KR101483722B1

KR101483722B1 - 교체 시기 알람 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101483722B1
Application number: KR20140150102A
Authority: KR
Inventors: 정운섭
Original assignee: 정운섭
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 교체시기를 알려주는 브레이크 패드 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착색층 및 마모층을 포함하는 브레이크 패드로서 제동시 브레이크 패드의 마모층이 마모되고 난 뒤, 착색층에 포함된 안료가 마찰로 인하여 디스크에 착색되면서 브레이크 패드의 교체시기를 알려주는 브레이크 패드 및 제조방법에 관한 것으로, 상기 마모층이 모두 마모된 뒤, 착색층에 포함된 안료로 인하여 디스크가 변색됨으로써 상기 브레이크 패드의 교환시기를 자동으로 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 편의성을 높여준다. 또한, 상기 변색된 디스크를 육안을 확인한 뒤 브레이크 패드를 교환함으로써 사용가능한 브레이크 패드를 미리 교환하는 오류를 범하지 않게 되어 실질적으로 브레이크 패드의 수명을 연장시키는 효과를 갖고, 정확한 교환시기에 브레이크 패드의 교체가 이루어짐으로서 브레이크 디스크의 손상방지 효과도 얻을 수 있다.

Description

교체 시기 알람 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드 및 이의 제조방법 {VEHICLE BRAKE PAD HAVING AN ALARM FOR PROVIDING INFORMATION REPLAC TIME AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 교체 시기 알람 기능을 갖는 브레이크 패드 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착색층 및 마모층을 포함하는 브레이크 패드로서 제동시 브레이크 패드의 마모층이 마모되고 난 뒤, 착색층에 포함된 안료가 마찰로 인하여 디스크에 착색되면서 브레이크 패드의 교체시기를 알려주는 브레이크 패드 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 브레이크는 차량의 바퀴에 설치되어 자동차의 진행을 제어하는 역할을 하는 제동장치이다. 상기 브레이크는 원통 형상의 드럼에 마찰패드를 접촉하여 제동하는 드럼식 브레이크 및 디스크에 마찰패드를 접촉하여 제동하는 디스크형 브레이크로 구분된다.

이러한 브레이크의 능력은 자동차의 경우 타이어와 노면 사이의 마찰력에 따라서 한정되어 브레이크의 마찰력이 넘으면 타이어는 완전히 록크(lock)되고 이때 노면을 타이어가 미끄러짐으로 마찰재가 마모되면서 제어 능력을 발휘하게 되는 것이다.

차량의 브레이크 시스템은 주로 마스터실린더에서 공급되는 유압으로 제동력을 발생시키는 브레이크 본체를 구비하고, 이 브레이크 본체는 구조상으로 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 나누어지는데, 상기 디스크식 브레이크는 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽에서 브레이크 패드를 유압으로 눌러서 제동하도록 되어 있다.

즉 상기 디스크 브레이크는 휘일 허브에 결합되어 휘일과 함께 회전하는 디스크와, 이 디스크의 일측 외주면을 감싸도록 차체에 고정되게 장착되는 캘리퍼, 상기 캘리퍼 내에서 상기 디스크와 인접하게 배치되면서 디스크와 선택적으로 밀착되어 마찰 제동력을 발생시키는 브레이크 패드 및 상기 패드를 디스크 쪽으로 가압하기 위한 유압실린더 등으로 이루어져 있다.

이에 따라 운전자가 브레이크 페달을 조작하면 그 조작력에 의해 생성되는 유압이 상기 유압실린더로 공급되어져, 유압실린더 내의 피스톤이 상기 패드를 디스크 쪽으로 밀어줌으로써, 브레이크 패드와 디스크 사이의 마찰 제동력이 발생해서 회전하는 디스크를 제동시켜주게 되어 있다.

따라서, 브레이크 패드는 차량의 제동 중에 브레이크 디스크와 지속적으로 마찰하여 마모되므로 적절한 시기에 브레이크 패드를 교체해주어야 브레이크 시스템이 정상적으로 작동된다.

도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 브레이크 패드는 백플레이트(1)에 마모되는 마모층(100)만으로 구성되어 있어, 사용자가 마모량을 알 수가 없었기 때문에 육안으로 확인하여 브레이크 패드의 교체 여부를 결정해야 하는 불편함이 있었고, 또한 브레이크 패드 내에 경고음 발생장치를 설치하여 브레이크 패드가 마모되면 마모의 정도를 알리는 경고음이 발생하는 경우도 있었으나, 이러한 경우 노약자나 청각장애인처럼 마찰에 의한 경고음을 듣기 어려운 운전자들에게는 어려움이 있었다.

미국특허공보 제6257374호(2001.07.10)는 브레이크슈에 영구자석을 장착하고 캘리퍼에 센서를 장착하여 브레이크 패드가 닳아지게 됨에 따라 영구자석과 센서 사이의 거리가 가까워져 감지되는 신호의 세기가 커짐에 따라 브레이크 패드의 마모상태를 감지하는 기술을 제시하였다.

공개특허 제2005-0117223호(2005.12.14)는 브레이크 패드 내부에 와이어를 설치하고, 와이어에서 감지된 신호가 회로부를 통해 표시장치로 전달되어 브레이크 패드의 마모 및 편마모를 단계적으로 파악할 수 있는 브레이크 패드의 마모경고장치를 제시하였다.

그러나 종래의 브레이크 패드의 마모감지 장치들은 이물질의 침입 등으로 인하여 항상 오작동의 위험이 있어 육안으로도 쉽게 교체시기를 확인할 수 없다는 문제점이 있었다.

미국특허공보 제6257374호(2001.07.10) 공개특허 제2005-0117223호(2005.12.14)

본 발명은 착색층 및 마모층이 포함된 브레이크 패드를 제시하여, 브레이크 패드의 마모층이 닳은 후, 착색층에 포함된 안료가 디스크에 착색되어 사용자에게 브레이크 패드 교환시기를 알려줌으로써 정확한 교체시기를 사용자가 인지할 수 있도록 한 브레이크 패드를 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 일 실시형태는, 차량용 브레이크 패드에 있어서, 결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재 및 충전재를 포함하는 마모층(100)과 상기 마모층(100) 위에 결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재, 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 포함하는 착색층(300)이 차례대로 적층되고, 상기 착색층(300)의 두께는 상기 마모층(100)의 두께의 10~15 %이며, 사용 과정 중에 상기 마모층(100)이 닳아 제거되면, 상기 착색층(300)에 포함된 열경화성 수지로 코팅된 안료가 노출되어 변색됨으로써, 교체시기가 도래하였음을 지시해주는 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드를 제공한다.

