KR20100007540A - 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨더스트립의 성능을 향상시키기 위하여 실리콘-EPDM(ethylene propylene diene rubber) 공중합체 또는 실리콘 고무를 기본 폴리머로 하는 조성물을 형성함으로써 기존 EPDM 웨더스트립에서의 다소 약점으로 나타났던 물성, 즉 내열성, 냄새 그리고 영구변형 등의 문제점을 향상시키고 아울러 바람소리 성능을 향상시키는 고무 조성물에 관한 것이다.

자동차 웨더스트립, 실리콘-EPDM 공중합체, 내열성, 영구변형, 바람소리

Description

자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물{Rubber composition for weather strip joint of automobile}

본 발명은 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물에 관한 것이다.

웨더스트립은 자동차의 차체와 문 등에 부착되어 차체 내부로의 누수 방지 및 외부소음으로부터 밀봉성을 부여하여 자동차의 쾌적성과 안락성을 부여하는 기능성 부품이다. 웨더스트립은 압출부와 이를 이어주는 조인트부로 이루어 진다. 웨더스트립 부품의 재료에 대한 요구 성능은 내열성, 영구변형, 내후성, 내오존성 등이다.

웨더스트립의 종류는 크게 도어 사이드 씰(Door Side Seal), 바디사이트 씰(Body Side Seal), 글래스 런(Glass Run) 등으로 분류된다. 이 중 도어 사이드 씰과 글래스 런은 압출부를 조인트부로 연결하고 있으며, 도어 사이드 씰의 조인트부는 스펀지 형태의 발포체이지만, 글래스 런은 발포체가 포함되지 않은 솔리드이다[도 1].

현재 적용되고 있는대부분의 웨더스트립용 고무재료는 EPDM을 기본 폴리머로 하는고무 조성물인데, 이는 내후성, 내오존성 등이 우수하고 가공성이 양호하기 때문에 현재 널리 쓰이는 고무재료 가운데 하나이기도 하다.

최근 바람소리는 쾌적성과 안락성을 부여하는 측면에서 중요도가 증가하고 있으며 또한 내구성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 그러나, 고무재료의 특성상 시간이 지남에 따라 영구변형이 발생하여 바람소리의 침입이 커진다. 또한, 지역 또는 계절에 따라 차의 온도가 EPDM의 사용온도 보다 높아서 급격히 변형된다. 특히, 조인트부의 경우는 가공성을 향상시키기 위해 저점도, 즉 분자량이 낮은 폴리머를 사용함으로써 더욱 영구변형에 취약한 단점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물에 있어서, 실리콘-EPDM 공중합체 또는 실리콘 고무를 기본 폴리머로 하고, 카본블랙, 탈크, 프로세싱 오일, 가교 촉진제 등을 특정 함량 사용하여 내열성이 향상되고, 영구변형, 바람소리, 오염 등의 문제점이 해소된 고무 조성물을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 실리콘-EPDM 공중합체 또는 실리콘 고무 조성물 배합을 개발하여 기존 EPDM 재질의 웨더스트립 조인트부에서 가지지 못했던 우수한 내열성 및 영구변형의 향상을 목적으로 한다.

본 발명은

실리콘-EPDM 공중합체 또는 실리콘 고무를 기본 폴리머로 하는 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물에 있어서,

상기 기본 폴리머 100 phr에 대하여 카본블랙 1 ~ 50 phr, 탈크 1 ~ 20 phr, 프로세싱 오일 5 ~ 25 phr, 가교제 0.5 ~ 3 phr, 가교 촉진제 0.5 ~ 2 phr, 가교 활성화제 1 ~ 7 phr 및 노화방지제 2 ~ 10 phr을 포함하는 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

웨더스트립에서 중요한 바람소리 밀봉 성능을 높이기 위해서는 고무재료가 내열성이 우수하고 영구변형이 적은 내구력과 마찰에 견딜 수 있는 기계적 강도가 요구된다. 이에 현재 적용중인 고무재료는 EPDM이다. EPDM고무는 일반적인 내열성과 기계적 특성의 강점을 가지지만 반면에 내구력은 소비자가 요구하는 수준의 밀봉 특성을 만족하지 못하는 실정이다.

