KR20230036882A - 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 - Google Patents
부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230036882A KR20230036882A KR1020210119922A KR20210119922A KR20230036882A KR 20230036882 A KR20230036882 A KR 20230036882A KR 1020210119922 A KR1020210119922 A KR 1020210119922A KR 20210119922 A KR20210119922 A KR 20210119922A KR 20230036882 A KR20230036882 A KR 20230036882A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bush
- carbon nanotubes
- coating agent
- lubricating coating
- lubricating film
- Prior art date
Links
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 title 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 54
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 28
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 22
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 29
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 24
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 15
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 11
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 3
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M177/00—Special methods of preparation of lubricating compositions; Chemical modification by after-treatment of components or of the whole of a lubricating composition, not covered by other classes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
- C10M125/02—Carbon; Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2209/10—Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C10M2209/103—Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2213/00—Organic macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
- C10M2213/06—Perfluoro polymers
- C10M2213/062—Polytetrafluoroethylene [PTFE]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
- C10N2020/01—Physico-chemical properties
- C10N2020/055—Particles related characteristics
- C10N2020/06—Particles of special shape or size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
- C10N2070/00—Specific manufacturing methods for lubricant compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
본 발명인 부시 윤활 피막은, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지가 무작위로 혼합되어 형성된 혼합 수지 매트릭스; 및 상기 혼합 수지 매트릭스에 무작위로 분산되고, 상기 혼합 수지 매트릭스의 외곽을 감싼, 수십 나노미터의 직경 및 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브로 구성된다. 이로 인해, 시간이 지나도 윤활 피막의 마찰 성능이 유지될 수 있다.
Description
본 발명은 부시 윤활 피막제에 관한 것이다.
부시는 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축에 걸리는 하중을 지지하는 역할을 한다.
이러한 부시와 축 사이에는 윤활을 위해 그리스(grease)가 사용된다. 그리스는 회전속도가 높고 부하가 적게 걸리는 축에서는 우수한 윤활 효과를 가지나, 회전속도가 낮고 부하가 크게 걸리는 축에서는 윤활 효과가 좋지 못하다.
그 이유는, 상대 접촉면에서의 미끄럼 속도가 작은 경우에는 유체역학적으로 형성되는 윤활 피막의 두께가 지지 부하를 지탱할 정도로 충분하지 못해, 부시와 축의 직접 접촉이 발생하기 때문이다.
따라서, 건설 중장비 굴삭기와 같이, 회전속도가 낮고 부하가 크게 걸리는 다수개의 축을 가진 장비에서는, 그리스는 윤활제로 부적합하다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 국내등록특허(10-1984880)에서는, 폴리테트라플루오로에틸렌 매트릭스와, 폴리테트라플루오로에틸렌 매트릭스 내에 분산된 열경화성 수지 입자와 탄소나노튜브 입자로 구성된 고체 윤활제를 제공하고 있다. 이러한 고체 윤활제를 부시의 내주면에 코팅하여 윤활 피막을 형성한다.
이렇게 형성된 윤활 피막은 작동 초기에는 우수한 마찰 성능을 가지나, 시간이 지날수록, 폴리테트라플루오로에틸렌 매트릭스에 단순하게 입자형상으로 혼합된 열경화성 수지 입자와 탄소나노튜브 입자가, 부시와 축 사이에 마찰력 및 충격력에 의해 떨어져 나가기 시작한다. 이로 인해, 폴리테트라플루오로에틸렌 매트릭스 군데군데에 열경화성 수지 입자와 탄소나노튜브 입자가 떨어져 나간 구멍이 생기고, 이 구멍을 중심으로 폴리테트라플루오로에틸렌 매트릭스에 균열이 생겨, 더 이상 윤활 피막으로 역할을 할 수 없었다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 부시 윤활 피막제 제조방법은,
수십 나노미터의 직경과 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브를, 메틸에틸케톤 용매에 넣고 분산제로 분산시켜, 상기 메틸에틸케톤 용매에 상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합용액을 제조하는 제1단계;
상기 제1혼합용액에, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 넣고, 상기 메틸에틸케톤 용매로 상기 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 용해시켜 제2혼합용액을 제조하는 제2단계; 및
상기 제2혼합용액을 믹싱탱크에 넣고 혼합시켜, 상기 제2혼합용액 안에 상기 탄소나노튜브를 무작위로 분산시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은, 상술한 부시 윤활 피막제 제조방법으로 제조된 부시 윤활 피막제에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막으로,
상기 윤활 피막은,
에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지가 무작위로 혼합되어 형성된 혼합 수지 매트릭스; 및
상기 혼합 수지 매트릭스에 무작위로 분산되고, 상기 혼합 수지 매트릭스의 외곽을 감싼, 수십 나노미터의 직경 및 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 부시 윤활 피막에 의해 달성된다.
