KR100828176B1 - 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물 - Google Patents

내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기유로 정제된 파라핀계 광유와 나프텐계 광유를 혼합 사용하고, 우레아계 그리스 증주제, 내마모제 및 마찰 저감을 위하여 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제, 아연디알킬디티오포스페이트, 칼슘설퍼네이트 및 아마이드계 왁스, 디페닐아민, 칼슘염을 일정성분비로 혼합 사용하여, 종래와 동등 이상의 극압성과 내마모성 등의 물성을 유지하면서 동시에 장기 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다.
파라핀계 광유, 나프텐계 광유, 우레아계 증주제, 내구성, 저마찰력, 등속조인트, 그리스

Description

내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물{Grease Composition having high durability and Low friction force for Constant Velocity Joints}
본 발명은 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기유로 정제된 파라핀계 광유와 나프텐계 광유를 혼합 사용하고, 우레아계 그리스 증주제, 내마모제 및 마찰 저감을 위하여 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제, 아연디알킬디티오포스페이트, 칼슘설퍼네이트 및 아마이드계 왁스, 디페닐아민, 칼슘염을 일정성분비로 혼합 사용하여, 종래와 동등 이상의 극압성과 내마모성 등의 물성을 유지하면서 동시에 장기 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다.
등속조인트는 자동차의 매우 중요한 부품으로 자동차 엔진과 바퀴 사이에 구동축으로 연결하며 바퀴가 전후 좌우 및 상하로 작동을 함에 따라 각도가 바뀌어도 엔진의 구동력을 일정한 속도로 바퀴에 전달하는 작용을 한다.
최근들어 자동차는 점점 경량화, 소형화 및 고출력화 추세로 발전하고 있으 며 이에 따라 자동차 등속조인트도 소형화되면서도 장기 수명 및 저소음성을 동시에 요구하고 있는 실정이다. 따라서, 자동차 등속조인트에 사용되는 그리스는 진동 및 소음을 감소시켜주는 마찰저감성 및 10년 이상 장기간 사용이 가능하도록 장기 내구성이 우수하여야 한다.
통상적으로 자동차의 저소음성을 위해서는 그리스의 저마찰력이 필요하고 그리스를 장기간 사용하기 위해서는 우수한 전단안정성이 요구되는 바, 저마찰력은 마찰계수와 마모량이 적어야 하고, 전단안정성은 다른 물성도 중요하지만 특히 롤스테빌러티, 혼화안정도가 우수하여야 한다. 또한 등속조인트의 경우 외부에 노출되어 있어 물의 혼입이 예상되어 물에 대한 저항력인 내수성이 우수하여야 한다.
등속조인트용 그리스 조성물은 기유가 70 ∼ 90 중량% 정도 차지하여 기유가 윤활 역할을 하고 있으나 그리스가 장기적으로 윤활작용을 하기 위해서는 그리스로써의 반고체 상태를 장기간 유지하여야만 한다. 이때, 그리스로써의 반고체 상태를 유지시켜 주는 물질이 증주제이다. 이러한 증주제가 반고체 상태를 유지하지 못하면 그리스의 반고체 상태가 액상 형태로 바뀌게 되고 최종적으로 누유되기 쉽고 부착성이 떨어져 윤활성능이 저하되어 결국에는 작동불능의 원인이 된다.
또한, 자동차의 등속조인트에 사용되는 그리스는 진동 및 소음을 감소시켜 주는 마찰저감성이 필요한 바 마찰력이 떨어지면 등속조인트 내부의 마모가 심해져 이상 진동 및 소음을 발생하여 자동차의 수명을 단축시킬 수 있다.
그러나, 종래에 자동차 등속조인트용 그리스는 주로 극압성이나 내마모성을 중요한 물성으로 개발[대한민국 특허등록 제0541148호]하였으며. 이들은 장기 내구성 및 저마찰력을 고려하지 않아 수명이 단축되는 원인이 되었다.
종합적으로 자동차 등속조인트용 그리스는 극압성, 내마모성 뿐만 아니라 우수한 장기 내구성 및 저마찰력이 동시에 수반되는 것이 바람직하다.
