KR101944385B1 - 메커니컬 실 - Google Patents

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    • Y10S277/919—Seal including electrical feature

Abstract

본 발명은 메커니컬 실에 관한 것이다. 보다 상세하게는 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 막기 위해 적용되는 것으로, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있는 메커니컬 실에 관한 것이다.

Description

메커니컬 실{MECHANICAL SEAL}
본 발명은 메커니컬 실에 관한 것이다. 보다 상세하게는 장치 내 케이싱과 회전축 사이에 형성되는 틈을 막기 위해 적용되는 것으로, 회전축에 수직된 섭동면의 유체 누설을 방지하고 내마모성, 내식성 및 내열성을 향상시켜 제품 수명을 늘리고 품질 안정성을 확보할 수 있는 메커니컬 실에 관한 것이다.
메커니컬 실(Mechanical seal)은 고속으로 회전하는 회전축에서, 고정자와 회전자를 접촉시켜 밀봉 기능을 수행하는 면 접촉식 밀봉장치이다. 구체적으로, 회전축(Shaft)에 수직된 고정자와 회전자가 서로 마주하면서 형성되는 면인 섭동면의 일면이 회전축과 함께 회전하면서 스프링의 장력 혹은 유체의 압력으로 밀봉 성능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
메커니컬 실은 회전축의 고속 운전이 원활하게 이루어지도록 섭동면에 자체적으로 유체 막이 형성되며, 유체 막의 윤활작용으로 인해 고속 회전은 물론 마찰열을 상쇄시키면서 밀봉 성능을 수행한다.
이러한 메커니컬 실은 구조상 회전자와 고정자 사이의 틈새로부터 유체의 누설이 항상 존재할 수밖에 없고, 섭동면 표면에서의 산화, 마모로 인한 섭동면에 분진을 발생시켜 장치 내구성을 저하시켜 제품 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 환경오염과 원재료 손실 등의 여러 가지 문제점을 야기하고 있다.
특히, 회전체 기계장치의 고속 운전에 따라 섭동면 가장자리에서 파손(edge chipping)이 일어나는 등의 비이상적 파손 현상은 제품 수명을 급격히 단축시키는 등의 문제점을 가지고 있으나, 아직까지 그 해결 방안을 찾지 못하고 있는 상황이다.
일본공개특허 제2011-038579호(2011.02.24.) 일본공개특허 제2000-004034호(2001.01.09.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고속, 고압의 조건에서도 우수한 내마모성, 내식성, 내열성을 가지며, 대전 및 방전의 반복으로 인한 섭동면의 파손을 방지하기 위하여 높은 전기전도성을 구현할 수 있는 메커니컬 실을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 섭동면에서의 유체 누설에 따른 오염에 대한 부담이 없고 내구성이 강화되어 장기 수명 안정성 및 제품 신뢰성을 확보할 수 있는 메커니컬 실을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는
회전축과 함께 회전하는 회전자 및 실 하우징에 고정되는 고정자를 포함하여 이루어지는 메커니컬 실로,
상기 회전자는 표면에 적어도 하나의 산화그래핀층이 형성된 카바이드계 기재로 이루어지며,
상기 고정자는 전기전도성 물질이 도입 가능하도록 기능화된 탄소계 기재로 이루어지며, 상기 탄소계 기재의 표면 또는 기재 내부에 전기전도성 물질이 형성된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 회전자는 표면에 형성된 산화그래핀층이 0.1 내지 10㎛의 두께를 가지며, 10 내지 500 S/㎝ 의 전기전도도를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 기능화된 탄소계 기재는 표면에 카르복시기, 히드록시기, 아민기, 술폰산기 및 니트릴기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 작용기를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 전기전도성 물질은 구리, 은, 금, 백금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 고정자는 전기전도성 물질의 함량이 0.1 내지 20중량%인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 탄소계 기재는 이흑연화성 탄소, 그래핀 및 그래핀 산화물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 카바이드계 기재는 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 보론 카바이드, 크롬 카바이드, 지르코늄 카바이드, 니켈 카바이드, 하프늄 카바이드, 티타늄 카바이드 및 바나듐 카바이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 회전자는 SPS(Suspension Plasma Spray)법, SPPS(Solution