KR20210131493A - 수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수팽창 고무 패드 - Google Patents

수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수팽창 고무 패드 Download PDF

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KR20210131493A
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양일석
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Abstract

본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물로 제조한 수팽창 고무 패드는 금속제 플레이트 등이 없이도 실린더 자켓에 직접 삽입시킬 수 있을 정도의 강성을 가지고 있다. 또한, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 엔진 냉각수와 접촉하여 체적을 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 별도의 조립용 부품을 사용하지 않아 부품수를 줄일 수 있고 원가도 절감할 수 있으며, 종래 발포 고무에 비해 밀착성이 좋아 보온 기능이 뛰어나므로 엔진 연비가 향상될 수 있는 장점이 있다.

Description

수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수팽창 고무 패드{Water-expandable rubber composition and water-expandable rubber pad comprising the same}
실린더 자켓에 직접 적용 가능하여 냉각수 접촉으로 체적을 증가시킬 수 있는 수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수팽창 고무 패드에 관한 것이다.
종래의 실린더 자켓 삽입물에 적용하고 있는 고무패드는 발포타입으로 제조되어 실린더 상하 분리냉각을 구현하여 실린더와 피스톤 사이의 마찰 손실을 저감시키는 용도로 사용되고 있다. 다만, 상기 고무 패드는 냉각수 유동에 견딜 수 있게 하기 위해 이를 플라스틱 바디에 고정시킬 수 있는 금속제 플레이트가 필요하다. 또한, 상기 고무 패드를 실린더 자켓에 적용시키기 위해선 복잡한 구조 및 조립공정이 필요하므로 제조비용이 높을 뿐만 아니라, 장기간 사용되면서 고무 패드의 노화로 인해 파손이 우려되는 등 내구적인 측면에서 재료적 및 구조적인 결함을 갖고 있는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 플라스틱 바디에 직접 조립할 수 있는 솔리드 타입의 고무 패드가 필요한 실정이었다.
대한민국 등록특허공보 10-1717183
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 냉각수 접촉으로 체적을 증가시킬 수 있는, 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR), 또는 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)를 포함하는 베이스 수지; 지수제; 및 충진제를 포함하는 수팽창 고무 조성물과, 이를 포함하며 체적팽창률 100~150%인 수팽창 고무 패드를 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 수팽창 고무 조성물은 베이스 수지 100 중량부, 지수제 90~120 중량부, 및 충진제 18~22 중량부를 포함하고, 상기 베이스 수지는 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR), 또는 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)를 포함한다.
상기 수소화된 니트릴부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile; AN)을 16~20질량%로 포함하고, 수소포화도가 80~99질량%일 수 있다.
상기 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 유리전이온도 -35~-40℃, 및 무늬점도(ML1+4, 100℃) 67~73dl/g 일 수 있다.
상기 지수제는 폴리아크릴산 알칼리 금속염계 중합체를 포함할 수 있다.
상기 지수제는 입경이 3~10μm일 수 있다.
상기 충진제는 카본블랙을 포함할 수 있다.
상기 충진제는 평균 입경 30~40nm, 비표면적 65~70m2/g, 요소흡착량 90~95mg/g, 및 겉보기 밀도 0.02~0.06g/mL 일 수 있다.
상기 수팽창 고무 조성물은 베이스 수지 100중량부에 대하여, 가교제 0.5~2.0 중량부, 가교촉진제 2.0~5.0 중량부, 가공조제 0.5~2.0 중량부, 및 노화방지제 4.0~10 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 가교제는 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]Undec-7-ene) 40 ~ 60중량%, 지방족 이염기산(Aliphatic dibasic acids) 20 ~ 30중량%, 및 이산화규소(silicon dioxide) 20 ~ 30중량%을 포함할 수 있다.
상기 가교촉진제는 헥사메틸렌디아민 카르바메이트(Hexamethylenediamine carbamate; HMDC)를 포함할 수 있다.
상기 가공조제는 스테아린산(steraric acid)를 포함할 수 있다.
