KR100360362B1 - 유기섬유상및입자형성분의블렌드를함유한마찰물질 - Google Patents

Abstract

습윤 가공처리된 마찰 물질이 공개되는데 그의 성분은 a) 피브릴화, 유기, 합성 중합체, b) 유기, 합성 중합체 스테이플 및 c) 유기, 합성 가용성 중합체 입자를 포함한다.

Description

유기 섬유상 및 입자형 성분의 블렌드를 함유한 마찰 물질{FRICTION MATERIALS CONTAINING BLENDS OF ORGANIC FIBROUS AND PARTICULATE COMPONENTS}

본 발명은 a) 피브릴화, 유기, 합성 중합체, b) 합성, 유기 중합체 섬유 스테이플 및 c) 합성, 유기 가용성 중합체 입자의 블렌드 및 상기 블렌드를 습윤 혼합물 무-석면 유형 마찰 물질에 혼합하여 상기의 가공성, 습태강도를 향상시키고 및 많은 경우에 결과 얻어지는 경화된 마찰 물질의 물리적 특성을 향상시키는 것에 관한 것이다. 습윤 믹스 롤 라이닝은 종종 휠-롤링 기계내에서 작은 모듈의 재료를 성형하여 생산한다. 기계는 반대방향으로 천천히 회전하는 두개의 휠로 구성되어 있다. 상부 휠은 하부 휠 상의 플랜지 사이에 꼭 맞게 회전하고 플랜지 사이의 거리가 라이너의 너비를 결정하며 휠 사이의 간격이 그의 두께를 결정한다. 혼합기로 부터 덩어리를 작은 과립으로 분쇄하고 휠의 닙을 통과시킨다. 덩어리를 적당한 밀도로 성형하고 압착하고 그리고나서 결과얻어진 덩어리의 연속리본을 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 트럭 블록, 오프 하이웨이 브레이크, 클러치 페이싱등으로 가공하는데 요구되는 길이의 스트립으로 절단한다. 건조한 성분의 수화를 촉진하기 위해 용매를 재료에 사용하여 수지 결합제를 희석시킨다. 라이닝을 형성한 후, 다량의 용매는 건조시켜 제거한다.

임의의 잔류 용매는 단계-경화의 초기 단계 중에 제거된다. 잘 알려진 바와 같이, 석면으로 인한 건강, 환경 및 안전 사고의 위험 때문에 마찰 물질내 석면에 대한 효율적인 비용의 대체물을 찾는 것이 산업에 의존하게 되었다. 석면의 대체물에 대한 많은 시도는 기술 및 선행 기술의 실체를 초래하였으며 상기는 두개 이상의 주요 범주의 무-석면 배합물로 귀결되었다. 상기는 1) 준 금속물질, 및 2) 유기 무-석면 물질이다. 상기 물질들은 본 원에 참고 문헌으로 병합된 미합중국 특허 제 4,866,107 에 보다 상세히 서술되어 있다.

마찰 물질 배합물로 부터 석면을 제거하는 것이 비교적 성공적이었지만, 그러나 라이닝 제조의 경우 성분 블렌드를 가공처리하는 어려움, 다른 성분으로 부터 생산된 라이닝의 감소된 강도 및 인성, 석면에 비해 상기 성분들의 증가된 비용 및 석면-함유 물질에 비해 상기 완성된 생산물의 물리적 및 마찰 수행능력 문제점 뿐만 아니라 여러가지 다른 문제점을 초래했다. 더욱이, 마찰 물질을 위한 많은 석면 치환 유형 배합물이 그들의 경쟁력을 떨어 뜨리는 성형된 마찰 물질의 감소된 마찰/열 안정 특성으로 인해 성공하는데 실패했다.

마찰 물질 배합물로 부터 석면 섬유를 제거하려는 대부분의 시도는 다른 유기 및 무기 섬유 물질을 단독으로 또는 무수한 다른 화합물과 혼합하여 사용하는데 중점을 두어 왔다.

예를 들면, 미합중국 특허 제 4,145,223 호는 유리 섬유 및 세라믹 섬유를 혼합하는 한편 영국 출원 공개 제 2027724A호는 과산화된 아크릴 섬유를 사용한다.유사하게, 미합중국 특허 제 4,197,223 호 및 영국 특허 제 1604827호는 유리 섬유, 광울, 알루미나 실리케이트 섬유, 목재 펄프, 황마, 사이잘 및 면린터와 같은 무기 및 유기 섬유의 혼합물을 서술한다. 아라미드 섬유가 미합중국 특허 제 4,374,211 호 및 제 4,384,640 호에 서술되어 있고 아크릴 섬유가 미합중국 특허 제 4,418,115 호; 4,508,855 호; 4,539,240 호 및 4,656,203 호; 영국 출원 공개 제 2,129,006 호 및 일본 출원 공개 제 87/106,133 호; 87/89,784 호 및 87/149,908 호에 서술되어 있다.

부가로, 미합중국 특허 제 4,324,706 호에는 내열성 방향족 중합체 물질, 무기 또는 유기 섬유상 물질 마찰-제어제 및 열경화성 중합체 결합제의 펄프형 입자 배합물이 공개되어 있다.

미합중국 특허 제 4,866,107 호는 효율지수 약 0.8 - 약 2.0을 갖는 경화성 결합제 수지, 섬유상 강화 물질 및 피브릴화 아크릴로니트릴 중합체-기재 섬유의 조성물을 청구한다.

유럽 공개 특허 출원 제 0,282,004 호는 페라르곤산, 에난트산, 카프릴산, 카프린산 및 상기의 블렌드등의 폴리에틸렌 글리콜 에스테르로 구성되는 첨가제를 함유한 폴리아크릴로니트릴 습윤 겔을 사용한 마찰 생산물을 위한 강화 혼합물을 공개한다.

