KR100422767B1 - 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이피디엠(Ethyrene Propylene Diene Monomer) 고무와 플라스틱의 무접착형 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이피디엠 고무 조성물의 성분 및 조성을 조절함으로써, 이피디엠 고무와 종래의 무정형 엔지니어링 플라스틱 접착시 종래와 달리 접착제를 사용하지 아니하고 접착할 수 있어 비용이 절감되고, 제조공정이 간단하며, 용매를 필요로 하지 않는 방법과 이에 따라 제조된 부품에 관한 것이다.

Description

이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품 및 제조 방법{Without adhesive parts development of EPDM rubber and plastic, and manufacturing method thereof}

본 발명은 이피디엠(Ethyrene Propylene Diene Monomer : EPDM) 고무와 플라스틱의 무접착형 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이피디엠 고무 조성물의 성분 및 조성을 조절함으로써, 이피디엠 고무와 종래의 무정형 엔지니어링 플라스틱 접착시 종래와 달리 접착제를 사용하지 아니하고 접착할 수있어 비용이 절감되고, 제조공정이 간단하며, 용매를 필요로 하지 않는 방법과 이에 따라 제조된 부품에 관한 것이다.

종래의 고무와 금속 또는 고무와 플라스틱의 접합시에는 반드시 접착제가 필요하였다. 즉, 고무와 금속의 접합시에는 접착제로써 켐록(chemlok)을 많이 사용하였는데, 이에 사용된 접착제는 환경 오염에 미치는 영향이 큰 문제점이 있었으며, 금속을 사용함에 따라 부품의 중량이 크게 되고 원가가 많이 소요되었다.

이러한 예로, 자동차 상부 장착용 라디에이터 어셈블리 브라켓 (bracket assy-radiator mtg upr) 은 금속과 고무를 접착제로 접착한 후 조립(assembly)하여 제작하는 부품으로서, 온도가 100 ℃ 이상 올라가기 때문에 니트릴고무(Nitrile Rubber : NR)나 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber : SBR) 를 사용하기 어렵다.

고무와 플라스틱 접합 부품을 제조하는 공지된 방법은 플라스틱 탈지, 프라이머 도포, 건조, 접착제 도포, 건조 및 고무사출의 단계로 이루어져 있다. 그런데, 상기 방법은 그 제조 공정이 복잡하고 공정의 자동화가 이루어지지 않아 시간과 인력이 많이 소요되고, 제품의 품질 관리가 어려운 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자는 고무와 금속의 접착시 접착제를 사용할 경우 금속 사용에 따른 고중량과 이에 의한 고비용 및 환경 오염과 부품 제조 공정의 복잡화에 따른 인력 및 시간의 소요, 공정의 비자동화로 인한 품질관리의 난이성으로 나타나는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력하였다. 한편, 이피디엠 고무는 오존성, 내후성 및 노화성이 우수하고, 150 ℃까지의 내열성과 수증기에 견디는 특성을 가지며, 종래의 무정형 플라스틱인 베스토란(VESTORAN)은 수축율과 열변형성이 적고, 내방수성이 우수하며 밀도가 낮은 특징을 가지고 있음을 확인하고 이를 이용한 결과, 이피디엠 고무와 종래의 무정형의 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 고무-플라스틱 접착 부품을 제조하되, 접착제를 사용하지 아니하고 접착하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

도 1은 본 발명의 이피디엠 고무와 베스토란의 화학 구조와 결합상태를 나타낸 것이다.

도 2는 종래의 고무와 플라스틱의 접착 공정을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 이피디엠 고무와 플라스틱의 접착 공정을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 실제 제작 모형이다.

