KR102469068B1 - 마찰재 - Google Patents

Abstract

결합재, 유기 섬유, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형한, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 계속적으로 저주파 노이즈의 발생을 줄이고, 제동 성능과 내마모성이 양호한 마찰재를 제공하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 마찰재 조성물에 있어서, 벽개성 물질을 포함하지 않고, 결합재로서 페놀계 열경화성 수지를 마찰재 조성물 전체량에 대해 8~12중량%와, 유기 마찰 조정재로서 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체량에 대해 9~18중량%, 고무 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 6~12중량%, 또한, 캐슈 더스트와 고무 입자를 합계로 마찰재 조성물 전체량에 대해 18~25중량%와, 무기 마찰 조정재로서 알루미늄 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 4~10중량% 함유한다.

Description

마찰재{FRICTION MATERIAL}

본 발명은, 승용차의 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 관한 것이다.

종래, 자동차의 제동 장치로서, 드럼 브레이크가 사용되고 있고, 그 마찰 부재로서, 강철 등의 금속제의 베이스 부재에 마찰재가 부착된 브레이크 슈가 사용되고 있다.

드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재는 브레이크 라이닝이라 불리고, 섬유 기재, 결합재, 윤활재, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 충전재 등을 소정량 배합한 마찰재 조성물을 성형하여 제조된다.

최근, 브레이크에는 높은 정숙성이 요구되고 있고, 제동시에 발생하는 고주파 노이즈뿐만 아니라, 끄응하는 저주파 노이즈(groan)에 대해서도, 그 발생을 줄일 것이 요구되고 있다.

저주파 노이즈는, 제동의 반복에 의해 마찰재의 성분이 상대재의 슬라이딩면에 이착하여 피막이 형성되고, 그 피막과 마찰재 사이에서 스틱슬립이 일어나는 것에 의해 발생하는 100~1000Hz 정도의 소음이다.

저주파 노이즈의 발생을 줄인 마찰재를 제공하기 위해, 마찰재 조성물의 개량이 진행되고 있다.

인용문헌 1에는, 금속 섬유, 유기 섬유, 무기 섬유 및 결합제를 포함하면서, 전체 조성물 중에 흑연을 2~10중량% 및 층간에서 벽개되기 쉬운 판상 구조의 광물을 1~25중량% 함유시켜 이루어지는 마찰재 조성물 및, 해당 조성물을 혼합한 후 가열 가압 성형하고, 이어서 베이킹하는 것을 특징으로 하는 마찰재가 기재되어 있다.

인용문헌 1의 발명에 의하면, 마찰재 조성물에 흑연, 및, 운모나 질석 등의 층간에서 벽개되기 쉬운 판상 구조의 광물을 소정량 첨가하는 것에 의해, 저주파 노이즈를 억제할 수 있다.

인용문헌 2에는, 섬유 기재와, 수지 결합제와, 운모 및 기타의 충전제를 포함하는 마찰재에 있어서, 상기 운모는, 합성 불소 운모로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰재가 기재되어 있다.

인용문헌 2의 발명에 의하면, 스틱슬립의 발생 원인이 되는 마찰재와 상대재의 응착이, 마찰재 중에 충전된 운모가 인편상으로 벽개되고, 박리하여 슬립성의 표면을 형성하는 것에 의해 억제되어 회피된다. 그 결과, 저주파 노이즈를 줄일 수 있게 된다.

이와 같이 저주파 노이즈를 억제하기 위해, 흑연, 운모, 질석 등의 벽개성을 구비하는 물질을 마찰재 조성물에 첨가하는 것은 당업계의 기술적 상식으로 되어 있다.

그러나, 이들의 벽개성 물질을 첨가하는 것에 의해 얻어지는 효과는 디스크 브레이크의 디스크 브레이크 패드에 사용되는 마찰재에서 현저하게 나타나는 것이며, 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에서는 효과가 나타나지 않고, 반대로 저주파 노이즈가 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.

이는, 디스크 브레이크의 디스크 브레이크 패드에 사용되는 마찰재와 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재의 사용 환경의 차이에 의한 것으로 추정된다.

