KR100619247B1

KR100619247B1 - 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100619247B1
Application number: KR1020040110741A
Authority: KR
Inventors: 정원교
Original assignee: 평화오일씰공업주식회사
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-09-01
Also published as: KR20060071764A

Abstract

본 발명은 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무 매트릭스로 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무를 포함하고, 충전제로 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 입자경이 7 ∼ 16 nm인 건조 실리카를 포함함으로써 내열성, 내압성 및 내유성이 향상된 오일 씰을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 오일 씰의 제조시 2 차 가황 단계를 거치지 않아도 되기 때문에 가황 시간이 현저히 감소되어 생산성이 향상되고 생산비용이 절감되도록 개선된, 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물에 관한 것이다.

자동변속기, 오일 씰, 폴리아크릴레이트 고무, 카본블랙, 건조 실리카

Description

자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물{The polyacrylate rubber composition of oil seal for auto transmission}

변속기는 출력축의 회전속도 및 회전력(torque)을 바꾸는 장치이며 트랜스미션이라고도 한다. 일반적으로 자동차용 내연기관은 일정한 속도에서 토크가 최대가 되는데, 달리기 시작할 때에는 강한 토크와 낮은 회전을 필요로 하며 점차 속도가 빨라짐에 따라 토크보다 회전속도가 필요하게 된다. 그래서 엔진의 회전 을 일정하게 유지하기 위해 기어를 사용하여 출발할 때에는 회전속도를 줄임과 동시에 토크를 늘려 주고, 속도가 빨라짐에 따라 회전을 높이는 역할을 하는 장치인 변속기가 필요하다. 이러한 변속기의 한 종류로 자동변속기가 있는데, 토크컨버터 또는 노-클러치라고도 불리는 자동변속기(Auto Transmission)는 변속할 때마다 클러치를 밟고 기어를 바꿔야 하는 기어식 변속기와 달리 유체의 성질을 응용하여 회전속도와 회전력을 변환 및 전달시키는 장치이다.

이러한 자동변속기에 장착되어 누유를 방지하는 동시에 클러치(Clutch)의 유압을 전달하는 제품을 오일 씰(Oil Seal)이라 한다. 즉, 오일 씰이란 글자 그대로 오일을 밀봉하는 기계요소이다. 변속기의 마찰 부분에 기계 작동을 원활하게 하기 위해서 오일을 넣는데, 그 오일이 기계의 틈새로부터 누유되는 것을 방지하기 위해서 오일 씰을 사용하게 된다. 또한, 물이나 약품의 누설을 방지하기 위하여 또는 기계 내부로 외부 이물질이 침입하는 것을 방지하기 위해서 사용되기도 한다.

오일 씰은 100 ∼ 150 ℃의 고온의 오일에 노출되고 클러치의 유압을 전달해야 하므로 내열성과 내유성(Auto Transmission fluid에 견디는 성질)이 우수해야 하고, 내압성도 요구되는 기능 부품이다. 더구나 최근에 자동차 부품이 경량화 및 소형화되고 자동차의 품질보증 기간이 연장됨에 따라 업계에서는 증가된 열 부하에도 잘 견딜 수 있고, 장기간 사용하여도 품질이 저하되지 않는 내열성, 내압성 및 내유성이 향상된 오일 씰 제품을 요구하고 있다.

오일 씰 용 고무 조성물에 대한 연구는 꾸준히 이루어져 왔다. 초기에는 내열성 및 내유성이 우수한 에틸렌아크릴계 고무를 고무 매트릭스로 사용하였으나 이는 고가이면서 가공성이 떨어졌기 때문에 사용에 한계가 있었다. 그에 따라, 에틸렌아크릴계 고무에 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)를 혼합하여 사용함으로써 제조 원가를 낮추려고 노력하였다[대한민국 등록특허 제 10-0330917호]. 이 기술에 의해 상대적으로 저가의 오일 씰을 생산할 수 있게 되었으나, 가공성에 한계가 있었고 강도가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 제 2004-0056562 호에서는 오일 씰 용 고무 조성물에 충전제로 입자의 크기가 100 nm 이하인 클레이(CLAY)를 포함시키면 사용량을 줄이면서 오일 씰의 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있다고 제안하였다. 그러나 이 경우에도 1 차 및 2 차 가황 단계를 각각 거쳐야 하였기 때문에 제품의 생산성이 떨어졌고 생산비용도 많이 드는 문제가 있었다.

