KR101098482B1 - 마찰재 - Google Patents

Abstract

섬유 기재와, 결합재와, 충전재를 함유하는 마찰재 조성물을 성형, 경화하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 모스 경도 4~6.5인 3종 이상의 금속 산화물을 합계로 12체적% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.

본 발명의 제 1의 마찰재는, 저주파 노이즈의 발생을 억제할 수 있고, 로터, 디스크 패드의 마모량을 적게 할 수 있으며, 고속시에 마찰 계수(μ)가 높고 안정되어 있는 것으로 균형잡힌 마찰재이다.

마찰재, 섬유 기재, 결합재, 충전재

Description

마찰재{FRICTION MATERIAL}

본 발명은, 자동차 등의 디스크 패드, 브레이크 라이닝, 클러치 페이싱 등에서 사용되는 마찰재에 관한 것이다.

자동차 등의 디스크 패드나 브레이크 라이닝 등에 사용되는 마찰재에는, 저주파 노이즈의 발생이 억제되고, 로터나 디스크 패드의 마모량이 적으며, 나아가서는 마찰 계수(μ)가 높고, 안정된다고 하는 특성이 요망되고 있다.

마찰재는, 통상, 섬유 기재, 결합재, 충전재를 주성분으로 하는 마찰재 조성물을 성형, 경화함으로써 형성되는데, 상기 특성의 점에서, 충전재의 일부로서 금속 산화물을 첨가하는 것이 행해지고 있다. 예를 들면, 일본 특개 2000-178538호 공보에서는, 고속주행시의 제동시에 브레이크 진동(고속·고온 저더)을 방지 또는 절감할 수 있고, 또한 브레이크 마찰음을 방지 또는 절감할 수 있는 동시에 디스크 로터의 마모량이 적은 마찰재로 적합한 마찰재 조성물을 제공할 목적으로 사삼산화철을 첨가하는 것이 제안되어 있다. 또, 일본 특개 2002-138273호 공보에서는, 고온에서의 마찰 성능 및 기계적 강도가 양호한 브레이크용 마찰재를 제공할 목적으로, 산화 마그네슘을 흑연과 특정 비율로 병용하는 것이 제안되어 있다.

그렇지만, 상기 제안으로도 또한 충분하지 않아, 저주파 노이즈, 로터나 디스크 패드의 마모량, 마찰 계수가 더욱 개선된 마찰재가 요망되고 있다.

또, 마찰재로서는, 내페이드성이 우수한 것이 요구되며, 예를 들면 결합재로서 125℃의 플로가 27mm 이하인 수지를 사용하고, 또한 기공율이 8~20%이고, 나아가서는 비늘조각 형상 또는 판 형상 티탄산염을 배합한 비석면계 마찰재를 사용하는 것도 제안되어 있으며(일본 특개 2003-82331호 공보), 또, 주로 산화 마그네슘으로 이루어지고, 산화 칼슘(CaO), 알루미나(Al₂0₃), 산화 망간(Mn₃0₄ ), 산화철(Fe₃0₄) 및 황산 바륨(BaSO₄)중 1종 이상을 더 함유하는 디스크 브레이크용 마찰 패드도 제안되어 있지만(WO 95/07418), 내페이드성을 더욱 향상시키는 수단이 요망되고 있다.

본 발명은, 상기 요망에 따른 것으로, 내마모성, 마찰 계수를 저하시키는 일 없이, 내페이드성을 향상시킬 수 있는 마찰재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

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본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 사삼산화망간을 마찰재 전체의 O.3체적% 이상으로, 무기질 충전재중 0.5체적% 이상 배합함으로써, 내마모성, 마찰 계수 등의 특성을 저하시키는 일 없이, 내페이드성의 향상을 도모할 수 있는 것을 알아내었다.

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따라서, 본 발명은, 하기의 마찰재를 제공한다.

[Ⅰ] 섬유 기재와, 결합재와, 충전재를 함유하는 마찰재 조성물을 성형, 경화하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 사삼산화망간을 마찰재 전체의 0.3체적% 이상으로, 무기질 충전재중 0.5체적% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.

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본 발명의 마찰재는, 내마모성, 마찰 계수의 저하가 없고, 내페이드성이 우수한 것이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

본 발명의 마찰재는, 섬유 기재와, 결합제와, 충전재를 함유한다.

상기 섬유 기재로서는, 마찰재에 통상 사용되는 아라미드 섬유 등의 유기 섬 유, 유리 섬유, 암면 및 철, 황동, 청동 등의 금속 섬유 등의 무기 섬유를 들 수 있고, 이들중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다. 단, 석면은 포함하지 않는다.

이 경우, 섬유 기재의 배합량은, 마찰재 조성물 전체의 바람직하게는 5~30체적%, 특히 바람직하게는 10~20체적%이다.