이에 본 발명자들은 종래 자동차 등속조인트용 그리스가 극압성 및 내마모성 등의 물성 향상에 치우쳐 개발되고 있어 수명이 단축되는 문제를 개선하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 기유로 정제된 파라핀계 광유와 나프텐계 광유를 혼합 사용하고, 우레아계 그리스 증주제, 내마모제 및 마찰 저감을 위하여 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제, 아연디알킬디티오포스페이트, 칼슘설퍼네이트 및 아마이드계 왁스 등을 선택 사용하고, 디페닐아민, 칼슘염을 일정성분비로 혼합 사용하여, 종래와 동등 이상의 극압성과 내마모성 등의 물성을 유지하면서 동시에 장기 내구성 및 저마찰력이 우수하다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 장기 내구성 및 저마찰력이 우수한 자동차 등속조인트용 그리스 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 1) 파라핀계 광유 및 나프텐계 광유 중에서 선택된 기유, 2) 다음 화학식 1로 표시되는 우레아계 그리스 증주제, 3) 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 4) 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제, 5) 아연디알킬디티오포스페이트, 6) 칼슘설퍼네이트, 7) 아마이드계 왁스 , 8) 디페닐아민, 및 9) 칼슘염이 함유되어 이루어진 자동차 등속조인트용 그리스 조성물에 그 특징이 있다.
Figure 112006098340486-pat00001
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 또는 동시에 탄소수 6 ∼ 7의 방향족 탄화수소, 시클로헥실기, 또는 탄소수가 6 ∼ 20의 지방족 탄화수소를 나타낸다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 종래와 동등 이상의 극압성과 내마모성 등의 물성을 유지하면서 동시에 자동차의 수명 연장을 위한 장기 내구성 및 저마찰력을 갖는 등속조인트 그리스 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자동차 등속조인트용 그리스 조성물을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
기유는 정제된 광유를 사용하며 100 ℃에서의 동점도가 8 ∼ 25 cSt, 40 ℃에서의 동점도가 90 ∼ 250 cSt인 정제 파라핀계 광유 및 나프텐계 광유 중에서 선택된 기유를 사용하며, 바람직하기로는 100 ℃에서의 동점도가 10 ∼ 20 cSt, 40 ℃에서의 동점도가 110 ∼ 190 cSt인 기유를 사용하는 것이 좋다.
내구성 향상을 위해 사용하는 증주제는 상기 화학식 1로 표시되는 우레아계 증주제를 사용한다. 상기 우레아계 증주제는 1 당량의 디이소시아네이트와 2 당량의 알킬, 사이클로 또는 아릴아민을 윤활기유 존재 하에서 반응시켜 제조할 수 있다. 이때, 디이소시아네이트는 4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트)를 사용하는 것이 바람직하며, 아민으로는 탄소수가 6 ∼ 7개인 방향족아민 또는 사이클로헥실아민, 또는 탄소수가 6 ∼ 20개인 지방족 아민을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 우레아계 증주제의 사용함량은 전체 조성물에 대하여 5 ∼ 25 중량% 사용하는 바, 사용량이 5 중량% 미만이면 주도가 묽어지며 내구성이 떨어지는 문제가 있고, 25 중량%를 초과하면 주도가 되어지며 윤활성 및 저온성이 나빠지는 문제가 있다.
본 발명은 그리스 조성물에 물성 향상 특히 내마모방지 및 마찰저감을 위하여 첨가제 성분으로 몰리브덴디알킬디티오카바메이트, 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제, 아연디알킬디티오포스페이트, 칼슘설퍼네이트, 아마이드계 왁스를 사용한다.
상기 몰리브덴디알킬디티오카바메이트는 1.0 ∼ 10.0 중량%, 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제는 0.2 ∼ 5.0 중량%, 아연디알킬디티오포스페이트는 0.5 ∼ 5 중량%, 칼슘설퍼네이트 1.0 ∼ 10.0 중량% 및 아마이드계 왁스 0.1 ∼ 5.0 중량%사용한다.
