KR102149751B1 - 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료 및 그 제조방법 - Google Patents

전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드계 수지 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PTFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 등과 같은 불소계 수지 또는 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하고, 이를 열처리하여 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료로서 제조함으로써, 종래와 같이 투입되는 고분자 물질과 다른 첨가물의 녹는점(melting point), 점도, 또는 혼합비 등에 구애받지 않으면서도 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성을 대폭 증진할 수 있는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드계 수지 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료 및 그 제조방법{Resin series sliding material for bearing/bushing using electrospinning}
본 발명은 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PTFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 등과 같은 불소계 수지 또는 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하고, 이를 열처리하여 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료로서 제조함으로써, 종래와 같이 투입되는 고분자 물질과 다른 첨가물의 녹는점(melting point), 점도, 또는 혼합비 등에 구애받지 않으면서도 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성을 대폭 증진할 수 있는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 베어링 구조체는 회전 운동 또는 직선 운동을 하는 축을 지지하기 위한 기능을 수행하는 부품으로서, 그 종류 및 형태 또한 용도와 기능에 따라 미끄럼 베어링, 구름 베어링 및 부시 형태의 베어링으로 크게 구분되어진다.
이러한 베어링 구조체는 금속 기재층, 상기 금속 기재층 상에 결합되는 미끄럼 지지층, 및 상기 미끄럼 지지층 상에 결합되는 슬라이딩층을 포함하여 이루어진다.
상기 슬라이딩층(미끄럼 이동층)으로서는 구리 도금 강판 상에 Cu-Sn계 합금을 접합한 미끄럼 이동 재료가 많이 사용되고 있으며, 구리 도금 강판에 Cu-Sn계 합금을 접합한 미끄럼 이동 재료는 오일을 사용하는 미끄럼 이동부로 사용된다. 한편, 오일을 사용하지 않은 미끄럼 이동부에는 수지 재료를 사용한 미끄럼 이동 부재가 사용된다.
종래의 수지 재료를 사용한 미끄럼 이동 부재는 백킹 메탈 표면인 구리 도금 강판 상에 Cu-Sn계 합금의 다공질층을 소결 형성하고, 이 다공질층에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 형성시킨 것이다. 이러한 PTFE를 형성시킨 미끄럼 이동 부재가 예를 들어, 자동차 등의 완충기 등의 오일을 사용하는 미끄럼 이동부로 사용되기도 한다.
한편, 백킹 메탈 표면의 다공질층에 PTFE를 형성하는 방법은 PTFE를 고점도의 페이스트(Paste) 형태로 적용하거나, 또는 PTFE를 녹이거나 함침하여 적용하여 이루어지고 있다. 또한, PTFE 원재료에 윤활 및 내마모 향상을 위한 각종 부재료를 혼합하여 필름 또는 액상 형태로 제작하여 부착하는 방법 등을 적용하고 있다.
그러나, 상기와 같이 페이스트 형태로 적용하는 경우, PTFE와 다른 첨가물의 혼합시에 그 점도를 조절하기 어려운 점이 있으며, PTFE를 녹여서 부착하는 경우에도, 베어링 금속재료 전체의 온도 균일성 유지 및 조절이 싶지 않을 뿐만 아니라, PTFE와 다른 첨가물의 혼합된 재료의 녹는점(melting point)를 맞추는 것과 재료의 균일한 혼합이 어려운 문제점이 있다.
