WO2014129719A1 - 이중 구조의 부시 및 이를 구비하는 베어링 조립체 - Google Patents

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WO2014129719A1
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polymer composite
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최지원
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Doosan Infracore Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a dual-structure bush and a bearing assembly having the same, which can be used for joints operating at low speed and high loads.
  • Construction machinery such as excavators, skid steer loaders, and the like, includes a number of joints, such as boom and arm connections, arm and bucket connections, and the like. Joints of such construction machinery are generally the case that the pin (pin) and the bush (bush) to the rocking motion in the lubricating environment by grease.
  • FIG. 2 is a front joint portion 10 of the excavator as an example of a construction machine
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing a conventional bush in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the pin in the joint portion 10 of the excavator.
  • the joint part 10 includes a pin 12 connecting two members requiring joint motion, and a bush 11 for reducing frictional resistance generated between the pin and the pin hole. Consists of The pin 12 and the bush 11 generally oscillate in a lubricating environment with grease.
  • the joint 10 may include a boss 13 of a housing supporting the pin and the bush and sealing means (not shown) to block contaminants. It includes.
  • This operating condition is a typical average value, in which the surface pressure during the operating condition may rise instantaneously according to the working load, and in particular, the instantaneous surface pressure may be more than three times the average value due to the uneven load during operation depending on the operating conditions.
  • the bush used under high speed and high surface pressure conditions requires excellent scuffing resistance and abrasion resistance.
  • various compositions and types of products have been developed and used.
  • the metal bush to form a groove (groove) or groove (dimple) on the inner circumferential surface of the metal rigid body to maximize the lubrication performance by the grease contained in the groove or groove;
  • a metal bush whose surface is coated with self-lubricating particles to maximize lubrication performance;
  • the construction machine front work machine is very unspecified and frequently changes in the direction and value of the load applied to each part due to the terrain, the working attitude of the equipment, the geology, etc., so that each part between the work causes bending, As a whole, unbalanced loads are generated and high loads are concentrated in the local area. This requires a high level of wear and impact resistance for all components, including bushes.
  • An object of the present invention is to provide a bush that can be applied to a joint portion that operates at low speed and high load, and can exhibit excellent elasticity, recoverability, lubrication characteristics, and load resistance.
  • the present invention provides a slide layer which contacts the inner circumferential surface so that the pin unit is rotatably supported; And a load supporting layer integrally stacked to surround the outer circumferential surface of the slide layer, the load supporting layer contacting the inner circumferential surface of the boss to support a radial load of the pin unit, wherein the softening point of the load supporting layer is 250 to 400 ° C., and the sliding The softening point of the layer is from 120 to 180 ° C., providing a double structure bush formed of a polymer composite material.
  • the softening point of the said load support layer is 300-350 degreeC, and the softening point of the said sliding layer is 140-160 degreeC.
  • the present invention provides a bearing assembly having a bush of the dual structure described above.
  • the present invention is a bush made of a polymer composite material, unlike the conventional metal-based bush, can exhibit excellent elasticity and recoverability under operating conditions of low speed and high load, it can be deformed upon application of a local load to uniformly distribute the load, Therefore, it is possible to prevent breakage due to abnormal wear and impact due to stress concentration, wear resistance and impact resistance can be improved, and life characteristics can be improved.
  • the present invention is integrally laminated so that the outer circumferential surface of the slide layer for contact receiving the pin unit on the inner circumferential surface is integrally laminated so as to surround the load supporting layer that is received in contact with the inner circumferential surface of the boss to support the radial load of the pin unit, the load supporting layer and the slide layer
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a bush according to the present invention.
  • Figure 2 shows an example of a joint that can be applied to the bush in the excavator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a dual-structure bush according to the present invention applied to the joint part disclosed in FIG. 2 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pin.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a dual-type bush in the longitudinal direction of the pin according to the present invention applied to the joint portion shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional bush applied to the joint portion shown in Figure 2 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pin.
  • the present invention relates to a bush made of a polymer composite material, comprising: a slide layer which contacts and accommodates an inner circumferential surface of the pin unit so as to be rotatably supported, and is integrally laminated to surround the outer circumferential surface of the slide layer, It has a dual structure including a load supporting layer for supporting a radial load, characterized in that the softening point of the load supporting layer and the slide layer is adjusted to a specific range, respectively.
  • the present inventors When the bush is manufactured by using a polymer composite material including a polymer matrix, a fibrous substrate, and self-lubricating particles, the present inventors maintain a high elasticity and load while operating at low speed and high load, unlike conventional metal bushes or porous sintered bushes. It was found that it could be recovered when not authorized.
  • the bush made of the polymer composite material can continuously maintain a low coefficient of friction due to self-lubricating particles, it is possible to maintain an excellent lubrication environment without periodic greasing unlike the conventional bush.
  • construction machinery In general, however, construction machinery is also used in the polar and tropical regions. Therefore, construction machinery requires a wide usable temperature, as well as high surface pressure levels and impact resistance. Therefore, it is very difficult to manufacture a bush made of a polymer composite material to replace the metal bush. Moreover, since most of the existing mechanical parts in contact with or interacting with the bush are made of cast steel or steel, when the bush made of polymer composite material is not considered, the correlation with the mechanical parts formed of cast steel or steel is not considered. This may cause problems that have not existed in the past. In particular, in the case of a polymer composite material, unlike a metal, it is easy to deform with a temperature change. Therefore, without considering the temperature dependency of such a polymer composite material, as described above, it is difficult to use the bush of the polymer composite material under a wide range of use conditions of construction machinery.
  • a layer (using a polymer composite material including a polymer matrix and a fiber substrate on the outer circumferential surface of a layer made of a polymer composite material including a polymer matrix, a fiber substrate, and self-lubricating particles (hereinafter, 'slide layer')
  • the 'load supporting layer' is integrally laminated to form a double structure, and the softening point of the slide layer and the load supporting layer is set to a specific range by controlling the component content of the polymer composite material of each layer.
  • the dual structure bush of the present invention can be used under a wide range of temperature conditions and can be used stably under a wide range of conditions after being pressed into a boss of a housing.
  • the bush of the dual structure may have a longer life than conventional metal bushes because there is no deformation in the slide layer even if unbalanced load is caused by unspecified operating conditions.
  • the double-structured bush according to the present invention includes the load supporting layer formed integrally with the slide layer, thereby having excellent load resistance under operating conditions of high load, and having excellent lubrication characteristics without periodic greasing. Can be maintained continuously.
  • the double-structured bush made of the polymer composite material according to the present invention is processed to a tolerance level larger than the boss inner diameter of the housing, and then is forcibly fitted into the boss of the housing by force-fitting and fixing. use. Therefore, even when using the bush of the double structure according to the present invention should be minimized deformation due to the external temperature. Particularly, in the case of the load supporting layer, since it is forcibly pressed into the boss of the housing, there should not be any deformation under the use temperature condition in order to maintain the pressing force with the housing. Since the misplacement can cause problems, it is necessary to maintain a high coefficient of friction with respect to the boss inner peripheral surface of the housing at all times.
  • the softening point of the load support layer is adjusted to a range of about 250 to 400 ° C., preferably about 300 to 350 ° C. by adjusting the content of the components in the polymer composite material forming the load support layer in the manufacture of the load support layer. If the softening point of the load support layer is less than 250 ° C., the load support layer may fail to be fixed to the boss inner circumferential surface due to local deformation and friction reduction at high temperatures of 60 ° C. or higher and high load conditions of 80 MPa or more. On the other hand, if the softening point of the load supporting layer is more than 400 ° C., brittleness becomes large at a low temperature of ⁇ 40 ° C. or less, and may crack and break under impact conditions such as a hydraulic breaker.
  • the slide layer is in constant contact with the pin for relative movement. Due to the relative motion of the slide layer and the fin, the interface temperature of the slide layer and the fin increases. Therefore, when the softening point of the slide layer is not designed to be above a certain level, the slide layer is pressed when the load is concentrated in a local area such as an uneven load under an unspecified working condition, which causes the slide layer to deform and wear or break. Can be.
  • the softening point of the slide layer is adjusted to a range of about 120 to 180 ° C., preferably 140 to 160 ° C. by adjusting the content of components in the polymer composite material forming the slide layer when the slide layer is manufactured.
  • the softening point of the slide layer is less than about 120 ° C.
  • the inner circumferential surface of the slide layer may be deformed under high temperature and high load continuous use conditions of 60 ° C. or more, thereby degrading the life of the bush.
  • the softening point of the slide layer is greater than about 180 ° C.
  • the friction coefficient of the inner circumferential surface of the slide layer is increased, so that the wear rate of the slide layer is increased, and thus the life of the bush can be reduced.
  • Bush 100 is made of a polymer composite material, is applied to the front joint of the construction machine to support the load and implement the swinging motion.
  • the bush 100 has a space for accommodating the pin unit 200 therein, and moves relative to the pin unit. As shown in FIGS. 1 to 4, the bushing layer 101 and the load supporting layer 102 are moved. Include.
