KR20150093718A

KR20150093718A - 고리-형상의 분지 구조를 갖는 실록산 트랙션 유체 및 사용 방법

Info

Publication number: KR20150093718A
Application number: KR1020157017196A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 슈타머; 만프레트 융크; 헤르베르트 슈퇴크바우어; 입-와 충; 토빈 제이. 마크스; 쳰 제인 왕; 토마스 졸퍼
Original assignee: 다우 코닝 코포레이션; 노오쓰웨스턴 유니버시티
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-08-18
Also published as: CN104884595B; WO2014085522A1; JP2016501935A; EP2925841A1; CN104884595A; US20150307808A1

Abstract

트랙션 유체, 및 그러한 트랙션 유체를 사용하여 서로에 대해 이동되는 2개의 표면 사이의 계면 마찰을 증가시키는 방법이 제공된다. 트랙션 유체는 구조 화학식 (I)

(상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬, 다이사이클로알킬, 또는 아릴 기이고; m은 정수이고; n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00임]에 상응하는 폴리실록산 베이스 오일을 포함할 수 있다.

Description

고리-형상의 분지 구조를 갖는 실록산 트랙션 유체 및 사용 방법{SILOXANE TRACTION FLUIDS WITH RING-SHAPED BRANCH STRUCTURES AND METHOD OF USING}

본 발명은 일반적으로 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰(interface friction)을 증가시키는 데 사용되는 트랙션 유체(traction fluid)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 알킬 작용기와, 아릴, 다이아릴, 사이클로알킬, 또는 다이사이클로알킬 작용기의 군으로부터 선택되는 적어도 하나와의 조합을 갖는 폴리실록산 베이스 오일을 포함하는 트랙션 유체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 트랙션 유체로서의, 상기 폴리실록산 베이스 오일의 용도뿐만 아니라 폴리(알킬아릴)실록산 베이스 오일의 용도에 관한 것이다.

이 섹션에서의 서술은 단지 본 발명에 관련된 배경 정보를 제공하며, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.

트랙션 구동장치(traction drive), 예를 들어, 무단 변속기(continuously variable transmission; CVT)가 수십 년간 개발되어 왔으며, 이는 현대의 응용에서의 다수의 구성으로 이어졌다. 다수의 공업, 자동차 및 항공우주 회사가 효율을 증가시키고 변속기 부품을 감소시키기 위해 그들의 생산 라인을 위한 다양한 유형의 트랙션 구동장치를 연구해 왔다. 트랙션 구동장치, 예를 들어, CVT는 일정한 엔진 속도에서, 최대 출력 또는 효율로 가동함으로써 차량 성능을 개선하고 엔진 수명을 연장시키는 가능성에 대해 다양한 엔진 응용에서 시험되어 왔다. 그러나, 자동차 응용에서의 트랙션 구동장치의 구현은 부품 중량, 내구성, 및 비용을 포함한 오래 지속된 기능적 및 재정적 난제로 인해 막혀 있다.

트랙션 구동장치, 예를 들어, 도넛형, 원추형, 또는 유성형(planetary) CVT는 기어를 사용하지 않고서 하나의 기계 요소로부터 다른 기계 요소로 힘을 효과적으로 전달하거나 토크를 전달하는 데 사용된다. 트랙션 구동장치는 전형적으로 클러치 및 브레이크의 특징인 더 큰 표면적보다는 점접촉 또는 선접촉을 통해 힘을 전달한다. 트랙션 구동장치에 필요한 유체는 더욱 일반적인 윤활 계면(lubricated interface)과는 상이한데, 그 이유는 이러한 유체가 양호한 표면 보호 및 낮은 마모를 유지하면서 구동 부품과 피동 부품 사이의 계면 마찰을 증가시키도록 요구되기 때문이다. 트랙션 구동장치의 극압(extreme pressure) 및 전단 조건은 트랙션 유체에 전단 응력을 가할 수 있으며, 이는 분자 파괴를 야기함으로써 그의 유효성을 감소시킬 수 있다.

트랙션으로 또한 알려져 있는, 탄성유체역학적(elastohydrodynamic; EHD) 마찰, μ _EHD 은 트랙션 유체에서 중요한 성능 파라미터이다. 성공적인 트랙션 유체는, 저온에서는 시동 중 그의 순환을 가능하게 하기에 충분히 낮은 점도를 유지하고 고온에서는 충분한 워밍업 시에 설계 하중을 지지하기에 충분히 높은 점도를 유지하면서, 보통의 윤활제보다 더 높은 EHD 마찰을 가져야 한다. 추가적인 요건에는 접촉하는 금속 표면에 대한 화학적 불활성, 적정한 윤활 특성, 및 열 소산이 포함된다.

지방족, 나프텐계, 및 사이클로알킬 분지형 탄화수소 구조를 포함하는 탄화수소계 유체가 트랙션 성능에 대해 시험되어 왔다. 올리브유, 참깨유, 카놀라유 및 대두유를 포함하는 다양한 천연 종자유가 또한 막 형성 및 트랙션 성능에 대해 평가되어 왔다. 실라하이드로카본, 실록산, 및 퍼플루오르화된 폴리알킬에테르를 포함하는 몇몇 합성 윤활제가 또한 그들의 마찰학적 성능을 시험하기 위해 연구되어 왔다.

실록산계 중합체는, 탄화수소에 존재하는 탄소-탄소 골격 대신에 규소-산소 골격을 갖는다. 실록산은 다수의 탄화수소 중합체보다 산화 안정성이 더 크고 점도의 온도 의존성이 더 낮은 것으로 나타났다. 또한, 실록산 분자는 상응하는 탄화수소보다 더 가요성인데, 그 이유는 그것이 골격 구조 주위의 사슬 회전에 대해 더 적은 입체 장애를 나타내기 때문이다. 이러한 낮은 입체 장애는 더 긴 Si-O 결합 (C-C에 대한 0.153 nm와 비교하여 0.164 nm임), 측기에 의해 방해받지 않는 산소 원자, 및 더 큰 Si-O-Si 결합각 (C-C-C에 대한 약 110°와 비교하여 약 143°임)을 포함하는 요인들 덕분이다. 실록산의 향상된 가요성은 증가된 콤팩트성(compactness), 더 낮은 용융 온도, 및 더 낮은 유리 전이 온도를 가능하게 한다.

'분자 절단'(molecular scission)으로 알려져 있는 영구적 점성 파괴는, 마찰학적 접촉부에서의 높은 전단 응력에 의해 중합체가 더 짧고 더 낮은 질량의 세그먼트들로 기계적으로 파괴될 때 일어난다. 마찰학적 접촉부는 기계 요소 내의 제1 표면과의 윤활 계면, 유체 윤활막, 및 기계 요소 내의 제2 표면과의 윤활 계면을 포함하여서, 전단 응력은 윤활막 내에서 주로 발생하며 기계 요소/윤활 계면에서는 더 적은 정도로 발생한다. 공업용 윤활제는 영구 전단 안정성을 확인하기 위해 전단 안정성 지수 (PSSI)와 같은 엄격한 전단 시험을 통과하는 것이 종종 요구된다. 실록산은 경합하는 탄화수소보다 영구적 점성 파괴에 대해 더 탄력적인 것으로 알려져 있다. 실제로, 폴리실록산은 유기 중합체보다 한 자릿수 더 큰 영구 전단 임계치를 갖는다. 실록산의 산화 안정성 및 강한 Si-O 결합이 또한 그의 분자 파괴 저항성을 개선하는 것이 가능하다.

실록산은 일반적으로 규소를 메틸 클로라이드와 반응시켜 다이메틸다이클로로실란을 생성하고, 이어서 이것을 물과 혼합하여 실라놀을 생성한 다음에 중합함으로써 유도된다. 통상적인 실록산 중합체의 일례는 구조 화학식 S-I에 나타난 바와 같은 폴리다이메틸실록산 (PDMS)이다. PDMS는 교번하는 규소 원자와 산소 원자의 골격 사슬과 규소 원자에 결합된 메틸 기로 구성된다. PDMS는 불량한 경계 윤활 특성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 구조 화학식 S-Il의 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS)에 대해 나타난 바와 같이, 메틸 기를 페닐 기와 같은 다른 기로 대체하면, 경계 마찰 및 마모의 감소를 야기할 수 있다. 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS)은 (본 명세서 및 하기에 추가로 정의된 바와 같이) 일부 다이메틸 D 단위 대신에 페닐메틸 D 단위를 가지며, 다이메틸다이클로로실란 및 메틸페닐다이클로로실란의 가수분해 후의 중합에 의해 제조된다.

