KR20200082325A - 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재 및 이를 포함하는 자동차 기어 부품 - Google Patents
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재 및 이를 포함하는 자동차 기어 부품 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 관점에 따른 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재는, 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 기지재와, 상기 기지재에 내마모성 및 윤활성을 향상시키기 위해서 첨가되는 필러를 포함하고, 상기 필러는 표면 개질 처리된 고체 윤활제를 포함한다.
Description
본 발명은 복합소재에 관한 것으로서, 더 상세하게는 내마모 윤활성 복합소재 및 이를 이용한 자동차 부품에 관한 것이다.
자동차 산업에서 환경 규제에 대응하기 위하여 부품 경량화가 가장 현실적인 대안으로 떠오름에 따라 내장 인테리어뿐만 아니라 외장재, 엔진부품에서도 경량화가 빠르게 진행되고 있다. 기존 철강, 비철금속이 담당하던 부품을 범용 엔지니어링 플라스틱, 플라스틱 복합재료, 고무, 열가소성 엘라스토머 등으로 대체하려고 시도되고 있으며 최근에는 적용범위를 확대시키기 위하여 고성능화된 복합재료 개발에 대한 연구가 증가하고 있는 추세이다. 자동차용 각종 기어나 부싱류 부품의 경우 높은 치형 정밀도 구현의 어려움으로 인해 스틸 가공 풀리가 적용되고 있으나 경량화, 저소음화, 생산성 향상에 대한 요구가 지속적으로 제기되고 있다. 내마모성 복합재료는 강도가 높고 마찰계수가 낮으며 비중이 작아 자동차 부품 특히 이종 소재간의 마찰에 의한 마모가 극심한 부품에 적합한 소재이다.
현재 조향장치에 적용되고 있는 스틸 풀리는 무게가 무겁고 부식이 발생하여 복합소재 개발을 통한 경량화, 저소음화 및 생산성 향상에 대한 요구가 지속적으로 대두되고 있다. 대안으로 연구되고 있는 탄소기반 저마찰 나노 필러의 경우 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 보유하고 있지만 가격이 고가이고 분산이 어려운 단점으로 인하여 적용 부품 확보에 어려움을 겪고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 고내마모성 및 고윤활성을 갖는 자동차 부품용 복합소재 및 이를 이용한 자동차 부품을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재는, 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 기지재와, 상기 기지재에 내마모성 및 윤활성을 향상시키기 위해서 첨가되는 필러를 포함하고, 상기 필러는 표면 개질 처리된 고체 윤활제를 포함한다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 고체 윤활제는 MoS2, WS2 또는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌, Polytetrafluoroethylene) 입자를 포함할 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 고체 윤활제는 글리시딜(glycidyl) 또는 아민(amine) 반응기로 개질 처리될 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 기지재는 폴리아미드계 수지를 포함하고, 상기 고체 윤활제는 MoS2 입자를 포함하고, 상기 MoS2 입자는 글리시딜(glycidyl) 반응기로 개질 처리될 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 MoS2 입자는 5 중량% 이상 15 중량% 미만의 함량을 가질 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 필러는 표면 개질 처리된 마찰제를 더 포함할 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 마찰제는 티탄산칼륨 입자를 포함할 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 티탄산칼륨 입자는 5중량% 이상 10 중량% 이하의 함량을 가질 수 있다.
상기 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재에 있어서, 상기 티탄산칼륨 입자는 글리시딜(glycidyl) 반응기로 개질 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 전술한 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재를 포함하는 자동차 기어 부품이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재는 표면 개질 처리된 필러를 첨가하여 높은 내마모성과 고윤활성을 갖는 자동차 부품용으로 활용될 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 굴곡탄성율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 마모량을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 열변형온도를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 굴곡탄성율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이다.
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도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재는 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 기기지재와, 이러한 기지재에 첨가되는 필러를 포함할 수 있다.
