KR20060073601A - 활주 부재용 수지 조성물 및 활주 부재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄화수소계 왁스 1 내지 10 중량%, 인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상 0.1 내지 3 중량%, 페녹시 수지 1 내지 20 중량%, 상용화제(compatibilizing agent) 0.1 내지 5 중량% 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 잔량을 포함하는 활주 부재용 수지 조성물, 및 이 활주 부재용 수지 조성물을 성형하여 수득되는 활주 부재에 관한 것이다. 상기 활주 부재용 수지 조성물 및 이를 성형하여 수득되는 활주 부재는, 상대재(mating material)로서 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 사용하는 경우에도 우수한 마찰 마모 특성을 발휘한다.
탄화수소계 왁스, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 활주 부재, 페녹시 수지, 상용화제
Description
본 발명은 활주 부재용 수지 조성물 및 활주 부재에 관한 것이고, 상세하게는 활주 상대재(mating material)로서 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 사용한 경우, 특히 우수한 마찰 마모 특성을 발휘하는 활주 부재용 수지 조성물 및 활주 부재에 관한 것이다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 등의 열가소성 폴리에스테르 수지는 기계적 강도 및 내마모성 등을 갖고 있으며, 베어링 및 톱니 바퀴 등의 기계 요소의 재료로서 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 이들의 열가소성 폴리에스테르 수지 단독으로는 충분한 마찰 마모 특성이 발휘되지 않는다. 그 때문에 흑연, 이황화 몰리브덴 및 사불화 에틸렌 수지 등의 고체 윤활제, 광유 또는 로우 등의 윤활유제, 폴리에틸렌 수지 등의 저마찰성을 갖는 다른 합성 수지 등을 열가소성 폴리에스테르 수지에 첨가하여 마찰 마모 특성을 향상시키려는 시도가 도모되고 있다.
예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지와 특정량의 스테아르산칼슘을 포함하는 성형성이 우수한 수지 조성물이 제안되고 있다(특허 문헌 1 참조). 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 수지와 중성의 또는 일부 중화된 몬탄왁스염 또는 몬탄왁스에스테르염 및 유리 섬유를 포함하는 성형성이 우수한 수지 조성물이 제안되고 있다(특허 문헌 2 참조). 폴리아미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리에스테르 수지 및 폴리카르보네이트 수지의 군으로부터 선택되는 열가소성 수지와 특정한 초고분자량 폴리에틸렌 수지 분말을 용융 혼련하여 이루어지는 내충격성 및 내마모성이 우수한 열가소성 수지 조성물이 제안되고 있다(특허 문헌 3 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (소)51-114454호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공고 (소)58-46150호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공고 (소)63-65232호 공보
최근, 복사기 등 OA 기기의 발달에 따라 기계 장치 및 기기류의 경량화가 요구되고 있다. 이 때문에 활주 부재의 상대재로서 알루미늄 합금이 사용되고 있다. 베어링 등의 활주 부재에 있어서는 상대재의 재질 및 표면성상 등이, 우수한 마찰 마모 특성을 얻기 위한 중요한 요소 중 하나이다.
그러나 상기 특허 문헌 1 내지 3에 개시된 수지 조성물을 포함하는 활주 부재는 알루미늄 합금을 포함하는 상대재와의 활주시 마찰 계수가 높으며, 마모량도 크다는 문제가 있을 뿐만 아니라, 사용 조건에 따라서는 알루미늄 합금을 포함하는 상대재 표면을 손상시키는 경우도 있다. 이 때문에 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 포함하는 활주 상대재에 대하여, 양호한 마찰 마모 특성을 나타내는 활주 부재의 제공이 요망되고 있다.
본 발명은 상기한 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 그의 목적은 상대재로서 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 사용한 경우, 우수한 마찰 마모 특성을 발휘하는 활주 부재용 수지 조성물 및 활주 부재를 제공하는 것이다.
본 발명자는 다양한 검토를 거듭한 결과, 주성분으로서의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지에 특정량의 탄화수소계 왁스와, 인산염, 황산염 및 탄산염 중 어느 1종, 페녹시 수지 및 상용화제(compatibilizing agent)를 배합한 수지 조성물을 포함하는 활주 부재가 우수한 마찰 마모 특성을 발휘하는 것을 발견하였다.
