KR101698361B1

KR101698361B1 - 습식 페이퍼 마찰재

Info

Publication number: KR101698361B1
Application number: KR1020150100599A
Authority: KR
Inventors: 조은파; 홍성진
Original assignee: 주식회사 진명프리텍
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-23

Abstract

자동차용 AWD 습식 페이퍼 마찰재로서, 중량%로, 린터펄프: 20~33%, 아라미드섬유: 5~15%, 피치계(Pitch) 탄소섬유: 15~24%, 마찰조정재 3~7% 및 잔부 필러로 구성된 습식 페이퍼 마찰재가 소개된다.

Description

습식 페이퍼 마찰재 {WET PAPER FRICTION MATERIAL}

본 발명은 자동차용 습식 마찰재에 관한 것으로 소음, 진동 등에 대한 성능이 뛰어나고 기존 마찰재와 비교하여 탄성력 및 내열성의 향상에 따른 우수한 내구성을 갖는 것을 특징으로 하여 AWD 차량에도 이용가능한 습식 마찰재에 관한 것이다.

자동 변속기의 클러치 부품으로 사용되는 페이퍼 디스크(Paper disc)의 요구 성능은 마찰 및 마모특성, 내구성, 함침 기공율 등의 물리적 특성이 우수하여야 한다. 특히, 자동 변속기 클러치는 트랜스미션 오일 내에서 작동하기 때문에 높은 온도에서도 높은 마찰 특성, 내마모성 및 내구성 등이 요구된다.

지금까지 습식 클러치 소재로는 종이(paper), 소결된 구리(sintered Cu) 또는 수지, 그라파이트 등이 사용되고 있으나 자동차용 마찰 소재로는 종이가 주로 사용되고 있는 추세이다. 페이퍼 디스크(Paper disc)는 펄프를 기본으로 하여 무기 충전재 및 열경화성 수지(페놀, 에폭시, 멜라민 수지) 등으로 구성되어 있는 데, 무기 충전재의 종류 및 첨가량이 페이퍼 디스크의 마찰 특성에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져있다.

종래의 습식 페이퍼 마찰재는 소음, 진동 등에 대한 성능 향상에만 초점을 둔 나머지 내구성 확보 측면에서는 부족한 면이 있었기에 험로 주행 등 가혹한 환경에서의 작동이 요구되는 AWD 차량에의 적용에는 무리가 있었다. 이에 소음, 진동 등에 대한 성능은 유지한 채, 내구성을 향상시켜 AWD 차량에도 적용 가능한 습식 페이퍼 마찰재를 제공하기로 한다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2010-0055998 A

본 발명은 자동차용 습식 마찰재에 관한 것으로 소음, 진동 등에 대한 성능이 뛰어나고 기존 마찰재와 비교하여 탄성력 및 내열성의 향상에 따른 우수한 내구성을 갖는 것을 특징으로 하여 AWD 차량에도 이용가능한 습식 마찰재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습식 페이퍼 마찰재는 자동차용 AWD 습식 페이퍼 마찰재로서, 중량%로, 린터펄프: 20~33%, 아라미드섬유: 5~15%, 피치계(Pitch) 탄소섬유: 15~24%, 마찰조정재 3~7% 및 잔부 필러로 구성된 다.

마찰조정재는 MoS₂일 수 있다.

하기 식(1)로 표현되는 R이 1~1.22인 것을 만족할 수 있다.

R = 피치계 탄소섬유함량(중량%)/아라미드섬유함량(중량%)------------식(1)

필러는 Diatomite를 사용할 수 있다.

아라미드섬유는 CSF(Canadian Standard Freeness)가 250~300ml일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 습식 페이퍼 마찰재에 따르면, 린터펄프 및 피치계 탄소섬유의 사용으로 탄성력이 증대되고, 아라미드섬유의 첨가로 내열성이 향상되어 기존보다 우수한 내구성을 기대할 수 있다. 또한, 아라미드섬유의 첨가로 인해 린터펄프와 피치계 탄소섬유의 내부결합력을 높일 수 있다.