  • the slide layer 101 is accommodated in contact with the inner peripheral surface so that the pin unit 200 can be rotatably supported.
  • the slide layer 101 is a first polymer matrix; Self-lubricative material; And a first polymer composite material comprising a first fiber substrate.
  • the mixing ratio of the first polymer matrix, the self-lubricating particles and the first fiber substrate is 20 to 22: 50 to 55: 23 to 30 weight ratio, preferably 20.5 to 21.5: 52 to 54: 24 to 28
  • the slide layer has a softening point of about 120 to 180 ° C, preferably about 140 to 160 ° C.
  • the slide layer Since the slide layer exhibits excellent elasticity and resilience, and can maintain excellent lubrication characteristics without periodic feeding, the low friction property can be maintained so that the pin unit 101 contacted with the inner circumferential surface can rotate smoothly. Can be. In addition, the slide layer is not deformed even under high temperature, high load and continuous use conditions of 60 ° C. or more, so that the life of the bush can be improved.
  • the first polymer matrix may improve thermal and chemical stability of the slide layer.
  • the first polymer matrix are not particularly limited, and may be an epoxy polymer, a polyurethane polymer, a polyamide polymer, a polyalphaolefin polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a polyacetal polymer, a polyether polymer, or a poly Ester polymers, polyether sulfone polymers, polysulfide polymers, polyimide polymers, polypeptide polymers, polyketone polymers, polyolefin polymers, polyimide polymers, vinylidene polymers, and copolymers thereof. These may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • the curing rate is increased during manufacturing of the bush, so productivity may be improved, and thermal stability and chemical stability of the bush may be improved.
  • both polymer matrices are diffused or covalently bonded to each other at the interface between the slide layer and the load bearing layer, without using an adhesive or the like.
  • the load bearing layer can be more easily integrated into the slide layer.
  • the curing conditions are similar, so that each layer does not need to be cured separately, and thus the working speed can be improved.
  • the first polymer composite material includes self-lubricative particles.
  • Self-lubricating particles are solid particles with low frictional resistance even without a lubricant, which can give bushes low frictional properties at all times and prevent the inner circumferential surface of the slide layer from abrasion or burning during pin and relative movement. have.
  • Non-limiting examples of such self-lubricating particles include Graphite, Graphite fluoride, MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , NbS 2 , NbSe 2 , TaS, TaSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , CeF 3 , Ba (OH) 2 , CdCl 2 , CoCl 2 , ZrCl 2 , PbCl 2 , PbI 2 , BN, Ag 2 SO 4 , Borax (Na 2 B 4 O 7 ), Talc [Mg 3 (OH) 2 Si 2 O 10 ], Mica [KAl 2 (Si 3 Al) O 10 (OH) 2 ], ZnS, SnS 2 , FeS, CaF 2 , LiF, Zn 2 P 2 O 7 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , Fe 2 P 2 O 7 , Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Zn
  • self-lubricating particles in a resin form such as PTFE and non-resin self-lubricating particles such as graphite may be mixed and used.
  • the mixing ratio of the self-lubricating particles in the form of resin and the self-lubricating particles in the form of non-resin is not particularly limited, but is 10 to 90:90 to 10 weight ratio, preferably 20 to 70:30 to 80 In the case of the weight ratio, not only the lubricating properties of the bush but also the wear resistance and the load resistance can be further improved.
  • the first polymer composite material includes a first fiber base material.
  • the strength of the slide layer can be improved.
  • Such first fiber substrates include yarns, woven fabrics, knitting, and braids.
  • the thickness of the slide layer in the bush production through filament winding method is used. Since it can be easily adjusted, workability can be improved.
  • the slide layer is formed in a uniform thickness and shape, so that the slide layer is uniform throughout. May have strength.
  • the material (fiber) of the first fiber base is not particularly limited, and non-limiting examples include vegetable fibers such as cotton and hemp; Animal fibers such as wool, silk, etc .; Regenerated fibers such as rayon and the like; Synthetic fibers such as polyester, acrylic, nylon, polyurethane, and the like;
  • inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, metal fibers and the like, which may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, metal fibers and the like, which may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • the moisture content is low, so that pores in the bush are not formed during the subsequent curing, and the thermal stability is also excellent.
  • the strength and thermal stability of the final bush can be improved.
  • the first polymer composite material may further include additives such as an initiator, a diluent, and the like to further improve the physical properties of the slide layer, as necessary, within the range of not impairing the lubrication characteristics of the slide layer. .
  • the initiator is appropriately selected according to the type of the first polymer matrix, for example, Benzo phenone initiator, thioxantone initiator, a-hydroxyketone initiator, a-amino ketone initiator, benzyl dimethyl ketal (BDK) ), phenyl glyoxylate type, acyl phosphine oxide type, etc., but is not limited thereto.
  • the diluents include Butyl Glycidyl Ether (BGE), Phenyl Glycidyl Ether (PGE), Aliphatic Glycidyl Ether (C12-C14), Modifide-Tert-Carboxylic Dlycidyl Ester, DiButylPhthalate (DBP), DiOctylPhthalate (DOP), Nonyl-Phenol, etc. There is, but is not limited to this.
  • an extremely small amount of additives such as an antifoaming agent, a viscosity adjusting agent, a wetting agent, a glossing agent, and the like may be included.
  • the content of the initiator, diluent and other additives is not particularly limited, and may be about 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the first polymer matrix, respectively.
  • the bush 100 includes a load supporting layer 102 integrally stacked on the slide layer 101 so as to surround the outer circumferential surface of the slide layer 101.
  • the load supporting layer 102 may be in contact with the inner circumferential surface of the boss 300 to support the radial load of the pin unit 200.
  • This load bearing layer 102 is formed of a second polymer composite material comprising a second polymer matrix and a second fiber substrate.
  • the load supporting layer is about 250 It has a softening point in the range from to 400 ° C., preferably in the range from about 300 to 350 ° C.
  • the load supporting layer minimizes deformation under the use temperature conditions and maintains a high coefficient of friction at all times with respect to the boss inner circumferential surface of the housing.
  • the load supporting layer may not only compensate the load resistance of the slide layer, but also have excellent elasticity and recovery property even when a lateral load is generated by the pin unit when contacting the inner circumferential surface of the boss, thereby improving wear resistance and impact resistance.
  • the life characteristics can be improved.
  • the second polymer matrix may improve thermal and chemical stability of the load bearing layer.
  • a second polymer matrix is an epoxy polymer, a polyurethane polymer, a polyamide polymer, a polyalphaolefin polymer, a vinyl polymer, an acrylic polymer, a polyacetal polymer, a polyether polymer, a polyester Polymers, polyether sulfone polymers, polysulfide polymers, polyimide polymers, polypeptide polymers, polyketone polymers, polyolefin polymers, polyimide polymers, vinylidene polymers, and copolymers thereof. It may be used alone or in combination of two or more.
  • the curing rate is increased during manufacturing of the bush, so productivity may be improved, and thermal stability and chemical stability of the bush may be improved.
  • the second polymer matrix of the load support layer is introduced into the surface of the slide layer at the interface between the slide layer and the load support layer.
  • the second polymer composite material includes a second fiber substrate.
  • the second fibrous substrate improves the strength of the load bearing layer to compensate for the load resistance of the slide layer.
  • Such second fiber substrates include yarns, woven fabrics, knitting, braids, and the like, like the first fiber substrates.
  • the workability can be improved because the thickness of the load supporting layer can be easily adjusted during the manufacture of the bush through the filament winding method, and the fabric can be knitted even when the fabric is wound on the mandrel or the slide layer.
  • shear deformation is not easy and is formed in the same thickness and shape, so that the load supporting layer can have a uniform strength as a whole.
  • the second fiber base material (fiber) is not particularly limited, and non-limiting examples include vegetable fibers such as cotton and hemp; Animal fibers such as wool, silk, etc .; Regenerated fibers such as rayon and the like; Synthetic fibers such as polyester, acrylic, nylon, polyurethane, and the like;
  • inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, metal fibers and the like, which may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, metal fibers and the like, which may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • the moisture content is low, so that pores in the bush are not formed during the subsequent curing, and the thermal stability is also excellent.
  • the strength and thermal stability of the final bush can be improved.
  • the second polymer composite material in addition to the above-described components, in order to further improve the physical properties of the load support layer, if necessary, within the range that does not impair the characteristics such as the load resistance of the load support layer, additives such as initiators, dispersants, antifoaming agents, etc. It may further include.
  • the initiator is appropriately selected according to the type of the second polymer matrix, for example, Benzo phenone initiator, thioxantone initiator, a-hydroxyketone initiator, a-amino ketone initiator, benzyl dimethyl ketal (BDK) ), phenyl glyoxylate type, acyl phosphine oxide type, etc., but is not limited thereto.
  • the content of such an initiator is not particularly limited and may be about 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the second polymer matrix.