본 발명은 상기 발견에 기초하여 완성된 것이며, 그의 제1 요지는 탄화수소계 왁스 1 내지 10 중량%, 인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상 0.1 내지 3 중량%, 페녹시 수지 1 내지 20 중량%, 상용화제 0.1 내지 5 중량% 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 활주 부재용 수지 조성물에 있다.
또한 제2 요지는 상기 수지 조성물에 방향족 폴리아미드 수지 또는 방향족 폴리에스테르 수지를 1 내지 15 중량% 배합하여 이루어지는 활주 부재용 수지 조성물에 있다.
또한 제3 요지는 상기 활주 부재용 수지 조성물을 성형하여 수득되는 것을 특징으로 하는 활주 부재에 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 상대재로 한 경우, 우수한 마찰 마모 특성을 발휘하는 활주 부재용 수지 조성물 및 활주 부재가 제공된다. <발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명을 설명한다. 우선, 활주 부재용 수지 조성물에 대해서 설명한다. 본 발명의 활주 부재용 수지 조성물은 탄화수소계 왁스와, 인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상, 페녹시 수지, 상용화제, 및 주성분으로서의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(이하, "PBT"라 약칭함)를 배합하여 수득되며, 바람직하게는 또한 내마모 충전재로서 방향족 폴리아미드 수지 또는 방향족 폴리에스테르 수지를 배합하여 수득된다.
사용되는 탄화수소계 왁스로는 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 및 미세결정질 왁스를 들 수 있다. 이들 탄화수소계 왁스는 마찰 계수를 감소시키는 작용을 가짐과 동시에 상대재의 손상을 현저히 감소시킨다.
탄화수소계 왁스의 배합량은 통상적으로 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 7 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 7 중량%이다. 탄화수소계 왁스의 배합량이 1 중량% 미만인 경우에는 저마찰성에 충분히 기여하지 않을 뿐만 아니라 원하는 저마찰 특성이 얻어지지 않는다. 또한 배합량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 성형성이 악화됨과 동시에 얻어진 활주 부재의 강도가 저하된다.
사용되는 인산염, 황산염 및 탄산염은 그 자체로서는 윤활성을 나타내지 않지만, PBT와 탄화수소계 왁스의 혼합물에 배합됨으로써, 상대재와의 활주시 PBT 및 탄화수소계 왁스를 포함하는 혼합 피막이 상대재 표면에 형성되도록 조장하며, 상대재 표면에 대한 유지성을 높일 뿐만 아니라, 내구성을 높이는 효과를 발휘한다.
인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상의 배합량은 통상적으로 0.1 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%이다. 배합량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 PBT 및 탄화수소계 왁스를 포함하는 혼합 피막의 상대재 표면에 대한 조막성(造膜性) 및 상대재 표면에 대한 유지성 및 내구성의 효과가 발휘되지 않는다. 또한 3 중량%를 초과하는 경우에는 혼합 피막의 상대재 표면에 대한 조막성에 문제가 발생하며, 상대재 표면에 양호한 혼합 피막의 형성이 곤란해지고, 그 결과 마찰 마모 특성이 악화된다.
인산염으로서는 인산삼리튬, 인산수소이리튬, 인산삼칼슘 및 인산일수소칼슘 등을 들 수 있으며, 인산삼리튬이 바람직하다. 황산염으로서는 황산칼슘 및 황산바륨 등을 들 수 있으며, 황산바륨이 바람직하다. 탄산염으로서는 탄산리튬, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산스트론튬 및 탄산바륨 등을 들 수 있으며, 탄산리튬 및 탄산칼슘이 바람직하다.
사용되는 페녹시 수지는 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 축합에 의해 얻어지는 직쇄 중합체이며, 하기 화학식 1로 표시되는 열가소성 합성 수지이다. 페녹시 수지의 구체예로서는 도토 가세이사 제조의 "펜토트(상품명)"를 들 수 있다.
페녹시 수지는 상기 탄화수소계 왁스와, 인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상 및 PBT의 혼합물에 소정의 비율로 배합됨으로써, 후술하는 상용화제와 함께 PBT와 상용되고, 활주 부재의 내마모성을 향상시킴과 동시에 PBT의 용융 점도를 높이는 효과를 가지며, 성형시에 조성물의 성형성을 향상시킨다.
