KR101318486B1 - 비석면 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재 - Google Patents

비석면 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구리의 함유량이 적어도, 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 우수한 마찰재를 제공할 수 있는 비석면 마찰재 조성물, 또한 상기 비석면 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공한다. 또한, 본 발명은 결합재, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 함유하는 비석면 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중 구리의 함유량이 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하이고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 결합재로서 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 7 내지 15 질량％ 함유하고, 무기 충전재로서 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 합계로 1 내지 5 질량％ 함유하는 비석면 마찰재 조성물 및 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재이다.

Description

비석면 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재 {NON-ASBESTOS FRICTION-MATERIAL COMPOSITION, AND FRICTION MATERIAL AND FRICTION MEMBER USING SAME}
본 발명은 비석면(non-asbestos) 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 관한 것이다. 상세하게는, 자동차 등의 제동에 이용되는 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰재에 적합하고, 구리의 함유량이 적기 때문에, 환경에의 부하가 적으며, 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 우수한 비석면 마찰재 조성물, 또한 상기 비석면 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 관한 것이다.
자동차 등에는, 그의 제동을 위해 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰재가 사용되고 있다. 마찰재는 디스크 로터나 브레이크 드럼 등의 대면재와 마찰함으로써, 제동 역할을 하고 있다. 그 때문에, 마찰재에는 높은 마찰계수와 마찰계수의 안정성이 요구될 뿐 아니라, 대면재인 디스크 로터를 마모시키기 어려운 것(내로터 마모성), 울림이 발생하기 어려운 것(울림 특성), 패드 수명이 긴 것(내마모성) 등이 요구된다. 또한, 고부하의 제동시에 전단 파괴를 일으키지 않는 것(전단 강도)이나, 고온의 제동 이력에 의해 마찰재에 균열을 일으키지 않는 것(내균열성) 등의 내구 성능도 요구된다.
마찰재에는 결합재, 섬유 기재, 무기 충전재 및 유기 충전재 등이 포함되고, 상기 특성을 발현시키기 위해 일반적으로 각각 1종 또는 2종 이상을 조합한 것이 포함된다. 섬유 기재로는 유기 섬유, 금속 섬유, 무기 섬유 등이 이용되며, 내균열성, 내마모성을 향상시키기 위해 금속 섬유로서 구리나 구리 합금의 섬유가 일반적으로 이용된다. 또한, 내마모성을 향상시키기 위해 구리나 구리 합금의 칩이나 분말이 이용되는 경우도 있다. 또한, 마찰재로서 비석면 마찰재가 주류를 이루고 있으며, 이 비석면 마찰재에는 구리나 구리 합금 등이 다량으로 사용되고 있다.
그러나, 구리나 구리 합금을 함유하는 마찰재는, 제동시에 생성되는 마모분(粉)에 구리를 포함하고 있어 하천, 호수 및 해양 등의 오염의 원인이 될 가능성이 시사되고 있기 때문에, 사용을 억제하는 움직임이 높아지고 있다. 따라서, 구리 및 구리 합금 등의 금속을 포함하지 않고, 마찰계수, 내마모성, 내로터 마모성이 양호한 마찰재를 제공하기 위해, 섬유 기재, 결합재 및 마찰 조정 성분을 포함하는 브레이크용 마찰재에 있어서, 중금속이나 중금속 화합물을 함유하지 않고, 산화마그네슘과 흑연을 마찰재 중에 45 내지 80부피％ 함유하고, 산화마그네슘과 흑연의 비를 1/1 내지 4/1로 하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2002-138273호 공보
그러나, 특허문헌 1의 브레이크용 마찰재에서는 전단 강도, 내균열성 및 내마모성을 모두 만족시키는 우수한 마찰재를 얻는 것은 곤란하다.
한편, 마찰재에 포함되는 구리 이외의 금속 섬유로서, 스틸 섬유나 주철 섬유 등의 철계 섬유가 내균열성 개선의 목적으로 이용되지만, 철계 섬유는 대면재에의 공격성이 높다는 결점이 있다. 또한, 구리 이외의 금속 섬유로서 일반적으로 마찰재에 이용되는 아연 섬유나 알루미늄 섬유 등의 비철 금속 섬유는, 구리나 철계 섬유와 비교하여 내열 온도가 낮은 경우가 많아, 마찰재의 내마모성을 악화시킨다는 문제가 있다.
