KR101837116B1 - 부시용 고체 윤활제 - Google Patents

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Abstract

자기윤활성 고체 입자 및 결합제를 포함하는 부시용 고체 윤활제에 있어서, 상기 결합제가 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지 및 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지인 부시용 고체 윤활제가 제공된다.

Description

부시용 고체 윤활제{A solid lubricant for bush}
본 발명은 부시용 고체 윤활제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내유성 및 친유성이 향상된 부시용 고체 윤활제에 관한 것이다.
건설 중장비 굴삭기 등과 같은 산업용 차량은 다수의 축회전부를 가지고 있으며, 이러한 축회전부에는 통상적으로 마찰저항을 저감시키는 부시(bush) 타입의 원통형 베어링이 사용된다.
부시란, 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하며 축을 회전시키는 역할을 하는 기계 요소 부품을 말한다. 이와 같은 부시와 접촉하고 있는 축 부분을 저널(journal)이라고 하며, 이러한 부시는 부싱(bushing), 저널 베어링 또는 미끄럼 베어링으로도 불린다.
하중을 받으며 상대운동을 하는 기계요소 접촉면의 윤활을 위하여 사용하는 오일이나 그리스 윤활제는 기본적으로 두 접촉면 사이에서 발생하는 쐐기(wedge) 및 스퀴즈(squeeze) 작용 등으로 인하여 유체역학적으로 형성되는 윤활막 형성에 의하여 윤활 작용을 한다.
그러나 부시의 회전속도가 낮은 경우와 같이, 상대 접촉면에서의 미끄럼 속도가 작은 경우에는 유체역학적으로 형성되는 윤활막의 두께가 지지 하중을 지탱할 정도로 충분하지 못해서, 두 접촉면간에 금속간 직접 접촉이 발생할 수 있으며, 상기 결과로서 높은 마찰력이 발생하거나 접촉면의 표면이 마모되어 파손될 가능성이 높아진다.
상기와 같이 접촉면에서의 윤활막 두께가 매우 작은, 즉 이른바 경계윤활 영역에서 부시의 회전속도가 낮은 경우의 효과적인 윤활을 위하여 하중지지 능력이 우수한 오일 또는 그리스 윤활제를 사용하거나 부시 접촉면 표면에 고체윤활제 피막과 병행하여 사용하는 방법이 대표적으로 이용된다.
일반적으로 건조(dry) 마찰접촉 시에 피막접착형 고체윤활제만으로 윤활을 행하는 경우에, 피막접착형 고체윤활제가 마찰 접촉면에 코팅된 후에 하중을 받으며 미끄럼 운동을 하게 되면, 코팅 피막이 압축되면서 피막 내부에 분산되어 있는 자기윤활성(self-lubricating), 즉 윤활제를 공급하지 않더라도 마찰 저항이 작은 성질을 갖는 고체 윤활제가 점차적으로 미끄럼 운동 방향과 평행하게 정렬하고, 초기 마찰접촉 시에 피막에서 마모되어 떨어져 나온 고체윤활제 입자들이 상대 접촉면의 오목볼록한 요철(凹凸) 부위로 물질전이(mass transfer) 되는 길들이기(running-in) 과정 등을 거치면서 점차 안정화된 코팅층이 형성된다.
그러나, 상기와 같이 오일 또는 그리스 윤활제와 병행하여 부시 접촉면 표면에 고체 윤활 피막을 코팅하여 윤활을 행하는 경우, 오일이나 그리스 윤활제가 두 접촉면 사이의 직접 접촉을 가로 막고 있어서 고체 윤활제 입자들이 상대 접촉면에 요철 부위로 물질 전이 되는 길들이기 효과를 기대하기 힘들다.
또한, 피막접착형 고체 윤활제에 사용된 수지 결합제의 내유성이 우수하지 못한 경우에는, 오일이나 그리스 윤활제의 물리·화학적 영향을 받아서 결과적으로 결합제 수지의 기계적 및 마찰 마모 특성이 현저하게 떨어질 수 있는 문제가 있어 여전히 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 내유성 및 친유성이 향상된 부시용 고체 윤활제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 미끄럼 마찰 저항 감소 및 우수한 내식성, 내마모성을 갖는 부시용 고체 윤활제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의하여 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 기재된 수단 또는 방법 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 자기윤활성 고체 입자 및 결합제를 포함하는 부시용 고체 윤활제에 있어서, 상기 결합제가 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지 및 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지인 부시용 고체 윤활제가 제공된다.
