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KR101565425B1 - 부싱용 캐스트 불소중합체 필름 - Google Patents

부싱용 캐스트 불소중합체 필름 Download PDF

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KR101565425B1
KR101565425B1 KR1020137009899A KR20137009899A KR101565425B1 KR 101565425 B1 KR101565425 B1 KR 101565425B1 KR 1020137009899 A KR1020137009899 A KR 1020137009899A KR 20137009899 A KR20137009899 A KR 20137009899A KR 101565425 B1 KR101565425 B1 KR 101565425B1
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friction reducing
bushing
load bearing
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알렉시스 폰누라주
크리스토퍼 엠. 커멕스
카렌 엠. 콘리
프랭크 제이. 실레그
사라 엘. 클락
레이몬드 화이트
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생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션
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Publication date
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Abstract

방법은 캐리어 위에 마찰 감소층을 캐스팅하는 단계, 및 상기 마찰 감소층 위에 접착층을 캐스팅하여 다층 캐스트 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 하중 베어링 기층에 다층 캐스트 필름을 적층하여 하중 베어링 기층이 복합재를 형성하는 단계와 복합재를 성형하는 단계를 추가로 포함한다. 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접한다

Description

부싱용 캐스트 불소중합체 필름{CAST FLUOROPOLYMER FILM FOR BUSHINGS}
본 발명은 일반적으로 부싱용 캐스트 불소중합체 필름에 관한 것이다.
하중 베어링 기층과 미끄럼층 오버레이로 이루어진 미끄럼 베어링 복합재가 일반적으로 알려져 있다.
미끄럼 베어링 복합재는, 예를 들면, 자동차 산업에서 사용되는 평베어링 부싱과 같은 다양한 베어링을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 평면 베어링 부싱은 문, 후드 및 엔진룸 힌지, 시트, 스티어링 컬럼, 플라이휠, 밸런서축 베어링 등에 사용될 수 있다. 또한, 미끄럼 베어링 복합재로 형성된 평면 베어링 부싱은 또한 비자동차 용도에도 사용될 수 있다.
개선된 베어링이 계속 요구되고 있다.
(기재없음)
예시적인 실시형태에서, 방법은 캐리어 위에 마찰 감소층을 캐스팅하는 단계, 및 마찰 감소층 위에 접착층을 캐스팅하여 다층 캐스트 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 하중 베어링 기층에 다층 캐스트 필름을 적층하여 복합재를 형성하는 단계, 및 복합재를 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시 형태에서, 방법은 폴리이미드 캐리어의 제1 및 제2 면 위에 제1 및 제2 마찰 감소층을 캐스팅하는 단계, 및 제1 및 제2 마찰 감소층 위에 제1 및 제2 접착층을 캐스팅하여 제1 및 제2 다층 캐스트 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제1 및 제2 하중 베어링 기층에 제1 및 제2 다층 캐스트 필름을 적층하여 제1 및 제2 복합재를 형성하는 단계, 및 복합재들을 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
각 복합재에서, 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접할 수 있다.
추가 실시형태에서, 방법은 하중 베어링 기층의 표면 위에 접착층을 캐스팅하는 단계, 및 접착층 위에 마찰 감소층을 캐스팅하여 다층 캐스트 필름을 갖는 복합재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 복합재를 성형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시 형태에서, 부싱은 제1 주표면을 갖는 하중 베어링 기층, 및 하중 베어링 기층의 제1 주표면에 적층된 캐스트 불소중합체 필름을 포함할 수 있다. 캐스트 불소중합체 필름은 마찰 감소층 및 접착층을 포함할 수 있다. 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접할 수 있다.
또 다른 추가 실시형태에서, 부싱은 제1 주표면을 갖는 하중 베어링 기층 및 하중 베어링 기층의 제1 주표면에 적층된 캐스트 불소중합체 필름을 포함할 수 있다. 캐스트 불소중합체 필름은 마찰 감소층 및 접착층을 포함할 수 있다. 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접할 수 있다. 부싱은 캐스트 불소중합체 필름 위에 놓인 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조함으로써, 본 기술의 통상의 기술자에게, 더 잘 이해될 수 있으며, 다양한 특징 및 이점들이 명확해질 것이다.
