KR102436924B1 - 등속조인트용 부츠의 선택 방법 및 등속조인트용 부츠 - Google Patents

Abstract

본 출원의 선택 방법은 점탄성 재료의 실제 사용 환경에서의 반복 실험을 수행하지 않고도, 점탄성 재료의 소음 발생 정도를 평가할 수 있는 평가 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 등속조인트용 부츠는 우수한 소음 차폐력을 나타내어 외부로 방출되는 소음을 억제할 수 있다.

Description

등속조인트용 부츠의 선택 방법 및 등속조인트용 부츠{SELECTION METHOD OF BOOTS FOR CONSTANT VELOCITY JOINT AND CONSTANT VELOCITY JOINT}

본 출원은 등속조인트용 부츠의 선택 방법 및 등속조인트용 부츠에 관한 것이다.

엔진 등의 동력은 다양한 전달 장치를 통해 다른 부품 들로 전달된다. 이러한 동력 전달 장치는 소음 차폐 및/또는 외부 오염 물질의 침입 방지를 위해 외부 하우징을 구비하는 경우가 일반적이다. 이러한 외부 하우징 재료로, 우수한 밀폐력 및 진동 감쇠 기능의 구현을 위해 점탄성 재료를 사용하는 경우가 있다.

자동차의 추진축과 연결되는 등속조인트는 동력 전달 장치의 일례로, 등속조인트에 적용된 그리스의 기밀성의 유지, 소음 차폐 및 외부 오염 물질의 침입 방지를 위해 부츠(Boots)를 구비한다. 상기 부츠는 고무 또는 폴리에스터 계열 수지 등을 사용하여 제조되며, 우수한 내열성과 내피로성, 내유성 및 내화학성이 요구된다. 또한 열과 큰 변형 및 외부충격에 견딜 수 있으면서도, 동력 전달 장치의 고 회전 시 유발되는 소음저하에 대한 요구가 있다.

본 출원의 일 목적은 실제 사용 환경에서의 반복 실험을 수행하지 않고도, 등속조인트용 부츠의 소음 발생 여부를 평가할 수 있는 선택 방법을 제공하는 것이다.

본 출원의 다른 목적은, 우수한 소음 억제력을 나타내는 등속조인트용 부츠를 제공하는 것이다.

본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서, 특별히 달리 규정하지 않는 한 각 물성은 상온/상압에서 측정한 값을 기준으로 한다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 10 ℃ 내지 30 ℃의 범위 중 어느 한 온도를 의미할 수 있으며, 구체적으로는 23 ℃, 24 ℃ 또는 25 ℃ 일 수 있다. 또한 용어 상압은 대기압을 의미할 수 있으며, 구체적으로 약 1 기압을 의미할 수 있다.

본 출원은 등속조인트용 부츠의 선택 방법에 관한 것이다. 본 출원의 선택 방법은, 점탄성 재료의 손실 탄성률(LM)과 히스테리시스 손실(H)을 확인하는 단계; 및 상기 손실 탄성률(LM)과 히스테리시스 손실(H)로부터 하기 일반식 1에 따른 선택 지수(NP)를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

[일반식 1]

NP = LM x H

상기 일반식 1에서, NP는 선택 지수(MPa²)를 나타내며, LM은 손실 탄성률(MPa)을 나타내고, H는 히스테리시스 손실(MPa)을 나타낸다.

