KR102237886B1

KR102237886B1 - 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재

Info

Publication number: KR102237886B1
Application number: KR1020197020520A
Authority: KR
Inventors: 쇼고 가마다; 가즈히로 타다; 에미코 다이몬; 도시아키 야기
Original assignee: 오츠카 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2021-04-07
Also published as: KR20190122651A; CN110300787B; JPWO2018164028A1; US20200002184A1; EP3594309A4; WO2018164028A1; EP3594309A1; CN110300787A; US10843933B2; JP6403243B1

Abstract

구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰 계수나 내마모성을 향상시키고, 압축 변형율을 작게 할 수 있으며, 가열 성형 시의 수율을 개선할 수 있는 마찰재 조성물을 제공한다. 비섬유상의 티타늄산염 화합물 입자로 구성되는 티타늄산염 화합물 분말과, 황산바륨 분말과, 열경화성 수지를 함유하는 마찰재 조성물에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이고, 상기 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 있어서 구리 성분의 함유량이 구리 원소로서 0.5질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.

Description

마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재

본 발명은, 티타늄산염 화합물 분말을 포함하는 마찰재 조성물, 그리고 해당 마찰재 조성물을 사용한 마찰재 및 마찰 부재에 관한 것이다.

각종 차량, 산업 기계 등의 제동 장치를 구성하는 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 클러치 페이싱 등의 마찰 부재에 있어서는, 마찰 계수가 높아 안정되고, 내페이드성이 우수한 것, 내마모성이 우수한 것, 로터(상대재) 공격성이 낮은 것이 요구되고 있다.

이들 특성을 만족시키기 위해서, 섬유상의 티타늄산칼륨 입자, 무기 충전재, 유기 충전재 등과, 이들을 결합하는 페놀 수지 등의 열경화성 수지(결합재)를 함유하는 수지 조성물로부터 형성된 마찰재를 구비하는 마찰 부재가 사용되어 왔다. 섬유상의 티타늄산칼륨 입자는, 로터(상대재)를 흠집내지 않고, 마찰 특성도 우수하지만, 평균 섬유 직경이 0.1㎛ 내지 0.5㎛이며, 평균 섬유 길이가 10㎛ 내지 20㎛인 것이 많고, 세계 보건 기구(WHO)에서 정해진 WHO 파이버(장경이 5㎛ 이상, 단경이 3㎛ 이하, 및 애스펙트비가 3 이상인 섬유상 입자)를 함유하고 있다. 그 때문에, 대체품으로서, 안전 위생 상의 우려를 회피하면서, 마찰재로서의 요구 특성을 달성할 수 있는, 비섬유상(판상, 복수의 볼록부를 갖는 형상 등)의 티타늄산염 화합물 입자가 제안되어, 사용되고 있다. 또한, 티타늄산염 화합물 입자로 구성되는 분말에 있어서의 황산 이온의 함유량이 많아지면, 마찰재에 녹이 발생하기 쉬워지는 점에서, 황산 이온의 함유량이 적은 티타늄산염 화합물 분말이 요구되어, 사용되고 있다(특허문헌 1).

마찰재에 사용하는 수지 조성물에는, 내마모성의 향상을 위해 추가로 구리 섬유나 구리 분말도 배합되고 있다. 이것은, 마찰재와 로터(상대재)의 마찰 시에, 구리의 전연성에 의해 로터 표면에 응착 피막이 형성되고, 이 응착 피막이 보호막으로서 작용함으로써, 고온에서의 높은 마찰 계수를 유지할 수 있는 것으로 여겨지고 있다. 그러나, 구리를 함유하는 마찰재는, 제동 시에 생성하는 마모분에 구리를 포함하고, 하천, 호수, 해양 오염 등의 원인이 될 가능성이 시사되고 있는 점에서, 북미에 있어서 구리의 사용량이 규제되게 되었다. 그래서, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리의 함유량을 적게 하기 위해서, 티타늄산리튬칼륨과 흑연을 함유하는 마찰재 조성물(특허문헌 2), 2종 이상의 티타늄산염 화합물과 세라믹 섬유를 함유하는 마찰재 조성물(특허문헌 3), 터널상 결정 구조의 티타늄산염 화합물과 층상 결정 구조의 티타늄산염 화합물을 함유하는 마찰재 조성물(특허문헌 4), 복수의 볼록부를 갖는 티타늄산염 화합물과 생체 용해성 무기 섬유를 함유하는 마찰재 조성물(특허문헌 5)이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2016-145274호 공보 국제 공개 제2012/066968호 팸플릿 일본 특허 공개 제2015-59143호 공보 일본 특허 공개 제2015-147913호 공보 일본 특허 공개 제2013-76058호 공보

특허문헌 2 내지 5의 마찰재 조성물과 같이, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량이 적으면, 압축 변형율이 크고, 가열 성형 시의 수율이 나빠진다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰 계수나 내마모성을 향상시키고, 압축 변형율을 작게 할 수 있으며, 가열 성형 시의 수율을 개선할 수 있는 마찰재 조성물 및 해당 마찰재 조성물을 사용한 마찰 부재를 제공하는 데 있다.

본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서, 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율을 일정 이하로 하고, 특정 형상의 티타늄산염 화합물 입자 및 특정 입자 직경의 황산바륨 입자(분말)를 함유하는 마찰재 조성물을 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하의 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재를 제공한다.

항 1 비섬유상의 티타늄산염 화합물 입자로 구성되는 티타늄산염 화합물 분말과, 황산바륨 분말과, 열경화성 수지를 함유하는 마찰재 조성물에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이고, 상기 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 있어서 구리 성분의 함유량이 구리 원소로서 0.5질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.

항 2 상기 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 90％ 입자 직경(D₉₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛인 것을 특징으로 하는, 항 1에 기재된 마찰재 조성물.

항 3 상기 티타늄산염 화합물 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 1.0㎛ 내지 150.0㎛인 것을 특징으로 하는, 항 1 또는 2에 기재된 마찰재 조성물.

