선미관 베어링용 PUR/MoS2 합성소재의 해수 윤활에 관한 연구

Abstract

베어링 장치에서 유체 윤활은 고체 표면과 고체 표면 사이의 상대 운동을 하는 영역에 윤활제가 충진 되어 고체 마찰을 줄이기 위하여 산업적으로 많이 활용된다. 선박의 축계장치에서 스턴 튜브 베어링은 초기에는 목재를 사용하였으나 최근에는 합성수지 등의 복합 소재를 많이 사용하고 있다. 최근에는, 합성수지인 PUR(Polyurethane)을 바탕 소재로 하는 경우에는 여러 첨가제, 예를 들어 그라스 파이버 및 카본 파이버를 가장 많이 사용된다. 그러나 이들 첨가제는 환경적 문제로 대두되어 사용을 기피하거나 노후 처리가 문제시 되어 왔다. 또한 고체 윤활제인 MoS를 베어링 소재로 사용하는 경우가 많이 있으나 가격이 비싸고 가공이 어려워 사용을 기피해 왔다. 그러나 최근 요트 등 레저산업이 활성화됨에 따라 내구성이 우수하고 고장이 없는 고 부가 가치의 소재를 요구함에 따라 새로이 MoS₂소재에 관심을 갖게 되는 추세이다. 첨가제로서 MoS는 가격은 고가이나 합성수지와의 친화성, 조직 내의 분포성 및 내마모성이 우수한 특징을 갖고 있다. 그러므로 유체 윤활에서 요구 되는 특징은 마찰계수를 감소시키면서 윤활유체의 운동에너지를 소산시키고 경계층의 두께를 얇게 하여 물체표면의 마찰저항을 감소시킬 수 있으므로 윤활의 효율성 증대를 위해 첨가제로서 적용이 가능할 것으로 생각된다. 특히 선박의 프로펠러를 지지하는 선미축계 베어링에 있어서 해수 윤활 방법 등 여러 가지가 있다. 해수를 윤활제로 하여 축계 스턴튜브 베어링의 마찰을 저감 시키는 방법이 설비적인 면이나 경제적인 면에서 매우 효율적 이므로 최근 관심과 연구의 대상이 되어왔다. PUR 단독이나 MoS 단독 소재에 관한 연구나 논문[19], [20], PUR과 다른 소재(예를 들어, 글라스 파이버, 카본 파이버)의 합성소재에 관한 연구 논문은 있으나 PUR/MoS의 합성소재에 관한 연구 자료는 찾아보기 힘들다. 따라서 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 선박 스턴 튜브 베어링에 대한 기초연구의 일환으로 해수 윤활 마찰 저항의 영향을 감소시키기 위하여 PUR/MoS2의 합성 소재를 이용하여 베어링을 제작 하였다. 그리고 제작한 합성소재의 조직 분석, 마찰계수, 마모량 및 소재 경도의 변화 거동을 고찰하다. 이러한 거동이 해수 윤활과 마찰에 미치는 영향을 연구하였다. 또한 이를 바탕으로 PUR/MoS2 합성소재가 해수 윤활용 스턴 튜브 베어링 소재로서의 가능성을 검토하였다.