  • the double-structured bush made of a polymer composite material has a surface pressure of 2 to 6 kgf / mm 2 because the seizure cycle is 250,000 cycles or more and the indentation holding limit surface pressure at 60 ° C. is 90 to 100 MPa. And a sliding speed condition of 0.25 to 3.5 cm / sec.
  • the double-structured bush according to the present invention can be manufactured through various methods.
  • the dual structure bush comprises a first polymer matrix, self-lubricating particles, and a first fiber substrate, wherein the softening point of the slide layer is 120-180 ° C., so that the first polymer matrix, self-lubricating particles, 1 forming a first polymer composite material by adjusting the use ratio of the fibrous substrate; Forming a second polymer composite material comprising a second polymer matrix and a second fiber substrate, wherein adjusting the use ratio of the second polymer matrix and the second fiber substrate such that the softening point of the load supporting layer is about 250 to 400 ° C .; Winding the first polymeric composite material on a mandrel to form a slide layer of a desired thickness; Winding the second polymer composite material wound on the first polymer composite material such that a load bearing layer having a desired thickness is formed; And it can be produced through a method comprising the step of curing the wound first polymer composite material and the second polymer composite material.
  • the method may further comprise the step of cutting according to the shape of the final bush. Further, after the hardening step, the method may further include machining the inner circumferential surface of the slide layer of the final bush and / or the outer circumferential surface of the load supporting layer.
  • the dual structure bush includes a first polymer matrix, self-lubricating particles, and a first fiber substrate, wherein the softening point of the slide layer is 120 to 180 ° C., and Adjusting the percentage of use of the first fibrous substrate to form a first polymeric composite material; Forming a second polymer composite material comprising a second polymer matrix and a second fiber substrate, wherein adjusting the use ratio of the second polymer matrix and the second fiber substrate such that the softening point of the load supporting layer is about 250 to 400 ° C .; Winding the first polymeric composite material on a mandrel to form a slide layer of a desired thickness; Curing the first polymer composite material wound on the mandrel to form a slide layer; Winding the second polymer composite material onto the slide layer to form a load bearing layer of a desired thickness; And curing the wound second polymer composite material to form a load bearing layer.
  • the method may further include cutting according to the shape of the final bush. Further, after the forming of the load supporting layer, the method may further include machining the inner circumferential surface of the slide layer of the final bush and / or the outer circumferential surface of the load supporting layer.
  • a first polymer composite material including a first polymer matrix, self-lubricating particles, and a first fiber substrate is formed (S100).
  • the step S100 is a step of forming a resin composition by adding self-lubricating particles to the first polymer matrix; Weaving the first fibrous substrate using fibers; And impregnating the woven first fiber substrate into the resin composition.
  • the use ratio of the first polymer matrix, the self-lubricating particles, and the first fiber substrate is adjusted so that the softening point of the slide layer formed of the first polymer composite material is in the range of about 120 to 180 ° C.
  • the type of fiber, the thickness of the yarn, etc. it is appropriate to adjust the type of fiber, the thickness of the yarn, etc. according to the strength, elastic modulus, fatigue life, thickness, etc. of the final slide layer.
  • a second polymer composite material including the second polymer matrix and the second fiber base material is formed (S200).
  • the step S200 is a step of weaving a second fiber substrate using the fiber; And impregnating the woven second fibrous substrate into the second polymer matrix.
  • the use ratio of the first polymer matrix, the self-lubricating particles, and the first fiber substrate is adjusted so that the softening point of the slide layer formed of the first polymer composite material is in the range of about 120 to 180 ° C.
  • the type of fiber, the thickness of the yarn, and the like are appropriately adjusted in consideration of the thickness, strength, elastic modulus, fatigue life, and the like of the final load supporting layer.
  • step S100 the first polymer composite material formed in step S100 is wound around the mandrel to form a slide layer 101 (S300).
  • the number of times of winding the first polymer composite material on the mandrel and the winding angle are adjusted so that the thickness ratio of the slide layer to the load supporting layer is 0.15 to 0.67.
  • the said curing temperature and time are not specifically limited, It is preferable to adjust, taking into consideration the kind of initiator, the kind of 1st polymer matrix, the kind of 1st fiber base material, the thickness of the 1st polymer composite material, and the number of windings.
  • the first polymer composite material may be cured by heating at about 130 ° C. to 150 ° C. for about 10 to 30 minutes. At this time, shrinkage can be minimized and the strength can be improved by post-curing under the above temperature conditions semi-cured at room temperature for about one day.
  • the second polymer composite material formed in step S200 is wound around the slide layer formed in step S300 to form a load supporting layer (S400).
  • the number of layers (layers) of the first polymer composite material wound so that the ratio of the thickness of the slide layer to the load supporting layer is 0.15 to 0.67
  • the number of times of winding the second polymer composite material to the slide layer one layer Adjust above
  • the winding angle when the second high polymer composite material is wound is adjusted in consideration of the desired strength of the load supporting layer.
  • the wound first polymer composite material and the second polymer composite material are cured (S500). Thereby, a double-structured bush made of a polymer composite material including a slide layer 101 and a load bearing layer 102 integrally laminated on the outer circumferential surface of the slide layer is obtained.
  • the curing temperature and time are not particularly limited, and similarly to the first polymer composite material, the kind of initiator, the kind of first and second polymer matrices, the kind of first and second fiber substrates, and the first and second polymer composites It is preferable to adjust in consideration of the thickness of the material and the number of turns.
  • the first polymer composite material and the second polymer composite material may be cured by heating at about 130 to 150 ° C. for about 10 to 30 minutes.
  • the second polymer composite material is cured by adjusting the curing temperature and time so that the slide layer which is already cured and formed is not deteriorated.
  • the bush obtained after the step S500 can be cut according to the desired length.
  • the inner circumferential surface of the slide layer of the bush obtained after the step S500 may be machined to an appropriate tolerance level to smoothly rotate the pin unit 200.
  • the bush of the present invention can be fixed so that there is no rotation between the operation after the press-fit to the inner peripheral surface of the boss (300).
  • the present invention provides a bearing assembly (not shown) having a bush 200 of the dual structure described above.
  • the bearing assembly for example, the pin unit 200 may be inserted into an inner circumferential surface of the bush 200 having a dual structure.
  • the fabric woven with polyester fibers was impregnated with a resin composition containing epoxy resin, graphite and poly tetrafluoro ethylene particles to obtain a first polymer composite material, which was then mandrel (diameter: 71 mm). The slide layer was wound around the surface of). At this time, the mixing ratio of the epoxy resin, PTFE particles, graphite and polyester fiber fabric of the first polymer composite material was adjusted to a weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the fabric woven with glass fibers was impregnated with an epoxy resin to obtain a second polymer composite material, which was then wound on a slide layer formed on the surface of the mandrel to form a load supporting layer, and then heat-cured to form a bush having a double structure. : 71 mm, outer diameter: 86 mm, length: 60 mm).
  • the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to a weight ratio of 21.3: 78.7.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, the PTFE particles, the graphite and the polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 21.5: 21.5: 32.3: 24.7 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 20.8: 79.2 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, PTFE particles, graphite and polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 20.8: 20.8: 31.25: 27.15 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 20.4: 79.6 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, the PTFE particles, the graphite and the polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 20: 20: 30: 30 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 20:80 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • a bush made of structural carbon steel whose surface was subjected to salt bathing and MoS 2 soft coating was used as Comparative Example 1.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, the PTFE particles, the graphite and the polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 24.4: 24.4: 36.6: 14.6 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 22.2: 77.8 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, PTFE particles, graphite and polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by a weight ratio of 23.5: 23.5: 35.3: 17.7 instead of a weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 22:78 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, the PTFE particles, the graphite and the polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 22.2: 22.2: 33.4: 22.2 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to a weight ratio of 21.5: 78.5 instead of a weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • the mixing ratio of the epoxy resin, the PTFE particles, the graphite, and the polyester fiber fabric of the first polymer composite material used in Example 1 was replaced by the weight ratio of 19.4: 19.4: 29.1: 32.1 instead of the weight ratio of 22: 22: 33: 23.
  • the double structure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio of the epoxy resin and the glass fiber fabric of the second polymer composite material was adjusted to the weight ratio of 19: 81 instead of the weight ratio of 21.3: 78.7. Got a bush.
  • Each bush is heated to 120 ° C / hr with a 50 N load applied with a clamp (length: 3 mm, cross-sectional area: 1.000 ⁇ 0.015 mm 2 ), so that the end of the clamp is in the bush at the position at the start of the test.
  • the temperature at the time of invasion was measured.
  • T b represents the softening point of the load bearing layer
  • T s represents the softening point of the slide layer.
  • each bush was pressed into the boss of the housing and the shrinkage of the bush inner diameter was measured by comparing the inner diameter of the shrunk bush with the inner diameter of the bush before pressing. At this time, the shrinkage amount of the bush inner diameter is referred to as the clamping amount.