또한, 마찰재의 내균열성을 향상시키기 위한 방법으로서 무기 섬유를 이용하는 방법이 있다. 그러나 충분한 내균열성을 얻기 위해서는, 다량의 무기 섬유를 첨가할 필요가 있으며, 다량의 무기 섬유를 이용하면 내균열성은 개선될 수 있지만, 내마모성이 악화된다는 문제가 발생한다.
또한, 흑연을 이용하면, 마찰재의 내마모성을 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다. 그러나 충분한 내마모성을 얻기 위해서는, 다량으로 흑연을 첨가할 필요가 있으며, 다량의 흑연을 이용하면 내마찰성은 개선할 수 있지만, 마찰계수가 크게 저하된다는 문제가 발생한다.
상술한 바와 같이, 구리의 함유량을 적게 한 마찰재는 전단 강도, 내마모성 및 내균열성이 나빠, 전단 강도, 내균열성 및 내마모성을 모두 만족시키는 우수한 마찰재를 얻는 것은 곤란하였다.
이러한 배경을 감안하여, 본 발명은 하천, 호수 및 해양 등의 오염의 원인이 될 가능성이 있는 구리의 함유량이 적어도, 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 우수한 마찰재를 제공할 수 있는 비석면 마찰재 조성물, 또한 상기 비석면 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 비석면 마찰재 조성물에 있어서, 구리의 함유량, 및 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량을 일정 이하로 하고, 결합재로서 특정량의 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지와, 무기 충전재로서 특정량의 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 필수 성분으로 함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
(1) 결합재, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 함유하는 비석면 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중 구리의 함유량이 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하이고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 결합재로서 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 7 내지 15 질량％ 함유하고, 무기 충전재로서 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 합계로 1 내지 5 질량％ 함유하는 비석면 마찰재 조성물.
(2) 상기 (1)에 기재된 비석면 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재.
(3) 상기 (1)에 기재된 비석면 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 배판을 이용하여 형성되는 마찰 부재.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물은 자동차용 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰재에 이용했을 때에, 제동시에 생성되는 마모분 중 구리가 적기 때문에 환경에의 부하가 적으며, 우수한 전단 강도, 내균열성 및 내마모성을 발현할 수 있다. 또한, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 이용함으로써, 상기 특성을 갖는 마찰재 및 마찰 부재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 대해서 상술한다. 또한, 본 발명에서 비석면 마찰재 조성물, 비석면 마찰재 및 비석면 마찰 부재란, 석면을 실질적으로 포함하지 않는 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재를 말한다. 또한, 이하의 기술에 있어서, 각각 비석면 마찰재 조성물을 단순히 "마찰재 조성물", 비석면 마찰재를 단순히 "마찰재", 비석면 마찰 부재를 단순히 "마찰 부재"라 칭하는 경우가 있다.
[비석면 마찰재 조성물]
본 발명의 비석면 마찰재 조성물은 결합재, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 함유하는 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중 구리의 함유량이 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하이고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 결합재로서 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 7 내지 15 질량％ 함유하고, 무기 충전재로서 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 합계로 1 내지 5 질량％ 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해 본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재는, 종래품과 비교하여 제동시에 생성되는 마모분 중 구리가 적기 때문에 환경에의 부하가 적으며, 우수한 전단 강도, 내균열성 및 내마모성을 발현한다.
본 발명에서 "구리 원소로서의 구리의 함유량"이란, 구리 단체 및 구리 합금, 또한 산화구리나 황화구리, 구리 착체 등의 구리를 원소로서 포함하는 재료에 함유되는 구리 원소로서의 구리의 총 함유량을 말한다. 구리의 함유량을 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하로 함으로써, 종래의 마찰재와 비교하여 환경 부하가 적은 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서 "구리 및 구리 합금 이외의 금속"이란, 구리 이외의 금속 단체, 및 구리를 함유하지 않는 합금을 말한다. 예를 들면, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 지르코늄, 니켈, 크롬, 마그네슘, 실리콘, 게르마늄 등의 금속 단체 또는 이들 합금, 또는 주철 등의 금속을 주성분으로 하는 재료 등이 해당하며, 그 형태로는, 예를 들면 상기 금속 단체 또는 합금의 섬유나 분말 등을 들 수 있다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물은, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하인 것을 요구하고, 실질적으로 함유하지 않는 것(함유량 0 질량％)이 바람직하다. 이에 따라, 마찰재의 내마모성의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 "구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량"에는, 금속 산화물이나 금속 황화물, 금속 착체 등에 있어서의 금속 원소의 함유량은 포함되지 않는다.