예를 들어, 기지재는 엔지니어링 플라스틱으로 폴리아미드계 수지를 포함할 수 있다. 폴리아미드계 수지는 분자 중에 아미드결합을 가지는 합성고분자 재료이다. 이러한 폴리아미드계 수지의 대표적인 것으로 듀폰의 상품명인 나일론을 들 수 있다. 나일론은 자기 윤활성이 풍부하고, 마찰계수가 작고 내마모성이 뛰어난 재료이고, 또한 내충격성, 내열성도 좋아 넓은 용도를 가진다. 나일론 중 나일론6(PA6), 나일론66(PA66)이 자동차용으로 많이 이용되고 있고, 특히 나일론6보다 흡습성이 적고, 인장강도가 큰 나일론66(PA66)이 자동차 부품으로 많이 사용되고 있다.
필러는 기지재가 갖는 기계적 물성을 보다 향상시키기 위해서 첨가될 수 있다. 예를 들어, 필러는 기지재에 내마모성 및 윤활성을 향상시키 위해서 높은 내마모성 및 윤활성을 갖는 입자들을 포함할 수 있다. 나아가, 필러는 기지재의 내열성, 마찰성능, 마모성능 등을 더 향상시키는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 필러는 고체 윤활제 및/또는 마찰제를 포함할 수 있다. 고체 윤활제는 MoS2, WS2 또는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌, Polytetrafluoroethylene) 입자를 포함하고, 마찰제는 티탄산칼륨(K2Ti6O13)을 포함할 수 있다. 아래 표 1은 이러한 고체 윤활제와 마찰제의 특성을 나타낸다.
| 분류 | MoS2 | WS2 | K2Ti6O13 | |
| Wear/friction mechanism | interlayer shear and transfer film formation | |||
| 밀도(bulk, g/cm3) | 5.0 | 7.5 | 0.3~0.6 | |
| 동마찰 계수 | Dry | 0.02~0.06 | 0.02~0.06 | 0.34 |
| Humid | 0.15~0.25 | 0.15~0.25 | - | |
| 경도 (Mohs) | 1~1.5 | 1~1.5 | 4 | |
고체 윤활제인 층상구조의 이황화몰리브덴(MoS2)과 이황화텅스텐(WS2)은 외부 전단 응력 (shear stress) 발생 시 슬립(slip)에 의해 저마찰 성능이 구현되며 트랜스퍼 필름(transfer film) 형성으로 인해 건조한 환경이나 압력에 의한 마찰계수 변화가 적고, 높은 작동온도 및 산화에 대한 내구성이 우수하다.
고체 윤활제인 PTFE는 융점이 327℃ 부근인 결정성 고분자로 내약품성과 내후성이 우수하며 표면불활성으로 인해 낮은 마찰계수를 갖는다.
마찰제인 티탄산칼륨(K2Ti6O13)은 플라스틱 충진재로 사용될 경우 내마모성, 내구성 등 물리적 특성을 향상시키는 역할을 하며, 화학적으로도 안정해 자동차, 항공, 군사, 전기 등 산업 전반에 활용이 가능하다.
이러한 고체 윤활제 및 마찰제는 기지재에 첨가 전에 표면 개질 처리될 수 있다. 예를 들어, 글리시딜(glycidyl) 또는 아민(amine) 반응기로 고체 윤활제 및 마찰제의 표면 개질 처리를 수행할 수 있다. 이러한 표면 개질 처리로 기지재와 필러 사이의 계면 점착력 및 친화성이 증진되고 분산성이 향상되어 고분자 사슬이 더 견고해질 수 있다. 이에 따라, 복합소재의 기계적 특성이 향상될 수 있다.
이러한 고체 윤활제 및/또는 마찰제를 엔지니어링 플라스틱에 첨가함으로써 기계적, 열적 특성을 개선하고 윤활 특성을 부여함으로써 내마모 고윤활성 복합소재를 제조할 수 있다. 나아가, 이황화몰리브덴(MoS2), 티탄산칼륨(판상, 봉상, 섬유상) 표면에 커플링제를 도입하여 기지재와의 상용성을 증진시킴으로써 복합소재의 기계적 특성, 내열 특성, 마찰특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
이러한 내마모 윤활성 복합소재는 높은 기계적 특성으로 인해서 자동차 부품용으로 사용될 수 있고, 특히 높은 내마모성 및 윤활성을 요하는 자동차 기어 부품용으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이러한 내마모 윤활성 복합소재를 포함하는 자동차 기어 부품이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전자식 조향장치의 모터 구동부에 사용되는 웜휠 기어 부품이나 제동 기어 부품으로 이러한 복합소재가 사용될 수 있다.
