KR100571527B1

KR100571527B1 - 두겹의섬유성기재와이를포함하는비석면마찰재및상기비석면마찰재를제조하는방법

Info

Publication number: KR100571527B1
Application number: KR1019970073779A
Authority: KR
Inventors: 로버트 치-치우 램; 마크 에이 예스닉
Original assignee: 보그-워너 인코포레이티드
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2006-12-07
Also published as: EP0854305A1; DE69831821T2; US5775468A; JPH10204415A; JP4074364B2; EP0854305B1; KR19980070229A; DE69831821D1

Abstract

본 발명은, 높은 내열성과 강도의 특성을 갖는 제 2층에 결합되어 있는, 탄성 및 오일 흡수성을 갖는 제1 층을 포함하는 두 겹의 섬유성 기재에 관한 것이다.

적합한 수지가 침투된 경우, 두 겹의 섬유성 기재는 우수한 마찰 및 마모 특성을 나타내고, 높은 에너지의 최종 용도로 유용하다.

Description

두 겹의 섬유성 기재와 이를 포함하는 비석면 마찰재 및 상기 비석면 마찰재를 제조하는 방법{A TWO-PLY FIBROUS BASE MATERIAL, A NON-ASBESTOS FRICTION MATERIAL COMPRISING SAID MATERIAL AND A PROCESS FOR PRODUCING SAID NON-ASBESTOS FRICTHION MATERIAL}

본 발명은 두 겹의 고성능 섬유성 기재(high performance two-ply fibrous base material)에 관한 것이다. 섬유성 기재는 제 1층과 제 2층을 구비하고, 이 층들은 습식 용지 제조 공정(wet paper making process) 중에 결합된다. 두 겹의 섬유성 기재는 마찰재 용도로 유용하다.

본 발명의 두 겹의 마찰재는 동적 마찰력과 내마모성 증가된 특징을 갖는다. 본 발명의 두 겹의 마찰재는 내구성이 더 크고, 종래의 한 겹 마찰재를 생산할 때 보다 비용이 적게 든다.

자동차 산업계는 새롭고 진보된 변속 시스템과 제동 시스템을 개발하고 있다. 이들 새로운 시스템은 종종 많은 에너지를 필요로 한다. 그러므로, 마찰재 기술은 많은 에너지를 필요로 하는 이들 진보된 시스템에 부합하도록 개발되어야 한다.

특히, 고에너지형의 새로운 마찰재가 필요하다. 새로운 고에너지 마찰재는 표면 속도가 최대 약 65m/sec인 고속을 견딜 수 있어야 한다. 또한, 마찰재는 최대 약 1500psi인 높은 면 라이닝 압력(facing lining pressure)을 견딜 수 있어야 한다. 또한, 마찰재는 제한된 윤활 조건에서도 유용해야 한다는 점이 중요하다.

진보된 변속기와 제동 시스템에 유용하도록, 마찰재는 내구성이 있어야 하고 내열성이 우수해야 한다. 또한, 마찰재는 고온에서 안정해야 할 뿐만 아니라, 작동 조건 중 발생하는 고열을 신속하게 분산시킬 수 있어야 한다.

새로운 변속기와 제동 시스템의 맞물림과 맞물림 해제시 발생하는 고속은, 마찰재가 맞물림이 일어나는 동안 비교적 일정한 마찰력을 유지할 수 있어야 함을 의미한다. 마찰에 의한 맞물림(frictional engagement)은, 한 기어에서 다른 기어로 동력을 이동하는 동안 제동 또는 변속 시스템 중 재료의 "떨림현상(shuddering)"을 최소화하도록 광범위한 속도 및 온도에서 비교적 일정해야 한다는 점이 중요하다.

종래에는, 온도 안정성을 위해 마찰재에 석면을 첨가하였다. 예를 들어, Arledter 등에게 허여된 미국 특허 제 3,270, 846 호에는 석면과 사용된 페놀 수지 및 변형된 페놀 수지가 설명되어 있다. 그러나, 현재는 건강 및 환경 문제로 인해, 더 이상 석면을 사용하지 않는다. 보다 최근의 마찰재는, 용지 또는 섬유재에 페놀 수지나 변형된 페놀 수지를 침투시켜 변형함으로써 마찰재 중 석면의 공백을 극복 하려고 시도하고 있다. 그러나, 이러한 마찰재는 발생한 고열을 신속하게 분산시키지 못하고, 현재 개발되고 있는 고속 시스템에 사용하는데 필요한 내열성과 만족할만한 높은 마찰 성능 계수를 갖고 있지 않다.

마찰재는 흔히“습식(wet)”응용분야에 사용되는데, 이러한 분야에서 마찰재에는 “젖어있거나”또는 사용중 제동유체(brake fluid) 또는 자동 변속용 유체(automatic transmisson fluid)와 같은 액체가 침투되어 있다. “습식”마찰재를 사용하는 동안, 유체는 최종적으로 마찰재에서 짜여지거나 유체가 마찰재에 침투된다. 습식 마찰재는 조성과 물리적 특징에서 “건식” 마찰재와 매우 상이하다.

마찰재를 “습식”응용분야에 사용할 수 있도록 하기 위해서, 마찰재는 매우 다양하고 만족스러운 특징을 갖고 있어야 한다. 마찰재는 압축, 마모, 및 응력에 견디면서도 탄력이 있거나 탄성이 있어야만 하고, 내열성이 커야 하며, 열을 신속하게 분산시킬 수 있어야 하고, 오래 지속되고 안정하며 일정한 마찰 성능을 갖고 있어야만 한다. 이러한 특징 중 어느 하나라도 충족되지 않으면, 마찰재는 최적 성능을 발휘할 수 없다.

따라서, 고에너지 응용분야의 마찰재를 형성하기 위해서는 적절한 마찰 라이닝 또는 섬유성 기재를 사용하는 것이 또한 중요하다. 침투 중 습식 수지로 포화되고, 사용 중 제동 유체 또는 변속 오일로 포화되었을 때, 마찰재는 우수한 전단 강도를 가져야만 한다.

특정한 응용분야에서, 마찰재는 사용 중 유체 침투력이 높도록 높은 다공성을 갖는 것이 또한 중요하다. 따라서, 마찰재는 다공성이 있어야 할 뿐만 아니라, 압축성이 있어야 한다는 점이 중요하다. 마찰재가 침투한 유체는 제동 또는 변속 중 가해지는 압력 하에서 신속히 마찰재에서 짜내어 지거나 방출될 수 있으면서, 라이닝 재료는 파손되지 않아야 한다. 마찰재는 제동 또는 변속 작동 중 발생한 열을 신속하게 분산시킬 수 있도록 열전도성이 우수해야 한다는 점 또한 중요하다.

이러한 특징에 부합하는 마찰재는 아라미드 형태의 섬유를 구비하는 섬유성 기재를 포함한다. 그러나, 섬유성 기재에 사용된 이러한 섬유와 이와 다른 성분은 고가로 마찰재의 가격을 상승시킨다.

알려진 범위 내에서는, 고에너지의 응용분야에서 사용할 수 있는 충분한 강도를 갖는 섬유성 기재 두 겹 또는 섬유성 기재 층을 포함하는 변속 시스템에 사용하기 위한 마찰재가 개시되지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 마찰재와 비교해서 신뢰할 수 있고 개선된 특성을 갖는 개선된 마찰재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열전도성, 다공성, 및 강도가 우수한 마찰재를 제공하는 것이다.

보다 우수한 마찰재에 대한 필요성에서 광범위하게 연구한 결과, 특징이 개선된 마찰재가 개발되었다.

상술한 요건을 충족하기 위하여, 작동 중 발생하는 조건과 유사한 조건에서 많은 마찰재의 마찰 및 내열성을 측정하였다. 시중에서 판매되고 있는 브레이크 라이닝과 변속 재료를 조사해서 고에너지의 응용분야에 사용하는데는 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다. 본 발명은 브레이크 및 클러치 응용분야에 특히 유용하다. 하나의 양상에서, 본 발명은 두 겹의 재료 또는 재료 층을 포함하는 섬유성 기재를 제공한다.

두 겹의 섬유성 기재는 제 1 또는 바닥층과 이 제 1층에 인접한 제 2 또는 상부층을 포함한다. 제 2층은 내열성이 크고 강도가 우수한 섬유와, 예를 들어 충전재 및/또는 마찰 변형 입자와 같은 마찰 용지 형성재(friction paper-forming material)를 포함한다. 바람직한 특정 실시예에서, 제 1층은 제 2층보다 탄성 및 흡유성이 우수하다.

본 발명의 하나의 양상에 있어서, 제 1층은 다공성이 크고 비선형 탄성적이며 압축성이 낮은 반면, 제 2층은 고온, 고에너지, 저압축성 제제(formulation)를 구비한다.

본 발명의 다른 양상은 마찰재를 형성하기 위해 적어도 하나의 적합한 수지가 침투된 두 겹의 섬유성 기재에 관한 것이다. 두 겹의 마찰재는 클러치 마찰판, 밴드, 싱크로나이저 링 및 이와 관련된 변속 마찰 제품 마찰재에 특히 유용하다.

섬유성 기재는 서로 다른 수지 시스템을 이용하여 침투될 수 있다. 특정 실시예에서, 섬유를 원료로 한 재료에 페놀 수지 또는 변형된 페놀 수지가 침투하도록 하는 것이 유리하다. 특정 실시예에서, 실리콘 수지를 상화성 용매(compatible solvent)로 페놀 수지와 블렌딩(blending) 또는 혼합하고, 실리콘 페놀 수지 블렌드(blend)를 사용해서 본 발명의 섬유성 기재에 침투하는데 사용하면, 고에너지용 마찰재를 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같은 고에너지 마찰재는 마찰 안정성 및 내열성이 우수하다.

본 발명의 마찰재는 라이닝이 불균일하게 마모되는 것을 방지하여 마찰재의 유효 수명 중 분리판의 "핫 스팟(hot spot)"이 발생하는 것을 방지한다. 마찰재에 불균일한 마모가 거의 없으면, 클러치 또는 브레이크 요소를 "안정된 상태"로 유지할 가능성이 더 커지고, 이에 따라 클러치 및 브레이크의 성능이 더욱 일정해진다. 더욱이, 본 발명의 마찰재는 전단 강도가 우수하여 사용 중 박리현상이 일어나지 않는다.

두 겹의 섬유성 기재의 층은 습식 용지 제조 공정 중 결합된다. 섬유 및/또는 충전재 및/또는 마찰 입자를 포함하는 마찰재의 제 1 또는 바닥층이 형성된다.마찰재의 제 2 또는 상부층은 제 1층의 상부에 형성된 섬유 및/또는 충전재 및/또는 마찰 입자를 포함한다. 제 2층은 사용 중 최적의 성능을 나타내는 마찰재 제제(friction material formulation)를 갖는다. 특정 실시예에서, 제 2층은 결합된 두겹의 섬유성 기재 전체 두께의 약 2% 내지 약 50%를 차지한다. 특정 실시예에서, 제 2층은 제 1층의 조성과는 다른 조성을 가질 수 있고/가질 수 있거나 동일한 조성을 갖지만, 밀도차가 있다.

본 발명에 따르면, 제 2층은 특별한 최종용도의 성능 요건을 만족하도록 선택된 성분을 함유하고 있다. 제 1층의 성분은 상부층의 성능을 보완하도록 선택한다. 결합된 제 2층 및 제 1층 성분을 적절히 선택하면, 마찰재의 특징에 영향을 미친다. 내구성, 마찰 마모, 윤활성, 투과성, 탄성과 같은 성능 특성 및 이와 관련된 다른 특성은 본 발명의 두 겹 마찰재를 사용하여 향상된다.

본 발명의 두 겹 마찰재는 한 겹 마찰재에서는 얻지 못하는 물리적 특성을 갖는다. 본 발명의 두 겹 마찰재는 두 겹 마찰재의 마찰 특징을 향상시키도록 선택된 수지로 포화된다. 본 발명의 두 겹 재료는 한 겹의 마찰재와 비교해서 내구성이 크고 마찰 성능이 우수하다.

본 발명의 한 가지 양상에서, 두 겹의 섬유성 기재가 제공된다. 섬유성 기재는 하나의 조성 및/또는 밀도를 갖는 제 1층과, 이와 다른 조성 및/또는 밀도를 갖고 상기 제 1층에 인접한 제 2층을 구비한다. 각층의 두께 및 조성은 최종 용도의 요구사항이 변함에 따라 달라진다. 두 겹의 섬유성 기재는 최종 마찰 용도에 적합한 결과를 제공하는 성분을 함유한다. 제 2층은 클러치 또는 마찰 라이닝 애플리케이션의 접촉 구역에 인접해 있다. 제 2층에서 다양한 성분을 사용하면, 경제적인 마찰재를 제공하고, 고비용으로 인해 제제에서 배제될 수 있었던 성분을 가장 적절히 사용할 수 있게 된다. 또한, 제 2층은 고에너지 적용분야에서 특히 유용한 구조를 제공한다. 놀랍게도, 두 겹의 마찰재는 마찰 특성이 향상되고 마모는 감소된다는 것이 발견되었다. 더욱이, 두 겹의 마찰재는 종래의 마찰재 보다 내구성이 우수하다.

본 발명에 따른 다양한 실시예에서, 제 1 또는 바닥층은 예컨대 적어도 한 가지 타입의 섬유와 적어도 한 가지 타입의 충전재를 포함하는 조성을 포함한다. 제 2 또는 상부층은 제 1층과는 다른 조성을 갖는다. 제 2층은 높은 내열성과 높은 강도의 섬유, 충전재 및 마찰 입자를 포함한다. 제 2층의 성분은 최적의 성능 특성을 제공한다.

본 발명에 따른 다른 실시예에서, 제 1층 및 제 2층은 동일한 조성물을 포함할 수 있지만, 기본 중량 및/또는 밀도가 서로 다를 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 제 1층은 밀도가 낮은 반면, 제 2층은 밀도가 높다. 이러한 실시예에서, 제 1층과 제 2층은 모두 한 가지 타입 이상의 섬유, 충전재 및 마찰 입자를 포함할 수 있다.

본 발명에는 여러 가지 타입의 섬유성 또는 천연 펄프재를 사용할 수 있다. 부분적으로 사용할 수 있는 섬유 재료는 면 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유 및/또는 일반적으로 방향족 폴리카본아미드 재료로 표시되는 아라미드 플록(aramid floc) 및/또는 펄프 섬유와 같은 아라미드 폴리아미드 섬유로 구성될 수 있다. 본 발명에는 다양한 용지 제제를 사용할 수 있고, 다른 섬유성 재료는 섬유성 기재 제제의 형태로 존재할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예컨대, 면은 약 350℃의 비교적 낮은 온도에서 연소된다. 그러므로, 마찰재는 용지 형성 공정 중 섬유성 기재에 사용된 성분을 기준으로 예상되는 열적 안전성의 범위를 갖는다. 비교적 탄소 비율이 높은 섬유성 기재는 아라미드 펄프와 같이 열적으로 더 안정한 성분을 포함하는 섬유성 기재보다 열적으로 불안정하다. 이런 성분의 범위와 비율은 마찰재의 최종 용도에 좌우되고, 이들 마찰재가 보통의 에너지 요건 또는 고에너지 요건을 거쳐야 하는지에 좌우된다.

본 발명의 두 겹의 섬유성 기재에는 여러 가지 충전재를 사용할 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 규조토 및/또는 실리카와 같은 실리카 충전재가 특히 유용하다. 그러나, 본 발명에는 다른 타입의 충전재도 사용이 적합하고, 충전재의 선택은 두 겹 마찰재의 구체적인 최종용도 요건에 좌우된다는 사실을 생각할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 제 2층은 아라미드 펄프, 탄소 및 유리 섬유와 같은 섬유와, 규조토 및/또는 실리카와 같은 충전재와, 질화 규소 및 다른 마찰 입자와 같은 가공 보조제를 포함한다. 질화 규소 분말이 섬유성 기재 제제와 결합되면, 최종 마찰재에서 동적 마찰 계수가 증가되는 특징이 있다는 사실이 발견되었다. 질화규소 섬유는 클러치 또는 브레이크 부품에 대한 질화 규소의 연마성으로 인해 마찰재에 포함되는데 적합하지 않기 때문에, 위와 같은 사실은 특히 놀랍다. 바람직한 실시예에서, 질화 규소 입자의 평균 직경은 약 0.5 내지 약 1.5 미크론이다. 특정 실시예에서, 평균 직경이 약 1 미크론인 질화 규소 입자가 의외로 잘 맞는다는 것을 알았다. 한 가지 타입의 질화 규소 입자는 Si₃N₄으로 사용할 수 있다. 질화 규소 입자는 이것이 약 3% 내지 약 15%의 낮은 수준으로 사용되면 동적 마찰 계수가 증가하도록 한다. 여러 가지 바람직한 실시예에서 질화 규소 조성물은 약 4% 내지 약 6%를 포함할 수 있다.

초기 마찰 계수가 작으면, 마찰재는 이것의 많은 사용 또는 사이클 후까지 원하는 일정한 마찰 계수 값을 얻을 수 없다는 사실을 이해할 수 있다. 본 발명은, 초기 마찰 계수가 높은 두 겹의 마찰재를 제공한다. 또한, 동적 마찰 계수가 정적 마찰 계수에 가까우면, 클러치 작동 중 하나의 기어에서 다른 기어로 원활한 동력 전달이 이루어진다. 본 발명은 마찰재에 질화 규소 입자를 첨가하여, 매우 우수한 정적 마찰 계수 대 정적 마찰 계수의 비를 얻었다.

섬유성 기재에 마찰 입자와 가공 보조제와 같은 다른 성분을 사용할 수 있다는 점을 또한 생각할 수 있다. 이들 마찰 입자 성분은 예컨대 캐슈넛 셸의 액체 입자 및/또는 고무 타입 또는 탄성 중합체 입자를 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 탄성 중합체 입자는 약 70% 내지 75%의 탄성재(예컨대 이소프렌 및/또는 질화 고무재)를 포함하고, 나머지는 가공 보조제가 차지한다. 탄성 중합체는 추가적인 마찰 라이닝 내마모성을 제공하는데 사용된다. 고무형 입자는 마찰재가 짝을 이루는 부품(mating part)(분리판 및 클러치와 같은)과 보다 유사한 형태를 갖도록 함으로써, 분리판 사이의 "실제" 접촉 영역 대 "명백한" 접촉 영역이 증가하도록 한다. 마찰 입자는 두 겹 마찰재의 에너지 용량을 증가시킨다.

게다가, 탄소 섬유는 여러 실시예에서 사용될 수 있다. 탄소 섬유는 마찰재 메트릭스(friction material matrix)용 강화 부재로 작용한다. 탄소 섬유는 내마모성 및 라이닝 압축 저항을 증가시킨다. 마찰 라이닝 재료가 상기 두 특성을 나타내면, 마찰재를 통한 유체의 모세관 유동이 개선된다. 압축 저항이 증가하면 마찰재가 파괴되는 기회를 차단하거나 감소시켜, 모세관 유동은 유지되거나 때로 증가한다. 여러 실시예에서, 탄소 섬유는 약 20 내지 약 40%, 바람직하게는 약 30%로 존재할 수 있고, 나머지 상부 또는 제 2 층은 약 60% 내지 약 80%, 바람직하게는 약 70%의 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.

여러 가지 실시예에서, 교차 결합된 페놀 포름알데하이드 중합체를 포함하는 노볼로이드 섬유(novoloid fiber)와 같은 추가 성분을 포함하는 것이 유용하다.

특정 실시예에서, 한 가지 섬유 타입은 평균 길이가 약 0.2mm로 상대적으로 짧고 다른 섬유 타입은 평균 길이가 약 3mm로 상대적으로 긴 노블로이드 섬유의 조합이 특히 유용한 것으로 발견되었다. 어느 하나의 이론에 한정되기를 원하지는 않지만, 상대적으로 짧은 섬유는 섬유보다는 입자로 작용하므로 마찰제에서 결합재 타입의 재료로 작용하는 것으로 생각된다. 입자와 같이 더 짧은 노볼로이드 섬유는 마찰용지(friction paper)의 강도를 증가시킨다. 상대적으로 긴 섬유는 마찰재가 압력을 받을 경우 마찰재의 파손을 방지해서 마찰재에 강도와 구조를 제공한다. 임의의 특정 이론에 한정되기를 원하지는 않지만, 마찰재에 존재하는 페놀 수지와 화학적으로 유사한 노볼로이드 섬유는 마찰재에 기계적인 강도와 화학적인 강도 모두를 제공하도록 페놀 수지 재료에 결합되는 것으로 생각된다.

섬유성 기재에 합성 흑연을 사용하면 다른 타입의 흑연보다는 섬유성 기재에 보다 3차원적인 구조가 제공된다. 열전도성이 우수한 합성 흑연은 마찰재에 다른 타입의 흑연보다 더 신속하게 열을 분산시키는 능력을 제공한다. 여러 가지 타입의 적절한 합성 흑연을 본 발명에 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 합성흑연은 석유 코크와 콜타르 피치 결합제와 같은 원료의 흑연화(graphitization)를 통해 제조될 수 있다. 원 재료를 혼합하여, 베이킹된 탄소체를 폴리크리스탈렌 흑연 물품(polycrystalene graphite article)으로 변환하는 특수 흑연화 노에서 약 2800 내지 약 3000℃의 온도로 가열한다. 특정 실시예에서, 합성 흑연의 크기와 기하 구조는 약 20 내지 50m인 것이 바람직하다. 이들 특정 실시예에서, 흑연 입자가 너무 크거나 작으면, 최적의 3차원 구조를 이루지 못하여 결과적으로 내열성이 최적화를 이루지 못한다는 것을 발견하였다. 다양한 실시예에서, 제 1 및 또는 제 2층을 포함하는 성분을 적절한 수지 재료를 포함할 수 있는 것으로 생각할 수 있다.

특정 실시예에서, 제 1 또는 바닥층은 면 섬유와, 규조토와 같은 충전재를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 제 1층은 중량% 단위로 제 1층의 중량을 기준으로 약 50 내지 75 중량%의 면 섬유와, 약 25 내지 50 중량%의 충전재를 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 제 1층은 약 60 중량%의 면과 약 40 중량%의 충전재를 포함한다.

바람직한 다른 실시예에서, 제 1층은 면, 유리 섬유 및 충전재를 포함한다.상기 바람직한 실시예에서, 제 1층은 중량% 단위로 제 1층의 중량 기준으로 약 40내지 약 50 중량%, 가장 바람직하게는 약 45 중량%의 면 섬유와, 약 10 내지 약 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 15 중량%의 유리 섬유와, 약 30 내지 약 50 중량%, 가장 바람직하게는 약 40 중량%의 충전재를 포함한다. 다른 특정 실시예에서, 두 겹의 섬유성 기재의 제 2층은, 약 4 내지 약 90 중량%의 아라미드 플록 또는 섬유와, 약 0 내지 약 50 중량%의 면 섬유와, 약 0 내지 약 70중량%의 탄소 섬유와, 약 0 내지 약 10 중량%의 유리 섬유와, 약 5 내지 약 70 중량%의 충전재와, 약 3 내지 약 50 중량%의 질화 규소 분말 입자와, 약 0 내지 약 30 중량%의 탄성중합체 마찰 입자와, 약 0 내지 약 40 중량%의 실리카 입자와, 약 0 내지 약 3 중량%의 라텍스 가공 보조제를 포함하는 수성 슬러리로 형성될 수 있다.

다른 특정 실시예에서, 섬유성 기재의 제 2층은, 약 20 내지 약 40 중량%의 아라미드 플록 또는 섬유와, 약 15 내지 약 35 중량%의 규조토와, 약 10 내지 약 30 중량%인 실리카 입자와, 약 5 내지 약 25 중량%의 탄성 중합체 마찰 입자와, 약 3 내지 약 20 중량%의 유리 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

다른 특정 실시예에서, 두 겹의 섬유성 기재의 제 2층은, 약 30 내지 약 50중량%의 면 섬유와, 약 3 내지 약 10 중량%의 아라미드 플록 또는 섬유와, 약 10 내지 약 20 중량%의 충전재와, 약 3 내지 약 10 중량%의 질화 규소 입자와, 약 15 내지 약 25 중량%의 탄성 중합체 마찰 입자와, 0 내지 약 20중량%의 유리 섬유와, 0 내지 약 25 중량%의 노볼로이드 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 가지 양상에서, 두 겹의 섬유성 기재의 제 2층은, 섬유성 기재의 제 2 층에 대한 수성 슬러리 제제의 중량을 기준으로, 약 10 내지 약 40 중량%의 탄소를 포함하는 활성탄 입자(activated carbon particle including carbon)(여기에서, "활성탄" 은 그 안에 작은 구멍이 무수히 많이 있는 다공성 물질 임.) 와, 약 10 내지 약 30 중량%의 면 섬유와, 약 5 내지 약 30 중량%의 약 0.5 내지 약 6mm의 바람직한 길이를 갖는 정확하게 절단된 섬유와, 약 0 내지 약 20 중량%의 합성 흑연과, 규조토와 같은 약 0 내지 약 40 중량%의 충전재와, 캐슈넛 셸 액체 입자와 같은 약 0 내지 약 20 중량%의 마찰 변형재(friction modifier)등을 포함하는 수성 슬러리에서 형성될 수 있다.

두 겹의 섬유 기재 재료의 제 1 또는 바닥층은, 섬유성 기재의 바닥층 또는 제 1층에 대한 수성 슬러리 제제의 중량 기준으로, 약 0 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 55 중량%의 면 섬유와, 약 10 내지 약 40 중량%, 가장 바람직하게는 약 35 중량%의 충전재와, 약 5 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 중량%의 비선형 탄성 섬유와, 약 0 내지 약 3 중량%, 가장 바람직하게는 약 2 중량%의 라텍스 가공 보조제를 포함하는 수성 슬러리에서 형성될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 비선형 탄성 섬유는 폴리에틸린 테레프탈레이트(PET), 유리 섬유, 및 규산염 타입의 재료를 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 제 2층은 약 10 내지 약 55%의 면 섬유와, 약 5 내지 약 45%의 정확하게 절단된 아라미드 섬유와, 약 0 내지 약 40%의 셀라이트(celite) 또는 규조토 충전재와, 약 0 내지 약 20 중량%의 합성 흑연과, 약 0 내지 약 40 중량%의 (다공성) 탄소를 포함하는 것이 바람직하다.

제 2 또는 상부층을 포함하는 성분은 실질적으로 균일한 블렌드(homogenous blend)로 혼합되고, 제 1층의 상부에 증착(deposit)된다. 본 발명에 따라 제 1층의 상부에 제 2층을 증착하는 방법을 다양하게 할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 두 겹의 섬유성 기재를 제조하기 위한 방법은 실질적으로 균일한 블렌드를 형성하기 위해 제 1 또는 바닥층 재료의 성분을 첨가하는 단계를 포함한다. 용지는 균일한 블렌드로부터 섬유성 기재로 형성된다.

도 1은 두 겹의 섬유성 기재를 형성하는 한 가지 방법의 개략도를 제공한다. 제 1 분배 수단(장치)(10)은 두 겹의 섬유성 기재(마찰재)(24)의 제 1 또는 바닥층(12)을 형성하도록 성분을 제공한다. 제 1층(12)을 형성하는 성분은 제 1층(12)을 고정하거나 운반하는 적절한 표면(11) 위로 제공된다. 본 발명에는 여러 가지 표면(11)을 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제 2 분배 수단(20)은 두 겹의 재료(마찰재)(24)를 형성하기 위해 제 1층(12)에 제 2 또는 상부층(22)을 형성하는 성분을 제공한다. 적합한 분배 수단(장치)(10,20)은, 즉, 제 1분배 장치(10), 제 2분배 장치(20)는, 두 겹 재료(마찰재)(24)를 형성하기 위해 제 1층(12)과 제 2층(22)의 일반적으로 균일한 층을 제공하는 헤더 박스(header box)나 롤러 수단 또는 이와 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다.

여러 실시예에서, 제 1층 및/또는 제 2층을 포함하는 성분은 적절한 수지재를 포함할 수 있다는 점을 생각할 수 있다. 이러한 실시예에서, 두겹의 재료에서 과다한 수분을 제거하고/제거하거나 두 겹의 재료에 존재하는 수지를 경화하기 위한 적절한 건조 수단(30)을 통해 두 겹의 재료(마찰재)(24)가 건조된다. 특정 실시예에서, 건조 수단은 가열 롤러 또는 적외선 가열 수단 또는 적절한 가열 수단을 포함할 수 있다고 생각할 수 있다. 실시예에서 제 1층과 제 2층을 포함하는 성분이 수지를 함유하지 않는다면, 두 겹의 섬유성 기재가 생성되고, 도 1에 가상선으로 나타낸 바와 같이, 적합한 침투 수단(40)을 통해 적절한 수지 또는 수지 조합물로 포화 또는 침투된다는 점을 이해해야 한다. 그 후, 침투된 두 겹의 재료는 과다한 수분을 제거하고/제거하거나 수지를 경화하기 위해 다른 적절한 건조 수단(50)으로 건조될 수 있다.

도 2는 일반적으로 제 1 또는 하부층(12)과 제 2 또는 상부층(22)으로 구성된 두 겹의 섬유성 기재(마찰재)(24)의 단면을 나타낸다. 도 2에 도시된 실시예는 개략적으로 예시할 목적으로 나타냈다. 제 2층은 두 겹의 섬유성 기재 두께의 약 2 내지 약 50%를 포함할 수 있는 것이 바람직하다는 점을 이해해야 한다. 바람직한 실시예에서, 제 2층은 재료 두께의 약 10% 내지 약 50%, 바람직한 특정 실시예에서는 약 10% 내지 약 20%를 포함한다.

제 2층은 제 1층에 확실히 결합되어, 본 발명에 따른 두 겹의 재료를 사용하는 동안 박리현상의 문제는 기본적으로 발생하지 않았다는 점이 발견되었다.

본 발명에 따른 마찰재는 계면 강도가 적당하고, 클러치 판 또는 브레이크 라이닝 재료와 같은 적합한 기판에 용이하게 결합된다.

본 발명에 따르면, 두 겹의 섬유성 기재를 포화시키는데는 여러 타입의 수지가 사용된다. 섬유성 기재를 포화시키는데 사용된 수지 타입은 최종 마찰재의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 수지의 인성도(degree of toughness)는 실험시 완전한 상태를 유지할 수 있는 마찰재에 의해 영향을 받을 수 있다. 마찰재의 물리적인 마찰 특징은 최종 제품의 예상되는 사용 기간 중 그대로 유지된다는 점이 중요하다.

부서지기 쉬운 수지가 침투된 마찰재는 마찰재 메트릭스의 개방된 다공성 구조를 파손시킬 수 있는 무거운 하중을 받으면 균열이 발생할 수 있다. 한편, 탄성 수지 가 침투된 마찰재는 원하는 마찰 계수 및 토크를 제공하지만, 마찰재 매트릭스를 완전히 유지하는데 필요한 내마모성 및 강도가 부족할 수 있다. 따라서, 이상적인 수지 제제는 강도가 높지만 구부러질 수 있어야 한다. 강도가 큰 수지는 최적의 마찰 성능을 제공한다.

본 발명에 유용한 수지로는 페놀 수지와 페놀계 수지가 있다. 수지 블렌드에 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 동유(tung oil), 벤젠, 캐슈 셸 넛 오일 등과 같은 다른 변형 성분을 포함하는 다양한 페놀계 수지(phenolic-based resin)를 본 발명에 사용할 수 있는 것을 생각할 수 있다. 페놀계 변형 수지에서, 페놀 수지는 일반적으로 수지 혼합물(모든 용매 제외) 중 약 50 중량% 이상 존재한다. 그러나, 특정 실시예에서, 실리콘 페놀 혼합물(용매 및 다른 가공 보조제 제외)의 중량 기준으로침투 수지 블렌드가 약 5 내지 약 80 중량%, 특정 목적을 위해 약 15 내지 약 55 중량%, 특정 실시예에서 약 15 내지 약 25 중량%의 실리콘 수지를 포함할 때, 마찰재가 개선될 수 있음을 알았다.

본 발명에 유용한 실리콘 수지로는 열경화성 실리콘 밀폐제(thermal curing silicone sealant)와 실리콘 고무가 있다. 본 발명에는 다양한 실리콘 수지를 사용할 수 있다. 특히, 한 가지 수지는 자일렌(xylene)과 아세틸아세톤(2,4-펜탄디온)을 포함한다. 실리콘 수지의 끓는점은 약 183℃(362℉)이고, 20℃(68℉)에서의 증기압은 21㎜Hg이며, 증기 밀도는 4.8(공기는 1)이고, 물에서의 용해도는 무시할 정도이며, 비중은 약 1.09 이고, 휘발비는 5 중량%이며, 증발율(evaporation rate)은 0.1 미만(에테르는 1)이며, Pensky-Martens 방법을 이용한 발화점(flash point)은 약 65℃(149℉)이다. 본 발명에는 다른 실리콘 수지를 사용할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 다른 유용한 수지 블렌드는, 약 55 내지 약 60 중량%의 페놀 수지와, 약 20 내지 약 25 중량%의 에틸 알콜과, 약 10 내지 약 14 중량%의 페놀과, 약 3 내지 4 중량%의 메틸 알콜과, 약 0.3 내지 약 0.8 중량%의 포름알데히드와, 약 10 내지 약 20 중량%의 물을 포함한다. 페놀을 원료로 한 적절한 다른 수지는, 약 50 내지 약 55 중량%의 페놀/포름알데히드 수지와, 약 0.5 중량%의 포름알데히드와, 약 11 중량%의 페놀과, 약 30 내지 약 35 중량%의 이소프로판올과, 약 1 내지 약 5 중량%의 물을 포함한다.

다른 유용한 수지로는 에폭시 변형 페놀 수지가 있는데, 상기 에폭시 변형 페놀 수지는 약 5 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 15 중량%의 에폭시 화합물을 함유하고, 나머지(용제와 다른 가공 보조제 제외)는 페놀 수지라는 점이 또한 발견되었다. 특정 실시예에서, 에폭시 페놀 수지 화합물은 페놀 수지만 있을 때보다 마찰재에 더 높은 내열성을 제공한다.

수지 블렌드를 제조하고, 섬유성 물질을 원료로 한 재료를 침투시키는데 유용한 것으로 알려져 있는 다른 성분 및 가공 보조제가 마찰재에 포함될 수 있다는 점을 또한 생각할 수 있다.

특히, 페놀 수지 및 실리콘 수지가 사용되는 실시예에 대해, 페놀 수지와 실리콘 수지가 혼합되더라도 새로운 화합물이 생성되지 않는다. 페놀 수지와 실리콘 수지는 따로 경화되고 새로운 화합물은 생성되지 않는다.

실리콘 수지와 페놀 수지는 모두 서로 상화성인 용매에 존재한다. 이러한 수지는 혼합되어(특정 실시예에서), 균일한 블렌드를 형성한 다음 섬유성 기재를 침투시키는데 사용된다. 섬유성 기재가 페놀 수지로 침투된 후 실리콘 수지가 첨가되거나 실리콘 수지가 첨가된 후 섬유성 기재가 페놀 수지로 침투되면, 동일한 효과를 얻을 수 없다. 또한, 실리콘 페놀 수지 용액 혼합물과 실리콘 수지 분말 및/또는 페놀 수지 분말 에멀션(emulsion) 사이에는 차이가 있다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 용액 상태로 있으면, 전혀 경화되지 않는다. 반대로, 실리콘 수지 및 페놀 수지 분말 입자는 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 부분적으로 경화되면 섬유성 기재의 우수한 침투가 억제된다.

섬유성 기재는 페놀 수지 및 그 용매가 섞일 수 있는 용매의 실리콘 수지 블렌드가 침투되어 있다. 일 실시예에서, 이소프로판올은 특히 적합한 용매라는 것이 밝혀졌다. 그러나, 에탄올, 메틸 에틸 케톤, 부탄올, 이소프로판올, 톨루엔 등과 같이 적합한 여러가지 용매를 본 발명에 사용할 수 있다.

페놀 수지와 혼합되어 섬유성 기재를 침투시키는데 사용되면, 실리콘 수지는 페놀 수지만 침투된 섬유성 기재보다 최종 마찰재의 탄성이 더 크게 한다. 본 발명의 실리콘 페놀 수지가 블렌딩된 침투 마찰재에 압력이 가해지면, 보다 균일하게 압력이 분포되고, 이것은 다시 불균일하게 라이닝이 마모될 가능성을 감소시킨다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 혼합되면, 섬유성 기재를 침투시키기 위해 혼합물을 사용한다.

재료를 침투시키기 위한 여러 가지 방법을 본 발명에 따라 실행할 수 있다. 섬유성 기재에는 페놀 수지 또는 변형된 페놀 수지가 침투되어, 수지 침투재는 마찰재 100 중량부 당 약 30 내지 약 65 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 섬유성 기재가 수지로 침투된 후, 침투된 섬유성 기재는 마찰재를 형성하기 위해 소정의 시간 동안 원하는 온도로 가열된다. 약 149 내지 177℃(약 300 내지 350℉)의 온도로 가열하면 페놀 수지가 경화된다. 실리콘 수지와 같은 다른 수지가 존재하면, 약 204℃(약 400℉)의 온도로 가열하면, 실리콘 수지가 경화된다. 그 후에, 적절한 수단으로 원하는 기판에 침투 및 경화된 마찰재를 접착한다.

다음의 예는, 본 발명에 따른 두 겹의 섬유성 기재와 두 겹의 마찰재가 종래의 마찰재에 비해 개선되었다는 추가 정보를 제공한다. 다음의 예에서 본 발명에 따른 다수의 바람직한 실시예를 설명하지만, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

습한 마찰 환경에서 사용되는 윤활제 타입은 두 겹의 마찰재의 특징에 영향을 미친다는 사실을 또한 이해해야 한다. 윤활제는 정적 마찰력, 동적 마찰력(및 이에 따른 정적/동적 비), 점착성, 점도, 산화 안정성, 최대 압력 용량 등을 포함하는 최종적인 두 겹의 마찰재의 여러 가지 특징의 성능에 영향을 미친다. 두 겹의 마찰재와 원하는 기판 사이의 경계면과 기계적 인자와 화학적 인자는 마찰재의 성능에 영향을 미친다. 본 발명에 따른 두 겹의 마찰재는 여러 가지 윤활제에 사용할 수 있다. 마찰재가 노출되는 조건과 이런 시스템에서 사용하고자 하는 윤활제 타입을 평가함으로써 최적의 성분 선택 및 그 성분의 범위를 결정할 수 있다.

(예 Ⅰ)

두 겹의 섬유성 기재의 여러 가지 조성물이 형성되고, 약 30% 내지 35%의 픽업 레벨까지 페놀 수질로 포화되고, 두 겹의 마찰재를 형성하도록 경화되었다. 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 다음의 재료가 예 1에 사용되었다.

[표 1]

두 겹 용지(예 A, B, C, D, E, 및 F)는 모두 60% 면과 40% 셀라이트로 구성된 제 1층을 구비한다.

재료의 상대적인 윤활제의 투과 특성에 관한 정보를 얻기 위하여, 낙유 시간(oil drop time)을 기록하였다. 이들 시간은 대개 재료의 오일 흡수 특성을 반영한다. 이 테스트에는 판(plate) 당 엑슨 1975 타입 "H" 자동 변속 유체 3 또는 4 방울이 사용되었다.

이하 설명되는 마찰 테스트에서 충분히 실행되지 않은 재료는, 낙유 시간이 약 200초 이상 걸린다. 제 2 샘플 세트는 조립체 안으로 조립체를 통한 윤활제의 더 적은 유동을 나타내는 제 1 샘플 세트에 비해 낙유 시간이 약간 더 많이 걸린다. 제 2 샘플 세트는 서로 다른 섬유 및 입자 제제로 처리되었다. 개선된 제 2층 제제는 또한 조립체에 대한 오일의 유동을 약간 감소시켰다. 선택된 재료에서 구체적인 낙유 시간은 아래 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

낙유 데이터

* 테스트 사양에 대한 공정 528A 참조.

제 1 세트의 테스트 재료(비교예 1, 예 A와 B)는 섬유의 분포와 섬유와 입자의 결합을 비교한다. 한 겹의 대조부 용지(control single-ply paper)(비교예 1)는 면과 셀라이트만으로 구성되었다. 오일 흡수능력 및 경제적 이점 때문에 이들 두 성분을 선택하였다.

예 A의 재료는 아라미드 섬유를 구비한 면과 셀라이트 기초부(base)를 상부층으로 사용해서, 접촉점에 다소 비싼 섬유를 집중시켰다. 아라미드 섬유를 사용하면 고유한 내열성이 크고, 판 당 비용이 줄어들며, 오일을 보유할 수 있는 개방 구조의 두 겹 용지의 상부층을 제공할 수 있다.

예 B는 상술한 아라미드 섬유의 이득과, 마찰 계수 증가의 원인이 되는 질화규소의 바람직한 성능 특징을 이용할 수 있도록 섬유와 입자의 조합(combination)을 포함한다. 제 2층의 적용분야에 이러한 성분을 사용하는 것은 이 성분의 비교적 높은 가격으로 인해 특히 적합하다.

아래의 표 3에 나타낸 저속 마찰 장치(LVFA) 테스트는 두 겹 재료의 마찰 성능을 평가하고 이의 등급을 매기기 위해 실행되었다. 예 B는 예 A에 비해 마찰력의 크기가 약간만 변하고 실행되었다. 테스트는 기본적으로 서로 다른 재료를 사용했을 때 성능의 차이를 드러낸다. 그러나 예 A와 B는 비교예 2보다 라이닝 마모가 약간 작았다.

[표 3]

LVFA 데이터 - 120psi, 엑슨 1975 윤활제, 덤블되어 있는 강철 분리판(tumbled steel separator plate)

풀 팩(Full Pack) 테스트에 의한 데이터는, 질화 규소 입자를 함유하는 두 겹의 마찰재 사용과 관련하여 성능이 개선되었음을 나타낸다. 제 2층에 질화 규소입자를 첨가하면, 라이닝 마모는 증가하지 않으면서 정적 마찰력이 0.119에서 0.128로 증가되었다. 아래의 표 4에는 풀 팩 마찰력과 마모 결과가 나타나 있다.

[표 4]

풀 팩 실험 데이터, 엑슨 1975 윤활제

LVFA 테스트는 두 겹 마찰재의 성능을 평가하고 등급을 정하도록 실행되었다. 아래의 표 5에는 마찰력 및 마모 데이터가 요약되어 있다.

[표 5]

LVFA 데이터 120 psi, 엑슨 1975 윤활제, 덤블되어 있는 강판

아라미드 섬유의 상부층을 구비한 예 C 및 A(표 3 참조) 샘플은 동적 마찰 계수가 각각 0.134 및 0.147 이었다. 예 C에 나타낸 바와 같이 아라미드 섬유의 농도가 더 높고 균일하다면, 비교예 2보다 동적 마찰 계수가 작아진다. 제 2층 제제에 질화 규소 입자를 추가하면, 동적 마찰 계수가 0.134에서 0.139로 약간 높아졌다. 테스트는 질화 규소와 탄소 섬유를 첨가하면서 동일하게 실행되었다. 라이닝 마모는 예 A, B, C, D, E 및 F 용지 모두에서 낮았다.

아래의 표 6에 나타낸 풀 팩 테스트에서, 예 C는 총 1050 사이클이 실행되었다. 모든 재료가 마모되었다.

[표 6]

풀 팩 실험 데이터, 엑슨 1975 윤활제

비용 절감 측면과 주문형 용지를 제조하기 위한 도구로서 두 겹의 마찰재를 사용하는 것이 유리하다. 포화된 두 겹의 마찰재는 층 분리와 관련된 어떠한 문제도 나타내지 않는다. 두 겹의 마찰재는 상부층에 위치한 특정 성분의 마찰 및 마모 성능을 평가하기 위한 수단을 제공한다.

질화 규소가 존재하면, 조립체의 마모는 증가하지 않으면서 동적 마찰 계수가 증가한다. LVFA 데이터는, 제제 #1을 구비한 상부층이 비교예 2의 재료보다 라이닝 마모가 적고 마찰력이 낮다는 것을 나타낸다.

(예 Ⅱ)

예 Ⅱ는, 습식 용지 제조 공정 중에 결합되는 서로 다른 조성의 두 층을 구비하는 두 겹의 마찰재가 형성될 수 있음을 나타낸다. 각 층의 성분은 서로 얽혀서 마찰재로 사용하기에 충분한 계면 강도를 갖는 두 겹의 섬유성 기재를 형성한다. 다음의 예는 아래 표 7에 도시된 바와 같이 페놀 수지로 포화되었다.

[표 7]

모든 테스트 샘플은, 알려진 것은 제외하고 페놀 수지를 이용해 약 40%의 픽업 레벌로 포화되었다. 클러치형 조립체를 사용하여 마찰 및 마모 평가를 수행하였다. 공정 528A 또는 428C에 따라 풀 팩 테스트를 실시하였다. 도면 #95407에 한정된 45도 방법에 따라, 528A 공정은 정적 마찰 값의 기록을 규정하지는 않는다. 그렇지 않다면, 두 개의 풀 팩 공정은 동일하다.

(a) 가공 방향 및 (b) 역 가공 방향의 원료 용지로 습식 및 건식 인장 테스트를 실행하였다. 가로 방향의 헤드 속도(cross head speed)는 분 당 0.5 인치로 설정되었고, 챠트 속도(chart speed)는 분당 1 인치로 설정되었다.

마찰재에 대해 모세관 유동 실험 및 액체 투과 실험을 실시하였다. 이러한 측정은 마찰재를 포함하고 열을 전달하는 마찰재의 능력을 반영한다.

(A) 두 겹 대 한 겹 마찰재

동적 마찰력 평가 {기본 중량 90.72kg(200 파운드 )}

풀 팩 실험 #528

한 겹 및 두 겹의 조립체로 테스트해서, 유사한 마찰 성능 및 마모 성능을 얻었다. 1050 사이클 후 동적 마찰력은 평균 약 0.14였다. 실험에 의한 동적 마찰 계수는 아래의 표 8에 열거되어 있다. 200 사이클과 1050 사이클 사이에서, %마찰감소는 테스트한 세 개의 모든 재료에 대해 평균 약 8% 였다. 하부층에 면과 셀라이트를 갖는 예 G는, 최소 비율의 동적 마찰 감소(5.3%)를 가졌다. 면에 첨가된 유리 섬유와 셀라이트 하부층을 구비한 조립체(예 H)는 마찰 감소가 약간 높았다(8.6%). 비교예 3의 마찰 감소율이 가장 높게 측정되었다(10.5%). 도 3은, 비교예 3, 예 G, 및 예 H의 사이클 수의 증가에 따른 동적 마찰력의 변화를 나타낸다.

조립체 팩 마모 {기본 중량 90.72kg(200 파운드)}

풀 팩 실험 #528

아래의 표 8에 나타낸 바와 같이, 두 겹의 재료로 구성된 조립체는 라이닝 마모가 다소 높았다. 한 겹으로 구성된 비교예 3은 마모가 +0.018mm(+0.7 mil) 이었다. 하부층에 유리 섬유를 함유하고 함유하지 않은 두 겹 용지(예 G와 예 H)의 마모는 각각 0.19mm(7.5 mil) 과 0.30mm(12.0 mil) 이었다. 하부층의 유리 섬유로 인해 용지 기질이 다소 강화되었다. 마찰재의 제거량 대 압축량은 정해지지 않았다. 그러나, 테스트 후, 한 겹 및 두 겹의 조립체는 유사한 물리적 현상을 나타냈다.

아래의 표 9에는 마모, 파손, 글레이징(glazing) 및 박리 현상의 외양 등급이 제공되어 있다. 세 개의 마찰재는 모두 글레이징 등급이 "1" 이었다. 하부층에 유리 섬유를 함유하는 예 H의 조립체는 표면 마모가 다소 많았다.

[표 8]

1050 사이클 당 풀 팩 실험 데이터, 공정 528/페놀 수지 40% P.U. 엑슨 1975 AFT

[표 9]

라이닝 외양 등급, 기본 중량 45.36kg(100 파운드), 528 풀 팩 테스트 후

(B) 기본 중량이 높은 재료 대 기본 중량이 낮은 재료

기본 중량이 더 작은 용지{기본 중량 61.24kg(135 파운드)}

상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 공정 528에 따라 실시된 테스트의 600 사이클 후, 기본 중량이 더 작은 61.24kg(135 파운드)인 한 겹 마찰재(비교예 4와 비교예 5)로 행한 테스트는 중단되었다. 수지의 픽업 레벨이 35% 및 40%이고 기본 중량이 더 작은 용지에 대한 실험은 일정하지 않은 마찰 계수로 인해 정지되었다. 도 4는 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5, 및 예 1에 대해 기본 중량이 90.72kg(200 파운드)와 61.24kg(135 파운드)인 마찰재의 성능 변화에 따른 마찰력 대 테스트 수를 나타낸다.

두 겹의 마찰재는 61.24kg(135 파운드)의 기본 중량에서 제조되었다. 이러한 재료의 상부층은 제제 #1을 구비하고, 그 하부층은 면과 셀라이트(예 1)로 구성된다. 상기 재료는 동적 마찰 계수가 0.131, 마모가 0.23mm(9 mil)인 상태에서 테스트을 완료할 수 있었다. 기본 중량이 적은 마찰재는 동적 마찰 계수가 낮은 상태로 실험이 실시되었다.

기본 중량이 61.24kg(135 파운드)와 90.72kg(200 파운드)인 재료의 밀도는 아래의 식을 이용하여 산출하였다. 기본 중량이 많거나 적으며 최종 밀도가 43인 재료로 조립체를 제작하였다.

D = BW * 1/FLT * (1+PU) * 0.004 라는 식에서,

D는 라이닝의 밀도이고, BW는 3000 입방 피트 당 원료의 기본 중량{kg(파운드)}이고, FLT는 라이닝의 최종 두께(인치)이고(포화, 경화, 압축 후), PU는 수지 픽업이다.

(C) 용지에서의 모세관 유동

모든 마찰재는 그 직경이 중간 구멍 크기이며, 그 직경은 천연 펄프가 수지로 포화 및 경화된 후 커진다. 아래의 표 10을 참조하기 바란다. 두 겹의 재료는 직경이 단층 재료의 구멍 직경 보다 큰 구멍이 많다. 중간 크기의 구멍 직경이 크기 때문에 접촉 구역에서의 윤활제의 효용이 증대된다.

천연 수지 또는 합성 수지가 포화 및 경화되고 기본 중량이 90.72kg(200 파운드) 이상인 재료는 기본 중량이 61.24kg(135 파운드)인 동일한 재료(비교예 4)에 비해 중간 크기의 구멍 직경이 상대적으로 크다. 기본 중량이 90.72kg(200 파운드)인 비교예 3의 천연 재료는 중간 구멍의 직경이 3.0016 미크론이다. 기본 중량이 비교예 4의 재료의 기본 중량인 61.24kg(135 파운드)로 줄면, 중간 크기의 구멍 직경은 2.6170 미크론까지 감소한다. 그러나, 압축하면, 상기 두 재료는 중간 크기의 구멍 직경이 2.45 미크론으로 비슷해진다.

하부층에 유리 섬유를 구비하거나 구비하지 않은 두 겹의 재료(예 G 및 H)는 구조적으로 한 겹의 재료 보다 직경이 중간 크기인 구멍을 많이 구비한다. 하부층 화합물 중 유리 섬유의 응집도를 변경하더라도, 구멍 직경에는 영향이 미치지 않는다. 그러나, 중간 크기의 구멍 직경을 달리하여 두 개의 층을 다양하게 배치하는 것이 결합된 두 겹 구조의 중간 크기의 구멍을 변경하기 위한 효과적인 방법이다.

모세관 유동에 대한 자료는, (a) 재료가 수지로 채워져 경화됐을 때와 (b) 두 겹 구조의 재료를 한 겹의 재료와 비교하는데 사용될 경우에 중간 크기의 구멍 직경이 커짐을 나타낸다. 중간 크기의 구멍은, 재료가 수지로 포화 및 경화된 후 압축될 때 그 크기가 커진다.

[표 10]

모세관 유동 분석

마찰재마다 5번 측정, 중간 크기의 구멍: A)천연 용지, B) 포화(40%) 및 경화 용지, C) 포화(40%) 및 경화되고 압축된 용지

(D) 유리 섬유를 구비한 하부층 및 구비하지 않은 하부층

압축력 테스트

압축력 실험은 실험 재료의 기존의 k 인자를 변경시키기 위해 실시하였다. k 인자는 식 F(x) = -kx 로 정의된 힘의 상수이며, 식에서 x는 스프링이 압축 또는 팽창된 거리이다. John Wiley and Sons 사가 1974 출판한 D. Hallyday 와 R. Rensnick이 공동으로 저술한 "기초 물리학"에는, 하부층 혼합물중 유리 섬유를 이용하여 2층 구조로 구성된 재료의 k 인자를 변경한다고 기재되어 있다.

천연 용지에 대한 인장 테스트 - 인스트론(Instron)

마찰재의 건식 및 습식 인장 강도는 처리 및 수지 포화 중 중요하다. 인장 강도가 낮은 마찰재는 수지 포화 배쓰(resin saturation bath)에서 조각으로 분리될 수 있다. 아래의 표 11은 한 겹 및 두 겹 재료의 상대 강도를 나타낸다. 마찰재가 알코올로 젖은 경우, 인장 강도가 30 내지 40% 손실된다.

기본 중량이 90.72kg(200 파운드)인 마찰재(비교예 3)는 기본 중량이 61.24kg(135 파운드)인 재료 보다 가공 방향 및 X 가공 방향에서 인장 강도가 50% 높다. 하부층에 면과 셀라이트가 포함되고 기본 중량이 90.72kg(200 파운드)인 두겹의 재료(예 G)는 한 겹의 재료와 인장 강도의 크기가 비슷하다.

두 겹의 재료가 그 하부층(예 H)에 유리 섬유를 포함하고 있는 경우, 인장 강도는 약 40% 정도 낮아진다. 상기 재료는 가공 방향에 비해 X 가공 방향의 인장 강도(66%)가 실질적으로 낮다.

[표 11]

인스트론 인장 테스트 데이터/천연 용지

5개의 평균값 - 건식 및 습식 테스트

(E) 천연 용지의 층 접착

2층 구조로 구성된 용지의 층 접착력은, 힘이 시트면에 수직 방향으로 가해질 경우, 분리되려는 층의 저항으로서 정의된다. 이 변수는 천연 마찰재의 등급을 설정하는데 특히 유용하다. 층 접착력은 대부분 중합체 재료로 시트를 채우는 동안에 증가될 수 있다. 3개의 인자, 즉 (1) 시트중의 중합체의 종류와 양, (2) 섬유에 대한 중합체의 접착력, 그리고 (3) 시트중의 섬유의 배열이 라텍스로 채워진 용지의 층 접착력에 영향을 미칠 수 있다. 라텍스는 페놀 수지가 경화될 때까지 두 겹의 재료에 추가로 한 겹을 접착시킬 수 있다.

상기 예 Ⅱ는 한 겹의 재료와 두 겹의 재료의 풀 팩 마찰 성능이 유사하다는 것을 나타낸다. 그러나, 기본 중량이 적은 마찰재는 동적 마찰 계수가 낮다.

마찰재의 기본 중량이 적으면, 라이닝의 내구성이 떨어진다. 두 겹의 재료는 더 작은 기본 중량에서 테스트했을 때 한 겹의 재료보다 내구성이 우수하다.

마찰재 조성을 바꾸어주면, 평균 크기의 구멍 직경이 변경된다. 두 겹의 재료에서 제1 층의 조성을 변경하면, 구멍 크기가 커지고, 클러치 조립체의 윤활성이 개선된다.

한 겹 재료보다 두 겹의 재료를 사용함으로써 비용이 절감된다. 바람직한 실시예에서, 비교적 얇은 제 2층에는 외제의 값비싼 재료를 사용할 수 있다. 클러치의 마찰 및/또는 마모 성능을 상당히 향상시키는 성분을 제 2층에 집중시킬 수 있다.

(예 Ⅲ)

클러치 용도로 에너지 용량이 큰 재료가 필요하다. 전형적으로, 상기 재료에서 내열성이 우수한 것이 마찰 계수가 큰 것 보다 중요하게 여겨진다. 조직에 탄성 입자를 사용함으로써 마찰재의 에너지 용량을 증대시킬 수 있다. 더욱이, 포화 수지로 실리콘을 구비한 두 겹의 마찰재를 사용하면, 마찰 계수가 커지고 마모가 감소한다. 아래의 표 12는 비교예들와 예 Ⅰ의 제제를 나타낸다.

[표 12]

비교예 7은 페놀 수지(비교예 7a,7b)와 실리콘 수지(비교예 7c)로 각각 포화되었다. 비교예 3, 예 1a 및 예 1b는 실리콘 수지로 포화되었다.

3개의 상이한 마찰 입자를 함유한 고에너지의 마찰재(비교예 6)가 제조되었다. 상기 재료는 페놀 수지로 포화되었다.

모든 재료의 기본 중량은 61.24kg(135 파운드)이고, 클러치 조립체를 제작하는데 사용되었다. 절차 528C 또는 527C에 따라 상기 조립체의 마찰 특성 및 마모 특성을 평가하였다.

풀 팩 테스트 - 적정 에너지 절차 528C

(A) 페놀 수지

이소프렌 마찰 입자 대신에 나이트릴 마찰 입자로 한 겹의 재료를 제조하면(비교예 7에서와 같이), 내구성이 다소 향상된다. 비교예 3의 재료(이소프렌 입자를 포함)는, 픽업이 35%일 때 600 사이클 동안 지속된 반면, 비교예 7의 재료는, 동일한 픽업 조건에서 850 사이클 지속되었다. 아래의 표 13은 마찰 및 마모 데이터를 나타낸다. 표면 현상에 대한 자료와 동적 마찰율에 대한 데이터는 아래의 표 14에서 찾을 수 있을 것이다.

[표 13]

풀 팩 테스트 - 1050 사이클에서 실험 데이터

절차 528C - 기본 중량이 61.24kg(135 파운드)인 재료

엑슨 1975 형 "H" 윤활제

* #95407에 기재된 45도 방법에 따라 기록한 저속 동적(정적) 마찰 계수

** 결합 후 0.2초 뒤에 기록한 고속 동적 마찰 계수

[표 14]

풀 팩 테스트 - 팩 표면의 외양 데이터

절차 528C - 기본 중량이 61.24kg(135 파운드)인 재료, 엑슨 1975형 "H" 윤활제

** 200 내지 1050 사이클에서 % 고속 동적 마찰면

45% 이상의 픽업 레벨에서 비교예 7의 재료로 제조된 조립체는 528C 형 테스트를 성공적으로 마쳤다. 나이트릴 타입의 탄성 마찰 입자를 포함하는 이러한 재료는, 최종 동적 마찰 계수가 0.123이고 팩 손실은 0.1mm(4.0 mil) 이었다. 비교예 7의 재료는, 8.1%의 동적 마찰 감소로 테스트되었다. 마모 및 그레이징(glazing)은 등급이 "2"인 반면, 파손은 "1" 이고 박리는 "0" 이었다. 반대로, 페놀 수지 픽업이 44%인 한 겹 재료(비교예 3)는 550 사이클 후 정지되었다. 한 겹 재료에서 수지픽업이 35%에서 44%로 늘어나면, 기본적으로 개선이 이루어지지 않는다. 제제 #1A의 이소프렌 탄성 마찰 입자를 나이트릴 탄성 마찰 입자로 대체하고, 수지 픽업을 증가시키면, 재료에 부가적인 에너지 용량이 제공된다.

비교예 7의 재료는, 픽업 레벨이 47%인 실리콘 수지로 포화되었다. 상기 재료의 최종 마찰 계수는 0.151이고, 동적 마찰 감소는 16.1% 였다. 팩 손실은 0.0 mil 이었다. 테스트 후 표면의 외양은 우수했다. 마모, 파손, 박리 등급은 모두 "0" 인 반면, 글레이징 등급은 "1" 이었다. 제제 #1A의 나이트릴 탄성 마찰 입자와 함께 실리콘 수지를 사용하면, 라이닝의 내마모성과 마찰 계수가 증가하고, 조립체의 표면 외양 등급을 상승시킨다.

상기 표 13에 나타낸 바와 같이, 기본 중량이 61.24kg(135 파운드)인 한 겹의 재료(비교예 3)는 40% 또는 35%의 페놀 수지 픽업으로 528C 테스트를 성공적으로 완료할 수 없었다. 이들 실험은 약 600 사이클 후 중지되었다.

그러나, 상부층(예 I)으로 제제 #1을 구비하고 페놀 수지 픽업이 41%인 두 겹의 재료는 테스트를 성공적으로 마쳤으며, 상기 표 13에 나타난 바와 같이, 최종 동적 마찰 계수는 0.131, 마찰 감소는 5.8%, 팩 손실은 0.23mm(9.0 mil) 이었다.

45%의 픽업 레벨의 실리콘 수지로 한 겹 재료(비교예 3)가 포화되면, 표 13에 나타난 바와 같이, 10.4%의 마찰 감소와 0 mil의 팩 손실로 최종 동적 마찰 계수는 0.155까지 증가한다. 조립체 표면 글레이징의 등급은 "1" 이었고, 마모, 파손, 및 박리 등급은 모두 "0" 이었다. 실리콘 수지를 사용함으로써, 상기 실험 조건에서 한 겹 마찰재의 마찰 및 마모 성능이 향상되었다.

상부층에 제제 #1을 갖는 두 겹의 재료(예 I)는, 43% 및 56%의 픽업 레벨인 실리콘 수지로 포화되었다. 양 테스트는, 팩 손실이 약 5.5 mil 이고 마찰 감소가 8.2% 일 때, 최종 동적 마찰 레벨이 약 0.174 였다. 테스트 후 라이닝 표면 조건은 우수하였다. 그레이징만 "1" 등급이었고, 마모, 파손 및 박리 등급은 모두 "0" 이었다. 두 겹의 재료는 한 겹의 재료보다 마찰 계수가 높았다. 실리콘를 포함하는 제제 #1의 재료는, 페놀 수지가 포화된 재료보다 마찰력이 크다.

도 5는 제제의 재료에 대한 사이클 회수 대 마찰 곡선을 나타내는데, 상기 제제 재료는 비교예 3과 예 I에 대한 내구성과 마찰력을 증가시키도록 제작된 변형예를 갖는다. 곡선에서의 차이는 4198 탄성 입자, 실리콘 수지, 및 두 겹 재료의 효과를 나타낸다.

(예 Ⅳ)

마찰재의 밀도 변화는 조립체의 마찰 성능 및 마모 성능에 영향을 미친다. 밀도 조합을 다양하게 하여 한 겹의 재료와 두 겹의 재료를 평가하였다. 아래의 표 15에 나타낸 바와 같이, 제 1층 및 제 2층의 밀도가 동일한 경우(예 J), 제 1층의 밀도는 높고 제 2층의 밀도는 낮은 경우(예 K), 그리고 제 1층의 밀도가 낮고 제 2층의 밀도가 높은 경우(예 L), 두 겹의 재료 밀도 조합을 평가하였다.

두 겹 마찰재의 제 1(바닥) 층 및 제 2(상부) 층 모두에 대해 동일한 재료 제제를 사용하였다. 그러나, 밀도가 높은 층을 포함하는 예들은 보다 "기계적으로" 정제된 면 재료를 함유한다. 면 섬유를 정제하면, 섬유의 연축화(fibrillation)가 증가하고, CFN(Canadian Standard Freenees Number)이 낮아진다. CFN(TAPPI에 의해 승인된 T227om-94 테스트 방법으로 테스트한 바와 같이)은, 섬유재의 정제량 또는 연축량(amount of fibrillation)이 증가함에 따라 낮아진다. 연축량이 증가함에 따라(즉, CFN이 감소함에 따라), 밀도는 높아진다. "보통의" 또는 표준 면 섬유는 CFN이 약 550 인 반면, 추가 "정제된" 면 섬유는 CFN이 약 450 이라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 표준 면 섬유(CFN이 약 550)로 비교적 밀도가 낮은 섬유성 기재 시트 또는 섬유성 기재층을 제조하는 반면에, 정제된 면 섬유(CFN 약 450)는 비교적 밀도가 높은 섬유성 기재 시트 또는 섬유성 기재층을 제조한다.

모든 경우에, 용지의 총 기본 중량은 약 90.72kg(200 파운드)로 정해졌는데, 이 중 제1 및 제2 층은 각각 18.14kg(40 파운드)와 72.58kg(160 파운드)였다. 페놀 포화 수지는 50 내지 55% 픽업을 획득하기 위해 사용하였다. 모든 테스트는 엑슨 1975 형 "H" 윤활제를 이용한 절차 498에 따라 진행되었다.

아래 마찰재는, 면 36.8%, 아라미드 펄프 4.8%, 셀라이트 13.6%, 및 질화규소 입자 4.8%를 포함하는 조성 #3과, 질화물, 탄성 중합체 입자의 마찰 입자 4.0%와, CNSL 4.0%, 매우 단단한 CNSL 12%, 및 길이가 3㎜인 노볼로이드 섬유 10%, 길이가 0.20㎜인 노볼로이드 섬유 10%를 포함한다.

아래의 표 15에 열거된 다공성 데이터는, 걸리 덴소미터를 사용해서 특정 부피의 공기가 한 장의 용기를 통과하는데 걸리는 시간을 측정한 측정치이다.

아래의 표 15에 제공된 물렌(Mullen) 데이터는, 테스트 시료로 덮인 표준 오리피스를 아래에서 고무 격판(rubber diaphragm)에 의해 제어되는 액체에 일정 속도로 압력이 가해질 경우, 용지의 파열 강도를 측정하는 테스트 방법이다. 이러한 방법은, TAPPI 방법 T-403의 외삽법이다.

[표 15]

양 층에서 밀도와 재료의 제제가 동일한 두 겹의 재료는, 2000rpm(0 내지 100 사이클) 및 4800rpm(101 내지 2100 사이클)의 맞물림 속도에서 유사한 동적 마찰력 크기를 갖는다(예 J). 도 6은 예 J에 대한 두 겹 조립체로 행한 테스트에서 마찰력 대 사이클 수의 곡선을 나타낸다. 총 팩 손실은 0.07mm(2.8 mil)이었다.

도 7 및 도 8은 밀도가 변하는 두 겹 재료를 나타낸다. 도 7은 예 K의 정적 마찰 계수 및 동적 마찰 계수를 나타낸다. 총 팩 손실은 0.005mm(0.2 mil) 이었다.

도 8은 예 L의 정적 마찰 계수 및 동적 마찰 계수를 나타낸다. 총 팩 손실은 0.056mm(2.2 mil) 이었다. 두 겹 재료의 제 1층 또는 제 2층의 밀도를 변경함으로써, 마찰 성능 및 마모 성능을 바꿀 수 있다. 다공성 데이터가 나타내는 바와 같이, 가장 적절한 성능으로 인해 도 8에 도시한 바와 같이 제 1층 및 제 2층의 밀도가 각각 낮고 높게 되었다(예 L).

예 L은 2000rpm의 맞물림 동안 정적 마찰 계수 및 동적 마찰 계수가 증가하고 마찰 계수는 약간 높아지는 것을 나타낸다. 상기 재료는 조립체의 내마모성이 매우 우수하다. 도 6 내지 도 8은, 3개의 두 겹 재료 밀도 조합이 평가한 마찰력 대 사이클 회수의 곡선을 나타낸다(예 J, K, 및 L).

두 겹의 재료는 한 겹의 재료보다 더 잘 실행된다. 가장 바람직한 두 겹 재료는 밀도가 낮은 제 1층과 밀도가 높은 제 2층의 조합을 갖는다. 두 겹의 재료는 한 겹의 재료보다 내마모성이 약간 크다. 두 겹의 재료로 테스트 한 동적 마찰 계수는 한 겹의 재료와 비교해서 서로 다른 맞물림 속도에서 변동이 더 적었다.

(예 Ⅴ)

절차 5004A에 따라 엑슨 1975형 "H" ATF로 마찰 및 마모 테스트를 실시하였다. 한 겹 마찰재 또는 두 겹 마찰재를 사용하여 결과를 얻었다. 선택된 변형 실리콘 수지 및 변형되지 않은 실리콘 수지를 두 개의 마찰재로 평가하였다. 아래의 표 16에 테스트된 재료를 나타낸다. 예 M 및 예 N은, 아라미드 펄프 32%, 셀라이트 26%, 실리카 16%, 나이트릴 타입의 탄성 중합체 입자 16%, 유리 섬유 10%의 제제 #4를 가진다.

[표 16]

변형된 실리콘 수지로 포화된 샘플은 변형되지 않은 실리콘 수지로 포화된 샘플에 비해 전단 강도가 거의 2배이다. 변형된 실리콘 수지로 포화된 샘플은 페놀 또는 다른 부서지기 쉬운 수지와 혼합될 경우 전단 강도가 증가한다.

변형된 실리콘 수지는 변형되지 않은 수지 보다 전단 강도가 높지만, 변형된 실리콘 수지는 변형되지 않은 실리콘 수지와 설정값(set value)이 비슷하거나 다소 높다. 이러한 마찰재 제제에서, 높은 전단 강도와 변형되지 않은 실리콘의 높은 압축 설정 처항성(compression set resistance) 사이에는 거의 관련이 없다. 평균 크기의 구멍 직경은, 높은 교차 결합 수지에 비해 낮은 교차 결합 수지로 포화된 샘플에서 다소 큰 경향이 있다.

232.2℃(450℉)로 경화된 실리콘 수지로 포화된 두 겹의 재료는 마찰 성능 및 마모 성능이 우수하다. 상기 재료는 단지 0.02mm(0.8 mil)의 팩 손실과, 9%의 마찰 감소를 나타냈다. 그러나, 204.4℃(400℉)에서 경화된 동일한 재료는 0.53mm(21.0 mil)의 팩 마모와 13%의 마찰 감소로 테스트되었다. 따라서, 실리콘 수지를 사용하면, 팩 손실 성능과 마찰 성능이 양호해졌고, 이것은 수지의 적절한 경화에 영향을 미친다.

아래에 열거한 다양한 실리콘 수지로 두 겹의 섬유성 기재가 포화되었다. 도 9에 도시한 바와 같이, 재료는 약 592℃에서 제 1 TGA 피크가 있었고, 55.46 중량% 의 잔류물(residue)을 가졌다. 모든 재료는 아래의 표 17에 나타낸 바와 같은 수지로 60 내지 65 중량%의 픽업(pickup)으로 포화되었다.

[표 17]

실리콘의 변화량(variatoin)과 실리콘/페놀 블렌드의 변화량으로 포화된 고온 마찰재 예 M(제제 #4 한 겹)과, 예 N(제제 4 두 겹)에 대한 물리적 실험 데이터가 아래 표 18에 나타나 있다.

[표 18]

재료의 물리적 특성, 실리콘 수지 비교

SAE 절차 5004A에 따라 엑슨 19875형 "H" ATF 윤활제를 사용하여, 마찰 및 마모 실험을 실시하였다. 이 결과는 아래 표 19에 요약되어 있다.

[표 19]

실험 절차 5004A-엑슨 1975형 "H" ATF, 실리콘 수지 비교

서로 다른 수지, 즉 실리콘 및 실리콘/페놀 수지를 이용하여, 두 겹 재료를 테스트했다. 204℃(400℉) 보다는 232.2℃(450℉)로 경화된 실리콘 재료는, 동일한 재료가 204℃(400℉)로 경화되었을 때 팩 손실이 0.53mm(21.0 mil)인 것에 비해 팩 손실이 0.02mm(0.8 mil) 이었다. 실리콘/페놀 수지 혼합물로 포화된 두 겹 재료는, 마모가 0.15mm(5.9 mil) 이었다.

두 번의 TMA(열에 의한 기계적 분석) 테스트를 실시하였다. 첫 번째 실험에서는 재료를 분당 10℃씩 증가시켜 398.8℃(750℉)까지 가열하면서 크기 변화를 측정하고(방법 "A" ), 두 번째 실험에서는 실온에서 500℃까지 다섯 개의 열 사이클후 최종 온도를 750℃로 높인다(방법 "B" ).

[표 20]

재료의 열적 비교, 실리콘 수지 비교

* A 레벨: ui = 3600 rpm에서 마찰력, um = 1850 rpm에서 마찰력, uf = 740 rpm에서 마찰력, us = 0.72 rpm에서 마찰력.

B 레벨: ui = 3600 rpm에서 마찰력, um = 1850 rpm에서 마찰력, uf = 740 rpm에서 마찰력, us = 0.72 rpm에서 마찰력.

C 레벨: ui = 3600 rpm에서 마찰력, um = 1800 rpm에서 마찰력, uf = 740 rpm에서 마찰력, us = 0.72 rpm에서 마찰력.

도 9는 예 N의 열 무게 측정 분석법(TGA, thermogavimetric analysis)을 나타낸다. TGA 곡선은 더 높은 온도를 나타내는데, 이것은 내열성의 증가를 나타낸다. 중량 변화%는 35.15였다. 중량 손실이 더 느려질수록, 마찰재의 내열성(heat resistance)은 더 커진다.

(예 Ⅵ)

고성능의 두 겹 용지 복합체 습식 클러치 면 마찰재(two-ply paper composite wet clutch facing friction material)는, 고온, 고에너지, 낮은 압축 설정 재료의 제제를 포함하는 제 2층과, 비선형 탄성 및 다공성 제제를 포함하는 제 1층을 포함한다. 두 겹의 복합체 재료(two-ply composite material)는, 다공성이 매우 크고, 비선형 탄성이며, 낮은 압축 설정을 갖는다. 예를 들어 두 겹의 복합체 습식 클러치 면을 포함한 마찰재는, 함께 사용시 제 2층 재료의 한 겹 재료에 비해 마찰 성능이 상당히 개선되었다.

제 2층은, 약 10% 내지 40%의 탄소를 포함하는 활성탄 입자(activated carbon particle including carbon)(여기에서, "활성탄"은 그 안에 작은 구멍이 무수히 많이 있는 다공성 물질 임.) 와, 약 10% 내지 약 30%의 면 섬유와, 약 5% 내지 약 30%의 잘게 절단한 아라미드 섬유와, 약 0 내지 약 20%의 합성 흑연과, 약 0 내지 약 40%의 충전재를 포함하는 제제 #5를 포함한다. 제 1층은, 약 5% 내지 30%의 비선형 탄성 PET 섬유와, 약 20% 내지 약 60%의 면 섬유와, 약 10% 내지 약 40%의 충전재를 포함하는 제제 #6을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 1층은, 면 약 55%, 비선형 탄성 PET 섬유 약 10%, 셀라이트 약 35%, 라텍스 가공 보조제 약 2%를 포함하고, 제 2층은 약 30%의 활성탄, 약 25%의 면, 약 10%의 아라미드 섬유, 약 10%의 아라미드 펄프, 약 25%의 셀라이트, 약 2%의 라텍스 가공 보조제를 포함한다. 제 2층은 두 겹의 복합체 재료 전체 두께의 약 5% 내지 약 30%, 가장 바람직하게는 약 20%를 차지한다. 최종의 두 겹 복합체 재료는 매우 다공성이 크고 비선형 탄성이다. 습식 클러치 면에 사용될 경우, 두 겹의 복합체 재료는, 한 겹의 고온 재료보다 마찰 성능이 크게 개선되었다.

[표 21]

샘플은 공지된 픽업 레벨의 페놀 수지로 포화되었다. 표 22에 나타낸 데이터는 비교예 8, 비교예 9, 및 예 0에 대한 평균 구멍 직경을 미크론으로 나타낸다.

예 0의 두 겹 재료는, 평균 구멍 직경이 비교예 8 또는 비교예 9 보다 크다. 샘플은 모두 경화 및 압축되어, 최종 밀도는 45 내지 47 lb/ft³이 된다.

[표 22]

비교예 8, 비교예 9, 예 O를 이용하여 압축 이완 테스트를 실시하였다. 압축율은 압축된 후 원래 크기로 복귀하는 재료의 능력의 크기이다.

도 13에는, 풀 팩 테스트(full pack test)(527C), 고 에너지 테스트를 이용하여 비교예 8과 예 O에 대해, 고속의 동적 마찰 계수 대 사이클 데이터가 나타나 있다.

두 겹의 마찰재는 매우 다공성이 크고, 비선형 탄성이다. 비교예 8 또는 비교예 9의 한 겹 재료보다 마찰 성능이 상당히 개선되었다. 동적 마찰 계수는 10 내지 25% 커지고, 내마모성은 20 내지 50% 증가했다.

또한, 내열성이 향상되고, 정적 마찰 계수에 대한 동적 마찰 계수의 비가 낮아진다. 두 겹의 마찰재는, 한 겹 재료보다 구멍 크기가 커지고, 압축 이완 작용이 작아지며, 수지 픽업이 전체적으로 증가한다.

도 10은 비교예 8의 압축 및 압축 설정을 나타낸다. 도 11은 비교예 9의 압축 및 압축 설정 데이터를 나타낸다. 도 12는 예 O의 압축 및 압축 설정을 나타낸다.

본 발명은, 클러치 판, 변속 밴드, 브레이크 슈즈, 싱크로나이저 링, 마찰 디스크 또는 시스템 판 및 토오크 변환기에 사용하기 위한 에너지 마찰재로 사용할 수 있다.

바람직하고 대안적인 실시예의 상기 설명은 예시하기 위한 것으로, 다음의 특허 청구 범위의 범위와 내용을 한정하지는 않는다.

도 1은 두 겹의 마찰재를 형성하는 방법을 나타내는 일반적인 개략도.

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취해지고, 일반적으로 두 겹의 마찰재를 나타내는 단면도.

도 3은 비교예 3과 예 G와 H에 대한 사이클 수가 증가됨에 따라 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 4는 비교예 3, 4, 5와 예 I에 대한 사이클수가 증가함에 따라 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 5는 비교예 3과 예 I에 대한 사이클 수가 증가함에 따라 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 6은 예 J에 대한 사이클 수가 증가함에 따라 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 7은 예 K에 대한 사이클 수가 증가함에 따라 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 8은 예 L에 대한 사이클 수가 증가함에 따라 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수를 비교하는 그래프.

도 9는 예 N에 대해 온도 증가에 따른 중량%의 감소와, 중량 편차의 변화(%/℃) 및 잔류물의 양과 %를 나타내는 TGA 그래프.

도 10은 폐놀 수지가 침투된 비교예 8을 포함하는 비압축성 마찰재에 대한 압축 및 영구 변형율을 나타내는 그래프.

도 11은 페놀 수지가 침투된 비교예 9를 포함하는 비압축성 마찰재에 대한 압축 및 영구 변형율을 나타낸 그래프.

도 12는 페놀 수지가 침투된 비교예 N을 포함하는 비압축성 마찰재에 대한 압축 및 영구 변형율을 나타내는 그래프.

도 13은 비교예 8과 예 N에 대해 사이클 수가 증가함에 따라 마찰 계수를 비교한 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉

10: 제 1분배 장치 11: 표면

12: 제 1층 20: 제 2분배 장치

22: 제 2층 24: 마찰재

30, 50: 건조 수단 40: 침투수단

Claims

차량의 전방부에 있어서 전후방향으로 연장되는 프론트 프레임을 구비한 차량의 전방부 자체 구조에 있어서,

상기 프론트 프레임은 차폭방향의 횡칫수(W)에 대한 상하방향의 종칫수(H)의 비율인 종횡비가, 후방부분에서는 종칫수(H)를 횡칫수(W)보다 길게 한 횡단면 형상의 비율로 설정되고, 후방부분으로부터 전단부측으로 향해 감에 따라 종칫수(H)는 대략 일정하게 유지되면서 상기 횡칫수(W)를 증가시켜서 상기 종횡비가 1에 가까워 지도록 변경 설정된 횡단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제1항에 있어서, 프론트 프레임으로써, 차량의 전방부에 있어서 좌우 양측 위치에 설치된 한 쌍의 프론트 사이드 프레임을 구비하고, 상기 각 프론트 사이드 프레임은 후방부분에서 전단부에 걸쳐 종칫수를 대략 일정하게 유지하면서 횡칫수를 전단부측으로 감에 따라 차폭방향 외방에 대해 보다 증가시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제1항에 있어서, 프론트 프레임의 전단부측 위치에는 전후 방향으로 작용하여 충격을 완화하는 충격완화부가 설치되어 있는 한편, 후단부측 위치에는 차폭방향의 굽힘에 저항하는 보강부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제3항에 있어서, 충격완화부는 둘레방향에 인접하는 평면부간에 각부(角部)를 가지고, 차량의 전후방향을 따라 연장되는 폐단면상의 상기 프론트 프레임의 차량 전단측에, 상기 각부 양측의 인접하는 2개의 평면부의 한쪽에 형성된
바(bar)와, 다른쪽에 상기
바에 각부를 통하여 연속되도록 형성된
바로 이루어져 있고, 상기 프론트 프레임의 초기 최대 내력을 저감하기 위한 제1 비드로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제3항에 있어서, 보강부는 프론트 프레임의 후단부측에서 차실측에 걸쳐 하향으로 굴곡하는 굴곡부를 따라 부착된 보강 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제4항에 있어서, 상기 제1 비드보다 차량 전단측의 프론트 프레임 폐단면내에, 프론트 프레임 내주면에 접합되고 상기 프론트 프레임내를 구분하는 마디상 부재가 설치되며, 상기 마디상 부재에 프론트 범퍼가 연결 고정되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제6항에 있어서, 마디상 부재는 제1 비드에 근접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제6항 또는 제7항에 있어서, 제1 비드보다 차체 후방측의 프론트 프레임 평면부에는, 프론트 프레임 연장 설치방향을 따라 변형 피치로 대략 변형 피치 전체 길이에 걸치는
부 및
부가 번갈아 반복되는 평균 내력 향상을 위한 제2 비드가, 양측의 각부에 걸리지 않는 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제6항 또는 제7항에 있어서, 제1 비드보다 차체 후방측의 프론트 프레임 폐단면내에, 상기 프론트 프레임의 적어도 1개의 평면부에 대향하여 프론트 프레임 연장 설치방향으로 연장되는 보강평면부를 가지는 보강판이 설치되며, 상기 보강 평면부에는 프론트 프레임 연장 설치방향을 따라 변형 피치로 상기 변형 피치 전체 길이에 걸치는
부 및
부가 번갈아 반복되는 평균 내력 향상을 위한 제2 비드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
둘레방향에 인접하는 평면부간에 각부를 가지고, 차량의 소정방향으로 연장되는 폐단면상 프레임의 연장 설치방향의 차량 외단측에, 상기 각부 양측의 인접하는 2개의 평면부의 한쪽에 형성된
바와, 다른쪽에
바에 각부를 통하여 연속하도록 형성된
바로 이루어져 있고, 상기 프레임의 초기 최대 내력을 저감하기 위한 제1 비드가 설치되며, 상기 제1 비드보다도 차량 외단측의 프레임에 범퍼가 연결 고정된 범퍼 고정 구조에 있어서, 상기 제1 비드보다 차량 외단측의 프레임 폐단면내에 프레임 내주면에 접합되고 상기 프레임내를 구분하는 마디상 부재가 설치되며, 상기 마디상 부재에 상기 범퍼가 연결 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항에 있어서, 마디상 부재는 제1 비드에 근접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항에 있어서, 마디상 부재에는 범퍼측으로 향해 연장되는 볼트가 고정되어 있고, 범퍼는 상기 볼트와 상기 볼트에 범퍼측에서 나사 결합 체결되는 너트에 의해 마디상 부재에 고정되는 구성으로 함으로써, 마디상 부재와 범퍼와의 연결구조가 명확화되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항에 있어서, 2개의 마디상 부재가 프레임 연장 설치방향으로 나란히 설치되며, 상기 2개의 마디상 부재의 한쪽이 제1 비드에 근접하여 배치되는 한편, 다른쪽 마디상 부재에는 범퍼측을 향해 연장되는 볼트가 고정되어 있고, 범퍼는 상기 볼트와 상기 볼트에 범퍼측에서 나사 결합 체결되는 너트에 의해 마디상 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 비드는 프레임의 전체의 각부를 포함하는 대략 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 비드는 각 각부를 형성하는 인접하는 2개의 평면부의 한쪽의
바의 깊이와, 다른쪽의
바의 높이가 대략 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 비드보다 차체 내방측의 프레임의 평면부에는, 프레임 연장 설치방향을 따라 변형 피치로 변형 피치 전체 길이에 걸치는
부 및
부가 번갈아 반복되는 평균 내력 향상을 위한 제2 비드가, 양측의 각부에 걸리지 않는 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제16항에 있어서, 제1 비드의 프레임 연장 설치방향의 폭은 제2 비드의 변형 피치보다 짧게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제16항에 있어서, 제2 비드는 프레임 연장 설치방향에 있어서 제1 비드에 연속하여, 또는 상기 제1 모드에 대해 변형 피치의 정수배 길이의 중간 평면부를 개재시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제16항에 있어서, 제2 비드는 프레임의 상호 대향하는 2개의 평면부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제19항에 있어서, 상호 대향하는 2개의 제2 비드는, 프레임 설치방향에 있어서 한쪽이
부일 때는 다른쪽이
부로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제16항에 있어서, 제2 비드는 상기 제2 비드가 형성되는 평면부의 양측의 각부에서 적어도 프레임 변형시에 있어서의 상기 각부의 이동분을 뺀 나머지 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제21항에 있어서, 제2 비드는 상기 제2 비드가 형성되는 평면부의 양측의 각부에서 변형 피치의 대략 1/2의 길이를 뺀 나머지 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 비드보다 차체 내방측의 프레임 폐단면내에, 상기 프레임의 적어도 1개의 평면부에 대향하여 프레임 연장 설치방향으로 연장되는 보강 평면부를 가지는 보강판이 설치되며, 상기 보강 평면부에는 프레임 연장 설치방향을 따라 변형 피치로 변형 피치 전체 길이에 걸쳐
부 및
부가 번갈아 반복되는 평균 내력 향상을 위한 제2 비드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 전방부 차체구조.