KR950003704B1 - 마찰재료 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

마찰재료

제 1 도는 본 발명에 기재된 재료의 조성물의 성분에 대한 실시예를 나타내는 표.

제 2 도는 기본재료의 선광내기 효과를 나타내는 그래프.

제 3 도는 기본재료의 후광내기 효과를 나타내는 그래프.

제 4 도는 기본재료의 최종효과를 나타내는 그래프.

제 5 도는 본 발명에 따라 제조된 조성물의 선광내기 효과를 나타내는 그래프.

제 6 도는 본 발명에 따라 제조된 조성물의 후광내기 효과를 나타내는 그래프.

제 7 도는 본 발명에 따라 제조된 조성물의 최종효과를 나타내는 그래프.

제 8 도는 기본재료와 본 발명에 따라 제조된 재료의 조성물의 정마찰을 비교하는 그래프.

제 9 도는 기본재료와 본 발명에 따라 제조된 재료의 조성물의 물회복을 비교하는 그래프.

본 발명은 브레이크용 마찰재료로 사용할 재료의 조성물에 관한 것이다. 이와같은 조성물은 보강재료로서 강성유를 사용한다. 강섬유는 고무 및 페놀수지로 이루어진 접합제로 충전제, 윤활유, 및 마찰개량제와 결합되어 있다. 얻어진 마찰재료는 반복된 브레이크 사용후 실질적으로 균일하고 예측가능한 마찰계수를 갖는다. 많은 상이한 섬유가 브레이크 라이닝을 보강하는 석면 대용의 치환물로서 제안되었으며, 예컨대 미국 특허번호 3,967,037에는 유리섬유의 용도, 미국 특허번호 3,896,075에는 현무암섬유의 용도, 미국 특허번호 4,019,912에는 탄소섬유의 용도 및 미국 특허번호 4,119,591에는 셀룰로오스 및 강섬유의 혼합물의 용도가 기재되어 있다. 불운하게도 그와 같은 치환물은 회전자 마모, 저온 마찰 계수 안정성, 소음 및 고온 구조적 단일성과 같은 일부 바람직하지 못한 특성을 초래하였다.

본 발명의 마찰재료용 물질의 조성물은 길이가 3 내지 15mm인 강섬유에 의해 보강된다. 강섬유는 총조성물의 25 내지 48중량%로 구성되어 있다. 강섬유, 윤활유, 충전제 및 마찰개량제는 거의 동량의 고무 및 페놀수지로 구성된 접합제로 함께 접합되어 있다. 접합제는 총조성물의 17 내지 25중량%로 구성되어 있다. 페놀수지는 접합제를 강화하도록 경화시 수산화칼슘과 반응하여 개량되며 브레이크 사용시 받은 동력부하를 지탱할 마찰재료의 충분한 강도가 강섬유에 따라 발전한다.

성능시험에 있어서, 마찰재료는 석면섬유를 내포한 참조 마찰재료보다 반복브레이크 사용시 작동안정한 마찰계수를 나타낸다.

이와 같은 재료의 조성물이 마찰 라이닝으로서 사용되면 이것은 마찰계수가 브레이크의 조작범위에 대하여 실질적으로 안정하기 때문에 그 안에 석면을 갖는 마찰 라이닝에 대하여 장점을 제공한다.

본 발명의 목적은 수산화칼슘 및 페놀수지의 반응으로 강화된 접합제 매트릭스에 접합된 강섬유를 사용한 브레이크 라이닝의 보강을 제공하는 것이다. 접합제의 강도는 총강도가 브레이크 사용시 받은 동력부하를 지탱하기에 충분하도록 황으로 조성물중의 고무를 경화시킴으로써 접합제의 강도가 향상된다.

