KR920006720B1 - 타이밍 벨트 커버 - Google Patents

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Description

타이밍 벨트 커버

제1도는 실시예 6의 타이밍 벨트 카버의 소음시험을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 저온에서 고온에 이르기까지 넓은 온도 범위에서 진동 억제 성능이 우수한 동시에 기계적 강도와 내열성이 우수한 타이밍 벨트 커버에 관한 것이다. 최근, 자동차에 관하여는, 연료비 절감이라는 사회적 요청에 부응하여, 구성부품을 금속에서 플라스틱으로 바꾸는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이와 실용화도 진척되고 있다. 플라스틱 재료중에서 폴리프로필렌 수지는 각종 물성이 균형잡힌 재료이며, 또한 가격이 비교적 싸기 때문에 자동차의 내장용, 외장용 부품으로 대량으로 사용되고 있다. 그리고, 특히 활석, 유리 섬유, 탄산칼슘 등의 충전제 및 이들의 혼합물을 폴리프로필렌 수지에 충전한 강화 폴리프로필렌 수지는 강도와 내열성이 우수하기 때문에 타이밍 벨트 커버 등 사용조건이 비교적 고온의 환경인 엔진실 내부의 부품으로 적극적으로 작용되고 있다.

한편, 최근에는 자동차에 대한 경량화 이외에도 소음을 낮추는 것이 요청되고 있으며, 그중에서도 특히 엔진 소음을 낮추는 것이 강하게 요망되고 있다. 소음의 대책 방법으로서는 진동억제, 소음차폐, 진동방지, 흡음 등이 있고, 엔진 소음에 대해 고체 전달음의 기여도가 큰지 또는 공기 투과음의 기여도가 큰지의 여부에 따라 대책방법이 다르다. 특히, 타이밍 벨트의 외측을 덮는 타이밍 벨트 커버는 차종, 엔진 형식에 따라서도 달라지며, 일반적으로, 고체 전달음의 기여에 근거한 소음이 주로 많고, 재료 치환으로 소음을 감소시키기 위해서는 재료의 진동 억제 성능을 향상시키는 것이 필요하다. 진동 억제 성능을 향상시킨 종래의 폴리프로필렌 수지로서는 일본국 공개특허공보 제(소)62-43443호에 기재된 발명이 있다. 이것은 쿠미론 인덴수지 등의 점착성 부여제 수지, 열가소성 탄성중합체 및 폴리프로플렌 수지를 혼합한 것이다. 그러나, 상기한 공개특허공보에 기재된 강화 폴리프로필렌 수지도 40 내지 100℃라는 비교적 높은 온도에서 사용하는 타이밍 벨트 커버에 적용하는 경우에는 기계적 강도, 내열성 및 진동 억제 성능은 아직 불충분하다. 그리고, 일반적으로 수지재료는 금속재료에 비하여 분자구조가 불규칙하고, 또한 쇄간의 결합력이 약하기 때문에 현저한 점탄성적 성질을 나타내어 진동 억제 성능을 보유한다. 그러나, 반면에 온도 의존성이 커서 진동 억제성능은 주로 수지재료의 유리 전이에 근거한 역학분산의 손실 탄젠트의 극대 온도 전후에서 최대로 높고, 그 이외의 실용 영역내의 온도에서는 일반적으로 진동 억제 성능이 현저하게 저하한다. 폴리프로필렌 수지의 점탄성적 거동은 측정법, 수지의 조성 등에 따라 다르며, 일반적인 폴리프로필렌 수지의 유리전이에 근거한 손실 탄젠트의 피크는 통상적으로 -30℃ 내지 25℃전후의 범위에서 나타나고, 손실 탄젠트값은 피크온도를 경계로 현저하게 저하하며, 50℃전후에서 극소로 된다.