페녹시 수지의 배합량은 통상적으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 중량%이다. 페녹시 수지의 배합량이 1 중량% 미만인 경우에는 활주 부재의 내마모성이 충분히 향상되지 않는다. 또한 배합량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 상대재와의 활주시 상대재 표면을 손상시킬 우려가 있음과 동시에 얻어진 활주 부재의 기계적 강도가 저하된다.
사용되는 상용화제로서는 분자 내에 에폭시기를 갖는 변성 올레핀 수지가 사용된다. 구체적으로는 에틸렌과 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체 및 이러한 공중합체에 추가로 제3 성분으로서 아세트산비닐 또는 메틸아크릴레이트가 공중합된 스미토모 가가꾸 고교사 제조의 "본드퍼스트(상품명)", 에틸렌과 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체에 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체가 그래프트된 닛본 유지사 제조의 "모디퍼 A4000시리즈(상품명)"를 들 수 있다. 변성 올레핀 수지에서 에폭시기를 갖는 공중합체 성분(예를 들면 글리시딜메타크릴레이트)의 함유량으로서는 통상적으로 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 6 내지 12 중량%이다.
상용화제는 주성분을 구성하는 PBT 및 동시에 배합되는 상기 페녹시 수지와 상용되며, 상기 페녹시 수지의 내마모성을 향상시키는 효과를 나타낸다. 또한 에틸렌 성분의 존재에 의해 상기 탄화수소계 왁스와 상용되어 탄화수소계 왁스의 분산성을 개량하고, 탄화수소계 왁스의 배합에 기인하는 성형물의 박리를 방지하는 효과를 발휘한다. 상용화제의 배합량은 통상적으로 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%이다. 배합량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 상기한 내마모성 및 성형성을 향상시키는 효과가 발휘되지 않으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 성형성에 대한 효과는 향상되는 반면, 반대로 내마모성에 악영향을 준다.
사용되는 PBT는 테레프탈산 또는 디메틸테레프탈레이트와 부탄디올의 중축합에 의해 얻어지는 열가소성 수지이며, 이하의 특징을 갖는다. (1) 마찰 계수가 작을 뿐만 아니라 내마모성이 우수하다. (2) 높은 융점(225 ℃)을 갖는다. (3)내약품성이 우수하다. (4) 흡수율이 0.1% 이하이다. PBT의 배합량은 수지 조성물의 양으로부터 PBT 이외의 배합 성분의 양을 뺀 잔량이며, 바람직하게는 60 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 65 내지 80 중량%이다.
사용되는 방향족 폴리아미드 수지로서는 메타형의 폴리메타페닐렌 이소프탈아미드 수지, 파라형의 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드 수지 및 코폴리파라페닐렌·3,4'-옥시디페닐렌·테레프탈아미드 수지를 들 수 있다. 메타형의 폴리메타페닐렌 이소프탈아미드 수지의 구체예로서는 데이진사 제조의 "코넥스(상품명)" 및 듀퐁사 제조의 "노멕스(상품명)"를 들 수 있다. 파라형의 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드 수지의 구체예로서는 듀퐁사 제조의 "케블라(상품명)" 및 데이진·토와론사 제조의 "토와론(상품명)"을 들 수 있다. 코폴리파라페닐렌·3,4'-옥시디페닐렌·테레프탈아미드 수지의 구체예로서는 데이진사 제조의 "테크노라(상품명)"를 들 수 있다. 이들의 방향족 폴리아미드 수지는 분말, 절단·섬유 및 펄프 등의 형태로 사용된다.
사용되는 방향족 폴리에스테르 수지로서는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 갖는 옥시벤조일폴리에스테르이며, 파라히드록시벤조산의 단독중합체 및 파라히드록시벤조산과 방향족디카르복실산과 방향족디올의 공중합체가 사용된다. 특히, 파라히드록시벤조산의 단독중합체가 바람직하다. 이들의 수지의 결정 구조는 판형 결정 구조를 나타내며, 자기 윤활성이 우수하다. 방향족 폴리에스테르 수지의 구체예로서는 스미토모 가가꾸 고교사 제조의 "스미카스파 LCP(상품명)"를 들 수 있다. 이 방향족 폴리에스테르 수지는 분말의 형태로 사용된다.