또한, PTFE와 다른 첨가물을 혼합함에 있어 Film 형태로 균일하게 제조는 경우, 첨가물 투입량에 제한을 받으며, 액상 형태로 혼합하여 가열해서 재료를 형성하는 경우에도 PTFE 및 첨가물 간의 혼합비 및 투입량에 제한을 받게 되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제 10-2016-0133237 호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 불소계 수지(TFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 또는 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하고 이를 열처리하여 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조하도록 함으로써, 종래와 같이 투입되는 고분자 물질과 다른 첨가물의 녹는점(melting point), 점도, 또는 혼합비 등에 구애받지 않으면서도 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성을 대폭 증진할 수 있는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전기방사(Electrospinning)를 통한 전기장을 이용함으로써, PTFE 및 기타 첨가물로서의 다양한 폴리머 및 무기물질을 제한없이 베어링 재료에 적용가능한 전기방사를 이용한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, PTFE 및 기타 첨가물로서의 투입 재료의 녹는점, 점도, 또는 그 혼합비에 구애 받지 않고 넓은 범위에서 방사 용액 상태로 합성이 가능한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 섬유(Fiber) 형태의 첨가물을 첨가할 필요 없이, 베어링 재료의 물성(윤활성, 내구성 등)을 증진 시킬 수 있는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 베어링의 백킹(backing) 재료나 중간 물질은 철판 및 구리합금이므로, 전기장 효과의 극대를 기대할 수 있어 전기방사가 보다 효율적인 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수계의 불소계 수지(TFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 또는 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지 분산액을 전기 방사액의 출발원료로 사용이 가능하거나, 불소계 수지(TFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 또는 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지 분말을 유기 용매에 용해한 전기 방사액의 출발원료로 사용이 가능한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 PTFE 필름은 400 마이크로 미터 이상의 두께에 제한이 있어 박막으로 제조하는 경우 단가가 상승되고 수율이 저하되는 점이 있으나, 그 두께를 마음대로 조절이 가능한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법은, 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계; 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 또는 폴리이미드계 수지 섬유 웹을 형성하는 단계; 및 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 섬유 웹을 열처리하여 경화시켜 불소계 또는 폴리이미드계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계는, 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분산액을 베이스로 분산제를 첨가하는 단계; 및 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분산액에 수용성의 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계는, 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분말을 유기 용매에 용해하는 단계; 및 상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분말이 용해된 용해액에 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계 후에는, 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할을 위한 첨가물을 투입하는 단계를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계에서는, 섬유화 고분자 물질 용매를 추가하여 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 전기 방사 장치는, 내부에는 불소계 수지 방사 용액이 수용되고 하측으로는 가느다란 굵기의 불소계 수지 나노 젯을 토출하기 위한 니들을 구비한 시린; 상기 시린의 하측에 형성되어 토출되는 불소계 수지 나노 젯 섬유가 집적되는 다공질 소결층을 갖는 컬렉터(collector)로서의 백킹 메탈; 및 상기 니들에는 양극이 연결되고, 상기 백킹 메탈에는 음극이 연결되는 전극부로 이루어지고, 상기 전극부에서 고전압이 인가되면 시린의 니들에서 가느다란 굵기의 불소계 수지 나노 젯이 방사되어 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에는 필라멘트형태의 불소계 수지 나노 젯이 고상의 형태로 집적되어 상기 불소계 수지 섬유 웹이 형성되지어지고, 롤 프레스(Hot Roll Press)를 사용하여 상기 집적된 불소계 수지 섬유 웹을 가압 열처리하여 경화시켜 최종적으로 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드 수지 계열 슬라이딩 재료를 완성함이 바람직하다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조되는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드 수지 계열 슬라이딩 재료 및 그 제조방법은 불소계 또는 폴리미이드 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하고 이를 열처리하여 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조함으로써, 종래와 같은 투입되는 고분자 물질과 다른 첨가물의 녹는점(melting point), 점도, 또는 혼합비 등에 구애받지 않으면서도 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성을 대폭 증진할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기방사(Electrospinning)를 통한 전기장을 이용함으로써, PTFE 및 기타 첨가물로서의 다양한 폴리머 및 무기물질을 제한없이 베어링 재료에 적용가능한 장점도 있다.
또한, PTFE 및 기타 첨가물로서의 투입 재료의 녹는점, 점도, 또는 그 혼합비에 구애 받지 않는 장점도 잇다.
또한, 별도의 섬유(Fiber) 형태의 첨가물을 첨가할 필요 없이, 베어링 재료의 물성(윤활성, 내구성 등)을 증진 시킬 수 있는 장점도 있다.
또한, 베어링의 백킹(backing) 재료나 중간 물질은 철판 및 구리합금이므로, 전기장 효과의 극대를 기대할 수 있어 전기방사가 보다 효율적인 장점도 있다.