최근 특허 받은 미합중국 특허 제 5,106,887 호는 유리 섬유, 내열성 유기섬유, 무기 섬유 또는 금속 섬유와 혼합된 피브릴화 아크릴 섬유로 구성된 무-석면 마찰 물질의 형성을 서술하는데, 이때 상기 피브릴화 아크릴 섬유는 450 ㎖ 이상의CANADIAN STANDARD FREENESS(CSF)를 가지고 한편 미합중국 특허 제 5,004,497 호는 0.85 - 30 중량%의 탄소섬유 및 2-20 중량%의 아라미드 피브릴화 절단 섬유로 구성된 마찰 물질을 청구한다. 상기 물질은 3 -20 중량%의 폴리이미드 분진, 멜라민 분진, 캐슈우 분진 또는 페놀 분진을 함유할 수 있다. 상기 분진은 경화된 열경화성 물질이며, 불용성이고 따라서 본 발명의 범위내에 포함되지 않는다. '887 특허는 유기, 합성 중합체 입자의 포함을 언급하지 않고 실제로 유기 섬유가 아라미드 펄프, 피브릴화 섬유임이 공개되어있다. 유기, 합성 중합체는 언급되지 않았다.

더욱이, PCT 공개 출원 번호 WO93/04300은 매트릭스 수지, 섬유 강화 물질 및 아라미드 입자로 구성된 복합 마찰 물질의 생산을 서술한다. 섬유상 강화 물질은 펄프 또는 플록(floc)일 수 있으나, 모두 다 일 수는 없다.

상기 인용된 모든 참고문헌은 본 발명의 독특한 블렌드를 사용하여 얻어지는 독특한 협동 효과에 대해 서술하지 않았다. 참고문헌은 합성, 가용성 유기 중합체 입자의 사용을 지적하는 데 실패하거나, 만일 상기 입자들이 제안되어도 본 발명의 다른 주요 성분의 하나 또는 둘 다 포함하는데 실패했다. 보다 구체적으로, 미합중국 제 4,324,706호에는 각각에 스테이플 섬유와 배합된 다수의 촉수형(fentacle- like) 돌출부가 제공된 펄프형 입자, 예를 들면 섬유, 필름, 플레이크 또는 리본을 서술한다. 60 미크론 미만의 직경을 갖는 어떤 중합체 입자도 '706 특허에 공개되어 있지 않고, 상기 참고 문헌의 입자는 입자 c) 보다 본원의 피브릴화 섬유 성분 a)와 더욱 유사하다.

미합중국 제 4,866,107호가 피브릴화 섬유 및 다른 유기, 합성 중합체 섬유의 블렌드를 서술하지만, 상기 다른 섬유가 스테이플이라는 것, 또는 유기, 합성 중합체의 입자가 본원에 사용되어야만 한다는 것을 언급하지는 않는다.

WO93/04300 공개 출원이 아마도 본 발명에 관련된 가장 근접한 종래기술일 것이다. '300 출원은 플록 또는 펄프의 형태인 섬유와 결합된 마찰 물질을 형성하는 데에 마멸 첨가제로서 아라미드 입자를 사용한다. 플록은 1-10 mm의 길이로 절단된 섬유로 서술되어있고, 펄프는 피브릴화 섬유로 서술되어 있다. 펄프 또는 플록 둘다는 바람직하게 아라미드-유형 중합체로 구성된다. 아라미드 입자는 10-250 미크론의 범위의 크기이고, 가장 작은 것은 혼합시키는 동안 피브릴화 섬유가 개방되는 것을 보조함으로써 가공 보조제를 제공하는 것으로 서술되어 있으나, 상기 출원은 습윤 혼합물 습태강도 잇점을 논의하지 않는다. 본 마찰 물질은 본원에서는 피브릴화 섬유 및 섬유 스테이플 모두를 가용성, 유기, 합성 중합체 입자와 함께 사용한다는 점에서 '300 출원에 의해 서술된 것과 다르다. 상기 성분의 조합이 습태강도에 대해 예기치 않은 탁월한 결과를 제공하고 많은 경우에, 하기 탁월한 물리적 마찰적/열적 특성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

섬유상 물질 및 중합체 입자의 블렌드를 제시한 관련 특허는 피브릴화 셀룰로즈 섬유에 제한되는 미합중국 특허 제 3,325,345호; 폴리아크릴 라텍스의 존재가 요구되는 미합중국 특허 제 4,387,178호; 섬유의 가황 블렌드를 제조하기위해 고무의 존재를 필요로 하는 미합중국 특허 제 4,485,138호; 독성 증기 흡착 섬유 물질 내 미크론 이하(submicron) 크기의 유리섬유를 포함하는 미합중국 제 4,495,030호; 세가지(3) 이상의 다른 섬유, 천연 섬유, 합성 유기 섬유 및 광물 또는 금속 섬유로 구성된 연질 가스켓팅(gasketing) 물질을 서술한 미합중국 특허 제 4,748,075호를 포함한다. 상기에 어떤 유기, 합성, 가용성 중합체 입자도 첨가되지 않는다.

미합중국 특허 제 4,769,274호는 성긴, 셀룰로스 섬유, 열가소성 합성 중합체 섬유 및 비-섬유상, 열가소성, 합성 중합체 입자를 사용하는 저렴한 매트의 생산을 서술한다. 상기 생산물은 다른 공개된 성분과 라미네이팅시킬때 도어 패널, 내부/외부 분배물, 주조된 도어 등으로서 사용된다. 어떠한 마찰 물질도 공개되어 있지 않다.

미합중국 특허 제 5,190,657호는 미합중국 특허 제 4,274,914호에서 서술된 바와 같은 특정 데니어 인터록킹된, 방직 섬유 및 중합체 물질의 특정 피브릴화 입자로 구성된 혈액 여과기에 관한 것이다. 입자는 섬유가 아닌 것으로 서술되어 있다.

