KR20120041069A

KR20120041069A - 고무 조성물 및 이를 포함하는 다이나믹 댐퍼

Info

Publication number: KR20120041069A
Application number: KR1020100102659A
Authority: KR
Inventors: 홍의석; 이성훈; 양경모
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-04-30

Abstract

본 발명은 에틸렌-프로필렌(EPDM) 고무 100 ~ 150 중량부; 파라핀오일 10 ~ 30 중량부; 무기 충전제 20 ~ 50 중량부; 과산화물 가교제 1 ~ 10 중량부; 가교촉진제 1 ~ 10 중량부; 및 노화방지제 1 ~ 10 중량부를 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.
상기 본 발명에서 제시하는 고무 조성물의 조성 및 조성비의 특정에 의하여, 내열성이 우수하고, 저온에서 고유주파수 변화율이 우수한 고무 조성물이 제공된다. 따라서 상기 고무 조성물을 자동차의 다이나믹 댐퍼로 사용시, 엔진의 온도가 높은 곳에서도 사용이 가능하고, 계절이나 온도에 상관없이 초기 승차감을 유지하는 효과가 있게 된다.

Description

고무 조성물 및 이를 포함하는 다이나믹 댐퍼{Rubber Composition and Dynamic Damper Comprising the Same}

본 발명은 고무 조성물 및 이를 포함하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

자동차의 다이나믹 댐퍼는 적은 비용으로 진동을 효과적으로 흡수할 수 있는 부품이다. 진동이 발생하는 부위에 그 진동과 동일한 고유주파수를 가지게 설계한 다이나믹 댐퍼를 부착하여 발생 된 진동을 흡수하는 것이 작동 원리이며 이때 재료의 손실계수가 높으면 진동 흡수의 효율이 더욱 좋아진다. 따라서 어떠한 환경조건에서도, 본래의 고유주파수를 유지하고 손실계수는 높으며, 노화 성능이 향상되어 장기적인 진동 절연 성능 확보를 위한 연구가 진행되었다.

다이나믹 댐퍼의 재료로써, 진동 절연 성능이 우수한 고무 재료를 사용하는 것이 일반적이었다. 다만, 고무 재료의 특성상 저온에서는 굳어져 고유주파수가 상승하고, 고온에서는 풀어져 고유주파수가 낮아지는 양상을 나타내는 문제가 있었다. 또한 자동차의 고성능화와 엔진룸의 집적화에 의해 엔진룸 분위기 온도가 상승함으로 인하여 근처 댐퍼 재료의 노화를 촉진하며, 노화된 댐퍼재료는 고유주파수가 상승하여 진동 흡수의 기능이 약화되는 문제가 있었다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 내열성을 확보하고 진동절연성을 높이기 위한 목적으로 기존의 재질(천연고무)에서 천연고무 + 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 천연고무 + 부틸고무 등이 개발되었으나, 천연고무의 내열성에서 크게 나아지지 못하며, 천연고무+부틸고무의 경우는 손실계수는 높아진 반면, 저온(-20℃)구간에서 고유주파수 상승율이 너무 높아 댐퍼로서의 진동 절연 성능을 상실하는 경우가 발생하는 문제가 있었다.

이에 본 발명자는 자동차용 다이나믹 댐퍼용으로 최적화된 고무 조성물에 대하여 연구한 결과 내열성이 우수하고, 저온에서 고유주파수 변화율이 우수한 고무 조성 및 그 조성비를 개발하고 본 발명을 완성하게 되었다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 에틸렌-프로필렌(EPDM) 고무 100 ~ 150 중량부; 파라핀오일 10 ~ 30 중량부; 무기 충전제 20 ~ 50 중량부; 과산화물 가교제 1 ~ 10 중량부; 가교촉진제 1 ~ 10 중량부; 및 노화방지제 1 ~ 10 중량부를 포함하는 고무 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 고무 조성물을 포함하는 다이나믹 댐퍼를 제공한다.

상기 본 발명에서 제시하는 고무 조성물의 조성 및 조성비의 특정에 의하여, 내열성이 우수하고, 저온에서 고유주파수 변화율이 우수한 고무 조성물이 제공된다. 따라서 상기 고무 조성물을 자동차의 다이나믹 댐퍼로 사용시, 엔진의 온도가 높은 곳에서도 사용이 가능하고, 계절이나 온도에 상관없이 초기 승차감을 유지하는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.

