KR100415863B1 - 마찰재로사용하는조성물및이로부터제조된물품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매트릭스, 섬유, 충진제 및 마찰 조절제를 함유하고, 섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 유효량의 최소 한가지 성분이 조성물이 전자기 에너지의 존재하에 신속하게 경화되도록 효과적인 종횡비를 갖는 경화 촉진 화합물인 조성물 및 그 조성물을 경화하는 방법이 제공된다.

상기 조성물로 이루어진 물품은 브레이크 패드, 드럼 라이닝 및 클러치와 같은 마찰재 제조에 사용하기에 적합하다.

Description

마찰재로 사용하는 조성물 및 이로 부터 제조된 물품

브레이크 패드와 같은 것으로 사용하는 마찰재는 바람직한 혼합물이 얻어질 때까지 마찰 조절제, 보강 섬유 및 매트릭스를 혼합하여 일반적으로 제조된다. 그런 다음 그 혼합물을 성형, 바람직한 밀도로 압축, 경화제 및 매트릭스 사이에 반응을 안료하도록 정해진 시간동안 통상의 전기 혹은 스팀 챔버에서 가열된다.

오븐의 사용을 필요로 하지 않는 마찰재를 제조하는 방법 역시 알려져 있다. 그러나 상기 방법은 경화 속도가 느리다. 예를 들어 미국 특허 4,617,165를 참조하라 (12-24시간 경화). 상기 경화 시간은 온도 범위가 약 200-400℃로 설정된 통상의 오븐에서 예비-경화된 마찰재 혼합물에 존재하는 휘발물을 증발시킴으로써 약 4시간가량까지 줄어들 수 있다. 미국 특허 제 4,537,823 및 4,605,595를 참조하라. 상기 방법이 시간-소비가 적긴 하나, 이로 부터 제조된 상기 물질에 대한 매트릭스는 균일하게 경화하지 않는다.

공지진 방법에 따라 제조된 다수의 마찰재는 이들의 마찰 표면을 보다 개선하기 위하여 화면 및 플라스마에 의해 별도의 열처리(scorching) 방법을 거쳐야 한다. 이 같은 열처리 공정은 고가일 뿐만 아니라, 이에 의해 열처리된 층은 매우 얇다.

특정한 형태의 화합물에서 마이크로파가 가열을 일으키는 것으로 알려져 있다. Newnham 등의 "Fundamental Interaction Mechanisms Between Microwaves and Matter", 21Ceramic Transactions, Microwave: Theory And Application in Materials Processing51-68(1991)을 참조하라. 전자기 에너지를 사용하여 물질의 미세구조를 개선하여 균열 및 공극과 같은 결함이 없는 물질을 제조하려는 개념이 압분된 탄소질에서 성형된 코우크스를 제조하는 공정에 적용된 바 있다(미국 특허 제 4,412,841). 마찰재의 부위에서, 고주파 가열기를 이용하여 수지 시이트를 예비가열하여 그 공극도를 감소시켜 이들 시이트가 절단 및 경화되기 전에 보다 나은 압분체를 얻었으며(미국 특허 제 3,950,149)(연마 휠 제조), 뿐만 아니라 금속 백킹 플레이트와 이에 부착된 브레이크 라이닝(brake lining)사이의 접착층을 연화시키기 위하여 급속 백킹 플레이트를 가열하기 위해 고주파 가열기를 사용하였다(미국 특허 4,668,850 참조).

제조하는데 걸리는 시간이 줄 수 있도록 마찰재를 제조하는데 사용하기 적합한 신속 경화가능한 조성물을 갖는 것이 바람직하다. 또한 이들로 이루어진 마찰재가 공지의 마찰재가 갖는 어떠한 기계적 특성도 희생하지 않고 두껍고, 균일하게 경화된 예비연소(preburnish) 또는 열처리된 섹션(section), 선택적 기공성 및 조절가능한 압축성(compressibility)과 같은 특성을 갖는 조성물을 갖는 것이 요구될것이다.

본 발명은 마찰재의 제조에 사용하는 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 마찰재의 제조에 사용하기 적합한, 전자기 에너지로 신속하게 경화될 수 있는 조성물에 관한 것이다.

도 1(a)-1(c)는 마찰재내에 경화 촉진 화합물의 다른 배열을 도시한 3차원 입체도이다.

본 발명은 마찰재를 제조하는데 사용하기에 적합한 두껍고, 균일하게 경화된 예비 연소된 섹션, 선택적 기공성 및 조절가능한 압축성과 같은 특성을 갖는 신속하게 경화가능한 조성물뿐만 아니라 상기 마찰재를 신속하게 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면,

a)조성물의 마찰 및 마모 성능을 조절하기 위한 마찰 조절제(friction modifier);

b)조성물을 보강하기 위한 섬유;

c)조성물의 컨시스턴시(consistency)를 개선하기 위한 충진제; 및

d)조성물의 성분을 결합하기 위한 매트릭스; 로 이루어진 조성물이 제공되며, 섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로 부터 선택된 상기 성분중 최소 하나의 유효량은 상기 조성물이 전자기 에너지의 존재하에 신속하게 경화되도록 효과적인 종횡비(aspect ratio)를 갖는 경화 촉진 화합물로 이루어진다.

본 발명의 또다른 견지에 의하면,

a)섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 성분중 최소 하나의 유효량은 상기 마찰재가 전자기 에너지의 존재하에 신속하게 경화되도록 용기내에서 유효한 종횡비를 갖는 경화 촉진 화합물로 이루어져있는, 매트릭스, 섬유, 충진제 및 마찰 조절제를 용기내에서 합하여 이들 재료의 혼합물을 제조하는 단계;

b)상기 혼합물을 상기 마찰재로 성형하는 단계; 및

c)상기 마찰재를 상기 매트릭스를 경화하기에 충분한 시간동안 전자기 복사선에 노출시키는 단계; 를 포함하는 마찰재 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 또다른 견지에 의하면, 마모 표면으로 부터 백킹 플레이트를 갖는 맞물림(engagement) 표면까지 다양한 마찰 계수를 갖는 브레이크 패드에 사용하는 마찰재가 제공되며,

상기 마찰재는

a)전도도가 전자기 에너지의 결합을 촉진하는 유효한 종횡비를 갖는 섬유, 충진제, 마찰 조절제, 바인더 및 경화 촉진 화합물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

b)상기 혼합물을 주형(mould)내에 놓는 단계; 및

c)상기 주형내에 있는 동안 상기 혼합물을 상기 경화 촉진 화합물에 요구되는 열 반응을 일으키기에 충분한 시간동안 전자기 복사선에 적용하여 상기 바인더를 경화시키는 단계;로 제조된다.

