KR20010112078A - 마찰재의 제조방법 및 그 방법에 의해 얻어진 마찰재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마찰재에 관한 것이며, 특히, 트럭, 승용차 등의 예를 들어서 브레이크에 사용되는 마찰재의 제조방법을 제공하며, 또한 그 방법에 의해 얻어진 마찰재를 제공한다. 마찰재 원료로부터, 적어도 혼합공정, 성형공정 및 열처리공정을 통하여 제조하는 섬유성분, 결합재 성분 및 충전재 성분을 함유하는 마찰재의 제조방법으로서, 혼합공정에서의 원료의 혼합은 결합재가 연화하는 온도에서 건식으로 가열하에 원료를 교반 및 혼합함으로써 수행된다.
Description
본 발명은 마찰재의 제조방법에 관한 것이며, 특히 트럭, 승용차 등의 예를 들어서 브레이크에 사용되는 마찰재의 제조방법에 관한 것이고, 이 방법에 의해 얻어진 마찰재에 관한 것이다.
종래, 자동차의 브레이크용 마찰재는 일반적으로 5 내지 20종류의 원료를 열경화성 수지를 사용하여 결합시킴으로써 얻어진다. 이 공정의 예를 이하에 나타낸다.
1. 원료를 소정의 비율로 배합하고 이 원료배합물을 고속으로 회전하는 블레이드를 가진 헨쉘 믹서, 레오디지 믹서, 아이리히 믹서, 밴버리 믹서, 니더 또는 V-형 블렌더와 같은 공지의 믹서를 사용하여 섬유상 물질을 개섬하면서 혼합하여 혼합물을 얻는다.
2. 충분히 혼합된 혼합물을 가열가압하에 성형한다.
3. 그후, 성형품을 필요에 따라 후경화하여 마찰재를 얻는다.
4. 또한, 필요에 따라, 마찰재의 표면만을 고온에서 가열처리하고, 마찰재에 홈을 형성시키거나, 소위 챔퍼링을 수행하여 최종제품을 얻는다 (도 1의 모식적 공정도 참조).
상기 공정에서는, 건식 혼합법에 의해 마찰재의 원료를 혼합한다. 그러나, 이 방법에서 얻어진 마찰재의 원료의 혼합물을 사용하여 마찰재를 형성하면, 마찰재용 결합재인 열경화성 수지, 일반적으로 페놀 수지의 다른 원료와의 밀착성이 나쁘고, 성형시에 발생하는 응력, 구체적으로 성형시 가공의 반작용이나 수지의 경화시에 발생하는 가스로 인한 응력, 그리고 제품을 사용할때 마찰재에 가해지는 응력에 의해 마찰재의 크랙 및 주름이 발생하여, 마찰재는 강도가 저하하고 때때로 배면 플레이트로부터 탈락하는 문제가 생긴다.
이 때문에, 원료를 혼합할때 용매 또는 물을 사용하여 열경화성 수지를 용해 및 혼합함으로써 열경화성 수지를 마찰재의 원료에 함유된 섬유 또는 충전재(분말)에 밀착하게 만드는 습식 혼합법이 개발되었다(도 2의 모식적 공정도 참조). 예를 들면, 일본 특개평 9-194602호 공보에는 결합제로서 주로 페놀 알알킬 수지를 사용하고 습식 혼합법에 의해 얻은 마찰재가 개시되어 있다.
그러나, 상기공보에 개시된 실시예를 포함하는 습식 혼합법은 용매 또는 물을 사용하기 때문에 이들 액체를 그것들이 혼합된 후에 감압하에 가열함으로써 제거하는 것이 필요하다. 만일 원료를 이들 액체를 제거하지 않고 성형(프레스) 하면, 다량의 액체가 성형중에 휘발하여 제품의 팽윤 및 크랙의 문제를 일으킨다.
