KR19990081833A - 미끄럼 기소를 위한 복수층소재와 그의 용도 및 생산방법 - Google Patents

미끄럼 기소를 위한 복수층소재와 그의 용도 및 생산방법 Download PDF

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KR19990081833A
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리하르트 그라빈스키,로버트 게오르게 알렉산더
페더랄-모굴 비스바덴 게엠베하
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Abstract

스라이딩요소에 대한 복수층 소재는 한가지 배킹메탈층과 공지의 PVDF-기지의 베어링소재의 홈(결함)이 없는 기재에 양호한 접착력의 특징을 가지는 이에 가해지는 한가지 합성수지층으로 명시되어 있다. 본 합성수지층은 60-95체적%의 PVDF 함유량, 밀도가 <7g/cm3인 PTFE 나 또는 PRFE 및 최소한 또 한가지 성분을 포함한다. 이의 추가 성분함유량은 최대 5체적%가 될 수 있다. 기타 성분들은 PI, PAE,VH 폴리아미드, PPS 또는 폴리에스테르와 같은 전부 또는 일부 방향성 중합체, 또한 MOS2, BN 또는 CaF2 나 또는 CaCO3 은 물론 흑연, 카본블랙, C-화이버나 또는 코크스와 같은 탄소변체를 포함한다. 해 생산방법은 이러한 성분들의 한가지 분말혼합을 배킹메탈재에 분산시킨 다음 그것을 PVDF 성분의 연화점 이상으로 가열하여 합성수지층을 형성하는 데 있으며 해 합성수지층은 그 다음에 다듬질 롤링이 된다.

Description

미끄럼 기소를 위한 복수층소재와 그의 용도 및 생산방법
합성수지-층을 가진 베어링소재는 단수층, 2층 또는 3층의 합성소재로서 공지되어 있다.
고체형 합성수지 베어링, 외부 배킹메탈(裏金屬)을 가지는 베어링과 직접 가해지거나 또는 접착된 합성수지, 배킹메탈의 3층 베어링은 물론 내부 철망, 소결다공금속층 및 다공으로 형성된 층과 같은 기타요소로 구성되어 있다. 복수층 소재는 고체합성소재와는 다르며 예를 들면 부하를 받는 상태에서 콜드 플로(크리프-creep-를 말한다. 고무 재료, 합성수지 등이 응력에 의해 연속적으로 소성변형을 일으키는 현상)에 대해서는 무시할 정도이며 대체로 열전도도가 보다 양호하며 이와 관련하여 현저하게 보다 큰 pv 값을 가진다는 점에서 다르다.
3층 소재가운데 PTFE, PFA,FEP 등과 같은 플루오르화 열가소성 수지 또는 예컨대 PEEK 와 같은 기타 합성수지를 기본으로 하는 층들을 가지고 이들 사이를 구분할 수 있다. 후자의 2개 그룹은 그들 작용방법이 다르다. 한편으로 PTFE-기 소재의 경우에 있어서는 청동중간층은 층의 부하를 받는 성분으로서 충전재(充塡材)와 같은 역할을 하며 기타 합성재는 그것을 부착수단으로서만 사용된다. 섭동면상 그 자체에서 열 경화성 또는 열가소성 소재는 청동의 지지역할을 한다. 금속이면에 충분한 친화력이 있으면 청동구조에 기계적인 부착 또한 충분하며 정확한 2개층의 소재생산이 가능하다.
그러한 2개층 소재의 생산은 이에 관련된 비용절감으로 인하여 유리할 수도 있으나 또한 이들의 사용인 여기에서 보편적으로 이에 소결되는 다공 청동 층의 부착에 의하지 않음으로 보통과는 다른 배킹메탈소재를 사용할 수 있는 가능성을 개방하고 있다.
PVDF/PTFE-기의 소재는 DE-0S 19 25 000에 공지되어 있는 데 이는 고체합성수지소재로서만 명시되어 있으며 5내지 35%의 소 분자량의 풀르오르화 중합체의 첨가제로서 포함한다. 이들은 성형의 적절한 안정을 기하기 위하여서는 필요 불가결한 것으로 기술되어 있다. 당해 소재 또한 마모성의 개선을 위하여 비금속 충전재의 10 - 25 부분을 포함할 수도 있다.