본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드와 같은 마찰재는 신속, 균일 그리고 직접 원위치(in situ) 가열될 뿐만 아니라, 또한 경사 교차결합된 형태(gradient crosslinked morphology)를 갖는다. 따라서 가장 큰 마찰 계수는 최대 경화도가 일어나는 패드의 마찰 표면을 따라 발생할 것이다. 역으로 가장 낮은 경화도는 금속백킹 플레이트에 인접하고 마찰 표면에 대향하는 패드 표면을 따라 일어날 것이며, 따라서 마찰재-플레이트 결합의 퇴화를 방지한다. 경사 형태의 또다른 잇점은 마찰재의 제동(制動, damping)특성으로 따라서 이들의 충격 및 소음 흡수성이 또한 개선된다. 나아가 경화 온도를 단순히 올림으로써, 본 발명의 마찰재의 표면은 휘발되고 두껍고, 균일하게 열처리된 층을 형성하고, 이에 따라 회전자(rotor)와 이들 재료의 마찰 상호작용을 개선시킨다.

조성물내에 특정한 화합물을 선택적으로 가열하는 결과로서, 본 발명에 따라 제조된 마찰재의 성능은 또한 특정 적용처에 부합되도록 설계가능하며, 즉 미국 특허 제 4,735,975에서와 같이 기공도를 조절하여 퇴화성 및 내마모성을 개선하거나 혹은 기공도를 증대시켜 소음 감소를 도모할 수 있다. 또한 본 발명의 조성물내의 경화도 및 이들 조성물로 이루어진 마찰재의 전체 강도 역시 조정가능하다.

본 발명의 공정은 성형-후 냉각 단계를 생략할 뿐 아니라 또한 이롭게도 신속하고, 동시 경화 및 열처리하는 단계로 인해 마찰재를 제조 주기를 감소시킨다. 이로 부터 제조된 마찰재는, 다양한 형태 및 크기로 형성될 수 있으며, 또한 선행 기술의 마찰재보다 동일하거나 혹은 이보다 우수한 기계적 및 마찰(tribological) 특성을 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 따라 상세히 설명한다.

달리 특정한 언급이 없다면, 모든 량은 중량% 단위로 표시되었다.

본 발명은 a)조성물의 마찰 및 마모 성능을 조정하기 위한 마찰 조절제; b)상기 조성물을 보강하기 위한 섬유; c)상기 조성물의 컨시스턴시 및 가공성을 개선하기 위한 충진제; 및 d)상기 조성물의 성분들을 결합하기 위한 매트릭스;로 이루어진 조성물에 관한 것이며, 여기서 섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 부터 선택된 성분들중 유효량의 최소 한 가지 성분은 상기 조성물이 전자기 에너지의 존재하에 신속하게 경화되도록 효과적인 종횡비(aspect ratio)를 갖는 경화 촉진 화합물로 이루어진다.

본 발명의 조성물의 제1 성분은 마찰 파우더, 마모성 마찰 조절제 또는 윤활 마찰 조절제로 특징화될 수 있는 마찰 조절제이다. 마찰 파우더 마찰 조절제의 예로는 캐슈우(cashew), 견과(堅果) 껍질 및 마찰 더스트를 포함한다. 연마 마찰 조절제의 예는 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe₃O₄) 및 철 분말, 구리 더스트, 알루미늄 분말 및 강철 분말과 같은 금속 분말를 포함한다. 윤활 마찰 조절제의 예로는 몰리브덴 디술파이드(MoS₂), 안티몬 트리술파이트(SbS₃), 흑연 및 이들의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 마찰 조절제를 약 0.1-99%, 바람직하게는 약 1-60%, 보다 바람직하게는 약 2-50% 그리고 가장 바람직하게는 약 3-40% 함유한다.

본 발명의 조성물의 제2 성분은 합성 혹은 유기 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로 부터 선택될 수 있는 섬유 성분이다.

적절한 합성 섬유로는 고형분 상태에서 등방성(isotropic)인 어떠한 형태의 중합체를 포함한다. 바람직한 등방성 중합체는 이들의 분자구조 때문에 이방성들인 것이다. 특히 바람직한 이방성 중합체는 굴열성(屈熱性, thermotropic)인 중합체 즉, 중합체의 특성인 특정한 온도 범위에서 가열되는 경우 등방성 용융물을 형성하는 이방성 중합체이다. 이들 특히 바람직한 굴열성 중합체는 용융된 상태에서 전단 혹은 인장 유동 방향으로 배향하는 전단 혹은 인장 유동 경향을 나타낸다. 이같이 배향된 용융물은 등방성 중합체와 비교해 볼 때 고화후 비교적 큰 구조적 및 기계적 이방성을 나타낸다.

일반적으로, 본 발명의 실시에서 사용하는 이방성 중합체는 중합체 골격에 비교적 고도의 방향족을 함유하는 실질적으로 선형 봉 형태의 중합체이다. 유용한 이방성 중합체의 예는 예를 들면 미국 특허 5,104,599 및 5,225,489에 기술된 폴리에스테르와 같은 전체 방향족 폴리에스테르이다.

유용한 폴리아조메틴의 예가 미국 특허 제 4,048,148에 기술되어 있으며; 유용한 폴리에스테르아미드의 예는 미국 특허 4,272,625에 개시되어 있다.

바람직한 이방성 중합체는 방향족 디카복시산, 방향족 히드록시산 및 방향족 아미노산으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 하나 이상의 화합물과, 방향족 디올, 방향족 디아민, 방향족 히드록시 아민, 방향족 히드록시산 및 방향족 아미노산으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 하나 이상의 화합물을 반응시켜 얻은 순환(recurring) 분획을 갖는 것이다. 보다 바람직한 이방성 중합체는 하나 이상의 방향족 디카복시산과 방향족 디올, 방향족 디아민, 방향족 히드록시 아민, 방향족 히드록시산 및 방향족 아미노산으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 하나 이상의 화합물을 반응시켜 유도된 순환 분획을 갖는 것들이나, 혹은 방향족 히드록시산 혹은 방향족 아미노산의 자체 반응(self reaction)으로 유도된 것들, 혹은 방향족 히드록시산 및 방향족 아미노산으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 2이상의 산사이의 반응으로 유도된 것들이다.

유용한 유기 섬유의 예는 노볼락, 페놀 시아네이트, 페놀 에폭시드등과 같은 페놀 혹은 개질된 페놀뿐만 아니라 등방성 액정 중합체와 같은 방향족 액정 중합체로 부터 형성된 것이다. 상기 유기 섬유의 예는 가능한 매트릭스 화합물로서 상기된 것들을 포함한다.

본 발명의 실시에 사용하는 다른 유기 섬유는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 사라스(saras), 아라미드, 나일론, 폴리벤즈이미다졸, 폴리옥사디아졸, 폴리페닐렌("PPR"), 석유 및 석탄 피치(등방성), 메조상(mesophase) 피치, 셀룰로오스 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 섬유를 탄화시켜 유도된 것과 같은 흑연 및 탄소 섬유를 포함한다.