Precursor Plasma Spray)법, AD(Aerosol Deposition)법 및 저온분사 코팅법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 표면에 산화그래핀층이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메커니컬 실에 있어서, 상기 고정자는 기능화된 탄소계 기재를 전도성 물질 함유 용액에 함침시켜 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 메커니컬 실은 우수한 내마모성, 내식성 및 내열성을 가지며, 회전자와 고정자의 표면이 높은 전기전도성을 가지고 있어 마찰로 인한 높은 전위차에 의한 대전 및 방전으로 인한 손상을 미연에 방지할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 메커니컬 실은 섭동면에서의 유체 누설에 따른 오염에 대한 부담이 없고 내구성이 강화되어 장기 수명 안정성 및 제품 신뢰성을 확보할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 일반적인 메커니컬 실 구조의 일 양태를 도시한 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 메커니컬 실에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어는 특별히 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 이는 하기 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명을 기술하는 명세서 전반에 걸쳐, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일반적인 메커니컬 실 구조가 적용된 장치의 단면을 보여주는 것으로, 장치 내 회전력이 직접적으로 실행되는 곳을 보호하는 케이싱(30)과, 모터에 의해 회전력을 전달하는 회전축(20), 상기 케이싱(30)과 회전축(20) 사이에 형성되는 틈을 막기 위하여 케이싱(30)과 고정 결합되는 결합 블록(31) 및 상기 회전축(20)과 맞닿는 곳에 메커니컬 실(10)이 구비된다.
이때, 상기 메커니컬 실(10)은 회전자(11), 고정자(12), 실 고정부재(13), 체결구(14), 탄성부재(15) 및 오링(16)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 실 고정부재(13)는 회전축(20)의 둘레를 감싸고 있는 회전자(11)의 이탈을 방지하는 것으로 체결구(14)의 압박 조임에 의해 회전축(20)과 연동하여 결합된다. 또한, 상기 고정자(12)는 장치 내 회전축(20)이 인출되는 케이싱(30)의 단부 내측에 회전축(20)을 전부 감싸는 형태로 케이싱(30)에 고정되며, 상기 탄성부재(15)는 회전자(11)가 고정자(12)에 밀착될 수 있도록 실 고정부재(13) 내에 구비된다.
상기 메커니컬 실 구조에서 보이는 바와 같이, 회전자와 고정자는 서로 마주보는 면인 섭동면을 형성한다. 섭동면에서는 원활한 회전과 마찰열을 상쇄할 수 있도록 메커니컬 실의 작동 시 유체 막 형성이 필수적이다. 하지만, 지속적인 회전과 압력에 의해 유체 막에서 누설이 발생할 수밖에 없는 구조를 가지고 있다. 즉, 유체 막을 형성하는 윤활유 등이 지속적으로 누출되어 오염이 불가피하며, 섭동면의 표면 산화를 유도하고, 섭동면을 이루는 기재인 회전자와 고정자가 마찰에 의해 표면에서 분진을 야기하는 등의 문제로 메커니컬 실 뿐만 아니라 회전 장치의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다.
특히, 전기전도도가 매우 작은 초순수 유체내에서 회전축이 고속으로 회전하는 경우, 섭동면에서는 마찰로 인하여 높은 전위차로 대전이 발생하며, 이는 유체 막에서 아크형태로 방전이 발생하고, 대전과 발생이 지속적으로 발생하게 되면 섭동면의 손상이 더욱 가속화될 수 있다.
이에, 본 발명자는 메커니컬 실을 이루는 상기 회전자와 고정자를 구조적으로 개선하여 섭동면에서의 유체 막을 대체할 수 있으며, 나아가 전기전도성이 우수한 섭동면을 형성함으로써 내마찰마모성은 물론 내식성 및 내열성을 향상시킬 수 있고 제품의 장기 수명안정성을 확보할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 일 구현예에 따른 메커니컬 실은 회전축과 함께 회전하는 회전자 및 실 하우징에 고정되는 고정자를 포함하여 이루어지는 메커니컬 실로, 상기 회전자와 고정자를 이루는 기재의 표면에 특정 성분의 박막이 형성된 것을 특징으로 하며, 이들 상기 회전자 및 고정자의 조합에 의한 상승효과를 통해 메커니컬 실의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 회전자는 표면에 적어도 하나의 산화그래핀층이 형성된 카바이드계 기재로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이는 기재 표면을 DLC(Diamond Like Carbon)와 유사한 구조를 가지도록 형성하는 것으로, 보다 얇은 박막을 형성하면서도 견고하고, 내마모성을 보다 향상시킬 수 있는 면에서 더욱 효과적이다.