결합제로서는, 통상 마찰재에 사용되는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 에폭시 변성 페놀 수지, 오일 변성 페놀 수지, 알킬 벤젠 변성 페놀 수지, 캐슈 변성 페놀 수지 등의 각종 변성 페놀 수지, NBR 등이 들 수 있고, 이들중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.

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이 결합제의 첨가량은 마찰재 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 10~25체적%, 특히 바람직하게는 12~20체적%이다.

충전재로서는, 고무 더스트, 타이어 분말 등의 각종 고무 분말이나, 캐슈 더스크, 멜라민 더스트 등의 유기 충전재, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 흑연, 수산화칼슘, 산화철, 운모, 산화 지르코늄, 금속 분말, 산화규소, 알루미나, 버미큘라이트 등의 무기 충전재를 들 수 있고, 이들중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다.

이들 충전재의 배합량은, 바람직하게는 조성물 전체의 40~85체적%, 특히 바람직하게는 50~80체적%이다. 이 경우, 상기 고무 분말, 유기 충전재 등의 충전재로서의 유기물의 배합량은, 1~15체적%, 특히 5~13체적%인 것이 바람직하다. 너무 적으면 마찰음이 발생하고, 마모가 악화되며, 너무 많으면 내열성이 저하된다.

한편, 본 발명의 마찰재에 있어서는, 상기 충전재로서, 사삼산화망간을 배합한다. 사삼산화망간의 배합에 의해, 마찰 계수를 저하시키지 않고 내페이드성을 향상시킬 수 있다. 사삼산화망간은 가열에 의해 산소를 흡착하기 쉽고, 최대 Mn₃O_4.26까지 변하는 것으로 알려져 있으며, 이와 같이 사삼산화망간은 원래 산소를 흡착하기 쉬운 성질을 가지며, 또한 온도 상승중(575℃정도)의 구조 변화에 수반하여, 산소를 흡착하는 성질을 갖고 있다. 이 경우, 페이딩중에 사삼산화망간 주변의 산소가 흡착됨으로써, 유기물의 산화 방지 등, 다른 원료가 페이딩에 대하여 유리하게 작용하여, μ 저하가 억제되는 것은 아닌가 생각되며, 또 동시에 사삼산화망간은, 습도 상승중(575℃정도)의 구조 변화에 수반하여, 모스 경도가 높아지는 성질(4→5, 5~7)을 갖는다. 이 성질이, 통상 온도 상승과 함께 저하되는 마모성을 보충하고 있다고 생각되지만, 본 발명은 이같은 추정 이론에 제한되는 것은 아니다.

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상기 사삼산화망간의 평균 입경은 O.1~20㎛이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1~1O㎛이다.

또, 상기 사삼산화망간의 배합량은, 조성물 전체의 O.3체적% 이상이고, 특히 0.3~15체적%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5~10체적%이다. 더욱이, 무기 충전재중 0.5체적% 이상이고, 특히 0.5~30체적%가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.5~20체적% 이다.

또한, 이 마찰재의 경우, 금속 섬유 사용량을 2체적% 이상, 특히 3~8 체적%로 하는 것이, 내페이드성을 향상시키기 위해 마찰재 표면으로부터 열을 방출하는 점 및 기계화학작용을 받았을 때에 발생하는, 페이드 원인물질을 분해하는 점에서 바람직하다.

본 발명의 마찰재의 제조 방법은, 상기 섬유 기재와, 결합제와, 충전재와의 소정량을 레디지 믹서, 아이리히 믹서 등의 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 성형용 금형내에서 예비 성형하고, 이 예비 성형물을 성형 온도 130~180℃, 성형 압력 14.7~49MPa에서 3~10분간 성형하고, 얻어진 성형품을 15O~25O℃의 온도에서 2~10 시간 열처리(후 경화)하고, 필요에 따라서 스프레이 도장, 베이킹, 연마 처리를 실시하여 완성품을 얻을 수 있다.

또한, 자동차 등의 디스크 패드, 라이닝 등을 제조할 경우에는, 미리 세척, 표면 처리, 접착제를 도포한 철 또는 알루미늄제 플레이트상에 예비 성형물을 두고, 이 상태에서 성형용 금형내에서 성형, 열처리, 스프레이 도장, 베이킹, 연마함으로써 완성품을 얻을 수 있다.

본 발명의 마찰재는, 자동차, 대형트럭, 철도 차량, 각종 산업 기계 등의 디스크 패드, 브레이크 슈, 브레이크 라이닝 등에 사용할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 또한, 평균 입경은 레이저 회절 입자 분포법에 의해 측정한 50%입경의 수치를 사용했다.