충분한 양으로 사용될 때 그러한 대체는 또한 실록산 중합체의 분자 강성(rigidity)의 증가를 야기할 것이다. PPMS는 증가된 내마모성 및 산화 안정성 둘 모두를 나타내지만, 분자 가요성의 감소를 또한 나타낸다.

[구조 화학식 S-I]

[구조 화학식 S-II]

본 발명은 일반적으로, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시키기 위한 트랙션 유체 및 상기 트랙션 유체의 용도를 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 트랙션 유체는 하기 구조 화학식에 상응하는 폴리실록산 베이스 오일을 포함한다:

[구조 화학식 S(III)]

상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 다이사이클로알킬 기이고; m은 정수이고, n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기이다.

트랙션 유체는 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 트랙션 유체는 중합도가 15 내지 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 또한 포함할 수 있으며; 그러한 상용성 베이스 오일은 (본 명세서 및 하기에 추가로 정의된 바와 같이) 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시킬 수 있는 저마모성 트랙션 유체로서의, 하나 이상의 폴리실록산 베이스 오일의 용도가 제공된다. 폴리실록산 베이스 오일은 구조 화학식 S-III으로서 상기에 나타나 있고 본 명세서에서 제공되는 구조 화학식에 상응할 수 있으며, 상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴 기이고; m은 정수이고, n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 아릴 또는 사이클로알킬 기이며, 7 < (m + n) < 100이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 다이아릴 또는 다이사이클로알킬 기이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기이다. 대안적으로, 폴리실록산 베이스 오일은 하기 구조 화학식에 상응한다:

본 명세서에 사용되는 트랙션 유체는 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 트랙션 유체는 중합도가 약 15 내지 약 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 또한 포함할 수 있으며; 그러한 상용성 베이스 오일은 트라이메틸 실릴 종결된 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 약 5 내지 30 중량%인 트라이메틸 실릴 종결된 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 일반적으로, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기계 요소를 제공하여서, 제1 표면 및 제2 표면이 기계 요소 내의 접촉점을 나타내게 하는 단계; 제1 표면과 제2 표면 사이에 트랙션 유체를 제공하는 단계; 및 제1 표면이 제2 표면을 지나서 롤링(rolling)하거나 슬라이딩(sliding)하게 하여서, 트랙션 유체가 제1 표면과 제2 표면 사이의 계면 마찰을 증가시키게 하는 단계를 포함한다.

이러한 방법에서 사용되는 트랙션 유체는 S-lll로서 상기에 나타나 있거나 본 명세서에 기재된 구조 화학식에 상응하는 적어도 하나의 폴리실록산 베이스 오일을 포함하며, 상기 화학식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴 기이고; m은 정수이고, n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 아릴 또는 사이클로알킬 기이며, 7 < (m + n) < 100이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 다이아릴 또는 다이사이클로알킬 기이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기이다. 대안적으로, 트랙션 유체는, 앞서 기재되거나 본 명세서에 추가로 정의된 바와 같은 기능성 첨가제 또는 적어도 하나의 상용성 베이스 오일을 추가로 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 서로에 대해 이동하는 2개의 기계 표면 (제1 및 제2 표면)은 트랙션 구동장치의 일부분이며 트랙션 유체는 그리스, 기어 오일, 또는 변속기 유체이다. 대안적으로, 2개의 표면은 기계 요소에서의 탄성유체역학적 윤활 (EHL) 접촉점을 나타낸다. 대안적으로, 제1 및 제2 표면은 세라믹 또는 금속 표면이고; 대안적으로, 이들은 둘 모두가 금속 표면이다.

추가적인 응용 분야가 본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 설명을 위한 것으로 의도되며 본 발명의 범주를 제한하려는 의도는 아닌 것으로 이해해야 한다.

본 명세서에 기재된 도면은 단지 설명을 위한 것이며 어떤 식으로든 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 막 두께 및 트랙션 측정에 사용하기 위한 탄성유체역학적 (EHD) 리그(rig)의 단면도.
도 2는 인트레인먼트 속도(entrainment speed)의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS- 3) 베이스 오일에 의해 나타나는 탄성유체역학적 액체 (EHL) 막 두께를 나타내는 그래프.
도 3은 인트레인먼트 속도의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 (PCMS-1) 베이스 오일에 의해 나타나는 탄성유체역학적 액체 (EHL) 막 두께를 나타내는 그래프.
도 4는 인트레인먼트 속도의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 고분지형 폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 (PCMS- 2) 베이스 오일에 의해 나타나는 탄성유체역학적 액체 (EHL) 막 두께를 나타내는 그래프.
도 5는 인트레인먼트 속도의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(다이페닐 다이메틸)실록산 (PDPS-1) 베이스 오일에 의해 나타나는 탄성유체역학적 액체 (EHL) 막 두께를 나타내는 그래프.
도 6은 막 두께의 함수로서 플롯된, 303K의 온도에서 종래의 오일 (C-1) 및 본 발명에 따라 제조된 몇몇 트랙션 유체 (PCMS-1, PPMS-3)에 의해 나타나는 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 7은 막 두께의 함수로서 플롯된, 303K의 온도에서 종래의 오일 (C-1) 및 본 발명에 따라 제조된 몇몇 트랙션 유체 (PPMS-4, PDPS-1)에 의해 나타나는 마찰 계수를 나타내는 다른 그래프.
도 8은 막 두께의 함수로서 플롯된, 398K의 온도에서 종래의 오일 (C-1) 및 본 발명에 따라 제조된 몇몇 트랙션 유체 (PCMS-1, PPMS-3)에 의해 나타나는 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 9는 막 두께의 함수로서 플롯된, 398K의 온도에서 종래의 오일 (C-1) 및 본 발명에 따라 제조된 몇몇 트랙션 유체 (PCMS-2, PPMS-4)에 의해 나타나는 마찰 계수를 나타내는 다른 그래프.
도 10은 막 두께의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS-4) 베이스 오일에 의해 나타나는 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 11은 페닐메틸 D 단위 함량의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 베이스 오일에 의해 나타나는 제한적 EHD 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 12는 사이클로헥실메틸 D 단위 함량의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 베이스 오일에 의해 나타나는 제한적 EHD 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 13은 압력 점도 지수(pressure viscosity index)의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 베이스 오일에 의해 나타나는 제한적 EHD 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 14는 압력 점도 지수의 함수로서 플롯된, 다양한 온도에서 종래의 오일 및 본 발명의 교시에 따라 제조된 몇몇 폴리실록산 베이스 오일에 의해 나타나는 제한적 EHD 마찰 계수를 나타내는 그래프.
도 15는 폴리실록산 베이스 오일을 포함하는 트랙션 유체를 사용하여, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때의 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시키는 방법을 나타내는 개략도.

하기 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 결코 본 발명 또는 그의 응용 또는 용도를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 설명 전체에 걸쳐, 상응하는 도면 부호는 유사하거나 또는 상응하는 부분 및 특징부를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 일반적으로, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시킬 수 있는 트랙션 유체에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 트랙션 유체는 고리-형상의 분지 구조를 갖는 폴리실록산 베이스 오일을 포함한다.

마찰학적 계면에서의 마찰은 고체 요철(asperity)들의 상호작용에 의해 유발되는 성분과, 유체 점성에 의해 유발되는 유체역학적 성분으로 나누어질 수 있다. 표준 윤활제 및 트랙션 유체는 둘 모두가 가동 중인 표면들을 분리하는 막을 형성함으로써 요철들로 인한 마찰 및 마모를 최소화시키기 위해 사용된다. 표준 윤활제는 또한 유체역학적 마찰을 최소화하여 점성 소실로 인한 에너지 손실을 감소시키는 것이 목적이다. 표준 윤활제와 다르게, 트랙션 유체는 유체 막을 가로질러 힘을 전달하기 위해 사용되며 따라서 보통의 윤활제보다 더 높은 유체역학적 (및 탄성유체역학적) 마찰 계수를 가져야 한다. 표준 윤활제는 트랙션 구동장치에 적합하지 않은데, 그 이유는 낮은 유체역학적 마찰이 구동 부품과 피동 부품 사이의 슬립(slip)을 허용하기 때문이다. 트랙션 유체는 기어 오일과 같은 윤활제에 바람직하지 않은데, 그 이유는 더 높은 유체역학적 마찰이 에너지 효율을 감소시키기 때문이다.