본 발명의 비한정적인 일예에서, 상기 표면에 적어도 하나의 산화그래핀층이 형성된 카바이드계 기재로 이루어진 회전자는 SPS(Suspension Plasma Spray)법, SPPS(Solution Precursor Plasma Spray)법, AD(Aerosol Deposition)법 및 저온분사 코팅법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 카비이드계 기재 표면에 산화그래핀층을 형성하는 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 이 중에서, SPS 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 SPS 방법은 산화그래핀 분말을 용매에 혼합한 슬러리를 플라즈마 제트(plasma jet)에 투입하여 분사함으로써 카바이드계 기재 상에 피막을 형성시키는 방법으로 고밀도로 코팅시킬 수 있는 면에 더욱 효과적이다.
본 발명의 비한정적인 다른 일예에서, 카바이드계 기재의 표면에 산화그래핀층을 형성하는 방법으로는 산화그래핀을 친수성 용매, 예를 들어 물 또는 알코올 계열의 용매에 혼합한 용액에 상기 카바이드계 기재를 함침시켜 형성할 수 있으며, 상기 카바이드계 기재 상에 산화그래핀을 코팅할 수 있는 방법이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 산화그래핀은 일반적으로 그라파이트(graphite)를 산화시켜 제조될 수 있으며, 허머스(Hummers)법, 브로디(Brodie)법, 스타우덴마이어(Staudenmaier)법 또는 이의 변형된 산화법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. 비한정적인 일예로, 순수 흑연을 산처리 및 정제를 통해 제조된 산화흑연을 초음파 분사기를 이용하여 박리하는 공정을 통해 수득될 수도 있다.
상기 회전자는 코팅된 표면의 산화그래핀층의 두께를 밀봉 성능 효과가 저하되지 않는 범위 내에서 조절될 수 있으나, 0.1 내지 10㎛, 바람직하게는 0.2 내지 8㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5㎛인 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 메커니컬 실의 밀봉 특성과 내마모성, 내식성 및 내열성 향상 측면에서 효과적이나, 이는 비한정적인 일 예 일뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.
또한, 상기 표면에 산화그래핀층이 형성된 회전자는 전기전도도가 10 내지 500 S/㎝, 바람직하게는 50 내지 400 S/㎝인 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 종래 실리콘카바이드의 밀봉면에 비하여 수 배 이상 향상된 초저마모 특성을 구현할 수 있는 점에서 더욱 효과적이다.
상기 회전자는 고정자와 마주하는 면인 섭동면에서 고속 회전에 따른 효율적인 밀봉 특성과 함께 내마모 특성 및 내열 특성을 구현하기 위하여 고정자의 재질과 비교하여 상대적으로 강도가 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 회전자는 고정자와의 마찰 저항을 줄이고, 마찰열에 의한 온도 상승을 저하시키는 면에서 바람직하게는 카바이드계 물질로 이루어진 기재가 사용될 수 있다.
상기 카바이드계 물질로는 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 보론 카바이드, 크롬 카바이드, 지르코늄 카바이드, 니켈 카바이드, 하프늄 카바이드, 티타늄 카바이드 및 바나듐 카바이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 실리콘 카바이드 또는 텅스텐 카바이드를 들 수 있다.
상기 회전자는 상기 카바이드계 기재 표면에 적어도 하나의 산화그래핀층, 나아가 둘 이상의 산화그래핀층이 적층된 다층구조일 수 있다. 이는 회전자의 표면을 보다 치밀하게 함으로써 내마모 특성은 물론 마찰로 인해 발생되는 열에 의한 물성 저하 및 부식 방지 면에서 더욱 효과적이다.
