KR20020061120A - 비석면계 마찰재 - Google Patents
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Abstract
비석면계 마찰재는 석면을 제외한 섬유 기재와 결합제 및 충전재로 구성되는 조성물을 성형 및 경화함으로써 얻어진다. 섬유 기재의 일부는 모스 경도가 4.5 미만의 무기 섬유로 마찰재 조성물 전체의 1~15체적% 구성되며, 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15체적% 함유한다. 특히 마찰재가 드럼 브레이크용 브레이크 라이닝으로 사용될 때, 고속 제동시 마모가 적고, 내열성이 뛰어나고, 안정적인 제동 효과 및 우수한 강도를 갖으며, 바람직하지 못한 제동 소음도 적게 발생한다.
Description
본 발명은 상용 브레이크 및 주차 브레이크 두 가지에 필요한 성능 요구 조건을 만족시키는 비석면계 마찰재에 관한 것이다.
자동차, 대형 트럭, 철도 차량 및 여러가지 산업용 기계의 제동에 사용되는 드럼 브레이크용 마찰재는 여러가지 성능 특성이 요구된다. 이러한 특성에는 뛰어난 제동 효과(즉, 높은 마찰 계수) 뿐만 아니라, 높은 내열성, 최소한의 이음(異音) 또는 소음 발생 및 브레이크 슈에 마찰재가 볼트 또는 리벳으로 고정될 때 균열의 발생을 막을 수 있는 충분한 강도가 포함된다.
디스크 브레이크에서와는 달리, 드럼 브레이크의 브레이크 슈 및 브레이크 라이닝은 드럼의 내부에 위치하여, 제동시 발생된 열이 외부로 방산하기 어렵게 만든다. 그 결과, 라이닝 표면에서의 브레이크 슈 및 마찰재는 열에 의해 타버려서, 제동 효과를 크게 감소시키고 브레이크 페이드를 초래하는 경향이 있다. 따라서, 보다 우수한 내열성이 강하게 요구된다.
캐슈 더스트는 자동차용 마찰재, 특히 브레이크 라이닝에 있어서, 상용시에내마모성 및 제동 효과를 개선하고 초기 사용시 친숙성을 향상하는 용도등에 필수적인 것으로 알려진 유용한 원료이다. 예를 들어, JP-A 63-62926에서는 마찰재 전체의 7중량%의 캐슈 더스트의 혼합을 기술하고 있다. 비슷하게, JP-A 2-269149에서는 캐슈 더스트의 20체적%의 사용을 언급하고 있다.
그러나, 제동 효과 및 내마모성을 개선하기 위해 캐슈 더스트를 다량으로 사용하면, 마찰재의 내열성을 낮추어 고온에서 마찰 증가를 초래하고 제동시 라이닝이 마찰하는 드럼의 상대면에 피막 형성을 초래하여, 차례로 바람직하지 못한 브레이크 소음이 발생한다.
다른 한편으로는, 보다 높은 강도와 인성을 위해 유리 섬유와 같은 경질 섬유를 다량 사용하면 제동 효과는 개선되지만, 상대면을 공격하고 바람직하지 못한 브레이크 소음을 증가시키는 경향이 있다.
근래, 제동시 자동차의 필링(feeling) 및 특히 바람직하지 못한 브레이크 이음 및 소음에 대한 요구 조건이 점점 엄격해지고 있다. 주차 브레이크가 작동한 후 사람이 승차 또는 하차시에 차체의 요동으로 인한 이음의 발생을 최소화하고자하는 요구가 존재한다.
발명의 개요
따라서 본 발명은 상용 브레이크 및 주차 브레이크 두 가지에 필요한 성능 요구 조건을 만족시키는 비석면계 마찰재, 즉 고속 제동시 마모가 적고, 내열성이 뛰어나고, 안정적인 제동 효과 및 우수한 강도를 보장하며, 제동 종료시 차체의 흔들림으로 인한 브레이크 소음을 일으키지 않으며, 주차 브레이크가 작동한 후 사람이 승차 또는 하차시에 차체의 요동으로 인한 브레이크 소음의 발생을 최소화하는 고성능 마찰재를 제공하는데 목적이 있다.
유기 충전재의 하나로 함유된 캐슈 더스트의 양을 줄이고 동시에 (i) 일정양의 연질 무기 섬유 또는 (ii) 경질 무기 섬유 및 연질 무기 섬유의 조합을 이용함으로써, 마찰재의 강도 및 마찰 계수를 유지하면서도, 저주파 소음을 포함한 브레이크 소음의 발생을 효과적으로 줄일 수 있다는 것을 발견하였다.