상기 노화방지제는 퀴놀린(quinoline) : 파라페닐렌디아민(P-phenylenediamine)의 질량비 1: 0.75~1.25로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수팽창 고무 패드는 상기 수팽창 고무 조성물을 포함하고, 체적팽창률 100~150%, 쇼어경도 83~95 HS, 인장강도 5~15MPa, 및 신율 220~560%일 수 있다.
상기 수팽창 고무 패드는 엔진 워터 자켓용으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물로 제조한 수팽창 고무 패드는 금속제 플레이트 등이 없이도 실린더 자켓에 직접 삽입시킬 수 있을 정도의 강성을 가지고 있다. 또한, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 엔진 냉각수와 접촉하여 체적을 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 별도의 조립용 부품을 사용하지 않아 부품수를 줄일 수 있고 원가도 절감할 수 있으며, 종래 발포 고무에 비해 밀착성이 좋아 보온 기능이 뛰어나므로 엔진 연비가 향상될 수 있는 장점이 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 따른 수팽창 고무 패드로 조립된 자켓 삽입물을 실린더 자켓에 삽입된 것을 나타낸 도이다.
도 2a는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 수팽창 고무 패드로 조립된 자켓 삽입물을 실린더 자켓에 삽입 후 연료소모율을 9점 연비로 각각 나타낸 그래프이다.
도 2b는 도 2a에 나타난 연료소모율에 따른 연비 개선%를 나타낸 그래프이다.
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.
수팽창 고무 조성물
본 명세서에 있어서, 수팽창 고무 조성물은 주로 차량 부품들 사이에서 수분 등이 많은 환경에서도 물성저하가 발생하지 않으면서도 체적이 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가되면서도 보온성이 뛰어나 엔진 연비를 개선할 수 있는 부품을 구성할 수 있는 조성물이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수팽창 고무 조성물은 베이스 수지 100 중량부, 지수제, 및 충진제를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 가교제, 가교촉진제, 가공조제, 및 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물은 베이스 수지 100 중량부, 지수제 90~120 중량부, 및 충진제 18~22 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 베이스 수지 100중량부에 대하여, 가교제 0.5~2.0 중량부, 가교촉진제 2~5 중량부, 가공조제 0.5~2 중량부, 및 노화방지제 4~10 중량부를 더 포함할 수 있다.
(1) 베이스 수지
본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 수지는 실린더 자켓 조건에서도 견딜 수 있는 물성을 갖는 수지면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 베이스 수지는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 수지, 예를 들어, 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR), 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM), ACM(Acrylic Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Rubber), 및 FKM(Fluorocarbon Rubber)로 이루어진 군에선 선택되는 1종 이상의 고무를 포함할 수 있고, 특정 고무를 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는, 상기 베이스 수지로 구성된 수팽창 고무 조성물을 포함하는 고무 패드가 적용될 수 있는 실린더 자켓 조건에서도 견딜 수 있는 물성, 특히, 온도조건 -30~150℃에도 견딜 수 있는 물성을 갖는 수지로써, HNBR, 또는 AEM을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR)의 분자 내에 존재하는 이중결합을 수소화시켜 내열성을 향상시킨 고무일 수 있다. 구체적으로, NBR의 구조는 이하의 화학식 1과 같다. NBR은 극성단량체(아크릴로니트릴)로 공중합된 것이므로 내유성이 우수하다.
[화학식 1]
Figure pat00001
즉, HNBR은 NBR에 수소를 첨가하여 NBR의 이중결합을 포화시킨 고분자이다. HNBR의 구조는 이하의 화학식 2와 같다. 니트릴 측쇄기를 가진 폴리메틸렌(polymethylene)이라 할 수 있다. HNBR은 주사슬이 고포화된 폴리메틸렌이므로 내열성이 우수하다.
[화학식 2]
Figure pat00002
즉, HNBR은 아크릴로니트릴을 포함하여 내유성이 좋고, 주사슬이 폴리메틸렌으로 내열성이 우수하므로 수팽창 조성물로 사용하기에 적합할 수 있다.