본 발명의 발명자에 의한 미합중국 특허 제 5,272,198호는 탄성 매트릭스 및 작은 데니어 아크릴 섬유로 구성된 강화된 물질에 관한 것이며, 상기는 다른 섬유, 예를 들면 유리섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리이미드 섬유 등과 함께 사용될 수 있다. 어떤 합성, 가용성, 유기 중합체의 입자도 첨가되지 않는다.

본 발명은 하기로 구성된 블렌드를 약 1 - 약 30 중량% 포함하는 습식가공된 마찰 물질에 관한 것이다 :

a) 약 5 - 약 75 중량%의 피브릴화, 합성, 유지 중합체 섬유;

b) 약 20 이상 - 약 90 중량%의 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유; 및

c) 약 5 - 약 30 중량%의 합성, 가용성 유기 중합체 입자.

보다 구체 적으로, 본 발명은 a), b) 및 c) 중 하나 이상이 아크릴 중합체인 블렌드를 약 1-약 30 중량% 포함하는 마찰 물질에 관한 것이다.

a), b) 및 c) 중 하나 이상이 고분자량 아크릴 또는 과산화 중합체 아크릴일때 최종 마찰 혼합물내 개선된 물리적/열적 특성이 제공된다.

무-석면 마찰 물질의 생성 방법이 또한 본 발명의 부분을 형성하는데 상기에서 1차 결합제 수지 및 상기 건조 블렌드를 함유한 혼합물이 제조되고 덩어리는 마찰 기구로 가공된다.

무-석면 유형 마찰 물질의 생산이 본 발명의 섬유/입자 블렌드를 사용함으로써 실질적으로 향상될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히, 따로 따로 사용할 때는 일반적으로 가공 보조제가 아닌 스테이플 섬유 및 입자가 피브릴화 섬유 또는 섬유들과 혼합하여 함께 사용할 때는 습윤 무-석면 마찰 혼합물의 가공성 및 습태 강도에 크게 기여한다. 가공 보조제로서 상기 공동작용 블렌드의 수행능력은 동일한 펄프 함량을 기준으로 할 때, 피브릴화 섬유 단독보다 의외로 뛰어나고, 많은 경우에, 블렌드는 동일한 중량을 기준으로하여 피브릴화 섬유 단독 보다 효과적인 가공 보조제이다.

더욱이, 피브릴화 섬유/스테이플 섬유/입자 블렌드는 특별히 보다 낮은 생산 비용으로 엄격한 수행 조건에 맞출 수 있다. 블렌드는 브레이크 슈즈, 패드 등으로, 경화시키기 위해 그로 부터 생산되는 라이너에 강도 및 경도를 부여할 뿐만아니라 피브릴화 섬유 단독의 양과 비슷한 양일 때 개선된 물리적 특성 및 마찰/열안정성을 제공한다.

본 발명의 블렌드의 제1성분을 형성하는 피브릴화 섬유는 당 업자에게 잘 알려져 있고 마찰 물질내 유용한 것으로 알려진 임의의 피브릴화 섬유가 본원에 유용하다. 구체적으로, 및 가장 바람직하게, 피브릴화 아크릴 중합체 섬유를 사용할 수 있다. 상기 피브릴화 섬유는 바람직하게 약 600ml 미만의 CSF를 갖고 바람직하게 융점이 약 232.2℃(450℉) 이상인 중합체로 부터 형성된다. 상기는 약 2mm-약 10mm 범위의 길이 및 약 8 미크론-약 50 미크론의 직경을 갖는다.

바람직한 섬유는 85% 이상(예비-중합 혼합물의 총 단량체 함량에 대한 아크릴로니트릴 단량체 함량의 중량 기준)의 아크릴로니트릴 함량을 갖는 섬유이다. 특히 유용한 섬유는 아크릴로니트릴 함량이 약 89% 이상인 중합체의 섬유이다. 바람직한 공단량체는 메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아세테이트로 구성되며 상기들은 바람직하게 상기 논의된 바와 같이 대략 8.5%의 수준으로 존재한다.

훨씬 바람직한 피브릴화 섬유는 90/10 아크릴로니트릴/메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아세테이트 공중합체 및 93/7 아크릴로니트릴/메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아세테이트 공중합체의 50/50 혼합물로 부터 제도된 랜덤 이성분 섬유로 부터 생산된 섬유이다. 다른 공단량체는 그들을 포함함으로써 실질적으로 피브릴화시키려는 섬유의 능력과 생산된 피브릴화 섬유의 특성을 실질적으로 저해하지 않는다면 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 다른 단량체의 상용성은 간단한 실험으로 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 대안으로, 아크릴 섬유는 단일 중합체일 수 있다.

Canadian Standard Freeness는 제목 "Freeness of Pulp"인 논문(TentatiueStandard 1943 ; official Standard 1946 ; 개정 1958 및 official Test methed 1985 ; Tappi Association의 기술 위원회에 의해 제작됨)에 수록된 검사에 서술된 바와 같이 측정한다.

본 발명의 유용한 피브릴화 아크릴로니트릴 섬유는 변형된 상업용 블렌더를 사용하는 것과 같은 임의의 공지된 방법으로 제조할 수 있다. 일반적으로, 공급된 블레이드가 변형되어 작업 연부상 약 0.25mm의 브레이크 연부를 제공하는 변형된 Waring 브랜드 상업용 블렌더를 사용할 수 있다. 작업중에, 비교적 희석된 물내 전구체 섬유의 슬러리가 일반적으로 블렌더 기구내로 혼입되고 상기는 그리고나서 사용되는 섬유의 분자량 및 직경에 따라 약 30 분 이상 내지 약 1시간이상으로 작동된다. 피브릴화 섬유는 당업자에게 잘 알려져 있고 상기 업급된 특허, 예를 들면 미합중국 4,866,107에 서술된 바와 같이 그들에게 공지된 대로 제조할 수 있다. 부가로, 미합중국 특허 제 4,811,908 호가 상기 방법을 서술하며, 상기 특허들은 본원에 참고문헌으로 병합된다.

