KR20210114201A - 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 nbr 가스켓 조성물 - Google Patents

고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 nbr 가스켓 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 NBR에 아라미드 펄프 마스터배치 및 액상 NBR을 첨가하여 분산성을 개선시킴으로써, 기본 물성, 내열성 및 영구압축줄음율을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 우수한 기밀성을 구현하고 특히 140℃ 이상의 고온에서 작동 내구성 및 장기 사용 안정성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물에 관한 것이다.

Description

고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물{NBR GASKET COMPOSITION FOR PLATE TYPE HEAT EXCHANGER HAVING EXCELLENT OPERATING DURABILITY AT HIGH TEMPERATURES}
본 발명은 기본 물성, 내열성 및 영구압축줄음율을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 우수한 기밀성을 구현하고 특히 140℃ 이상의 고온에서 작동 내구성 및 장기 사용 안정성 등을 향상시킬 수 있도록 하는 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 판형열교환기는 얇은 금속판의 전체 면에 걸쳐 파형의 요철을 형성시킴으로써 긴 유로를 형성한 전열판을 여러장 적층시켜 열교환 효율을 증대시킨 열교환기이다. 판형열교환기에 있어서, 밀착 적층된 얇은 금속전열판들 사이에는 고무로 형성된 가스켓이 개재되어, 전열판에 형성된 파형의 유로로 유체를 유도시키면서 유체가 외부로 누출되지 않도록 하는 역할을 한다.
이러한 판형열교환기의 가스켓의 제조시에 전열판의 유로를 통해서 이동하는 가열유체(또는 냉각유체)와 피가열 유체(또는 피냉각유체) 종류, 사용 온도 및 압력 등 그 사용조건에 적합한 특성을 갖는 재료가 사용되어야 열교환기의 성능과 내구성을 확보 할 수 있다.
가스켓 재료로는 NBR 고무, 불소고무, 실리콘고무, EPDM 고무 등 다양한 재료들이 사용되지만, 그 중 NBR 고무는 저가이어서 가스켓 재료로 선호되지만, 내열성이 약하여 저온 분야에서 주로 활용되어 왔으며, 고온의 판형열교환기에는 HNBR고무, 아크릴고무, 불소고무 등을 사용하여 왔다. 그러나 이러한 재료들은 고가이고 수급이 불안정하여 제작업체의 원가 부담을 주고 있으므로, 높은 내열성을 갖는 다른 재료의 개발이 요구되고 있다.
한편, 가스켓이 열교환기의 각 전열판 사이에 부착되어 사용시 요구되는 대표적인 품질 성능으로는, 첫째 고온에서 고압에 견딜 수 있는 내구성을 갖추어야 하고, 각 전열판 사이에서 압축되어 장착된 상태로 장시간 사용되므로 압축된 상태에서 압축력 제거 시 압축 전의 형태로 되돌아 가는 압축영구줄음율 특성이 우수하여야 한다. 따라서, 새로운 판형열교환기용 가스켓 재료의 개발에 있어, 이와 같은 특성의 확보가 우선적으로 고려되어야 한다.
이를 해결하기 위하여 특허문헌 1에서는 NBR에 아라미드 섬유를 혼합한 가스켓 조성물을 제안하였으나, 아라미드 섬유의 단순 첨가는 내열성 및 영구압축줄음율이 일부 개선되지만 분산성이 저하됨에 따라 기본 물성 등이 저하되고 특히 경도가 큰 폭으로 상승하여 판형 열교환기용 NBR 가스켓에는 적합하지 못한 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0130700호 "고내열성 유무기 복합 비석면 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법"
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, NBR에 아라미드 펄프 마스터배치 및 액상 NBR을 첨가하여 분산성을 개선시킴으로써, 기본 물성, 내열성 및 영구압축줄음율을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 우수한 기밀성을 구현하고 특히 140℃ 이상의 고온에서 작동 내구성 및 장기 사용 안정성 등을 향상시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 가스켓 조성물에 있어서, NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 마스터배치 10 ~ 20 중량부, 액상 NBR 3 ~ 8 중량부 및 가스켓용 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서 상기 아라미드 펄프 마스터배치는, NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 30 ~ 40 중량부, 탄산아연 30 ~ 40 중량부 및, 액상고무 또는 폴리부텐 15 ~ 25 중량부로 이루어지되, 상기 아라미드 펄프는, 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 가수분해시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 가스켓용 첨가제는, 상기 NBR 100 중량부에 대하여, 충전제 50 ~ 80 중량부, 금속산화물 5 ~ 7 중량부, 노화방지제 3 ~ 9 중량부, 오존방지제 1 ~ 3 중량부, 가공조제 0.5 ~ 1.0 중량부, 공가교제 0.2 ~ 0.5 중량부 및 가교제 2 ~ 4 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 NBR에 아라미드 펄프 마스터배치 및 액상 NBR을 첨가하여 분산성을 개선시킴으로써, 기본 물성, 내열성 및 영구압축줄음율을 동시에 만족시킬 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 우수한 기밀성을 구현하고 특히 140℃ 이상의 고온에서 작동 내구성 및 장기 사용 안정성 등을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물.에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명에 따른 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물은 NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 마스터배치 10 ~ 20 중량부, 액상 NBR 3 ~ 8 중량부 및 가스켓용 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 NBR(nitrile butadiene rubber)은 가스켓 조성물에 널리 사용되는 공지된 기재로써 내유성 향상 등의 효과를 가지며, 본 발명에서는 특정 NBR에 한정하지 않고 이미 공지된 다양한 종류의 NBR을 적용할 수 있다.