방향족 폴리아미드 수지 또는 방향족 폴리에스테르 수지는 활주 부재의 내마모성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 방향족 폴리아미드 수지 또는 방향족 폴리에스테르 수지의 배합량은 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 15 중량%이다. 배합량이 1 중량% 미만인 경우에는 내마모성의 향상 효과가 관찰되지 않으며, 15 중량%를 초과하는 경우에는 성형성에 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 성형품의 강도 저하를 초래할 우려가 있다.
본 발명에서는 저마찰성을 한층 더 향상시킬 목적으로 상술한 성분 조성의 수지 조성물에 고체 윤활제 또는 윤활유 및 고급 지방산 등의 윤활유제를 배합할 수도 있다. 고체 윤활제로서는 흑연, 질화 붕소, 사불화 에틸렌 수지 및 폴리에틸 렌 수지 등을 들 수 있다. 윤활유로서는 엔진유 및 기계유 등의 광유, 피마자유 등의 식물유, 에스테르유 및 실리콘유 등의 합성유 등을 들 수 있다. 고급 지방산으로서는 탄소수가 14 이상인 포화 지방산, 예를 들면 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 베헨산 및 몬탄산 등, 탄소수가 18 이상인 불포화 지방산, 예를 들면 올레산 및 에루크산 등을 들 수 있다. 이들의 고체 윤활제 또는 윤활유제의 배합량으로서는 1 내지 5 중량%가 바람직하다.
활주 부재용 수지 조성물은 헨셀 믹서, 수퍼 믹서, 볼 밀 및 텀블러 믹서 등의 혼합기에 의해 상술한 각 성분의 소정량을 혼합하여 얻어진다.
본 발명의 활주 부재는 상술한 활주 부재용 수지 조성물을 성형하여 얻어진다. 활주 부재용 수지 조성물의 성형은 사출 성형기 또는 압출 성형기에 의해 직접 성형하는 방법, 및 활주 부재용 수지 조성물로부터 얻어진 펠릿을 사출 성형기 또는 압출 성형기에 의해 성형하는 방법 중 어느 한 방법을 사용할 수 있다. 후자의 방법을 구체적으로 설명하면, 활주 부재용 수지 조성물을 실린더 온도 200 내지 250 ℃, 다이스 온도 230 내지 250 ℃, 스크류 회전수 150 내지 300 rpm의 압출 성형기에 투입하여 끈상의 성형물을 제조하고, 이 끈상의 성형물을 절단하여 펠릿을 제조한다. 이 펠릿을 성형 원료로 하여, 상기 성형 원료를 실린더 온도 200 내지 260 ℃, 금형 온도 60 내지 80 ℃, 노즐 온도 220 내지 250 ℃, 사출 압력 500 내지 800 kgf/㎠로 조정한 사출 성형기에 투입하여 원하는 형상의 성형물을 얻는다.
본 발명의 활주 부재는 알루미늄 합금 등의 연질 금속을 활주 상대재로 한 경우, 특히 마찰 마모 특성이 우수한데, 예를 들면 저널 시험에서 마찰 계수(안정 시간)가 통상적으로 0.18 이하, 바람직하게는 0.16 이하이며, 마모량이 15 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 또한, 사무· 정보 기기, 전장 기기 및 가전 기기 등의 슬립(slip) 베어링, 슬립 베어링 장치 및 밀봉재 등의 활주 상태로 접촉하는 활주 부재로서 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 한, 이하의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다.
실시예 1 내지 26:
실시예 1 내지 26으로서, 하기 표 2 내지 8로 나타내는 배합량으로 각 성분을 헨셀 믹서에서 혼합하여 혼합물을 얻었다. 이 혼합물을 실린더 온도 200 내지 250 ℃, 다이스 온도 240 ℃, 스크류 회전수 200 rpm의 압출 성형기에 투입하여 끈상의 성형물을 제조한 후, 이 끈상의 성형물을 절단하여 펠릿을 제조하였다. 계속해서 이 펠릿을 실린더 온도 200 내지 250 ℃, 금형 온도 70 ℃, 노즐 온도 240 ℃, 사출 압력 600 kgf/㎠로 조정한 사출 성형기의 호퍼에 투입하여 내경 10 ㎜, 외경 14 ㎜, 길이 10 ㎜의 원통형 시험편(활주 부재)을 제조하였다.