마찰조정재로서 MoS₂를 첨가하여 자체 윤활성이 뛰어남을 이유로 소음, 진동 등에 대한 성능이 우수하다. 충진재로서 Diatomite가 첨가될 경우 MoS₂와의 작용으로 한 층 뛰어난 소음, 진동 등에 대한 성능을 기대할 수 있다.

도 1은 린터펄프의 나선형 구조를 나타낸 사진.
도 2는 린터펄프 함유량에 따른 내부강도를 나타낸 그래프.
도 3은 아라미드섬유 함유량에 따른 내열성을 나타낸 그래프.
도 4는 린터펄프에 피치계 탄소섬유 첨가에 따른 한계에너지의 향상을 나타낸 그래프.
도 5는 피치계 탄소섬유의 곡상 구조를 나타낸 사진.
도 6은 피치계 탄소섬유 함유량에 따른 탄성력을 나타낸 그래프.
도 7은 아라미드섬유함유량에 대한 피치계 탄소섬유함유량 비의 차이에 따른 효과를 나타낸 그래프.
도 8은 Diatomite의 구조를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명에 따른 습식 페이퍼 마찰재를 나타낸 사진.
도 10은 CSF에 따른 보류도를 나타낸 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 습식 페이퍼 마찰재는 중량%(이하, 특별한 언급이 없는 이상 %는 중량 %를 의미한다.)로, 린터펄프: 20~33%, 아라미드섬유: 5~15%, 피치계(Pitch) 탄소섬유: 15~24%, 마찰조정재 3~7% 및 잔부 필러로 구성된다.

마찰재의 Matrix(기지)를 구성하는 린터펄프는 나선형 구조로 구성되어 있다. 이는 도 1에서 확인할 수 있다. 나선형 구조의 경우 분자 사슬 내의 결합각이나 내부 회전각 등이 안정적으로 구성되어 있어 지속적인 피로강도에 대한 저항성 및 우수한 반발력에 의한 탄성력이 여타 다른 셀룰로오스계 펄프에 비해 우수하다.

탄성력이 높을 경우 마찰재가 쓰이는 마찰판의 접촉 시 마찰재 내에 흡수되어 있는 오일을 순간적으로 방출하는 것이 가능하여 슬립 등에 의해 발생하는 열을 급속하게 냉각시키기 때문에 마찰재의 내구성이 증대되는 것이다. 즉, 마찰재의 탄성력은 내구성에 영향을 미친다.

상기한 바와 같이 탄성력의 향상으로 마찰재의 전체적인 내구성이 증대되므로 이러한 탄성력을 증대시키는 린터펄프가 마찰재를 구성하는 중요한 요소이다. 종래의 마찰재의 경우 마찰재를 구성하는 면화로써 린터펄프를 사용하기는 하나, 별도의 범위제한 없는 단순한 첨가 또는 러프한 범위의 첨가에 불과하였다.

본 발명에 따른 마찰재에서는 자동차에 쓰이는 마찰재로서 우수한 소음, 진동 등에 대한 성능을 그대로 유지함과 동시에 내구성이 향상된 소재를 목표로 하는바 탄성력의 향상으로 내구성 증대에 기여하는 린터펄프의 첨가량을 적극적으로 제어하기로 한다.

린터펄프의 최소함량은 중량%로, 20%로 제한한다. 이는 마찰재로서의 내부강도와 관계가 있는데 습식 마찰재의 내부강도는 안전성을 이유로 일반적으로 최소 200kg 이상 확보해야 한다. (LAP SHEAR TEST 기준) 도 2에서도 확인 가능하듯이 린터펄프 함량 20% 미만에서 내부강도 200kg 미만의 수치를 가지나, 20% 이상 첨가되는 경우 내부강도 200kg를 만족한다.

또한, 20% 이상 첨가되어야 린터펄프 자체의 특성상 상기 언급한 바와 같이 탄성력의 증대로 내구성을 확보할 수 있고, 섬유 사이에 형성된 기공을 통해 오일의 흡수 및 방출이 원활하여 전체적인 오일의 흐름성을 확보할 수 있는 것이다. 이는 우수한 소음, 진동 등에 대한 성능으로 이어진다.