  • the friction coefficient was measured in an endless repeated test under an inert atmosphere, a temperature of -40 ° C, a rocking angle of 90 °, a rocking speed of 1 m / min, and an infinite loop load of 1 to 21 tons.
  • the first cycle to be defined as a seizure cycle, tested until the seizure cycle, and confirmed whether the bush breaks.
  • Example 1 250 120 0.2 90 0.05 261,000 X
  • Example 2 300 140 0.2 95 0.05 321,000 X
  • Example 3 350 160 0.2 95 0.07 309,000 X
  • Example 4 400 180 0.2 100 0.08 275,000 X Comparative Example 1 - - 0.2 100 0.08 165,000 X Comparative Example 2 - - 0.2 95 0.08 250,000 X Comparative Example 3 100 60 0.2 60 0.05 58,000 X Comparative Example 4 150 80 0.2 75 0.05 116,000 X Comparative Example 5 200 100 0.2 80 0.05 202,000 X Comparative Example 6 450 200 0.2 100 0.08 222,000 O
  • the bushes of Examples 1 to 4 in which the softening point of the load support layer was adjusted to 250 to 400 ° C., and the softening point of the slide layer was adjusted to 120 to 180 ° C., the indentation holding limit surface pressure at 60 ° C.
  • the Seizure cycle was 260,000 cycles higher than the bushes of Comparative Examples 1 and 2, in the extent of the bushes of Comparative Examples 1 and 2.
  • the softening point of the load support layer is adjusted to 300 to 350 °C
  • the bush of Examples 2 and 3 the softening point of the slide layer is adjusted to about 140 to 160 °C was very high Seizure cycle of more than 300,000 cycles.
  • the bushes of Examples 1 to 4 have a softening point of the load support layer outside the range of 250 to 400 ° C., or a softening point of the slide layer outside the range of 120 to 180 ° C.
  • the indentation holding limit surface pressure and Seizure cycle at 60 °C were excellent, and the bush did not break even after low temperature test at-40 °C.

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Abstract

본 발명은 저속 고하중하에서 작동하는 관절부에 이용될 수 있는 이중 구조의 부시 및 이를 구비하는 베어링 조립체에 관한 것이다.

Description

이중 구조의 부시 및 이를 구비하는 베어링 조립체
본 발명은 저속 고하중하에서 작동하는 관절부에 이용될 수 있는 이중 구조의 부시 및 이를 구비하는 베어링 조립체에 관한 것이다.
굴삭기, 스키드 스티어로더 등과 같은 건설기계는 다수의 관절부, 예컨대 붐(boom)과 아암(arm)의 연결부, 아암과 버킷(bucket)의 연결부 등을 포함한다. 이러한 건설기계의 관절부는 핀(pin)과 부시(bush)가 그리스에 의한 윤활 환경에서 요동 운동을 하는 경우가 일반적이다.
도 2에는 건설기계의 일례인 굴삭기의 프론트 관절부(10)가 도시되어 있고, 도 5는 상기 굴삭기의 관절부(10)에서 종래 부시를 핀의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 나타낸 단면도이다. 상기 관절부(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 관절운동이 요구되는 두 개의 부재를 연결하는 핀(12)과, 상기 핀과 핀구멍 사이에 발생하는 마찰저항을 저감시키기 위한 부시(11)로 구성되어 있다. 상기 핀(12)과 부시(11)는 일반적으로 그리스에 의한 윤활 환경에서 요동 운동을 한다. 또한, 상기 관절부(10)는 핀(12) 및 부시(11) 이외에, 상기 핀 및 부시를 지탱하는 하우징의 보스(boss)(13) 및 오염 물질을 차단하기 위한 실링수단(미도시됨) 등을 포함한다.
이러한 관절부는 핀과 부시의 연결 형태, 작업 환경, 및 관절부의 종류에 따라 다양한 조건하에서 작동하는데, 일반적으로 약 2 내지 6 kg/mm2 면압 및 약 0.25 내지 5 cm/sec의 속도의 조건하에서 작동한다. 이러한 작동조건은 통상적인 평균치로서, 작동조건 중 면압은 작업 하중에 따라 순간적으로 상승할 수 있으며, 특히 순간 면압은 작동 조건에 따라 작동시 편하중으로 인해 평균치의 3배 이상일 수 있다.
이와 같이 저속의 고면압 조건에서 사용되는 부시는 우수한 스커핑(scuffing) 저항성 및 내마모성이 요구되는 바, 이를 위해 다양한 조성과 형태의 제품이 개발되어 사용되고 있다.
예를 들어, 금속 강체의 내주면에 그루브(groove) 또는 홈(dimple)을 형성하여 상기 그루브 또는 홈에 그리스가 함유되도록 하여 윤활 성능을 극대화시킨 금속 부시; 표면에 자기 윤활성 입자로 코팅 처리를 하여 윤활 성능을 극대화시킨 금속 부시; 윤활제가 함침되어 있는 다공성 소결체 금속 부시 등이 있다.
다만, 건설기계 프론트 작업기는 지형, 장비의 작업 자세, 지질 등에 의해 각 부분에 인가되는 하중의 방향과 수치가 매우 불특정하고, 또한 수시로 변하기 때문에, 작업간 각 부분이 휨(bending)이 야기되거나, 전체적으로 편하중이 야기되어 국부 영역에 고하중이 집중되게 된다. 이에 따라 부시를 포함 모든 부품에 있어, 높은 수준의 내마모성과 내충격성을 필요로 한다.
그러나, 현재까지 알려진 금속계 부시의 경우, 그 형태와 관계 없이 탄성 변형률이 한계가 있어, 전술한 바와 같이 하중의 방향과 수치가 불특정하고 변동하는 조건하에서 국부 영역의 고하중 인가를 피할 수 없다. 또한, 금속계 부시의 표면에 자기 윤활성 입자로 코팅 처리를 하더라도, 자기 윤활성 입자의 수명이 제한되어 부시 표면의 초기 자리잡음 단계 이후 윤활 환경을 지속적으로 유지하기 어렵다. 한편, 다공성 금속 소결체는 충격에 지속적으로 노출될 경우, 하중을 받는 표면으로부터 점진적으로 소결체 내 기공이 축소된다. 또한, 극단적인 경우, 소결체 내 기공이 폐쇄되어, 내부에 함침되어 있는 윤활제에 의한 윤활 유지 효과를 지속적으로 발휘하기 어려운 경우가 있다.
본 발명은 저속 고하중하에서 작동하는 관절부에 적용되어 우수한 탄성, 회복성, 윤활 특성 및 내하중성을 발휘할 수 있는 부시를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 상기 부시를 구비하는 베어링 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 핀 유닛이 회전 지지 가능하도록 내주면에 접촉 수용하는 슬라이드층; 및 상기 슬라이드층의 외주면을 둘러싸도록 일체로 적층되고, 보스의 내주면에 접촉 수용되어 핀 유닛의 반경 방향 하중을 지지하는 하중 지지층을 포함하되, 상기 하중 지지층의 연화점이 250 내지 400 ℃이고, 상기 슬라이딩층의 연화점이 120 내지 180 ℃이며, 고분자 복합 재료로 형성된 이중 구조의 부시를 제공한다.
상기 하중 지지층의 연화점이 300 내지 350 ℃이고, 상기 슬라이딩층의 연화점이 140 내지 160 ℃인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 전술한 이중 구조의 부시를 구비하는 베어링 조립체를 제공한다.
본 발명은 고분자 복합 재료로 이루어진 부시로서, 종래 금속계 부시와 달리, 저속 고하중의 작동 조건하에서 우수한 탄성 및 회복성을 발휘할 수 있기 때문에, 국부 하중 인가시 변형되어 하중을 균일하게 분산시킬 수 있고, 따라서 응력 집중에 의한 이상 마모 및 충격에 의한 파손을 방지할 수 있어 내마모성 및 내충격성이 향상되고, 수명 특성도 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은 내주면에 핀 유닛을 접촉 수용하는 슬라이드층의 외주면을 보스의 내주면에 접촉 수용되어 핀 유닛의 반경 방향 하중을 지지하는 하중 지지층이 둘러싸도록 일체로 적층시키되, 상기 하중 지지층 및 슬라이드층의 연화점을 각각 특정 범위로 조절함으로써, 고하중 조건 하에서 슬라이딩에 의한 온도 상승으로 발생할 수 있는 부시의 변형이 일어나지 않고, 주기적인 급지(greasing) 없이도 우수한 윤활 특성을 지속적으로 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부시의 단면도이다.
도 2는 굴삭기에서 부시가 적용될 수 있는 관절부의 일례를 보여주는 것이다.
도 3은 도 2에 개시된 관절부에 적용된 본 발명에 따른 이중 구조의 부시를 핀의 길이방향에 대해 수직 방향으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2에 개시된 관절부에 적용된 본 발명에 따른 이중 구조의 부시를 핀의 길이방향으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2에 개시된 관절부에 적용된 종래 부시를 핀의 길이방향에 대해 수직 방향으로 나타낸 단면도이다.