상기 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile; AN)을 16~20질량%로 포함하고, 수소포화도가 80~99질량%일 수 있으며, 유리전이온도는 -35~-40℃일 수 있고, 무늬점도(ML1+4, 100℃)는 67~73dl/g 일 수 있다. 상기 '수소포화도는 상기 이중결합이 얼마나 제거되었는지를 의미하는 것이다. 즉, 수소포화도의 '%'는 HNBR의 전체 반복단위 중 이중결합이 제거된 반복단위의 비율을 의미한다. 상기 AN의 함량이 20질량%를 초과하면 수팽창 고무패드로 제작된 성형물의 저온유연성이 부족하여 -30℃~-40℃의 온도분위기에서 워터자켓 벽면과의 밀착성이 약화되는 단점이 있다. 또한, 상기 수소포화도가 80질량% 미만이면 내열성이 부족하여 워터자켓 환경조건을 견디기 힘들다는 단점이 있다. 또한, 상기 무늬점도가 67dl/g 미만이거나 73dl/g를 초과하면 혼련성이나 성형성 등 가공성이 나빠지는 단점이 있다.
본 발명에 따른 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)는 에틸렌과, 메틸 아크릴레이트에 카르복실산기를 가진 가교단량체와의 삼원 공중합체이다. 이러한
AEM 고무는 내열성 및 내압축성이 아크릴 공중합 고무보다 우수할 수 있으므로, 수팽창 조성물로 사용하기에 적합할 수 있다.
상기 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)는 유리전이온도는 -33~-38℃일 수 있고, 무늬점도(ML1+4, 100℃)는 14~19dl/g 일 수 있다. 상기 유리전이온도가 -33℃ 미만이면 수팽창 고무패드 성형물의 저온유연성이 부족하여 -30℃~-40℃의 온도분위기에서 워터자켓 벽면과의 밀착성이 약화되는 단점이 있다. 또한, 상기 무늬점도가 14dl/g 미만이거나 19dl/g를 초과하면 혼련성이나 성형성 등 가공성이 나빠지는 단점이 있다.
본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물은 베이스 수지의 함량을 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR), 또는 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)를 100중량부를 기준의 함량으로 포함 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물은 상기 베이스 수지를 포함시킴으로써, 실린더 자켓 조건에서도 견딜 수 있는 물성, 특히, 온도조건 -30~150℃에도 견딜 수 있는 물성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
(2) 지수제
본 발명의 일 실시예에 따른 지수제는 이를 포함하는 고무 조성물로 제조된 고무패드의 체적을 팽창시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 지수제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 지수제, 예를 들어, 분자구조 내 친수성 부분이 수소결합을 통해 외부 수분을 포획함으로써 체적을 증가시킬 수 있는 친수성 고분자로써, 폴리아크릴산 알칼리 금속염계 중합체일 수 있고, 바람직하게는 이를 포함하는 고무패드의 최대 체적팽창율을 효율적으로 조정할 수 있는 폴리아크릴산 나트륨일 수 있다.
보통 지수제는 직경 500~1,000μm로 시판되고 있는 실정이지만, 이를 포함하는 고무 패드의 표면을 평탄하게 하면서도 균일한 형상을 유지시키기 위해, 본 발명에 따른 지수제의 직경은 3~10μm일 수 있다. 상기 지수제의 직경이 3μm 미만이면 칭량이나 혼련 등 작업성이 나빠지고 배합물 내에서의 분산성이 나빠지는 단점이 있고, 10μm를 초과하면수팽창 속도가 느려지는 단점이 있다.