본 발명에서, 메커니컬 실 내부 섭동면에서는 고정자가 회전자와의 지속적인 마찰로 인해 대전 및 방전이 반복하여 발생하고, 이로부터 회전자에 비해 상대적으로 강도가 약한 고정자의 표면의 손상이 쉽게 발생되는 문제점을 인식하고, 이를 해결하기 위하여 고정자의 기재 표면 또는 내부에 높은 전기전도성 구현이 가능하도록 전기전도성 물질을 형성하도록 한다.
즉, 상기 고정자는 전기전도성 물질이 도입 가능하도록 기능화된 탄소계 기재로 이루어지며, 상기 탄소계 기재의 표면 또는 기재 내부에 전도성 물질이 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 기능화된 탄소계 기재는 전기전도성 물질이 도입 가능한 작용기가 표면에 도입된 것이라면 크게 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 바람직하게는 표면에 카르복시기(-COOH), 히드록시기(-OH), 아민기(-NH2), 술폰산기(-SO3H) 및 니트릴기(-CN) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 작용기를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 비한정적인 일예에서, 상기 기능화된 탄소계 기재는 탄소계 기재를 고온 고압으로 소성하거나 산 용액에 침지하고 반응시켜 표면에 카르복시기 또는 히드록시기를 형성할 수 있다. 일예로, 탄소계 물질을 질산, 염산 및 황산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 산 용액에 침지 반응시켜 표면을 카르복시기로 기능화 할 수 있다. 또는 클로로술폰산과 같은 술폰산 화합물을 이용한 술폰화 반응을 통해 탄소계 기재 표면에 술폰산기를 도입할 수 있다. 또한, 표면이 카르복시기로 기능화된 탄소계 기재에 필요에 따라 에틸렌디아민 또는 테트라에틸렌펜타민과 같은 아민화 반응을 일으킬 수 있는 물질을 이용하여 아민기를 도입할 수 있다. 이러한 기능화된 탄소계 기재의 제조방법은 이에 제한되지 않고 공지의 방법이 이용될 수 있다.
상기 고정자는 기재로서 이흑연화성 탄소(graphitizable carbon), 그래핀 및 그래핀 산화물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 비용 및 효율 면에서 이흑연화성 탄소을 사용하는 것이 효과적이다.
이흑연화성 탄소는 소프트 카본(soft carbon)으로, 석탄계 피치, 석유계 피치, 폴리비닐클로라이드, 메조페이스 피치, 타르 및 저분자량 중질유 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로부터 수득될 수 있다. 상기 이흑연화성 탄소는 소성를 통해 산화그래핀의 표면 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다.
상기 기능화된 탄소계 기재는 표면에 형성된 작용기를 통해 전기전도성 물질이 도입될 수 있다. 상기 기능화된 탄소계 기재에 전기전도성 물질을 도입하는 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 전기전도성 물질을 함유하는 용액에 함침시켜 제조될 수 있다.
상기 전기전도성 물질로는 전기전도성을 구현할 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으나, 바람직하게는 구리, 은, 금, 백금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전기전도성 물질은 상기 기능화된 탄소계 기재의 표면 또는 기재 내부에 형성됨으로써 높은 전기전도성을 구현할 수 있다.
이때, 상기 고정자는 기재의 표면 또는 내부에 함유되는 전기전도성 물질의 함량이 0.1 내지 20중량%, 바람직하게는 0.5 내지 15중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 고정자의 전기전도성을 향상시킬 수 있고 회전자와의 지속적인 마찰에도 대전이 발생하는 일을 현저히 줄일 수 있어 비이상적인 섭동면의 손상을 방지할 수 있는 효과를 가지나, 이는 비한정적인 일예일 뿐, 상기 수치범위에 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 구현예에 따른 메커니컬 실은 특정 표면 구조를 갖는 회전자 및 고정자의 조합을 포함함으로써 유체 누설 없이 우수한 밀봉 특성을 구현하는 것은 물론 고속 및 고압의 운전 조건에서도 초저마모 특성을 구현하여 기재로부터 분진이 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있고, 우수한 내열성 및 내식성을 가짐으로써 강화된 내구성으로 수명을 더욱 연장시킬 수 있는 효과를 가진다. 상기 메커니컬 실은 그 용도로 교반기, 펌프, 컴프레셔, 밀믹서, 등 산업 전반에 걸쳐 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 메커니컬 실은 다음과 같은 시험을 실시하였다.