아라미드 섬유의 경우, 주로 방향족 폴리아미드로 부터 형성된 적절한 아라미드 섬유가 미국 특허 제 3,671,542에 기술되어 있다. 바람직한 아라미드 섬유는 강인성(tenacity)이 최소 약 20g/d, 인장율(tensile modulus)이 약 400g/d이상이고 파단 에너지(energy-to-break)가 최소 약 8joules/gram인 것이며, 특히 바람직한아라미드 섬유는 강인성이 최소 약 20g/d, 신장율이 최소 약 480g/d이상이고 파단 에너지가 최소 약 20joules/gram인 것이다. 가장 바람직한 아라미드 섬유는 강인성이 최소 약 20g/데니어(denier), 인장율이 최소 약 900g/데니어 이상이고 파단 에너지는 최소 약 30joules/gram인 것이다. 특히 유용한 아라미드 섬유는 폴리(페닐렌디아민 테레프탈아미드) 및 폴리(메타페닐렌)으로 이루어지는 것이다.

액정 공폴리에스테르(copolyester)의 경우에 있어서, 적절한 섬유는 미국 특허 3,975,487; 4,118,372; 및 4,161,470에 개시되어 있다. 상기 공폴리에스테르는 강인성이 약 15-30g/d이고 바람직하게는 약 20-25g/d이며, 인장율은 약 500-1500g/d, 바람직하게는 약 1000-1200g/d인 것이 특히 바람직하다.

상기 조성물은 조성물의 총중량을 기준으로 상기-언급된 합성 혹은 유기 섬유를 약 0.1-90중량%, 바람직하게는 약 0.1-50중량%를 함유한다.

사용할 수 있는 기타 섬유로는 세라믹 혹은 금속 섬유와 같은 무기 섬유를 포함한다. 본 발명의 실시에 사용하기에 유용한 무기 필라멘트의 예는 석영, 마그네시아 알루모실리케이트, 비-알칼리성 아연 보로(boro)알루미나, 비-알칼리성 철 알루미노실리케이트, 카드뮴 보레이트와 η,δ 및 θ상 형태인 "사필(saffil)" 섬유를 포함하는 알루미나를 포함하는 유리; 석면(asbestos); 보론; 예를 들어 실리콘 카바이드, 티타늄 보라이드, 지르코늄 카바이드 및 보론 니트라이드와 같은 금속 및 비-금속 산화물과 같은 세라믹; 및 니켈, 강철, 철, 놋쇠, 알루미늄, 구리, 티타늄과 같은 금속 및 망간, 티타늄, 니켈 및 알루미늄과 같은 합금;으로 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 유용한 무기 섬유는 S-글라스, S₂-글라스, E-글라스등과 같은 유리 섬유; 실리콘 카바이드 섬유등과 같은 세라믹 섬유; 및 아라미드, 액정 공폴리에스테르등과 같은 방향족 폴리아미드 혹은 폴리에스테르 섬유;이다. 본 발명의 조성물은 비-금속 무기 필라멘트 약 0-90%, 바람직하게는 약 1-60% 및 금속 섬유 약 0-90%, 바람직하게는 1-65%를 함유한다.

상기 섬유는 여러 가지 구조를 갖는 망상 구조로 배열될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "섬유"란 그 길이가 단면의 폭 및 두께의 치수보다 훨씬 큰 신장체를 의미한다. 따라서 본 명세서에서 사용된 용어 섬유는 규칙적이거나 불규칙한 단면을 갖는 모노 필라멘트 신장체, 멀티필라멘트 신장체, 리본(ribbon), 스트립 (strip), 필름뿐만 아니라 상기중 하나 혹은 여러개를 혼합한 것도 포함한다. 예를 들어 복수의 필라멘트를 여러개 그룹화하여 다양한 배열의 꼬였거나 꼬이지 않은 섬유 다발을 형성할 수가 있다. 상기 필라멘트 혹은 사(yarn)는 망상 구조로된 펠트, 편직되거나 직조(평직, 섬유 바스켓(fiber basket), 새틴 및 주름진 직물(crow feet weaves)등)로서 형성되거나, 부직포로 제조되거나, 평행한 어레이로 배열되고, 층을 이루거나 혹은 어떠한 다수의 통상의 기술에 의해 직조된 직물로 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 섬유는 실질적으로 평행하고 단일 방향으로 정렬되어 매트릭스 물질이 각각의 섬유를 실질적으로 피복하는 단축(uniaxial)층을 형성한다. 2이상의 상기 층은 각 층이 인접한 층에 대하여 회전되는 피복된 단일 방향성 섬유의 다층을 갖는 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 일례로는 제1층에 대하여 +45°, -45°, 90° 및 0°회전된 제2, 제3, 제4 및 제5층을 갖는 복합물이나, 반드시 순서가 필요한 것은 아니다. 다른 예는 섬유 혹은 필라멘트가 0°/90°배치된 층을 포함한다. 상기 바람직한 망상 구조를 제조하기 위한 절차 및 물질은 미국 특허 4,457,985; 4,613,535; 4,748,064; 4,916,000; 4,403,012; 4,623,574;및 4,737,402에 상세히 기술되어 있다.

청구된 조성물의 제3 성분은 충진제(filler)이다. 이 기술 분야에 알려진 어떠한 충진제도 본 발명에 사용하기에 적합하며, 예를 들어 이로서 한정하는 것은 아니나 고무 스크랩(rubber scrap), 백악(白堊, whiting), 운모, 해저탄(seacoal), 웰레스토나이트(wallestonite), 알루미나, 실리콘 카바이드, 시아나이트, 점토, 실리카, 놋쇠 조각(brass chips), 구리분, 아연, 철분, 알루미늄, 바티레스(bartyles), 황산 바륨(BaSO₄) 및 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 조성물은 충진제를 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1-99%, 바람직하게는 약 1-80%, 보다 바람직하게는 약 5-75% 그리고 가장 바람직하게는 약 3-60%를 함유한다.

청구된 발명의 제4 성분은 열가소성 수지, 열경화 수지 및 이들의 조합으로 부터 선택된 매트릭스(혹은 "바인더")이다. 사용된 수지의 형태는 중요하지 않으며 이 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 알려진 실질적으로 어떠한 열가소성 혹은 열경화성 수지도 사용될 수 있다.

