KR100584473B1 - 마찰포트받침용 마찰판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량이나 건축구조물, LNG 탱크 등과 같은 대형구조물의 수직 및 수평하중을 지지함과 아울러 마찰력을 동반한 미끄러짐에 의해 발생되는 마찰감쇠를 이용하여 에너지를 소산시키기 위해 사용되는 마찰포트받침에서 고체윤활제 역할을 하는 마찰판에 관한 것으로서, 불소계수지를 주재로 하는 조성물을 몰드에 넣고 가압 성형하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법에 있어서, 상기 조성물이 불소계수지로 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)을 사용하면서 폴리테트라플로오로에틸렌 100중량부에 대하여 150∼300메쉬의 입도로 분쇄한 유리섬유 10∼80중량부를 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법과, 상기 제조방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판을 제공한다.

Description

마찰포트받침용 마찰판 및 그 제조방법{Friction pad for friction pot bearing and manufacturing method of the pad}

도 1은 교량에 적용된 마찰포트받침을 개략적으로 나타낸 도면.

본 발명은 마찰포트받침용 마찰판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교량이나 건축구조물, LNG 탱크 등과 같은 대형구조물의 수직 및 수평하중을 지지함과 아울러 마찰력을 동반한 미끄러짐에 의해 발생되는 마찰감쇠를 이용하여 에너지를 소산시키기 위해 사용되는 마찰포트받침에서 고체윤활제 역할을 하는 마찰판에 관한 것이다.

일반적으로 교량이나 건축구조물, LNG 탱크 등과 같은 대형구조물에서 수직 및 수평하중을 지지함과 아울러 마찰력을 동반한 미끄러짐에 의해 발생되는 마찰감쇠를 이용하여 에너지를 소산시키기 위하여 마찰포트받침이 사용되며, 상기 마찰포 트받침의 상면에는 불소수지계 수지로 제조된 윤활제 역할을 하는 마찰판이 형성된다.

예를 들어 교량에는 상부구조물과 교각사이에 마찰포트받침이 설치되는데, 보다 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이 교량의 상부구조물(200)의 하측으로 밑면에 미끄럼판(120)이 부착된 상부받침대(110)가 형성되며, 교각(300)의 상측에는 하부받침대(130)의 상면에 형성된 장착홈(131)으로 러버패드(140) 및 피스톤(150)이 순차적으로 삽입된 구조를 갖는 마찰포트받침(100)이 설치된다. 여기서, 피스톤(150)의 상면에는 마찰계수가 작고 지압능력이 뛰어난 불소수지로 된 마찰판(160)이 형성되는데, 그에 따라 미끄럼판(120)과 마찰판(160)의 접촉에 의해 상부구조물(200)에 작용하는 수평하중에 따른 변위를 수용하게 된다.

첨부된 도 1의 도면에서 마찰포트받침이 교량에 적용된 것을 일 예로 설명하였는데, 상기 마찰포트받침은 적용되는 환경이나 건축물에 따라 약간 다른 구성을 가질 수도 있으나, 필수적으로 마찰판을 포함하게 된다. 여기서, 마찰판이 높은 마찰계수를 갖는 경우에는 내마모성이 떨어져 내구성이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 마찰판은 가능한 낮은 마찰계수를 갖도록 설계하여 제조된 것을 사용하게 된다.

낮은 마찰계수와 윤활성을 고려하여 마찰판은 대부분 불소계 수지를 몰드에 넣고 가압 성형하여 제조되는데, 통상적으로 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; 이하 'PTFE'라 함)을 사용하게 된다. 이 PTFE는 다른 수지에 비하여 자기 윤활성과 우수한 내마모적 특성을 가지고 있을 뿐만 아니 라 마찰계수가 낮아 거의 대부분의 마찰포트받침용 마찰판의 제조시 필수적으로 사용되고 있다.

PTFE만을 사용하여 제조된 마찰판은 마찰계수가 낮아 내마모성이 우수하여 내구성이 좋다는 이점을 가지고 있다. 그러나, 마찰력을 동반한 미끄러짐에 의해 발생되는 마찰감쇠에 의한 에너지 소산능력은 떨어지는 단점을 가지고 있다. 특히, 지진이 발생하면 상부구조물의 관성력에 의하여 구조물의 저층에 큰 전단력이 발생하게 되는데, 마찰판의 마찰계수가 너무 낮을 경우 상기 전단력에 의해 상부구조물의 이탈이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 마찰감쇠 효과가 반감되어 에너지 소산능력이 떨어지는 문제점이 있다.