이러한 내구성능, 즉 내열성과 영구변형을 향상시키기 위해 실리콘-EPDM 공중합체를 사용할 수 있다. 실리콘의 분자 결합 에너지가 EPDM의 그것보다 큼으로열에 의한 분해 및 이로 인한 변형이 적다. 조인트부는 압출부와 성형과정에서 접착이 되어야 하는데 이를 위해 공중합체를 사용함으로써 접착력을 확보할 수 있다.

본 발명에서는 상기 실리콘-EPDM 공중합체 외에 실리콘 고무도 사용 가능하다.

본 발명에서 사용된 각종 배합제를 구체적으로 보면 다음과 같다.

본 발명에서 사용된 카본블랙은 고무와의 친화성을 높이고 강도를 보강해 주는 기능을 가진 것으로 기본 폴리머 100 phr에 대하여 1 ~ 50 phr(Parts per hundred rubber)를 사용함으로써 고무의 내구성을 높여준다. 특히, 카본블랙으로는 FEF(입경 40 ~ 48 nm) 또는 HAF(입경 26 ~ 30 nm)이 바람직하다. 이와 더불어 듀얼 필러(dual filler) 시스템을 사용하여 비중을 조절함으로써 차음성을 향상시킬 수 있다. 이를 위해 탈크를 기본 폴리머 100 phr에 대하여 1 ~ 20 phr 사용한다.

다른 첨가제로 프로세싱 오일을 사용하며, 오일을 사용하는 것은 고무에 가소성을 부여하여 배합제의 혼입이나 분산을 도와 압출 혹은 사출시의 가공성을 좋게 하기 위한 것이다. 단순히 Tg(유리전이온도)를 내리는 것이 아닌 경도 자체를 낮춰준다는 점이 가소제와 구분된다. 사용한 오일은 나프탈렌계 오일을 대신해 광물유계 연화제의 하나인 파라핀계 오일을 기본 폴리머 100 phr에 대하여 5 ~ 25 phr 사용하여 배합의 가공성을 향상시켰다.

발포제는 도어 사이드 씰 경우에는 사용하는 것이 적합하고, 글래스 런 경우에는 사용하지 않는다. 발포제를 사용할 경우에는 기본 폴리머 100 phr에 대하여 1 ~ 10 phr을 사용한다.

본 발명에서 쇄상의 고무 고분자들을 3차원의 망상구조로 이어주는 재료인 가교제로 냄새저감을 위해 과산화물 대신에 황을 기본 폴리머100 phr에 대하여 0.5 ~ 3 phr 사용하는 것이 바람직하다. 이는 기계적 물성측면에서 불리한 점 이 있으나 자동차에서 요구되는 감성 품질을 만족시키기 위함이다.

또한, 황의 가교 시간을 단축시켜 주기 위한 용도로 가교촉진제를 사용하고, 가교촉진제를 활성화하여 촉진반응을 한층 더 촉진시키는 가교활성제도 사용한다. 구체적으로 가교촉진제는 기본 폴리머 100 phr에 대하여 0.5 ~ 2 phr을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 차체 도장 오염 방지를 위해 비오염 촉진제인 MBT(2-Mercaptobenzothiazole) 0.5 ~ 1.5 phr과, 가교 밀도를 증가시키기 위해 DPG(diphenylguanidine) 0.5 phr를 함께 사용하는 것이 좋다. 가교활성제로는 기본 폴리머 100 phr에 대하여 1 ~ 7 phr이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 금속 산화물인 산화아연(ZnO)을 3 ~ 5 phr사용하고 지방산인 스테아린산을 1 ~ 2 phr 사용하는 것이 적합하다.

그 외에 경화, 연화, 점착화, 균열발생 혹은 탄성 상실 등의 물성 저하를 일으키는 현상인 노화를 방지하기 위해 노화방지제를 사용한다.

본 발명에서 노화방지제는 기본 폴리머 100 phr에 대하여 2 ~ 10 phr이 바람직하며, 구체적으로 산화방지제로 MBI(2-Mercaptobenziomidazole)와 오염성이 우수한 MBMTB(2,2`-Methylene bis(4-methyl-6-tert-butylphenol)와)를 사용하는 것이 바람직하고 오존방지제로 IPPD(N-Isopropyl-N`-Phenyl-p-Phenylenediamine)이 바람직하다.