또한, 기존의 PTFE 필름은 400 마이크로 미터 이상의 두께에 제한이 있어 박막으로 제조하는 경우 단가가 상승되고 수율이 저하되는 점이 있으나, 그 두께를 마음대로 조절이 가능한 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료의 제조를 위한 전기 방사 공정을 나타내는 개략도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 불소계 수지 계열 또는 폴리이미드 계열 슬라이딩 재료의 제조를 위한 전기 방사 공정을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조 방법은, 불소계 수지 방사 용액을 준비하는 단계(S10); 상기 불소계 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하는 단계(S20); 및 상기 불소계 수지 섬유 웹을 열처리하여 경화시켜 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조하는 단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
상기 불소계 수지 방사 용액을 준비하는 단계(S10)는, 도 2에 도시된 전기방사에 적용하기 위한 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PVDF(Polyvinylidene Fluoride), Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluorinated Ehtylene Propylene, PCTFE(Poly-Chloro-Tri-Fluoro Ethylene), ETFE(Ethlyene Tetra Fluoro Ethylene 등과 같은 불소계 수지의 방사 용액을 제조하여 준비하는 단계이다.
아울러, 상기 방사 용액으로서 불소계 수지 대신에 폴리이미드(Poly Imide) 계열 수지도 사용할 수도 있다.
여기서, 불소계 수지의 종류로는 PTFE, PVDF, Tetraflooroethlene co-hexafluoropropylene, PFA, FEP, PCTFE, ETFE 등이 있으나, 불소계 수지 방사 용액의 설명의 편의를 위해 불소계 수지로서 PTFE를 사용한 PTFE 방사 용액을 중심으로 통칭하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 PTFE 방사 용액은 PTFE 의 미립자가 수계용액에 골고루 분산되어 있는 수계 분산액이거나, PTFE 분말을 유기 용매에 용해한 PTFE 용해액을 사용한다.
상기 PTFE 방사 용액으로서 수계 분산액을 사용하는 경우에는, PTFE 분산액을 베이스로 분산제를 첨가하는 단계; 및 상기 PTFE 분산액에 수용성 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 선택적으로 상기 수용성 섬유화 고분자 물질을 첨가하여 믹싱(mixing)하는 단계 후에는 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성 증진을 위해 첨가물을 투입하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 상기 PTFE 분산액을 베이스로 분산제를 첨가하는 단계에서는, 베이스 용액 제조로서 PTFE 분산액(Daikin사 제조 분산액, Polyflon D210, PTFE Dispersion)를 베이스로하여 분산제(Surfactant, 여러회사 분산제 가능(니치유화학사 노니온 HS-204S 또는 BYK DISPERBYK-184))를 첨가한다.
이때, 분산제의 조성비는 PTFE 분사액에 대해 6~7wt% 첨가가 바람직한 것으로, 예를 들면, 1000ml의 PTFE 분사액에 대해 60∼70g 정도가 바람직하다.
이어서, 상기 PTFE 분산액에 수용성 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계에서는 PTFE 방사 용액의 전기방사 단계에서 섬유화를 촉진하기 위한 것으로, 베이스액이 수계 분산액이므로 수용성으로서 섬유화 고분자 물질을 첨가하게 된다.
상기 섬유화 고분자 물질의 종류로는 PVP, PEO, PAA, PVA, PU, PLL, 덱스트란, 알킨산염, 키토산, 구아검, 전분, 셀룰로오스유도체, 폴리아크릴아마이드 가수분해물, 폴리아크릴레이트 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.
이때, 상기 수용성 섬유화 고분자 물질의 조성비는 PTFE 분사액에 대해 4~5wt% 첨가가 바람직한 것으로, 예를 들면, 1000ml의 PTFE 분사액에 대해 40∼50g 정도가 바람직하다.
상기 물성 증진을 위해 첨가물을 투입하는 단계에서는, 상기 PTFE 분산액에 수용성 섬유화 고분자 물질을 첨가하여 균일하게 균일하게 혼합(mixing)한 후, 물성 증진을 위하여 첨가물 투입하는 것으로, 윤활특성 및 필러(Filler) 역할 첨가제로서는 Graphite, MoS2, WS2, CaF2, BaS4, MgF2, SrF2, Al2O3, SiO2, ZrO2, Diamond Nano particle 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이때, 상기 물성 증진 첨가물 및 필러 역할 첨가 조성비의 예는, MoS2 입경 1um : 80g, Graphite 입경 1um : 80g, BaSO4 : 10um : 40g, Al2O3 : 0.5um : 30g인 것이 바람직하다.
