KR102558432B1 - 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법 - Google Patents

기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102558432B1
KR102558432B1 KR1020220000249A KR20220000249A KR102558432B1 KR 102558432 B1 KR102558432 B1 KR 102558432B1 KR 1020220000249 A KR1020220000249 A KR 1020220000249A KR 20220000249 A KR20220000249 A KR 20220000249A KR 102558432 B1 KR102558432 B1 KR 102558432B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sealing
mixture
weight
parts
mechanical properties
Prior art date
Application number
KR1020220000249A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230105102A (ko
Inventor
안병용
서석훈
최필준
Original Assignee
나노씰(주)
한국신발피혁연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 나노씰(주), 한국신발피혁연구원 filed Critical 나노씰(주)
Priority to KR1020220000249A priority Critical patent/KR102558432B1/ko
Publication of KR20230105102A publication Critical patent/KR20230105102A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102558432B1 publication Critical patent/KR102558432B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/003—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/24—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 characterised by the choice of material
    • B29C67/242—Moulding mineral aggregates bonded with resin, e.g. resin concrete
    • B29C67/243—Moulding mineral aggregates bonded with resin, e.g. resin concrete for making articles of definite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/005—Producing membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • C08J5/08—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials glass fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/10—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material characterised by the additives used in the polymer mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/10—Metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/54—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/10—Silicon-containing compounds
    • C08K7/12—Asbestos
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/18—Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)

Abstract

본 발명은 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 브론즈(bronze) 및 몰리브데넘(molybdenum)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계; 상기 혼합물 내의 상기 브론즈 및 상기 몰리브데넘의 분산성을 향상시키기 위해 실란커플링제를 첨가하는 실랑커플링제 첨가단계; 상기 실란커플링제가 첨가된 상기 혼합물에 유리섬유를 추가로 첨가하여 최종 혼합물인 실링혼합물을 형성하는 유리섬유 첨가단계; 상기 실링혼합물을 70 내지 90kgf/㎠의 압력에서 15 내지 60초 동안 압축하여 실링압축물을 형성하는 실링혼합물 압축단계; 및 상기 실링압축물을 320 내지 360℃에서 소성하여 실링재를 형성하는 실링압축물 소성단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 건설 중장비용 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 금속소재 표면처리 기술을 적용하여 고압, 고속용 피스톤을 실링할 수 있는 기계적 물성이 우수한 실링재를 얻을 수 있다.

Description

기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법{Manufacturing method of sealing material with excellent mechanical properties}
본 발명은 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설 중장비용 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 금속소재 표면처리 기술을 적용하여 고압, 고속용 피스톤을 실링할 수 있는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법에 관한 것이다.
건설 중장비용 피스톤에 적용되는 피스톤링, 패킹링, 피스톤 가이드링, 피스톤 가이드 실링링 등과 같은 실링재는 그들의 기능을 충족하기 위하여 다수의 요건을 만족시켜야 한다. 즉, 건설 중장비용 피스톤은 주로 고압, 고속으로 구동되기 때문에 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 특성이 우수한 실링재를 적용해야 한다. 구체적으로 실링재는 적합한 경도, 높은 인장강도, 높은 파단연신율, 우수한 순응성, 높은 내노화성, 낮은 가압크리프 및 냉간 유동 성향, 뛰어난 화학적 안정성, 우수한 열안정성, 높은 오존내성 등을 가져야 한다.
따라서 이러한 우수한 특성 요구에 맞춰 실링재는 주로 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 이용하여 제조되고 있는데, PTFE의 경우 넓은 열 적용범위, 화학적으로 안정, 빛에 대한 내성을 가질 뿐만 아니라 우수한 슬라이딩 특성, 우수한 부착방지 특성 등을 가지고 있다. 하지만 PTFE는 비교적 낮은 기계적 안정성을 가지기 때문에 PTFE를 단독으로 사용한 실링재는 제조되지 않고 있으며, PTFE 이외에 흑연, 탄소섬유 등과 같은 유무기 충전제를 포함하여 제조되고 있다. 이러한 충전제의 첨가로 인해 실링재의 기계적 안정성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 마찰내구성과 인장강도의 증가가 이루어지게 된다.