본 발명인 부시 윤활 피막은, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지가 무작위로 혼합되어 형성된 혼합 수지 매트릭스를 가진다. 혼합 수지 매트릭스는 높은 접착력과 낮은 마찰계수를 동시에 가지고 있어, 부시 윤활 피막을 부시의 내주면에 단단히 부착시킬 수 있고, 동시에 부시 윤활 피막에 낮은 마찰계수를 제공할 수 있다.
본 발명인 부시 윤활 피막에는, 수십 나노미터의 직경 및 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브가, 혼합 수지 매트릭스에 무작위로 분산되어 있다. 이렇게 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴, 탄소나노튜브가 혼합 수지 매트릭스에 깊숙이 박혀 있고, 긴 탄소나노튜브 끼리 서로 얽혀 있어, 부시와 축 사이에 마찰력 및 충격력이 지속적으로 작용해도, 탄소나노튜브는 혼합 수지 매트릭스로부터 쉽게 떨어져 나가지 못한다. 따라서, 부시 윤활 피막의 마찰 성능은 시간이 지나도 그대로 유지된다.
본 발명인 부시 윤활 피막에는, 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴 탄소나노튜브가 혼합 수지 매트릭스의 외곽을 감싸고 있어, 축이 혼합 수지 매트릭스 보다는 대부분 탄소나노튜브와 접촉하여 탄소나노튜브 길이방향으로 외주면을 타고 슬라이딩된다. 이로 인해, 탄소나노튜브로 인한 마찰성능이 극대화된다. 이러한 효과는 탄소나노튜브의 길이가 직경 대비 현저하게 길기 때문에 발생하는 현상으로, 탄소나노튜브의 길이가 10 마이크로미터 이내로 짧을 경우, 오히려 탄소나노튜브가 마찰 방지돌기(턱)의 역할을 하게 되어, 축이 탄소나노튜브의 외주면을 타고 슬라이딩 되는 대신, 탄소나노튜브의 끝단에 자꾸 걸리게 된다. 이로 인해, 부시 윤활 피막의 마찰 성능이 떨어진다. 본 발명은 이러한 문제를 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴 탄소나노튜브로 해결한다.
본 발명인 부시 윤활 피막제 제조에는, 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 다중벽 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브에 비해 저렴하고 강도는 높지만 길이를 늘리기 어렵다는 단점을 가지고, 단일벽 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브에 비해 길이를 늘리기 쉽다는 장점을 가지나 강도가 낮고 비싸다는 단점을 가진다. 따라서, 이러한 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브의 장점만을 살려, 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브를 적절 비율로 혼합해서 사용할 수 있다.
본 발명인 부시 윤활 피막제 제조에는, 탄소나노튜브 대신 탄소나노튜브의 표면에 금속이 부착된 탄소나노튜브-금속 복합체가 사용될 수 있다. 이 경우, 탄소나노튜브의 표면에 부착된 금속이 부시와 축 사이에 발생하는 충격력을 추가로 흡수할 수 있고, 탄소나노튜브의 표면에 부착된 금속의 종류를 바꿔, 부시 윤활 피막의 마찰계수를 추가로 조절할 수 있다.
본 발명인 부시 윤활 피막제 제조에는, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소나노튜브-금속 복합체 모두가 적정비율로 혼합되어 사용될 수 있다. 이 경우, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소나노튜브-금속 복합체의 장점을 모두 가진, 부시 윤활 피막이 부시의 내주면에 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부시 윤활 피막제 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 부시 윤활 피막제 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부시 윤활 피막제가 부시의 내주면에 도포되어 윤활 피막이 형성된 상태를 찍은 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 윤활 피막을 전자 현미경으로 찍은 사진이다.