트랙션 구동장치의 극압 및 전단 조건은 트랙션 유체에 매우 큰 전단 응력을 가할 수 있는데, 이는 분자 파괴를 유발하여 그의 유효성을 감소시킬 수 있다. '분자 절단'으로 알려져 있는 영구적 점성 파괴는, 마찰학적 계면에서의 높은 전단 응력에 의해 윤활제의 중합체가 더 짧은/더 낮은 질량의 세그먼트들로 기계적으로 파괴될 때 일어난다. 폴리실록산 Si-O 결합 분해 엔탈피의 강도 (460 kJ/mol)가 탄화수소 중합체에서의 상응하는 C-C 결합에 대한 것 (348 kJ/mol)을 상당히 초과하기 때문에, 실록산은 탄화수소 중합체보다 영구적 사슬 파괴에 대한 저항성이 더 크다. 실제로, 전단 응력의 적용 시에, 실록산은 유기 중합체의 것보다 '한 자릿수' 더 큰 영구 전단 임계치를 갖는다.

본 명세서에 포함된 교시에 따라 제조되고 사용되는 트랙션 유체 및 그와 관련된 폴리실록산 베이스 오일은, 개념을 더욱 충분히 설명하기 위해, 막 형성, 마찰, 및 리올로지 특성, 예를 들어, 본 명세서에서 정의된 디스크 마모 시험에서의 박막 볼(thin film ball)을 측정하는 데 적합한 다양한 시험 구성과 함께 본 명세서 전반에서 설명된다. 롤링 요소 베어링, 슬라이딩 베어링, 기어, 캠 및 캠 종동자, 또는 트랙션 구동장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 기계 요소에서 확인되는 것들과 같은, 다른 유형의 슬라이딩 또는 롤링 접촉부와 함께 하는 이러한 트랙션 유체 조성물의 포함 및 사용이 본 발명의 범주에 속하는 것으로 고려된다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 트랙션 유체는 구조 화학식 (S-lll)로 기재된 구조를 갖는 폴리실록산 베이스 오일을 포함한다. 구조 화학식 S(III)에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아릴, 다이아릴, 사이클로알킬 또는 다이사이클로알킬 기이고; m은 정수이고; n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m(m + n) < 1.00이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기이다. 선택적으로, R 또는 R'은, 특히, 할로겐 원자, 예를 들어, 불소, 아미노기, 또는 카르복실 기와 같은 작용성 리간드로의, 수소 원자의 치환을 또한 포함할 수 있다.

[구조 화학식 S(III)]

트랙션 유체는 중합도가 15 내지 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 추가로 포함할 수 있다. 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택된다. 선택적으로, 트랙션 유체는 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 또한 포함할 수 있다.

구조 화학식 S(I)가 오직 M 단위 (R₃SiO_1/2) 및 D 단위 (R'RSiO_2/2)만을 포함하는 것으로 나타나 있지만, 그러한 구조 화학식은, 본 발명의 범주를 넘어서지 않고서 폴리실록산 골격 또는 사슬의 가교결합을 야기하는 분지점으로서 T 단위 (R"SiO_3/2) 또는 Q 단위 (SiO_4/2)를 또한 포함할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 폴리실록산 베이스 오일에 존재하는 임의의 T 단위와 관련된 R" 기는 상기 R 또는 R' 기에 대해 제공된 설명과 유사하게 독립적으로 선택되고 정의될 수 있다. 폴리실록산 베이스 오일에 존재하는 T 단위 또는 Q 단위의 수는, 특정 응용에 사용될 때 트랙션 유체에 대해 요구되는 점도 및 윤활 특성에 따라 미리 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시킬 수 있는 저마모성 트랙션 유체로서, 하나 이상의 폴리실록산 베이스 오일이 사용된다. 이러한 폴리실록산 베이스 오일은 구조 화학식 S-III와 관련하여 상기한 바와 같은 고리-형상의 분지 구조를 가지며, 상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴 기이고; m 및 n은 정수이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00이다. 대안적으로, 폴리실록산 베이스 오일은 메틸 기로서의 R을 포함하고 R'은 아릴 또는 사이클로알킬 기이며, 7 < (m + n) < 100이다. 대안적으로, R은 메틸 기이고 R'은, 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 다이아릴 또는 다이사이클로알킬 기이다. 대안적으로, 폴리실록산 베이스 오일은, 구조 화학식 S-Il로 기재된 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 또는 폴리(페닐메틸)실록산 (n=0인 경우 PPMS), 또는 구조 화학식 S-IV로 하기에 추가로 기재된 바와 같은 폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 또는 폴리(사이클로헥실메틸)실록산 (n=0인 경우 PCMS)에 상응한다.

[구조 화학식 (S-IV)]

트랙션 유체로서의 폴리실록산 베이스 오일의 사용은 중합도가 약 15 내지 약 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 또한 포함할 수 있다. 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산 (PDMS), 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS)으로서 선택된다. 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터 선택되는 것과 같은 기능성 첨가제가, 이용되는 트랙션 유체의 조성에 또한 포함될 수 있다.

윤활제의 리올로지 특성을 특징짓기 위해 대기압에서의 점도 (η ₀)가 일반적으로 사용된다.

중합체 점도는 중합체 길이, 분지 함량 및 분지 길이에 비례하여 증가한다. 임계 질량 (이를 초과하면 중합체가 얽히기 시작함)까지는 점도가 중합체 길이에 선형 비례하여 증가하며, 이어서 점도는 중합체 길이에 지수적으로 비례하여 증가한다. 유효 점도는 분자 구조, 온도, 압력, 및 계면 전단에 의해 영향을 받기 때문에 마찰학적 계면에 따라 상당히 다양할 수 있다. 분자 질량이 증가함에 따라, PDMS와 같은 폴리실록산의 동적 점도가 일시적 전단 박화에 영향을 받기 쉬워질 수 있으며, 이는 트랙션 유체를 위해서는 바람직하지 않다. 고리-형상의 분지를 갖는 실록산은 트랙션 구동장치에서의 전단 손실을 최소화시킬 수 있다.

윤활제의 탄성유체역학적 막 두께, h _o _il 는, 대기압 점도, η _o , 및 압력-점도 지수, α와 같은 리올로지 특성과 함께 인트레인먼트 속도, U에 의해 모델링된다. 식 1은 햄록-다우슨(Hamrock-Dowson) 식을 단순화시킨 것을 나타내는데, 여기서, 물질 및 기하학 파라미터는 상수 k에 포함된다.

[식 1]

압력-점도 지수를 증가시키는 것은 윤활제의 막 형성 능력을 개선하지만, EHD 마찰을 또한 증가시킨다. 높은 EHD 마찰이 대부분의 윤활제에서는 효율 손실을 야기하지만, 중요하게는, 트랙션 유체에서는 효율 이득이 생기게 한다. 분자 구조와 압력-점도 지수 사이의 상관 관계가 관찰되었다. 이제 식 2를 참고하면, EHD 마찰 계수, μ_Ηyd와 퍼센트 고리 함량, Q_R 사이에서 관찰되는 상관 관계에 의해 뒷받침되는 바와 같이, 높은 고리 함량을 갖는 화합물은 몇몇 상이한 하중에서 일반적으로 높은 탄성유체역학적 (EHD) 마찰을 갖는다. 양호한 트랙션 유체는 일반적으로 고리 형상의 분자 구조의 함량이 높다. 트랙션 유체에서의 고리 구조의 성과는 미국 특허 제4,577,523호 및 제6,623,399호에서의 그의 사용에 의해 입증되며, 이들 특허의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

[식 2]

PDMS 및 PPMS를 포함하는 몇몇 실록산의 승압에서의 점도 측정은 실록산의 페닐 고리 함량을 증가시키는 것이 압력-점도 지수의 상당한 증가를 야기함을 입증한다. PPMS의 실온 압력-점도 지수 (27 GPa^-1)는 PDMS의 압력-점도 지수 (14 GPa^-1)의 대략 2배이다.