최종 고무 조성물의 물성을 향상시키기 위해 여러 가지 첨가제를 사용하였다. 첨가제들은 일반적으로 고무 배합분야에 널리 사용되는 것으로 그 종류와 함량은 통상적인 지식을 가진 자에 의한다.

본 발명에 따른 고무 조성물은 기존의 EPDM 조성물의 웨더스트립 조인트부에 비해 획기적으로 압축영구줄음율의 향상을 보임으로써 바람소리 내구 성능이 향상되었다. 또한, 고온의 환경에 의한 노화를 획기적으로 향상시켜 지역 또는 계절에 따른 바람소리 성능의 저하를 개선할 수 있다. 더구나 도장 면과 내오염성 면도 향상되어 차량의 상품성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

하기 실시예는 발명을 위한 조성물의 한 예일 뿐이지 본 발명의 범위가 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 및 비교예 1

조인트부용 고무의성형 과정은 다음과 같다.

다음 표 1의 조성과 함량으로 원소재와 각종 첨가물이 충분히 분산되도록 롤러를 통해 충분히 섞어주었다.

믹싱된 조성물을 성형하기 위해서 미리 예열된 압축성형기에 넣고 160~180℃의 온도에서 10~20분 동안 가열하였다.

조성물은 배합 조성물 가운데 황에 의해 고분자 사슬간에 가교 구조(가교점)를 이루게 하는 가황공정을 거쳐 화학적으로 망상구조[도 2]를 이루게 된다. 이러한 가교결합이 압축성형기에서 이뤄져서 고무재질의 특성인 탄성을 지니게 되 는 조인트부로 완성되었다.

[표 1]

배합제(phr)	실시예 1	비교예 1
실리콘-EPDM 공중합체	100	100
EPDM 고무	-	-
C/BLACK N-550	-	90
C/BLACK FEF	10	-
탈크	10	-
프로세싱 오일	10	-
가교활성제 ZnO	1	1
가교활성제 스테아린산	1	2
가교촉진제 1	1.0	2.5
가교촉진제 2	0.5	-
황	0.5	1.0
산화방지제	1.5	1.2
오존방지제	2	1.5
* 프로세싱 오일: PARAFFINE계 PROCESS OIL * 가교촉진제 1 : MBT(2-Mercaptobenzothiazole) * 가교촉진제 2 : DPG(diphenylguanidine) * 산화방지제: MBI(2-Mercaptobenziomidazole) * 오존방지제 : IPPD(N-Isopropyl-N`-Phenyl-p-Phenylenediamine)

시험예

상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 조성물의 물성을 측정하기 위하여 다음과 같은 항목의 물성을 평가하였고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2의 결과에 따르면, EPDM 고무에 비해 실리콘-EPDM 공중합체 고무재료의 경우가 노화 후 인장강도, 신율 모두 우수한 수치를 나타내었다. 이는 내열성이 보다 우수함을 알 수 있다. 또한, 압축영구줄음율에서 큰 차이를 보인다. 실시예 1에서 나타나는 우수한 내열성과 영구변형 성능은 실리콘의 결합에너지가 EPDM보다 크며 가교밀도를 높이는 첨가제를 사용함으로써 가능한 것이다. 이는 바람소리 밀봉력을 나타내는 물성치로서 장시간 차량의 주행 후에도 영구변형이 적어 바람소리가 유입이 덜 됨을 나타낸다. 또한, 비오염성 촉진제를 사용함으로써 도장면의 변색을 방지할 수 있다.

도 1은 도어 사이드 씰(a)과 이를 구성하고 있는 조인트부(b)를 나타낸 것이다.

도 2는 황에 의해 고분자 사슬간에 가교 구조(가교점)를 나타낸 것이다.

Claims (2)

1. 실리콘-EPDM 공중합체 또는 실리콘 고무를 기본 폴리머로 하는 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물에 있어서,

   상기 기본 폴리머 100 phr에 대하여 카본블랙 1 ~ 50 phr, 탈크 1 ~ 20 phr, 프로세싱 오일 5 ~ 25 phr, 가교제 0.5 ~ 3 phr, 가교 촉진제 0.5 ~ 2 phr, 가교 활성화제 1 ~ 7 phr 및 노화방지제 2 ~ 10 phr을 포합하는 것을 특징으로 하는 자동차 웨더스트립 조인트부용 고무 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물에 추가로 발포제 1 ~ 10 phr를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.

Images