** 도면 부호의 간단한 설명 **
10: 관절부, 11: 종래 부시,
12, 200: 핀, 13, 300: 보스,
100: 본 발명의 부시, 101: 슬라이드층,
102: 하중 지지층
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 고분자 복합 재료로 이루어진 부시로서, 핀 유닛이 회전 지지 가능하도록 내주면에 접촉 수용하는 슬라이드층과, 상기 슬라이드층의 외주면을 둘러싸도록 일체로 적층되고, 보스의 내주면에 접촉 수용되어 핀 유닛의 반경 방향 하중을 지지하는 하중 지지층을 포함하는 이중 구조를 갖되, 하중 지지층 및 슬라이드층의 연화점이 각각 특정 범위로 조절된 것을 특징으로 한다.
본 발명자들은 고분자 매트릭스, 섬유 기재 및 자기 윤활성 입자를 포함하는 고분자 복합 재료를 이용하여 부시를 제조할 경우, 종래 금속 부시나 다공성 소결체 부시와 달리 저속 고하중의 작동 조건하에서 높은 탄성을 유지함과 동시에 하중 비인가시 회복될 수 있다는 것을 알았다. 또한, 상기 고분자 복합 재료로 이루어진 부시는 자기 윤활성 입자로 인해 지속적으로 낮은 마찰 계수를 유지할 수 있어 종래 부시와 달리 주기적인 급지(greasing) 없이도 우수한 윤활 환경을 유지할 수 있다.
그러나, 일반적으로 건설기계는 극지방이나 열대지방에서도 사용된다. 따라서, 건설기계는 넓은 사용 가능 온도가 요구되며, 뿐만 아니라 높은 면압 수준 및 내충력성도 요구된다. 그렇기 때문에, 금속 부시를 대체하기 위한 고분자 복합 재료로 된 부시를 제조하는 것은 매우 어렵다. 더욱이, 부시와 접촉 또는 상호작용하는 기존의 기계부품들 대부분이 주강 또는 강으로 만들어졌기 때문에, 고분자 복합 재료로 된 부시의 제조시 주강 또는 강으로 형성된 기계부품들과의 상호관계를 고려하지 않을 경우, 종래에는 없던 문제가 야기될 수 있다. 특히, 고분자 복합 재료의 경우, 금속과 달리 온도 변화에 따라 변형되기 쉽다. 따라서, 이러한 고분자 복합 재료의 온도 의존성을 고려하지 않으면, 전술한 바와 같이 광범위한 건설기계의 사용 조건하에서 고분자 복합 재료로 된 부시의 경우 사용되기 어렵다.
이에, 본 발명에서는 고분자 매트릭스, 섬유 기재 및 자기 윤활성 입자를 포함하는 고분자 복합 재료로 이루어진 층(이하, '슬라이드층')의 외주면에 고분자 매트릭스 및 섬유 기재를 포함하는 고분자 복합 재료를 이용하여 층(이하, '하중 지지층')을 일체로 적층시켜 이중 구조를 형성하되, 상기 각 층의 고분자 복합 재료의 성분 함량을 조절하여 상기 슬라이드층 및 하중 지지층의 연화점을 특정 범위로 설정한다. 이로써, 본 발명에 따른 이중 구조의 부시는 우수한 윤활 특성이 유지되면서, 내마모성, 내충격성 및 내하중성이 향상되어 수명 특성이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 이중 구조 부시는 광범위한 온도 조건에서 사용될 수 있고, 하우징(housing)의 보스(boss)에 압입된 후 광범위한 조건하에서 안정적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 이중 구조의 부시는 불특정한 작동 조건에 따라 편하중이 야기되더라도 슬라이드층에서의 변형이 없기 때문에, 기존의 금속계 부시보다 수명이 더 향상될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 이중 구조의 부시는 상기 슬라이드층에 일체로 형성된 상기 하중 지지층을 포함함으로써, 고하중의 작동 조건하에서 우수한 내하중성을 가지면서, 주기적인 급지(greasing) 없이도 우수한 윤활 특성이 지속적으로 유지될 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 고분자 복합 재료로 된 이중 구조의 부시도 금속 부시와 마찬가지로, 하우징(housing)의 보스 내경보다 큰 공차 수준으로 가공한 다음 하우징의 보스에 강제 압입하는 방식으로 억지로 끼워 맞춤 고정하여 사용한다. 따라서, 본 발명에 따른 이중 구조의 부시를 사용하는 경우에도 외부 온도에 따른 변형이 최소화되어야 한다. 특히, 상기 하중 지지층의 경우, 하우징의 보스에 강제 압입되어 사용되므로, 하우징과의 압입력 유지를 위해서 사용 온도 조건에서 어떠한 변형도 있어서는 안되며, 압입된 이후 사용시 상기 하중 지지층의 외주면과 보스의 내주면이 헛도는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 하우징의 보스 내주면에 대하여 상시적으로 높은 마찰계수를 유지하고 있어야 한다. 이에, 본 발명에서는 하중 지지층의 제조시 하중 지지층을 형성하는 고분자 복합재료 내 성분들의 함량을 조절하여 하중 지지층의 연화점을 약 250 내지 400 ℃ 범위, 바람직하게는 약 300 내지 350 ℃ 범위로 조절한다. 만약, 하중 지지층의 연화점이 250 ℃ 미만이면, 60 ℃ 이상의 고온, 80 MPa 이상의 고하중 조건에서 국부적인 변형 및 마찰 저감으로 하중 지지층이 보스 내주면에 고정되지 못하고 헛돌 수 있다. 한편, 하중 지지층의 연화점이 400 ℃ 초과이면, - 40 ℃ 이하의 저온에서 취성이 커져 유압 브레이커 등의 충격 조건에서 균열 및 파손될 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 이중 구조의 부시에 있어, 슬라이드층은 핀과 상시 접촉하여 상대 운동을 한다. 이러한 슬라이드층과 핀의 상대 운동으로 인해서 슬라이드층과 핀의 계면 온도는 상승한다. 따라서, 상기 슬라이드층의 연화점이 일정 수준 이상으로 설계되지 않을 경우, 불특정한 작업 조건에서 편하중 등과 같은 국부영역의 하중 집중시 슬라이드층이 눌리고, 이로 인해 슬라이드층이 변형되어 슬라이드층이 마모되거나 파손될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 슬라이드층의 제조시 슬라이드층을 형성하는 고분자 복합 재료 내 성분들의 함량을 조절하여 슬라이드층의 연화점을 약 120 내지 180 ℃ 범위, 바람직하게는 140 내지 160 ℃ 범위로 조절한다. 만약, 슬라이드층의 연화점이 약 120 ℃ 미만인 경우, 60 ℃ 이상의 고온, 고하중하 연속 사용 조건에서 슬라이드층의 내주면이 변형되어 부시의 수명이 저하될 수 있다. 한편, 슬라이드층의 연화점이 약 180 ℃ 초과인 경우, 슬라이드층의 내주면의 마찰계수가 커져 슬라이드층의 마모율이 증가하고, 따라서 부시의 수명이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 부시(100)는 고분자 복합 재료로 이루어진 것으로서, 건설기계 프론트 관절부에 적용되어 하중을 지지하고 요동 운동을 구현한다. 이러한 부시(100)는 내부에 핀 유닛(200)을 수용할 수 있는 공간을 구비하여 핀 유닛과 상대 운동하는데, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 슬라이드층(101)과 하중 지지층(102)을 포함한다.
상기 슬라이드층(101)은 핀 유닛(200)이 회전 지지 가능하도록 내주면에 접촉 수용한다. 이러한 슬라이드층(101)은 제1 고분자 매트릭스; 자기 윤활성 입자(self-lubricative material); 및 제1 섬유 기재를 포함하는 제1 고분자 복합재료로 형성된다. 이때, 상기 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재의 혼합 비율을 20 ~ 22 : 50 ~ 55 : 23 ~ 30의 중량 비율, 바람직하게는 20.5 ~ 21.5 : 52 ~ 54 : 24 ~ 28의 중량 비율로 조절할 경우, 상기 슬라이드층은 약 120 내지 180 ℃, 바람직하게는 약 140 내지 160 ℃의 연화점을 갖는다. 이러한 슬라이드층은 우수한 탄성 및 회복성을 발휘하면서, 주기적인 급지 없이도 우수한 윤활 특성을 지속적으로 유지할 수 있기 때문에, 저마찰 특성을 유지할 수 있어 내주면에 접촉 수용되는 핀 유닛(101)이 원활하게 회전할 수 있다. 게다가, 상기 슬라이드층은 60 ℃ 이상의 고온, 고하중하 연속 사용 조건에서도 변형되지 않아, 부시의 수명이 향상될 수 있다.