당해 특성은 충전제를 충전한 강화 폴리프로필렌 수지에 대해서도 동일하게 나타나고, 손실 탄젠트의 절대치는 충전제의 충전에 의해 측정 온도범위 전역에 걸쳐 다시 저하한다. 이와 같은 손실 탄젠트의 저하는 주로 40℃ 내지 100℃정도의 온도영역에서 사용되는 제품에 대하여 진동 억제 성능이 충분히 얻어지지 않는 주된 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 열심히 연구를 거듭한 결과 이루어진 것으로서, 저온에서 고온에 이르는 넓은 온도범위에서 진동 억제 성능이 우수하며, 또한 통상적으로 40℃ 내지 100℃의 온도 분위기하에서 사용 하는데 있어서 기계적 강도와 내열성이 충분한 타이밍 벨트 커버를 제공하려는 것이다.

본 발명은 하기의 성분(A)와 (B)로 이루어진 수지 성분, 성분(C) 및 (D)로 이루어진 강화 폴리프로필렌수지 조성물을 사용하여 제작한 타이밍 벨트 커버이다. 즉, 본 발명은, (A) 용융유동지수가 5 내지 50인 결정성 폴리프로필렌 수지 75 내지 95중량부와 (B) 에틸렌-α 올레핀 공중합체(X)와 방향족 탄화수소 수지(Y)[여기서, (X) : (Y)의 배합 비율(중량비)은 1 : 4 내지 4 : 1이다]의 혼합물 5 내지 25중량부를 혼합하여 이루어지는 수지성분(합계량 : 100중량부) 60내지 80중량%, (C) 평균 입자 직경이 6내지 9μm인 활석 15내지 39중량% 및 (D) 유리섬유 1내지 5중량%를 구성성분으로 하는 [여기서, 활석과 유리섬유의 합계량은 40중량% 이하이다] 강화 폴리프로필렌 수지 조성물을 사용하여 제조됨을 특징으로 하는 타이밍 벨트 커버이다.

본 발명에서는 용융유용지수가 5내지 50인 결정성 폴리프로필렌 수지를 사용한다. 결정성 폴리프로필렌 수지로서는, 소위 폴리프로필렌 수지와 변성 폴리프로필렌 수지가 있다. 전자인 폴리프로필렌 수지로서는 호모 폴리프로필렌 이외의 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 후자인 변성 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 수지를 불포화 카복실산 또는 이의 유도체 및 유기 과산화물로 변성시킨 것이다. 그러나, 결정성 폴리프로필렌 수지를 불포화 카복실산 또는 이의 유도체 및 유기 과산화물로 변성시킨 것이다. 그러나, 결정성 폴리프로필렌 수지로서는 폴리프로필렌 수지와 변성 폴리프로필렌 수지를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 변성 폴리프로필렌 수지는 수지 성분중에 1내지20%(중량비 : 이하 동일하다) 함유되는 것이 바람직하다. 이때, 변성 폴리프로필렌 수지는 수지 성분중에 1내지 20%(중량비 ; 이하 동일하다) 함유되는 것이 바람직하다. 상기의 용융유동지수가 5미만인 경우에는 성형가공성과 성형품의 외관이 나빠지며, 50을 초과하는 경우에는 내충격성이 현저하게 저하된다. 결정성 폴리프로필렌 수지는 수지 성분중에 75내지 95중량부(수지성분의 함계량 ; 100중량부), 강화 폴리프로필렌 수지 조성물중에는 45내지 76% 배합한다. 배합량은 다음에 기술하는 에틸렌-α 올레핀 공중합체, 방향족 탄화수소 수지, 활석, 유리섬유의 치적 배합량으로부터 결정한다. 이어서, 에틸렌-α 올레핀 공중합체는 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 데센-1, 4-메틸펜텐-1등의 α-올레핀을 공중합 성분으로 하는 것이다. 이중에서 α-올레핀이 프로필렌인 경우, 특히 우수한 진동 억제 성능을 발휘한다.

또한, 방향족 탄화수소 수지는 다음 식으로 나타낸 석유 수지이며, 통상적으로 연화점이 80℃내지 170℃를 나타내는 중합도의 것이 사용된다.

