KR102075586B1 - 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법 - Google Patents

카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법은, 금형 부품의 일면에 일정 깊이 및 형상으로 드릴링을 하여 함입구를 형성하는, 드릴링 단계; 상기 함입구에 그래파이트를 유효 성분으로 하는 카본코어를 압입하는, 압입 단계; 금형 부품에 압입된 카본코어를 건조시키는, 건조 단계; 카본코어가 압입된 금형 부품의 일면을 밀링(milling)하는, 표면 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법에 따르면, 금형 부품 프레싱 과정에서 금형 부품의 슬라이딩을 위해 액체 윤활유를 공급하는 과정을 생략할 수 있게 된다는 장점을 갖게 된다.

Description

카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF AN OILLESS BEARING INSERTED WITH CARBONCORE}
본 발명은 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 오일을 흡착하는 카본코어를 포함한 금형 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서 금형 부품의 프레싱 시 액체 윤활유 공급 과정을 생략할 수 있게 되어 신속하며 용이한 직선 운동 및 회전 구동이 가능하고 사용자의 번거로움을 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있는, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 축이 직선 또는 회전 운동을 할 때 마찰 저항을 작게 하여 운동을 원활하게 해주는 기계요소로, 서로 마찰되는 기계 부품들 사이의 마찰을 감소시키기 위해 액체 윤활유를 공급하거나 자석의 힘을 이용하여 기계 부품들 사이의 간격을 넓혀주는 방법을 이용하기도 한다.
특히 슬라이딩 타입의 오일리스 베어링을 제조하는 기술과 관련하여, 한국 등록 특허 제 10-1033869호(발명의 명칭 : 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법)는 친환경적이고, 내마모성, 내하중성 및 윤활 특성이 우수한 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링이 관한 것이다.
상기 발명은, 탄소강으로 이루어지며 하중을 지지하는 판 형상의 지지 베이스와; 그리고 판 형상의 지지 베이스에 소결 접합되고, 소결에 의해 형성된 내부 기공에 오일이 함침되며, 그리고 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면 접촉되는 철-구리계 합금의 습동층을 포함하고, 철-구리계 합금의 습동층은 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 18중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하며, 그리고 열처리 시 철은 마르텐사이트 조직을 갖는 오일리스 베어링을 제시하고 있다.
또한, 카본심을 포함한 오일리스 베어링을 제조하는 기술과 관련하여, 한국 등록 특허 제 10-0823828호(발명의 명칭 :　테이퍼 카본심이 구성된 오일리스 베어링의 제작방법 및 테이퍼 카본심이 구성된 오일리스 베어링)는 테이퍼 카본심을 포함한 오일리스 베어링에 관한 것이다.
상기 발명은, 바디(110)의 접동면(120)으로 갈수록 좁아지도록 테이퍼홀(115)을 형성하고, 상기 테이퍼홀(115)에 카본반죽(200)을 충전함으로써 신속하고 용이한 작업 공정이 가능하고, 접동면(120) 방향으로 테이퍼 카본심(140)이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 특징이 있는 오일리스 베어링을 제시하고 있다.