본 발명의 조성물의 매트릭스 성분으로서 사용하기에 바람직한 수지는 페놀 및 페놀 유도체와 같은 비-헤테로고리형 방향족 중합체, 방향족 폴리아미드, 방향족 폴리에스테르 및 기타 폴리페닐렌과 메조상 피치와 같은 기타 방향족 중합체, 및 이들의 공중합체와 혼합물이다. 보다 바람직한 수지는 페놀 수지 및 예를 들면 히드록시기가 예를 들어 시아네이트, 에폭시 및 알킬기와 같은 교차결합성 분획으로 유도된 페놀성 수지와 같은 여러 가지 개질된 페놀 수지이다. 가장 바람직한 수지는 경화동안 휘발물을 발생하지 않는 고온 저항성 수지등이며, 시아네이트화 페놀과 페놀-트리아진 수지, 보다 바람직하게는 시아네이트화 페놀과 같은 수지이다. 시아네이트화 페놀 및 페놀-트리아진 수지의 예는 예를 들면 미국 특허 4,831,086에서 발견될 수 있다.

본 발명의 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기한 매트릭스를 약 0.5-99%, 바람직하게는 약 3-60%, 보다 바람직하게는 약 6-55% 그리고 가장 바람직하게는 약 6-45%를 함유한다.

일반적으로 본 발명에 사용하기에 적합한 매트릭스, 섬유, 충진제 및 마찰 조절제 성분은 통상적으로 구입 가능한 것이거나 각 개별 성분에 대해 인용된 문헌에 기술된 기술에 의해 편리하게 제조될 수 있는 것이다.

본 발명의 한가지 중요한 특성은 마찰 조절제, 충진제, 섬유 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 하나의 성분의 유효량은 상기 조성물의 X-Y 평면이 요구되는 정도까지 균일하게 경화되도록 전자기 에너지를 효과적으로 흡수하는 효과적인 구조 혹은 "종횡비"를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 용어 "종횡비"는 성분의 직경에 대한 길이비이다.

또다른 중요한 특징은 상기 적절한 종횡비를 갖는 충분한 량의 이들 성분은 "경화 촉진" 화합물인 것이다. 본 명세서에서 사용된 "경화 촉진" 화합물이란 유전 손실(dielectric loss)이 약 0.000001-약 1.0이고, 바람직하게는 약 0.05-약 0.6 그리고/또는 저항은 약 1×10^-10∼1×10⁺⁸Ωcm, 바람직하게는 약 1×10^-8∼1×10⁺⁴Ωcm인 성분을 의미한다.

본 발명에 사용하기에 적합한 "경화 촉진" 마찰 조절제 및/또는 충진제 성분의 예는 1)"연마(ground)", "절단(chopped)" 혹은 "짧은(short)" 원통; 2) "긴" 원통; 3) 판(plate); 4) 입자(particle); 혹은 5) 이들의 조합;으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 배열을 갖는다. 마찬가지로 적절한 "경화 촉진' 섬유 성분은 "연마", "절단" 혹은 "짧은" 원통 구조이거나, "긴" 원통 구조 혹은 이들의 조합일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "절단(chopped)"혹은 "짧은"섬유란 길이가 약 0.01cm이상이고, 직경이 약 1cm이하이며 "종횡비"가 약 1.05이상인 섬유상(fibrous) 혹은 침상(acicular) 섬유를 의미한다. 단섬유의 종횡비는 바람직하게는 약 1.5-3000, 가장 바람직하게는 약 1-2500이다.

본 명세서에서 사용된 용어 "긴 섬유(장섬유)"란 약 1cm에서 거의 무한대까지의 매우 긴 길이와 함께 단섬유의 직경과 비슷한 직경을 갖는 섬유를 의미한다. 긴 섬유의 종횡비는 약 3이상이다.

본 명세서에서 언급된 "입자"는 직경과 대략 동일한 길이를 갖으며, 종횡비가 약 1인 마찰 조절제 혹은 충진제 성분의 구조를 의미한다.

본 명세서에서 언급된 "판"은 길이가 약 0.001cm이상, 직경이 약 10cm 이하 그리고 "종횡비"는 약 0.995이하인 마찰 조절제 혹은 충진제의 구조를 의미한다.

성분의 종횡비 혹은 길이에 최대치가 없고 파티클의 직경에 최저치가 없다고 하여도, 본 발명에 사용하기 적합한 "경화 촉진" 화합물의 효과적인 종횡비는 바람직하게는 약 0.1이상, 보다 바람직하게는 약 0.2이상 그리고 가장 바람직하게는 약 0.3이상이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 경화 촉진 화합물은 평균 길이가 약 0.00005cm-5cm, 보다 바람직하게는 약 0.005cm-1.5cm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.05cm-1.25cm이며, 상기 경화 촉진 화합물의 길이 분포는 약 X±0.1X∼X±X, 바람직하게는 약 X±0.2∼X±X, 보다 바람직하게는 약 X±0.3X∼X±X, 가장 바람직하게는 약 X±0.4X∼X±X, 및 가장 최상의 결과는 약 X±0.5X∼X±X로 다양할 수 있으며, 여기서 X는 경화 촉진 화합물의 평균 길이이다.

경화 촉진 화합물의 평균 직경은 약 0.00005-0.5cm, 바람직하게는 약 0.0005cm-0.025cm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.0005-0.01cm이며, 상기 혼합물내에서 경화 촉진 화합물 성분의 직경 분포는 약 Y±Y, 바람직하게는 약 Y±0.2Y∼약 Y±Y, 보다 바람직하게는 약 Y±0.3Y∼약 Y±Y, 가장 바람직하게는 약 Y±0.4Y∼약 Y±Y이고 최상의 결과는 약 Y±0.5Y∼약 Y±Y이하이며, 여기서 Y는 혼합물내에서 경화 촉진 화합물의 평균 직경이다. 상기 직경은 길이 분포에 대하여 상기 기술된 바와 같이 광범위하게 변할 수 있다.

여러 가지 형태의 경화 촉진제 화합물을 제조하는 기술은 이 기술 분야에서 공지되어 있으며 예를 들어 Savage Carbon-Carbon Composites(1993)에 기술되어 있다.

일반적으로 본 발명에서 이용하기에 적합한 "경화 촉진" 화합물은 이들의 전도도가 전자기 에너지, 바람직하게는 마이크로파 에너지의 결합을 촉진하는 물질을 포함한다. 마이크로파는 진동수가 약 0.3GHz-300GHz에서 파장이 약 100cm-0.1cm이다. "경화 촉진" 화합물의 예는 풀러린(fullerine), 흑연 및 다이아몬드와 같은 카본; 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 마그네슘(Mg) 및 몰리브덴(Mo)과 같은 금속; 산화제2철(FeO₃), 산화제1구리(CuO), 3산화 코발트(Co₂O₃), 산화 니켈(NiO)와 같은 혼합된 원자가(valent) 산화물; 및 황화납(PbS), 황화철(FeS₂) 및 황화 구리철(CuFeS₂)과 같은 술파이드 반도체 물질; 및 이들의 혼합물을 포함하는 것이다. 바람직한 경화 촉진 화합물은 흑연 및 철, 산화제2철, 황화철 및 황화 구리철과 같은 자분(磁粉, magnetic particle)을 포함하며, 흑연이 보다 바람직하다.

