KR20010042775A

KR20010042775A - 마찰재

Info

Publication number: KR20010042775A
Application number: KR1020007011512A
Authority: KR
Inventors: 다께나까미노루; 시부따니히로시; 오가와히로시
Original assignee: 오오츠카 유지로; 오쯔까 가가꾸 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-05-25
Also published as: JP4204132B2; WO2000049104A1; CN1129658C; EP1081206A4; EP1081206A1; US6355601B1; DE60008046D1; JP2000240702A; DE60008046T2; AU2572300A; EP1081206B1; CN1294621A

Abstract

본 발명은, 고온시에서도 마찰마모특성이 우수하고, 또한 생산성, 작업성이 우수한 마찰재를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명에 관련되는 마찰재는, 마찰조정제로서, 인편상 베마이트가 배합되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰재 {FRICTION MATERIAL}

종래, 제동부재에 있어서의 마찰재로서는, 석면을 유기계 또는 무기계의 결합제에 분산시켜 결착 (結着) 성형하여 된 마찰재가 사용되어 왔다.

그러나, 이런 류의 마찰재는, 내열성 등의 마찰마모특성이 불충분함과 동시에, 석면이 발암성 등의 환경위생상의 문제를 갖기 때문에 대체품의 개발이 강하게 요망되고 있다.

이와 같은 요망에 대하여, 티탄산칼륨 섬유를 기재섬유 또는 마찰조정제로서 사용한 마찰재가 제안되고 있다. 티탄산칼륨섬유는 석면과 같은 발암성을 갖지 않고, 내열성이 우수하며, 페이드 (fade) 현상의 방지나 마찰특성의 열안정성향상에 유효하다는 우수한 특징을 갖고 있다.

그러나, 티탄산칼륨섬유를 배합한 마찰재에 있어서도, 고온시의 마모나 마찰계수의 저하 문제의 해결에는 충분히 대응할 수 없는 것이 현상이다.

또한, 티탄산칼륨섬유는 섬유형상을 갖고 있기 때문에 부피가 크고, 유동성이 떨어지며, 제조시에 있어 공급로의 벽에 부착하여, 이를 폐색시킨다는 문제점을 갖고 있다.

또한, 티탄산칼륨섬유는 섬유상분말이기 때문에 분진을 발생하기 쉬워, 작업환경을 악화시킨다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은, 자동차, 항공기, 철도차량 및 산업용 기기 등의 제동장치에 사용되는 제동부재용 재료, 예컨대, 클러치 페이싱 (facing) 용 재료 및 브레이크용 재료 등으로 적합한 마찰재에 관한 것이다.

도 1 은 마찰율과 디스크온도와의 관계를 나타낸 측정도이다.

도 2 는 마찰계수와 디스크온도와의 관계를 나타낸 측정도이다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 되어진 것으로, 고온시에 있어서도 마찰마모특성이 우수하고, 또한 생산성, 작업성이 우수한 마찰재를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명의 마찰재는, 마찰조정제로서, 인편상 베마이트 (boehmite) 가 배합되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 인편상(鱗片狀;scaly form) (예컨대, 박편상, 판상) 베마이트는, AlO(OH) 를 주성분으로 하는 층상화합물로, 천연에서는, 규소, 티탄, 철, 마그네슘, 칼슘 등을 함유하는 인편상의 알루미늄수산화광물로서, 보크사이트 중에 넓게 분포되어, 파이로피라이트나 카올리나이트 광상 (鑛床) 중에서 산출된다.

또한, 수산화알루미늄, 물 및 알칼리토류금속화합물 (수산화물이나 아세트산용액 등) 을 압력 10 ∼ 100 기압, 반응온도 150 ∼ 300 ℃ 로 수열반응시킨 후, 필요에 따라 150 ∼ 1400 ℃ 로 열처리하여 합성한 바륨함유 알루미나, 스트론튬함유 알루미나, 마그네슘함유 알루미나, 칼슘함유 알루미나, 마그네슘칼슘함유 알루미나, 바륨헥사알루미네이트, 스트론튬헥사알루미네이트, 마그네슘헥사알루미네이트, 칼슘헥사알루미네이트, 마그네슘칼슘헥사알루미네이트 등의 인공적인 것도 본 발명의 인편상 베마이트로서 바람직하게 사용할 수 있다.

