KR100858482B1 - 비석면계 마찰재 - Google Patents
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Abstract
비석면계 마찰재가 석면이외의 섬유기재, 결합재, 유기충전재, 무기충전재 및 연삭재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조된다. 연삭재는 모오스 경도 4.5 이상을 가지는 무기물 및 모오스 경도 4.5 미만을 가지며 모오스경도 4.5 이상을 가지는 성분을 50 중량%이상 함유하는 무기물로부터 선택된 한가지 이상의 무기물로 이루어진다. 유기물의 총량 및 연삭재의 총량은 체적비로 1.5/1 내지 3.5/1이다. 이와 같이 구성된 마찰재는 스퀼 또는 소음을 거의 생성하지 않으며 양호한 내마모성을 가진다.
브레이크, 드럼, 로터, 마찰재, 연삭재, 비석면
Description
기술분야
본 발명은 스퀼(squeal) 또는 소음을 거의 발생시키지 않으며, 양호한 마모성을 가지는 비석면계 마찰재에 관한 것이다.
종래기술
종래의 마찰재는 소음 및 마모에 관한 성능 요구조건을 만족시키기 위해 캐슈더스트 및 고무더스트와 같은 유기충전재를 다량 함유하고 있다. 연삭재는 또한 제동효율을 개선하기 위해 포함되지만, 일반적으로 소음 성능에 악영향을 미치지 않기 위해 극소량으로 유지된다.
그러나, 이 일반적인 법칙은 적당한 경질재료로 보강된 알루미늄 합금으로 제조된 로터, 드럼 등과 조합하여 사용되는 어떤 마찰재에는 적용되지 않는다. 즉, 이러한 용도를 위해 모오스 경도 6 이상을 가지는 경질 무기물을 0.1 내지 30 체적% 첨가한 비석면계 마찰재가 JP-A 6-228539에 개시되어 있다.
그러나 현재 사용상 주류를 이루는 철계 로터 및 드럼의 경우에, 마찰재에 경질 무기물의 혼입은 브레이크 소음특성을 악화시켜 실용상의 문제를 가진다.
게다가, 녹제거의 용이성이 중요한 문제가 되는 경우, 마찰재는 다량의 연삭재를 함유해야 하며, 이것은 바람직하지 않게 브레이크 소음특성 및 마찰대면 공격성을 악화시켜 브레이크 스퀼 및 브레이크 저더(judder)를 발생시킨다.
발명의 개요
따라서 본 발명의 목적은 스퀼 및 브레이크 소음을 거의 발생시키지 않고, 양호한 내마모성을 가지며, 특히 마찰재와 접촉하며 주철, 주강 및 스테인레스 강에서 선택된 재료로 제조되는 대면을 가지는 로터 또는 드럼과 조합하여 사용하기에 크게 적합한 비석면계 마찰재를 제공하는 것이다.
본 발명자는 마찰재내의 유기물의 총량과 연삭재의 총량 사이의 비를 조정하는 것이 대면공격성을 최소화하고 스퀼 및 소음의 발생을 줄이는데 효과적이라는 것을 발견하였다. 상이한 모오스경도의 두가지 이상의 연삭재를 조합하여 사용하는 것은 특히 효과적이다.