본 목적 및 장점이 도면에 관련된 본 명세서를 통해서 명백해져야 한다. 본 발명에 따라 개발된 재료의 조성물을 평가하기 위하여, 수요자의 현재의 정지요건을 만족시키고 석면보강을 갖는 대표적인 재료의 조성물을 기본 조성물로서 선택하여, 이와 같은 기본조성물을 제 1 도에 조성물 X로 기재한다. 조성물 X의 성분을 혼합기에 넣어, 그 성분을 균일하게 분산시킨 후 혼합물 부분을 금형에 넣어 브레이크 라이닝을 제조한다. 그후, 브레이크 라이닝을 오븐에 넣어 그 안에서 수지를 경화시켜 성분을 고정관계로 접합하는 매트릭스를 만들었다.

조성물 X의 석면섬유를 제거하여 3 내지 15mm의 공칭길이를 갖는 강섬유로 대체하여 조성물 A를 만들었다. 제 1 도와 같이, 조성물 A도 탄소질 재료, 마찰개량제, 충전제 및 접합제를 포함한다. 접합제는 고무와 페놀수지로 되어 있다. 고무를 약 20중량%의 고무에서 황을 첨가하여 경화시키고 수지를 수산화칼슘을 첨가하여 개량시켰다. 혼합물을 균일하게 혼합한 후, 부분을 제거하고 금형에 넣어 브레이크 라이닝을 제조하였다. 수산화칼슘에 의해 개량된 것으로서 수지의 경화로 수지 매트릭스를 강화하며 결과로 브레이크 패드의 물리적 강도를 증가시킨다. 실리카와 산화마그네슘의 함유로 인해 마찰계수가 커지는 한편 백안은 마찰안정성을 증가시킨다. 브레이크 패드와 관련 접촉 표면간에 최소 마멸을 제공하기 위하여, 흑연 탄소코오크 또는 그의 조합물은 약간의 윤활을 제공한다.

조성물 X 및 A의 브레이크 패드를 포오드 모오터 주식회사 제 토파즈(Topaz) 자동차에 사용된 뒷바퀴 브레이크에 관련되는 모양으로 성형하였다. 이와 같은 브레이크는 그에 지정된 자동차의 드럼 직경이 8" 및 중량이 576#를 갖는다. 조성물 A 및 X로부터 제조된 브레이크 라이닝의 효과를 결정하기 위하여 6.4, 19.2 및 32.0 ft/sec²에서 자동차를 감속시키는 데 필요한 토오크를 계산하였다. 이와 같은 분석에 있어서, 토오크를 평균 토오크 대신 압력과 휠 실린더의 면적과의 적의 비로 정의된다. 따라서, 토오크의 높은 값은 보다 효과적인 라이닝재료를 나타낸다. 각 정지상태에서의 토오크의 차이는 마찰라이닝의 변화를 나타내며, 즉 라이닝이 닯아짐에 따라 토오크는 감소된다. 자동차 속도 30 및 60mph 에 대해서 0℉, 100℉ 및 200℉의 초기 브레이크 온도에서 라이닝의 선광내기, 후광내기 및 최종효과를 조사하기 위해 총 108정지를 수행하였다.

제 2 도는 조성물 X에 대하여, 선광내기 조건하에서 자동차를 정지시키도록 계산된 토오크인자를 나타내며, 제 3 도는 후광내기 조건하에서 자동차를 정지시키도록 계산된 토오크 인자를 나타내며, 제 4 도는 최종효과 조건하에서 자동차를 정지시키도록 계산된 토오크 인자를 나타낸다. 총 108정지로부터, 조성물 X가 9.103의 평균 토오크인자, 5.422의 최소 토오크인자 및 13.262의 최대 토오크 인자를 가짐이 결정되었다. 최소 및 최대 토오크 인자를 사용하여 양호 및 불량의 경우의 브레이크 조건을 계산할 수 있다. 어느 특정의 날, 특정의 시험에 있어서, 특정의 브레이크 라이닝으로 효과가 표준편차로 정의된 범위를 벗어나는 경우가 있다. 통계학적으로 5.422 내지 13.262범위의 토오크 인자에 대하여 표준편차가 1.966으로 나타날 수 있다. 표준편차의 중요한 효과를 시험하에서 그것이 작을수록 브레이크 라이닝의 마찰 안정성은 커지는 것이다. 이상적인 브레이크 시스템은 그 시스템이 평균 토오크인자 +/- 표준편차로 정의된 범위에서 값을 갖는 뒷바퀴 라이닝의 토오크 인자로 감기지 않고 부드럽게 작동하도록 조작하는 모든 성분을 갖추고 있다.