도 5는 부시 내에 삽입된 축이 회전, 슬라이딩, 상하좌우 이동시, 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막의 작용 및 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 부시 윤활 피막제 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부시 윤활 피막제가 부시의 내주면에 도포되어 윤활 피막이 형성된 상태를 찍은 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 윤활 피막을 전자 현미경으로 찍은 사진이다.
도 5는 부시 내에 삽입된 축이 회전, 슬라이딩, 상하좌우 이동시, 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막의 작용 및 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 부시 윤활 피막제 제조방법을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부시 윤활 피막제 제조방법은,
수십 나노미터의 직경과 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브를, 메틸에틸케톤 용매에 넣고 분산제로 분산시켜, 상기 메틸에틸케톤 용매에 상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합용액을 제조하는 제1단계(S11);
상기 제1혼합용액에, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 넣고, 상기 메틸에틸케톤 용매로 상기 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 용해시켜 제2혼합용액을 제조하는 제2단계(S12);
상기 제2혼합용액을 믹싱탱크에 넣고 혼합시켜, 상기 제2혼합용액 안에 상기 탄소나노튜브가 무작위로 분산시키는 제3단계(S13)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 메틸에틸케톤 용매(MEK)가 담겨진 비커안에, 수십 나노미터의 직경과 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브를 넣는다. 탄소나노튜브로 단일벽 또는 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 사용된다. 다중벽 탄소나노튜는, 직경이 10 내지 20 나노미터이고, 길이가 30 내지 50 마이크로미터이다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 분산제를 비커에 넣는다. 분산제로 탄소나노튜브를 분산시킨다. 메틸에틸케톤 용매에 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합용액이 제조된다.
분산제로 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone)이 혼합용액의 0.5~1.0 wt%가 사용된다. 분산제를 사용하지 않으면, 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴, 탄소나노튜브의 뭉침과 얽힘이 심해져, 부시 윤활 피막이 마찰계수가 고르지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 메틸에틸케톤 용매(MEK)에 넣기 전에, 탄소나노튜브를 넣은 비커에 분산제를 넣어 분산시키는 것이 필수적이다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
도 2(c)에 도시된 바와 같이, 제1혼합용액 안에 에폭시 수지(EPOXY)와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(PTFE)를 넣는다. 메틸에틸케톤 용매가 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 용해시킨다. 제2혼합용액이 제조된다.
실험예
표 1에 도시된 바와 같이, 제2혼합용액은, 다중벽 탄소나노튜브의 함량에 따라, 다음과 같은 성분비로 구성될 수 있다. 다중벽 탄소나노튜브는 부피가 크고 밀도가 작기 때문에, 제2혼합용액에 최대 1.2 wt% 까지만 포함될 수 있다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
도 2(d)에 도시된 바와 같이, 제2혼합용액을 믹싱탱크(mixing tank)에 넣고 혼합시킨다. 믹싱탱크는 제2혼합용액을 2000rpm 이상으로 회전시켜, 탄소나노튜브를 무작위로 분산시킨다. 도 2(e)에 도시된 부시 윤활 피막제(S)가 제조된다.
이렇게 제조된 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 윤활 피막을 형성하기 위하여, 부시의 내주면에 부시 윤활 피막제를 떨어뜨린 후, 부시를 회전시켜 부시의 내주면에 부시 윤활 피막제를 균일하게 도포한 후, 오븐에 넣고 180~220℃로 30분 동안 건조시킨다.
그러면, 메틸에틸케톤 용매가 증발한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 부시(B)의 내주면에 윤활 피막(C)이 형성된다. 윤활 피막(C)의 두께는 10~20 마이크로미터다.
이하, 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막을 보다 자세히 설명한다.
부시의 내주면에 형성된 윤활 피막은 혼합 수지 매트릭스와, 탄소나노튜브로 구성된다.
[혼합 수지 매트릭스]
도 4에 도시된 바와 같이, 혼합 수지 매트릭스(X)는 에폭시 수지(EPOXY)와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지류가 무작위로 혼합되어 형성된다. 여기서, 에폭시 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌 수지에 비해 강한 접착력을 가지는 반면 폴리테트라플루오로에틸렌 수지에 비해 높은 마찰계수를 가진다. 반대로 폴리테트라플루오로에틸렌 수지는 에폭시 수지에 비해 접착력이 떨어지나 낮은 마찰계수를 가진다. 따라서, 이러한 특성을 조합하여 제조된 혼합 수지 매트릭스는 높은 접착력과 낮은 마찰계수를 동시에 가질 수 있어, 부시 윤활 피막을 부시의 내주면 단단히 부착시키고, 동시에 부시 윤활 피막에 낮은 마찰계수를 제공할 수 있다.