항 4 상기 티타늄산염 화합물 분말이 A₂Ti_nO_(2n+1)[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, n은 4 내지 11의 수], A_(2+y)Ti_(6-x)M_xO_{(13+y/2-(4-z)x/2)}[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, z는 원소 M의 가수로 1 내지 3의 정수, 0.05≤x≤0.5, 0≤y≤(4-z)x], A_xM_yTi_(2-y)O₄[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, x는 0.5 내지 1.0, y는 0.25 내지 1.0의 수], A_0.5~ _0.7Li₀ _. ₂₇Ti₁ _. ₇₃O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.2~ _0.7Mg₀ _. ₄₀Ti₁ _. ₆O₃ _.7~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.5~ _0.7Li_(0.27-x)M_yTi_(1.73-z)O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상(단, 2종 이상의 경우에는 다른 가수의 이온 조합을 제외함), x와 z는, M이 2가 금속일 때, x=2y/3, z=y/3, M이 3가 금속일 때, x=y/3, z=2y/3, y는 0.004≤y≤0.4]로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물의 분말인 것을 특징으로 하는, 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물.

항 5 상기 티타늄산염 화합물 분말의 황산 이온 용출율이 0.2질량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물.

항 6 상기 황산바륨 분말의 함유량이, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 1질량％ 내지 50질량％인 것을 특징으로 하는, 항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물.

항 7 상기 티타늄산염 화합물 분말의 함유량이, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 1질량％ 내지 40질량％인 것을 특징으로 하는, 항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물.

항 8 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물의 성형체인 것을 특징으로 하는 마찰재.

항 9 항 8에 기재된 마찰재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 부재.

본 발명의 마찰재 조성물은, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰 계수나 내마모성을 향상시키고, 압축 변형율을 작게 할 수 있으며, 가열 성형 시의 수율을 개선할 수 있다.

본 발명의 마찰재 및 마찰 부재는, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰 계수가 높고, 내마모성이 우수하고, 게다가 압축 변형율이 작으며, 가열 성형 시의 수율이 우수하다.

이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 일례에 대하여 설명한다. 단, 하기 실시 형태는 단순한 예시이다. 본 발명은 하기 실시 형태에 전혀 한정되지 않는다.

<마찰재 조성물>

본 발명의 마찰재 조성물은, 비섬유상의 티타늄산염 화합물 입자로 구성되는 티타늄산염 화합물 분말과, 황산바륨 분말과, 열경화성 수지를 함유하는 마찰재 조성물에 있어서, 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이고, 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며, 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 있어서 구리 성분의 함유량이 구리 원소로서 0.5질량％ 이하인 것을 특징으로 하고, 필요에 따라서 기타 재료를 더 함유할 수 있다.

마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 있어서 구리 성분의 함유량을 구리 원소로서 0.5질량％ 이하, 바람직하게는 구리 성분을 함유하지 않음으로써, 종래의 마찰재와 비교하여 환경 부하가 적은 것으로 할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 「구리 성분을 함유하지 않는다」는 것은, 구리 섬유, 구리 분말, 그리고 구리를 포함한 합금(놋쇠 또는 청동 등) 및 화합물 중 어느 것도, 마찰재 조성물의 원재료로서 배합하지 않는 것을 말한다.

(티타늄산염 화합물 분말)

본 발명에 사용하는 티타늄산염 화합물 분말은, 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이면 되고, 바람직하게는 0.01질량％ 내지 15.0질량％이며, 보다 바람직하게는 0.05질량％ 내지 10.0질량％이며, 더욱 바람직하게는 0.1질량％ 내지 5.0질량％, 특히 바람직하게는 0.1질량％ 내지 2.5질량％이다. 본 발명에 있어서 알칼리 금속 이온 용출율이란, 80℃의 수 중에 있어서 티타늄산염 화합물 분말로부터 수 중에 용출된 알칼리 금속 이온의 질량 비율을 말한다.

마찰재 조성물에 사용하는 열경화성 수지의 일례로서의 노볼락형 페놀 수지의 경화 반응에서는, 경화 촉진제로서의 예를 들어 헥사메틸렌테트라민이 개환됨으로써, 노볼락형 페놀 수지 중의 수산기와 결합하여 경화 반응이 개시된다. 그러나, 이 때 알칼리 금속 이온이 존재하면, 노볼락형 페놀 수지에 있어서의 수산기 중의 수소 이온과 이온 교환 반응을 일으켜, 헥사메틸렌테트라민(경화 촉진제)과 노볼락형 페놀 수지(열경화성 수지)의 결합을 저해(경화 저해)한다고 생각된다.

또한, 종래의 마찰재 조성물에 사용되고 있는 구리는, 열전도성이 높고, 마찰재 조성물의 가열 성형 시에 있어서, 열경화성 수지의 열경화에 필요한 열량을, 마찰재 조성물의 중심부까지 빠르게 전달하는 기능을 갖고 있다. 그러나, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우, 마찰재 조성물의 가열 성형 시에 있어서, 마찰재 조성물의 중심부까지의 열량의 전달이 지연됨으로써, 얻어진 성형체의 중심부의 열경화성 수지가 미경화로 되기 쉽다.

이에 비해, 본 발명에 있어서는, 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이기 때문에, 상기와 같은 열경화성 수지와 경화 촉진제의 경화 저해가 발생하기 어려워, 열경화성 수지의 경화를 촉진시킬 수 있다. 그 때문에, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 성형체의 중심부에 있어서의 열경화성 수지까지 열경화를 촉진시킬 수 있다.

이상의 이유로부터, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우, 알칼리 금속 이온 용출율이 상기 범위인 티타늄산염 화합물 분말을 사용한다.