본 발명에 따른 지수제의 함량은, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 90~120 중량부일 수 있다. 상기 지수제의 함량이 90 중량부 미만이면 고무패드가 팽창한 후 워터자켓 벽면과의 밀착성이 부족해지는 단점이 있고, 120 중량부를 초과하면 그 밀착성이 과대하여 고무패드가 파손될 위험성이 있다는 단점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수펭창 고무 패드는 지수제를 특정 함량으로 포함함으로써, 체적을 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가시킬 수 있으므로, 종래에 비해 별도의 조립용 부품을 사용하지 않아 부품수를 줄일 수 있고 원가도 절감할 수 있으며, 종래 발포 고무에 비해 밀착성이 좋아 보온 기능이 뛰어나므로 엔진 연비가 향상될 수 있는 장점이 있다.
(3) 충진제
본 발명의 일 실시예에 따른 충진제는 이를 포함하는 고무 패드의 강도나 인성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 충진제는 고무 조성물에 사용될 수 있는 통상의 충진제, 예를 들어, 카본블랙, 실리카, 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 종류로 한정되지 않으나, 베이스 수지와의 보강성이 우수한 카본 블랙을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 충진제는 평균 입경 30~40nm, 비표면적 65~70m2/g, 요소흡착량 90~95mg/g, 및 겉보기 밀도 0.02~0.06g/mL 일 수 있다. 충진제의 평균 입경이 30nm 미만이면 칭량이나 혼련 등 작업성이 나빠지고 배합물 내에서의 분산성이 나빠지는 단점이 있고, 40nm를 초과하면 인장강도나 파단신율 등 기계적 물성이 나빠지는 단점이 있다. 또한, 충진제의 비표면적이 65m2/g 미만이면 고무배합물에 대한 보강성이 나빠져서 패드 성형물의 강성이 저하되는 단점이 있고, 70m2/g 를 초과하면 보강성이 과대하여 수팽창을 방해할 위험성이 있다는 단점이 있다. 또한, 충진제의 요소흡착성이 90mg/g 미만이면 고무배합물에 대한 보강성이 나빠져서 패드 성형물의 강성이 저하되는 단점이 있고, 95mg/g 를 초과하면 보강성이 과대하여 수팽창을 방해할 위험성이 있다는 단점이 있다. 또한, 충진제의 겉보기 밀도가 0.02g/mL 미만이면 칭량이나 혼련 등 작업성이 나빠지고 배합물 내에서의 분산성이 나빠지는 단점이 있고, 0.06g/mL 를 초과하면 인장강도나 파단신율 등 기계적 물성이 나빠지는 단점이 있다.
(4) 가교제
본 발명의 일 실시예에 따른 가교제는 고무 조성물에 포함된 구성을 배합하였을 때, 고분자 사슬 사이에 가교를 만들 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 가교제는 고무 조성물에 사용될 수 있는 통상의 가교제로써, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는, 아민계 가교제 일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는, 가공성 및 성형성을 고려여 적절한 가교반응을 일으키는 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]Undec-7-ene) 40 ~ 60중량%, 지방족 이염기산(Aliphatic dibasic acids) 20 ~ 30중량%, 및 이산화규소(silicon dioxide) 20 ~ 30중량%를 혼합한 가교제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가교제의 함량은, 베이스 수지 100중량부에 대하여, 0.5~2.0 중량부일 수 있다. 가교제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 인장강도나 파단신율 등 기계적 물성이 나빠지는 단점이 있고, 2.0 중량부를 초과하면 가교반응이 과대하게 증대되어 수팽창을 방해하거나 그 속도를 저하시키는 단점이 있다.
(5) 가교촉진제
본 발명의 일 실시예에 따른 가교촉진제는 가교제의 가교력을 향상시켜 가교시간을 단축시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 가교촉진제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 가교촉진제, 바람직하게는, HMDC 일 수 있다.
본 발명에 따른 가교촉진제의 함량은, 베이스 수지 100중량부에 대하여, 2.0~5.0 중량부일 수 있다. 가교촉진제의 함량이 2.0 중량부 미만이면 성형시간이 길어지는 단점이 있고, 5.0 중량부를 초과하면 성형시간이 짧아지는 단점이 있다.