상기와 같이 제조된 자동차 등속조인트용 그리스는 SRV 마찰계수가 0.01 ∼ 0.07(ASTM D 5707)이고, 마모량이 50 ㎛이하 이고(하중 43 kgf·m, 회전수 570 rpm, 조인트 각도 5도, 3시간), 롤안정성(ASTM D 1831)이 +10 ∼ +50이며, 혼화안정도(ASTM D 217)가 +10 ∼ +60 범위를 나타내는 바, 이는 종래와 동등 이상의 극압성과 내마모성 등의 물성을 유지하면서 동시에 장기 내구성 및 저마찰력 등이 향상되어 자동차의 수명 연장에 우수하다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예 통하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트) 1 몰 및 사이클로아민 1.2 몰, 스테아릴아민 0.8 몰을 100 ℃에서 8 ∼ 12 cSt인 기유 1400 g에서 반응시켜 첨가제를 투입하여 균일하게 분산시켜 그리스를 제조하였다.
실시예 2
4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트) 1 몰 및 사이클로아민 0.8 몰, 스테아릴아민 1.2 몰을 100 ℃에서 8 ∼ 12 cSt인 기유 1400 g에서 반응시켜 첨가제를 투입하여 균일하게 분산시켜 그리스를 제조하였다.
실시예 3
4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트) 1 몰 및 사이클로아민 0.8 몰, 스테아 릴아민 1.2 몰을 100 ℃에서 10 ∼ 20 cSt인 기유 1400 g에서 반응시켜 첨가제를 투입하여 균일하게 분산시켜 그리스를 제조하였다.
실시예 4
4,4-메틸렌비스(페닐이소시아네이트) 1 몰 및 사이클로아민 1.0 몰, 스테아릴아민 0.6 몰, 옥틸아민 0.4 몰을 100 ℃에서 8 ∼ 12 cSt인 기유 1400 g에서 반응시켜 첨가제를 투입하여 균일하게 분산시켜 그리스를 제조하였다.
상기 실시예 1 ∼ 4의 그리스의 조성을 간략하게 정리하여 다음 표 1에 나타내었다.
구 분 (중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
기유 광유 78 82 76 80
점도(100 ℃. cSt) 10 10 17 10
우레아계 증주제 10.7 10.0 9.7 8.0
에스테르오일 2.0 2.0 5.0 5.0
디페닐아민 1.0 0.5 1.0 1.0
칼슘염 0.5 0.5 0.5 0.5
몰리브덴디알킬디티오카바메이트 2.0 2.5 2.5 2.0
아연디알킬디티오포스페이트 1.5 2.0 1.5 2.5
칼슘설포네이트 2.0 - 2.0 1.0
아마이드계 왁스 1.0 1.0 1.0 0.5
몰리브덴설파이드 0.5 - 1.0 0.5
식물유 변성 몰리브덴 - - 1.5 1.5
몰리브덴컴플렉스 1.0 -
2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸계 화합물 0.5 -
실험예 1
실시예 1 ∼ 4 에서 제조된 그리스의 전단안정성을 비교하기 위하여 혼화안정도를 실시하였다.
상기 혼화안정도 시험은 ASTM D 217의 방법에 따라 수행하는 바, 이는 그리스가 장시간 기계적인 사용에 따라 묽어지는 정도를 측정하는 시험으로 혼화안정도기를 사용하여 그리스 컵에 시료를 채운 후 10만회 왕복시킨 후 25 ℃에서 주도를 측정하는 시험이다. 혼화 전의 주도와 혼화 후의 주도의 차이로 측정하는데 차이가 작을수록 혼화안정도 즉 전단안정성이 우수하다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 1 실시예 2
혼화전 주도 310 305 320 320
혼화안정도 360 370 390 380
실험예 2
상기 실시예 1 ∼ 4에서 제조된 그리스의 전단안정성을 측정하기 위해 롤스테빌러티를 실시하였다.
상기 전단안정성 시험은 ASTM D 1831에 따라 수행하는 바, 롤스테빌러티는 원통안에 시료를 50 g 정도 채운 후 상온에서 165 rpm으로 2시간 가동시킨 다음 주도를 측정하였다. 구체적으로 두 물체가 접촉하여 작동 시 윤활 역할을 하는 그리스의 묽어지는 정도를 나타내는 데, 롤전의 주도와 롤후의 주도의 차이로 측정하는데 차이가 작을수록 롤스테빌러티 즉 기계적인 전단안정성이 우수하다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 1 실시예 2
시험전 주도 310 305 320 320
시험후 주도 340 340 355 350
실험예 3
상기 실시예 1 ∼ 4에서 제조된 그리스의 마찰계수를 측정하기 위해 SRV Test를 실시하였다.