상기 제1 고분자 매트릭스는 슬라이드층의 열적, 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 제1 고분자 매트릭스의 예로는 특별히 제한되지 않으며, 에폭시계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리알파올레핀계 고분자, 비닐계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리아세탈계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리설파이드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리펩티드계 고분자, 폴리케톤계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 비닐리딘계 고분자, 이들의 공중합체 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이 중에서 에폭시계 고분자의 경우, 부시의 제조시 경화속도가 빨라 생산성이 향상될 수 있으며, 또한 부시의 열적 안정성, 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 다만, 하기 제2 고분자 매트릭스와 상용성(compatible)이 있는 고분자를 제1 고분자 매트릭스로 사용할 경우, 슬라이드층과 하중 지지층의 계면에서 양층의 고분자 매트릭스가 서로 확산되거나 공유 결합하여, 접착제 등의 사용 없이도 슬라이드층에 하중 지지층이 보다 용이하게 일체로 적층될 수 있다. 또한, 상용성이 있는 고분자 매트릭스들을 사용할 경우, 경화 조건이 유사하기 때문에, 별도로 각 층을 경화시키지 않아도 되고, 따라서 작업 속도가 향상될 수 있다.
또, 상기 제1 고분자 복합 재료는 자기 윤활성 입자(self-lubricative particle)를 포함한다. 자기 윤활성 입자는 윤활제 없이도 마찰 저항이 낮은 고체 입자로서, 부시에 상시적으로 저마찰 특성을 부여하면서, 슬라이드층의 내주면이 핀과 상대 운동시 내주면이 마모 또는 소부(燒付)되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 자기 윤활성 입자의 비제한적인 예로는 Graphite, Graphite fluoride, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, NbS2, NbSe2, TaS, TaSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, CeF3, Ba(OH)2, CdCl2, CoCl2, ZrCl2, PbCl2, PbI2, BN, Ag2SO4, Borax(Na2B4O7), Talc[Mg3(OH)2Si2O10], Mica[KAl2(Si3Al)O10(OH)2], ZnS, SnS2, FeS, CaF2, LiF, Zn2P2O7, Ca3(PO4)2, Fe2P2O7, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Zn(OH)2, PbO, ZnO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, polytetrafluoroethylene(PTFE), Fluorinated ethylene propylene(FEP), Pb, Sn, Zn, Cu, Ag 및 In 등이 있다. 이 중에서, Graphite, PTFE 또는 이들의 혼합물 등이 바람직하고, PTFE이 더 바람직하다.
상기 자기 윤활성 입자로 PTFE 등과 같은 수지 형태의 자기 윤활성 입자와 흑연 등과 같은 비(非)-수지 형태의 자기 윤활성 입자가 혼합되어 사용될 수 있다. 이러한 경우, 수지 형태의 자기 윤활성 입자와 비(非)-수지 형태의 자기 윤활성 입자의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으나, 10 ~ 90 : 90 ~ 10 중량 비율, 바람직하게는 20 ~ 70 : 30 ~ 80 중량 비율일 경우, 부시의 윤활 특성뿐만 아니라, 내마모성, 내하중성도 함께 더 향상될 수 있다.
또, 상기 제1 고분자 복합 재료는 제1 섬유 기재를 포함한다. 상기 제1 섬유 기재를 포함함으로써, 슬라이드층의 강도가 향상될 수 있다.
이러한 제1 섬유 기재로는 실(yarn), 직물(woven fabric), 편물(knitting), 및 브레이드(braid)가 있는데, 이 중에서 직물을 사용할 경우, filament winding법을 통해 부시 제조시 슬라이드층의 두께를 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 작업성이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 맨드릴(mandrel)에 직물을 감아 슬라이드층을 형성할 때 편물이나 브레이드와 달리 전단 변형(shear deformation)이 쉽지 않아 균일한 두께 및 형태로 슬라이드층이 형성되기 때문에, 슬라이드층이 전체적으로 균일한 강도를 가질 수 있다.
상기 제1 섬유 기재의 재료(섬유)로는 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로는 면, 마 등과 같은 식물성 섬유; 모, 견 등과 같은 동물성 섬유; 레이온 등과 같은 재생 섬유; 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리우레탄 등과 같은 합성섬유; 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유, 금속섬유 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이 중에서 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유일 경우, 수분 함수율이 낮기 때문에, 추후 경화시 부시 내 기공(pore)이 형성되지 않으며, 또한 열적 안정성도 우수하다. 따라서, 무기 섬유로 이루어진 직물을 사용할 경우, 최종 부시의 강도 및 열적 안정성이 향상될 수 있다.
상기 제1 고분자 복합 재료는 전술한 성분들 이외에, 슬라이드층의 윤활 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 필요에 따라 슬라이드층의 물성을 보다 더 향상시키기 위해 개시제, 희석제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 개시제는 상기 제1 고분자 매트릭스의 종류에 따라 적절하게 선택하며, 예컨대 Benzo phenone계 개시제, thioxantone계 개시제, a-hydroxyketone계 개시제, a-amino ketone계 개시제, 벤질 다이메틸 케탈(benzyl dimethyl ketal, BDK), phenyl glyoxylate계, acyl phosphine oxide계 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 희석제에는 Butyl Glycidyl Ether (BGE), Phenyl Glycidyl Ether(PGE), Aliphatic Glycidyl Ether(C12-C14), Modifide-Tert-Carboxylic Dlycidyl Ester, DiButylPhthalate(DBP), DiOctylPhthalate(DOP), Nonyl-Phenol, Hysol 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이외에도 경화시 물성을 개량하고 기포 및 광택도를 조정하기 위해 소포제, 점도 조절제, 습윤제(wetting agent), 광택 조절제 등과 같은 첨가제를 극 미량 포함할 수 있다.
상기 개시제, 희석제 및 기타 첨가제들의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 각각 제1 고분자 매트릭스의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 10 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 부시(100)는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이드층(101)의 외주면을 둘러싸도록 슬라이드층(101)에 일체로 적층된 하중 지지층(102)을 포함한다. 상기 하중 지지층(102)은 보스(boss)(300)의 내주면에 접촉 수용되어 핀 유닛(200)의 반경 방향 하중을 지지할 수 있다.
이러한 하중 지지층(102)은 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재를 포함하는 제2 고분자 복합 재료로 형성된다. 이때, 상기 제2 고분자 매트릭스와 제2 섬유 기재의 혼합 비율을 20 ~ 21.4 : 78.6 ~ 80의 중량 비율, 바람직하게는 20 ~ 21 : 79 ~ 80의 중량 비율로 조절할 경우, 상기 하중 지지층은 약 250 내지 400 ℃ 범위, 바람직하게는 약 300 내지 350 ℃ 범위의 연화점을 갖는다. 이로써, 상기 하중 지지층은 사용 온도 조건에서 변형이 최소화되며, 하우징의 보스 내주면에 대해 상시적으로 높은 마찰계수를 유지한다. 또한, 상기 하중 지지층은 슬라이드층의 내하중성을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 보스의 내주면에 접촉 수용시 핀 유닛에 의해 편하중이 발생하더라도 탄성 및 회복성이 우수하여 내마모성 및 내충격성이 향상될 수 있고, 나아가 수명 특성이 향상될 수 있다.
상기 제2 고분자 매트릭스는 하중 지지층의 열적, 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 제2 고분자 매트릭스의 비제한적인 예로는 에폭시계 고분자, 폴리우레탄계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리알파올레핀계 고분자, 비닐계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리아세탈계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리설파이드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리펩티드계 고분자, 폴리케톤계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 비닐리딘계 고분자, 이들의 공중합체 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이 중에서 에폭시계 고분자의 경우, 부시의 제조시 경화속도가 빨라 생산성이 향상될 수 있으며, 또한 부시의 열적 안정성, 화학적 안정성을 향상시킬 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 제2 고분자 매트릭스로서 제1 고분자 매트릭스와 상용성(compatible)이 있는 고분자를 사용할 경우, 슬라이드층과 하중 지지층의 계면에서 하중 지지층의 제2 고분자 매트릭스가 슬라이드층의 표면 내로 확산되거나 슬라이드층의 제1 고분자 매트릭스와 공유결합하여, 하중 지지층이 용이하게 슬라이드층에 일체로 적층될 수 있다.
또, 상기 제2 고분자 복합 재료는 제2 섬유 기재를 포함한다. 제2 섬유 기재는 하중 지지층의 강도를 향상시켜 슬라이드층의 내하중성을 보완한다.
이러한 제2 섬유 기재로는 제1 섬유 기재와 마찬가지로, 실(yarn), 직물(woven fabric), 편물(knitting), 및 브레이드(braid) 등이 있다. 이 중에서 직물을 사용할 경우, filament winding법을 통해 부시 제조시 하중 지지층의 두께를 조절하기 용이할 수 있기 때문에, 작업성이 향상될 수 있으며, 또한 맨드릴(mandrel)이나 슬라이드층에 직물을 감더라도 편물이나 브레이드와 달리 전단 변형(shear deformation)이 쉽지 않아 동일한 두께 및 형태로 형성되고, 따라서 하중 지지층이 전체적으로 균일한 강도를 가질 수 있다.
