KR102136519B1 - 브레이크 마찰재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 황동섬유 3중량% 내지 6중량%, 안정화지르코늄 5중량% 내지 10중량%, 칼슘몰리브데이트 2중량% 내지 4중량% 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 2중량% 내지 3중량%를 포함한다. 본 발명에 따르면, 브레이크 마찰재 조성물의 환경규제 기준을 준수하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선할 수 있다.

Description

브레이크 마찰재 조성물{BRAKE FRICTION MATERIAL COMPOSITION}
본 발명은 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브레이크 패드에 포함되는 마찰재의 환경규제 기준을 준수하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선시킨 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다.
1889년 칼 벤츠가 첫 휘발유 자동차를 개발한 이후로 약 100년동안 자동차 산업은 눈부신 발전을 이루었다. 자동차 산업의 기술은 끊임없는 연구와 노력을 통하여 개발 초기 대비 성능이 급격히 상승하였고, 소비자들은 더 빠르고 안전한 자동차를 요구하게 되었다.
이에 따라 자동차를 구성하는 각 부품들의 요구 성능 또한 높아지고 있으며, 그 중에서도 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키고 정지된 차량을 정지 상태로 계속 유지시키는 장치인 브레이크는 운전자의 안전과 직결되어 있는 장치로서, 브레이크 성능 향상은 필수적으로 이루어져야 하는 과제이다.
현재 브레이크는 상대재와 마찰재의 마찰에 의한 제동력으로 차량을 정지시키며, 크게 디스크-브레이크 패드 시스템과 드럼-브레이크 슈 시스템으로 분류된다.
현재 상용화되고 있는 마찰재는 주로 유기계 마찰재로 자동차에는 거의 대부분 유기계 마찰재가 사용된다.
브레이크 마찰재는 일반적으로 10~20종 이상의 원료로 구성되는 복합재료로써, 마찰재의 조성을 나타낸 하기 표 1과 같이 보강제, 결합제, 윤활제, 연마제, 충진제 등으로 구분되며, 브레이크 제동시 각각의 원료 특성과 더불어 복합재 성격의 특성이 나타난다.
[표 1]
Figure 112018010119319-pat00001
마찰재의 조성, 즉 마찰재 구성 물질 분류 중에서 금속섬유는 마찰재 강도 유지 기능과 더불어 열 전도성으로 인해 제동시 발생하는 열을 최대한 빨리 외부로 방출시킴으로써 제동 안정성을 확보시켜주는 역할을 한다.
특히, 구리섬유는 마찰재에 포함되어 내마모성 증대, 디스크 공격성 양호, 휠 분진(Wheel Dust) 감소, 내페이드성 및 소음과 진동의 축소 등의 장점 때문에 대부분의 마찰재에서 사용되는 원료이다.
하지만 브레이크를 밟을 때 발생하는 분진에 포함되어 있는 구리가 수로를 통하여 강으로 흘러 들어가게 되어 환경적인 문제가 발생하게 된다. 구리섬유는 구리가 함유된 음용수에 노출된 연어의 사망률을 증가시키고, 어류의 후각을 마비시켜 범용 억제제로 제정되어 있으며, 신진 대사 활성화 후에 유독한 작용을 하는 것으로 알려져 있다.
이러한 이유로, 북미에서는 구리섬유를 사용하지 않는 브레이크 마찰재를 적용하는 법안이 통과되었고, 2015년부터 유해성 표기가 법령화됨에 따라 구리섬유를 포함하지 않는 마찰재 개발이 필요하게 되었다.
구리섬유를 사용하지 않는 마찰재의 설계시 구리섬유를 대체할 신소재 선정 및 배합비율 조정 등이 우선적으로 검토되어야 한다.
한국등록특허공보 제10-1160666호 (2012.06.21.), 브레이크 마찰재 조성물.
