PTFE 변성 코팅의 내마모성 충전재로 사용되는 탄화규소(SiC) 미세 분말
탄화규소 미세분말 (흑색/녹색 SiC 미세분말, 예를 들어 10미크론, 7미크론, 5미크론 초미세분말)은 PTFE 변성 내마모성 충전재로 사용될 수 있습니다. 이는 산업용 내마모성 자가 윤활 코팅에 사용되는 주요 경질 세라믹 충전재 중 하나로, 수성/용매성 PTFE 복합 코팅 및 유기실리콘-PTFE 고온 내마모성 코팅에 적합합니다.
I. PTFE 코팅에 SiC 미세 분말을 첨가했을 때의 장점
1. 내마모성 및 내긁힘성이 크게 향상되었습니다: 순수 PTFE는 부드럽고 경도가 매우 낮아 왕복 마찰 및 단단한 물체에 의한 긁힘으로 인해 마모되거나 코팅에서 쉽게 떨어져 나갑니다. 모스 경도 9.2의 SiC는 백색 코런덤 및 석영보다 훨씬 높아 코팅 내부에 견고한 지지 골격을 형성합니다.
– 동일한 작업 조건에서 코팅 마모가 70%~85% 감소하고 수명이 3~5배 연장됩니다.
– 금속 부품, 모래, 플라스틱 슬라이더와의 장기간 왕복 마찰을 견딜 수 있어 내마모성이 요구되는 고강도 환경에 적합합니다.
2. PTFE의 고유한 단점 극복
1. 향상된 열전도율 및 열 방출 능력으로 열 마모 방지:
순수 PTFE는 열전도율이 매우 낮아(0.25 W/m·K) 마찰열 축적으로 인해 쉽게 연화되고 파손됩니다. 반면 SiC는 열전도율이 우수하여 마찰열을 빠르게 방출함으로써 코팅의 PV 한계를 향상시켜 고속 슬라이딩 씰 및 베어링 코팅에 적합합니다.
3. 저온 유동성 및 크리프 저항성
감소: PTFE 분자 사슬의 미끄러짐을 제한함으로써, 코팅은 고온 고압 조건에서 변형, 팽창 및 변위가 덜 발생합니다.
4. 코팅 접착력 및 충격 저항성 향상:
경질 미세 분말은 물리적 고정 구조를 형성하여 코팅과 금속 기판 사이의 접착력을 향상시키고 충격으로 인한 박리 및 균열을 줄입니다.
5. 화학적 안정성: PTFE와 유사한
SiC는 산, 알칼리, 용제 및 고온(분해 온도 > 1800℃)에 대한 내성이 있어 PTFE의 광범위한 온도 범위에서의 내식성과 호환되므로 산성, 알칼리성, 오일 및 화학 매체 조건에서 충전재의 부식으로 인한 파손을 방지합니다.
6. 마찰 시스템의 시너지 효과
PTFE는 초저마찰 계수의 자체 윤활 기능을 제공하고, SiC는 내마모성 골격을 제공합니다. 이 연질 및 경질 복합재는 연속적이고 안정적인 전이막을 형성하여 접촉면의 마모를 줄이고 심각한 마모 변동을 방지합니다.
II. 공정 선택을 위한 핵심 사항 (코팅 관련)
1. 입자 크기 선택:
28μm, 20μm, 14μm, 10μm, 7μm, 5μm와 같은 초미세 SiC 분말을 우선적으로 선택합니다.
– 입자가 굵은 SiC(F 시리즈 연마재)는 코팅 표면을 거칠게 만들고, 접합 부품에 흠집을 내며, 스프레이 건을 막히게 하는 원인이 되기 쉽습니다.
– 탄화규소 W7-W28 입자 크기는 600-2500 메쉬에 해당하여 PTFE 표면의 평활도를 손상시키지 않으면서 미세하고 매끄러운 코팅을 형성합니다.
2. 권장 첨가 비율(질량 분율)
– 일반 내마모성 코팅: 8%~15%는 최적의 전반적인 성능과 가장 낮은 마모율을 제공합니다.
– 고하중 및 고마모성 용도의 경우 상한값은 20%를 초과해서는 안 됩니다.
20%를 초과하면 두 가지 주요 문제가 발생합니다.
1. PTFE 함량이 감소하면 비점착성 및 자체 윤활성이 현저히 저하됩니다.
2. 분말이 과다하면 분산이 어려워져 코팅 침전, 스프레이 평활도 불량, 코팅의 미세 기공 발생 및 취성 증가 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
3. 분산의 핵심: 실란 커플링제 표면 개질
SiC 분말은 극성이 매우 높은 표면을 가지고 있어 PTFE 에멀젼/실리콘 수지에 직접 첨가하면 응집 및 침전이 쉽게 발생합니다. KH550/KH560/KH570 실란을 사용하여 표면을 개질하면 분말과 유기 수지 및 PTFE의 상용성이 향상되어 현탁액 안정성이 크게 개선됩니다.
III. 적용 시나리오
1. 산업용 내마모성 자가 윤활 코팅:
유압 밸브 밀봉면, 슬라이딩 베어링, 기어 내마모성 코팅 및 컨베이어 롤러용 점착 방지 내마모성 층;
2. 이형 내마모성 코팅:
고무 및 플라스틱 사출 금형, 다이캐스팅 금형에 적용 가능하며, 비점착성, 내마모성 및 내침식성을 결합합니다.
3. 고급 논스틱 코팅 (
베이킹 팬, 상업용 프라이팬 등 주방용품에 적용, 금속 주걱으로 인한 긁힘에 장기간 강함)
4. 내식성 및 내마모성 복합 코팅:
화학 장비, 혼합 샤프트, 펌프 라이닝 등에 적용 가능하며, 매체 및 입자 침식에 대한 저항성을 제공합니다.