상기 두 발명은 공통적으로 기계 베어링 부품들이 작동할 때 액체 윤활유의 공급이 필요하지 않은 친환경적인 오일리스 베어링을 제조한다는 특성을 가지나 고체 윤활유에 카본의 함유량이 적거나 접착제와 함께 카본을 제조하여 오일을 효과적으로 함유할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 따라서 오일을 효과적으로 많이 함유할 수 있는 카본코어를 포함한 베어링을 제작하는 기술을 개발할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 프레싱 과정 전 금형 부품에 오일을 도포하면 카본코어가 오일을 흡착하는 오일리스 베어링을 제작하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 경도가 높아져 기계적인 특성이 강화됨과 동시에 고체 윤활제로서의 성능도 향상시킬 수 있는 기능성 카본코어를 함유한 오일리스 베어링을 제조하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 오일을 더 많이 함유할 수 있도록 하는 추가 기능성 카본코어를 함유한 오일리스 베어링을 제조하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 그래파이트의 고체 윤활제로서의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 복합 카본코어를 함유한 오일리스 베어링을 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법은, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법으로서, 금형 부품의 일면에 일정 깊이 및 형상으로 드릴링을 하여 함입구를 형성하는, 드릴링 단계; 상기 함입구에 그래파이트를 유효 성분으로 하는 카본코어를 압입하는, 압입 단계; 금형 부품에 압입된 카본코어를 건조시키는, 건조 단계; 카본코어가 압입된 금형 부품의 일면을 밀링(milling)하는, 표면 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드릴링 단계 이후에는, 상기 카본코어 85 내지 99중량%와 철을 유효 성분으로 하는 기능성 혼합물 1 내지 15중량%을 혼합하여 기능성 카본코어를 제조하는 기능성 카본코어 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 기능성 혼합물은, 전체 제 1 용액 중량 대비, 황산 1 내지 15중량%, 산화 그래파이트 85 내지 99중량%를 혼합한 후 교반하여 제 1 용액을 제조하는, 제 1 용액 제조 단계; 전체 제 2 용액 중량 대비, 상기 제 1 용액 75 내지 95중량%, 과망간산칼륨 5 내지 25중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는, 제 2 용액 제조 단계; 전체 제 3 용액 중량 대비, 상기 제 2 용액 10 내지 45중량%, 과산화수소 0.1 내지 10중량%, 물 45 내지 80중량%를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 후 여과하여 중간 수득물을 얻는, 중간 수득물 제조 단계; 전체 산화 그래핀 용액 중량 대비, 상기 중간 수득물 5 내지 25중량%, DMF용매 50 내지 90중량%, 하이드라진 1 내지 25중량%를 혼합하여 산화 그래핀 용액을 제조한 후 상기 산화 그래핀 용액을 세척 및 건조시켜 산화 그래핀을 완성하는, 산화 그래핀 완성 단계; 전체 철 수용액 중량 대비, 철 전구체 10 내지 30중량%, 물 70 내지 90중량%를 혼합하여 철 수용액을 제조하는, 철 수용액 제조 단계; 전체 산화 그래핀 혼합 용액 중량 대비, 상기 철 수용액 30 내지 70중량%, 상기 산화 그래핀 30 내지 70중량%를 혼합하여 산화 그래핀 혼합 용액을 제조하는, 산화 그래핀 혼합 용액 제조 단계; 상기 산화 그래핀 혼합 용액을 물과 에탄올로 1 내지 5회 세척하여 산화 그래핀 수득물을 수득하는, 세척 단계; 상기 산화 그래핀 수득물을 200 내지 400℃에서 30분 내지 5시간 동안 가열한 후 기능성 혼합물을 완성하는, 가열 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 산화 그래파이트는, 전체 산 용액 중량 대비, 황산 50 내지 80중량%, 과황산칼륨 5 내지 25중량%, 오산화인 5 내지 25중량%를 혼합하여 산 용액을 제조하는, 산 용액 제조 단계; 전체 그래파이트 산화 용액 중량 대비, 상기 산 용액 0.1 내지 10중량%, 그래파이트 0.1 내지 10중량%, 물 80 내지 99중량%를 혼합하여 그래파이트 산화 용액을 제조하는, 그래파이트 산화 용액 제조 단계; 상기 그래파이트 산화 용액을 물로 세척한 후 여과하여 산화 그래파이트를 완성하는, 산화 그래파이트 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법은,
1) 금형 부품 프레싱 과정에서 금형 부품의 슬라이딩을 위해 액체 윤활유를 공급하는 과정을 생략할 수 있고,
2) 물리적인 경도는 더욱 강해져 고체 윤활제로서 수명이 길어지고, 윤활 역할을 향상시킬 수 있으며,
3) 그래파이트를 유효 성분으로 한 고체 윤활제가 오일을 더 많이 함유할 수 있는 효과를 제공할 뿐만 아니라,
4) 그래파이트의 결정 층 박리를 유연하게 하여 베어링의 기계적 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 사시도.