비석면계 마찰재는 일반적으로 석면이외의 섬유기재, 결합재, 유기충전재 및 무기충전재를 포함하는 조성물을 성형하고 경화함으로써 얻어진다. 고성능 비석면계 마찰재는 모오스경도 4.5 이상을 가지는 무기물 및 모오스경도 4.5 미만을 가지며 모오스경도 4.5 이상을 가지는 성분을 50 중량%이상 함유하는 무기물로부터 선택된 한가지 이상의 무기물로 이루어진 연삭재를 이 조성물에 더 포함시키고, 연삭재 총량에 대한 유기물 총량(섬유기재중 유기섬유, 결합재, 및 유기충전재의 합계량)의 체적비(유기물 총량/연삭재 총량)를 1.5 : 1 내지 3.5 : 1로 조정하고, 그리 고 바람직하게는 연삭제로서 상이한 모오스 경도를 가지는 두가지 이상의 연삭재의 혼합물을 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 비석면계 마찰재는 각각의 구성요소가 효과적으로 작용하기 때문에 고성능을 나타낸다. 마찰재와 접하며 주철, 주강 및 스테인레스 강으로부터 선택된 재료로 제조되는 대면을 가지는 로터 또는 드럼과 조합하여 사용될 때, 이 비석면계 마찰재는 제동시의 저주파소음의 발생, 및 브레이크 스퀼의 발생을 최소화시킨다. 비석면계 마찰재는 또한 대면공격성이 작고, 우수한 내마모성을 특징으로 한다. 본 발명은 상기 발견에 의해 예기되었다.
따라서, 본 발명은 석면이외의 섬유기재, 결합재, 유기충전재 및 무기충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조된 비석면계 마찰재를 제공한다. 조성물은 또한 모오스경도 4.5 이상을 가지는 무기물 및 모오스경도 4.5 미만을 가지며 모오스경도 4.5 이상을 가지는 성분을 50 중량%이상 함유하는 무기물로부터 선택된 한가지 이상의 무기물로 구성된 연삭재를 포함한다. 유기물의 총량 및 연삭재의 총량은 체적비(유기물 총량/연삭재 총량)로 1.5/1 내지 3.5/1이다.
바람직하게는 연삭재는 산화지르코늄, 규산지르코늄, 사삼산화철, 자철광, 버미큘라이트, 마이카, 산화제이주석, 산화마그네슘(마그네시아), 황화철, 황철광, 산화제이철(적산화철), 산화크롬, 산화망간, 산화티탄, 탄산아연, 산화칼슘, 규산칼슘, 황화마그네슘, 텅스텐산 칼슘(회중석), 산화텅스텐, 산화니켈, 암면, 탄화티탄, 탄화규소, 이산화규소(실리카), 산화알루미늄, 유리섬유, 알루미나 세라믹섬유, 알루미나·실리카 세라믹섬유, 뮬라이트, 알루미나·실리카·지르코니아 세라믹섬유, 탄화텅스텐, 질화규소로 구성되는 군에서 선택된 상이한 모오스 경도를 가 지는 두가지 이상의 연삭재의 혼합물이다. 연삭재의 50중량% 이하가 모오스 경도 6.5 이상을 가지는 무기물인 것이 유리하다. 비석면계 마찰재는 전형적으로, 마찰재와 접하며 주철, 주강 및 스테인레스 강으로부터 선택된 재료로 제조되는, 대면을 가지는 로터 및 드럼과 조합하여 사용된다.
본 발명의 비석면계 마찰재를 형성하기 위해 사용되는 마찰재 조성물은 석면이외의 섬유기재, 결합재, 유기충전재, 및 무기충전재를 포함한다.
실예의 섬유기재는 마찰재에 통상적으로 사용되는 석면이외의 무기섬유, 유기섬유 및 금속섬유를 포함한다. 적당한 유기섬유는 나일론, 폴리에스테르, 레이온, 페놀섬유 및 아라미드 섬유를 포함한다. 적당한 무기섬유는 티탄산칼륨 휘스커, 암면, 월라스토나이트, 세피올라이트, 아타풀가이트 및 유리섬유를 포함한다. 적당한 금속섬유는 철, 구리, 황동, 청동 및 알루미늄 섬유를 포함한다. 이들 섬유기재는 단독으로 또는 이것의 두가지 이상의 조합으로서 사용될 수 있다.
섬유기재는 단섬유 또는 분말의 형태로 사용되며 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 1 내지 50 체적%, 가장 바람직하게는 3 내지 30 체적%의 양으로 포함된다.
