KR102106343B1 - 마찰재 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 섬유와, 마찰 조정재와, 결합재와, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 사용하고, 상온(25℃), 4 MPa에 있어서의 피스톤 가압 방향의 압축 변형량이 2％ 이하이며, -20 내지 50℃에 있어서의 접동 방향의 tanδ가 0.05 이상인 마찰재로 한다. 그것에 의하여, 감쇠성이 높고, 브레이크 소리가 양호함과 함께, 브레이크를 걸었을 때의 응답성 저하 및 그것에 수반하는 효력 필링의 저하, 마찰재가 브레이크 로터에 닿아서 일어나는 드래깅에 의하여 일어나는 연비 저하 및 마모의 증대를 초래하는 경우가 없는 마찰재 및 그의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 이륜차 또는 사륜 자동차의 브레이크에 사용되는 디스크 브레이크 패드, 전자 브레이크, 산업용 브레이크에 사용되는 마찰재에 관한 것이다.
이륜차 또는 사륜 자동차의 브레이크에 사용되는 디스크 브레이크 패드, 전자 브레이크, 산업용 브레이크에 사용되는 마찰재는, 효력, 내마모성, 브레이크 소리, 로터의 두께 편차에 수반하는 강제 진동인 저더 등의 특성이 양호할 것이 요구되고 있다.
특히, 브레이크 소리는 브레이크의 쾌적성에 대하여 중요하다. 브레이크 소리를 개량하기 위해서는 브레이크에 사용되는 마찰재의 감쇠성(tanδ)을 증대시키는 것이 효과적이다. 그 때문에, 결합재로서 사용되는 수지를 아크릴 엘라스토머 및 니트릴 고무를 사용하여 연화하는 방법; 및 고무 분말 및 캐슈 더스트 등을 마찰 조정재의 소재로서 첨가하여 마찰재의 탄성률을 저하시키는 방법 등으로 마찰재의 감쇠성을 높이는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
그러나, 이러한 방법을 사용하여 마찰재의 탄성률을 저하시키면, 브레이크를 걸었을 때의 피스톤 가압 방향의 마찰재의 변형량이 커져서, 응답성의 저하 및 그것(응답성의 저하)에 수반하는 효력 필링의 저하 등이 발생한다. 또한, 변형량이 너무 크면, 브레이크를 건 후에 디스크 브레이크 패드가 원래의 위치로 복귀되지 않아, 마찰재가 브레이크 로터에 닿아서 드래그됨으로써, 연비 저하 및 마모의 증대를 초래한다.
본 발명은 상기 과제를 해결한 마찰재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 감쇠성이 높고, 브레이크 소리가 양호함과 함께, 브레이크를 걸었을 때의 응답성 저하 및 그것에 수반하는 효력 필링의 저하, 마찰재와 브레이크 로터의 드래깅에 의해 일어나는 연비 저하 및 마모의 증대를 억제할 수 있는 마찰재 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하의 것에 관한 것이다.
(1) 섬유와, 마찰 조정재와, 결합재와, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 성형하여 얻어지는 마찰재이며,
상기 마찰재를 상온(25℃), 4 MPa에 있어서의 피스톤 가압 방향으로 압축한 압축 변형량이 2％ 이하이며, -20 내지 50℃에 있어서의 접동 방향의 tanδ가 0.05 이상인 마찰재.
(2) 상기 미가교 고무가 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 10 질량％이며,
상기 섬유가 금속 섬유, 무기 섬유 및 유기 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 상기 금속 섬유가 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하이고,
상기 마찰 조정재 중의 유기 충전재가 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 질량％ 이하인, 상기 (1)에 기재된 마찰재.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 마찰재의 제조 방법으로서,
상기 섬유와, 상기 마찰 조정재와, 상기 결합재와, 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 5 질량％인 상기 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 혼합하는 혼합 공정과,
얻어진 혼합물을 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 포함하는 마찰재의 제조 방법.
(4) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 마찰재의 제조 방법으로서,
상기 섬유와, 상기 마찰 조정재와, 상기 결합재와, 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 내지 10 질량％인 상기 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 혼합하는 혼합 공정과,
얻어진 혼합물을, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에 있어서 50 MPa 이상으로 가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 포함하는 마찰재의 제조 방법.
(5) 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와, 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 모든 소재를 혼합하는 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 마찰재의 제조 방법.
(6) 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와, 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 일부 소재를 혼합한 후, 혼합한 재료와 나머지의 마찰재 조성물의 소재를 더 혼합하는 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 마찰재의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 감쇠성이 높고, 브레이크 소리가 양호함과 함께, 브레이크를 걸었을 때의 응답성 및 그것에 수반하는 효력 필링의 저하를 방지할 수 있어, 마찰재가 브레이크 로터에 닿아서 일어나는 드래깅에 의한 연비의 저하 및 마모의 증대를 억제하는 것이 가능한 마찰재 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본원의 개시는, 2012년 1월 16일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-006067호에 기재된 주제와 관련되어 있고, 그 개시 내용은 인용에 의해 여기에 원용된다.
<1> 본 발명의 마찰재
이하, 본 발명의 마찰재에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 마찰재는, 섬유와, 마찰 조정재와, 결합재와, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 성형하여 얻어지는 마찰재로서, 상기 마찰재를 상온(25℃), 4 MPa에 있어서의 피스톤 가압 방향으로 압축한 압축 변형량이 2％ 이하이며, -20 내지 50℃에 있어서의 접동 방향의 tanδ가 0.05 이상인 것을 특징으로 한다.
마찰재가 상기 특성을 갖기 위해서는, 상기 미가교 고무가 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 10 질량％이며,
상기 섬유가 금속 섬유, 무기 섬유 및 유기 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 상기 금속 섬유가 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하이고,
상기 마찰 조정재 중의 유기 충전재가 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무를 0.5 내지 5 질량％ 포함하는 마찰재 조성물을 사용한 경우에는, 가열·가압 성형하여 성형체를 얻고, 계속하여 상기 성형체를 열처리함으로써, 용이하게 상기의 특성의 마찰재를 얻을 수 있다. 또한, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무를 1 내지 10 질량％ 포함하는 마찰재 조성물을 사용한 경우에는, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에 있어서 50 MPa 이상으로 가압 성형하여 성형체를 얻고, 계속하여 상기 성형체를 열처리함으로써, 상기의 특성의 마찰재를 용이하게 얻을 수 있다. 상세한 것은, <3> 본 발명의 마찰재의 제조 방법 부분에서 설명한다.
이하, 본 발명에 있어서의 마찰재 조성물의 각 소재에 대하여 설명한다.
<섬유>
본 발명에 있어서의 마찰재 조성물은, 섬유로서 금속 섬유, 무기 섬유 및 유기 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 2종류 이상을 포함하며, 금속 섬유가 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하인 것이 바람직하다.
금속 섬유를 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하로 함으로써, 본 발명은 로우 스틸(low-steel), 논 스틸(non-steel)계의 마찰재가 대상으로 된다.
본 발명에 있어서의 섬유는, 통상 마찰재 조성물에 사용되는 금속 섬유, 무기 섬유 및 유기 섬유 등을 사용할 수 있다.
금속 섬유로서는, 예를 들어 구리 섬유, 놋쇠 섬유, 스틸 섬유, 황동 섬유, 알루미늄 섬유 등을 들 수 있다. 금속 섬유를 첨가하면 마찰재의 열전도율이 높아져서, 상기 미가교 고무를 마찰재 조성물에 함유하는 본 발명에 있어서는, 마찰재가 열 열화하기 쉬워지므로, 금속 섬유의 양은 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 5 질량％ 이하이다.
무기 섬유로서는, 예를 들어 알루미나 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 유리 섬유, 광물 섬유, 세라믹 섬유 등을 들 수 있다.
유기 섬유로서는, 예를 들어 아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 셀룰로오스 섬유, 탄소 섬유, 페놀 수지 섬유, 폴리이미드 섬유 등을 들 수 있다.
섬유의 첨가량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 내지 50 질량％가 바람직하고, 2 내지 40 질량％인 것이 보다 바람직하다.
<마찰 조정재>
본 발명에 있어서의 마찰 조정재는, 통상 마찰재 조성물에 사용되는 무기 충전재, 유기 충전재 등을 사용할 수 있다.
무기 충전재로서는, 예를 들어 지르코니아, 알루미나, 실리카, 황산바륨, 탄산칼슘, 운모, 티타늄산칼륨, 흑연(그래파이트), 삼산화안티몬, 이황화안티몬 등을 들 수 있다.
유기 충전재로서는, 예를 들어 캐슈 더스트 등을 들 수 있다. 유기 충전재는, 입상으로 형상을 유지하고, 마찰재를 성형할 때에 마찰재의 피스톤 가압 방향으로 팽창하는 성질을 가지기 때문에, 1 질량％ 이하로 함으로써, 얻어지는 마찰재의 압축 변형량을 2％ 이하로 할 수 있다. 유기 충전재의 첨가량은, 보다 바람직하게는 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 질량％ 이하이다.
이 마찰 조정재는, 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 마찰 조정재의 첨가량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 마찰재 조성물 전체에 대하여 35 내지 95 질량％가 바람직하고, 50 내지 80 질량％인 것이 보다 바람직하다.
<결합재>
본 발명에 있어서의 결합재는, 통상 마찰재 조성물에 사용되는 열경화성 수지를 사용할 수 있지만, 0 내지 90℃에서 반응하지 않는 열경화성 수지가 바람직하다. 0 내지 90℃에서 반응하지 않는 열경화성 수지로서는, 예를 들어 페놀 수지, 이미드 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
또한, 「0 내지 90℃에서 반응하지 않는」이란, 결합재로서 사용하는 상기 수지의 원료가 되는 단량체가 열경화 반응을 하지 않는 것이다.
이 결합재는 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 결합재의 함유량은 마찰재 조성물 전체에 대하여 2 내지 20 질량％가 바람직하고, 5 내지 15 질량％인 것이 보다 바람직하다.
<상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무>
본 발명에 있어서의 고무는, 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 점착성이 강한 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 상온에서 고형인 미가교 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴니트릴부타디엔 고무, 부틸 고무, 염소화부틸 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 불소 고무 등을 들 수 있다.
이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 전술한 고무 중에서도, 상온에서의 접착력이 높고, 내열성이 우수한 아크릴니트릴 부타디엔 고무, 부틸 고무, 염소화부틸 고무 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 고무를 사용함으로써 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에서의 점착성과 내열성이 우수한 마찰재를 얻을 수 있다.
상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무의 양은, 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 10 질량％가 바람직하다. 0.5 질량％ 미만에서는 tanδ를 높이는 것이 어렵고, 고무를 마찰재 조성물 전체에 균일하게 혼합하는 것도 어렵다. 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무의 첨가량이 많을수록 감쇠율이 높아져서, 브레이크 소리를 억제할 수 있다. 상온(25℃)에서 고형인 미가교 고무의 첨가량이 10 질량％를 초과하는 경우에는 내열성, 강도가 저하되고, 내마모성이 악화되는 경향이 있다.
본 발명에 있어서, 마찰재 조성물 중에 포함되는 상온에서 고형인 미가교 고무는, 가압 성형할 때(열처리 전)에 가압 방향에 대하여 수직 방향으로 흐르며, 즉 마찰재의 마찰면내 방향으로 퍼진다. 그로 인해, 상기 마찰재 조성물을 성형하여 얻어지는 마찰재의 압축 변형량을 작게 할 수 있다.
상온에서 고형인 미가교 고무는, 마찰재의 제조 방법에 있어서의 열처리 공정에서, 마찰재 조성물의 결합재로서 사용하고 있는 수지가 경화하여 마찰재가 되었을 때에, 일부 반응하고 있는 것으로 생각된다. 성형 공정에 의한 가압 성형에서, 가압 방향에 대하여 수직 방향으로 고무가 흐른 뒤라면, 열처리 공정 전에 상온에서 고형인 미가교 고무의 가교를 행해도 되고, 그러한 경우에는 황 또는 과산화물계의 가교제 및/또는 가교 촉진제를 첨가해도 된다. 가교제 및/또는 가교 촉진제를 첨가하는 경우에는 상온에서 고형인 미가교 고무의 내열성을 향상시킬 수 있다.
<2> 본 발명의 마찰재의 물성
<압축 변형량>
본 발명의 마찰재는, 마찰재를 상온(25℃), 4 MPa에 있어서의 피스톤 가압 방향으로 압축한 압축 변형량이 2％ 이하이다.
본 발명에 있어서의 압축 변형량은, 백 플레이트의 변형 및 마찰재 형상 등의 영향을 없애기 위해서, 마찰재를 각 변 25 mm(세로: 25 mm, 가로: 25 mm), 두께: 5 mm의 형상으로 가공하고, 두께 방향의 압축 변형량을 상온(25℃), 4 MPa에 있어서 측정한 것이다. 압축 변형량이 2％를 초과하면, 브레이크를 걸었을 때의 응답성 및 그것에 수반하는 효력 필링이 저하되고, 브레이크 패드와 로터의 드래깅에 의한 연비의 저하 및 마모의 증대를 초래하는 경향이 있다.
마찰재의 압축 변형량을 2％ 이하로 하기 위해서는, 마찰재 조성물의 각 소재를 상기 특정의 것으로 하고, 후술하는 제조 방법으로 제조하면 된다.
<tanδ>
본 발명의 마찰재는 -20 내지 50℃에서의 접동 방향의 tanδ가 0.05 이상이다.
마찰재의 tanδ를 0.05 이상으로 하기 위해서는, 마찰재 조성물의 각 소재를 상기 특정의 것으로 하고, 후술하는 제조 방법으로 제조하면 된다.
본 발명에 있어서의 tanδ는 동적 점탄성 측정 장치(DMA)에 의해 측정되는 것이다. 동적점 측정에 있어서의 tanδ는, 재료의 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비로서 정의되는 값이다.
재료의 저장 탄성률은 변형과 동 위상의 탄성 응력의 비율로서 정의되고, 재료가 탄성적으로 에너지를 저장하는 능력에 관련하고 있다.
손실 탄성률은 변형과는 상이한 위상의 비율로서, 재료가 응력을 열로서 산일하는 능력에 상당한다. 일반적으로 tanδ가 높으면 감쇠율이 높다.
종래의 디스크 브레이크 패드에서 사용하고 있는 마찰재의 tanδ는 0.04 이하의 값을 나타낸다.
<3> 본 발명의 마찰재의 제조 방법
본 발명의 마찰재의 제조 방법은, 상기 섬유와, 상기 마찰 조정재와, 상기 결합재와, 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 5 질량％인 상기 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 혼합하는 혼합 공정과,
얻어진 혼합물을 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(이하, 「제조 방법 1」로 함).
또한, 본 발명의 마찰재의 다른 제조 방법은, 상기 섬유와, 상기 마찰 조정재와, 상기 결합재와, 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 내지 10 질량％인 상기 미가교 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 혼합하는 혼합 공정과,
얻어진 혼합물을, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에 있어서 50 MPa 이상으로 가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(이하, 「제조 방법 2」로 함).
마찰재 조성물에 상기 미가교 고무가 0.5 내지 5 질량％ 포함되는 경우에는, 혼합물을 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정 후, 상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 행하는 상기 제조 방법 1로 제조하는 것이 바람직하다.
마찰재 조성물에 상기 미가교 고무가 1 내지 10 질량％ 포함되는 경우에는, 혼합물을, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에 있어서 50 MPa 이상으로 가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정 후, 상기 성형체를 열처리하여 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 행하는 상기 제조 방법 2로 제조하는 것이 바람직하다.
결합재가 반응하지 않는 온도에서 성형하는 방법은, 종래의 열 성형하는 마찰재의 성형 방법에 비교하여 단시간에 안정된 품질의 마찰재를 얻을 수 있다.
결합재로서 사용하는 수지가 반응할 때에 겔화가 일어나 유동하므로, 열경화시키는 때에는, 상기 미가교 고무량이 많으면 마찰재 조성물이 조여지게 되는(수축함) 경향이 있다. 반대로 상기 미가교 고무량이 적은 경우에는, 가압 성형으로는 성형할 수 없고, 가열·가압(구체적으로는 130 내지 200℃에서 가열·5 내지 40 MPa로 가압 성형)하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의해, 마찰재의 압축 변형량을 2％ 이하, -20 내지 50℃에서의 접동 방향의 tanδ를 0.05 이상으로 할 수 있다. 또한, 상기 압축 변형량은, 마찰재 조성물에 동일한 소재를 사용하는 경우에는, 성형 조건에 있어서 온도가 높을 때에는 작아지는 경향이 있고, 압력이 높을 때에는 작아지는 경향이 있다.
상기 미가교 고무를 0.5 내지 5 질량％ 포함하는 마찰재 조성물을 가열·가압 성형(구체적으로는 130 내지 200℃에서 가열·5 내지 40 MPa로 가압 성형)하여 성형 공정을 행하고, 그 후 열처리 공정을 행하는 방법(제조 방법 1)으로서는, 구체적으로 예를 들어 다음의 방법을 들 수 있다.
먼저, 성형 공정으로서, 마찰재 조성물을 예비 성형 금형으로 3 내지 30 MPa의 가압에 의해 핸들링이 가능한 예비 성형체를 제작한다. 디스크 브레이크 패드의 경우, 예비 성형체를, 마찰재 조성물 중의 결합재가 반응하는 온도 130 내지 200℃에서 백 플레이트와 일체로 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는다. 성형 압력은 5 내지 40 MPa, 성형 시간은 1 내지 10분간으로 하면 된다. 이러한 성형 압력이면 상기 미가교 고무가 가압 방향과 수직으로 흘러서, 압축 변형이 작아도 감쇠율이 높은 마찰재를 얻을 수 있다.
계속하여 열처리 공정에 있어서, 얻어진 성형물을 180 내지 250℃에서 1 내지 10시간 열처리하여 마찰재를 얻는다. 180℃ 미만의 열처리에서는 결합재가 충분히 경화하지 않고, 250℃ 이상의 열처리에서는 마찰재 조성물에 포함되어 있는 상기 미가교 고무가 열화되는 경향이 있다. 얻어진 마찰재는 필요에 따라 도장, 연마를 행하여, 소정의 형상·형태로 한다.
종래의 디스크 브레이크 패드는, 사용 중인 페놀 수지의 분해에 의한 페이드 현상 방지를 위해 제조 공정에서 마찰재 표면을 400℃ 이상에서 스코치 처리하는 경우가 있는데, 본 발명의 마찰재의 경우에는, 결합재가 분해되기 어려워지는 점에서 페이드 현상이 나오기 어렵기 때문에, 통상은 스코치 처리를 특별히 필요로 하지 않는다.
상기 미가교 고무를 1 내지 10 질량％ 포함하는 마찰재 조성물을, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에 있어서 50 MPa 이상으로 가압 성형하여 성형 공정을 행하고, 그 후 열처리 공정을 행하는 방법(제조 방법 2)으로서는, 구체적으로 예를 들어 다음의 방법을 들 수 있다.
먼저, 성형 공정으로서, 백 플레이트를 금형에 설치하고, 상기 미가교 고무의 점착성을 이용하여, 결합재가 반응하지 않는 온도(0 내지 90℃)에서 50 MPa 이상의 고압을 걸어서 단시간 성형한다. 바람직하게는 성형 온도를 40 내지 60℃로 하면, 마찰재 조성물의 흐름이 일정해져서, 균일한 밀도의 제품을 제조할 수 있다.
성형 압력은 80 내지 150 MPa가 바람직하고, 성형 시간은 1 내지 60초 사이에 성형하면 바람직하다. 이러한 성형 압력이면, 미가교 고무가 가압 방향과 수직으로 흘러서, 압축 변형이 작아도 감쇠율이 높은 마찰재를 얻을 수 있다.
계속하여 열처리 공정에 있어서, 얻어진 성형체를 180 내지 250℃에서 1 내지 10시간 열처리하여 마찰재를 얻는다. 180℃ 미만의 열처리에서는 결합재가 충분히 경화하지 않고, 250℃ 이상의 열처리에서는 마찰재 조성물에 포함되어 있는 상기 미가교 고무가 열화되는 경향이 있다. 본 제조 방법에서 열처리를 할 경우에는, 열처리에 있어서 마찰재를 낮은 압력에서 가압하면서 열처리하면 마찰재의 팽창을 억제할 수 있다.
얻어진 마찰재는, 필요에 따라 도장, 연마를 행하여, 소정의 형상·형태로 한다. 본 발명을 디스크 브레이크 패드에서 사용하는 경우, 스코치 처리가 불필요한 것은 가열·가압 성형품과 마찬가지이다.
상기 미가교 고무를 1 내지 5 질량％ 포함하는 마찰재 조성물은, 상기 제조 방법 1 및 상기 제조 방법 2 중 어느 쪽이라도 마찰재를 제조하는 것이 가능하지만, 단시간에 성형할 수 있는 점에서 상기 제조 방법 2가 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와, 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 모든 소재를 혼합한다. 또는, 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 일부 소재를 혼합한 후, 혼합한 재료와 나머지의 마찰재 조성물의 소재를 더 혼합해도 된다.
상기 혼합 공정에 있어서, 혼합 방법은 특별히 제한되지 않지만, 마찰재 조성물에 상기 미가교 고무를 포함하기 때문에, 일반적인 고무 혼련 장치를 사용할 수 있다.
고무 혼련 장치로서, 예를 들어 가압 니더, 밴버리 믹서, 오픈 롤 등을 들 수 있다. 특히 가압 니더 및 밴버리 믹서와 같은 인터널 믹서(밀폐식 혼련기)는 상기 미가교 고무 양에 관계없이 미가교 고무를 마찰재 조성물에 균일하게 분산할 수 있어 바람직하다.
상기 미가교 고무와 그 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 혼련할 때에 용제를 사용하면 건조 공정이 필요해지기 때문에, 용제를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
마찰재 조성물의 각 소재를 혼합하는 혼합 공정에 있어서, 예를 들어 인터널 믹서를 사용하는 경우에는, 마찰재 조성물의 각 소재의 투입순에 제한은 없고, 한번에 모든 소재를 투입하여 혼련할 수 있다.
그러나, 재료의 편석을 저감시키는 점에서, 상기 미가교 고무 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 미리 혼합한 후, 상기 미가교 고무를 혼련하는 것이 바람직하다.
또한, 혼합 공정 시에는, 상기 상온에서 고형인 미가교 고무를 분산시킬 때에 발열하기 때문에, 혼합하는 마찰재 조성물의 소재로서 상기 미가교 고무와 결합재 양쪽이 포함되면, 결합재와 상기 미가교 고무와의 반응이 일어나서, 마찰재의 성형 공정에 있어서 결합재가 기여하지 않고, 균열이나 주름이 생기는 경우가 있다. 이것으로부터, 상기 미가교 고무뿐만 아니라 결합재에 대해서도, 먼저 미가교 고무와 결합재 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 예비 혼합하고, 계속하여 미가교 고무를 첨가해 혼합하고, 그 후 혼합한 재료에 결합재를 첨가하여 혼합하면, 그러한 문제가 일어나지 않기 때문에 바람직하다.
이상과 같이, 혼합 공정으로서는, 마찰재 조성물의 각 소재를 일괄적으로 교반하는 방법; 미가교 고무 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 미리 혼합하고, 계속하여 미가교 고무를 첨가해 혼련하는 방법; 미가교 고무와 결합재 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 미리 혼합하고, 계속하여 미가교 고무를 혼합한 후, 혼합한 재료에 결합재를 첨가해 혼합하는 방법 등을 들 수 있다. 마찰재의 강도를 보다 높이기 위해서는, 먼저 상기 미가교 고무 및 결합재 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 미리 혼합한 후, 상기 미가교 고무를 첨가하여 혼련하고, 마지막으로 결합재를 첨가하여 혼합하는 방법이 바람직하다.
혼합 공정을, 먼저 상기 미가교 고무 및 결합재 이외의 마찰재 조성물의 각 소재를 미리 혼합한 후, 상기 미가교 고무를 첨가하여 혼련하고, 마지막으로 결합재를 첨가하여 혼합하는 경우, 미가교 고무를 예비 혼합하기 위한, 상기 미가교 고무 및 결합재 이외의 마찰재 조성물의 소재는, 전체 마찰재 조성물의 50 질량％ 이상으로 하면 된다.
그렇게 하면, 미가교 고무를, 상기 미가교 고무 및 결합재 이외의 마찰재 조성물의 소재에 균일 분산시킬 수 있다. 미가교 고무를, 상기 미가교 고무 및 결합재 이외의 마찰재 조성물의 소재에 예비 혼합하는 경우에는, 미가교 고무는 이미 예비 혼합한 마찰재 조성물(미가교 고무 및 결합재를 제외함)에 균일하게 분산되어 있으므로, 결합재의 혼합은 일반적인 분체 교반기를 사용할 수 있고, 예를 들어 로디게(Loedige) 믹서, 헨쉘(Henschel) 믹서, 아이리히(Eirich) 믹서, V형 믹서 등으로 혼합할 수 있다.
본 발명의 마찰재는, 예를 들어 자동차 등의 디스크 브레이크 패드 및 전자 브레이크, 유지 브레이크 등의 마찰재로서 사용할 수 있다.
실시예
[실시예 1 내지 6 및 비교예 1]
이하, 표 1에 나타내는 실시예와 비교예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 전혀 아니다.
<마찰재 조성물의 제조>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 마찰재 조성물은, 표 1에 나타내는 마찰재 조성물의 원료 소재 및 배합량으로 하고, 하기에 나타내는 공정에서 각각의 마찰재 조성물을 얻었다.
[1] 표 1에 1차 혼합물의 소재로서 나타낸 마찰재 조성물 중, 염소화부틸 고무를 제외한 소재를 로디게 믹서로 7분간 건식 혼합하여 1차 혼합물을 얻었다.
[2] 이어서, 상기 [1]에서 얻어진 1차 혼합물 및 염소화부틸 고무(JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명: CHLOROBUTYL1066)를 가압 니더로 30분간 혼련하여 혼합물을 얻었다.
[3] 이어서, 실시예 2 내지 6 및 비교예 1에 있어서는, 상기 [2]에서 얻어진 혼합물과 표 1 기재된 2차 혼합물의 소재를 로디게 믹서로 7분간 건식 혼합하였다.
<마찰재의 제조>
금형에 백 플레이트를 세팅하고, 마찰재 조성물을 금형에 투입하여, 마찰 면적: 60 ㎠, 두께: 16 mm(백 플레이트 두께: 6 mm)의 디스크 브레이크 패드를 성형하였다.
표 1에 나타나는 실시예 1, 2, 5, 6의 마찰재에 대해서는, 백 플레이트를 세팅한 금형 캐비티에 직접, 상기의 공정에서 얻어진 분말 상태의 마찰재 조성물을 투입하였다. 성형 온도: 50℃, 성형면압: 100 MPa, 성형 시간: 10초간으로 가압 성형하였다. 성형한 마찰재를 전기로에서 온도: 225℃에서 5시간 열처리하여, 마찰재 조성물의 결합재로서 사용한 페놀 수지를 경화시켰다. 연마기로 표면을 연마하여 소정의 두께의 마찰재를 얻었다.
표 1에 나타나는 실시예 3, 4 및 비교예 1의 마찰재 조성물에 대해서는, 상기의 공정에서 얻어진 분말 상태의 마찰재 조성물을 상온에서 일단 예비 성형한 후, 백 플레이트를 세팅한 금형 캐비티에 투입하였다. 성형 온도: 150℃, 성형면압: 20 MPa, 성형 시간: 5분간으로 가열·가압 성형하였다. 성형한 마찰재를 전기로에서 온도: 225℃에서 5시간 열처리하여, 마찰재 조성물의 결합재로서 사용한 페놀 수지를 경화시켰다. 연마기로 표면을 연마하여 소정의 두께의 마찰재를 얻었다.
상기와 같이 제작한 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 마찰재의 특성을 측정하고, 표 1 하단에 정리하였다. 각 특성은 이하와 같이 측정하였다.
<압축 변형량의 측정>
상기 방법으로 제작한 실시예 및 비교예의 마찰재로부터 잘라내고, 각 변 25 mm(세로: 25 mm, 가로: 25 mm), 5 mm의 두께로 가공하였다. 가부시끼가이샤 시마즈 세이사꾸쇼제, 정밀 재료 시험기, 상품명: 오토그래프 AG-5000C(「오토그래프」는 등록 상표)를 사용하여, 상온(25℃), 4 MPa로 가압했을 때의 두께 방향의 변형량을 다이얼 게이지로 측정하였다. 압축 변형량은 가압하기 전의 두께(5 mm)에 대한 변형 비율로 나타내었다.
<tanδ의 측정>
상기 방법으로 제작한 실시예 및 비교예의 마찰재로부터 접동면에 평행하게 잘라내어, 길이: 50 mm, 폭: 10 mm, 두께: 2 mm의 시험편으로 가공하였다.
상기 시험 시료를 세이코 인스트루먼트 가부시끼가이샤 제조의 동적 점탄성 측정 장치, 상품명: DMA6100을 사용하여, 듀얼 캔틸레버 벤딩(dual cantilever bending) 모드(측정 주파수: 1Hz)에서 tanδ를 측정하였다.
<전단 강도의 측정 방법>
상기 방법으로 제작한 실시예 및 비교예의 마찰재의 전단 강도를 JIS D4422-2007에 따라 측정하였다. 상기 방법으로 제작한 실시예 및 비교예의 마찰재를 크로스헤드 이동 속도: 10 mm/분으로 시료가 완전히 파괴될 때까지 가압하고, 파괴되었을 때의 최대 하중을 측정하였다.
<측정 결과>
표 1의 측정 결과로부터, 이하를 알았다.
비교예 1에 나타내는 마찰재는 종래 사용되어 온 마찰재의 대표적인 조성을 나타내고 있다. 페놀 수지를 결합재로서 사용하고 있고, 마찰재의 유연성을 높이기 위하여 캐슈 더스트를 사용하고 있다. 압축 변형량은 1.16％이지만, -20 내지 50℃의 tanδ가 0.033 내지 0.052로 낮기 때문에, 브레이크 소리 발생이 많다.
실시예 1에 나타내는 마찰재는, 비교예 1의 마찰재에 비해 캐슈 더스트를 제외하고, 그 대신에 염소화부틸 고무를 3 질량％ 사용한 것이다. 또한, 실시예 1은 50℃에서 성형하였다.
압축 변형량은, 비교예 1의 1.16％에 비교하여 0.71％로 작지만, tanδ는 -20℃ 내지 50℃에 있어서 0.059 내지 0.078로 커서, 브레이크 소리 성능이 우수하다. 전단 강도는, 비교예 1에 비교하여 6 kN 저하했지만, 충분한 강도를 확보할 수 있는 것을 알았다.
실시예 2에 나타내는 마찰재는, 결합재로서의 페놀 수지를 나중에 2차 혼합에서 투입한 이외에는 실시예 1과 동일하게 제작하였다. 실시예 2는 50℃에서 성형하였다. 압축 변형량과 tanδ는 실시예 1과 동등하고, 각각 압축 변형량 0.69％, tanδ는 -20℃ 내지 50℃에 있어서 0.058 내지 0.076로 커서, 브레이크 소리 성능이 우수하였다. 전단 강도는 비교예 1에 비해서는 떨어지지만, 페놀 수지를 2차 혼합에서 넣고 있기 때문에, 실시예 1에 비하여 2 kN 증가하였다.
실시예 3에 나타내는 마찰재는, 150℃에서 가열 가압 성형한 이외에는 실시예 2와 동일하게 제작하였다. 압축 변형량은 0.62％이며, 비교예 1의 1.16％와 비교하여 대폭으로 작아지는 것이 확인되었다. tanδ는 -20℃ 내지 50℃에 있어서 0.057 내지 0.075로서, 비교예 1의 0.033 내지 0.052와 비교하여 커서, 브레이크 소리에 대하여 유리하다.
즉, 상온(25℃)에서 고형인 고무를 균일 분산시킴으로써, 압축 변형량이 작고, tanδ가 큰 마찰재를 얻을 수 있는 것을 알았다.
실시예 4에 있어서는, 미가교 고무를 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 질량％로 하고, 압축 변형량 조정을 위하여 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 질량％ 첨가하였다. 이 마찰재 조성물을 가열·가압 성형하여 마찰재를 얻었다. 이 경우, 압축 변형량은 0.58％이며, 비교예 1보다 작아진다. tanδ는 -20℃ 내지 50℃에 있어서 0.052 내지 0.068로서, 적기는 하지만 미가교 고무의 첨가에 의한 tanδ의 증대 효과를 얻었다.
또한, 실시예 5에 있어서 미가교 고무를 마찰재 조성물 전체에 대하여 10 질량％ 첨가하여 50℃ 성형으로 마찰재를 얻었다. 이 경우에는 압축 변형량이 0.80％로서, 약간 크지만 비교예 1보다 작고, -20 내지 50℃에 있어서의 tanδ가 0.058 내지 0.080으로 가장 컸다. 전단 강도는 15 kN으로 저하되었지만, 충분한 강도를 확보할 수 있는 것을 알았다.
미가교 고무량을 마찰재 조성물 전체에 대하여 12 질량％까지 증가시킨 실시예 6에서는, 전단 강도가 10 kN로 저하되었지만, 열 처리 후에 균열은 없어 마찰재로서 문제 없는 것이 나타났다.
이상의 결과, 미가교 고무의 첨가량이 0.5 질량％ 이상이면 tanδ 증가의 효과가 얻어지고, 10 질량％ 이하이면 전단 강도를 확보할 수 있는 것을 알았다. 미가교 고무의 첨가량에 의해, 압축 변형량은 크게 변동하지 않고, 0.5 내지 3 질량％의 사이에서는 오히려 작아지는 경향이 있었다.
또한, 결합재(페놀 수지)는 2차 혼합에서 첨가하는 쪽이 전단 강도 유지의 점에서 바람직하였다.
본 발명에 의해, 감쇠성이 높고, 브레이크 소리가 양호함과 함께, 브레이크를 걸었을 때의 응답성 저하 및 그것에 수반하는 효력 필링의 저하, 마찰재가 브레이크 로터에 닿아서 일어나는 드래깅, 연비 저하 및 마모의 증대를 초래하는 경우가 없는 마찰재 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (6)
- 섬유와, 마찰 조정재와, 결합재와, 마찰재 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 5 질량％의 상온(25℃)에서 고형인 미가교의 고무를 포함하는 마찰재 조성물을 혼합하는 혼합 공정과,
얻어진 혼합물을, 상기 결합재가 반응하여 상기 미가교의 고무가 가압 방향과 수직으로 흐르는 조건에서, 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
상기 성형체를 열처리하여, 상기 성형체 중의 상기 결합재를 경화시키는 열처리 공정을 포함하는 마찰재의 제조 방법이며,
상기 마찰재를 상온(25℃), 4 MPa에 있어서의 피스톤 가압 방향으로 압축한 압축 변형량이 2％ 이하이며, 또한, 상기 마찰재의 -20 내지 50℃에 있어서의 접동 방향의 tanδ가 0.05 이상인 마찰재의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 섬유가 금속 섬유, 무기 섬유 및 유기 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 상기 금속 섬유가 마찰재 조성물 전체에 대하여 8 질량％ 이하이고,
상기 마찰 조정재 중의 유기 충전재가 마찰재 조성물 전체에 대하여 1 질량％ 이하인 마찰재의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형 공정에 있어서, 가열 온도가 130 내지 200℃인 마찰재의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형 공정에 있어서, 가열 온도가 130 내지 200℃, 성형 압력이 5 내지 40MPa, 성형 시간이 1 내지 10분간의 조건에서 가열·가압 성형하여 성형체를 얻는 마찰재의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와, 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 모든 소재를 혼합하는 마찰재의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서, 미가교 고무와, 그 이외의 상기 마찰재 조성물의 일부 소재를 혼합한 후, 혼합한 재료와 나머지의 마찰재 조성물의 소재를 더 혼합하는 마찰재의 제조 방법.
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