상기 착색층(300)에는, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt%, 적어도 30wt% 이상의 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료가 포함되고, 상기 결합제, 섬유기재, 연삭재, 윤활재, 충전재 및 안료의 합이 100 wt%를 넘지 않는다. 상기 열경화성 수지로 코팅된 안료는, 100 ~ 300 ㎛ 입경을 갖는 코어/쉘 형태의 무기안료입자이다.

상기 마모층(100)에는, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재가 포함되고, 상기 결합제, 섬유기재, 연삭재, 윤활재 및 충전재의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것으로, 상기 결합제는, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 보론계 페놀수지 5 ~ 20 wt%, SBR고무로 피복된 캐슈 더스트 3 ~ 10 wt% 및 에폭시지 2 ~ 5 wt%를 포함한다.

상기 보론계 페놀수지는, 페놀수지를 기준으로 보론계 화합물이 10 ~ 30 wt% 포함된 수지이다.

상기 섬유기재는, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 내염화 섬유 3 ~ 15 wt%, 무기 섬유 3 ~ 10 wt% 및 유기 섬유 3 ~ 5 wt%가 포함되고, 상기 무기 섬유는, 판상 티탄산칼륨 섬유와 아라미드 섬유의 혼합섬유에,슬래그 섬유, 월라스토나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이 더 포함되거, 상기 유기 섬유는, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 PVA(polyvinyl alcohol)섬유로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된다. 제4항에 있어서,

상기 연삭재는, 석영, α-알루미나,γ-알루미나, 지르콘, 탄화규소, 탄화붕소, 질화티탄, 탄화티탄, 탄화붕소 및 질화규소로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 모스경도 7이상의 무기물질이고, 상기 충전재는, 버미큘라이트, 돌로마이트(dolomite), 운모계 광물, 마이카, 멀라이트 및 크로마이트로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되고, 상기 윤활재는, 천연흑연, 인조흑연, 석유코르크 및 플루오르화칼슘으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된다.

본 발명의 다른 실시 형태로는, 차량용 브레이크 패드의 제조 방법에 있어서, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt%, 적어도 30wt% 이상의 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 혼합하여 착색층 조성물을 제조하는 단계, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재를 혼합하여 마모층 조성물을 제조하는 단계, 상기 착색층 조성물을 착색층 압축 몰드에 넣고, 80~120 ℃에서 2~5 분 동안 열처리 성형하여 착색층을 제조하는 단계 및 상기 착색층을 마모층 압축 몰드에 넣고, 상기 마모층 조성물을 투입하여 밀폐된 진공 조건에서 가온 가압하여 브레이크 패드를 성형하는 단계를 포함하는 교체시기 알람기능을 갖는 차량용 브레이크 패드 제조방법이다.

상기 브레이크 패드를 성형하는 단계는, 150 ~ 250 ℃ 온도에서 20 ~ 50 MPa 압력으로 가온가압한다.

본 발명은 마모층 및 착색층이 포함된 교체 시기 알람 기능을 갖는 브레이크 패드로써, 상기 마모층이 모두 마모된 뒤, 착색층의 마모로 인하여 상기 착색층에 포함된 안료가 디스크에 착색된다. 따라서 착색된 디스크를 사용자가 육안으로 확인하여 상기 브레이크 패드의 교환시기를 알려줌으로써 사용자의 편의성을 높이는 교체시기를 알려주는 브레이크 패드를 제공한다.

또한, 상기 변색된 디스크를 육안을 확인한 뒤 브레이크 패드를 교환함으로써 사용가능한 브레이크 패드를 미리 교환하는 오류를 범하지 않게 되어 실질적으로 브레이크 패드의 수명을 연장시키는 효과를 갖고, 정확한 교환시기에 브레이크 패드의 교체가 이루어짐으로서 브레이크 디스크의 손상방지 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 브레이크 패드를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 패드를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 도면을 사용하여 본 발명의 교체시기를 알려주는 브레이크 패드 및 이의 제조방법에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 패드를 개략적으로 그린 모식도로, 결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재 및 충전재를 포함하는 마모층(100)과 상기 마모층(100) 위에 결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재, 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 포함하는 착색층(300)이 차례로 적층되고, 상기 착색층(300)의 두께는 상기 마모층(100)의 두께의 10~15 %이며, 사용 과정 중에 상기 마모층(100)이 닳아 제거되면, 상기 착색층(300)에 포함된 열경화성 수지로 코팅된 안료가 노출되어 변색됨으로써, 교체시기가 도래하였음을 지시해주는 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드를 제공한다.

상기 마모층(100)에는, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재가 포함되고, 상기 결합제, 섬유기재, 연삭재, 윤활재 및 충전재의 합이 100 wt%를 넘지 않는다.

상기 결합제는 섬유기재, 연삭재, 윤활재, 충전재 등의 결합기능을 하는 것으로, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 보론계 페놀수지 5~20 wt%, SBR고무(Styrene-Butadiene Rubber)로 피복된 캐슈 더스트 3~10 wt% 및 에폭시 수지 2~5 wt%가 포함되는데, 상기 조성들은 각 성분들의 효과를 상쇄시키지 않고 최적의 효과를 발휘할 수 있는 비율들로 중요한 의미를 갖는다.

본 발명에서 결합제는 바람직하게는 상기 마모층의 전체 중량을 기준으로 10 ~ 35 wt%의 범위로 사용될 수 있는데, 10 wt% 미만으로 사용될 경우 결합제로서의 기능을 제대로 발휘할 수가 없게 되고 35 wt% 초과하여 사용될 경우 경도의 상승으로 인하여 마찰접촉이 불안정해지고 소음발생의 우려가 높아지게 된다.

상기 보론계 페놀수지는 마찰재의 마모성능을 향상시키고, 노이즈를 저감시키는 것으로서, 열경화성 페놀수지의 중합반응 중에 보론계화합물을 투입하여 페놀계수지와 혼합(Blending)하여 제조하거나 페놀계 수지를 변성(Modify)시킨 것이다.

상기 열경화성 페놀계수지는 분자구조 내에 방향족기가 많이 포함되어 있어서 내열성(내화성)이 매우 우수하고, 점결력 및 내마모재와의 혼련작업성도 매우 우수하다. 상기 열경화성 페놀계수지는 노블락타입(Novolac Type)과 레졸타입(Resol Type)으로 구분할 수 있으며, 노블락타입은 분자량(Mw) 1000~4000의 고분자형으로 헥사민 경화제에 의한 열경화가 이루어지고, 레졸타입은 분자량(Mw) 500 ~ 1500으로서 열경화 내지 산경화에 의한 경화가 이루어진다.