도 1은 예시적인 부싱의 층구조에 대한 개략도이다.
도 2는 예시적인 다층 캐스트 필름의 개략도이다.
도 3은 다층 캐스트 필름을 사용하여 복합재를 형성하기 위한 예시적인 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 4는 다층 캐스트 필름을 사용하여 복합재를 형성하는 동안 예시적인 층 구조의 개략도이다.
도 5는 부싱의 다양한 실시형태에 대한 개략도이다.
도 6, 7 및 8은 예시적인 힌지에 대한 개략도이다.
도 9는 예시적인 자전거 헤드셋에 대한 개략도이다.
다른 도면에서 동일한 참조번호를 사용한 것은 유사하거나 동일한 대상을 가리킨다.
예시적인 실시 형태에서, 부싱은 제1 주표면을 갖는 하중 베어링 기층, 및 하중 베어링 기층의 제1 주표면에 적층되어 있는, 캐스트 불소중합체 필름과 같은 캐스트 중합체 필름을 포함할 수 있다. 캐스트 중합체 필름은 마찰 감소층 및 접착층을 포함할 수 있다. 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접할 수 있다. 부싱은 두 개의 부품 사이에서 전달되는 소음과 진동의 양을 실질적으로 감소시키면서 두 개의 부품 사이에서 미끄럼 맞물림(sliding engagement)을 제공할 수 있다. 캐스트 필름의 마찰 감소층은 부품 중 하나의 표면과 접촉 상태일 수 있다.
도 1은 일반적으로 (100)으로 표시된 복합재의 다양한 층을 도시하는 단면도이다. 일 실시형태에서, 복합재(100)는 부싱일 수 있다. 대안으로서, 복합재는 다양한 다른 구조물, 예를 들면 백킹시트(backing sheet) 또는 팬, 지붕판넬 등으로 만들어 질 수 있다. 복합재(100)는 하중 베어링 기층(102)을 포함할 수 있다. 하중 베어링 기층(102)은 금속 지지층일 수 있다. 금속 지지층은 금속 또는 합금, 예를 들어, 탄소강, 스프링강 등을 포함하는 강, 철, 알루미늄, 아연, 구리, 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
다층 캐스트 필름(104)은 하중 베어링 기층(102)에 적층될 수 있다. 다층 캐스트 필름(104)은 마찰 감소층(106), 접착층(108), 및 선택적으로 중간 중합체층(110)을 포함할 수 있다. 마찰 감소층(106)은 불소중합체, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화 에틸렌-프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 퍼플루오로알콕시폴리머, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 마찰 감소층(106)은 약 4.0 이하, 예를 들어 약 0.2 이하, 심지어 약 0.15 이하의 마찰 계수를 가질 수 있다.
또한, 마찰 감소층(106)은 마찰 감소 충전제와 같은 충전제를 포함할 수 있다. 마찰 감소층(106)에 사용될 수 있는 충전제의 예시로서, 유리섬유, 탄소섬유, 실리콘, 그래파이트, PEEK, 몰리브덴 디설파이드, 방향족 폴리에스테르, 탄소 입자, 청동, 불소중합체, 열가소성 충전제, 실리콘 카바이드, 산화알루미늄, 폴리아미드이미드(PAI), PPS, 폴리페닐렌 술폰 (PPSO2), 액정 고분자(LCP)를 포함하는 방향족 폴리에스테르, 및 규회석 및 황산 바륨과 같은 미네랄 입자, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. LCP는 액상인 동안에 고배향된 영역들을 형성할 수 있는 부분 배향 방향족 폴리에스테르이다. 충전제는 비드, 섬유, 분말, 메쉬, 또는 이들의 임의의 조합의 형태일 수 있다. 특정 실시예에서, 마찰 감소층은, 그래파이트, 질화붕소, 미카 또는 이들의 임의의 조합과 같은 판상(platelet) 충전제를 포함할 수 있다. 판상 충전제는 마찰 감소층(106)과 일렬로 배향될 수 있다. 특히 판상 충전제의 두께 방향은 마찰 감소층(106)의 두께 방향과 실질적으로 평행할 수 있다.
