KR102193788B1 - 브레이크 마찰재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 마찰재 조성물을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하천이나 만의 생태계에 영향을 주어 규제중인 구리 및 폐암, 피부질환 등을 유발하여 발암성 물질로 규정되어 있고 향후 마찰재의 사용이 규제될 가능성이 있는 삼산화안티몬을 배제하면서 고온 내마모성 및 고온 제동 안정성을 확보한 브레이크 마찰재 조성물을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하천이나 만의 생태계에 영향을 주어 규제중인 구리 및 폐암, 피부질환등을 유발하여 발암성 물질로 규정되어 있고 향후 마찰재의 사용이 규제될 가능성이 있는 삼산화안티몬을 배제하면서 고온 내마모성 및 고온 제동 안정성을 확보한 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다.
브레이크는 달리고 있는 자동차의 운동에너지를 열에너지로 바꾸어, 그 열을 방출하는 것으로써, 자동차를 감속 또는 정지시킨다.
어떠한 제동 조건에서도 충분한 제동력을 발휘하고 제동력이 안정되어 있는 것이 브레이크에 필요한 기본적인 성능이다.
또한 충분한 강도를 가지고 있어야 하고, 반복 사용에 견딜 수 있도록 내구성이 확보되어야 하며, 사용 환경 조건에 적합하여야 한다.
제동력 이외에도 페달 필링이 좋고, 소음과 진동이 나오지 않는 것도 중요하다.
마찰력으로 감속 또는 정지하기 위하여 제동하는 자동차용 브레이크에 있어서 마찰재는 자동차의 안전상 중요한 역할을 담당한다.
브레이크 패드나 브레이크 라이닝은 10 내지 20종류의 원재료를 배합해 만들어지며, 요구되는 조건과 성능에 따라 원재료의 구성 및 함량을 결정하는 것은 높은 기술수준 및 경험을 요구하는 핵심 기술이다.
배합하는 원재료는 각각의 역할로 구분하면 결합제, 보강제, 마찰 조정제 등으로 나눌 수 있다.
결합제는 원재료를 굳게 해서 강도를 확보하는 역할을 하며, 주로 페놀수지가 이용되고 있다.
보강제는 마찰재의 강도를 확보하는 역할을 하며, 주로 아라미드섬유와 금속 섬유 등 각종 유기 및 무기 섬유가 사용된다.
마찰 조정제는 마찰 효과의 정도를 조정하는 역할을 하며 윤활제, 충진제, 연마제등 다양한 원재료가 필요에 따라 사용된다.
이러한 브레이크에 있어서, 최근에는 브레이크 패드와 디스크 또는 브레이크 라이닝과 드럼의 마찰에 의해 발생되는 마모분을 저감하여 환경오염을 줄이는 것과, 마찰재에 사용되는 원재료 중에서 인체 및 환경에 유해한 원재료 사용을 금지하는 법안들이 제정되고 있다.
종래에 구리는 마찰재의 내마모성을 향상시키고, 디스크 공격성과 휠의 오염을 저하시키면서 고온에서 제동력이 저하되는 페이드 특성을 개선하는 역할을 수행하면서 동시에 소음과 진동을 축소하는 장점이 있기 때문에, 구리는 대부분의 마찰재에 사용되었다.
하지만 브레이크 마찰재는 사용함으로써 마모분이 발생하게 되며, 북미에서는 브레이크의 마모분에 의한 하천이나 만의 생태계에 영향을 주는 것을 염려하여 환경 부하물질 규제가 강화되고 있다.
예를 들면 미국 워싱턴주와 캘리포니아 주에서는 브레이크 마찰재에서 배출되는 화학물질이 하천이나 만의 생태계에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 자동차 브레이크 마찰재에 함유된 화학물질을 규제하고 있으며, 향후에도 지속적으로 규제가 강화될 것으로 예측되고 있다.
2021년부터 구리의 규제가 시작되어 2025년 이후 구리 함유량을 0.5%이상의 마찰재에 대해서는 판매가 금지될 예정이다.
또한, 종래의 마찰재에 주로 사용되어 온 안티몬은 주기율표 제 15족에 속하는 원소로 열전도율과 전기전도율은 작고 상당히 비금속적이며 용융상태에서 고체화할 때는 약간 팽창하는 특성을 갖는다.