도 2는 본 발명의 오일리스 베어링을 제조하는 기본 프로세스를 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 기능성 혼합물 및 추가 기능성 혼합물을 제조하는 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 복합 혼합물 및 함유보조제를 제조하는 과정을 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 오일리스 베어링을 제조하는 기본 프로세스를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 카본코어(300)가 압입된 오일리스 베어링(oilless bearing)의 제조 방법의 제조 방법은 오일을 흡착하는 카본코어(300)를 포함한 금형 부품(100)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 프레싱 과정 전 금형 부품(100)에 오일을 도포하면 카본코어(300)가 오일을 흡착하고 있다가 금형 부품(100)을 프레싱 하는 과정에서 오일을 뱉음으로써 기존의 금형 부품(100) 프레싱 과정에서 금형 부품(100)의 슬라이딩을 위해 액체 윤활유를 공급하는 과정을 생략할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 오일리스 베어링은 산업 기계나 건설 기계 등 여러 산업 분야의 기계에서 회전 및 직선 운동을 하는 축을 지지하는 역할을 하며, 모양과 재질에 관계없이 하중과 동력을 받은 상태에서 자체 윤활성 내지는 전동체(볼, 롤러)의 미끄럼성을 이용하여 회전, 왕복, 측압(Thrust), 각도요동운전 등의 다양한 운동 형태로 힘을 전달시키거나 움직여주는 역할을 수행한다. 더하여 본 발명은, 기존의 베어링에 카본코어(300)의 포함으로 윤활유의 잦은 공급 없이도 금형 부품(100)끼리의 마찰이 적고 신속하며 용이한 직선 운동 및 회전 구동이 가능하여 사용자의 번거로움을 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이러한 본 발명의 오일리스 베어링의 제조 방법은 기본적으로 드릴링 단계(S100), 압입 단계(S200), 건조 단계(S300), 표면 처리 단계(S400)로 이루어진다.
먼저, 드릴링 단계(S100)는 철, 구리, 니켈 등의 금속 물질로 이루어진 것으로서 평평한 판, 원통 형상인 금형 부품(100)의 일면(이때 금형 부품(100)의 일면은 프레싱기와 접촉되어 마찰되는 면을 말한다.)에 일정 깊이 및 형상으로 드릴링을 하여 함입구(200)를 형성하는 과정이다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 드릴링 과정을 통해 금형 부품(100)에 규칙적 혹은 비 규칙적인 간격으로 함입구(200)를 낼 수 있으며, 드릴링 후의 함입구(200)의 종단면은 ??, ∨, ∪형상 외에 다양한 형상이 될 수 있고 그 모양에는 제한이 없다.
이때, 드릴링 과정에서 드릴링의 정도는 금형 부품(100)의 두께를 통과하여 공(孔)을 형성하는 것이 아닌, 금형 부품(100)의 일면에 금형 부품(100) 두께 이하의 함입구(200)를 형성할 정도로 드릴링하는 것을 특징으로 한다.
다음, 압입 단계(S200)는 드릴링 된 금형 부품(100)의 함입구(200)에 카본코어(300)를 압입하는 과정이다.
이때, 카본코어(300)는 카본 나노 소재인 그래파이트(Graphite)를 유효 성분으로 하는 것으로서, 오일을 공급하면 카본코어(300)가 오일을 흡착하고 있다가 금형 부품(100)을 프레싱 하는 과정에서 오일을 서서히 뱉어내어 금형 부품(100)의 고체 윤활제로서 역할을 한다. 더하여, 카본코어는 그래파이트 및 다른 종류의 카본 나노 소재 및 기타 첨가제와 함께 혼합되어 제조될 수 있다.
그리고 압입 과정은 시중의 압입기를 이용하여 금형 부품(100)의 함입구(200)에 카본코어(300)를 압입할 수 있으며, 압입 과정 후 카본코어(300)가 금형 부품(100)에 단단하게 고정 압입될 수 있다면 그 방법에는 제한이 없다.
이후, 건조 단계(S300)는 금형 부품(100)에 압입 된 카본코어(300)를 건조 시키는 과정으로서, 함입구(200) 내에 압입된 카본코어(300)의 경도를 높이는 과정이다. 이때 건조 과정은 고온 건조, 자연 건조, 열풍 건조 등이 이용될 수 있으며 그 방법에는 제한이 없다.
마지막으로, 표면 처리 단계(S400)는 카본코어(300)가 압입된 금형 부품(100)의 일면을 밀링(milling)하는 과정으로서, 카본코어(300)가 압입된 금형 부품(100)의 일면을 매끄럽게 하는 단계이다.
이때, 밀링 과정은 밀링머신을 통해 절삭 날로 금형 부품(100)의 일면을 평면 및 곡면으로 절삭하는 기능을 제공한다.
이러한 과정을 통해 제조된 오일리스 베어링은 기존의 유체 윤활제를 이용하는 베어링보다 저온 및 고온에서의 사용 제한에서 자유롭고 청결하며 다양한 기계의 운동 수행에 이상적이므로 여러 산업 현장의 기계 부품으로서의 사용이 적합하다.