DE -0S 18 06 551은 조성에서 사용을 위하여 이에 따라 적절한 내식성을 포함해야 하는 금속박판을 입히는 방법을 제안하고 있다. 금속박판과 PVF 코팅사이에는 접착에 도움이 되는 금속산화물과 PVF의 1차 결합 층을 가출 필요가 있다.
DE-OS 24 36 424는 한가지 방법을 명시하고 있는 데 이에 의하면 첨가제 없이 사용되는 플르오로화 합성수지사이에 접착과 금속기층은 내력의 붕괴에 의하여 개선된다. 이것은 다음과 같이 설명되어 있다. 풀르오르화 합성수지는 융점이상에서 수분동안 우선적으로 기재층위에서 다음에는 수분동안 융점 바로 아래에서 유지한다. 이러한 소재들은 섭동기소들에는 사용되지 않는다.
이러한 선행기술에 대한 발표에 의하면 모두가 첨가결합제의 사용이나 또는 정교한 열처리를 포함하고 있다. 또한 유의해야 할 사항으로서는 그의 접착이 일반적으로 내부응력에 의하여 손상이 되는 층은 합성수지 재로 코팅된 미끄럼베어링(베어링면과 저널이 유막을 사이에 두고 미끄럼 운동을 하는 베어링)의 보편적인 공정으로는 부적합하다. 그 이유로서 이러한 결과 접착력의 손실로 코팅 후에 상당한 변형을 감수하지 않으면 안되기 때문이다.
EP 0 340 839 B1에서는 PVDF, PTFE와 풀르오르(불소)에 대하여 고도의 친화력을 가진 납이나 기타 금속으로 되어 있는 분말혼합이 금속스트립에 가해진 다음에 5내지 50분간 PVDF의 분해온도이상의 온도에서 노출되며 이 때 특히 우수한 트라이볼러지(마찰과 마모윤활을 대상으로 한 학문과 기술을 통틀어 일컫는 말)특성을 얻을 수 있다고 한다.
DE-OS 29 28 081은 강철과 가해진 PVDF-기 합성수지층으로 된 2개층 소재에 관한 것이다. PTFE, MoS2 나 또는 흑연이 첨가제로 사용된다. 더욱이 밀도>8g/cm3를 가진 추가재질이 또한 5내지 35%함량을 이 베어링소재에 첨가하여야 한다. 이들은 납, 산화 납과 이와 동등한 것으로서 기질에 대하여 접착력을 증가시켜 주기 위한 주요한 금속성분들이다. 또한 제안한 것으로서 용제 DMF에 의하여 층 성분에서 분산-형 혼합물을 조성하고 이를 배킹메탈에 가하는 것이다.
모든 이러한 재료들의 단점을 들자면 이들이 유독성의 금속 또는 금속성분으로 되어 있으며 이들의 생산은 용제들이나 또는 유독성의 분해 부산물에 대한 방출의 영향을 받고 있다는 점이다.
DE-OS 2928081과 유사한 한가지 베어링 소재가 EP 0 430 324 A1에 명시되어 있다. 그것은 5-30% PTFE, 5-60% 청동과 PVDF 기질의 1-20% 흑연을 포함한다. 본 베어링 소재의 단점이라면 당초부터 청동성분이 계속적으로 마찰과정에 내포된다는 사실에 있다. PVDF와 같은 매티릭스(기질)소재의 경우에는 이것이 건식 운동 특성을 저해한다.
본 발명은 청구항 1의 사전에 명시한 절에 따르는 미끄럼기소(攝動機素)를 위한 복수층 소재와 또한 해 복수층 소재의 용도와 생산에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 소재특성(3,4,6,8,13,14)의 유리한 결합의 예.
본 발명의 기본이 되는 문제는 이에 대한 생산방법을 물론이고 공지된 PVDF-기 베어링소재의 불리한 점이 없이 기질에의 우수한 부착력의 특징을 가진 복수층 소재를 제공하는 데 있다.