상기 SRV Test는 ASTM D 5707으로 수행하는 바, 상기 시험조건은 진동수(Frequency) 50 Hz, Stroke 1.0 mm, 하중 200 N, 온도 80 ℃, 시간 60 분 가동시킨후의 마찰계수(Coefficient of friction)를 측정한다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 1 실시예 2
마찰계수 0.065 0.060 0.050 0.055
실험예 4
상기 실시예 1 ∼ 4에서 제조된 그리스의 축력(Generated Axial Force)를 측정하기 위해 시뮬레이터 시험기를 통하여 실시하였다. 상기 시뮬레이터 시험기의 조건은 부하토오크 300 Nm, 회전수 150 rpm, 조인트 각도 6 °, 9 °, 12 °, 측정시간은 5 분간 측정하여 평균값을 구한다.
그 결과, 등속조인트용 그리스 사용 시 축력이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 5
상기 실시예 1 ∼ 4에서 제조된 그리스의 마모량을 측정하기 위해 마모시험를 실시하였다. 상기 시험조건은 하중 43 kgf·m, 회전수는 570 rpm, 조인트 각도는 5 °, 시간은 3시간 가동시킨 후 마모량을 측정한다.
그 결과, 마모량이 50 ㎛이하를 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 내구성 및 저마찰력이 우수한 우레아계 증주제를 사용하여 종래의 등속조인트의 극압성과 내마모성의 향상 뿐만이 아니라 장기간 사용할 수 있는 내구성 및 저마찰력이 우수한 등속조인트용 그리스를 개발하였다.

Claims (4)

1) 파라핀계 광유 및 나프텐계 광유 중에서 선택된 기유,
2) 다음 화학식 1로 표시되는 우레아계 그리스 증주제,
3) 몰리브덴디알킬디티오카바메이트,
4) 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제,
5) 아연디알킬디티오포스페이트,
6) 칼슘설퍼네이트,
7) 아마이드계 왁스 ,
8) 디페닐아민, 및
9) 칼슘염가 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물:
[화학식 1]
Figure 112006098340486-pat00002
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 또는 동시에 탄소수 6 ∼ 7의 방향족 탄화수소, 시클로헥실기, 또는 탄소수가 6 ∼ 20의 지방족 탄화수소를 나타낸다.
제 1 항에 있어서, 그리스 조성물 총중량을 기준으로 1) 기유를 주재로 하고, 2) 우레아계 그리스 증주제 5 ∼ 25 중량%, 3) 몰리브덴디알킬디티오카바메이트 1.0 ∼ 10.0 중량%, 4) 식물유 변성 몰리브덴늄 내마모제 0.2 ∼ 5.0 중량%, 5) 아연디알킬디티오포스페이트 0.5 ∼ 5 중량%, 6) 칼슘설퍼네이트 1.0 ∼ 10.0 중량%, 7) 아마이드계 왁스 0.1 ∼ 5.0 중량%, 8) 디페닐아민 0.1 ∼ 3.0 중량%, 및 9) 칼슘염 0.1 ∼ 10 중량%가 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 등속조인트용 그리스 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 기유는 각각 100 ℃에서 동점도가 8 ∼ 25 cSt이고, 40 ℃에서의 동점도가 90 ∼ 250 cSt인 것을 특징으로 하는 그리스 조성물.
제 1 항에 있어서, SRV 마찰계수가 0.01 ∼ 0.07(ASTM D 5707)이고, 마모량이 50 ㎛이하이고(하중 43 kgf·m, 회전수 570 rpm, 조인트 각도 5도, 3시간), 롤안정성(ASTM D 1831)이 +10 ∼ +50이며, 혼화안정도(ASTM D 217)가 +10 ∼ +60인 것을 특징으로 하는 그리스 조성물.
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