비교예 1 내지 4:
비교예 1 내지 4로서, 하기 표 9로 나타내는 배합량으로 각 성분을 헨셀 믹서에서 혼합하여 혼합물을 얻었다. 얻어진 혼합물을 사용하여 실시예 1과 같은 방법에 의해 내경 10 ㎜, 외경 14 ㎜, 길이 10 ㎜의 원통형 시험편(활주 부재)을 제조하였다.
상술한 실시예 1 내지 26 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 원통형 시험편에 대하여, 활주 성능을 저널 시험에 의해 시험하였다. 시험 조건을 하기 표 1로 나타낸다. 활주 특성을 하기 표 2 내지 표 9로 나타낸다. 또한 마찰 계수에 대해서는 시험 개시로부터 안정 시기로 이행한 단계에서의 마찰 계수를 나타내며, 마모량에 대해서는 시험 종료 후의 원통형 시험편(활주 부재)의 치수 변화량으로 나타내었다. 또한 시험 후의 상대재의 표면 상태의 평가를 손상이 관찰되지 않는 것을 ○, 손상이 관찰되는 것을 ×로 표시하였다.
상기 표들 중에서, PBT로서 도요 보세키사 제조의 "파르프렌 N-1040(상품명)"을, 페녹시 수지로서 도토 가세이사 제조의 "펜토트 YP50-P(상품명)"를, 상용화제로서 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체(글리시딜메타크릴레이트 성분 12 중량%)인 스미토모 가가꾸 고교사 제조의 "본드퍼스트 E(상품명)"를, 파라페닐렌테레프탈아미드 수지로서 데이진·토와론사 제조의 "토와론 5011(상품명)"을, 파라히드록시벤조산의 단독중합체로서 스미토모 가가꾸 고교사 제조의 "스미카스파 LCP-E101M(상품명)"을 사용하였다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 활주 부재는 모두 양호한 마찰 마모 특성을 나타내었다. 또한 시험 후의 상대재 표면에는 아무런 손상도 관찰되지 않았다. 한편, 비교예 1 및 2의 수지 조성물을 성형하여 수득되는 활주 부재는 마찰 계수가 높으며, 마모량도 많고, 마찰 마모 특성이 열악하였다. 또한, 비교예 3 및 4의 수지 조성물을 성형하여 수득되는 활주 부재는 시험 개시 직후에 마찰 계수가 급격히 상승하고, 상대재 표면에 스크래치 상처와 같은 손상이 관찰되었기 때문에 시험을 중지하였다.
Claims (9)
- 탄화수소계 왁스 1 내지 10 중량%, 인산염, 황산염 및 탄산염의 군으로부터 선택된 1종 이상 0.1 내지 3 중량%, 페녹시 수지 1 내지 20 중량%, 상용화제(compatibilizing agent) 0.1 내지 5 중량% 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 활주 부재용 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 방향족 폴리아미드 수지 또는 방향족 폴리에스테르 수지를 1 내지 15 중량% 함유하는 활주 부재용 수지 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄화수소계 왁스가 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 미세결정질 왁스인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인산염이 인산삼리튬이고, 황산염이 황산바륨이며, 탄산염이 탄산리튬 또는 탄산칼슘인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상용화제가 분자 내에 에폭시기를 갖는 변성 올레핀 수지인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 변성 올레핀 수지가 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중 합체인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 방향족 폴리아미드 수지가 폴리메타페닐렌 이소프탈아미드 수지, 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드 수지 또는 코폴리파라페닐렌·3,4'-옥시디페닐렌·테레프탈아미드 수지인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 방향족 폴리에스테르 수지가 파라히드록시벤조산의 단독중합체인 활주 부재용 수지 조성물.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 기재된 활주 부재용 수지 조성물을 성형하여 수득되는 것을 특징으로 하는 활주 부재.
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