본 발명은 에틸렌-프로필렌(EPDM) 고무 100 ~ 150 중량부; 파라핀오일 10 ~ 30 중량부; 무기 충전제 20 ~ 50 중량부; 과산화물 가교제 1 ~ 10 중량부; 가교촉진제 1 ~ 10 중량부; 및 노화방지제 1 ~ 10 중량부를 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.

상기 에틸렌-프로필렌(EPDM) 고무는 중량평균분자량 260,000 ~ 270,000 이고, 무늬 점도가 20 ~ 30이며, 에틸렌 함량이 40 ~ 60 중량%인 에틸렌-프로필렌 고무를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 에틸렌-프로핀렌 고무를 사용할 시, 저온 유연성이 향상되고 결정화도가 낮아져, 가공성 및 저온 특성이 향상된다.

상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 활석, 점토, 실리카, 마이카, 이산화티탄, 카본블랙, 흑연, 울라스토나이트, 및 나노실버로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 충전제인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 카본블랙을 선택할 수 있다.

상기 에틸렌-프로필렌 고무와 배합되는 파라핀오일 및 무기 충전제는 상기 중량부 범위에서 배합되는 것이 바람직하다. 일반적으로 파라핀 오일은 에틸렌-프로필렌 고무 100 ~ 150 중량부에 대하여, 50 ~ 70 중량부로 배합하나, 본 발명에서는 10 ~ 30 중량부로 최소화 하였으며, 이는 에틸렌-프로필렌 고무의 배합량을 최대로 하기 위한 것으로, 상기 범위로 배합 시 경도가 Shore A 기준으로 40 ~ 60정도로 나타나게 된다.

또한 본 발명에서 가교제는 상기와 같이 과산화물 가교제를 사용하였다. 기존 기술에서 일반적으로 사용되는 황 가교제에 비하여 우수한 내열성의 장점이 있다. 상기 과산화물 가교제로는 디쿠밀퍼옥사이드, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 디-(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 부틸-4,4-비스(tert-부틸디옥시)발러레이트, 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디-(t-부틸퍼옥시)-헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 및 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥심-3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 디(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠을 사용할 수 있다.

상기 가교 촉진제는 트리아릴시아누레이트(TAC), 트리아릴이소시아누레이트(TAIC), 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트(TPTM), 에티렌 디메타아크릴레이트(EDMA) 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물이 될 수 있다.

상기 노화방지제는 산화현상을 억제 및 지연시키는 것으로, 아민계, 퀴놀린계, 페놀계, 이미다졸계 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 사용할 수 있다. 바람직하게로는 디하이드로퀴놀린, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민 (N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 고무 조성물을 포함하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

이하 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 , 비교예 1 ~ 2

하기 표 1과 같은 배합의 고무 조성물을 이용하여 다이나믹 댐퍼용 재료시편 및 시제품을 제작하였다. 비교예 1은 천연고무를 단독으로 사용한 고무 조성물이고, 비교예 2는 손실계수를 높이기 위해 천연고무에 부틸고무를 블렌드한 고무 조성물이다.

구분		중량부
구분		실시예	비교예 1	비교예 2
고무	EPDM(KEP-7141, 금호폴리켐社)	100	-
	천연고무(SMR CV60, 금호폴리켐社)	-	100	60
	부틸고무(BR-IIR 2244, 금호폴리켐社)	-	-	40
무기 충전제	카본블랙(N330, Corax 社)	35	45	40
가교제	황(미원社)	-	0.5	0.4
가교제	Di-(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene	3	-	-
가교 촉진제	트리아릴 시아누레이트(TAC)	1.5	-	-
	트리아릴 이소시아누레이트(TAIC)	1.5	-	-
	카본블랙(N330, Corax 社)	-	2	2
	디벤조티아질 디설파이드 (DM, Crompton 社)	-	1.5	1.5
	테트라메틸티우람 디설파이드 (TT, 동양제철화학 社)	-	1.5	1.5
가소제	파라핀오일(미창석유 社)	15	-	-
노화 방지제	N-이소프로필-N’-페닐-p-페닐렌디아민 (Crompton 社)	2	2	2
	N-(1,3-디메틸부틸)-N’-페닐-p-페닐렌디아민 (Crompton 社)	2	2	2
	2-메르캅토 벤지미다졸 ( Qingdao rubber chemical社)	1.5	1.5	1.5
	2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 (Bayer 社)	2	2	2
	선녹왁스(sunnoc, 용진유화 社)	2	2	2
가공조제	스테아린산	2	2	2
가공조제	산화아연	2	8	8
KEP-7141 : 에틸렌 함량 51%를 함유, 무늬점도 27, 중량평균분자량 약 260,000