접착층(108)은 불소중합체, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르/폴리아미드 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 접착제를 포함할 수 있다. 접착층(108)에 포함되는 불소중합체의 예는, 예를 들어 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 불소화 에틸렌 프로필렌 공중합체 (FEP), 퍼플루오로알콕시(PFA), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 용융-가공이 가능한 불소중합체일 수 있다. 또한, 접착제는 C=O, -C-O-R, ?OH, -COOH, -COOR, -CF2=CF-OR, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 작용기를 포함할 수 있고, 여기에서 R은 1 내지 20의 탄소 원자를 갖는 환형 또는 선형 유기 그룹이다.
일 실시형태에서, 접착층(108)은 약 0.5 밀리미터 이하의 두께이고, 예를 들어 약 0.4 밀리미터 이하, 예를 들어 약 0.3 밀리미터 이하, 심지어 약 0.2 밀리미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 접착층(108)은 적어도 약 0.1 밀리미터의 두께를 가질 수 있다.
중간 중합체층(110)은, PTFE, FEP, PVDF, PCTFE, ECTFE, ETFE, PFA, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 불소중합체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 중간 중합체층(110)은, PTFE와 PFA의 블렌드와 같은 불소중합체의 블렌드를 포함할 수 있다. 또한, 중간 중합체(110)는, 마찰 감소 충전제, 색소, 향발생 충전제, 소음발생 충전제, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 충전제를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 색소는 마모의 깊이를 시각적으로 나타내기 위하여 중간 중합체층(11)에 포함될 수 있다. 예를 들면, 중간 중합체층(110)은 빨간색 색소를 포함할 수 있다. 부싱이 마모되면, 표면 색상이 점차 빨간색으로 변할 수 있다. 부싱을 시각적으로 점검하여, 부싱의 교체여부를 쉽게 결정할 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 향발생 충전제는 부싱의 교체 필요성을 나타내기 위하여 중간 중합체층(110)에 포함되어 있을 수 있다. 예를 들면, 중간 중합체층(110)은, 부싱을 시각적으로 점검하기 위하여 멈추기 않고 부싱의 교체 필요 여부를 결정하는 방법을 제공하기 위하여, 노출되면 자극성 아로마를 생성하는 충전제를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 소음 발생 충전제가 부싱의 교체 필요성을 나타내기 위하여 중간 중합체층(110)에 포함될 수 있다. 예를 들면, 중간 중합체층(110)이 노출되면 움직임에 반응하여 청각적 지시를 생성하는 충전제를 중간 충합체층(110)이 포함할 수 있고, 이는 부싱을 시각적으로 점검하기 위하여 멈추지 않고 부싱의 교체 필요 여부를 결정하는 방법을 제공한다.
추가 실시형태에서, 마찰 감소층(106)과 중간 중합체층(110)의 마찰 특성은, 예를 들면 충전제의 형태 및 양, 중합체의 형태, 또는 다른 적절한 처리를 변경함으로써 변경될 수 있다. 예를 들면, 부싱의 마모면에 인접한 층, 예컨데 마찰 감소층(106)은 낮은 마찰 계수를 가질 수 있고, 반면에 하중 베어링 기층에 인접한 층, 예컨데 중간 중합체층(110)은 감소된 마모율을 가질 수 있어, 부싱의 작동수명의 거의 마지막까지 반대쪽 면을 하중 베어링 기층과 접촉하는 것으로부터 보호하면서, 통상의 작동 동안 낮은 마찰 표면을 제공한다.