상기식에서, R 및 R₁은 H 또는 CH₃이고, n은 중합도이다.

상기한 에틸렌-α 올레핀 공중합체의 방향족 탄화수소 수지는 적어도 부분적으로는 상용성이 있고 혼합물의 손실 탄젠트 극대치 또는 유리전이온도가 사용 온도범위내에 있는 것이 중요하다. 그 때문에 양자의 상용성을 조정하는 것이 필요하다. 에틸렌-α 올레핀 공중합체의 종류와 사용량 및 방향족 탄화수소 수지의 연화점과 사용량을 제어함으로써 온도 조건에 대하여 최적의 진동 억제 성능 상태를 수득할 수 있다.

상기한 에틸렌-α 올레핀 공중합체(X)와 방향족 탄화수소 수지(Y)의 조성비는 중량비로 (X) : (Y)=1 : 4내지 4 : 1이다. 방향족 탄화수소 수지가 상기한 범위 미만인 경우에는 진동 억제 성능의 개량효과가 적고, 반대로 전에 기술한 범위를 초과하면 취약해져서 내열성이 저하된다. 또한, 에틸렌-α 올레핀 공중합체의 방향족 탄화수소 수지와의 혼합물과 결정성 폴리프로필렌 수지의 조성비는 결정성 폴리프로필렌 수지가 75내지 95중량부이며, 당해 혼합물은 5내지 25중량부이다. 여기서, 양자의 합개량은 100중량부이다.

상기 혼합물이 5중량부 미만일 때는 진동 억제 성능의 계량효과가 적고, 25중량부를 초과하는 타이밍 벨트 커버로서 사용하기 위한 충분한 강도와 내열성을 얻을 수 없다. 보다 바람직한 혼합비는 결정성 폴리프로필렌 수지 75내지 90중량부와 상기 (X)와 (Y)와의 혼합물 10내지 25중량부이다.

본 발명은 상기 성분에 추가로 활석과 유리섬유를 특정량 배합함으로써 진동 억제 성능을 유지하면서 기계적 강도와 내열성을 향상시킨 것이다.

상기 활석은 구조식이 3MgO₄SiO₂H₂O인 판상 충전제이며, 기계적 강조, 내열성 및 가공성의 견지에서 평균 입자 직경이 6내지 9μm인 것을 사용한다. 여기에서 말하는 평균 입자 직경이란 원심침강식 입도 분포 측정 장치를 사용하여 측정한 입도 분포곡선에 있어서 산출망에서 50% 교차선 상의 입자 직경(D50)으로서 정의되는 값이다.

상기한 유리섬유로서는 폴리프로필렌 수지의 보강제로서 사용되는 것이면 좋고, 장섬유형[유리 로빙(glass roving)]에서 단섬유형[촙드 스트랜드(chopped strand), 밀드 화이바(milled fiber)]에 이르기까지 임의의 형상이 작용 가능하다. 또한, 이중에서 촙드 스트랜드가 가장 바람직하며, 특히 표면이 실란 커플링제로 처리되었으며 길이가 3내지 6mm인 것이 보다 바람직하다. 또한, 실란커플링제로 표면처리된 촙드 스탠드를 사용하는 경우, 상기한 결정성 폴리프로필렌 수지로서 변성 폴리프로필렌 수지 1내지 20%(강화 폴리프로필렌 수지중의 함유량)를 사용하면 기계적 강도와 내열성이 향상된다. 활석과 유리섬유의 합계량은 40%이하이다. 활석이 15% 미만이고 유리섬유가 1% 미만인 경우에는 충분한 기계적 강도와 내열성을 수득할 수 없다. 또한, 활석만으로 유리섬유를 혼합하지 않는 경우, 활석의 혼합비를 증가시킴으로써 강성은 향상되지만, 기계적 강도와 내열성은 100℃의 환경하에서 사용하기에는 충분한 정도에 이르지 않는다. 한편, 활석이 39%를 초과하거나 또는 유리섬유가 5%를 초과하는 경우, 또는 활석과 유리섬유와의 합계량이 40%를 넘으면 기계적 강도와 내열성은 충분한 정도로 되지만 진동 억제 성능의 저하 또는 제품의 외관품질의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 즉, 15내지 39%의 활석과 1내지 5%의 유리섬유를 양자의 혼합량이 40%이하로 되도록 혼합함으로써 진동 억제 성능이 우수한 동시에 기계적 강도와 내열성이 우수한 강화 폴리프로필렌 수지 조성물을 수득할 수 있다.

