[논문]자동차용 고무호스의 진동 절연성능 향상에 관한 연구

정헌섭; 민병권; 이성훈; 우희수; 박현호

doi:10.5050/ksnve.2012.22.9.837

자동차용 고무호스의 진동 절연성능 향상에 관한 연구
Improvement of Insulation Performance of Vehicle Rubber Hoses 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.9, 2012년, pp.837 - 844

정헌섭 (현대자동차 고분자재료연구팀) , 민병권 (현대자동차 고분자재료연구팀) , 이성훈 (현대자동차 고분자재료연구팀) , 우희수 (화승소재 FL 재료팀) , 박현호 (화승소재 FL 재료팀)

Abstract ▼ AI-Helper

We considered an approach in terms of materials for improvement of insulation performance of vehicle rubber hoses. Ethylene propylene rubber(EPDM) for heater hoses in cooling system and acrylic rubber(AR) for intercooler hose in intake system were chosen for mixing for the vibration and noise performance. We modified EPDM and AR through changing compound of base polymer, reinforcement fillers and additives. Dynamic mechanical analysis(DMA) was used to measure viscoelastic properties such as shear modulus and loss factor($tan{\delta}$). Vehicle acceleration test was also conducted to observe indoor changes in insulation performance of hoses.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Fig. 5(a)와 같이 절연 성능이 향상된 신규 배합을 우리 연구진의 기존 제품 및 A社_1 제품과 비교하여 저장 탄성률을 측정하였다. 주파수 변위는 0.
Fig. 8(a)와 같이 절연 성능이 향상된 신규 배합을 우리 연구진의 기존 제품들 및 K社_ACM 제품과 비교하여 손실계수를 측정하였다. 온도 변화는 -50~100 ℃이며, 주파수는 27.
경쟁사 차량에 사용되는 인터쿨러 호스와의 절연 특성 비교를 위해 분석을 실시하였다. 시료는 우리 연구진을 포함 총 4개 회사, 6종의 인터쿨러 호스 제품들이었다.
인터쿨러 호스 개발 재료의 배합 변경 내역은 Table 5와 같다. 고무 원소재의 중량 변화는 없지만 ML1+8(125 ℃)는 기존 43에서 32로 저감시킨 저점도 타입의 ACM 15 wt %를 첨가하였다. 또한 카본 블랙은 기존 대비 약 3 wt % 감량 되었지만, 기존 N330과 N774 혼합 비율 중 입자크기가 작은 N330의 비율을 높였다.
공조시스템의 히터호스 및 흡기 시스템의 인터쿨러 호스의 진동 절연 특성 향상을 위한 재료배합을 실시하였다. 점탄성적 탄성계수 측정과 실차 테스트 효과 검증을 통해 다음과 같은 결론은 얻었다.
DMA는 시료에 주기적으로 외력을 변화시키면서 시료의 기계적 동적 열 특성을 측정하는 기술이다. 그 방법으로 온도, 주파수, 진동의 함수로써 재료의 기계적 탄성률(mechanical analysis)을 측정한다. 시료에 주기적 외력을 가하면 시료내에 주기적 응력이 발생되어 시료는 이 응력에 반응함으로써 이에 상당하는 변형(deformation)을 하게 된다.
결국 손실탄성률값이 높아 손실계수가 증가하면 부품의 감쇠성능 혹은 댐핑 성능이 높아지는 것이다. 그렇기 때문에 K社_ACM과 K社_FKM의 인터쿨러 호스의 절연 성능이 타사 제품들 대비 우수하다고 판단되며, K社_ACM의 손실계수 0.60을 목표로 인터쿨러 호스의 절연 성능 향상 배합을 실시하였다. 불소고무 경우 가장 높은 손실계수값을 보였으나 아크릴계 고무들의 비교, 평가를 위하여 추가적 진행은 실시하지 않았다.
또한 카본블랙 보강제는 기존 대비 약 1 wt % 감량 되었으며, 현행 FEF(크기 : 50nm)에서 SRF(크기 : 70 nm) 타입의 카본블랙이 1:1비율로 혼합되었다. 또한 가황 촉진제의 비율을 증가시킨 EV(efficient vulcanization) 방식을 이용하여, 유황 함량 증가에 따른 내열성 및 영구압축줄음률 저하를 방지하였다.
해외 경쟁사 차량에 사용되는 히터 호스와의 절연 특성 비교를 위해 분석을 실시하였다. 시료는 우리 연구진을 포함 총 8개 회사, 10종의 히터호스 제품들이었다.