하지만 시중에 판매되고 있는 유무기 충전제를 포함하는 실링재의 경우 PTFE 만을 이용한 실링재보다는 우수한 기계적 특성을 가지고 있으나 건설 중장비용 피스톤에 적용하기에는 마찰내구성이나 인장강도 등과 같은 기계적인 특성이 적합하지 않다는 단점이 있다.
대한민국특허청 공개특허 제10-2013-0025257호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 건설 중장비용 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 금속소재 표면처리 기술을 적용하여 고압, 고속용 피스톤을 실링할 수 있는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 브론즈(bronze) 및 몰리브데넘(molybdenum)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계; 상기 혼합물 내의 상기 브론즈 및 상기 몰리브데넘의 분산성을 향상시키기 위해 실란커플링제를 첨가하는 실랑커플링제 첨가단계; 상기 실란커플링제가 첨가된 상기 혼합물에 유리섬유를 추가로 첨가하여 최종 혼합물인 실링혼합물을 형성하는 유리섬유 첨가단계; 상기 실링혼합물을 70 내지 90kgf/㎠의 압력에서 15 내지 60초 동안 압축하여 실링압축물을 형성하는 실링혼합물 압축단계; 및 상기 실링압축물을 320 내지 360℃에서 소성하여 실링재를 형성하는 실링압축물 소성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 실링압축물 소성단계는, 상기 실링압축물을 오븐에 넣은 후 실온에서 320℃까지 상기 오븐의 온도를 점진적으로 증가시켜 30 내지 60분 동안 상기 실링압축물을 예열하는 실링압축물 예열단계; 예열된 상기 실링압축물을 320 내지 360℃에서 20 내지 30분간 소성하는 예열 후 소성단계; 및 소성된 상기 실링압축물을 실온에서 냉각하는 실링압축물 냉각단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 100중량부에 대해 상기 브론즈 10 내지 60중량부, 상기 몰리브데넘 1 내지 5중량부, 상기 실란커플링제 2 내지 8중량부 및 상기 유리섬유 2 내지 6중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 건설 중장비용 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 금속소재 표면처리 기술을 적용하여 고압, 고속용 피스톤을 실링할 수 있는 기계적 물성이 우수한 실링재를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법의 순서도이고,
도 2는 실링재 제조방법 중 실링압축물 소성단계의 상세 순서도이고,
도 3은 브론즈의 함량에 따른 시트의 기계적 물성을 나타낸 그래프이며,
도 4는 몰리브데넘의 함량에 따른 시트의 기계적 물성을 나타낸 그래프이며,
도 5는 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 실링재의 기계적 물성을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법의 순서도이고, 도 2는 실링재 제조방법 중 실링압축물 소성단계의 상세 순서도이고, 도 3은 브론즈의 함량에 따른 시트의 기계적 물성을 나타낸 그래프이며, 도 4는 몰리브데넘의 함량에 따른 시트의 기계적 물성을 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 실링재의 기계적 물성을 나타낸 사진이다.
본 발명에 따른 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 혼합물 형성단계(S100), 실란커플링제 첨가단계(S200), 유리섬유 첨가단계(S300), 실링혼합물 압축단계(S400) 및 실링압축물 소성단계(S500)를 포함한다.
먼저 혼합물 형성단계(S100)는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 브론즈 및 몰리브데넘을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계를 의미한다.
폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)은 실링재 중 가장 많은 중량부를 차지하는 주 소재에 해당하며, 내약품성, 내열성, 전기적 특성이 우수하여 용도에 맞게 성형하여 사용되는 소재 중 하나이다. 특히 금속소재와 혼합될 경우 불소수지의 특성은 유지한 채 내압, 내마모, 내크리프성 등 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 윤활유 없이 사용할 수 있는 슬라이드성을 향상시켜 중장비 부품용 소재로 많이 사용되고 있다. 이러한 PTFE는 실링재에 100중량부 첨가되는 것으로 하며, 이후의 다른 조성들의 경우 PTFE 100중량부를 기준으로 각각의 중량부가 기재된다.
브론즈(bronze)는 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 의미하며 경우에 따라서 아연(Zn) 등의 다른 원소가 추가될 수도 있다. 본 발명에 사용되는 브론즈는 구리 : 주석 = 85 : 5 중량비로 혼합되며, 입자사이즈가 300 내지 400mesh로 이루어진 것을 사용하게 된다. 이러한 브론즈는 기계적 성질을 증가시키기 위해 첨가되며 그 중 마찰내구성을 보강하기 위해 사용되는 소재로 10 내지 60중량부 포함되는 것이 바람직하다. 만약 브론즈가 10중량부 미만으로 첨가될 경우 마찰내구성을 증가시키기 어려우며, 브론즈가 60중량부를 초과할 경우 얇은 실링재 형상으로 제조가 불가능하다.
몰리브데넘(molybdenum, Mo)은 크롬족에 속하는 전이원소의 하나로 은백색 광택을 띤 단단한 금속으로, 0.2 내지 0.5㎛의 입자사이즈를 가지는 몰리브데넘을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 몰리브데넘은 녹는점, 끓는점이 매우 높아 고온에서 소재의 변형을 방지하기 위해 사용되며, 본 발명에서도 실링재가 고온에서 변형이 일어나지 않도록 첨가한다. 여기서 몰리브데넘은 1 내지 5중량부로 사용되는 것이 바람직한데, 몰리브데넘이 1중량부 미만일 경우 고온에서 변형방지 및 기계적 물성을 증가시키기 어려우며, 5중량부를 초과할 경우 오히려 인장강도, 신율 등과 같은 기계적 물성이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 혼합물 형성단계(S100)에서 혼합되는 PTFE, 브론즈 및 몰리브데넘의 가장 최적화된 혼합비는 PTFE 100중량부, 브론즈 30중량부 및 몰리브데넘 5중량부에 해당한다.
PTFE, 브론즈 및 몰리브데넘을 균일하게 혼합하기 위해 임펠러가 존재하는 교반기 안에 PTFE, 브론즈 및 몰리브데넘을 투입한 후, 임펠러가 고속으로 회전하면서 균일한 혼합이 이루어지도록 한다. 이때 혼합 과정에서 semi-gelation 현상으로 인해 덩어리지는 PTFE의 경우 회전 임펠러 안으로 다시 밀려들어가면서 완전한 혼합이 이루어지며, 이러한 과정을 통해 혼합물을 형성할 수 있게 된다.
실란커플링제 첨가단계(S200)는, 혼합물 내의 브론즈 및 몰리브데넘의 분산성을 향상시키기 위해 실란커플링제를 첨가하는 단계를 의미한다.
혼합물 형성단계(S100)를 통해 유기물에 해당하는 PTFE와 무기물에 해당하는 브론즈 및 몰리브데넘을 균일하게 교반하더라도 기본적으로 유기물과 무기물은 서로 제대로 혼합되지 않고 각각이 따로 뭉치는 성향이 있다. 따라서 유기물인 PTFE 내에 무기물인 브론즈 및 몰리브데넘의 분산성을 향상시키기 위해 실란커플링제를 추가로 첨가하게 된다.
실란커플링제는 분자 내 유기물과 무기물을 각각 결합하는 관능기(functional group)를 가지고 있어 유기물과 무기물을 연결하는 역할을 한다. 상세하게 실란커플링제는 분자의 한쪽이 알콕시실릴기(Si-OR)가 물 또는 습기에 의해 가수분해되어 실라놀기(Si-OH)가 형성된다. 이 상태에서 실라놀기와 무기물 표면이 축합반응을 통해 Si-O-M 결합을 형성하고, 다른 한쪽은 유기물과의 친화성이 있어 실란커플링제와 결합된 무기물의 분산성을 증가시킬 수 있게 된다.