본 발명의 보론계 페놀수지는 노블락타입의 페놀수지에 1~5 ㎛의 입경을 갖는 붕산(boric acid), 산화붕소(boron oxide), 삼염화붕소(boron trichloride), 보론나이트라이드(boron nitride), 탄화붕소(boron carbide) 및 붕소(boron)로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 화합물이 포함된 액상 노블락타입의 변성페놀수지이다. 바람직하게는 상기 페놀수지에 대하여 보론계화합물이 10~30 wt% 포함되는 것으로 10 wt% 미만으로 포함될 경우 내마모성 향상이 미미하게 되고, 30 wt% 초과하여 포함될 경우 점결력이 저하되어 제조된 브레이크 패드에 크랙이 발생할 가능성이 있고, 상기 보론계화합물의 입경이 5 ㎛를 초과하는 경우에는 내마모성이 떨어지고, 입경이 1 ㎛ 미만이면 원하는 마찰계수를 얻지 못한다.

캐슈 더스트는 캐슈넛셸 오일을 경화시킨 것을 분쇄하여 얻어지는 통상의 마찰재에 이용되는 것으로, 마찰재의 탄성률을 높이고 스퀼 등의 음진성능의 악화, 내열성의 악화 및 열이력에 의한 강도 저하를 예방한다.

상기 캐슈 더스트는 액상고무로 피복하면 편석이 억제되는데, 상기 피복되는 액상고무의 양은 캐슈 더스트를 기준으로 3~20 wt%인 것이 바람직하다. 액상 고무의 양이 3 wt% 미만이면 캐슈 더스트가 결합제에서 탈락하기 쉽고 점착력의 효과가 떨어지며, 20 wt% 초과하면 액상 고무의 점착력에 의한 캐슈 더스트의 응집이 악영향을 받고 분산하기 어렵기 때문에 편석이 발생한다.

상기 액상고무로는 NBR, SBR, IR, 아크릴 고무, 천연 고무 및 클로로프렌 고무 등이 사용될 수 있다. 상기 액상고무는 음진 성능 측면에서 SBR 고무를 사용하는 것이 바람직하며, 점도는 20 ℃에서 용해 점도가 40000~60000 cps인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 점도의 SBR 고무로 캐슈 더스트를 피복하면 상기 SBR의 점착력에 의하여 캐슈더스트 응집을 방해하고, 제조된 브레이크 패드의 성형성이 떨어질 수 있다. 상기 캐슈 더스트를 액상 고무로 피복하는 방법은 특별히 제한은 없지만 가압 혼련하는 방법이 바람직하다.

상기 SBR고무로 피복된 캐슈 더스트는 스퀼의 발생 방지 및 균열 발생 방지를 위하여 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 3~10 wt% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 SBR고무로 피복된 캐슈 더스트가 3 wt% 미만으로 포함되면 마찰재의 탄성률이 떨어지고, 10 wt% 초과되어 포함되면 분산성 저하로 인한 기계적 물성 및 내마모성이 감소하는 문제점이 발생한다.

상기 에폭시 수지는 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 2~5 wt% 포함되는 것이 바람직한데, 2 wt% 미만으로 포함되면 마찰재 강도 저하가 유발되고 5 wt% 초과로 포함되면 마찰재의 기공율이 커지는 문제점이 발생한다.

본 발명에 이용되는 섬유기재는 마찰재에 있어서 보강 작용을 나타내는 것으로, 내염화섬유, 무기섬유, 유기섬유 등을 포함할 수 있다.

상기 내염화섬유는 고속 페이드 시 마찰 계수가 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것으로, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 3~15 wt% 포함되는 것이 바람직한데, 3 wt% 미만이면 고속 페이드 특성의 개선 효과를 얻을 수 없고, 15 wt% 초과하면 마찰시 소음이 커지는 문제점이 발생한다. 또한, 내염화 섬유는 분산성, 보강 효과를 얻기 위하여 평균 섬유 길이는 1~10 mm가 바람직하고, 평균 섬유 지름은 10~15 ㎛가 바람직하다.

본 발명에서 상기 마모층(100)에 포함되는 무기섬유는, 판상티탄산칼륨 섬유와 아라미드 섬유의 혼합섬유에 슬래그 섬유, 월라스토나이트로 및 견운모 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이 더 포함된 것으로, 상기 마모층의 전체 중량을 기준으로 3~10 wt% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 무기섬유가 3 wt%미만으로 첨가될 경우 마찰력 향상효과가 미미하고, 10 wt%를 초과하여 첨가될 경우 내마모성이 떨어지게 된다.

상기 아라미드섬유는 특정하지는 않으나 피브릴(분지)을 가지는 형상을 사용하는 것이 바람직하고 또한, 단독으로 사용하더라도 만족할 수 있을만큼의 성능을 얻을 수 있게 되나, 판상티탄산칼륨섬유와 혼합하여 사용하는 것이 마찰성능을 유지하고 또 내마모성을 향상시키는데 도움을 주며, 아라미드 섬유와 판상티탄산칼륨섬유의 혼합섬유에 슬래그 섬유, 월라스토나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이 더 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 아라미드 섬유 : 견운모 : 판상티탄산칼륨섬유가 2:2:1의 혼합비율을 가지는 혼합섬유를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

유기섬유는 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 3~5 wt% 포함되고, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 PVA(polyvinyl alcohol)섬유로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 사용된다. 상기 유기섬유가 3 wt% 미만으로 포함되면, 고속 페이드 상승효과를 얻기 힘들고, 5 wt% 초과하여 포함될 경우, 성형성이 떨어지게 된다. 상기 유기섬유는 고속 페이드 시 마찰 계수의 상승 효과가 있는 셀룰로오스 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내산화섬유, 무기 섬유 및 유기섬유 등의 모든 섬유기재는 상기 마모층의 전체중량을 기준으로 9~30 wt%로 포함되는 바람직하고, 상기 섬유기재가 9 wt% 미만으로 혼합될 경우 강도저하를 가져오게 됨은 물론 내마모성이 떨어지게 되고, 30 wt% 초과되어 혼합될 경우 가공성이 떨어져 성형에 어려움이 따르게 되고, 사용시 마찰소음이 발생하게 된다.

연삭재는 마찰시 연삭작용을 일으켜 마찰력을 높이는 역할을 하는 것으로서, 입경이 10 ~ 100 ㎛인 모스 경도 7 이상의 무기물질로, 석영, α알루미나, γ알루미나, 지르콘, 탄화규소, 탄화붕소, 질화티탄, 탄화티탄, 탄화붕소 및 질화규소로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 사용되는 것이 바람직하며, 특히 γ-알루미나를 이용하면, 고온 시의 페이드 현상을 억제할 수 있다.

