KR100360363B1 - 섬유상입자상유기성분의블렌드를함유한마찰물질 - Google Patents

Abstract

마찰물질을 제조하는데 사용하기 위한 건조 블렌드를 제조하는 방법. 건조 블렌드 그자체 및 건조 마찰 물질이 공개되며, 상기의 성분은 a) 피브릴화, 유기, 합성 중합체, b) 유기, 합성 중합체 스테이플 및 c) 유기, 합성 가용성 중합체 입자를 포함한다.

Description

섬유상 입자상 유기 성분의 블렌드를 함유한 마찰 물질

본 출원은 1994년 8월 9일자로 출원된, 본 출원과 동시 계류중인 미합중국 출원 일련 번호 제 08/287,736호의 일부-계속 출원이다.

본 발명은 a) 피브릴화, 유기, 합성 중합체, b) 합성, 유기 중합체 섬유 스테이플 및 c) 합성, 유기 가용성 중합체 입자의 건조 블렌드를 제조하는 방법, 상기 예비 성형성을 향상시키고, 많은 경우에, 결과얻어진 경화된 마찰물질의 물리적인 특성을 향상시키고자하는 목적을 위해 결과 얻어진 블렌드로부터 생산된 비-석면 유형 마찰 물질, 다양한 건조 블렌드 그 자체에 관한 것이다. 예비성형물은 마찰 물질의 압착된 성분이다. 결과얻어진 경화된 마찰 물질의 일반적 모양인 예비성형물은 주변 온도에서 압력하에 성형되고, 실제로 열과 압력하에 최종 경화를 위해 고온 주형으로 변형시킨다. 다수의 마찰 배합물은 예비성형물이 충분한 보존성을 얻어 에비 성형물을 고온의 주형으로 변형시킬 수 있는 예비성형물의 보조를 이용할 것을 필요로 한다. 예비성형물은 마찰 요소, 예를 들면 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 트럭 블록, 오프 하이웨이(off highway) 브레이크, 클러치 페이싱등의 제작시 중간 생산물로서 보조한다.

널리 알려진 바와 같이, 석면으로 인한 건강, 환경 위험 및 안전 사고 때문에 마찰 물질 내 석면에 대한 비용-효과적인 대체물을 발견하는 것이 책임으로 산업에 부과되었다. 석면의 대체물에 대한 다수의 접근은 2개 이상의 주요한 카테고리의 비-석면 물질이 결과 얻어지는 실제 기술 및 종해 분야 자체를 야기한다. 상기는 : 1) 반-금속성 물질, 및 2) 유기 비-석면 물질이다. 상기 물질은 미합중국 특허 제 4,866,107호에 보다 포괄적으로 논의되어 있고, 이는 본원에 참고문헌으로 포함된다.

마찰 물질 배합물로부터 석면의 제거는 비교적 성공적이었으나, 다양한 기타의 문제점, 특히 예비성형물을 제조하기 위한 성분의 블렌드를 예비성형하고 가공하는 데, 다른 성분으로부터 생산된 예비성형물의 감소된 강도 및 인성, 석면에 비해 상기 성분의 증가된 비용 및 석면-함유 물질에 비해 상기 최종 생산물의 물리적, 마찰적 성능에서의 어려움을 초래했다. 부가로, 마찰 물질에 대한 다수의 석면 대체형 배합물은 주조된 마찰 물질의 감소된 마찰적/열적 안정 특성이 상기를 덜 경쟁적으로 만들기 때문에, 성공을 얻는 데 실패했다.

마찰 물질 배합물로부터 석면 섬유를 제거하려는 대부분의 시도는 다른 유기 및 무기 섬유 물질을 단독으로, 또는 무수한 다른 성분과 결합시켜 사용하는 데에 중점을 두었다.

예를 들면, 미합중국 특허 제 4,145,223호에서는 유리솜 및 세라믹 섬유를 합하고, 반면 영국 공개 출원 제 2027724A호에서는 미리 산화된 아크릴 섬유를 사용한다. 유사하게, 미합중국 특허 제 4,197,223호 및 영국 특허 제 1604827호에서는 무기 및 유기 섬유, 예를 들면 유리솜, 광물면, 규산알루미늄 섬유, 목재 펄프, 황마, 사이잘 및 무명 린터의 혼합물을 지적한다. 아라미드(aramid) 섬유는 미합중국 특허 제 4,374,211호 및 제 4,384,640호에서 지적하고, 아크릴 섬유는 미합중국 특허 제 4,418,115; 4,508,855; 4,539,240 및 4,656,203호; 영국 공개 출원 제 2,129,006A호 및 일본 공개 출원 제 87/106,133; 87/89,784 및 87/149,908호에 제시되어있다.

부가로, 미합중국 특허 제 4,324,706호에서는 펄프와 같은 입자의 내열성 방향족 중합 물질, 무기 또는 유기 섬유상 물질, 마찰-조절제 및 열경화 중합체 결합제의 배합물이 공개되어있다.

미합중국 특허 제 4,866,107호는 열경화성 결합제 수지, 섬유상 강화 물질 및 효능 지수가 약 0.8 - 약 2.0인 피브릴화된 아크릴로니트릴 중합체-기재된 섬유의 조성물을 청구한다.

유럽 공개 특허 출원 제 0,282,004호에 펠라르곤산, 에난트산, 카프릴산, 카르린산 및 상기의 블렌드등의 폴리에틸렌 글리콜 에스테르로 구성된 첨가제를 함유한 폴리아클릴로니트릴 습윤 겔을 사용한 마찰 생산물을 위한 강화 혼합물을 공개한다.