피브릴화 고 모듈러스/고 분자량 아크릴 섬유를 또한 사용할 수 있다. "고 분자량"은 약 150,000 이상의 무게 평균 부자량을 의미한다. 본 원에 유용한 피브릴화 섬유는 또한 열 안정성을 향상시키기 위해 시아노구아니딘 (DICY), 금속염, N-치환 말이미드 등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다.

피브릴화 섬유는 또한 다른 중합체로 부터 형성될 수 있고 본 발명에 여전히 유용할 수 있다. 그리하여, 지방족 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리올레핀, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리우레탄, 폴리플루오로카르본, 페놀, 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐렌트리아졸, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리옥사디아졸, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드 등을 사용할 수 있다. 방향족 폴리아미드 (아라미드)는 상기 언급된 아크릴 중합체 다음으로 두번째로 가장 바람직하고 셀룰로스 아세테이트, 폴리벤족사디아졸, 폴리벤즈이미다졸 등이 다음으로 바람직하다. 폴리(P-페닐렌 테르프탈아미드) 및 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)와 같은 아라미드 중합체가 예이다.

본원에 사용된, 아라미드는 하기 일반식의 반복 유닛의 완전한 방향족 폴리카르본아미드 중합체 및 공중합체를 포함하며 :

-HN-AR₁-NH-CO-AR₂-CO-

(식에서 AR₁및 AR₂는 갖거나 다른 수 있고, 이가 방향족 기를 나타낸다). 파라-아라미드는 상기 일반식 I의 파라-배향 방향족 폴리카르본아미드를 말하며, 식에서 AR₁및 AR₂는 같거나 다를 수 있고, 이가 파라-배향, 방향족 기를 나타낸다. "파라-배향"은 방향족 기로 부터의 사슬 연장 결합이 축방향이거나 평행하고 반대 방향인 것을 의미하며, 예를 들면 1,4-페닐렌, 4,4'-비페닐렌, 2,6-나프탈렌, 및 1,5-나프탈렌을 포함하는 치환 또는 비치환 방향족 기이다. 사슬 연장기 부분인 것외에 방향족 기 상 치환체는 비반응성이어야 하고 본 발명의 실용에 사용되는 중합체의 특성에 반작용을 주지 말아야 한다. 적합한 치환체의 예는 클로로, 저급 알킬 및 메톡시 기이다. 용어 파라-아라미드는 또한 소량의 공단량체를 포함하는 두개 이상의 파라-배향 공단량체의 파라-아라미드 공중합체를 포함하며 이때 산 및 아민관능성은 같은 방향족종 예를들면, 4-아미노벤조일 클로라이드 히드로클로라이드, 6-아미노-2-나프토일 클로라이드 히드로클로라이드 등과 같은 반응물로 부터 생성된 공중합체 상에 공존한다. 부가로, 파라-아라미드는 파라-배향이 아닌, 예를 들면 m-페닐렌 및 3,4'-비페닐렌과 같은 방향족 기를 함유한 소량의 공단량체를 함유한 공중합체를 포함한다. 본원에 참고문헌으로 병합된 WO 93/04300에 서술된 것이 예이다.

본 발명의 블렌드의 피브릴화 섬유 성분은 주름질 수 있고 주름지지 않을 수 있다.

바람직하게 피브릴화 아크릴 섬유는 5?SP>?/SP>/g 이상의 BET 표면적, 50-600의 CSF, 2,75GPa - 16.5 GPa의 모듈러스, 75,000-500,000의 수평균 분자량 및 1,1,-1,2의 비중을 가져야 한다.

본 발명에 유용한 블렌드의 제2 주요 성분은 합성, 유기 중합체, 스테이플섬유이다. 피브릴화 섬유 성분에 대해 상기 논의한 임의의 중합체를 사용하여 스테이플 섬유 성분을 형성하는 중합체를 생성할 수 있다. 바람직한 스테이플 섬유는 아크릴 중합체, 즉 상기 논의된 바와 같은 아크릴로니트릴 중합체로 부터 제조된 것이다. 상기는 바람직하게 약 0.5mm-약 12mm 보다 바람직하게 약 1.5mm-약 7mm의 길이를 갖는다. 상기는 바람직하게 약 8 미크론-약 50 미크론, 보다 바람직하게 약 10-약 25 미크론의 직경, 2.75 GPa-85 GPa의 모듈러스 및 0.90-2.00의 비중을 갖는다.

바람직하게, 스테이플 섬유는 2.75 GPa의 최소 모듈러스 및 75,000의 최소 중량 평균 분자량 및 1.15-1.2의 비중을 가진 아크릴 스테이플이다. 아크릴 스테이플 섬유는 상기 논의된 바와 같이 공중합체 또는 단일중합체로부터 제조될 수 있다.

바람직하게, 고온 및/또는 구조적 성능을 위한 스테이플 섬유는 1) 열 안정성을 증가시키는 첨가제 또는 2) 5.5 GPa의 최소 모듈러스 및 150,000의 최소 중량 평균 분자량을 가진 고 모듈러스/고 분자량을 갖고, 또는 3) 열처리로 인해 그의 니트릴 기 함량이 30% 이상 감소되며 예비 산화되어 5.5 GPa의 최소 모듈러스로 결과 얻어지는 또는 4) 1)-3)의 임의의 조합물을 가진 아크릴 스테이플 섬유이다. 상기 바람직한 아크릴 스테이플 섬유는 그로부터 생산된 마찰 물질에 향상된 마찰/열 안정성 및, 또는 강도를 제공한다.

섬유 스테이플은 고리형 또는 비-고리형 단면을 가질 수 있고, 즉 리본 섬유일 수 있고 또는, 아령 형태, S 자형, C 자형등일 수 있다. 스테이플 섬유는 제분될 수 있고, 플록의 형태일 수 있고, 열 안정성 증진 첨가제를 함유할 수 있고, 일부 내지 전체적으로 예비 산화될 수 있고, 탄소 섬유 또는 유사체일 수도 있다.