본 명세서에서 용어 점탄성 재료는 점성과 탄성의 성질을 함께 가지는 재료를 의미할 수 있으며, 부하를 받으면 크게 변형되고 부하를 완전히 제거하면 원래 상태로 복원되는 재료를 의미할 수 있다, 상기 점탄성 재료는 정적부하를 받으면 비선형 탄성거동을, 주기적 부하를 받으면 히스테리시스가 발생하는 속도의존 점탄성 거동을 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 용어 손실 탄성률(Loss Modulus)이란 점탄성을 가지는 물질의 점성에 의하여 손실되는 에너지를 의미할 수 있으며, 상기 점탄성을 가지는 물질에 가해진 변형 또는 에너지가, 열에너지로 방출되거나 또는 구조 변형을 일으킴으로써 저장되지 않고 손실되는 에너지를 의미할 수 있다. 상기 손실 탄성률은 공진법 또는 비공진법으로 측정할 수 있다. 상기 손실 탄성률은 TA Instruments 사의 DMA(동적기계분석기) Q800 등의 분석 장비를 이용하여 측정할 수 있다. 본 명세서에서 용어 히스테리시스 손실이란, 점탄성을 가진 물질에 외력을 가한 후 외력을 제거하였을 때 본래의 크기로 돌아가지 못하고 남아있는 변형을 의미할 수 있으며, 변형률(strain)에 의해 야기되는 응력(stress)이 변형률과 달리 어느 정도 지연되기 때문에 발생하는 에너지 손실을 의미할 수 있다. 상기 히스테리시스 손실은 JIS K 6400-2에 기재된 E법(2012년 판)에 준거하여 측정된 값일 수 있으며, TA Instruments 사의 DMA(동적기계분석기) Q800 등의 분석 장비를 이용하여 측정할 수 있다. 본 출원의 발명자는 점탄성 재료의 손실 탄성률과 히스테리시스 손실이, 점탄성 재료의 소음 발생과 일정한 관계가 있음을 발견하고, 점탄성 재료의 손실 탄성률과 히스테리시스 손실로부터 점탄성 재료의 소음 억제력을 예측할 수 있는 방법을 도출하였다. 본 발명자의 연구 결과, 본 출원의 선택 지수(NP)는 손실 탄성률(loss modulus, LM)과 히스테리시스 손실(hysteresis loss, H)의 곱으로 나타낼 수 있으며, 상기 선택 지수(NP)는 점탄성 재료의 소음 발생 빈도와 선형적 관계에 있음을 확인하였다. 본 출원의 선택 방법은 상기 손실 탄성률 및 히스테리시스 손실을 통해 점탄성 재료의 소음을 평가함으로써, 실제 사용 환경에서의 반복 실험 없이도 점탄성 재료가 적용된 등속조인트용 부츠의 소음을 평가할 수 있다.

하나의 예시에서, 본 출원의 선택 방법은 상기 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 점탄성 재료의 선택 지수가 2.5 MPa² 이상인 경우 소음 억제력이 우수한 것으로 평가할 수 있다. 첨부된 도 1은 본 출원의 선택 지수(NP)와 후술하는 소음 발생 평가 테스트의 결과를 나타낸 도면이다. 상기 선택 지수(NP)와 소음 발생 사이클은 다중 상관 분석 방법에 의한 피어슨(Person) 상관계수가 0.98로 도출되었으며, 이에 따라 본 출원의 선택 지수(NP)와 소음 발생 사이클이 강한 양적 선형 관계에 있음을 확인할 수 있다. 상기 선택 지수(NP)와 소음 발생 사이클의 상관관계는 하기 일반식 2로 나타낼 수 있다.

[일반식 2]

C = 3.83 x NP - 8.22

일반식 2에서 C는 소음 발생 사이클을 나타내고, NP는 전술한 선택 지수를 나타낸다.

상기 소음 발생 사이클은 후술하는 소음 발생 테스트 방법을 적용한 결과이며, 소음 발생 테스트 결과 소음이 발생하는 사이클을 의미한다. 상기 소음 발생 사이클이 2 사이클 미만인 경우, 소음 억제력이 낮은 결과로 평가할 수 있으며, 2 사이클 이상인 경우 소음 억제력이 우수한 결과로 평가할 수 있다. 상기 일반식 2로부터 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 경우, 2 사이클 이상에서 소음이 발생함을 알 수 있으며, 이에 따라 상기 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 경우를 소음 억제력이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

상기 선택 지수(NP)는 2.5 MPa² 이상, 2.7 MPa² 이상, 2.9 MPa² 이상, 3.3 MPa² 이상, 3.5 MPa² 이상, 3.7 MPa² 이상, 3.9 MPa² 이상, 4.1 MPa² 4.3 MPa² 이상, 4.5 MPa² 이상 4.7 MPa² 이상, 4.9 MPa² 이상, 5.1 MPa² 이상, 5.3 MPa² 이상, 5.5 MPa² 이상, 5.7 MPa² 이상, 6.1 MPa² 이상, 6.3 MPa² 이상, 6.5 MPa² 이상, 6.7 MPa² 이상, 6.9 MPa² 이상 또는 7.00 MPa² 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를들어 100 MPa² 이하, 80 MPa² 이하, 60 MPa² 이하, 50 MPa² 이하, 40 MPa² 이하 또는 20 MPa² 이하 일 수 있다. 상기 선택 지수(NP)가 높을수록 소음 억제력이 더욱 우수한 것으로 평가할 수 있으며, 예를들어 4.7 MPa² 이상인 경우 점탄성 재료의 소음 평가 테스트 결과 10 사이클 이상에서 소음이 발생할 수 있고, 7.00 MPa² 이상인 경우 점탄성 재료의 소음 평가 테스트 결과 20 이상의 사이클에서 소음이 발생할 수 있다. 선택 지수(NP)가 상기 범위를 만족하는 경우, 실제 운전 조건에 대한 적용 없이도 점탄성 재료의 소음 억제력이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