또한, 내마모 역할 첨가제로서는 Al2O3, BN, SiO2, ZrO2, Diamond Nano particle 중 적어도 어느 하나 일 수 있다.
상기 물성 증진을 위하여 첨가물 투입하는 윤활특성 및 필러(Filler) 역할 첨가제나, 상기 내마모 역할 첨가제는 그 상태가 미립자, 수계분산액, 또는 이온상태의 용액일 수 있다.
상술한 바와 같은 분산제, 수용성 섬유화 고분자 물질, 및 물성 증진을 위한 첨가물을 투입한 후에는 회전 롤러(jar roller)에서 대략 24시간 동안 믹싱하여 균일하게 혼합하게 된다.
상기 PTFE 방사 용액으로서 PTFE 분말을 유기 용매에 용해한 PTFE 용해액을 사용하는 경우에는, PTFE 분말을 유기 용매에 용해하는 단계; 및 상기 PTFE 분말이 용해된 용해액에 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
이때. 상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계에서는 섬유화 고분자 물질 용매를 추가하는 단계를 더 포함한다.
물론, 상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하여 믹싱(mixing)하는 단계 후에는 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할 등과 같은 물성 증진을 위해 첨가물을 투입하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, PTFE 분말을 유기 용매에 용해하는 단계에서는, PTFE 분말((The Teflon®AF amorphous fluoropolymers polymers Dupont : Teflon®AF1600)을 유기 용매(FC-77. 3M사, Fluorinert 계열, Fluorinert 또는 Flute 종류)에서 일정 온도(예를 들면, 평균분자량 415, B.P= 97℃, 80℃ 정도에서 가열)에서 용해되어 베이스 용액으로 준비된다.
이때, PTFE 분말의 중량은 대략 10wt% 첨가가 바람직한 것으로, 예를 들면, 1000ml의 PTFE 분사액에 대해 100g 정도가 바람직하다.
이어서, 상기 상기 PTFE 분말이 용해된 용해액에 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계에서는, 상기 유기 용매에 용해성을 갖는 고분자 물질이 바람직한 것으로, PTFE, PVDF, PAN, PAA, PLA, PVA, Nylon, Polyester, Poly Acrylate, PEO, PVP, Cellulose, Peptide 중 적어도 어느 하나의 고분자 물질일 수 있다.
이때, 섬유화 고분자 물질 용매를 추가하는 단계에서는, 섬유화 고분자 물질 용매로서 DMF, NMP(N-메틸피롤리돈), DMAc(디메틸아세트아미드) 중 어느 하나의 용매를 사용함이 상기 섬유화 고분자 물질의 용해성을 감안하는 경우 가장 바람직하다.
물론, 상기 섬유화 고분자 물질이 PTFE인 경우에는 상기 용매 외에도 FC-77, Fluorinert, 및 Flute의 종류도 사용될 수 있다.
선택적으로, 상술한 바와 같이, 상기 물성 증진을 위해 첨가물을 투입하는 단계에서는, 상기 PTFE 분산액에 수용성 섬유화 고분자 물질을 첨가하여 균일하게 균일하게 혼합(mixing)한 후, 물성 증진을 위하여 첨가물 투입하는 것으로, 윤활특성 및 필러(Filler) 역할 첨가제로서는 Graphite, MoS2, WS2, CaF2, BaS4, MgF2, SrF2, Al2O3, SiO2, ZrO2, Diamond Nano particle 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 내마모 역할 첨가제로서는 Al2O3, BN, SiO2, ZrO2, Diamond Nano particle 중 적어도 어느 하나 일 수 있다.
상기 불소계 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 수지 섬유 웹을 형성하는 단계(S20)에서는, 상술한 바와 같이 수계 분산액 또는 PTFE 용해액을 사용하여 제조된 PTFE 방사 용액을, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기방사장치를 이용하여 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 PTFE 불소계 수지 섬유 웹(fiber web)을 형성하게 되는 것이다.