디스크 브레이크는 주로 승용차의 전륜용 브레이크 장치로서 채용되고 있고, 디스크 브레이크 패드의 마찰재는, 고온 고부하의 험한 환경에서 사용되는 경우가 많다. 그 때문에 마찰재는 마모되기 쉽고, 마찰재의 마찰면은 항상 새것인 상태가 유지되게 된다. 그 결과, 벽개성 물질의 작용 효과를 계속적으로 얻을 수 있고, 저주파 노이즈의 억제 효과가 지속된다.

한편, 드럼 브레이크는 주로 승용차의 후륜용 브레이크 장치로서 채용되고 있고, 브레이크 슈의 마찰재에 걸리는 부하는 비교적 작고, 마찰재의 마모가 더디게 진행된다. 마찰재의 마찰면이 새것인 동안에는 벽개성 물질이 마찰재의 마찰면에 존재하기 때문에, 저주파 노이즈의 억제 효과를 얻을 수 있지만, 벽개성 물질이 마찰재의 마찰면에서 소실되고, 또한, 마찰재의 마모가 진행되지 않는 상태가 유지되면, 벽개성 물질에 의한 저주파 노이즈의 억제 효과가 얻어지지 않게 된다.

더욱이, 벽개성 물질이 마찰재의 마찰면에서 소실된 상태가 되었을 때 드럼 브레이크가 사용되어, 마찰재에 강한 전단력이 가해지면, 마찰재의 내부에 존재하는 벽개성 물질의 층간에 순간적으로 엇갈림이 발생하여, 스틱슬립이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 저주파 노이즈가 발생하기 쉬워지는 것이다.

[인용문헌 1] 일본국 특허공개공보 H03-239784호 공보 [인용문헌 2] 일본국 특허공개공보 H09-71768호 공보

본 발명은, 결합재, 섬유 기재(유기 섬유), 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형한, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 계속적으로 저주파 노이즈의 발생을 줄이고, 제동 성능과 내마모성이 양호한 마찰재를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 기구로부터, 결합재, 유기 섬유, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형한, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 계속적으로 저주파 노이즈를 줄이기 위해서는, 의외로도, 종래 저주파 노이즈를 억제하는 효과가 있는 것으로 생각했던 흑연, 운모, 질석 등의 벽개성을 구비하는 원료를 마찰재 조성물로부터 제거하는 것이 가장 효과적인 것을 알아내고, 나아가, 결합재로서 페놀계 열경화성 수지를 특정량과, 유기 마찰 조정재로서 캐슈 더스트 및 고무 입자를 특정량과, 무기 마찰 조정재의 일부로서 알루미늄 입자를 특정량 함유하는 마찰재 조성물을 사용하는 것에 의해, 저주파 노이즈를 억제하면서, 제동 성능이 양호한 마찰재를 제공할 수 있는 것을 알아내고, 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는, 마찰재 조성물을 성형한 마찰재이고, 이하의 기술을 기초로 하는 것이다.

(1) 결합재, 유기 섬유, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지고, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 상기 마찰재 조성물은, 벽개성 물질을 포함하지 않고, 결합재로서 페놀계 열경화성 수지를 마찰재 조성물 전체량에 대해 8~12중량%와, 유기 마찰 조정재로서 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체량에 대해 9~18중량%, 고무 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 6~12중량%, 또한, 캐슈 더스트와 고무 입자를 합계로 마찰재 조성물 전체량에 대해 18~25중량%와, 무기 마찰 조정재로서 알루미늄 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 4~10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.

(2) 페놀계 열경화성 수지는 스트레이트 노볼락 페놀 수지인 상기 (1)에 기재된 마찰재.

(3) 고무 입자의 일부 또는 전부가 미가황 NBR 입자인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 마찰재.