본 발명은 고무와 플라스틱이 접착되어 이루어진 고무 부품에 있어서,

상기 고무는 에틸렌 함량이 45 ∼ 55 %, ENB (Ethylidene Norbornene) 함량이 2 ∼ 6 % 인 이피디엠 고무 80 ∼ 100 중량부와 카본 블랙 70 ∼ 90 중량부, 접착 강화 첨가제 8 ∼ 12 중량부, 산화 아연 4 ∼ 6 중량부, 가공유 0.8 ∼ 1.2 중량부, 내열 노화 방지제 0.5 ∼ 1.5 중량부, 과산화물 가교 보조제 1.2 ∼ 1.8 중량부 및 과산화물 촉진제 4 ∼ 8 중량부를 함유하는 이피디엠 고무 조성물이고, 상기 플라스틱은 무정형 엔지니어링 플라스틱인 것임을 특징으로 하는 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품과 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품 및 이의 제조 방법에관한 것으로, 더욱 상세하게는 이피디엠 고무 조성물의 성분 및 조성을 조절하여 이피디엠 고무와 종래의 무정형의 엔지니어링 플라스틱을 접착제를 사용하지 아니하고 접착하는 방법과 이에 따라 제조된 부품에 관한 것으로서, 원가 절감 및 중량 감소에 따른 10 ∼ 15 % 의 비용 절감과 제조 공정 단축에 인한 15 ∼ 20 %의 비용 절감 효과와 공정의 완전 자동화로 인한 품질관리가 용이해지고 접착제 미사용으로 인한 무솔벤트화가 가능한 효과를 나타내는 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착제 부품 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

도 1에 본 발명에서 사용한 이피디엠 고무와 베스토란의 화학구조와 이피디엠 고무와 베스토란의 결합 상태를 나타내었다.

이피디엠 고무는 에틸렌함량 52 %, ENB 함량 4 % 의 주요 구성성분을 함유한 BUNA EP G5450(Bayer AG사 제품) 80 ∼ 100 중량부 사용한다. 이때, 에틸렌 함량이 상기 범위를 벗어나면 인장강도 및 인열강도가 저하하며, ENB 함량이 상기 범위를 벗어나면 가교가 잘 이루어지지 않고 인장강도 및 영구압축줄음율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 고무 함량이 80 중량부 미만이면 고무의 기계적 성질인 탄성 및 내마모성이 저하되며, 100 중량부를 초과하면 기타 배합제의 효과가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 이피디엠 고무의 조성물로 사용된 카본블랙(carbon black)은 매끄러움이 좋으며 내부발열이 적고, 열전도성이 좋은 FEF(Fast Extrusion Furnace)를 사용하였으며 함유량은 70 ∼ 90 중량부 이다. 이때 그 함량이 70 중량부 미만이면 고무의 경도가 너무 낮아지고, 90 중량부를 초과하면 고무의 경도가 너무 높아지는 문제점이 있다.

이피디엠 고무와 베스토란의 접착성 향상을 위해 접착 강화 첨가제 (vestenamer)를 8 ∼ 12 중량부 사용한다. 이때, 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 이피디엠 고무와 베스토란의 접착 불량이 발생한다.

산화 아연(ZnO)은 4 ∼ 6 중량부를 사용하며, 이때 그 함량이 4 중량부 미만이면 황의 가교 속도가 둔화되고, 6 중량부를 초과하면 가교속도의 활성화가 지나쳐 물성의 저하되는 문제점이 있다.

가공유는 파라핀 오일을 0.8 ∼ 1.2 중량부를 사용한다. 이때 그 함량이 0.8 중량부 미만이면 배합이 부드럽게 잘 이루어지지 않으며, 1.2 중량부를 초과하면 경도가 저하되는 문제점이 있다.

과산화물 가교 보조제(co-agent)로 BDMA(butanediol-dimethacrylate)를 1.2 ∼ 1.8 중량부 사용하였으며, 이때 그 함량이 1.2 중량부 미만이면 가교밀도가 떨어지며, 1.8 중량부를 초과하면 지나친 가교밀도로 물성이 떨어지는 문제점이 있다.

과산화물 촉진제는 4 ∼ 8 중량부 사용하였다. 이때 그 함량이 상기 범위를 벗어나면 가교의 활성화가 둔화되어 고무 물성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용한 베스토란은 변형 폴리페닐렌 에테르(m-polyphenylene ether : m-PPE)로 이루어진 무정형 플라스틱으로 독일의 Degussa-huels社 제품이다.

종래의 고무와 플라스틱을 접착하는 공정은 도 2에 나타낸 바와 같이 원료플라스틱을 탈지한 다음, 프라이머를 도포하고, 75 ∼ 80 ℃에서 30 ∼ 40 초 동안 건조시킨 후 접착제를 도포하여 80 ∼ 85 ℃ 에서 건조시킨 후 160 ∼ 180 ℃ 에서 고무를 사출하는 6 단계 공정으로 이루어졌다. 상기 제조 공정은 비자동화로 수행되었으므로 균일한 품질관리가 어려웠으며 시간과 노동력의 소비가 많았다.