이러한 실란커플링제를 혼합물이 교반기 안에서 교반되고 있는 상태에서 적하하여 실란커플링제가 혼합물 내에 혼합됨과 동시에 균일하게 교반되어져 브론즈와 몰리브데넘이 실란커플링제와 축합반응을 일으키게 된다. 이를 통해 무기물과 유기물간 또는 비중 차이에 의한 혼합물의 분리현상을 방지하고, 이에 따른 기계적 물성, 내수성, 내후성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
여기서 실란커플링제는 메타크릴계 실란커플링제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 중 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane)이 가장 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 또한 실란커플링제는 PTFE 100중량부에 대해 2 내지 8중량부 첨가되는 것이 바람직하다. 만약 실란커플링제가 2중량부 미만일 경우 PTFE에 브론즈, 몰리브데넘이 균일하게 분산되지 않을 수 있으며, 실란커플링제가 8중량부를 초과할 경우 기계적 물성이 저하된다는 단점이 있다. 이 중 실란커플링제는 6중량부가 첨가되는 것이 가장 바람직한데, 이는 PTFE와 브론즈, 몰리브데넘의 결합이 안정적으로 이루어져 인장강도 및 신장률이 가장 우수한 비율에 해당한다.
유리섬유 첨가단계(S300)는, 실란커플링제가 첨가된 혼합물에 유리섬유를 추가로 첨가하여 최종 혼합물인 실링혼합물을 형성하는 단계를 의미한다.
유리섬유는 마찰내구성 및 인장강도를 증가시키기 위해 혼합물에 추가로 첨가되는 구성에 해당한다. 기존에는 유리섬유가 아닌 탄소섬유를 실링재에 주로 적용하였으나, 탄소섬유의 경우 여러 가닥으로 이루어진 필라멘트(filament) 형식의 구조상 이유로 이를 혼합물에 첨가할 경우 탄소섬유끼리 서로 엉켜 분산성이 저하된다는 문제점이 있다.
이에 비해 유리섬유의 경우 탄소섬유보다 표면이 매끄러우며 단일 가닥으로 이루어져 있기 때문에 혼합물 내에 분산성이 우수하며, 특히 혼합물에는 실란커플링제가 포함되어 있기 때문에 실란커플링제의 유무기 결합력에 의해 분산성이 더욱 증가하게 된다. 이러한 유리섬유 첨가는 혼합물의 기계적 물성을 향상시키게 되는데 특히 인장강도와 신율이 탄소섬유에 비해 높아지게 된다.
유리섬유의 경우 PTFE 100중량부 대비 2 내지 6중량부 첨가되는 것이 바람직한데, 유리섬유가 2중량부 미만일 경우 마찰내구성 및 인장강도를 증가시키기 어려우며, 6중량부를 초과할 경우 무기물인 유리섬유의 함량이 너무 높아 실란커플링제가 존재하더라도 유기물인 PTFE와 유리섬유 간 분리가 일어날 수 있다. 이 중 가장 바람직하게는 유리섬유가 4중량부 첨가되는 것이다.
유리섬유의 경우 길이가 200 내지 400㎛로 이루어지며, 유리섬유의 직경은 13 내지 14㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만약 유리섬유의 길이가 200㎛ 미만이거나 직경이 13㎛ 미만일 경우 유리섬유 첨가에 의한 기계적 물성 향상 효과를 보기 어려우며, 유리섬유의 길이가 400㎛ 초과 또는 직경이 14㎛ 초과할 경우 PTFE와의 혼합에서 분리가 일어나거나 또는 최종적으로 제조되는 실링재가 균일한 표면을 가지지 못하고 유리섬유가 돌출되는 문제가 발생할 수 있다.