본 발명에 의하면, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 계속적으로 저주파 노이즈의 발생을 줄이고, 제동 성능과 내마모성이 양호한 마찰재를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서 결합재로서 사용하는 페놀계 열경화성 수지로서는, 스트레이트 노볼락 페놀 수지나, 페놀 수지를 니트릴 고무나 아크릴 고무 등의 각종 엘라스토머, 캐슈 오일이나 실리콘 오일 등의 각종 오일로 변성한 수지, 페놀류와 아랄킬에테르류와 알데히드류를 반응시켜서 얻어지는 아랄킬 변성 페놀 수지, 페놀 수지에 각종 엘라스토머, 불소 폴리머 등을 분산시킨 열경화성 수지 등의 마찰재에 통상 사용되는 수지를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

이중에서도, 스트레이트 노볼락 페놀 수지를 단독으로 사용하면, 저주파 노이즈를 효과적으로 억제할 수 있으므로 바람직하다.

이는, 스트레이트 노볼락 페놀 수지의 경화물의 탄성이, 엘라스토머로 변성된 페놀 수지나 엘라스토머를 분산시킨 페놀 수지의 경화물의 탄성보다 낮고, 드럼 브레이크의 사용시에 마찰재가 상대재에 대한 스틱슬립이 쉽게 발생하지 않게 되기 때문인 것으로 추정된다.

유기 마찰 조정재로서의 캐슈 더스트는, CNSL(cashew nut shell liquid) 또는 그 중합체를 푸르푸랄, 포름알데히드 등의 알데히드류로 경화시키고, 분쇄하여 얻어지는 캐슈 더스트, 혹은 CNSL(cashew nut shell liquid) 또는 그 중합체를 헥사메틸렌테트라민 등의 경화제에 의해 경화시키고, 분쇄한 캐슈 더스트를 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 캐슈 더스트의 함유량은, 마찰재 조성물 전체량에 대해 9~18중량%로 한다.

또한, 유기 마찰 조정재로서의 고무 입자는, 타이어 트레드 고무의 분쇄 분말, 니트릴 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무, 부틸 고무 등의 가황 고무 분말 또는 미가황 고무 분말을 사용할 수 있다.

이중에서도, 미가황 니트릴 고무 분말을 사용하는 것이 바람직하고, 고무 입자의 일부 또는 전부로서 미가황 NBR 입자를 첨가하는 것에 의해, 저주파 노이즈의 억제 효과가 향상된다.

고무 입자의 함유량은, 마찰재 조성물 전체량에 대해 6~12중량%로 하고, 또한 캐슈 더스트와 고무 입자를 합계로 마찰재 조성물 전체량에 대해 18~25중량%로 한다.

무기 마찰 조정재의 일부에 알루미늄 입자를 사용한다. 알루미늄 입자를 첨가하는 것에 의해, 브레이크 드럼의 슬라이딩면에 알루미늄 피막이 형성되어, 저주파 노이즈의 원인이 되는 스틱슬립의 발생을 억제할 수 있다.

알루미늄 입자는, 아토마이즈법(atomizing method)으로 제조된 평균 입경이 50~300㎛인 알루미늄 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서는, 평균 입경으로서, 레이저 회절 입도 분포법에 의해 측정한 50% 입경의 수치를 사용했다.

본 발명의 마찰재는, 상기한 페놀계 열경화성 수지, 캐슈 더스트, 고무 입자, 알루미늄 입자 이외에, 통상 마찰재에 사용되는 섬유 기재(유기 섬유), 무기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 더 포함하는 마찰재 조성물로 이루어진다.

섬유 기재로서는, 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유 등, 통상 마찰재에 사용되는 유기 섬유를 사용할 수 있다. 유기 섬유의 함유량은, 마찰재의 강도를 확보하기 위해, 마찰재 조성물 전체량에 대해 5~10중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 알루미늄 입자 이외의 무기 마찰 조정재로서, 산화 지르코늄, 산화 마그네슘, 규산 지르코늄, 산화 규소, α알루미나, γ알루미나, 사삼산화철 등의 입자 형태의 무기 마찰 조정재나, 규회석, 세피올라이트, 현무암 섬유, 유리 섬유, 생체 용해성 인조광물 섬유, 암면 등의 섬유 형태의 무기 마찰 조정재나, 구리 입자, 황동 입자, 청동 입자, 아연 입자 등의 금속 입자 또는 합금 입자를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

