플라스틱 제품의 다양한 응용 분야에서 내마모성은 플라스틱 부품의 사용성과 수명에 큰 영향을 미치는 중요한 성능 지표입니다. 자동차, 기계 공학, 전자 및 기타 산업 분야에서 플라스틱 사용이 증가함에 따라 내마모성을 향상시키는 것이 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 마찰과 마모를 효과적으로 줄이기 위해 일반적으로 사용되는 두 가지 주요 방법은 다음과 같습니다. 윤활물질을 첨가하고 보강재를 결합합니다. 결과적으로, 내마모성과 자가 윤활성을 향상시키기 위해 보강재를 통합하는 것이 업계에서 선호되는 솔루션으로 부상했습니다. 아래에서는 플라스틱의 내마모성을 향상시키는 데 일반적으로 사용되는 7가지 충전재를 살펴보겠습니다.
윤활제는 마찰을 어느 정도 줄일 수 있지만, 몇 가지 단점이 있습니다. 시간이 지남에 따라 오일의 품질이 저하되어 윤활 효과가 감소할 수 있습니다. 또한 정기적인 유지 보수 및 재도포가 필요하여 운영 비용과 인건비가 증가합니다. 더욱이 윤활제는 먼지와 이물질을 끌어당겨 내부 부품의 오염 및 장비 고장을 유발할 수 있습니다.
1. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테프론)
1938년 듀폰에서 발견된 PTFE는 테플론으로 널리 알려져 있습니다. 뛰어난 논스틱 특성과 자가 윤활성을 제공하여 조리기구와 같은 논스틱 코팅에 이상적입니다.
내마모성 첨가제로서 PTFE 미세분말은 모든 마찰 감소 첨가제 중 마찰 계수가 가장 낮습니다. 부품 표면에 매끄러운 윤활막을 형성하여 특히 고하중 적용 시 마모를 효과적으로 감소시킵니다. 비정질 플라스틱의 최적 첨가 비율은 15%, 결정질 플라스틱의 최적 첨가 비율은 20%입니다. PTFE 미세분말은 엔지니어링 플라스틱, 코팅, 잉크, 윤활제 및 고무에 널리 사용되어 내마모성, 내긁힘성, 점착 방지 특성을 향상시키고 전반적인 윤활성을 향상시킵니다. 예를 들어, PTFE 강화 POM 부품은 탁월한 내마모성과 향상된 사용 수명을 제공합니다.
2. 이황화몰리브덴
이황화몰리브덴(MoS₂)은 금속 광택과 매끄러운 질감을 지닌 어두운 색의 고체 윤활제 분말입니다. 고온 고압에서 탁월한 성능을 발휘하며, 최고급 고체 윤활제로 손꼽힙니다.
엔지니어링 플라스틱에서 MoS₂는 주로 나일론 강화재로 사용됩니다. 예를 들어, 나일론 66에 MoS₂를 블렌딩하면 순수 수지에 비해 강성, 경도, 치수 안정성이 향상됩니다. MoS₂의 결정 구조는 소재의 하중 지지력과 내마모성을 향상시킵니다. 충격 강도는 다소 감소할 수 있지만, 기어, 베어링, 씰, 슬라이더 등에 널리 사용되어 마모를 줄이고 작동 신뢰성을 향상시킵니다.
3. 흑연
흑연은 층상 격자 구조를 가지고 있어 분자들이 최소한의 마찰에도 쉽게 미끄러질 수 있습니다. 이러한 특성은 물이 마찰을 증가시킬 수 있는 습한 환경에서 특히 중요합니다.
내마모성 첨가제인 흑연은 펌프 하우징, 임펠러, 밸브 씰과 같이 물에 노출되는 부품에 자주 사용됩니다. 흑연은 습하거나 수중 환경에서 플라스틱의 내마모성을 크게 향상시켜 유지보수 필요성을 줄이고 서비스 수명을 연장합니다.
4. 폴리실록산
폴리실록산은 이동성 내마모성 첨가제입니다. 열가소성 플라스틱에 첨가되면 서서히 표면으로 이동하여 연속적인 보호막을 형성합니다.
폴리실록산의 점도는 성능을 결정합니다. 점도가 낮을수록 이동 속도가 빨라지고 내마모성이 향상됩니다. 그러나 너무 묽으면 증발하거나 이동 속도가 너무 빨라져 효과가 떨어질 수 있습니다. 최적의 성능을 위해서는 적절한 점도를 선택하는 것이 필수적입니다.
5. 유리섬유
유리섬유는 이산화규소를 주성분으로 한 무기 소재로, 높은 강도, 내열성, 내식성을 갖추고 있습니다.
그 자체로는 취성이 있지만, 폴리머 분자 간의 기계적 결합을 통해 플라스틱 구조를 크게 강화합니다. 이러한 결합은 구조적 무결성과 내마모성을 향상시킵니다. 펌프, 밸브, 베어링, 기어 및 지지대에 일반적으로 사용되어 내구성과 하중 지지력을 향상시킵니다.
6. 탄소섬유
탄소 섬유는 고온에서 유기 전구체를 탄화시켜 생산됩니다. 유리 섬유와 마찬가지로 구조적 무결성, 내마모성, 그리고 하중 용량을 향상시킵니다.
그러나 유리 섬유보다 부드럽고 마모성이 낮아 표면 긁힘을 방지해야 하는 용도에 적합합니다. 자체 윤활 특성으로 인해 항공우주 및 정밀 기계와 같은 고급 응용 분야의 무급유 베어링, 기어 및 피스톤 링에 이상적입니다.
7. 아라미드 섬유(케블라)
아라미드 섬유는 1960년대 듀폰에서 개발한 고강도 합성 섬유로, 내열성과 내화학성이 뛰어납니다. 강철보다 5~6배 더 강합니다.
내마모성 첨가제로서 유리 섬유나 탄소 섬유보다 부드럽고 마모성이 낮습니다. 특히 표면 보호가 중요한 용도에 유용합니다. 예를 들어, 초고분자량 폴리에틸렌과 함께 사용하면 전술 헬멧의 내마모성과 충격 흡수력을 향상시키는 데 사용됩니다.
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