조성물 X에 대한 시험이 선광내기, 후광내기 및 최종효과로 분리되기 때문에 각 부분에 대한 통계학적인 분석을 수행하였다.

선광내기 부분에 대하여 총괄 토오크 인자를 최소 5.422 및 최대 13.262에 따르 10.485로 계산하였다. 제 2 도에서 선 20 및 22로 나타난 범위에서 생긴 표준 편차는 1.818로 나타났다. 후광내기 부분에 대해서, 평균 토오크 인자를 최소 6.752 및 최대 11.919에 따라 9.381로 계산하였다. 제 3 도에서 선 24 및 26으로 나타난 범위에서 생긴 표준편차는 1.613으로 발견하였다.

최종 효과부분에 대해서, 평균 토오크 인자를 최소 5.816 및 최대 8.844에 따라 7.444로 계산하였다. 제 4 도에서 선 28 및 30으로 나타난 범위에서 생긴 표준편차는 0.976으로 발견되었다.

조성물 X에 대한 전체의 시험의 평균 토오크와 그 부분에 대한 평균 토오크와 비교할 때, 라이닝의 효과는 시험시 조성물 X에 대한 선광내기에서 최종효과로 진행됨에 따라 감소된 것 같다. 토오크 인자의 표준편차는 시험이 조성물 X에 대해 진행됨에 따라 감소하였다. 이와 같은 감소는 조성물 X가 초기 브레이크 온도 및 선압력에 대해 감소감도를 갖고 있음을 나타내고 잇다.

조성물 A로 부터 제조된 마찰 라이닝을 조성물과 같은 방법으로 시험하여 108정지를 만들었다 : 제 5 도에 나타난 선광내기에 대해 36정지 : 제 6 도에 나타난 후광내기에 대해 36정지 ; 제 7 도에 나타난 최종효과에 대해 36정지가 있다. 108정지에 대한 평균 토오크 인자를 최소 4,695 및 최대 8.457에 따라 6.819로 계산하였다. 표준편차는 0.857로 나타났다.

각각의 시험부분에 있어서, 선광내기에 대한 평균 토오크를 최소 4.797 및 최대 7.956에 따라 6.712로 계산하였다. 제 5 도에서 선 32 및 34로 나타난 범위에 있는 표준 편차는 0.868로 나타났다.

후광내기에 대하여 평균토오크를 최소 4.695 및 최대 8.244에 따라 6.984로 계산하였다. 제 6 도에서 선 36 및 38로 나타난 범위에서 생긴 표준 편차는 0.888로 나타났다. 최종효과에 대하여, 평균토오크 인자를 최소 4.821 및 최대 8.457에 따라 6.761로 계산하였다. 제 7 도에서 선 40 및 42로 나타난 범위에서 생긴 표준편차는 0.877로 나타났다.

전체시험에 대한 평균 토오크 인자를 각 부분에 대한 토오크 인자와 비교할 때, 그들은 평균의 5%내에 있음을 발견하였다.

이것을 조성물 A의 마찰 라이닝이 실질적으로 전체 시험을 통해 같은 효과를 가짐을 나타내고 있다. 이것도 상대적으로 일정한 표준편차의 계산에서 반영된다.

