KR940003501B1 - 윤활조성물 및 윤활방법 - Google Patents

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Description

윤활조성물 및 윤활방법

본 발명은 윤활조성물에 관한 것으로, 특히 금속판을 프레스성형하는데 사용하는 윤활조성물에 관한 것이다. 당업계에서는 현재 알루미늄 요소들을 접착제에 의해 접합하여 자동차 산업에 사용하기 위한 구조물을 제작하는 기술에 관심사가 집중되고 있는데, 이러한 기술은 일례로 EPA 127343호에 기재되어 있다. 본 발명의 윤활제는 이러한 기술에 사용하기에 적합한 것이다. 알루미늄 금속판으로 된 코일을 자동차 산업에 사용하기 위한 구조물로 전환시키는 기술은 전형적으로 다음과 같은 단계들을 포함한다.

- 금속표면상에 후속적으로 공급되는 접착제의 기질로서 작용하는 강한 접합층을 제공하도록 상기 금속표면을 예비처리함.

- 처리된 금속코일에 윤활제를 공급함. 그 뒤에 코일은 적재 또는 운송되게 되며, 이때 윤활제는 처리된 금속표면을 보호하도록 작용하게 된다. 그 뒤에, 코일은 프레스성형에 알맞는 소재로 절단되게 된다.

- 금속판소재를 요구되는 형상의 요소로 프레스성형함. 이 공정 및 그에 후속되는 공정들은 모두 자동생산 라인상에서 수행된다.

- 윤활제를 제거하지 않은 상태에서 상기 요소들의 선택된 부분에 접착제를 공급함.

- 상기 요소들을 요구되는 형상의 구조물로 조립하고, 구조물에 성형강도를 부여할 수 있도록 점용접시킴.

- 접착제를 상승된 온도로 경화시킴.

- 구조물의 금속표면을 윤활제를 제거시키도록 작용하는 수성의 알카리성 청정제로 처리함.

- 구조물을 도색함.

이와같은 기술에 사용하는 윤활제는 다음과 같은 요구를 만족시켜야만 한다.

a) 윤활제는 분명히 프레스성형 작업에 적합한 윤활특성을 가져야만 한다.

b) 윤활제는 알맞는 금속적재 온도에서 고체상태이어야만 한다. 액체 또는 점성을 갖는 윤활제막은 먼지 및 오물을 포착하여 더러워지기 쉽다.

c) 생산라인에서 접착제의 공급에 앞서 윤활제를 제거한다는 것이 실용적이 아니기 때문에, 윤활제는 접착제와 상충될 수 있는 것이어야만 한다.

d) 접착제가 공급되어 경화된 후에, 윤활제는 도색할 수 있는 금속표면을 준비하는데 통상 사용된 형태의 수성 알칼리성 청정제에 의해 쉽게 제거될 수 있어야만 한다.

따라서, 이상과 같은 모든 요구를 충족시킬 수 있는 윤활제의 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 요구를 만족시키는 것이다. 그러나, 본 발명의 윤활제는 상술한 바와 같은 기술뿐만 아니라 다양한 금속에 대해 적용되는 타 성형작업에도 유용할 것이다.

본 발명의 일특징에 따르면, 휘발성 액채 매질에 분해 또는 분산된 윤활제로 구성되는 프레스성형용 윤활조성물에 있어서, 상기 윤활제가 하나나 두개의 기는 장쇄 카복실산으로 에스테르화되게 되는 두개 또는 3개의 히드록실기를 가지는 적어도 하나의 폴리히드릭 알콜 에스테르로 구성되고 수성의 알카리성 청정제에 의해 금속표면으로 부터 제거되기에 충분할 정도로 낮으면서도 주위온도 보다는 높은 용융점을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 윤활조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 금속판을 성형하는 방법에 있어서, 상술한 바와 같은 윤활조성물을 금속판에 공급하는 단계와, 휘발성 액체 매질을 제거하는 단계와, 금속판에 대해 성형작업을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 성형방법이 제공된다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 알루미늄 요소들로 된 구조물을 성형하는 방법에 있어서, 상술한 바와 같은 윤활조성물을 알루미늄판에 공급하고 휘발성 액체 매질을 제거하는 단계와, 상기판의 소재들을 알루미늄 요소들로 프레스성형하는 단계와, 상기 요소들에 접착제를 공급하는 단계와, 그 요소들을 요구되는 형상의 구조물로 함께 조립하는 단계와, 상기 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형방법이 제공된다.