상온에서는 공기 중에서 안정적이고 강력한 열을 가하면서 불타서 산화물이 된다. 안티몬의 산화물 중 대표적인 물질로는 삼산화안티몬(Sb2O3)이 있으며 노출되는 근로자의 직업병 사례는 원료 배합공정의 피부질환등으로 이에 각종 업종의 계량 및 배합공정등의 고위험 업종과 공정을 중심으로 근로자의 노출을 최소하 하여야 한다.
이러한 삼산화안티몬도 마찰재에서 결합제로 사용되는 수지의 난연성을 높여 고온에서의 마모를 억제하고 제동력을 유지시켜주기 때문에 마찰재에서 사용되어 왔다.
그러나, 산업안전보건법 상 발암성 물질로 규정되어 있으며, 폐암, 피부질환등을 유발할 수 있다고 보고되고 있어, 향후 규제 대상이 될 가능성이 높기 때문에 삼산화안티몬의 사용을 배제하고 대체 소재를 적용한 마찰재의 개발이 반드시 필요한 상황이다.
또한 자동차는 제동 시에 디스크와 브레이크 패드 구성 물질에 의해 마모분이 발생하며, 이러한 마모분은 마찰재를 이루고 있는 구리와 삼산화안티몬 등의 인체 유해 물질들도 포함되어 있어 환경 및 인체에 유해할 수 있으며, 마모분이 10 ㎛ 정도의 미세먼지와 2.5 ㎛ 정도의 초미세먼지로 형태로 도로에 비산되고, 이는 결국에는 토양, 물, 수중생태, 대기 등의 환경적인 오염을 유발하고 있다.
본 발명은 이러한 구리와 삼산화안티몬을 배제하면서 고온 내마모성 및 고온에서의 제동 안정성을 향상시킨 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 구리 및 삼산화안티몬을 배제하면서, 고온 내마모성 및 고온 제동 안정성을 확보한 브레이크 마찰재 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은, 보강재, 결합제, 윤활제, 연마제 및 충진제를 포함하고, 상기 보강재는 5 중량% 내지 30 중량%를 포함하며, 상기 결합제는 2 중량% 내지 20 중량%를 포함하고, 상기 윤활제는 5 중량% 내지 30 중량%를 포함하며, 상기 연마제는 10 중량% 내지 50 중량%를 포함하고, 상기 충진제는 3 중량% 내지 30 중량%를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 상기 보강재는 스틸 섬유 2 중량% 내지 7 중량% 및 주철 파우더 5 중량% 내지 10 중량%를 포함하고, 상기 결합제는 페놀수지 4 중량% 내지 8 중량%를 포함하며, 상기 윤활제는 황화주석 2 중량% 내지 6 중량% 및 인조흑연 5 중량% 내지 12 중량%를 포함하고, 상기 연마제는 산화흑철 5 중량% 내지 12 중량%, 산화마그네슘 1 중량% 내지 4 중량%, 산화지르코늄 10 중량% 내지 20 중량% 및 지르콘실리케이트 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하며, 상기 충진제는 코크스 2 중량% 내지 6 중량%, 고무더스트 1 중량% 내지 4 중량% 및 수산화마그네슘 2 중량% 내지 5 중량%를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 상기 수산화마그네슘은 평균입자크기(d50)가 3.2 ㎛ 내지 3.8 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 상기 스틸 섬유는 800 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 비산화 분위기로 10 내지 30분간 열처리 된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 상기 주철 파우더는 탄소 3.2 중량% 내지 3.8 중량%, 실리콘 1.4 중량% 내지 2.2 중량%, 망간 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 인 0 중량% 내지 0.5 중량% 및 황 0 중량% 내지 0.1 중량%의 구성비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 브레이크 마찰재의 핵심 조성물인 구리와 삼산화안티몬을 배제하면서도 브레이크 마찰재에 필요한 기본적인 요구 성능을 충족하면서 고온 내마모성과 고온 제동안정성을 확보한 브레이크 마찰재 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 브레이크 마찰재의 핵심 조성물인 구리와 삼산화안티몬을 배제하면서도 속도, 감속도등의 변화에 따른 마찰성능의 변화 정도를 파악하여 제동 안정성을 파악하는 효력시험, 마찰 온도가 상승할 경우 나타나는 제동력 저하정도를 파악하는 페이드(Fade)와 리커버리(Recovery)시험, 제동시 발생하는 소음의 크기를 측정하는 소음 측정 시험 등에서 브레이크 마찰재로서 기준을 초과하는 최적의 마찰 성능을 발휘 할 수 있는 브레이크 마찰재 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 제2효력 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 제1 페이드&리커버리 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 마모량을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 소음 측정값을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 제1 페이드&리커버리 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 마모량을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 소음 측정값을 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 및 표를 참조하여 상세하게 설명한다.