[참고예]

표 1~3에 나타내는 조성의 마찰재 조성물을 레디지 믹서를 사용하여 균일하게 혼합하고, 가압형내에서 30MPa에서 1분간 가압하여 예비 성형했다. 이 예비 성형물을 성형 온도 150℃, 성형 압력 40MPa의 조건하에서 7분간 성형하고, 그 후 220℃에서 5시간 열처리(열경화)를 행하여, 마찰재를 얻었다.

얻어진 마찰재에 대하여, 하기의 방법으로 디스크 패드 마모, 로터 연삭성, 마찰계수, 저주파 노이즈을 평가했다. 결과를 표 1~3에 나타낸다.

(1) 디스크 패드 마모, 로터 연삭성

JASO C427 일반 마모 시험에 준거(표 4에 시험 조건을 나타낸다.)하여, 제동 초기속도 30~80km/h, 제동 감속도 2m/s², 제동전 브레이크 온도 50~200℃, 제동 횟수 합계 1,600회의 시험 조건에서, 디스크 패드 마모와 로터의 연삭성을 하기 판정기준에 근거하여 평가했다. 또한, 로터의 연삭성은, 시험 종료후 로터 표면을 JIS BO601에 따라, 측정한 10점 평균 거칠기 Rz에 의해 평가했다.

(디스크 패드 마모)

◎; 0.4mm 미만

○; O.4mm 이상 0.5mm 미만

△; O.5mm 이상 0.6mm 미만

×; O.6mm 이상

(로터 연삭성)

◎; 30㎛ 미만

○; 30㎛ 이상 45㎛ 미만

△; 45㎛ 이상 60㎛ 미만

×; 60㎛ 이상

(2) 마찰 계수

JASO C406 시험에 준거하고, 제2 효력의 평균μ을 하기 판정기준에 근거하여 평가했다.

◎; 0.42보다 크다

○; O.37보다 크고 0.42 이하

△; 0.32보다 크고 O.37 이하

×; 0.32 이하

(3) 저주파 노이즈

JASO C402 시험에 준거(표 5에 시험 조건을 나타낸다.)하여, 실제 차량 시험에 의해, 제동시의 저주파 노이즈의 발생 빈도를 하기 기준으로 평가했다.

◎; 0%

○; 0% 보다 많고 15% 이하

△; 15% 보다 많고 3O% 이하

×; 30% 보다 많다

(주)

스테인레스 섬유: 길이 1mm, 직경 50㎛

황화주석 분말: Stannolube(CHEMETALL사제)

이황화몰리브덴: 평균 입경 2㎛

황화철: 평균 입경 8㎛

황화아연: 평균 입경 O.3㎛

산화아연: 평균 입경 2㎛, 모스 경도 4

산화마그네슘: 평균 입경 95㎛, 모스 경도 6.5

흑산화철: 평균 입경 O.6㎛, 모스 경도 6

사삼산화망간: 1㎛, 모스 경도 4

알루미나 분말: 평균 입경 4㎛

[실시예 14~26, 비교예 7~16]

표 6, 7에 나타내는 조성의 마찰재 조성물을 레디게 믹서를 사용하여 균일하게 혼합하고, 가압형내에서 30MPa에서 1분간 가압하여 예비 성형했다. 이 예비 성형물을 성형 온도 150℃, 성형 압력 40MPa의 조건하에서 7분간 성형하고, 그 후 220℃에서 5시간 열처리(열경화)를 행하여, 마찰재를 얻었다.

얻어진 마찰재에 대하여, 기공율, 내페이드성, 전단 강도, 디스크 패드 마모, 실제 차량 마찰음, 마찰 계수를 표 8, 9의 평가항목 및 평점에 따라 평가했다. 결과를 표 6, 7에 나타낸다.

* 1 사삼산화망간(A): 평균 입자 직경 0.5㎛

* 2 사삼산화망간(B): 평균 입자 직경 2.5㎛

* 3 사삼산화망간(C): 평균 입자 직경 9㎛

* 4 사삼산화망간(D): 평균 입자 직경 20㎛

* 1 사삼산화망간(A): 평균 입자 직경 0.5㎛

* 2 사삼산화망간(B): 평균 입자 직경 2.5㎛

* 3 사삼산화망간(C): 평균 입자 직경 9㎛

* 4 사삼산화망간(D): 평균 입자 직경 20㎛

본 발명의 마찰재는, 내마모성, 마찰 계수의 저하가 없고, 내페이드성이 우수한 것이다.

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Claims (7)

1. 섬유 기재와, 결합재와, 충전재를 함유하는 마찰재 조성물을 성형, 경화하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 사삼산화망간을 마찰재 전체의 0.3체적% 이상으로, 무기질 충전재중 0.5체적% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
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