본 발명에 의한 접착제를 사용하지 아니한 이피디엠 고무와 플라스틱의 합성 고무 부품 제조 공정은 도 3에 나타낸 바와 같이 원료 플라스틱으로 내파이프를 180 ∼ 200 ℃의 사출온도에서 사출한 다음 고무를 170 ∼ 190 ℃의 사출온도에서 사출하는 2 단계로 이루어지며, 이때 고부의 사출온도가 170 ℃ 미만이면 플라스틱과의 접착이 잘 이루어지지 않으며, 190 ℃를 초과하면 고무의 성형이 잘 이루어지지 않는다.

상기 공정에 의하여 도 4에 나타낸 것과 같은 이피디엠 고무와 베스토란이 접착된 부품을 얻을 수 있으며, 공정상 특히 주의할 사항은 절대적으로 청결해야하며 반드시 장갑을 끼고 작업해야 하며, 그렇지 않으면 고무를 사출하기 전에 톨루엔(toluene)이나 크실렌(xylene)으로 사출부위를 깨끗이 청소해야 할 필요가 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상이 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예

본 발명의 이피디엠 고무의 성분 및 조성을 다음 표 1에 나타내었고, 또한 본 발명의 이피디엠 고무와 베스토란의 물성을 다음 표 2와 표 3에 각각 나타내었다.

본 발명에 의한 이피디엠 고무와 플라스틱의 합성 고무 부품을 자동차 상부 장착용 에셈블리 브라켓에 적용시 비용 절감의 결과는 다음 표 4에 나타내었다. 본 발명에서 상기 부품을 적용한 차종으로 라비타(LAVITA, (주)현대자동차), 트라제 엑스지(TRAJET XG, (주)현대자동차), 테라칸(TERRACAN, (주)현대자동차)을 선택하였다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 접착제를 사용하지 아니한 이피디엠 고무와 플라스틱의 합성 고무 부품과 이의 제조 방법에 의하면, 원가 절감 및 중량 감소에 따른 10 ∼ 15 % 의 비용 절감, 제조 공정 단축에 인한 15 ∼ 20 %의 비용 절감 효과와 공정의 완전 자동화로 인한 품질관리가 용이해지고 접착제를 사용하지 않으므로 용매를 필요로 하지 않아 환경오염을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 고무와 플라스틱이 접착되어 이루어진 고무 부품에 있어서,

   상기 고무는 에틸렌 함량이 45 ∼ 55 % 이고, ENB(Ethylidene Norbornene) 함량이 2 ∼ 6 % 인 이피디엠 고무 80 ∼ 100 중량부와 카본 블랙 70 ∼ 90 중량부 , 접착 강화 첨가제 8 ∼ 12 중량부, 산화 아연 4 ∼ 6 중량부, 가공유 0.8 ∼ 1.2 중량부, 내열 노화 방지제 0.5 ∼ 1.5 중량부, 과산화물 가교 보조제 1.2 ∼ 1.8 중량부 및 과산화물 촉진제 4 ∼ 8 중량부를 함유하는 이피디엠 고무 조성물이고,

   상기 플라스틱은 무정형 엔지니어링 플라스틱인 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품.
2. 1) 무정형 엔지니어링 플라스틱을 180 ∼ 200 ℃에서 사출하는 단계;

   2) 상기 1) 단계에서 사출된 플라스틱 표면에 이피디엠 고무 조성물을 입혀서 170 ∼ 190 ℃에서 사출하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 이피디엠 고무가 에틸렌 함량이 45 ∼ 55 % 이고,ENB(Ethylidene Norbornene) 함량이 2 ∼4 % 인 이피디엠 고무 80 ∼ 100 중량부와 카본 블랙 70 ∼ 90 중량부 , 접착 강화 첨가제 8 ∼ 12 중량부, 산화 아연 4 ∼ 6 중량부, 가공유 0.8 ∼ 1.2 중량부, 내열 노화 방지제 0.5 ∼ 1.5 중량부, 과산화물 가교 보조제 1.2 ∼ 1.8 중량부 및 과산화물 촉진제 4 ∼ 8 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 이피디엠 고무와 플라스틱의 무접착형 부품의 제조 방법.