도 2는 다층 구조(200)의 또 다른 실시 형태에 대한 단면을 도시한 것이다. 다층 구조(200)는 제거가능한 캐리어(202) 및 다층 캐스트 필름(204)을 포함할 수 있다. 다층 캐스트 필름(204)은 하중 베어링 기층에 적층될 수 있고, 제거가능한 캐리어(202)로부터 제거될 수 있다. 다층 구조는 선택적으로 다층 캐스트 필름(206)을 포함할 수 있다. 캐리어(202)는 캐스트 필름의 소결 온도에서 열적으로 안정할 수 있고, 중합체 또는 금속을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 캐리어(202)는 알루미늄 시트일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 캐리어는 폴리이미드 시트 또는 실리콘 코팅된 직물, 예를 들어 유리 직물일 수 있다. 일 실시예에서, 다층 캐스트 필름(204)은 캐리어(202)와 접촉하는 마찰 감소층(208), 다층 구조상의 외부 표면을 형성하는 접착층(210), 및 이들 사이에 하나 이상의 중간 중합체층(212A, 212B, 및 212C)을 포함할 수 있다. 유사하게도, 다층 캐스트 필름(206)은 캐리어(202)와 접촉하는 마찰 감소층(214), 다층 구조상의 외부 표면을 형성하는 접착층(216), 및 이들 사이에 하나 이상의 추가 중간 중합체층(218A, 218B, 및 218C )을 포함할 수 있다. 마찰 감소층(208 및 214)은 마찰 감소층(106)과 유사할 수 있고, 접착층(212 및 216)은 접착층(108)과 유사할 수 있고, 중간 중합체층(218A, 218B, 및 218C)은 중간 중합체층(110)과 유사할 수 있다.
부싱을 형성하는 방법으로 돌아와서, 다층 캐스트 필름은 중합체 분산액을 캐리어 위에 캐스팅하여 형성될 수 있다. 캐리어는 캐스트 필름의 소결 온도와 같은 공정 조건을 견딜 수 있다. 특정 실시예에서, 캐리어는 폴리이미드 캐리어일 수 있다. 캐스트 중합체 분산액은 용매를 제거하기 위하여 건조되고 중합체와 함께 융합되어 중합체층을 형성하도록 소성될 수 있다. 선택적으로, 중합체층은 캘린더링될 수 있다(calendered). 또한, 중합체층은 중합체층의 다공성을 감소시키기 위하여 소결될 수 있다. 이 공정은 다음 층들에서 반복될 수 있다. 특정 실시형태에서, 접착층은 소결 없이 추가될 수 있다. 일반적으로 마찰 감소층은 제1 층으로서 캐리어에 도포되고, 접착층이 차후 적층 동안에 하중 베어링 기층과 접촉하기 위해 노출되도록 접착층은 마지막 층으로서 캐리어에 도포된다.
다층 캐스트 필름은 하중 베어링 기층에 적층되어 복합재 시트를 형성할 수 있다. 도 3은 하중 베어링 기층에 다층 캐스트 필름을 적층하는 예시적인 시스템을 도시하는데, 일반적으로 (300)으로 표기된다. 시스템(300)은 다층 캐스트 필름 공급롤(302)과 하중 베어링 기층 공급롤(304 및 306)을 포함할 수 있다. 다층 캐스트 필름 공급롤(302)은 캐리어의 양 측면에 걸쳐서 다층 캐스트 필름을 공급할 수 있고 하중 베어링 기층 공급롤(304 및 306)은 각각 하중 베어링 기층을 공급할 수 있다. 시스템(300)은 다층 캐스트 필름과 하중 베어링 기층을 함께 적층하여 두 개의 복합재 시트를 형성하기 위하여, 오븐 또는 핫롤러와 같은, 라미네이터(308)를 추가로 포함할 수 있다.
도 4는 적층 동안 임시로 형성된 층(400)의 배치를 도시한다. 배치(400)는 캐리어(402), 캐리어(402)를 덮고 있는 다층 캐스트 필름(404) 및 캐리어(402) 아래에 있는 다층 캐스트 필름(406)을 포함할 수 있다. 기재(408)는 다층 캐스트 필름(404)을 덮을 수 있고, 기재(410)는 다층 캐스트 필름(406) 아래에 놓일 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 복합재 시트는 캐리어에서 분리되어 복합재 시트 테이크업 롤(310 및 312)에 권취될 수 있다. 또한, 캐리어는 캐리어 테이크업 롤(314)에 감길 수 있다. 캐리어는 추가로 다층 캐스트 필름을 형성하는데 재사용될 수 있고, 복합재 시트는 추가 공정으로 보내질 수 있다.