도 3은 본 발명의 기능성 혼합물 및 추가 기능성 혼합물을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
그래파이트의 고체 윤활제로서의 역할을 향상시키는 방법에는 그래파이트와 철을 혼합하여 물리적인 경도는 더욱 강해지면서 윤활 역할이 향상된 기능성 혼합물을 제조한 후 상술한 카본코어(300)에 추가적으로 포함하여 함입구(200)에 압입할 수 있다. 따라서, 상술한 드릴링 단계 이후에는 카본코어 85 내지 99중량%와 철을 유효 성분으로 하는 기능성 혼합물 1 내지 15중량%을 혼합하여 기능성 카본코어를 제조하는 기능성 카본코어 제조 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이러한 기능성 혼합물을 제조하는 과정으로는 제 1 용액 제조 단계(S210), 제 2 용액 제조 단계(S211), 중간 수득물 제조 단계(S212), 산화 그래핀 완성 단계(S213), 철 수용액 제조 단계(S214), 산화 그래핀 혼합 용액 제조 단계(S215), 세척 단계(S216), 기능성 혼합물 완성 단계(S217)를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 용액 제조 단계(S210)는 전체 제 1 용액 중량 대비, 황산 1 내지 15중량%, 산화 그래파이트 85 내지 99중량%를 혼합한 후 교반하여 제 1 용액을 제조하는 과정으로서, 이는 -10 내지 5℃ 내에서 진행하는 것이 바람직하다.
다음, 제 2 용액 제조 단계(S211)는 전체 제 2 용액 중량 대비, 제 1 용액 75 내지 95중량%, 과망간산칼륨 5 내지 25중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 과망간산칼륨은 산화 그래파이트를 산화시키는 산화제로 사용되며, 제 2 용액 제조 단계(S211)는 매우 천천히 진행되는 것이 좋은데 그 이유는 산화 그래파이트가 후술할 산화 그래핀으로 충분히 산화되기 위해서이다.
다음, 중간 수득물 제조 단계(S212)는 전체 제 3 용액 중량 대비, 제 2 용액 10 내지 45중량%, 과산화수소 0.1 내지 10중량%, 물 45 내지 80중량%를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 후 여과하여 중간 수득물을 얻는 과정이다.
이때, 제 3 용액을 여과하여 중간 수득물을 얻은 후, 중간 수득물을 물로 1 내지 5회 세척하는 것이 바람직하다.
이후, 산화 그래핀 완성 단계(S213)는 전체 산화 그래핀 용액 중량 대비, 중간 수득물 5 내지 25중량%, DMF용매 50 내지 90중량%, 하이드라진 1 내지 25중량%를 혼합하여 산화 그래핀 용액을 제조한 후 세척과 건조 단계를 거쳐 산화 그래핀을 완성하는 과정이다.
이때, 세척 과정은 물로 1 내지 5회 하는 것이 바람직하며, 여과 과정은 감압 여과 및 필터 여과를 통해 진행될 수 있다.
여기서, DMF(dimethylformamide)는 후술할 단계에서 첨가되는 아닐린의 중화를 촉진시키는 역할을 수행하며, 하이드라진은 탈산소제 역할을 하며 환원제로서 반응에 기여한다.
다음, 철 수용액 제조 단계(S214)는 전체 철 수용액 중량 대비, 철 전구체 10 내지 30중량%, 물 70 내지 90중량%를 혼합한 뒤 10분 내지 2시간 동안 교반하여 철 수용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 철 전구체로 질산철구수화물(Iron(Ⅲ) nitrate nonahydrate)이 사용될 수 있으며 후술할 반응들에서 철 이온(Fe)을 제공하는 역할을 수행한다. 이때, 교반 과정은 물 내에서 철 전구체의 물리적 분산을 위해 수행된다.
이후, 산화 그래핀 혼합 용액 제조 단계(S215)는 전체 산화 그래핀 혼합 용액 중량 대비, 철 수용액 30 내지 70중량%, 산화 그래핀 30 내지 70중량%를 혼합한 뒤 교반하여 산화 그래핀 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 교반 시 온도 상승으로 인한 산화 그래핀 혼합 용액 내 재 응집이 일어날 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 용액을 쿨링(cooling)시켜 5 내지 20℃에서 교반시키는 것이 바람직하다.