[탄소나노튜브]
탄소나노튜브는 혼합 수지 매트릭스(X)에 무작위로 분산되고, 혼합 수지 매트릭스(X)의 외곽을 감싼다.
탄소나노튜브는 수십 나노미터의 직경 및 수십 마이크로미터의 길이를 가진다. 즉, 본 발명에 사용되는 탄소나노튜브는 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴 탄소나노튜브로, 혼합 수지 매트릭스에 깊숙이 박혀 있고, 긴 탄소나노튜브끼리 서로 얽혀 있다.
이러한 탄소나노튜브로 단일벽 또는 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 사용된다.
한편, 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브를 혼합해서 사용될 수 있다. 이로 인해, 효과는 발명의 효과 부분에 자세히 기재하였으므로, 그 기재를 생략한다.
한편, 탄소나노튜브 대신 탄소나노튜브의 표면에 금속이 부착된 탄소나노튜브-금속 복합체를 사용될 수 있다. 이로 인해, 효과는 발명의 효과 부분에 자세히 기재하였으므로, 그 기재를 생략한다. 금속은 니켈, 철, 퍼멀로이(FexNi1-x), 은, 구리, 알루미늄, 니크롬, 백금, 이들의 복합체(alloy) 중 어느 하나가 될 수 있다. 탄소나노튜브-금속복합체는 공개특허(10-2016-0054985)에 개시된 탄소나노튜브-금속복합체의 제조방법으로 만들어 낼 수 있다. 이는 공개특허에 자세히 기재되어 있으므로, 자세한 설명을 생략한다.
한편, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소나노튜브-금속 복합체를 모두를 적정비율로 혼합해서 사용할 수 있다. 이로 인해, 효과는 발명의 효과 부분에 자세히 기재하였으므로, 그 기재를 생략한다.
한편, 혼합 수지 매트릭스에 탄소나노튜브의 결합능을 높이기 위해서 표면처리 방법이 적용된다. 구체적으로, 탄소나노튜브 표면처리 방법에는 산, 염기를 사용한 친수성 작용기(산소(O), 질소(N)) 도입 및 불소가스를 적용한 소수성 작용기(메틸기(-CH3), 불소(F)) 도입 등이 있다.
실험예
표 2에 도시된 바와 같이, 부시 윤활 피막의 마찰계수는 다중벽 탄소나노튜브의 함량에 따라 달라질 수 있다. 다중벽 탄소나노튜브의 함량 중에서 0.9wt%일 때가, 부시 윤활 피막의 마찰계수가 정마찰계수 0.12와 동마찰계수 0.09로 가장 낮았다. 이러한 부시내의 마찰계수는 축의 최대하중 20 톤(ton)의 시험조건에서 6000번 왕복회전(요동모드 90°)할 때까지 그대로 유지된다. 이러한 실험결과는, 부시내에 코팅된 윤활 피막으로 부하에 의한 마찰이 안정화 될 경우 영구적으로 부시를 사용가능하다는 것을 보여준다. 또한, 건설 중장비 굴삭기와 같이, 회전속도가 낮고 부하가 크게 걸리는 다수개의 축에 설치된 부시의 윤활 피막으로 본 발명의 윤활 피막이 가장 적합하다는 것을 보여준다.
비교예1
표 2를 참조하면, 다중벽 탄소나노튜브가 들어있지 않고, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지로만 부시 윤활 피막이 구성된 경우는, 다중벽 탄소나노튜브가 들어간 경우 보다, 마찰계수가 정마찰계수 0.27과 동마찰계수 0.39로 크게 나왔다. 마찰계수가 커지는 것은 축과 부시 사이 마찰력이 커져, 부시 윤활 피막의 마찰성능이 떨어짐을 의미하므로, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지로만 구성된 부시 윤활 피막의 마찰성능은 바람직하지 못하다.
