KR100427385B1 - 윤활유 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광유와 합성유의 비율이 6 : 4로 이루어진 기유(Base oil)에 대하여 첨가제로서 지방산과 황 화합물 2 ∼ 5 중량%, 지방산과 인 화합물 1 ∼ 3 중량%, 아연 디티오포스페이트 2 ∼ 5 중량%, 칼슘 설포네이트 1 ∼ 3 중량%, 그리고 마그네슘 디노닐나프탈렌 설파이드 1 ∼ 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 윤활유 조성물은 동 마찰계수와 정 마찰계수의 비를 유지하면서 마찰계수의 절대값이 향상 되어 있어서 특히 동력전달 성능과 변속 성능이 동시에 요구되는 무단 변속기용으로 적합한 윤활유 조성물이다.

Description

윤활유 조성물{Lubricant composition}

본 발명의 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 특히 동 마찰계수와 정 마찰계수의 비를 유지하면서 마찰계수의 절대값을 향상 시키므로서 동력전달 성능과 변속 성능이 동시에 요구되는 무단 변속기용으로 적합한 윤활유 조성물에 관한 것이다.

무단변속기(CVT : Constant Variable Transmission)는 기존의 수동변속기와 자동변속기의 특성을 동시에 만족시키기 위해서 것으로서, 무단변속기에 사용되는 윤활유는 수동변속기용 윤활유와 자동변속기용 윤활유의 특성을 동시에 가지고 있어야 한다. 즉, 무단변속기용 윤활유는 동 마찰계수와 정 마찰계수의 비를 유지 하면서 높은 마찰계수를 갖는 특성을 요구하는데, 이러한 특성은 서로 상반되는 관계를 가지고 있어 이를 동시에 만족시키기는 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

일반적으로, 변속기와 같이 마찰특성에 의존하는 동력전달 장치에 있어서 동력의 전달능력을 향상시키기 위해서는 마찰계수가 높아야만 동력 전달 효율이 좋아진다. 그러나 마찰계수를 높이면 정 마찰계수가 동 마찰계수 보다 높아지게 되며, 이러한 결과는 변속시 진동이나 소음을 일으키는 요인이 된다. 따라서, 동 마찰계수와 정 마찰계수의 비를 유지 하면서 마찰계수의 절대값을 높이는 것은 매우 어려운 기술이다. 따라서 이러한 특성을 만족시켜 주는 무단 변속기용 윤활유 조성물의 개발이 시급히 요구되어 왔다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 특성을 만족시켜 주는 윤활유 조성물을 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 마찰계수의 절대값을 높일 수 있는 화합물과 높아진 마찰계수의 비를 조절해 주는 화합물을 사용하여 두 가지 특성을 동시에 만족시켜 주는 조건을 알아 내므로서 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 광유와 합성유의 비율이 6 : 4로 이루어진 기유(Base oil)에 대하여 첨가제로서 지방산과 황 화합물 2 ∼ 5 중량%, 지방산과 인 화합물 1 ∼ 3 중량%, 아연 디티오포스페이트 2 ∼ 5 중량%, 칼슘 설포네이트 1 ∼ 3 중량% 그리고 마그네슘 디노닐나프탈렌 설파이드 1 ∼ 3 중량%를 포함하는 윤활유 조성물을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 윤활유는 기유(Base Oil)에다 그 윤활유의 용도 및 특성에 따라 각종 첨가제를 적당히 배합하여 제조하는데, 마찰특성은 기유보다는 주로 첨가제에의한 영향을 받는다. 따라서 본 발명의 윤활유 조성물에 있어서 기유는 종래에 사용되고 있는 고정제 광유계 기유를 사용하되 광유와 합성유를 6 : 4의 비율로 혼합한 것을 사용 한다. 상기 광유는 수소첨가 반응에 의한 고정제 고점도지수형의 100 ℃ 점도가 2 ∼ 5 cSt인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 합성유는 분자량이 100,000 이하이고 100 ℃ 점도가 5 ∼ 8 cSt인 폴릴-α-올레핀계 합성유를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기에서 광유와 합성유의 혼합비를 6 : 4로 한 이유는 고온에서의 점도지수 유지 및 저온에서의 유동성 확보를 위해서 이다.

