KR101480142B1

KR101480142B1 - 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물

Info

Publication number: KR101480142B1
Application number: KR20130059235A
Authority: KR
Inventors: 이동원; 이주성; 이지은; 강재욱
Original assignee: 피씨케이(주); 이동원
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2015-01-06
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: KR20140137941A

Abstract

본 발명은 자동차 엔진용 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물에 관한 것으로, 고무 성분으로 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 혼용함으로써 오일필터 시스템의 상대유로 사용되는 엔진 오일에 대하여 체적변화를 조절하여 씰링성을 향상시키고, 저온성을 확보하여 혹한지에서의 씰링성 향상을 도모할 수 있으며, 나아가 흑색이 아닌 유색을 띠어 조립시 혼동을 방지할 수 있도록 한 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물 및 이의 가황물인 성형제품을 개시한다.

Description

오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물{Rubber Composition for Sealing of Oil Filter System}

본 발명은 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료고무로서 폴리아크릴레이트 고무 및 에틸렌-아크릴릭 고무를 포함함으로써 내열성, 내유성, 초내한성 등의 열적 안정성과 압축영구줄음율 등의 기계적 물성을 향상시킨 오일필터 시스템의 씰링을 위한 고무 조성물에 관한 것이다.

오일필터는 엔진시스템의 구성요소로서 오일에 혼입된 먼지, 금속분말, 탄화물질, 산화생성물 등을 제거하는 역할을 하며, 오일필터의 구조는 케이스, 엘리먼트, 바이패스 밸브 등으로 구성되어 있고, 필터 내의 바이패스 밸브는 엘리먼트가 막혔을 때 열리도록 되어 있어 오일이 항상 순환되도록 오일을 공급하는 역할을 한다. 이러한 오일필터 시스템에 장착되어 씰링 역할을 고무부품을 오일필터 패킹(packing) 또는 오일필터 가스켓(gasket)이라 한다.

일반적으로 사용되는 엔진오일 필터 시스템층의 고무패킹 재료로는 내유성과 내마모성이 우수한 폴리아크릴레이트 고무를 주성분으로 하고 여기에 카본블랙, 노화방지제, 가소제, 가교제 등이 첨가된 것으로, 이러한 조성으로 이루어진 고무 패킹은 엔진오일의 누유방지에 대한 만족스러운 결과를 보여주지 못하였다. 그 일예로는 국내특허공개 10-2006-0011120에 기재된 기술을 들 수 있다.

특히 시베리아 등과 같은 혹한지방과 같은 초저온 하에서 취약하여 초기 시동시 누유현상이 발생하는 등 씰링효과가 현저하게 떨어지는 문제점이 있어서 이에 대한 개선이 요구되어져 왔다.

특히 자동차 엔진의 연비효과를 향상시키기 위하여 오일은 저점도화되고 있어 고무의 팽윤현상은 심화되고 있으며 혹한지역의 사용확대에 따라 초저온성이 요구되고 있다.

국내특허공개 10-2006-0011120에 기재된 것과 같은 오일필터 패킹용 고무 조성물에 있어서 주성분인 폴리아크릴레이트 고무는 내유성은 양호하나 저온성은 일반적으로 TR-10치로 -25℃ 정도로 저온에서 씰링성이 취약하다.

이와 같이 엔진오일의 씰링성을 얻기 위하여 내유성, 내한성, 압축영구줄음율, 조립시 혼동방지 등을 해결하기 위해 다양한 방법들이 시도되고 있으나 아직까지 만족할만한 연구결과들이 발표되어 있지 않다.

또한 최근에는 자동차 부품의 경량화, 소형화, 열부하의 증가현상이 발생되고 품질보증기간연장과 관련하여 기존의 폴리아크릴레이트 고무보다 내열성, 내유성, 내한성, 압축영구줄음율이 향상된 오일필터 시스템용 패킹 조성물 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

더욱이 이러한 종래의 고무 패킹은 색상이 흑색인바, 조립되는 상대부의 색상 또한 흑색이어서 조립시 누락현상 등이 발생될 수 있어서 이에 대한 개선도 요구되고 있다.

본 발명은 가황시, 내열성, 내한성 등의 열적 안정성과 압축영구줄음율 등의 기계적 물성 및 내유성 향상을 도모할 수 있는 자동차 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물을 제공하고자 한다.