본 발명의 블렌드의 제 3 성분은 입자형, 합성, 가용성 유기 중합체이다. 또한 입자형 성분은 다수의 상기-논의된 중합체로부터 생산될 수 있고, 상기로부터 피브릴화 섬유 성분이 용해될 수 있는한 제조할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "가용성"은 입자가 제조된 중합체가 특정 매질, 즉 유기 용매, 물, 산 등에 가용성이고, 궁극적 마찰 기구로 경화된 후에 입자가 그의 물리적 특성을 유지한다는 것을의미한다. 입자는 반응에 의해 또는 중합체의 보다 큰 조각을 분쇄 및/또는 파쇄시킴으로써 형성할 수 있다.

다시, 바람직하게, 입자 성분은 아크릴 중합체로부터 생산된다. 입자 성분은 고체 또는 다공성일 수 있고, 약 60 미크론 미만의 평균 직경을 가질 수 있다. 보다 바람직하게, 입자는 미합중국 특허 제 2,983,718호, 독일 특허 제 1,093,990호, 영국 특허 제 866,445호, 미합중국 특허 제 2,691,645호 및 미합중국 특허 제 2,963,457호에서 논의된 바와 같이 중합체 입자를 단량체 또는 용해된 단량체의 액적으로부터 침전시키거나 현탁되도록 하는, 괴상, 에멀션, 수성-현탁액 또는 슬러리 공정에 의해 아크릴로니트릴을 중합하는 중에 형성된다. 입자 성분은 바람직하게 약 1 ㎡/g 이상의 BET 표면적 및 약 1.10 - 약 1.20의 비중을 가진다. 보다 높은 온도 안정성을 위해, 바람직하게 입자 아크릴 성분은 니트릴기 함량이 30% 이상 감소되도록 예비산화되어, 그의 비중을 약 1.25 - 1.38로 증가시킨다.

본 발명에 사용되는 마찰 물질 가공 보조 블렌드는 약 5 - 약 75 량%, 바람직하게 약 15 - 약 50 중량%의 피브릴화 섬유, 약 20 이상 - 약 90 중량%, 바람직하게 약 40 - 약 80 중량%의 스테이플 섬유 및 약 5 - 약 30 중량%, 바람직하게 약 5 - 약 15 중량%의 입자 가용성 중합체로 구성되며, 세 성분 모두의 총 중량%은 물론 100% 이다.

바람직하게, 블렌드의 세 성분 중 하나 이상이 아크릴 중합체이다. 보다 바람직하게, 두개 성분이 아크릴 중합체이고, 가장 바람직하게 모든 성분이 아크릴 중합체이다.

적어도 스테이플 섬유 또는 입자 성분이 아크릴 중합체일 때, 입자 성분이 탄화될 수 있으나, 입자 중합체가 탄화되지 않는 것이 바람직하다.

마찰 첨가제 및 경화제를 함유한 수지 용액의 개별 슬러리 또는 분산액을 제조하고 적합한 용기, 예를 들면 Baker Perkins 혼합기, Day 혼합기, 또는 W&P 혼합기내 성분을 첨가하여 혼합한다. 용매를 첨가하여 습윤 가소성 점착성 매스를 가압하에 형성되도록 하는데 그러나 상기는 중력 흐름에 의해 압찰 기계의 스크루로 또는 조성물을 요소로 가공하는 임의의 다른 장치의 작업 부분으로 공급되는데 적합한 밀도를 갖는다. 일반적으로, 점착성을 위한 용매로서, 부탄올 및 톨루엔의 같은 부피 혼합물을 사용하지만 공중합체에 대한 팽윤 작용을 갖는 다른 유기 용매의 조합물이 또한 효과적일 수 있다.

첨가되는 용매의 양은 조성물의 배합 및 최종 생산물을 사용하는 목적에 좌우된다. 일반적으로, 건조한 성분의 총중량을 기준으로하여 10-25 중량% 범위의 용매가 유용하다. 너무 많은 양의 용매를 사용하는 것은 형성된 마찰 요소의 습색 강도를 감소시키고, 형성된 요소를 건조시키는 시간을 증가시키고, 가장 중요하게, 건조 단계 중에 마찰 요소의 과다한 수축을 초래할 것이다. 한편, 너무 적은 양의 용매를 사용하는 것은 조성물을 충분히 가소화하고 점착성을 제공하지 않아 이후 보다 상세히 서술되는 임의의 습식 방법에 의한 마찰 요소의 형성이 쉽게 수행될 수 있다. 너무 적은 양의 용매를 사용하는 것은 또한 불량하게 결합되고, 쉽게 분열되고 균일하지 않은 구조를 초래할 수 있다. 성분을 혼합하는 시간은 구체적인 혼합물에 좌우될 것이고 5-30분을 변할 수 있다. 혼합은 균일하게 블렌딩된 매쓰를얻을 때까지 수행한다. 매쓰의 외형은 마찰 요소의 축축한 분말 내지 축축한 고무 응집체 외형 범위일 수 있다.

성분의 축축한 혼합 뱃치는 혼합기로 부터 회수되고 상기 논의된 휠-롤링 기계에 전달되거나, 스크루에 의해 집어지는 단일 스크루 압출 기계의 호퍼내 공급되어 가압하에 기계 말단의 다이로 밀어넣어진다. 압출 다이는 원하는 마찰 요소에 대해 요구되는 너비 및 두께를 제공하는데 적합한 모양 및 크기의 개방구를 갖는다 (수축을 고려하여 약간크다) 배합물에 따라, 다이는 가열되거나 냉각될 수 있다. 가열된 다이는 낮은 용매 함량을 함유한 물질의 경우나 또는 혼합물이 매우 점성이 큰 경우 바람직하게 사용된다. 한편, 냉각된 다이는 매쓰가 쉽게 흐르기에 충분한 가소성을 갖는 경우 마찰 요소를 제조하기 위해 바람직하게 사용된다. 압출 비율은 최대 밀도를 갖는 마찰 요소의 균일한 연속 스트립이 형성되도록 조절된다. 압출 속도는 혼합물에 좌우되고 1.52m/분 (5ft/분) - 18.3m/분 (60ft/분)을 변할 수 있다. 습색 마찰 요소 물질의 스트립을 바람직하게 압축되는 대로 절단하여 원하는 길이의 마찰요소를 얻고, 상기를 바람직하게 중기 가열된 오븐에 두어 압출 용매 및 가소제를 증발시킨다.