최근 특허 받은 미합중국 특허 제 5,106,887호에 유리솜, 내열성 유기 섬유, 무기 섬유 또는 금속성 섬유와 혼합된 피브릴화 아크릴 섬유로 구성된 비-석면 마찰 물질의 형성을 지적하고, 이때 상기 피브릴화 아크릴 섬유는 450 ㎖ 이상의 CANADIAN STANDARD FREENESS(CSF)를 가지나, 미합중국 특허 제 5,004,497호는0.85-30 중량%의 탄소 섬유 및 2-20 중량%의 아라미드 피브릴화 결단 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 수지이며, 그자체가 비 가용성이어서,본 발명의 범위내에 해당하지 않는다. '887 특허에는 유기, 합성 중합체 입자의 포함이 언급되어있지 않으며, 실제로 특별히 유기 섬유가 아라미드 펄프, 피브릴화 섬유임이 공개되어 있다.

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

상기 인용된 모든 참고문헌에서는 본 발명의 방법으로 제조된 독특한 건조 블렌드를 사용하여 얻어지는 독특한 협동효과가 인식되어있지 않다. 참고문헌에서는 합성, 가용성 유기 중합체 입자의 사용을 지적하는 데 실패하거나, 만약 상기 입자들이 제안되다면 본 발명의 다른 결정적인 성분의 하나 또는 둘 다른 포함하는데 실패했다. 보다 특별히, 미합중국 제 4,324,706호에는 각각이 스테이플 섬유와 배합하여 다수의 촉수-같은(fentacle-like) 투영으로 제공된 펄프와 같은 입자, 예를 들면 섬유, 필름, 플레이크 또는 리본을 지적한다. 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 4,866,107호에서는 피브릴화 섬유 및 다른 유기, 합성 중합체 섬유의 블렌드를 지적하나, 상기 다른 섬유가 스테이플이라는 것, 또는 유기, 합성중합체의 입자가 본원에 사용되어야만 한다는 것을 언급하지는 않는다.

WO93/04300 공개 출원은 아마도 본 발명에 관련된 가장 근접한 종래 기술일 것이다. '300 출원에서는 플록 또는 펄프의 형태인 섬유와 합하여 마찰 물질을 형성하는 데에 마멸 첨가제로서 아라미드 입자를 사용한다. 플록은 1-10 mm의 길이로 절단된 섬유를 나타내고, 펄프는 피브릴화 섬유를 나타낸다. 펄프 또는 플록 둘다는 바람직하게 아라미드-유형 중합체로 구성된다. 아라미드 입자는 10-250 미크론의 범위의 크기이고, 가장 작은 것은 혼합시키는 동안 피브릴화 섬유가 열리는 것을 보조함으로써 가공 조제를 제공하는 것으로 기재되어 있으나, 본 출원은 성능 잇점을 논의하지는 않는다. 본 발명의 방법으로 생산된 마찰 물질은 본원에서는 피브릴화 섬유 및 섬유 스테이플을 가용성, 유기, 합성 중합체 입자와 함께 사용한다는 점에서 '300 출원에 의해 지적된 바와 상이하다. 성분의 상기 조합물은 성능에 대해 예기치 않은 탁원한 결과를, 그리고 많은 경우에 하기 제시된 바와 같은 탁월한 물리적 마찰적/열적 특성을 제공함이 발견되었다.

섬유상 물질 및 중합체 입자의 블렌드를 제시한 관련된 특허는 피브릴화 셀룰로즈 섬유로 제한한 미합중국 특허 제 3,325,345호; 폴리아크릴 라텍스의 존재가 요구되는 미합중국 특허 제 4,387,178호; 섬유의 가황된 블렌드를 제조하기위해 고무의 존재를 필요로 하는 미합중국 특허 제 4,485,138호; 독성 증기 흡착 섬유 물질 내 미크론 이하(submirron) 크기의 유리솜을 포함하는 미합중국 제 4,495,030호; 세가지(3) 이상의 상이한 섬유, 천연 섬유, 합성 유기 섬유 및 광물 또는 금속 섬유로 구성된 연질 가스켓팅(gasketing) 물질을 지적한 미합중국 특허 제4,748,075호를 포함한다. 상기에 어떤 유기, 합성, 가용성 중합체 입자도 첨가되지 않는다.

미합중국 특허 제 4,769,274호에서는 성긴, 셀룰로스 섬유, 열가소성 합성 중합체 섬유 및 비-섬유상, 열가소성, 합성 중합체 입자를 사용한 저렴한 매트의 생산을 지적한다. 상기 생산물은 다른 공개된 성분으로 박층 모양으로될 때 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 지적된 바와 같이 특정 데니어 인터록킹된, 방직 섬유 및 중합체 물질의 특정 피브릴화 입자로 구성된 혈액 여과기에 관한 것이다. 입자는 섬유가 아닌 것으로 기재된다.

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 유리솜, 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 약 1 - 약 30 중량%의 건조 블렌드로 구성된 건조 가공된 마찰 물질에 관한 것이다 :

a) 약 25 - 약 90 중량%의 피브릴화, 합성, 유기 중합체 섬유;

b) 약 20 이상 - 약 60 중량%의 합성 유기 중합체 스테이플 섬유; 및

c) 약 5 - 약 70 중량%의 합성, 가용성 유기 중합체 입자.