나아가 본 발명은 흑색에 의한 장착혼동성을 방지할 수 있으면서 내열성, 내한성 등의 열적 안정성과 압축영구줄음율 등의 기계적 물성 및 내유성을 향상시킬 수 있는 자동차 오일필터 시스템 씰링용 고무 성형품을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에서는 원료고무, 무기충전제, 가소제, 노화방지제 및 가교제를 포함하는 오일필터 시스템 씰링용 패킹 고무 조성물로, 원료고무가 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 포함하는 것인 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물을 제공한다.

내유성과 내한성 측면에서 바람직한 일 구현예에서는, 원료고무는 원료고무 100중량%에 대하여 폴리아크릴레이트 고무 10 내지 90중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 10 내지 90중량%를 포함하는 것일 수 있다.

내유성과 초저온성을 만족하는 측면에서 보다 바람직한 일 구현예에서는, 원료고무는 원료고무 100중량%에 대하여 폴리아크릴레이트 고무 50 내지 70중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 30 내지 50중량%로 포함하는 것일 수 있다.

유색을 부여하면서도 압축영구줄음율 등의 기계적 물성을 유지하는 측면에서 바람직한 일 구현예에 있어서, 무기충전제는 백색 카본을 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 80중량부로 포함하는 것일 수 있다.

고무와의 상용성, 열적안정성 등을 고려할 때 바람직한 일 구현예에 있어서, 가소제는 디옥틸아디페이트를 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 30중량부로 포함하는 것일 수 있다.

유색을 부여하고 기계적 물성을 유지하는 측면에서 바람직한 일 구현예에 있어서는, 안료를 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 10중량부로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는 상술한 일 구현예들에 의한 고무 조성물의 가황물이고; 흑색이 아닌 유색을 띠며; TR-10치 -40℃ 이하를 만족하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 성형품을 제공한다.

본 발명은 내열성, 내한성 등의 열적 안정성과 압축영구줄음율 등의 기계적 물성과 내유성이 향상되어 혹한지역과 같은 초저온 환경 하에서도 씰링 효과를 유지할 수 있는 오일필터 시스템 씰링용 고무 성형품을 제공할 수 있다. 이로써 궁극적으로는 자동차 엔진의 연비효과 향상 및 품질보증기간 연장에 기여할 수 있는 부품을 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 유색을 띠면서도 압축영구줄음율 등의 기계적 물성을 만족하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 성형품을 제공할 수 있음에 따라 장착시 부품의 누락 등을 방지할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

통상 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물은 원료고무, 무기충전제, 가소제, 노화방지제 및 가교제를 포함하는 것으로, 오일필터 시스템 씰링용 고무, 즉 가스켓이나 패킹으로 일컬어 지는 고무 성형품은 이들 고무 조성물의 가황물이다.

본 발명의 일 구현예에 있어서 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물은 원료고무로서 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 포함한다.

폴리아크릴레이트 고무, 일명 아크릴고무(이하, ACM)는 단량체 아크릴 에스테르와 반응성 가교점 단량체(cure site monomer)로 이루어진 포화 공중합체이다. 초기상품은 에틸 아세테이트 또는 부틸 아크릴레이트로부터 만들어졌고, 일부는 메톡시 에틸 아크릴레이트와 에톡시에틸 아크릴레이트와 같은 알콕시알킬 형태의 아크릴 단량체도 함께 사용된다. 더 새로운 ACM의 유형으로는 가황 물성을 개선하고 가황속도를 빠르게 하는 관능기를 가진 가교점 단량체를 소량(중량비로 5% 이하)포함하고 있다. 이러한 가교점에는 두 가지로 분류할 수 있는데 즉, 불안정한 염소원자를 포함한 것과 염소가 없는 것이 있다. 가장 많이 사용하는 가교점 단량체는 2-클로로에틸 비닐에테르, 비닐 클로로아세테이트, 아릴글리시딜 에테르 등이 있다.

상술한 것과 같이 이와 같은 폴리아크릴레이트 고무는 내유성은 양호하나 저온성은 일반적으로 TR-10치로 -25℃ 정도로, 저온에서의 씰링성이 취약하다.