실링혼합물 압축단계(S400)는, 실링혼합물을 70 내지 90kgf/㎠의 압력에서 15 내지 60초 동안 압축하여 실링압축물을 형성하는 단계를 의미한다.
PTFE 100중량부, 브론즈 10 내지 60중량부, 몰리브데넘 1 내지 5중량부, 실란커플링제 2 내지 8중량부, 유리섬유 2 내지 6중량부를 포함하는 실링혼합물을 몰드 내에 주입한 후, 70 내지 90kgf/㎠의 압력을 가하고 15 내지 60초 동안 압축하여 실링압축물을 형성하게 된다. 만약 압력이 70kgf/㎠ 미만이거나 또는 압축 시간이 15초 미만일 경우 실링혼합물이 제대로 압축되지 않아 원하는 마찰내구성 및 인장강도를 가지는 실링압축물을 얻을 수 없으며, 압력이 90kgf/㎠을 초과하거나 또는 압축 시간이 60초를 초과할 경우 제조되는 실링압축물이 부서지는 단점이 있다. 이 중 가장 바람직한 압력은 80kgf/㎠에 해당하며, 압축시간은 30초에 해당한다.
이때 몰드의 두께는 2 내지 3T인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 몰드의 두께가 2T 미만일 경우 생성되는 실링압축물이 너무 얇아 쉽게 부서지는 문제점이 있으며, 몰드의 두께가 3T를 초과할 경우 실링혼합물이 고르지 않고 두껍게 가공된다는 단점이 있다. 이 중 실링혼합물을 형성할 때 사용되는 몰드의 가장 바람직한 두께는 2.5T에 해당한다.
실링압축물 소성단계(S500)는, 실링압축물을 320 내지 360℃에서 소성하여 실링재를 형성하는 단계를 의미한다.
실링혼합물 압축단계(S400)를 통해 고압에서 압축된 실링압축물을 고온에서 소성하여 최종적으로 실링재를 형성하게 된다. 상세하게는 도 2에 도시된 바와 같이 실링압축물을 오븐에 넣은 후 실온에서 320℃까지 오븐의 온도를 점진적으로 증가시켜 30 내지 60분 동안 실링압축물을 예열하는 실링압축물 예열단계(S510)와, 예열된 실링압축물을 320 내지 360℃에서 20 내지 30분간 소성하는 예열 후 소성단계(S520)와, 소성된 실링압축물을 실온에서 냉각하는 실링압축물 냉각단계(S530)로 이루어진다.
특히 PTFE의 경우 320 내지 350℃에서 용융이 이루어지기 때문에 이러한 온도에 맞춰 소성이 이루어지도록 하며, 소성시간의 경우 20 내지 30분으로 하여 PTFE가 충분히 완전히 용융되어 소성이 이루어질 수 있도록 한다. 또한 용융된 PTFE는 결합력의 향상을 위해 실온에서 충분한 시간 동안 냉각시키게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법은 하기의 실시예를 통해 좀 더 상세히 설명된다.