고리 구조 분지 함량, Q_R이 높은 중합체는 일반적으로 높은 EHD 마찰을 나타내는데, 이는 중합체들이 분자적으로 상호맞물리는(interlock) 능력에 기인할 수 있다. 트랙션 유체의 성능은 또한 고리 분지에 의해 야기되는 입체 장애에 의해 유도되는 분자 강성(molecular rigidity)과 서로 관련될 수 있다.

몇몇 상이한 탄화수소 중합체의 막 두께 및 마찰 계수를 또한 플롯하여 다수의 온도에서의 상이한 중합체들의 EHD 마찰 계수를 결정할 수 있다. 측정된 막 두께 및 참고 유체를 사용하여, 상이한 유체들의 압력-점도 지수를 어림할 수 있다. EHD 마찰 대 압력-점도 지수의 플롯은 양의 상관관계를 나타낸다. 또한, 알킬 및 페닐 분지형 실록산의 측정된 회전 반경 및 지속 길이를 사용하여 구조와 형태(conformation) 사이의 상관관계를 결정할 수 있다. 예를 들어, 강성 막대 형상의 PPMS는, 랜덤 분포를 갖는 고도로 가요성인 PDMS와는 상당히 상이하다. 따라서, 실록산 분자 상에 고밀도의 고리를 사용하는 것은 그의 강성을 증가시켜서 실록산 분자가 막대형 형태를 취하게 한다. 강성 막대 구조의 유동 특성은 압력-점도 지수 및 EHD 마찰 계수를 증가시킬 수 있다.

하기 특정 실시 형태는 본 발명의 교시에 따른 폴리실록산 트랙션 유체의 설계 및 용도를 예시하고자 제공되며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 당업자는, 본 발명의 개시 내용을 고려하여, 본 명세서에 개시된 특정 실시 형태에서 많은 변경이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나거나 넘어서지 않으면서 유사하거나 비슷한 결과를 여전히 얻을 수 있음을 알 것이다.

실시예 1 - 일반적인 측정 기술

본 발명의 교시에 따라 제조된 트랙션 유체에 의해 나타나는 물리적 특성 및 화학적 특성을, 하기 및 본 명세서에 기재된 장비 및 시험 프로토콜 또는 절차를 사용하여 측정한다. 당업자는, 본 명세서에서 보고되는 임의의 특성이, 일상적으로 측정되며 다수의 상이한 방법에 의해 얻어질 수 있는 특성을 나타냄을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명된 방법들은 하나의 그러한 방법을 대표하며, 본 발명의 범주를 넘어서지 않고서 다른 방법들이 이용될 수 있다.

분자 질량 & 구조 - 진공 탈기기 및 워터스 2410 시차 굴절계가 구비된 워터스(Waters) 2695 분리 모듈을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해 폴리실록산 샘플의 분자 질량 분포를 측정한다. 분리는 PLgel 5 μm 가드 컬럼 (50 mm x 7.5 mm) 후에, 2개의 (300 mm x 7.5 mm) 폴리머 래보러토리즈(Polymer Laboratories) PLgel 5 μm 혼합-C 컬럼 (200 내지 2,000,000의 분자량 분리 범위)을 사용하여 행한다. 분석은 1.0 mL/min로 유동하는 공인 등급 THF를 용리액으로서 사용하여 수행하며, 컬럼 및 검출기 둘 모두를 408K (35℃)로 가열한다. 샘플을 THF 중에 약 0.5 중량%로 제조하고, 약 2시간 동안 때때로 진탕하여 용매화시키고, 여과 없이 오토샘플러 바이알로 옮긴다. 100 μL의 주입 부피를 사용하며, 25분 동안 데이터를 수집한다. 데이터 수집 및 분석은, 써모랩 시스템즈 아틀라스(ThermoLab Systems Atlas) 크로마토그래피 소프트웨어 및 폴리머 래보러토리즈 서러스(Cirrus) GPC 소프트웨어를 사용하여 수행한다. 580 내지 2,300,000 g/mol의 분자량 범위를 커버하는, 폴리스티렌 표준물을 사용하여 생성된 보정 곡선 (3차)에 대응하여 분자량 평균을 결정한다.

배리안 이노바(Varian INOVA) 400 또는 머큐리(Mercury) 400 NMR 분광계를 사용하여 ¹H/¹³C NMR 분광법의 데이터로부터 PDMS, PPMS, 및 PCMS 분자 구조를 분석한다. 이어서, 질량 및 구조 데이터로부터 중합도를 계산한다. 배리안 이노바 (500 ㎒) 분광계를 사용하여 ¹H NMR 스펙트럼을 기록한다. 내부 표준물로서의 용매 잔류물 (7.26 ppm에서의 CHCl₃)의 신호를 사용하여 화학적 이동 값 (δ)을 ppm 단위로 표시한다. 배리안 이노바 (125 ㎒) 분광계를 사용하여 ¹³C NMR 스펙트럼을 기록하고, 내부 표준물로서 용매 (77.16 ppm에서의 CDCl₃)를 사용하여 ppm 단위로 표시한다. PCMS-1 및 PCMS-2 샘플에 대한 결과는 하기와 같다:

PCMS-1 - ¹H NMR (CDCl₃): δ 1.74 (m), 1.20 (m), 0.55 (m), 0.09(m),

0.08 (m), 0.05 (m), 0.01 (m), -0.02 (m).

¹³C NMR (CDCl₃): δ 28.03, 28.01, 27.99, 27.96, 27.87, 27.70, 27.63 27.59, 27.57, 27.49, 27.12, 26.81,26.76, 26.71,

26.67, 26.65, 2.09, 2.05, 1.97, 1.95, 1.52, 1.46, 1.38, 1.33, 1.30, 1.24, -2.14, -2.19, -2.24, -2.32.

PCMS-2 - ¹H NMR (CDCl₃): δ 1.72 (m), 1.20 (m), 0.56 (m), 0.09(m),

0.10 (m), 0.03 (m), -0.01 (m), -0.02 (m).

¹³C NMR (CDCl₃): δ 28.03, 28.02, 27.99, 27.95, 27.90, 27.74, 27.72,

27.69, 27.60, 27.18, 27.16, 27.14, 26.88, 26.83,

26.81,26.68, 2.10, -1.93, -2.02, -2.10, -2.36.

밀도 및 점도 측정 - 캐논(Cannon) CT-2000 항온조를 사용하여,

303 내지 398K에서 밀도, p, 및 동점도, u를 동시에 측정한다. 질량 및 부피의 정밀 측정치로부터 각각의 실록산 샘플의 밀도를 계산하였다. 캐논-펜스케(Cannon-Fenske) 모세관 점도계를 사용하여 동점도를 측정하였다. 동점도 및 밀도의 측정치로부터 절대 점도, η를 얻었다.

막 두께 측정 - PCS 박막 마찰계를 사용하여 303 내지 398K +/- 1K에서 탄성유체역학적 윤활제 막 두께를 측정한다. 19.050 mm 직경의 폴리싱된 AISI 52100 강 볼을 시험 유체에 부분적으로 담그고 광학적으로 투명한 유리 디스크에 대고 누른다. 유리 디스크 및 강 볼의 각각의 영률(Young's modulus)은 75 및 210 GPa이며, 이는 20 N 하중 하에서 0.54 GPa의 최대 헤르츠 압력을 야기한다. 디스크는 500 nm 두께 실리카 스페이서 층을 갖는데, 이는 30 nm 미만의 막에 대해서는 1 nm 이하의 정밀도로, 그리고 30 nm 초과의 막 두께에 대해서는 5% 이내의 정밀도로 윤활제 막 두께의 측정을 가능하게 한다. 강 볼 및 유리 디스크의 제곱 평균 제곱근(r.m.s.) 조도는 각각 14 nm 및 5 nm이다. 복합 조도(composite roughness), R _qc 는 대략 15 nm이다.