대상 데이터

경쟁사 차량에 사용되는 인터쿨러 호스와의 절연 특성 비교를 위해 분석을 실시하였다. 시료는 우리 연구진을 포함 총 4개 회사, 6종의 인터쿨러 호스 제품들이었다. 온도 변화에 대한 손실계수값(-50~100 ℃ at 27.
해외 경쟁사 차량에 사용되는 히터 호스와의 절연 특성 비교를 위해 분석을 실시하였다. 시료는 우리 연구진을 포함 총 8개 회사, 10종의 히터호스 제품들이었다. 주파수 변화에 대한 저장 탄성률값 (0.
재료의 상세내용은 Table 1에 기술하였다. 원소재는 히터호스용 EPDM(ethylene-propylene rubber), 흡기계 인터쿨러 호스용 AEM(ethylene-polyacrylate rubber)과 ACM(polyacrylate rubber)이 사용되었다. 배합(혼련) 장비는 밀폐 혼련기(Mitsubishi社/5L)와롤 혼련기(Korea Mtec社/8’x20’)를 사용하였다.

이론/모형

고무의 점탄성적 탄성률 측정을 위하여 Fig. 2와같이 동특성 시험기(이하 DMA : dynamic mechanical analysis)를 사용하였다(GABO社/ EPLEXOR 150N).
그 밖에 고무의 표면 경도 측정을 위하여 휴대용 쇼아 A 경도계(Teclock社/GS-709)와 마이크로 경도계(Instron社)를 사용하였으며, 고무의 연신율 및 인장강도 측정을 위하여 만능 재료시험기(ZwickRoell社/Z010)를 사용하였다⁽⁸⁾.

성능/효과

(1) 히터호스의 진동 절연성 향상 배합의 저장 탄성률은 16.3 MPa이며, 기존 28.9 MPa 대비 약 44 % 감소한 수준이다.
(2) 개발 히터호스의 차량 주행 소음 평가 결과, 1,000 Hz 이상 냉간 주행 시 기존 제품 보다 약 2 dB 이상 기여도가 작아진 것으로 나타났다.
(3) 인터쿨러 호스의 진동 절연성 향상 배합의 손실계수는 0.5이며, 기존 0.42대비 약 25 % 증가한 수준이다.
(4) 개발 인터쿨러 호스의 차량 진동 소음 평가 결과, 70~80 Hz 영역에서 2~3 dB 진동이 저감된 것으로 나타났다.
(5) 히터호스 및 인터쿨러 호스의 개발 배합 모두 기존 제품 대비 재료 물성의 저하는 없는 것으로 나타났다.
8(b)와 같이 아이들 영역대의 진동 기여도는 변하지 않은 것으로 나타났다. 70~80 Hz 영역대에서 기존품 대비 2~3 dB 진동이 감쇠된 것으로 나타났다.
진동 절연 특성 외에 재료의 상태 물성은 Table 4와 같다. 기존 제품 대비 경도 저감이 되었으며, 인장 강도와 신율에서 기존 ACM 대비 물성 향상 되었다.
이는 저점도 고무사용에 따른 신장률 저하를 방지하기 위함이다. 기존대비 가소제 함량도 2.5 wt % 감량하여 혼련 가공성 및 인장강도 물성을 향상시켰다.
트랜스미션(T/M) 마운트 형상 변경시 100~500 Hz 영역대 소음 저감 효과가 있고, 엔진 서포트 브라켓 중량 증가시 100~700 Hz에서 소음 저감 효과를 보인다. 대쉬 측 히터호스 탈거 후에 중/고주파 전 영역대인 500~2,000 Hz에서 효과를 보였으며, 소음 저감 폭이 가장 크다.
고무 원소재의 중량 변화는 없지만 ML1+8(125 ℃)는 기존 43에서 32로 저감시킨 저점도 타입의 ACM 15 wt %를 첨가하였다. 또한 카본 블랙은 기존 대비 약 3 wt % 감량 되었지만, 기존 N330과 N774 혼합 비율 중 입자크기가 작은 N330의 비율을 높였다. 이는 저점도 고무사용에 따른 신장률 저하를 방지하기 위함이다.
고무 원소재를 4 wt % 증량 시켰으며, 무늬 점도 ML1+8(125 ℃)는 기존 82에서 58 저감시킨 저점도 타입으로 변경 하였다. 또한 카본블랙 보강제는 기존 대비 약 1 wt % 감량 되었으며, 현행 FEF(크기 : 50nm)에서 SRF(크기 : 70 nm) 타입의 카본블랙이 1:1비율로 혼합되었다. 또한 가황 촉진제의 비율을 증가시킨 EV(efficient vulcanization) 방식을 이용하여, 유황 함량 증가에 따른 내열성 및 영구압축줄음률 저하를 방지하였다.
시험 차량(디젤 엔진)의 주행 소음 평가 결과 Fig. 3과 같이 히터 호스의 기여도가 가장 높은 것으로 나타났다. 트랜스미션(T/M) 마운트 형상 변경시 100~500 Hz 영역대 소음 저감 효과가 있고, 엔진 서포트 브라켓 중량 증가시 100~700 Hz에서 소음 저감 효과를 보인다.
3과 같이 히터 호스의 기여도가 가장 높은 것으로 나타났다. 트랜스미션(T/M) 마운트 형상 변경시 100~500 Hz 영역대 소음 저감 효과가 있고, 엔진 서포트 브라켓 중량 증가시 100~700 Hz에서 소음 저감 효과를 보인다. 대쉬 측 히터호스 탈거 후에 중/고주파 전 영역대인 500~2,000 Hz에서 효과를 보였으며, 소음 저감 폭이 가장 크다.