결합재는 마찰재에 통상적으로 사용되는 어떠한 공지의 결합재일 수 있다. 실예는 페놀수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 여러 형태의 변성 페놀수지(예를 들어, 실리콘-변성 페놀수지, 아크릴-변성 페놀수지, 에폭시-변성 페놀수지, 오일-변성 페놀수지, 알킬벤젠-변성 페놀수지, 캐슈-변성 페놀수지) 및 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 포함한다. 이들중 어느 한가지 또는 두가지 이상의 조합이 사용될 수 있다.
결합재는 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 5 내지 30 체적%, 가장 바람직하게는 10 내지 25 체적%의 양으로 포함된다.
유기충전재의 실예는 캐슈더스트, 여러 형태의 고무분말(예를 들어, 고무더스트, 멜라민 더스트), 및 타이어 분말을 포함한다. 이것의 어느 한가지 또는 두가지 이상의 조합이 사용될 수 있다.
유기충전재는 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 5 내지 25 체적%, 가장 바람직하게는 10 내지 20 체적%의 양으로 포함된다.
무기충전재는 전형적으로 모오스 경도 4.5 미만을 가지며 후술될 연삭재에 포함되지 않는 물질이다. 실예는 이황화몰리브덴, 삼황화안티몬, 탄산칼슘, 황산바륨, 황산마그네슘, 흑연, 수산화칼슘, 소석회, 플루오르화 칼슘, 탈크, 황화철, 황화아연, 금속분말을 포함한다. 이것의 어느 한가지 또는 두가지 이상의 조합이 사용될 수 있다.
무기충전재는 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 10 내지 60 체적%, 가장 바람직하게는 20 내지 40 체적%의 양으로 포함된다.
본 발명에 따르는 마찰재 조성물은 연삭재를 더 포함한다. 연삭재는 일반적으로 모오스경도 4.5 이상, 바람직하게는 5 이상을 가지며, 마찰대면을 형성하는 재료보다 큰 경도를 가진다. 그러나, 연삭재는 모오스 경도 4.5 미만을 가질 수도 있지만, 단 연삭재의 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상이 모오스 경도 4.5 이상, 바람직하게는 5 이상을 가지며 대면보다 경질인 산화물과 같은 성분으로 형성된다. 예를 들어, 버미큘라이트(SiO2, 40중량%; Al2O3, 10중량%; Fe
2O3, 5중량%; MgO, 25중량%; 기타), 경질 마이카(SiO2, 45중량%; Al2O3, 34중량%; 기타) 및 연질 마이카(SiO2, 40중량%; Al2O3, 23중량%; MgO, 21중량%; 기타) 각각은 모오스 경도 4.5 미만을 가지지만, 이들은 모오스 경도 4.5 이상, 바람직하게는 5 이상을 가지며 대면보다 큰 모오스 경도를 가지는 산화물을 50 중량% 이상 포함하기 때문에 본 발명에서 연삭재로서 작용한다. 즉, 이들 물질이 연삭재로서 사용될 때 연삭재내의 산화물 및 다른 경질 성분으로 인한 개선된 활동 및 증가된 스퀼과 같은 거동은 연삭재에 모오스 경도 4.5 이상, 특히 5 이상을 가지는 연삭재의 거동과 동일한 거동을 부여한다는 것을 발견하였다. 따라서, 연삭재내에 이러한 산화물 및 다른 경질 성분의 함량이 50 중량% 이상일 때, 이들 성분의 경도는 연삭재 성분의 경도로서 유효하게 작용한다.