그에 따라 마찰계수가 너무 높은 경우 발생하는 문제점인 마찰판의 내마모성 저하에 따른 내구성의 저하를 방지하면서, 동시에 마찰계수가 너무 낮은 경우 발생하는 마찰감쇠를 이용한 에너지의 소산 성능의 저하를 방지할 수 있는 적절한 범위의 마찰계수를 갖는 마찰판이 요구되고 있다. 이러한 요구에 기인하여 본 발명자는 기존의 마찰판이 가지는 마찰계수를 적정수준으로 높여 내마모성이 우수하면서도 에너지 소산성능이 우수한 마찰판을 제조하기 위하여 연구한 끝에 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 기존의 마찰포트받침에 사용되는 마찰판에 비하여 다소 높은 마찰계수를 가지면서도 내마모성이 우수하여 내구성이 좋고, 충분한 에너지 소 산성능을 나타낼 수 있는 마찰포트받침용 마찰판을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 마찰포트받침용 마찰판을 제조하기 위한 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 마찰판을 포함하는 마찰포트받침을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불소계수지를 주재로 하는 조성물을 몰드에 넣고 가압 성형하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법에 있어서, 상기 조성물이 불소계수지로 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)을 사용하면서 폴리테트라플로오로에틸렌 100중량부에 대하여 150∼300메쉬의 입도로 분쇄한 유리섬유 10∼80중량부를 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로서 지압응력이 5∼25MPa 일 때 마찰계수가 0.07∼0.2의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로 지압응력이 5∼25MPa 일 때 마찰계수가 0.07∼0.2의 범위를 갖는 마찰판을 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침을 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법은 불소계수지 100중량부에 대하여 분쇄된 유리섬유 10∼80중량부를 포함하는 조성물을 몰드에 넣고 가압 성형하는 것이다.

즉, 본 발명은 불소계수지만으로 마찰판을 제조하는 기존의 제조방법과는 달리 불소계수지에 분쇄된 유리섬유를 첨가 혼합하여 조성물을 제조한 다음, 상기 조성물을 몰드에 넣고 가압성형하여 마찰판을 제조하는 것에 그 특징이 있다. 이와 같이 마찰판의 제조시 불소계 수지에 분쇄된 유리섬유를 더 첨가하여 얻어진 조성물을 사용하게 되면 분쇄된 유리섬유에 의해 마찰판의 마찰계수가 다소 상승하게 된다.

이때, 마찰판의 마찰계수는 마찰포트받침가 적용되는 곳과 구조물의 특징에 따라 변화될 수 있는데, 바람직하게는 지압응력이 5∼25MPa 일 때 마찰계수가 0.07∼0.2의 범위를 갖도록 하는 것이 좋다.

마찰판이 상기 범위내의 마찰계수를 갖는 경우 마찰계수가 너무 낮지 않으므로 지진의 발생시 상부구조물을 잡아주는 효과가 있을 뿐만 아니라 상부구조물이 미끄러지는 경우 마찰력에 의한 마찰감쇠로 인하여 에너지의 소산 성능이 우수하게 나타나게 되며, 또한 마찰계수가 너무 높지 않아 내마모성이 너무 떨어지지 않아 내구성의 현저한 저하를 막을 수 있게 된다.

상기 범위내의 마찰계수를 갖도록 하기 위하여 본 발명에서는 불소계 수지에 분쇄된 유리섬유를 첨가하게 되는데, 분쇄된 유리섬유의 함량이 불소계수지 100중량부에 대하여 10중량부 미만으로 첨가될 경우 마찰계수가 너무 낮아져 지진의 발생시 에너지 소산 효과가 충분히 발휘되지 못하여 구조물의 이탈이나 붕괴를 초래할 수 있는 문제점이 있으며, 분쇄된 유리섬유의 첨가량이 80중량부를 초과할 경우 마찰력이 너무 높아져 마찰판의 내마모성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있으므로, 분쇄된 유리섬유는 불소계수지 100중량부에 대하여 10∼80중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 분쇄된 유리섬유는 그 입도가 150∼300메쉬인 것을 사용하는 것이 중요한데, 만일 분쇄된 유리섬유의 입도가 150메쉬 미만일 경우 마찰계수가 너무 높아지게 되어 마찰판의 내마모성이 떨어지는 문제점이 있으며, 그 입도가 300메쉬를 초과할 경우 분쇄된 유리섬유 첨가에 따른 마찰계수의 상승이 둔화되어 마찰계수의 조절이 어렵고 분쇄된 유리섬유를 첨가효과가 반감되는 단점이 있으므로 상기 범위내의 입도를 갖는 분쇄된 유리섬유를 사용하는 것이 좋다.