본 발명은 유기계 마찰재의 보강제로 사용되는 구리섬유의 미국 환경규제 기준인 마찰재 내 구리함량 5중량% 미만을 준수하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선시킨 브레이크 마찰재 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 구리섬유 대체시 문제점인 고온안정성 확보를 위하여 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트를 포함하는 브레이크 마찰재 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트 포함시 문제점인 소음문제를 개선하기 위하여 PTFE를 포함하는 브레이크 마찰재 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 황동섬유 3중량% 내지 6중량%, 안정화지르코늄 5중량% 내지 10중량%, 칼슘몰리브데이트 2중량% 내지 4중량% 및 PTFE 2중량% 내지 3중량%를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 보강제로서 아라미드 섬유, 미네랄섬유, 티탄산칼륨 및 스틸섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 연마제로서 ZrO2 및 ZrSiO4로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 충진제로서 Ca(OH)2 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 안정화지르코늄은 1㎛ 내지 150㎛의 평균입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 1㎛ 내지 6㎛의 평균입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 329℃의 용융점을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 황동섬유를 포함함으로써 유기계 마찰재의 보강제로 사용되는 구리섬유의 미국 환경규제 기준인 마찰재 내 구리함량 5중량% 미만을 준수할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트를 포함함으로써 구리섬유 대체시 문제되는 고온안정성 문제를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 PTFE를 포함함으로써 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트 사용시 문제되는 소음문제를 개선할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 브레이크 패드에 포함되는 마찰재의 환경규제 기준을 준수하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 JASO C 406-P1 시험법에서 효력 구간의 데이터 중 100 ㎞/h의 속도에서 0.1G 내지 0.8G의 감속도로 제동한 데이터(실시예 1 및 비교예 1 내지 8)이다.
도 4 내지 도 6은 JASO C 406-P1 시험법에서 첫 번째 페이드 제동력을 이용한 데이터(실시예 1 및 비교예 1 내지 8)이다.
도 7 내지 도 9는 JASO C 406-P1 시험법으로 시험 후 마이크로미터를 이용하여 마모량을 측정한 데이터(실시예 1 및 비교예 1 내지 8)이다.
도 10 내지 도 12는 JASO C 406-P1 시험법으로 시험 중 시험기에 연결된 FFT 분석기를 이용하여 소음 및 진동을 측정한 데이터(실시예 1 및 비교예 1 내지 8)이다.
도 13 및 도 14는 정, 동 마찰계수 시험결과이며, 1/5 스케일 다이나모미터를 이용하여 0.01 rpm 및 30 ㎏f/㎠의 조건으로 시험한 데이터(실시예 1 및 비교예 6)이다.
이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐리는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 당업계의 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 브레이크 마찰재 조성물 및 브레이크 마찰재 조성물로 제조된 브레이크 마찰재에 관한 것이다.
본 발명은 유기계 마찰재의 보강제로 사용되는 구리섬유의 첨가규제로서 미국 환경규제 기준인 마찰재 내 구리함량 5중량% 미만을 준수(만족)하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선시킨 브레이크 마찰재 조성물을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 황동섬유 3중량% 내지 6중량%, 안정화지르코늄 4중량% 내지 6중량%, 칼슘몰리브데이트 4중량% 내지 6중량% 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 2중량% 내지 3중량%를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 구리섬유 대체시 문제점인 고온안정성 확보를 위하여 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트 포함시 문제점인 소음문제를 개선하기 위하여 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 황동섬유는 인체에 유해한 구리로 이루어진 구리섬유를 대체하기 위한 원료로서, 구리섬유 대신 황동섬유를 사용함으로써 구리함량을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구리섬유 대신 황동섬유를 사용함으로써, 브레이크 마찰재 조성물 내 구리함량을 5중량% 미만으로 유지함으로써 환경규제 기준을 준수할 수 있다.
상기 황동섬유(Brass fiber)는 구리(Copper) 및 아연(Zinc)의 합금으로 이루어진 섬유로서, 구리섬유보다 경도와 강도가 크고, 우수한 내열성을 가진 원료이다. 상기 황동섬유는 구리 62중량% 내지 68중량% 및 아연 32중량% 내지 38중량%의 구성비를 갖는 원료가 사용될 수 있고, 구리함량 기준에 맞게 투입량이 조절될 수 있다.