본 출원의 일례에서, 손실 탄성률은 1 % 내지 10%의 스트레인(strain)의 범위 내에서 측정한 값일 수 있다. 본 명세서에서 용어 스트레인(strain)은 시료에 가하는 힘에 의해 측정되는 형태 변형의 정도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 스트레인이 0% 인 것은 시료의 변형이 없는 상태를 의미할 수 있으며, 스트레인이 10% 인 것은 시료의 변형이 없는 상태 대비 시료가 10% 변형된 것을 의미할 수 있다. 상기 스트레인은 1% 이상, 2 % 이상 또는 3% 이상일 수 있으며, 10 % 이하, 9 % 이하 또는 8% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 스트레인이 10% 이상인 경우, 모듈러스 측정 중 시료가 파단되어 손실 탄성률의 측정이 정확히 이루어지지 않을 수 있다.

또한 상기 손실 탄성률은 0.1 ㎐ 내지 10 ㎐의 주파수 범위 내에서 측정한 값일 수 있다. 상기 주파수는 0.1 ㎐ 이상, 0.2 ㎐ 이상, 0.3 ㎐ 이상, 0.4 ㎐ 이상 또는 0.5 ㎐ 이상일 수 있으며, 10 ㎐ 이하, 9 ㎐ 이하, 8 ㎐ 이하, 7 ㎐ 이하, 6 ㎐ 이하 또는 5 ㎐ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 손실 탄성률은 두께, 폭 및 길이가 각각 0.5 ㎜, 6 ㎜ 및 10 ㎜인 점탄성 재료의 판상 시편을 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 5 %의 스트레인의 조건에서 주파수를 1 ㎐에서 3 ㎐까지 0.5 ㎐ 단위로 증가시키는 주파수 스윕법(Frequency Sweep Test)에 의해 확인된 2.5 ㎐에서의 손실 탄성률일 수 있다. 상기 시편의 두께, 폭 및 길이는 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 측정 대상이 되는 크기 만을 나타낸 것일 수 있다. 상기 동적 기계 분석기는 시판중인 기기를 제한없이 사용할 수 있으며, 예를들어 TA Instruments 사의 DMA(동적기계분석기) Q800 등의 분석 장비를 이용하여 측정할 수 있다.

다른 예시에서, 본 출원의 선택 방법은 손실 탄성률이 1 MPa 내지 10 MPa의 범위 내인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기 손실 탄성률은 1 MPa 이상, 1.5 MPa 이상, 2.0 MPa 이상, 2.5 MPa 이상, 3.0 MPa 이상, 3.5 MPa 이상, 4.0 MPa 이상, 4.5 MPa 이상, 5.0 MPa 이상, 5.5 MPa 이상 또는 6.0 MPa 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나 예를들어 10 MPa이하일 수 있다. 전술한 측정 조건에서 측정한 손실 탄성률이 상기 범위를 만족하는 경우, 점탄성 재료가 우수한 소음 차폐력을 내타낼 수 있다.

본 출원의 일례에서, 히스테리시스 손실은 두께, 폭 및 길이가 각각 0.5 ㎜, 6 ㎜ 및 10 ㎜인 점탄성 재료의 판상 시편을 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 동적 스트레인 0 % 에서 3 %까지 분당 0.5 %씩 증가시킨 후에 3 %에서 0 %까지 분당 0.5 %씩 감소시켜서 구해지는 응력-변형 곡선의 적분값의 차이로부터 계산될 수 있다. 상기 시편의 두께, 폭 및 길이는 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 측정 대상이 되는 크기 만을 나타낸 것일 수 있다. 상기 응력-변형 곡선은 x축을 스트레인(%)으로, y축을 변형(MPa)로 하는 2차원 평면상에서 나타나는 응력과 변형의 관계에 대한 곡선을 의미할 수 있다. 상기 응력-변형 곡성의 적분값의 차이는, 동적 스트레인의 증가시의 곡선에 대한 적분 값과, 동적 스트레인 감소시의 곡선에 대한 적분값의 차이를 의미할 수 있다. 상기 스트레인에 대한 설명은 손실 탄성률에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.