본 문제는 청구항 1의 특징에 따르는 복수층소재로서 해결이 된다. 동 생산방법은 청구항 10의 주제대상이 된다. 다층소재의 용도는 청구항 15의 주제대상이다.유리한 구체화는 종속항들에서 청구되어 있다.
예상외로 합성수지층이 60-95%체적의 PVDF를 함유하고 제2 성분이나 기타 성분들의 체적%가 40%를 초과하지 않는 한 배킹메탈소재에 대한 합성수지 층의 대단히 우수한 접착력을 달성할 수가 있다. 제2성분은 전적으로 PTFE나 또는 PRFE 및 그의 밀도가 <7g/cm3인 기타 성분으로 구성될 수 있다. 이러한 체적%는 최대 5%까지로 제한하는 것이 바람직하다. 예를 들면 특히 납, 주석, 아연, 인듐, 탈륨, 카드미늄, 창연, 동 또는 은이나 이의 성분들 또는 합금들은 배제되어 있다.
또한 예상외로 대두된 것을 들어보면 본 발명에 따르는 복수층소재는 예컨대 납-수정 변종에 대한 마찰공학적인 특성에서 여하한 손실을 노출하지 않고 오히려 이러한 특성들은 실제로는 현저하게 개선되어져서 보다 양호한 내마모성을 가지게 된다는 점이다.
PVDF함유량이 70 및 88 체적%범위이고 PTFE 함유량이 12 및 30체적%범위 내에 들어 있을 경우 특히 우수한 기계적 및 마찰공학적인 특성들이 이루어진다. 기타 성분 또는 충전재들은 MOS2, BN 또는 CaF2 또는 CaCo3 와 같은 고체윤활제는 물론이고 PI, PAI, 폴리아미드, PPS, PES, PEEK, PSU나 또는 폴리에스테르(고분자화합물)와 같은 방향족의 중합체의 전부 또는 일부, 흑연, 카본블랙, C-파이버 또는 코크스와 같은 탄소 변종들이 단일체나 또는 그들의 결합으로된 그룹에서 나오는 것이 바람직하다.
기질에 대한 합성수지층의 특히 우수한 접착성은 배킹메탈이 10μm이상 오히려 30μm이상의 표면조도 Rz를 가질 경우임에 유의해야 한다. 합성수지층은 예컨대 이것이 배제되진 않지만 예컨대 다공성 소결청동층과 같은 중간층의 필요 없이도 강철스트립에 가해질 수 있다.
강철과는 다른 배킹메탈 소재는 스테인레스강, 구리합금, 알루미늄이나 또는 알루미늄합금 또는 이러한 소재들의 복수층 결합이 될 수 있다.
배킹메탈 소재 위의 합성수지층두께는 20-400μm가 바람직하다.
복수층소재를 생산하기 위한 방법의 특징은 60-95체적% PVDF, 잔여성분은 밀도가 <7g/cm3인 PTFE 나 또는 PTFE 및 또 한가지 성분의 분말혼합이 생산되며 해 분말혼합은 배킹메탈소재내로 분산된 다음 PVDF성분이 연화점(軟化点)이상으로 가열되어서 합성수지층을 형성하고 동 합성수지층은 그 다음에 다듬질 롤링이 된다. 기타 성분(들)의 5체적%까지 첨가하는 것이 좋다.
분말혼합의 균질화와 부가과정에서 우수한 가공성을 위하여서는 입자크기가 PVDF의 경우에는 40-180μm 범위 내에 그리고 PTFED 인 경우에는 20-140μm범위 내에 들어야 한다. 재생분말은 한가지 PTFE의 변종으로서 특히 유리한 것으로 판명되었다. 재생분말이라 함은 소결하여 가루로 분쇄된 PTFE이다.
아래 표 1에서 강철에 적용된 본 발명에 의한 소재특성의 유리한 결합이 예들로서 명시되어 있으며 선행기술과 대비되어 있다. 인장 및 전단합성 저항에 대한 계측이 5mm/분의 팽창률로 25x25mm의 부착면적을 가진 견본들에서 이루어 졌다. 접착된 금속스트립은 그의 표면조도가 Rz = 20μm로 부여되었다. 마찰공학적인 조사는 시험이 된 롤러직경이 100mm이고 직경이 10mm인 원형견본인 핀/롤러장치에서 이루어 졌다. 지정시험하중은 17.5 MPa 였으며 섭동속도는 0.5m/s이고 롤러표면조도는 Rz = 1μm였다.