상기 황동섬유는 전체 조성물에 대하여, 즉 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 총량 100중량%에 대하여, 3중량% 내지 6중량%로 포함된다. 상기 황동섬유의 함량이 전술한 범위를 가질 경우, 우수한 마찰 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 황동섬유의 함량이 3중량% 미만일 경우 마찰재의 강도가 부족할 수 있고, 6중량%를 초과할 경우 마찰재의 고온안정성이 저하될 수 있다(도 1, 4, 7 및 10 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 안정화지르코늄(stabilized zirconia)은 지르코늄(Zirconium)을 3,000℃ 이상의 온도에서 융해시킨 것으로서, 일반 지르코늄 대비 고밀도 및 낮은 비표면적 특성을 갖는 원료이다.
상기 안정화지르코늄은 높은 융점, 저기공, 높은 인성 및 내식성의 특징을 갖고 있으며, 다른 원료와의 저항성 및 낮은 반응성을 갖고 있어 마찰재에서 연마제의 기능을 한다. 구체적으로, 상기 안정화지르코늄은 마찰재에 포함될 경우 다른 원료와의 저항성 및 낮은 반응성에 의해 마찰재 내의 다른 원료들과 반응을 하지 않아 안정화지르코늄의 특성을 유지할 수 있다.
상기 안정화지르코늄은 전체 조성물에 대하여, 즉 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 총량 100중량%에 대하여, 5중량% 내지 10중량%로 포함된다. 상기 안정화지르코늄의 함량이 전술한 범위를 가질 경우, 우수한 마찰 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 안정화지르코늄의 함량이 5중량% 미만일 경우 마찰재의 고온안정성이 저하될 수 있고, 10중량%를 초과할 경우 마찰재의 소음발생 가능성이 높아질 수 있다(도 2, 5, 8 및 11 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 안정화지르코늄은 1㎛ 내지 150㎛의 평균입자 크기를 가질 수 있다. 마찰재를 구성하는 원료들의 입자 크기에 따라 마찰재의 마찰 성능이 좌우될 수 있다. 또한, 다른 원료들과의 상호 응집력을 위해 입도 편차가 큰 원료들은 사용하지 못하기 때문에, 상기 안정화지르코늄은 전술한 범위의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 안정화지르코늄은 안정화지르코늄의 총량 100중량%에 대하여, ZrO2 94.6중량% 내지 96.2중량%, CaO 3.5중량% 내지 4.3중량%, SiO2 0.1중량% 내지 0.3중량%, Fe2O3 0.1중량% 내지 0.4중량% 및 TiO2 0.1중량% 내지 0.4중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구리섬유 대신 황동섬유 사용시 문제되는 고온안정성 문제를 안정화지르코늄을 사용함으로써 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 칼슘몰리브데이트(CaMoO4)는 파우엘라이트(powellite)로 불리며, 내페이드성 개선, 고온 제동시 내마모성 개선 등의 특징을 갖는 원료이다. 상기 칼슘몰리브데이트는 내페이드성 개선, 고온 제동시 내마모성 개선 등을 위해 마찰재에 첨가되어 마찰재에서 충진제의 기능을 한다.
상기 칼슘몰리브데이트는 전체 조성물에 대하여, 즉 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 총량 100중량%에 대하여, 2중량% 내지 4중량%로 포함된다. 상기 칼슘몰리브데이트의 함량이 전술한 범위를 가질 경우, 우수한 마찰 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 칼슘몰리브데이트의 함량이 2중량% 미만일 경우 마찰재의 고온안정성이 저하될 수 있고, 4중량%를 초과할 경우 마찰재의 소음발생 가능성이 높아질 수 있다(도 2, 5, 8 및 11 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 칼슘몰리브데이트는 칼슘몰리브데이트의 총량 100중량%에 대하여, MoO3 98.9중량% 내지 99.8중량%, Cl 0.01중량% 내지 0.02중량%, NO3 0.01중량% 내지 0.02중량%, Pb 0.0005중량% 내지 0.001중량%, Fe 0.001중량% 내지 0.002중량% 및 Na 0.1중량% 내지 1중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구리섬유 대신 황동섬유 사용시 문제되는 고온안정성 문제를 안정화지르코늄과 함께 칼슘몰리브데이트를 사용함으로써 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)은 불소수지로서, 저마찰성, 내마모성, 내열성, 내화학성 등의 특징을 갖는 원료이며, 마찰재에서 충진제의 기능을 한다.
상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 전체 조성물에 대하여, 즉 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 총량 100중량%에 대하여, 2중량% 내지 3중량%로 포함된다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 전술한 범위를 가질 경우, 우수한 마찰 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량이 2중량% 미만일 경우 마찰재의 소음발생 가능성이 높아질 수 있고, 3중량%를 초과할 경우 마찰재의 내마모성이 저하될 수 있다(도 3, 6, 9, 12 내지 14 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 1㎛ 내지 6㎛의 평균입자 크기를 가질 수 있다. 다른 원료들과의 상호 응집력을 위해 입도 편차가 큰 원료들은 사용하지 못하기 때문에, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 전술한 범위의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 329℃의 용융점을 가질 수 있다.
브레이크는 마찰재와 상대재(디스크) 와의 마찰에 의해 발생하는 제동력으로 주행중인 차량을 정지시킨다. 마찰재와 상대재가 마찰할 경우 열이 발생하게 되는데, 일반적인 브레이킹의 경우 약 200℃ 내지 300℃의 열이 발생한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 329℃의 용융점을 갖기 때문에, 브래이크 마찰재의 원료로서 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트 사용시 문제되는 소음문제를 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 사용함으로써 개선할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 황동섬유, 안정화지르코늄, 칼슘몰리브데이트 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 구성에 의해, 미국 환경규제 기준인 마찰재 내 구리함량 5중량% 미만을 준수하면서 제동력, 고온안정성 및 소음특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 보강제로서 아라미드 섬유(aramid fiber), 미네랄섬유(mineral fiber), 티탄산칼륨(potassium titanate) 및 스틸섬유(steel fiber)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 즉 총량 100중량%에 대하여 아라미드 섬유 2중량% 내지 4중량%, 미네랄섬유 2중량% 내지 7중량%, 티탄산칼륨 10중량% 내지 및 스틸섬유 3중량% 내지 6중량%를 포함할 수 있다(표 4 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 연마제로서 ZrO2 및 ZrSiO4로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 즉 총량 100중량%에 대하여 ZrO2 5중량% 내지 10중량% 및 ZrSiO4 2중량% 내지 6중량%를 포함할 수 있다(표 4 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 충진제로서 Ca(OH)2 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 즉 총량 100중량%에 대하여 Ca(OH)2 4중량% 내지 6중량% 및 고무(Rubber) 1 중량% 내지 3중량%를 포함할 수 있다(표 4 참조).
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 윤활제로서 흑연류 및 FeS2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 전체 조성물에 대하여, 즉 총량 100중량%에 대하여 흑연류 3중량% 내지 8중량% 및 FeS2 2중량% 내지 6중량%를 포함할 수 있다(표 4 참조).
이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 8
앞서 기술한 원료들의 특성들을 감안하여 본 발명에서 목표로 하는 마찰 특성을 동시에 나타낼 수 있도록 하기 표 2 내지 표 4와 같이 마찰재 조성물(단위: 중량%)을 결정하였다.
[표 2]
Figure 112018010119319-pat00002
표 2는 구리섬유 대체 원료로서 황동섬유를 사용한 조성물로서, 환경규제에 준수하면서 황동섬유의 최적량을 파악하기 위하여 구성된 조성물이다.
[표 3]
Figure 112018010119319-pat00003
표 3은 표 2의 비교예 4 조성물의 제동력과 고온안정성 향상을 위하여 구성된 조성물로서, 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트(CaMoO4)의 최적량을 파악하기 위하여 구성된 조성물이다.
[표 4]
Figure 112018010119319-pat00004
표 4는 표 3의 비교예 6 조성물의 소음 개선을 위하여 구성된 조성물로서, PTFE의 최적량을 파악하기 위하여 구성된 조성물이다.
마찰재 제조
상기 표 2 내지 표 4의 마찰재 조성물의 마찰성능 시험평가를 진행하기 위하여 건식 성형 방법을 적용하여 다음과 같이 하였다. 우선 각 원료별로 계량된 함량을 혼합기에 투입하여 균일하게 분산, 혼합한 다음 상온에서 일정 하중 이상으로 가압하여 예비성형을 하고, 예비성형이 완료된 성형품을 금형 온도 140℃ 내지 160℃, 성형시간 5분 내지 10분, 400 ㎏f/㎠ 내지 600 ㎏f/㎠ 면압으로 열성형하였다. 이후 200℃ 내지 300℃ 온도에서 5시간 내지 10시간 동안 열처리 공정을 실시하였다. 이후의 공정은 필요에 따라 일반적인 브레이크 마찰재 제조공정인 연마, 스코칭, 도장 등의 공정을 통하여 제조하였다.
마찰성능에 대한 효과를 파악하기 위하여 표 2 내지 표 4로 구성된 마찰재 조성물의 비교예와 실시예 별로 브레이크 마찰재 시험편을 제조하여, 마찰재 일반 시험 평가 기준인 JASO C 406-P1 시험법(일본자동차기술협회가 개발) 기준으로 1/5 스케일 다이나모미터를 이용하여 시험평가를 진행하였다.
주요 시험 평가 항목으로는 속도, 감속도 등의 변화에 따른 마찰성능의 변화 정도를 파악하여 제동 안정성을 파악하는 효력시험, 마찰 온도가 상승할 경우 나타나는 제동력 저하 정도를 파악하는 페이드(Fade) 시험 등을 진행하였고, 마찰재의 수명을 예측하기 위하여 마이크로미터를 이용하여 시험 전후의 시험편의 마모 두께를 측정하였으며, FFT 분석기를 통하여 제동시 발생하는 소음과 진동을 측정하였다.
[표 5]
Figure 112018010119319-pat00005
표 5는 표 2의 마찰재 조성물에 대한 시험결과 요약을 나타낸 것이다.
표 5를 참조하면, 비교예 1은 구리섬유가 7중량% 내지 10중량% 함유된 마찰재로서, 황동섬유가 3중량% 내지 6중량% 함유된 비교예 4에 비해 내마모성은 약 31% 유리하나, 평균마찰계수 및 소음특성은 동등수준을 보였다.
비교예 2는 황동섬유가 7중량% 내지 10중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 4에 비해 내페이드성은 약 8.3%, 내마모성은 약 22% 유리하나, 평균제동력 및 소음특성은 동등수준을 보였다.
비교예 3은 황동섬유가 0중량% 내지 2중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 4에 비해 평균제동력은 약 5%, 내페이드성은 약 14% 불리하나, 내마모성은 65% 유리하였고 소음특성은 유리하였다.
비교예 4는 황동섬유가 3중량% 내지 6중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 1에 비해 내마모성은 불리하나, 평균마찰계수 및 내페이드성은 동등수준을 보였고, 비교예 2에 비해 내페이드성 및 내마모성은 불리하나, 비교예2은 환경규제 기준인 구리함량 5중량% 미만에 부적합한 함량을 가지고 있다. 또한 비교예 4는 비교예3보다 평균제동력, 내마모성 및 내페이드성은 유리하였다.
[표 6]
Figure 112018010119319-pat00006
표 6은 표 3의 마찰재 조성물에 대한 시험결과 요약을 나타낸 것이다.
표 6을 참조하면, 비교예 4는 ZrO2가 8중량% 내지 12중량%, 그리고 ZrSiO4가 3중량% 내지 8중량% 함유된 마찰재로서, ZrO2가 4중량% 내지 6중량%, ZrSiO4가 2중량% 내지 6중량%, 그리고 안정화지르코늄이 4중량% 내지 6중량% 함유된 비교예 6에 비해 평균제동력은 약 4%, 내페이드성은 약 6%, 내마모성은 약 6% 감소하였으나, 소음특성은 유리한 결과를 보였다.
비교예 5는 ZrSiO4가 1중량% 내지 4중량%, 그리고 안정화지르코늄이 8중량% 내지 12중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 6에 비해 평균제동력 및 내마모성은 동등수준을 보였으며, 내페이드성은 약 16% 증가하였으나, 소음특성에서 불리한 결과를 보였다.
비교예 6은 ZrO2가 4중량% 내지 6중량%, ZrSiO4가 2중량% 내지 6중량%, 그리고 안정화지르코늄이 4중량% 내지 6중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 4에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성은 유리하나 소음특성은 불리하며, 비교예 5에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성은 불리하나 소음특성은 유리한 결과를 보였다.
[표 7]
Figure 112018010119319-pat00007
표 7은 표 4의 마찰재 조성물에 대한 시험결과 요약을 나타낸 것이다.
표 7을 참조하면, 비교예 6은 PTFE가 0중량% 함유된 마찰재로서, PTFE가 2중량% 내지 3중량% 함유된 실시예 1에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성이 유리하나, 소음특성은 불리한 결과를 보였다.
비교예 7은 PTFE가 0중량% 내지 1중량% 함유된 마찰재로서, 실시예 1에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성은 동등수준을 보였으나, 소음특성은 불리한 결과를 보였다.
비교예 8은 PTFE가 4중량% 내지 5중량%가 함유된 마찰재로서, 실시예 1에 비해 소음특성은 유리한 결과를 보였으나, 평균제동력은 13%, 내페이드성은 14%, 그리고 내마모성은 48% 불리한 결과를 보였다.
실시예 1은 PTFE가 2중량% 내지 3중량% 함유된 마찰재로서, 비교예 6에 비해 평균제동력 및 내페이드성은 동등한 수준을 나타냈고, 내마모성은 불리한 결과를 보였으나, 소음특성은 유리한 결과를 보였고, 비교예 7에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성은 동등한 수준을 보이면서 소음특성은 개선된 결과를 보였으며, 비교예 8에 비해 평균제동력, 내페이드성 및 내마모성은 유리한 결과를 보이면서 소음특성은 동등수준의 결과를 보였다.
도 1 내지 도 3은 JASO C 406-P1 시험법에서 효력 구간의 데이터 중 100 ㎞/h의 속도에서 0.1G 내지 0.8G의 감속도로 제동한 데이터이다.
구체적으로, 도 1은 표 2의 조성물에 대한 데이터이며, 효력 구간에서의 평균마찰계수가 비교예 1은 0.409, 비교예 2는 0.407, 비교예 3은 0.392, 비교예 4는 0.395의 결과를 보였다. 이 결과 황동섬유로 대체한 조성물에서는 효력 구간에서의 평균마찰계수의 차이가 크지 않음을 알 수 있다.
도 2는 표 3의 조성물에 대한 데이터이며, 효력 구간에서의 평균마찰계수가 비교예 4는 0.395, 비교예 5는 0.424, 비교예 6은 0.438의 결과를 보였다. 이 결과 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트를 추가한 조성물에서는 효력 구간에서의 평균마찰계수가 약 10% 유리한 결과를 보였다.
도 3은 표 4의 조성물에 대한 데이터이며, 효력 구간에서의 평균마찰계수가 비교예 6은 0.438, 비교예 7은 0.414, 비교예 8은 0.340, 실시예 1은 0.412의 결과를 보였다. 이 결과 PTFE를 함량이 많을수록 평균마찰계수가 불리한 결과를 보였다.
도 4 내지 도 6은 JASO C 406-P1 시험법에서 첫 번째 페이드 제동력을 이용한 데이터이다.
구체적으로, 도 4는 표 2의 조성물에 대한 데이터이며, 첫 번째 페이드 최저 마찰계수가 비교예 1은 0.289, 비교예 2는 0.313, 비교예 3은 0.249, 비교예 4는 0.289의 결과를 보였다. 이 결과 황동섬유의 함량이 많을수록 최저 마찰계수는 높아지는 결과를 보였다.
도 5는 표 3의 조성물에 대한 데이터이며, 첫 번째 페이드 최저 마찰계수가 비교예 4는 0.289, 비교예 5는 0.357, 비교예 6은 0.309의 결과를 보였다. 이 결과 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트를 추가한 조성물에서는 첫 번째 페이드 최저 마찰계수가 유리한 결과를 보였다.
도 6은 표 4의 조성물에 대한 데이터이며, 첫 번째 페이드 최저 마찰계수가 비교예 6은 0.309, 비교예 7은 0.322, 비교예 8은 0.272, 실시예 1은 0.316의 결과를 보였다. 이 결과 PTFE의 함량이 많을수록 최저 마찰계수가 불리하나, 미량이 추가될 경우 그 효과가 크지 않음을 보였다.
도 7 내지 도 9는 JASO C 406-P1 시험법으로 시험 후 마이크로미터를 이용하여 마모량을 측정한 데이터이다.
구체적으로, 도 7은 표 2의 조성물에 대한 마모량 데이터이며, 비교예 1은 0.314, 비교예 2은 0.356, 비교예 3은 0.743, 비교예 4는 0.455의 결과를 보였다. 이 결과 황동섬유의 함량이 많을수록 내마모성이 우수한 결과를 보였다.
도 8은 표 3의 조성물에 대한 마모량 데이터이며, 비교예 4는 0.455, 비교예 5는 0.414, 비교예 6은 0.429의 결과를 보였다. 이 결과 안정화지르코늄 및 칼슘몰리브데이트 추가에 따른 마모량의 차이는 거의 없음을 알 수 있었다.
도 9는 표 4의 조성물에 대한 마모량 데이터이며, 비교예 6은 0.429, 비교예 7은 0.437, 비교예 8은 0.718, 실시예 1은 0.486의 결과를 보였다. 이 결과 PTFE의 함량이 많을수록 내마모성이 불리한 결과를 보였다.
도 10 내지 도 12는 JASO C 406-P1 시험법으로 시험 중 시험기에 연결된 FFT 분석기를 이용하여 소음 및 진동을 측정한 데이터이다.
구체적으로, 도 10은 표 2의 조성물에 대한 소음 및 진동 측정 결과이며, 비교예 1은 3회, 비교예 2는 2회 비교예 3은 1회, 비교예 4는 2회 측정되었다. 이 결과 황동섬유 대체에 따른 소음은 동등수준의 결과를 보였다.
도 11은 표 3의 조성물에 대한 소음 및 진동 측정 결과이며, 비교예 4는 2회, 비교예 5는 7회, 비교예 6은 3회 측정되었다. 이 결과 안정화지르코늄 칼슘몰리브데이트 함량이 많을수록 소음에 불리한 결과를 보였다.
도 12는 표 4의 조성물에 대한 소음 및 진동 측정 결과이며, 비교예 6은 3회, 비교예 7은 2회, 비교예 8은 0회, 실시예 1은 0회 측정되었다. 이 결과 PTFE 함량이 많을수록 소음특성에 유리한 결과를 보였다.
도 13 및 도 14는 정, 동 마찰계수 시험결과이며, 1/5 스케일 다이나모미터를 이용하여 0.01 rpm 및 30 ㎏f/㎠의 조건으로 시험한 데이터이다.
구체적으로, 도 13은 표 4의 PTFE가 0중량% 함유된 비교예 6의 조성물에 대한 결과이며, 도면 14는 표 4의 PTFE가 2중량% 내지 3중량% 함유된 실시예 1의 조성물에 대한 결과이다. 이 결과 실시예 1이 비교예 6에 비해 평균 마찰계수가 낮고, 최대값-최소값의 차이도 크지 않음을 보였다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 전체 조성물에 대하여, 황동섬유 3중량% 내지 6중량%, 안정화지르코늄 5중량% 내지 10중량%, 칼슘몰리브데이트 2중량% 내지 4중량% 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 2중량% 내지 3중량%를 포함하는 브레이크 마찰재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    보강제로서 아라미드 섬유, 미네랄섬유, 티탄산칼륨 및 스틸섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    연마제로서 ZrO2 및 ZrSiO4로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    충진제로서 Ca(OH)2 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안정화지르코늄은 1㎛ 내지 150㎛의 평균입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 1㎛ 내지 6㎛의 평균입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 329℃의 용융점을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
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