(6) 가공조제
본 발명의 일 실시예에 따른 가공조제는 가교제를 도와줄 수 있는 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 가공조제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 가공조제, 바람직하게는, 스테아린산 일 수 있다.
본 발명에 따른 가공조제의 함량은, 베이스 수지 100중량부에 대하여, 0.5~2.0 중량부일 수 있다. 가교촉진제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 가공성이 나빠지는 단점이 있고, 2.0 중량부를 초과하면 인장강도나 파단신율 등 기계적 물성이 나빠지는 단점이 있다.
(7) 노화방지제
본 발명의 일 실시예에 따른 노화방지제는 내부적 외부적 요인에 의한 고무 패드의 노화를 방지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 노화방지제는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 노화방지제, 바람직하게는, 퀴놀린(quinoline) 및 파라페닐렌디아민(P-phenylenediamine) 을 포함할 수 있다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 퀴놀린은 Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline(TMDQ) 일 수 있고, 상기 파라페닐렌디아민은 N-1,3-Dimethylbutyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine 일 수 있다.
본 발명에 따른 노화방지제는 퀴놀린(quinoline) : 파라페닐렌디아민(P-phenylenediamine)의 질량비 1: 0.75~1.25로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 노화방지제의 함량은, 베이스 수지 100중량부에 대하여, 4.0~10 중량부일 수 있다. 노화방지제의 함량이 4.0중량부 미만이면 효과가 미비해지는 단점이 있고, 10중량부를 초과하면 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다.
수팽창 고무 패드
본 발명의 일 실시예에 따른 수팽창 고무 패드는 공지의 방법으로 제조될 수 있고, 예를 들면, 본 발명에 따른 상기 수팽창 고무 조성물을 롤 밀(roll mill)에 투입하여 배합하고 사출금형 혹은 프레스를 이용한 압축방식의 금형을 이용하여 성형하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따라 상기 방법에 의해 제조된 수팽창 고무 패드는 상기 수팽창 고무 조성물 내 지수제의 함량 조절을 통해 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 체적을 조절할 수 있는 특징이 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 수팽창 고무패드는 체적팽창률이 100~150%일 수 있다. 상기 체적팽창률 범위를 만족하여야, 조립 공정상 상기 고무패드가 조립된 자켓 삽입물을 실린더 자켓에 삽입하는데 간섭이 생기지 않도록 삽입이 용이할 수 있고, 설계 조건에 따른 구조 상 수팽창 고무 패드가 인젠 냉각수와 접촉하여 실린더 자켓 벽면과 충분히 접촉할 수 있도록 팽창할 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 엔진 냉각수와 접촉하여 체적을 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 쇼어경도 83~95 HS, 인장강도 5~15MPa, 및 신율 220~560%일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 금속제 플레이트 등이 없이도 실린더 자켓에 직접 삽입시킬 수 있을 정도의 강성을 가지고 있다.
이에 딸, 본 발명에 따른 수팽창 고무 패드는 종래에 비해 별도의 조립용 부품을 사용하지 않아 부품수를 줄일 수 있고 원가도 절감할 수 있으며, 종래 발포 고무에 비해 밀착성이 좋아 보온 기능이 뛰어나므로 엔진 연비가 향상될 수 있는 장점이 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~6 및 비교예 1~4 : 수팽창 고무 조성물 및 이를 포함하는 수팽창 고무 패드
하기 표 1 및 표 2에 나타낸 성분 및 함량으로 베이스 수지, 지수제, 충진제, 가교제, 가교촉진제, 가공조제, 및 노화방지제를 Kansai 3ℓ 원더 니더(Wonder kneader)를 롤 밀로 투입하고 배합하였다. 그 다음, KS M 6518 5.2 시험편(아령형 3호)에 규정된 바와 같이 압축성형 방식을 이용하여 시험편을 성형하여 수팽창 고무 패드 시편을 제작하였다.
