KR101969177B1 - 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성이 모두 우수한 마찰재를 제공하는 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 결합재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물이며,
상기 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 상기 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이고,
상기 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재이다.
또한, 본 발명은 결합재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물이며,
상기 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 상기 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이고,
상기 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재이다.
Description
본 발명은 자동차 등의 제동에 이용되는 디스크 브레이크 패드, 브레이크 라이닝 등의 마찰재에 적합한 마찰재 조성물, 이 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 관한 것이다. 특히, 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성이 우수한 마찰재 조성물, 이 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 관한 것이다.
자동차 등에는, 그의 제동을 위해 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 마찰재가 사용되고 있다. 마찰재는 제동을 위해 대면재, 예를 들면 디스크 로터나 브레이크 드럼 등과 마찰함으로써 제동의 역할을 하고 있다. 이 때문에 마찰재에는 높은 마찰계수와 마찰계수의 안정성이 요구될 뿐 아니라, 대면재인 디스크 로터를 마모시키기 어려운 것(내로터 마모성), 소음이 발생하기 어려운 것(소음 특성), 패드 수명이 긴 것(내마모성), 운전자가 제동을 걸었을 때 순간적으로 자동차의 제동력이 발현되는 것(페달 필링성) 등이 요구된다. 또한, 고부하의 제동시에 용단 파괴를 일으키지 않는 것(전단 강도)이나, 고온의 제동 이력에 의해서 마찰재에 균열을 일으키지 않는 것(내균열성) 등의 내구 성능도 요구된다.
마찰재는 일반적으로 결합재, 섬유 기재, 무기 충전재 등을 포함하고 있고, 상기 특성을 발현시키기 위해 각각 1종 또는 2종 이상의 조합으로 이루어진다.
예를 들면, 소음 특성을 개선하기 위해, 결합재로서 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 이용하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 그러나, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 이용한 마찰재는, 압축 변형량이 커지기 때문에, 패달 필링성이 악화된다. 또한, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 이용한 마찰재는, 고온에서의 내균열성이 저하되는 경향이 있었다.
한편, 높은 온도 영역에서의 내균열성 개선을 목적으로, 섬유 기재로서 금속 섬유나 무기 섬유 등의 섬유를 마찰재에 함유시키는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 2). 그러나, 충분한 내균열성을 얻기 위해, 다량의 섬유를 이용하면 내균열성은 개선할 수 있지만, 내마모성이나 페달 필링성이 악화된다는 문제가 있다.
또한, 내마모성을 개선하는 방법으로서, 무기 충전제로서 흑연을 함유하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 흑연을 함유한 마찰재여도, 고온의 브레이크 온도에서는 내마모성을 충분히 발현하는 것은 곤란하였다(특허문헌 3).
상술한 바와 같이, 종래의 마찰재에서는 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성을 모두 만족하는 마찰재를 얻을 수 없었다.
이러한 배경을 감안하여, 본 발명에서는 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성이 모두 우수한 마찰재를 제공하는 마찰재 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 결합재로서 내열 온도가 상이한 특정한 페놀 수지를 함유하고, 무기 충전재로서 특정한 흑연을 함유함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
<1> 결합재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물이며,
상기 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 상기 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이고,
상기 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물.
<2> 상기 1에 있어서, 상기 흑연의 평균 입경이 1 내지 20 ㎛인 마찰재 조성물.
<3> 상기 1 또는 2에 있어서, 상기 흑연의 함유량이 1 내지 10 질량％인 마찰재 조성물.
<4> 상기 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 무기 충전재로서 입경이 30 ㎛ 이하인 산화지르코늄을 함유하며, 입경이 30 ㎛를 초과하는 산화지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물.
<5> 상기 4에 있어서, 상기 입경이 30 ㎛ 이하인 산화지르코늄의 함유량이 5 내지 20 질량％인 마찰재 조성물.
<6> 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재.
<7> 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 백 메탈(back metal)을 이용하여 형성되는 마찰 부재.
본 발명에 따르면, 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성이 모두 우수한 승용차용 브레이크 패드 등을 제공하는 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 대해서 상술한다.
또한, 본 발명에서 마찰재 조성물 및 마찰재란, 석면(asbestos)을 포함하지 않는 비석면 마찰재 조성물 및 비석면 마찰재를 가리킨다.