비교예2
표 2를 참조하면, 다중벽 탄소나노튜브 대신에 MoS2(Molybdenum disulfide, 이황화몰리브덴)가 사용될 수 있다. 이 경우, 마찰계수가 정마찰계수 0.08과 동마찰계수 0.07로, 다중벽 탄소나노튜브의 어느 정마찰계수와 동마찰계수 보다도 적다. 그러나, 다중벽 탄소나노튜브 대신에 MoS2(Molybdenum disulfide, 이황화몰리브덴)를 사용할 경우, 부시 윤활 피막제 제조에 소용되는 비용이 50% 이상 증가하여 경제성이 현저히 떨어진다. 따라서, 마찰계수는 조금 높지만, 제조 비용은 현저히 낮은 0.9wt%의 다중벽 탄소나노튜브를 포함하여 부시 윤활 피막제를 제조하는 것이 가장 바람직하다.
[부시 윤활 피막의 작용 및 효과]
도 5에 도시된 바와 같이,
부시 내에 삽입된 축이 회전, 슬라이딩, 원주 방향으로 이동시, 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막은, 회전력, 슬라이딩력, 원주 방향 압축력을 선택적 또는 동시에 받게 된다.
한편, 부시 윤활 피막에는, 길이가 직경 대비 천배 이상으로 긴 탄소나노튜브가 혼합 수지 매트릭스의 외곽을 감싸고 있어, 축이 혼합 수지 매트릭스 보다는 대부분 탄소나노튜브와 접촉하여 탄소나노튜브 길이방향으로 외주면을 타고 슬라이딩된다. 또한, 탄소나노튜브는 기본적으로 자기윤활성을 가지고 있어, 탄소나노튜브 길이방향으로 축의 슬라이딩이 더욱 쉽게 이루어진다. 이렇게, 축이 혼합 수지 매트릭스 보다는 탄소나노튜브 길이방향으로 외주면을 타고 슬라이딩함으로써, 축의 회전력, 슬라이딩력에 의해, 혼합 수지 매트릭스가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 혼합 수지 매트릭스 보다 강도가 센 탄소나노튜브가 축의 원주 방향 압축력을 감쇄시켜 혼합 수지 매트릭스에 전달하므로, 혼합 수지 매트릭스가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 효과는, 탄소나노튜브 대신 탄소나노튜브의 표면에 압축력을 감쇄시킬 수 있는 금속이 부착된 탄소나노튜브-금속 복합체를 사용될 경우 배가 될 수 있다.
MEK: 메틸에틸케톤 용매
MWCNT: 다중벽 탄소나노튜브
PTFE: 폴리테트라플루오로에틸렌 수지
EPOXY: 에폭시 수지 B: 부시
C: 윤활 피막 S: 부시용 윤활 피막제
X: 혼합 매트릭스
PTFE: 폴리테트라플루오로에틸렌 수지
EPOXY: 에폭시 수지 B: 부시
C: 윤활 피막 S: 부시용 윤활 피막제
X: 혼합 매트릭스
Claims (5)
- 수십 나노미터의 직경과 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브를, 메틸에틸케톤 용매에 넣고 분산제로 분산시켜, 상기 메틸에틸케톤 용매에 상기 탄소나노튜브가 분산된 제1혼합용액을 제조하는 제1단계;
상기 제1혼합용액에, 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 넣고, 상기 메틸에틸케톤 용매로 상기 에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 용해시켜 제2혼합용액을 제조하는 제2단계; 및
상기 제2혼합용액을 믹싱탱크에 넣고 혼합시켜, 상기 제2혼합용액 안에 상기 탄소나노튜브를 무작위로 분산시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부시 윤활 피막제 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서,
상기 탄소나노튜브는,
직경이 10 내지 20 나노미터이고, 길이가 30 내지 50 마이크로미터인 다중벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 부시 윤활 피막제 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
상기 제2혼합용액에는, 전체 중량 대비 0.4 내지 1.2 wt%의 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 부시 윤활 피막제 제조방법. - 제1항의 제조방법으로 제조된 부시 윤활 피막제.