대부분의 자동차의 주차 브레이크는 다만 뒷바퀴 휠에 연결되어 있기 때문에, 조성물 X 및 A의 정마찰을 분석하였다. 이와 같은 분석에 있어서 자동차의 최소보유 토오크를 등급에 따라 측정하였다. 제 8 도에서는, 커어브(44) 및 (48)는 조성물 X의 보유 토오크를 나타낸다. 커어브(44)는 구배상 전방이동을 나타내고 커어브(46)는 후방이동을 나타낸다. 제 8 도의 커어브(44) 및 (48)는 조성물 A로 인해 생긴 정마찰을 나타낸다. 제 8 도를 고찰해 보면, 조성물 A는 보다 큰 정마찰을 발생시키며, 따라서 같은 조건하에서 가파른 경사상에서 자동차를 유지시킬 수 있을 것이다.

자동차는 브레이크 라이닝이 젖은 경우, 예컨대 자동차가 흙탕물을 통과한 후의 조건하에서 종종 작동하기 때문에, 물 회복분석을 조성물 X 및 A에 대하여 수행하였다. 이와같이 분석할 때에, 몇차례의 정지를 시도하며 기준선을 설정한 후 브레이크 라이닝을 물에 침지하였다. 그후, 시험을 다시 하였다. 토오크 인자가 기준선과 같아지면, 물 회복은 이루어진 것으로 생각된다. 제 9 도 있어서, 커어브(54) 및 (56)는 조성물 X에 대한 기준선과 회복을 나타내며 커어브(58) 및 (60)는 조성물 A에 대한 기준선과 회복을 나타낸다. 조성물 X는 4번째 정지에서 기준 토오크인자에 회복되는 반면에 조성물 A는 약 7정지후 회복될 것이라고 제안되었다.

수요자의 입장에서 보면, 브레이크 라이닝의 마멸은 다른 라이닝에 대하여 하나의 라이닝을 선택하는데 있어서 가장 중요한 요소중의 하나이다. 시험이 시작되기 전에, 조성물 X의 브레이크 라이닝 두께는 제일 및 제이슈우에 대한 브레이크 라이닝상의 7개의 상이점에서 측정되었다. 조성물 X의 평균마모가 제일슈우상에서는 0.002371인치이고 제이슈우상에서는 0.000858인치이었다. 조성물 A의 평균마모가 제일 슈우상에서는 0.001479인치이고 제이슈우상에서는 0.000729인치이었다.

108정지후 조성물 X를 외관검사하여 하나의 리베트(rivet)홀에 인접한 일부 크래킹으로 편평한 표면이 반들반들하게 나타나는 반면에 관련 드럼은 거칠거칠해지고 스코오링이 일부 나타났다.

108정지후 조성물 A를 외관 검사하여 광택표면에 나타났으며, 이는 뿌옇고 약간 스코오되었으며 반면에 관련 드럼은 물자국, 일부 스코어 및 약간 부옇게 광이 났다.

상기 시험으로부터, 조성물 A는 조성물 X의 허용 가능한 치환물임이 자명하다. 조성물 A를 좀더 평가하기 위하여, 제 1 도에 나타난 일련의 조성물 B 내지 L을 자동차상에 혼합하여 놓았다. 재료 조성물 B 내지 L은 브레이크시 발생되는 소음이 마찰안정성 및 마모 다음으로 허용가능한 제조라이닝의 주요한 고려대상이기 때문에 브레이크시 발생된 소음에 대해 평가되었다. 조성물 B 내지 L은 소음을 줄일 노력으로 조성물 A를 기준하여 물질을 첨가하고 제거한다.

액체수지는 제거되고 건조수지는 증가되어, 충전제(백악)는 줄어들고 마찰계량제(실리카)는 증가되며 수산화칼슘이 증가된다는 점에서 조성물 B는 조성물 A와 상이하다. 수산화칼슘 페놀수지와 반응하여 물리적인 강도를 얻어진 브레이크 라이닝에 제공한다. 이와 같은 시험중에 허용불가능한 소음은 생기지 않는다. 조성물 B의 낮은 소음수준은 이와 같은 식중의 수산화칼슘의 높은 수준탓이다.