본 발명의 마찰재 조성물은 결합재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하고, 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 페놀 수지의 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이고, 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물이다.
상기 구성에 의해, 종래품과 비교하여 양호한 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성을 발현한다.
(결합재)
결합재는, 일반적으로 마찰재 조성물에 포함되는 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재 등을 일체화하여 강도를 제공하는 것이다. 본 발명의 마찰재 조성물에 포함되는 결합재로는 특별히 제한은 없으며, 통상 마찰재의 결합재로서 이용되는 열경화성 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 마찰재 조성물은 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 상기 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이다. 즉 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지일 수 있다.
여기서 말하는 내열 온도란, 열 중량 분석(TGA)으로 중량 감소량 20％의 온도를 나타낸다. 내열 온도의 측정은, 예를 들면 시차 열분석계((주) 시마즈 세이사꾸쇼 제조 "DTG-60A")를 사용하여, 시료 채취량: 8 내지 12 mg, 온도 범위: 실온 내지 1000℃, 승온 속도: 20℃/분의 조건으로 행할 수 있다.
상기 2종 이상의 페놀 수지를 모두 혼합한 수지의 내열 온도는 450℃ 이상인 것이 바람직하고, 460℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 480℃ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 500℃ 이상인 것이 특히 바람직하다. 일반 도로 위의 주행시에 행하는 차량의 제동에 있어서, 상기 혼합한 수지의 내열 온도를 450℃ 이상으로 함으로써, 양호한 내균열성, 내마모성을 발현할 수 있다. 특히, 고온에서도 우수한 내균열성 및 내마모성이 발현된다.
아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지란, 아크릴엘라스토머를 페놀 수지 중에 분산시킨 것이다. 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지로는, 예를 들면 미쓰이 가가꾸(주) 제조, 상품명 밀렉스 RN-2830MB, RN-2830MR, RN-2410MB 등을 들 수 있으며, 이들은 상업적으로 입수할 수 있다.
상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 함유량은, 혼합한 모든 페놀 수지 함유량을 100 질량％로 한 경우, 20 내지 80 질량％인 것이 바람직하고, 30 내지 80 질량％인 것이 보다 바람직하고, 30 내지 70 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 20 질량％ 이상, 또한 30 질량％ 이상으로 함으로써 양호한 소음 특성, 내마모성이 발현되고, 80 질량％ 이하, 또한 70 질량％ 이하로 함으로써 마찰재의 압축 변형량이 높아짐에 따른 페달 필링성의 악화, 탄성률이 높아짐에 따른 소음 특성 등 음진 성능 악화를 피할 수 있다.
아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지의 내열 온도는 다른 페놀 수지에 비하여 낮기 때문에, 상기 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지에 비하여 높은 내열 온도를 갖는 페놀 수지를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마찰재 조성물로 이용하는 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지 이외의 페놀 수지로는 열경화성 수지를 들 수 있으며, 예를 들면 스트레이트 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 있다. 특히 스트레이트 페놀 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 알킬벤젠 변성 페놀 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 양호한 내열성, 성형성 및 마찰계수를 제공하기 때문에, 스트레이트 페놀 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 알킬벤젠 변성 페놀 수지 등을 이용하는 것이 바람직하고, 스트레이트 페놀 수지를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 결합재의 총 함유량은, 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 포함하여 마찰재 조성물 중 5 내지 15 질량％인 것이 바람직하고, 6 내지 12 질량％인 것이 보다 바람직하고, 6 내지 10 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위로 함으로써, 마찰재의 강도 저하를 보다 억제할 수 있으며, 마찰재의 기공률이 감소하고, 탄성률이 높아짐에 따른 소음 특성의 악화 등을 보다 억제할 수 있다.
(무기 충전재)
무기 충전재는, 마찰재의 내열성의 악화를 피하기 위한 마찰 조정제로서 포함되는 것이다. 본 발명의 마찰재 조성물은, 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는다.
본 발명의 마찰재 조성물에 이용되는 흑연은 입경이 90 ㎛ 이하이면 특별히 제한은 없으며, 천연 흑연, 인조 흑연을 모두 사용할 수 있다. 상기 흑연의 입경은 90 ㎛를 초과하면 내마모성이 악화된다. 상기 흑연의 입경은 88 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 85 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 마찰재 조성물은, 내마모성 측면에서 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하지 않는다.