구리 입자, 황동 입자, 청동 입자 등의 구리 성분은 마모 분말로서 방출되는 것에 의해, 자연 환경에 대한 영향이 우려되기 때문에, 마찰재 조성물에 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

무기 마찰 조정재의 함유량은, 상기 알루미늄 입자와 함께, 마찰재 조성물 전체량에 대해 7~15중량%로 하는 것이 바람직하다.

pH 조정재로서 수산화 칼슘 등의 통상 마찰재에 사용되는 pH 조정재를 사용할 수 있다.

pH 조정재의 함유량은 마찰재 조성물 전체량에 대해 3~15중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 결합재, 유기 섬유, 유기 마찰 조정재, 무기 마찰 조정재, pH 조정재의 잔부로서, 무기 충전재를 사용한다. 무기 충전재로서는, 브레이크 드럼의 재질인 주철에 대한 연삭성이 작은, 중질 탄산 칼슘, 황산 바륨, 카올린, 목절점토 등의 무기 입자를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재는, 소정량 배합한 마찰재 조성물을, 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하는 혼합 공정, 얻어진 마찰재 원료 혼합물을 열성형용 금형에 투입하고, 가열 가압하여 성형하는 가열 가압 성형 공정, 얻어진 성형품을 가열하여 결합재의 경화 반응을 완료시키는 열처리 공정, 마찰면을 형성하는 연마 공정을 거쳐 제조된다.

필요에 따라, 가열 가압 성형 공정 전에, 마찰재 원료 혼합물을 조립하는 조립 공정, 마찰재 원료 혼합물을 혼련하는 혼련 공정, 마찰재 원료 혼합물 또는 조립 공정에서 얻어진 조립물, 혼련 공정에서 얻어진 혼련물을 예비 성형용 금형에 투입하고, 예비 성형물을 성형하는 예비 성형 공정이 실시된다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 제시하여, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1~13 및 비교예 1~13의 마찰재의 제조 방법]

표 1, 표 2에 나타내는 조성의 마찰재 조성물을 LOEDIGE MIXER로 5분간 혼합하고, 예비 성형 금형 내에서 10MPa로 20초간 가압하여 예비 성형을 했다. 이 예비 성형물을 열성형용 금형 내에서 성형 온도 150℃, 성형 압력 40MPa의 조건하에서 6분간 성형한 후, 180℃에서 5시간 열처리(후 경화)를 하고, 연마하여 마찰면을 형성하여, 브레이크 라이닝을 제작했다(실시예 1~13, 비교예 1~13).

실시예 1~13, 비교예 1~13의 브레이크 라이닝에 대해, 저주파 노이즈, 제동 성능, 내마모성을 평가했다. 평가 기준을 표 3에, 평가 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

본 발명에 의하면, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서, 계속적으로 저주파 노이즈의 발생을 줄이고, 제동 성능과 내마모성이 양호한 마찰재를 제공할 수 있어, 실용적 가치가 매우 높은 것이다.

Claims (3)

1. 결합재, 유기 섬유, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 무기 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지고, 승용차 드럼 브레이크의 브레이크 슈에 사용되는 마찰재에 있어서,
   상기 마찰재 조성물은, 벽개성을 가지는 흑연, 운모, 질석을 포함하지 않고, 결합재로서 페놀계 열경화성 수지를 마찰재 조성물 전체량에 대해 8~12중량%와, 유기 마찰 조정재로서 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체량에 대해 9~18중량%, 고무 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 6~12중량%, 또한, 캐슈 더스트와 고무 입자를 합계로 마찰재 조성물 전체량에 대해 18~25중량%와, 무기 마찰 조정재로서 알루미늄 입자를 마찰재 조성물 전체량에 대해 4~10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 페놀계 열경화성 수지는 스트레이트 노볼락 페놀 수지 단독으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고무 입자의 일부 또는 전부로서 미가황 NBR 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.