 5 5 5 5 5 5
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1
가소제 프로세스오일 99 60 60 60 60 60 60
실란커플링제 0 0 0 0 0 1.5 1
가교제 황(S) 1.8 2 2 2 2 1.5 0.8
촉진제 Thiazole계
화합물		 1.5 0.5 1.5 2 1.5 1.5 1.0
Thiuram계
화합물		 1.5 2 1.5 2 2 2 2.5
Thirea계
화합물		 0.5 0.5 0.5 1.3 0.5 1.0 1.3
* 각 회사별 상품명이 상이하므로 동일 구조의 화합물이면 어떤 회사상품이라도 사용할 수 있다.카본블랙 : FEF (Fast Extruding Furnace),
가소제 : Phthalate계 오일 - 평화약품
실란커플링제 : SI-69
Thiazole 계 : M (Mercaptobenzothiazole), DM (Dibenzothiazole disulfide) 등
Thiuram 계 : TMTD (Tetramethylthiuram disulfide), TS (Tetramethylthiuram monosulfide) 등
Thiurea 계 : ETU (Ethylene Thiourea 혹은 2-Mercapto Imidazoline), TMU (Trimethyl Thiourea) 등
실험예 1 : 웨더스트립 물성 평가
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~7로 제조된 웨더스트립을 물성 평가하였다. 평가 기준은 다음과 같다.
경도 : 65~75
인장강도: 100 kgf/cm2 이상일 것
신율 : 250% 이상일 것
경도변화 : +7 이내일 것
인장강도변화율 : -25% 이내일 것
신율 변화율 : -25% 이내일 것
압축영구줄음율 : 25% 이내일 것
전기절연성능 : 1.0 x 10 Ω· 이상일 것
상기 평가 기준으로 측정한 결과는 하기 표 3 및 표 4와 같다.
물성 평가 항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
상태물성 경도 (Hs) 70 71 70 68
인장강도
(kgf/cm2)		 112 106 104 105
신율 (%) 310 320 260 300
내열성
(70℃x70Hr)		 경도변화 (△Hs) +2 +3 +3 +2
인장강도
변화율 (%)		 +4 +6 -6 +4
신율 변화율 (%) -3 -15 -4 -10
압축영구줄음율 (70℃x22hr) (%) 12.0 13.0 11.9 11.5
전기절연성능 (Ω· 1.0 x 108 1.1 x 108 7.8x107 4.4x107
물성 평가 항목 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7
상태물성 경도 (Hs) 72 64 75 79 75 배합불가
(분산성
열세)		 60
인장강도
(kgf/cm2)		 105 92 102 116 104 79
신율 (%) 290 280 280 220 290 310
내열성
(70℃x70Hr)		 경도변화 (△Hs) +2 +4 +1 0 +1 +3
인장강도
변화율 (%)		 +6 -15 -12 -3 -7 -8
신율 변화율 (%) -11 -14 -4 +4 +1 -11
압축영구줄음율
(70℃x22hr) (%)		 14.5 12.9 12.3 12.4 13.6 12.3
전기절연성능 (Ω· 5.5x106 3.0x106 1.5x106 5.5x106 1.3x106 1.1 x 108
상기 표 3 및 표 4를 참조하면, 실시예 1~4에 따라 제조된 웨더스트립은 본 발명의 조성범위를 만족하고, 그 결과, 상기 상태물성, 내열성, 압축영구줄음율 등의 물성을 만족할 뿐 아니라, 전기절연 성능을 만족하다는 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 웨더스트립은 기존 양산품으로서, 카본블랙이 과량 사용될 뿐 아니라 가소제가 과량 사용되었는 바, 전기절연성능이 부족하며 갈바직 부식에 취약하다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2에 따라 제조된 웨더스트립은 촉진제 중 Thiazole계 화합물이 기준 이하인 0.5phr로 소량 사용되었는 바, 경도가 규격대비 낮고, 인장강도 열세하며, 전기절연성능 규제치 대비 부족하다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 3~5에 따라 제조된 웨더스트립은 카본블랙이 과량 사용되었는 바, 전기절연성능 규제치 대비 부족하다는 것을 확인할 수 있을 뿐 아니라, 특히, 비교예 4는 경도가 규격대비 높고, 신율 또한 열세라는 것을 확인할 수 있다.
비교예 6에 따라 제조된 웨더스트립은 카본블랙이 과량 사용되었을 뿐 아니라, 실리카/탄산칼슘도 본 발명의 범위를 벗어나 과량사용되었는 바, 배합 열세하므로 분산성이 낮아 고무 생산 불가하다는 것을 확인할 수 있다.
비교예 7에 따라 제조된 웨더스트립은 카본블랙이 소량 사용되었는 바, 전기절연성 개선되었으나, 고무소재 물성 부족하여 부품강성 및 내구/마모 성능 부족하다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는 본 발명의 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 포함한 자동차용 웨더스트립은 내열성, 인장강도, 신율, 압축영구졸음율 등의 기계적 강도가 우수하면서도 전기절연성이 향상되는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 : 웨더스트립 부식평가
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~7로 제조된 웨더스트립을 부식 평가하였다. 평가 기준은 방청부식평가로서 MS600-66 (C MODE) 기준으로 진행하였다. 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 동일금속(스틸-스틸) & 이종금속(스틸-알루미늄) 간 고무소재의 최적합 전기절연성 규제치 확보하기 위한 비교평가 진행하였다. 그 결과는 하기 표 5와 같다.