본 출원의 다른 일례에서, 본 출원의 선택 방법은 히스테리시스 손실이 0.1 MPa 내지 5 MPa의 범위 내인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기 히스테리시스 손실은 0.1 MPa 이상, 0.2 MPa 이상, 0.3 MPa 이상, 0.4 MPa 이상, 0.5 MPa 이상, 0.6 MPa 이상, 0.7 MPa 이상, 0.8 MPa 이상, 0.9 MPa 이상, 1.0 MPa 이상 또는 1.1 MPa 이상일 수 있으며, 5.0 MPa 이하, 4.5 MPa 이하, 4.0 MPa 이하, 3.5 MPa 이하, 3.0 MPa 이하, 2.5 MPa 이하 또는 2.0 MPa 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 히스테리시스 손실이 상기 범위를 만족하는 경우, 충분한 수준의 진동 감쇠 능력을 확보할 수 있으며, 이에 따라 점탄성 재료가 우수한 소음 차폐력을 가지는 것으로 평가할 수 있다.

하나의 예시에서, 점탄성 재료는 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 상기 열가소성 엘라스토머는 탄성을 보이면서도 열가소성인 혼성 중합체를 의미할 수 있다. 상기 열가소성 엘라스토머는 전술한 손실 탄성률 및/또는 히스테리시스 손실을 만족하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.

상기 열가소성 엘라스토머의 예시로는 열가소성 엘라스토머는 천연 고무, 합성 고무, 우레탄계 열가소성 엘라스토머(TPU, Thermoplastic Polyurethane), 에스테르계 열가소성 엘라스토머(TPEE, Thermoplastic Polyester-Polyether Elastomer), 아미드계 열가소성 엘라스토머(TPAE, Thermoplastic polyamide), 올레핀계 열가소성 엘라스토머(TPO, Thermoplastic Polyolefin), 염화비닐계 열가소성 엘라스토머(TPVC, Thermoplastic Polyvinylchloride) 및 스티렌계 열가소성 엘라스토머(SBC, Thermoplastic styrenic block copolymer) 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 천연고무는 통상 천연고무(NR)로서 알려진 것이 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않으며, 변성 천연고무를 포함할 수 있다. 상기 변성 천연고무는 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미하고, 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR) 및 수소화 천연고무 등을 예로 들 수 있다.

상기 합성 고무는 실온에서 고무 탄성을 가지는 등 천연 고무와 유사한 성질을 가지는 합성 고분자 화합물을 의미할 수 있으며, 후술하는 우레탄계, 에스테르계, 아미드계, 올레핀계, 염화비닐계 및/또는 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 제외한 합성 고분자 화합물을 의미할 수 있다. 상기 합성 고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로 하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 클로리네이티드 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔(EPDM) 고무, 하이팔론 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌 비닐아세테이트 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 브로모 메틸 스티렌 부틸 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무, 브로미네이티드 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene, BIMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머는 공지된 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 사용할 수 있고, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 열가소성 폴리우레탄은, 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 포함하는 조성물의 중합물일 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물은 1,3-트리메틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트 또는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 이소시아네이트 화합물; 1,3-시클로펜탄 디이소시아네이트 또는 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트 등의 지환식 이소시아네이트 화합물; m-페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트 또는 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트 화합물; 1,3-크실렌디이소시아네이트 또는 1,4-크실렌디이소시아네이트 등 분자 중에 1개 이상의 방향족 고리 구조를 갖는 방향 지방족 이소시아네이트 화합물; 및/또는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 폴리이소시아네이트 화합물을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 폴리올로는, 예를 들어 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리올레핀 폴리올, 폴리아크릴 폴리올 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 에스테르계 열가소성 엘라스토머는, 공지된 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머로는, 예를 들어 방향족 폴리에스테르 단위로 이루어지는 하드 세그먼트와 지방족 폴리에테르 단위 및/또는 지방족 폴리에스테르 단위로 이루어지는 소프트 세그먼트를 주된 구성 단위로 하는 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있다.