- 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막으로,
상기 윤활 피막은,
에폭시 수지와 폴리테트라플루오로에틸렌 수지가 무작위로 혼합되어 형성된 혼합 수지 매트릭스; 및
상기 혼합 수지 매트릭스에 무작위로 분산되고, 상기 혼합 수지 매트릭스의 외곽을 감싼, 수십 나노미터의 직경 및 수십 마이크로미터의 길이를 가진 탄소나노튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 부시 윤활 피막.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210119922A KR102598911B1 (ko) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210119922A KR102598911B1 (ko) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230036882A true KR20230036882A (ko) | 2023-03-15 |
KR102598911B1 KR102598911B1 (ko) | 2023-11-09 |
Family
ID=85641975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210119922A KR102598911B1 (ko) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102598911B1 (ko) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180004599A (ko) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | 한국과학기술연구원 | 부시용 고체 윤활제 |
KR20190023583A (ko) * | 2017-08-29 | 2019-03-08 | (주)삼산에스엘씨 | 오일리스 베어링 부시 |
KR101984880B1 (ko) * | 2018-10-08 | 2019-05-31 | 한국과학기술연구원 | 오일리스 부시용 고체 윤활막 |
KR101961294B1 (ko) | 2015-09-25 | 2019-07-17 | 주식회사 유라 | 자동차용 전자파 차폐 케이블 및 이의 제조방법 |
KR20200022382A (ko) * | 2017-06-28 | 2020-03-03 | 다이요 닛산 가부시키가이샤 | 복합 수지 입자의 제조 방법, 수지 성형체 및 복합 수지 입자 |
-
2021
- 2021-09-08 KR KR1020210119922A patent/KR102598911B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101961294B1 (ko) | 2015-09-25 | 2019-07-17 | 주식회사 유라 | 자동차용 전자파 차폐 케이블 및 이의 제조방법 |
KR20180004599A (ko) * | 2016-07-04 | 2018-01-12 | 한국과학기술연구원 | 부시용 고체 윤활제 |
KR20200022382A (ko) * | 2017-06-28 | 2020-03-03 | 다이요 닛산 가부시키가이샤 | 복합 수지 입자의 제조 방법, 수지 성형체 및 복합 수지 입자 |
KR20190023583A (ko) * | 2017-08-29 | 2019-03-08 | (주)삼산에스엘씨 | 오일리스 베어링 부시 |
KR101984880B1 (ko) * | 2018-10-08 | 2019-05-31 | 한국과학기술연구원 | 오일리스 부시용 고체 윤활막 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102598911B1 (ko) | 2023-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6607820B2 (en) | Composite sliding material | |
JP3045472B2 (ja) | スラスト軸受用摺動部材 | |
EP2087250B1 (en) | Bearing having improved consume resistivity and manufacturing method thereof | |
JPWO2009041653A1 (ja) | 摺動部材用組成物及び該組成物を被着した摺動部材 | |
CN102216633B (zh) | Ptfe系滑动材料、轴承和ptfe系滑动材料的制备方法 | |
JP2009079766A (ja) | 複層軸受の製造方法 | |
US20030235355A1 (en) | Sliding member | |
JP2009108166A (ja) | 湿式摩擦材 | |
JP2002508827A (ja) | 包まれた滑り軸受ブッシュ | |
JP2008019929A (ja) | 焼結含油軸受 | |
JP2006226299A (ja) | 摺動材料およびその製造方法 | |
US8167971B2 (en) | Sliding part and method of manufacturing the same | |
KR20230036882A (ko) | 부시 윤활 피막제 제조방법, 이렇게 제조된 부시 윤활 피막제 및 이러한 부시 윤활 피막제로 부시의 내주면에 형성된 윤활 피막 | |
JP2011127015A (ja) | 摺動用樹脂組成物 | |
WO2017199456A1 (ja) | 鉄系焼結含油軸受 | |
JP7149252B2 (ja) | 摺動部材用樹脂材料および摺動部材 | |
JP2007039667A (ja) | 樹脂組成物、転がり軸受の保持器 | |
JP2000145784A (ja) | 樹脂被覆摺動材およびその製造方法 | |
JP7390774B2 (ja) | 摺動部材 | |
JP2003049841A (ja) | 転動装置および転動装置用保持器 | |
WO2018100660A1 (ja) | 鉄系焼結含油軸受 | |
JP2019065323A (ja) | 鉄系焼結軸受及び鉄系焼結含油軸受 | |
JP6594009B2 (ja) | 含油摺動部材、含油軸受および含油摺動部材の製造方法 | |
JP2016138563A (ja) | 転動装置 | |
JP2012246863A (ja) | ピストン及び摺動用被覆構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |