KR100639883B1

KR100639883B1 - 비석면 마찰재

Info

Publication number: KR100639883B1
Application number: KR1020040093375A
Authority: KR
Inventors: 정근중
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-10-30
Also published as: KR20060054715A

Abstract

본 발명은 크기 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함하는 비석면 마찰재에 있어서 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트를 마찰계수향상제로서 더 포함하는 비석면 마찰재를 제공하는 바, 이는 벤토나이트가 마찰계수를 향상시켜 제동성능을 향상시키면서도 마찰계수 향상에 따른 제동 온도상승이나 소음의 발생이 없다.

Description

비석면 마찰재{Friction material}

도 1은 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 판상구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이고,

도 2는 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 다공성 구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며,

도 3은 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 제동 횟수에 따른 마찰계수를 비교한 그래프이고,

도 4는 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 Fade 시의 마찰계수를 비교한 그래프이고,

도 5는 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 Fade 시의 제동온도 특성을 비교한 그래프이며,

도 6은 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 제동 횟수에 따른 소음 특성을 비교한 그래프이다.

본 발명은 비석면 마찰재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벤토나이트를 마찰계수 향상제로 포함하는 비석면 마찰재에 관한 것이다.

자동차용 마찰재는 석면을 주성분으로 제조되어 왔으나, 석면이 유해 물질로 판명이 되면서 사용할 수 없게 되어 비석면 마찰재를 개발해 왔다. 석면 대체 섬유로는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 철 섬유(steel fiber), 그리고 암면(Rock woold) 등을 단독 또는 혼합 사용하여 마찰재가 개발되고 있다.

한편, 벤토나이트의 마찰재(friction material) 관련 기술로는, 마찰계수를 저하시키는 antifriction material로 사용하는 예와, 다른 하나는 마찰계수와 무관하게 사용하는 예를 들 수 있다. 첫째 마찰계수를 저하시키는 antifriction materal로 사용하는 예로서 일본 특허 공개 1994-200284호에서는 각종 관을 도로에 매립시 흙과의 마찰을 감소시키기 위하여 적용하는 원료로 벤토나이트를 antifriction material 원료로 사용하고 있다. 이러한 antifriction material은 섬유상 원료, CMC 등의 증점제, 탄산나트륨 등의 분산제, 음이온계 계면활성제 등의 고분자 화합물과 사용되고 있다. 이러한 antifriction material은 물에 섞어 사용하는 수용성을 그 특징으로 하고 있다.

둘째는 벤토나이트를 마찰계수 향상과 무관하게 사용하는 것으로서, 미국특허 제5,403,126호에서 보듯이 경사면에서 토사를 이동하는 토목 공사용 Geosynthetic Clay Liner(GCL, 3개층으로 구성됨)의 1개 층으로 사용하고 있다. 벤토나이트 라이너는 사용 중에 물이 묻으면 마찰계수가 저하되는 특성이 있다. 이 러한 벤토나이트의 단점 즉, 마찰계수를 향상시키기 위하여 HDPE(High Density Polyethylene)이나 EVA 등의 마찰계수 향상제(Friction Enhancement Material)를 별도로 사용한다. 마찰계수 향상제를 침지 또는 스프레이 방식으로 사용하는 방법에 대해 개시하고 있다.

한편, 자동차용 마찰재 중 세미메탈릭계 마찰재는 고온에서 내마모성이 우수하나, 제동시 소음이 발생하고 상대재인 디스크나 드럼의 손상을 일으키는 단점이 있다. 또한 장기 방치시 공기 중의 수분을 흡수하여 마찰재가 녹이 발생하여 디스크에 고착되는 현상도 발생하기도 한다. 이러한 문제점 이외에도 세미메탈릭계를 장기 사용하게 되면 휠에 제동시 발생하는 분진에 휠에 묻는 현상인 휠 더스트(wheel dust) 문제가 심하게 발생되어 자주 세차를 하게 하거나 휠을 별도의 세척제로 닦아내는 번거로움을 발생시킨다.

이러한 세미 메탈릭계 마찰재의 단점을 개선하기 위하여 저철(low steel)계 또는 비철계(non steel)계 마찰재 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 비철계 마찰재들은 마찰계수가 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 마찰계수를 상승시키면 소음이 발생하게 되는 2차 문제가 발생할 뿐만 아니라 마찰계수의 증가는 제동 온도의 상승을 동반하게 된다. 이러한 제동온도 상승은 마찰재 자체의 물성 변화를 일으켜 소음 등의 문제를 야기시키고, 결합력을 저하시켜 내마모성 저하를 유발하게 된다. 심한 경우에는 마찰재의 표면이 타서 하얗게 되는 현상이 발생하거나 제동시 브레이크 부분에서 화재가 발생할 수도 있다.

이에 본 발명에서는 벤토나이트를 마찰계수를 저하시키는 antifriction material로 사용하지 않고 마찰계수를 향상시키는 마찰계수향상제로 사용하되 다만 마찰계수 상승으로 인한 소음이나 제동 온도 상승 발생의 가능성을 배제하기 위하여 판상구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 특정 구조의 벤토나이트를 사용하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 마찰계수가 높으면서 소음이 발생하지 않는 비석면 마찰재를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명은 마찰계수가 높으면서 제동 온도의 상승이 없는 저소음 마찰재를 제공하는 데도 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 마찰재는 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함하는 것으로서, 여기에 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트를 마찰계수향상제로서 더 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 비석면 마찰재는 통상의 비석면 마찰재와 같이 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함한다. 다만, 본 발명의 비석면 마찰재는 벤토나이트를 포함하는 바, 벤토나이트는 SiO₂나 Al₂O₃ 등 연마제로 사용될 수 있는 성분이 있어 마찰계수를 높일 수 있다. 그러나, 마찰계수의 상승은 소음 발생 의 가능성을 높이고, 디스크나 드럼 등의 상대재의 마모를 심하게 하고 제동시 온도의 상승으로 연결되어 마찰재 자체의 물성 변화를 일으켜 성능 저하 등이 일어나게 된다. 그러나, 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 경우는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 가지고 있어 마찰계수 상승에 따른 소음 발생이나 제동 온도 상승이 거의 없게 된다. 도 1은 벤토나이트의 판상구조를 나타낸 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 벤토나이트의 다공성 구조를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.

이와같은 구조를 갖는 벤토나이트는 마찰계수 향상제로 작용하면서도 마찰계수 상승에 따른 소음이나 제동 온도의 상승이 없다.

이같은 역할을 하는 벤토나이트의 함량은 전체 비석면 마찰재 조성 중 1 내지 20vol%인 것이 바람직한 바, 그 함량이 1vol% 미만이면 첨가의 효과가 미미하며 20vol% 초과면 내마모성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

한편, 비석면 마찰재를 구성하는 통상의 조성을 살펴보면, 섬유로는 아라미드 섬유나 아크릴 섬유 등의 유기섬유, 철 섬유, 무기 섬유 등을 들 수 있고, 결합제로는 페놀 수지를 들 수 있다. 페놀 수지는 미변성 수지와 변성 수지를 모두 포함함은 물론이다. 연마제는 산화마그네슘, 알루미나, ZrSiO₄ 등을 들 수 있다. 윤활제로는 탄소계로서 그라파이트 등이 있고, 비탄소계로서는 Sb₂S₃, MoS₂ 등이 있다. 마찰조정제로는 캐슈 더스트(Cashew dust), 고무 분말, 코크스 등을 들 수 있으며, 충진제로는 BaSO₄나 Ca(OH)₂ 등을 들 수 있다.

통상 비석면 마찰재는 상기 벤토나이트 1 내지 20 vol% 이외에, 섬유 10 내지 40vol%, 결합제 10 내지 25vol%, 연마제 2 내지 10vol%, 윤활제 5 내지 15vol%, 마찰조정제 10 내지 25vol% 및 충진제 10 내지 30vol%를 포함하며, 이들의 총 합은 100 vol%이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 비석면 마찰재를 제조하였다. 표 1에 있어서 단위는 vol%이다.

마찰재의 제조방법은 사용하는 원료에 따라 달라지는 바, 액상 원료를 사용할 경우는 냉간 성형 방법을, 고체 원료를 사용하는 경우에는 건식 성형 방법을 적용하게 된다. 본 실시예에서는 건식 성형방법을 적용하여 다음 표 1의 원료를 혼합하고, 예비성형, 열성형, 열처리, 연마 및 검사, 그리고 포장하는 순서에 따라 비석면 마찰재를 제조하였다.

조 성	비교예	실시예
유기 섬유	5	5
철 섬유	5	5
무기 섬유	17	17
결합제	20	20
연마제	6	6
벤토나이트	-	10
BaSO₄	20	10
윤활제	9	9
마찰조정제	18	18
합계	100	100

이와같이 얻어진 비석면 마찰재의 마찰계수와 소음평가는 Scale Tester를 이 용하여 수행하였다. Scale Tester에 FFT가 있어 제동시마다 소음 평가를 할 수 있다. 평가 모드는 JASO C406 Mode를 변형한 Mode로 평가하였다.

Scale Tester에 의한 마찰계수 및 소음 평가 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	비교예	실시예
마찰계수(평균)	0.349	0.416
마찰계수(100kph, 0.3g)	0.351	0.452
Fade 최저 마찰계수	0.268	0.258
소음 발생 횟수(50dB 이상)	26회	1회

상기 표 2의 결과로부터, 벤토나이트를 적용함으로써 마찰계수가 많이 향상됨을 알 수 있다. 평균 마찰계수는 19.2%, 고속 주행(100kph) 시의 마찰계수는 28.8%가 향상되어 제동 성능이 매우 향상되었음을 알 수 있다. 도 3에는 제동 횟수에 따른 마찰계수를 비교한 그래프를 나타내었다.

또한, 인위적으로 온도 상승시의 고온에서의 마찰계수 저하 현상인 Fade 시의 마찰계수를 비교하여 도 4로 나타내었는 바, Fade 시의 마찰계수는 동등 수준임을 알 수 있다.

한편, Fade 시의 온도 상승 정도를 비교하여 도 5에 나타내었는 바, 이 또한 동등 수준임을 알 수 있다. 즉, 마찰계수의 급격한 상승에도 불구하고 100km/h의 제동에서도 온도 상승은 거의 없음을 보여주고 있다. 제동시 급격한 온도 상승은 마찰계수의 급격한 변화 및 물성 변화를 일으키게 되나, 벤토나이트를 적용함으로써 마찰계수의 증가에도 불구하고 제동 온도 상승이 적어 안정된 마찰 특성을 유지할 수 있다.

도 6에는 소음 특성을 비교하여 나타내었는 바, 이 결과로부터 마찰계수가 증가함에도 소음 발생 횟수가 매우 적음을 알 수 있다. 따라서, 벤토나이트를 사용함으로써 제동성이 우수하고 저소음의 마찰재를 개발할 수 있음을 확인하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 벤토나이트를 더 포함하는 비석면 마찰재는 벤토나이트가 마찰계수를 향상시켜 제동성능을 향상시키면서도 마찰계수 향상에 따른 제동 온도상승이나 소음의 발생이 없다.

Claims

섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함하는 비석면 마찰재에 있어서,

판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트를 마찰계수향상제로서 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 벤토나이트는 전체 비석면 마찰재 중 1 내지 20vol%로 포함되는 것임을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
(정정) 제 1 항에 있어서, 섬유 10 내지 40vol%, 결합제 10 내지 25vol%, 연마제 2 내지 10vol%, 윤활제 5 내지 15vol%, 마찰조정제 10 내지 25vol%, 충진제 10 내지 30vol% 및 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트 1 내지 20vol%를 포함하는 것으로, 전체 비석면 마찰재 구성의 합은 100 vol%인 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
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