상기 전기 방사 장치는, 내부에는 PTFE 방사 용액이 수용되고 하측으로는 가느다란 굵기의 PTEF 나노 젯(1)을 토출하기 위한 니들(11)을 구비한 시린(10); 상기 시린(10)의 하측에 형성되어 토출되는 PTEF 나노 젯 섬유가 집적되는 다공질 소결층을 갖는 컬렉터(collector)로서의 백킹 메탈(20); 및 상기 니들에는 양극이 연결되고, 상기 백킹 메탈에는 음극이 연결되는 전극부(30)로 이루어져, 상기 전극부(30)에서 고전압이 인가되면 시린의 니들에서 가느다란 굵기의 PTFE 나노 젯(1)이 방사되어 백킹 메탈(20) 표면의 다공질 소결층에는 필라멘트형태의 PTEF 나노 젯(섬유)이 고상의 형태로 집적되어 PTFE 나노 섬유 웹(2)이 형성되어지는 것이다.
여기서, 가느다란 굵기의 PTFE 나노 젯은 나노 사이즈가 바람직하나, 마이크로 사이즈도 가능(나노사이즈든 마이크로 사이즈든 설계자의 의도대로, 목표 성능에 맞추어 조절이 가능함)하며, 필요성에 따라 다양한 미세 사이즈로 제작될 수 있다.
이때, 상기 전기 방사 장치의 일례로서, 시린지(10)의 용량은 20cc, 니들(11)은 16G, 펌핑률( Pumping Rate)은 20ul/min, DC는 20kV, 점도는 150Pos 정도로 세팅하여 동작할 수 있다.
상기 불소계 수지 섬유 웹을 열처리하여 경화시켜 불소계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조하는 단계(S30)에서는, 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 집적된 필라멘트형태의 PTEF 나노 젯(섬유)이 집적된 불소계 수지 섬유 웹(2)을 가압 열처리하여 경화시켜 최종적으로 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드 수지 계열 슬라이딩 재료를 완성하게 된다.
이때, 롤 프레스(Hot Roll Press)를 사용하여 대략 380℃, 질소분위기에서 대략 5분 정도 10ton의 압력하에서 이루어질 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: PTEF 나노 젯
2: PTFE 나노 섬유 웹
10: 시린 11: 니들
20: 컬렉터(collector)로서의 백킹 메탈
30: 전극부

Claims (7)

  1. 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계;
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사용액을 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에 전기방사장치로 전기방사하여 불소계 또는 폴리이미드계 수지 섬유 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 섬유 웹을 열처리하여 경화시켜 불소계 또는 폴리이미드계 수지 계열 슬라이딩 재료를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 전기방사장치는,
    내부에는 불소계 수지 방사 용액이 수용되고 하측으로는 가느다란 굵기의 불소계 수지 나노 젯을 토출하기 위한 니들을 구비한 시린;
    상기 시린의 하측에 형성되어 토출되는 불소계 수지 나노 젯 섬유가 집적되는 다공질 소결층을 갖는 컬렉터(collector)로서의 백킹 메탈; 및
    상기 니들에는 양극이 연결되고, 상기 백킹 메탈에는 음극이 연결되는 전극부로 이루어지고,
    상기 전극부에서 고전압이 인가되면 시린의 니들에서 가느다란 굵기의 불소계 수지 나노 젯이 방사되어 백킹 메탈 표면의 다공질 소결층에는 필라멘트형태의 불소계 수지 나노 젯이 고상의 형태로 집적되어 상기 불소계 수지 섬유 웹이 형성되어지고, 롤 프레스(Hot Roll Press)를 사용하여 상기 집적된 불소계 수지 섬유 웹을 가압 열처리하여 경화시켜 최종적으로 베어링/부싱용 불소계 또는 폴리이미드 수지 계열 슬라이딩 재료를 완성하는 것을 특징으로 하는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계는,
    불소계 또는 폴리이미드계 수지 분산액을 베이스로 분산제를 첨가하는 단계; 및
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분산액에 수용성의 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 방사 용액을 준비하는 단계는,
    불소계 또는 폴리이미드계 수지 분말을 유기 용매에 용해하는 단계; 및
    상기 불소계 또는 폴리이미드계 수지 분말이 용해된 용해액에 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계 후에는, 윤활특성, 필러 역할, 및 내마모 역할을 위한 첨가물을 투입하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 섬유화 고분자 물질을 첨가하는 단계에서는,
    섬유화 고분자 물질 용매를 추가하여 첨가하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 전기방사를 이용한 베어링/부싱용 슬라이딩 재료.
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