보다 구체적으로, 본 발명은 하기로 구성된 약 1 - 약 30 중량%로 구성된 마찰 물질에 관한 것이며 :

a) 약 25 - 약 90 중량%의 피브릴화, 합성 유기 중합체 섬유;

b) 약 20 이상 - 약 60 중량%의 합성,유기 중합체 스테이플 섬유 및

c) 약 5 - 약 70 중량%의 합성, 가용성, 유기 중합체 입자,

이때, a), b) 및 c) 중 하나 이상은 아크릴 중합체이다.

a), b), 및 c) 중 하나 이상이 고분자량 아크릴 또는 미리 산화된 중합체아크릴일 때, 최종 마찰 혼합물 내에 개선된 물리적/열적 특성을 제공한다.

피브릴화 합성 유기 중합체 섬유 및 합성 유기 중합체 스테이플이 물에서 단독으로, 또는 합성, 가용성, 유기 중합체 입자와 합하여 블렌딩되고, 이로써 증가량의 스테이플은 결과 건조한 블렌드로 혼입될 수 있는 본 발명의 생산에 유용한 건조 블렌드의 생산 방법은 또한 본 발명의 일부를 형성한다.

출원인이 상기-언급된 동시 계류중인 출원에서 지적한 바와 같이, 비-석면 유형 마찰 물질 예비성형물의 생산은 실질적으로 건조한 섬유/입자 블렌드를 사용함으로써 강화될 수 있음이 발견되었다. 특히, 따로따로 사용할 때, 일반적으로 예비성형물 및 가공 보조제가 아닌 스테이플 섬유 및 입자는 피브릴화 섬유 또는 섬유와 합하여 함께 사용될 때 건조한 비-석면 마찰 혼합물의 예비성형성에 중요하게 기여한다. 예비 성형 보조제로서의 상기 상승작용 블렌드의 성능은 동등한 펄프 함량 기재상에서, 단독인 피브릴화 섬유에 비해 예기치 않게 우세함이 발견되었고, 많은 경우에 건조한 블렌드는 동등한 중량 기재상에서 단독인 피브릴화 섬유보다더욱 효과적인 예비성형 보조제인 것으로 나타났다.

더욱이, 건조 피브릴화 섬유/스테이플 섬유/입자 블렌드는 보다 낮은 생산비로 특히 정확한 성능 필요성을 요구하도록 제조될 수 있다고 공개되었다. 블렌드는 이로부터 생산된 예비성형물에 강도나 강연도를 부여하여 예비성형물이 동량의 단독인 피브릴화 섬유에 비해 향상된 물리적 특성 및 마찰적/열적 안정성을 제공할 뿐만 아니라, 브레이크 슈즈, 패드 등으로 경화시키는 것에 대해 이들을 해롭게 손상시키지 않고 예비성형물을 고온의 주형으로 변형시킬 수 있다.

출원인의 동시계류중인 출원의 건조한 블렌드는 약 5 - 약 20 중량%의 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유를 함유하는 것으로 공개되어 있고, 본원에 지적된 기본 건조 블렌딩 절차는 상기 농도를 함유한 건조 블렌드의 형성을 결과시킨다. 그러나, 최근 보다 많은 양의 합성 유기 중합체 스테이플 섬유는 건조 블렌드로, 따라서 피브릴화, 합성 유기 중합체 섬유 및 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유의 건조 마찰 물질로 혼입될 수 있고, 약 5 중량% 이하의 고체 함량에서 물에서 가용성, 합성 유기 중합체 입자와 함께 또는 결합시켜 블렌딩시키고, 결과 얻어진 블렌드를 건조시킨다고 발견되었다.

즉, 임의의 하기 순서는 본 발명의 방법을 따라 이어질 수 있다 :

절차 1) 피브릴화, 합성 유기 중합체 섬유의 슬러리는 5 중량% 이하의 고체로 건조한 합성 유기 중합체 스테이플과 블렌딩시킬 수 있고,

결과 얻어진 2개 성분의 슬러리는 건조될 수 있고, 건조 블렌드는 가용성, 합성 유기 중합체 입자와 혼합될 수 있다.

절차 2) 절차 1은 건조 피브릴화 섬유 및 스테이플 섬유의 슬러리로 수행할 수 있다.

절차 3) 절차 1을 피브릴화 섬유 및 스테이플 섬유 모두의 슬러리로 수행할 수 있다.

절차 4) 절차 1을 건조 피블릴화 섬유 및 건조한 스테이플이 따로따로 또는 함께 물에 첨가되어 슬러리를 형성하는 것을 제외하고는 수행할 수 있다.

절차 5) 절차 1-4를 합성 유기 중합체의 가용성 입자의 존재하에 5% (또는 미만)의 슬러리를 형성하고 결과 얻어진 3가지 성분 슬러리를 건조시켜 수행할 수 있다.

형성된 슬러리는 슬러리의 총 중량을 기준으로 약 5% 이하의 고체, 동일한 기준으로 바람직하게 약 0.5 - 약 5 중량%, 더욱 바람직하게 약 1.0 - 약 3.5 중량%를 함유해야 한다.