(전기적 물성)
실시예 및 비교예에 따른 고정자 기재에 대하여 ASTM D991 규정에 의거 미쯔비시 사의 Loresta GP(MCP-T600)를 사용하여 표면저항(Ω/sq)을 측정하고, 회전자 기재에 대하여 전기전도도(S/㎝)를 측정하였다.
(내마모성)
실시예 및 비교예에 따른 고정자 및 회전자에 대하여 JIS K 7218의 규정에 의거하여 동적마찰계수를 측정하였다. 또한, ASTM D4060의 규정에 의거하여 Taber형 마모시험기를 이용하여 2,000rpm 회전속도로 100,000 cycle 동안 마모 전후의 손실량을 측정하였다. 또한, 실(seal) 내에 분진이 발생여부를 확인하였다(발생하지 않음 ○, 발생함 ×).
(실시예 1)
이흑연화성 탄소(soft carbon)를 850℃에서 6시간 동안 소성시킨 후 구리 전구체 용액으로 질산구리 용액에 10분 동안 함침 시킨 다음 80℃의 진공오븐에서 12시간 진공 건조시켰다. 다음으로, 수득된 분말을 압출기를 이용하여 용융 압출 가공하여 표면 또는 내부에 구리가 5중량% 함유된 고정자 기재를 성형 제조하였다. 또한, 회전자 기재로 표면에 산화그래핀층이 형성된 실리콘 카바이드를 사용하였다. 산화그래핀은 허머스법에 의해 제조되었으며, 순수 흑연을 황산(H2SO4)과 과망간산칼륨(KMnO4)이 1:1 비율로 혼합된 혼합용액에 넣어 24시간 동안 처리하고, 과산화수소(H2O2)와 염산(HCl)으로 정제하여 제조된 산화흑연을 초음파 분산기를 이용하여 박리함으로써 산화그래핀을 제조하였다. 제조된 산화그래핀을 100mg/L의 농도로 물에 분산하여 산화그래핀 코팅액을 제조하고 이를 SPS(Suspension Plasma Spray) 법을 이용하여 실리콘 카바이드 표면에 두께 1.0㎛의 산화그래핀층이 형성되도록 제조되었다.
상기의 고정자 및 회전자를 이용하여 표면저항 및 전기전도도의 전기적 특성을 측정하였고, 내마모성 시험을 실시하였다. 또한, 종래 메커니컬 실에 장착하여 분진이 발생하거나 파손되는지 여부를 확인하였다.
(실시예 2)
고정자 기재 내 구리 함량을 0.5중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 3)
고정자 기재 내 구리 함량을 10중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 4)
회전자 기재로 표면에 산화그래핀층이 형성된 실리콘 카바이드를 사용하되, 산화그래핀층이 2층으로 적층된 구조를 가지며, 산화그래핀층 전체 두께가 2㎛이 되도록 하였다. 이는 SPS법을 2회 수행하여 실시하였다. 이를 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 5)
고정자 기재 내 구리 함량을 25중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 1)
회전자 기재로 표면 처리되지 않은 실리콘 카바이드(SiC)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 2)
고정자 기재로 어떠한 처리도 되지 않은 소프트 카본(soft carbon)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(비교예 3)
회전자 기재로 표면 처리되지 않은 실리콘 카바이드(SiC)를 사용하고, 고정자 기재로 어떠한 처리도 되지 않은 소프트 카본(soft carbon)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[표 1]
Figure 112017089289693-pat00001
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들은 비교예들에 비하여 전기적 특성이 뛰어나 대전 및 방전의 반복에 따른 손상을 방지할 수 있으며, 마모량이 극히 낮고 실(seal) 내에서의 분진도 발생하지 않아 내마모 특성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있다. 반면, 종래 메커니컬 실에 사용되어온 기재를 사용한 비교예들은 전기적 특성을 확보하지 못하고, 내마모 특성 또한 좋지 않았다.