이들의 인편상 베마이트는, 이하와 같은 특징을 갖고 있다.

(1) 결정학적구조로서는 사방정계에 속하고, 층상구조를 가진 층간화합물이다.

(2) 통상, 육각판상 또는 마름모꼴형의 형상을 갖고 있고, 장경 (長徑) 0.1 ∼ 10 ㎛, 단경 (短徑)(두께) 0.01 ∼ 0.3 ㎛ 정도이다.

(3) 모스경도가 3.5 ∼ 4.0 (구(舊) 모스경도) 으로, 마찰재에 사용한 경우의 상대재 공격성 (마모성) 이 작다.

(4) 물과의 반응성이 작고, 산, 알칼리에도 거의 불용이다.

인편상 베마이트가 갖는 상기와 같은 특징은, 마찰재의 원료로서 매우 유리하다.

상기 구성으로 이루어진 마찰재는, 저온부터 고온역까지의 넓은 온도범위에 걸쳐, 안정되고 우수한 마찰계수와 내마모특성을 갖고 있다. 따라서, 자동차, 철도차량, 항공기, 각종 산업용 기기류 등에 사용되는 제동부재용 재료, 예컨대 클러치 페이싱용 재료 및 브레이크 라이닝이나 디스크패드 등의 브레이크용 재료 등으로 사용한 경우에는, 제동기능의 향상과 안정화가 꾀해짐과 동시에, 장기간 사용수명의 개선효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 마찰재의 상기 인편상 베마이트의 배합량은, 3 ∼ 50 중량% 이어도 된다. 배합량을 3 중량% 이상으로 함으로써 마찰특성의 개선효과를 충분히 발현시킬 수 있다. 또한, 50 중량% 를 초과하여 배합하는 이익은 없다.

또한, 본 발명의 상기 마찰재의 상기 인편상 베마이트는, 알칼리토류금속함유 알루미나 또는 알칼리토류금속 헥사알루미네이트이어도 좋다.

본 발명의 마찰재로서는, 기재 (基材) 섬유, 마찰조정제 및 결합제로 이루어지는 마찰재를 예시할 수 있고, 이 마찰재중의 각 성분의 배합비율로서는, 기재섬유 1 ∼ 60 중량부, 마찰조정제는 인편상 베마이트를 포함하여 20 ∼ 80 중량부, 결합제 10 ∼ 40 중량부, 그 외의 성분 0 ∼ 60 중량부를 예시할 수 있다.

기재섬유로서는, 예컨대 아라미드섬유 등의 수지섬유, 스틸섬유, 황동섬유 등의 금속섬유, 탄소섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 암면, 목질펄프 등을 들 수 있다. 이들의 기재섬유는, 분산성 및 결합제와의 밀착성향상을 위해 아미노실란계, 에폭시실란계 또는 비닐실란계 등의 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제 또는 인산에스테르 등의 표면처리를 실시하여 사용하여도 좋다.

마찰조정제로서는, 인편상 베마이트에 추가하여, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 다른 마찰조정제를 병용하여도 좋다.

예컨대, 가황 또는 미가황의 천연, 합성고무분말, 카슈수지 (cashew resin) 분말, 수지더스트 (resin dust), 고무더스트 등의 유기물분말, 카본블랙, 흑연분말, 이황화몰리브덴, 황산바륨, 탄산칼슘, 점토, 운모, 활석, 규조토, 안티고라이트 (antigorite), 세피올라이트 (sepiolite), 몬모릴로나이트 (montmorillonite), 제올라이트 (zeolite), 삼티탄산나트륨, 오티탄산나트륨, 육티탄산칼륨, 팔티탄산칼륨 등의 무기질분말, 구리, 알루미늄, 아연, 철 등의 금속분말, 알루미나, 실리카, 산화크롬, 산화티탄, 산화철 등의 산화물분말 등을 들 수 있다. 상기의 티탄산나트륨, 티탄산칼륨 (특히 육티탄산칼륨 및 팔티탄산칼륨) 에서는, 입자형상, 판형상의 것을 병용하면 좋다. 바람직하게는, 입자형상물에서는 평균 입자직경 3 ∼ 100 ㎛, 판형상물에서는 평균두께 0.05 ∼ 1 ㎛, 평균 종횡비 (aspect ratio) 3 ∼ 1000 의 것이 좋다.