"실질적으로 함유하지 않는다"란, 본 발명의 마찰재 조성물에 함유되는 흑연 중, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연의 비율이 1.0 질량％ 이하, 바람직하게는 O.5 질량％ 이하인 것을 말한다. 특히 바람직하게는 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연을 함유하지 않는 것이다.
또한, 입경이 90 ㎛ 이상인 흑연을 실질적으로 함유하는지의 여부는, 레이저 회절 입도 분포 측정 등의 방법을 이용하여, 입경의 분포를 측정함으로써 구할 수 있다. 구체적으로는, 입경 분포 적산 곡선을 그렸을 때에 입경이 가장 작은 입자부터 순차 적산하여 전체의 99％에 달하는 부분의 입경이 90 ㎛보다 작으면, 입경이 90 ㎛ 이상인 흑연을 실질적으로 함유하지 않는다고 할 수 있다.
입경 분포는 예를 들면, 레이저 회절/산란식 입경 분포 측정 장치 LA·920(호리바 세이사꾸쇼 제조)으로 측정할 수 있다.
또한, 상기 흑연의 평균 입경은 1 내지 20 ㎛인 것이 바람직하고, 2 내지 20 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 5 내지 20 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 흑연의 평균 입경을 1 ㎛ 이상으로 함으로써 양호한 내균열성, 내마모성이 발현되고, 20 ㎛ 이하로 함으로써 소음 특성, 내마모성의 악화를 피할 수 있다.
또한, 흑연의 입경 및 평균 입경은, 레이저 회절 입도 분포 측정 등의 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 레이저 회절/산란식 입경 분포 측정 장치 LA·920((주)호리바 세이사꾸쇼 제조)으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 마찰재 조성물에 이용되는 흑연의 함유량은, 마찰재 조성물 중 1 내지 10 질량％인 것이 바람직하고, 2 내지 8 질량％인 것이 보다 바람직하고, 2 내지 7 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 함유량을 1 질량％ 이상으로 함으로써 양호한 내균열성, 내마모성이 발현되고, 10 질량％ 이하로 함으로써 양호한 마찰계수를 발현시키면서, 마찰재 성형시의 기포 등에 의한 성형성의 악화를 피할 수 있다.
본 발명의 마찰재 조성물은, 마찰계수 및 내마모성의 측면에서 입경이 30 ㎛ 이하인 산화지르코늄을 함유하며, 입경이 30 ㎛를 초과하는 산화지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. "실질적으로 함유하지 않는다"란, 본 발명의 마찰재 조성물에 함유되는 산화지르코늄 중, 입경이 30 ㎛를 초과하는 산화지르코늄의 비율이 1.0 질량％ 이하, 바람직하게는 0.5 질량％ 이하인 것을 말한다. 특히 바람직하게는 30 ㎛를 초과하는 산화지르코늄을 함유하지 않는 것이다.
또한, 입경이 30 ㎛ 이상인 산화지르코늄을 실질적으로 함유하는지의 여부는, 레이저 회절 입도 분포 측정 등의 방법을 이용하여 입경의 분포를 측정하는 것으로도 구할 수 있다. 구체적으로는, 입경 분포 적산 곡선을 그렸을 때에 입경이 가장 작은 입자부터 순차 적산하여 전체의 99％에 달하는 부분의 입경이 30 ㎛보다 작으면, 입경이 30 ㎛ 이상인 산화지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는다고 할 수 있다.
산화지르코늄의 입경을 30 ㎛ 이하로 함으로써, 양호한 마찰계수가 발현되어 내마모성의 악화를 피할 수 있다. 산화지르코늄의 입경은 28 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 26 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 산화지르코늄의 평균 입경은 1 내지 7 ㎛인 것이 바람직하고, 1 내지 6.5 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 산화지르코늄의 평균 입경을 1 ㎛ 이상으로 함으로써 양호한 마찰계수, 내마모성이 발현되고, 7 ㎛ 이하로 함으로써, 내마모성의 악화를 피할 수 있다.