막 두께 측정은, 0.020 m/s로부터 4.35 m/s까지 변화하는 디스크 속도, U ₁ 을 사용하여 공칭 순수 롤링(nominally pure rolling) 조건에서 행한다. 공칭 순수 롤링에서는, 볼이 디스크에 의해 완전히 구동된다. 볼 속도 U ₂ 의 독립적인 변화가 가능하도록 모터-구동 샤프트에 부착된 볼을 사용하여 추가 측정을 행한다. 이러한 배열은, 식 3에 정의된 바와 같이 순수 롤링 (Σ = 0)으로부터 순수 슬라이딩 (Σ = 2)까지의 범위인, 상이한 슬라이드-대-롤 비(slide-to-roll ratio), Σ에서의 추가적인 막 두께 측정을 가능하게 한다.

[식 3]

마찰 측정 - 막 두께를 측정하는 데 사용된 것과 동일한 PCS 장비에서 시험 유체의 마찰 계수, μ를 측정한다. 303K로부터 398K까지 마찰을 또한 측정하였으며, 이때 온도를 온도 순서로 각각의 시험에 대해 +/- 1K로 제어한다. 마찰 시험은 강 디스크에 적용된 19.050 mm 직경 AISI 52100 강 볼을 사용하여 행한다. 디스크 및 볼의 각각의 표면 조도는 각각 약 30 nm 및 5 nm였다. 강 볼 및 강 디스크의 영률은 둘 모두 210 GPa이며, 이는 20 N의 하중 하에서 0.82 GPa의 최대 헤르츠 압력을 야기한다. 복합 표면 조도를 계산하며 이는 대략 30 nm이다.

막 형성 및 마찰 측정의 각각의 시험마다 새로운 강 볼 및 새로운 디스크 트랙을 사용한다. 각각의 시험 전에, 저장조, 볼 캐리지(ball carriage), 디스크 및 볼을 아이소프로필 알코올 및 헥산으로 철저히 세정한 다음, 건조시킨다. 디스크 속도를 0.025 m/s로부터 5.00 m/s까지 변화시키면서 Σ = 0.50의 고정된 슬라이드 대 롤 비에서 마찰 계수를 측정한다. 전체 마찰 측정에 대한 스핀 성분의 기여를 최소화하기 위해, 마찰 시험에 사용되는 볼의 반경방향 위치는 42 mm로부터 44 mm까지 변화시킨다. 모든 마찰 측정을 이러한 반경에서 행하였기 때문에, 마찰 측정에 대한 정밀도는 3% 이내이다.

실시예 2 - 폴리실록산 트랙션 유체의 제조

PPMS 샘플에 대해 언급된 높은 분자 강성을 페닐 고리의 수소화에 의해 증대시켜 폴리(사이클로헥실메틸)실록산 (PCMS)을 생성하였다. 최상의 트랙션 성능을 나타내는 PPMS 샘플로부터 PCM의 2개의 샘플을 합성하였다. 막 형성 및 마찰 시험을 위해, 50% 다이페닐 D 단위 및 50% 페닐메틸 D 단위를 갖는 트라이메틸 실릴 종결된 폴리(다이페닐메틸 다이페닐)실록산 (PDPS)의 샘플을 또한 입수하였다. PDPS 샘플의 증가된 페닐 함량은 유체의 분자 강성을 증가시키며, 이는 더 큰 트랙션 성능을 예상하게 한다.

4종의 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 (PPMS-1 내지 PPMS-4), 2종의 폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 (PCMS-1 및 PCMS-2) 샘플, 및 1종의 폴리(다이페닐메틸 다이메틸)실록산 (PDPS-1)을 제조하고 본 발명의 교시에 따른 트랙션 유체로서의 사용 및 시험을 위해 보관한다. 트라이메틸 실릴-종결된 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 및 폴리(다이페닐메틸 다이메틸)실록산 샘플은 상업적 공급처 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation))로부터 입수할 수 있거나 또는 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 합성할 수 있다.

폴리(사이클로헥실메틸 다이메틸)실록산 (PCMS-1 및 PCMS-2) 샘플은, 식 4에 따라 이질 촉매로서 활성탄 상 팔라듐을 사용한 상응하는 폴리(페닐메틸다이메틸)실록산의 완전한 수소화에 의해 합성한다. 이 방법은 가압 반응기에서 용매 없이 413K (140℃) 및 4.14 MPa의 H₂ 압력에서 수행한다.

완전한 합성에는 대략 24시간이 필요한데, 소모된 수소를 보충하기 위해 수회 재충전한다. 최종 생성물을 셀리트(celite)로 여과하여 촉매를 제거하고, 이어서 NMR 분광법 및 겔 투과 크로마토그래피에 의해 특성화한다.

[식 4]

PCMS-1 및 PCMS-2 샘플의 합성은 오븐 건조된 플라스크에서 N₂ 분위기 하에 수행한다. 모든 시약 및 촉매는 상업적 판매처로부터 입수하며 입수한 그대로 사용한다. 테플론 반응 용기, 압력 게이지, H₂ 주입구, 기계적 교반기, 및 가열기가 구비된 100 mL 파르 마이크로 반응기(Parr Micro Reactor)에 10 mL 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산 PPMS (예를 들어, PPMS-3 또는 PPMS-4) 및 1 그램의, 활성탄 상 10% 팔라듐을 충전한다. 반응 용기를 밀봉하고 H₂로 퍼징한 후에, 격렬한 교반 및 4.14 MPa의 H₂ 압력과 함께 반응기를 413K로 가열한다. 반응 과정 동안, H₂ 압력이 3.45 MPa 미만으로 떨어질 때 H₂ 압력을 회복시킨다. 압력이 일정하게 될 때까지 반응물을 계속 교반한다. 이어서 반응기를 실온으로 냉각시키고 압력을 대기압으로 해제한다. 반응기를 주의 깊게 연 후에, 흑색 잔류물을 헥산으로 용해하고, 셀리트로 여과하고, 진공 하에 용매를 제거한다. 이어서, 얻어진 투명한 트랙션 유체를 고진공 하에서 하룻밤 건조시켜 순수한 생성물을 제공하고, 이것을 사용 시까지 보관한다.

실시예 3 - 폴리실록산 트랙션 유체의 특성화 및 이의 용도

실시예 2에서 제조되고 샘플 번호 PPMS-1 내지 PPMS-4, PDPS-1, 및 PCMS-1 내지 PCMS-2로 표지된 폴리실록산 트랙션 유체에 의해 나타나는 전형적인 물리적 특성 및 화학적 특성이, 종래의 폴리다이메틸실록산 (PDMS) 오일 (샘플 번호 C-1)의 특성과 함께 표 1에 요약되어 있다. 이러한 특성은 퍼센트 분지, 분지의 유형, 중합도 (DP) 및 다분산성 (PD)을 포함하는, 분자 구조, 질량, 밀도, 및 점도와 관련된 정보를 포함한다. 세로줄 맨 위쪽의 퍼센트 D 단위는 다이메틸 D 단위가 아닌, 각각의 샘플에서의 D 단위의 퍼센트를 나타낸다. 따라서, PDMS C-1은 오로지 폴리다이메틸실록산 (PDMS) 오일로만 이루어지기 때문에 PDMS C-1 중 비-다이메틸 D 단위의 퍼센트는 0이다. PPMS-1 내지 PPMS-4 샘플의 퍼센트 페닐메틸 D 단위 함량은, 핵 자기 공명 (NMR) 데이터의 분석을 통해 결정할 때, 10%, 50% 및 90%를 포함한다. 유사하게, PCMS-1, PCMS-2, 및 PDPS-1 샘플의 퍼센트 사이클로헥실메틸 D 단위 함량은 50% 또는 90%이다. PCMS-1 및 PCMS-2의 구조는 수소화된 PPMS-3 및 PPMS-4에서의 페닐메틸 D 단위와 동일한 백분율의 사이클로헥실메틸 D 단위를 갖지만, 분자 질량은 더 크다.