분쇄된 유리섬유와 혼합되는 불소계수지는 마찰판 제조시 종래 일반적으로 사용되는 것에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 자기 윤활성과 내마모성이 우수하고, 낮은 마찰계수를 가져 마찰판 제조시 널리 사용되고 있는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetra fluoro ethylene; 이하 PTFE라 함)을 사용하는 것이 좋다.

상기와 같이 불소계 수지에 분쇄된 유리섬유를 첨가한 조성물을 사용하여 제조된 마찰판의 경우 불소계수지만으로 제조된 기존의 마찰판에 비하여 마찰계수가 다소 높아져 마찰감쇄에 따른 에너지 소산효과가 우수하여 지진에 효과적으로 대처할 수 있게 된다.

그러나, 본 발명에서와 같이 불소계 수지에 분쇄된 유리섬유를 첨가하여 제조한 마찰판의 경우 불소계 수지만을 사용하여 제조한 마찰판에 비하여 내마모성이 다소 떨어지게 되는데, 이를 보완하기 위하여 상기 조성물에 몰리브데늄 디설파이 드와 무기충전제를 더 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 몰리브데늄 디설파이드의 첨가량이 불소계 수지 100중량부에 대하여 5중량부 미만으로 첨가될 경우 충분한 내마모성 향상효과를 얻을 수 없다는 단점이 있으며, 그 첨가량이 40중량부를 초과할 경우 상대적으로 불소계 수지함량이 줄어들게 되어 오히려 마찰계수가 증가되어 내마모성을 저하시킬 수 있는 문제점이 있으므로 몰리브데늄 디설파이드는 불소계 수지 100중량부에 대하여 5∼40중량부 첨가하는 것이 좋다.

또한, 무기 충전제는 그 첨가량이 불소계 수지 100중량부에 대하여 20중량부를 초과할 경우 상대적으로 불소계 수지 함량이 줄어들게 되어 오히려 내마모성이 저하되는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 2중량부 미만일 경우 충분한 내마모성 향상효과를 얻을 수 없다는 단점이 있으므로 무기 충전제는 불소계 수지 100중량부에 대하여 2∼20중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 무기 충전제로는 탄산칼슘 또는 실리카에서 선택된 것을 사용하면 된다.

전술한 바와 같이 불소계수지와 분쇄된 유리섬유를 필수적으로 함유하며, 아울러 선택적으로 몰리브데늄 디설파이드와 무기충전제를 함유하는 조성물을 사용하여 마찰판을 제조하게 되면 마찰판의 마찰계수가 지압응력 5∼25MPa 일 때 0.07∼0.2의 범위 내에 있게 된다.

상기 범위내의 마찰계수를 갖는 본 발명에 따른 마찰판은 마찰계수가 너무 낮지 않아 지진의 발생시 마찰감쇠에 따른 에너지 소산효과가 우수하여 효과적으로 대체할 수 있으며, 특히 마찰계수의 상승으로 인한 내마모성이 현저하게 떨어지는 것을 방지하여 내구성의 저하를 방지할 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 따른 마찰판은 마찰포트받침에 유용하게 적용될 수 있으며, 상기한 마찰판은 함유하는 마찰포트받침은 교량이나 건축구조물, LNG 탱크 등과 같은 대형구조물에서 수직 및 수평하중을 지지함과 아울러 지진과 같이 마찰력을 동반한 미끄러짐에 의해 발생되는 마찰감쇠를 이용하여 에너지를 소산시키기 위한 곳에 유용하게 적용될 수 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1 내지 4>

PTFE 10Kg에 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 분쇄된 유리섬유, 몰리몰리브데늄 디설파이드, 탄산칼슘을 첨가하여 충분히 혼합한 다음, 이를 몰드에 넣고 가압하여 두께가 5mm이고, 직경이 265mm인 마찰판을 제조하였다.

이렇게 제조된 마찰판을 상면에 고정한 마찰포트받침을 하부포트받침으로 사용하고, 상기 마찰포트받침의 상면으로 두께 3.0mm의 스테인레스판(미끄럼판)을 올려놓은 피로시험기(피로시험기의 제원은 하기 표 2에 나타낸 바와 같음)를 사용하여 아래와 같이 마찰계수, 내마모성 및 에너지 소산성을 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	분쇄된 유리섬유		몰리브데늄디설파이드(Kg)	탄산칼슘 (Kg)
	입도(메쉬)	첨가량(Kg)
실시예 1	0	0	0	0
	200	5	0	0
	200	10	0	0
	200	40	0	0
	200	80	0	0
	200	100	0	0
실시예 2	100	40	0	0
	150	40	0	0
	300	40	0	0
	320	40	0	0
실시예 3	200	40	3	10
	200	40	5	10
	200	40	20	10
	200	40	40	10
	200	40	50	10
실시예 4	200	40	20	1
	200	40	20	2
	200	40	20	20
	200	40	20	30

수직			수평
최대하중	최대변위	최대속도	최대하중	최대변위	최대속도
200 tonf	±200 mm	100 mm/sec	50 tonf	±400 mm	300 mm/sec

- 내마모성 -

피로시험기의 수직압력을 24 MPa로 하면서 마찰속도 8mm/sec, 변위 ±100mm로 하여 총 1600m를 이동시킨 후 마찰판의 마모량과 마모율을 측정하였다. 이때 마찰판의 마모량은 마찰판의 최초 무게와 1600m 이동 후의 무게 차로 산출하였고, 이를 이용하여 마모율을 산출하였다.