또한, 산화지르코늄의 입경 및 평균 입경은, 레이저 회절 입도 분포 측정 등의 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 레이저 회절/산란식 입경 분포 측정 장치 LA·920((주)호리바 세이사꾸쇼 제조)으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 마찰재 조성물에 이용되는 산화지르코늄의 함유량은, 마찰재 조성물 중 5 내지 20 질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 18 질량％인 것이 보다 바람직하고, 6 내지 18 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 함유량을 5 질량％ 이상으로 함으로써 양호한 마찰계수, 내마모성, 내균열성이 발현되고, 20 질량％ 이하로 함으로써 내마모성의 악화를 피할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과를 손상시키지 않을 정도이면, 본 발명의 마찰재 조성물에 상기 흑연 및 산화지르코늄 이외의, 통상 마찰재에 이용되는 무기 충전재를 조합하여 사용할 수 있다. 상기 흑연 및 산화지르코늄 이외의 무기 충전재로는, 예를 들면 삼황화안티몬, 황화주석, 황화구리, 이황화몰리브덴, 황화철, 황화비스무스, 황화아연, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄화규소, 황산바륨, 황산칼슘, 돌로마이트, 마이커, 코크스, 버미큘라이트, 입상 티탄산칼륨, 판상 및 기둥상 및 입상의 티탄산칼슘, 탈크, 클레이, 제올라이트, 규산알루미늄, 규산마그네슘, 규산지르코늄, 멀라이트, 크로마이트, 산화철, 산화칼슘, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화아연, 실리카, α-알루미나, γ-알루미나 등의 활성 알루미나 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 대면재에 대한 공격성 저하의 측면에서, 황산바륨, 티탄산칼슘, 산화칼슘 및 규산지르코늄으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합하여 함유하는 것이 바람직하다.
무기 충전재의 함유량은, 마찰재 조성물 중 30 내지 90 질량％인 것이 바람직하고, 40 내지 85 질량％인 것이 보다 바람직하고, 50 내지 80 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 30 내지 90 질량％로 함으로써, 내열성의 악화를 피할 수 있어, 마찰재의 기타 성분의 함유량 균형의 측면에서도 바람직하다.
(섬유 기재)
섬유 기재는 마찰재에 있어서 보강 작용을 나타내는 것이다. 본 발명의 마찰재 조성물은, 통상 섬유 기재로서 이용되며, 무기 섬유, 금속 섬유, 유기 섬유, 탄소계 섬유 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
금속 섬유로는, 구리 또는 구리 합금의 섬유로서 강철 섬유, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 마그네슘, 실리콘 등의 금속 단체 또는 합금 형태의 섬유나, 주석철 등의 금속을 주성분으로 하는 섬유 등을 들 수 있으며, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다. 이들 중에서도 내마모성 측면에서 구리 섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
무기 섬유로는, 세라믹 섬유, 생분해성 세라믹 섬유, 광물 섬유, 유리 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 실리케이트 섬유, 규회석 등을 사용할 수 있고, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도 내마모성 측면에서 광물 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 환경 물질 감소의 측면에서, 흡인성의 티탄산칼륨 섬유나 세라믹 섬유를 함유하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 여기서 말하는 광물 섬유란, 슬래그 울(slag wool) 등의 용광로 슬래그, 바잘트 파이버 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 길어질수록 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, 마찰재 조성물 원료로서 이용하는 광물 섬유를 무작위로 50개 선택하여, 광학 현미경으로 섬유 길이를 측정하고, 그의 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, 알칼리토류 산화물 총량(나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 바륨의 산화물의 총량)이 18 질량％ 이상이며, 호흡에 의한 단기 바이오 영속 시험에서, 20 ㎛ 이상의 섬유의 질량 반감기가 40일 이내 또는 복막 내 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 파이버스 비 브이(LAPINUS FIBERS B. V) 제조의 록설(Roxul) 시리즈 등을 들 수 있다. "록설"에는 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등이 포함된다.
유기 섬유로는 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 페놀 수지 섬유(가교 구조를 가짐) 등을 사용할 수 있고, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 유기 섬유로는 내마모성 측면에서 아라미드 섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
탄소계 섬유로는 내염화 섬유, 피치계 탄소 섬유, PAN계 탄소 섬유, 활성 탄소 섬유를 사용할 수 있고, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
섬유 기재의 함유량은 마찰재 조성물 중 5 내지 40 질량％인 것이 바람직하고, 5 내지 30 질량％인 것이 보다 바람직하고, 8 내지 30 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 5 내지 40 질량％로 함으로써, 마찰재로서의 최적의 기공률이 얻어져 소음을 방지할 수 있고, 적정한 재료 강도가 얻어져 내마모성을 발현하고, 성형성을 양호하게 할 수 있다.