여전히 표 1을 참고하면, 트랙션 유체 샘플 및 종래의 오일의 밀도 및 점도가 3가지 온도, 즉, 303K, 348K, 및 398K에서 제공되어 있다. 일반적으로, 유사한 분자 구조 (예를 들어, 분지 함량)의 중합체들에 대해서는 분자 질량과 함께 밀도의 증가가 일어나는 것으로 관찰된다. PPMS 및 PCMS 샘플이 가장 높은 밀도를 갖는데, 밀도는 페닐 함량이 증가함에 따라 증가한다. 소정 분자 질량에서 페닐 및 사이클로헥실 함량이 증가함에 따라 실록산의 점도가 증가한다. PPMS를 수소화하여 PCMS를 생성하는 것은 실온에서의 점도의 상당한 증가를 야기하는데, 이는 페닐 함량에 비례하여 증가한다.

[표 1]

안드레이드-아이링(Andrade-Eyring) 식 (식 5 참조)을 사용하여 트랙션 유체의 활성화 에너지를 계산하는데, 식에서 E는 활성화 에너지이고, R은 보편 기체 상수이고, T는 온도이다. 측정된 점도 데이터에 선을 피팅하고 무한 온도로의 극한을 취하여 저-전단 점도 기준 η _R 을 계산한다.

[식 5]

여전히 표 1을 참고하면, 활성화 에너지는, 전체 온도 범위에 걸쳐 계산한다. 페닐 고리를 부가하여 PPMS를 생성하는 것은, 순수 PDMS가 나타내는 점도의 온도 안정성을 감소시킨다. 사이클로헥실 구조로의 페닐 고리의 수소화는 활성화 에너지를 상당히 증가시킨다. 일반적으로, 분지 함량 및 분지의 수소 함량이 증가함에 따라 활성화 에너지가 증가한다.

이제 도 2 내지 도 5를 참고하면, 측정된 막 두께를 303K, 348K, 및 398K의 온도에서 인트레인먼트 속도의 함수로서 플롯한다. 막 형성 측정과 동일한 온도에서 측정된 점도 및 내삽된 압력-점도를 사용하여 햄록-다우슨 식 (식 1 참조)을 사용하여 계산된 막 두께를 또한 실선으로 플롯한다. 측정된 막 두께 및 계산된 막 두께는 각각 T=303K, 348K, 및 398K의 온도에서 하강하는 순서로 플롯된다. 소정 속도에서의 막 두께는 온도를 증가시킴에 따라 감소하는데, 그 이유는 점도와 압력-점도 지수가 동시에 감소하기 때문이다. PDMS 및 PPMS의 고 분자 질량 샘플은 비-뉴턴 전단-박화 거동을 나타내는데, 이는 슬립을 가능하게 하며 소정 유체에 대한 EHD 마찰 계수를 제한한다. 그러므로, 본 발명의 교시에 따라 제조된 트랙션 유체는 비교적 더 낮은 분자 질량을 갖는 고분지형이어서 전단-박화를 방지한다.

상이한 트랙션 유체들에 대한 막 두께를, 시험 온도에서 식 1을 사용하여 그들의 점도 및 압력-점도 지수 (α*)로부터 계산한다. 공개된 데이터에 곡선 피팅하여 PDMS 및 PPMS에 대한 압력-점도 지수를 얻는다. 페닐메틸 함량이 높은 PPMS의 압력 점도 지수는 대략 27 GPa^-1이지만, 더 높은 온도에서는 상당히 감소한다.

식 1은 대략 0.67의 대수 기울기로 고려 중인 모든 샘플에 대한 막 두께를 매우 정확하게 예측한다. PPMS 및 PCMS에 대한 측정된 막 두께 및 계산된 막 두께의 클로스 핏(close fit)은, CVT 응용을 위해 연구되는 유체가 뉴턴 거동을 보이며 따라서 막 두께가 형성되는 주입구에서 전단 박화를 나타내지 않음을 나타낸다.

이제 도 2 및 도 3을 참고하면, 각각 PPMS 및 PCMS의 막 형성 능력이 나타나 있다. PPMS-3을 수소화하여 PCMS-1을 생성하는 것은, 두 샘플이 동일한 분지 함량 및 중합도를 가짐에도 불구하고, 막 두께를 상당히 증가시키기에 충분하게 점도 및 압력-점도 지수를 증가시킨다. 그러나, 도 3은, PCMS-1의 더 높은 활성화 에너지가 온도 증가에 따라 점도 및 압력-점도 지수의 더 큰 감소를 동시에 야기하여, 막 두께의 더 큰 변화를 가져옴을 나타낸다.

이제 도 4 및 도 5를 참고하면, PCMS-2 및 PDPS-1 샘플의 막 두께가 인트레인먼트 속도의 함수로서 나타나 있다. 303K에서의 PCMS-2 샘플의 높은 점도는 시험 장비의 측정 용량을 초과하는 막 두께를 야기하므로, 그러한 온도에서의 데이터는 제공되어 있지 않다. 식 1에 의해 모델링할 때 샘플은 대략 0.67의 대수 기울기를 나타내는데, 이는 뉴턴 유체의 특징이다. PCMS-2 샘플도 PDPS-1 샘플도, 전형적인 고 질량 폴리실록산의 특징인 전단-박화 거동을 나타내지 않으며, 이는 그들이 전체 인트레인먼트 속도 범위에 걸쳐 뉴턴 유체로 유지됨을 나타낸다.

PDMS, PPMS, PCMS, 및 PDPS 샘플에 대한 압력-점도 지수가 표 2에 제공되어 있다. 이러한 압력-점도 지수는, 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Zolper et al. in an article entitled "Lubrication Properties of Poly-alpha-olefin and Polysiloxane Lubricants: Molecular Structure-Tribology Relationships" published in Tribol. Lett (2012)]에 기재된 절차를 사용하여 고압 점도계 데이터로부터 내삽된다. PCMS 및 PDPS 샘플은 또한 고분지형 PPMS에 의해 나타나는 것과 유사한 높은 압력-점도 지수를 나타낸다.

PCMS 샘플의 압력-점도 지수는 PPMS의 압력-점도 지수보다 높은데, 그 이유는 페닐 분지에 비해 사이클로헥실 분지의 증가된 치수 및 가요성 때문이다. PDPS 샘플은 또한 PPMS 샘플보다 더 높은 압력-점도 지수를 나타내는데, 그 이유는 페닐메틸 D 단위 기의 증가된 밀도 때문이다. 이러한 효과는 벌키한, 강성 분지에 의해 야기되는 증가된 분자 강성에 기인한다. 이러한 결과는 탄화수소 및 폴리실록산의 압력-점도 지수에 대한 고리 구조의 관찰된 효과와 일치한다.

[표 2]

Σ = 0.5의 동일한 인트레인먼트 속도 범위 및 303K, 348K, 및 398K의 온도를 사용하여 동일한 트랙션 유체에 대해 마찰 및 막 두께 측정을 수행한다. 그러한 일반적인 열 및 동적 조건은 마찰 계수를 윤활 체제(regime)의 함수로서 결정하기 위해 막 두께 및 마찰 계수 데이터가 크로스-플롯되도록(cross-plotted) 허용한다. PCMS-2는 303K에서는 너무 점성이어서 시험할 수 없으나, 더 높은 온도에서는 성능을 측정할 수 있다. 트랙션 유체에 대해 측정된 막 두께 및 마찰 계수의 크로스-플롯이 도 6 내지 도 8에 제공되어 있다. 성능 베이스라인을 제공하기 위해, 점도가 303K에서 1000 ㎟s^-1 (cSt)인 PDMS 참고 샘플 (C-1)이 도 6 내지 8에 포함되어 있다.

이제 도 6 및 도 7을 참고하면, T = 303K 및 Σ = 0.5에서 막 두께의 함수로서의 마찰 계수의 변화가 나타나 있다. 순수한 PDMS는, 일정한 하중, 슬라이드 대 롤 비, 및 온도에서, 10 ㎟s^-1 (cSt) 내지 1000 ㎟s^-1 (cSt)의 범위에 걸쳐 증가하는 점도에 따라 거의 일정한 EHD 마찰을 유지한다. PPMS-4로의 페닐 분지의 도입은 PDMS (C-1)와 비교하여 EHD 마찰의 상당한 증가를 가져온다. 게다가, PPMS를 수소화하여 PCMS를 형성하는 것은 EHD 마찰의 상당한 증가를 가져온다. 도 6에, 페닐메틸 D 단위 함량이 높은 폴리실록산의 EHD 마찰이 예시되어 있다. 압력-점도 지수의 증가로부터 예상되는 바와 같이, PPMS-4 샘플은 PPMS-3 샘플보다 더 높은 EHD 마찰을 갖는다. PDPS-1 샘플은 PPMS-4 샘플보다 더 높은 페닐메틸 D 단위 함량을 갖지만, 또한 다소 더 낮은 EHD 마찰을 나타냄에 유의한다. 따라서, 오직 분자 구조만으로부터의 마찰 성능의 전망은 예상되지 않은 결과를 얻을 수 있다.

도 7에서, PPMS-4 샘플과 비교하여 PDPS-1 샘플의 더 낮은 마찰은, EHD 마찰을 오로지 분자 강성의 탓으로 돌리기는 어렵다는 것을 나타낸다. 이러한 현상은 EHD 마찰이 시험 유체의 분자 요철들의 상호맞물림에 의해 부분적으로 영향을 받는다는 가설에 신빙성을 부여한다. 이론에 의해 구애되고자 하지는 않지만, 효과적인 트랙션 유체는 다른 분자의 요철과 상호맞물릴 수 있는 "포켓"을 갖는 분자 구조를 갖는다고 주장할 수 있다.

여전히 도 7을 참고하면, PPMS-4 샘플의 성능과 PDPS-1 샘플의 성능 사이의 차이는, 트랙션 유체에 대해 최적 개수의 분자 포켓 및 요철이 분자 강성의 EHD 마찰 기여를 증대시킬 수 있음을 나타낸다. PPMS-4 샘플은 그의 길이를 따라 약 45%의 페닐 분지 고리 (요철) 및 55%의 메틸 분지 기 (공극)를 함유한다. 대조적으로, PDPS-1 샘플은 그의 길이를 따라 약 75%의 페닐 분지 고리 (요철) 및 25%의 메틸 분지 기 (공극)를 갖는다. PDPS-1에서의 추가적인 페닐 요철은 이웃하는 분자들이 상호맞물릴 가능성을 감소시키므로, EHD 마찰을 제한한다.

이제 도 8 및 도 9를 참고하면, T = 398K 및 Σ = 0.5에서 막 두께의 함수로서의 마찰 계수의 변화가 나타나 있다. 낮은 막 두께에서의 PDMS (C-1) 및 PPMS 샘플에 대한 데이터는 경계 윤활로부터 완전 막(full-film) 윤활로의 전이를 나타낸다. 고온에서는, 막이 더 얇아서, 도면의 좌측에는 경계 마찰이 보인다. 이어서, 인트레인먼트 속도의 산물인 막 두께가 디스크 및 볼의 복합 조도를 초과할 때까지, 인트레인먼트 속도가 증가함에 따라 마찰이 감소한다. PPMS 샘플은, 페닐 분지 함량이 증가됨에 따라, EHD 마찰의 꾸준한 증가를 나타낸다. 이러한 현상이 또한 PCMS 샘플에 대해 관찰된다.

PPMS 샘플의 마찰 계수는 온도가 증가함에 따라 더욱 유의하게 감소한다. PCMS 샘플은 시험된 온도 범위에 걸쳐 최대의 성능 안정성을 나타내며; 실온에서 동일한 분지 함량을 갖는 PPMS 샘플보다 더 높은 마찰을 제공한다 (도 6 및 도 7 참조). 더욱이, PPMS를 수소 포화시켜 PCMS를 생성하는 것은 점도뿐만 아니라 막 형성 및 EHD 마찰 계수의 상당한 증가를 가져온다. 온도가 398K로 증가될 때, PCMS 샘플은, 상당히 더 큰 온도 의존성을 나타내는 PPMS 샘플에 비해, 여전히 더 높은 마찰을 제공한다 (도 8 및 도 9 참조). 더 높은 온도에서, 막 두께가 증가함에 따라 PDMS 참고 샘플은 안정한 마찰을 나타내지만, PCMS 및 PPMS의 마찰은 일반적으로 감소한다.

막 두께가 증가함에 따라, 윤활 체제, λ은 경계 윤활로부터 혼합 윤활 및 최종적으로 완전 막 윤활 (적게 잡아도, λ = h _c / R _qc > 3)로 전이한다.

윤활 체제는 마찰의 뚜렷한 변화와 관련되는데, EHD 마찰은 완전 막 체제에서 일어난다. 도 10에 나타낸 바와 같이 PPMS-4 샘플에 대해서는 시험 온도 범위에 걸쳐 경계 마찰 체제 및 혼합 마찰 체제가 EHD 마찰 체제와 교차한다. 제한적 EHD 마찰 계수는 혼합 윤활 체제 바로 밖에 있으며, 전단 가열의 효과로부터 최소한의 영향을 받는 유체 막에 의해 지속되는 전단 응력을 나타낸다. 도 10은 혼합 윤활로부터 완전 막 윤활로의 전이에서 측정된 EHD 마찰의 선들의 교차점으로부터 제한적 EHD 마찰을 결정하는 방법을 나타낸다.

상기 온도 범위에 걸쳐 시험된 폴리실록산에 대한 제한적 EHD 마찰 계수가 표 3에 요약되어 있다. 대부분의 경우에, 막 두께 및 마찰 계수의 크로스 플롯에서 혼합 윤활로부터 완전 막 윤활 (λ = 3)로의 분명한 전이가 보인다. 저온 PPMS-4 데이터 (도 9 참조)와 같은 일부 경우에, 저속에서의 두꺼운 막 형성으로 인해 경계 윤활 체제 및 혼합 윤활 체제에서의 마찰이 측정가능하지 않다. 그러한 경우에는, 도 9 및 도 10에 나타난 바와 같은 고온 데이터에 기초한 혼합 마찰 및 완전 막 마찰 데이터의 교차점에 EHD 마찰을 외삽하여, 제한적 EHD 마찰을 어림하였다.

[표 3]

도 11 및 도 12에는 PPMS 및 PCMS 샘플에 대한 고리-형상 분지 함량과

제한적 EHD 마찰 계수 사이의 관계가 도시되어 있다.

데이터 세트 둘 모두를 고리 분지 함량이 없는 PDMS (C-1)의 제한적 EHD 마찰과 비교한다.

페닐 분지 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 증가함에 따라,

전체 EHD 마찰이 증가함이 명백하다 (도 11). 사이클로헥실 기로의 페닐 고리의 수소화는 제한적 EHD 마찰의 상당한 증가를 가져온다 (도 12). PCMS는 또한 PPMS보다 EHD 마찰의 온도 안정성이 더 높다. 이러한 결과는 실록산계 트랙션 유체에서의 고리 분지 함량과 EHD 마찰 사이의 상관 관계를 나타낸다.

이제 도 13 및 도 14를 참고하면, 표 3의 제한적 EHD 마찰 계수에 대해 플롯된, 표 2의 압력 점도 지수 데이터가 그래프로 나타나 있다. 일반적으로, 두 특성 사이에는 양의 상관 관계가 나타난다. PPMS 샘플의 경우, 압력-점도 지수와 제한적 EHD 마찰 계수 사이에 강한 상관 관계가 있다 (도 13 참조).

시험된 샘플 모두에 대해 검사할 때 압력-점도 지수와 제한적 EHD 마찰 사이의 상관 관계는 그만큼 뚜렷하지는 않다 (도 14 참조). 그럼에도 불구하고, 개개의 온도에서 주로 추세선(trend)을 그려서 압력-점도 지수를 제한적 EHD 마찰 계수에 연관시킬 수 있다.

본 발명에 따라 제조되고 사용되는 폴리실록산 윤활제는 그의 길이, 분지 함량, 및 분지 구조에 따라 광범위한 트랙션 성능을 나타낼 수 있다. 아릴 및 사이클로알킬 고리 구조의 함량이 높은 폴리실록산은 고리 분지 구조를 갖지 않는 폴리실록산, 예를 들어, PDMS보다 더 높은 EHD 마찰을 갖는다. 동일한 고리 함량을 갖는 폴리실록산들의 경우, 더 큰 사이클로알킬 분지 (PCMS)가 아릴 분지 (PPMS)보다 EHD 마찰을 더 많이 증가시킨다. EHD 마찰에 대한 분자 상호맞물림의 기여를 최대화시키는 고리 분지의 최적 밀도가 있다. PPMS-4 및 PCMS-2는 최적에 가깝지만 PDPS-1은 최적을 초과한다. 폴리실록산 고리 분지 밀도 및 고리 분지 치수를 증가시키는 것은 분자 강성을 증가시켜, 강성 막대형 형태를 야기하며, 이는 높은 압력-점도 지수뿐만 아니라 높은 EHD 마찰에 기여한다. 동일한 백분율의 분지 밀도를 갖는 폴리실록산들은, 더 작고, 더 강성인 고리 (페닐)를 갖는 폴리실록산보다 더 크고 더 가요성인 고리 구조 (사이클로헥실)를 갖는 폴리실록산의 경우에 더 높고 더 온도 안정성인 EHD 마찰을 나타낸다.

활성화 에너지와 압력-점도 지수 사이의 상관 관계에 따라, 고분지형 폴리실록산의 점도 및 압력-점도 지수는 온도가 증가함에 따라 상당히 감소한다. 본 발명에 따라 제조되고 사용되는 폴리실록산 트랙션 유체에 대해서는 압력-점도 지수와 제한적 EHD 마찰 계수 사이에 양의 상관 관계가 존재한다. 관찰된 상관 관계는 동일한 유형의 분지 구조를 갖는 물질들에서 더 크다.

본 발명의 트랙션 유체에 대해, 중합도에 관한 압력-점도 지수의 언급된 불변성뿐만 아니라 트랙션 성능에 대한 분지 함량의 상관 관계는, 중합도를 감소시켜 점도를 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 분지 유형 및 함량이 동일하게 유지되기만 한다면, 본 명세서의 폴리실록산 트랙션 유체의 화학종은 중합도와 관계 없이 유사한 트랙션 성능을 유지할 것으로 예상된다. 그러므로, 합리적으로 높은 EHD 마찰을 유지하면서 상이한 응용들에 대해 막 형성 및 유체 순환과 같은 점도 지배적 현상을 변화시킬 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 기계 요소 내의 롤링 또는 슬라이딩 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시키는 방법이 제공된다. 이제 도 15에 따르면, 방법(100)은 일반적으로 제1 및 제2 표면을 갖는 기계 요소를 제공하는 단계(110); 제1 표면과 제2 표면 사이에 트랙션 유체를 제공하는 단계(120); 및 제1 표면이 제2 표면을 지나서 롤링하거나 슬라이딩하게 하는 단계(130)(트랙션 유체가 제1 표면과 제2 표면 사이의 계면 마찰이 증가하게 한다)를 포함한다. 이러한 방법에서, 2개의 표면은 기계 요소 내의 탄성유체역학적 윤활 (EHL) 하의 마찰학적 계면을 나타낸다. 대안적으로, 제1 및 제2 표면은 세라믹 또는 금속 표면이며; 대안적으로, 2개의 표면은 금속 표면이다. 기계 요소에는, 롤링 요소 베어링, 슬라이딩 베어링, 기어, 캠 및 캠 종동자, 또는 트랙션 구동장치가 포함될 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

이러한 방법(100)에 사용되는 트랙션 유체는, 본 명세서에서 앞서 기재된 바와 같은 구조 화학식 S(III)에 상응하는, 본 명세서에 기재된 임의의 폴리실록산 베이스 오일을 포함할 수 있으며; 대안적으로, 폴리실록산 베이스 오일은 본 명세서에서 앞서 기재된 바와 같은 구조 화학식 S(II) 또는 구조 화학식 S(IV) 중 어느 하나에 상응한다. 선택적으로, 트랙션 유체는 당업자에게 공지된 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 소포제, 금속 부동태화제(metal deactivator), 세제, 분산제, 항균제, 소독제, 점착성 첨가제(tackiness additive), 마찰 조절제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 트랙션 유체는 중합도가 15 내지 500인 상용성 베이스 오일을 또한 포함할 수 있는데, 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택된다.

본 발명의 다양한 형태의 전술한 기재는 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태들로 총망라하거나 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기 교시와 관련하여 수많은 변경 또는 변형이 가능하다. 논의된 형태들은 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용에 대한 최상의 설명을 제공하기 위해 선택되고 기재되었으며, 그에 의해 당업자가 다양한 형태로 그리고 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 변경으로 본 발명을 이용할 수 있게 한다. 그러한 모든 변경 및 변형은, 정당하게, 합법적으로 그리고 공정하게 권리가 있는 범위에 따라 해석될 때, 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되는 본 발명의 범주에 속한다.

Claims

2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 상기 표면들 사이의 계면 마찰(interface friction)을 증가시킬 수 있는 트랙션 유체(traction fluid)로서, 상기 트랙션 유체는
하기 구조 화학식:

[상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 다이사이클로알킬 기이고; m은 정수이고; n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00임]에 상응하는 폴리실록산 베이스 오일을 포함하는, 트랙션 유체.
제1항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기인, 트랙션 유체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 트랙션 유체는 극압 첨가제(extreme pressure additive), 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함하는, 트랙션 유체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랙션 유체는 중합도가 15 내지 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 추가로 포함하며; 상기 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택되는, 트랙션 유체.
2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 상기 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시킬 수 있는 저마모성 트랙션 유체로서의, 적어도 하나의 폴리실록산 베이스 오일의 용도로서, 상기 폴리실록산 베이스 오일은 하기 구조 화학식:

[상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴 기이고; m은 정수이고; n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00임]에 상응하는, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 아릴 또는 사이클로알킬 기이며, 7 < (m + n) < 100인, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 다이아릴 또는 다이사이클로알킬 기인, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기인, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항에 있어서, 상기 폴리실록산 베이스 오일은 하기 구조 화학식:

에 상응하는, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리실록산 베이스 오일은 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함하는, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리실록산 베이스 오일은 중합도가 15 내지 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 추가로 포함하며; 상기 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택되는, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 서로에 대해 이동하는 상기 2개의 기계 표면은 트랙션 구동장치(traction drive)의 일부분인, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랙션 유체는 그리스, 기어 오일, 또는 변속기 유체인, 저마모성 트랙션 유체의 용도.
2개의 기계 표면이 서로에 대해 이동될 때 상기 표면들 사이의 계면 마찰을 증가시키는 방법으로서, 상기 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기계 요소를 제공하는 단계로서, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 기계 요소 내에서 서로 접촉하는, 상기 기계 요소 제공 단계;
상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에 트랙션 유체를 제공하는 단계로서, 상기 트랙션 유체는
하기 구조 화학식:

[상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 선택되어, R은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고; R'은 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴 기이고; m은 정수이고; n은 정수 또는 0이되, 5 < (m + n) < 100이고 0.50 < m/(m + n) < 1.00임]에 상응하는 적어도 하나의 폴리실록산 베이스 오일을 포함하는, 상기 트랙션 유체 제공 단계; 및
상기 제1 표면이 상기 제2 표면을 지나서 롤링(rolling)하거나 슬라이딩(sliding)하게 하여서, 상기 트랙션 유체가 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 계면 마찰을 증가시키게 하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 아릴 또는 사이클로알킬 기이며, 7 < (m + n) < 100인, 방법.
제14항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 다이아릴 또는 다이사이클로알킬 기인, 방법.
제14항에 있어서, R은 메틸 기이고 R'은 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 기인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 폴리실록산 베이스 오일은 하기 구조 화학식:

에 상응하는, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랙션 유체는 극압 첨가제, 마모방지 첨가제, 산화방지제, 및 부식 억제제의 군으로부터의 것으로서 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 추가로 포함하는, 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랙션 유체는 중합도가 15 내지 500인 하나 이상의 상용성 베이스 오일을 추가로 포함하며; 상기 상용성 베이스 오일은 폴리다이메틸실록산, 또는 페닐메틸 D 단위 함량이 5 내지 30 중량%인 폴리(페닐메틸 다이메틸)실록산으로서 선택되는, 방법.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 서로에 대해 이동하는 상기 2개의 기계 표면은 트랙션 구동장치의 일부분인, 방법.