반면, 린터펄프의 최대함량은 중량%로, 33%로 제한한다. 이는 원칙적으로 다른 첨가물과의 균형을 위한 것으로 다른 첨가물의 첨가에 따른 물성을 확보하기 위함이다. 도 2에서 확인할 수 있는바와 같이 린터펄프 함량 증가에 따라 마찰재의 내부강도도 증가할 것이나, 33%를 초과하는 경우 내부강도 증가 폭도 감소하여 33%로 제한함이 타당하다.

또한, 린터펄프 함량 33%를 초과하게 되면 섬유 사이에 기공이 과다형성되어 오히려 마찰재를 이루는 필러가 기공 사이로 유출되어 균일한 오일 윤활막의 형성을 막게된다. 따라서 린터펄프의 최대함량은 33%로 제한한다.

마찰재의 Matrix를 구성하는 다른 성분인 아라미드섬유는 인장강도, 내열성 및 내마모성이 좋은 소재이다. 외부에서 힘을 가하여도 늘어나지 않아 보강재로 활용된다.

본 발명에 따른 습식 마찰재에 있어서, 아라미드섬유의 첨가로 내열성 확보를 목표한다. 특성상 마찰재의 접촉 시 슬립 등에 의해 많은 열이 발생하기 때문인데, 마찰재의 오일에 의한 열 방출에는 한계가 존재하므로 만약 마찰재가 충분한 내열성을 확보하지 못하는 경우 마찰재의 내구성 또한 한계를 갖는다. 그러므로 마찰재의 내구성 확보를 위해 내열성의 확보는 중요한 요소이다.

종래와 같은 경우에도 아라미드섬유가 보강재로 이미 활용되고 있으나 아라미드섬유의 가장 큰 특성인 기계적 강도의 보강을 위함이었으며 그에 따른 물성치 확보를 위한 러프한 범위의 첨가가 이루어졌다.

본 발명은 상기 언급한 바와 같이 무엇보다도 내구성이 향상된 소재를 목표로 하는바 내열성 확보를 위해 아라미드섬유의 함량을 적극적으로 제어하기로 한다.

아라미드섬유의 최소함량은 중량%로, 5%로 제한한다. 이는 마찰재의 내열성과 관계가 있는 것으로 내열성은 온도에 대한 무게 감량 정도를 통해 좋고 낮음을 판단한다. AWD에 쓰이는 자동차용 습식 마찰재의 특성상 내열성 정도가 중요하다. 도 3의 그래프는 온도에 대한 물질의 잔부정도를 나타낸 그래프로서 잔부정도(weight(%))가 높을수록 좋은 내열성을 가지는 것으로 파악할 수 있다. 도 3에서 확인할 수 있듯이 아라미드섬유 함량 5% 미만에서 400℃ 부근에서 열에 대한 무게 감량 정도가 급격히 이루어지나, 아라미드섬유 함량 5% 이상에서 열에 대한 무게 감량 정도가 완화되므로 아라미드섬유의 최소함량을 5%로 제한하는 것이다.

반면, 아라미드섬유의 최대함량은 중량%로, 15%로 제한한다. 이는 원칙적으로 다른 첨가물과의 균형을 위한 것으로 다른 첨가물의 첨가에 따른 물성을 확보하기 위함이다. 일반적으로 아라미드섬유의 함량이 증가하면 할수록 그에 따라 마찰재의 내열성도 함께 증가될 것이다. 그러나 도 3에서 확인할 수 있는바와 같이 15%를 초과하게 되면 내열성 상승폭도 현저하게 줄어드는바 아라미드섬유의 최대함량을 15%로 제한한다.

또한, 아라미드섬유의 단가가 값비싸 제조비용 측면에서 최대효율을 얻을 수 있는 15%로 제한하며, 아라미드섬유의 함량이 15%를 초과하게 되면 잔가지(Fibrillation)가 많은 아라미드섬유의 특성상 린터펄프의 기공막힘 및 섬유응집(Flocculation)과 같은 문제가 발생 될 수 있어 최대함량을 15%로 제한함이 타당하다.