표 1
No. 조성(Vol. %) 마모율(㎛/h) 인장 및 전단합성 저항(MPa) (강철)
1 100 PVDF 75 16.0
2 80 PVDF/20 PTFE 7 15.2
3 70 PVDF/30 PTFE 21 15.1
4 70 PVDF/15 PTFE/15 Pb (선행기술) 45 15.8
5 79 PVDF/20 PTFE/1 coke 20 15.8
6 70 PVDF/20 PTFE/10 coke 42 12.3
7 55 PVDF/30 PTFE/15 coke 102 7.5
8 65 PVDF/15 PTFE/10 coke10 Pb 78 13.6
9 74 PVDF/18 PTFE/8 Si3N4 94 13.4
10 72 PVDF/18 PTFE/10 C fibres 39 15.4
11 74 PVDF/18 PTFE/8 PI 16 13.9
12 69 PVDF/17 PTFE/14 PI 25 12.6
13 63 PVDF/16 PTFE/21 PI 17 9.4
14 62 PVDF/15 PTFE/13 PI/10 Pb 36 13.0
표 2 기타의 배킹메탈을 가지고 얻어진 결과를 포함한다:
No. 조성(Vol. %) 마모율(㎛/h) 인장 및 전단합성 저항(MPa) (강철)
15 100 PVDF 14.8 Al
16 80 PVDF/20 PTFE 14.7 Al
17 70 PVDF/15 PTFE/15 Pb (선행기술) 14.4 Al
18 79 PVDF/20 PTFE/1 coke 15.2 CuSn10
19 70 PVDF/20 PTFE/10 coke 13.0 CuSn10
20 65 PVDF/15 PTFE/10 coke/10 Pb 14.0 CuSn10
이 결과들을 보면 조사된 성분범위 내의 접착은 별로 영향을 받지 않으며 배킹메탈에 대해서는 물론이고 본 발명에 따른 한계 내에서 충전재함량의 한가지 변종은 접착의 손상이 없이 광범위하게 가능하다. 다만 11.5MPa이하의 합성 인장 및 전단저항으로서만이 성형과정 중에 이탈현상이 일어난다는 것을 염두에 둘 필요가 있다.
순수한 PVDF는 최상의 접착을 나타내지만 부적절한 마모성을 나태내기도 한다. 전 충전재가 40%를 넘으면 상기 2개층의 소재생산은 층의 박리현상으로 인하여 이 이상 실용적이 못된다. 예2로 보아 또한 명백한 것은 성분이 타의 첨가제들을 완전히 배제함으로서 최적 화될 경우에는 선행기술에 비하여 현저한 이들을 얻을 수가 있다. 예4는 시판중인 소재를 사용하고 있는데 이에 따라서 PVDF-기의 소재인 선행기술을 대변하고 있다.
본 견본들의 대우 3과 4, 6과 8 그리고 12와 14에서 보면 납을 첨가함으로서 합성 인장 및 전단저항에 있어서 개선이 이루어 질 수 있으나 모든 경우에 있어서 마모저항은 약 절반으로 줄어든다. 감소되는 PVDF의 경우에 있어서 납이 접착손실에 대한 어느 정도의 보상을 제공하기 위하여 사용될 수 있다고는 하지만 마찰공학적인 특성에 대한 효과는 부정적이다. 이러한 사실은 설명을 위하여 도 1에 도표로 표시되어 있다. 마모율은 좌축에 배분되어 해칭으로 표시되어 있으며 합성 인장 및 전단저항은 우축에 배분되어 백색으로 표시되어 있다.
이에 따라서 어떤 각도에서 보던간에 요약하여 보면 PTFE/TVDF/접착첨가제(예 납)계통에 의하느니 보다는 PVDF/PTFE계에 의하여서가 포괄적인 면에서 보다 좋은 성과를 이루게 된다. 본 발명에 따르는 미끄럼베어링소재는 비윤활(오일레스)로 유리하게 사용될 수 있지만 또한 이를테면 쇼크옵셔버로드가이드부재의 경우에 있어서와 같이 그리스나 오일의 존재하에서도 사용될 수 있다.
