KR0142839B1 - 헥사티탄산칼륨과 이산화티탄의 복합섬유 - Google Patents

Abstract

헥사티탄산칼륨결정 및 이산화티탄결정이 혼합된 형태로 이루어진 복합상을 가진 판형상 다결정섬유는 티탄화합물과 칼륨화합물의 혼합물을 가열함으로서 용융물을 얻고, 상기 용융물을 냉각시켜 섬유덩어리를 얻고, 섬유덩어리를 수용성 산용액으로 처리하여 섬유는 칼륨함량을 1 내지 13.5중량%로 조절하고, 상기 결과의 섬유를 900 내지 1300℃에서 소성처리하는 공정에 의해 제조된다. 상기 복합섬유는 자동차 등의 브레이크 장치의 슬라이드 부재용 마찰재에 함유되는 섬유로서 바람직하다.

Description

헥사티탄산칼륨과 이산화티탄의 복합섬유

제1도∼제4도는 본 발명의 복합섬유를 나타내는 현미경 사진.

제5도는 종래의 헥사티탄산칼륨의 단상섬유를 나타내는 현미경 사진.

제6도는 정속도마찰 및 마모 실험에 의해 디스크 패드 샘플에서 얻어진 마찰계수측정결과를 나타낸 그래프.

제7도는 정속도마찰 및 마모 실험에 의해 디스크 패드에 대해 얻어진 마모율 측정결과를 나타낸 그래프.

제8도는 정속도마찰 및 마모실험에 의해 디스크 패드 샘플에 대해 얻어진 마찰계수측정결과를 나타낸 그래프.

제9도는 정속도마찰 및 마모 실험에 의해 디스크패드 샘플에 대해 얻어진 마모율측정결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 내마찰성, 내열성, 단열성, 내화성 및 보강성 등이 우수한 특성을 가지며, 자동차, 철도차량, 항공기, 산업기계 등의 제동장치에 사용하는 마찰재로서 적합한 헥사티탄산칼륨결정과 이산화티탄결정의 복합섬유에 관한 것이다.

종래로부터 크리소틸 아스베스토섬유를 함유한 마찰재는 제동장치로 사용되어오고 있다. 그러나, 크리소틸 아스베스토를 함유한 마찰재는 열적 안정성이 낮고, 비교적 저온에서 마찰계수가 급속히 감소하는 페이딩(fading) 현상이 나타나는 한편, 고온에서는 마찰재가 현저히 마모된다는 등의 문제점이 있었다. 따라서, 상기의 이러한 문제들을 해결할 필요가 요구되어 왔다. 또한 아스베스토는 그것의 발암성 때문에 환경위생적 측면에서 사용이 억제되어야 하는 경향이 있으므로, 크리소틸 아스베스토섬유의 대체품의 개발이 강력히 요구되고 있다.

상기 요구에 상응하기 위하여, 일반식 K₂O。TiO₂로 표시되는 티탄산칼륨, 대표적으로는 헥사티탄산칼륨 섬유, 테트라티탄산칼륨 섬유및 옥타티탄산 칼륨섬유이 아스베스토섬유의 대체품으로서 각종 분야에서 공학적 응용에의 사용이 시도되어 왔다. 이 중에서, 헥사티탄산칼륨 섬유는 그것의 고내열성으로 인해 페이딩(fading) 방지에 효과적이고, 약 4 정도의 모스경도를 가지기 때문에 인접한 재료를 닳게 하지 않으며, 예를 들면, 흡습성이 낮아 물과 반응하지 않기 때문에 제동장치의 이상충격작용을 예방하는데에 유용하다. 이러한 성질 때문에, 이들 섬유는 자동차용 브레이크 패드 등의 마찰재로의 사용이 제안되어 있다(일본 특허공개 소61-191599호 및 동 헤이세이 1-294553호).

그러나, 헥사티탄산 칼륨섬유를 함유한 마찰재가 내마모성을 증가시키더라도, 낮은 온도(약 250℃이하)에서 그것의 마찰계수가 크리소틸 아스베스토 섬유를 함유한 마찰재의 마찰계수보다 낮다는 것이 확인되었다. 근래에 들어 차량의 고속화에 따라, 제동장치용 마찰재의 마찰계수는 높을 필요가 있으며, 저온에서 고온에 이르는 넓은 온도범위에서 높은 마찰계수를 유지하는 마찰재의 제공이 요망되고 있다.