상기 방향족 폴리에스테르 단위는, 주로, 방향족 디카르복실산 또는 그 에스테르 형성성 유도체(C1-4 알킬에스테르, 산 할로겐화물 등)와, 디올 또는 그 에스테르 형성성 유도체(아세틸화물, 알칼리 금속염 등)로 형성되는 단위일 수 있다. 방향족 디카르복실산의 구체예로는, 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌-2,6-디카르복실산, 나프탈렌-2,7-디카르복실산, 안트라센 디카르복실산, 디페닐-4,4'-디카르복실산, 디페녹시에탄 디카르복실산, 4,4'-디페닐에테르 디카르복실산, 5-술포이소프탈산, 3-술포이소프탈산 나트륨 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디올의 구체예로는, 분자량 400 이하의 디올, 예를 들어 1,4-부탄디올, 에틸렌글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 데카메틸렌 글리콜 등의 지방족 디올; 1,1-시클로헥산디메탄올, 1,4-디시클로헥산디메탄올, 트리시클로데칸디메탄올 등의 지환족 디올; 크실릴렌 글리콜, 비스(p-히드록시)디페닐, 비스(p-히드록시)디페닐 프로판, 2,2'-비스[4-(2-히드록시에톡시)페닐]프로판, 비스[4-(2-히드록시에톡시)페닐]술폰, 1,1-비스[4-(2-히드록시에톡시)페닐]시클로헥산, 4,4'-디히드록시-p-터페닐 등의 방향족 디올을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 방향족 디카르복실산 또는 그 에스테르 형성성 유도체, 디올 또는 그 에스테르 형성성 유도체는, 각각 2종 이상 병용할 수 있다. 상기 방향족 폴리에스테르 단위에는, 테레프탈산 및/또는 디메틸 테레프탈레이트와 1,4-부탄디올로부터 유도되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 단위, 테레프탈산 및/또는 디메틸 테레프탈레이트로부터 유도되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 단위와 이소프탈산 및/또는 디메틸 이소프탈레이트와 1,4-부탄디올로부터 유도되는 폴리부틸렌 이소프탈레이트 단위로 이루어지는 것 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 지방족 폴리에테르 단위를 구성하는 지방족 폴리에테르로는, 폴리(에틸렌옥시드)글리콜, 폴리(프로필렌옥시드)글리콜, 폴리(테트라메틸렌 옥시드)글리콜, 폴리(헥사메틸렌 옥시드)글리콜, 에틸렌옥시드와 프로필렌옥시드의 공중합체, 폴리(프로필렌옥시드)글리콜의 에틸렌옥시드 부가 중합체, 에틸렌옥시드와 테트라히드로푸란의 공중합체 글리콜 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머에서의 방향족 폴리에스테르 단위로 이루어지는 경질 세그먼트와 지방족 폴리에테르 단위 및/또는 지방족 폴리에스테르 단위로 이루어지는 연질 세그먼트의 비율은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 전자/후자(중량비)=1/99 내지 99.5/0.5이며, 바람직하게는 50/50 내지 99/1일 수 있다.

상기 아미드계 열가소성 엘라스토머는, 공지된 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머는, 예를 들어 폴리아미드 단위로 이루어지는 경질 세그먼트와 지방족 폴리에테르 단위 및/또는 지방족 폴리에스테르 단위로 이루어지는 연질 세그먼트를 주된 구성 단위로 하는 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있다. 상기 폴리아미드 단위를 구성하는 폴리아미드로는, 예를 들어 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 나일론 12 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 지방족 폴리에테르 단위를 구성하는 지방족 폴리에테르로는, 상기 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머의 항에서 예시한 지방족 폴리에테르와 동일한 것을 들 수 있다.

상기 올레핀계 열가소성 엘라스토머는 공지된 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 올레핀계 열가소성 엘라스토머는, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 화합물과, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(에틸렌-프로필렌-디엔 고무; EPDM), 에틸렌-프로필렌 공중합체(에틸렌-프로필렌 고무; EPM), 천연고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및/또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)등의 혼합물 또는 중합물을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 염화비닐계 열가소성 엘라스토머는 공지된 폴리염화비닐계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 폴리 염화비닐계 열가소성 엘라스토머는 폴리염화비닐 화합물과 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 폴리우레탄 수지 또는 폴리에스테르 수지 등의 혼합물 또는 중합물을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 공지된 수소 첨가 타입 또는 비수소 첨가 타입 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 스티렌 이소프렌 블록 공중합체, 스티렌 이소프렌 블록 공중합체의 수소화물(SEP), 스티렌 이소프렌 스티렌 블록 공중합체의 수소화물(SEPS; 폴리스티렌 폴리에틸렌/프로필렌 폴리스티렌 블록 공중합체), 스티렌 부타디엔 공중합체, 스티렌 부타디엔 블록공중합체의 수소화물(SEBS; 폴리스티렌 폴리에틸렌/부틸렌 폴리스티렌 블록 공중합체) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원은 또한 등속조인트용 부츠에 관한 것이다. 본 출원의 등속조인트용 부츠는 하기 일반식 1로 계산되는 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상일 수 있다.

[일반식 1]

NP = LM x H

일반식 1에서, NP는 선택 지수(MPa²)를 나타내며, LM은 손실 탄성률(MPa)을 나타내고, H는 히스테리시스 손실(MPa)을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 소음 발생 사이클이 2 사이클 미만인 경우, 소음 억제력이 낮은 결과로 평가할 수 있으며, 2 사이클 이상인 경우 소음 억제력이 우수한 결과로 평가할 수 있다. 전술한 일반식 2로부터 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 경우, 2 사이클 이상에서 소음이 발생함을 알 수 있으며, 이에 따라 상기 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 경우를 소음 억제력이 우수한 것으로 평가할 수 있다.

