PEEK™ 폴리머, 우시 슈앙링 엔진 진공 펌프 안전성 및 신뢰성 개선 지원

중국 주요 자동차 부품 제조업체 중 하나인 우시 슈앙링 전기 설비 공장(www.sl-dq.com)는 빅트렉스(www.victrex.com) PEEK™ 폴리머를 자사의 진공 펌프 베인(pump vane) 소재로 선택했다.
이러한 펌프 베인은 장성자동차(Great Wall Motors), 장링자동차(Jiangling Motors), 상하이자동차(SAIC Motor) 및 하타이자동차(Hawtai Motor) 등 중국 내 최고 자동차 제조업체의 디젤 및 터보차저 직분사 가솔린 엔진용 로터리 베인 펌프에 사용된다.
진공 펌프는 브레이크 부스터를 통해 제동 기능을 보조하고 수퍼차징 및 배기가스 재순환을 지원하는데 사용된다. 진공 펌프는 브레이크 페달을 밟아야 하는 힘의 양을 줄여 제동 시스템의 전반적인 안전과 효율성 개선에 기여한다. 그러므로 자동차의 수명이 지속되는 동안 진공 펌프의 성능과 신뢰도가 매우 중요한 설계상 요구사항이라 할 수 있다.
진공 펌프가 고장 나거나 성능이 열화되는 경우 자동차의 제동 성능이 떨어져 심지어 사고를 유발할 수도 있다. 따라서 자동차 업계는 조립에 앞서 진공 펌프의 신뢰도와 성능에 엄격한 요구사항을 적용해오고 있다. 베인 펌프는 운전자가 브레이킹 페달을 밟는 힘을 줄여주기 위해 네가티브 압력(0.9 bar)를 브레이크 부스터에 공급한다.
주어진 환경과 운영 조건하에서 지정된 수명 동안 베인이 효율적으로 작동하기 위해 ▲팁 부분 (Tip Area)의 높은 내마모성, ▲특히 전기펌프의 경우 낮은 마찰계수(COF), ▲정밀한 치수 공차, ▲알루미늄과 유사하거나 조금 더 큰 열팽창성, ▲높은 중량대비 강도 비율의 요구사항이 적용된다.
보행자 안전 법률에 따라, 펌프 위치가 엔진오일 섬프에 더 가깝게 아래로 이동됨에 의해 펌프 주변 온도가 100~110°C 내지 120~130°C에 달하게 된다.
빅트렉스 폴리머 솔루션(Victrex Polymer Solutions)과 협력을 통해, 우시 슈앙링(Wuxi Shuangling)은 자동차의 가혹한 작동 환경에서 이러한 요구사항을 충족할 수 있는 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 및 그라파이트 등 전통적인 소재보다 더욱 고성능 부품을 고객사들에 공급하고자 한다.
진공 펌프의 성능과 작동상 신뢰도에는 소재 선택이 매우 중요하다. 빅트렉스 PEEK 폴리머는 자동차에서 사용되는 모든 유체, 특히 진공 펌프에 사용하는 것을 전제할 때 엔진오일 대비 내유성이 뛰어나며 고온에서 매우 우수한 내압축 크립성(compressive creep resistance)이 입증되었다. 빅트렉스 PEEK 폴리머는 수십 년간 경험을 통해 입증된 소재로 150°C에서 5천 시간 이상 높은 기계적 강도가 유지되고 기계 및 마찰 부하 응력에 노출 시에도 취성이 나타나지 않는 독특한 소재이다. 빅트렉스 PEEK 폴리머는 엔진 오일 점성이 상대적으로 높은 저온에서 시동 시(-40°C) 발생하는 힘을 견뎌낼 수 있다. 그리고 내마모성이 우수해 보다 긴 수명을 보장한다.
리 후이청(Li Huicheng) 우시 슈앙링(Wuxi Shuangling)의 차장은 “성능이 입증된 빅트렉스 PEEK 폴리머 사용을 통해 고객사들의 경쟁력 강화를 위한 최고 품질의 진공 펌프와 혁신적인 해결책을 제공할 수 있을 것"이라며 "빅트렉스 내마모성 제품은 낮은 밀도로 고충진 PPS 등 다른 소재와 비교할 때 부품의 관성 모멘트가 줄어들어 심지어 CO2 배출 감소에도 일조합니다. 이에 따라 고객인 자동차 제조사입장에서는 CO2 배출 감소 목표 달성에 도움이 된다”고 언급했다.
이스트워드 위(Eastward Yu) 중국 주재 빅트렉스 폴리머 솔루션 시니어 시장개발 매니저는 "베인 펌프의 경우 내마모성의 비중이 더욱 커지고 있다. 속도와 온도 증가로 인해 소재에 가해지는 부하가 꾸준히 늘어나고 심지어 윤활 처리되는 기계식 펌프도 예외는 아니다. 디젤과 대비해 가솔린 엔진은 엔진 속도가 2배로 높아지는 점을 고려하면 원심력은 압력에 비례하며 4배 증가하므로 pv (압력X속도) 값은 8배가 증가한다"고 설명했다.
최근 자동차 업계는 성능과 안전은 극대화하며 연료 소모량, 중량 및 원가는 최소화하라는 압력에 직면해오고 있다. 그 결과 내구성 개선, 원가 절감, 주행감 향상 및 환경오염 감축이 연구개발의 중점사항이 되었다. 빅트렉스의 제품과 철저한 기술 지원은 전 세계 자동차 부품업체의 제품 성능 개선, 설계상 유연성 확대와 부품 수명 연장에 일조하는 한편 아울러 자동차 업계의 엄격한 소재 요구사항에 해결책이 되고 있다.


이재용 기자(hades@eucrastine.com)