이하에서는 기지재로 나일론66(PA66)을 사용하면서, 고체윤활제와 마찰제의 첨가조건 및 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 물성을 실험한 결과를 설명한다. 복합소재는 이축압출기를 이용하여 250 ~ 285℃ 온도 범위에서 제조되었고, 대기중에 존재하는 수분 흡수에 의한 물성 저하를 막기 위하여 압출 또는 사출 가공 전 85℃로 유지되어 있는 오븐에서 24시간 동안 건조되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 굴곡탄성율을 보여주는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 고체윤활제의 종류(MoS2, WS2, PTFE)에 따른 복합소재의 기계적 특성을 살펴보면 전반적으로 이황화몰리브덴(MoS2)이 첨가됨으로써 복합소재는 높은 인장강도(tensile strength)와 굴곡탄성율(flexural modulus)을 보이고 있다. 보다 구체적으로 보면, MoS2 첨가에 따른 복합소재의 인장강도를 살펴보면 5 중량%(wt%)만 첨가하여도 순수 PA66(704.3kgf/㎠) 에 비해 약 14%이상 증가함을 알 수 있고 굴곡탄성률 역시 MoS2 함량에 비례하여 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
반면 PTFE는 그 첨가되는 함량에 비례하여 복합소재의 인장강도와 굴곡탄성율이 낮아졌으며 특히 10 중량%(wt%) 내지 15중량% 첨가 시 순수 PA66보다 낮은 값을 보였다. 다른 고체윤활제와 달리 유기물 형태인 PTFE는 첨가 시 보강효과가 크지 않고 낮은 표면에너지로 인해 고분자 기지와의 계면접착력이 떨어져 복합소재의 물성저하를 유도한 것으로 보인다.
복합소재의 열변형온도(HDT)를 측정해 본 결과 이황화텅스텐(WS2)이 첨가된 복합소재에서 가장 우수한 특성을 보였고 PTFE 역시 10wt%, 15wt% 첨가 시 각각 187.6, 187.9℃까지 증가하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 윤활제 첨가 조건에 따른 복합소재의 마모량을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 고체윤활제의 종류에 따른 복합소재의 마찰/마모 특성을 확인하기 위하여 일정 하중(100N)하에서 직선운동에 따른 마찰계수(coefficient of friction)를 측정한 결과가 도시된다. 실험 초기 불안정한 영역을 제외한 안정한 영역에서의 평균 마찰계수를 살펴보면 PTFE, WS2, MoS2 첨가에 따라 순수 PA66보다 마찰계수가 낮아졌고 특히 PTFE의 경우 10wt% 이상 첨가 시 0.229까지 낮아져 가장 우수한 윤활특성을 보이는 것으로 확인되었다. 이는 PTFE 자체의 낮은 표면에너지와 구조상 쉽게 미끄러지는 특성에 기인한 것으로 판단된다. 4.3㎛크기의 MoS2 역시 함량에 따라 마찰계수가 지속적으로 감소하여 10wt%, 15wt%일 때 각각 0.250, 0.218을 보였다. MoS2는 전단 응력(shear stress)조건에서 층과 층사이의 슬립(slip)이 발생함으로써 윤활특성이 부여된 것으로 판단된다.
도 5를 참조하면, 각각의 복합소재에 대하여 Taber 시험 후 마모량(abrasion ratio)을 측정한 결과 윤활특성이 우수한 PTFE, MoS2, WS2이 첨가된 복합소재에서 마모량은 감소했으며 10wt%일 때 마모량이 가장 적게 나타났다. 다만, 필러 입자의 함량이 15wt%로 늘어나는 경우 마모량이 전체적으로 증가하여, 마모량 면에서 필러 입자의 함량은 15wt% 미만으로 제어될 수도 있다.