실시예 및
비교예		 베이스
수지
(중량부)		 충진제
(중량부)		 지수제
(중량부)		 가교제
(중량부)		 가교
촉진제
(중량부)		 가공조제
(중량부)		 노화 방지제
퀴놀린
(중량부)		 파라
페닐렌
디아민
(중량부)
비교예 1 HNBR 100 20 80 1.9 3 1 5 2
실시예 1 HNBR 100 20 90 1.9 3 1 5 2
실시예 2 HNBR 100 20 100 1.9 3 1 5 2
실시예 3 HNBR 100 20 120 1.9 3 1 5 2
비교예 2 HNBR 100 20 130 1.9 3 1 5 2
비교예 3 AEM 100 20 80 1.9 3 1 5 2
실시예 4 AEM 100 20 90 1.9 3 1 5 2
실시예 5 AEM 100 20 100 1.9 3 1 5 2
실시예 6 AEM 100 20 120 1.9 3 1 5 2
비교예 4 AEM 100 20 130 1.9 3 1 5 2
구성 성분명 상품명 상세 제조사
베이스
수지		 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR) Zetpol 4320 ACN함량 18.6% (Low Temperature Grade), Tg = -37℃
Mooney Viscosity 70 (100℃)		 ZEON
에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM) Vamac G terpolymer of ethylene, methylacrylate, and a cure site monomer
Mooney Viscosity 16.5 (100℃), ), Tg = -35℃		 Dupont
충진제 카본 블랙 DENKA BLACK
Li-100		 평균입자경 35 nm, 비표면적 68 m2/g, 요소흡착량 92 mg/g
겉보기 밀도 0.04 g/ml, ph 9~10		 DENKA
지수제 폴리아크릴산 알칼리 금속염계 중합체 SAP 2-Propenoic acid homopolymer sodium salt 92~100%Water 0~8% LG화학
가교제 아민계가교제 ACT 55 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]Undec-7-ene 40~60%
Aliphatic dibasic acids 20~40%, Silicon Dioxide 20~40%		 Safic-Alcan
가교촉진제 헥사메틸렌디아민 카르바메이트(Hexamethylenediamine carbamate; HMDC) RhenogranHMDC70 밀도 1.18 g/cm3, Hexamethylene diamine carbamate 70%
AEMD, dispersing and dusting agents 30%		 LANXESS
가공조제 스테아린산(steraric acid) St-A CH3(CH2)16COOH, 융점 58℃ 이상, 수분 0.5% 이하, 회분 0.01% 이하 단석산업
노화방지제 퀴놀린 RD-G Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline [TMDQ]
비중 1.02, 융점 80~110℃		 카와구치화학
파라페닐렌디아민 Antage 6c N-1,3-Dimethylbutyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine
비중 1.10, 융점 45℃ 이상		 카와구치화학
물성 측정 방법
(1) 경도 (KS M6518) : Shore A 경도계를 사용한 측정값을 나타낸다 Shore A경도계는 비교적 부드러운 탄성체의 경도를 측정하는데 사용되며, 경도계 아래 함침을하여서 특정시간 및 특정 하중을 부하하여 실시한다.
(2) 인장강도 및 신율 (KS M6518) : 본 시험은 시험편이 파괴되는데까지 걸리는 힘과 늘어나는 길이를 측정한다.
(3) 팽창률(%) : 제작된 시험편을 사용하여 일정 온도(80℃)와 시간(72hr)에 침지 노화시킨 후 체적변화를 측정하였다.
