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문제 정의
원료고무별 기본적인 특성을 언급하였으나 실제의 성능을 잘 발휘할 것인지 여부는 실제로 적용하여 보지않는 이상 성능에 대한 보장을 할 수 없는 실정이다. 따라서 실제의 사용 조건을 이해하는 것이 재료개발의 우선 단계이므로 가스켓의 상대물, 장착상태, 사용상태와 주변의 조건을 살펴 보기로 하자.
가스켓에 대한 재질의 선택은 규정화된 규격을 참조하지만 내구성과 sealing의 최적의 기능을 발휘하기 위한 가스켓의 요구 특성에 대해서는 규정화되어 있지 않다. 따라서 요구 특성에 적절한 종류(grade)를 선택하는 것이 가장 중요하다고 생각되므로 고무(ACM, AEM. VMQ)별로 기본특성을 살 펴보자.
우리는 가스켓에 대해 사용 가능한 재료와 가스켓의 기능적인 특성과 그에 대한 평가법을 살펴 보았다. 하지만 배합설계자만의 노력으로는 자동차환경의 요구를 충족 시킬 수 없다는 것이 명백하다.
그 중에 중요부품의 하나는 고무가스켓인데 그 종류로는 엔진 오일 계통에서는 HEAD COVER GASKET, OIL PAN GASKET, TRANSEMISSION OIL GASKET이 있고 흡기계통에 있어서는 AIR INTAKE MANI-FOLD GASKET이 있다. 이들 고무가스켓의 중요 요구성능으로 여겨지는 sealing성과 내구성에 관련된 기본적인 사항에 대해 엔진가스켓을 중심으로 하여 기술하고자 한다.
이러한 가스켓을 FORMED-IN-PLACE- GASKET (FIPG)이라 불리우고 wet type과 dry type이 있다. 이들에 대해 간단하나마 살펴보자.
이런 내구조건에서의 가스켓 치수 변형량과 물성 변화량을 분석하고 최고의 악조건하에서의 초기 seal 성능 평가항목에 대한 평가를 하여 물성에 대한 지속성을 분석한 다음 최적의 배합을 선정하게 된다. 이런 제품시험에 대해 새로이 소개된 평가법을 소개한다.
가설 설정
⑤ GASKET 제품제조에 있어서 성형가공성과 취급성이 좋을 것
제안 방법
Cure site monomer의 대표적인 것으로는 chlorine인데 이 chlorine을 포함한 polymer는 1차 염소 원자가 큰 활성을 가지지 못해 가황 속도가 느리다. 그래서 더욱 활성이 높은 염소를 가진 vinyl chloroacetate를 cure site로 개발하였다. 이것은 지방산염/황 시스템, ammomnium benzoate 그리고 trithiocyannuric acid로도 가교가 가능하게 되었고 속도도 빠르다.
매 2주마다 jig를 실온으로 냉각시킨후 시험편을 jig로부터 분리시킨 후 O-ring의 압축영구 줄음율을 측정한다. oile 매2주마다 교체해주며 시험은 compression set가 100% 될때까지 계속 실시한다.
이 시험편을 Shawbury-Wallace시험 jig에 넣고 25%압축상태로 윤활유속에 침적시켜 150℃의 오븐속에 6주간(1008시간) 시험한다. 방치한 후 1일, 3일 그리고 그 후 매주마다 sealing force를 측정하고 sealing force의 유지율을 산출한다. 시험의 장치개요는 그림 16에 나타내었다.
기존의 'HOT AIR' compression set test (ASTM D-395)는 실제 가스켓 성능을 평가하기에는 충분하지 못한 것으로 알려져 있다. 새로운 시험방법은 단면이 사각인 O-ring형태의 시험편(25mmOD×17mmID×4mm)을 시험 jig 내에서 20% 압축 되게하고 150℃의 윤활유(5W-30SH)를 침적시킨 상태에서 경시변화 시험을 한다.