시험예

실시예 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 고무시편 및 제품을 평가하기 위해 다음과 같은 항목들에 대해 시험을 행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내고 비교 평가하였다.

다이나믹 댐퍼 고무의 경도 측정은 KS M 6784에 준하여 수행하였다.

다이나믹 댐퍼 고무의 인장강도의 측정은 KS M 6782에 따라 아령형 3호로 수행하였다.

다이나믹 댐퍼 고무의 노화물성 평가는 100℃에서 240 시간 노화 후 물성변화를 기록하였다.

다이나믹 댐퍼의 고유주파수는 지그에 체결하여 1G로 가진하여 측정하였다.

다이나믹 댐퍼 고무의 손실계수는 DMTA 장비를 이용하여 -100℃ 에서 150℃까지 승온하면서, 정변형(Static strain) 3%, 동변형(Dynamic strain) 0.1% 의 조건으로 가진하여 나타난 값을 기록하였다.

시험항목		실시예	비교예1	비교예2
상태물성	경도(Hs)	45	50	46
상태물성	인장강도(kgf/cm²)	100	244	195
노화물성	경도변화(△Hs)	+3	+5	+4
노화물성	인장강도변화율(%)	+4	-22	-21
고유주파수 변화율(%)	-20℃	26	35	173
고유주파수 변화율(%)	100℃	-27	-20	-30
손실계수		0.12	0.05	0.18

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 ~ 2와 같이 천연고무를 사용하거나 천연고무에 부틸고무를 블렌드한 고무재료에 비해 실시예의 EPDM 재료가 100℃ 로 240시간 노화 후 경도와 인장강도 변화가 적어 내열성이 우수한 것으로 나타났다.

고유주파수 변화율은 저온영역에서는, 비교예 1 ~ 2에 비해 실시예가 우수하게 나타났으며 특히 손실계수를 높이기 위해 부틸고무를 블렌드한 비교예 2에 비해서는 1/7 수준으로 우수하게 나타났다. 고온영역에서는 비교예 1 에 비해 약간 좋지 않게 나타났으나 비교예 2 보다는 우수하게 나타났다. 손실계수는 손실계수를 높이기 위한 배합인 비교예 2 보다 약간 낮으나 비교예 1 보다 두 배 이상으로 우수하게 나타났다.

Claims

에틸렌-프로필렌(EPDM) 고무 100 ~ 150 중량부;
파라핀오일 10 ~ 30 중량부;
무기 충전제 20 ~ 50 중량부;
과산화물 가교제 1 ~ 10 중량부;
가교촉진제 1 ~ 10 중량부; 및
노화방지제 1 ~ 10 중량부
를 포함하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 에틸렌-프로필렌 고무는 중량평균분자량 260,000 ~ 270,000 이고, 무늬 점도가 20 ~ 30 이며, 에틸렌 함량이 40 ~ 60 중량%인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 무기 충전제는 탄산칼슘, 활석, 점토, 실리카, 마이카, 이산화티탄, 카본블랙, 흑연, 울라스토나이트, 및 나노실버로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 충전제인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 과산화물 가교제는 디쿠밀퍼옥사이드, 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 디-(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 부틸-4,4-비스(tert-부틸디옥시)발러레이트, 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디-(t-부틸퍼옥시)-헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥심-3으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 가교 촉진제는 트리아릴시아누레이트, 트리아릴이소시아누레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 에티렌 디메타아크릴레이트 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항에 있어서, 상기 노화 방지제는 디하이드로퀴놀린, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고무 조성물.
제1항 내지 제 6항 중에서 선택된 어느 한 항의 고무 조성물을 포함하는 다이나믹 댐퍼.