마찰재의 Matrix를 구성하는 또 다른 성분인 탄소섬유는 탄소원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소재료로서 팬계(Polyacrylonitrile, 이하 PAN)섬유, 석유계 탄화수소잔류물인 피치계(Pitch)섬유 등을 의미한다.

마찰재에 탄소섬유가 첨가되어 린터펄프 등의 펄프와 함께 Matrix를 구성하는 경우 한계에너지가 향상되어 마찰재로서 흡수 가능한 에너지 한계점이 증대되므로 기계적 특성이 우수해진다.

Energy-step Test를 통해 마찰재가 파괴되는 시점에 대한 시험으로 흡수에너지 한계점을 판단하는데 추세선을 이용하여 흡수에너지 한계 영역을 표시하여 추세선을 기준으로 좌측 영역은 마찰재가 버틸 수 있는 영역이고 우측 영역은 마찰재가 파괴되는 영역을 나타낸다. 좌측 영역이 넓으면 넓을수록 흡수에너지 한계점이 높음을 의미하는 것이다. 도 4에서 알 수 있듯이 펄프가 단독으로 사용될 때보다 펄프에 피치계 탄소섬유가 첨가되어 이용되는 경우 좌측 영역이 넓어져 마찰재의 한계 에너지가 증대되었음을 확인할 수 있다.

탄소섬유의 첨가로 기본적으로 강도, 내열성 등의 증대를 기대할 수 있다. 더구나 피치계 탄소섬유를 이용할 경우 팬계 탄소섬유에 비해 열전도성 및 탄성력이 우수하고 자체 윤활특성이 우수하다는 장점을 가지게 된다.

피치계 탄소섬유는 탄소 함유량이 99% 이상으로 순도가 높아 95%의 팬계 탄소섬유에 비해 탄성력이 상대적으로 우수하다. 이는 피치계 탄소섬유가 도 5에서 확인할 수 있는 것과 같이 등방성 컬(Curl)을 보유하여 반발하는 특성을 가져 탄성력을 갖게 되기 때문이다. 따라서 슬립에 의한 열 발생 시 탄성력에 의해 열을 빠르게 방출하여 내부 조직 변형 발생을 억제함이 가능하므로 마찰재의 내구성 향상에 기여할 수 있게 된다.

상기 언급한 피치계 탄소섬유의 특성을 이용하여 내구성이 향상된 마찰재를 위해 본 발명에서는 피치계 탄소섬유 첨가량을 적극적으로 제어하기로 한다.

피치계 탄소섬유의 최소함량은 중량%로, 15%로 제한한다. 도 6에서와 같이 가압에 따른 반발특성을 통해 탄성력 정도를 판단한다. 첨가량이 15% 미만인 경우 가압에 따른 반발특성의 기울기가 크지 않으나 14% 이상 첨가되는 경우 가압에 따른 반발특성의 기울기가 증가하여 높은 압력을 가해도 좋은 반발 특성을 갖게 됨을 확인할 수 있다. 첨가량이 15% 이상에서부터 피치계 탄소섬유의 탄성특성이 발현되는 것이므로 피치계 탄소섬유의 최소함량을 15%로 제한하는 것이다.

반면, 피치계 탄소섬유의 최대함량은 중량%로, 24%로 제한한다. 이는 원칙적으로 다른 첨가물과의 균형을 위한 것으로 다른 첨가물의 첨가에 따른 물성을 확보하기 위함이다. 일반적으로 피치계 탄소섬유의 함량이 증가하면 할수록 그에 따라 마찰재의 탄성력도 함께 증가될 것이다. 그러나 도 6에서 확인할 수 있는바와 같이 24%를 초과하는 경우 가압에 따른 반발특성의 기울기도 변화가 크지 않아 피치계 탄소섬유 최대함량을 24%로 제한함이 타당하다.

본 발명에 따른 습식 마찰재의 경우 훌륭한 NVH (소음, 진동 등에 대한 성능)를 유지한 채 내구성이 향상된 마찰재를 목표로 하는바 린터펄프의 나선형 구조 및 피치계 탄소섬유의 제어된 범위의 첨가로 탄성력을, 아라미드섬유의 제어된 범위의 첨가로 내열성을 확보하여 마찰재의 내구성을 증대시켰다. 따라서 소음, 진동 등에 대한 성능을 유지하기 위해 코크스(coke), 흑연(graphite) 등과 같은 마찰조정재를 첨가한다.

바람직하게 마찰조정재로서 MoS₂가 첨가될 수 있다. MoS₂은 자체윤활성이 우수하여 소음, 진동 등에 대한 성능 향상에 기여함이 가능하다. 자체윤활막을 형성시켜 오일이 충분히 공급되지 않는 열약한 환경에서도 기계적 접촉을 최소화하여 두 접촉면에 작용하는 미끄럼 마찰인 stick-slip을 방지할 수 있는 것이다. 따라서 stick-slip에 의한 소음, 진동 등이 발생하지 않게 된다.

상기한 바와 같이 마찰조정재인 MoS₂의 첨가는 소음, 진동 등에 대한 성능 향상으로 이어지는바 첨가량을 적극적으로 제어하기로 한다.

		MoS₂1%		MoS₂3%		MoS₂5%		MoS₂7%		MoS₂9%
		dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)	dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)	dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)	dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)	dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)
LVFA test	40℃	0.1	-0.7	2.7	0.1	6.7	0.9	5.8	1.0	1.6	-0.2
	80℃	-1.2	-2.6	4.2	1.2	9.1	2.3	8.2	1.8	3.4	0.7
	120℃	-2.5	-4.0	9.8	2.3	15.9	4.8	12.6	3.5	5.9	1.1

MoS₂의 최소함량은 중량%로, 3%로 제한한다. 표 1에서와 같이 소음, 진동 등에 대한 성능은 국제 시험 규격인 LVFA로 평가하며 이때 도출되는 dμ/dv값을 통해 판단한다. dμ/dv값은 속도에 대한 마찰계수의 기울기로서 양(+)의 값을 가질 경우 stick-slip이 발생 가능성이 낮아 소음, 진동 등에 대한 성능이 우수하고, 음(-)의 값을 가질 경우 stick-slip의 발생 가능성이 커져 소음, 진동 등에 대한 성능이 떨어지는 것을 뜻한다. 또한, dμ/dv값이 0보다 크면 클수록 소음, 진동 등에 대한 성능이 우수함을 뜻한다.

MoS₂의 함량이 3% 미만인 경우 가속구간 및 감속구간에서 dμ/dv값이 음의 값을 갖게 되나 MoS₂의 함량이 3% 이상일 때 dμ/dv값은 양의 값을 갖게 되어 소음, 진동 등에 대한 성능이 향상되는 바 MoS₂의 최소함량은 3%로 제한함이 타당하다.

반면, MoS₂의 최대함량은 중량%로, 7%로 제한한다. 표 1에서 확인할 수 있는 것과 같이 MoS₂의 함량이 5%를 초과하게 되면 dμ/dv값은 오히려 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 즉, MoS₂의 첨가에 대한 소음, 진동 등에 대한 성능 향상의 임계점을 지난 것을 의미한다. MoS₂의 함량을 계속하여 증가시키다가 7%를 초과하게 되면 오히려 토크 저감이 발생되어 lock-up 시 미끄러짐의 발생과 같은 문제를 발생시키고 dμ/dv값이 3% 미만일 때로 복귀한다. 따라서 MoS₂의 최대함량은 7%로 제한함이 타당하다.

아라미드섬유와 피치계 탄소섬유는 각각 내열성 및 탄성력을 증대시켜 결과적으로 마찰재의 내구성 증진에 기여하는데 아라미드섬유는 상기 언급한 바와 같이 잔가지(Fibrillation)가 많아 린터펄프, 피치계 탄소섬유와 함께 Matrix를 구성함에 있어 린터펄프와 피치계 탄소섬유의 결합성을 증대시키는 역할을 하게 된다.

그러므로 마찰재로서 기본적인 내부강도를 갖게 하는 린터펄프는 그대로 유지한 채 아라미드섬유와 피치계 탄소섬유 함유량을 조절하여 아라미드 섬유에 의해 피치계 탄소섬유가 린터펄프와 내부결합되는 정도를 제어하기로 한다. 따라서 하기의 식(1)과 같이 아라미드섬유함량에 대한 피치계 탄소섬유의 함량비를 파라미터로 설정하여 피치계 탄소섬유와 린터펄프의 내부결합정도를 나타낸다.

R(피치계 탄소섬유와 린터펄프의 내부결합정도) =

피치계 탄소섬유함량(중량%)/아라미드섬유함량(중량%)-------식(1)

피치계 탄소섬유가 린터펄프에 충분하게 내부결합 되었는지 여부는 흡수에너지 한계점을 통해 유추할 수 있는 것이므로 Energy-step Test를 통해 마찰재가 파괴되는 시점에 대한 시험으로 흡수에너지 한계점을 판단한다. 추세선을 이용하여 흡수에너지 한계 영역을 표시하는데 추세선을 기준으로 좌측 영역은 마찰재가 버틸 수 있는 영역이고 우측 영역은 마찰재가 파괴되는 영역을 나타낸다. 좌측 영역이 넓으면 넓을수록 흡수에너지 한계점, 즉, 한계에너지가 높음을 의미하는 것이다.

도 7을 보면 알 수 있듯이 R은 1에 가까울수록 좌측 영역이 넓어 한계에너지가 높고 0.82에 미달이거나 1.22을 초과하는 경우 좌측 영역이 좁아 그에 따라 한계에너지가 낮게 되므로 R의 범위는 0.82~1.22로 제한하는 것이 좋을 것이나, 상기에서 제한한 아라미드섬유와 피치계 탄소섬유의 함량%를 고려하여 R의 범위는 1~1.22로 제한한다.

잔부를 구성하는 필러는, 바람직하게는, Diatomite인 것을 특징으로 한다. Diatomite가 충진재로서 이용되는 경우, 도 8에서 확인할 수 있듯이 Diatomite 자체가 기공을 보유하고 ㎛ 단위의 입자사이즈를 가지므로 오일흡수 기공이 분포될 경우 오일 윤활막을 형성하는데 유리한 효과를 갖는다. 이러한 특성으로 인해 Diatomite를 필러로서 이용하는 경우 소음, 진동 등에 대한 성능의 향상이 가능한 것이다.

또한, 마찰조정재로서 MoS₂가 이용되는 상황에서 충진재로서 Diatomite가 이용되는 경우 소음, 진동 등에 있어 각각 단독으로 이용될 때보다 더 큰 성능의 향상을 가져온다. 그 이유는 Diatomite가 충분히 균일하게 분포되지 않는다면 Diatomite의 형상에 따른 특성상 오일흡수 기공으로 인해 간헐적인 기계적 접촉이 일어나게 되어 소음, 진동 등이 발생되는 것인데 MoS₂가 Diatomite에 흡수되고 오일흡수 기공 사이를 채워주어 소음, 진동 등에 대한 성능의 향상이 가능해지는 것이다.

		Diatomite		Diatomite + MoS₂
		dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)	dμ/dv (50-100km)	dμ/dv (100-50km)
LVFA test (0hr)	40℃	4.5	2.0	4.4	1.3
	80℃	6.4	1.5	7.8	2.7
	120℃	6.0	1.5	15.4	4.0
LVFA test (24hr)	40℃	5.2	1.5	21.2	10.9
	80℃	3.7	-1.6	20.1	9.2
	120℃	3.7	-1.2	17.7	8.9
LVFA test (48hr)	40℃	4.1	1.2	14.0	9.9
	80℃	6.0	1.2	14.9	7.6
	120℃	6.0	-1.2	17.8	8.7

표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 국제 시험 규격인 LVFA로 평가하여 이때 도출되는 dμ/dv값을 통해 소음, 진동 등에 대한 성능을 판단시 Diatomite와 MoS₂함께 이용되는 경우 Diatomite 단독으로 이용될 때보다 dμ/dv값이 더 높음을 확인 할 수 있다. 따라서 Diatomite와 MoS₂의 동시 이용에 따라 소음, 진동 등에 대한 성능이 더욱 향상되는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 습식 페이퍼 마찰재의 아라미드섬유는 CSF(Canadian Standard Freeness)가 250~300ml인 것을 특징으로 할 수 있다.

CSF의 경우 숫자가 낮을수록 Fibrillation(잔가지)의 형상이 발달되어 원활한 섬유 Network를 형성할 수 있고 이는 섬유 사이의 필러와 같은 미립자 성분들을 구속하게되어 섬유로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

다만, CSF가 낮아지게 되면 펄프에서 물이 빠지고 남아 있는 정도를 나타내는 보류도(Retention)가 좋아지는 반면 탈수가 잘 일어나지 않는 문제점이 발생되어 마찰재의 제조가 불가능해지는 현상이 발생될 수 있다. 그러므로 마찰재의 보류도의 경우 도 10에서와 같이 "보류도 평가" 기준으로 85% 이상을 만족해야 필러의 유출은 최소화 한채로 마찰재로서 성능을 발휘할 수 있는 것이다.

도 10에서 알 수 있듯이 CSF가 250~300ml일 때 보류도가 85% 이상을 만족하되, 마찰재로서 기능을 발휘할 수 있는 보류도를 갖게 된다.

( 실시예와 비교예 )

	린터펄프 함량(%)	아라미드섬유 함량(%)	피치계 탄소섬유 함량(%)	MoS₂함량(%)	R
실시예1	20	15	15	3	1.00
실시예2	33	15	18.3	7	1.22
실시예3	20	5	15	3	3.00
실시예4	33	15	24	7	1.60
비교예1	18	15	15	3	1.00
비교예2	35	15	15	3	1.00
비교예3	20	3	15	3	5.00
비교예4	20	17	15	3	0.88
비교예5	20	15	13	3	1.00
비교예6	20	15	26	3	1.00
비교예7	20	15	15	1	1.00
비교예8	20	15	15	9	1.00
비교예9	20	15	22.5	3	1.50

	내부강도(kgf)	400℃에서의 잔부정도(%)	16N/㎟에 대한 탄성률(%)	120℃에서의 dμ/dv (50-100km)	120℃에서의 dμ/dv (100-50km)	20kgf/㎠에 대한 한계에너지(ε)
실시예1	242	83	8	9.8	2.3	30
실시예2	339	83	9	12.6	3.5	25
실시예3	242	77	8	9.8	2.3	7
실시예4	339	83	10.5	12.6	3.5	11
비교예1	174	83	8	9.8	2.3	30
비교예2	342	83	8	9.8	2.3	30
비교예3	242	70	8	9.8	2.3	6
비교예4	242	84	8	9.8	2.3	30
비교예5	242	83	4	9.8	2.3	30
비교예6	242	83	11	9.8	2.3	30
비교예7	242	83	8	-2.5	-4.0	30
비교예8	242	83	8	5.9	1.1	30
비교예9	242	83	10	9.8	2.3	12

표 3에서 실시예1, 2는 본 발명에서 제안하였던 조성성분과 파라미터(R) 값을 범위 내에서 제한한 예시이고 실시예 3, 4는 본 발명에서 제안하였던 조성성분만 범위 내에서 제한한 예시이다. 비교예1~9는 조성성분 또는 파라미터(R) 값이 본 발명에서 제안하였던 범위 밖의 값을 갖는 예시이다.

표 4는 표 3의 각 실시예 및 비교예에 있어서 마찰재의 성질인 내부강도, 무게감소 정도, 탄성률, dμ/dv 및 한계에너지 값을 나타낸 표이다.

비교예 1, 2는 다른 값은 실시예 1과 동일하되, 린터펄프의 함량 값만 20%에 미달하거나 33%를 초과하는 함량을 갖는 예시이며 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 린터펄프의 함량 값이 20%에 미달하는 경우 내부강도가 20%와 비교하여 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 린터펄프의 함량 값이 33%를 초과하는 경우 비록 내부강도는 증가하였으나 증가폭이 33%에 비해 크지 않음을 확인할 수 있다.