본 발명의 요소들 상기와 같이 수행할 때 가장 잘 형성되지만, 상기가 당기술에 공지된 임의의 몇몇 종래 기술에 의해 생산될 수 있음이 이해될 것이다. 예를들면, 라이닝을 제조할때, 축축한 혼합물을 램 압출기 또는 Baken Perkins "Ko=kneeder"와 같은 변형 스크루 압출기를 통해 압출할 수 있다. 더욱이, 마찰 요소를 종종 와이어-백(wire-back) 기계 또는 롤-압출기로 불리는, 상기 서술된 프로파일-칼렌더 기계상에서 같은 혼합물을 사용하여 형성시킬 수 있다. 혼합물내 보다 많은 양의 용매를 사용함으로써, 라이닝 혼합물을 소위 시이터 기계에서 처리하여 마찰 요소 물질의 연속 시이트를 고온 롤 상에 쌓으며 반대 반향으로 회전하는 냉각 롤에 의해 압착한다.

그를 위해 요구된 근사한 치수로 마찰 요소를 형성한후에, 용매 및 가소제를 바람직하게 제거한다. 건조 기간의 길이는 혼합물내 존재하는 용매 및 가소제의 양, 마찰 요소의 두께, 건조 온도, 및 요소로 부터 용매의 제거를 가속화하기 위해 감소된 압력을 사용했는지의 여부에 따라 좌우될 것이다. 실제로, 48.9℃-65.6(120℉-150℉)의 온도에서 12-48 시간이 대부분의 마찰 요소의 구간에 대해 만족스럽다. 물론 상기 건조 기간은 보다 높은 온도의 건조를 사용하는 경우 감소될 수 있다.

건조후에 및 마찰 요소를 경화시키기전에, 마찰 조성물의 치밀화를 바람직하게 수행한다. 상기는, 예를들면 수압내 가열된 가압판들사이에서 평평한 요소를 가압함으로써 수행한다. 압력은 중요하지 않고, 수-2,000 lb/in²이다. 그러나, 121.1℃-160℃(250℉-320℉) 범위내 온도에서 약 500-1,000 lb/in²의 단위 압력이 만족스러운것으로 밝혀졌다. 프레스에서 체류 시간 역시 중요하지 않고, 마찰 요소의 두께 및 치밀화 공정을 위해 선택된 특정 온도에 따라 2-10 분의 범위일 수 있다. 압력 활성화된 메카니즘에서 체류 시간은, 결합제를 부드럽게하기위한 분리된 예비가열 단계가 사용된다면, 몇초로 감소될 수 있다.

상기 치밀화 절차에서, 요소는 바람직하게 이론적 밀도의 75%-95% 범위내로 치밀화된다.

치밀화 시킨후, 여전히 뜨겁거나 실온으로 식힌후의, 마찰 요소를 형성하여, 마찰 요소가 사용될 브레이크 드럼 또는 다른 장치의 반경과 실질적으로 같은 반경의 굴곡을 갖는 곡선 세그먼트를 생산한다. 물론, 요소가 평평한 상태로 사용되더라도, 상기 성형은 필요하지 않다. 성형 공정을 정확한 반경의 드럽 또는 실린더상에 요소를 형성하거나, 마찰 요소상에 압력을 가하면서 드럼상에서 마찰 요소를 기계 공급하여 수동으로 수행될 수 있다. 상기 정형 또는 경화 단계는 브레이크 라이닝의 제조에서 중요하지 않으나, 최종 단계를 위해 이후 사용되는 경화 형태의 보다 빠른 적하를 허용한다.

원한다면, 건조 마찰 요소를 정확한 치수의 곡선 주형에서 유지하면서, 열 및 압력을 동시에 적용하여 마찰 요소를 동시에 치밀화 하고 굽힐 수 있다.

실질적으로 용매-없는 치밀화된 형성된 마찰 요소는 바람직하게 연장된 기간의 시간동안 승온에서 경화된다. 경화의 정확한 시간 및 온도는 선택된 특정 배합물, 및 원하는 마찰의 계수 및 경도의 원하는 말단 특성에 크게 뚜렷히 의존할 것이다. 일반적으로, 1-36 시간의 기간동안 176.7℃-315.6℃(350℉-600℉)범위을 사용할 수 있고 보다 짧은 기간의 시간 및 보다 저온의 경화온도는 개선된 효과 및 사용에 있어서 잡음의 생성이 감소된 경향이 있는 보다 부드러운 마찰 요소를 생산한다. 본 발명의 요소가 경회되는것이 바람직하지만, 마찰 요소가 임의 경화를 전혀 사용하지 않고 제조될 수 있다는 것이 지적될 수 있다.

마찰 요소의 원하는 경도는 시간 및 온도의 적당한 선택, 보다 짧은 경화 시간을 요구하는 보다 높은 온도의 경화 및 보다 긴 경화 시간을 요구하는 보다 낮은 온도의 경화에 의해 어느 정도까지 조절될 수 있다.