또한, 유리섬유를 혼합하는데 있어서 당해 유리섬유의 결정성 폴리프로필렌 수지를 혼합하여 입자상으로 수득된 유리섬유 강화 폴리프로필렌 수지를 사용할 수도 있다. 이러한 경우에는, 상기한 성분 중에서 유리 섬유를 제외한 성분을 미리 혼합하여 두고, 성형물을 성형할 때 당해 유리섬유 강화 폴리프로필렌 수지를 첨가한다. 유리섬유 강화 폴리프로필렌 수지의 첨가는 타성분만으로 이루어진 펠릿을 미리 만들어 두고 여기에 첨가 혼합할 수 있다.

이후에, 상기 조성물은 탄축압출기, 쌍축알출기, 흔련기, 브라벤터(Brabender), 밴버리 믹서(Banbury Mixer)등의 통상적인 흔련기를 사용하여 제조할 수 있다. 통상적으로는 각각의 배합 성분을 소정의 비율로 텀블러식 혼합기(tumbler type blender), 헨셀 믹서(Hensell Mixer), 리본 믹서 등으로 혼합하고, 압출기등으로 흔련하여 펠릿상 혼합물로 수득한 후에 타이밍 벨트 커버의 형상으로 가공한다. 또한, 흔련에 있어서는 미리 에틸렌-α 올레핀 공중합체와 방향족 탄화수소 수지를 압출기로 용융흔련하고, 당해 흔련 조성물과 결정성 폴리프로필렌 수지, 활석, 유리섬유를 흔련압출하는 2단계법을 사용할 수도 있다. 또한, 활석, 유리섬유의 일부 또는 전량을 압출기 실린더의 중간에서 도중에 공급하여도 좋다.

또한, 본 발명에서는 상기한 성분 이외에 산화 방지체, 자외선 흡수제, 활제, 대전방지제, 핵제, 안료, 난연제, 증량제, 가공조제 등의 첨가제를 혼합하여도 좋다.

본 발명은 상기한 조성에 의한 강화 폴리프로필렌 수지를 사용하여, 이것을 성형해서 원하는 형상의 타이밍 벨트 커버를 수득한다. 이 때문에, 본 발명의 타이밍 벨트 커버는 종래 문제시 되고 있는 비교적 고온(40내지 100℃)에서의 진동 억제 성능에 관하여 높은 성능(손실 탄젠트 ; 약 0.03내지 0.1)을 발휘한다. 또한, 이러한 온도하에서도 굴곡 탄성율이 약 32,000kg/cm²이상, 굴곡강도가 약 450kf/cm²이상, 열 변형온도가 약 90℃이상인 우수한 성능을 갖는다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 진동 억제성능, 기계적 강도 및 내열성이 우수한 타이밍 벨트 커버를 제공할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명에 관한 실시예와 비교실시예에 대하여 설명한다.

여러 물성의 측정은 이하의 방법에 따라 행한다. 또한, 각각의 예에 있어서 성분의 배합비율, 시험편의 측정 결과는 각각의 표에 나타낸다. 상기 배합비율은 강화 폴리프로필렌 수지 조성물 중에서 각 중량%로 나타낸다.

굴곡 탄성율 및 굴곡강도

ASTM D 790에 따라 시행을 행한다.

열변형 온도

ASTM D 648에 따라 18.6kg/cm²의 하중으로 시험을 행한다.