다음으로, 본 발명의 마찰재 조성물에 함유되는 각 성분에 대해서 설명한다.
(결합재)
결합재는 마찰재 조성물에 포함되는 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재 등을 일체화하여 강도를 제공하는 것이다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물은 전단 강도, 내균열성 및 내마모성 등의 향상 측면에서, 결합재로서 7 내지 15 질량％의 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 필수 성분으로서 함유한다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물에 있어서, 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 함유량을 7 질량％ 이상으로 함으로써, 우수한 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 발현되고, 15 질량％ 이하로 함으로써 마찰재의 기공률이 감소하여, 탄성률이 높아짐에 따른 울림 등의 음진성능(音振性能)의 악화를 피할 수 있다. 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 함유량은, 전단 강도를 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 8 내지 15 질량％이고, 보다 바람직하게는 10 내지 15 질량％이다.
아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지란, 아크릴엘라스토머를 페놀 수지 중에 분산시킨 것이다. 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지로는, 예를 들면 미쓰이 가가꾸(주) 제조 밀렉스 RN-2830MR, RN-2830MB, RN-2410MB 등을 들 수 있으며, 이들은 상업적으로 입수할 수 있다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물에는, 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 결합재의 주성분으로서, 이것 이외의 결합재를 조합하여 사용할 수 있다. 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지 이외의 결합재로는, 통상 마찰재의 결합재로서 이용되는 열경화성 수지이면 특별히 제한없이 사용할 수 있다.
상기 열경화성 수지로는, 예를 들면 페놀 수지/실리콘엘라스토머 분산 페놀 수지 등의 각종 엘라스토머 분산 페놀 수지/아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 캐슈 변성 페놀 수지, 에폭시 변성 페놀 수지, 알킬벤젠 변성 페놀 수지 등의 각종 변성 페놀 수지 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 양호한 내열성, 성형성 및 마찰계수를 제공하기 때문에, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지 이외의 결합재를 병용하는 경우에는, 페놀 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 알킬벤젠 변성 페놀 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물 중 상기 결합재의 함유량은, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 포함해서 5 내지 20 질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 15 질량％인 것이 보다 바람직하고, 7 내지 15 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 결합재의 함유량을 5 내지 20 질량％의 범위로 함으로써, 마찰재의 강도 저하를 보다 억제할 수 있으며, 마찰재의 기공률이 감소하여, 탄성률이 높아짐에 따른 울림 등의 음진성능 악화를 보다 억제할 수 있다.
(유기 충전재)
유기 충전재는, 마찰재의 음진성능나 내마모성 등을 향상시키기 위한 마찰 조정제로서 포함되는 것이다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물에 포함되는 유기 충전재로는, 상기 성능을 발휘할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 통상 유기 충전재로서 이용되는 캐슈더스트나 고무 성분 등을 사용할 수 있다.
상기 캐슈더스트는 캐슈넛셸 오일을 경화시킨 것을 분쇄하여 얻어지는, 통상 마찰재에 이용되는 것이면 된다.
상기 고무 성분으로는, 예를 들면 천연 고무, 아크릴 고무, 이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무(BR), 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 캐슈더스트와 고무 성분을 병용할 수도 있고, 캐슈더스트를 고무 성분으로 피복한 것을 이용할 수도 있다. 유기 충전재로는, 음진성능 측면에서 캐슈더스트와 고무 성분을 병용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물 중 상기 유기 충전재의 함유량은 1 내지 20 질량％인 것이 바람직하고, 1 내지 15 질량％인 것이 보다 바람직하고, 5 내지 15 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 유기 충전재의 함유량을 1 내지 20 질량％의 범위로 함으로써, 마찰재의 탄성률이 높아지는 것, 울림 등의 음진성능의 악화를 피할 수 있으며, 내열성의 악화, 열이력에 의한 강도 저하를 피할 수 있다. 또한, 캐슈더스트와 고무 성분을 병용하는 경우, 캐슈더스트와 고무 성분과의 질량비(캐슈더스트/고무 성분)는 0.2 내지 10의 범위인 것이 바람직하고, 0.3 내지 5의 범위인 것이 보다 바람직하다.