본원에서 사용된 연삭재는, 상기 정의를 충족시키고 연삭작용을 가지는 무기물(금속을 포함)이라면, 섬유상이거나 입자상이어도 된다. 연삭재의 입자 또는 섬유 크기는 전형적으로 0.5 내지 5000 ㎛, 특히 1 내지 3000 ㎛이다. 구체적으로, 섬유상 연삭재는 바람직하게는 5 내지 3000 ㎛의 길이를 가지고, 입자상 연삭재는 바람직하게는 0.5 내지 500 ㎛의 입자크기를 가지며, 플레이크상 연삭재는 바람직하게는 1 내지 1000 ㎛의 길이를 가진다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 연삭재는 상술한 무기충전재와는 상이하지만 연삭재의 상기 정의를 충족시키는 섬유기재로서 작용하는 무기물을 포함한다. 예를 들어, 세라믹섬유(예를 들어, Al2O3, Al2O3·SiO2, Al2O3·SiO2·MgO, Al2O3·SiO2·ZrO2), 유리섬유(예를 들어, Al2O
3·BO·SiO2), 암면(Al2O3·SiO2·CaO·MgO), 월라스토나이트(CaO·SiO2) 및 뮬라이트(Al2O3·SiO2) 모두는 4.5 이상의 모오스 경도를 가지며, 따라서 연삭재로서 작용할 수 있다.
적당한 연삭재의 구체적인 예는 산화지르코늄, 규산지르코늄, 사삼산화철, 자철광, 버미큘라이트, 마이카, 산화제이주석, 산화마그네슘(마그네시아), 황철광, 산화제이철(적산화철), 산화크롬, 산화망간, 산화티탄, 탄산아연, 산화칼슘, 규산칼슘, 황화마그네슘, 텅스텐산 칼슘(회중석), 산화텅스텐, 산화니켈, 암면, 탄화티탄, 탄화규소, 이산화규소(실리카), 산화알루미늄, 유리섬유, 알루미나 세라믹섬유, 알루미나-실리카 세라믹섬유, 뮬라이트, 알루미나-실리카-지르코니아 세라믹섬유, 탄화텅스텐, 질화규소를 포함한다. 하기 표 1에 나타낸 물질들도 연삭재로서 유효하게 사용된다.
본 발명에 사용된 마찰재 조성물은 서로 상이한 모오스 경도를 가지는 상기 언급된 형태의 연삭재중 두가지 이상, 가장 바람직하게는 두가지 내지 다섯 가지 를 함유하는 것이 바람직하다. 모오스 경도 6.5 미만을 가지는 무기물에서 선택된 한가지 이상의 제 1 연삭재를 모오스 경도 6.5 이상, 바람직하게는 6.5 내지 10, 가장 바람직하게는 6.5 내지 7.2를 가지는 무기물중에서 선택된 한가지 이상의 제 2 연삭재와 함께 사용하는 것이 특히 바람직하다. 적당한 예는 버미큘라이트와 흑산화철(Fe3O4) 및 SiO2의 조합, 버미큘라이트와 마이카, 흑산화철 및 SiO
2의 조합, 버미큘라이트와 흑산화철 및 세라믹섬유의 조합, 마이카와 흑산화철 및 SiO2의 조합, 버미큘라이트와 마이카, 흑산화철 및 산화지르코늄의 조합, 및 버미큘라이트와 마이카, 흑산화철 및 알루미나의 조합을 포함한다.
제 2 연삭재는 전체 연삭재중 바람직하게는 50 중량% 이하, 가장 바람직하게 는 1 내지 25 중량% 를 차지한다. 제 2 연삭재가 50 중량%를 넘으면 스퀼의 경향이 더욱 커지고 대면 공격성을 악화시킬 수 있다. 한편, 1 중량% 미만이면 녹제거를 충분히 용이하게 할 수 없다.
본 발명의 실시에 있어서, 마찰재 조성물이 유기물의 총량(유기섬유, 결합재, 및 유기충전재의 합계량) 및 연삭재의 총량을 1.5/1 내지 3.5/1, 바람직하게는 2/1 내지 3.5/1의 체적비(즉, 유기물 총량/연삭재 총량)로 포함하는 것이 바람직하다. 연삭재 총량에 대한 유기물 총량의 체적비가 상기 범위보다 높거나 낮으면, 소음 발생에 대한 경향 증가, 마찰대면으로부터의 녹제거의 용이성 감소, 스퀼의 경향 증가, 마찰대면 공격성 과대, 및 내마모성 저하를 포함하는, 다수의 결점을 초래한다. 이러한 결점은 본 발명의 원하는 목적, 특성 및 이점을 달성할 수 없게한다.