윤활제는 장쇄 카복실산을 갖는 폴리 하이드릭 알콜의 에스테르이다. 폴리 하이드릭 알콜로는 일례로 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤과 같은 디하이드릭 또는 트리하이드릭 알콜에 적합하다. 장쇄 카복실산으로는 라우린산, 팔미틴산, 스테아린산과 같이 쇄에 12개 내지 18개의 탄소원자를 가지는 포화 직쇄 모노카복실산이 바람직하다. 에스테르는 완전에스테르일 수도 있지만, 분자내에 하나 이상의 잔류 히드록실기를 함유하는 부분에스테르가 하기의 이유때문에 바람직하다고 할 수 있다. 이와 같은 에스테르들의 혼합물도 사용할 수 있으며, 그 경우에도 이점이 제공될 수 있을 것이다. 윤활제는 장쇄 카복실산, 모노히드릭 알콜을 갖는 장쇄 카복실산 에스테르, 장쇄 알콜, 그리고 아미드왁스 및 하이드로카본왁스와 같은 하나 이상의 타 윤활 화합물을 50%까지의 작은 비율로 함유할 수도 있을 것이다.

용도에 따라, 윤활제는 후속적으로 공급되는 접착제와 상출될 필요가 있을 것이다. 일반적으로, 본문에서 언급되는 에스테르는 접착제에 의해 얻을 수 있는 접합강도를 크게 손상시킴이 없이 후속적으로 공급되는 접착제에 의해 흡수되거나 치환되는 결과로 상충될 수 있다. 이와는 대조로, 수지성 윤활제 및 금속 비누 윤활제들은 일반적으로 이러한 점에 상충하는 접착제는 아니다. 이외에도 많은 기존의 윤활제가 표면 활성제를 함유하는 수성 유탁액의 형태로 사용되는데, 이러한 윤활제들은 윤활처리된 판을 적재하는데 또는 장기간에 걸친 접착성능의 발휘상에 문제점이 있어 본 발명에서는 바람직하게 사용되지 않는다.

윤활제는 주위온도, 바람직하게는 최소한 30℃의 온도 이상의 용융점을 가지는데, 이에따라 윤활제는 금속기질상에서 고체막으로서 존재하게 되어 코일링, 디코일링, 슬릿팅, 및 커팅 작업중에 더럽혀지거나 불로킹(blocking)되는 문제점이 없게 된다. 이러한 윤활제의 사용에 따라 접착제와 상충하지 않는 오일 또는 오염물에 의해 금속표면이 오염되는 것이 방지되고, 윤활제가 국부적으로 모여져 바람직하지 못한 두꺼운 층을 형성하는 것이 방지된다.

윤활제는 자동생산라인에서 도색가능한 금속부분을 준비할 수 있도록 수성의 알칼리성 청정제에 의해 금속표면으로부터 제거되기에 충분히 낮은 온도에서 용융된다. 이와같은 사정하에서 수성 알카리성 청정제의 가장 실용적인 온도는 약 70℃이다. 따라서, 70℃ 이하, 바람직하게는 65℃ 이하에서 용융되는 윤활제의 경우는 상기 수성 알카리성 청정제에 의해 항상 제거될 수 있게 된다. 70℃ 이상에서 용융하는 윤활제는 히드록실기와 같이 알카리와 반응하여 금속표면으로 부터의 윤활제의 제거에 조력할 수 있는 기를 갖느냐 안갖느냐의 여부에 따라 제거가능하던지 제거불가능하던지 하게 된다. 일례로, 현재 시판되고 있는 것으로서, 85℃의 용융점을 갖고 DIN 53402에 의한 산수가 135 내지 155인 왁스의 경우는 수성 알카리성 청정제에 의해 제거될 수 없다는 것을 알게 되었다. 반면에 81℃의 용융점을 가지고 있고 분자당 2개의 유리 히드록실기를 가지는 글리세롤 모노스테아레이트의 경우는 수성 알카리 청정제에 의해 제거가능하며, 따라서 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 15중량%의 리폴린(Ripoline) 160 수용액(I.C.I. plc에서 시판하는 실리케이트 청정제)에 의해 70℃에서 2분간 처리했을때 제거될 수 있는 윤활제라면, 수성 알카리성 청정제에 의해 제거 가능한 것으로 간주된다.