이에 본 발명자는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 연구, 노력한 결과, 고무 매트릭스로 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50로 증가된 폴리아크릴레이트 고무를 사용하고, 충전제로 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 건조 실리카를 함께 사용하면 내열성, 내압성 및 내유성이 향상된 오일 씰 제품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 공정에서 2 차 가황 단계를 거치지 않아도 되기 때문에 가황 시간을 현저하게 감소시켜 생산비용 및 생산성을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무에 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 입자경이 7 ∼ 16 nm인 건조 실리카를 충전제로 첨가한 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 조성물로 제조한 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부; 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF 75 ∼ 85 중량부; 및 건조 실리카 3 ∼ 10 중량부를 포함하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고무 매트릭스로 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무를 포함하고, 충전제로 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 입자경이 7 ∼ 16 nm인 건조 실리카를 포함함으로써 내열성, 내압성 및 내유성이 향상된 오일 씰을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 오일 씰의 제조시 2 차 가황 단계를 거치지 않아도 되기 때문에 가황 시간이 현저히 감소되어 생산성이 향상되고 생산비용이 절감되도록 개선된, 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서는 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무를 사용한다. 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무는 100 ∼ 150 ℃의 고온의 오일이 외부로 흐르는 것을 방지하는 역할과 클러치의 유압을 전달하여야 하는 역할을 수행하여야 하므로 높은 내열성 및 내유성을 가지는 동시에 높은 내압성을 가지는 폴리아크릴레이트 고무가 적합하다. 특히, 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무를 사용하면 가황 시간이 현저히 단축되는 효과가 나타난다.

또한, 종래보다 무늬 점도가 향상된 PA402A 등급의 폴리아크릴레이트 고무를 사용하게되면, 조성물의 가공성이 현저히 향상되어 2 차 가황 단계를 거치지 않아도 되는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서와 같이 폴리아크릴레이트 고무의 무늬점도가 40 ∼ 50으로 증가하게 되면 인장강도와 신율이 향상되며, 또한 내열성과 내유성이 향상되는 경향이 있다. 반면에 고무의 중요 특성중의 하나인 영구압축줄음율(Compression Set)은 저하되는 성질을 나타나게 된다. 이러한 내압성이 저하되는 성질을 보완하기 위해 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 건조 실리카가 충전제로 사용된다.

본 발명의 충전제는 기계적 강도를 보충하고 내압성 등의 물성을 보완하기 위한 것인데, 카본블랙 FEF는 ASTM(AMERICAN STANDARD TEST METHOD)에 따라 분류할 때 양압출성(Fast Extrusion Furnace)을 의미하고 그 입자경은 40 ∼ 48 nm에 해당된다. 카본블랙 FEF는 압출 및 몰딩 등의 작업성이 우수하고 발열이 적으며 열 전도성이 양호하다는 장점도 있다. 카본블랙 FEF는 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부에 대하여 75 ∼ 85 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 만약 그 함량이 75 중량부 미만으로 포함되면 내열성 및 강도 등의 물성 향상이 효과를 기대하기 어려우며 85 중량부를 초과하면 외부충격시 균열이 발생될 가능성이 높고 탄력성이 떨어져 내압성 개선에 악영향을 미치게 될 수 있다.

건조 실리카가 또 다른 충전제로 사용된다. 건조 실리카는 백색 충전제의 일종으로서 본 발명에서는 분말의 입자경이 7 ∼ 16 nm인 건조 실리카를 사용하여 우수한 보강성을 나타낸다. 본 발명의 건조 실리카에는 에어로실(AEROSIL) #130, 에어로실 #150, 에어로실 #200, 에어로실 #300 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 건조 실리카는 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부에 대하여 3 ∼ 10 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 만약 그 함량이 3 중량부 미만이면 내열성 및 강도 등의 물성 향상이 효과를 기대하기 어려우며 10 중량부를 초과하면 외부충격시 균열이 발생될 가능성이 높고 탄력성이 떨어져 내압성 개선에 악영향을 미치게 될 수 있다.

본 발명의 조성물은 상기 성분이외에 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물에 통상적으로 사용하는 가교제와 노화방지제를 함유할 수 있다.

상기 노화방지제로는 디페닐아민(Diphenylamine), 2-메르캅토메틸벤즈이미다졸(2-mercaptomethylbenzimidazole) 등을 사용할 수 있으며, 상기 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부에 대해 3 ∼ 10 중량부, 보다 바람직하게는 4 ∼ 6 중량부를 사용하는 것이 좋다. 상기 가교제로는 통상적으로 황(Sulfur) 등을 사용하고 가교제의 작용을 보조하는 스테아르 산(Stearic acid) 등의 가교조제를 함께 사용할 수 있다. 상기 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부에 대하여 5 ∼ 13 중량부, 보다 바람직하게는 6 ∼ 8 중량부를 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 조성물에서는 상기에서 사용된 첨가제 이외에 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 다른 여러 첨가제의 사용이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 조성물로 오일 씰을 제조하는 방법을 보다 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 오일 씰의 제조방법은 특별한 방법에 한정되지 않으며 통상의 기계적 혼련법 등에 의하여 제조할 수 있다. 예컨대, 니더(Kneader), 반바리 믹서(Banbury mixer), 오픈 밀(Open mill) 등의 일반적인 혼련기를 이용하여 조성물을 혼합하고, 100 ∼ 150 ℃의 혼련 온도에서 수행한다. 상기 온도 범위 내에서 가장 효과적인 물성을 나타내며, 상기에서 혼련된 오일 씰 고무 조성물은 재단 또는 압출성형 등의 성형 가공법에 의하여 성형될 수 있다.

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

실시예 및 비교예

다음 표 1의 성분 및 함량으로 기계적 혼련법을 이용하여 자동변속기에 사용되는 오일 씰을 제조하기 위한 고무 조성물을 혼합하였다. 상기 조성물로 제조된 조성물의 물성을 측정하기 위하여 압출 성형 후, 냉각하여 오일 씰 시편을 제조하였다.

구성성분(중량부)		비교예	실시예 1	실시예 2
고 무	ACM 1¹	100	-	-
고 무	ACM 2²	-	100	100
충전제	카본블랙 N774³	70	-	-
	카본블랙 N550⁴	-	78	65
	에어로실#200⁵	-	6	10
노화방지제	Sunnoc⁶	-	2	2
노화방지제	CD⁷	2	2	2
가교조제	DLP⁸	3	-	-
가교조제	스테아르 산⁹	1	2	2
가교제	황¹⁰	2	1	1
가교제	NS-Soap¹¹	3	4	5
가소제	RS 700¹²	3	-
1. ACM 1 : Noxtite PA 402S, Unimatec, 무늬점도 35 ∼ 40 2. ACM 2 : Noxtite PA 402A, Unimatec, 무늬점도 40 ∼ 50 3. N774 : SRF, 동양제철화학 4. N550 : FEF, 동해카본 5. 에어로실#200 : SiO2, Degussa Germany 6. Sunnoc : Wax계, 대내신흥 7. CD : 디페닐아민(Diphenylamine), 대내신흥 8. DLP : Dibasic Lead Phosphite 9. 스테아르 산 : 미성종합물산 10. Sulfur : 황화합물, 미원상사 11. NS-Soap : 지방산 소다, 일본화왕 12. RS 700 : 에테르 에스테르, ADK(Asahi Denka Kogyo)

시험예

상기 비교예 및 실시예에서 얻어진 조성물의 물성을 다음과 같은 시험방법으로 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[측정방법]

1. 경 도 : KS 규격인 KS M6518의 7 항

2. 인장강도 : KS 규격인 KS M6518의 5 항

3. 신 율 : KS 규격인 KS M6518의 5 항

4. 내 열 성 : KS 규격인 KS M6518의 8 항

5. 내 유 성 : KS 규격인 KS M6518의 13 항

6. 내 압 성 : 고압형 로드시험기를 사용하였고, 시험유로는 자동변속기 오일(ATF DEXRON III)을 사용하였다. 온도 150 ℃, 압력 1 MPa 및 상대부조도 8.4 Rz로 1.7 초 동안 가압한 후 3 초 동안 유지하고 다시 1.7 초 동안 감압하여 1 초 동안 유지하는 과정을 10 회 반복하여 죔량, 경도변화 및 누유량을 측정하였다.

구 분		비교예	실시예 1	실시예 2
가교조건	1차 가교	180℃×8분	190℃×4분	190℃×2분
가교조건	2차 가교	150℃×15시간	없음	없음
내열성	경도변화 (Point)	+10	+6	+4
	인장강도변화율 (%)	+25	+11	+9
	신율변화율 (%)	-28	-10	-5
내유성 (ATF)	경도변화 (Point)	-16	-7	-4
	인장강도변화율 (%)	-20	-10	-5
	신율변화율 (%)	+32	+21	+16
	체적변화율 (%)	+19	+8	+5
내압성	죔량 (㎜)	-1.5	-0.5	-0.3
	경도변화 (IRHD)	-1.9	-0.7	-0.2
	누유량(㎖)	없음	없음	없음

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 2 차 가교가 불필요하게 되어 전체 가교 시간이 많이 단축됨을 알 수 있으며, 내열 경도변화가 +10에서 +6 및 +4로 향상되는 효과를 보이고, 내유성에 관한 항목들에서도 모든 물성이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 내압성의 경우에도 죔량과 경도변화에서 개선되는 효과가 나타났다. 반면에 비교예는 전체적인 물성이 실시예에 비해 떨어짐을 확인하였다.

상술한 바와 같이 본 발명의 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물은 고무 매트릭스로 무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무를 포함하고, 충전제로 입자경이 40 ∼ 48 mm인 카본블랙 FEF와 입자경이 7 ∼ 16 nm인 건조 실리카를 포함함으로써 내열성, 내압성 및 내유성이 향상된 오일 씰을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 오일 씰의 제조시 2 차 가황 단계를 거치지 않아도 되기 때문에 가황 시간이 현저히 감소되어 생산성이 향상되고 생산 비용이 절감되는 현저한 효과가 있다. 내열성, 내압성, 내유성 및 압축영구줄음율이 개선되어 자동변속기 및 여러 관련 분야에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 전망된다.

Claims

무늬점도(ML1+4, 100 ℃)가 40 ∼ 50인 폴리아크릴레이트 고무 100 중량부;

입자경이 40 ∼ 48 mm인 양압출성(Fast Extrusion Furnace) 카본블랙 75 ∼ 85 중량부; 및

건조 실리카 3 ∼ 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 건조 실리카는 입자경이 7 ∼ 16 nm인 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 가교제 5 ∼ 13 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물.
제 1 항에 있어서, 노화방지제 3 ∼ 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰 용 고무 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항의 고무 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 자동변속기에 사용되는 오일 씰.