브레이크 마찰재는 일반적으로 10~20종 이상의 원료로 구성되는 복합재료로써 하기 표 1과 같이 결합제, 보강제, 연마제, 윤활제, 충진제 등으로 구분된다.
[표 1]
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 보강재, 결합제, 윤활제, 연마제 및 충진제를 포함한다.
상기 보강재는 스틸 섬유 및 주철 파우더를 포함한다.
상기 스틸 섬유는 2 중량% 내지 7 중량%를 포함하며, 상기 주철 파우더는 5 중량% 내지 10 중량%를 포함한다.
상기 결합제는 페놀수지를 포함한다.
상기 페놀수지는 4 중량% 내지 8 중량%를 포함한다.
상기 윤활제는 황화주석 및 인조흑연을 포함한다.
상기 황화주석은 2 중량% 내지 6 중량%를 포함하며, 상기 인조흑연은 5 중량% 내지 12 중량%를 포함한다.
상기 연마제는 산화흑철, 산화마그네슘, 산화지르코늄 및 지르콘실리케이트를 포함한다.
상기 산화흑철은 5 중량% 내지 12 중량%를 포함하고, 상기 산화마그네슘은 1 중량% 내지 4 중량%를 포함하며, 상기 산화지르코늄은 10 중량% 내지 20 중량%를 포함하고, 상기 지르콘실리케이트는 2 중량% 내지 5 중량%를 포함한다.
상기 충진제는 코크스, 고무더스트 및 수산화마그네슘을 포함한다.
상기 코크스는 2 중량% 내지 6 중량%를 포함하고, 상기 고무더스트는 1 중량% 내지 4 중량%를 포함하며, 상기 수산화마그네슘은 2 중량% 내지 5 중량% 를 포함한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래 브레이크 마찰재의 핵심 조성물이지만, 환경 오염 및 인체에 해가 될 수 있는 구리와 삼산화안티몬을 배제한 조성을 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 상기 구리와 삼산화안티몬을 배제하면서도 속도, 감속도등의 변화에 따른 마찰성능의 변화 정도를 파악하여 제동 안정성을 파악하는 효력시험, 마찰 온도가 상승할 경우 나타나는 제동력 저하정도를 파악하는 페이드(Fade)와 리커버리(Recovery)시험, 제동시 발생하는 소음의 크기를 측정하는 소음 측정 시험 등에서 브레이크 마찰재 조성물로서의 특성이 상기 구리와 삼산화안티몬을 포함한 브레이크 마찰재 조성물과 동일한 수준으로 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 보강재로서의 스틸 섬유는 2mm 내지 6mm의 단섬유로서, 탄소 0.15 중량% 이하, 규소 0.2 중량% 이하, 망간 1.1 중량% 이하, 황 0.03 중량% 이하, 인 0.03 중량% 이하로 함유할 수 있다.
상기 스틸 섬유가 2mm 보다 짧을 경우 마찰재의 강도와 안정성 증가의 목적으로 사용되는 보강제로서의 역할을 충분히 수행하지 못한다.
반대로 상기 스틸 섬유가 6mm 이상의 긴 길이를 가질 경우에는 보강제로서의 역할은 가능 하나, 소음 발생 및 상대재인 디스크 공격성 등의 문제점이 나타난다.
뿐만 아니라 스틸 섬유의 성분함량이 탄소 0.15 중량% 초과, 실리콘 0.2 중량% 초과, 망간 1.1 중량% 초과, 황 0.03 중량% 초과, 인 0.03 중량% 초과할 경우 스틸 섬유의 경도가 너무 높아져, 소음이 발생되거나 디스크를 공격하게 되고, 휠의 오염을 증가시키므로 마찰재의 조성물로서 사용할 수 없게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 보강재로서의 스틸 섬유는 800 ℃ 내지, 1000 ℃의 비산화 분위기 열처리로에서 10분 내지 30분간 열처리를 실시하고, 경도를 저하시켜서 사용할 수 있다.
상기 스틸 섬유를 800 ℃ 내지, 1000 ℃의 비산화 분위기 열처리로에서 10분 내지 30분간 열처리를 실시한 것은, 소음발생이 원인이 되는 스틸 섬유를 고온에서 열처리하여 스틸 섬유 자체의 경도를 저하시키는 연화의 목적 때문이다.
상기 스틸 섬유를 800 ℃ 미만의 저온의 온도에서 10분 미만으로 단시간에 열처리할 경우, 상기 스틸 섬유의 경도가 일부 저하는 되나 연화의 정도가 낮아 이러한 스틸 섬유를 마찰재 조성물로 사용하였을 경우 소음 개선 효과가 미비하다.
또한 상기 스틸 섬유를 1000 ℃ 초과의 고온의 온도에서 30분 초과 장시간으로 열처리할 경우, 상기 스틸 섬유의 경도가 오히려 증가하게 되고, 이렇게 열처리한 스틸 섬유를 마찰재 조성물로 사용하였을 경우도 소음 개선의 효과가 나타나지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 보강재로서의 주철 파우더는 탄소 3.2 중량% 내지 3.8 중량%, 실리콘 1.4 중량% 내지 2.2 중량%, 망간 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 인 0 중량% 내지 0.5 중량% 및 황 0 중량% 내지 0.1 중량%의 구성비를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물에서, 충진제로서의 수산화마그네슘은 2 중량% 내지 5 중량%가 포함되고, 평균입자크기(d50)가 3.2 ㎛ 내지 3.8 ㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 평균입자크기(d50)가 3.2 ㎛ 미만인 경우에는 브레이크 마찰재 내부의 기공률이 감소하여 소음이 증가되는 문제가 있다.
또한, 상기 평균입자크기(d50)가 3.8 ㎛를 초과하는 경우에는 브레이크 마찰재 내부의 기공률이 증가하여 소음에는 유리하나, 브레이크 마찰재의 강도가 저하되고, 수산화마그네슘이 수지의 열분해 온도를 높여 내열성을 확보하는 능력이 저하되므로 상기 브레이크 마찰재의 마모량이 증가되는 문제가 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물 중 보강제 조성물은 구리를 배제하고 스틸 섬유 및 주철 파우더로 구성되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마찰재 조성물 중 충진제 조성물은 삼산화안티몬을 배제하고 수산화마그네슘으로 구성된 것을 확인할 수 있다.
구리 및 삼산화안티몬을 배제한 본 발명의 실시예 및 비교예와, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 특성에 관한 시험평가는 후술할 표 및 도면을 통하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
[
실시예
1]
[실시예 1]에 따른 브레이크 마찰재 조성물은 보강재, 결합제, 윤활제, 연마제 및 충진제를 포함한다.
브레이크 마찰재 조성물 중 보강제로서, 아라미드 섬유 3 중량%, 무기계 섬유 15 증량%, 미네랄 섬유 7 중량%, 스틸 섬유 5 중량% 및 주철 파우더 7 중량%를 포함한다.
브레이크 마찰재 조성물 중 결합제로서, 페놀수지 6 중량%를 포함한다.
브레이크 마찰재 조성물 중 윤활제로서, 황화주석 4 중량% 및 인조흑연 8 중량%를 포함한다.
브레이크 마찰재 조성물 중 연마제로서, 산화흑철 8 중량%, 산화마그네슘 3 중량%, 산화지르코늄 15 중량%, 지르콘실리케이트 3 중량%를 포함한다.
브레이크 마찰재 조성물 중 충진제로서, 코크스 4 중량%, 고무 더스트 2 중량%, 수산화마그네슘 4 중량%를 포함한다.
상기의 조성물 원료들을 각 원료별로 함량에 맞게 계량한 후 혼합기에 투입하여 균일하게 분산 및 혼합을 실시하였다.
혼합된 원료를 상온에서 300 kgf/㎠의 하중을 주어 예비성형을 실시한 후 150 ℃ 온도의 금형을 활용하여 10분의 성형시간과 500 kgf/㎠ 면압으로 열성형을 하였다.
이후 200 ℃ 온도에서 최소 5시간동안 공기중에서 열처리하여 시험 대상 제품을 제조하였다.
이후의 제조공정은 필요에 따라 일반적인 브레이크 마찰재 제조공정인 연마, 스코칭, 도장등의 공정을 통하여 제조하였다.
[
비교예
1]
[비교예 1]은 수산화마그네슘이 포함되지 않고, 삼산화안티몬이 4 중량% 포함되어 있는 것 외에는 상기 [실시예 1]과 동일한 조성 및 제조 방법을 갖는다.
[
비교예
2]
[비교예 2]는 수산화마그네슘이 1 중량% 포함된 것 외에는 상기 [실시예 1]과 동일한 조성 및 제조 방법을 갖는다.
[
비교예
3]
[비교예 3]은 수산화마그네슘이 6 중량% 포함된 것 외에는 상기 [실시예 1]과 동일한 조성 및 제조 방법을 갖는다.
전술한 실시예 1 및 비교예 1 내지 3을 표로 나타내면 하기의 표 2와 같다.
[표 2]
(단위: 중량%)
이하, 표 3 및 4와, 도 1 내지 4의 설명을 통하여, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 특성을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 3의 마찰 성능 시험평가를 진행하기 위하여, 일반적인 브레이크 마찰재 시험평가법인 하기 표 3의 JASO(Japan Automotive Standards Organization) C 406-P1 시험법을 기준으로 1/5 스케일 다이나모미터를 이용하여 시험평가를 진행하였다.
[표 3]
주요 시험 평가 항목으로는 속도, 감속도등의 변화에 따른 마찰성능의 변화 정도를 파악하여 제동 안정성을 파악하는 효력시험, 마찰 온도가 상승할 경우 나타나는 제동력 저하정도를 파악하는 페이드(Fade)와 리커버리(Recovery) 시험 등을 진행하였다.
마찰재의 수명을 예측하기 위하여 시험 전후의 시험편의 마모 두께를 측정하였으며, JASO C 406-P1 시험법 전 단계를 진행하는 동안에 소음 발생 여부를 평가하기 위하여 1/5 스케일 다이나모미터에 부착된 마이크로폰과 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)분석 장비를 활용하여 제동 시 발생하는 주파수와 소음의 크기를 측정하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 제2효력 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, JASO C 406-P1 시험법에서 제2효력 시험 구간의 50 km/h, 100 km/h, 130 km/h의 속도에서 감속도 0.1 g부터 0.8 g까지 0.1 g간격으로 제동할 때의 마찰계수를 타나낸 것이다.
실시예 1이 비교예 1 내지 비교예 3 대비하여 속도와 감속도의 변화에 따라 마찰계수의 변화가 적으며 안정적인 마찰 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 제1 페이드&리커버리 시험 결과를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, JASO C 406-P1 시험법에서 제1 페이드&리커버리 시험 구간의 마찰계수 변화를 나타낸 것이며 페이드 시 최저마찰계수가 실시예 1은 0.327, 비교예 1은 0.359, 비교예 2는 0.302, 비교예 3은 0.249의 결과를 보였다.
이를 참조하면, 인체 유해 물질인 삼산화안티몬을 배제한 본 발명의 실시예 1의 페이드&리커버리 시험 구간의 마찰계수 변화가 삼산화안티몬을 포함하고 있는 비교예 1과 유사한 수준인 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 마모량을 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 마모량 특성 또한 인체 유해 물질인 삼산화안티몬을 배제한 본 발명의 실시예 1과, 삼산화안티몬을 포함하고 있는 비교예 1이 유사한 마모량을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 소음 측정값을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 브레이크 마찰재 조성물의 소음 특성이 비교예 1 내지 비교예 3의 브레이크 마찰재 조성물 대비 우수한 것을 확인할 수 있다.
전술한 도 1 및 도 4에서 설명한 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 브레이크 마찰재 조성물에 대한 시험 평가 결과를 표로 정리하면, 하기의 표 4와 같다.
[표 4]
상기의 표 4를 살펴보면, 비교예 1은 실시예 1에 비해 수치상으로 일부 나은 특성을 보이는 항목이 있으나, 삼산화안티몬이 폐암, 피부질환등을 유발하여 발암성 물질로 규정되어 향후 마찰재 사용이 금지될 가능성이 있어, 삼산화안티몬을 배제할 필요성이 있다.
비교예 2는 삼산화안티몬의 대체재로 수산화마그네슘이 1중량 % 함유된 마찰재로서, 실시예 1에 비해 평균마찰계수가 약 3.7% 낮고, 페이드 시 최저마찰계수가 약 7.6% 낮으며, 마모량이 16.2% 증가하는 단점이 있으며, 소음이 2회 발생하였다.
이는 실시예 1에 비해 수산화마그네슘의 함량이 부족하여 결합제로 사용되는 수지의 열분해 온도를 높여 연소 지연으로 인한 수지 내열성 확보하는 성능이 부족하여 결론적으로 페이드 시 최저마찰계수가 낮고 마모량이 증가하는 것으로 판단된다.
비교예 3은 삼산화안티몬의 대체재로 수산화마그네슘이 6 중량% 함유된 마찰재로서 실시예 1에 비해 평균마찰계수가 약 4.7% 낮으나, 페이드 시 최저마찰계수는 약 3% 높고, 마모량이 약 1.6% 감소하는 장점이 있지만, 소음이 5회 발생하는 단점이 있다.
이는 실시예 1에 비해 수산화마그네슘의 함량이 많아 수지의 열분해 온도를 높이고 내열성을 확보하는 능력이 우수하지만 수지의 흐름성 증대와 마찰재 강도 상승 때문에 마모량과 페이드 시 최저마찰계수에는 유리하지만 소음에는 불리한 것으로 판단된다.
결론적으로 실시예 1과 같이 보강제로서 하천이나 만의 수중 생태계에 영향을 주어 환경 부하 물질로 규제가 되고 있는 구리를 포함하지 않고, 충진제로서 폐암, 피부질환등을 유발하여 발암성 물질로 규정되어 있는 삼산화안티몬의 대체재로 수산화마그네슘을 사용하고, 이 수산화마그네슘이 2~5 중량% 함유된 마찰재 조성물이 평균마찰계수, 페이드 시 최저마찰계수, 소음등 브레이크 마찰재의 요구 성능을 종합적으로 고려하면 최적의 마찰 성능을 발휘 할 수 있는 조성물로의 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
Claims (5)
- 브레이크 마찰재 조성물에 있어서,
상기 브레이크 마찰재 조성물은 보강재, 결합제, 윤활제, 연마제 및 충진제를 포함하고,
상기 보강재는 5 중량% 내지 30 중량%를 포함하며,
상기 결합제는 2 중량% 내지 20 중량%를 포함하고,
상기 윤활제는 5 중량% 내지 30 중량%를 포함하며,
상기 연마제는 10 중량% 내지 50 중량%를 포함하고,
상기 충진제는 3 중량% 내지 30 중량%를 포함하고,
상기 보강재는 스틸 섬유 2 중량% 내지 7 중량% 및 주철 파우더 5 중량% 내지 10 중량%를 포함하고,
상기 결합제는 페놀수지 4 중량% 내지 8 중량%를 포함하며,
상기 윤활제는 황화주석 2 중량% 내지 6 중량% 및 인조흑연 5 중량% 내지 12 중량%를 포함하고,
상기 연마제는 산화흑철 5 중량% 내지 12 중량%, 산화마그네슘 1 중량% 내지 4 중량%, 산화지르코늄 10 중량% 내지 20 중량% 및 지르콘실리케이트 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하며,
상기 충진제는 코크스 2 중량% 내지 6 중량%, 고무더스트 1 중량% 내지 4 중량% 및 수산화마그네슘 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 수산화마그네슘은 평균입자크기(d50)가 3.2 ㎛ 내지 3.8 ㎛인 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 스틸 섬유는 800 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 비산화 분위기로 10분 내지 30분간 열처리 된 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 주철 파우더는 탄소 3.2 중량% 내지 3.8 중량%, 실리콘 1.4 중량% 내지 2.2 중량%, 망간 0.4 중량% 내지 0.6 중량%, 인 0 중량% 내지 0.5 중량% 및 황 0 중량% 내지 0.1 중량%의 구성비를 갖는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
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