실험예 1 - 수팽창 고무 패드의 팽창률 및 기계적 물성 비교
실시예 및 비교예 팽창율(%)
80℃x72hr		 경도
(Shore A)		 인장강도
(MPa)		 신율(%)
비교예 1 91 78 5 550
실시예 1 119 83 5 540
실시예 2 140 86 6 560
실시예 3 158 92 8 530
비교예 2 179 94 9 480
비교예 3 89 79 11 270
실시예 4 108 84 12 260
실시예 5 136 87 13 250
실시예 6 148 95 15 220
비교예 4 165 97 16 180
상기 표 1 및 표 3을 참고하면, 지수제 함량이 증가할수록, 체적 팽창률이 증가함을 확인할 수 있었고, 경도나 인장물성도 점차 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 지수제 함량이 90~120 중량부일 때, 이를 포함하는 수팽창 고무 패드(실시예 1~6)의 기계적 물성이 높아, 금속제 플레이트 등이 없이도 실린더 자켓에 직접 삽입시킬 수 있을 정도의 강성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1~6에 따른 수팽창 고무 패드의 팽창률이 조립 공정상 조건 및 설계 조건에 따른 구조를 만족하는 범위인 100~150%임을 확인할 수 있었다. 즉, 지수제 함량에 따라 고무 패드의 체적팽창율을 조정할 수 있으므로 공정상 조건 및 설계 조건에 따라 요구되는 팽창율에 대응하여 제작할 수 있다는 특징이 있다.
실험예 2 - 수팽창 고무 패드를 이용한 연비 평가 비교
실시예 1 및 비교예 1에 따른 수팽창 고무 패드로 조립된 자켓 삽입물을 실린더 자켓에 도 1과 같이 삽입하고 9점 연비를 평가하고 그 결과를 도 2a 및 2b에 나타내었다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 9점 측정 영역 전구간에서 연비개선된 것을 확인할 수 있었고, 결과적으로 평균 0.54% 연비가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 수팽창 고무패드는 실린더 자켓에 직접 삽입시킬 수 있을 정도의 강성을 가지고 있고, 체적을 조립공정 및 설계에 최적화 되도록 증가시킬 수 있으므로, 종래에 비해 별도의 조립용 부품을 사용하지 않아 부품수를 줄일 수 있고 원가도 절감할 수 있으며, 종래 발포 고무에 비해 밀착성이 좋아 보온 기능이 뛰어나므로 엔진 연비가 향상될 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 베이스 수지 100 중량부;
    지수제 90~120 중량부; 및
    충진제 18~22 중량부를 포함하고,
    상기 베이스 수지는 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR), 또는 에틸렌 아크릴 고무(Ethylene-acrylic rubber; AEM)를 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile; AN)을 16~20질량%로 포함하고, 수소포화도가 80~99질량%인 수팽창 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(Hydrogenated nitrile butadiene rubber; HNBR)는 유리전이온도 -35~-40℃, 및 무늬점도(ML1+4, 100℃) 67~73dl/g 인 수팽창 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지수제는 폴리아크릴산 알칼리 금속염계 중합체를 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지수제는 입경이 3~10μm인 수팽창 고무 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙을 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 평균 입경 30~40nm, 비표면적 65~70m2/g, 요소흡착량 90~95mg/g, 및 겉보기 밀도 0.02~0.06g/mL 인 수팽창 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    베이스 수지 100중량부에 대하여,
    가교제 0.5~2.0 중량부;
    가교촉진제 2.0~5.0 중량부;
    가공조제 0.5~2.0 중량부; 및
    노화방지제 4.0~10 중량부를 더 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가교제는 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1,8-Diazabicyclo[5.4.0]Undec-7-ene) 40 ~ 60중량%, 지방족 이염기산(Aliphatic dibasic acids) 20 ~ 30중량%, 및 이산화규소(silicon dioxide) 20 ~ 30중량%을 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가교촉진제는 헥사메틸렌디아민 카르바메이트(Hexamethylenediamine carbamate; HMDC)를 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 가공조제는 스테아린산(steraric acid)를 포함하는 수팽창 고무 조성물.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 노화방지제는 퀴놀린(quinoline) : 파라페닐렌디아민(P-phenylenediamine)의 질량비 1: 0.75~1.25로 포함되어 있는 수팽창 고무 조성물.
  13. 제1항의 수팽창 고무 조성물을 포함하고,
    체적팽창률 100~150%, 쇼어경도 83~95 HS, 인장강도 5~15MPa, 및 신율 220~560%인 수팽창 고무 패드.
  14. 제13항에 있어서,
    엔진 워터 자켓용으로 사용되는 수팽창 고무 패드.
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