본 발명의 방법에 의해 형성된 건조 블렌드의 제 1 성분을 형성하는 피브릴화 섬유는 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 마찰 물질로 유용하다고 공지된 임의의 피블릴화 섬유는 본원에서 유용하다. 피브릴화 아크릴 중합체 섬유는 특별히, 그리고 가장 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 피브릴화 섬유는 바람직하게 약 600 ㎖ 미만의 Canadian Standard Freeness(CSF)를 가지고, 바람직하게 융점이 약 232.2℃(450℉) 이상인 중합체로부터 형성되었다. 상기는 약 2 mm - 약 10 mm 범위의 길이, 및 약 8 미크론 - 약 50 미크론의 직경을 가져야 한다.

바람직한 섬유는 (예비-중합 혼합물의 총 단량체 함량에 대한 아크릴로 니트릴 단량체 함량의 중량을 기준으로) 85% 이상의 아크릴로니트릴 함량을 갖는 중합체 섬유이다. 특별히 유용한 섬유는 약 89%를 초과하는 아크릴로니트릴 함량을 갖는 중합체의 섬유이다. 바람직한 공단량체는 상기 논의된 바와 같이 바람직하게 약 8.5 중량%의 농도로 존재하는 메타크릴산 메틸 또는 아세트산 비닐로 구성된다.

보다 더욱 바람직한 피브릴화 섬유는 90/10 아크릴로니트릴/메타크릴산 메틸 또는 아세트산 비닐 공중합체 및 93/7 아크릴로니트릴/메타크릴산 메틸 또는 아세트산 비닐 공중합체의 50/50 혼합물로부터 제조된 무작위 2중 성분 섬유로부터 생산된 것이다. 다른 공단량체는, 이들의 포함이 섬유가 피브릴화 될 수 있는 가능성 및 생산된 피브릴화 섬유의 특성을 상당히 줄이지 않으면, 제한함 없이 사용될 수 있다. 상기 다른 공단량체들의 부합성은 간단한 실험으로 당업자에 의해 쉽게 측정될 수 있다. 대안적으로, 아크릴 섬유는 단일 중합체일 수 있다.

Canadian Standard Freeness는 "Freeness of Pulp"로 명명된 문헌; Tentative Standard 1943; Official Standard 1946; Revised 1958 및 Official Test method 1985; Tappi 협회의 기술 모임에 의해 제작됨에 설명된 시험에 개재되어있는 바와 같이 측정한다.

본 발명의 방법에서 유용한 피브릴화 아크릴로니트릴 섬유는 임의의 공지된 방식, 예를 들면 변형된 상업적 블렌더를 사용하여 제조할 수 있다. 일반적으로, 구비된 칼날이 변형되어 작동 가장자리 상에 약 0.25 mm의 파괴 가장자리를 제공하는 변형된 Waring 상표 상업적 블렌더를 사용할 수 있다. 작동시에 일반적으로 수중 전구체 섬유의 비교적 회석된 슬러리를 블렌더 장치로 도입시키고, 이어서 상기를 사용되는 섬유의 분자량 및 직경에 따라, 약 반시간 이상-약 한시간 이상 동안 작동시킨다. 피브릴화 섬유는 당업자에게 널리 공지되어있으며, 상기 언급된 특허, 예를 들면 미합중국 제 4,866,107호에 기재된 바와 같이 이들에게 공지된 대로 제조할 수 있다. 부가로 미합중국 특허 제 4,811,908호에서는 이와 같은 방법을 지적하고, 이로써 상기 특허는 본원에 참고문헌으로 포함된다.

피브릴화 고 모듈러스/고분자량 아크릴 섬유 또한 사용될 수 있다. "고 분자량"은 약 150,000 이상의 중량 평균 분자량을 의미한다. 또한 본원에 유용한 피브릴화 섬유는 첨가제, 예를 들면 시아노구아니딘(DICY), 금속 염, N-치환된 말이미드 등을 함유하여 열 안정성을 강화시킬 수 있다.

또한, 피브릴화 섬유는 다른 중합체로부터 형성될 수 있으며, 본 발명의 방법에 더욱 유용하다. 따라서, 지방족 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리 염화 비닐리덴, 폴리우레탄, 폴리플루오로탄소, 페놀류, 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐렌트리아졸, 폴리황화페닐렌, 폴리옥사디아졸, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드 등을 사용할 수 있다. 방향족 폴리아미드(아라미드)는 상기 논의된 아크릴 중합체 이후 두번째로 가장 바람직하며, 이어서 아세트산 셀룰로스, 폴리벤즈옥사디아졸, 폴리벤즈이미다졸 등이 바람직하다. 아라미드 중합체, 예를 들면, 폴리(p-페닐렌테르프탈아미드) 및 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)가 전형적이다.

본원에 사용된 바와 같이 아라미드는 전체적으로 하기 일반식의 반복 단위

- HN - AR₁- NH - CO - AR₂- CO -

(식에서, AR₁및 AR₂는 같거나 다를 수 있으며, 이가 방향족 기를 나타낸다)의 방향족 폴리카르본아미드 중합체 및 공중합체를 포함하는 경향이 있다. 파라-아라미드는 상기 일반식 I (식에서, AR₁및 AR₂는 같거나 다를 수 있으며 이가, 파라-배향된 (para-oriented) 방향족 기를 나타낸다)의 파라-배향된 방향족 폴리카르본아미드를 말한다. "파라-배향된"은 방향족 기로부터의 사슬 연장 결합이 동축이거나 평행이고, 반대방향으로 향하고, 예를 들면, 1,4-페닐렌, 4,4'-비페닐렌, 2,6-나프탈렌, 및 1,5-나프탈렌을 포함하는 치환되거나 치환되지 않은 방향족기인 것을 의미한다. 일부 사슬 연장 부분인 치환체 이외의 방향족 상의 치환체는 비반응성이어야 하고, 본 발명의 실시에서 사용하기에 중합체의 특성에 역으로 영향을 미쳐서는 안된다. 적합한 치환체의 예는 염소, 저급 알킬 및 메톡시 기이다. 또한, 용어 파라-아라미드는 산 및 아민 관능이 동일한 방향족 종류상에 공존하는 소량의 공단량체를 포함하는 2개 이상의 파라-배향된 공단량체의 파라-아라미드 공중합체, 예를 들면, 반응물, 예컨대 4-아미노벤조일 염화물 히드로클로라이드, 6-아미노-2-나프토일 클로라이드 히드로클로라이드 등으로 부터 생산된 공중합체를 포함한다. 부가로, 파라-아라미드는 파라-배향되지 않은 방향족 기를 함유한 소량의 공단량체, 예를 들면 m-페닐렌 및 3,4'-비페닐렌을 함유한 공중합체를 포함한다. 본원에 참고문헌으로 포함된 WO93/04300에 지적된 바가 전형적이다.

피브릴화 섬유 성분은 주름지거나 주름지지 않을 수 있다.

바람직하게 피브릴화 아크릴 섬유는 5M²/g 이상의 BET 표면적, 50-600의 CSF, 2.75 GPa-16.5 GPa의 모듈러스, 75,000-500,000의 수 평균분자량, 1.1-1.2의 비중을 가진다.

본 발명에 따라 생산된 건조 블렌드의 제 2 결정적인 성분은 합성, 유기 중합체, 스테이플 섬유이다. 피브릴화 섬유 성분에 대해 상기 논의된 임의의 중합체는 스테이플 섬유 성분을 형성하는 중합체를 생산하는 데에 사용될 수 있다. 바람직한 스테이플 섬유는 상기 논의된 바와 같이 아크릴 중합체, 즉 아크릴로니트릴 중합체로부터 제조된 것이다. 또한 스테이플 섬유는 주름지거나 주름지지 않을 수 있다. 바람직하게 상기는 약 0.5 mm - 약 12 mm, 보다 바람직하게 약 1.5 mm - 약 7 mm의 길이를 가진다. 바람직하게 상기는 약 8 미크론 - 약 50 미크론, 더욱 바람직하게 약 10 - 약 25 미크론의 직경, 2.75 GPa -85 GPa의 모듈러스 및 0.90-2.00의 비중을 가진다.

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 단일 중합체로부터 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 분자량, 또는 3) 이의 니트릴 기 함량에서 30%이상의 감소로 예비 산화되어 열처리로 인해 5.5 GPa의 최소 모듈러스로 결과 얻어진 것 또는 4) 1)-3)의 임의의 배합물을 가진 아크릴 스테이플 섬유이다. 상기 바람직한 아크릴 스테이플 섬유는 이로부터 생산된 마찰 물질에 향상된 마찰적/열적 안정성 및/또는 강도를 제공한다.

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

본 발명의 방법으로부터 결과얻어진, 건조한 블렌드의 제 3 성분은 입자상, 합성, 가용성 유기 중합체이다. 또한 입자상 성분은 다수의 상기-논의된 중합체로부터 생산될 수 있고, 이로부터 피브릴화 섬유 성분을 상기가 가용성이라면 제조할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "가용성"은 입자가 제조된 중합체가 몇몇 매질, 즉 유기 용매, 물, 산 등에 가용성이고, 궁극적 마찰 장치로 경화된 후에 입자가 이의 물리적 특성을 유지한다는 것을 의미한다. 입자는 반응시킴으로써 또는 중합체의 보다 큰 조각을 분쇄 및/또는 미분시킨으로써 형성할 수 있다.

다시, 바람직하게, 입자 성분은 아크릴 중합체로부터 생산된다. 입자는 고체 또는 다공성일 수 있고, 약 60 미크론 이하의 직경을 가질 수 있다. 보다 바람직하게, 중합체 입자가 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 단량체 또는 용해된 단량체의 액적으로부터 침전되거나현탁되도록 야기하는, 괴상, 에멀션, 수성-현탁액 또는 슬러리 공정으로 아크릴로니트릴을 중합하는 동안 입자가 형성된다. 입자 성분은 바람직하게 약 1 m²/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, 이의 비중을 약 1.25 - 1.38로 증가시킨다.

본 발명의 마찰 물질 예비성형물 보조 건조 블렌드는 약 25 - 약 90 중량%, 바람직하게 약 35 - 약 90 중량%의 피브릴화 섬유; 약 20 이상 - 약 60 중량%, 바람직하게 약 25 - 약 50 중량%의 스테이플 섬유 및 약 5 - 약 70 중량%, 바람직하게 약 5 - 약 60 중량%의 입자 가용성 중합체로 구성되고, 이때 과정의 모든 세가지 성분의 총 중량%은 100% 이다.

바람직하게, 블렌드의 3가지 성분 중 하나 이상은 아크릴 중합체이다. 보다 바람직하게, 2개의 성분은 아크릴 중합체이고, 가장 바람직하게 모든 성분은 아크릴 중합체이다.

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

건조 성분의 혼합물과 같이 화합된 2가지 일반적 유형의 비-석면 유형 마찰 물질은 당 분야에 포함되었다. 상기는 반-금속성 물질 및 유기 비-석면 물질이다. 각각의 유형을 상기 논의된 바와 같이 본 발명에 따라 상기 논의된 블렌드로 효과적으로 변성시킬 수 있다.

반-금속성 시스템은 전형적으로 분말형 페놀성 수지; 탄소질 입자, 예를 들면 흑연 또는 탄소 입자; 비-석면 섬유; 무기,예를 들면 산화 마그네슘, 지르콘, 뮬라이트(mullite) 및 알루미나; 금속, 예를 들면 분말, 쉐이빙(shaving), 섬유 등의 형태인 철, 구리, 황동 및 스테인레스 스틸의 금속; 및 다른 변성제, 예를 들면 탄성체 및 무기 마멸 충전제 포함한다.

전형적으로 반-금속성 시스템은 하기 양의 하기 구성 물질을 함유할 수 있다.

건조한 블렌딩 기술에 의한 마찰 요소의 제조에서, 반-금속성 마찰 물질 구성물질은 함께 혼합되어 균질인 혼합물을 형성한다. 이어서, 혼합물을 일반적으로예비성형물로 압착시킨다. 이어서, 예비성형물을 압력 및 열을 동시에 적용시키는 제 2 압착기에 옮겨 다른 성분을 고정시키기위한 연속 매트릭스를 형성하는 조각을 통해 수지를 용융시키고 흐르게 한다. 이어서 라이닝 패드를 경화 오븐으로 옮기고 148.9°-315.6℃ (300°-600℉)범위의 온도에서 경화시켜 수지를 부가로 정착시킨다.

전형적으로 유기 비-석면 시스템은 전형적으로 분말형의 열경화성 수지: 캐슈우 입자; 비-석면 섬유; 및 2-5의 모스 경도 등급을 갖고, 주요한 화학적 또는 물리적 변형 없이 약 425℃ 이상의 온도에서 사용될 수 있는 20 중량% 이상의 분말형 무기 화합물을 포함한다. 상기 성분은 상기 부가의 설명의 목적을 위해 본원에 참고문헌으로 포함된 특허인 미합중국 특허 제 4,137,214호에 보다 상세하게 서술되어 있다. 전형적으로 비-석면 시스템은 하기 양의 상기 성분을 함유할 수 있다 :

다른 소위 유기 비-석면 마찰 물질은 미합중국 특허 제 4,278,584호에 공개되어 있다. 상기 특허는 하기 일반적 배합물을 공개한다 :

전형적으로 마찰 요소는 주형 내 일정량의 혼합물을 치환하고, 혼합물을 가압하여 예비성형물을 형성하고나서, 열 및 압력하에서 예비성형물을 경화시켜, 건조한 유기 비-석면 혼합물로부터 제조할 수 있다. 이어서, 경화된 예비성형물의 가장자리를 다듬어, 과량의 물질을 제거한 후, 예비성형물을 팽창을 방지하는 성형 용기 내 억제하에 굽는다.

본 발명의 마찰 물질은 의도한 사용 및 원하는 결과에 따라, 상기-기재된 건조 볼렌드 이외에, 상기의 다른 성분을 위한 부형제로서 보조하는 열경화성 열가소성 매트릭스 수지로 구성된다. 열경화성 (또는 열경화된) 물질은 융점이 없고 높은 목탄 잔류물을 얻는 것이다. 의도된 사용이 고온, 고 응력 특성을 위한 것일 때, 일반적으로 매트릭스 수지는 열경화성 수지이며, 따라서 상기는 고온에서 용융되기 보다는 분해된다. 매트릭스 물질이 용융되거나 흐를 때, 강도가 유지되기는 어렵다. 적합한 열경화성 물질은 페놀 함유 수지, 방향족 폴리아미드, 폴리벤즈옥사디아졸, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 멜라민 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지등을 포함한다.

열가소성 매트릭스는 특정 온도에서 특정 조건하에 용융되고 재고체화되는 경향이 있는 것이다. 일반적으로 상기는 가스켓팅 및 저온, 저 마찰 적용시 사용된다. 유용한 열가소성 물질은 폴리아미드, 예를 들면 나일론, 폴리에스테르, 아크릴류, 플루오로 중합체 등을 포함한다.

매트릭스 수지는 약 10 - 약 40%의 본 발명의 마찰 물질로 구성되며, 잔여량은 예를 들어 마찰을 촉진시키는 데에 관한 충전제와 같은 널리 공지된 마찰 성분,예를 들면 철 굵은 모래, 녹은 실리카, 모래; 마찰 변성제, 예를 들면 흑연, 부분적으로 경화된 캐슈우-수지 고체, 납, 황화 납: 마찰 조절제, 예를 들면 알루미나, 실리카, 규조토, 백악, 탈컴(talcum), 고령토, 운모, 활석 등이다. 상기 충전제를 일반적 300 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 고체로서 사용한다.

혼합하는 동안 촉수형 분출을 통해, 퍼브릴화 섬유는 스테이플 섬유 및 입자형 중합체를 얽어서 이들을 편평하게 분배하고 과도한 체적을 방지한다. 본 방법에 따라, 피브릴화, 합성 유기 중합체 섬유 및 합성, 유기 중합체 안정한 섬유를 단독으로 또는 가용성, 합성 유기 중합체 입자와 합하여, 예를 들면 히드로펄퍼(hydropulper), 교반기, 디스크 리파이너(disc refiser), 또는 유사한 설비내에서 습윤 슬러리로서 혼합시키고나서, 예를 들어 제지기 또는 벨트 압착기 상에서 30-60% 고체로 건조(탈수) 시킨다. 적합한 양이온 및/또는 음이온 보유 보조기는 피브릴화 섬유내 입자 중합체 및 섬유 스테이플을 보유하는데 사용할 수 있다. 부가로, 입자 중합체는 Rennelburg 회전식 건조기와 같은 설비 내에서 건조시키고 부풀리는 동안 습윤 피브릴화 섬유 및 30-60% 고체 함량인 스테이플 섬유와블렌딩시킬 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 피브릴화 섬유-섬유 스테이플-입자상 중합체 블렌드는 약 1 - 약 30 중량%, 바람직하게 약 5 - 약 25 중량%의 마찰 물질로 구성될 수 있다.

하기 실시예는 단지 설명하고자 서술된 것이고, 첨부된 청구범위에 서술된 것을 제외하고는 본 발명 상에서 제한하는 것으로 구성되지는 않는다. 모든 부는 달리 명시되지 않으면 중량에 의한 것이다.

실시예 A

비-석면 유기(NAO) 마찰 배합물 13.6 kg (30 파운드)를 표 1에 서술된 성분을 사용하여 제조한다. 배합물을 Littleford Model FM-130-D Mixer에서 혼합시킨다. 유리솜을 제외한 모든 성분을 10분 동안 미리 혼합한다. 이어서 유리솜을 첨가하고 배합물을 부가로 1분 동안 혼합한다. Star/bar 단절기 및 벡커 플라우(Becker plow)가 Littleford Mixer에 사용된다. 결과 얻어진 생산물은 Brake Mix A로서 명시된다.

실 시 예 1(비교)

100부의 Brake Mix A 를 상업용 Waring 블렌더에 첨가하고, 저속 설정상에서 40% 파워에서 1분 동안 혼합시킨다. 이어서, 배합물을 하기 단계를 사용하여 예비성형물로 압착시킨다.

혼합물 150 gm 샘플을 FMSI 728A 디스크 패드 예비성형물 주형에 편평하게 편다. 과도한 혼합물 체적으로인한 주형을 채우는 어려움이 발생하면 상기 혼합물 특질이 명기된다. 2,500 psi 의 압력을 적용하고, 5초간 유지한다. 결과 얻어진예비성형물을 주형으로부터 제거하고, 임의의 부드러운 가장자리, 균열 또는 비균질성에 대해 검사한다. 7개의 예비성형물을 제조한다. 외양에 대한 해설이 표 2에 서술되어 있다.

예비성형물을 테스트하기 전에 주변 온도 및 습도 (23℃ - 50% RH)에서 안정화시킨다. 이어서, 예비성형물의 높이 및 재생도를 이 기간 말기에 측정한다. 결과는 표 2에 서술되어 있다.

3-포인트 굽힘 강도 측정을 0.25cm/분 (0.1 인치/분)의 크로스-헤드 속도에서 INSTRON Model 1125 시험 기계를 사용하여 예비성형물에 대해 측정한다. 시험 간격은 10mm (4인치)이다.

파괴 하중(파운드)은 챠트 기록지로 직접 기록된다. 곡선에 대한 탄젠트 선을 사용하여, 패드의 휨 인치를 0-0.9kg (0-2 파운드)로 계산하고, 휨으로 나누어, 파운드/인치로 강연도를 계측한다.

파괴 하중 및 강연도에 대한 평균 및 90% 신뢰도를 계측하고, 결과는 표 2에 서술되어 있다.

하기로 정의되는 측정된 성능 치수, MPI를

계측하고,결과는 표 2에 서술된다.

비교의 목적을 위해, 예측된 성능 지수를 계산한다. 상기 지수는 블렌드의 피브릴화 섬유 부분만이 사용될 때 기대된 값이다. 상기 예측된 요인을 능가하는 성능은 예비성형에 대한 스테이플 섬유 및 분말의 기여를 나타낸다.

하기 실시예에서, 다음의 것들은 본원에 사용된 특이한 다양한 블렌드 성분의 명칭이다.

실 시 예 2(비교)

4부의 피브릴화 아크릴 섬유 A 를 96부 Brake Mix A 에 첨가하고, Waring 블렌더 내 혼합하는 것을 제외하고는 일반식 I 의 절차를 다시 수행한다. 또한, 결과는 하기 표 2에 서술되어 있다.

실 시 예 3 및 4

하기 서술된 비로 구성된 4부의 혼성화 아크릴 구성물질 혼합물 :

을 96 부의 Brake Mix A 에 첨가하고, Waring 블렌더에 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1의 절차를 다시 수행한다. 상기 실시예는 분말 (A) 을 첨가하고, 결과얻어진 3가지 - 성분 시스템을 Brake MIx A, 즉,

와 함께 혼합하기 전에 피브릴화 섬유를 합하는데 사용되는 방법에 있어서만이 다양하다.

용이하게 인식될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 생산된 실시예 4의 예비 성형된 패드는 예기치않게 예비성형 강도, 예비성형 강연도 및 측정된 성능 지수(MPI) 에 있어서 실시예 3에 비해 우세하다.

실 시 예 5

30부의 피브릴화 섬유 A, 60부의 스테이플 H 및 10 부의 분말 A 로 구성되고, 수성 슬러리내에서 미리블랜딩된, 2부의 혼성된 아크릴 구성물질 혼합물을 98부의 Brarke Mix A 에 첨가하고, Waring 블렌더내 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1의 절차를 다시 수행한다.