(그 밖의 재료)
또한, 본 발명의 마찰재 조성물은, 상기 재료 이외에 필요에 따라 그 밖의 재료를 배합할 수 있다. 그 밖의 재료로는 예를 들면 유기 충전재, 금속 분말, 유기 첨가제를 들 수 있다.
유기 충전재는, 마찰재의 임진 성능이나 내마모성 등을 향상시키기 위한 마찰 조정제로서 마찰재 조성물에 함유시킬 수도 있다. 충전재로는, 통상 마찰재에 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 타이어 고무, 천연 고무, 아크릴 고무, 이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무(BR), 니트릴부타디엔 고무(NBR) 스티렌부티디엔 고무(SBR), 실리콘 고무 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 또한, 캐슈더스트와 고무 성분을 병용할 수도 있으며, 캐슈더스트를 고무 성분으로 피복한 것을 이용할 수도 있다. 유기 충전재로는 음진 성능 측면에서, 캐슈더스트와 고무 성분을 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 음진 성능 측면에서, 고무 성분으로서 SBR을 함유시키는 것이 더욱 바람직하다.
유기 충전재의 함유량은, 마찰재 조성물 중 1 내지 20 질량％인 것이 바람직하고, 1 내지 10 질량％인 것이 보다 바람직하고, 5 내지 10 질량％인 것이 더욱 바람직하다. 유기 충전재의 함유량을 1 내지 20 질량％의 범위로 함으로써, 마찰재의 탄성률이 높아지거나, 소음 등의 음진 성능의 악화를 피할 수 있으며, 내열성의 악화, 열이력에 의한 강도 저하를 피할 수 있다.
또한, 캐슈더스트와 고무 성분을 병용하는 경우, 캐슈더스트와 고무 성분은 질량비로 1:4 내지 10:1의 비율인 것이 바람직하고, 1:3 내지 9:1인 것이 보다 바람직하고, 1:2 내지 8:1인 것이 더욱 바람직하다.
금속 분말로는 구리 분말, 황동 분말, 청동 분말, 철 분말, 주석 분말 등을 배합할 수 있다. 또한 유기 첨가제로는 내마모성 측면에서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소계 중합체 등을 배합할 수 있다.
[마찰재 및 마찰 부재]
또한, 본 발명은 상술한 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재를 제공한다.
본 발명의 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 마찰재를 마찰면이 되도록 형성한 마찰 부재를 얻을 수 있다. 마찰재를 이용하여 형성할 수 있는 마찰 부재로는, 예를 들면 하기의 구성 등을 들 수 있다.
(1) 마찰재만의 구성.
(2) 백 메탈과, 상기 백 메탈 위에 마찰면이 되는 본 발명의 마찰재 조성물을 포함하는 마찰재를 갖는 구성.
(3) 상기 (2)의 구성에 있어서, 백 메탈과 마찰재 사이에, 백 메탈의 접착 효과를 높이기 위한 표면 개질을 목적으로 한 프라이머층, 및 백 메탈과 마찰재의 접착을 목적으로 한 접착층을 더 개재시킨 구성.
상기 백 메탈은, 마찰 부재의 기계적 강도의 향상을 위해, 통상 마찰 부재로서 이용함으로써, 재질로는 금속 또는 섬유 강화 플라스틱 등을 사용할 수 있고, 예를 들면 철, 스테인리스, 무기 섬유 강화 플라스틱, 탄소 섬유 강화 플라스틱 등을 들 수 있다. 프라이머층 및 접착층으로는, 통상 브레이크캐슈 등의 마찰 부재에 이용되는 것일 수 있다.
본 발명의 마찰재는, 일반적으로 사용되고 있는 방법을 이용하여 제조할 수 있고, 본 발명의 마찰재 조성물을 성형하여, 바람직하게는 가열 가압 성형하여 제조된다.
구체적으로는, 본 발명의 마찰재 조성물을 레디게 믹서, 가압 혼련기, 에이리히 믹서 등의 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 성형 금형으로써 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 마찰재 조성물은 마찰계수, 내균열성 및 내마모성이 우수하기 때문에, 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등 마찰 부재의 "마감재"로서 유용하고, 게다가 마찰재로서 높은 내균열성을 갖기 때문에, 마찰 부재의 "기초재"로서 성형하여 이용할 수도 있다.
또한, "마감재"란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재이고, "기초재"란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재와 백 메탈 사이에 개재하는, 마찰재와 백 메탈의 접착부 부근의 전단 강도, 내균열성 향상을 목적으로 한 층을 말한다.
[실시예]
본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명에 의해서 하등 제한을 받는 것은 아니다.
또한, 실시예 및 비교예에 나타내는 평가는 다음과 같이 행하였다.
(소음 특성의 평가)
소음 특성은, JASO C402에 따라 실제 자동차 시험을 행하여, 시험 중 브레이크 소음과 이음을 측정하여, 70 dB 이상의 브레이크 소음의 발생률을 하기 수학식 1에 의해 구하였다.
소음 발생률은 값이 작을수록 바람직하고, 5％ 미만인 것이 바람직하다.
(페달 필링성의 평가)
페달 필링성은 실제 자동차 관능 시험(차속 50 km/h, 초기 감속도 0.3 G를 목표로 하는 페달 답력(踏力))을 행하여, 하기에 따라 2단계 평점으로 평가하였다.
수준 1: 페달 답력을 일정하게 한 경우, 시간의 경과와 함께 차량 제동력이 높아져, 운전자가 안심하게 됨.
수준 2: 페달 답력을 일정하게 한 경우, 시간의 경과와 함께 차량 제동력이 변화하지 않고 일정함.
(내균열성의 평가)
내균열성은 JASO C427에 나타내어지는 브레이크 온도 400℃의 제동(초속도 50 km/시간, 종속도 0 km/h, 감속도 0.3 G, 제동 전 브레이크 온도 100℃)을 마찰재가 절반의 두께가 될 때까지 반복하고, 마찰재 측면 및 마찰면 균열의 생성을 측정하였다. 균열의 생성은, 하기에 따라 2단계 평점으로 평가하였다.
수준 1: 균열의 발생 없음.
수준 2: 마찰재의 마찰면 및/또는 측면에 균열이 생성됨.
(내마모성의 평가)
내마모성은 자동차 기술회 규격 JASO C427에 기초하여 측정하고, 브레이크 온도 100℃ 및 300℃의 제동 1000회 상당의 마찰재의 마모량을 평가하였다.
내마모성은 값이 작을수록 바람직하고, 0.70 미만인 것이 바람직하다.
또한, 상기 소음 특성 및 페달 필링성의 평가는, 배기량 2500 cc 클래스의 FF 자동차(닛산 지도샤(주) 제조)를 이용하였다. 상기 JASO C427에 의한 내마모성 및 내균열성의 평가는 다이너모미터를 이용하여, 관성 7 gkf·m·s2로 평가를 행하였다. 또한, 상기 소음 특성 및 페달 필링성 및 내균열성 및 내마모성의 평가는, 재질 FC190((주)키리우 제조)의 벤틸레이티드 디스크 로터, 일반적인 핀 슬라이드식의 컬렉트 타입의 캘리퍼를 이용하여 실시하였다.
[실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4]
(디스크 브레이크 패드의 제작)
하기 표 1에 나타내는 배합 비율에 따라 재료를 배합하고, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 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 성형하여, 얻어진 예비 성형물을 성형 온도 145℃, 성형 압력 30 MPa의 조건으로 5분간 성형 프레스(상끼 세이꼬(주) 제조)를 이용하여 히따찌 오토모티브 시스템즈(주) 제조의 백 메탈과 함께 가열 가압 성형하고, 얻어진 성형품을 200℃에서 4.5시간 열 처리하고, 회전식 연마기를 이용하여 연마하고, 500℃의 스코치 처리를 행하여 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 디스크 브레이크 패드를 얻었다.
또한, 실시예 및 비교예에서는 마찰재의 두께 11 mm, 마찰재 투영 면적 52 ㎠의 디스크 브레이크 패드를 제작하였다.
제작한 디스크 브레이크 패드에 대해서, 상기 평가를 행한 결과를 표 1에 나타내었다.
또한, 표 1에 있어서의 각 구성 성분의 상세는 이하와 같다.
(결합재)
·스트레이트 페놀 수지 A: 히따찌 가세이 고교(주) 제조(상품명: HP491UP, 내열 온도: 520℃)
·스트레이트 페놀 수지 B: 쇼와 덴꼬(주) 제조(상품명: SPR8760, 내열 온도: 540℃)
·아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지: 미쓰이 가가꾸(주) 제조(상품명: RN-2830MB, 아크릴엘라스토머량: 30 질량％, 내열 온도: 430℃)
(유기 충전재)
·캐슈 더스트: 도호쿠 가꼬(주) 제조(상품명: FF-1056, 최대 입경 500 ㎛)
(무기 충전재)
·황산바륨: 사카이 가가꾸(주) 제조(상품명: 황산바륨 BA)
·티탄산칼륨: (주)구보타 제조(상품명: TAXA-MA)
·산화칼슘: 오우미 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: CML-31)
·규산지르코늄: 다이이찌 기겐소 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: MZ1000B)
·흑연 A: 팀칼(TIMCAL)사 제조(상품명: KS15, 평균 입경 8 ㎛, 최대 입경 30 ㎛)
·흑연 B: 팀칼사 제조(상품명: KS44, 평균 입경 19 ㎛, 최대 입경 80 ㎛)
·흑연 C: 팀칼사 제조(상품명: KS75, 평균 입경 23 ㎛, 최대 입경 120 ㎛)
·산화지르코늄 A: 다이이찌 기겐소 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: BR-3QZ, 평균 입경 2.0 ㎛, 최대 입경 15 ㎛)
·산화지르코늄 B: 다이이찌 기겐소 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: BR-QZ, 평균 입경 6.5 ㎛, 최대 입경 26 ㎛)
·산화지르코늄 C: 다이이찌 기겐소 가가꾸 고교(주) 제조(상품명: BR-12QZ, 평균 입경 8.5 ㎛, 최대 입경 45 ㎛)
(섬유 기재)
·아라미드 섬유: 도레이 듀퐁(주) 제조(상품명: 1F538)
·구리 섬유: 써니 메탈(Sunny metal) 제조(상품명: SCA-1070)
·광물 섬유: 라피너스 파이버스 비 브이 제조(상품명: RB240록설 1000, 평균 섬유 길이 300 ㎛)
표 1에 나타낸 혼합한 모든 페놀 수지의 내열 온도는, 배합에 이용한 모든 페놀 수지를 혼합하고, 시차 열 분석계((주)시마즈 세이사꾸쇼 제조 "DTG-60A")를 사용하여, 시료 채취량: 8 내지 12 mg, 온도 범위: 실온 내지 1000℃, 승온 속도: 20℃/분의 조건으로 측정하였다. 또한, 평균 입경 및 최대 입경은, 레이저 회절/산란식 입경 분포 측정 장치 LA·920((주)호리바 세이사꾸쇼 제조)으로 측정하였다.
실시예 1 내지 7에서는 소음 특성, 페달 필링성, 내균열성, 내마모성이 모두 우수한 마찰재를 얻을 수 있었다. 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지를 포함하지 않는 비교예 1에서는 소음 특성이 악화되고, 페놀 수지를 1종만 이용하고 있는 비교예 2에서는 페달 필링성, 내균열성 및 내마모성이 악화되었다. 또한, 입경 90 ㎛를 초과하는 흑연을 실질적으로 함유하는 비교예 3 및 4는, 내마모성 및 소음 특성이 악화되었다.
본 발명의 마찰재 조성물은 종래품과 동일한 조건으로 생산함으로써 생산성을 악화시키지 않고, 양호한 소음 특성, 내마모성, 내균열성, 페달 필링성을 발현하는 것이 가능하다. 그 때문에 본 발명의 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재는, 특히 자동차용 브레이크 패드에 바람직하다.
Claims (7)
- 결합재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물이며,
상기 결합재로서 내열 온도가 상이한 2종 이상의 페놀 수지를 함유하며, 상기 페놀 수지 중 적어도 1종이 아크릴엘라스토머 분산 페놀 수지이고,
상기 무기 충전재로서 입경이 90 ㎛ 이하인 흑연과 입경이 30 ㎛ 이하인 산화지르코늄을 함유하며, 입경이 90 ㎛를 초과하는 흑연과 입경이 30 ㎛를 초과하는 산화지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 마찰재 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 흑연의 평균 입경이 1 내지 20 ㎛인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 흑연의 함유량이 1 내지 10 질량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 입경이 30 ㎛ 이하인 산화지르코늄의 함유량이 5 내지 20 질량％인 마찰재 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 백 메탈(back metal)을 이용하여 형성되는 마찰 부재.
- 삭제
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