(무기 충전재)
무기 충전재는 마찰재의 내열성의 악화를 피하기 위한 마찰 조정제로서 포함되는 것이다.
또한, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물은, 무기 충전재로서 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 합계로 1 내지 5 질량％의 범위에서 필수 성분으로서 함유한다. 상기 Ca(OH)2 및/또는 CaO의 함유량을 합계로 1 질량％ 이상으로 함으로써 우수한 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 발현되고, 5 질량％ 이하로 함으로써 내마모성의 악화를 방지할 수 있다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물에는, 상기 Ca(OH)2 및 CaO 이외의 무기 충전재를 조합하여 사용할 수 있다. 상기 Ca(OH)2 및 CaO 이외의 무기 충전재로는, 통상 마찰재에 이용되는 무기 충전재이면 특별히 제한없이 사용할 수 있다.
상기 Ca(OH)2 및 CaO 이외의 무기 충전재로는, 예를 들면 삼황화안티몬, 황화주석, 이황화몰리브덴, 황화철, 황화비스무스, 황화아연, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산바륨, 돌로마이트, 코크스, 흑연, 마이커, 산화철, 버미큘라이트, 입상 티탄산칼륨, 황산칼슘, 판상 티탄산칼륨, 탈크, 클레이, 제올라이트, 규산지르코늄, 산화지르코늄, 멀라이트, 크로마이트, 산화티탄, 산화마그네슘, 실리카, 산화철, γ-알루미나 등의 활성 알루미나 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 대면재에의 공격성 저하 측면에서 흑연, 황산바륨을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물 중 상기 무기 충전재의 함유량은, Ca(OH)2 및 CaO를 포함해서 30 내지 80 질량％인 것이 바람직하고, 50 내지 80 질량％인 것이 보다 바람직하고, 50 내지 70 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 무기 충전재의 함유량을 30 내지 80 질량％의 범위로 함으로써, 내열성의 악화를 피할 수 있다.
(섬유 기재)
섬유 기재는 마찰재에서 기계적 강도의 향상 등의 보강 작용을 나타내는 것이다.
본 발명에서 이용되는 섬유 기재로는 무기 섬유, 금속 섬유, 유기 섬유, 탄소계 섬유 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 무기 섬유로는 세라믹 섬유, 생분해성 세라믹 섬유, 광물 섬유, 유리 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 실리케이트 섬유, 월라스토나이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 환경 부하 물질 감소 측면에서는, 이들 무기 섬유 중 인체에 경구 흡인되기 쉬운 티탄산칼륨 섬유나 세라믹 섬유를 함유하지 않는 것이 바람직하고, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등을 임의의 조합으로 함유한 생분해성 세라믹 섬유나 생분해성 광물 섬유가 바람직하다.
여기서 말하는 광물 섬유란, 슬래그 울(slag wool) 등의 고로 슬래그, 바살트파이버(basalt fiber) 등의 현무암, 그 밖의 천연 암석 등을 주성분으로서 용융 방사한 인조 무기 섬유이고, Al 원소를 포함하는 천연 광물인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등이 포함되는 것, 또는 이들 화합물이 단독으로 또는 2종 이상 함유되는 것을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 이들 중에서 Al 원소를 포함하는 것을 광물 섬유로서 사용할 수 있다. 마찰재 조성물 중에 포함되는 광물 섬유 전체의 평균 섬유 길이가 커질수록 마찰재 조성물 중 각 성분과의 접착 강도가 저하되는 경향이 있기 때문에, 광물 섬유 전체의 평균 섬유 길이는 500 ㎛ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 100 내지 400 ㎛이다. 여기서 평균 섬유 길이란, 해당하는 모든 섬유의 길이의 평균값을 나타낸 수 평균 섬유 길이를 말한다. 예를 들면 200 ㎛의 평균 섬유 길이란, 광물 섬유를 무작위로 50개 선택하고, 광학 현미경으로 섬유 길이를 측정하고, 그 평균값이 200 ㎛인 것을 나타낸다.