이들의 티탄산나트륨 또는 티탄산칼륨을 인편상 베마이트와 병용하는 경우, 인편상 베마이트와 티탄산나트륨 또는 티탄산칼륨의 중량비를 1 : 9 ∼ 8 : 2 정도로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조합에 있어서는, 높은 마찰마모특성을 갖는 마찰재를 제공하는 것이 가능하다.

결합재로서는, 페놀수지, 포름알데히드수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 아크릴수지, 방향족 폴리에스테르수지, 요소수지 등의 열경화성수지, 천연고무, 니트릴고무, 부타디엔고무, 스티렌부타디엔고무, 클로로프렌고무, 폴리이소프렌고무, 아크릴고무, 하이스티렌고무, 스티렌프로필렌디엔공중합체 등의 엘라스토머, 폴리아미드수지, 폴리페닐렌설파이드수지, 폴리에테르수지, 폴리이미드수지, 폴리에테르에테르케톤수지, 열가소성액정폴리에스테르수지 등의 열가소성수지 등의 유기질결합제 및 알루미나졸, 실리카졸, 실리콘수지 등의 무기질 결합제를 예시할 수 있다.

본 발명의 마찰재에는, 상기 각 성분에 추가로, 필요에 따라 녹방지제, 윤활제, 연삭제 등의 성분을 배합할 수도 있다.

본 발명의 마찰재의 제조방법은, 특별히 제한은 없고, 종래 공지되어 있는 마찰재의 제조방법에 준하여 적당히 제조할 수 있다.

일례로서는, 기재섬유를 결합제 중에 분산시켜, 마찰조정제 및 필요에 따라 배합되는 그 외의 성분을 조합 배합하여, 마찰재 조성물을 조정하고, 이어서 금형중에 이 조성물을 주입하여 가압가열하여 결착성형하는 방법을 들 수 있다.

또, 다른 일례로서는, 결합제를 이축압출기로 용융혼련하고, 사이드호퍼로부터 기재섬유, 마찰조정제 및 필요에 따라 배합되는 그 외의 성분을 조합 배합하여, 압출성형후, 원하는 형상으로 기계가공하는 방법을 들 수 있다.

또, 다른 일례로서는, 마찰재 조성물을 물 등에 분산시켜 망위로 건져올려, 탈수하여 시트형상으로 초조 (抄造)한 후, 프레스기로 가열가압하여 결착성형하고 얻어진 마찰재를 적당히 절삭·연마가공하여 원하는 형상으로 하는 방법을 들 수 있다.

제조시에는, 본 발명의 마찰재는, 마찰조정제로서의 베마이트가 인편상이기 때문에, 섬유형상인 티탄산칼륨섬유를 사용한 경우에 비하여 유동성이 향상되어, 제조시에 있어, 공급로의 벽에 부착되어 공급로를 폐색시킬 우려가 없다.

더구나, 인편상이기 때문에, 티탄산칼륨의 섬유분말과 같이 분진이 발생하는 일도 적어 작업환경도 개선된다.

이하에 실시예, 비교예 및 시험예를 들어, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

참고예

고순도수산화알루미늄 (Al(OH)₃) (순도〉99%) 과 수산화스트론튬 (Sr(OH)₂) 을 수중에 분산시켜 슬러리로 하고, 수열합성장치를 사용하여 압력 10 ∼ 15 기압, 반응온도 150 ∼ 200 ℃ 에서 8 시간 반응시킨 후, 이 슬러리를 여과·건조하여, 장경 0.8 ∼ 1.0 ㎛, 단경 0.08 ∼ 1 ㎛ 의 인편상 베마이트 (스트론튬 함유 알루미나) 를 얻었다.