상기 아라미드 펄프 마스터배치(aramid pulp master batch)는 내열성 및 영구압축줄음율 향상시키면서도 기본 물성이나 분산성 또한 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 30 ~ 40 중량부, 탄산아연 30 ~ 40 중량부 및 액상고무(이소프렌 액상 고무 또는 부타디엔 액상고무, 스티렌/부타디엔 액상고무, 니트릴/부타디엔 액상고무 등) 또는 폴리부텐(polybutene) 15 ~ 25 중량부로 이루어지되, 상기 아라미드 펄프는, 10 중량% 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 -NH2, -COOH 말단 그룹이 생성되도록 가수분해시킨 것을 사용한다. 여기서 아라미드 펄프, 탄산아연 및, 액상고무 또는 폴리부텐의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 마스터배치가 제대로 제조되지 않거나 오히려 분산성이 저하될 우려가 있다.
한편, 상기와 같이 이루어지는 아라미드 펄프 마스터배치의 함량이 10 중량부 미만일 경우 내열성 및 영구압축줄음율 등의 향상 효과가 미비해질 우려가 있고, 20 중량부를 초과할 경우 조성물의 가공성이 저하되는 문제가 있다.
상기 액상 NBR은 상술한 NBR이 액상 형태로 이루어진 것으로 이미 공지된 물질이며, 본 발명에서는 가공조제의 함량을 일반적인 사용량보다 낮추고, 가소제를 첨가하지 않아 내열 특성을 향상시키되, 상기 가공조제 및 가소제를 대체하여 액상 NBR을 사용함으로써 가공성과 내열 특성을 더욱 향상시킨다.
한편, 상기 액상 NBR의 함량이 3 중량부 미만일 경우 가공성 및 내열 특성 향상 효율이 미비해질 우려가 있으며, 8 중량부를 초과할 경우 기타 물성이 저하될 우려가 있다.
상기 가스켓용 첨가제는, 가스켓의 제조시 일반적으로 사용되는 공지된 첨가제로써 후술되어질 첨가제의 종류 및 함량에 한정되지 않고 이미 공지된 다양한 첨가제의 사용이 가능하다.
한편, 상기 가스켓용 첨가제의 일 예로, 충전제 50 ~ 80 중량부, 금속산화물 5 ~ 7 중량부, 노화방지제 3 ~ 9 중량부, 오존방지제 1 ~ 3 중량부, 가공조제 0.5 ~ 1.0 중량부, 공가교제 0.2 ~ 0.5 중량부 및 가교제 2 ~ 4 중량부를 사용하는데, 여기서 가공조제의 경우 일반적인 사용량보다 낮고 통상의 가소제는 사용하지 않되, 이를 액상 NBR로 대체하였고 노화방지제의 함량은 일반적인 함량보다 높게 적용하였다. 나머지 첨가제는 통상적으로 가스켓용 조성물에서 사용되는 종류 및 범위라 할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 충전제는 카본블랙, 탄산칼슘, 실리카 또는 클레이 등을 사용하며, 상기 금속산화물은 산화아연 또는 산화마그네슘 등을 사용하며, 상기 노화방지제는 RD(2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline), MB(Mercaptobeximidazole) 또는 CD(4,4'-dimethylbenzyl diphenylamine) 등을 사용하고, 상기 오존방지제는 3C(N-Phenyl-N'-Isopropyl-P-Phenylendiamine), Sunprax 682(해동케미칼 사) 또는 ANTILUX654(Rheinchemie 사) 등을 사용하며, 상기 가공조제는 WB222(Struktol 사)를 사용하고, 상기 공가교제는 SR350(Sartomer 사) 등을 사용하며, 상기 가교제는 DCP(dicumyl peroxide) 등을 사용하지만, 이미 상술한 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 첨가제의 사용이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 아라미드 펄프 마스터배치의 제조
(제조예 1)
NBR 100 중량부에 대하여, 10 중량% 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 가수분해시킨 아라미드 펄프 35 중량부, 탄산아연 35 중량부 및 액상고무(부타디엔 액상고무) 20 중량부를 혼합하여 아라미드 펄프 마스터배치를 제조하였다.
(제조예 2)
NBR 100 중량부에 대하여, 10 중량% 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 가수분해시킨 아라미드 펄프 30 중량부, 탄산아연 30 중량부 및 폴리부텐 15 중량부를 혼합하여 아라미드 펄프 마스터배치를 제조하였다.
(제조예 3)
NBR 100 중량부에 대하여, 10 중량% 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 가수분해시킨 아라미드 펄프 40 중량부, 탄산아연 40 중량부 및, 액상고무(이소프렌 액상 고무) 25 중량부를 혼합하여 아라미드 펄프 마스터배치를 제조하였다.
2. 가스켓의 제조
(실시예 1)
NBR 100 중량부에 대하여, 제조예 1에 따른 아라미드 펄프 마스터배치 14.6 중량부, 액상 NBR 5 중량부, 충전제인 카본블랙 58 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 실리카 5 중량부, 클레이 10 중량부, 금속산화물인 산화아연 6 중량부, 산화마그네슘 1 중량부, 노화방지제인 RD 3 중량부, MB 3 중량부, CD 3 중량부, 오존방지제인 3C 1 중량부, Sunprax 682 1 중량부, ANTILUX 654 1 중량부, 가공조제인 WB222 1 중량부, SZ-210 2 중량부, WS280 2 중량부, 공가교제인 SR 350 0.5 중량부 및 가교제인 DCP 4.0 중량부를 컴파운드 혼련기인 니이더에서 110℃, 약 12분동안 혼련하여 컴파운드를 제조하였다. 니이더 작업을 끝난 컴파운드는 오픈 롤밀에서 균일하게 혼합시킨 후 2mm 쉬트상의 컴파운드를 제조한다. 이렇게 제조된 시트상의 컴파운드를 금형두께가 2mm의 금형에 투입한 후 160℃, 150kg/cm2의 프레스 조건에서 약 10분간 프레스 성형한 후, 200℃에서 1시간 열처리하여 가스켓을 제조하였다.
(실시예 2)
NBR 100 중량부에 대하여, 제조예 2에 따른 아라미드 펄프 마스터배치 10 중량부, 액상 NBR 3 중량부, 충전제인 카본블랙 58 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 실리카 5 중량부, 클레이 10 중량부, 금속산화물인 산화아연 6 중량부, 산화마그네슘 1 중량부, 노화방지제인 RD 3 중량부, MB 3 중량부, CD 3 중량부, 오존방지제인 3C 1 중량부, Sunprax 682 1 중량부, ANTILUX 654 1 중량부, 가공조제인 WB222 1 중량부, SZ-210 2 중량부, WS280 2 중량부, 공가교제인 SR 350 0.5 중량부 및 가교제인 DCP 4.0 중량부를 컴파운드 혼련기인 니이더에서 110℃, 약 12분동안 혼련하여 컴파운드를 제조하였다. 니이더 작업을 끝난 컴파운드는 오픈 롤밀에서 균일하게 혼합시킨 후 2mm 쉬트상의 컴파운드를 제조한다. 이렇게 제조된 시트상의 컴파운드를 금형두께가 2mm의 금형에 투입한 후 160℃, 150kg/cm2의 프레스 조건에서 약 10분간 프레스 성형한 후, 200℃에서 1시간 열처리하여 가스켓을 제조하였다.
(실시예 3)
NBR 100 중량부에 대하여, 제조예 3에 따른 아라미드 펄프 마스터배치 20 중량부, 액상 NBR 8 중량부, 충전제인 카본블랙 58 중량부, 탄산칼슘 10 중량부, 실리카 5 중량부, 클레이 10 중량부, 금속산화물인 산화아연 6 중량부, 산화마그네슘 1 중량부, 노화방지제인 RD 3 중량부, MB 3 중량부, CD 3 중량부, 오존방지제인 3C 1 중량부, Sunprax 682 1 중량부, ANTILUX 654 1 중량부, 가공조제인 WB222 1 중량부, SZ-210 2 중량부, WS280 2 중량부, 공가교제인 SR 350 0.5 중량부 및 가교제인 DCP 4.0 중량부를 컴파운드 혼련기인 니이더에서 110℃, 약 12분동안 혼련하여 컴파운드를 제조하였다. 니이더 작업을 끝난 컴파운드는 오픈 롤밀에서 균일하게 혼합시킨 후 2mm 쉬트상의 컴파운드를 제조한다. 이렇게 제조된 시트상의 컴파운드를 금형두께가 2mm의 금형에 투입한 후 160℃, 150kg/cm2의 프레스 조건에서 약 10분간 프레스 성형한 후, 200℃에서 1시간 열처리하여 가스켓을 제조하였다.
(비교예 1)
NBR 100 중량부에 대하여, 충전제인 카본블랙 94 중량부, 가소제인 DIDP(diisodecyl phthalate) 9 중량부, 금속산화물인 산화아연 10 중량부, 노화방지제인 RD 0.7 중량부, MB 1.3 중량부, 오존방지제인 3C 1 중량부, 가공조제인 WB42(Struktol 사) 0.5 중량부, 공가교제인 SR 350 0.5 중량부 및 가교제인 DCP 3.5 중량부를 컴파운드 혼련기인 니이더에서 110℃, 약 12분동안 혼련하여 컴파운드를 제조하였다. 니이더 작업을 끝난 컴파운드는 오픈 롤밀에서 균일하게 혼합시킨 후 2mm 쉬트상의 컴파운드를 제조한다. 이렇게 제조된 시트상의 컴파운드를 금형두께가 2mm의 금형에 투입한 후 160℃, 150kg/cm2의 프레스 조건에서 약 10분간 프레스 성형한 후, 200℃에서 1시간 열처리하여 가스켓을 제조하였다.
2. 가스켓의 평가
상기 실시예 및 비교예에 따른 가스켓에 대한 기본물성, 내열성, 내유성, 영구압축줄음율 및 기밀성을 평가하였고 그 결과는 아래 [표 1]에 나타내었다.
시험항목 및 조건 규격 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 시험기준
기본물성


 경도(HS) 80 ± 5 80 80 80 80 KS
M6518
TB(MPa) min. 18 20 20 20 22
EB(%) min. 150 190 190 191 193
M100 - 109.27 109.38 109.27 83.21
내열성
140℃
70시간
 경도변화 max. +10 +5 +5 +5 +15 DIN 53505
TB(%) max. -35 +15.9 +15.9 +15.9 -52.3
EB(%) max. -60 -21.9 -21.9 -21.7 -73.7
내유성
140℃
70시간
NO.1 油		 경도변화 ±4 +2 +2 +2 +7 DIN 53505
TB(%) - - - - -
EB(%) - - - - -
△Ⅴ(%) ±4 -2.9 -2.9 -2.9 -6.2
영구압축줄음율
140℃
70시간		 Comp Set
25% 압축		 max. 20 15 15 15 48 KS
M6660
기밀성 kgf - 73.8 73.7 73.9 55.3 JPI-7S
-41
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스켓은 종래 NBR 가스켓(비교예 1)에 비하여 기본물성, 140℃ 이상에서의 내열성, 내유성, 영구압축줄음율 및 기밀성이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물을 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 가스켓 조성물에 있어서,
    NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 마스터배치 10 ~ 20 중량부, 액상 NBR 3 ~ 8 중량부 및 가스켓용 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아라미드 펄프 마스터배치는,
    NBR 100 중량부에 대하여, 아라미드 펄프 30 ~ 40 중량부, 탄산아연 30 ~ 40 중량부 및, 액상고무 또는 폴리부텐 15 ~ 25 중량부로 이루어지되,
    상기 아라미드 펄프는, 수산화나트륨 수용액으로 표면처리하여 가수분해시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가스켓용 첨가제는,
    상기 NBR 100 중량부에 대하여, 충전제 50 ~ 80 중량부, 금속산화물 5 ~ 7 중량부, 노화방지제 3 ~ 9 중량부, 오존방지제 1 ~ 3 중량부, 가공조제 0.5 ~ 1.0 중량부, 공가교제 0.2 ~ 0.5 중량부 및 가교제 2 ~ 4 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고온 작동 내구성이 우수한 판형 열교환기용 NBR 가스켓 조성물.
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JP2005201302A (ja) * 2004-01-13 2005-07-28 Toyoda Gosei Co Ltd コルク入りゴムガスケット
KR20150112462A (ko) * 2014-03-28 2015-10-07 제일 이엔에스 주식회사 아라미드섬유가 함유된 마스터배치를 이용한 압축시트 가스켓 조성물 및 그 제조방법
KR20170130700A (ko) 2016-05-19 2017-11-29 제일 이엔에스 주식회사 고내열성 유무기 복합 비석면 가스켓 조성물 및 이를 이용한 가스켓의 제조방법

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