한편, 상기 습식 혼합법의 문제를 인식한 후에, 종래의 건식 혼합법을 마찰판의 제조방법에만 적용할 목적으로 개선하여 종래의 건식 혼합법을 개선한 것이 일본 특공평 7-116303호 공보에 개시되었다. 공보에 개시된 기술에서, 폭이 좁은 금형에 마찰재 원료를 균일하게 투입할 수 있기 위하여 마찰재 원료를 건식으로 혼합할 때 얻어진 혼합물 (완전 분말)에 유동성을 부여한다. 더 상세히 말하면, 열경화성 수지 결합제로서 레졸형 분말상 페놀 수지를 사용하여, 수지결합제의 반응성을 실질적으로 유지하면서 원료를 과립화 및 분쇄하고 얻어진 입상 원료를 레벨 칭량한 다음 예비성형한다 (도 3의 모식적 공정도 참조). 그러나, 예로서 개시된 이 방법은 종래의 건식 혼합법보다 제조공정들이 궁극적으로 더 증가되고 따라서 제조비용의 면에서 바람직하지 못하다.
본 발명은 상기 종래의 마찰재의 제조방법에서 일어나는 문제를 해결하기 위해 행해졌다. 건식 혼합법을 사용하는 종래의 제조방법의 공정수를 증가시키지 않고 혼합공정을 개선함으로써 통상 사용하는 것들보다 우수한 마찰재의 제조방법을 제공하고, 또한 이 방법에 의해 얻어진 마찰재를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
도 1은 건식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이다.
도 2는 습식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 건식 혼합법을 개선한 방법으로 마찰재를 제조하는 방법의 모식적 공정도이다.
도 4는 본 발명의 건식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이다.
전술한 문제를 해결할 목적으로 행해진 본 발명에 따르는 마찰재의 제조방법은 마찰재 원료로부터, 적어도 혼합공정, 성형공정 및 열처리공정을 통하여 섬유 성분, 결합재 성분 및 충전재 성분을 함유하는 마찰재를 제조하는 것을 포함하며, 혼합공정에서의 원료의 혼합은 결합재가 연화하는 온도에서 건식으로 가열하에 원료를 교반 및 혼합함으로써 수행되는 구성을 갖는다.
본 발명에 따르는 전술한 방법에 의해 얻어진 마찰재는 섬유 성분, 결합재 성분 및 충전재 성분을 포함하고, 원료를 결합재가 연화하는 온도에서 건식으로 가열하에 교반 및 혼합하는 구성을 갖는다.
상기 구성에 더하여, 본 발명은 혼합공정에서, 원료를, 결합재 성분인 열경화성 수지를 경화하는 반응이 일어나지 않는 온도 내지 경화반응이 조금밖에 일어나지 않는 온도에 이르는 온도이하이면서 수지의 연화온도 이상인 온도로 가열하고 필요에 따라 압력하에 혼합하는 구성을 채용할 수 있다. 본 발명은 또한 130℃ 이상의 경화반응 개시온도와 80 내지 120℃의 연화온도를 가지는 페놀수지를 열경화성 수지로서 사용하는 구성을 채용할 수도 있다.
구체적으로는, 본 발명의 발명자는 예의 연구를 행한 결과, 마찰재의 원료를 혼합할 때 어떤 용매 및 물을 사용하지 않고 적당한 온도에서 교반 및 혼합하면서 가열하고 필요에 따라 압력을 가함으로써 섬유 또는 충전재 (분말)에 열경화성 수지가 밀착할 수 있도록 하는데 성공하여 본 발명을 완성하게 되었다.
발명의 실시 형태
본 발명의 실시 형태예를 이후 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 건식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이고, 도 2는 습식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 건식 혼합법을 개선한 방법으로 마찰재를 제조하는 방법의 모식적 공정도이고, 도 4는 본 발명의 건식 혼합법에 의한 마찰재의 제조방법의 모식적 공정도이다.
본 발명은 상기 도 1에 나타낸 종래의 건식 혼합법에 의한 공정도에 나타난 혼합공정을 개선한 방법이다. 간단히 말해서, 본 발명에 따르는 마찰재의 제조방법은 혼합공정에서 마찰재 원료를 소정의 비율로 배합하고, 그 원료 배합물을 고속으로 회전하는 블레이드를 갖는 믹서를 사용하여 섬유상 물질을 개섬하면서 혼합하는 것을 포함한다. 충분히 배합된 혼합물을 가열가압에 의해 성형하고 그후 필요에 따라 후경화시켜 섬유 성분과 결합재 성분 및 충전재 성분을 함유하는 본발명 마찰재가 얻어진다.