대안적인 실시 형태에서, 불소중합체 접착제를 포함하는 중합체 분산액이 하중 베어링 기층 위에 캐스트될 수 있다. 분산액은 용매를 제거하기 위하여 건조되어 접착층을 형성할 수 있다. 선택적으로, 중간 중합체 분산액은 접착층 위에 캐스트될 수 있고, 건조되어 중간 중합체층을 형성한다. 추가로, 마찰 감소 중합체 분산액은 접착층 또는 중간층 위에 도포될 수 있다. 마찰 감소 중합체 분산액은 용매를 제거하기 위하여 건조되어 마찰 감소 중합체층을 형성할 수 있고, 그리하여 접착층, 마찰 감소층, 및, 선택적으로, 중간 중합체층을 포함하는 다층 캐스트 중합체 필름을 가진 복합재 시트를 형성한다.
일 실시형태에서, 하중 베어링 기층은 공급 스풀(feed spool)에 의해 제공될 수 있고, 다층 캐스트 필름의 도포는 연속 공정으로 수행될 수 있다. 복합재는 테이크업 스풀로 회수될 수 있다. 복합재는 테이크업 스풀로부터 절단 및 성형 장치로 공급될 수 있다. 대안으로서, 복합재는 테이크업 스풀에서 회수할 필요 없이 인-라인 절단 및 성형 장치로 공급될 수 있다.
복합재 시트는 부싱을 형성할 수 있도록 스트립 또는 블랭크로 절단될 수 있다. 블랭크는 원하는 형상의 세미 가공된 부싱을 형성하기 위하여 적층체를 압연 및 플랜징 처리하여 부싱으로 성형된다. 일 실시 형태에서, 부싱은 원통형 부분을 가질 수 있다. 또 다른 실시 형태에서 부싱은 원쁠 형상을 가질 수 있다. 또한 부싱은 하나 이상의 단부에 플랜지가 형성된 부분을 가질 수 있다. 추가적으로, 미끄럼층은 부싱의 내부 표면 위 또는 부싱의 외부 표면 위에 있을 수 있다. 대안으로서, 복합재 시트는 다른 적절한 구조, 예를 들어 베이킹 시트 또는 루프 판넬로 절단되고 형성될 수 있다.
도 5A 내지 도 5F는 블랭크로부터 형성할 수 있는 다양한 부싱 형상을 도시한다. 도 5A는 압연에 의해 만들 수 있는 원통형의 부싱을 도시한다. 도 5B는 압연 및 플랜징 처리로 만들 수 있는 플랜지가 형성된 부싱을 도시한다. 도 5C는 테이퍼진 부분을 압연하고 단부를 플랜지 처리하여 만들 수 있는 테이퍼진 원통형 부분을 가진 플랜지가 형성된 부싱을 도시한다. 도 5D는 플랜지가 형성된 부싱을 관통하여 장착된 샤프트 핀을 가진 하우징에 장착된 플랜지가 형성된 부싱을 도시한다. 도 5E는 양측에 플랜지가 형성된 부싱을 관통하여 장착된 샤프트 핀을 갖는 하우징에 장착된 양측에 플랜지가 형성된 부싱을 도시한다. 도 5F는 압연이나 플랜지 처리보다는 스탬핑(stamping) 및 냉간 디프드로잉 공정을 사용하여 형성될 수 있는 L형 부싱을 도시한다.
특정 실시예에서, 부싱은 힌지에 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 6 및 도 7은 자동차 도어 힌지, 후드 힌지, 엔진룸 힌지 등과 같은 예시적인 힌지(600)를 도시한다. 힌지(600)는 내부 힌지부(602)와 외부 힌지부(604)를 포함할 수 있다. 힌지부(602 및 604)는 리벳(606 및 608)과 부싱(610 및 612)에 의해 결합될 수 있다. 부싱(610 및 612)은 상기에서 기술된 바와 같이, 진동 감쇠 부싱일 수 있다. 도 7은 리벳(608) 및 부싱(612)을 보다 상세히 보여주는 힌지(600)의 단면을 도시한다.