본 발명에서 이용되는 광물 섬유는, 인체 유해성 측면에서 생체 용해성인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 생체 용해성의 광물 섬유란, 인체 내에 도입된 경우에도 단시간에 일부 분해되어 체외로 배출되는 특징을 갖는 광물 섬유이다. 구체적으로는, 화학 조성이 알칼리 산화물, 알칼리 토류 산화물 총량(나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 바륨의 산화물의 총량)이 18 질량％ 이상이고, 또한 호흡에 의한 단기 바이오 영속 시험에서 20 ㎛ 이상의 섬유의 질량 반감기가 40일 이내 또는 복막내 시험에서 과도한 발암성의 증거가 없거나 또는 장기간 호흡 시험에서 관련된 병원성이나 종양 발생이 없는 것을 만족시키는 섬유를 나타낸다(EU 지령 97/69/EC의 Nota Q(발암성 적용 제외)). 이러한 생체 분해성 광물 섬유로는 SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO-Na2O계 섬유 등을 들 수 있으며, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등을 임의의 조합으로 함유한 섬유를 들 수 있다. 시판품으로는 라피너스 피브르(LAPINUS FIBRES) B.V사 제조의 Roxul 시리즈 등을 들 수 있다. "Roxul"은 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등이 포함된다.
상기 금속 섬유로는 내균열성 및 내마모성의 향상을 위해 구리 또는 구리 합금의 섬유를 사용할 수 있다. 구리 또는 구리 합금의 섬유로는 구리 섬유, 황동 섬유, 청동 섬유 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
다만, 구리 또는 구리 합금의 섬유를 함유시키는 경우, 환경에의 부하를 고려하면, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물에서의 구리 전체의 함유량이, 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하의 범위가 되는 것을 요한다.
또한, 상기 금속 섬유로서, 마찰계수 향상, 내균열성 측면에서 구리 및 구리 합금 이외의 금속 섬유를 이용할 수도 있다. 구리 및 구리 합금 이외의 금속 섬유로는, 예를 들면 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 마그네슘, 실리콘 등의 금속 단체 또는 합금 형태의 섬유나, 주철 섬유 등의 금속을 주성분으로 하는 섬유를 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
내마모성 측면에서, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물 중 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량은 0.5 질량％ 이하가 되는 범위인 것을 요한다. 내마모성 향상 측면에서는, 구리 및 구리 합금 이외의 금속 섬유를 함유하지 않는 것(함유량 0 질량％)이 바람직하다.
본 발명에서 유기 섬유란, 후술하는 탄소계 섬유 이외의, 유기물을 주성분으로 하는 섬유상의 재료를 말하며, 내균열성 및 내마모성의 향상 등을 위해 이용된다.
상기 유기 섬유로는 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 페놀 수지 섬유(가교 구조를 가짐) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 유기 섬유로는 내마모성 측면에서 아라미드 섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 탄소계 섬유로는 내염화 섬유, 피치계 탄소 섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소 섬유, 활성탄 섬유 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물 중 상기 섬유 기재의 함유량은, 5 내지 40 질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 30 질량％인 것이 보다 바람직하고, 5 내지 20 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 섬유 기재의 함유량을 5 내지 40 질량％의 범위로 함으로써, 마찰재로서의 적정한 기공률이 얻어지기 때문에, 탄성률이 높아짐에 따른 울림 등의 음진성능 악화를 피할 수 있다. 또한 적정한 재료 강도 및 내마모성이 얻어지며, 성형성도 더 향상시킬 수 있다.
(그 밖의 재료)
또한, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물에는, 상기한 결합재, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재 이외에, 필요에 따라 그 밖의 재료를 배합할 수 있다.
예를 들면, 내마모성의 향상을 위해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소계 중합체 등의 유기 첨가제를 배합할 수 있다.
[마찰재 및 마찰 부재]
또한, 본 발명은 상술한 비석면 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공한다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물은 이를 성형함으로써, 자동차 등의 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰재로서 사용할 수 있다. 본 발명의 마찰재는 양호한 마찰계수, 내균열성 및 내마모성을 나타내기 때문에, 제동시에 부하가 큰 디스크 브레이크 패드의 마찰재에 바람직하다.
또한, 상기 마찰재를 이용함으로써, 상기 마찰재가 마찰면이 되도록 형성한 마찰 부재를 얻을 수 있다. 상기 마찰재를 이용하여 형성할 수 있는 본 발명의 마찰 부재로는, 예를 들면 하기의 구성 등을 들 수 있다.