상기 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지는 비스페놀에이(bisphenol A) 타입의 에폭시 수지 및 실록산 화합물이 결합된 형태이고, 상기 실록산 화합물은 히드록시기, 알콕시키, 알킬아민기 및 카르복실기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 이때 상기 실록산 화합물은 메틸페놀트리메톡시실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 글리시도옥시프로필트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지는 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 및 플루오로카본계 화합물이 결합된 형태이고, 상기 플루오로카본계 화합물은 노나 플루오로발레르산(nona fluoro valeic acid), 옥타 플루오로펜틸글리시딜에테르(octa fluoro pentyl glycidyl ether), 노나 플루오로부탄술폰산(nona fluoro butane sulfonic acid), 헥사 플루오로 1.5 펜타디올(hexa fluoro 1.5 pentanediol), 옥타 플루오로 4,4 펜탄올(octa fluoro 4.4 pentanol), 4,4 디아미노 옥타 플루오로 바이페닐-1,2 에폭시 헵타데카 플루오로 운데칸(4.4 Diamino octa fluoro biphenyl, 1.2 epoxy heptadeca fluoro undecane) 및 노나 데카플루오로 데칸산(nona decafluoro decanoic acid) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 자기윤활성 고체 입자 100 중량부에 대하여, 상기 결합제는 25 내지 250 중량부 일 수 있다.
상기 비스페놀 A 타입의 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 상기 실리콘 화합물은 5 내지 30중량부를 포함할 수 있다.
상기 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 상기 플루오로카본계 화합물이 5 내지 25 중량부를 포함할 수 있다.
상기 자기윤활성 고체 입자는 이황화텡스텐(WS2), 그라파이트(Graphite), 산화안티몬(Sb2O3), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화흑연, 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 산화납(PbO), 질화붕소(BN) 및 불화칼슘(CaF2)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 고체 윤활제는 방청성 첨가제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고체 윤활제는 산화방지제, 분산 안정제 및 커플링제 중 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 고체 윤활제 100 중량부에 대하여, 상기 방청성 첨가제는 1 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 방청성 첨가제는 무기계 화합물 및 유기계 화합물 중 적어도 어느 하나이고, 상기 무기계 화합물은 염화주석, 크롬산스트론튬, 크롬산납, 크롬산아연, 산화아연 및 인산아연로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 상기 유기계 화합물은 트리하이드록시벤, 부틸하이드록시톨루엔 및 디노닐나프탈렌 모노술폰 산의 금속염 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지와 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지를 혼합한 결합제를 사용함으로써, 부시용 고체 윤활제의 내유성을 증진시킴과 동시에 오일 또는 그리스 윤활제와의 친화력을 향상시켜, 고체 윤활 피막 코팅 윤활이 오일 또는 그리스 윤활제와 병행하여 사용할 때 윤활 성능이 현저히 향상시키는 이점이 있다.
아울러, 상기와 같이 혼합 사용하는 경우, 부시 접촉면에 고체 윤활제 피막 코팅하고 오일 또는 그리스 윤활제와 병행하여 사용할 때, 고체 윤활제 피막 코팅 표면에 친유성을 부여하여, 오일 또는 그리스 윤활제와 친화력을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해, 자기윤활성 고체 입자들이 상대 접촉면의 요철 부위로 물질전이 되는 길들이기 효과의 감소를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 내유성이 우수하여, 오일이나 그리스 윤활제의 물리·화학적 영향에도 불구하여 기계적 마모 및 마찰 마모 특성 저하를 방지할 수 있는 이점이 있으며, 내구성, 미끄럼 특성 및 접착성이 향상되는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서상에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서, 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 자기윤활성 고체 입자 및 결합제를 포함하는 부시용 고체 윤활제에 관한 것으로, 결합제로 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지와 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지를 혼합하여 사용함으로써, 부시용 고체 윤활제의 내유성을 증진시킴과 동시에 오일 또는 그리스 윤활제와의 찬화력을 향상시켜, 고체 윤활 피막 코팅 윤활이 오일 또는 그리스 윤활제와 병행하여 사용할 때 윤활 성능이 현저히 향상됨을 발견하였다.