성분들을 함께 50% 의 저속으로 설정된 Waring 블렌더를 사용하여 1% 고체물 슬러리내에서 30초 동안 혼합시켜 미리 블렌딩된 혼성된 구성물질 혼합물을 제조한다. 혼성된 구성물질 혼합물을 200 메쉬 막을 통해 배수시키고, 70℃ 에서 2시간동안 공기 건조시켜 상기 실시예에서 사용되는 건조한 혼성된 구성물질 혼합물을 생산한다.

결과는 하기 서술된 바와 같다.

생산된 예비성형물은 2.45 cm (0.966 인치)의 평균 두께를 가진다. 4시간 후의 재생률은 6.2% 이다. 상기 예비 성형물은 0.84 kg (1.85 pound)의 평균 강도 및 인치 당 17.69 kg (39 파운드)의 평균 강연도를 가진다. 계측된 성능 요소는 8.5 이다. 예비성형물은 붕해되지 않고 양호한 균질성을 갖는 높은 보존성을 갖는다. 가는선 균열이 예비성형물의 상단 표면상에서 관찰되나, 이는 단지 2% 만의 예비성형 보조제를 함유하는 예비성형물에 대해서는 일반적이지 않다.

용이하게 지적될 수 있는 바와 같이, 60% 이하의 스테이플은 상기 혼성화된 아크릴 구성물질 혼합물에서 사용될 수 있으며, 건조한 브레이크 혼합물에 적합한 예비성형 특성을 제공한다.

실시예 7-26

하기 피브릴화 섬유, 스테이플 섬유 및 분말을 지시된대로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1의 절차를 다시 수행한다. 유사한 결과가 얻어진다.

실시예 27 및 28

피브릴화 섬유, 스테이플 섬유 및 분말이 모두 아라미드 중합체로부터 생산되는 것을 제외하고는 실시예 1 및 5의 절차를 따로따로 수행한다. 유사한 결과가 얻어진다.

실시예 29 및 30

분말이 아라미드 중합체로부터 생산되는 것을 제외하고는 실시예 1 및 5의 절차를 따로따로 다시 수행한다. 유사한 결과가 얻어진다.

실시예 31 및 32

스테이플 섬유 및 분말 모두가 아라미드 중합체로부터 생산되는 것을 제외하고는 실시예 1 및 5의 절차를 따로따로 다시 수행한다. 유사한 결과가 얻어진다.

Claims (19)

1. 블렌드가 하기;

   a) 약 25 - 약 90 중량 %의 피브질화, 합성, 유기 중합체 섬유;

   b) 약 20 이상 - 약 60 중량 %의 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유 및

   c) 약 5 - 약 70 중량 %의 가용성, 합성, 유기 중합체 입자로 구성된 마찰 물질의 제조에 사용하기 위한 건조 블렌드를 제조하는 방법으로서, 약 5% 미만의 고체함량으로 물내, 성분 a) 및 b)를 단독으로 또는 성분 c) 와 합하여 블렌딩하고, 결과얻은 블렌드를 건조시키고, 미리 첨가되지 않았으면 성분 c)를 결과얻어진 건조 블렌드에 첨가하는 것으로 구성되는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, a), b), c) 중 하나 이상의 아크릴 섬유인 방법.
3. 제 1 항에 있어서,각각의 a), b) 및 c)가 아크릴 섬유인 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 아크릴 섬유가 아크릴로니트릴 중합체인 방법.
5. 제 3 항에 있어서,상기 아크릴 섬유가 아크로니트릴 중합체인 방법.
6. 제 1 항에 있어서, b) 가 약 5 - 7 mm 의 길이를 갖는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, a) 및/또는 b)중 하나 또는 둘다가 주름지는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, a) 및/또는 b)중 하나 또는 둘다가 미리산화되는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, a) 및 b)를 단독으로 브렌딩시키는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, a) 및 b)를 c) 와 합하여 블렌딩시키는 방법.
11. a) 약 25- 약 90 중량 %의 피브릴화, 합성, 유기 중합체 섬유,

    b) 약 20 이상 - 약 60 중량 %의 합성, 유기 중합체 스테이플 섬유 및

    c) 약 5- 약 70 중량 %의 가용성, 합성, 유기 중합체 입자로 구성된 건조 블렌드 약 1 - 약 30 중량 %로 구성된 건조 마찰 물질.
12. 제 9 항에 있어서, a), b) 및 c)중 하나 이상이 아크릴 중합체인 마찰 물질.
13. 제 9 항에 있어서,각각의 a), b) 및 c)가 아크릴 중합체인 마찰 물질.
14. 제 10 항에 있어서 상기 아크릴 중합체가 아크릴로니트릴인 마찰 물질.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 아크릴 중합체가 아크릴로니트릴 중합체인 마찰 물질.
16. 제 9 항에 있어서, b) 가 약 0.5 - 7.0 mm의 길이를 갖는 마찰 물질.
17. 제 9 항에 있어서, a) 및/또는 b) 중하나 또는 둘다가 주름진 마찰 물질.
18. 제 9 항에 있어서, a) 및/또는 b)가 미리 산화되는 마찰 물질.
19. a) 약 25 - 약 90 중량 %의 피브릴화 아크릴 또는 아라미드 중합체 섬유;

    b) 약 20 이상 - 약 60 중량 %의 아크릴 또는 아라미드 중합체 스테이플 섬유 및;

    c) 약 5- 약 70 % 가용성 아크릴 또는 아라미드 중합체 입자로 구성되는 건조 블렌드.