본 발명자들은 특정화된 구조를 갖는 유효량의 상기 경화 촉진 성분을 편입함으로써, 그리고 본 발명의 조성물에 특정한 범위에 따라 상기 성분을 분포시킴으로써, 이들 경화 촉진 성분은 주조/경화 사이클 시간의 감소 및 결과물인 마찰재의 성능에 유해한 영향을 미치지 않고 조성물의 가열 효능에 기여할 수 있음을 발견하였다. 본 명세서에서 사용된 경화 촉진 화합물의 "유효"량이란 바람직한 경화 정도를 얻는데 필요로 되는 "경화 촉진" 화합물의 양을 의미한다. 이 기술 분야에서 숙련된 자라면 바람직한 경화도를 제공하는데 필요로 되는 경화 촉진 화합물의 적절한 양 및 크기를 쉽게 결정할 수 있다. 각 경화 촉진 화합물은 전자기 에너지의 존재하에 열을 흡수 및 발생하는 "도체"로서 작용하는 것으로 여겨지며 따라서 본 발명의 조성물의 경화 속도를 촉진하게 된다.

본 발명의 조성물은 외관 및 특성 개선을 위해 부가 성분을 또한 포함할 수 있다. 상기 기타 첨가제로는 미립자 충진제, 착색제, 산화방지제, 안정화제 등을 포함한다. 상기 첨가제의 성질은 매우 광범위하며 상기 조성물내에 함유된 경화 촉진 화합물 및 매트릭스의 성질등에 따라 좌우될 것이다. 상기 첨가제의 양은 매우 다양할 것이다. 상기 첨가제의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0-80%, 바람직하게는 전술된 기준으로 약 30-50%로 다양할 것이다.

고무, 즉 연마(ground) 고무와 같은 상업적으로 이용가능한 충격 조절제 및 탄성 중합체(elastomer)는 또한 본 조성물에 임의로 사용될 수 있다. 상기 충격 조절제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0-30%, 바람직하게는 약 0.5-10%의 양으로 사용될 수 있다.

수산화칼슘(Ca(OH)₂)와 같은 PH 조절제는 또한 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0-35%, 바람직하게는 약 0-10%의 양으로 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다.

본 발명의 조성물은 모든 필수 성분뿐만 아니라 어떠한 임의의 성분을 건조혼합, 용융 혼합, 혹은 압출기나 기타 혼합기 형태에서 주위 조건하에 혼합하는 것과 같이, 이 기술 분야에서 잘 알려진 통상의 혼합 기술에 의하여 혼합하여 제조될 수 있다.

본 발명에 사용하기에 적합한 경화 촉진 화합물은 예를 들어 입자 형태내에서 경화 촉진 화합물을 도시한, 도 1에 도시된 어느 하나의 혼합물에서 마찰재내에 배열될 수 있다. 예를 들면 상기 마찰재는 도 1a에 도시된 바를 통하여 균일하게 분산된 경화 촉진 화합물로 이루어진 단일 구조일 수 있다. 선택적으로 상기 물질은 1) 1층은 경화 촉진 화합물이 없는 본 발명의 조성물로 이루어진 층에 인접한 경화 촉진 화합물로 이루어진다(도 1b); 혹은 2) 하나 이상의 층이 경화 촉진 화합물이 없는 본 발명의 조성물로 이루어진 2이상의 층사이에 삽입된 경화 촉진 화합물로 이루어진다(도 1c);로 이루어진 다층 구조일 수 있다.

경화되는 경우, 상기 조성물은 경화된 조성물이 French, "Crosslink Density from Sol-Gel Contents", A11(3) J. Macromol. Sci. 643-666(1977)에서 제공된 방법에 의해 아세톤으로 추출되는 경우, 고도의 경화도, 즉 약 99%이상을 나타내는 추출가능한 아세톤을 낮은 %로 갖는다. 이는 화합물의 분자량이 교차결합하는 동안 증가하기 때문에, 아세톤에 대한 용해성은 감소되는 것이다.

본 발명의 조성물은 자동차, 트럭, 비행기, 기차, 자전거용 드럼 라이닝, 클러치, 및 브레이크 패드와 같은 마찰재를 포함하는, 여러 가지 제조 물품내로 제조될 수 있다.

본 발명의 조성물의 대체 실시예는 연속 카본 및 흑연 섬유와 같은 경화 촉진 화합물 및 탄소-탄소 복합 배열내에 매트릭스를 포함한다. 상기 탄소-탄소 복합 물질은 항공기 또는 경주용 차 브레이크에 사용하기에 특히 적합하다. 종횡비가 무한대에 접근하는 경화 촉진 화합물, 즉 필라멘트는 탄소-탄소 복합물에 사용하기에 바람직하다. 상기 탄소-탄소 복합물은 경화 이송 성형, 침투 및 풀트루젼(pultrusion)의 수단에 의한 것과 같이, 이 기술 분야에서 알려진 통상의 방법에 의해 제조될 수 있다. Savage, Carbon-Carbon Composites(1993)을 참조하라.

본 발명의 또다른 견지는 매트릭스, 충진제, 섬유 및 마찰 조절제 뿐만 아니라 기타 임의의 성분을 건조 혼합 혹은 용융 혼합과 같은 통상의 기술을 사용하여 혼합하거나 혹은 압출기 혹은 기타 혼합기의 형태에서 혼합하는 초기 단계를 포함하는 마찰재를 제조하는 방법이 제공된다.

그런 다음 결과물인 혼합물을 전형적으로 혼합물에 요구되는 적절한 형상 및 크기를 갖는 주형을 충진함으로써 바람직한 최종 산물의 형태로 성형된다. 주형내로 혼합물을 놓을 뿐만 아니라 가열 챔버로 상기 주형 혹은 마찰재 자체를 운반하기 위한 어떠한 통상의 기술이 사용될 수 있다. 상기 기술은 이 기술 분야에 공지되어 있으며 미국 특허 제 4,617,165, 4,537,823 및 4,605,595에 기술되어 있다.

주형의 크기, 형상 및 조성은 마찰 물품의 요구되는 최종 사용에 따라 다양할 수 있다. 주형의 크기, 즉 폭 및 길이는 물품이 무거운 운송처를 정지하기 위해 브레이크 패드 혹은 드럼 라이닝으로서 사용되는 경우에 일반적으로 보다 크며 즉 약 0.05㎤-300,000㎤이다. 역으로 보다 소형 운송차, 즉 자전거를 정지하기 위한수단으로서 사용되는 경우에 상기 주형은 일반적으로 보다 작게 된다.