본 발명의 비석면계 마찰재를 제조하는 방법은 헨셀(Henschel) 믹서, 로디지(Loedige) 믹서 또는 아이리히(Eirich) 믹서와 같은 적당한 믹서에서 소정량의 상기 성분들을 균일하게 혼합하고, 몰드내에서 이 혼합물을 예비성형하는 것을 포함한다. 그 다음 이 예비성형물을 130 내지 200℃의 온도에서 10 내지 100 MPa의 압력으로 2 내지 10분의 기간 동안 성형한다. 결과의 성형체를 전형적으로 140 내지 250℃에서 2 내지 48시간 동안의 열처리에 의해 후경화한 후, 필요에 따라 스프레이-도장, 베이킹, 표면연마하여 완성품을 얻는다.
본 발명의 비-석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도차량 및 다양한 형태의 산업용 기계류용 브레이크 및 클러치에서 디스크 브레이크패드, 드럼브레이크 슈, 클러치디스크 및 브레이크 블럭을 포함하는 다양한 관련된 용도에 사용될 수 있다. 이들은 마찰재와 접하며 주철, 주강 및 스테인레스 강으로부터 선택된 재료로 제조되는 대면을 가지는 로터 또는 드럼과 조합한 사용을 포함하는 용도에 특히 적당하다.
[실시예]
실시예 및 비교예를 예시로서 아래에 제시하지만, 이들은 본 발명을 한정하고자 한 것은 아니다.
실시예 1 내지 11, 및 비교예 1 내지 2
표 2 및 3에 나타낸 바와 같이 조제된 마찰재 조성물을 로디지 믹서에서 균일하게 혼합하고 10 MPa의 압력하에서 1분간 압력몰드에서 예비성형하였다. 예비성형물을 160℃의 온도와 25 MPa의 압력으로 원하는 길이의 시간동안 성형한 후, 200℃에서 5시간의 열처리로 후경화하여, 각 실시예의 자동차 브레이크 패드를 얻었다.
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 2에서 얻어진 브레이크 패드에 하기의 방법에 의해 브레이크 스퀼 및 저더시험 그리고 마모시험을 행하였다. 결과를 표 2 및 3에 나타낸다.
브레이크 스퀼 및 저더 시험 (JASO C402 준거)
제동시 브레이크 스퀼의 발생빈도 및 저더의 발생빈도를 모오스 경도 4 내지 4.5의 대면을 가지는 시험 차량용 순정 보수품으로서 구입할 수 있는 로터(로터재료, FC200)를 사용한 실차시험에서 다음과 같이 평가하였다. 하기의 값은 발생빈 도를 나타낸다.
매우 양호 : 1% 이하
양호 : 3% 이하
약간 불량 : 10% 미만
불량 : 10% 이상
마모시험(JASO C406 준거)
시험조건은 초기 제동속도, 50km/h; 제동 감속, 0.15g; 제동회수, 1,000; 제동전 브레이크 온도, 150℃였다. 로터의 대면상의 마모정도를 시험차량(대면의 모오스 경도, 4 내지 4.5)용 순정 보수품(로터재료, FC200)을 사용하여 다음과 같이 평가하였다.
매우 양호 : 약간 마모(100 ㎛ 미만)
양호 : 적당한 마모(100 내지 200 ㎛)
약간 불량 : 상당한 마모(200 내지 300 ㎛)
불량 : 심한 마모(300 ㎛ 초과)
표 2 및 표 3에서, 각 성분의 양은 전체 마찰재 조성물을 기준으로 체적퍼센트로 주어진다. 연삭재를 이하에서 더욱 상세하게 기술한다.