이에 본 발명에서는 폴리아크릴레이트 고무가 갖는 저온에서의 씰링성이 취약한 점을 보완하기 위해서 에틸렌-아크릴릭 고무를 원료고무로 혼용한다. 에틸렌-아크릴릭 고무는 에틸렌, 메틸 아크릴레이트에 카르복실산기를 가진 가교단량체와의 삼원 공중합체이다. 고분자내의 카르복실산기는 디아민같은 이작용기성 반응물(bifunctional reagents)에 의해 가교가 가능하게 된다. 완전히 포화된 사슬은 우수한 내오존성, 내열성을 부여하는 반면, 메틸 아크릴레이트기는 내유성을 나타낸다. 이 고분자는 할로겐을 함유하지 않고 있다. 이와 같은 에틸렌-아크릴릭 고무는 폴리머 구조상 내한성이 양호한 반면에 내유성에서는 불리한 측면이 있다.

상기 및 이하의 기재에서 TR-10치는 저온 영역에서의 변형회복성을 시험하여 내한성을 평가하는 것으로, TR-10은 미리 가해놓은 50%의 변형이 10% 회복할때의 온도를 의미한다. 이와 같은 TR-10치는 통상 JIS 규격인 JS M6261의 7항에 근거하여 측정할 수 있다.

이와 같이 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 혼용하여 원료고무로 하는 경우, 가교물성에 있어서 TR-10치가 기존의 폴리아크릴레이트 고무로만 된 경우보다 향상된 가황고무를 얻을 수 있다. 나아가 가교물성에 있어서 TR-10치가 -40℃ 이하인 가황고무를 얻을 수 있다.

이로써 시베리아와 같은 혹한지역에서도 초기 시동시 누유현상이 발생되지 않고 씰링효과가 현저히 향상된, 즉 초저온성을 만족하는 자동차 엔진 오일 시스템 씰링용으로 적합한 고무 성형품을 제공할 수 있다.

한편, 원료고무로서 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 혼용함에 있어서 전체 원료고무 100중량%에 대하여 폴리아크릴레이트 고무 10 내지 90중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 10 내지 90중량%의 배합비로 혼용할 수 있다. 내유성과 내한성 향상 측면에서 바람직하기로는 폴리아크릴레이트 고무 10 내지 70중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 30 내지 90중량%로 혼용하는 것이다.

한편, 종래의 고무패킹은 압축영구줄음율 등을 고려하여 무기충전제로서 카본블랙을 사용하여 왔는데, 카본블랙을 포함하는 고무는 흑색을 나타내어 엔진오일필터 시스템층의 고무 패킹으로 적용하는 경우 엔진오일필터 시스템 또한 흑색을 나타내기 때문에 조립시에 고무 패킹이 누락되는 문제가 종종 발생될 수 있다. 이에 본 발명에서는 흑색이 아닌 유색을 나타내어 이러한 문제를 해결할 수 있도록 하면서도, 카본블랙을 충전제로 포함하는 고무가 갖는 압축영구줄음율을 유지할 수 있도록 하기 위해 무기충전제로서 백색 카본을 포함한다. 백색카본은 주 성분으로 SiO₂, CaO, Fe₂O₃ 및 Al₂O₃를 포함하는 것으로, 이는 카본블랙을 대체하여 기계적 물성을 보완하고 유색 고무를 만들 수 있도록 한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서 사용된 NYAD #325로 상품화된 백색 카본은, SiO₂50.0중량%, CaO 47.0중량%, Fe₂O₃1.0중량% 및 Al₂O₃ 1.0중량%및 그 외의 잔사 1.0중량%를 포함하는 것이다.

이와 같은 백색카본은 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 80중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 원료고무 100중량부에 대해 30 내지 70중량부인 것이 기계적 물성을 저하시키지 않으면서 유색을 발현할 수 있도록 하는 점에서 유리할 수 있다.

또한 고무에 유색을 부여하기 위해 안료를 더 첨가할 수 있는데, 안료는 요구되는 패킹 고무의 색상을 고려하여 적의 선택될 수 있는바 일예로 적색을 나타내고자 하는 경우라면 Fe₂O₃를 무기안료로 사용할 수 있다. 안료 첨가시 그 첨가량은 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 10중량부, 바람직하게는 3 내지 5중량부인 것이 기계적 물성 저하를 방지하면서 유색을 부여하여 고무제품의 필러시스템 조립시 혼동을 방지할 수 있도록 하는 측면에서 유리할 수 있다.