평가항목 (금속) 도장상태 비교예 1 실시예 2 실시예 1
(5.5x106 Ω·㎝) 실시2 (7.8x107 Ω·㎝) 개발재료 (1.0x108 Ω·㎝)
스틸-스틸 일반도장 부식없음 부식없음 부식없음
손상도장 부식발생 (손상도 高)
※ 깊이 0.4mm
(초기손상량 0.7mm)		 부식발생 (손상도 小)
※ 깊이 0.16mm
(초기손상량 0.7mm)		 부식발생 (손상도 小)
※ 깊이 0.17mm
(초기손상량 0.7mm)
스틸-알루미늄 일반도장 부식없음 부식없음 부식없음
손상도장 부식발생 (손상도 高)
※ 깊이 0.42mm
(초기손상량 0.7mm)		 부식발생 (손상도 小)
※ 깊이 0.2mm
(초기손상량 0.7mm)		 부식발생 (손상도 小)
※ 깊이 0.2mm
(초기손상량 0.7mm)
상기 표 5를 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 웨더스트립의 경우, 손상 도장면에서 스틸-스틸 및 스틸-알루미늄에서 기존 고무재료의 부식 손상도 높다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 부식발생량 초기 손상량(0.7mm) 에서 0.4~0.42mm 손상되어 부식정도가 높다는 것을 확인할 수 있는 바, 차량 도장면 손상 시에 갈바닉 부식 취약하다는 것을 알 수 있다.반면, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 웨더스트립의 경우, 손상 도장면에서 스틸-스틸 및 스틸-알루미늄에서 기존 고무재료의 부식 손상도가 낮다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 부식발생량 초기 손상량(0.7mm) 에서 0.2mm 이내로 두 재료의 손상도 유사한 바, 차량 도장면 손상 시에 갈바닉 부식 취약하지 않으므로, 양산개발에도 문제 없다는 것을 알 수 있다.
실험예 3 : 웨더스트립 압출 성형성 평가
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~7로 제조된 웨더스트립을 압출성형성 평가하였다. 평가 기준은 가베다이(Garbey die) 토출 성형성 평가로서 ASTM D2230 기준으로 진행하였다. 압출등급은 A1~A10까지 이며 A9등급 이상시 부품 성형성이 우수하다는 것을 의미한다. 이에 따른 결과는 도 2a 내지 5b에 나타내었다.
도 2a 내지 도 4b에 나타난 바와 같이, 실시예 1~3에 제조된 웨더스트립의 경우 압출성형성 등급이 A으로서 미세거침이 있을 뿐 대체적으로 양호한 외관을 가졌는 바 부품성형성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 도 5a 및 도 5b에 나타난 바와 같이, 비교예 1에 제조된 웨더스트립은 압출성형성 등급이 A7로서 엣지부가 거칠고 대체적으로 외관이 불량하다는 것을 확인하였는 바 부품성형성이 떨어진다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머에 충진제, 활성화제, 가소제, 실란커플링제, 가교제 및 촉진제 등을 특정 함량으로 포함하는 본 발명의 웨더스트립 고무 조성물 및 이를 포함한 자동차용 웨더스트립은 내열성, 인장강도, 신율, 압축영구졸음율 등의 기계적 강도가 우수하면서도 압출성형성이 높아 부품성형성이 우수하며, 차량 도장면 손상 시에 갈바닉 부식 취약하지 않으므로, 전기절연성이 향상되는 효과가 있는 바 양산개발에도 문제 없다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(Ethlene propylene diene monomer; EPDM) 폴리머;
    충진제;
    활성화제;
    가소제;
    실란커플링제;
    가교제; 및
    촉진제를 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 EPDM 폴리머 100중량부에 대하여,
    상기 충진제 200~240중량부;
    상기 활성화제 4~7중량부;
    상기 가소제 40~70중량부;
    실란커플링제 0.1~1중량부;
    가교제 1~2중량부; 및
    촉진제 2~7중량부를 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙, 실리카/탄산칼슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙 : 실리카/탄산칼슘의 중량비가 1 : 1.8~2.8인 것인 웨더스트립 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성화제는 무기산화물, 지방산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 활성화제는 지방산 : 무기산화물의 중량비가 1 : 1.3~5.5인 웨더스트립 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 프로세스 오일(process oil)을 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉진제는 티아졸(Thiazole)계 화합물, 티우람(Thiuram)계 화합물, 티우레아(Thirea)계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 포함하는 웨더스트립 고무 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 촉진제는 티아졸(Thiazole)계 화합물 : 티우람(Thiuram)계 화합물 : 티우레아(Thirea)계 화합물의 중량비가 2~4 : 2~4 : 1~3인 것인 웨더스트립 고무 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 웨더스트립 고무 조성물을 사용하여 제조된 자동차용 웨더스트립의 도어 사이드 씰(Door Side Seal), 바디 사이드 씰(Body Side Seal) 또는 글래스 런(Glass Run).
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CN115558210A (zh) * 2022-05-06 2023-01-03 北京市城南橡塑技术研究所 一种耐高低温、耐酸碱腐蚀的隔音门窗密封条及制备方法

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KR20150095398A (ko) 2014-02-13 2015-08-21 주식회사 한국에스제이 웨더스트립 조성물 및 이를 이용한 웨더스트립

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