- 마찰계수 -

피로시험기의 수직압력 20.7MPa, 변위 ±20mm로 하면서 마찰속도를 최대속도까지 증가시키면서 이동시키고, 이 과정에서 마찰계수를 측정하여 최대마찰계수 값을 취한 후, 이를 3회 반복 실시하여 그 평균값으로 나타내었다.

- 에너지 소산성 -

피로시험기의 수직압력 14.39MPa, 변위 ±20mm, 마찰속도 100mm/sec로 하면서 이동시키는 방법으로 마찰에 대한 등가 감쇠비를 측정하였다. 등가 감쇠비가 클수록 에너지 소산성이 우수한 것이다.

구분	내마모성		마찰계수	등가 감쇠비(%)
	마모량(g)	마모율(%)
실시예 1	0.24	0.042	0.0093	37.3
	0.39	0.068	0.0150	41.1
	1.56	0.261	0.0576	45.8
	2.70	0.427	0.0943	47.4
	3.59	0.541	0.1195	49.0
	8.37	1.206	0.2663	55.4
실시예 2	6.17	0.976	0.2155	52.6
	2.86	0.452	0.0998	48.5
	2.38	0.376	0.0830	46.3
	2.35	0.372	0.0822	46.3
실시예 3	2.68	0.416	0.0919	46.4
	2.52	0.391	0.0863	46.3
	2.37	0.361	0.0797	46.2
	2.65	0.396	0.0875	46.3
	6.73	0.968	0.2138	52.8
실시예 4	2.67	0.410	0.0905	46.4
	2.48	0.381	0.0841	46.3
	2.55	0.384	0.0848	46.3
	7.18	1.072	0.2367	53.7

상기 표 1에서 보는 바와 같이 분쇄된 유리섬유 함량의 변화에 따라 마찰판을 제조한 실시예 1에서 유리섬유의 함량이 본 발명의 바람직한 범위내에로 첨가된 경우 내마모성이 우수할 뿐만 아니라 에너지 소산효과가 매우 우수함을 확인할 수 있으며, 유리섬유의 입도변화에 따라 마찰판을 제조한 실시예 2에서 입도가 본 발명의 범위보다 큰 경우 내마모성이 현저하게 떨어짐을 알 수 있다.

실시예 3과 4는 내마모성 개선을 위하여 몰리몰리브데늄 디설파이드와 탄산칼슘을 첨가하여 마찰판을 제조한 것에 대한 실시예로서 본 발명의 범위 내에서 이 들을 첨가할 경우 우수한 내마모성 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 불소계수지에 분쇄된 유리섬유를 넣은 다음 선택적으로 몰리브데늄 디설파이드와 무기충전제를 함유하는 조성물을 사용하여 마찰판을 제조함에 따라 이를 마찰포트받침에 적용할 경우 마찰판의 마찰계수가 너무 낮지 않아 에너지 소산성능이 우수하여 지진의 발생시 효과적으로 대체할 수 있으며, 특히 마찰계수의 상승으로 인한 내마모성의 저하에 따른 내구성 저하를 방지할 수 있는 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 불소계수지를 주재로 하는 조성물을 몰드에 넣고 가압 성형하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법에 있어서,

   상기 조성물이 불소계수지로 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)을 사용하면서 폴리테트라플로오로에틸렌 100중량부에 대하여 150∼300메쉬의 입도로 분쇄한 유리섬유 10∼80중량부를 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물이 몰리브데늄 디설파이드 5∼40중량부를 더 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 조성물이 무기 충전제 2∼20중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 무기 충전제가 탄산칼슘 또는 실리카에서 선택된 것을 사용함을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판의 제조방법.
7. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 것으로서 지압응력이 5∼25MPa 일 때 마찰계수가 0.07∼0.2의 범위를 갖는 것임을 특징으로 하는 마찰포트받침용 마찰판.
8. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 것으로 지압응력이 5∼25MPa 일 때 마찰계수가 0.07∼0.2의 범위를 갖는 마찰판을 포함함을 특징으로 하는 마찰포트받침.

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