내마모성이 우수한 미끄럼 베어링의 생산이 가능하며 이는 오일레스 쇽업소버가이드부재 또는 그리스나 오일이 존재하는 부재에도 사용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 한가지 배킹메탈층과 이에 가해지는 PVDF를 그의 매트릭스(기재)로서 포함하며 그 속에 PTFERK 충전재로서 결합되는 하나의 합성수지 층을 가지는 접동(스라이딩)기소를 위한 복수층 소재에 있어서,
    당 PVDF 함유량은 60-95 체적%임을 특징으로 하는 한가지 섭동기소의 복수층소재이며, 잔여함량은 그의 밀도가 <7g/cm3인 PTFE 또는 PTFE와 최소한 또 한가지 성분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 섭동기소를 위한 복수층소재.
  2. 제 1항에 있어서,
    기타 성분(들)의 함유량은 최대 5체적%인 것을 특징으로 하는 소재.
  3. 제 1항에 있어서,
    PVDF의 함유량은 70-88체적%인 것을 특징으로 하는 소재.
  4. 제 1항 또는 제 3항중의 어느 한 항에 있어서,
    PTFE 함유량은 12-30체적%인 것을 특징으로 하는 소재.
  5. 제 1항 또는 제 4항중의 어느 한 항에 있어서,
    여타 성분들은 MOS2 , BN, CaF2 또는 CaCO3 와 같은 성분들은 물론이고 PI, PAI, 폴리아미드, PPS, PES, PEEK, PSU나 폴리에스테르(고분자 화합물)와 같은 전부 또는 일부가 방향성의 중합체, 흑연, 카본블랙, C-화이버 또는 코크스 와 같은 탄소변체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 소재.
  6. 제 1항 또는 제 5항중의 어느 한 항에 있어서,
    배킹소재는 그의 표면조도 Rz가 10μm 이상인 것을 특징으로 하는 소재.
  7. 제 6항에 있어서,
    배킹소재는 그의 표면조도 Rz가 30μm인 것을 특징으로 하는 소재.
  8. 제 1항 내지 제 3항 또는 제 7항중의 어느 한 항에 있어서,
    배킹메탈재는 강철, 스테인레스강, 동합금, 알루미늄 또는 한가지 알루미늄합금이나 또는 이들 소재로 된 복수층의 조합인 것을 특징으로 하는 소재.
  9. 제 1항 내지 제 3항 또는 제 7항중의 어느 한 항에 있어서,
    배킹메탈위의 합성수지층두께는 20-400μm인 것을 특징으로 하는 소재.
  10. 복수층 소재를 생산하는 방법에 있어서,
    합성수지층은 배킹메탈층에 가해지며 60-95체적%의 PVDF와 잔여분이 그의 밀도가 <7g/cm3인 PTFE 또는 PTEF와 최소한 또 한가지 성분인 분말혼합이 생산되며 동 분말혼합은 배킹메탈소재내로 분산된 다음 PVDF성분의 연화점을 상회하도록 가열되어서 합성수지층을 형성하며 동 합성수지층은 그 다음 다듬질 롤링이 되는 것을 특징으로 하는 복수층 소재생산 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    한가지 PVDF 분말은 그의 입자크기가 40 및 180μm범위 내에 들은 것이 사용되며 한가지 PTFE 분말은 그의 입자크기가 20 및 140μm내에 들어 있는 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    PVDF 분말의 입자크기는 70 및 130μm범위 내에 들어 있으며 PTFE의 그것은 60 및 100μm범위 내에 들어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10항 내지 제 12항중의 어느 한 항에 있어서,
    한가지 재생 분말은 PTFE 분말로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10항 내지 제 13항중의 어느 한 항에 있어서,
    합성수지층은 배킹메탈층에 직접 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 윤활 및 비윤활용의 스라이딩요소(섭동기소)를 생산하기 위한 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한항에 따르는 복수층 소재의 이용.
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