본 발명에서 사용하는 티타늄산염 화합물 분말은, 예를 들어 Li를 제외한 알칼리 금속의 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소(이하, 이들을 총칭하여 「A 원소」라고 약기함)의 티타늄산염 화합물(입자)의 분말을 들 수 있다. 이러한 티타늄산 알칼리 금속염 화합물에는, TiO₆ 팔면체나 TiO₅ 삼각 양추체(兩錐體)가 능선(綾線)을 공유하면서 연쇄된 층상 구조나, 터널 구조 등의 결정 구조가 존재한다. A 원소의 이온은 층상 구조의 층간이나, 터널 구조의 터널 내에 배위되어 있다. 층상 구조의 층간이나, 터널 구조의 터널 내에는, A 원소의 이온 이외에도, 알칼리 토금속의 이온이 배위되어 있어도 된다.

A 원소로서는, 예를 들어 Na, K, Rb, Cs, Fr을 들 수 있고, 바람직하게는 Na, K이다. 또한, Li는 다른 알칼리 금속과 비교하여, 이온 반경이 작으며 다른 성질을 갖기 때문에, A 원소에는 포함되지 않는다. 알칼리 토금속으로서는, 예를 들어 Ca, Sr, Ba, Ra를 들 수 있다.

본 발명에서 사용하는 상기 티타늄산염 화합물에서는, Ti 자리의 일부가 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상(이하, 이들을 총칭하여 「M 원소」라고 약기함)으로 치환되어 있어도 된다. M 원소로서는, 환경에 대한 관점에서, 바람직하게는 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Fe, Al, Mn이다. 또한, 마찰 특성을 한층 더 높이는 관점에서, 보다 바람직하게는 Li, Mg이다. M 원소는, 그 이온이 Ti⁴ ⁺와 동일한 정도의 이온 반경을 갖고 있는 점에서, Ti를 M 원소로 치환하는 것이 가능해진다.

상기 티타늄산염 화합물로서는, 예를 들어 일반식이 A₂Ti_nO_(2n+1)[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, n은 4 내지 11의 수], A_(2+y)Ti_(6-x)M_xO_{(13+y/2-(4-z)x/2)}[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, z는 원소 M의 가수로 1 내지 3의 정수, 0.05≤x≤0.5, 0≤y≤(4-z)x] 등으로 표시되는 터널 결정 구조의 티타늄산염 화합물을 들 수 있다.

또한, 일반식이 A_xM_yTi_(2-y)O₄[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, x는 0.5 내지 1.0, y는 0.25 내지 1.0의 수], A_0.5~ _0.7Li₀ _. ₂₇Ti₁ _. ₇₃O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.2~ _0.7Mg₀ _. ₄₀Ti₁ _. ₆O₃ _.7~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.5~ _0.7Li_(0.27-x)M_yTi_(1.73-z)O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상(단, 2종 이상의 경우에는 다른 가수의 이온 조합은 제외함), x와 z는, M이 2가 금속일 때, x=2y/3, z=y/3, M이 3가 금속일 때, x=y/3, z=2y/3, y는 0.004≤y≤0.4] 등으로 표시되는 층상 결정 구조의 티타늄산염 화합물 등을 들 수 있다.

상기 티타늄산염 화합물은, 환경에 대한 관점에서 구리 원소를 포함하지 않는 조성인 것이 바람직하다. 이러한 티타늄산염 화합물로서는, 예를 들어 A₂Ti_nO_(2n+1)[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, n은 4 내지 11의 수], A_(2+y)Ti_(6-x)M_xO_{(13+y/2-(4-z)x/2)}[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, z는 원소 M의 가수로 1 내지 3의 정수, 0.05≤x≤0.5, 0≤y≤(4-z)x], A_xM_yTi_(2-y)O₄[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, x는 0.5 내지 1.0, y는 0.25 내지 1.0의 수], A_0.5~ _0.7Li₀ _. ₂₇Ti₁ _. ₇₃O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.2~ _0.7Mg₀ _. ₄₀Ti₁ _. ₆O₃ _.7~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.5~ _0.7Li_(0.27-x)M_yTi_(1.73-z)O₃ _.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Mg, Zn, Ga, Ni, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상(단, 2종 이상의 경우에는 다른 가수의 이온 조합은 제외함), x와 z는, M이 2가 금속일 때, x=2y/3, z=y/3, M이 3가 금속일 때, x=y/3, z=2y/3, y는 0.004≤y≤0.4]로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 상기 티타늄산염 화합물의 구체예로서는, K₂Ti₄ _. ₈O₁₀ _.6(4.8티타늄산칼륨), K₂Ti₆O₁₃(6티타늄산칼륨), K₂Ti₆ _. ₁O₁₃ _.2(6.1티타늄산칼륨), K₂Ti₇ _. ₉O₁₆ _.8(7.9티타늄산칼륨), K₂Ti₈O₁₇(8티타늄산칼륨), K₂Ti₁₀ _. ₉O₂₂ _.8(10.9티타늄산칼륨), Na₂Ti₆O₁₃(6티타늄산나트륨), Na₂Ti₈O₁₇(8티타늄산나트륨), K_0. ₈Li₀ _. ₂₇Ti₁ _. ₇₃O₄(티타늄산리튬칼륨), K_2.15Ti_5.85Al_0.15O₁₃ _.0(티타늄산알루미늄칼륨), K_2. ₂₀Ti₅ _. ₆₀Al₀ _. ₄₀O₁₂ _.9(티타늄산알루미늄칼륨), K_2. ₂₁Ti₅ _. ₉₀Li₀ _. ₁₀O₁₂ _.9(티타늄산리튬칼륨), K_0. ₈Li₀ _. ₂₇Ti₁ _. ₇₃O₄(티타늄산리튬칼륨), K_0.7Li_0.27Ti_1.73O_3.95(티타늄산리튬칼륨), K_0. ₈Mg₀ _. ₄Ti₁ _. ₆O₄(티타늄산마그네슘칼륨), K_0.7Mg_0.4Ti_1.6O_3.95(티타늄산마그네슘칼륨), K_0. ₇Li₀ _. ₁₃Mg₀ _. ₂Ti₁ _. ₆₇O₃ _.95(티타늄산리튬마그네슘칼륨), K_0. ₇Li₀ _. ₂₄Mg₀ _. ₀₄Ti₁ _. ₇₂O₃ _.95(티타늄산리튬마그네슘칼륨), K_0.7Li_0.13Fe_0.4Ti_1.47O_3.95(티타늄산리튬철칼륨) 등을 들 수 있다.