상기 자기윤활성 고체 입자는 자기 윤활성을 지닌 고체 입자들이 유기물 또는 무기물 형태의 결합제와 용제로 이루어진 용액에 고르게 분산된 형태로 구성되어 있으며, 재료 표면에 도포할 경우, 용제 부분은 증발되고 고체 입자와 결합제 성분만 남아 고체 피막을 형성함으로써, 재료 표면의 마찰을 저감하고 내마모성을 증대시키는 윤활 기능을 하게 된다.
본 발명에 적용할 수 있는 자기윤활성 고체 입자는 이황화몰리브덴 및 임의로 이황화텅스텐(WS2), 산화안티몬(Sb2O3), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그라파이트(Graphite), 질화붕소(BN), 불화칼슘 (CaF2) 등으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이들은 이황화몰리브덴 단독으로 사용될 수도 있지만 시너지 효과를 얻기 위해 이황화몰리브덴과 상기 중 임의의 2종 이상의 화합물이 목적하는 물성을 띄도록 특정 비율로 배합된 혼합물로 사용될 수 있다.
또한, 자기윤활성 고체 입자의 평균 크기는 가능한 한 10 ㎛ 이내, 바람직하게는 3 내지 6 ㎛의 것을 사용하는 것이 효과적이다.
본 발명의 부시용 고체 윤활제에서 자기윤활성 고체 입자 성분은 전체 고형분 중량을 기준으로 30 내지 70 중량부로 존재할 수 있다. 자기윤활성 고체 입자 성분들이 30 중량부 이하로 존재하면 코팅층의 윤활성이 현격히 감소되고 마찰력이 높아져서 피막의 손상이 빠르게 진행되는 결과가 나타난다. 반대로 70 중량부 이상일 경우에는 결합제의 함량이 상대적으로 줄어들게 되어 금속 표면에 대한 결합력이 약해지며 윤활막이 쉽게 마모될 뿐만 아니라 견고하고 치밀한 피막의 형성이 어렵다.
본 발명에 적용할 수 있는 결합제는 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지와 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지를 혼합하여 사용한다.
상기와 같이 혼합 사용하는 경우, 부시 접촉면에 고체 윤활제 피막 코팅하고 오일 또는 그리스 윤활제와 병행하여 사용할 때, 고체 윤활제 피막 코팅 표면에 친유성을 부여하여, 오일 또는 그리스 윤활제와 친화력을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해, 고체 윤활제 입자들이 상대 접촉면의 요철 부위로 물질전이 되는 길들이기 효과의 감소를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 내유성이 우수하여, 오일이나 그리스 윤활제의 물리·화학적 영향에도 불구하여 기계적 마모 및 마찰 마모 특성 저하를 방지할 수 있는 이점이 있으며, 내구성, 미끄럼 특성 및 접착성이 향상됨을 발견하였다.
이때, 본 발명에 적용할 수 있는 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지는 비스페놀에이(bisphenl A) 타입의 에폭시 수지가 실록산 화합물와 결합된 형태일 수 있으며, 에폭시 수지에 실록산 화합물을 혼합하여, 일정 온도에서 화학반응 시켜 제조할 수 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 실록산 화합물은 분자 구조내에 히드록시기, 알콕시기, 알킬 아민기, 카르복실기 등의 작용기를 하나 또는 둘 이상 포함하는 실록산 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 메틸페놀트리메톡시실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 글리시도옥시프로필트리메톡시실란 등의 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 적용할 수 있는 비스페놀에이(bisphenl A) 타입의 에폭시 수지는 당해 기술분야에서 고체 윤활제와 혼합 사용할 수 있는 물질은 제한없이 적용할 수 있으며, 바람직하게는 500 내지 10,000 범위의 비스페놀에이(bisphenol A) 타입의 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
이때, 수지의 내열성, 내수성, 접착성 및 내마찰성을 향상시키기 위하여, 상기 비스페놀 A 타입의 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 실리콘 화합물은 5 내지 30 중량부를 포함하도록 혼합하여 변성 화합물을 제조할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 화합물을 10 내지 15 중량부를 포함하도록 혼합할 수 있다. 상기 실리콘 화합물이 5 중량부 미만인 경우, 상기에서 기대한 특성을 발휘하기 어렵고, 30 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 분자간 결합력을 저하시켜 기계적 특성이 저하되는 문제가 있다.