본 발명의 목적은 상기 요구를 만족시키는 섬유재료, 즉, 헥사티탄산칼륨결정과 이산화티탄결정을 혼합한 형태로 포함하는 복합상 또는 구조를 가진 다결정섬유를 제공하는 것이다.

또한, 헥사티탄산칼륨결정과 다른 결정들을 함유한 복합구조를 가진 다결정섬유로는 루틸-프리데라이트(rutile-priderite)-헥사티탄산칼륨 복합섬유가 공지되어 있으며(일본특허공개 소60-34617호 및 일본특허공개 소60-259627호), 한편 이 복합섬유는 프리데라이트를 함유한다는 점에서 본 발명의 복합섬유와 다르다. 프리데라이트를 함유한 복합섬유는 강도저하를 초래할 뿐만 아니라, 섬유전체를 갈색으로 변화시키는 문제가 있다.

본 발명의 복합섬유는 헥사티탄산 칼륨결정과 이산화티탄결정이 혼합된 형태로 존재하는 복합상을 가진 다결정섬유이다. 상기 복합상은 이티탄산칼륨을 세척액에서 분해시키는 동안 칼륨은 제거될 때, K⁺이온은 섬유의 칼륨함량이 1 내지 13.5중량%로 감소될 때까지 용해되어 나가고, 결과적으로는 섬유의 티탄함량을 헥사티탄산칼륨의 티탄함량보다 많게 하며, 헥사티탄산칼륨결정은 열처리에 의해 형성되고, 이와 동시에 과량의 티탄이 이산화티탄결정으로 석출되는 용융법의 제조공정에 의해 얻어지는 구조이다.

본 발명의 복합섬유를 제동장치용 마찰재로 사용할 때, 복합섬유는 마찰재료의 3 내지 50중량%로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명의 복합섬유는 혼합된 상태로 존재하는 헥사티탄산칼륨결정및 이산화티탄결정(TiO₂)이 기본적으로 함유된 복합구조를 가진 다결정섬유인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 상기 섬유의 복합다결정구조의 바람직한 특성은 용융공정에 의해 얻을 수 있다.

용융공정에 사용된 원료물질은 가열로 인해 티탄 또는 이산화티탄(TiO₂)으로 전환될 수 있는 티탄화합물 및 가열로 인해 산화칼륨(K₂O)으로 전환될 수 있는 칼륨화합물을 혼합하여 결과적으로 1.5 내지 2.5의 TiO₂/K₂O몰비로 혼합시킨 혼합물이다. 상기 용융공정은 상기 혼합물을 약 950 내지 약 1100℃에서 가열 용융시키는 단계와, 상기 용융물을 냉각시켜 이티탄산칼륨 섬유덩어리를 얻는 단계, 상기 섬유덩어리를 세척액에서 처리하여 섬유가 분해시키면서 섬유의 칼륨함량이 1 내지 13.5중량%(이 백분율은 무수상태의 섬유를 기준으로 함)로 감소될 때까지 K⁺이온을 용해시키는 단계 및 화합섬유를 900 내지 1300℃의 온도에서 열처리하는 단계로 구성되어 있다.

원료물질의 하나로서 사용된 티탄화합물로는 정제된 아나타제(anatase), 정제된 루틸(rutile)등이 있다. 그 이유는 천연산의 아타나제모래 또는 루틸모래는 많은 양의 불순물(Fe, Si, Cr, Zr, V 등)을 함유하기 때문에 소성공정에서 많은 크랙이 섬유내에 생성되어, 적절한 크기로 섬유를 유지하기가 어렵기 때문이다. 따라서, 비교적 고순도(약 98%이상)의 정제된 아나타제 또는 정제된 루틸을 사용하는 것이 바람직하다. 티탄화합물과 함께 혼합된 칼륨화합물로는 대표적으로 탄산칼륨(K₂CO₃)이 있다. 또한 수산화칼륨, 질산염 등을 사용해도 된다.

티탄화합물 및 칼륨화합물의 혼합비는 TiO₂/K₂O몰비로 1.5 내지 2.5로 하는 것은 가열용융물의 냉각응고 공정 중에서 1차상(초기생성상)으로 이티탄산칼륨결정의 섬유를 생성시키기 위한 것이다. 이티탄산칼륨섬유의 합성덩어리는 그것의 결정구조로 인해 비교적 용이하게 칼륨이 제거하고 분해시킬 수 있다. 물에서 분산이 용이한 점을 감안하여, 상기 몰비는 1.7 내지 2.0이 바람직하다.

가열용융물을 냉각응고시켜 얻은 섬유덩어리는 냉각응고과정의 온도 변화도에 따라서 1차상 섬유형태로 생성되는 이티탄산칼륨섬유 다발의 집합체이다.

칼륨제거분해처리공정에 의해 용해된 K⁺이온의 양은 섬유중의 칼륨함량이 1 내지 13.5중량%가 될 때까지 조절한다. 섬유(수산화티탄산칼륨)의 TiO₂/K₂O몰비는 6보다 크다. 따라서, 용출된 K⁺이온의 양이 6보다 작다면 이산화티탄산결정은 열처리로 형성되지 않기 때문에, 용출되는 K⁺이온의 양은 조절되어야 한다.

비록 물 또는 뜨거운 물이 칼륨제거공정용 세척액으로 사용된다 하더라도, 0.01 -1% 황산수용액, 0.01-1% 염산수용액 또는 0.1-2% 아세트산 수용액과 같이 적절한 농도로 조절된 산 수용액을, 효율적인 처리를 확실하게 하기 위해 사용하는 것이 바람직하다. 상기 처리는 필요하다면, 프로펠라, 믹서 등을 이용해 교반하면서 처리한다. 용출된 K+이온의 양은 사용한 세척액의 종류 또는 세척액의 사용량, 교반강도 또는 처리시간 등에 의해 조절가능하다.

세척액으로부터 수집된 섬유(수산화 티탄산칼륨의 다결정섬유)는 헥사티탄산칼륨 결정과 이산화티탄결정의 혼합상에 상당하는 화학 조성물을 가지나 그들 결정구조에 대해 이티탄산칼륨결정과 같은 약간의 전구물질형태를 보유하고 있으므로, 상기 섬유는 열처리되어, 헥사티탄산칼륨결정 및 이산화티탄결정으로 형성된다.

상기 열처리는 상술한 바와 같이 섬유를 900 내지 1300℃의 온도로 가열유지시켜 달성된다. 만약 상기 온도가 낮으면 (특히 800℃이하) 생성된 복합섬유는 결정생성성이 약하고 화학적으로 불안정하기 때문에 처리온도의 하한선은 900℃이다. 헥사티탄산칼륨의 용융을 피하기 위하여 상기 처리온도의 상한선은 1300℃이다.

상기 열처리가 상기 범위내의 낮은 온도(약 970℃이하)에서 행해질 경우, 이산화티탄의 형태는 아나타제이고, 한편 소성처리가 상기 범위내의 고온(약 1050℃이상)에서 행해질 경우 이산화티탄의 형태는 루틸(rutile)이다. 상기 열처리에서 중간온도범위(약 1000℃)내에서 행해질 경우, 이산화티탄의 형태는 아나타제와 루틸의 혼합상이다.

비록 몇분동안 상기 온도에서 소성처리에 의해 결정구조의 변환을 달성할 수 있더라도, 처리시간은 결정입자의 농밀화 및 섬유강도에 관련이 있으므로, 상기 열처리는 향상된 섬유강도를 얻기 위해서 10분 이상, 바람직하게는 0.5 내지 3시간동안 수행한다.

전술한 바와 같이, 상기 제조공정에 따라서, 열처리(섬유의 결정구조 변환공정)는 헥사티탄산칼륨결정이 이산화티탄결정과 혼합된 형태로 존재하는 다결정구조 복합물을 형성하기 위하여 행한다. 이산화티탄의 결정화는 열처리에 선행하며, K⁺이온은 섬유의 칼륨함량이 13.5중량% 이하로 감소될 때까지 용출시킨 칼륨제거분해공정에 의한 것이다. 이러한 비율은 무수상태의 섬유를 기본으로 한다는 점을 주의해야 한다. K⁺이온이 1차상 섬유덩어리(이티탄산칼륨결정)로부터 용출된 후, 회수된 섬유(수산화티탄산칼륨결정)의 화학적 조성물은 TiO₂/K₂O몰비로 나타내는 경우, 칼륨함량이 13.5중량% 이상인 이러한 섬유들은 TiO₂/K₂O6으로 표시되므로 헥사티탄산칼륨섬유(TiO₂/K₂O=6)에 비해 티탄함량이 많다. 결론적으로, 상기 열처리에 의해 헥사티탄산칼륨결정이 형성되고, 또한 여분의 티탄이 이산화티탄결정으로 결정화되므로, 헥사티탄산칼륨결정과 이산화티탄결정이 혼합된 형태의 복합상이 형성된다. 열처리의 온도에 따라서, 이산회티탄결정은 루틸상 또는 아나타제상으로 형성된다.

헥사티탄산칼륨결정-이산화티탄결정 복합섬유내의 이산화티탄결정의 비율은, 비록 섬유의 요구특성 또는 용도 등에 엄밀하게 의존하지는 않더라도, 섬유가 그것의 혼합상의효과를 충분하게 나타내기 위해서는 1부피%(약 6몰%) 이상이 바람직하다.

본 발명의 복합섬유는 섬유크기가 구조조건, 특히 1차상 섬유덩어리를 제조하기 위한 칼륨제거분해공정의 처리조건에 의존하더라도, 약 20 내지 약 50㎛의 직경과 약 100 내지 약 400㎛의 길이를 가진 판상형의 다결정섬유의 형태로 제조한다.

상술한 바와 같이, 이산화티탄결정은 섬유의 칼륨 함량 또는 소성처리온도에 따라, 특정한 결정구조를 가진 루틸상, 아나타제상 또는 그것의 혼합상으로 존재한다. 상기 루틸상은 아나타제상보다 고강도를 가지므로(모스강도로 루틸상은 약7.0∼7.5, 모스강도로 아나타제상은 약 5.5∼6.0), 상기 복합섬유는 아나타제상으로서 이산화티탄을 함유하는 경우보다 루틸상으로 이산화티탄결정을 함유하는 경우에 높은 내마모성을 나타낸다.

단상형의 헥사티탄산칼륨섬유와 비교하여, 헥사티탄산칼륨경정과 이산화티탄결정으로 이루어진 본 발명의 다결정 복함섬유는 높은 내마모성과 마찰계수를 가지며 2상의 혼합효과로 인해 강도가 개선된다. 또한, 2상의 혼합물은 섬유의 표면에 미소한 요철을 제공함으로써, 섬유가 다른 물질에 부착될 때 계면에 대한 부착력을 증가시킨다.

상기 특성을 가진 헥사티탄산칼륨과 이산화티탄의 복함섬유가 혼합된 마찰재는 헥사티탄산칼륨의 단상섬유를 사용한 마찰재보다 높은 마찰계수를 가진다. 상기 복합섬유는 그것의 마찰계수의 열안정성이 높고 저온영역에서부터 고온영역까지 넓은 온도 범위상에 걸쳐서 높은 마찰계수를 유지한다. 저온에서부터 고온까지, 본 발명의 마찰재는 또한 크리소틸 아스베스토 섬유를 함유한 마찰재보다 높은 내마모성을 가진다.

본 발명의 복합섬유는 다결정구조이므로 결정입자의 영역에서 부분적으로 구멍을 가진다. 상기 구멍들은 사용시에 쿠션의 기능으로 작용하므로, 본 발명의 복합섬유를 이용한 마찰재는 완화된 충격으로 인접한 물질을 침식시키는 부가적인 잇점이 있다.

본 발명의 복합섬유가 마찰재로 사용될 때, 상기 마찰재는 3 내지 50중량%의 복합섬유를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 함량의 하한선은 3중량%이며 그 이유는 소량으로 함유될 때, 상기 섬유는 그 효과를 충분히 나타낼 수 없기 때문이며, 한편 상한선은 50중량%이며 그 이유는 이 한계이상이더라도 마찰 및 마모특성의 개선효과가 거의 증가하지 않고 일정하기 때문이다.

또한, 본 발명의 마찰재는 필요할 경우, 헥사티탄산칼륨 및 이산화티탄의 복합섬유에 마찰재용 섬유로 공지된 다양한 섬유질 충진제의 적어도 하나 이상의 여러가지 섬유질 충진제를 추가로 배합해도 된다. 이러한 섬유질 충진제의 예로는 합성유기 섬유(아라미드 섬유 등), 금속섬유(스틸섬유, 스테인레스 스틸섬유, 구리섬유, 놋쇠섬유 등), 탄소섬유, 유리섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 미네날울, 슬래그울 및 목재펄프 등이 있다. 이들 섬유질 충진제들은 예를 들면, 마찰재의 보강을 목적으로 헥사티탄산칼륨 및 이산화티탄의 복합섬유와 함께 적절한 양(예, 1 내지 60중량%)으로 사용된다.

이들 섬유질 충진제는 필요할 경우 산포성 및 접합제에의 접착성 등을 향상시키기 위해 커플링제로 표면처리하는데 사용된다. 유용한 커플링제의 예로는 실란커플링제(비닐실란, 아미노실란, 에폭시실란, 메타아크릴옥시실란 및 메르캅톡시실란 등)와, 티탄네이트 커플링제(이소프로필 트리 이소스테아로일 티타네이트 및 디(디옥틸 피로포스페이트) -에틸렌 티타네이트 등)가 있다.

본 발명의 마찰재는 일반적으로 마찰 및 마모증진제로서 사용되는 다양한 첨가제를 추가로 함유해도 된다. 유용한 첨가제의 예로는 가황 또는 비가황의 천연 또는 합성고무분말, 캐슈수지분압본, 레진더스트 및 고무입자 등의 유기분말; 천연 또는 인공 흑연, 이황화 몰리브덴, 3황화 안티몬, 황산바륨, 탄산칼슘 및 소노트라이트 등의 무기성 분말; 운모 및 버미큘라이트 등의 박편무기성 충진제; 구리, 알루미늄, 아연, 철 및 스테인레스 스틸 분말 등의 금속 분말; 알루미나, 실리카, 산화크롬, 산화티타늄, 산화철, 3산화 안티몬 및 산화구리 분말 등의 산화금속분말 등이 있다. 이들 첨가제는 단독적으로 사용되거나 또는 그것들 중 2개 이상을 마찰계수, 내마모성 및 진동특성 등 생산물이 요구하는 마찰특성에 따라서 적절한 양(예, 20 내지 80중량%)으로 혼합되어 사용된다. 또한, 적절한 양(예, 60중량%이하)의 방부제, 연마제 및 보조제가 필요에 따라 사용된다. 따라서, 본 발명의 마찰재는 상기의 첨가제 또는 보조제를 함유한 복합물의 형태로 종래의 마찰재의 경우와 같이 제조한다.

적절한 결합제의 예로는 에폭시수지, 페놀수지, 포름알데이히드수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지, 알키드수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지 등의 열경화성수지 및 그것의 변성수지 등의 수지류 및 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 니트릴 고무 등의 고무류가 상술한 형태의 마찰재로 사용된 것들이다.

본 발명의 마찰재는 종래의 마찰재와 같이 결합재로 작용하는 수지내에 섬유를 분산시키고, 필요에 따라 마찰 및 마모 조정제 및 다른 첨가제와 혼합하여 원료조성물은 얻고, 상기 조성물을 결착성형시키기 위해 열 및 압력으로 몰드시킴으로써 제조할 수 있다. 한편, 상기 마찰재는 상기 원료조성물을, 예를 들면 물에 분산시키고, 상기 분산물을 스크린상에 방치하고, 상기 분산물을 자체적으로 생성된 물을 압착시킴으로써 시트로 만들고, 결착성형을 위해 고압하에서 가열하면서 압착함으로써 제조할 수 있다. 따라서, 몰드되거나 성형된 상기 생성물은 적절히 기계가공 또는 연마가공할 수 있다.

[실시예]

섬유의 제조

(1) 헥사티탄산칼륨 및 이산화티탄의 복합섬유(본 발명의 실시예)

a. 원료물질의 제조

정제된 아나타제분말(순도 99.8%) 및 공업용 탄산칼륨분말(순도 99.5%)을 TiO₂/K₂O몰비가 1.8이 되도록 혼합한다.

b. 가열용융

원료물질을 백금도가니에 넣고 1050℃에서 40분동안 가열용융시킨다.

c. 냉각응고

상기 용융물을 판상형의(구리로 된) 용기에 부어 이티탄산칼륨 섬유덩어리를 얻는다.

d. 칼륨 제거-분해 처리

상기 섬유덩어리를 섬유덩어리의 150배의 양(중량)의 물에 황산을 첨가하여 제조한 황산수용액에 넣는다. K⁺이온이 프로펠라에 의해 교반함으로써 섬유로부터 용출되어 나오면서 섬유는 분해된다.

e. 열처리

상기 분해된 섬유를 용액으로부터 회수하고, 탈수시키고, 건조(공기중에서)시킨 후 2시간동안 알루미나 도가니에서 열처리한다.

(2) 헥사티탄산칼륨의 단상섬유(비교예)

상기와 같은 처리조건하에서, 칼륨 제거-분해처리에 사용된 황산수용액만을 물(상기 섬유덩어리의 150배)로 대체시켜서 헥사티탄산칼륨의 판상형 다결정섬유를 제조하였다.

표1은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 산용액의 농도, 소성처리온도, 최종생성섬유의 결정상 등을 나타낸다.

비고

6TK : 헥사티탄산칼륨 결정

(A) : 이산화티탄결정의 아나타제상

(R) : 이산화티탄결정의 루틸상

(*) : 섬유의 K함량은 소성처리후에 측정되고 무수상태 섬유내의 K함량치를 나타낸다.

제1번 내지 제6번은 본 발명의 실시예이고, 제11번은 비교예이다. 최종생성섬유의 각각은 약 30㎛의 평균 섬유직경과 약 200㎛의 평균 섬유길이를 가진 판상형 다결정섬유의 형태이다(주사형 전자현미경사진으로 측정).

제1도 내지 제5도는 각 실시예에서 얻어진 최종생성섬유의 주사형 전자현미경하에서 상(배율:×2000)을 나타낸다(6TK:헥사티타난칼륨결정, T:이산화티탄결정).

제1, 2, 3 및 4도는 각각 본 발명의 제1, 제3, 제4 및 제5실시예의 복합섬유를 나타내고, 제5도는 비교예 11의 헥사티탄산칼륨의 단상섬유를 나타낸다.

본 발명의 실시예 및 비교예의 섬유가 형태나 크기면에서 크게 다르지 않으나, 비교예의 섬유는 헥사티탄산칼륨결정만의 단상섬유로 되어있는 반면, 본 발명의 실시예의 섬유는 헥사티탄산칼륨결정에 이산화티탄결정이 분산된 상태로 혼합된 복합상을 가진다.

이하, 본 발명의 섬유를 나타내는 제1도 내지 제4도를 참조하여 추가로 설명한다. 제2, 3 및 4도(도시된 칼륨이 제거된 섬유는 모두 칼륨함량이 9%이고, 한편, 소성처리온도는 제2도에서 950℃, 제3도에서 1050℃, 제4도에서 1150℃)간의 비교는 소성처리온도를 높임으로서 결정입자가 큰 복합섬유로 된다는 것이 나타나고 있다. 제1도와 제3도간의 소성처리온도의 비교(두 경우의 소성처리온도는 1050℃이고, 칼륨함량은 제1도에서 4.4% 또는 제3도에서는 9.0%이다)는 이산화티탄결정상의 양은 칼륨함량감소에 따라서 증가한다는 것이 나타난다. 이러한 결과들은 본 발명의 실시예에 의한 복합섬유의 복합상의 형태가 칼륨제거공정 및 소성처리공정의 온도공정에 의해 용출되는 칼륨양을 변화시킴으로써 소망하는 바와 같이 제어할 수 있다는 것을 나타내고 있다.

또한, 결정입자가 클수록, 상기 섬유는 좀더 조밀해지고 강도가 커지므로 유리하다.

[섬유의 강도]

본 발명의 복합섬유 및 헥사티탄산 칼륨의 단상섬유를 페놀수지결합제를 사용하여 결착시킨 샘플을 제작하여, 섬유의 휨강도, 파단시의 굴절 및 섬유의 비틀림강도를 실험하였다.

상기 샘플들은 표1에 기재된 섬유번호 제4, 제5 및 제11번으로부터 다음 공정에 따라 제조하였다. 상기 섬유(70중량%) 및 30중량%의 페놀수지를 혼합하고, 상기 혼합물을(실온에서 1분 동안 30MPa의 압력하에서) 압축시키고, 금형에 의해 결착성형화하였다(170℃의 온도에서 5분동안 15MPa의 압력하에서). 상기 성형물을(180℃에서 3시간동안) 열처리한다. 상기 샘플을 7×5×70㎜크기로 제조하였다.

얻어진 샘플에 대해 3위치식 휨 테스트를 실시하였다(스판:40㎜, 크로스헤드 스피드:0.5㎜/min).

그 결과를 표2에 나타내었다.

표2는 본 발명의 복합섬유를 각각 함유한 샘플 제4번 및 제5번이 헥사티탄산칼륨의 단상섬유를 함유한 샘플 제11번보다 휨강도가 높다는 점을 나타낸다.

*마찰 및 마모 특성 (내마모성 및 마찰계수)

[실시예 1]

본 발명의 복합섬유 및 헥사티탄산칼륨의 단상섬유를 각각 마찰재(디스크 패드)로 제작해서, 마찰특성을 실험하였다.

실험용 디스크 패드를 다음 공정에 의해 제조하였다. 하기에 주어진 혼합물을 전기한 섬유강도실험용 샘플의 제작조건과 같은 조건하에서 압축, 성형, 열처리하고, 추가로 분쇄한다. 따라서 테스트 패드 A1, A2, B 및 C를 얻었다.

섬유 30중량%

결합제(페놀수지) 20중량%

마찰마모조정제(황산바륨) 50중량%

테스트 패드 A1, A2, B 및 C에 사용된 섬유는 각각 표1의 제4번, 제5번 및 제11번이고 테스트 패드C에 사용된 주섬유는 크리소틸 아스베스토섬유(6클래스)이다.

테스트 패드로부터 테스트조각을 절단하여 JIS D4411, 자동차용 브레이크 라이닝의 규정에 의거하여 정-속도 마찰 및 마모실험(디스크 마찰 표면: FC250 회색주조철, 표면압력: 1MPa, 마찰속도등: 7m/sec)을 하여 마찰계수와 마모율을 측정했다. 측정된 마찰계수를 제6도에 나타내었고 마모율은 제9도에 나타내었다.

제6도는 본 발명의 테스트 패드 A1 및 A2가 저온에서부터 고온까지의 넓은 범위에서 테스트 패드 B(헥사티탄산칼륨의 단상섬유사용)보다 마찰계수가 높음을 나타낸다. 또한 테스트 패드 A1 및 A2는 높은 온도에서 테스트 패드 C(크리소틸 아스베스토 섬유)보다 마찰계수가 높았다.

제7도는 본 발명의 테스트 패드 A1 및 A2의 마모율은 낮고, 높은 온도에서 높은 내마모성을 가지는 것을 나타낸다.

[실시예 2]

실시예1과 같은 조건하에서, 다음 혼합물을 압축, 성형하고 열처리한 후, 분쇄시켜서, 각각의 테스트 패드 A3, B3 및 C3를 제조하였다.