한편, 원료고무로서 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 혼용함에 따라 가소제로서는 디옥틸아디페이트가 바람직할 수 있는데, 이는 열적안정성이 우수하며 디옥틸프탈레이트와 대비할 때 고무 성분과의 상용성을 증가시켜 두 종류의 원료고무간의 결합력을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 가소제로서 디옥틸아디페이트의 함량은 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 30중량부, 바람직하기로는 5 내지 15중량부인 것이 폴리아크릴레이트 고무와의 상용성, 내한성 및 열적안정성 측면에서 유리할 수 있다.

또한, 노화방지제로는 통상적인 디페닐아민(Diphenylamine) 또는 2-메르캅토메틸벤즈이미다졸(2-mercaptomethylbenzimidazole) 등을 사용할 수 있다. 노화방지제의 함량은 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 10중량부, 바람직하게는 1 내지 30중량부인 것이다.

가교제로는 디아민류를 사용할 수 있으며, 이러한 가교제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부, 바람직하게는 1 내지 5중량부로 포함될 수 있다.

그 외에 가교촉진제로는 스테아린산 또는 이들의 염, 구아니딘 화합물, 구체적인 일예로 디-오르쏘-톨릴 구아니딘 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물은 상기에서 사용된 무기충진제, 노화방지제 및 가교제 등의 첨가제 이외에 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 레벨링제 등과 같은 다른 여러 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물은 통상의 방법으로 제조할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는 니더(Kneader), 반바리 믹서(Banbury mixer), 오픈 밀(Open mill) 등의 혼련기를 이용한 기계적 혼련법을 사용하여 패킹용 고무 조성물을 제조한다. 구체적으로, 원료고무, 가소제, 무기충전제, 안료, 노화방지제 및 가교제를 혼합하고, 효과적인 물성을 얻기 위해 혼련조건을 주어 혼련을 수행하여 혼련된 패킹용 고무조성물은 재단, 압출성형 등의 성형 가공법에 의하여 패킹고무 등과 같은 성형품으로 제조될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 오일필터 시스템용 패킹 고무는 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무의 병용을 통해 내한성을 향상시키고 압축영구줄음율 등의 기계적 물성 및 내유성이 향상되어 초저온에서의 씰링성을 향상시켜 오일누유문제를 현저하게 개선할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 5 및 비교예 1

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 배합량으로 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물을 제조하는 통상적인 방법으로 조성물을 제조하였다.

다음 표 1에 있어서 각 배합량의 단위는 중량부이다.

성분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1
원료 고무	ACM¹⁾	90	80	60	10	20	100
원료 고무	AEM²⁾	10	20	40	90	80	-
가소제	DOP² ⁾	-	-	-	-	-	10
가소제	DOA⁴ ⁾	10	10	10	10	20	-
무기 충전제	N550⁵ ⁾	-	-	-	-	-	55
무기 충전제	NYAD#325⁶⁾	50	50	50	50	50	-
안료	Fe₂O₃ ⁷ ⁾	3	3	3	3	3	-
노화 방지제	Sunnoc⁸ ⁾	2	2	1	2	2	2
노화 방지제	Naugard445⁹ ⁾	1	1	2	1	1	-
가교제 및 가교촉진제	NS-Soap¹⁰ ⁾	3	3	2	-	-	3
	sulfur¹¹ ⁾	0.2	0.2	0.1	-	-	0.3
	AC-6¹²⁾	-	-	1	2	2	-
	DOTG¹³ ⁾	-	-	0.3	1	1	-

주)

1) 폴리아크릴레이트 고무; ACM PA402S, NOK-MEKTRON 제품

2) 에틸렌-아크릴릭 고무; AEM VAMAG GLS, 듀퐁사 제품

3) 디옥틸프탈레이트, 애경유화 제품

4) 디옥틸아디페이트, 삼건화공 제품

5) FEF, 동양제철화학 제품

6) 백색 카본, 장쇄산업 제품

7) red iron oxide, 동방염료 제품

8) 왁스계 노화방지제, 대내신흥 제품

9) 디페닐아민, Uniroyal chemical co. 제품

10) 소듐 스테아레이트, Kao Corporation 제품

11) sulfur 화합물, Akzo Chemie 제품

12) 헥사메틸렌 디아민 카바메이트, NOK 제품

13) 디-오르쏘-톨릴 구아니딘, Vanderbilt 제품

실시예 6 내지 10 및 비교예 2

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1로부터 얻어진 각각의 고무 조성물을 압축성형한 후 냉각하여 각각의 가황고무 시편을 제조하여 이를 각각 실시예 6 내지 10 및 비교예 2로 하였다.