아울러, 본 발명에 적용할 수 있는 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지는 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지가 플루오로카본계 화합물과 결합된 형태일 수 있으며, 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 용액에 플루오로카본 화합물을 넣고 일정 온도에서 화학반응 시켜 제조할 수 있다.
이 때, 본 발명에 적용할 수 있는 플루오로카본계 화합물은 노나 플루오로발레르산(nona fluoro valeic acid), 옥타 플루오로펜틸글리시딜에테르(octa fluoro pentyl glycidyl ether), 노나 플루오로부탄술폰산(nona fluoro butane sulfonic acid), 헥사 플루오로 1.5 펜타디올(hexa fluoro 1.5 pentanediol), 옥타 플루오로 4,4 펜탄올(octa fluoro 4.4 pentanol), 4,4 디아미노 옥타 플루오로 바이페닐-1,2 에폭시 헵타데카 플루오로 운데칸(4.4 Diamino octa fluoro biphenyl, 1.2 epoxy heptadeca fluoro undecane), 노나 데카플루오로 데칸산(nona decafluoro decanoic acid) 등을 단독으로 사용하거나, 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이렇게 제조된 플루오로카본계 화합물로 변성한 수지의 경우 낮은 마찰 특성, 오일 또는 그리스에 대한 화학적 안정성 등을 기대할 수 있다. 특히, 오일 또는 그리스 윤활제와 상호 친화력이 증가하여, 피막 윤활제 코팅 표면에 오일 또는 그리스 윤활제가 균일하게 흡착하는 기능을 부여할 수 있다. 이때, 플루오로카본계 화합물의 변성 범위는, 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 플루오로카본계 화합물이 5 내지 25 중량부를 포함하도록 하도록 제조할 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 15 중량부를 포함하도록 혼합할 수 있다. 상기 플루오로카본계 화합물이 5 중량부 미만인 경우, 바람직한 마찰 저감 및 내유성 특성을 얻을 수 없으며, 25 중량부를 초과하는 경우 강도가 저하되는 결과가 초래될 수 있는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 적용되는 결합제의 총 중량은 함께 적용되는 자기윤활성 고체 입자 100 중량부에 대하여, 25 내지 250 중량부를 포함할 수 있으며, 25 중량부 미만인 경우, 피막 형성시 금속 표면에 대한 효과적인 접착력을 나타낼 수 없고, 250 중량부 이상인 경우, 결합체의 마찰 특성이 지배적으로 작용되어 마찰력이 높아지고, 이에 따른 마찰열의 증가로 피막이 쉽게 파손되는 결과를 초래한다.
본 발명의 고체 윤활제에 방청성 첨가제를 더 포함할 수 있고, 고체 윤활제의 윤활특성을 저해하지 않으면서 동시에 우수한 방청성을 부여할 수 있는 물질은 제한없이 적용할 수 있다. 비제한 적인 예로는 유기물계 방청성 첨가제 화합물 및 무기물계 방청성 첨가제 단독으로 사용될 수 있고, 또는 방청성 시너지 효과를 얻기 위해 각각 상기 언급된 화합물들 중 임의의 2종 이상이 특정 비율로 배합된 혼합물로 사용될 수도 있다.