도 8은 자동차 도어 힌지, 후드 힌지, 엔진룸 힌지 등과 같은 또 다른 예시적인 힌지(800)를 도시한다. 힌지(800)는 핀(806)으로 결합된 제1 힌지부(802)와 제2 힌지부(804) 및 부싱(808)을 포함할 수 있다. 부싱(808)은 상기에서 기술된 바와 같이, 진동 감쇠 부싱일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 부싱은 헤드셋에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 9는 자건거와 같이 두 개의 바퀴를 가진 운송수단을 위한 예시적인 헤드셋(900)을 도시한다. 스티어링 튜브(902)는 헤드 튜브(904)를 관통하여 삽입될 수 있다. 부싱(906 및 908)은 정렬을 유지하고 스티어링 튜브(902)와 헤드 튜브(904) 사이에서 접촉하는 것을 방지하기 위하여 스티어링 튜브(902)와 헤드 튜브(904) 사이에 위치될 수 있다. 추가적으로, 실(seal)(910 및 912)이 부싱의 미끄럼 표면이 먼지 및 다른 특정 문제에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시형태에서, 다층 캐스트 필름을 사용하여 스카이빙(skived) 중합체 필름의 특정 이점을 제공할 수 있다. 일반적으로 스카이빙 중합체 필름은 다량의 그래뉼 중합체를 단일 덩어리로 소결하여 생산되는 빌렛에서 생산될 수 있다. 빌렛을 생산하는 공정은, 소결 온도에서 불안정할 수 있고 소결 공정동안 가스를 발생시킬 수 있는 특정 충전제의 사용을 제한할 수 있다. 캐스트 필름을 사용함으로써 소결 시간이 유의적으로 단축될 수 있고, 특정 충전제에 의해 생성되는 가스의 배출이 가능케 된다. 추가적으로 캐스트 필름은, 스카이빙 필름과 비교하여, 인장강도 및 파괴 저항성과 같은 기계적 물성이 개선될 수 있다. 또한, 캐스트 필름의 마찰 특성은 빌렛의 고형 중합체 덩어리 내에서 보다 더 잘 제어될 수 있다. 그 결과, 캐스트 필름의 사용은 좀더 변하지 않는 제품을 생산할 수 있고, 마찰 특성은 다층 캐스트 필름의 다른 층들 내에서 변화될 수 있다.
추가 실시 형태에서, 다층 캐스트 필름의 사용은 중합체-금속 복합재의 사용과 비교하여 특정 이점을 제공할 수 있다. 중합체-금속 복합재는 그래뉼 중합체를 금속 메쉬로 캘린더링하거나 다공성 금속을 중합체 분산액으로 코팅하고 중합체-금속 복합재를 소결함으로써 형성될 수 있다. 다층 캐스트 필름은, 예를 들어 층별로 마찰 특성을 변화시키는 것과 같이 마찰 특성을 좀더 제어할 수 있고, 더 얇은 제품을 생산할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 부싱은 제1 주표면을 갖는 하중 베어링 기층 및 하중 베어링 기층의 제1 주표면에 적층된 캐스트 불소중합체 필름을 포함한다. 캐스트 불소중합체 필름은 마찰 감소층 및 접착층을 포함할 수 있고, 하중 베어링 기층은 마찰 감소층보다 접착층에 더 인접한다. 부싱은 캐스트 불소중합체 필름 위에 코팅층을 추가로 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 코팅층은 윤활제를 포함한다. 윤활제는 오일, 왁스, 그리스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 그래파이트, 나노다이아몬드, 폭발 나노다이아몬드, 몰리브덴 디설파이드, 탄소입자, 미네랄, 또는 이들의 임의의 조합에서 선택될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 코팅층은 부분 경화된 열경화성 수지를 포함한다. 부분 경화된 열경화성 수지는 경화되지 않은 열경화성 전구체를 포함한다. 부분경화된 열경화성 수지는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 또는 이들의 임의의 조합에서 선택될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 코팅층은 충전제를 포함할 수 있다.