(1) 마찰재 뿐인 구성.
(2) 배판과, 상기 배판 위에 마찰면이 되는 본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 포함하는 마찰재를 갖는 구성.
(3) 상기 (2)의 구성에 있어서, 배판과 마찰재 사이에 배판의 접착 효과를 높이기 위한 표면 개질을 목적으로 한 프라이머층 및 배판과 마찰재와의 접착을 목적으로 한 접착층을 더 개재시킨 구성.
상기 배판은 마찰 부재의 기계적 강도의 향상을 위해, 통상 마찰 부재에 이용하는 것이다. 재질로는 금속 또는 섬유 강화 플라스틱 등을 사용할 수 있으며, 예를 들면 철, 스테인리스, 무기 섬유 강화 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱 등을 들 수 있다. 프라이머층 및 접착층으로는, 통상 브레이크 슈 등의 마찰 부재에 이용되는 것일 수 있다.
본 발명의 마찰재는, 일반적으로 사용되고 있는 방법을 이용하여 제조할 수 있고, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 성형하여, 바람직하게는 가열 가압 성형하여 제조된다.
구체적으로는, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 레디게 믹서, 가압 혼련기, 에이리히 믹서 등의 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 성형 금형으로 예비 성형하고, 얻어진 예비 성형물을 성형 온도 130 내지 160℃, 성형 압력 20 내지 50 MPa의 조건으로 2 내지 10분간으로 성형하고, 얻어진 성형물을 150 내지 250℃에서 2 내지 10시간 열 처리한다. 필요에 따라 도장, 스코치 처리, 연마 처리를 행함으로써 마찰재를 제조할 수 있다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재는, 마찰계수, 내균열성 및 내마모성이 우수하기 때문에, 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰 부재의 "상층재"로서 유용하며, 마찰재로서 높은 내균열성을 갖기 때문에, 마찰 부재의 "하층재"로서 성형하여 이용할 수도 있다.
또한, "상층재"란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재이고, "하층재"란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재와 배판 사이에 개재하는, 마찰재와 배판의 접착부 부근의 전단 강도, 내균열성 향상을 목적으로 한 층이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 비석면 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재에 대해서, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5]
(디스크 브레이크 패드의 제작)
하기 표 1에 나타내는 배합 비율에 따라서 재료를 배합하고, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 마찰재 조성물을 얻었다. 이 마찰재 조성물을 레디게 믹서((주)마쯔보 제조, 상품명: 레디게 믹서 M20)로 혼합하고, 이 혼합물을 성형 프레스(오지 기까이 고교(주) 제조)로 예비 성형하였다. 얻어진 예비 성형물을 성형 온도 145℃, 성형 압력 30 MPa의 조건으로 5분간, 성형 프레스(산끼 세이꼬(주) 제조)를 이용하여 철제의 배판(히다치 오토모티브 시스템즈(주) 제조)과 함께 가열 가압 성형하였다. 얻어진 성형품을 200℃에서 4.5시간 열 처리하고, 로터리 연마기를 이용하여 연마하고, 500℃의 스코치 처리를 행하여 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 디스크 브레이크 패드를 얻었다. 또한, 실시예 및 비교예에서는, 배판의 두께 6 mm, 마찰재의 두께 11 mm, 마찰재 투영 면적 52 ㎠의 디스크 브레이크 패드를 제작하였다.
(전단 강도의 평가)
전단 강도는 일본 공업 규격 JIS D4422에 기초하여 측정하였다.
(내균열성의 평가)
내균열성은 JASO C427에 나타나는 브레이크 온도 400℃의 제동(초속도 50 km/h, 종속도 0 km/h, 감속도 0.3 G, 제동 전 브레이크 온도 100℃)을 마찰재가 절반의 두께가 될 때까지 반복하고, 마찰재 측면 및 마찰면의 균열의 생성을 측정하였다. 균열의 생성은, 하기에 따라 3단계 평점으로 평가하였다.
수준 1: 균열의 발생 없음
수준 2: 마찰재의 마찰면 또는 측면에 0.1 mm의 두께 게이지가 들어가지 않을 정도의 균열이 생성
수준 3: 마찰재의 마찰면 또는 측면에 0.1 mm의 두께 게이지가 들어갈 정도의 균열이 생성
또한, 마찰재의 마찰면 및 측면의 한쪽에 두께 게이지가 들어가지 않을 정도의 균열이 생성되고, 다른쪽에 두께 게이지가 들어갈 정도의 균열이 생성된 경우, 수준 3으로 한다.
(내마모성의 평가)
내마모성은 자동차 기술회 규격 JASO C427에 기초하여 측정하고, 브레이크 온도 100℃ 및 300℃의 제동 1000회 상당의 마찰재의 마모량을 평가하였다.
상기 JASO C406, JASO C427 준거에 의한 마찰계수, 내마모성, 내균열성의 평가는, 다이너모미터(산끼 세이꼬(주) 제조)를 이용하여, 관성 7 kgf·m·s2로 평가를 행하였다. 또한, 상기 평가는 벤틸레이티드 디스크 로터(재질: FC190, (주)키리우 제조) 및, 일반적인 핀 슬라이드식의 컬렉트 타입의 캘리퍼를 이용하여 실시하였다.
평가 결과를 표 1에 나타내었다.
또한, 표 1에 있어서의 각 구성 성분의 상세는 이하와 같다.
(결합재)
아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지: 미쓰이 가가꾸(주) 제조(상품명: 밀렉스 RN-2830MB, 아크릴엘라스토머량: 30 질량부)
(유기 충전재)
캐슈더스트: 도호꾸 가꼬(주) 제조(상품명: FF-1056, 최대 입경 500 ㎛)
(무기 충전재)
황산바륨: 사까이 가가꾸(주) 제조(상품명: 황산바륨 BA)
탄산칼슘: 다케하라 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: 선라이트)
마이커: 이메리스사 제조(상품명: 325HK)
흑연: TIMCAL사 제조(상품명: KS75)
티탄산칼륨: (주)구보타 제조(상품명: TAXA-MA, 판상 티탄산칼륨)
Ca(OH)2: 티티 세까이 고교(주) 제조(상품명: SA-149)
CaO: 오우미가가꾸 고교(주) 제조(상품명: CML-31)
(유기 섬유)
아라미드 섬유: 도레이 듀퐁(주) 제조(상품명: 1F538)
(금속 섬유)
구리 섬유: 써니 메탈(Sunny Metal)사 제조(상품명: SCA-1070)
철 섬유: GMT사 제조(상품명: #0)
(무기 섬유)
광물 섬유: 라피너스 피브르 B.V 사 제조(상품명: RB240Roxul1000, 평균 섬유 길이 300 ㎛)
Figure 112013016623703-pct00001
실시예 1 내지 5는, 구리를 다량으로 함유하는 비교예 1과 동일한 수준의 전단 강도, 내균열성 및 내마모성을 나타내었다. 또한, 실시예 1 내지 5는 구리를 함유하지 않고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 함유량이 7 질량％ 미만이고, Ca(OH)2 및 CaO를 모두 함유하지 않는 비교예 2 및 구리를 함유하지 않고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 함유량이 15 질량％를 초과하고, 또한 CaO의 함유량이 5 질량％를 초과하는 비교예 3, Ca(OH)2의 함유량이 5 질량％를 초과하는 비교예 5 및 Ca(OH)2 및 CaO가 모두 함유하지 않고, 0.5 질량％를 초과하는 양의 구리 및 구리 합금 이외의 금속을 함유하는 비교예 4와 비교하여 전단 강도, 내균열성 및 내마모성이 우수하다.
본 발명의 비석면 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재는, 종래품과 비교하여 제동시에 생성되는 마모분 중 구리가 적기 때문에 환경에의 부하가 적으며, 우수한 전단 강도, 내균열성 및 내마모성의 발현이 가능하여 승용차용 브레이크 패드 등에 바람직하다.

Claims (3)

  1. 결합재, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 함유하는 비석면(non-asbestos) 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중 구리의 함유량이 구리 원소로서 0.5 질량％ 이하이고, 구리 및 구리 합금 이외의 금속의 함유량이 0.5 질량％ 이하이며, 결합재로서 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 7 내지 15 질량％ 함유하고, 무기 충전재로서 Ca(OH)2 및/또는 CaO를 합계로 1 내지 5 질량％ 함유하는 비석면 마찰재 조성물.
  2. 제1항에 기재된 비석면 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재.
  3. 제1항에 기재된 비석면 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 배판을 이용하여 형성되는 마찰 부재.
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