다음, 세척 단계(S216)는 산화 그래핀 혼합 용액을 30분 내지 5시간 교반한 후 물과 에탄올로 1 내지 5회 세척하여 산화 그래핀 수득물을 수득하는 과정으로서, 교반 과정은 산화 그래핀 작용기 (-OH, -COOH)와 Fe 입자의 반응을 위하여 진행된다.
마지막으로, 기능성 혼합물 완성 단계(S217)는 산화 그래핀 수득물을 200 내지 400℃에서 30분 내지 5시간 동안 가열한 후 기능성 혼합물을 완성하는 단계이다. 이때, 기능성 혼합물 완성 단계(S217)는 아르곤(Ar)가스의 공급 하에 진행되는데, 비활성 기체인 아르곤가스는 산화 그래핀 수득물 가열 시 가열 환경 내의 분위기를 제어하여 산화 그래핀 수득물 외의 기타 재료의 연소를 방지해주는 역할을 함으로써 산화 그래핀 수득물 내의 수분 및 미 반응 물질을 안전하게 제거하는 역할을 수행한다.
이렇게 하여 제조된 기능성 혼합물은 카본코어와 혼합되어 기능성 카본코어로 제조됨으로써 기존의 그래파이트만을 카본코어(300)로 사용할 때보다 경도가 높아져 기계적인 특성이 강화됨과 동시에 고체 윤활제로서의 성능도 향상되므로 카본코어(300)로서의 사용이 바람직하다고 할 수 있다.
상술한 기능성 혼합물을 제조하는 과정의 반응물인 산화 그래파이트(graphite oxide)는 그래파이트와 그래핀(Graphene)의 중간체로서, 이러한 산화 그래파이트를 제조하는 과정은 산 용액 제조 단계, 그래파이트 산화 용액 제조 단계, 산화 그래파이트 완성 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 산 용액 제조 단계는 전체 산 용액 중량 대비, 황산 50 내지 80중량%, 과황산칼륨 5 내지 25중량%, 오산화인 5 내지 25중량%를 혼합하여 산 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 과황산칼륨은 후술할 그래파이트를 산화시키는 산화제로서의 역할을 수행하며, 오산화인은 건조제 및 탈수제의 역할을 수행한다.
다음으로, 그래파이트 산화 용액 제조 단계는 전체 그래파이트 산화 용액 중량 대비, 산 용액 0.1 내지 10중량%, 그래파이트 0.1 내지 10중량%, 물 80 내지 99중량%를 혼합하여 그래파이트 산화 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 물을 혼합하여 그래파이트 산화 용액이 제조된 후 12 내지 24시간 동안 기다린 후 후술할 단계들을 진행하는 것이 바람직하며, 3 내지 10시간 동안 교반하면서 반응을 진행하는 것이 좋다.
마지막으로, 산화 그래파이트 완성 단계는 그래파이트 산화 용액을 물로 세척한 후 여과하여 산화 그래파이트를 완성하는 과정이다.
여기서, 그래파이트 산화 용액을 물로 세척하는 이유는 그래파이트 산화 용액 제조 시 잔류하는 산을 제거하기 위해서이다. 여기서 효과적으로 산을 제거하고 세척 과정에서 기타 불순물이 포함시키지 않도록 하려면 물은 3차 증류수를 사용하는 것이 바람직하며 세척과정 이후의 여과 과정은 감압 여과, 필터 여과를 통하여 진행될 수 있다. 더하여, 여과되어 완성된 산화 그래파이트는 12 내지 24시간 동안 자연 건조를 통해 세척에 쓰인 물을 제거하는 과정이 더 수행될 수 있다.
위 과정들은 그래파이트를 완전히 산화시켜 산화 그래파이트를 제조하는 과정이며, 이렇게 제조된 산화 그래파이트는 상술한 기능성 혼합물 제조 과정의 반응물로 사용된다.
본 발명에서는 카본코어(300)가 오일을 많이 함유할수록 금형 부품(100)의 프레싱 시 고체 윤활제로서 역할을 잘 수행한다고 볼 수 있는데, 그래파이트와 폴리아닐린을 합성하여 이를 카본코어에 추가적으로 포함시키면 그래파이트의 층 구조 사이의 폴리아닐린이 오일을 더 많이 함유할 수 있도록 도움을 주게 되어 카본코어의 기능을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 아닐린은 벤젠고리의 한 수소기가 아미노그룹(-NH2)으로 치환된 화학 구조로 친수성의 성질을 갖는 아미노 그룹(-NH2)이 존재하지만, 아미노 그룹은 하이드록시 그룹에 비하여 수소결합의 세기가 많이 약하고 탄소수의 비율이 높아 소수성의 성질을 갖는다.
