KR20120040845A - 베어링 씰의 고무 조성물 - Google Patents

베어링 씰의 고무 조성물 Download PDF

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KR20120040845A
KR20120040845A KR1020100102318A KR20100102318A KR20120040845A KR 20120040845 A KR20120040845 A KR 20120040845A KR 1020100102318 A KR1020100102318 A KR 1020100102318A KR 20100102318 A KR20100102318 A KR 20100102318A KR 20120040845 A KR20120040845 A KR 20120040845A
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허병기
김동현
최우혁
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평화오일씰공업주식회사
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Abstract

본 발명은 내열성 및 기계적 물성치가 향상된 베어링 씰의 고무 조성물을 개시한다. 본 발명에 따른 베어링 씰의 고무 조성물은, 니트릴 부타디엔 고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber)로 이루어진 폴리머와, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 80 내지 100 중량부를 가지고, 실리카계 소재로 이루어지며, 무색 또는 흰색을 띠는 충진 보강제와, 상기 폴리머를 유색 발현시키는 안료와, 퍼옥사이드계 및 황(sulfer)으로 이루어진 가류제를 포함한다.

Description

베어링 씰의 고무 조성물{RUBBER COMPOSITE FOR BEARING OIL SEAL}
본 발명은 베어링 씰의 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 적용되는 베어링에 사용되는 베어링 씰의 고무 조성물에 관한 것이다.
베어링이란 차량의 하중과 동력을 받는 상태에서 자체 윤활성 내지 진동체의 미끄럼성을 이용하여서 회전, 왕복, 측압, 각도요동운전 등의 다양한 운동형태로 힘을 전달시키거나, 움직여주는 장치이다.
상기 베어링은 베어링 씰을 포함한다. 상기 베어링 씰은 오일의 누수방지, 외부 먼지 침입방지 및 로드 윤활면을 보호해주는 기능을 한다.
상기 베어링의 일예로 내륜과, 외륜과, 복수의 볼들을 포함할 수 있다. 이 경우, 내륜은 로드와 일체로 움직이도록 결합된다. 외륜은 상기 내륜과 반경방향으로 대향되는 프레임에 고정된다. 볼은 상기 내륜과 외륜 사이에 구름 접촉되도록 원주방향으로 복수개가 삽입된다. 이를 통하여, 베어링은 상기 볼의 구름 접촉에 의해 상기 외륜과 내륜 간 상대 운동이 가능토록 함으로써 상기 로드를 지지한다.
상기 외륜과 내륜 사이에는 상기 볼의 구름 저항이 최소가 되도록 윤활유가 충진되며, 상기 윤활유의 누유 및 상기 윤활유에 이물질이 혼입되는 것을 방지하기 위해 밀봉작용을 행하는 베어링 씰이 설치된다.
통상적으로 상기 베어링 씰은 니트릴 부타디엔 고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber)를 주로 사용하여, 흑색을 띤다.
그런데, 차량에서 베어링과 접하는 오일은 100℃까지 올라가므로, 베어링 씰은 내유성과 함께 우수한 내열성을 가져야 한다. 더욱이 최근에 차량부품의 품질 보증 기간의 연장과 함께, 완성차 메이커의 가혹조건에서의 요구 물성치가 보다 까다로워짐으로써, 베어링 씰의 내열성 기준이 보다 까다로워지고 있다.
또한, 종래의 베어링 씰은 검은 색깔을 가진다. 그런데, 제품의 다양화와 관련하여, 다른 제품과의 구별을 위하여 유색(有色)을 가진 베어링 씰을 필요로 하나, NBR 고무를 착색하는 경우 고무의 내열성을 비롯한 기술적 물성이 열화된다는 문제점이 있다.