<실시예 1>
폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 중 본 발명의 실링재에 적용하기 위한 최적의 PTFE를 선정하였으며, 각각의 PTFE의 조건은 표 1을 통해 확인할 수 있다. 이 중 실시예 1-1의 PTFE는 잘 뭉쳐지지 않고 압축 가공시에 파우더 입자의 형상이 그대로 남아 크랙 현상이 빈번하게 발생하였다. 실시예 1-2의 경우 가공성은 우수하였으나 실시예 1-3에 비해 기계적 물성이 우수하지 못하였으며, 실시예 1-3은 압력을 강하게 주는 프레스 가공시에도 크랙이 발생하지 않는 등 가공성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
PTFE 조건 입자 사진
실시예 1-1 입자사이즈 : 88㎛
D50 : 17~27㎛
밀도 : 0.5~0.7g/ml
녹는점 : 325~330℃
내열성 : 410℃
실시예 1-2 입자사이즈 : 25㎛
밀도 : 0.38g/ml
인장강도(0.1mm필름) : 42MPa
파단신율(0.1mm필름) : 430%
실시예 1-3 입자사이즈 : 480㎛
밀도 : 0.84g/ml
녹는점 : 345℃
인장강도(0.1mm필름) : 40MPa
파단신율(0.1mm필름) : 350%
표 2는 표 1의 PTFE를 통해 압축성형 후를 비교한 것으로, 80kgf/㎠의 압력에서 30초 동안 압력을 가했으며, 몰드는 2T의 조건에서 각각의 샘플을 비교한 결과이다. 실시예 1-1의 경우 시트가 형성되지 않고 크랙이 발생하였으며, 실시예 1-2는 시트가 형성되었으나 매끄럽지 못한 표면을 지니고 있는 반면, 실시예 1-3은 온전한 시트 형상이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1-1
실시예 1-2
실시예 1-3
<실시예 2>
실시예 1-3의 PTFE를 100중량부로 하여 브론즈의 함량에 따른 실링재를 제조한 결과를 표 3을 통해 확인할 수 있다. 이 중 브론즈의 함량이 60중량부를 초과할 경우 시트 형성이 불가능하였으며, 실시예 2-3과 같이 브론즈 함량이 30중량부인 경우 표면 및 색이 미려한 최적의 시트가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이 브론즈의 함량이 증가할수록 기계적 물성이 비슷해지는 것을 확인할 수 있으며, 이 중 브론즈의 함량이 30중량부인 것이 기계적 물성이 가장 적절한 것을 알 수 있다.
PTFE(중량부) 브론즈(중량부) 시트 사진
실시예 2-1 100 10
실시예 2-2 100 20
실시예 2-3 100 30
실시예 2-4 100 40
실시예 2-5 100 50
실시예 2-6 100 60 -
실시예 2-7 100 70 -
<실시예 3>
실시예 1-3의 PTFE를 100중량부로 하여 몰리브데넘의 함량에 따른 실링재를 제조한 결과를 표 4을 통해 확인할 수 있다. 이러한 몰리브데넘은 표 4의 시트 사진 및 도 4에 도시된 바와 같이 몰리브데넘의 함량이 증가할수록 기계적 물성이 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 몰리브데넘의 사용량은 5중량부 이하로 첨가하는 것이 적정한 것으로 판단이 되었다.
PTFE(중량부) 몰리브데넘(중량부) 시트 사진
실시예 3-1 100 1
실시에 3-2 100 5
실시에 3-3 100 10
실시예 3-4 100 15
실시예 3-5 100 20
실시예 3-6 100 25
실시예 3-7 100 30
<실시예 4>
PTFE 100중량부, 브론즈 30중량부 및 몰리브데넘 5중량부를 포함하는 혼합물에 실란커플링제인 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane)의 첨가량을 다양하게 적용한 후 이에 따른 기계적 물성을 실험하였다. 표 5에 나타난 바와 같이 인장강도와 신율은 실란커플링제가 6중량부 첨가된 혼합물이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
실란커플링제
(중량부)		 인장강도
(MPa)		 신율
(%)		 시트 사진
실시예 4-1 2 23 220
실시예 4-2 4 24 230
실시예 4-3 6 25 240
실시예 4-4 8 24 190
<실시예 5>
PTFE 100중량부, 브론즈 30중량부 및 몰리브데넘 5중량부 및 실란커플링제 6중량부를 포함하는 혼합물에 유리섬유와 탄소섬유를 각각 혼합비율을 달리하여 첨가한 후 제조되는 시트의 물성을 표 6을 통해 나타내었다. 여기서 유리섬유는 300㎛의 길이, 13.5㎛의 직경, 밀도가 0.58g/ml인 것을 사용하였으며, 탄소섬유는 100㎛의 길이, 7㎛의 직경, 밀도가 0.22 내지 0.28g/ml인 것을 사용하였다.