이때, 상기 유기물계 방청성 첨가제의 예로는 트리하이드록시벤젠, 부틸하이드록시톨루엔 및 디노닐나프탈렌 모노술폰산의 금속염 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 무기물계 방청성 첨가제의 예로는 인산납 화합물, 염화주석, 크롬산스트론튬, 크롬산납, 크롬산아연, 산화아연, 인산아연 화합물 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 이러한 방청성 첨가제 성분은 전체 윤활 조성물 100 중량부에 대하여, 1 내지 5 중량부로 존재할 수 있으며, 이는 방청성 첨가제의 첨가량은 윤활 특성과 서로 상반되는 관계를 나타내는데, 방청성 첨가제가 1 중량부 미만 포함되게 되면, 효과적인 방청성을 기대하기 어렵고, 5 중량부를 초과하여 사용하게 되면 피막의 윤활성이 급격히 저하되어, 윤활 피막의 수명이 단축되는 결과를 초래하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제는 전술한 성분 외에 산화방지제, 분산안정제, 커플링제 등 당해 기술 분야에서 사용하는 첨가제를 더 사용할 수 있다. 산화방지제의 비제한적인 예로는 프로필겔레이트, 수지의 가교 밀도를 높여주는 티타늄 및 알루미늄스테아레이트 등을 사용할 수 있으며, 커플링제의 비제한적인 예로는 실란 화합물 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 첨가제들은 전체 고체 윤활제 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 비율로 존재할 수 있으며, 5 중량부를 초과하여 과량으로 사용했을 경우에는 경제성이 없을 뿐만 아니라, 오히려 코팅층의 윤활 성능이 감소되는 경향이 나타나서 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 고체 윤활제에 포함되는 화합물들의 순도는 98% 이상이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 고체 윤활제를 제조하는 방법을 설명하나, 일 실시예에 불과할 뿐 당해 기술분야에서 적용되는 기술은 제한없이 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 부시용 고체 윤활제는 자기윤활성 고체 입자, 결합체 및 추가 첨가제들을 조성물들을 메틸에틸케톤, 부탄올, 크실렌, 메틸이소부틸, 디메틸포름아마이드, 셀루솔브아세테이트 등의 진용매, 보조 용매 및 희석 용매를 포함하는 혼합 용매 일부에 넣고 밀링 장치를 이용하여 균일하게 분산시킨 후, 나머지 혼합 용매를 넣고 교반함으로써 최종적으로 완성할 수 있다.
이 때 고형분과 용제의 부피 비는 약 40:60으로 원액을 제조한다. 코팅 피막의 두께가 용액의 고형분 농도에 좌우되므로 실제적으로 금속 표면 위에 도포할 때에는 목적하는 두께에 따라 원액을 재차 희석하여 사용할 수 있다.
피막 윤활제의 두께는 5 내지 30 ㎛ 정도일 때가 효과적이며 약 15 ㎛ 내외가 가장 적합하다. 피막 두께가 이보다 두꺼운 경우에는 윤활성이 오히려 저하되며, 너무 얇을 경우에는 윤활성 및 방청성이 모두 저하한다.
피막 윤활제 용액의 도포는 침지법이나 스프레이 분무법 및 붓 또는 로울러 등을 이용하는 방법 등에 의해 수행할 수 있으며, 균일한 두께의 코팅층을 얻거나 양산성을 고려해 볼 때 스프레이 분무법이 가장 적당하다.
건조 및 경화 시간은 가열경화형의 경우는 상온에서 약 2 내지 3시간 정도 건조하여 용제를 휘발시킨 후 150 내지 180℃의 강제 대류형 오븐에서 약 1 시간 정도 경화시켜 완성한다. 또한 상온경화형의 경우는 상온에서 약 24 시간 이상 의 경화 시간을 필요로 하며, 가열할 경우에는 경화 시간을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가지는 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
[제조예 1] 실리콘 화합물이 10 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조
분자량 900~1,000 분포를 지닌 비스페놀에이 형 에폭시 수지 475g을 플라스크에 넣고 질소 분위기에서 150℃로 가열하여 용융시킨 후 메틸페놀트리메톡시실록산 118.7g을 넣고 3시간 탈 알콜 축합반응을 시켰다. 상기 반응물을 60℃로 냉각시킨 다음 Xylene과 Dimethylformamide(DMF) 1:1 혼합용액을 이용하여 고형분 40%가 되도록 조정하여 실리콘 화합물이 10 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조하였다.
[제조예 2] 플루오로카본이 15 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조
MEK 용매에 220 당량의 Novolac형 에폭시수지를 고형분 60 중량%가 되도록 용해한 용액 500g을 플라스크에 넣고 Nona fluoro valeic acid 45g을 혼합한 후에 역시 질소 분위기에서 60℃로 2시간 반응시켜 변성수지를 합성하였다. 그 다음 Xylene과 Dimethylformamide 1:1 혼합용액을 이용하여 고형분 40%가 되도록 조정하여 플루오로카본이 15 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조하였다.
[제조예 3] 플루오로카본이 25 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조
MEK 용매에 220 당량의 Novolac형 에폭시수지를 고형분 60 중량%가 되도록 용해한 용액 500g을 플라스크에 넣고 Nona fluoro valeic acid 75g을 혼합한 후에 역시 질소 분위기에서 60℃로 2시간 반응시켜 변성수지를 합성하였다. 그 다음 Xylene과 Dimethylformamide 1:1 혼합용액을 이용하여 고형분 40%가 되도록 조정하여 플루오로카본이 25 중량부 변성된 에폭시 수지를 제조하였다.