실리카는 제거되고 기타성분은 비례적으로 증가한다는 점에서 조성물 C는 조성물 A와 상이하다. 이와 같은 재료는 시험할 때 모든 실리카를 제거한 결과로서 감소된 것처럼 보이는 마찰수준 또는 효율을 통해 허용불가능한 소음을 발생시키지 않았다.

실리카를 제거하는 것은 물론이고, 산화마그네슘을 조성물 A로부터 제거하고 잔여성분을 비례적으로 증가한다는 점에서 조성물 D는 조성물 C와 유사하다. 조성물 D는 시험할 때 소음을 발생시키며, 결론적으로 조성물 D중 실리카의 존재가 소음에 책임이 있다고 생각된다.

조성물 E에 있어서, 실리카 및 산화마그네슘은 조성물 A로부터 제거되며 잔여성분은 비례적으로 증가한다. 자동차상에서 시험하면 조성물 E는 소음평가를 완성하기 전에 크래킹 때문에 실패했다. 그러나, 이 시험을 종료하기 전에 소음수준의 감소를 관찰하였다.

조성물 F에 있어서, 조성물 A의 실리카 및 산화마그네슘은 반으로 감소되고 기타성분은 비례적으로 증가한다. 조성물 F는 어떠한 반대할 만한 소음도 소음시험의 주요부분중에 관찰되지 않으므로 자동차상에서 설치되어 허용가능하다.

조성물 G에 있어서, 실리카 및 수산화 칼슘은 제거되고 흑연은 두배가 되며 기타성분은 비례적으로 증가한다. 자동차상에 놓으면 조성물 G의 소음수준은 허용될 수 없다.

조성물 H에 있어서, 실리카 및 산화마그네슘은 감소되고 흑연은 증가하고 수산화칼슘은 제거된다. 조성물 H를 자동차상에 놓으면 커지는 소음은 시험을 통해 관찰되었다.

조성물 I에 있어서, 실리카, 산화마그네슘 및 수산화칼슘은 제거되고, 잔여성분은 비례적으로 증가한다. 조성물 I를 자동차상에 놓으면 이와 같은 시험은 제일 및 제이슈우간에 고온 불균형 때문에 종료된다.

조성물 J에 있어서, 충전제 백악은 감소되고, 반면에 흑연, 수산화칼슘 및 강섬유 내용물은 증가되었다. 조성물 J를 자동차상에서 시험하면 소음은 거의 관찰되지 않았다. 보다 단단한 구조를 제공하기 위해 수지와 반응하는 조성물 J중의 수산화칼슘 고함량이 소음을 줄이는 제일의 요소인 것으로 믿어진다.

조성물 A상에서 충전제의 효과를 평가하기 위하여, 탄소질 성분은 코오크 및 탄소의 첨가로 증가되며, 수산화칼슘은 제거되며 잔여성분은 비례적으로 증가되어 조성물 K를 만든다. 조성물 K의 브레이크 라이닝을 자동차상에 놓으면, 브레이크 라이닝은 마찰안정성이 우수하고 언덕에서 하나의 브레이크 사용을 제외하고 거의 소음이 나타나지 않았다.

강섬유, 충전제 및 수산화칼슘의 범위를 정하기 위하여, 이와 같은 성분을 조성물 L을 제조하기 위하여 브레이크 라이닝의 그와 같은 성분에 대해 제한을 합당하게 기대할 수 있는 범위에 들도록 선택하였다. 조성물 L은 자동차상에 놓여지고 소음시험을 완결할 만큼 충분한 강도를 가졌다. 소음은 허용가능한 수준안에 있으나, 관련 드럼은 스코어되지 않고 광이 날 뿐이다. 불운하게도, 조성물 L의 마모는 허용될 수 없음을 알게 되었다. 결과적으로, 총 혼합물의 17 내지 25중량%로 구성되는 접합제가 46 내지 60부피%로 구성되어 있는 조성물 A 및 그의 각종 개량상에서 수행된 시험으로부터 양호한 강도를 얻을 수 있다는 생각을 하고 있다.