본 발명에서 사용하는 상기 티타늄산염 화합물은, 알칼리 금속 이온 용출율을 한층 더 낮추는 관점에서는 결정 구조가 터널 구조인 것이 바람직하고, 고온 영역에 있어서의 내마모성을 한층 더 높이는 관점에서는 결정 구조가 층상 구조인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 알칼리 금속 이온 용출율이 상기 범위 내에 있어서, 목적으로 하는 마찰재의 특성에 따라서, 적절히 상기 티타늄산염 화합물 중 1종 또는 2종 이상을 선택할 수 있다. 또한, 터널 구조의 상기 티타늄산염 화합물과 층상 구조의 상기 티타늄산염 화합물을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 티타늄산염 화합물 분말을 구성하는 티타늄산염 화합물 입자는, 구상, 입상, 판상, 주상(막대 형상, 원주상, 각주상, 직사각형, 대략 원주 형상, 대략 직사각형상 등의 전체로서 형상이 대략 주상의 것도 포함함), 블록상, 다공질상, 복수의 볼록부를 갖는 형상(아메바상, 부메랑상, 십자가상, 금평당(金平糖)상 등) 등의 비섬유상 입자이다. 이들 중에서도 고온 영역에서의 마찰재 강도를 한층 더 높이는 관점에서, 주상 또는 복수의 볼록부를 갖는 입자 형상의 입자인 것이 바람직하다. 이들 각종 입자 형상은 제조 조건, 특히 원료 조성, 소성 조건 등에 의해 임의로 제어할 수 있다. 여기서, 복수의 볼록부를 갖는다는 것은, 평면에의 투영 형상이 적어도 통상적인 다각형, 원, 타원 등과는 달리 2 방향 이상으로 볼록부를 갖는 형상을 취할 수 있는 것, 소위 부정 형상인 것을 의미한다. 구체적으로는 이 볼록부란, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 사진(투영도)에 다각형, 원, 타원 등(기본 도형)을 적용시키고, 그것에 대하여 돌출한 부분에 대응하는 부분을 말한다.

상기 티타늄산염 화합물 입자의 형상은, 예를 들어 주사형 전자 현미경(SEM) 관찰로부터 해석할 수 있다.

본 발명에 있어서 섬유상 입자란, 입자에 외접하는 직육면체 중 최소 체적을 갖는 직육면체(외접 직육면체)의 가장 긴 장경 L, 다음으로 긴 변을 단경 B, 가장 짧은 변을 두께 T(B>T라 함)로 하여, L/B 및 L/T가 모두 5 이상인 입자를 말한다. 또한, 비섬유상 입자란 섬유상 입자를 제외한 입자를 말하고, L/B가 5 미만인 입자를 말한다.

티타늄산염 화합물 분말의 평균 입자 직경은, 예를 들어 1.0㎛ 내지 150.0㎛이며, 바람직하게는 2.0㎛ 내지 120.0㎛이며, 보다 바람직하게는 3.0㎛ 내지 100.0㎛, 더욱 바람직하게는 3.0㎛ 내지 40.0㎛이다. 평균 입자 직경이 상기 범위 내에 있는 경우, 마찰재의 마찰 특성을 한층 더 높일 수 있다. 티타늄산염 화합물 입자에는, 1차 입자가 단분산하는 것이 곤란하기 때문에 2차 입자를 형성하고 있는 것이나, 그것을 조립한 조립물도 포함된다.

상기 평균 입자 직경은 레이저 회절법에 의해 측정할 수 있다. 상기 평균 입자 직경이란, 레이저 회절법에 의해 계측되는 입도 분포에 있어서의 체적 기준 누적 50％일 때의 입자 직경(체적 기준 누적 50％ 입자 직경), 즉 D₅₀(메디안 직경)을 말한다. 이 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)은, 체적 기준으로 입도 분포를 구하고, 전체 체적을 100％로 한 누적 곡선에 있어서, 입자 사이즈가 작은 것부터 입자수를 카운팅해가며, 누적값이 50％가 되는 점의 입자 직경이다.

동일하게 체적 기준 누적 10％ 입자 직경(D₁₀) 및 체적 기준 누적 90％ 입자 직경(D₉₀)은, 구해진 입도 분포의 전체 체적을 100％로 한 누적 곡선에 있어서, 입자 사이즈가 작은 것부터 입자수를 카운팅해가며, 누적값이 각각 10％ 및 90％가 되는 점의 입자 직경을 나타낸다. 따라서, D₉₀과 D₁₀의 비(D₉₀/D₁₀)는 입도 분포의 넓이를 나타내는 지표라고 할 수 있다. D₉₀/D₁₀의 값이 클수록, 넓은 입도 분포를 갖는다. 또한, D₉₀/D₁₀의 값이 1에 가까울수록, 단분산에 가까운 입도 분포를 갖는다.

본 발명에서 사용하는 티타늄산염 화합물 분말은, D₉₀/D₁₀의 값이, 예를 들어 30.0 이하이고, 바람직하게는 1.0 내지 15.0의 범위이다. D₉₀/D₁₀의 값이 상기 범위 내에 있는 경우, 마찰재의 마찰 특성을 한층 더 높일 수 있다.