상기 주형의 형상은 불규칙적이거나 규칙적일 수 있다. 유용한 형상의 예로는 예를 들면 정사각형, 직사각형, 원통형 및 삼각형, 오각형 및 육각형과 같은 다각형을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주형은 정사각형, 직사각형 혹은 원통형이다. 나아가 상기 주형의 형태는 경화 촉진 화합물의 배열, 즉 상기한 단일 혹은 다층 구조에 따라 좌우된다.

상기 주형은 중합체 복합물과 같은 물질, 즉 유리 섬유 보강 복합물 혹은 본 명세서에서 사용되는 높은 경화 온도를 지탱할 금속으로 이루어져야 한다.

가열 챔버에 있는 동안, 주형내이거나 혹은 이 기술 분야에서 알려진 통상의 압축 수단에 의해 이로 부터 압축된 다음, 상기 마찰재는 전력이 약 0.05W 이상, 바람직하게는 약 0.05W-1000KW 그리고 보다 바람직하게는 약 500W-500KW이고, 주파수가 약 0.954GHz-2.45GHz로 제공된 전자기 방사선에 노출된다. 유전(혹은"마이크로파")뿐만 아니라 자기(혹은 "유도(inductive)") 가열이 본 발명에서 필요로 하는 전자기 에너지에 대한 공급원으로서 사용될 수 있다. 마이크로파 가열은 본 발명의 조성물에서 단지 특정 화합물만을 가열하는데 대하여 보다 큰 선택도를 갖으므로 바람직하다.

상기 마찰재는 마찰재내의 매트릭스를 경화하기 위하여 가열 챔버내에 있는 동안, 약 10℃-2500℃, 바람직하게는 약 20℃-300℃의 온도에서, 약 1-3시간, 바람직하게는 약 3-60분 동안 방사선에 노출된다.

이같은 전도성 경화 촉진 화합물을 사용함으로써, 매트릭스와 각각의 경화촉진 화합물에 인접하여 위치된 마찰 패드의 기타 성분은 전자기 방사선에 노출시 가열되고 타버린다. 이뿐만 아니라 마이크로파 에너지가 물질을 내부로 부터 가열하는 현상은 통상의 수단에 의해 경화되는 물질과 비교하여 볼 때 본 발명의 마찰재의 고도로 기공성인 형태에 기여한다.

따라서 본 발명의 마찰재의 기공성 및 전체 강도는 경화 촉진 화합물의 적절한 종횡비 및 분포를 선택함으로써 제어될 수 있으며, 전자기 에너지 및 그 수반물(concomitant)을 둘다 흡수하여 경화동안 온도를 올린다. 경화 촉진 화합물에 근접한 모든 유기 물질은 전자기 에너지에 노출하는 동안 마찰재내에 동공 혹은 공극을 남기면서 "타버릴" 것이다. 경화 촉진 화합물의 배치 및 이에 따라서 조성물의 기공도를 조정함으로써, 패드 및 고정자(stator)사이의 내마찰성 뿐만 아니라 "노이즈"는 제어될 것이며, 즉 기공성이 증가함에 따라. "노이즈"는 감소되는 것이다.

전자기 에너지의 파가 마찰재의 표면내로 흡수될 뿐만 아니라 경화 동안 마찰 물질이 지지되는 플레이트에서 반사되기 때문에, 그 결과물인 마찰재는 경사 교차결합 형태를 갖는다. 이는 경화 공정동안, 마찰재의 표면이 보다 고온에 노출되고, 보다 고도의 경화를 수행하고, 따라서 약 0.0005cm-1.5cm, 바람직하게는 약 0.01cm-0.3cm로 변화할 수 있는 깊이를 갖는 열처리된 표면 층을 형성한다. 상기 마찰재-플레이트 결합은 백킹 플레이트에 인접한 마찰재의 층이 이로 부터 반사하는 에너지 파에 기인하여 저온에만 노출되므로 경화 공정동안 약화되지 않는 잇점이 있다.

하기 실시예는 본 발명의 보다 완전한 이해를 돕고자 하는 것이다. 특정 기술, 조건, 원료, 비율 및 보고된 데이터는 본 발명의 원리를 예시하도록 열거된 것이며, 또한 본 발명의 실시는 예시인 것으로써 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

본 실시에에 의해 제조된 경화 물질의 특성을 다음과 같이 측정하였다:

a)강도(Pa) 및 밀도(gm/cc): 원형 표면 직경이 약 1.95cm(0.75인치)이고 두께가 약 1.905cm(0.25인치)인 시료를 중력계로 밀도에 대하여 시험하였다. 압축 강도를 시험하기 위하여, 비슷한 치수를 갖는 다른 시료를 힘 게이지(force gauge)가 장착된 수압기(hydraulic press)를 압판(platen)에 놓았다. 압축 강도는 시료를 파괴하는데 소요되는 최종 힘을 시료의 표면적으로 나눔으로써 결정되었다. 휨 강도는 ASTM D790에 기술된 방법으로 측정되었다.

b)기공도(porosity): 시료의 기공도를 하기와 같이 밀도로 부터 계산하였다:

기공도% = 100× {이론적 밀도 - 실제 밀도}/이론적 밀도이며,

여기서 이론적 밀도는 성분의 비 밀도(specific density)의 총합에 상당한다.

c)동적 기계적 특성: 시료의 영률(Young's Modulus)(Pa) 및 Tan δ = (손실된 영률)/축적된 영률)을 Ferry, "Viscoelastic properties of Polymers," 124 (3판, 1978) 및 Nielsen, "Mechanical Properties of Polymers and Composites", 54(1976)에 기술된 방법에 의해 측정하였다.

약 3.8cm×약 0.635cm×약 0.312cm 크기의 각 시료 혹은 스트립을Rheometrics, Inc.로 부터 구입한 Rheometric Dynamic Spectrometer에 놓고 약 3℃/분의 속도로 아르곤의 존재하에 약 1Hz의 변형(strain) 사이클 진동수로 가열하였다. 연구된 상기 온도 범위는 25℃-400℃이다.

d)경화의 가열(J/g): 각 시료를 막자 사발(mortar) 및 막자(pestle)로 분말 형태로 연마하였다. 분말 약 8.5mg-10mg을 Perkin-Elmer로 부터 구입한 Series Thermal Analysis System Differential Scanning Calorimeter내에서 질소의 존재하에 온도 약 10℃-250℃, 스캐닝 속도 약 5.0°/min로 질소의 존재하에 2분간 가열하였다.

e)아세톤 추출: 약 10분간, 유리 섬유 딤블(thimble)을 약 110℃로 예열된 Fisher Scientific 등온 진공 오븐에서 건조하였다. 그런 다음 상기 딤블을 또다시 10분간 실온에서 Fisher Scientific 데시케이터에 방치한 다음 칭량하였다. 성형 물품 시료를 분말로 파쇄하고, 냉각된 딤블내에 방치한 다음 칭량하였다. 상기 분말-충진된 딤블을 Fisher Scientific로 부터 구입가능한 유리 환류기에서 약 2시간동안 환류하에 아세톤으로 추출하였다. 그런 다음 상기 분말-충진된 딤블을 상기 실온 데시케이터에 20분간 방치한 다음 칭량하였다.

f)마찰 및 마모: 성형 물품 시료의 마찰과 마모를 Chase Test(Test 방법 SAE J661)로 평가하였다.

