17제 .품 .소 .개 .?

EP소재2팀 | 이병욱 | breadwook@lgchem.com

자동차 CVJ Boots용TPEE 소재

01 CVJ Boots 개요

CVJ(Constant velocity joint, 등속 조인트)는 등속

으로동력을전달하는동시에완충역할을위해바퀴측의

움직임을조절해주는기능을한다. 등속조인트는등속성

을확보하기위해내부구성부품이일정위치에있도록

설정되어있고그기능을확보하도록내부구성부품간

마찰이 쉼 없이 일어나 내부 열이 발생하며, 이러한

내부열이일정온도이상상승하는것을막고내부구성

부품들의정해진운동을돕기위해윤활제로써그리스

(Grease)가주입된다.

CVJ Boots(등속조인트부츠)는위와같이등속조인트

에서발생하는열을견디면서그리스의유출을막는기본

기능과함께등속조인트내부로물이나먼지등의이물질

이들어가는것을막아야한다. 또한큰꺽임각에따른

변형에 견딜 수 있는 피로 내구 특성을 가져야 하며,

바퀴에연결되어있으므로노면으로부터날아드는각종

이물과충돌이비번하고이에견딜수있는내충격성능도

요구된다. 최근 차량의 최소 회전 반경 축소 요구에

부응하기 위해 최대 53도까지 회전할 수 있는 Joint

적용이확산되고있으므로부츠는더욱더높은제반성능이

필요해지고있다.

최근 CVJ Boots에 적용되는 소재는 상기의 기능을

충족시키기위하여기존클로로프로펜고무(CR, Cloroprene

Rubber)를 대체하여 TPEE(Thermoplastic polyether

ester elastomer) 소재가사용되고있으며, TPEE 소재

는 사용온도에서 고무적인 특성을 지니며, 열가소성수

지(플라스틱)와같은가공공정을갖는열가소성 탄성체

(TPE, Thermoplastic elastomer) 중 우수한 내열성

과내피로성, 내유성및내화학성을가지는 Polyester

●● 그림 1 | 등속조인트

Outter CV Joint

Inner CV Joint

Axle

Axle Nut

계열의수지로최근수요가증가되고있는소재중하나

이다.

02 TPEE 개요

TPEE란 열가소성 폴리에스터 엘라스토머를 총칭

하는 용어로 TEEE(Thermoplastic ether-ester

elastomer) 또는 COPE(Copolyester)로 표현하기도

제 .품 .소 .개 .?18

●● 그림 3 | TPEE 시장및경쟁사현황

●● 그림 2 | TPEE 적용사례

CVJ boot Airbag cover

Bed springs Cable & wire jackets

World Supply/Demand for Copolyester-Ether Elastomers-2010(thousands of metric tons)

Annual Capacity Average Annualas of Production Imports Exports Consumptionb

Growtgh Rate,September 2011 2010 2015 2010-2015b

(percent)

United States 39 36 3.9 0.1 39 45 2-3

Europe 43 31 0.5 8 24 29 3~4

Japan 13 12 1.1 4 8.9 10 2~3

China 2.5 1 9 0 10 16 9~10

Other Asia and Pacific 15 9 0.5 5 4 6 7

Rest of WorldC 0 0 0.8 0 0.8 1 3~4

Totalb 113 87 16 17 87 106 4~5%

19LG POLYMER JOURNAL | 2016 SUMMER.

하며, TPE(Thermoplastic Elastomer) 소재군중TPA

(Amide type TPE), TPU(Urethane type TPE)와함께

보통engineering TPE로불릴만큼고무와같이유연성

을갖고있으면서도상대적으로기계적강도및저온에

서의유연성및내열, 내화학특성이우수한소재라할수

있다.

TPEE의 주용도는 Airbag cover, CVJ(Constant

Velocity Joint) boot, Air duct, Body plug 등의자동차

부품이가장많으며, Cable & wire jacket, Noiseless

gear 등의 전기전자 부품 및 Plastic bed system,

Snowboard & ski boot binder, 각종 grip류 등의

스포츠, 레저용품및기타잡화등도포함된다.

TPEE 주요브랜드로는 DuPont의 HYTREL이국내

외로 가장 널리 알려져 있으며, DSM의 ARNITEL,

Ticona의 RITEFLEX, Toyobo사의 PELPRENE 등도

해외에서는 많이 사용되고 있고, 국내 브랜드로는 LG

화학의KEYFLEX BT, 코오롱의KOPEL, SK Chemical의

SKYPEL 등이있다.

03 CVJ Boots 주요요구특성및소재동향

CVJ Boots 부품에요구되는주요특성은자동차업체

및 차종에 따라 차이가 있으나, 일반적으로는 표 1에

나타낸바와같다.