5mmH 크기의 원통형이다. 시험의 조건으로는 150℃ 오븐속에서 72시간 방치후 실온에 24시간 냉각을 한사이클로 하여 매사이클마다 누유나 weepage 유무를 관찰한다. weepage는 외관으로 판단하는데 무기질의 분말을 이용하면 오일의 젖음현상을 보다 쉽게 알 수 있다.
일반적으로 행해지는 평가로는 초기의 seal성능에 대해 가스켓의 면압분포와 균일성, 공기압을 이용한 공기 누출압시험, 가스켓과 washer의 변형량을 조사하고 내구성 평가에는 heatcycle 시험으로 고온연속 내구, 열충격(고온 150℃ 저온-40℃) 내구시험을 행한다. 이런 내구조건에서의 가스켓 치수 변형량과 물성 변화량을 분석하고 최고의 악조건하에서의 초기 seal 성능 평가항목에 대한 평가를 하여 물성에 대한 지속성을 분석한 다음 최적의 배합을 선정하게 된다. 이런 제품시험에 대해 새로이 소개된 평가법을 소개한다.
대상 데이터
19mmOD×12.5mmID×2mm 두께의 O-ring 형태의 시험편은 ASTM의 절차에 따라 평판으로부터 die-cut하여 준비한다. 이 시험편을 Shawbury-Wallace시험 jig에 넣고 25%압축상태로 윤활유속에 침적시켜 150℃의 오븐속에 6주간(1008시간) 시험한다.
이런 weepage현상을 재현할 수 있는 간이 시험법으로 시험장치는 ASTM D395의 장치를 이용하고 시험편내에 오일을 채울 수 있도록 steel plate(jig)의 중앙에 오일투입구를 마련한다. 시험편의 형태는 29mmOD×16mmID×12.5mmH 크기의 원통형이다. 시험의 조건으로는 150℃ 오븐속에서 72시간 방치후 실온에 24시간 냉각을 한사이클로 하여 매사이클마다 누유나 weepage 유무를 관찰한다.
일부 선진 자동차업계에서는 보증기간을 10년 10만마일, 어느 특정업체는 10년 15만마일 을 목표로 정해 놓고 있다. 이와 같은 보증기간 연장의 주 대상은 엔진관련 부품들이다. 그 중에 중요부품의 하나는 고무가스켓인데 그 종류로는 엔진 오일 계통에서는 HEAD COVER GASKET, OIL PAN GASKET, TRANSEMISSION OIL GASKET이 있고 흡기계통에 있어서는 AIR INTAKE MANI-FOLD GASKET이 있다.
성능/효과
Compounder들은 가스켓 재료개발에 전형적인 재료시험으로 경도, 인장강도, 신장율, 인열강도, 100% 신장시 인장응력, 고온에서의 압축영 구변형율, 내열성, 내유성등을 평가하여 중요한 데이터로 활용하나 이들 항목이 가스켓에 응용 하는데는 대표적인 것이 되지 않는다는 것을 인식하고 있으며 고온의 오일조건과 가혹한 분위기과 같은 실제적인 사용조건에 보다 더 근접된 기능적인 시험을 필요로 한다. 그래서 재료를 평가하는 기존방법에 조건을 부가하거나 새로운 시험방법을 개발하여 더욱 신속하고 정확 성이 있는 평가를 할 수 있게 되었다. 최근에는 자동차업체, 원료고무 제조업체와 제품 제조업체와의 협력하에 독특하고 새로운 시험방법을 채택하여 적용하고 있는 실정이다.
후속연구
설계된 재료로 기본적인 물성과 기능적인 항목을 평가하여 적합한 배합을 얻었다 하더라도 시험조건이 주변환경과 실사용조건과는 차이가 있어 재차 확인이 필요하다. 따라서 많은 배합설계자들은 시험제품을 제작하여 주변부품과 조립하여 실제조건을 재현한 상태에서 평가하는 단계를 거쳐 배합을 결정한다.
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