열가소성 복합재의 강철, 황동, 알루미늄 표면에서의 마모 비교 분석

열가소성 복합재와 강철의 마찰 마모 시험

플라스틱과 금속 간의 상호작용을 이해하기 위해 열가소성 복합재와 AISI 1141 냉간 압연 강철 대향면을 쌍으로 하는 제어 시험을 수행했습니다. 놀랍게도 가장 매끄러운 금속 표면 마감(8~12 µin)에서 복합재의 마모가 가장 높게 나타났으며, 이는 접착-변형 마찰에 기인합니다. 12~16 µin 범위에서 가장 낮은 마모 계수를 보였고, 50~70 µin 표면에서는 대부분의 복합재가 중간 정도의 값을 보였습니다. 비보강 제형은 다른 양상을 보였습니다.

PTFE 윤활 유리섬유 강화 폴리카보네이트만이 강철 대향면에서 표면 거칠기가 증가한 유일한 복합재였으며, 다른 모든 복합재는 표면 거칠기를 최대 1/8까지 감소시켰습니다. 반면 금속 표면은 모든 시험에서 일관되게 거칠어졌습니다.

마모 거동 분석

열가소성 복합재의 304 스테인리스강 및 황동 대향면에 대한 마모 거동을 두 가지 거칠기 수준에서 조사했습니다. 예상대로 304 스테인리스강 표면 거칠기를 8~16 µin에서 50~70 µin으로 증가시키면 모든 복합재의 마모 계수가 상승했습니다. 흥미롭게도 마찰 계수는 금속 거칠기가 증가함에 따라 감소했습니다.

마모 계수 비교

마모 계수와 마찰 계수는 일반적으로 440 스테인리스강이 304보다 높았습니다. 440 합금의 높은 마모는 사용 중 가공 경화가 일어나지 않기 때문으로 보입니다. 8~16 µin 황동 표면과 쌍을 이룰 때 마모 계수는 스테인리스강과 유사했으나, 유리섬유 또는 탄소섬유 강화 복합재와 결합 시 황동은 최대 80배 높은 마모율을 보였습니다. PTFE 윤활 나일론 6/6과 그 아라미드 섬유 변형은 황동에 대해 극도로 낮은 마모를 달성했으나, 일부 경우 스테인리스강 대비 최대 4배 더 높은 표면 거칠기를 유발했습니다.

알루미늄 합금 2024 대향면은 더 엄격한 공차 범위를 제공하며, 복합재에 대해 일관되게 허용 가능한 마모 계수를 보였습니다. 최적 마감은 12~16 µin으로 가장 낮은 마모를 나타냈습니다.

PTFE 윤활 복합재의 성능

PTFE 윤활 비보강 나일론 6/6과 그 아라미드 섬유 강화 변형은 모든 알루미늄 조합에서 가장 낮은 마모율을 보였습니다. 그럼에도 불구하고 알루미늄에 대한 복합재의 마모 계수는 강철, 스테인리스강, 황동 대비 더 높았습니다. 모든 열가소성 복합재는 인청동 대향면에서 과도한 마모를 겪었으나, 두 가지 PTFE 윤활 제형과 결합할 때는 예외였습니다.

불소수지 기반 복합재의 마모 거동

흑연 분말, 코크스 분말, 절단 유리섬유 등 무기 충전제가 들어간 불소수지 복합재는 강철보다 알루미늄에서 더 높은 마모를 보였습니다. 반면 청동과 MoS₂를 시너지적으로 함유한 PTFE 복합재는 강철보다 알루미늄에서 더 낮은 마모를 달성했습니다. PPS, 폴리옥시벤조에이트, 방향족 강화 폴리머(ARP) 등 유기 충전제를 함유한 PTFE 복합재는 두 금속에서 비슷한 마모와 표면 거칠기를 보였습니다. 모든 불소수지 변형에서 마찰 계수는 알루미늄이 강철보다 높았습니다.

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