○ 손실 탄젠트

종, 횡 모두 150mm이고 두께가 3mm인 정방형 평판을 사출성형으로 제작하고, 실온에서 100℃까지 승온 가능한 항온조속에서 평판의 중심부를 0.1G로 진동시켜 전달함수를 측정한다. 그리고, 1차 공진검(共振点)에서 반치폭법(半値幅法)으로 손실 탄젠트n를 계산한다.

또한, 실시예와 비교실시예에서 언급하는 벨트 커버용 시험편의 제작은 다음과 같이 원료 혼합방법을 약간 다르게 하고 있다. 우선, 실시예 1내지 5, 비교실시예 2내지 3에서는 유리섬유를 제외한 배합성분을 텀블러식 혼합기에서 4분 동안 혼합하고, 이어서 유리섬유를 가하여 다시 1분 동안 혼합한다. 얻어진 혼합물을 길이 L/직경 D이 27mm, 30mm인, 다른 방향으로 회전하는 2축 압출기로 용융흔련하고 펠릿상으로 수득한다. 당해 펠릿을 80℃에서 3시간 동안 건조시킨 후, 5oz사출성형기에서 성형하여 시험편을 제조한다. 비교 실시예 1, 4에서는 전체 배합성분을 텀블러식 혼합기에서 5분 동안 혼합한다. 이후의 처리방법은 상기와 동일하다.

또한, 유리섬유의 보강효과를 향상시키기 위하여 변성 폴리프로필렌 수지를 수지성분중에 10중량부(전체 조성물중 6내지 8%)혼합이다.

이어서, 각각의 실시예, 비교실시예에 대하여 제1표, 제2표 및 제1도를 사용하여 설명한다.

[실시예1 및 비교실시예 1 내지3(제1표)]

본 실시예에서는 에틸렌-α 올레핀 공중합체와 연화점이 120℃인 방향족 탄화수소 수지를 3 : 2의 배합비율(중량비)로 혼합한 혼합물 B를 7%사용하여 용융 유동 지수가 22인 결정성 폴리프로필렌 수지와 혼합하여 합계를 70%로 한 것이다. 상기 혼합물 B는 수지성분(결정성 폴리프로필렌 수지+상기 혼합물 B)의 합계중에 10중량부로 배합되어 있다. 추가로, 전체 조성물중에는 평균 입자 직경이 8μm인 활석을 25%, 실란 커플링제로 처리한 길이 3mm의 유리섬유를 5% 혼합한다. 제1표로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1은 결정성 폴리프로필렌 수지에 활석만을 30% 배합한 비교 실시예 1에 비하여 실온 내지 100℃의 넓은 온도범위에 걸쳐 우수한 진동 억제 성능을 나타내는 동시에 기계적 강도와 내열성도 우수하다. 한편, 혼합물 B중에서 방향족 탄화수소 수지를 함유하지 않은 비교실시예 2에서는 진동 억제 성능의 개량이 미소하다(비교실시예 1에 비하여). 또한, 에틸렌-α 올레핀 공중합체를 함유하지 않은 비교실시예 3에서는, 진동 억제 성능은 높으나 기계적 강도와 내열성은 열등하다. 따라서, 에틸렌-α 올레핀 공중합체와 방향족 탄화수소 수지는 진동 억제 성능을 향상시키는 동시에 기계적 강도와 내열성을 균형잡히게 하는 필수 성분인 것으로 밝혀졌다.

[실시예 2 및 3(제1표)]

실시예 2 및 3은 실시예 1과 동일한 수지 성분을 사용하고 활석의 배합량을 변경한 것이다. 활석의 배합령을 변경시킴으로써 높은 진동 억제 성능을 유지하는 동시에 기계적 강도와 내열성을 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

[실시예 4, 6 및 비교실시예 4(제2표)]

실시예 1과 동량의 상기 혼합물 B와 활석 30%를 사용한 비교실시예 4는 진동 억제 성능은 우수하지만 기계적 강도, 특히 내열성이 열등하다. 한편, 활석과 유리섬유를 합계 30% 혼합한 실시예 4는 비교실시예4에 대하여 높은 진동 억제 성능을 유지하면서 내열성과 기계적 강도가 비약적으로 향상된다. 상기 혼합물 B를 수지성분중에 20중량부 혼합한 실시예 5에 대해서도 동일하게 우수한 물성이 얻어진다. 이상의 결과에서, 상기한 혼합물 B와 함께 활석과 소량의 유리섬유가 본 발명의 필수성분인 것으로 밝혀졌다.