상기 선택 지수(NP)는 2.5 MPa² 이상, 2.7 MPa² 이상, 2.9 MPa² 이상, 3.3 MPa² 이상, 3.5 MPa² 이상, 3.7 MPa² 이상, 3.9 MPa² 이상, 4.1 MPa² 4.3 MPa² 이상, 4.5 MPa² 이상 4.7 MPa² 이상, 4.9 MPa² 이상, 5.1 MPa² 이상, 5.3 MPa² 이상, 5.5 MPa² 이상, 5.7 MPa² 이상, 6.1 MPa² 이상, 6.3 MPa² 이상, 6.5 MPa² 이상, 6.7 MPa² 이상, 6.9 MPa² 이상 또는 7.00 MPa² 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를들어 100 MPa² 이하, 80 MPa² 이하, 60 MPa² 이하, 50 MPa² 이하, 40 MPa² 이하 또는 20 MPa² 이하 일 수 있다. 상기 선택 지수(NP)가 높을수록 소음 억제력이 더욱 우수한 것으로 평가할 수 있으며, 예를들어 4.7 MPa² 이상인 경우 점탄성 재료의 소음 평가 테스트 결과 10 사이클 이상에서 소음이 발생할 수 있고, 7.00 MPa² 이상인 경우 점탄성 재료의 소음 평가 테스트 결과 20 이상의 사이클에서 소음이 발생할 수 있다. 선택 지수(NP)가 상기 범위를 만족하는 경우, 소음 억제력이 우수한 등속조인트용 부츠를 제공할 수 있다.

하나의 예시에서, 본 출원의 등속조인트용 부츠의 손실 탄성률은 1 MPa 내지 10 MPa의 범위 내일 수 있다. 상기 손실 탄성률은 1 MPa 이상, 1.5 MPa 이상, 2.0 MPa 이상, 2.5 MPa 이상, 3.0 MPa 이상, 3.5 MPa 이상, 4.0 MPa 이상, 4.5 MPa 이상, 5.0 MPa 이상, 5.5 MPa 이상 또는 6.0 MPa 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나 예를들어 10 MPa이하일 수 있다. 전술한 측정 조건에서 측정한 손실 탄성률이 상기 범위를 만족하는 경우, 등속조인트용 부츠가 우수한 소음 차폐력을 내타낼 수 있다.

다른 예시에서, 본 출원의 등속조인트용 부츠의 히스테리시스 손실은 0.1 MPa 내지 5 MPa의 범위 내일 수 있다. 상기 히스테리시스 손실은 0.1 MPa 이상, 0.2 MPa 이상, 0.3 MPa 이상, 0.4 MPa 이상, 0.5 MPa 이상, 0.6 MPa 이상, 0.7 MPa 이상, 0.8 MPa 이상, 0.9 MPa 이상, 1.0 MPa 이상 또는 1.1 MPa 이상일 수 있으며, 5.0 MPa 이하, 4.5 MPa 이하, 4.0 MPa 이하, 3.5 MPa 이하, 3.0 MPa 이하, 2.5 MPa 이하 또는 2.0 MPa 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 히스테리시스 손실이 상기 범위를 만족하는 경우, 충분한 수준의 진동 감쇠 능력을 확보할 수 있으며, 이에 따라 우수한 소음 차폐력을 가지는 등속조인트용 부츠를 제공할 수 있다.

상기 손실 탄성률 및 히스테리시스 측정 방법은 전술한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.

상기 등속조인트용 부츠는 전술한 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열가소성 엘라스토머에 관한 설명은 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.

본 출원은 또한, 전술한 일반식 1로 계산되는 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 등속조인트용 부츠를 포함하는 등속조인트에 관한 것이다. 등속조인트란 구동축과 종동축 간의 토크를 전달하기 위해서 그 축을 기계적으로 연결하는 장치를 의미할 수 있다. 자세하게는 두 축간의 동력전달 각도가 변하더라도, 즉 소정의 조인트각에서도 회전속도의 변동없이 두 축간에 동력전달이 등속으로 이루어지도록 하는 장치를 의미할 수 있다. 보다 자세하게, 구동축과 일직선상이 아닌 종동축 사이에 회전각 속도의 변화 없이 동력 전달이 균등하게 되도록 하는 자재간의 이음으로서, 꺾임각이 큰 자재간의 이음을 축의 양 끝에 부착하여 회전각 속도의 변화를 상쇄시키는 것을 말한다. 그 예로서, 제파 타입, 버필드 타입, 와이스 타입, 트랙터 타입 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 등속조인트용 부츠를 포함하는 등속조인트는 우수한 소음 억제력을 나타낼 수 있다.

본 출원은 또한, 전술한 일반식 1로 계산되는 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 등속조인트용 부츠를 포함하는 동력 전달 시스템에 관한 것이다. 상기 동력 전달 시스템은 동력 발생 장치와 동력 전달 장치를 포함할 수 있으며, 상기 동력 전달 장치를 상기 등속조인트용 부츠가 둘러싸고 있을 수 있다. 상기 동력 발생 장치는 운동에너지를 발생시킬 수 있는 장치라면 제한없이 사용이 가능하며, 예를 들어 엔진이나 모터 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 동력 전달 장치는 마찰 전동 장치, 기어 전동 장치 및 벨트 전동 장치 등을 예로 들 수 있으며, 구체적으로는 등속조인트를 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 동력 전달 장치를 둘러싸는 부츠에 전술한 부츠를 적용하는 경우, 외부의 먼지나 물 등의 이물질의 침입을 효과적으로 방지하면서도, 우수한 소음 차폐력을 가짐으로써 외부로 방출되는 소음을 억제할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 동력 발생 장치가 자동차용 엔진 또는 모터이고, 동력 전달 장치가 자동차용 등속조인트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 선택 방법은 등속조인트용 부츠에 적용되는 점탄성 재료의 실제 사용 환경에서의 반복 실험을 수행하지 않고도, 우수한 소음 차폐력을 가지는 점탄성 재료를 선택할 수 있는 선택 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 출원에 따른 등속조인트용 부츠는 우수한 소음 차폐력을 나타내어 외부로 방출되는 소음을 억제할 수 있다.

도 1은 본 출원의 선택 지수(NP)와 소음 발생 평가 테스트의 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 대한 히스테리시스 손실을 나타내는 도면이다.

이하 본 출원에 따르는 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

1. 손실 탄성률 측정 방법

손실 탄성률은 하기의 방법으로 측정하였다. 등속조인트 부츠 소재를 두께 0.5mm, 폭 6mm, 길이 10mm의 시편으로 만들어 TA Instruments 사의 DMA(동적기계분석기) Q800으로 주파수를 변화시키는 실험을 수행하였다. 상기 시편의 크기는 동적 기계 분석기의 측정 대상이 되는 실제 크기를 기준으로 하였다. 이 때 실험 조건은 상온(25℃)이며, 동적 스트레인은 5 %이었고, 주파수는 1 ㎐ 부터 3㎐까지 0.5 ㎐씩 증가하는 주파수 스윕 방법(Frequency Sweep Test)을 사용하였다. 실험 후 2.5 ㎐ 에서 측정된 손실 탄성률을 대표값으로 사용하였다.

2. 히스테리시스 손실 측정 방법

히스테리시스 손실을 하기의 방법으로 측정하였다. 등속조인트 부츠 소재를 두께 0.5mm, 폭 6mm, 길이 10mm 의 시편으로 만들어 TA Instruments 사의 DMA(동적기계분석기) Q800으로 동적 스트레인을 변화시키는 실험을 수행하였다. 상기 시편의 크기는 동적 기계 분석기의 측정 대상이 되는 실제 크기를 기준으로 하였다. 이 때 실험 조건은 상온(25℃)이며, 동적 스트레인은 0 에서 3%로 분당 0.5%씩 증가시킨 후, 3%에서 0%로 분당 0.5%씩 감소시켰다. 실험 후 얻어진 응력-변형(Stress-Strain) 곡선에서 동적 스트레인이 증가하는 곡선과 감소하는 곡선 사이의 면적의 차이를 히스테리시스 손실로 계산하였다.

3. 소음 발생 테스트 방법

등속조인트에 상온(25)℃, 회전 수 150 RPM 조건에서 구동축과 종동축을 40˚각도로 유지하고, 노면으로부터 날아드는 각종 이물을 모사하기 위해 물과 흙을 번갈아 분사한다. 이를 한 사이클로 회전을 반복하며 소음이 발생하는 시점을 소음 발생 사이클로 평가하였다. 소음 발생 테스트는 각 샘플에 대하여 2회 측정하여, 평균값을 소음 발생 사이클로 평가하였다. 소음 발생 판정 기준은 75 ㏈ 이상이며, 주변 소음은 65 ㏈ 이하인 환경에서 측정하였다.