따라서 기능성 카본코어 제조 단계 이후에 상기 기능성 카본코어 90 내지 99중량%와 아닐린을 유효 성분으로 하는 추가 기능성 혼합물 1 내지 10중량%을 혼합하여 추가 기능성 카본코어를 제조하는 추가 기능성 카본코어 제조 단계를 포함하여 그 역할을 잘 수행할 수 있게 된다.
도 3을 참조하면, 이러한 추가 기능성 혼합물을 제조하는 과정은 산화 그래핀 완성 단계(S213) 이후로, 1차 용액 제조 단계(S218), 2차 용액 제조 단계(S219), 추가 기능성 혼합물 완성 단계(S220)를 포함할 수 있다.
먼저, 1차 용액 제조 단계(S218)는 전체 1차 용액 중량 대비, 산화 그래핀 30 내지 60중량%, 에틸렌글리콜 30 내지 60중량%, 아닐린 0.1 내지 5중량%, 페닐렌디아민 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 1차 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 아닐린은 상술한 추가 기능성 혼합물의 주재료가 되며 아닐린의 중합체인 폴리아닐린은 소수성의 성질을 갖기 때문에 그래파이트가 오일을 더 함유할 수 있도록 돕는다. 또한, 에틸렌글리콜은 환원제로서 역할을 수행하며, 페닐렌디아민은 벤젠 고리에 아미노기 2개를 갖는 분자로서 폴리아미드의 재료 성분으로 사용된다. 더하여, 이 반응에서는 상술한 DMF로 인해 아닐린의 중화 반응이 일어난다.
다음으로 2차 용액 제조 단계(S219)는 전체 2차 용액 중량 대비, 1차 용액 40 내지 75중량%, 1M 염산 20 내지 55중량%, 과황산암모늄 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 2차 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 과황산암모늄은 산화제로서 역할을 수행하며, 아닐린과 그래파이트의 합성은 산의 환경에서 잘 형성되기 때문에 염산은 용액을 산성의 환경으로 만들어 주기 위해 사용된다.
마지막으로, 추가 기능성 혼합물 완성 단계(S220)는 2차 용액을 0.1M염산으로 세척한 후 물로 세척하여 추가 기능성 혼합물을 완성하는 과정이다.
이때 주의할 점은 세척을 너무 많이 하게 되면 그래파이트에 도핑(doping)된 폴리아닐린이 디도핑(dedoping)될 가능성이 있으므로 5회 미만으로 세척하는 것이 좋으며 특히, 0.1M염산으로 2회, 물로 1회 세척하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 추가 기능성 혼합물은 소수성을 갖는 폴리아닐린의 존재로 인해 기존의 카본코어(300) 보다 더 많은 오일을 함유하기 때문에 고체 윤활제로서의 사용이 바람직하다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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100: 금형 부품 200: 함입구
300: 카본코어
S100: 드릴링 단계 S200: 압입 단계
S300: 건조 단계 S400: 표면 처리 단계
S210: 제 1 용액 제조 단계 S211: 제 2 용액 제조 단계
S212: 중간 수득물 제조 단계 S213: 산화 그래핀 완성 단계
S214: 철 수용액 제조 단계 S215: 산화 그래핀 혼합 용액 제조 단계
S216: 세척 단계 S217: 기능성 혼합물 완성 단계
S218: 1차 용액 제조 단계 S219: 2차 용액 제조 단계
S220: 추가 기능성 혼합물 완성 단계
S230: 녹말 용액 제조 단계 S231: 제 1 혼합 용액 제조 단계
S232: 제 2 혼합 용액 제조 단계 S233: 감압 단계
S234: 혼합 1 용액 제조 단계 S235: 혼합 2 용액 제조 단계
S236: 키토산 중합체 수득 단계 S237: 함유보조제 완성 단계

Claims (10)

  1. 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법으로서,
    금형 부품의 일면에 일정 깊이 및 형상으로 드릴링을 하여 함입구를 형성하는, 드릴링 단계;
    상기 함입구에 그래파이트를 유효 성분으로 하는 카본코어를 압입하는, 압입 단계;
    금형 부품에 압입된 상기 카본코어를 건조시키는, 건조 단계;
    카본코어가 압입된 상기 금형 부품의 일면을 밀링(milling)하는, 표면 처리 단계;를 포함하되,
    상기 드릴링 단계 이후에는,