[실험예 1]
제조예 1의 실리콘 화합물이 10 중량부 변성된 에폭시 수지 (50 wt%) 와 플루오로카본이 15 중량부 변성된 에폭시 수지(50 wt%)를 혼합하여 40 wt%의 결합제, 자기윤활성 고체 입자로서 이황화몰리브덴 39.0wt%, 산화안티몬 3.0wt%, 그라파이트 5.0wt%, 테트라플루오로에틸렌 10.0wt%, 결합제로서, 40 wt%, 방청성 첨가제로서 인산납 2.0wt% 실리콘계 커플링제 1.0 wt%를 포함하는 고형분을, 메틸에틸케톤 40wt%, 크실렌 30 wt%, 셀루솔브아세테이트 20 wt%, 부탄올 10 wt% 비로 혼합된 용매에 분산시켜 코팅 윤활제 분산액을 제조하였다. 이와 같이 얻어진 윤활제 분산액을 침지법을 이용하여 시편 상에 약 15 미크론 정도의 두께로 코팅하고 170℃ 하의 오븐 내에서 경화시킨 후 성능 평가방법에 의해 시험하였다.
[실험예 2]
제조예 1의 실리콘 화합물이 10 중량부 변성된 에폭시 수지 (50 wt%) 와 제조예 3의 플루오로카본이 25 중량부 변성된 에폭시 수지(50 wt%)를 혼합하여 40 wt%의 결합제를 사용한 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 분산액을 제조하여, 성능을 시험하였다.
[비교예 1]
결합제로서, 제조예 1의 실리콘 화합물이 10 중량부 변성된 에폭시 수지를 단독으로 40 wt% 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 분산액을 제조하여 성능을 시험하였다.
성능평가 시험방법
본 발명의 피막접착형 윤활제의 성능평가는 미국의 재료 및 시험 방법에 관한 규격 (ASTM)에 의한 팔렉스(Falex) 시험방법 (ASTM D-2625)과 LFW-1 시험방법 (ASTM D-2714)에 의하여 행하였으며, 팔렉스 시험에서는 건조 마찰조건 하에서의 고체윤활피막의 내구수명 및 내하중성을, LFW-1 시험에서는 그리스 윤활제가 사용되는 윤활조건에서의 고체윤활피막의 마찰특성 및 내구수명을 각각 평가하였다. 피막접착형 윤활제를 도포한 시편에 그리스 윤활제를 추가적으로 사용한 LFW-1 시험에서의 시험하중은 210 파운드로 설정하였으며, 피막접착형 윤활제의 내구수명은 초기 길들이기 과정을 거쳐 안정화된 미끄럼 마찰계수 값이 대략 2배 이상으로 증가되는 시점까지의 총 시험회전수를 기준으로 설정하였다. 그리스 윤활제는 NLGI 주도 번호 #2 등급의 리튬계 구름베어링용 극압(EP) 그리스를 사용하였다. 또한 방청성의 평가는 한국공업규격에 규정된 염수분무 시험방법 (KS D-9502)에 의하여 판정하였다.
피막접착형 윤활제를 도포시킬 시험 시편은 표면의 오염 물질을 완전히 제거한 후 윤활제와의 결합력을 증대시키기 위하여 #120 메쉬 크기의 알루미나 입자를 이용하여 샌드-브라스팅 처리를 하였다. 이때의 시험시편의 표면 조도는 약 0.8 내지 1.2 ㎛ 정도이며, 표면에 존재하는 입자를 제거한 후 재차 세정처리를 하였고, 기타의 화성 피막 처리는 행하지 않았다.
시편 종류 LFW-1 시험
(ASTM D-2714)		 팔렉스 시험
(ASTM D-2625)		 염수분무시험
(시간)
KS D-9502
내구수명(회전수) 내하중성(파운드) 내구수명(분)
비교예 1 9,900 3,750 220 200 이상
실험예 1 83,000 4,500 200 200 이상
실험예 2 25,000 4,500 210 200 이상
비교예 1에 의하여 제조한 부시용 고체 윤활제의 팔렉스 시험에서 내하중성은 3,750 파운드, 내구수명은 220분 정도로 나타났으며, 고체 윤활제가 도포된 시편 위에 그리스 윤활제를 얇은 두께로 추가적으로 도포한 LFW-1 시험에서는 내구수명이 9,900 사이클 정도로 나타났다. 또한 염수분무시험 결과에서 방청성은 200 시간 이상으로 측정되었다.