본 발명에서, 원료 (또는 원료배합물을 고속으로 회전하는 블레이드를 갖는 혼합기를 사용하여 섬유상 물질을 개섬하면서 혼합한 혼합물)을 결합재 성분인 열경화성 수지를 경화하는 반응이 일어나지 않는 온도 내지 경화반응이 조금밖에 일어나지 않는 온도에 이르는 온도이하이면서 열경화성 수지의 연화온도 이상인 온도로 가열하고 필요에 따라 압력하에 혼합한다. 혼합법으로서, 다음 방법이 채용될 수 있다: 원료를 통상의 건식 혼합법에 의해 예비혼합한 후 가열 (가압)하에 혼합한다.
구체적인 혼합 온도에 관하여는, 사용하는 열경화성 수지의 유형에 의존하나, 통상, 페놀 수지인 경우에, 경화제로서의 헥사민이 130℃ 이상의 온도에서 급격히 경화하기 시작하기 때문에 상한 온도는 130℃이다. 하한은 사용하는 열경화성수지의 연화온도이다. 예를 들면, 통상의 직선형 페놀수지의 경우에, 혼합온도는 약 80℃ 내지 120℃이다. 만일 페놀 수지의 열-경화된 제품이 120℃ 이상의 연화온도를 갖는다면, 이러한 페놀 수지는 본 발명의 범위내에 포함되지 않는다.
따라서, 본 발명 마찰재의 결합재 성분으로서는, 헥사민에 의해 경화되는 노볼락형 페놀 수지가 바람직하게 사용된다. 혼합공정에서, 수지를 경화하는 반응이 일어나지 않는 온도 내지 경화반응이 조금밖에 일어나지 않는 온도에 이르는 온도이하의 온도에서 유지될 수 있고 가열에 의해 연화될 수 있는 한, 다른 유형의 페놀 수지 및 페놀 수지이외의 열경화성 수지의 각각이 사용될 수 있다.
다음에, 본 발명 마찰재의 섬유 성분으로서는, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 금속섬유, 록울, 세라믹 섬유등이 사용된다.
또한, 본 발명 마찰재의 충전재 성분으로서는, 황산바륨, 수산화칼슘, 운모, 탄산칼슘, 티탄산칼륨, 더스트, 분쇄 타이어 분말, 버미큘라이트 등이 사용된다.
실시예
다음에, 본 발명의 마찰재의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 및 2의 각각에 있어서, 표1에 나타낸 원료 성분 및 배합비를 사용하여 성분들을 혼합하여 마찰재를 얻고 이것을 그 다음 시험을 받게 하였다. 각 실시예의 시험결과를 표 1에 나타낸다. 또, 표 1에서 좌향 화살표 "←"는 값이 왼쪽 칸의 값과 같다는 것을 나타낸다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2에서 직선상 노볼락 페놀 수지를 사용하였고 실시예 5에서는 자가제의 NBR 변성 직선상 노볼락 페놀 수지를 사용하였다. 또한, 혼합방법에 관해서는, 실시예 1 내지 5에서는, 각 원료를 계량하고, 아이리히 믹서를 사용하여 5분간 혼합한 다음 110℃에서 5분간 가열하에 니더에서 혼합하였다. 비교예1 및 2에서는, 각 원료를 계량하고, 아이리히 믹서에서 5분간 혼합하였다.
표 1에서, 크랙은 다이나모 테스터를 사용하여 열열화 균열 시험에 의해 평가하였다. 시험에서는, 50℃ 에서 600℃까지 매 50℃ 증가마다 1회 제동을 가하는 제동조작 2 사이클 실시후 크랙의 존재를 평가하였다. 평가 기준은 다음과 같다:
○: 크랙 없음, △: 크랙이 관찰되나 작음 (10mm 이하), ×: 크랙 있음 (10 내지 30mm), ××: 크랙이 크다 (30mm 이상).