좀더 자세하게는, 석면을 제외한 섬유 기재, 결합제 및 충전재로 이루어진 조성물을 성형 및 경화하여 얻어진 비석면계 마찰재와 관련하여, 접근(i)섬유 기재의 일부로서 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유를 1~15체적% 함유하고, 충전재의 하나로서 캐슈 더스트를 0.5~15체적% 함유한다. (두 가지 양 모두 조성물 전체 기준) 연질 무기 섬유를 사용하면 상대면의 공격성 또는 브레이크 소음을 악화시키지 않고, 제동시 마찰재가 마찰하는 상대면 위의 유기 피막을 제거할 수 있다.
더욱이, 석면을 제외한 섬유 기재, 결합제 및 충전재로 이루어진 조성물을 성형 및 경화하여 얻어진 비석면계 마찰재와 관련하여, 접근(ii)섬유 기재의 일부로서 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와 모스 경도 4.5 이상의 무기 섬유를 조합하여 이용함과 함께, 충전재의 하나로서 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체의 0.5~15 체적% 함유한다. 서로 다른 모스 경도를 갖는 둘 이상의 무기 섬유를 조합해 사용하면 무기 섬유 각각의 특징이 각각의 함량이 낮을 때에도 충분히 나타나도록 하여, 제동 효과의 안정성을 높일 수 있다.
또한 접근 (i) 및 (ii) 둘다, 상용 브레이크 및 주차 브레이크용 고성능 비석면계 마찰재를 제공한다는 것을 발견하였다. 본 발명에 따르는 상용 브레이크는 고속 제동에서 낮은 마모, 뛰어난 내열성, 안정적인 제동 효과 및 우수한 강도를 확보할 수 있으며, 제동 종료시 차체의 흔들림으로 인한 브레이크 소음을 일으키지 않으며, 주차 브레이크는 주차 브레이크의 작동 후에 사람이 승차 또는 하차시 차체의 요동으로 인한 브레이크 소음의 발생을 최소화할 수 있다.
따라서, 첫번째 관점에서, 본 발명은 석면을 제외한 섬유 기재, 결합제 및 충전재로 이루어진 조성물을 성형 및 경화하여 얻어진 비석면계 마찰재를 제공한다. 섬유 기재의 일부는 1~15체적%의 모스 경도 4.5 미만인 무기 섬유로 구성되고, 충전재는 캐슈 더스트를 0.5~15체적%를 함유한다. 두 가지 양 모두 조성물 전체 기준이다.
두 번째 관점에서, 본 발명은 석면을 제외한 섬유 기재, 결합제 및 충전재로 이루어진 조성물을 성형 및 경화에 의해 얻어진 비석면계 마찰재를 제공한다. 섬유 기재의 일부는 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와, 모스 경도 4.5 이상의 무기 섬유와의 조합으로 구성되고, 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15체적% 함유한다.
본 발명의 두 번째 관점의 비석면계 마찰재에서는, 모스 경도 4.5이상의 무기 섬유는 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와 모스 경도 4.5이상의 무기 섬유의 합계량의 80체적% 이하를 차지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 첫 번째 또는 두 번째 관점의 비석면계 마찰재에서는, 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유는 전형적으로 티탄산 칼륨 섬유, 탄산 마그네슘 섬유, 황산 마그네슘 섬유 및 탄산 칼슘 섬유로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이다. 모스 경도가 4.5 이상인 무기 섬유는 유리 섬유, 암면, 세라믹 섬유 및 금속 섬유로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 바람직하다. 게다가, 무기 섬유는 전형적으로 50~4000μm 의 길이와 5~60μm의 직경을 갖는다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 비석면계 마찰재는 본질적으로 석면을 제외한 섬유 기재, 결합제 및 충전재로 이루어진 비석면계 마찰재 조성물을 성형 및 경화함으로써 만들어진다. 본 발명의 첫번째 관점(i)에서는, 섬유 기재의 일부는 조성물 전체의 1~15체적%의 모스 경도 4.5 미만인 무기 섬유로 구성되고 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15체적% 함유한다. 본 발명의 두 번째 관점(ii)에서는, 섬유 기재의 일부가 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와 모스 경도 4.5 이상의 무기 섬유와의 조합으로 구성되고, 충전재는 캐슈 더스트를 마찰재 조성물 전체의 0.5~15 체적% 함유한다.