실시예 1. 마찰재 조성물의 제조

상표 "Kevlar"로 DuPont Chemical로 부터 제조된 폴리(방향족 아미드) 펄프 3.0g을 약 0.5ℓ(2 쿼트(quart)) Patterson-Kelly 혼합기내에서 입자 직경이 약0.03cm인 흑연 분말 0.4g과 3825rpm의 속도로 3분간 혼합하였다. 여기에 입자 크기가 약 0.124cm인 흑연 칩(chip) 6.0g과 안티몬 트리술파이드 4.9g을 첨가하고나서 그 결과물인 혼합물을 추가로 5분간 약 3825rpm으로 혼합하였다.

헥사메틸렌 테트라아민 경화제 약 7.5중량%, 캐슈 넛쉘(cashew nutshell) 마찰 더스트 3.4g, 연마 고무 4.5g 및 황산 바륨(BaSO₄) 33.2g을 함유하는 상표 "Durite FD-2166A"로 Borden Chemicals(Ohio)로 부터 구입한 열경화성 페놀 수지 6.1g을 여기에 첨가하고 약 3825rpm으로 추가로 6분간 혼합하였다.

여기에 운모 8.0g을 첨가하고, 약 3835rpm으로 10분간 부가 혼합하였다.

L/D비가 약 15인 탄소 섬유 1.2g, L/D비가 약 6인 구리 섬유 20g, 입자 직경이 0.03cm인 아연 분말 6g 및 L/D 비가 약 10인 시잘마(sisal) 섬유 9.0g을 여기에 첨가하고 20분간 약 3825rpm으로 부가 혼합하였다.

실시예 2: 마찰재의 성형

실시예 1에서 제조된 조성물 120g을 주위 조건하에 #9DT-0035 Raloid Tooles 주형내에 놓았다. 상기 주형을 250℃로 예열된 40톤 Wabash 압축기의 압판내에 놓은 다음 압축판를 닫았다.

닫혀진 압축판의 주형내에 압력을 약 204atm(3kpsi)를 유지하고 약 30분후, 주형내에 온도를 약 148℃로 올렸다. 그런 다음 압축기의 온도를 "자동 가열"로 조정하고 여기서 약 3.5분간 유지하였다. 그런 다음 상기 주형을 압판의 내부를 통하여 물을 약 35분간 순환시킴으로써 실온까지 냉각시켰다.

비교예 3-1: 통상의 가열에 의해 가열-압착된 물품의 경화

실시예 2에 기재된 방법에 의해 제조된 성형품의 시료를 260℃로 예열된 Fisher Scientific 오븐에서 14시간동안 온수를 순환하면서 경화시켰다. 상기 경화된 시료의 특성을 평가한 결과를 하기표 1에 요약하였다.

시료의 온도는 오븐에 장입시 약 110℃였다. 경화후, 경화된 시료내에서 균열 및 부유(float)가 명백히 나타났다. 이는 상승된 초기 온도를 갖는 마찰재 조성물은 통상의 에너지 수단을 이용하여서는 성공적으로 경화될 수 없음을 예증하는 것이다. 균열 및 부유없는 물질을 제조하기 위해서는 통상의 오븐에서 경화하기 전에 마찰재를 대략 실온까지 냉각할 필요가 있는 것이다.

실시예 3: 마이크로파 에너지에 의한 경화

실시예 2에 기재된 방법에 의해 제조된 성형 물품 시료를 Cober Electronics로 부터 얻어진 BPH 7000 마이크로파 오븐에서 1.2kW 및 2.45gHz에서 약 1분간 마이크로파 에너지로 경화하였다. 경화된 시료의 특성을 평가한 결과를 하기표 1에 요약하였다.

(1) 완전히 경화된 패드(pad)에 대하여, 최대 이론적 아세톤 추출가능량은 1.2239중량%

(2) 가열-압착 조건: 성형 온도가 148℃ 대신 204℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건

(3) 가열-압착 조건: 주조 온도가 204atm(3kpsi)에서 148℃대신 408atm(6kpsi)에서 234℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건임.

상기 표 1로 부터 전자기 에너지로 경화된 물품은 통상의 가열로 경화된 물품의 물리적 및 마찰 특성과 같거나 더 우수함을 알 수 있다.

오븐에 장입시 시료의 온도는 약 110℃였다. 경화후, 시료내에서 균열 혹은 부유가 명백히 나타났다. 이는 상승된 예비-경화 온도를 갖는 본 발명의 마찰재 조성물이 마이크로파 오븐내에서 성공적으로 경화될 수 있음을 예시하는 것이다. 따라서 예비-경화된 조성물을 냉각하는 단계는 생략되고, 나아가 경화된 마찰재를 제조하는데 걸리는 주기가 감소한다. 나아가 에너지 소비량은 경화도중 오븐에서 실온으로 부터 조성물을 가열할 필요가 없으므로 또한 감소된다.

실시예 4.1: 화학적 성분-경화 촉진제의 효과

실시예 1의 페놀 수지 약 4g을 150ml 비커내에서 여러 가지 경화 촉진 화합물 약 1g과 혼합하고 균일할 때까지 교반하였다. 결과물인 혼합물 5g을 패드로 성형하고 경화 시간을 20초로 한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건하에서 동일한 방법으로 경화하였다. 상기 경화된 마찰재에 수행한 아세톤 추출 시험 결과를 하기표 2에 나타내었다.

상기표 2로 부터 경화 촉진제의 크기 및 형태는 마찰재내에 경화도에 영향을미침을 볼 수 있다. 분명히 흑연 및 구리 섬유는 마이크로파 에너지로 페놀 수지를 경화하는 동안 효과적인 촉진제인 반면, 그밖의 성분은 경화 반응을 촉진하는데 거의 기여하지 않는다. 나아가 흑연 화합물은 보다 낮은 가로세로 비에서 보다 효과적인 것이 명백하다.

마이크로파 에너지에 의한 경화 반응의 통제 파라미터(governing parameter)는 마찰재의 질량, 비열, 유전 특성, 기하학, 열 손실 메카니즘, 결합 효율, 내부에서 발생된 전력뿐만 아니라 마이크로파/유전 가열의 외부 전력이다. 모든 조건이 같다면, 경화 속도는 특정한 한계내에서 전자기 가열 단위에 대한 외부 전력을 올림으로써 빨라질 수 있다. 예를 들면 내부 전력에 있어서 1.2kW에서 7kW로 증가는 본 발명의 조성물의 경화 시간을 약 20초에서 약3초로 감소시킬 것이다.

실시예 4.2 매트릭스의 성질이 미치는 효과

AlliedSignal inc, Morristown, new Jersey로 부터 얻은 중량 평균 분자량이 약 3745, 수 평균 분자량이 약 1291이고 분자량 분포가 약 2.9인 PT 수지 50g과 실시예 1에서의 열경화성 페놀 수지 50g을 경화 시간이 60초인 것을 제외하고는 실시예 2 및 3에 기재된 동일한 조건하에서 동일한 방법으로 성형하고 경화하였다. 상기 경화된 조성물의 아세톤 추출성을 하기표 3에 나타내었다.

상기 표 3으로 부터 PT 수지가 페놀 수지보다 마이크로파 에너지에 대하여 보다 활성있다, 즉 보다 낮은 아세톤 추출으로 높은 경화도를 나타냄을 볼 수 있다.

실시예 5: 경사 경화

실시예 2에 기술된 방법에 의해 제조된 물품의 시료를 실시예 3의 오븐에서 3.6kW 및 2.45 GHz의 조건하에 마이크로파 에너지로 약 1분간 경화하였다. 치수가 약 3.8cm×약 0.635cm×약 0.312cm인 시험 스트립을 경화된 시료의 상부(마찰 표면), 중앙 및 하부(금속 플레이트에 인접면)으로 부터 취하였다. 상기 시료의 동적 기계성 및 아세톤 추출성을 하기표 4에 요약하였다.

"Tan δ"은 마찰재의 제동을 측정하는데 사용된다. 보다 구체적으로는 Tan δ가 높을수록, 경화도는 낮아지고 물질의 제동 능력은 커진다.

상기표 4로 부터 마이크로파 에너지로 경화된 시험 스트립은 보다 낮은 경화도, 즉 보다 높은 아세톤 추출 및 유리 전이 온도를 갖는 하부층에서 경사 경화를 갖고, 따라서 상부 표면층보다 큰 점탄성을 갖는다. 상기 하부 층에는 경화후 상당수의 점탄성이 남아 있기 때문에, 결과물인 시험 스트립은 실제 제동도중 생성된 다량의 진동 에너지를 흡수할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 패드의 충격성이 개선될 뿐만 아니라. 이를 통한 노이즈의 전파도 줄게 된다.

이와 대조적으로 통상의 오븐에서 경화된 브레이크 패드는 이를 통하여 균일하게 경화되기 때문에, 보다 낮은 점탄성을 가지며 따라서 열등한 제동성 및 충격을 갖게 된다.

상기한 본 발명의 내용은 본 발명의 내용을 예시한 것으로써 결코 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며 상기한 바에 따라 여러 가지 변형이나 변화를 제시할 수 있으나 이들은 결코 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아닌 것이다.

본 발명의 조성물을 성형, 경화 및 전자기 방사선에 노출시킴으로써 마찰재를 신속하게 제조할 뿐만 아니라 물질의 미세구조, 즉 균열 및 공극과 같은 결함이 없는 마찰재를 제조하게 된다.

Claims (9)

1. a)조성물의 마찰 및 마모 성능을 조절하기 위한 마찰 조절제;

   b)조성물을 보강하기 위한 섬유;

   c)조성물의 컨시스턴시를 개선하기 위한 충진제; 및

   d)조성물의 성분들을 혼합하기 위한 매트릭스; 로 이루어지며,

   섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 유효량의 최소 한가지 성분은 조성물이 전자기 에너지의 존재하에 신속하게 경화되도록 0.1이상의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 경화 촉진 화합물로 이루어진; 마찰재용 조성물
2. 제1항에 있어서, 상기 경화 촉진 화합물의 유전 손실은 약 0.000001-1.0이고 저항은 약 1×10^-10∼1×10⁺⁸Ωcm임을 특징으로 하는 마찰재용 조성물
3. 제2항에 있어서, 상기 경화 촉진 화합물은 풀러린(fullerine), 흑연, 다이아몬드, 알루미늄, 철, 구리, 코발트, 마그네슘, 몰리브덴, 산화 제2철, 산화 제1구리, 3산화 코발트, 산화니켈, 황화납, 황화철, 황화 구리철 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 마찰재용 조성물
4. 제1항에 있어서, 상기 섬유는 실질적으로 평행하고 단일 방향적 방식으로 정렬됨을 특징으로 하는 마찰재용 조성물
5. 제1항에 있어서, 복수의 상기 섬유는 최소 하나의 층내에 배열되며, 상기 층에서 상기 섬유간에 회전각은 약 0°∼90°임을 특징으로 하는 마찰재용 조성물
6. 제1항에 있어서, 충진제, 섬유, 마찰 조절제 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 한가지 상기 성분은 상기 조성물내에 임의로 분산되어 있음을 특징으로 하는 마찰재용 조성물
7. 청구범위 제1항의 마찰재용 조성물로 이루어진 마찰재 물품
8. a) 섬유, 충진제, 마찰 조절제 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 유효량의 최소 한가지 성분은 상기 마찰재가 전자기 에너지의 존재하에, 신속하게 경화되도록 용기내에서 0.1이상의 종횡비를 갖는 경화 촉진 화합물로 이루어져 있는, 매트릭스, 섬유, 충진제 및 마찰 조절제를 용기내에서 합하여, 혼합물을 생성하는 단계;

   b)상기 혼합물을 상기 마찰재로 성형하는 단계; 및

   c)상기 마찰재를 상기 매트릭스를 경화하기에 충분한 조건하에 전자기 방사선에 노출시키는 단계; 를 포함하는 마찰재 제조 방법
9. a)전도도가 전자기 에너지의 결합을 촉진하는 0.1이상의 종횡비를 갖는 섬유, 충진제, 마찰 조절제, 바인더 및 경화 촉진 화합물을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

   b)상기 혼합물을 주형내에 놓는 단계; 및

   c)상기 주형내에 있는 동안 상기 혼합물을 상기 바인더가 경화되도록 상기 경화 촉진 화합물내에서 요구되는 열 반응을 발달시키기에 충분한 시간동안 전자기 방사선에 노출시키는 단계;로 제조되고,

   마모 표면으로 부터 백킹 플레이트(backing plate)을 갖는 맞물림 표면까지 변화하는 마찰 계수를 갖는 브레이크 패드용 마찰재

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