마찰 요소가 드럼 브레이크와 연결되어 사용될때, 브레이크 슈에 대한 마찰 요소의 조립체는 내부 반경이 슈의 반경에 맞도록 곡선 형태로 라이닝을 경화시킴으로써 제조될 것이다. 상기 목적을 위해, 내부 반경을 형성하기 위한 건고한 드럼 또는 파이프같은 임의의 종래 경화를 사용할 수 있다. 압력은 단단한 또는 스프링-유지된 가요성 금속 스트립을 사용하여 비경화된 요소의 외부 표면에 적용할 수 있다. 높은 생성 속도를 달성하기위해, 초승달-모양 관통된 금속 조립체의 내포 그룹이 동시에 20이상 조각의 마찰 요소 물질을 지탱하는데 사용되는 "루네트(lunette)"로 공지된 다중 경화 지그를 사용할 수 있다. 팩이 충분한 높이에 도달할때까지, 초승달-모양 금속 부품, 라이닝 조각, 또다른 초승달-모양 부품, 또다른 라이닝등으로 구성되는 샌드위치 구조가 만들어진다. 그리고나서, 견고한 프레임은 팩둘레에 놓고, 압력은 프래임에서 나사 볼트를 조임으로써 조성된다.

흡색 마찰 요소를 경화할 때, 그의 조립된 팩은 바람직하게 그 챔버내 높은 온도를 유도하는 적합한 수단이 구비된 오븐내 놓인다. 공지의 기계적 대류가 바람직하게 제공되어 라이너 팩내 균일한 온도를 유지하고 파다 경화, 그을음, 또는 불균일한 요소의 경화를 막는다. 마찰 요소는 직접 고온 오븐내에 놓일 수 있다. 그러나 마찰 요소를 차가운 오븐내 두고 원하는 경화 온도 까지 온도를 길게 천천히 상승시키는 것이 보통 바람직하다. 상기 절차는 신속한 기체상 물질의 발생에 의해야기되는 마찰 요소내 기포 및 기체 주머니, 및 균열의 형성을 피한다. 따라서. 팩 전체에 걸쳐 균일한 경화가 촉진된다.

오븐 경화의 뱃치 공정 대신에 사용될 수 있는 다른 경화 방법은 점진적으로 보다 높은 온도 구역을 갖는 오븐을 통과하는 연속 벨트 또는 체인을 사용하여 일반적인 시간/온도 관계를 만족시키는 것이다. 모든 경우에, 뱃치 경화이거나 벨트 경화이거나 간에, 1시간 이상 동안 최대 온도 구역내에서 마찰 요소를 경화시킬 수 있다.

냉각시키고 오븐 또는 다른 경화 챔버로 부터 회수한 후 마찰 물질의 경화 성형된 요소 또는 세그먼트를 절단하거나 연마하여 성형하고 마찰 요소의 표면을 연마함으로써 종래 방식에 의해 가공처리한다.

본 발명가들이 마찰 라이닝 적용에 특히 적합한 마찰 요소의 제조 및 경화를 구체적으로 서술했지만, 본 발명의 신규한 조성물이 클러치 페이싱, 디스크 브레이크를 위한 마찰 페이싱, 클러치 및 자동 전송을 위한 브레이크 밴드와 같은 많은 다른 적용에 적합한 것이 이해될 것이다.

본 발명의 마찰 물질을 생산하는데 유용한 다른 기술은 소위 "슬러리 기술"이며 상기에서는 피브릴화 섬유-섬유 스테이플-가용성 중합체 입자, 결합제 수지 및 다른 성분의 블렌드를 비이터를 사용하여 물내 분산시켜 펄프를 형성한다. 펄프를 와이어 스크린 또는 펠트상 부착에 의해 시이트로 성형하고 물을 배수한다. 그리고나서 시이트를 건조시키고, 원하는 모양으로 절단하고 열 및 압력을 적용하여 경화시킨다.

본 발명의 마찰 물질의 결합제 성분은 본 목적에 유용한 당업자에게 공지된 임의의 열경화성 수지일 수 있다. 수지의 예는 페놀-알데히드 수지 ; 오일-변형 페놀-알데히드 수지; 실리콘 수지; 우레아-포름알데히드 수지; 멜라민-포름알데히드 수지, 에폭시 수지; 액체 히드록시-종말 부타디엔 공중합체 수지; 아마인유 수진; 캐슈우 기재 수지; 및 유사물을 포함한다.

건조 오일을 또한 사용할 수 있다. 부타디엔-스티렌 고무; 부타디엔-아크릴로니트릴 고무와 같은 가황 고무와 상기 수지의 블렌드를 또한 바람직하게 황과 같은 가황제와 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 마찰 물질의 다른 첨가제는 강철 물, 청동섬유, 유리 섬유, 규회석, 셀룰로스 섬유, 산화 아연, 질석, 아연 분진, 흑연, 산화철, 중합 캐슈우 너트 ; 카르본 둠등을 포함한다.

대표적인 배합물은 하기와 같다 :

매트릭스 수지는 본 발명의 마찰 물질 약 10-약 30%로 구성되고 나머지 양은 상기 논의된 바와 같은 상기 다른 성분을 포함하는 잘 알려진 마찰 성분이다.

본 발명의 개별 섬유-입자 블렌드 성분은 마찰 물질내로 따로 따로 효과적으로 혼입될 수 있지만, 모든 성분을 라이닝 덩어리 혼합기 내 혼입에 앞서 예비 블렌딩하거나 다른 성분의 혼입에 앞서 혼합기 내에서 예비 블렌딩하는 것이 바람직하다. 혼합 중에, 피브릴화 섬유는 그의 촉수형 돌출부를 통해 스테이플 섬유 및 입자 중합체를 붙잡아 그들을 고르게 분배하고 과다한 용적을 막는다. 본 발명의 성분은 습윤 또는 건조 상태에서, 당업자에게 공지된 기술을 사용하여 예비 혼합할 수 있다. 예를들면, 각각의 성분을 수화펄프, 비이터, 디스크 정제기 또는 당업자에게 공지된 다른 유형의 기구내에서 습윤 슬러리로서 혼합하고나서 종이 기계 또는 벨트 프레스 상에서 약 30-50% 고체로 탈수시킬 수 있다. 적합한 양이온 및/또는 음이온 보유 보조제를 사용하여 입자 중합체 및 섬유 스테이플을 피브릴화 섬유내 유지할 수 있다. 부가로, 입자 중합체 및/또는 스테이플 섬유를 Rennelbury 회전 건조기와 같은 기구내에서 건조시키고 플러핑하는 중에 30-60% 고체 함량을 갖는 습윤 피브릴화 섬유와 블렌딩할 수 있다. 모든 또는 몇몇 성분은 또한 건조하거나 또는 부분적으로 건조한 상태에서 Littleford 혼합기, Wrassmann 가공기, 회전 건조기, Fitzmil, 또는 당업자에게 공지된 다른 유사한 혼합 기구를 사용하여 블렌딩할 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 피브릴화 섬유-섬유 스테이플-입자 중합체 블렌드는 마찰 물질의 약 1-약 30 중량%, 바람직하게 약 5-약 25 중량%를 구성할 수 있다.