[실시예 6]

다음에 본 발명에 관한 강화 폴리프로필렌 수지를 사용하여 성형한 타이밍 벨트 커버에 관하여 기술한다. 적용한 타이밍 벨트 커버는 2ι가솔린 엔진용으로 상기한 실시예 4와 비교실시예 1의 각각의 조성물을 사용하고 실린더 온도 220내지 230℃, 금형온도 60℃에서 사출성형한다. 타이밍 벨트 커버의 크기는 세로 50cm, 가로 25cm, 깊이 3cm, 두께 0.25cm이었다. 양자의 타이밍 벨트 커버를 동일 조건으로 엔진에 부착시켜 벤치 테스트를 수행하고, 타이밍 벨트 커버에서 30cm의 위치에 마이크를 설치하여 음압 레벨을 측정한다. 측정시 타이밍 벨트 커버의 온도는 약 60℃이었다. 그 결과를 제1도에 나타낸다. 제1도로부터 알 수 있는 바와 같이, 진동 억제성이 우수한 실시예 4에 관한 벨트 커버는 비교실시예 1의 벨트 커버에 대하여 약 1내지 1.5dB(데시벨)의 소음을 낮추는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

또한, 실시예 4의 타이밍 벨트 커버에 대하여 벤치에 의한 장기 내구성 시험과 실제 차량 주행시험을 행한 결과 어떠한 이상도 확인되지 않았다.

이상으로부터 본 발명에 의하면, 소음을 낮추는 효과가 우수한 동시에 실용상 충분한 강도와 내열성을 갖는 타이밍 벨트 커버를 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.

[제1표]

폴리프로필렌 수지 : 하리폴 J-800 ; 쯔이세키유가가쿠고교 제품 변성 폴리프로필렌 수지 : 모딕 P-300M; 미쯔비시유카 제품 에틸렌-α올레핀 공중합체 : 다프마-A4085 ; 미쯔이세키유가가쿠고교 제품 방향족 탄화수소 수지 : 니세키네오폴리머-120 ; 니혼세키유가가쿠 제품(연화점 120℃)

활석 : SW-E(평균 입자 직경 8μm) ; 니혼탈크 제품

유리섬유 : 글라스론 CS 03 MA 486A ; 아사이 파이버 글래스 제품

[제2표]

Claims (1)

1. (A) 용융유동지수가 5내지 50이며, 호모 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 폴리프로필렌 수지 ; 변성 폴리프로필렌 수지 ; 또는 이의 혼합물인 결정성 폴리프로필렌 수지 75내지 95중량부와 (B) 에틸렌-α 올레핀 공중합체(X)와 연화점이 80℃내지 170℃인 하기 일반식의 방향족 탄화수소 수지(Y) [여기서, (X) : (Y)의 배합비율(중량비)은 1 : 4내지 4 : 1이다]의 혼합물 5내지 25중량부를 혼합하여 이루어지는 수지성분(합계량 ; 100중량부) 60내지 80중량%, (C) 평균 입자 직경이 6내지 9μm인 활석 15내지 39중량% 및 (D) 유리섬유 1내지 5중량%를 구성성분으로 하는[여기서, 활석과 유리섬유의 합계량은 40중량%이하이다]강화 폴리프로필렌 수지 조성물을 사용하여 제조된 타이밍 벨트 커버.

   

   상기식에서, R 및 R₁은 H 또는 CH₃이고, n은 중합도이다.