모스 경도가 7 미만의 무기물질이면, 충분한 마찰력을 얻기 힘들어 내페이드성이 저하된다. 또한, 모스 경도 7 이상인 무기물질의 입경이 10 ㎛ 미만이면 충분한 마찰력 증가 효과를 얻을 수 없게 되어 내페이드성이 저하되고, 상기 입경이 100 ㎛ 초과되면 대면공격성이 커져 디스크 로터의 연삭가루의 발생량이 많아지기 때문에, 스티킹현상이 발생하기 쉽고, 또한, 디스크 로터의 마모량이 커지게 된다. 본 발명에 있어서 상기 입경은 평균 입경으로서, 레이저 회절 입도 분포법에 의해 측정한 50 % 인경인 수치를 사용하고, 모스 경도는, "1: 활석, 2: 석고, 3: 방해석, 4: 형석, 5: 인회석, 6: 정장석, 7: 수정, 8: 황옥, 9: 강옥, 10: 다이아몬드"로 표시되는 구(舊) 모스 경도를 적용한다.

상기 연삭재는 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 0.5~3 wt% 포함되는 것이 바람직한데, 0.5 wt% 미만으로 포함될 경우 마찰면에 적당한 거칠기를 형성하는 것이 가능하지 않아 제동 시 원하는 만큼의 마찰력을 얻을 수 없고, 3 wt%를 초과하여 포함될 경우 브레이크의 효과는 증가하지만 로터의 마모 현상과 스퀼 특성의 악화를 초래할 수 있다.

충전재는 결합제와의 결합성이 좋게 강도를 저해하지 않으며 마찰시 마찰안정성을 가지는 것과 pH를 조정하여 방청효과를 주는 특성이 요구되는 것으로서, 버미큘라이트, 돌로마이트(dolomite), 운모계 광물, 마이카, 멀라이트 및 크로마이트로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 사용할 수 있다.

상기 충전재는 마모층 전체 중량을 기준으로 30 wt% 이상 포함되는데, 30 wt% 미만으로 포함되면 내열성이 떨어지게된다.

윤활재는 연삭효과에서 수반되는 연삭마모를 안정화시키기 위해 사용되는 것으로서 천연흑연, 인조흑연, 석유코르크 및 플루오르화칼슘으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 사용된다. 바람직하게는 인조흑연 및 천연흑연인데 흑연은 1 : 1 배위결합의 탄소결합층이 층간결합에 의해 형성되어 있어 이러한 층간결합이 분리되는 과정에서 우수한 윤활효과를 가져오게 되고, 다면 천연흑연의 경우 불순물로서 천연광물이 포함된 경우 소음에 불리할 수 있으므로 유의하여야한다.

윤활재가 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 13 wt% 미만이면, 충분한 윤활작용을 얻을 수 없어, 내마모성이 나빠지고, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 30 wt% 초과하면, 마찰계수가 불안정하여, 충분한 효과를 얻을 수 없다.

상기 윤활재는 천연흑연, 인조흑연, 석유 코크스 및 플루오르화칼슘으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직한데, 흑연과 석유 코크스는 질량비로 2 : 8 ~ 3 : 7의 범위가 되도록 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 천연흑연 및 인조흑연의 평균 입경이 50~200 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 평균 입경이 50 ㎛ 미만이면, 상대재와의 접촉면적이 작아지기 때문에, 윤활재로서의 효과가 불충분해지고 내마모성이 저하되고, 평균 입경이 200 ㎛을 초과하면 상대재로의 접촉면적이 커지기 때문에 상대재에 피막을 형성하기 쉬워 제조된 브레이크 패드가 물에 젖으면 마찰 계수가 작아져 브레이크의 작용이 일시적으로 떨어지는 현상이 발생하게 된다.

상기 석유 코크스는 평균 입경이 300~700 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 평균 입경이 300 ㎛미만이면 상대재와의 접촉면적이 작아지기 때문에 윤활재로서의 효과가 불충분해져 내마모성이 저하하고, 700 ㎛를 초과하면 석유 코크스가 브레이크 패드의 표면으로부터 탈락하기 쉬워져 내마모성이 저하된다.

본 발명의 브레이크 패드는 마모층 상부에 착색층(300)이 포함되어 있어, 브레이크 제어로 인한 마모층(100)이 전부 마모가 되면, 착색층(300)에 포함된 안료가 마찰이 되면서 브레이크 디스크를 착색시킨다.

상기 착색층(300)은 열경화성 수지에 둘러싸인 안료와 상기 마모층(100) 조성물이 포함된 것으로, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 폴리에스테르 수지 등 열을 가하면 경화되는 특성을 지닌 것이면 한정되지 않으나, 상기 마모층(100) 조성물에 포함된 페놀수지가 점착성 측면에서 바람직하다.

상기 열경화성 수지로 둘러싸인 안료는 100~300 ㎛ 입경을 가진 코어/쉘 형태로 무기안료입자로, 적색으로서 연단, 황색으로서 오레그린, 바나듐, 황연 중선택되어지는 한가지나 녹색으로서 코발트그린, 비리시안중 선택되어지는 한가지나, 청색으로서 코발트 블루우, 바나듐블루, 웰트라마린블루, 프루시안블루 중 선택되어지는 한가지나, 자색으로서 코발트 바이올렛중에서 선택된 필요한 색상의 통상의 무기안료를 페놀 수지와 혼합한 것이 바람직하며, 상기 페놀수지로 둘러싸인 무기안료는 당업계에 공지된 방법으로 제조할 수 있으며, 그 방법은 특별히 한정되지 않는다.

상기 무기 안료 입자의 입경이 100 ㎛ 미만이면 착색층(300)의 제동력이 급격히 떨어지고, 입경이 300 ㎛ 초과하면 점착력이 저하되어 크랙이 발생할 가능성이 있다.

상기 착색층(300)은 착색층(300) 전체 중량을 기준으로 열경화성 수지에 둘러싸인 안료가 10~25 wt% 포함되는데, 상기 안료가 10 wt% 미만으로 포함되면 착색효과가 미미하고, 25 wt% 초과하여 포함되면 마모층(100)에 비하여 착색층(300)의 마찰력이 급격히 떨어져 제동력이 떨어진다.

상기 착색층의 두께는 상기 마모층 두께의 10~15 %가 바람직한데, 착색층의 두께가 상기 마모층의 두께의 10% 미만이 되면, 사용자가 착색된 디스크를 인식하고 브레이크 패드를 교체하기까지 주어지는 시간이 짧아 브레이크 패드가 모두 마모되어 디스크에 손상을 가져올 수 있고, 상기 착색층의 두께가 상기 마모층 두께의 15 %이상이 되면, 사용자가 착색된 디스크에 사용가능한 브레이크 패드를 미리 교환하는 오류를 범하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태는, 앞서 언급한 본 발명의 교체시기를 알려주는 브레이크 패드의 제조방법이다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt%, 적어도 30wt% 이상의 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 혼합하여 착색층(300) 조성물을 제조하는 단계, 결합제 10~35 wt%, 섬유기개 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재를 혼합하여 마모층 조성물을 제조하는 단계, 상기 착색층 조성물을 착색층 압축 몰드에 넣고, 80~120 ℃에서 2~5 분 동안 열처리 성형하여 착색층(300)을 제조하는 단계 및 상기 착색층을 마모층 압축 몰드에 넣고, 상기 마모층 조성물을 투입하여 밀폐된 진공 조건에서 가온 가압하여 브레이크 패드를 성형하는 단계를 포함하는 교체시기 알람기능을 갖는 차량용 브레이크 패드 제조방법으로, 상기 브레이크 패드를 성형하는 단계는, 150 ~ 250 ℃ 온도에서 20 ~ 50 MPa 압력으로 가온가압한다.

상기 착색층 조성물을 제조하는 단계는, 상기 조성물과 상기 열경화성 수지로 코팅된 안료가 4:1 내지 10:1의 비율로 혼합되는데, 이는 상기 열경화성 수지로 코팅된 안료가 상기 비율을 만족하지 못하면 착색효과가 미미하거나 마찰력이 급격히 떨어져 제동력에 문제가 발생하게 되어 사고를 초래할 수 있다.

상기 착색층을 제조하는 단계는 착색층 압축몰드에 착색층 조성물을 넣고 80 ~ 120 ℃에서 2 ~ 5분간 예비소결을 하는데, 이는 착색층 조성물과 마모층 조성물이 서로 혼합되지 않으면서도 접착시키기 위하여 착색층 조성물에 예비소결 후, 마모층 조성물을 넣어 브레이크 패드를 제조한다.

상기 착색층 조성물을 제조하는 단계에서, 상기 온도가 80 ℃ 미만이면 소결효과가 미미하고, 120 ℃ 초과하면 착색층 조성물과 마모층 조성물의 경계사이에 크랙이 발생할 수 있고, 2분 미만으로 열처리하면 소결효과가 미미하고, 5분을 초과하면 착색층 조성물 표면이 딱딱해져 조성물과의 점착력이 떨어져 박리가 일어난다.

상기 브레이크 패드를 성형하는 단계는 150 ~ 250 ℃ 온도에서 20 ~ 50 MPa 압력으로 가온가압한다. 이때, 발생되는 가스는 진공압에 의해 즉시 외부로 배출된다. 상기 발생되는 가스를 외부로 배출시키지 않고 가온가압 시 가스가 착색층 및 마모층 조성물 내에 잔류하여 내부에서 다수의 기공이 형성된다. 착색층 및 마모층 조성물 내부에 다수의 기공이 발생하면 제조된 브레이크 패드에 크랙이 발생되고, 내구성이 떨어져 제동력이 크게 저하되는 문제점이 발생하기 때문에 반드시 압축단계에서 발생되는 가스를 외부로 방출하여 착색층 및 마모층 내부에 잔류하는 것을 방지하여 한다. 상기 브레이크 패드를 성형하는 단계의 압력이 20 MPa 미만이면, 마찰재의 내부에 다수의 기공이 형성되고, 압력이 50 MPa를 초과하면 열처리로 인한 소결반응이 일어나기 전에 큰 압력이 마찰재에 가해져 크랙이 발생하게 된다.

상기 제조된 착색층 및 마모층는 필요에 따라 도장, 스코치 처리, 연마 처리등 추가공정을 거쳐 브레이크 패드를 제조한다.

따라서, 본 발명의 교체시기를 알려주는 브레이크 패드는 마모층(100) 및 착색층(300)이 포함되어, 상기 마모층(100)이 모두 마모된 뒤, 착색층(300)에 포함된 안료로 인하여 디스크가 변색됨으로써 상기 브레이크 패드의 교환시기를 자동으로 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 편의성을 높여준다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하지만 본 발명은 후술되는 특정한 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

[실험예 1]

브레이크 패드 제조

하기 표 1 및 표 2에 제시된 배합 비율에 따라 플라우쉐어 믹서(Ploughshare mixer, 대성기계공업)를 사용하여 재료를 배합하여 마모층 조성물을 얻었다.

캐슈 더스트에 SBR고무를 피복하는 방법은, 캐슈 더스트에 액체상태의 SBR을 9:1의 비율로 첨가한 후, 가압니더((주)우성)를 이용하여 0.49 MPa의 압력하에서 4분간 가압혼련을 실시하여 SBR이 피복된 캐슈 더스트를 제조하였고, 보론계 페놀수지는 페놀과 포름알데히드를 황산(H₂SO₄)을 산촉매로 사용하여 부가 축합반응 중에 보론나이트라이드를 첨가하여 액상 노블락타입타입 보론계 페놀수지를 얻었다.

상기 비교예 1 내지 7 및 실시예 1 내지 3의 조성물과 페놀수지로 둘러싸인 입경 200 ㎛인 바나듐블루를 5:1 의 비율로 플라우쉐어 믹서(Ploughshare mixer, 대성기계공업)를 사용하여 혼합한 착색층(300) 조성물을 압축몰드에 넣어 100 ℃ 오븐에서 3분간 열처리 하였다.

상기 열처리된 각각의 착색층(300) 조성물 위에 같은 조성을 가진 마모층 조성물을 투입하여 145 ℃온도에서, 30 MPa 압력으로 진공하에 10 분간 발생되는 기체를 외부로 배출하면서 가온가압한 뒤, 성형 프레스를 이용하여 5분간 성형온도 130 ℃, 성형압력 50 MPa 으로 성형한 뒤, 로터리 연마기를 이용하여 연마하고, 450 ℃의 스코치 처리를 실시하여 브레이크 패드를 얻었다.

				비교예1	비교예2	비교예3	실시예1	실시예2	실시예3
배합조성	결합제	보론계 페놀수지		270	60	315	75	270	300
		캐슈더스트 (피복유무)		135 (무)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)
		에폭시수지 (ESseries: 캠텍)		30	30	30	30	30	30
	섬유기재	내염화섬유 (파이로멕스:토호 테낙스)		135	135	135	135	135	135
		무기섬유	판상 티탄산칼륨섬유	15	15	15	15	15	15
			아라미드섬유	30	30	30	30	30	30
			견운모	30	30	30	30	30	30
		셀룰로오스 섬유 (Concel:에스에스산업)		45	45	45	45	45	45
	연삭재	입경 (1 ~ 100 ㎛)	α-알루미나 (미즈사와화학)	15	15	15	15	15	15
			γ-알루미나 (C105W :CIS)	-	-	-	-	-	-
			지르콘	30	30	30	30	30	30
		입경(100 ㎛이상)	α-알루미나 (미즈사와화학)	-	-	-	-	-	-
		입경(100 ㎛이상)	크로마이트	-	-	-	-	-	-
	충전재	버미큘라이트		195	225	210	225	195	195
		마이카		180	225	120	225	180	150
		돌로마이트		120	210	120	195	120	120
		수산화칼슘		45	90	45	90	45	45
	윤활재	인조흑연		45	45	45	45	45	45
	윤활재	석유코크스		180	180	180	180	180	180

^{(단위 : g)}

				비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	실시예4
배합조성	결합제	보론계 페놀수지		270	270	270	270	270
		캐슈더스트 (피복유무)		135 (무)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)
		에폭시수지 (ESseries: 캠텍)		30	30	30	30	30
	섬유기재	내염화섬유 (파이로멕스:토호 테낙스)		135	135	135	135	135
		무기섬유	판상 티탄산칼륨섬유	15	15	15	15	15
			아라미드섬유	30	30	30	30	30
			견운모	30	30	30	30	30
		셀룰로오스 섬유 (Concel:에스에스산업)		45	45	45	45	45
	연삭재	입경 (1 ~ 100 ㎛)	α-알루미나 (미즈사와화학)	-	30	-	-	15
			γ-알루미나 (C105W :CIS)	-	-	-	-	10
			지르콘	5	30	-	-	20
		입경(100 ㎛이상)	α-알루미나 (미즈사와화학)	-	-	45	-	-
		입경(100 ㎛이상)	크로마이트	-	-	-	45	-
	충전재	버미큘라이트		195	180	195	195	195
		마이카		180	180	180	180	180
		돌로마이트		120	120	120	120	120
		수산화칼슘		85	45	45	45	45
	윤활재	인조흑연		45	45	45	45	45
	윤활재	석유코크스		180	180	180	180	180

^{(단위 : g)}

[실험예 2]

캐슈 더스트 결합성능 평가

실시예1 ~ 4 및 비교예 1 ~7 의 조성물을 각각 폴리에틸렌제 자루에 넣어 10회 흔들고, 상기 자루의 하부로 떨어진 캐슈 더스트의 중량을 측정함으로써 평가하였다.

평가기준 : 마모층 조성물에 포함된 캐슈 더스트의 양에 대하여 탈락된 캐슈 더스트의 양이 3 wt% 이상 이하 유무

	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
캐슈 더스트의 양(g)	135 (무)	135 (유)	135 (유)	135 (무)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)	135 (유)
탈락된 양(g)	6.9	2.3	2.3	6.1	2.3	2.6	2.5	1.8	2.1	1.7	1.9
결과 (wt%)	5.1	1.7	1.7	4.0	1.7	1.9	1.8	1.3	1.4	1.2	1.4
결과 (wt%)	×	○	○	×	○	○	○	○	○	○	○

상기 표 3의 결과 액상고무인 SBR로 피복이 된 캐슈더스트를 포함한 마모층 조성물인 비교예 2,3,5,6,7 및 실시예 1 ~ 4가 피복이 되지 않은 캐슈더스트를 포함한 마모층 조성물인 비교예 1 또는 4에 비하여 탈락된 캐슈더스트의 양이 현저하게 작음을 확인할 수 있었다.

[실험예 3]

브레이크 패드 성능 실험

브레이크 패드 성능 실험은 본 발명의 실험예 1을 통해 제조된 브레이크 패드의 KS R 4024의 시험법에 의하여 정속 마찰 시험기를 사용하여 온도변화를 주어 마찰계수와 마모율을 측정하고, 내균열성을 측정하였다.

시험편은 실험예 1에 의하여 제조된 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 7의 브레이크 패드를 25 × 25 mm로, 두께는 6 mm로 제작하고, 마찰면을 0.4 mm 제거한 뒤 시험용 드럼의 곡률에 맞추었다.

상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 7 의 시험편을 정속식 마찰 시험기에 부착하고, 시험 장치의 디스크 마찰면 온도가 100 ℃에서 7 m/s의 미끄러짐 속도로 디스크(KS D 4301에서 규정된 GD 250을 재료로 한 일반적인 디스크)를 5000회 회전시켜 그 사이의 마찰력을 측정하였다.

상기 시험 장치의 디스크 마찰면 온도가 200 ℃ 및 350 ℃ 일 때, 상기 마찰력 측정 방법과 동일하게 측정한 뒤, 각각 시험편의 두께를 측정하여 마모율을 구하였다.

V : 마모율

n : 시험시의 디스크의 총회전수

W₁ : 시험편의 시험 전의 무게(g)

W₂ : 시험편의 시험 후의 무게(g)

f_m : 시험시 평균마찰력(N)

ρ : 시험편의 밀도(g/mm³)

내균열성 평가는 브레이크 온도 400 ℃의 제동(초속도 50 km/h, 종속도 0 km/h, 감속도 0.3 G, 제동 전 브레이크 온도 100 ℃)을 상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 7 의 시험편이 절반의 두께가 될 때까지 반복하고, 상기 시험편의 측면 및 마찰면 균열 발생 유무를 광학현미경으로 확인하였다.

마찰 성능에 대한 평가 기준은 하기 표 3과 같다.

항목	시험 온도
항목	100 ℃	200 ℃	350 ℃
마찰 계수	0.25 ~ 0.65	0.25 ~ 0.70	0.20 ~ 0.70
지정된 마찰 계수에 대한 허용차	±0.08	±0.12	±0.14
마모율 (10^-7cm³/N·m)	0.5 이하	1.0 이하	3.5 이하

하기 표 5는, 본 발명의 실험예 1을 통해 제조된 브레이크 패드에 대해 KS R 0080의 시험법을 적용하여 기공율, 경도를 측정한 결과와 KS R 4024의 시험법에 따른 정속 마찰 시험기를 통해 온도변화에 따른 마찰계수와 마모율을 측정한 시험결과 및 내균열성을 측정한 결과이다.

		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
밀도 (g/cm²)		2.40	2.34	2.35	2.40	2.41	2.45	2.44	2.40	2.41	2.41	2.39
기공율(%)		2.34	2.29	2.38	2.39	2.46	2.45	2.39	2.32	2.29	2.31	2.37
곡강도 (MPa)		52	50	50	52	45	47	50	52	52.3	51.1	51.9
경도(H_RS)		84.2	83.1	82.1	84.3	83.4	84.1	82.5	84.2	83.7	84.9	85.1
무게감소율 (%)		0.84	0.75	0.74	0.67	0.83	0.93	0.86	0.72	0.73	0.75	0.75
마찰계수	100 ℃	0.36	0.22	0.41	0.19	0.57	0.76	0.24	0.34	0.41	0.43	0.47
	200 ℃	0.35	0.21	0.42	0.17	0.61	0.68	0.25	0.35	0.40	0.40	0.48
	350 ℃	0.39	0.18	0.44	0.20	0.53	0.65	0.23	0.38	0.45	0.46	0.45
	결 과	○	×	○	×	○	×	×	○	○	○	○
마모율 (10^-7cm³/N·m)	100 ℃	0.45	0.19	0.38	0.20	0.49	0.54	0.51	0.34	0.37	0.39	0.37
	200 ℃	0.56	0.28	0.49	0.30	1.1	1.4	1.0	0.47	0.51	0.52	0.50
	350 ℃	1.3	0.38	0.57	0.38	3.7	4.1	3.8	0.61	0.67	0.65	0.72
	결 과	○	○	○	○	×	×	×	○	○	○	○
내균열성 (크랙유무)		크랙 발생	크랙 미발생	크랙 발생	크랙 발생	크랙 미발생	크랙 미발생	크랙 미발생	크랙 미발생	크랙 미발생	크랙 미발생	크랙 미발생

상기 표 5의 결과를 확인해보면, 비교예 1, 3 및 실시예 1 ~ 4는 KS R 4024에서 제시한 표 4의 마찰력 평가 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났고, 내균열성 평가에서는 비교예 2, 5, 6, 7 및 실시예 1 ~ 3이 크랙이 발생하지 않는 것으로 확인되었다.

실험예 2 및 3의 결과를 살펴보면, 비교예 1 및 4는 SBR고무가 피복되지 않는 캐슈더스트를 포함하여 제조한 브레이크 패드로, 점착력이 떨어져 캐슈더스트가 조성물에서 탈착하기 쉽고, 그로 인한 내균열성이 악화된 것을 볼 수 있었다.

실험예 3의 비교예 2 ~ 3 및 실시예 1 ~ 3은 보론계 페놀수지의 함량 변화를 통하여 마찰계수와 마찰율의 변화 및 내균열성을 평가한 시험결과로서, 비교예 2와 비교예 4는 보론계 페놀수지 함량이 조성물의 전체 중량을 기준으로 각각 4 wt%, 21 wt% 포함된 브레이크 패드로써, 비교예 2는 마찰계수가 평가기준에 미달하였고, 비교예 4는 마모율이 평가기준을 만족하지 못하였다. 반면에 실시예 1 ~ 3은 보론계 페놀수지 함량이 조성물의 전체 중량을 기준으로 각각 5, 18, 20 wt%로, 마찰계수와 마모율 평가기준을 만족하였고 크랙도 발생되지 않아 우수한 물성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

실험예 3의 비교예 4 내지 7 및 실시예 1, 4의 연삭재의 입경차, 모스경도차 및 함량 변화를 통한 마찰계수와 마모율의 변화 및 내균열성을 평가한 실험결과로서, 비교예 4와 비교예 5는 브레이크 패드의 전체 중량을 기준으로 연삭재 함량이 각각 0.3 wt%, 4 wt% 포함된 브레이크 패드로써, 비교예 4는 마찰계수가 평가기준을 만족하지 못하였고, 비교예 5는 마찰계수에서는 우수한 물성을 보였으나, 마모율은 평가기준을 만족하지 못하였다. 비교예 6은 입경이 100 ㎛이상의 연삭재가 포함된 브레이크 패드로 마찰계수와 마모율 모두 평가기준을 만족하지 못하였고, 비교예 7은 모스경도 7 미만의 크로마이트가 포함된 브레이크 패드로 마찰계수의 평가기준을 만족하지 못하였다.

실시예 1는 입경 1 ~ 100 ㎛의 모스경도 7이상인 α-알루미나와 지르콘이 브레이크 패드의 전체 중량을 기준으로 3 wt% 포함된 브레이크 패드로써, 마찰성능과 내균열성평가에서 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있었다.

실시예 3은 α-알루미나, γ-알루미나와 지르콘이 연삭재로 브레이크 패드 전체 중량을 기준으로 3 wt% 포함된 브레이크 패드로서, γ-알루미나가 포함되지 않은 실시예 1에 비하여 마찰계수에서 우수한 물성이 있음을 확인할 수 있었다.

[실험예 4]

브레이크 패드의 착색층 성능평가

착색층(300) 전체 중량을 기준으로 하기 표 6과 같은 비율의 바나듐블루와 상기 실시예 4의 조성물을 첨가하여 얻은 100 wt%의 착색층 조성물을 플라우쉐어 믹서(Ploughshare mixer, 대성기계공업)를 사용하여 혼합한 착색층 조성물을 압축몰드에 넣어 100 ℃ 오븐에서 3분간 열처리 하였다.

상기 열처리된 각각의 착색층 조성물 위에 상기 실시예 4의 조성물을 투입하여 145 ℃온도에서, 30 MPa 압력으로 진공하에 10 분간 발생되는 기체를 외부로 배출하면서 가온가압한 뒤, 성형 프레스를 이용하여 5분간 성형온도 130 ℃, 성형압력 50 MPa 으로 성형한 뒤, 로터리 연마기를 이용하여 연마하고, 450 ℃의 스코치 처리를 실시하여 브레이크 패드를 얻었다.

상기 브레이크 패드의 마모층이 1 mm 남을 때까지 마모시킨 후, 착색층 성능평가를 진행하였다.

시험편은 상기 제조된 브레이크 패드를 25 × 25 mm로, 마모층과 착색층이 각각 1 mm, 3 mm 남아있는, 총 4 mm 두께로 제조한 뒤, 시험용 드럼의 곡률에 맞추었다.

상기 시험편을 정속식 마찰 시험기에 부착하고, 시험 장치의 디스크 마찰면 온도가 100 ℃에서 7 m/s의 미끄러짐 속도로 디스크(KS D 4301에서 규정된 GD 250을 재료로 한 일반적인 디스크)를 회전시키고, 디스크에 착색이 된 후부터 디스크를 3000회 회전시켜 그 사이의 마찰력을 측정하였다.

무기안료 첨가율(wt%)	무기안료입자(㎛)	착색 후 마찰계수	착색 후 마모율 (10^-7cm³/N·m)
5	200	-	-
10	200	0.44	0.35
15	200	0.44	0.36
20	200	0.47	0.37
25	200	0.35	0.32
30	200	0.24	0.31

무기안료 첨가율(wt%)	무기안료입자(㎛)	착색 후 마찰계수	착색 후 마모율 (10^-7cm³/N·m)
20	50	0.19	0.30
20	90	0.24	0.31
20	100	0.37	0.35
20	200	0.41	0.37
20	300	0.43	0.41
20	350	0.46	0.51

상기 표 6과 7의 결과에서 확인해 보면, 무기안료 첨가율이 10 wt% 미만이면, 디스크에 착색이 되지 않아, 착색 후의 마찰계수와 마모율을 측정할 수 없었고, 무기 안료 첨가율이 25 wt%를 초과한 경우, 마찰계수가 떨어져 상기 실험예 3의 마찰성능평가 기준을 만족하지 못하였다.

또한, 무기안료 첨가율이 20 wt% 일 때, 무기안료입자가 각각 50, 90 ㎛ 일때는 마찰계수가 0.19, 0.24이고, 무기안료입자 크기가 350 ㎛ 이면 마모율이 0.51 10^-7cm³/N·m로 상기 실험예 3의 마찰성능평가 기준 만족하지 못하였다.

따라서, 무기안료의 첨가율은 10~25 wt%의 범위가 바람직하고, 무기안료입자는 100 ~ 300 ㎛의 범위를 갖도록 제어하는 것이 마찰계수와 마모율 모두의 우수한 성질을 만족하는 브레이크 패드를 제조하는데 바람직함을 알 수 있다.

무기안료 첨가율(wt%)	피복유무	크랙 발생여부
5	무	○
10	유	×
15	무	○
20	유	×
25	유	×
30	무	○

상기 표 6은 무기안료의 피복 유무에 따른 내균열성 평가를 실시한 결과로, 마모율과 마찰계수를 측정하고 난 뒤 브레이크 패드의 표면을 광학현미경으로 관찰하였다. 상기 표 6의 결과를 확인해 보면, 페놀수지로 피복된 무기안료가 포함된 착색층을 가지고 있는 브레이크 패드에서 크랙이 발생되지 않았다.

따라서, 페놀수지로 피복된 무기안료를 사용함으로써, 점착성이 향상되므로 크랙을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.

1 : 백플레이트
100 : 마모층
300 : 착색층

Claims

차량용 브레이크 패드에 있어서,
결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재 및 충전재를 포함하는 마모층(100);과
상기 마모층(100) 위에 결합제, 섬유기재, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재, 윤활재, 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 포함하는 착색층(300);이 차례대로 적층되고,
상기 착색층(300)의 두께는 상기 마모층(100)의 두께의 10~15 %이며,
사용 과정 중에 상기 마모층(100)이 닳아 제거되면, 상기 착색층(300)에 포함된 열경화성 수지로 코팅된 안료가 노출되어 변색됨으로써, 교체시기가 도래하였음을 지시해주는 것을 특징으로 하고,
상기 착색층(300)에는, 결합제 10~35 wt%, 섬유기재 9~30 wt%, 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt%, 적어도 30wt% 이상의 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료가 포함되고, 상기 결합제, 섬유기재, 연삭재, 윤활재, 충전재 및 안료의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열경화성 수지로 코팅된 안료는, 100 ~ 300 ㎛ 입경을 갖는 코어/쉘 형태의 무기안료입자인 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제1항에 있어서,
상기 마모층(100)에는, 결합제 10~35 wt%, 섬유기재 9~30 wt%, 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재가 포함되고, 상기 결합제, 섬유기재, 연삭재, 윤활재 및 충전재의 합이 100 wt%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제4항에 있어서,
상기 결합제는, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 보론계 페놀수지 5~20 wt%, SBR고무로 피복된 캐슈 더스트 3~10 wt% 및 에폭시수지 2~5 wt%를 포함하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제5항에 있어서,
상기 보론계 페놀수지는,
페놀수지를 기준으로 보론계 화합물이 10~30 wt% 포함된 수지인 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제4항에 있어서,
상기 섬유기재는, 상기 마모층 전체 중량을 기준으로 내염화 섬유 3~15 wt%, 무기 섬유 3~10 wt% 및 유기 섬유 3~5 wt%가 포함된, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제7항에 있어서,
상기 무기 섬유는, 판상 티탄산칼륨 섬유와 아라미드 섬유의 혼합섬유에,
슬래그 섬유, 월라스토나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 것이 더 포함된, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제7항에 있어서,
상기 유기 섬유는, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 PVA(polyvinyl alcohol)섬유로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제4항에 있어서,
상기 연삭재는, 석영, α-알루미나,γ-알루미나, 지르콘, 탄화규소, 탄화붕소, 질화티탄, 탄화티탄, 탄화붕소 및 질화규소로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 모스경도 7이상의 무기물질인, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제4항에 있어서,
상기 충전재는, 버미큘라이트, 돌로마이트(dolomite), 운모계 광물, 마이카, 멀라이트 및 크로마이트로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
제4항에 있어서,
상기 윤활재는, 천연흑연, 인조흑연, 석유코르크 및 플루오르화칼슘으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드.
차량용 브레이크 패드의 제조 방법에 있어서,
결합제 10~35 wt%, 섬유기재 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt%, 적어도 30wt% 이상의 충전재 및 열경화성 수지로 코팅된 안료를 혼합하여 착색층 조성물을 제조하는 단계;
결합제 10~35 wt%, 섬유기재 9~30 wt%, 입경이 1~100 ㎛인 연삭재 0.5~3 wt%, 윤활재 13~30 wt% 및 적어도 30wt% 이상의 충전재를 혼합하여 마모층 조성물을 제조하는 단계;
상기 착색층 조성물을 착색층 압축 몰드에 넣고, 80~120 ℃에서 2~5 분 동안 열처리 성형하여 착색층을 제조하는 단계; 및
상기 착색층을 마모층 압축 몰드에 넣고, 상기 마모층 조성물을 투입하여 밀폐된 진공 조건에서 가온 가압하여 브레이크 패드를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 브레이크 패드를 성형하는 단계는,
150 ~ 250 ℃ 온도에서 20 ~ 50 MPa 압력으로 가온가압하는 것을 특징으로 하는, 교체 시기 알림 기능을 갖는 차량용 브레이크 패드의 제조 방법.