반면에, 실험예 1에 의하여 제조한 부시용 고체 윤활제는 팔렉스 시험에서 내하중성은 4,500 파운드, 내구수명은 200분 정도로 나타나, 전술한 비교예 1 시험결과에 비하여 내마모성이 상대적으로 증가하였음을 확인할 수 있었다. 특히 고체 윤활제가 도포된 시편 위에 그리스 윤활제를 얇은 두께로 추가적으로 도포한 LFW-1 시험에서는 내구수명이 83,000 사이클 정도로 나타나, 그리스 윤활제와 복합적으로 윤활을 행할 경우에 실험예 1 조성물에서의 고체윤활제의 내구수명이 현저하게 향상되는 것으로 나타났다. 상기와 같은 고체윤활제 내구수명의 증가는 실리콘 화합물 및 플로오로카본계 화합물로 복합 변성한 수지 결합제로 제조한 고체윤활제의 내유성 및 친유성이 향상되어 그리스 윤활제과 피막접착형 고체 윤활제 복합윤활의 시너지 효과가 크게 작용한 것으로 판단된다.
또한, 실험예 2에 의하여 제조한 부시용 고체 윤활제의 팔렉스 시험에서 내하중성은 4,500 파운드, 내구수명은 210분 정도로 나타나, 전술한 실험예 1 시험결과의 내마모성과 유사한 정도로 증가하였음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 이래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (12)

  1. 자기윤활성 고체 입자 및 결합제를 포함하는 부시용 고체 윤활제에 있어서,
    상기 결합제가 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지 및 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지이고,
    상기 플루오로카본계 화합물 변성 에폭시 수지는 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 및 플루오로카본계 화합물이 결합된 형태이고,
    상기 플루오로카본계 화합물은 노나 플루오로발레르산(nona fluoro valeic acid), 옥타 플루오로펜틸글리시딜에테르(octa fluoro pentyl glycidyl ether), 노나 플루오로부탄술폰산(nona fluoro butane sulfonic acid), 헥사 플루오로 1.5 펜타디올(hexa fluoro 1.5 pentanediol), 옥타 플루오로 4,4 펜탄올(octa fluoro 4.4 pentanol), 4,4 디아미노 옥타 플루오로 바이페닐-1,2 에폭시 헵타데카 플루오로 운데칸(4.4 Diamino octa fluoro biphenyl, 1.2 epoxy heptadeca fluoro undecane) 및 노나 데카플루오로 데칸산(nona decafluoro decanoic acid) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 화합물 변성 에폭시 수지는 비스페놀에이(bisphenl A) 타입의 에폭시 수지 및 실록산 화합물이 결합된 형태이고,
    상기 실록산 화합물은 히드록시기, 알콕시기, 알킬아민기 및 카르복실기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실록산 화합물은 메틸페놀트리메톡시실록산, 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 글리시도옥시프로필트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기윤활성 고체 입자 100 중량부에 대하여, 상기 결합제는 25 내지 250 중량부 인 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 비스페놀 A 타입의 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 상기 실리콘 화합물은 5 내지 30중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노볼락(Novolac)형 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 상기 플루오로카본계 화합물이 5 내지 25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 이황화텡스텐(WS2), 그라파이트(Graphite), 산화안티몬(Sb2O3), 테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화흑연, 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 산화납(PbO), 질화붕소(BN) 및 불화칼슘(CaF2)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 방청성 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 산화방지제, 분산 안정제 및 커플링제 중 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고체 윤활제 100 중량부에 대하여, 상기 방청성 첨가제는 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 방청성 첨가제는 무기계 화합물 및 유기계 화합물 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 무기계 화합물은 염화주석, 크롬산스트론튬, 크롬산납, 크롬산아연, 산화아연 및 인산아연으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
    상기 유기계 화합물은 트리하이드록시벤, 부틸하이드록시톨루엔 및 디노닐나프탈렌 모노술폰 산의 금속염 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부시용 고체 윤활제.
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