표 1에 나타낸 마모를 다이나모 테스터를 사용하는 마모시험으로 평가하였다. 시험에서는, 100℃, 200℃, 300℃ 및 400℃의 온도 각각에서 1000회 제동시의 마모를 조사하였다. 평가 기준은 다음과 같다:
○: 1.5mm 이하, △: 1.5 내지 2.5mm, ×: 2.5mm 이상.
상기 표 1로부터 본 발명의 혼합법에 의해 형성된 마찰재는 종래의 혼합법에 의해 형성된 것 보다 더 높은 내크랙성과 내마모성을 갖는다. 상세히 설명하면, 실시예 4의 마찰재와 종래의 건식 혼합법에 의해 얻어진 비교예 2로 대표되는 마찰재가 원료의 같은 백분률 조성을 가지나, 혼합방법의 차이로 인해 양자간의 성능에 큰 차이가 있음이 발견된다. 실시예 5의 마찰재에 함유된 페놀 수지의 양은 비교예 2의 마찰재의 것보다 더 많다. 이것은 본 발명에서는, 페놀 수지가 종래의 건식 혼합법의 경우와 같은 양 또는 더 많은 양으로 사용될지라도, 우수한 성능을 가진 마찰재가 얻어질 수 있음을 나타낸다. 또한, 실시예 2 및 3의 마찰재를 습식 혼합법에 의해 생산된 비교예 1의 마찰재와 비교하여, 페놀 수지의 비율이 더 작거나 (실시예 2) 또는 같을지라도 (실시예 3), 습식 혼합법에 의해 얻어진 마찰재(비교예 1)의 경우보다 실시예들의 마찰재의 경우에서 더 우수한 특성이 얻어진다는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 매트릭스를 형성하는 페놀 수지가 다른 섬유 성분 및 충전재 성분에 신속히 밀착하여 이로써, 수화성을 개선시키고, 성형에 사용되는 수지의 양을 종래의 방법을 사용하는 경우보다 더 감소시킬 수 있는효과를 얻는다. 그런데, 수지는 페이드와 같은 브레이크 성능을 손상시키기 때문에 수지의 양은 작은 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 방법에서 수지의 양이 감소되면, 강도가 감소하여 이로써, 마모방지 성능 및 크랙방지 성능을 손상시키고, 따라서 수지 양의 감소는 바람직하지 않다.
또한, 본 발명 방법에서 얻은 마찰재는 마모를 감소시키고 제동 조작에서 받는 압력과 열에 의해 발생되는 마찰재의 크랙을 방지하는 효과를 갖는다.
Claims (5)
- 마찰재 원료로부터, 적어도 혼합공정, 성형공정 및 열처리공정을 통하여 제조하는 섬유 성분, 결합재 성분 및 충전재 성분을 함유하는 마찰재의 제조방법으로서, 상기 혼합공정에서의 상기 원료의 혼합은 상기 결합재가 연화하는 온도에서 건식으로 가열하에 원료를 교반 및 혼합함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 혼합공정에서, 원료를, 결합재 성분인 열경화성 수지를 경화하는 반응이 일어나지 않는 온도 내지 경화반응이 조금밖에 일어나지 않는 온도에 이르는 온도이하이면서 수지의 연화온도 이상인 온도로 가열하고 필요에 따라 압력하에 혼합하는 것을 특징으로 하는 마찰재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열경화성 수지가 130℃ 이상의 경화반응 개시온도와 80 내지 120℃의 연화온도를 가지는 페놀수지인 것을 특징으로 하는 마찰재의 제조방법.
- 섬유 성분, 결합재 성분 및 충전재 성분을 포함하는 마찰재로서, 마찰재용 원료들이 결합재가 연화하는 온도에서 건식으로 가열하에 교반 및 혼합된 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 4 항에 있어서, 결합재 성분인 열경화성 수지가 130℃ 이상의 경화반응 개시온도와 80 내지 120℃의 연화온도를 가지는 페놀수지인 것을 특징으로 하는 마찰재.
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