표 6에 나타난 결과와 같이 탄소섬유가 혼합된 시트에 비해 유리섬유가 혼합된 시트가 인장강도 및 신율이 우수하였으며, 그 중 유리섬유가 6중량부 포함된 것이 가장 우수한 혼합물인 것을 확인할 수 있었다. 특히 탄소섬유의 경우 PTFE와 균일하게 혼합되지 못하고 탄소섬유끼리 서로 뭉치는 것을 시트 사진을 통해 확인할 수 있으며, 이에 비해 유리섬유의 경우 PTFE와 균일하게 혼합되는 것을 확인할 수 있다.
유리섬유
(중량부)		 탄소섬유
(중량부)		 인장강도
(MPa)		 신율
(%)		 시트 사진
실시예 5-1 2 - 25 230
실시예 5-2 4 - 26 240
실시예 5-3 6 - 23 210
실시예 5-4 - 2 18 190
실시예 5-5 - 4 16 170
실시에 5-6 - 6 12 150
<실시예 6>
PTFE 100중량부, 브론즈 30중량부 및 몰리브데넘 5중량부 및 실란커플링제 6중량부, 유리섬유 6중량부를 포함하는 실링혼합물을 2.5T의 몰드에 주입한 후 80kgf/㎠의 압력에서 30초 동안 압축하여 실링압축물을 제조한다. 그 다음 실링압축물을 실온에서 320℃까지 30분 동안 예열한 후 320 내지 360℃에서 20분 동안 소성을 하게 되며, 소성된 실링압축물은 실온에서 50분 동안 냉각되어 최종적으로 실링재가 형성이 된다.
이러한 실링재는 도 5에 도시된 바와 같이, 인장강도 14.5MPa, 신율 277%, 밀도 3.18g/㎠, 경도 68인 것을 확인하였으며, 이러한 수치는 종래기술에 비해 우수한 성능을 가진 실링재인 것을 알 수 있었다. 따라서 본 발명을 통해 제조되는 실링재는 건설 중장비용 피스톤의 공기압축에 의한 소손, 용융에 따른 흡발로부터 견딜 수 있도록 금속소재 표면처리 기술을 적용하여 고압, 고속용 피스톤을 실링할 수 있는 기계적 물성이 우수한 실링재에 해당한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S100: 혼합물 형성단계
S200: 실란커플링제 첨가단계
S300: 유리섬유 첨가단계
S400: 실링혼합물 압축단계
S500: 실링압축물 소성단계
S510: 실링압축물 예열단계
S520: 예열 후 소성단계
S530: 실링압축물 냉각단계

Claims (3)

  1. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 브론즈(bronze) 및 몰리브데넘(molybdenum)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계;
    상기 혼합물 내의 상기 브론즈 및 상기 몰리브데넘의 분산성을 향상시키기 위해 실란커플링제를 첨가하는 실랑커플링제 첨가단계;
    상기 실란커플링제가 첨가된 상기 혼합물에 유리섬유를 추가로 첨가하여 최종 혼합물인 실링혼합물을 형성하는 유리섬유 첨가단계;
    상기 실링혼합물을 70 내지 90kgf/㎠의 압력에서 15 내지 60초 동안 압축하여 실링압축물을 형성하는 실링혼합물 압축단계; 및
    상기 실링압축물을 320 내지 360℃에서 소성하여 실링재를 형성하는 실링압축물 소성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실링압축물 소성단계는,
    상기 실링압축물을 오븐에 넣은 후 실온에서 320℃까지 상기 오븐의 온도를 점진적으로 증가시켜 30 내지 60분 동안 상기 실링압축물을 예열하는 실링압축물 예열단계;
    예열된 상기 실링압축물을 320 내지 360℃에서 20 내지 30분간 소성하는 예열 후 소성단계; 및
    소성된 상기 실링압축물을 실온에서 냉각하는 실링압축물 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌 100중량부에 대해 상기 브론즈 10 내지 60중량부, 상기 몰리브데넘 1 내지 5중량부, 상기 실란커플링제 2 내지 8중량부 및 상기 유리섬유 2 내지 6중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법.