[해결하려는 과제]
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 유색을 가짐과 동시에 우수한 내열성을 가지는 베어링 씰의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제의 해결 수단]
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베어링 씰의 고무 조성물은, 폴리머와, 충진 보강제와, 안료를 포함한다. 폴리머는 니트릴 부타디엔 고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber)로 이루어진다. 충진 보강제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 80 내지 100 중량부를 가지고, 실리카계 소재로 이루어지며, 무색 또는 흰색을 띤다. 안료는 상기 폴리머를 유색 발현시킨다. 가류제는 퍼옥사이드 및 황(sulfer)으로 이루어진다.
상기 디큐밀 퍼옥사이드는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 충진 보강제는, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 35 중량부를 가지는 Nipsil E74P와, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 45 중량부를 가지는 Dixie Clay와, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 중량부를 가지는 Aerosil 200으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은, Suntight R 및 A.O.F로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지는 노화 방지제와, 징크 옥사이드(zinc oxide)와, 스테아린 산과, 실란 커플링 첨가제(Silane coupling agent)로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 7 내지 11 중량부를 가지는 가류조제와, 테트라메틸티우람 디설파이더(Tetramethythiuram Disulfide) 및 N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothianole Sulfenamide)로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여1 내지 3 중량부를 가지는 촉진제와, 디에스테르계로 이루어지며, 상기 폴리머100 중량부에 대하여 7 내지 13 중량부를 가지는 가소제를 더 포함할 수 있다.
상기 안료는 프탈로 시아닌, 안트라퀴논 레드, 디스아조 오렌지, 티탄크롬 옐로우 및 산화크롬 중 어느 하나일 수 있다.
[발명의 효과]
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 베어링 씰이 기존의 베어링 씰과 대비 시에 보다 우수한 내열성을 가진다. 이에 따라서 베어링 씰의 밀봉성이 향상된다.
또한, 베어링 씰이 유색을 가지게 됨으로써, 다른 제품과의 구별이 간편하게 되어서 작업자의 조립 속도가 빨라지게 된다.
[발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]
이하, 본 발명인 베어링 씰의 고무 조성물의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
이 경우, 상기한 바와 같이, 베어링이란 차량의 하중과 동력을 받는 상태에서 자체 윤활성 내지 진동체의 미끄럼성을 이용하여서 회전, 왕복, 측압, 각도요동운전 등의 다양한 운동형태로 힘을 전달시키거나, 움직여주는 장치이고, 상기 베어링 씰은 상기 베어링에 포함되며, 오일의누수방지, 외부 먼지 침입방지, 로드 윤활면을 보호해주는 기능을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 씰의 고무 조성물은 폴리머와, 충진 보강제와, 안료와, 가류제를 포함하여 이루어진다.
폴리머는 니트릴 부타디엔 고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber)로 이루어진다. 상기 니트릴 부타디엔 고무는 내유성, 내마모성 및 내노화성이 양호하여서 오일의 누수방지, 외부의 먼지의 침입방지 및 로드의 윤활면의 보호 등의 기능을 할 수 있다.
충진 보강제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 본 발명에서 충진 보강제로 실리카계 소재를 사용한다. 실리카계 소재는 무색 또는 백색의 색깔을 가진다. 이에 따라서, 적절한 안료를 선택하여 배합하면 베어링 씰이 유색을 가지게 될 수 있다.
종래에는 기계적 물성치를 만족시키기 위하여, 충진 보강제로 카본 블랙을 적용하였으나, 이 경우에는 카본 블랙이 검은 색으로서 안료를 혼합하더라도 고무가 유색을 띨 수가 없다.
본 발명에 따르면, 충진 보강제로 실리카계를 사용하여서 고무가 유색을 갖게 된다. 이 경우, 충진 보강제로 실리콘 디옥사이드(SiO2)인 것이 보다 바람직한데, 이는 실리콘 디옥사이드가 색상을 부여하기 쉬울 뿐만 아니라, 기계적 물성 보강력이 우수하기 때문이다.
이 경우, 상기 충진 보강제는 폴리머 100 중량부에 대하여 80 내지 100 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 만약 중량부가 100을 초과하면 컴파운드 배합 가공이 어려워져 분산성이 열화되고, 중량부가 80 미만인 경우 기계적 물성이 떨어지기 때문이다.
상기 충진 보강제는 Nipsil E74P와, Dixie Clay와, Aerosil 200으로 이루어질 수 있다.
Nipsil E74P는 ㈜일본실리카사에서 생산, 판매되는 실리콘 디옥사이드(SiO2) 소재이다. 상기 Dixie Clay는 Dixie Clay사(Dixie Clay Company)에서 생산, 판매되는 고령토점토에 대한 상품명으로써, 고무 화합물에 사용되는 분자식이 Al2Si2O2(OH)4인 고령토점토 중 미세한 입자크기를 갖는 하드(hard clay)에 해당한다. Aerosil 200은 ㈜Evoinc에서 생산, 판매되는 실리콘 디옥사이드(SiO2) 소재이다.
이 경우, Nipsil E74P는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여35 중량부를 가지고, Dixie Clay는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 45 중량부를 가지며, Aerosil 200는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 중량부를 가질 수 있다.
안료는 상기 고무를 유색을 띠도록 발현시킨다. 상기 안료는 고무에 대하여 화학적 영향이 없는 물질이 사용 가능하다. 상기 안료는 발현하려고 하는 색에 맞추어, 프탈로 시아닌, 안트라퀴논 레드, 디스아조 오렌지, 티탄크롬 옐로우 및 산화크롬(녹색) 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 상기 안료의 함유량은 폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3 중량부인 것이 바람직한데, 상기 중량부가 0.5 이하이면 고무의 착색력 및 제반 물성을 나타내지 못하고, 상기 중량부가 3을 초과하면, 고무가 연화되어 강도가 하락하는 문제점이 있다.
가류제는 혼련된 고무가 적정 온도로 가열될 때 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 한다. 상기 가류제는 황과 함께 퍼옥사이드계 가류제를 적용할 수 있다. 상기 퍼옥사이드계 가류제는 통상적인 황 가류제보다 우수한 열적 노화성을 나타낸다.
보다 바람직하게는 상기 가류제로서 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl peroxide)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디큐밀 퍼옥사이드의 함유량은 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부인 것이 바람직한데, 상기 중량부가 1 이하이면 우수한 열적 노화성을 가지기 어렵게 되고, 상기 중량부가 2를 초과하면, 스코치가 발생할 우려가 있다.
한편, 본 발명의 베어링 씰은 노화 방지제와, 가류조제와, 촉진제와, 가소제를 더 포함할 수 있다.
노화 방지제(antioxidant)는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 산화방지제와 같은 작용을 갖는 것이 많기 때문에 산화방지제라고도 한다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다.
본 발명에서는 노화 방지제로 Suntight R 및 A.O.F로 이루어질 수 있다. Suntight R은 ㈜SEICO CHEM사에서 생산되는 것으로서, 합성 왁스와 높은 지방성 아미드와의 합성 물질(Mixture of synthetic wax and higher fatty amide)이다. 상기 합성 왁스는 안료를 잘 분사시키는 기능도 겸한다.
A.O.F는 ㈜ 대내신흥사에서 생산 및 판매되는 것으로서, N,N'-디-2-나프탈-피-페닐린-디아민(N,N'-Di-2-Naphthyl-P-Phenylene-Diamine) 소재이다.
이 경우, 상기 노화 방지제는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
가류조제는 폴리머의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 상기 가교조제로서 산화아연(Zinc oxide), 스테아린 산(Stearic Acid)과, 실란 커플링 첨가제(Silane Coupling Agent)를 포함할 수 있다.
이 경우, 실란 커플링 첨가제란 한쪽 말단에는 유기 기능기(Organic Functional Group)가 달려있고 다른 한쪽에는 메톡시기나 에톡시기가 달려있는 것을 의미한다. 실란은 기본적으로 상온에서 물에 의해 축합반응을 일으켜 고분자화 된다. 한쪽말단의 에톡시기가 물에 의해 가수분해되어 에탄올이 떨어지고 Si-OH기가 되는데 이 Si-OH기가 불안정하여 Siloxane 결합인 Si-O-Si로 결합을 하게 되어 실란이 가교되어 겔화된다. 상기 가류조제의 함량은 상기 폴리머100 중량부에 대하여 7 내지 11 중량부를 가질 수 있다.
가소제는 상기 폴리머를 유연하게 해주는 역할을 한다. 가소제의 작용을 예를 들어 간단히 설명하면, 플라스틱은 긴 끈 같은 분자가 모여서 된 것으로, 분자 사이에 서로 끌어당기는 힘이 강할수록 딱딱해진다. 이 경우 분자 사이에 가소제가 끼어들면 플라스틱 분자 사이의 직접 끌어당기는 힘이 약해져 잘 휘게 된다. 그러므로 가소제는 상기 폴리머에 잘 섞일 수 있는 성질, 즉 섞임성이 있는 것이 유리하다.
본 발명에서는 가소제로 디에스테르계로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 7 내지 13 중량부를 가질 수 있다.
촉진제는 가류온도를 낮추고 가류시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 가류제품의 물성을 개선시키는 기능을 한다.
본 발명에서 촉진제는 테트라메틸티우람 디설파이더(Tetramethythiuram Disulfide) 및 N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothianole Sulfenamide)로 이루질 수 있다.
테트라메틸티우람 디설파이더을 사용하면 스코치 경향이 작다는 장점이 있다. N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드는 지효성촉진제로서, 인장강도가 우수하게 된다. 상기 촉진제의 함량은 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 충진보강제를 실리카계를 적용하고 안료를 첨가함으로써, 베어링 씰이 유채색을 띨 수 있게 된다. 또한, 가류제를 황 및 퍼옥사이드계를 함께 사용하고, 가소제, 촉진제, 및 가류 조제 등의 첨가물을 적절한 소재 및 함유량을 적용함으로써, 내열성 및 기계적 물성치가 우수하게 된다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고무 조성물(이하 편의상 "실시예"라고 칭함.)을 종래의 베이링 씰의 고무조성물(이하, 편의상 "비교예"라고 칭함.)간의 성질을 각종 테스트하여 서로 비교함으로써, 상기 효과를 더욱 명확하게 설명한다.
표 1은 상기 각종 테스트에 적용되는 실시예와 비교예의 구성성분을 비교하여 나타낸 표이다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 NBR1 ) 100 100
충진보강제 SRF2 ) 55 0
Nipsil E74P3 ) 0 35
Dixie Clay4 ) 0 54
Aerosil 2005) 0 10
노화방지제 Suntight R6 ) 2 1
A. O. F7) 3 1
가류조제 ZnO28 ) 10 10
Stearic Acid9 ) 1 1.5
A-17210) 0 8
가류제 Sulfur11 ) 0.6 0.6
DCP12 ) 0 1
촉진제 TMTD13 ) 2.5 2.5
CBS14 ) 3 0
가소제 TP-9515) 5 10
안료 대한Blue330016 ) 0 1
1) NBR: ACN(33%) NBR, ㈜JSR
2) SRF : N-774, ㈜DCC
3) Nipsil E74P : SiO2, ㈜日本SILICA
4) Dixie Clay : SiO2.Al2O3, ㈜R.T.Vanderbilt
5) Aerosil200 : SiO2, ㈜Evoinc
6) Suntight R : Mixture of synthetic wax and higher fatty amide, ㈜SEIKO CHEM
7) A.O F : N,N'-Di-2-Naphthyl-P-Phenylene-Diamine, ㈜대내신흥
8) ZnO : Zinc oxide, ㈜SBC
9) Stearic Acid : 스테아린산, ㈜NATOLEO
10) A-172 : Silane Coupling Agent, ㈜태화
11) Sulfur : 황, ㈜미원상사
12) DCP : Dicumyl Peroxide, ㈜NOF
13) TMTD : Tetramethylthiuram Disulfide, ㈜Flexsys
14) CBS : N-cyclohexyl-2-benzothiazole Sulfenamide, ㈜Flexsys
15) TP-95 : Diester 계, ㈜ROHM & HAAS
16) 대한Blue3300 : Cu-Phthalocyanine, 대한스위스화학
표 2는 기본물성 시험 및 내열성 시험 결과 상기 실시예와 비교예의 내열성, 경도 및 인장강도를 비교 표시한 표이다.