후속연구

(6) 이 논문에서 기술된 배합 내용 및 평가 결과를 기반으로, 현재 히터호스 및 인터쿨러 호스 제품을 양산화하여 우리 연구진의 준중형 4차종 및 중형 2 차종에 적용 중이다. 향후 우리 연구진의 전 차종에 적용하여 실내 정숙성 확보 및 차량 상품성을 높이는데 많은 기여를 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전달계 부품인 호스의 일차적 기능은 어떤 조건에서도 작용해야 하는가?	호스의 일차적 기능은 부품간 유체가 이동하는 전달 통로의 역할이다. 악의적 환경 조건에도 각 시스템에 동력, 냉각수, 윤활유 등을 공급할 수 있어야만 한다. 호스의 역기능은 진동 및 소음까지도 상대 부에 전달될 수 있다는 것이다.
	자동차에서 효과적으로 고체 전달음을 절연하는 방법은?	그러나 중량 증가에 따른 연비 저하 및 과도한 원가 상승 등으로 쉽게 적용하기 어렵다. 효과적으로 고체 전달음을 절연하는 방법은 자동차용 방진 고무 부품들을 이용하는 것이다. 방진 고무의 동적 특성과 감쇠 성능을 향상시킴으로써 차량의 정숙성을 확보할 수 있다.
	자동차에서 전달계 부품인 고무 호스의 절연성을 향상시키는 것은 어떤 역할을 하는 방법인가?	또한 전달계 부품인 고무 호스의 절연성을 향상시키는 것은 고체 전달음의 유입을 효과적으로 차단시키는 방법이다. 호스의 일차적 기능은 부품간 유체가 이동하는 전달 통로의 역할이다.

참고문헌 (8)

Evans, C. W., 1979, Hose Technology, Applied Science Publishers LTD, London.
Park, C. M., Ih, J.-G., Nakayama, Y. and Kitahara, S., 2002, Measurement of Acoustic Impedance and Prediction of Transmission Loss of the Porous Woven Hose in Engine in Take Systems, Applied Acoustic, Vol. 63, No. 7, pp. 775-794.

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Lee, J. K., Cho, T. H., Seo, D. W., Lim Y. S., Won, K. M., 2012, A Development of Sound Quality Index of an Intake and Exhaust System for High Quality Improvement of Luxury Vehicles, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 22, No. 3, pp. 234-243.

원문보기 상세보기
Hernandez, L. G., Rueda, L. I., Diaz, A. R., and Anton, C. C., 1992, Dynamic Mechanical Properties of Natural Rubber Vulcanizates with Different Curing Systems and Static Strain, Polymer, Vol. 33, No. 17, pp. 3635-3638.

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Ramorino, G., Vetturi, D., Cambiaghi, D., A. and Pegoretti, T. R., 2003, Developments in Dynamic Testing of Rubber Compounds: Assessment of Non-linear Effects, Polymer Testing, Vol. 22, pp. 281-287.

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Ferry, J. D., 1970, Viscoelastic Properties of Polymers, Wiley, New York.
Mark, J. E., Erman, B. and Eirch, F., 2001, Science and Technology of Rubber, MRC, Elsevier, Massachusetts.
Evans, C. W., 1987, Testing and Applications of Wire-reinforced Hydraulic Hose, Polymer Testing, Vol. 7, No. 5, pp. 309-315.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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