KR1020220000249A 2022-01-03 2022-01-03 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법 KR102558432B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220000249A KR102558432B1 (ko) 2022-01-03 2022-01-03 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220000249A KR102558432B1 (ko) 2022-01-03 2022-01-03 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230105102A KR20230105102A (ko) 2023-07-11
KR102558432B1 true KR102558432B1 (ko) 2023-07-24

Family

ID=87159778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220000249A KR102558432B1 (ko) 2022-01-03 2022-01-03 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102558432B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5418744B1 (ja) 2012-07-25 2014-02-19 Ｎｏｋ株式会社 フッ素樹脂製シールリング

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3749859A (en) * 1972-04-19 1973-07-31 Colorado Instr Inc Keyboard switch assembly with improved hermetically sealed diaphragm contact structure
JPH1061777A (ja) * 1996-05-30 1998-03-06 Ntn Corp 合成樹脂製シールリング
KR20090117222A (ko) * 2008-05-09 2009-11-12 안남숙 산업용 패킹의 제조방법
KR20130025257A (ko) 2011-09-01 2013-03-11 나노씰(주) 건설기계 실린더 밀봉용 일체형 감압씰
EP3526287B1 (de) * 2016-10-17 2022-11-16 Burckhardt Compression AG Dichtelement und/oder führungsring aus einer zusammensetzung aus polytetrafluorethylen, perfluoralkoxypolymer und füllstoff

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5418744B1 (ja) 2012-07-25 2014-02-19 Ｎｏｋ株式会社 フッ素樹脂製シールリング

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230105102A (ko) 2023-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101735554B (zh) 聚醚醚酮复合材料及其制备方法和应用
CN102875941B (zh) 一种高耐磨油缸用聚四氟乙烯密封材料及其制备与应用
CN110436950B (zh) 一种高组分碳纤维的碳/碳复合受电弓滑板材料的制备方法
US20200056030A1 (en) Sealing element and/or guide ring made of a composition of polytetrafluoroethylene, perfluoroalkoxy polymer, and filler
CN109825012B (zh) 一种改性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
CN102181111B (zh) 含填充材料的氟树脂片材的制造方法及含填充材料的氟树脂片材
CN1990538A (zh) 高耐磨性聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
KR102558432B1 (ko) 기계적 물성이 우수한 실링재 제조방법
KR102347391B1 (ko) 마찰재
CN112940419B (zh) 一种多尺度有机/无机填料协同改性聚四氟乙烯耐磨材料的方法
JP3026269B2 (ja) 摺動材料
JPS62105623A (ja) ポリテトラフルオロエチレンをベ−スとする成形体の製造方法
JPH08217941A (ja) 摺動部材
KR102672197B1 (ko) 실링재용 비드 조성물 제조방법
JP2698375B2 (ja) 四フッ化エチレン樹脂組成物
CN111234770B (zh) 一种硅橡胶及其制备方法和应用
KR20240078510A (ko) 실링재용 비드 조성물 제조방법
JPS63286458A (ja) 四フツ化エチレン樹脂組成物
JPH06329862A (ja) 摺動部材用ふっ素樹脂組成物
JPH1121405A (ja) 耐圧摺動性四フッ化エチレン樹脂組成物
JPH08109937A (ja) 耐熱ブレーキ材及びその製造方法
CN118126475A (zh) 一种聚四氟乙烯复合材料及其制备方法
JP2682655B2 (ja) 充填材含有フッ素樹脂成形品の製造方法
CN102627821A (zh) 填充改性聚四氟乙烯密封材料及其制备方法
CN113136081A (zh) 一种低摩擦聚四氟乙烯的制备方法及聚四氟乙烯

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant