KR100203557B1 - 수지-결합된 탄소입자를 함유하는 내열성 종이지지재를 갖는 마찰재료 - Google Patents

Abstract

마찰 부재는 밀도가 균일한 내열성 종이, 종이의 주요 표면상에 코팅되고, 그 표면 내에 적어도 일부분이 함침된 열경화성 중합체 결합제의 제1층, 제1층의 노출면상에 균일하게 분포되고, 그 노출면 내에 부분적으로 끼워진 입상 탄소 마찰 입자 및 제1층 및 부분적으로 끼워진 입상 탄소 마찰 입자 상에 존재하며 또한 입상 탄소 마찰입자를 가려짐 없이 코팅하고 있는 열경화성 결합제의 제2층을 포함하는 것에 관한 것이다.

마찰 부재는 변속 장치에서 마찰면 부재로서 이용하기에 적당하다.

Description

수지-결합된 탄소 입자를 함유하는 내열성 종이 지지재를 갖는 마찰 재료

제1-2도는 본 발명의 마찰 재료를 제조하는 바람직한 방법을 나타내는 개략도.

제3도는 본 발명을 구체화하는 마찰 재료의 횡단면도.

제4도는 자동 변속 장치에서 본 발명의 마찰 재료와 종래 기술의 종이계 마찰 재료와의 미사용 오일 및 사용한 오일의 마찰 성능을 비교, 예시한 그래프이다.

본 발명은 수동 또는 자동 변속 구동 장치에 사용하기에 적당한 마찰 재료에 관한 것이다. 특히 본 발명은 입상 탄소 마찰 입자를 포함하는 탄소 입자 충진된 열경화 수지 복수층으로 형성된 마찰 코팅을 갖는 내열성 종이 지지재로 구성된 마찰 재료에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 종이를 열경화성 결합제 물질 및 탄소 입자 충진제로 된 분산액으로 코팅하고, 입상 탄소 마찰 입자를 도입하고, 경화시킴으로써 마찰 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 마찰 재료를 포함하는 변속장치를 제공한다.

변속장치는 모터 또는 엔진과 그것의 구동부 사이에 있는 구동 수단을 결합시키고 결합을 해체하는테 이용된다. 수동 및 자동 변속장치는 모두 공지되어 있다.전형적으로, 상기 장치들은 오랜 수명을 가지면서 최적의 유용한 성능이 되도록 하는 조건하에서 효율적으로 작동하기 위해 이들 부분을 효율적으로 결합시키기 위한 마찰 재료를 함유하는 부재를 이용한다. 일반적으로, 수동 변속장치는 결합수단으로서 그것의 곡면상에 마찰면을 포함하는 블로커(blocker)고리를 이용한다. 자동변속장치에 대한 마찰 재료의 마찰 특성은 변속 전율을 극소화하기 위해 광범위한 슬립 속도에 걸쳐서도 비교적 일정한 마찰 결합을 제공하도록 선택되어야 한다. 이제까지 다양한 마찰 재료가 변속 장치에 이용되어 왔다. 초기 마찰 재료는 그것의 우수한 고온 안정성 때문에 석면(asbestsos)을 포함하였으나 이제 석면은 더이상 환경 및 건강 문제 때문에 허용 가능한 재료로 여겨지지 않는다. 다양한 마찰 재료가 열경화 결합제로 함침한 종이 기재를 포함하지만 상기 재료는 일반적으로 중간 정도 및 강력한 변속 용도에서 통상 겪게되는 결합 하중 및 에너지에 대한 우수한 내마모성 및/또는 내열성이 없으며 일반적으로 특정한 자동 변속 용도에 대하여 바람직한 마찰 계수를 유지할 수 없다. 다른 마찰 재료는 입상 또는 섬유질 탄소 또는 열경화 결합제에 의해 함께 결합된 다른 유사한 재료를 포함한다. 상기 재료는 높은 내부 강도 및 높은 에너지 흡수용량을 갖지만, 그것들은 강성 때문에 불량한 정합성을 가지며 설치시 고가의 부가적인 공정을 필요로 한다.

특히, 유용한 마찰 재료는 다양한 허용 가능한 특성을 가져야 한다. 상기 마찰 재료는 유연해야 하나 내압축성, 내피로성, 내마모성 및 내열성이 있어야 하며, 바람직한 그리고 유지가능한 마찰 특성, 및 오랜 수명을 가져야 한다. 상기 특성 중 어느 하나를 충족시키지 못한다면 마찰 재료로는 적당치 않을 수 있다. 상기 모든 특성은 수동 변속 브로커 고리로 이용되는 마찰 재료에 존재해야 한다. 예를들면, 마찰 재료는 유연하여 수동 변속의 블로커 고리 표면에 정합할 수 있어야 한다. 정합성이 결여되어 있는 경우 마찰 재료는 안정하게 제조되지 못하며 및/또는 구조가 약화됨으로써 수동 변속장치가 조기에 망가지게된다.

개량된 마찰 재료를 위해 다양한 제안들이 있었지만, 이것들은 완전한 성공을 이루지 못했다. 이것들은 하기한 것을 포함한다 :

미국 특허 제 4,320,823호(Covaleski 등)는 수용성 페놀 수지를 포함하는 열경화성 세멘트 및 열경화성 탄성 중합체에 의해 함께 결합 및 함침된 영속적인 아라미드 섬유의 다발 또는 테이프를 포함하는 개량된 마찰 부재를 기술한다. 상기 마찰 부재는 또한 카본 블백, 흑연, 금속 산화물, 금속 분말, 중정석, 점토, 실리카, 알루미나, 빙정석, 일산화납 등을 함유할 수 있다.

미국 특허 제 4,374,211호(Gallagher 등)는 열경화성 결합제, 탄소, 금속(예;강철)또는 무기(예; 세라믹) 섬유와 같은 비석면 섬유 보강 재료 및 기타 성분인 아라미드 중합체 펄프 섬유를 15 중량% (총 중량 기준)이하로 함유하는 비석면 재료를 기술한다.

미국 특허 제 4,639,392호(Nels 등)는 접착제 층에 의해 강성 금속판에 결합된 마찰표층으로 구성된 클러치 판 부재를 기술한다. 상기 마찰 표층은 탄소 및 페놀 열경화 결합제의 입상 혼합물을 압축 변형시켜 코팅시킨 액체 페놀 수지로 포화된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 마찰 종이와 같은 유연한 캐리어 시트(carrier sheet)로 구성된다.

영국 특허 제 1,451,864호(1976. 10. 6 공개)에 금속판과 같은 지지체에 고정 될 수 있는 다공성 공업 탄소 재료로 구성된 마찰 성분을 기재한다.

서독 특허 제1,525,334호(1971. 9. 30 공개)에 원소 형태의 탄소를 함유하는 마찰 재료가 기재되어 있으며, 이때 탄소 함량은 50 중량% 이하이다.

공지되어 있는 한, 복수 결합제 층에 의해 결합되는 탄소 입자 또는 실질적으로 아라미드 종이로 형성된 지지재를 포함하는 변속 장치에 사용하기 위한 마찰 재료의 설명은 없다.

다발 또는 테이프 상태의 아라미드 필라멘트가 마찰 재료의 완전한 보강 성분으로서 제안되고 있는 반면, 아라미드 종이가 마찰 재료에 대한 지지재로서 성공적으로 이용될 수 있다는 설명 또는 제안은 없다. 반대로, 아라미드 중합체 섬유를 이용하되 그 양을 다른 성분의 15 중량% 까지로 한정하는 유일한 참고를 제안한다.

아라미드 펄프 섬유로 완전히 형성된 종이는 아라미드 종이를 액체 코팅 조성뭍로 처리하는 경우 분해를 일으키는 매우 불량한 미처리 강도를 가지므로 그들이 공지되어 있더라도 이용되지 않은 것은 놀라운 것은 아니다.

본 발명은 마찰 부재가 이용되는 현재 또는 미래 상황에서 이용될 수 있는 단단하고, 강하고, 내열성이 있는 마찰 부재를 제공하며, 그것은 우수한 마찰 특성 및 오랜 수명을 가진다. 상기 마찰 부재는 수동 변속 블로커 고리상에 이용되기에 충분한 유연성 및 정합성이 있으며 자동 변속의 마찰 성분으로서 사용된다.

특히, 본 발명의 마찰 부재는 하기 (a) 내지 (d)성분을 포함한다 : (a) 거의 아라미드 스테플 섬유로 형성된 밀도가 균일한 내열성 종이; (b) 종이의 주요 표면상에 코팅되고, 그 표면 내에 적어도 일부분이 함침된 탄소 입자로 충진된 열경화 중합체 결합제의 제 1 층; (c) 제 1 층의 노출면상에 균일하게 분포되고, 그 노출면 내에 부분적으로 매립된 입상 탄소 마찰 입자; 및 (d) 제 1 층 및 부분적으로 매립된 입상 탄소 마찰 입자 상에 존재하며 또한 입상 탄소 마찰 입자를 매몰시키지 않고 코팅하고 있는 상기 (b)에서 정의된 바와 같은 중합체 결합제의 제 2 층.

또한, 본 발명은 상기 마찰 재료를 연속적으로 제조하는 신규의 방법을 제공한다. 본 방법은 하기(a) 내지 (c)의 단계를 포함한다 : (a) 코팅 조성물을 표면 코팅하여 중이를 함침시키는 점성 조건하에서 균일한 밀도의 내열성 종이의 연속적인 길이의 주요 표면에 탄소 충진제 입자를 포함하는 열경화성 결합제 물질로 된 액체 코팅 조성물을 코팅하는 단계; (b) 이동가능한 캐리어 상에 상기 코팅된 종이를 지지시키는 단계; (c) 적어도 약간의 입상 탄소 마찰 입자가 상기 코팅에 부분적으로 매립되도록 코팅이 충분히 경화되지 않은 동안 단계(a)의 코팅상에 입상 탄소 마찰 입자의 균일층을 도포하는 단계; (d) 입상 탄소 마찰 입자를 도포한 후 상기 코팅을 적어도 부분적으로 경화 시키는 단계; (e) 부분적으로 경화된 코팅상에 단계(a)에서 정의된 바와 같은 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및 (f) 상기 결합제 재료가 열경화될 때까지 상기 코팅을 경화시키는 단계.

본 발명은 또한, 통상적이기는 하나 본 발명의 마찰 재료의 혼입물을 위한 변속장치를 제공한다. 본 발명의 상기 변속장치는 본 발명의 마찰 재료를 그 내부에 혼입하므로 슬립 속도가 변화하면서 결합하는 동안 예상밖의 균일한 토오크(torque)를 갖게 된다.

상기 용어 밀도가 균일한 내열성 종이란 본 발명의 마찰 재료에 대해 기술된 사용 조건을 견딜 수 있는 모든 종이를 의미한다.

아라미드 스태플 섬유로 형성된 밀도가 균일한 내열성 종이란 실질적인 아라미드 스태플 섬유의 통상적인 제지술에 의해 형성된 약 28내지 100g/m²의 총량을 갖는 종이(이때 섬유 길이는 약 0.5 내지 2cm임)를 의미한다.

탄소 충진제 입자란 평균 입자크기가 50㎛이하, 바람직하게는 20㎛이하인 90 중량% 이상의 탄소 원소 입자를 의미한다.

입상 탄소 마찰 입자란 적어도 85 중량%의 탄소 원소 입자가 약 40㎛이상, 바람직하게는 80㎛를 초과하는 평균 입자크기를 가지며 10 중량% 정도만의 탄소 원자 입자의 평균 입자크기가 약 250㎛를 초과하는 것으로, 상기 마찰 재료를 수동-변속장치에서 사용하기 위한 것이 아닌 경우, 10 중량% 정도의 탄소 원자 입자의 크기가 35㎛를 초과할 수도 있는 탄소 원소 입자를 의미한다.

열경화 결합제란 액체 또는 액화성이고 경화 온도로 가열할 경우 불용성 생성물로 전환되는 전구물질의 임의의 불용성성 생성물을 의미한다.

열경화 또는 열경화성 뭍질이란 열경화 결합제의 전구 뭍질을 의미한다.

본 발명의 더욱 완전한 이해는 첨부되는 도면과 관련시킬 경우 도면의 상세한 기술을 참고로 이루어질 수 있다.

먼저 제3도와 관련하여, 본 발명을 구체화하는 마찰재료(10)의 횡단면도를 나타낸다. 내열성 종이(11)는 탄소입자(13) 충진된 열경화 수지 코팅(14)으로 하나의 주표면(12)상에 코팅되며 이것에 입상 탄소 마찰입자(15)가 부착되고 그위에 탄소입자(13) 충진된 열경화층(16)이 피복되어 거친 표면(17)을 제공한다. 열경화 수지는 종이(11)를 함침시킨다. 층(16)은 마찰 재료(10)이 거친 표면(17)을 갖도록 개개의 입자의 매몰시키지 않으면서 입상 탄소 마찰입자(15)를 피복한다.

본 발명의 마찰 재료에서 사용되는 종이 지지재는 밀도가 균일한 종이를 제공하도록 아라미드 중합체 스태플 섬유로 거의 이루어지는 것이 바람직하다. 적당한 마찰 재료를 제공하도록 밀도가 균일한 아라미드 스태플 섬유 종이를 수득하기 위해서는 상당히 주의를 해야한다는 것이 밝혀졌다. 상기 목적을 위한 아라미드 스태플 섬유의 길이는 약 0.5 내지 2cm이이어야 한다. 2cm보다 더 긴 길이에서는, 섬유가 종이내에 조밀한 부위를 가지게되는 경향이 있는 데 이는 상기 섬유를 허용 불가능하게 만든다. 0.5cm보다 더 짧은 섬유는 적절한 취급 강도를 갖는 종이를 형성하기가 용이하지 않다. 또한, 상기 종이는 마찰 재료에 대해 충분한 구조물을 제공하도록 약 28 내지 100g/m²의 중량을 갖는 것이 바람직하다(가장 바람직하게는 40 내지 60 g/m²). 유용한 아라미드 종이는 비압축 캘리퍼 약 0.3 내지 0.5mm, 인장 강도 38 내지 58kPa, 및 통기도 약 2.5 내지 4.5m³/sec/m²을 갖는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 실시에서 사용하기에 적절한 아라미드 중합체는 미국, 델라웨어, 웰밍톤 소재, E.I., DuPont de Nemours사 제품 KEVLAR, KEVLAR 29, KEVLAR 49, 및 NOMEⅩ로 시판된다. 본 명세서에서 이용되는 용어 아라미드 중합체란 방향족 폴리카본아미드로서 일반적으로 당해 기술 분야에서 표시되는 합성 중합체 수지를 의미한다. 상기 아라미드 중합체는 미국 특허 제 3,652,510 호, 제 3,699,085 호, 및 제 3,673,143 호에 기재되어 있는 바, 이는 고분자량의 중합체라고 여겨지며, 예를 들면, 약 0.7 이상의 고유 점도를 갖고, 하기 일반식의 반복 단위를 특징으로 하는 고분자량 중합체인 것으로 생각된다.

상기식중, Ar₁은 p-페닐렌()및/또는 클로로(C1)-치환된 p-페닐렌 및/또는 4,4-치환 디페닐 메탄()이며, Ar₂는 p-페닐렌()이다.

상기 일반식의 정의를 갖는 폴리카본아미드의 예로는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 클로로-치환된 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 및 그것의 공중합체들이 있다.

아라미드 중합체의 방향족 핵상에의 치환체기의 위치의 배치 표시는 방향족 디아민, 이산 또는 다른 공반응체(이들로부터 아라미드 중합체가 제조됨)상의 치환체의 위치에 관해 언급하는 것이다.

아라미드 중합체 또는 방향족 폴리카본아미드가 카본아미드 결합체(-CONH-) 및 상기 일반식에 적합한 방향족 고리 핵으로 주로 구성될지라도, 상기 중합체는 사슬 연장 결합이 동축 또는 평행 및 반대방향(예를 들면,또는(메타-페닐렌 유니트))의 비방향족 및 비아미드기인 방향족 카본아미드 유니트와 같은및와 상이한 폴라카본아미드 사슬로 된 유니트를 제공하는 부정합하는 공단량체 유니트를 20 몰% 이하, 바람직하게는 0 내지 5 몰% 이하로 함유할 수 있다.

아라미드 중합체의 조성물의 더욱 포괄적인 설명은 참고 문헌, 미국 특허 제 3,673,143 호 뿐만 아니라 그것의 분할 특허인 미합중국 특허 제 3,817,941 호에서 개시되어 있으며 이는 본 명세서에 참고로 인용하였다.

별개의 분석 테스트 및 적외선 테스트는 KEVLAR 29가 주성분으로(95 중량%) 폴리(p-페닐렌 디아민 테레프탈아미드)일 수 있으며 화학적으로는 폴리 (p-페닐렌 디아민 테레프탈아미드)와 폴리(4,4-디아미노 디페닐 메탄 테레프탈아미드)의 공중합체로 기재될 수 있다는 것을 나타낸다.

본 발명의 독특한 장점을 수득하기 위해 이용된 아라미드 중합체가 스태플 형태의 아라미드 섬유인 것은 중요하다. 상기의 스태플 섬유의 길이는 약 0.5 내지 2cm이다. 상기의 종이는 통상적인 제지술에 의해 제조된다. 또한, 이들은 Iternational Paper of Tuxedo(뉴욕 소재)사 제품 Kevlar^Rmat Series 8000050, 8000051, 8000052, 8000065, 및 8000068이 시판되고 있으며 이 중 Kevlar^Rmat Series 8000068이 수동 변속 장치에 대해 가장 바람직하다.

상기 종이가 실제로 완전하게 아라미드 중합체 스태플 섬유로 형성되는 것이 바람직하지만, 상기 종이의 섬유중 일부, 약 50 중량% 이하는 비아라미드 셤유로 대체될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 상기 대체 섬유는 목면, 황마(jute), 삼 (hemp), 인조 견사(rayon)로 이루어질 수도 있지만, 세라믹, 금속 또는 유리와 같은 내열성 재료인 것이 바람직하다.

다른 적당한 내열성 종이는 실제로 유리 섬유, 탄소 섬유, 내열성 유기 물질 (예; 플리비닐 알콜)로 형성된 섬유, 또는 세라믹 재료로 제조된 섬유로 완전히 형성될 수 있으며, 상기 섬유들은 현 양도인에 의해 상표명 Nextel로 시판되고 있다.

종이 섬유는 취급시 종이 분해를 방지하도록 제한된 양의 수지 결합제 물질과 결합시킨다. 상기 경우에서 수지의 양은 종이의 개방을 변경하지 않고 섬유들을 결합하기에 충분하다. 이러한 목적으로 바람직한 결합제 물질로는 아크릴 라텍스, 스티렌 부타디엔 고무, 가황 고무, 나일론, 폴리우레탄, 페놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지 및 그것들의 결합물이 있다. 가장 바람직한 결합제는 아크릴 라텍스이다.

탄소 충진제 입자는 일반적으로 불규칙형의 석유 코크스-계 탄소가 바람직하다. 입상 탄소 마찰 입자는 이와 동일한 조성 및 형태인 것이 바람직하다. 상기 입자들은 Asbury Graphite mills 사와 같은 공급자에 의해 시판된다. 상기 탄소 입자는 주로 탄소 원소로 구성된다. 이들은 코크스, 카본 블랙 또는 흑연일 수 있다. 코크스는 무정형의 탄소이며 무공기하에서 석탄 또는 석유 잔유물을 증류시켜 제조한다. 카본 블랙은 탄화수소를 열 분해 또는 산화 분해하여 제조한 또다른 무정형의 탄소이다. 흑연은 결정 동소체형 탄소이다. 흑연은 천연에서 얻거나 또는 전기 저항로로 약 3000℃까지 석유 코크스를 가열시킴으로써 합성될 수 있다.

코크스, 바람직하게는 석유 코크스는 바람직한 탄소 충진제 입자이다. 석유 코크스는 일반적으로 무기 물질을 1% 이하로 함유한다. 입상 탄소 입자로서, 금속 코크스(metallurgical coke) 또는 소성 석유 코크스 입자가 바람직한 코크스 입자이다.

본 발명에서 유용한 열경화성 결합제 물질은 임의의 통상적인 전구 물질을 형성할 수 있는 데 이는 상기의 사용 조건을 견디는 불용성 내열 제품을 형성한다. 상기 열경화성 물질의 예로는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 캐슈(cashew)열매 껍질 수지, 나프탈린계 페놀 수지, 에폭시 변형 페놀 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 우레아 포름알데히드 수지, 메틸렌 디아닐린 수지, 메틸 피롤리디논 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지 몇 그것들의 혼합물을 들 수 있다. 본 발명의 마찰 재료에서 사용하는 바람직한 열경화 수지는 저렴한 비용, 내열성 몇 우수한 물리 특성으로 인해 페놀 수지로부터 유도된다. 가장 바람직한 페놀 수지는 신속한 겔화산 경화 리졸(resole)페놀 수지이다. 산 경화 리졸 페놀 수지는 미국 특허 제 4,587,291 호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참고로 인용한다.

본 발명의 실시에 바람직한 산 경화 페놀 수지(즉, 페놀 리졸)는 알칼리성 축합된, 페놀 및 알데히드의 반응 생성물이며, 여기에는 탄핵-및 다핵 페놀 모두가 사용될 수 있다. 추가로 상술하면, 페놀 그 자체인 단핵 페놀, 및 1 가 및 다작용가 페놀 및 그것의 알킬 치환 동류체(예; o-, m-, p-크레졸 또는 크실레놀)가 적당하다. 또한, 할로겐_치환 페놀(예; 클로로-또는 브로모페놀), 및 다작용가 페놀(예; 레조르시놀 또는 피로카테콜)도 적당하다. 용어 다핵 페놀은 한편으로는 나프톨, 즉, 축합환을 갖는 화합뭍을 의미한다. 그러나, 다른 한편으로는 또한 본 발명의 목적을 위해 지방족 브리지(bridge)또는 헤테로 원자(예; 산소)에 의해 결합된 다핵 페놀을 이용할 수 있다. 또한, 다작용가, 다핵 페놀은 적당한 열경화성 페닐 리졸을 제공한다.

알데히드 성분은 포름알데히드, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 또는 부티르알데히드, 및 축합 조건하에서 알데히드를 방출할 수 있는 생성물, 예를 들면, 포름알데히드 비설파이트, 우로트로핀, 트리히드록시메틸렌, 파라포름 알데히드, 또는 파랄데히드일 수 있다. 페놀 및 알데히드 성분의 화학량론은 1:1.1 내지 1:3.0의 비율이다. 통상, 수지는 비휘발성 물질 60 내지 85% 함량을 지닌 수용액 형태로 이용된다.

본 발명에 의해 이용된 페놀 수지는 5% 이하의 단량체성 패놀 함량을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이들은 공지된 방법에 따라, 30%이하의 우레아, 맬라민 또는 푸르푸릴 알콜로 추가로 변형시킬 수 있다.

유기 설폰산의 효과적인 경화 염은 하기 구조식으로 표시된 방향족 설폰산의 구리, 일루미늄, 및 철(Ⅲ)염이다 :

상기식중, R 및 R'는 동일하거나 또는 상이할 수 있으며 수소, 알킬, 히드록시, 알콕시, 또는 카르복시기를 나타내고; 치환 또는 비치환 아릴 또는 아르알킬기를 나타내거나; 또는 또다른 임의의 치환 설포닐기를 나타내며, n 및 m은 동일하거나 또는 상이할 수 있으며 0 내지 5의 정수를 나타내고, 5 이상은 넘지 않는다. 방향족 설폰산의 탄소 원자 수는 6 내지 14이며, 벤젠 설폰산은 6 개의 탄소 원자를 가지며 안트라센 설폰산은 14 개의 탄소 원자를 갖는다. 치환된 방향족 설폰산의 알킬기로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 디메틸 몇 트리메틸이 있다. 치환 설포닐은 메틸렌 설포닐기 또는 일반적으로 설폰화된 알킬렌 사슬을 의미한다. 상기 형태의 설폰산의 예로는 벤젠설폰산, 벤젠디실폰산, 알킬벤젠설폰산(예; 톨루엔 설폰산, 톨루엔디설폰산, 크실렌설폰산, 트리메틸벤젠설폰산, 이소프로필벤젠 설폰산, 또는 테트라히드로나프탈렌설폰산), 설포노벤조산, 설포프탈산, 히드록시설폰산(예; 히드록시벤젠설폰산, 디히드록시벤젠설폰산, 히드록시벤젠디설폰산 또는 크레졸설폰산), 메톡시벤젠 설폰산, 카본-히드록시벤젠설폰산, 디페닐메탄 디설폰산, 디페닐 에테르 디설폰산, 디페닐 설폰 디설폰산, 나프탈렌설폰산, 알킬나프탈렌설폰산, 나프탈렌디설폰산, 안트라센설폰산, 또는 카바졸설폰산이 있다. 바람직한 설폰산은 벤젠설폰산, 페놀설폰산, 또는 p-톨루엔설폰산이다. 각각의 설폰산의 염 또는 설폰산 혼합물 및 상이한 금속염의 혼합물이 이용될 수 있다.

또한, 폴리올에 방향족 설폰산을 부가한 부가 반응 생성물은 경화제로서 이용되는 데, 산의 수용액과 폴리올 또는 그 수용액을 혼합한 후, 혼합물을 가열(50-100℃로 5-10분간)함으로써 수득된다. 이들은 수용액으로서 이용된다.

산과 폴리올의 몰비는 3 : 1 내지 1 : 3 범위 이내이다. 2 : 1의 몰비가 바람직하게 이용된다. 상기의 모든 설폰산은 별개로 또는 서로 혼합시켜 본 발명의 부가 반응 생성물에 대한 방향족 설폰산으로서 이용될 수 있다. 벤젠설폰산, 페놀설폰산, 및/또는 p-톨루엔설폰산이 바람직하다.

수용성 폴리에테르 및 플리에스테르 폴리올은 50-500범위의 OH수를 가지는 한, 폴리올로서는 적절하다. 일반적으로, 상기 폴리올은, 분자당 200 내지 4000을 갖는다.

폴리에테르 폴리올의 예로는 지방족 시리즈(예; 폴리에틸렌 글리콜, 폴리 프로필렌 글리콜), 또는 프로필렌 산화물과 상이한 트리올 성분과의 반응 생성물(예; 트리메티롤프로판 또는 글리세롤) 또는 프로필렌 산화물과 5- 및 6 가 알콜과의 반응 생성물이 있다.

폴리에스테르 폴리올은 지방족 및/또는 방향족 디카르복실산(예; 아디프산, 숙신산, 글루타르산 등의 세가지 이성체 프탈산)과 다가 알콜(예; 부탄디을, 헥산 트리올 글리세롤, 또는 트리메타롤프로판)과의 축합 생성물이다. 불포화 지방산의 첨가에 의해 변형된 폴리올은 우수한 결과를 얻는 데 이용될 수 있다.

이용된 경화제의 양을 계측한 결과, 수지와 경화제 또는 경화제 결합물의 중량비는 1 : 0.01 내지 1 : 0.5 범위이다. 이와같이, 생성된 혼합물은 실온에서 4 시간 이상 처리된다. 즉, 이 시간동안 경화가 너무 극미하여 정도에 있어서 비교적 낮은 증가가 관찰되며, 처리는 이후 경화된 생성물의 중합체 구조의 장해 없이 수행될 수 있다.

경화는 알맞은 상승온도, 바람직하게는 60-150℃ 범위이내에서 실시된다. 이 경우에서, 수지/경화제 혼합물은 몇 분간은 비점착성(tack-free)을 나타내며 경화는 상기 방법으로 실시되어 1시간 내지 약 12시간 이후 이루어진다.

제 1 코팅의 열경화 결합제는 아라미드 종이를 투과하여 심유를 에워 싸서 그것을 강화시킨다. 제 2 코팅은 또한 종이를 투과하여, 그것을 강화시키고 또한 마찰 부재내에 입상 마찰 입자를 부착 결합시킨다.

용매는 종이의 적절한 투과를 수행할 수 있도록 점도를 저하시키기 위하여 열경화 결합제에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 용매는 약 65 내지 75% 고형물 함량을 갖는 분산물올 제공하도록 결합제에 첨가될 수 있다. 페놀 수지에 대한 적당한 용매는 글리콜 에테르와 물과의 50/50 블렌드(blend) 또는 에틸렌 글리콜 모노부틸에테르와 물과의 50/50 블렌드이다. 더 많은 양의 물이 사용된다면, 이것은 페놀 수지를 용액으로부터 침전되게 하는 경향이 있다. 그러나, 몇몇 경우에서는, 유기 용매와 관련된 오염 문제로 인해 물이 바람직하다.

제 1-2 도에 있어서는, 본 발명의 마찰 재료를 수득하기 위해 이용될 수 있는 2 단계 처리 조작을 도시한 것이다. 공급 롤(21)로부터 인발된 내열성 종이(20)는 액체 경화성 결합제(25)의 배쓰(24)중에서 희전되면서 코터 롤(23)을 통과하여 백업(back_up)롤 (26)로 추진된다. 내열성 종이(20)가 롤 셀(23)과 (26)사이를 통과할 때 액체 경화성 수지(25)로 함침된다. 이 후, 함침된 종이는 기술된 처리 조건을 견딜 수 있는 임의의 편리한 시트 모양의 물질일 수 있는 캐리어 시트(22)(롤 (22a)로부터 인발됨)의 표면상에 침착되고, 결합물은 종이(20)가 함침된 경화성 수지의 표면에 입상 탄소 입자(28)가 균일하게 침착되어 그것의 균일한 코팅을 제공하도록 하는 입상 탄소 마찰 입자 침착 스테이션(27) 아래로 통과된 후, 출구(30)가 있는 공기원(29) 아래로 통과되어 공기가 입상 탄소입자가 코팅된 종이표면 위를 통과하여 비접착 입상 탄소입자를 제거한다. 상기 시트 모양 물질은 와이어 메쉬(wire mesh)용기에 의해 대체될 수 있다. 이 후, 수득한 코팅된 시트는 수지 결합제의 적어도 일부분을 경화하기에 충분한 온도에서 가열된 경화 오븐(31)을 통해 통과한 후, 수득한 코팅된 생성물은 오븐으로부터 인발된 후 저장 롤(32)에 감겨진다. 저장 롤(32)상의 코팅된 생성물은 코터 롤(33)사이를 통과하여 액체 경화성 수지 배쓰(33a)에서 회전되고 백업 롤(34)에 대해 추진되어 결합제의 제 2 코팅을 미리 코팅시킨 내열성 종이의 표면에 적용한다. 이후, 수득한 코팅된 생성물은 바람직하게 상승하는 열 영역을 갖는 경화 오븐(35)을 통과하여 블리스터링(blistering)을 방지하는 데 필요한 느린 경화 및 용매 증발을 제공하여 저장 롤(36)상에 수집된다. 이후, 완성된 롤이 후-경화 오븐(도시되지 않음)으로 옮겨져 필요한 임의의 부가적인 경화를 달성한다. 이후, 롤(36)로부터의 코팅된 재료는 변속 장치에 대한 마찰 재료와 같이 특별한 용도에 따라 작은 크기로 절단된다. 모양은 환상의 디스크 또는 길고 가느다란 조각일 수 있다.

제 1-2 도에 도시된 코터는 롤 코터이지만, 또한 다른 통상적인 코팅 장치(예; 스프레이 코팅, 그라비아 코팅, 압출 코팅 등)를 이용할 수도 있다. 부가적으로 입상 탄소 마찰 입자는 결합제-코팅된 웨브의 표면상에 적하되는 것처럼 나타나지만, 다른 입자 코팅 작업을 이용할 수도 있다. 상기 입자 코팅 기술의 예로는 코팅된 연마 생성물의 제조시에 잘 공지되어 있다.

상기 수지는 터널 오븐에서 경화되는 것과 같이 나타나 있지만, 다른 에너지원을 이용할 수도 있다. 상기 에너지 원으로는 방사선원(예; 적외선 또는 UV 방사선 에너지원)을 들 수 있다. 부가적으로, 제 1-2도에 도시된 코팅 작업은 2단계 서열에서 나타난다. 상기 코팅 작업은 제 1도의 제품을 임시로 저장하지 않고 제1도의 완성품을 제2도의 코터를 통해 직접 통과시킬 수 있는 단일 작업으로 실시될 수 있다는 것을 알 수 있다.

최초의 수지 코팅의 중량은 건조 상태를 기준으로 약 200 내지 400g/m², 바람직하게는 230 내지 400g/m²이다. 입상 탄소 마찰 입자의 바람직한 중량은 약 75 내지 150g/m², 바람직하게는 85 내지 120g/m²이다. 최종 수지 코팅의 중량은 건조 상태를 기준으로 바람직하게는 약 250 내지 400g/m², 가장 바람직하게는 300 내지 375g/m²이다.

다양한 변형으로 청구된 본 발명의 범위이내에서 본 발명의 처리, 성분, 및 마찰 재료를 제조할 수 있다. 예를 들면, 마찰 시트 재료의 면을 경유한 변속 유체의 누수율을 극소화하기 위해 자동 변속을 이용하려는 경우, 마찰 재료의 표면을 다듬는 것이 바람직하다. 또한, 다듬질은 입상 코크스 입자의 총 두께 조절 및 노출을 제공하고, 마모 및 부스러기 생성을 감소시키는 것으로 생각된다. 일반적으로, 다듬질은 최종 경화후 및 절단(슬리팅)하여 크기 및 형상을 만들기전 수행된다. 일반적으로, 다듬질은 최적의 단편 두께가 아직은 결정되지 않았으나, 약 10 내지 40㎛ 정도로, 코크스 입자의 노출면의 얇은 단편을 제거한다. 일반적으로 다듬질은 조절 가능한 갭에 의해 분리된 두 개의 평행 회전 롤을 갖는 그라인더(예; Curtain-Hebert wide face finishing machine model No. 450)로 마찰 시트의 표면을 그라인딩함으로써 달성된다. 등급 220 알루미나 연마 입자를 함유하는 접착제부 코팅된 연마제는 탄소 입자 코팅과 접하고 있는 연마제로 갭을 통하여 통과된 마찰 표면 시트 및 두 개의 롤 셋 중 상방 롤에 접착된다. 연마제가 덮힌 롤의 표면 속도는 연마된 시트가 갭을 통해 통과된 속도보다 더 빠른 속도로 회전된다.

부가적으로, 본 발명은 하기 실시예에 의해 설명되며, 여기에서 특별히 언급이 없는 한 중량 단위는 중량부 및 중량 %이다.

[실시예 1]

본 실시예는 자동 변속에 사용하기에 적당한 본 발명의 제조법을 설명한다.

마찰 재료는 처음에 코팅 조성물로 아라미드 종이를 코팅하고, 종이 한쪽 표면에 입상 탄소 마찰 입자를 침착시키고, 코팅 조성물을 예비 경화시키고, 제 2 코팅 조성물을 입상 탄소 마찰 입자가 코팅된 종이의 표면에 적용하고, 마지막에 두 피복물을 경화시킴으로써 제조하였다. 제 1 및 제 2 코팅 조성물은 하기의 성분으로 형성되었다.

중량부(g) 성분

720 물

720 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 용매

4,370 페닐:포름알데히드 몰비 1:2 및 점도 70,000cps(25℃,

No 4 스핀들, 6rpm)를 갖는 A-단계 기제-촉매화된

리졸 페닐 포름 알데히드 열경화수지(70% 고체)

4,020 평균 입자 크기 5 내지 6㎛를 갖고 미국, 뉴저지,

에스베리 소재 Graphite mills사 제품 No.4023

150 파라톨루엔 설폰산 용액(물중 70%)

20 염화 알루미늄 수용액(28% 고체)

물, 프로필렌 글리콜 메틸 에틸 에테르 및 리졸 페닐 포름알데히드 수지 용액을 용기내에 장입하여 상기의 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 내용물을 교반하여 균일한 혼합물을 수득하였다. 석유 코크스 충진제 입자를 연속적으로 혼합하면서 천천히 첨가하여 균일한 혼합물을 수득하였다. 이 후, 파라톨루엔 설폰산 및 염화 알루미늄 용액을 연속적으로 혼합하면서 첨가했다. 염화 알루미늄을 리졸 페닐포름알데히드 수지의 경화제로서 첨가했다.

상기 아라미드 종이는 50.9g/m²의 적은 중량을 가지며 1.27cm의 평균 길이를 갖는 아라미드 스태플 섬유를 형성시켰다. 상기 섬유는 델라웨어, 웰밍톤 소재, E.I. DuPont De Nemours Company사 제품 Kevlar로 시판된다. 상기 종이는 International Paper Company사 제품 No.8000068로부터 수득되었다.

상기 종이는 직경 25.4cm(10인치) 고무 코팅롤과 직경 25.4cm(10인치) 강철 백업롤사이에 공급롤을 약 4.5 내지 6.2m/분(15 내지 20ft/분) 속도로 인발시키고, 한편 종이를 포화시키기 위해 21kg/cm(120파운드/인치)의 롤 대 롤 압력을 적용하였다. 포화된 종이는 이 후, 종이 운동과 동일한 속도로 실시된 수평 해중합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 표면상에 위치시키고 포화된 종이상에 분사된 입상 탄소 입자의 케스캐이드 아래로 통과시켜 균일한 접착된 입자의 코팅을 수득하고 비접착된 입자를 부드러운 공기 스트림에 의해 코팅면으로 신속히 처리시켰다. 상기 입상 탄소 입자는 약 130㎛의 평균 입자 크기를 가지며 미국, 뉴저지, 애스베리 소재, Asbury Graphite mills사 제품 코드 4546으로부터 수득되었다. 상기 입상 탄소 입자는 100메쉬 미합중국 표준 스크린을 통해 통과된 경질의 석유 코크스 입자로 이루어지며, 한편으로 150메쉬 미합중국 표준 스크린은 통과하지 못했다. 건조 상태의 코팅 조성물의 중량은 약 300g/m²이고 입상 탄소 입자의 코팅 중량은 약 97g/m²이다.

수득한 코팅된 시트 재료를 15분간 100℃로 가열된 오븐을 통해 통과시켜 수지를 부분적으로 경화하였다. 이 후, 상기 코팅된 종이를 캐리어 필름으로부터 분리시켜 저장 롤상에 감았다. 입자 코팅된 표면을 고무 코팅롤과 접하게하여 입자로 덮힌 종이 표면상에 동일한 코팅 조성물롤을 적용시키는 점을 제외하고는, 제 1 코팅 작업시와 거의 동일한 방식으로 저장롤을 코팅처리하였다. 제 2 코팅작업시의 코팅 조건은 제 1 작업시와 동일하게 했고 제 2 코팅시 부가된 건조 상태의 코팅 중량은 270g/m²였다. 제 2 코팅 작업후, 생성된 제품을 15분동안 약 100℃의 오븐내로 통과시킨 후 10시간동안 105℃의 오븐내를 통과시킴으로써 2회에 걸쳐 코팅물을 모두 경화시켰다.

[실시예 2]

이 실시예에서는 수동식 변속장치에 대한 적당한 마찰재료를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 이 실시예에서의 마찰재료는, 다른 입상탄소입자를 사용한다는 점을 제외하고는, 실시예1에 기재된 바와 동일한 방식으로 제조하였다. 이것들은 동일한 공급원, 즉 Asbury Graphite mills 사의 제품코드번호 4547로부터 획득하였다. 이것들은 60메쉬의 체를 통과하는 금속성 코크스입자로서 100메쉬의 체는 통과하지 못한다.

테스트 방법

제 4도는 미사용 변속유체(A) 및 사용된 변속유체(A')중의 본 발명의 실시예1의 마찰재료와, 미사용 변속유체(B) 및 사용된 변속유체(B')중의 종래기술의 종이계 마찰재료를, 자동 변속 토오크 전환기 패쇄클러치의 수행정도(Nm) 단위의 클러치 결합중의 토오크 대 RPM 단위의 미끄러짐 속도)면에서 비교한 그래프이다.

미사용 변속유체는 자동변속유체로서 통상적인 극성 첨가제를 포함하고 있어 클러치 결합을 보다 균일하고 유연하게 해준다.

종래기술의 종이계 마찰재료는 열경화성 수지로 충진된 함침 셀룰로즈 종이계였으며 최근에 시판되는 마찰재료로는 Hydramatic^™제 44T4 및 700R4(제너럴 모터스 코오포레이숀사 제품)가 있다. 그러한 자동변속유체는, 예를 들어 Dexran Ⅱ ATF라는 상표로 시판된다. 사용된 변속유체는 미사용 변속유체를 극한 사용조건에 처리시킴으로써 제조할 수 있는데 상기 조건에서는 극성첨가제가 마찰재료와 더 이상 상호작용하지 못할 정도로 상기 첨가제를 분해 또는 감쇄시킴으로써 클러치 결합을 보다 균일하고 유연하게 해준다. 이 테스트는 자동변속을 조정할 수 있는 장치내에서 수행하였다.

A곡선이 평평한 것을 볼 때, 본 발명의 마찰재료가 광범위한 미끄러짐 속도에 걸쳐 결합동안 거의 균일한 토오크를 제공하는 것을 알 수 있다. 이와는 대조적으로, 종래의 종이계 마찰재료(B 곡선)는 기울기가 상당히 가파른데, 이로써 미끄러짐 속도가 변함에 따라 결합도중 토오크상에도 변화가 일어남을 알 수 있다.

이 효과는 사용된 변속유체에서도 더욱 명백해지는데, 이는 A'곡선(본 발명의 실시예1과 마찰재료로서 획득)과 B'곡선(상기된 바와 같이 종래기술의 마찰 재료로서 획득)을 비교함으로써, 본 발명의 마찰재료가 종래기술의 것보다는 바람직함이 보다 명백해졌다.

Claims (2)

1. 하기 (a) 내지 (d)를 포함하는, 변속 장치에서 유용한 마찰 부재 : (a) 밀도가 균일한 내열성 종이; (b) 종이의 주요 표면상에 코팅되고, 그 표면 내에 적어도 일부분이 함침된 열경화 중합체 결합제의 제 1 층; (c) 상기 제 1 층의 노출면 상에 균일하게 분포되고, 그 노출면 내에 부분적으로 매립된 입상 탄소 마찰 입자; 및 (d) 제 1 층 및 부분적으로 매립된 입상 탄소 마찰 입자상에 존재하며 또한 입상 탄소 마찰 입자를 매몰시키지 않고 코팅하고 있는 상기(b)에서 정의된 바와 같은 중합체 결합제의 제 2 층.
2. 제 1 항에서 정의된 마찰 부재와의 접촉에 의해 토오크를 다른 부재로 전달시키는 다른 마찰 부재를 포함하는 변속장치.