CVJ Boots용 TPEE 소재는 Boots가 용융상태에서

블로우 과정을 거쳐 생산되므로 용융상태의 수지가

우수한 용융 점도(Melt Viscosity) 및 용융 장력(Melt

tension)을가져야하며, 압출블로우되는동안parison

형태가유지되어야하며성형품의두께분포가일정하게

유지되어야한다.

제품은등속조인트의내부부품간의윤활특성을부여

하는 Grease 성분이 내부에 도포되어 있으므로

Grease 성분에대한내화학성이필요하며자동차외장

부품이므로겨울철염화칼슘성분에대한내화학성또한

필요하다. 실제 자동차 운전시 좌우 회전에 따른 큰

반복꺽임에대한내피로특성이수반되어야한다. 또한

자동차 외장 부품이므로 겨울철 저온에서의 내한성이

요구된다.

최근에는깨끗한제품내부표면에대한요구(민무늬성

요구)와 더불어 고회전시 유발되는 소재와 소재간의

마찰에의한소음저하와노면의모래, 기타이물에서유발

되는소음저하에대한고객요구도증가하고있는추세

이다.

04 CVJ Boots 개발방향

LG화학소재개발센터에서는TPEE 중합및반응압출

●● 표 1 | CVJ Boots 주요요구특성

특성항목 세부사항

블로우성형성 Parison 유지력, 두께제어능력, Burr 제어능력

내부표면 Melt fracture 최소화

내열성 120~150℃물성유지능력

내화학성 Grease 성분, 염화칼슘, Oil류에대한물성

유지능력

내피로특성 일정 rpm 하에서반복꺽음(꺽임각: 25~45°)

내한성 -40℃물성유지능력

Anti-squeak 소재간마찰/마모시소음없을것

기술을 통해 CVJ Boots용 소재로 KEYFLEX

HB9242D를개발하였으며현재국내고객사에판매하

고있다. 기본적인물성은표2와같다.

일반적으로 TPEE는용융상태에서낮은용융점도및

용융장력때문에압출블로우성형이어려우며분지제

(Branching agent)를이용하여용융중합시용융점도나

용융장력을높일수있으나충분치않다. 블로우성형성을

확보하기위하여용융중합후에압출기에서사슬연장제

(Chain extender)를 사용하여 반응압출(Reactive

extrusion)을통해높은용융점도및용융장력을확보

하였다. 현재 당사 소재의 경우 반응 압출시 다관능기

사슬연장제첨가로인해Branch 함량이높은분자구조가

형성되어 경쟁사 대비 탄성이 높으며 분자량 분포가

넓다. 이러한이유로블로우성형시기기다이에서높은

전단응력(shear stress)을받아블로우성형시제품내부

표면에Melt fracture가발생하는것으로추정된다. 현재

Branch 함량이높은분자구조에서 linear한분자구조

를목표로하여연구개발을진행하고있다. 중합시이관

능기 분지제(Branching agent)의 도입 및 고상중합

(solid state polymerization) 공정을 제거한 TPEE

원재료 실험을 진행중이며 반응압출시 기존 다관능기

사슬연장제를대체하여이관능기사슬연장제를도입하여

실험을하고있다.

제 .품 .소 .개 .?20

●● 표 2 | KEYFLEX HB9242D 대표물성 (ASTM)

Properties Value Unit Standard

Mechanical properties

Tensile Strength (at break) 300 kg / cm2 ASTM D638 (type Ⅳ)

Tensile Elongation (at break) 700 % ASTM D638 (type Ⅳ)

Flexual Modulus 600 kg / cm2 ASTM D790

Hardness, Durometer - Shore D, 15s 37 ASTM D2240

Hardness, Durometer - Shore D, Maximum 40 ASTM D2240

Izod Impact, notched, 23℃ N.B kg·cm / cm ASTM D256

Izod Impact, notched, -40℃ N.B kg·cm / cm ASTM D256

Thermal properties

Melt Flow Index(@230℃,10kg) 3 g / 10 min ASTM D1238

Heat Deflection Temperature (4.6 kg/cm2) 70 ℃ ASTM D648

Melting Temperature (at peak) 205 ℃ ASTM D3418

Other properties

Specific Gravity 1.14 ASTM D792

Water Absorption (23℃, 24 h immersion) 0.6 % ASTM D570

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05 맺음말

LG화학은 KEYFLEX HB9242D의 개발을 통하여

국내시장에서 품질경쟁력을 인정받음으로써,

Engineering TPE 분야에서의성장가능성을보여주고

있다. CVJ Boots 제품은안정적인블로우성형성을필요

로하며플라스틱부품의내구환경이더욱가혹화되는

추세에있다. LG화학은이러한추세에발맞추어지속적

으로 소재개발을 진행하고 있으며, 국내 CVJJ Boots

시장의소재확산을위해노력해나아갈계획이다.