접합제는 액체수지, 건조수지 및 고무가 총접합제의 적어도 50%로 구성되어 있는 내화학성 고무의 혼합물일 수 있다.

얻어진 브레이크 패드의 물리적인 강도를 증진시키기 위하여 고무는 혼합물중의 고무 약 20중량%에서 황을 첨가하여 경화되고 수지는 수산화칼슘과의 반응으로 개량된다. 브레이크 패드의 주된 보강력은 길이가 3 내지 15mm 인 강섬유로 제공된다. 7 내지 10부피%로 구성된 강섬유는 총 혼합물 40 내지 48중량%로 구성되어 있다. 고온에서 지나친 마모를 방지하기 위하여, 석유코우크, 흑연, 탄소 또는 그의 조합물과 같은 윤활유가 기본 혼합물에 첨가된다고 제안되었다. 윤활유의 비율이 7 내지 30부피%로 변하는 반면에, 윤활유는 총혼합물의 6 내지 8중량%로 한정되는 것이 바람직하다.

충전제, 마찰개량제, 백악, 중정석, 운모 등인 조성물 A의 잔여성분을 조절하여 마찰수준을 변화시킬 수 있지만, 마찰안정성 및 총괄효과는 충전제는 총조성물중 약 20부피% 또는 중량% 마찰개량제, 실리카 및 산화 마그네슘이 총 조성물중 약 5부피% 또는 10중량%이면 최적한 것으로 나타난다.

따라서, 석면 기저 조성물 X에 따른 조성물 A의 평가는 수요자에게 조성물 A가 석면 기저 마찰 라이닝의 치환물로서 허용가능한 방법으로 작동한다는 증거를 제공한다.

Claims (7)

1. 접합제로 접합된 유기성분, 무기성분, 마찰개량제 및 보강섬유를 함유하는 성분의 혼합물을 갖는 마찰재료에 있어서, 총 마찰재료의 적어도 25중량%로 구성되는 보강섬유는 마찰재료의 구조적 단일성을 제공하기 위하여 강섬유이며 3 내지 15mm의 공칭 길이를 갖는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접합제가 총마찰재료의 적어도 17중량%로 구성되는 액체수지, 건조수지 및 고무로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 접합제가 총마찰 혼합물의 2 내지 10중량%로 구성되며, 액체 및 건조수지와 반응하여 마찰재료의 구조적 단일성을 증가시키는 수산화칼슘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
4. 제 3 항에 있어서, 마찰개량제가 총마찰 혼합물의 2 내지 10중량%로 구성되어 마찰재료에 의해 정상적으로 조작된 조작범위에 대하여 안정한 마찰계수를 설정하는 산화마그네슘 및 실리카로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
5. 제 4 항에 있어서, 평균 마찰계수가 실질적으로 마찰재료와 다른 재료와의 반복적인 사용을 한 후 미리 알 수 있는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
6. 제 1 항에 있어서, 강섬유가 총조성물의 적어도 40중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료.
7. 강섬유 25 내지 48중량% ; 고무 8 내지 12중량% ; 탄소질 재료 2 내지 16중량% ; 백악 또는 황산바륨 6내지 22중량% ; 산화마그네슘 또는 실리카 2 내지 10중량% ; 수산화칼슘 2 내지 10중량% ; 페놀수지 9 내지 13중량% ; 상기 페놀 수지를 경화시키는데 도우는 헥사로 되어 있는 페놀수지 15중량% 까지 ; 상기 고무용 황 및 경화제로 되어 있는 고무 30중량%까지 ; 고무 및 수지가 강섬유, 탄소질 재료, 백악 또는 황산바륨, 및 산화마그네슘 또는 실리카를 고정관계로 접합하도록 경화되었을 때, 생성된 매트릭스의 강도를 증진시키는데 페놀수지 접합제와 반응하는 수산화칼슘, 얻어진 마찰계수가 마찰재료의 조작 범위에 대하여 안정화 되도록 상기 마찰재료의 구조적 단일성을 제공하는 상기 강섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰재료용 재료 조성물.

Images