하기 실시예는 단지 예시를 위해 서술되었고 첨부된 특허 청구의 범위에 서술된 것을 제외하고는 본 발명에 대한 제한으로 해석되어서는 안된다.

모든 부는 달리 명시되지 않는다면 중량부이다.

실시예 1-23

혼합 절차

1. 건조한 분말 및 피브릴화 섬유-섬유 스테이플-가용성 중합체 입자 블렌드를 첨가하고 10분 동안 플라우 및 쵸퍼로 블렌딩한다.

2A. 예열된(60-70℃) 수지를 플라우 및 쵸퍼로 혼합하여 7-9 분에 걸쳐 첨가한다.

또는

2B. 다른 건조한 성분 (상기#1)을 9분 동안 예비 블렌딩하고 피브릴화 섬유-섬유 스테이플-가용성 중합체 입자 블렌드를 첨가하고 1분 동안 혼합한다. 그리고나서 7-9분에 걸쳐 수지를 첨가하고 종말점까지 혼합을 계속한다.

혼합 공정

혼합기로 부터 회수한 후, 미가공 혼합물을 2-4일 동안 시일링된 백내 냉장하에 보관하여 수지의 진전, 용매 손실 및 수분 흡수를 막는다. 롤링 실행 직전에, 뱃치를 혼합기 내에서 2분 동안 다시 혼합하여 보다 조밀한 물질을 데우고 헐겁게 한다.

롤링 실행

뱃치를 롤링 기계를 통과시켜 검사 샘플을 얻는다. 배합물의 수지 및 휘발성 물질 수준 때문에, 롤링 실행을 4mm(0.155") 두께의 50mm(2")

너비 테이프에 대해 150-180 cm(5-6ft)/분으로 실시한다.

혼합물은 공급 시스템을 통과하여 잘 흐르고 테이프 성질은 섬유 뭉침, 분리된 펠릿트 또는 표면 분열 없이 양호하다. 각 실행에서, 우수한 마찰 물질이 생산된다.

실시예 24

피브릴화 섬유, 스테이플 섬유 및 분말을 모두 아라미드 중합체로부터 생산하는 것을 제외하고는 실시예 1 의 절차를 반복한다. 유사한 결과를 얻는다.

실시예 25

분말을 아라미드 중합체로 부터 생산하는 것을 제외하고는 실시예 1 의 절차를 반복한다. 유사한 결과를 얻는다.

실시예 26

스테이플 섬유 및 분말 모두를 아라미드 중합제로 부터 생산하는 것을 제외하고는 실시예 1 의 절차를 반복한다. 다시 결과는 유사하다.

Claims (16)

1. 하기로 구성되는 블렌드를 약 1- 약 30중량 % 포함하는 습식 가공처리된 마찰 물질:

   a) 약 5- 약 75%의 피브릴화, 합성, 유기 중합체 섬유;

   b) 약 20 - 약 90 중량 %의 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유 및

   c) 약 5- 약 30 중량 %의 가용성, 합성, 유기 중합체 입자.
2. 제 1 항에 있어서, a), b), 및 c) 중 하나이상이 아크릴 중합체인 마찰 물질.
3. 제 1 항에 있어서, a), b), 및 c) 각각이 아크릴 중합체인 마찰물질.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 아크릴 중합체가 아크릴로니트릴 중합체인 마찰 물질.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 아크릴 중합체가 아크릴로니트릴 중합체인 마찰물질.
6. 제 1 항에 있어서, c) 의 평균 직경이 약 60 미크론 미만인 마찰 물질.
7. 제 1 항에 있어서, a)의 CSF 가 약 600 ml 미만이고 중합체의 융점이 약 450℉ 이상인 마찰 물질.
8. 제 1 항에 있어서, c)가 1 ㎡/g 이상의 BET 표면적을 갖는 마찰 물질.
9. 제 1 항에 있어서, b)가 약 0.5-7 mm의 길이를 갖는 마찰 물질.
10. 제 1 항에 있어서, a) 또는 b) 또는 a) 및 b) 모두가 주름져 있는 마찰 물질.
11. 제 1 항에 있어서, b) 또는 c) 또는 b) 및 c) 모두가 예비 산화된 마찰 물질.
12. 제 1 항에 있어서, a)의 농도가 약 15- 약 50 중량 % 이고, b) 의 농도가 약 40 - 약 15중량 % 이고 c)의 농도가 약 5- 약 15중량 %인 마찰 물질.
13. 제 1 항에 있어서, 열경화성 결합제를 더 포함하는 마찰 물질.
14. 제 1 항에 있어서, a)및/또는 b)가 이성분 섬유인 마찰 물질.
15. 열경화성 수지 결합제 및 제 1 항의 블렌드의 용매 혼합물을 형성하고 상기 혼합물을 라이닝으로 성형하는 것으로 구성되는 무-석면 유형 마찰 물질의 제조 방법.
16. 열경화성 결합제 및 제 1 항의 블렌드의 용매 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 라이닝으로 성형하고 상기 라이닝을 승온에서 경화시켜 마찰 요소를 형성하는 것으로 구성되는 마찰요소 제조 방법.