[Industry News 박규찬 기자] 기존 금속 베어링을 플라스틱 베어링으로 바꾸면 어떤 효과가 있을까? 독일 기업 이구스의 이글리두어(iglidur) 폴리머 베어링은 금속 베어링 대비 최대 40%의 비용 절감으로 높은 비용 효율과 더욱 긴 서비스 수명을 제공한다. 

이구스의 테스트룸 [사진=이구스]

공작 기계, 충진 설비, 공압식 실린더와 같은 산업 환경은 물론 주방용 기기나 자전거, 자동차와 같은 일상생활에서도 고성능 플라스틱은 상당 부분 금속 베어링을 대체해 이용되고 있다. 윤활과 유지보수가 필요 없는 트리보 폴리머 소재가 주는 이점이 가장 큰 대체의 이유다.
트리보 폴리머로 각종 기계 부품을 생산하는 독일 기업 이구스의 ‘Motion Plastics’은 비, 염분 및 극한 온도에 내성을 지니며 오일과 화학 물질에 영향을 받지 않는다. 금속 솔루션과 비교해 큰 경량 효과와 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다. 이미 다양한 산업 분야와 애플리케이션에서 플라스틱 베어링이 금속 베어링을 대체하고 있는 이유는 뛰어난 성능뿐만 아니라 특별한 재료 속성 때문이기도 하다. 

고정된 응력을 견디는 능력이 더욱 뛰어난 금속 베어링은 실제 움직이는 모션에서 너무 쉽게 마모가 돼버린다. 반면, 플라스틱 베어링은 사용 수명 내내 일정한 마찰 계수와 내마모성을 제공하기 때문에 사용 수명을 예측할 수 있다는 장점이 있다. 

이구스가 폴리머 베어링을 개발하고 생산한 지는 올해로 30년이 넘었다. 이들의 플라스틱 베어링 고유 브랜드 ‘이글리두어’는 16개 표준품을 포함해 약 50개의 재질로 생산된다. 수많은 연구결과를 통해 플라스틱이라 가벼우면서도 자체 윤활이 가능하고 유지보수가 필요 없는 것이 가장 큰 장점이다. 

16개 표준품뿐만 아니라 약 50개 재질과 DIN ISO 3547에 따른 113개 이상의 치수 생산은 약 830평 규모의 업계 최대 규모의 테스트 연구소에서 비롯된다. 매년 1,350억회 이상의 테스트 동작으로 다양한 모션과 환경 조건을 대응할 수 있는 제품을 개발한다. 

제품의 형태는 일반 슬리브 타입이나 플랜지 형태뿐만 아니라 환봉형 소재나 플레이트 판형, 3D 인쇄 필라멘트 또는 SLS 파우더용으로도 생산된다. 최대 50밀리미터까지의 샤프트 직경이 표준품으로 생산되며 카탈로그에 기재된 내경의 최대 규격은 195밀리미터로 확장 규격품도 선택할 수 있으며 전 제품이 최소 주문수량 없이 24시간 내 발송을 원칙으로 하고 있다. 

폴리머를 사용하면 설계가 매우 자유로워진다. 다른 재질에 비해 약간의 가공만 하면 매우 복잡한 부품도 쉽게 만들 수 있고 특정 첨가제만으로도 그 특성에 큰 영향을 줄 수 있기 때문이다. 이는 이구스가 폴리머 소재를 최적화하는데 있어서도 큰 핵심 역량으로 작용하며 자체 재질 개발 부서를 두고 특정 분야 사용에 맞는 새로운 재질의 연구 개발을 지속해오고 있다. 

이글리두어 플라스틱 베어링의 탁월한 성능은 우선 균일한 구조로 구성된 열가소성 폴리머에 기반 한다. 여기에 섬유 및 충진재를 추가해 베어링의 하중 능력을 증가시킨다. 추가적으로 고체 윤활제가 포함돼 무급유 특성이 더해진다. 이 모든 요소들이 균일한 구조로 어우러져 사용수명 내내 동일한 마찰계수 및 마모속성을 제공하게 되는 것이다. 