일반적으로 윤활유가 경질이면 일수록 신장공정을 포함하는 프레스성형작업의 성능이 보다 효과적으로 발휘된다는 것을 알았다. 한편 윤활유가 연질이면 일수록 인발공정을 포함하는 성형작업에 보다 우수한 특성을 발휘할 수 있을 것이다. 일반적으로, 분자중에 유리 히드록실기가 존재하게 되면 윤활유의 경도가 증가하게 된다. 따라서 에틸렌 글리콜 스테아레이트, 디에틸렌 글리콜 스테아레이트, 및 글리세롤 스테아레이트들은 모두 시클로헥실 스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트, 및 그와 유사한 히드록실레이트화 되지 않은 에스테르들보다는 경질의 것이다. 따라서, 윤활제 에스테르중에 유리 히드록실기가 존재하에 되면 이중의 이점이 제공되는데 그중 하나는 윤활제성능, 특히 신장공정을 포함하는 작업중의 윤활제성능이 개선된다는 것이고, 다른 하나는 수성 알카리성 청정제에 의한 금속표면으로 부터의 윤활제의 제거가 보다 용이해진다는 것이다. 따라서, 본 발명에 적합하게 사용될 수 있는 윤활제는 장쇄 카복실산을 갖는 폴리히드릭 알콜의 히드록실레이트화 에스테르, 및 그러한 히드록실레이트화 에스테르와 완전에스테르의 혼합물로서, 이러한 윤활제들은 35°내지 65°의 용융점을 가지고 있다. 하기의 목록은 본 발명에 따른 윤활제로서 사용하기에 적합한 에스테르의 종류를 나타낸 것으로, 물론 본 발명의 윤활제가 이에 국한되는 것만은 아니다. 이들 화합물의 대부분은 비누, 화장품, 및 다름 비윤활제의 용도로서 시판되고 있는 것들이다.

용융점(단위 ℃)

글리세롤 모노팜미테이트 51 내지 52

글리세롤 디팜미테이트 49 내지 57

글리세롤 모노라우레이트 44

에틸렌 글리콜 모노스테아레이트 56 내지 60, 59 내지 65

65 내지 66(3등급)

에틸렌 글리콜 디스테아레이트 58 내지 62, 68 내지 70(2등급)

프로필렌 글리콜 모노스테아레이트 37 내지 42, 33 내지 34(2등급)

프로필렌 글리콜 디스테아레이트 약 52

디에틸렌 글리콜 모노스테아레이트 43 내지 44

디에틸렌 클리콜 디스테아레이트 47 내지 52

글리세롤 모노스테아레이트 81 내지 74

윤활제는 수성매질에 분산 상태로 공급될 수 있을 것이다. 거의 대부분, 윤활제는 키실렌과 같은 하이드로카본 용액중에 공급되게 될 것이다. 금속표면에 액체 조성물이 공급된 후에, 휘발성 액체는 증발에 의해 제거되며, 이에따라 고체 윤활제의 균일하고 얇은 막이 남게 된다. 휘발성 액체의 농도는 편리한 공급점성을 제공할 수 있게 선택되며, 금속표면에 대한 공급율은 용도에 따라 결정되나, 접착제에 의한 접합구조물로 형성될 알루미늄코일의 경우 전형적으로 1 내지 10g/㎡의 범위가 된다.

[실시예 1]

본 발명에 따른 두종류의 윤활제와 4종류의 종래 윤활제를 비교하기 위한 시험을 다음과 같이 행하였다.

종래 윤활제 A는 무기오일이다.

종래 윤활제 B는 시클로헥실 스테아레이트이다.

종래 윤활제 C는 글리세롤 모노스테아레이트를 소량 함유하는 값싼 라우릴 라우레이트를 포함하는 현재 시판중인 물질이며, 주위온도에서 반고체 상태로 되어 있다.

본 발명 윤활제 1은 디에틸렌 글리콜 모노스테아레이트를 기본물질로 하고 있다.

본 발명 윤활제 2는 디에틸렌 글리콜 디스테아레이트를 기본물질로 하고 있다.

본 발명의 윤활제들은 모두 편리한 공급점성을 갖는 상태로 키실렌용액에 사용된다.

종래 윤활제 D는 에틸렌 비스-스테아라미드 및 라우린산을 함유하며, 135℃의 용융점을 갖는다.

시험을 실시하기 위한, 26Cm×30Cm×0.875mm의 칫수를 갖는 5251합금(Aluminum Association Inc. Register)의 판들에 대해 상술한 프레스 윤활제를 다양한 피복중량으로 피복시키고, 그 판들을 강으로 된 다이에서 굽힘공정, 인발공정, 그리고 특히 신장공정들을 조합하여 복잡한 형상으로 프레스시켰다. 성공적인 프레스 작업에 따라 블랭크의 측부가 인발되게 되는데, 그 인발량은 윤활제의 성능을 나타낸다. 표에는 프레스물에서 째짐이 발생했는지 안했는지의 여부가 또한 기재되어 있다. 시험은 이중으로 행하였고, 그 결과는 하기의 표에 기재하였다.