전술한 실험 결과로부터 얻어지는 복합소재의 기계적 특성, 내열 특성, 마찰/마모 특성을 근거로 4.3㎛ 크기의 MoS2 고체 윤활제와 마찰제로 사용되고 있는 티탄산칼륨를 선정하여 표면 개질 처리에 따른 복합소재의 기계적 물성, 내열 특성 변화를 확인하였다. 시험편은 표면 개질 처리 전과 동일한 조건에서 제조되었다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 열변형온도를 보여주는 그래프이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, MoS2의 경우 글리시딜(glycidyl), 아민(amine) 2종의 반응기를 도입한 후 표면 개질 처리에 따른 효과를 살펴보면 개질 전 복합소재에 비해 인장강도는 약 10~80kgf/㎠ 상승하였고 HDT값 역시 표면 개질 처리 전보다 25~30℃ 높은 온도에서 형성된 것을 알 수 있었다. 도입된 반응기는 기지재와 필러간 계면접착력 또는 친화성을 증진시키고 분산성을 향상시킴으로써 고분자 사슬을 좀 더 견고하게 한 것으로 판단된다. 특히 MoS2 입자가 시험편의 두께 방향으로 고르게 분포되어 온도가 증가하면서 하중이 가해질 때 변형에 대한 저항이 증가한 것으로 보인다.
따라서, 인장강도, 열변형온도 특성 면에서 볼 때, MoS2 입자에 대한 글리시딜(glycidyl) 반응기 또는 아민(amine) 반응기에 의한 표면 개질 처리는 매우 효과적인 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 휘스커(whisker) 형태의 티탄산칼륨(PTW)을 글리시딜(gylcidyl)기로 표면 개질 처리시킨 후 복합소재의 기계적 물성, 열적 특성 변화를 살펴보면 인장강도의 경우 표면 개질 처리된 필러를 5wt%, 10wt%, 15wt% 첨가함에 따라 각각 743.9gf/㎠, 750.6gf/㎠, 774.7gf/㎠로 상승하였고 열변형온도(HDT) 역시 201.3℃, 206.9℃, 201.4℃로 상승한 것을 알 수 있었다.
따라서, 인장강도 및 열변형온도 특성 면에서 볼 때, 티탄산칼륨(PTW) 입자에 대한 글리시딜(glycidyl) 반응기에 의한 표면 개질 처리는 효과적인 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 인장강도를 보여주는 그래프이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 형상에 따른 복합소재의 열변형온도(HDT)를 보여주는 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 휘스커(whisker), 막대(bar), 플레이크(flake) 형상으로 제조된 티탄산칼륨을 글리시딜(glycidyl)기로 동일하게 표면 개질 처리한 후 인장강도와 열변형온도(HDT)를 비교해 본 결과 인장강도는 휘스커(whisker) 형상에서 상대적으로 높은 값을 보인 반면, 내열 특성은 막대(bar), 플레이크(flake) 형태가 우수한 것으로 나타났다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 표면 개질 처리가 안 된 MoS2 입자가 첨가된 복합소재의 마모량은 함량을 5wt%, 10wt%, 15wt%로 증가시킴에 따라 0.0093%, 0.0126%, 0.0158%로 점차 증가하였으나 글리시딜(glycidyl)기로 표면 개질 처리된 복합소재는 0.0152%, 0.0046%, 0.0004%로 점차 줄어들었다. 따라서, 아민(Amine)기로 표면 개질 처리된 MoS2 입자의 경우 5wt%만 첨가하여도 순수 PA66 수지보다 마모량이 높아져 내마모 측면에서는 효과적이지 않은 것으로 나타났다. 따라서, MoS2 입자에 대한 글리시딜기의 표면 개질 처리는 마모 특성 향상에 매우 효과적인 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티탄산칼륨의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마모량를 보여주는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 휘스커(whisker) 형상의 티탄산칼륨을 필러로 사용할 경우 5wt% 함량에서 복합소재의 마모량은 0.0092%로 감소한 후 10wt%, 15wt%에서는 각각 0.0134%, 0.0323% 증가하였다. 휘스커(whisker) 형상의 티탄산칼륨은 안정된 마찰특성과 우수한 내마모성, 내화학성, 내열성을 갖는 것으로 알려져 있다. 글리시딜(Glydicyl)기로 표면 개질 처리된 티탄산칼륨을 사용할 경우 MoS2에서 관찰된 바와 같이 복합소재의 마모량이 현저히 감소하여 5wt%, 10wt%, 15wt%일 때 각각 0.0021, 0.0082, 0.0129%를 나타내었다.
따라서, 마모제로 사용되는 티탄산칼륨에 대해서는 글리시딜기의 표면 개질 처리는 마모 특성 향상에 효과적임을 알 수 있다. 다만, 티탄산칼륨의 함량이 15wt%인 경우 마모량의 순수 PA66보다 높아져, 티탄산칼륨 입자는 5중량% 이상 10 중량% 이하의 함량을 갖도록 제어될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이황화몰리브덴의 표면 개질 처리 조건에 따른 복합소재의 마찰계수를 보여주는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 글리시딜(Glycidyl)기와 아민(amine)기로 표면 개질 처리된 이황화몰리브덴(MoS2) 입자가 첨가된 복합소재의 마찰계수는 글리시딜(glycidyl)기의 경우 10wt%, 15wt% 함량에서 0.204, 0.233으로 순수 PA66 수지의 0.302보다 낮은 값을 보이고 있다. 아울러, 이황화몰리브덴(MoS2) 입자가 10wt% 첨가된 경우 글리시딜기의 표면 개질 처리에 의해서 마찰계수가 더 낮아지나, 15wt% 첨가된 경우에는 표면 개질 처리에 의해서 마찰계수가 더 커진 것을 알 수 있다. 따라서, 글리시딜기로 표면 개질 처리하는 경우, 이황화몰리브덴(MoS2) 입자의 함량은 15wt%보다 작을 수 있고 나아가 5 중량% 이상 15 중량% 미만으로 제어될 수 있다.
한편, 아민(amine)기로 표면 개질 처리된 이황화몰리브덴(MoS2) 입자가 첨가된 복합소재의 마찰계수는 0.361, 0.379를 보여 순수 PA66에 비해 높은 값을 보이고 있다. 이와 같이, 아민기로 표면 개질 처리한 경우, 높은 마모량을 보인 이유는 윤활특성 저하에 기인한 것으로 판단된다.
따라서, 마찰계수 면에서 보면, 이황화몰리브덴(MoS2) 입자에 대한 표면 개질 처리는 글리시딜(Glycidyl)기가 효과적이며, 이 경우 이황화몰리브덴(MoS2) 입자의 함량은 15wt%보다 작을 수 있고 나아가 5 중량% 이상 15 중량% 미만으로 제어될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 기지재; 및
상기 기지재에 내마모성 및 윤활성을 향상시키기 위해서 첨가되는 필러를 포함하고,
상기 필러는 표면 개질 처리된 고체 윤활제를 포함하는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 고체 윤활제는 MoS2, WS2 또는 PTFE 입자를 포함하는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 2 항에 있어서,
상기 고체 윤활제는 글리시딜(glycidyl) 또는 아민(amine) 반응기로 개질 처리된,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 2 항에 있어서,
상기 기지재는 폴리아미드계 수지를 포함하고,
상기 고체 윤활제는 MoS2 입자를 포함하고,
상기 MoS2 입자는 글리시딜(glycidyl) 반응기로 개질 처리된,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 MoS2 입자는 5 중량% 이상 15 중량% 미만의 함량을 갖는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 필러는 표면 개질 처리된 마찰제를 더 포함하는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 7 항에 있어서,
상기 마찰제는 티탄산칼륨 입자를 포함하는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 7 항에 있어서,
상기 티탄산칼륨 입자는 5중량% 이상 10 중량% 이하의 함량을 갖는,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 7 항에 있어서,
상기 티탄산칼륨 입자는 글리시딜(glycidyl) 반응기로 개질 처리된,
자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 자동차 부품용 내마모 윤활성 복합소재를 포함하는 자동차 기어 부품.
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| KR20220065214A (ko) | 2020-11-13 | 2022-05-20 | 주식회사 코지스 | 표면처리된 플라스틱과 방진고무가 접착된 복합소재 및 그 제조방법 |
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