실시예

티탄산칼륨섬유 (상품명 「티스모D」, 오오츠카 화학주식회사 제조) 15 중량부, 아라미드섬유 (상품명 「케브라펄프」길이 3 ㎜, 도오레 주식회사 제조) 4 중량부, 결합제 (페놀수지) 9 중량부, 유기첨가제 (카슈더스트 등) 9 중량부, 인편상 베마이트 (참고예에서 제조한 것) 30 중량부, 그 외 (흑연 등 윤활제, 금속분말, 산화물분말) 33 중량부를 충분히 혼합하여 금형에 충전하고, 결착성형 (가압력 : 150 kgf/㎠, 온도 170 ℃, 5 분간) 을 행하여, 성형후, 이형시켜 열처리 (180 ℃ 에서 3 시간 유지) 를 실시하였다. 그런 후, 연마가공을, 가하여 샘플 (A) 를 얻었다.

또한, 유기첨가제, 윤활제, 금속분말, 산화물분말에 대해서는, 통상, 마찰제에 첨가되는 것을 사용하였다.

비교예

티탄산칼륨섬유 16 중량부, 아라미드섬유 (상품명 「케브라펄프」 길이 3 ㎜, 도오레주식회사 제조) 3 중량부, 결합제 (페놀수지) 10 중량부, 유기첨가제 (카슈더스트 등) 9 중량부, 그 외 (흑연등 윤활제, 금속분말, 산화물분말) 63 중량부를 충분히 혼합하여 금형에 충전하여, 실시예와 동일한 방법으로 샘플 (B) 를 얻었다.

(마찰마모시험)

샘플 (A) 및 샘플 (B) 로부터 시험편을 잘라내, JIS D4411 (자동차용 브레이크 라이닝) 의 규정에 준거한 정속도 마찰마모시험 (디스크 마찰면 : FC25 회색주철, 면압 10 kgf/㎠, 마찰속도 : 7m/초) 을 행하여 마모율 (㎤/㎏·m) 및 마찰계수 (μ) 를 측정하였다. 측정결과는 도 1 (마모율) 과 도 2 (마찰계수) 에 나타낸다.

이상의 결과로부터, 인편상 베마이트를 배합한 실시예의 마찰재 (샘플 (A) 로 이루어지는 마찰재) 는, 베마이트를 배합하지 않은 비교예의 마찰재 (샘플 (B) 로 이루어지는 마찰재) 에 비교하여 350 ℃ 를 초과하는 온도역에서도 마찰계수의 변화는 매우 작고, 마찰저항의 저하도 상대적으로 낮게 개량된 마찰마모특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 마찰재는, 저온부터 고온역까지의 넓은 온도범위에 걸쳐, 안정되고 우수한 마찰계수와 내마모성을 갖고 있다. 따라서, 자동차, 철도차량, 항공기, 각종 산업용 기기류 등에 사용되는 제동부재용 재료, 예컨대 클러치 페이싱용 재료 및 브레이크 라이닝이나 디스크패드 등의 브레이크용 재료 등으로 사용한 경우에는, 제동기능의 향상과 안정화가 꾀해짐과 동시에, 장기간 사용 수명의 개선효과를 얻을 수 있다. 더구나, 마찰조정제로서의 베마이트가 인편상이므로, 제조시에 있어서의 공급로를 폐색하는 것도 방지되고, 분진이 발생할 우려도 적어, 생산성, 작업성이 우수한 것으로 된다.

Claims

마찰조정제로서 인편상 베마이트가 배합되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 인편상 베마이트의 배합량이 3 ∼ 50 중량% 인 마찰재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인편상 베마이트가 알칼리토류금속함유 알루미나 또는 알칼리토류금속 헥사알루미네이트인 마찰재.