비교예 3, 4는 다른 값은 실시예 1과 동일하되, 아라미드섬유의 함량 값만 5%에 미달하거나 15%를 초과하는 함량을 갖는 예시이며 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 아라미드섬유의 함량 값이 5%에 미달하는 경우 400℃에서 잔부정도가 5%와 비교하여 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 아라미드섬유의 함량 값이 15%를 초과하는 경우 비록 잔부강도는 증가하였으나 증가폭이 15%와 비교하여 크지 않음을 확인할 수 있다.

비교예 5, 6은 다른 값은 실시예 1과 동일하되, 피치계 탄소섬유의 함량 값만 15%에 미달하거나 24%를 초과하는 함량을 갖는 예시이며 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 피치계 탄소섬유의 함량 값이 15%에 미달하는 경우 16N/㎟에 대한 탄성률이 15%와 비교하여 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 피치계 탄소섬유의 함량 값이 24%를 초과하는 경우 비록 탄성률은 증가하였으나 증가폭이 24%와 비교하여 크지 않음을 확인할 수 있다.

비교예 7, 8은 다른 값은 실시예 1과 동일하되, MoS₂의 함량 값만 3%에 미달하거나 7%를 초과하는 함량을 갖는 예시이다. MoS₂의 함량의 경우 앞서 언급한 바와 같이 함량이 5%에서 dμ/dv값이 임계값을 갖는바 당연히 MoS₂의 함량 값이 3%에 미달하는 경우 3%와 비교하여 가속구간이든 감속구간이든 dμ/dv값이 크게 떨어지는 값을 갖게 되고 MoS₂의 함량 값이 7%을 초과하는 경우에도 7%와 비교하여 가속구간이든 감속구간이든 dμ/dv값이 크게 떨어지는 값을 갖음을 확인할 수 있다.

비교예 9는 다른 값은 실시예 1과 동일하되, 피치계 탄소섬유 함량과 그에 따른 R값만 1.22를 초과하는 값을 갖는 예시이다. 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 나머지 함량 값이 본 발명에서 제안하였던 범위 내의 값이여도 R 값의 범위가 벗어나 한계에너지 값이 실시예 1, 2의 한계에너지 값에 크게 미치지 못함을 확인할 수 있다.

( 제조방법 )

린터펄프에 아라미드섬유, 피치계 탄소섬유, 마찰조정재 및 필러를 첨가하여 습식으로 제조된 혼합체를 탈수 프레스 과정을 거쳐 수분을 약 90% 정도 제거한다. 상기 탈수 프레스 공정을 통해 1차적으로 수분이 제거된 혼합체를 건조 과정을 통해 수분을 5% 이하로 줄인다. 이후 수지 함침, 스퀴징, 열 경화 과정을 거쳐 마찰재의 제조를 완료한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims

자동차용 AWD 습식 페이퍼 마찰재로서,
20~33 중량%의 린터펄프;
5~15 중량%의 아라미드섬유;
탄성력을 증대시켜 내구성을 향상시키도록 함유된 15~24 중량%의 피치계(Pitch) 탄소섬유;
마찰조정재로서, 소음, 진동에 대한 성능을 향상시키도록 함유된 3~7 중량%의 이황화몰리브덴(MoS₂); 및
필러로서, 이황화몰리브덴(MoS₂)의 흡수를 통해 오일 윤활막을 형성시켜 소음, 진동에 대한 성능을 향상시키도록 함유된 잔부 규조토(Diatomite);로 구성되며,
하기 식(1)로 표현되는 R이 1.22 이하인 것을 만족하는 습식 페이퍼 마찰재.
R = 피치계 탄소섬유함량(중량%)/아라미드섬유함량(중량%)------------식(1)
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청구항 1에 있어서,
아라미드섬유는 CSF(Canadian Standard Freeness)가 250~300ml인 것을 특징으로 하는 습식 페이퍼 마찰재.