이에 반해 금속 베어링은 다층 구조를 가진다. 내부 층이 매우 얇기 때문에 큰 충격이나 전단 하중, 진동, 심지어 급유로 인한 먼지와 오염물의 퇴적으로 내부 층은 쉽게 벗겨지거나 손상된다. 

코팅막이 벗겨지지 않았다 하더라도 계속적인 윤활 작업은 비용과 시간이 많이 드는 단점으로 작용한다. 게다가 그리스나 오일로 인한 위생 및 생태학적 이유는 최근 이들의 인기를 추락시키는 주요인이 되고 있다. 이러한 이유로 시중에는 내부에 윤활유가 통합된 소결 베어링도 있긴 하나, 이것도 건식 베어링이라고 보기는 어렵다. 롤링 베어링도 마찬가지이며 특히 니들 베어링의 경우 기술 및 경제적인 이유로 플라스틱 베어링으로 교체되는 경우가 많다.

<적용 사례 : 농기계>
다양한 산업 시장 중 농기계는 플라스틱 베어링의 기술력을 증명하기에 아주 좋은 예라고 이구스는 설명한다. 농기계에 현재 적용되고 있는 ‘iglidur Q2’나 ‘Q290’은 마모에 대한 내성이 매우 크고 높은 표면 및 전단 하중을 대응할 수 있다. 부식이 없고 충격과 충돌에도 강하다. 비료, 슬러리, 또는 연료의 접촉에도 영향을 받지 않기 때문에 장기간 사용에도 기계를 안정적으로 가동시킬 수 있다. 특히, 기계가 엄청난 양의 분진에 노출될 수 있는 농업 환경에서 이글리두어 베어링은 최적의 기능성과 긴 작동시간을 보증한다. 

<적용 사례 : 식품 산업>
식품 및 포장 산업의 엄격한 위생 및 안전 표준을 고려하면 무급유는 더욱 중요한 역할을 한다. 식품의약청(FDA) 규정에 따라 제품이 윤활유나 기타 물질에 의해 오염되지 않아야 하기 때문이다. 결과적으로 식품과 함께 사용하는 데 적합성을 인증 받은 FDA 준수 플라스틱만 적용될 수 있다는 이야기다. 

금속과 대조적으로 유기적 구조를 지닌 플라스틱은 부식이 없으며 수분함유 염분용액을 포함해 산, 가성소다 등 무기질 매체에 내성을 갖는다. 실제 이구스의 고객인 Singer&Sohn GmbH의 디터 콜러(Dieter Koller) 설계 엔지니어는 “식품산업 적용기계 설계에 있어 고려해야 할 점은 오작동이나 의도치 않은 셧다운을 방지하는 것은 물론이고 모든 내·외부 구역이 습한 환경과 화학약품을 견딜 수 있어야 한다는 점“이라며 해당 산업의 환경 조건을 설명하며 본인의 교체경험에 대해 이야기했다. 

Singer&Sohn사는 식품산업용 특수기계를 만드는 회사로, 소시지 분리 기계의 수동 작업을 대체할 베어링으로 이글리두어를 처음 사용했다.

디터 콜러 엔지니어는 “이글리두어 베어링은 소시지 분리기에서 수동으로 이뤄지고 있는 작업을 대신해 먼지와 오염에 대응한다”며,  “전에는 니들 베어링을 설치하곤 했었는데 작동 중이나 세척 중에 거의 매일같이 오작동이 일어나 세척 중에는 물이 몇 방울만 튀어도 즉시 베어링을 교체해야 할 정도로 매우 민감해서 장기적으로는 너무 많은 비용 소모를 발생시켰다”고 설명했다.

이어 그는 “반대로 플라스틱으로 바꾸고 난 후에는 수분이나 화학물질에 대한 내성으로 유지 보수 걱정을 완전히 덜 수 있었다”고 덧붙였다. 

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