섬유-1 16중량%

섬유-2 3중량%

(아라미드 섬유 : 크블라펄프, 2㎜길이 토레이(주) 제품)

결합제(페놀수지) 9중량%

유기첨가제(캐슈 더스트등) 9중량%

기타 63중량%

(흑연등의 윤활제, 황산바륨등의 무기분말, 금속분말, 산화분말)

이 실시예에 관련하여, 섬유-1 이외의 테스트 패드 성분은 실제사용에 있어 자동차용 브레이크 패드에 함유되는 대표적인 것이다. 테스트 패드 A3 및 B3에 사용된 섬유-1은 각각 표1의 제5번 및 제11번이다. 테스트 패드 C3에 사용된 섬유는 크리소틸 아스베스토 섬유(6클래스)이다.

상기 테스트 패드로부터 테스트조각을 절단해내고 정-속도 마찰 및 마모실험을 실시예1에서와 같은 방법으로 행하였다. 실험결과를 제8도 및 제9도에 나타내었다.

제8도는 본 발명의 테스트 패드 A3가 저온에서 고온까지의 넓은 온도범위에서 테스트 패드 B3 및 C3보다 높은 마찰계수를 가진다는 것을 나타낸다.

제9도는 본 발명의 테스트 패드 A3가 고온에서 테스트 패드 C3보다 마모율은 작고 내마모성은 높음을 나타낸다.

본 발명의 헥사티탄산칼륨-티탄 복합섬유는 이산화티탄결정의 존재로 인해 제공되는 효과로서 단상의 헥사티탄산칼륨섬유보다 경도, 내마모성, 절단강도 등이 높았다. 본 발명의 복합섬유가 자동차 등의 제동장치용 마찰재에 함유되었을 경우, 단층표면은 향상된 마찰 및 마모특성을 개선할 수 있었다.

본 발명의 복합섬유는 헥사티탄산칼륨의 단상섬유 대신으로 내열。내마모성 코팅조성물의 충진제로서, 보강플라스틱용 보강섬유로서, 그리고 내화재 또는 단열재 등의 다른 용도에 대체 사용이 유용하여, 그 재료특성을 더욱 증진시킬 수 있다.

상기 본 발명과 실시예의 설명은 본 발명을 설명하기 위하여 주어진 것이며 발명의 범위나 첨부된 청구항을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 상기 본 발명의 설명 및 실시예에 한정되는 것은 아니며, 청구항에 설정된 것과 같이 본 발명의 정신을 벗어남없이 해당분야의 전문가에 의해 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (6)

1. 용융공정에 의해 제조되며, 헥사티탄산칼륨결정과 이산화티탄결정이 혼합되어 구성된 다결정섬유인 것을 특징으로 하는 복합섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 용융공정은 가열에 의해 이산화티탄으로 변환할 수 있는 티탄화합물과 가열에 의해 산화칼륨으로 변환할 수 있는 칼륨화합물의 혼합물을 TiO₂/K₂O몰비가 1.5 내지 2.5로 분할하여 혼합한 혼합물을 출발물질로서 가열 용융하여 용융물을 제조하는 공정과, 상기 용융물을 냉각시켜 이티탄산칼륨 섬유를 얻는 공정과, 상기 섬유를 세척액에서 처리하여 섬유를 분해시키면서, 무수상태의 섬유의 중량을 근거하여 섬유의 칼륨함량이 1 내지 13.5중량%로 감소할 때까지 K⁺이온을 용출시키는 단계와, 상기 섬유를 900 내지 1300℃의 온도에서 열처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합섬유.
3. 제1항에 있어서, 상기 섬유에 함유된 칼륨함량이 1 내지 13.5중량%인 것을 특징으로 하는 복합섬유.
4. 제1항에 있어서, 상기 섬유에 함유된 칼륨함량이 4.4 내지 11.2중량%인 것을 특징으로 하는 복합섬유.
5. 제2항에 있어서, 상기 열처리가 1050℃ 이상의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 복합섬유.
6. 섬유가 수지결합제에 의해 결착성형되어 있는 마찰재에 있어서, 상기 마찰재는 헥사티탄산칼륨결정과 이산화티탄결정이 혼합되어 이루어진 다결정복합섬유가 3 내지 50중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 마찰재.