이에 대해 다음과 같은 방법으로 내열성, 압축영구줄음율, 내유성 및 내한성을 평가하여 그 결과를 다음 표 2로써 나타내었다.

<물성측정방법>

1. 경도 : KS 규격인KS M6518의 7항

2. 인장강도 : KS 규격인 KS M6518의 5항

3. 신율 : KS 규격인KS M6518의 5항

4. 내열성 : KS 규격인KS M6518의 8항

5. 내유성 : KS 규격인KS M6518의 13항

6. 압축영구줄음율 : KS 규격인 KS M6518의 11항

7. 내한성 : JIS 규격인 JIS K 6261의 7항

물성		실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9	실시예 10	비교예 2
내열성 (150℃×70hrs)	경도변화(point)	+4	+3	+2	+3	+5	+5
	인장강도변화율(%)	-20	-13	+1	-12	-19	-20
	신율변화율(%)	-21	-15	+5	-13	-20	-30
압축영구줄음율(%) (150℃×70hrs)		28	21	13	26	24	30
내유성 Engine Oil (150℃×70hrs)	경도변화(point)	+4	+3	+2	+0	-2	-12
	인장강도변화율(%)	+10	+9	-10	+8	+10	-12
	신율변화율(%)	-10	-9	+3	-10	-13	+5
	체적변화율(%)	-5	-3	+2	+5	+8	+13
내유성 ASTM No.3 (150℃×70hrs)	경도변화율(point)	-3	-7	-9	-12	-15	-19
	인장강도변화율(%)	-15	-20	-15	-20	-17	-20
	신율변화율(%)	+3	+10	+9	+11	+5	+10
	체적변화율(%)	+18	+20	+21	+22	+23	+33
내한성(TR-10)		-29	-33	-40	-41	-44	-27
색상		적색	적색	적색	적색	적색	흑색

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예의 고무 시편은 비교예의 고무시편과 비교하여 내한성, 내유성, 압축영구줄음율 등의 물성이 향상되었다. 특히 실시예 8 내지 10의 경우 TR-10치가 -40℃를 만족하면서도 내유성, 압축영구줄음율을 만족하는 고무를 제공함을 확인하였다.

또한 고무의 색상이 흑색에서 적색이 되도록 함으로써 부품의 조립시 구분이 가능한 잇점도 기대할 수 있다.

이러한 결과들로부터 본 발명의 고무 조성물로부터 얻어진 가황물은 내열성, 내유성, 내한성, 압축영구줄음율이 향상됨에 따라 오일필터 시스템의 씰링용 고무 성형품을 비롯하여, 이러한 요구물성을 갖는 다양한 산업분야에 유용하게 적용될 수 있음을 기대할 수 있다.

Claims

원료고무, 무기충전제, 가소제 및 노화방지제를 포함하는 오일필터 시스템 씰링용 패킹 고무 조성물로,
상기 원료고무가 폴리아크릴레이트 고무와 에틸렌-아크릴릭 고무를 포함하는 것이고,
상기 무기충전제가 백색 카본을 원료고무 100중량부에 대해 10 내지 80중량부로 포함하는 것인, 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서,
원료고무는 원료고무 100중량%에 대하여 폴리아크릴레이트 고무 10 내지 90중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 10 내지 90중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서,
원료고무는 원료고무 100중량%에 대하여 폴리아크릴레이트 고무 10 내지 70중량%와 에틸렌-아크릴릭 고무 30 내지 90중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서,
가소제는 디옥틸아디페이트를 원료고무 100중량부에 대해 5 내지 30중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서,
안료를 원료고무 100중량부에 대해 1 내지 10중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 조성물.
제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 고무 조성물의 가황물이고;
흑색이 아닌 유색을 띠며;
TR-10치 -40℃ 이하를 만족하는 오일필터 시스템 씰링용 고무 성형품.