상기 제2 섬유 기재의 재료(섬유)로는 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로는 면, 마 등과 같은 식물성 섬유; 모, 견 등과 같은 동물성 섬유; 레이온 등과 같은 재생 섬유; 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리우레탄 등과 같은 합성섬유; 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유, 금속섬유 등이 있는데, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이 중에서 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기 섬유일 경우, 수분 함수율이 낮기 때문에, 추후 경화시 부시 내 기공(pore)이 형성되지 않으며, 또한 열적 안정성도 우수하다. 따라서, 무기 섬유로 이루어진 직물을 사용할 경우, 최종 부시의 강도 및 열적 안정성이 향상될 수 있다.
상기 제2 고분자 복합 재료는 전술한 성분들 이외에, 하중 지지층의 내하중성 등의 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 필요에 따라 하중 지지층의 물성을 보다 더 향상시키기 위해, 개시제, 분산제, 소포제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 개시제는 상기 제2 고분자 매트릭스의 종류에 따라 적절하게 선택하며, 예컨대 Benzo phenone계 개시제, thioxantone계 개시제, a-hydroxyketone계 개시제, a-amino ketone계 개시제, 벤질 다이메틸 케탈(benzyl dimethyl ketal, BDK), phenyl glyoxylate계, acyl phosphine oxide계 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이러한 개시제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 제2 고분자 매트릭스의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 10 중량부일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따라 고분자 복합 재료로 이루어진 이중 구조의 부시는 seizure cycle이 250,000 cycle 이상이고, 60 ℃에서의 압입 유지 한계 면압이 90 내지 100 MPa이기 때문에, 2 내지 6 kgf/㎟ 의 면압 및 0.25 내지 3.5 cm/sec 의 접동속도 조건하에서 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이중 구조의 부시는 다양한 방법을 통해 제조될 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 이중 구조의 부시는 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재를 포함하되, 슬라이드층의 연화점이 120 내지 180 ℃가 되도록 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재의 사용 비율을 조절하여 제1 고분자 복합 재료를 형성하는 단계; 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재를 포함하되, 하중 지지층의 연화점이 약 250 내지 400 ℃가 되도록 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재의 사용 비율을 조절하여 제2 고분자 복합 재료를 형성하는 단계; 원하는 두께의 슬라이드층이 형성되도록 상기 제1 고분자 복합 재료를 맨드릴(mandrel)에 감는 단계; 원하는 두께의 하중 지지층이 형성되도록 감겨진 제2 고분자 복합 재료를 제1 고분자 복합 재료 위에 감는 단계; 및 감겨있는 제1 고분자 복합 재료 및 제2 고분자 복합 재료를 경화하는 단계를 포함하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 상기 경화 단계 후, 최종 부시의 형상에 따라 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또, 경화 단계 후, 최종 부시의 슬라이드층의 내주면 및/또는 하중 지지층의 외주면을 기계 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일례에 따르면, 이중 구조의 부시는 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재를 포함하되, 슬라이드층의 연화점이 120 내지 180 ℃가 되도록 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재의 사용 비율을 조절하여 제1 고분자 복합 재료를 형성하는 단계; 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재를 포함하되, 하중 지지층의 연화점이 약 250 내지 400 ℃가 되도록 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재의 사용 비율을 조절하여 제2 고분자 복합 재료를 형성하는 단계; 원하는 두께의 슬라이드층이 형성되도록 상기 제1 고분자 복합 재료를 맨드릴에 감는 단계; 상기 맨드릴에 감겨 있는 제1 고분자 복합 재료를 경화하여 슬라이드층을 형성하는 단계; 원하는 두께의 하중 지지층이 형성되도록 제2 고분자 복합 재료를 슬라이드층 위에 감는 단계; 및 감겨 있는 제2 고분자 복합 재료를 경화하여 하중 지지층을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 상기 하중 지지층의 형성 단계 후, 최종 부시의 형상에 따라 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또, 하중 지지층의 형성 단계 후, 최종 부시의 슬라이드층의 내주면 및/또는 하중 지지층의 외주면을 기계 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자 및 제1 섬유 기재를 포함하는 제1 고분자 복합 재료를 형성한다(S100).
상기 단계 S100은 제1 고분자 매트릭스에 자기 윤활성 입자를 첨가하여 수지 조성물을 형성하는 단계; 섬유를 이용하여 제1 섬유 기재를 직조하는 단계; 및 직조된 제1 섬유 기재를 수지 조성물에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 고분자 복합 재료로 형성되는 슬라이드층의 연화점이 약 120 내지 180 ℃ 범위가 되도록 상기 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자, 및 제1 섬유 기재의 사용 비율을 조절한다.
상기 제1 섬유 기재의 직조시, 최종 슬라이드층의 강도, 탄성계수, 피로 수명, 두께 등에 따라 섬유의 종류, 원사의 굵기 등을 조절하는 것이 적절하다.
상기 단계 S100과 시간적 선·후 관계 없이, 제2 고분자 매트릭스 및 제2 섬유 기재를 포함하는 제2 고분자 복합 재료를 형성한다(S200).
상기 단계 S200은 섬유를 이용하여 제2 섬유 기재를 직조하는 단계; 및 직조된 제2 섬유 기재를 제2 고분자 매트릭스에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 고분자 복합 재료로 형성되는 슬라이드층의 연화점이 약 120 내지 180 ℃ 범위가 되도록 상기 제1 고분자 매트릭스, 자기 윤활성 입자, 및 제1 섬유 기재의 사용 비율을 조절한다.
상기 제2 섬유 기재의 직조시, 제1 섬유 기재의 직조와 마찬가지로, 최종 하중 지지층의 두께, 강도, 탄성계수, 피로 수명 등을 고려하여 섬유의 종류, 원사의 굵기 등을 적절하게 조절한다.
이후, 상기 단계 S100에서 형성된 제1 고분자 복합 재료를 맨드릴에 감아 슬라이드층(101)을 형성한다(S300). 이때, 하중 지지층에 대한 슬라이드층의 두께 비율이 0.15 내지 0.67이 되도록 맨드릴에 제1 고분자 복합 재료를 감는 횟수 및 감는 각도를 조절한다.
한편, 슬라이드층의 제1 고분자 매트릭스와 하중 지지층의 제2 고분자 매트릭스가 상용성이 없을 경우, 맨드릴에 제1 고분자 복합 재료를 감은 후, 감겨진 제1 고분자 복합 재료를 경화하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 경화 온도 및 시간은 특별히 한정되지 않고, 개시제의 종류, 제1 고분자 매트릭스의 종류, 제1 섬유 기재의 종류, 제1 고분자 복합 재료의 두께 및 감은 횟수 등을 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 방향족 polyamine계 개시제를 사용하는 경우 약 130℃ 내지 150 ℃의 온도하에서 약 10 내지 30 분 정도 상기 제1 고분자 복합 재료를 가열하여 경화시킬 수 있다. 이 때, 상온에서 1일 정도 반경화시킨 상기 온도 조건에서 후경화시킴으로써 수축을 최소화하고, 강도를 향상시킬 수도 있다.
이어서, 상기 단계 S200에서 형성된 제2 고분자 복합 재료를, 상기 단계 S300에서 형성된 슬라이드층에 감아 하중 지지층을 형성한다(S400). 이때, 하중 지지층에 대한 슬라이드층의 두께 비율이 0.15 내지 0.67이 되도록, 감겨진 제1 고분자 복합 재료의 겹수(층수)를 고려하여 제2 고분자 복합 재료를 슬라이드층에 감는 횟수를 한 겹(1층) 이상으로 조절한다. 또한, 하중 지지층의 원하는 강도를 고려하여 제2 고분바 복합 재료를 감을 때 감는 각도를 조절한다.
이후, 감겨진 제1 고분자 복합 재료 및 제2 고분자 복합 재료를 경화한다(S500). 이로써, 슬라이드층(101) 및 상기 슬라이드층의 외주면에 일체로 적층된 하중 지지층(102)을 포함하는 고분자 복합 재료로 된 이중 구조의 부시를 얻는다.
상기 경화 온도 및 시간은 특별히 한정되지 않고, 상기 제 1 고분자 복합재료와 마찬가지로 개시제의 종류, 제1 및 제2 고분자 매트릭스의 종류, 제1 및 제2 섬유 기재의 종류, 제1 및 제2 고분자 복합 재료의 두께 및 감은 횟수 등을 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 방향족 polyamine계 개시제를 사용하는 경우 약 130 내지 150 ℃의 온도하에서 약 10 내지 30 분 정도 상기 제1 고분자 복합 재료 및 제2 고분자 복합 재료를 가열하여 경화시킬 수 있다.
다만, 제1 고분자 복합 재료에 대한 경화 단계가 별도로 수행된 경우, 이미 경화되어 형성된 슬라이드층이 열화되지 않도록 경화 온도 및 시간을 조절하여 제2 고분자 복합 재료를 경화한다.