등속조인트 부츠용 에스테르계 열가소성 엘라스토머(HB9242D, LG 화학제)에 대하여 손실 탄성률 및 히스테리시스 손실을 측정하였다. 측정 결과, 손실 탄성률은 3.38 MPa 이고, 히스테리시스 손실은 0.916 MPa 이며, 선택 지수(NP)는 3.095 MPa²이었다.

등속조인트 부츠용 에스테르계 열가소성 엘라스토머를 LG 화학제 HB5242D Type 2(HB9242D 제품에 폴리에틸렌 및 스티렌아크릴로니트릴 첨가제를 3 중량% 첨가한 제품)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.

등속조인트 부츠용 에스테르계 열가소성 엘라스토머를 LG 화학제 HB5242D Type 1(HB9242D 제품에 실록산계 첨가제를 3중량% 첨가한 제품)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
손실 탄성률 (MPa)	3.38	4.26	4.32
히스테리시스 손실 (MPa)	0.916	0.936	1.027
선택 지수 (MPa2)	3.096	3.987	4.436
소음 발생 사이클	3.5	7.5	8.5
손실 탄성률: 25℃, 주파수 2.5㎐, Strain 5% (단위: MPa) 히스테리시스 손실: 25℃, Strain 0%~3% (단위: MPa) 선택 지수: 손실 탄성률과 히스테리시스 손실의 곱 (단위: MPa2) 소음 발생 사이클: 각 샘플에 대해 2회 측정한 값의 평균값

상기 표 1은 실시예 1 내지 3의 측정 결과를 나타내고, 첨부된 도 1은 본 출원의 선택 지수(NP)와 소음 발생 평가 테스트의 결과를 나타낸다. 상기 선택 지수(NP)와 소음 발생 사이클은 다중 상관 분석 방법에 의한 피어슨(Person) 상관계수가 0.98로 도출되었으며, 이에 따라 본 출원의 선택 지수(NP)와 소음 발생 사이클이 강한 양적 선형 관계에 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 출원의 선택 방법은 선택 지수(NP)의 계산을 통해, 점탄성 재료의 소음 발생 사이클에 대한 예측이 가능하며, 점탄성 재료를 실제 사용 환경에서의 반복 실험이 없이도 소음 발생 정도를 평가할 수 있다.

Claims (14)

1. 점탄성 재료의 손실 탄성률(LM)과 히스테리시스 손실(H)을 확인하는 단계; 및 상기 손실 탄성률(LM)과 히스테리시스 손실(H)로부터 하기 일반식 1에 따른 선택 지수(NP)를 확인하는 단계를 포함하는 등속 조인트용 부츠의 선택 방법:
   [일반식 1]
   NP = LM x H
   상기 일반식 1에서, NP는 선택 지수(단위: MPa²)를 나타내며, LM은 손실 탄성률(단위: MPa)을 나타내고, H는 히스테리시스 손실(단위: MPa)이다.
   
2. 제 1항에 있어서, 선택 지수(NP)가 2.5 MPa² 이상인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 선택 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서, 손실 탄성률은, 두께, 폭 및 길이가 각각 0.5 mm, 6 mm 및 10 mm인 점탄성 재료의 판상 시편을 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 5%의 스트레인의 조건에서 주파수를 1 ㎐에서 3 ㎐까지 0.5 ㎐ 단위로 증가시키는 주파수 스윕법에 의해 확인된 2.5 ㎐에서의 손실 탄성률인 선택 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 손실 탄성률이 1 MPa 내지 10 MPa의 범위 내인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 수행하는 선택 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 히스테리시스 손실은, 두께, 폭 및 길이가 각각 0.5 ㎜, 6 ㎜ 및 10 ㎜인 점탄성 재료의 판상 시편을 동적 기계 분석기에 장착한 상태에서 동적 스트레인 0 % 에서 3 %까지 분당 0.5 %씩 증가시킨 후에 3 %에서 0 %까지 분당 0.5 %씩 감소시켜서 구해지는 응력-변형 곡선의 적분값의 차이로부터 계산되는 선택 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서, 히스테리시스 손실이 0.1 MPa 내지 5 MPa의 범위 내인 점탄성 재료를 선택하는 단계를 추가로 수행하는 선택 방법.
   
7. 제 1항에 있어서, 점탄성 재료는 열가소성 엘라스토머인 선택 방법.
   
8. 제 7항에 있어서, 열가소성 엘라스토머는 천연 고무, 합성 고무, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 에스테르계 열가소성 엘라스토머, 아미드계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머 및 스티렌계 열가소성 엘라스토머 중 적어도 1종 이상을 포함하는 선택 방법.
   
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