본 발명의 윤활유 조성물은 동력전달능력과 변속성능을 동시에 만족시켜 주는 마찰특성을 갖기 위하여 상기 기유에 여러 가지 첨가제를 포함한다. 즉, 금속 대 금속간 접촉에 의해 3차원의 하중을 받는 구조에 적합한 마찰특성과, 마찰재와 금속간의 접촉에 필요한 마찰특성을 동시에 갖기 위하여, 황(Sulfur)과 인(Phosphorus)을 유기지방산과 반응시킨 화합물과, Ca계 및 Mg계 화합물, 그리고 Zn계 마찰 조정제를 포함한다.

일반적으로 황 화합물(페닐디설파이드)이나 인 화합물은 금속과의 반응력이 강하고 하중에도 우수하며 마찰계수의 절대값을 높이는 특성이있는 것으로 알려져 있으나 금속의 부식을 유발하고, 특히 동 마찰계수 보다는 정 마찰계수를 더 높이기 때문에 변속성을 저해할 수 있는 단점이 있다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 황 화합물과 인 화합물을 고급 지방산과 반응시켜서 얻어진 화합물을 사용한다. 이때, 상기 지방산과 황 화합물의 함량은 상기 기유에 대하여 2 ∼ 5 중량%, 지방산과 인 화합물의 함량은 1 ∼ 3 중량%가 되도록 해야 하는데, 이때 함량이 상기 범위 이하이면 원하는 마찰계수를 얻을 수 없고, 반대로 상기 범위 이상이면 금속을 부식 시킬 우려가 있다. 상기 지방산은 C8 ∼ C12의 순도 98% 이상의 고정제 고급지방산을 말하는 것이다. 그리고, 상기 지방산과 황 화합물은 지방산과 황화합물의 반응 후 유리황(active sulfur)을 모두 제거한 것을 사용하여야 하며, 그 이유는 유리황이 잔존하면 금속부식을 일으키고 마찰특성이 변하며, 화학적 안정성이 저하되기 때문이다.

또한, 본 발명은 우수한 변속성을 갖기 위하여 상기 기유에 대해 2 ∼ 5 중량%의 아연 디티오포스페이트(Zinc dithiophospahte)를 포함한다. 일반적으로 변속성은 마찰계수의 비와 관계가 있는데, 동 마찰계수가 정 마찰계수 보다 높을 경우에 우수한 변속성을 갖는다. 본 발명에 포함된 아연 디티오포스페이트는 동 마찰계수는 유지시키면서 정 마찰계수가 저하시켜 결국 동 마찰계수와 정 마찰계수가 유사하게 되도록 해 준다. 이때 아연 디티오포스페이트의 함량이 너무 많으면 윤활제의 화학적 안정성을 저하되므로 2 ∼ 5 중량%가 가장 적당하다.

그런데 아연 디티오포스페이트는 초기 마찰계수의 조정에는 효과가 있으나 오래 사용하면 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 본 발명에서는 이를 보완하기 위해서 상기 기유에 대하여 각각 1 ∼ 3 중량%의 칼퓸 설포네이트(Calcium sulfonate)와 마그네슘 디노닐 나프탈렌 설파이드(Magnesium dinonyl naphtalene sulfide)를 포함하므로서 내열성 및 청정 분산성이 향상되고 장기간 마찰특성이 유지된다. 이때, 상기 함량이 각각 1 중량% 이하이면 내구성을 향상시키는 효과가 없고, 3 중량% 이상이면 비경제적인 문제가 있다. 그리고, 상기 마그네슘 디노닐 나프탈렌 설파이드 제조에 사용되는 원재료로는 산화마그네슘을 사용한 것이 화학적안정성 면에서 좋다.

상기 첨가제 이외에도 본 발명의 윤활제 조성물은 일반적으로 사용되는 유동점 강하제 및 점도지수 향상제와 소포제를 포함 할 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

다음 표 1의 성분 및 함량으로 공지의 방법에 따라 윤활유 조성물을 제조하였다. 이때 기유는 광유 600g 에 합성유 400g을 혼합한 것을 사용하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 윤활유에 대하여 각각 다음과 같은 방법으로 물성과 성능을 시험하였다.

(1) 마찰계수(Metal to Metal)

벨트식 CVT와 유사한 조건인 Pin on Disk법을 사용하여 80℃에서 40kgf/㎠의 하중으로 마찰계수를 측정하고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 이때, 초기 정 마찰계수는 0.5mm/sec의 속도로, 초기 동 마찰계수는 12mm/sec의 속도로 100 사이클 시험하여 측정하였으며, 마찰내구는 마찰계수비가 1.02를 넘는 시간을 측정하였다.

(2) 마찰계수(Metal to Friction Plate)

토크컨버터의 마찰특성을 측정하기 위하여 단판 클러치 마찰특성 측정법으로 시험하였다. 시험 조건은 80℃에서 10kgf/㎠의 하중과 719mm/sec의 속도로 1시간 길들이기를 실시한 후, 0.5mm/sec의 속도에서 정 마찰계수를 6, 180, 720 mm/sec의 속도에서 동 마찰계수를 각각 측정한 다음, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

(3) 내 하중성

내 하중성을 알아보기 위하여 쉘식 4-Ball법을 이용하여 80℃ 40kgf/㎠, 1200RPM에서 내마모성과 쉘식 4구에 의한 극압성을 측정하고, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

상기 표 2 내지 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이 아연 디티오포스페이트와 칼슘 설포네이트, 그리고 마그네슘 디노닐나프탈렌 설파이드를 포함하지 않은 비교예1은 내하중성, 특히 극압성은 우수하나 초기 마찰특성에서 동/정 마찰계수비가 1.02 이상으로 나타났다. 따라서 변속성능이 우수하지 못하여 변속 쇼크를 일으킬 가능성이 있다.

여기에 마찰조정제인 아연 디티오포스페이트를 포함시킨 비교예 2는 내마모성은 조금 저하되었으나 초기 마찰 특성이 1 이하로 저하되어 변속 성능이 다소 향상되었음을 알 수 있다.

반면, 지방산과 황 및 인을 반응시킨 화합물을 포함하지 않은 비교예 3은 마찰특성은 양호하나 절대 마찰계수가 낮고, 내 하중성이 떨어져 전달능력이 저하되는 것으로 나타났다.

본 발명의 실시예에서 마찰조정 역할을 하는 아연 디티오포스페이트만을 제외시킨 비교예 4는 것으로 실시예 와 비교예 2의 중간정도의 결과를 나타내었다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 비교예에 비하여 열적 안정성이 향상되어 있고 마찰 내구성도 크게 개선되어 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 본 발명의 윤활유 조성물은 동 마찰계수와 정 마찰계수의 비를 유지하면서 마찰계수의 절대값이 크게 향상되어 있어서 동력전달 성능과 변속 성능이 동시에 요구되는 무단 변속기용으로 매우 적합하다.

Claims (1)

1. 윤활유 조성물에 있어서, 광유와 합성유의 비율이 6 : 4로 이루어진 기유(Base oil)에 대하여 첨가제로서 지방산과 황 화합물 2 ∼ 5 중량%, 지방산과 인 화합물 1 ∼ 3 중량%, 아연 디티오포스페이트 2 ∼ 5 중량%, 칼슘 설포네이트 1 ∼ 3 중량% 그리고 마그네슘 디노닐나프탈렌 설파이드 1 ∼ 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.