연삭재
버미큘라이트 : 모오스 경도 2 내지 3; 평균 입자크기 500㎛
마이카 : 모오스 경도 1 내지 2; 평균 입자크기 300㎛
흑산화철 : 모오스 경도 5.5 내지 6.4; 평균 입자크기 20㎛
세라믹섬유 : 모오스 경도 6.5; 알루미나-실리카-지르코니아 비정질 단섬유(Al2O3·SiO2·ZrO2); 평균 섬유길이 150㎛
알루미나 : 모오스 경도 9; 평균 입자크기 10㎛
산화지르코늄 : 모오스 경도 7.5; 평균 입자크기 30㎛
SiO2 : 모오스 경도 7; 평균 입자크기 40㎛
표 2 및 표 3에 나타난 결과로부터 명백하듯이, 비교예 1에서 얻어진 마찰재는 1.33의 유기물 총량/연삭재 총량 비율을 가지며 매우 높은 스퀼 발생빈도를 나타냈다. 비교예 2에서 얻어진 마찰재는 3.92의 유기물 총량/연삭재 총량 비율을 가지며 제동시 매우 높은 저더 발생빈도를 나타냈다. 이들 마찰재 모두는 실사용에 있어서 심각한 결점을 가졌다.
반대로, 본 발명의 실시예 1 내지 11에서 얻어진 각 마찰재는 스퀼의 낮은 발생빈도, 저더의 낮은 발생빈도, 및 우수한 내마모성을 가졌다.
본 발명의 비석면계 마찰재는 (1) 제동시 저더(저주파 소음)의 낮은 발생빈도, (2) 로터로부터의 양호한 녹제거, (3) 브레이크 스퀼의 낮은 발생빈도, (4) 최소의 대면공격성, 및 (5) 양호한 내마모성을 포함하는 많은 이점을 가진다.
일본 특허출원 제 2001-043166 호는 본원에서 참고로서 포함된다.
비록 일부의 바람직한 구체예가 기술되었지만, 상기 교시를 감안하여 다수의 변형 및 변경이 만들어질 수 있다. 그러므로 본 발명은, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고, 구체적으로 기술된 바와는 달리 실시될 수 있음을 알 수 있다.
Claims (4)
- 모오스 경도 4.5 이상을 가지는 무기물 및 모오스 경도 4.5 이상을 가지는 성분을 50중량% 이상 함유하는 모오스 경도 4.5 미만을 가지는 무기물로부터 선택되는 한가지 이상의 무기물로 구성된 연삭재,상기 연삭재 이외의 섬유기재, 결합재, 유기충전재 및 상기 연삭재 이외의 무기충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조된 비석면계 마찰재로서,여기에서 유기물의 총량 및 연삭재의 총량은 체적비로 1.5/1 내지 3.5/1이며, 게다가, 연삭재는 전체 연삭재를 기준으로 모오스 경도 6.5 이상을 가지는 무기물을 1중량% 이상 50중량% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연삭재는 산화지르코늄, 규산지르코늄, 사삼산화철, 자철광, 버미큘라이트, 마이카, 산화제이주석, 산화마그네슘, 황철광, 산화제이철, 산화크롬, 산화망간, 산화티탄, 탄산아연, 산화칼슘, 규산칼슘, 황화마그네슘, 텅스텐산 칼슘, 산화텅스텐, 산화니켈, 암면, 탄화티탄, 탄화규소, 이산화규소, 산화알루미늄, 유리섬유, 알루미나 세라믹섬유, 알루미나-실리카 세라믹섬유, 뮬라이트, 알루미나-실리카-지르코니아 세라믹섬유, 탄화텅스텐, 질화규소로 구성되는 군에서 선택된 모오스 경도가 상이한 두가지 이상의 연삭재의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
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