한편, 상기 단계 S500 후 얻은 부시를 원하는 길이에 따라 절단할 수 있다.
또, 상기 단계 S500 후 얻은 부시의 슬라이드층의 내주면을 적절한 공차 수준이 되도록 기계 가공하여 핀 유닛(200)을 원활하게 회전하도록 할 수 있. 또한, 상기 부시의 하중 지지층의 외주면을 적절한 공차 수준이 되도록 기계 가공하여, 본 발명의 부시를 보스(300)의 내주면에 압입 이후 작동간에는 회전이 없도록 고정시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 이중 구조의 부시(200)을 구비하는 베어링 조립체(미도시됨)을 제공한다. 상기 베어링 조립체로는 예를 들어 이중 구조의 부시(200)의 내주면에 핀 유닛(200)이 삽입된 형태일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리에스테르 섬유를 이용하여 직조된 직물을 에폭시 수지, 흑연 및 PTFE 입자(poly tetrafluoro ethylene particle)가 포함된 수지 조성물에 함침시켜 제1 고분자 복합 재료를 얻은 다음, 이를 맨드릴(mandrel)(직경: 71 ㎜)의 표면에 감아 슬라이드층을 형성하였다. 이때, 상기 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율로 조절하였다. 이후, 유리 섬유를 이용하여 직조된 직물을 에폭시 수지에 함침시켜 제2 고분자 복합 재료를 얻은 후, 이를 맨드릴 표면에 형성된 슬라이드층 위에 감아 하중 지지층을 형성한 다음, 가열 경화하여 이중 구조의 부시(내경: 71 ㎜, 외경: 86 ㎜, 길이: 60 ㎜)를 얻었다. 이때, 상기 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율로 조절하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 21.5 : 21.5 : 32.3 : 24.7의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 20.8 : 79.2의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 20.8 : 20.8 : 31.25 : 27.15의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 20.4 : 79.6의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[실시예 4]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 20 : 20 : 30 : 30의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 20 : 80의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[비교예 1]
표면이 염욕질화 및 MoS2 연질 코팅 처리된 구조용 탄소강으로 이루어진 부시를 비교예 1로 사용하였다.
[비교예 2]
Fe-Cu계 다공성 소결체 부시를 비교예 2로 사용하였다.
[비교예 3]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 24.4 : 24.4 : 36.6 : 14.6의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 22.2 : 77.8의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[비교예 4]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 23.5 : 23.5 : 35.3 : 17.7의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 22 : 78의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[비교예 5]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 22.2 : 22.2 : 33.4 : 22.2의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 21.5 : 78.5의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[비교예 6]
실시예 1에서 사용된 제1 고분자 복합 재료의 에폭시 수지, PTFE 입자, 흑연 및 폴리에스테르 섬유 직물의 혼합 비율을 22 : 22 : 33 : 23의 중량 비율 대신 19.4 : 19.4 : 29.1 : 32.1의 중량 비율로 조절하고, 제2 고분자 복합 재료의 에폭시 수지와 유리섬유 직물의 혼합 비율을 21.3 : 78.7의 중량 비율 대신 19 : 81의 중량 비율로 조절하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 이중 구조의 부시를 얻었다.
[실험예1] - 물성 평가
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 6에서 각각 제조된 부시에 대하여 연화점, 죔쇄량, 60 ℃ 조건에서의 압입 유지 한계 면압, 마찰계수 및 Seizure cycle을 측정하였고, 저온 시험 후 파손 여부를 관찰하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1-1. 연화점
각각의 부시에 누름쇠(길이: 3 mm, 단면적: 1.000±0.015 mm2)로 50 N의 하중을 가한 상태에서 120 ℃/hr로 승온시켜, 누름쇠의 끝이 시험 개시 때의 위치에서 부시 속으로 침입될 때의 온도를 측정하였다. 표 1에서 Tb는 하중 지지층의 연화점을 나타낸 것이고, Ts는 슬라이드층의 연화점을 나타낸 것이다.
1-2. 죔쇄량
각각의 부시를 하우징(housing)의 보스에 압입한 다음 수축된 부시의 내경을 압입 전 부시의 내경과 비교하여 부시 내경의 수축량을 측정하였다. 이때, 부시 내경의 수축량을 죔쇄량이라 한다.
1-3. 압입 유지 한계 면압
비윤활성분위기, 90 °의 요동각도, 1m/min의 요동속도 및 60 ℃의 온도 조건에서 단계별로 하중을 인가하였을 때 하우징과 부시 외경의 압입력 저하로 겉돌기 시작하는 순간의 면압을 측정하였다.
1-4. 마찰계수 및 Seizure cycle
비윤활성 분위기, 90 °의 요동 각도, 1 m/min의 요동 속도 및 1~21 ton의 무한 반복 하중 조건하에서 무한 반복 시험하여 실시간 마찰계수를 측정하였고, 마찰계수가 0.35 이상이 되는 최초의 cycle을 seizure cycle로 규정하여 측정하였다.
1-5. 저온 시험 후 파손 여부
비윤활성 분위기, - 40 ℃의 온도, 90 °의 요동 각도, 1 m/min의 요동 속도 및 1~21 ton의 무한 반복 하중 조건 하에서 무한 반복 시험하여 실시간 마찰계수를 측정하였고, 마찰계수가 0.35 이상이 되는 최초의 cycle을 seizure cycle로 규정하여 seizure cycle까지 시험한 후 부시의 파손 여부를 확인하였다.
표 1
Tb(℃) Ts(℃) 죔쇄량(mm) 압입 유지 한계 면압(MPa)(60 ℃) 마찰계수 Seizurecycle 저온시험 후 파손 여부(- 40 ℃)
실시예 1 250 120 0.2 90 0.05 261,000 X
실시예 2 300 140 0.2 95 0.05 321,000 X
실시예 3 350 160 0.2 95 0.07 309,000 X
실시예 4 400 180 0.2 100 0.08 275,000 X
비교예 1 - - 0.2 100 0.08 165,000 X
비교예 2 - - 0.2 95 0.08 250,000 X
비교예 3 100 60 0.2 60 0.05 58,000 X
비교예 4 150 80 0.2 75 0.05 116,000 X
비교예 5 200 100 0.2 80 0.05 202,000 X
비교예 6 450 200 0.2 100 0.08 222,000 O
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 하중 지지층의 연화점이 250내지 400 ℃로 조절되면서, 슬라이드층의 연화점이 120 내지 180 ℃로 조절된 실시예 1 내지 4의 부시는 60 ℃에서의 압입 유지 한계 면압이 비교예 1 및 2의 부시 정도이면서, Seizure cycle이 260,000 cycle로 비교예 1 및 2의 부시보다 더 높았다. 특히, 하중 지지층의 연화점이 300내지 350 ℃로 조절되면서, 슬라이드층의 연화점이 약 140 내지 160 ℃로 조절된 실시예 2 및 3의 부시는 Seizure cycle이 300,000 cycle 이상으로 매우 높았다.
또한, 실시예 1 내지 4의 부시는 하중 지지층의 연화점이 250 내지 400 ℃ 범위 외(外)로 조절되거나, 또는 슬라이드층의 연화점이 120 내지 180 ℃ 범위 외(外)로 조절된 비교예 3 내지 6의 부시에 비해 60 ℃에서의 압입 유지 한계 면압 및 Seizure cycle이 우수하였고, 또한 - 40 ℃에서의 저온 시험 후에도 부시가 파손이 되지 않았다.

Claims (6)

  1. 핀 유닛이 회전 지지 가능하도록 내주면에 접촉 수용하는 슬라이드층; 및
    상기 슬라이드층의 외주면을 둘러싸도록 일체로 적층되고, 보스의 내주면에 접촉 수용되어 핀 유닛의 반경 방향 하중을 지지하는 하중 지지층
    을 포함하되,
    상기 하중 지지층의 연화점이 250 내지 400 ℃이고, 상기 슬라이딩층의 연화점이 120 내지 180 ℃이며, 고분자 복합 재료로 형성된 이중 구조의 부시.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하중 지지층의 연화점이 300 내지 350 ℃이고,
    상기 슬라이딩층의 연화점이 140 내지 160 ℃인 고분자 복합 재료로 형성된 이중 구조의 부시.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드층은 (a) 제1 고분자 매트릭스; (b) 자기 윤활성 입자(self-lubricative material); 및 (c) 제1 섬유 기재를 포함하는 제1 고분자 복합재료로 형성된 것이 특징인 이중 구조의 부시.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하중 지지층은 (a) 제2 고분자 매트릭스, 및 (b) 제2 섬유 기재를 포함하는 제2 고분자 복합재료로 형성된 것이 특징인 이중 구조의 부시.
  5. 제1항에 있어서,
    2 내지 6 kgf/㎟ 의 면압 및 0.25 내지 5 cm/sec 의 접동속도 조건에서 사용되는 것이 특징인 이중 구조의 부시.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 이중 구조의 부시를 구비하는 베어링 조립체.
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