    상기 카본코어 85 내지 99중량%와 철을 유효 성분으로 하는 기능성 혼합물 1 내지 15중량%을 혼합하여 기능성 카본코어를 제조하는 기능성 카본코어 제조 단계;를 포함하고,
    상기 기능성 혼합물은,
    전체 제 1 용액 중량 대비, 황산 1 내지 15중량%, 산화 그래파이트 85 내지 99중량%를 혼합한 후 교반하여 제 1 용액을 제조하는, 제 1 용액 제조 단계;
    전체 제 2 용액 중량 대비, 상기 제 1 용액 75 내지 95중량%, 과망간산칼륨 5 내지 25중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는, 제 2 용액 제조 단계;
    전체 제 3 용액 중량 대비, 상기 제 2 용액 10 내지 45중량%, 과산화수소 0.1 내지 10중량%, 물 45 내지 80중량%를 혼합하여 제 3 용액을 제조한 후 여과하여 중간 수득물을 얻는, 중간 수득물 제조 단계;
    전체 산화 그래핀 용액 중량 대비, 상기 중간 수득물 5 내지 25중량%, DMF용매 50 내지 90중량%, 하이드라진 1 내지 25중량%를 혼합하여 산화 그래핀 용액을 제조한 후 상기 산화 그래핀 용액을 세척 및 건조시켜 산화 그래핀을 완성하는, 산화 그래핀 완성 단계;
    전체 철 수용액 중량 대비, 철 전구체 10 내지 30중량%, 물 70 내지 90중량%를 혼합하여 철 수용액을 제조하는, 철 수용액 제조 단계;
    전체 산화 그래핀 혼합 용액 중량 대비, 상기 철 수용액 30 내지 70중량%, 상기 산화 그래핀 30 내지 70중량%를 혼합하여 산화 그래핀 혼합 용액을 제조하는, 산화 그래핀 혼합 용액 제조 단계;
    상기 산화 그래핀 혼합 용액을 물과 에탄올로 1 내지 5회 세척하여 산화 그래핀 수득물을 수득하는, 세척 단계;
    상기 산화 그래핀 수득물을 200 내지 400℃에서 30분 내지 5시간 동안 가열한 후 기능성 혼합물을 완성하는, 가열 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법.
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  4. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 그래파이트는,
    전체 산 용액 중량 대비, 황산 50 내지 80중량%, 과황산칼륨 5 내지 25중량%, 오산화인 5 내지 25중량%를 혼합하여 산 용액을 제조하는, 산 용액 제조 단계;
    전체 그래파이트 산화 용액 중량 대비, 상기 산 용액 0.1 내지 10중량%, 그래파이트 0.1 내지 10중량%, 물 80 내지 99중량%를 혼합하여 그래파이트 산화 용액을 제조하는, 그래파이트 산화 용액 제조 단계;
    상기 그래파이트 산화 용액을 물로 세척한 후 여과하여 산화 그래파이트를 완성하는, 산화 그래파이트 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기능성 카본코어 제조 단계 이후에는,
    상기 기능성 카본코어 90 내지 99중량%와 아닐린을 유효 성분으로 하는 추가 기능성 혼합물 1 내지 10중량%을 혼합하여 추가 기능성 카본코어를 제조하는 추가 기능성 카본코어 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 산화 그래핀 완성 단계 이후에는,
    전체 1차 용액 중량 대비, 상기 산화 그래핀 30 내지 60중량%, 에틸렌글리콜 30 내지 60중량%, 아닐린 0.1 내지 5중량%, 페닐렌디아민 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 1차 용액을 제조하는, 1차 용액 제조 단계;
    전체 2차 용액 중량 대비, 상기 1차 용액 40 내지 75중량%, 1M 염산 20 내지 55중량%, 과황산암모늄 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 2차 용액을 제조하는, 2차 용액 제조 단계;
    상기 2차 용액을 0.1M 염산 및 물로 세척하여 추가 기능성 혼합물을 완성하는, 추가 기능성 혼합물 완성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 카본코어가 압입된 오일리스 베어링의 제조 방법.

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