이 경우, 내열시험은 100℃의 주위 분위기에서 1000시간 노출시킨 다음 그 경도 변화를 관찰하였다. 이 경우, 내열 시험, 경도 시험 및 인장강도 시험은 각각 KS M 6518의 규격을 만족하였다.
그 결과 실시예는 청색을 띠었고, 비교예는 검정색이었다. 즉, 실시예의 경우 유색을 가지고 있다.
또한, 실시예의 경도 및 인장강도는 각각 77 Shore A 및 195 Kgf/cm2 로, 비교예의76 Shore A 및 182 Kgf/cm2 보다 거의 같거나 높은 수준이다.
또한, 내열성시험에서, 비교예의 경우 경도변화가 +14 인데 반하여, 실시예는 경도변화가 +10으로서, 실시예의 경우가 보다 우수한 것을 알 수 있었다.
상기한 바와 같이, 실시예의 경우, 유색을 가진 베어링 씰의 제조가 가능하고, 기계적 물성 및 내열성 또한 비교예보다 우수한 것을 알 수 있다.
항 목 요구물성 비교예 실시예 관련규격
기본물성 색상 유색 검정 청색
경도(Shore A) - 77 76 KS M 6518
인장강도(kgf/cm2) - 195 182
내열성
100℃×1000H		 경도변화(pts) - +14 +10
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 니트릴 부타디엔 고무(NBR, Nitrile Butadiene Rubber)로 이루어진 폴리머
    상기 폴리머 100 중량부에 대하여80 내지 100 중량부를 가지고, 실리카계 소재로 이루어지며, 무색 또는 흰색을 띠는 충진 보강제
    상기 폴리머를 유색 발현시키는 안료 및
    퍼옥사이드계 및 황(sulfer)으로 이루어진 가류제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 씰의 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼옥사이드계는 디큐밀 퍼옥사이드이고,
    상기 디큐밀 퍼옥사이드는 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 베어링 씰의 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충진 보강제는. 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 35 중량부를 가지는 Nipsil E74P와, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 45 중량부를 가지는 Dixie Clay와, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 10 중량부를 가지는 Aerosil 200로 이루어진 것을 특징으로 하는 베어링 씰의 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    Suntight R 및 A.O.F로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부를 가지는 노화 방지제와
    징크 옥사이드(zinc oxide)와, 스테아린산과, 실란 커플링 첨가제(Silane coupling agent)로 이루어지며, 상기 폴리머100 중량부에 대하여 7 내지 11 중량부를 가지는 가류조제와
    테트라메틸티우람 디설파이더(Tetramethythiuram Disulfide) 및 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothianole Sulfenamide)로 이루어지며, 상기 폴리머100 중량부에 대하여 1 내지 3 중량부를 가지는 촉진제와
    디에스테르계로 이루어지며, 상기 폴리머 100 중량부에 대하여 7 내지 13 중량부를 가지는 가소제
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 씰의 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안료는 프탈로 시아닌, 안트라퀴논 레드, 디스아조 오렌지, 티탄크롬 옐로우 및 산화크롬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 베어링 씰의 고무 조성물.
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