따라서, 본 발명에 따른 메커니컬 실은 섭동면의 손상 없이 내구성을 강화시킬 수 있어 수명 특성을 크게 개선할 수 있으며, 내마모성, 내구성을 확보할 수 있음을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10 : 메커니컬 실 11 : 회전자
12 : 고정자 13 : 실 고정부재
14 : 체결구 15 : 탄성부재
16 : 오링 20 : 회전축
30 : 케이싱 31 : 결합블럭

Claims (9)

  1. 회전축과 함께 회전하는 회전자 및 실 하우징에 고정되는 고정자를 포함하여 이루어지는 메커니컬 실로,
    표면에 적어도 하나의 산화그래핀층이 적층된 카바이드계 기재로 이루어진 회전자 및
    상기 회전자의 산화그래핀층과 맞닿아 섭동면을 이루고, 구리, 은, 금, 백금, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전기전도성 물질을 함유하는 탄소계 기재로 이루어진 고정자를 포함하는 메커니컬 실.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 표면에 형성된 산화그래핀층이 0.1 내지 10㎛의 두께를 가지며, 10 내지 500 S/㎝ 의 전기전도도를 갖는 것인 메커니컬 실.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 기재는 표면에 카르복시기, 히드록시기, 아민기, 술폰산기 및 니트릴기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 작용기를 포함하여 상기 작용기를 통해 전기전도성 물질이 도입된 것인 메커니컬 실.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 전기전도성 물질의 함량이 0.1 내지 20중량%인 메커니컬 실.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 기재는 이흑연화성 탄소, 그래핀 및 그래핀 산화물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 메커니컬 실.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 카바이드계 기재는 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 보론 카바이드, 크롬 카바이드, 지르코늄 카바이드, 니켈 카바이드, 하프늄 카바이드, 티타늄 카바이드 및 바나듐 카바이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 메커니컬 실.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 SPS(Suspension Plasma Spray)법, SPPS(Solution Precursor Plasma Spray)법, AD(Aerosol Deposition)법 및 저온분사 코팅법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 표면에 적어도 하나의 산화그래핀층이 형성된 것을 포함하는 메커니컬 실.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 고정자는 탄소계 기재를 전기전도성 물질이 함유된 용액에 함침시켜 제조된 것을 특징으로 하는 메커니컬 실.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102546066B1 (ko) 2022-12-07 2023-06-28 유한회사 부산프로펠러공사 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000004034A (ja) 1998-06-16 2000-01-07 Yazaki Corp 太陽電池モジュールにおけるバスバーの接続方法
JP2009173709A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Kaneka Corp 硬化性組成物
JP2011038579A (ja) 2009-08-10 2011-02-24 Jgc Corp メカニカルシール装置及び処理装置
WO2013091617A2 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Verfahren zum herstellen und verwendung von graphen auf polykristallinem siliziumcarbid
KR20150127647A (ko) * 2013-04-04 2015-11-17 이글버그만 저머니 게엠베하 운트 코. 카게 상이한 경도의 슬라이드 표면들을 가지는 기계적 시일 장치
US20170074404A1 (en) * 2014-03-21 2017-03-16 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg Graphene-containing slide ring

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102530936A (zh) * 2012-01-03 2012-07-04 西安电子科技大学 基于Cl2反应的SiC衬底上制备石墨烯的方法
US9771665B2 (en) * 2013-09-16 2017-09-26 Griffith University Process for forming graphene layers on silicon carbide
US20160222813A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 United Technologies Corporation Abradable Seal Material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000004034A (ja) 1998-06-16 2000-01-07 Yazaki Corp 太陽電池モジュールにおけるバスバーの接続方法
JP2009173709A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Kaneka Corp 硬化性組成物
JP2011038579A (ja) 2009-08-10 2011-02-24 Jgc Corp メカニカルシール装置及び処理装置
WO2013091617A2 (de) * 2011-12-22 2013-06-27 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Verfahren zum herstellen und verwendung von graphen auf polykristallinem siliziumcarbid
KR20150127647A (ko) * 2013-04-04 2015-11-17 이글버그만 저머니 게엠베하 운트 코. 카게 상이한 경도의 슬라이드 표면들을 가지는 기계적 시일 장치
US20170074404A1 (en) * 2014-03-21 2017-03-16 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg Graphene-containing slide ring

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102546066B1 (ko) 2022-12-07 2023-06-28 유한회사 부산프로펠러공사 선박용 수중 메커니컬 씰 밀봉용 고무 튜브 제조방법 및 이에 의해 제조된 고무 튜브

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