실시형태에서, 코팅층은 적어도 약 0.5 마이크로미터의 두께, 예를 들어 적어도 약 1 마이크로미터, 적어도 약 2 마이크로미터, 적어도 약 4 마이크로미터, 적어도 약 8 마이크로미터, 적어도 약 10 마이크로미터, 적어도 약 20 마이크로미터, 적어도 약 100 마이크로미터, 또는 심지어 적어도 약 500 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 코팅층은 약 5,000 마이크로미터 이하의 두께, 예를 들어, 약 2,000 마이크로미터 이하, 약 1,500 마이크로미터 이하, 약 1,000 마이크로미터 이하, 약 800 마이크로미터 이하, 약 500 마이크로미터 이하, 약 200 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 약 80 마이크로미터 이하, 약 50 마이크로미터이하, 약 40 마이크로미터 이하, 약 20 마이크로미터 이하, 심지어 약 10 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다.
코팅층을 포함하는 실시형태는 작동되는 동안 부싱 또는 베어링의 반대 표면을 조정하는데 도움이 될 것이다. 이는 작동되는 동안 반대 표면 위에 발생되는 이송 필름을 안정화시킴으로써 이루어진다. 이송 필름은 마찰을 더욱 감소시키고 베어링 또는 부싱의 층들 상의 반대 표면의 연마 효과를 최소화하기도 한다. 이렇게 반대 표면을 조정하여 마모율 및/또는 마찰 계수를 감소시키는 것은 베어링 또는 부싱의 장기간 사용을 최적화한다.
코팅층은 기재 재료의 적층 공정 동안 또는 공정 후에 적용될 수 있다. 예를 들면, 코팅층은 성형 또는 형성 공정 후에 베어링 및 부싱에 적용될 수 있다. 대안으로서, 코팅층은 베어링 또는 부싱의 설치 전 또는 설치 후에 간단하게 적용될 수 있다.
일부의 적절한 조정 재료들은 서브 마이크론 충전제 형태의 고체 윤활제이다. 이러한 서브 마이크론 충전제는 폭발 나노다아이몬드(DND)를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 서브 마이크론 충전제는 코팅층에 분산될 수 있다. 예를 들면, 서브 마이크론 충전제는 PTFE, 또는 PTFE를 포함하는 수지에 분산될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 코팅층은 작동되는 동안 경화되는 물질을 포함할 수 있다. 여기에서 마찰열이 베어링을 가열하고 코팅층은 부착되어 반대 표면에서 경화한다.
사용될 수 있는 재료로는 부분 경화되는 중합체, 예를 들어 부분 경화된 열경화성 수지이다. 일 실시형태에서 부분 경화되는 열경화성 수지는 경화되지 않은 열경화성 수지를 포함한다. 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 또는 이들의 임의의 조합과 같이 경화되지 않은 또는 부분 경화된 수지가 사용될 수 있다.
추가의 일실시 형태에서 부분 또는 경화되지 않은 수지는 PTFE와 같은 윤활제, DND와 같은 서브 마이크론 충전제, 또는 상기에서 기술되거나 종래 사용되는 다른 윤활제를 포함할 수 있다.
더욱이, 코팅층은 조정제를 포함할 수 있다. 조정제는 반대 표면과 반응하고, 이송 필름이 결합 또는 부착되는데 도움이 된다. 일 실시형태에서, 금속으로 이루어진 반대 표면에 대하여, 조정제는 포스페이트, 유기 포스페이트와 같은 화학물질 또는 EDTA와 같은 킬레이팅제일 수 있다.
실시예
샘플 1은 충전된 PTFE를 포함하는 빌렛에서 제조된 스카이빙 필름(skived film)이다.
샘플 2는 폴리이미드 캐리어 위에 PTFE를 캐스팅하여 제조된 캐스트 필름이다.
샘플의 기계적 물성은 ASTM D1708 및 D882에 따라 측정되었다. 표 1에 그 결과를 나타낸다.
인장 강도 (MPa) 파단시 변형율 (%)
기계 방향 크로스 기계방향 기계방향 크로스 기계방향
샘플 1 11.1 8.1 82.0 48.4
샘플 2 11.5 12.5 237.3 220.3
캐스트 필름(샘플 2)은 스카이빙 필름(샘플 1)과 비교하여 개선된 기계적 물성을 나타낸다. 추가적으로, 기계방향 및 크로스 기계방향 사이의 차이는 샘플 2가 더 낮다.