[표 1]

종래 윤활제 A, B, C의 성능은 불량하였다. 블랭크 측부의 인발량은 작았으며, 프레스물에서 모두 째짐이 발생하였다. 이와는 대조로, 종래 윤활유 D 및 본 발명의 두 윤활제의 성능은 우수하였다. 또한, 모두 블랭크 측부의 인발량이 상당하였으며, 프레스물에서 째짐이 발생하지 않았다. 이외에도, 본 발명의 윤활제 1, 2는 도색에 앞서 자동생산라인에서 통상 사용되는 형태의 수성 알카리성 청정제에 의해 프레스물로 부터 용이하게 제거되었다.

[실시예 2]

윤활제의 접착제와의 상충성은 염분무시험에 의해 측정하였다. 5251합금의 판에 150mg/㎡의 율로 크로메이트를 공급하는 비수세 예비처리를 행하였다. 윤활제 1(실시예 1)은 양 표면에 2.8g/㎡의 공급율로 공급되었다. 그 뒤에, 판을 100mm×20mm의 스트립으로 절단하였다. 그 뒤에 한쪽의 윤활표면에 수동적으로 접착제(에보이드 리미티드에서 시판)를 공급하였다. 그 뒤에, 단순한 랩시어조인트(lap shear joint)를 10×20mm의 중첩크기로 형성하고, 정규의 공정에 따라 드릴링을 행하고, 염분무 케비넷에 보유시켰다. 접합 강도는 시간 간격을 두고 시험하였으며, 그 결과는 다음과 같았다.

0주째 19.0MPa

4주째 17.8MPa

8주째 17.9MPa

이 접합 강도는 아주 만족스러운 것으로서, 결국 윤활제가 접착제와 상충되고 있다는 것을 나타내 주는 것이다.

Claims (10)

1. 휘발성 액체 매질에 분해 또는 분산된 윤활제로 구성되는 프레스성형용 윤활조성물에 있어서, 상기 윤활제가 하나나 두개의 기는 장쇄 카복실산으로 에스테르화되어 있는 두개 또는 3개의 히드록실기를 가지는 적어도 하나의 폴리히드릭 알콜 에스테르로 구성되고 수성의 알칼리성 청정제에 의해 금속표면으로부터 제거되기에 충분할 정도로 낮으면서도 주위온도 보다는 높은 용융점을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
2. 제1항에 있어서, 폴리히드릭 알콜이 글리세롤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 디에틸글리콜 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
3. 제1항에 있어서 카복실산이 쇄에 12개 내지 18개의 탄소원자를 가지는 포화 직쇄 모노카복실산인 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
4. 제1항에 있어서, 윤활제가 유리 히드록실기를 가지는 하나 이상의 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
5. 제1항에 있어서, 윤활제가 35℃ 내지 65℃의 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
6. 제1항에 있어서, 윤활제가 휘발성 하이드로카본 용매중에 용액상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
7. 제1항에 있어서, 윤활제가 접착제와 상충될 수 있는 것을 특징으로 하는 윤활조성물.
8. 금속판을 성형하는 방법에 있어서, 하나나 두개의 기가 장쇄 카복실산으로 에스테르화되어 있는 두개 또는 3개의 히드록실기를 가지는 적어도 하나의 폴리히드릭 알콜 에스테르로 구성됨과 동시에 수성의 알카리성 청정제에 의해 금속표면으로 부터 제거되기에 충분할 정도로 낮으면서도 주위온도 보다는 높은 용융점을 가지고 있는 윤활제를 휘발성 액체 매질에 분해 또는 분산시켜서 된 윤활조성물을 상기 금속판에 공급하는 단계와, 상기 휘발성 액체 매질을 제거하는 단계와, 금속판에 대해 성형작업을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 성형방법.
9. 알루미늄 요소로 된 구조물을 성형하는 방법에 있어서, 하나나 두개의 기가 장쇄 카복실산으로 에스테르화되어 있는 두개 또는 3개의 히드록실기를 가지는 적어도 하나의 폴리히드릭 알콜 에스테르로 구성됨과 동시에 수성의 알카리성 청정제에 의해 금속표면으로부터 제거되기에 충분할 정도로 낮으면서도 주위온도 보다는 높은 용융점을 가지고 있는 윤활제를 휘발성 액체 매질에 분해 또는 분산시켜서 된 윤활조성물을 상기 알루미늄판에 공급하고 상기 휘발성 액체 매질을 제거하는 단계와, 상기 알루미늄판 소재들을 알루미늄 요소들로 프레스성형하는 단계와, 그 요소들에 접착제를 공급하는 단계와, 그 요소들을 요구되는 형상의 구조물로 함께 조립하는 단계와, 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 요소로 된 구조물의 성형방법.
10. 제9항에 있어서, 구조물을 수성의 알카리성 청정제에 의해 처리한 후에 도색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 요소로 된 구조물의 성형방법.