Tribological Behavior of Cu Nano-Particles Impregnated PTFE

Abstract

구리 나노 입자가 함침된 PTFE의 소재에 대하여 윤활하중, 온도변화, 미끄럼속도등의 다양한 실험 조건으로 연구되었다. 실험결과 CN/PTFE는 0.44mm/s, 40℃ 조건에서 마찰계수가 순수한 PTFE보다 높게 나타났다. 0.024~0.020, CuN-PTFE, 0.023~0.018및 순수한 PTFE에서는 대조적으로 고부하(80N)와 100℃상태에서는 낮게 나타났으며 0.024~0.023;CN/PTFE, 0.020~0.026;순수한 PTFE에서는 CuN-PTFE가 고부하조건에서 순수한 PTFE보다도, 그리고 두 종류의 순수한 PTFE와 Cu nano-particles이 함침된 PTFE (이하 CuN-PTFE)를 마찰 황동판의 마찰을 P.O.D. 타입의 시험장치에서 부하, 윤활온도에서 훨씬 높게 나타났다. 만약 20N이하의 저부하라면 마모율 손실차이는 0.002g이고 80N일때는 0.024g으로 낮아졌다. 또한 윤활유의 점도영향은 CuN-PTFE 마찰계수뿐만 아니라 마모율도 낮게 그래프에 나타났다. 반면, 순수한 PTFE 점도영향은 오일온도를 증가시키며 윤활 오일 필름층은 미끄럼 속도 증가로 경계면이 보다 쉽게 형성된다는 것을 실험결과를 통해 알 수 있다. 따라서 마모를 줄이는데 주도적인 역할을 하는 마찰표면 윤활상태는 크게 향상될 수 있으며 CuN-PTFE 미끄럼 속도의 마찰계수의 값은 작게 나타났다. 그러나 CuN-PTFE 마모율은 미끄럼 속도를 높여도 크게 감소하지 않는 경향이 있다.

Polytetrafluoroethylene (PTFE) impregnated with Cu nano-particles (CuN-PTFE) and Virgin PTFE slided against a brass disc under the various condition of loads, lubricating oil temperatures and sliding speeds. They were investigated on the Pin-On-Disc friction and wear tester (P.O.D). Experiment results showed that the friction coefficients of CuN-PTFE at the low condition of sliding speed and oil temperature (0.44mm/s and 40℃) were higher than Virgin PTFE (0.024 - 0.020 for CuN-PTFE; 0.023 - 0.018 for Virgin PTFE). Fortunately, that changed as specimens worked in the high condition of load and oil temperature, the friction coefficient of CuN-PTFE was lower than that of Virgin PTFE. In addition, the experiment indicated also, if as under the load condition of 20N, their wear volume loss difference was 2x10^(-3) gram, then at 80N that was 0.024 gram. This evidenced the load carrying capacity of CuN-PTFE was much better than that of Virgin PTFE, under high load condition specially. On the other hand, on graphs showed that the viscosity of the lubricating oil influenced not much to the wear rate as well as the friction coefficient of CuN-PTFE. Further, it was demonstrated that the wear properties of PTFE materials could be greatly improved by a layer of lubricating oil film. Therefore, it can be concluded that, the friction coefficient variation of CuN-PTFE is very small but its wear rate decreases greatly with increase in sliding speed.