본 발명에서 사용하는 티타늄산염 화합물 분말의 비표면적은, 0.3m²/g 내지 7.0m²/g인 것이 바람직하고, 0.3m²/g 내지 3.0m²/g인 것이 보다 바람직하다. 비표면적은 JIS Z8830에 준거하여 측정할 수 있다. 비표면적이 너무 커지면, 열경화성 수지와의 습윤 면적이 너무 커져, 마찰재 전체의 강도에 관여하는 열경화성 수지의 양이 적어지는 경우가 있다. 또한, 마찰재를 브레이크 패드에 사용하는 경우, 열경화성 수지의 배합량이 적기 때문에, 티타늄산염 화합물 분말의 비표면적이 너무 커지면, 마찰재의 기계 강도가 저하되는 경우가 있다. 티타늄산염 화합물 분말의 비표면적을 상기 범위로 함으로써, 기계 강도와 마찰 특성의 밸런스가 한층 더 우수한 마찰재로 할 수 있다.

그런데, 마찰재의 황산 이온 농도가 높아지면, 마찰재에 녹이 발생하기 쉬워진다. 티타늄산염 화합물 분말의 원료 제조 공정, 티타늄산염 화합물 분말의 제조 공정 등에서는, 황산 이온이 잔량하는 경우가 있는 점에서, 티타늄산염 화합물 분말의 황산 이온 용출율을 0.2질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.1질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

이와 같이, 마찰재 조성물에 있어서는, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 할 뿐만 아니라, 황산 이온이 적은 것도 요구되고 있으며, 이러한 경우에 있어서 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이, 열경화성 수지의 경화 반응에 현저하게 영향을 미치는 것으로 생각된다. 본 발명에 있어서 황산 이온 용출율이란, 실온(20℃)에 있어서 티타늄산염 화합물 분말부터 수 중에 용출된 황산 이온의 질량 비율을 말한다.

본 발명에서 사용하는 티타늄산염 화합물 분말은, 분산성의 더 한층의 향상, 열경화성 수지와의 밀착성의 더 한층의 향상을 목적으로 하여, 실란 커플링제(아미노실란 커플링제 등), 티타네이트계 커플링제 등에 의해 표면 처리가 통상의 방법에 의해 실시되어 있어도 된다.

마찰재 조성물에 있어서의 티타늄산염 화합물 분말의 함유량은, 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여, 1질량％ 내지 40질량％인 것이 바람직하고, 5질량％ 내지 35질량％인 것이 보다 바람직하고, 10질량％ 내지 30질량％인 것이 더욱 바람직하다. 티타늄산염 화합물 분말의 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 한층 더 우수한 마찰 특성을 얻을 수 있다.

(황산바륨 분말)

본 발명에서 사용하는 황산바륨 입자로 구성되는 황산바륨 분말은, 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며, 0.1㎛ 내지 10.0㎛인 것이 바람직하고, 0.3㎛ 내지 5.0㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.5㎛ 내지 3.0㎛인 것이 더욱 바람직하다. 황산바륨 입자에는, 1차 입자가 단분산하는 것이 곤란하기 때문에 2차 입자를 형성하고 있는 것이나, 그것을 조립한 조립물도 포함된다.

체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 작은 황산바륨 분말을 사용함으로써, 가열 성형 시에 있어서 마찰재 조성물을 구성하는 각 입자의 간극에 충전되기 쉬워져, 마찰재 조성물이 조밀해진다. 그 때문에, 마찰재 조성물을 구성하는 입자간의 공극이 감소하고, 마찰재 조성물의 성형 금형으로부터의 열전도성이 향상된다. 또한, 알칼리 금속 이온 용출율이 상기 범위의 티타늄산염 화합물 분말과 조합함으로써, 페놀 수지 등의 열경화성 수지에 있어서의 열경화 반응의 저해 억제와의 상승 효과에 의해, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰재 조성물의 성형 시에 있어서의 수율이 개선된다. 또한, 얻어진 마찰재의 압축 변형율을 저감하고, 마찰재의 마찰 계수를 높게 하여, 마찰재의 마모량을 저감시킬 수 있다.

또한, 얻어진 마찰재에서는, 압축 변형율을 작게 할 수 있으므로, 브레이크 시스템에 사용하였을 때, 브레이크를 걸었을 때의 피스톤 가압 방향의 마찰재에 있어서의 변형량을 작게 할 수 있다. 마찰재에 있어서의 변형량을 작게 할 수 있으므로, 브레이크 시스템의 응답성의 저하나 그것에 수반하는 효능 필링의 저하가 발생하기 어렵다. 또한, 연비 저하나 마모의 증대를 초래하기 어렵다.

그 때문에, 본 발명의 마찰재 조성물은 브레이크 시스템에 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 90％ 입자 직경(D₉₀)은, 0.1㎛ 내지 20.0㎛인 것이 바람직하고, 0.1㎛ 내지 10.0㎛인 것이 보다 바람직하고, 1.0㎛ 내지 5.0㎛인 것이 더욱 바람직하다. D₉₀을 상기 범위로 함으로써 황산바륨 분말 중의 조대 입자의 양이 적어지고, 압축 변형율을 한층 더 작게 할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 황산바륨 분말은, D₉₀/D₁₀의 값이 예를 들어 20.0 이하이고, 바람직하게는 1.0 내지 10.0의 범위이다. D₉₀/D₁₀의 값이 상기 범위 내인 경우, 마찰재의 마찰 특성을 한층 더 높일 수 있다.

황산바륨 분말에는, 중정석이라 불리는 광물을 분쇄하여 탈철 세정, 수비하여 얻어지는 분립성 황산바륨 분말(버라이트분)과, 인공적으로 합성하는 침강성 황산바륨 분말이 있다. 침강성 황산바륨 분말은 합성 시의 조건에 의해 입자의 크기를 제어할 수 있고, 목적으로 하는 조대 입자의 함유량이 적은, 미세한 황산바륨 분말을 제조할 수 있다. 불순물을 한층 더 적게 하고, 황산바륨 입자의 입도 분포를 한층 더 균일하게 하는 관점에서, 침강성 황산바륨 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

황산바륨 분말의 함유량은, 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 1질량％ 내지 50질량％인 것이 바람직하고, 5질량％ 내지 40질량％인 것이 보다 바람직하고, 10질량％ 내지 30질량％인 것이 더욱 바람직하다. 황산바륨 분말의 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 한층 더 우수한 마찰 특성을 얻을 수 있다.

(열경화성 수지)

열경화성 수지는, 티타늄산염 화합물 입자 등과 일체화하여, 강도를 부여하는 결합재로서 사용되는 것이다. 따라서, 결합재로서 사용되는 공지된 열경화성 수지 중에서 임의의 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

열경화성 수지로서는, 예를 들어 페놀 수지; 아크릴 엘라스토머 분산 페놀 수지, 실리콘 엘라스토머 분산 페놀 수지 등의 엘라스토머 분산 페놀 수지; 아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지 등의 변성 페놀 수지; 포름알데히드 수지; 멜라민 수지; 에폭시 수지; 아크릴 수지; 방향족 폴리에스테르 수지; 우레아 수지 등을 들 수 있다. 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이 중에서도, 내열성, 성형성, 마찰 특성을 한층 더 향상시킬 수 있는 점에서, 페놀 수지(스트레이트 페놀 수지)나 변성 페놀 수지가 바람직하다.

마찰재 조성물에 있어서의 열경화성 수지의 함유량은, 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 5질량％ 내지 20질량％인 것이 바람직하다. 열경화성 수지의 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 배합 재료의 간극에 적절한 양의 결합재가 충전되어, 한층 더 우수한 마찰 특성을 얻을 수 있다.

(기타 재료)

본 발명의 마찰재 조성물에는, 티타늄산염 화합물 분말, 황산바륨 분말, 열경화성 수지 이외에도, 필요에 따라서 기타 재료를 배합할 수 있다. 기타 재료로서는, 예를 들어 이하의 섬유 기재나, 마찰 조정재 등을 들 수 있다.

섬유 기재로서는, 방향족 폴리아미드(아라미드) 섬유, 피브릴화 아라미드 섬유, 아크릴 섬유(아크릴니트릴을 주원료로 한 단독 중합체 또는 공중합체의 섬유), 피브릴화 아크릴 섬유, 셀룰로오스 섬유, 피브릴화 셀룰로오스 섬유, 페놀 수지 섬유 등의 유기 섬유; 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티타늄, 니켈, 마그네슘, 실리콘 등의 구리 및 구리 합금 이외의 금속 단체 또는 합금 형태의 섬유, 주철 섬유 등의 금속을 주성분으로 하는 스트레이트 형상 또는 컬 형상의 금속 섬유; 유리 섬유, 암면, 세라믹 섬유, 생분해성 세라믹 섬유, 생분해성 광물 섬유, 생체 용해성 섬유, 월라스토나이트 섬유, 실리케이트 섬유, 광물 섬유 등의 티타늄산염 섬유 이외의 무기 섬유; 내염화 섬유, PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 활성탄 섬유 등의 탄소계 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

마찰 조정재로서는, 타이어 고무, 아크릴 고무, 이소프렌 고무, NBR(니트릴 부타디엔 고무), SBR(스티렌부타디엔 고무), 염소화부틸 고무, 부틸 고무, 실리콘 고무 등의 미가황 또는 가황 고무 분말; 캐슈 더스트, 멜라민 더스트 등의 유기 충전재; 탄산칼슘, 탄산나트륨, 탄산리튬, 수산화칼슘(소석회), 버미큘라이트, 클레이, 마이카, 탈크, 돌로마이트, 크로마이트, 멀라이트 등의 무기 분말; 알루미늄, 아연, 철, 주석 등의 구리 및 구리 합금 이외의 금속 단체 또는 합금 형태의 금속 분말 등의 무기 충전재; 실리콘카바이트(탄화규소), 산화티타늄, 알루미나(산화알루미늄), 실리카(이산화규소), 마그네시아(산화마그네슘), 지르코니아(산화지르코늄), 규산지르코늄, 산화크롬, 산화철, 크로마이트, 석영 등의 연삭재; 합성 또는 천연 흑연(그래파이트), 인산염 피복 흑연, 카본 블랙, 코크스, 삼황화안티몬, 이황화몰리브덴, 황화주석, 황화철, 황화아연, 황화비스무트, 이황화텅스텐, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 고체 윤활재 등을 들 수 있다. 이들 중 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

마찰재 조성물에 있어서의 기타 재료의 함유량은, 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 44질량％ 내지 93질량％인 것이 바람직하다.

(마찰재 조성물의 제조 방법)

본 발명의 마찰재 조성물은, (1) 뢰디게 믹서(「뢰디게」는 등록 상표), 가압 니더, 아이리히 믹서(「아이리히」는 등록 상표) 등의 혼합기에서 각 성분을 혼합하는 방법; (2) 소망하는 성분의 조립물을 조제하고, 필요에 따라서 다른 성분을 뢰디게 믹서, 가압 니더, 아이리히 믹서 등의 혼합기를 사용하여 혼합하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다.

본 발명의 마찰재 조성물의 각 성분의 함유량은, 원하는 마찰 특성에 의해 적절히 선택할 수 있고, 상기 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 마찰재 조성물은, 특정한 구성 성분을 높은 농도로 포함하는 마스터 배치를 제작하고, 이 마스터 배치에 열경화성 수지 등을 첨가하여 혼합함으로써 조제해도 된다.

<마찰재 및 마찰 부재>

본 발명에 있어서는, 상기 마찰재 조성물을 상온(20℃)에서 가성형하고, 얻어진 가성형체를 가열 가압 성형(성형 압력 10MPa 내지 40MPa, 성형 온도 150℃ 내지 200℃)하고, 필요에 따라서, 얻어진 성형체에 가열로 내에서 열처리(150℃ 내지 220℃, 1시간 내지 12시간 유지)를 실시하고, 그 후 그 성형체에 기계 가공, 연마 가공을 가하여 소정의 형상을 갖는 마찰재를 제조할 수 있다.

본 발명의 마찰재는, 해당 마찰재를 마찰면이 되게 형성한 마찰 부재로서 사용된다. 마찰재를 사용하여 형성할 수 있는 마찰 부재로서는, 예를 들어 (1) 마찰재만의 구성, (2) 이금(裏金) 등의 기재와, 해당 기재 상에 마련되어, 마찰면을 부여하는 본 발명의 마찰재를 갖는 구성 등을 들 수 있다.

상기 기재는, 마찰 부재의 기계적 강도를 한층 더 향상시키기 위해 사용하는 것이며, 재질로서는, 금속 또는 섬유 강화 수지 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 철, 스테인리스, 유리 섬유 강화 수지, 탄소 섬유 강화 수지 등을 들 수 있다.

마찰재에는, 통상적으로 내부에 미세한 기공이 다수 형성되어 있어, 고온 시의 분해 생성물(가스나 액상물)의 퇴피로가 되어 마찰 특성의 저하 방지를 도모함과 함께, 마찰재의 강성을 낮추어 감쇠성을 향상시킴으로써 울림의 발생을 방지하고 있다. 통상적인 마찰재에 있어서는, 기공률이 5％ 내지 30％가 되도록, 재료의 배합, 성형 조건을 관리하고 있다.

본 발명의 마찰 부재는, 상기 본 발명의 마찰재 조성물에 의해 구성되어 있으므로, 구리 성분을 함유하지 않거나 또는 구리 성분의 함유량을 적게 한 경우에 있어서도, 마찰 계수가 높고, 압축 변형율이 작고, 내마모성이 우수하다. 그 때문에, 본 발명의 마찰 부재는, 각종 차량이나, 산업 기계 등의 제동 장치를 구성하는 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 클러치 페이싱 등의 브레이크 시스템 전반에 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 회생 브레이크 시스템 등의 전동화된 브레이크 시스템에 있어서 보다 적합하게 사용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명에 대하여, 구체적인 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 이하의 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.

또한, 실시예 및 비교예에서 사용한 티타늄산염 화합물 분말인 티타늄산염 화합물 1 내지 11은 표 1에 나타내고, 황산바륨 분말인 황산바륨 1 내지 2는 표 2에 나타내었다. 또한, 실시예 및 비교예에서 사용한 열경화성 수지 및 기타 첨가재는 다음과 같다.

·페놀 수지: 헥사메틸렌테트라민 배합 노볼락형 페놀 수지 분말

·캐슈 더스트

·인조 흑연

·마이카

·산화철

·산화지르코늄

·황화안티몬

·수산화칼슘

·피브릴화 아라미드 섬유

·구리 섬유

(실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 6)

표 3에 기재된 배합 비율을 따라서 각 재료를 배합하고, 아이리히 믹서를 사용하여 3분간 혼합을 행하였다. 얻어진 혼합물을, 상온(20℃)에서 15MPa의 압력으로 5초간 가압하여, 가성형체를 제작하였다. 150℃로 가온한 가열 성형용 금형의 캐비티부에, 상기 가성형체를 끼워 넣고, 그 위에 접착제가 도포된 백 플레이트(재질: 강)를 올려놓은 채, 20MPa의 압력에서 300초간 가압하였다. 가압 개시로부터 계측하여 60 내지 90초 사이에, 5회의 가스 배출 처리를 행하였다. 얻어진 마찰재 부재를 220℃로 달군 항온 건조기에 넣어 2시간 유지하여, 완전 경화를 행함으로써, 마찰 부재를 얻었다.

<티타늄산염 화합물 분말 및 황산바륨 분말의 평가>

(알칼리 금속 이온 용출율)

시험 샘플의 질량(X)을 측정하고, 이어서 시험 샘플을 증류수에 첨가하여 1질량％의 슬러리를 조제하고, 80℃에서 4시간 교반 후, 포어 사이즈 0.2㎛의 멤브레인 필터로 고형분을 제거하여, 추출액을 얻었다. 얻어진 추출액의 알칼리 금속(Y)을 이온 크로마토그래프(다이오넥스사제, 제품 번호 「ICS-1100」)로 측정하였다. 이어서, 상기 (X) 및 (Y)의 값을 사용하고, 식[(Y)/(X)]×100에 기초하여 알칼리 금속 이온 용출율(질량％)을 산출하였다.

(수분산 pH)

시험 샘플 1g을 증류수 100mL에 첨가하여 1질량％의 슬러리를 조제하고, 얻어진 슬러리의 pH(온도 20℃)를 pH 미터(호리바 세이사꾸쇼사제, 제품 번호 「F21」)로 측정하고, 수분산 pH를 얻었다.

(황산 이온 용출율)

시험 샘플의 질량(X)을 측정하고, 이어서 시험 샘플을 증류수에 첨가하여 1질량％의 슬러리를 조제하고, 20℃에서 24시간 교반 후, 포어 사이즈 0.2㎛의 멤브레인 필터로 고형분을 제거하여, 추출액을 얻었다. 얻어진 추출액의 황산 이온(Y)을 이온 크로마토그래프(서모 피셔 사이언티픽사제, 제품 번호 「INTEGRIPN HPIC」)로 측정하였다. 이어서, 상기 (X) 및 (Y)의 값을 사용하고, 식[(Y)/(X)]×100에 기초하여 황산 이온 용출율(질량％)을 산출하였다.

(입자 형상)

입자 형상은 주사형 전자 현미경(히타치 하이테크놀러지즈사제, 제품 번호 「S-4800」에 의해 관찰하였다.

(입자 직경)

입자 직경은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(시마즈사제, 제품 번호 「SALD-2100」)에 의해 측정하였다.

구체적으로, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 계측되는 입도 분포에 있어서의 체적 기준 누적 50％ 시의 입자 직경, 즉 D₅₀(메디안 직경)을 구하였다.

레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 계측되는 입도 분포에 있어서의 체적 기준 누적 10％일 때의 입자 직경, 즉 D₁₀을 구하였다.

레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 계측되는 입도 분포에 있어서의 체적 기준 누적 90％ 시의 입자 직경, 즉 D₉₀을 구하였다.

또한, D₉₀과 D₁₀의 비로부터, D₉₀/D₁₀을 구하였다.

(비표면적)

비표면적은 자동 비표면적 측정 장치(micromeritics사제, 제품 번호 「TriStarII3020」)에 의해 측정하였다.

<마찰 부재의 평가>

(성형 수율)

150℃에서의 가열 성형 시에 있어서, 열 성형 후의 마찰 부재의 팽창, 깨짐에 의한 성형 이상을 눈으로 확인하고, 열 성형된 매수에 대한 성형 이상이 일어나지 않은 매수의 비율을, 성형 수율로 하였다.

(기공률)

기공률은 JIS D4421의 방법에 따라서 측정하였다.

(압축 변형율)

ISO6310(자동차 부품-브레이크 라이닝 및 디스크 브레이크 패드 압축 변형 시험 방법)에 기초하여, 시험을 행하였다. 마찰 부재의 마찰재 조성물을 포함하는 부분의 두께(t), 4MPa 압축 시점에서의 마찰 부재의 변형량(h)을 측정하고, 4MPa 압축 시점에서의 백 플레이트의 변형량(h')을 별도로 측정하고, 식[(h-h')/(t)]×100을 압축 변형율로 하였다.

(로크웰 경도)

로크웰 경도는 JIS D4421의 방법에 따라서 측정하였다. 경도의 스케일은 S 스케일을 사용하였다.

(마찰 특성)

실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 6에서 제작한 마찰 부재의 표면(마찰면)을 1.0mm 연마하고, SAE J2522에 기초하여 브레이크 효력 시험을 행하여, 평균 마찰 계수를 구하였다.

SAE J2707(블록 웨어 시험)에 기초하여 마모 시험을 행하고, 시험 전후의 마찰 부재의 마찰재 조성물을 포함하는 부분의 두께 감소로부터 마찰재 마모량을, 로터의 중량 감소로부터 로터 마모량을 구하였다. 또한, 로터는 ASTM 규격에 있어서의 A형에 속하는 주철 로터를 사용하였다.

결과를 하기 표 3에 나타낸다.

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 2의 비교로부터, 구리 성분을 함유하지 않는 배합에 있어서, 특정한 알칼리 금속 이온 용출율의 티타늄산염 화합물 분말과 특정 입자 직경의 황산바륨 분말을 조합함으로써, 성형 수율이 크고, 압축 변형율이 작아지는 것을 알 수 있다. 실시예 1 내지 10과 비교예 3 내지 5의 비교로부터, 구리 성분을 함유하지 않는 배합에 있어서도, 특정한 알칼리 금속 이온 용출율의 티타늄산염 화합물 분말과 특정 입자 직경의 황산바륨 입자를 조합함으로써, 마찰 마모 특성, 성형 수율, 압축 변형율이, 구리를 함유하는 배합과 동등 이상의 성능이 얻어지는 것을 알 수 있다.

비교예 1과 비교예 6의 비교로부터, 구리 성분을 포함하지 않는 배합은, 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출의 영향을 현저하게 받는 것을 알 수 있다. 또한, 단순히 티타늄산염 화합물 분말과 황산바륨 분말과을 조합하는 것만으로는 본 발명의 효과를 얻지 못하는 것을 알 수 있다.

Claims

비섬유상의 티타늄산염 화합물 입자로 구성되는 티타늄산염 화합물 분말과, 황산바륨 분말과, 열경화성 수지를 함유하는 마찰재 조성물에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 알칼리 금속 이온 용출율이 15.0질량％ 이하이고, 상기 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 있어서 구리 성분의 함유량이 구리 원소로서 0.5질량％ 이하이고, 상기 황산바륨 분말의 체적 기준 누적 90％ 입자 직경(D₉₀)이 0.1㎛ 내지 20.0㎛이며,
상기 티타늄산염 화합물 분말이 A₂Ti_nO_(2n+1)[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, n은 4 내지 11의 수], A_(2+y)Ti_(6-x)M_xO_{(13+y/2-(4-z)x/2)}[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, z는 원소 M의 가수로 1 내지 3의 정수, 0.05≤x≤0.5, 0≤y≤(4-z)x], A_xM_yTi_(2-y)O₄[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Li, Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상, x는 0.5 내지 1.0, y는 0.25 내지 1.0의 수], A_0.5~0.7Li_0.27Ti_1.73O_3.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.2~0.7Mg_0.40Ti_1.6O_3.7~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상], A_0.5~0.7Li_(0.27-x)M_yTi_(1.73-z)O_3.85~3.95[식 중, A는 Li를 제외한 알칼리 금속의 1종 또는 2종 이상, M은 Mg, Zn, Ga, Ni, Cu, Fe, Al, Mn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상(단, 2종 이상의 경우에는 다른 가수의 이온 조합을 제외함), x와 z는, M이 2가 금속일 때, x=2y/3, z=y/3, M이 3가 금속일 때, x=y/3, z=2y/3, y는 0.004≤y≤0.4]로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물의 분말인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
제1항에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 체적 기준 누적 50％ 입자 직경(D₅₀)이 1.0㎛ 내지 150.0㎛인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 황산 이온 용출율이 0.2질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 황산바륨 분말의 함유량이, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 1질량％ 내지 50질량％인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 티타늄산염 화합물 분말의 함유량이, 상기 마찰재 조성물의 합계량 100질량％에 대하여 1질량％ 내지 40질량％인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
제1항 또는 제2항에 기재된 마찰재 조성물의 성형체인 것을 특징으로 하는 마찰재.
제6항에 기재된 마찰재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰 부재.
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