본 명세서 또는 실시예에서 위에 기술한 동작들 모두가 필요한 것은 아니며, 특정 동작의 일부는 필요하지 않을 수 있으며, 하나 이상의 추가 동작들이 상기 기술된 것에 추가되어 수행될 수 있다는 점에 유의하라. 더욱이, 열거된 동작들의 순서는 반드시 그 순서대로 수행되는 것은 아니다.
상기한 설명에서, 개념은 특정 실시형태를 참조하여 기술되고 있다. 그러나, 본 발명의 통상의 기술자는 아래 청구항에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이나 변경이 가능하다. 따라서, 상세한 설명 및 도면들은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 것으로 간주되며, 모든 변형이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
여기에서, "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는", "가지다" 또는 이의 또 다른 변형은 비제한적으로 포함되는 것을 포함한다. 예를 들면, 특징 목록을 포함하는 공정, 방법, 제품 또는 장치는 이 특징에 반드시 제한되는 것은 아니며 열거되지 않거나, 이러한 공정, 방법, 제품, 또는 장치에 내재된 다른 특징을 포함할 수 있다. 또한 반대 표현이 없는 한, ?풔?은 논리합(inclusive-or) 이고, 배타적 논리합(exclusive-or)은 아니다. 예를 들면, 조건 A 또는 B는 다음 중 어느 하나를 충족한다: A는 진실(또는 존재하는)이고 B는 거짓(존재하지 않는)이고, A는 거짓(또는 존재하지 않는)이고 B는 진실(또는 존재하는)이고, 그리고 A 및 B 모두 진실(또는 존재하는)이다.
또한 "정관사[a]" 또는 "[an]"는 상기에서 기술된 구성요소 또는 성분에 사용된다. 이는 단순히 편의를 위한 것으로 본 발명의 범위에서 일반적인 의미를 갖는다. 이 표현은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 단수형은 또한 그것이 다른 달리 의미하는 것이 명확하지 않는 한 복수형을 포함한다.
이점, 다른 장점들 및 문제 해결책은 특정 실시형태로 상기에서 기술되고 있다. 그러나 이점, 장점, 문제 해결책, 및 모든 이점, 장점, 또는 발생하거나 더 표명될 수 있는 해결책은 어느 또는 모든 청구항의 중요하거나, 요구되거나, 필수적인 특징을 구성하지 않는다.
상세한 설명을 읽은 후에, 통상의 기술자는 특정 특징들이, 명확성을 위하여, 별개의 실시 형태로 여기에서 기술되고, 또한 단독 실시형태에서 조합되어 제공될 수 있다는 점에 대해 감사할 것이다. 반대로, 간결하게 하기 위하여, 단독 실시형태의 맥락에서 기술된 다양한 특징들은, 개별적으로 또는 임의의 서브 조합으로 제공될 수 있다. 또한 범위로 기재된 값에 대한 언급은 상기 범위 내의 개별 및 모든 값을 포함한다.

Claims (90)

  1. 제1 마찰 감소층(208) 및 제2 마찰 감소층(214)을 폴리이미드 캐리어(202)의 제1 및 제2 면 위에 캐스팅하는 단계;
    상기 제1 및 제2 마찰 감소층 위에 제1 접착층(210) 및 제2 접착층(216)을 캐스팅하여 제1 다층 캐스트 필름(204) 및 제2 다층 캐스트 필름(206)을 형성하는 단계;
    각각의 하중 베어링 기층이 상기 대응하는 마찰 감소층보다 상기 대응하는 접착층에 더 인접하게 제1 및 제2 하중 베어링 기층에 상기 제1 및 제2 다층 캐스트 필름(204, 206)을 적층하여 제1 및 제2 복합재를 형성하는 단계; 및
    상기 복합재들을 성형하는 단계를 포함하는 부싱 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마찰 감소층을 캐스팅하는 단계가 캐리어에 중합체 분산액을 도포하는 단계, 상기 중합체 분산액을 건조하여 중합체층을 형성하는 단계, 및 상기 중합체층을 소결하는 단계를 포함하는, 부싱 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1 및 제2 마찰 감소층을 도포, 건조 및 소결하는 단계가 동시에 이루어지는 것인, 부싱 제조 방법.
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