본 발명의 첫번째 관점(i)에서, 섬유 기재의 일부는 조성물 전체의 1~15체적%, 바람직하게는 3~10체적%의 모스 경도가 4.5 미만인 연질 무기 섬유로 구성된다. 또한, 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15 체적%, 바람직하게는 1~10체적% 함유한다.
모스 경도가 4.5 미만인 연질 무기 섬유 및 캐슈 더스트의 첨가량이 각각 상기 범위를 벗어나면, 불충분한 제동 효과, 내열성의 부족, 마모의 증가 및 바람직하지 못한 브레이크 소음 또는 이음의 발생을 초래하여, 본 발명의 목적과 효과를달성하지 못하게 된다.
모스 경도가 4.5 미만의 적합한 연질 무기 섬유의 예로는 티탄산 칼륨 섬유, 탄산 마그네슘 섬유, 황산 마그네슘 섬유 및 탄산 칼슘 섬유를 들 수 있다. 이들 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 티탄산 칼륨 섬유가 특히 바람직하다.
무기 섬유는 길이가 50~4000μm, 특히 80~350μm이고, 직경이 5~60μm을 갖는 것이 바람직하다.
캐슈 더스트는 마찰재에서 통상 사용되는 캐슈 더스트를 이용할 수 있지만, 평균 입경 50~500μm, 바람직하게는 200~500μm을 갖고, 타르 함량이 6~12중량% 인 것이 바람직하다.
본 발명의 두 번째 관점(ii)에서는, 섬유 기재의 일부가 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와, 모스 경도가 4.5이상, 바람직하게는 4.5~8, 가장 바람직하게는 6~8의 무기 섬유와의 조합으로 구성된다. 게다가, 충전재는 조성물 전체의 0.5~15체적%, 바람직하게는 1~10체적%의 캐슈 더스트를 함유한다.
모스 경도 4.5이상의 무기 섬유는 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와 모스 경도 4.5이상의 무기 섬유의 합계량의 80체적%이하를 차지한다. 모스 경도 4.5 이상의 무기 섬유에 대한 모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유의 체적 비율은 1/2~30/1이 바람직하다.
모스 경도 4.5 미만의 무기 섬유와 모스 경도 4.5이상의 무기 섬유의 합계배합량은 마찰재 조성물 전체에 대해 1~25체적%이고, 바람직하게는 3~20체적%이며, 가장 바람직하게는 5~15체적%이다.
본 발명의 이러한 관점에서 사용된 모스 경도 4.5 미만의 연질 무기 섬유 및 캐슈 더스트는 본 발명의 첫번째 관점에 대하여 위에서 언급한 것과 동일한 것이 될 수 있다. 모스 경도 4.5 이상의 무기 섬유의 예로는 유리 섬유, 암면, 세라믹 섬유 및 금속 섬유(예를 들면, 철, 구리, 황동, 청동, 알루미늄)를 들 수 있다. 이들 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 무기 섬유는 길이가 50~4000μm, 특히 2000~3000μm이고, 직경은 5~60μm을 갖는 것이 바람직하다.
위에서 언급한 무기 섬유에 더하여, 본 발명의 어느 한쪽의 관점에 따른 마찰재 조성물에서의 섬유 기재는 또한 나일론, 폴리에스테르, 레이온, 페놀 섬유 또는 아라미드 섬유와 같이 마찰재에 통상 사용되는 유기 섬유를 함유할 수도 있다. 마찰재 조성물에 함유된 섬유 기재의 총량(무기 섬유는 제외)은 마찰재 조성물 전체에 대해 일반적으로 0~15체적%, 바람직하게는 2~12체적%이다.
결합제는 마찰재에서 통상 사용되는 임의의 공지된 결합제가 될 수 있다. 예로는, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 다양한 종류의 변성 페놀 수지(예를 들면,에폭시-변성 페놀 수지, 오일-변성 페놀 수지, 알킬 벤젠 변성 페놀 수지 및 캐슈 변성 페놀 수지) 및 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 있다. 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
조성물에 함유된 결합제의 양은 마찰재 조성물 전체에 대해 일반적으로 10~25체적%이고, 바람직하게는 12~20체적%이다.
캐슈 더스트 이외의 유기 충전재로는 다양한 종류의 고무 분말(예를 들어, 고무 더스트, 멜라민 더스트) 및 분쇄타이어 분말이 사용될 수 있다. 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용할 수 있다.
이들 유기 충전재의 합계 첨가량은 마찰재 조성물 전체에 대해 일반적으로 5~35체적%이고, 바람직하게는 10~25체적% 이다.
무기 충전재의 예로는 2황화 몰리브덴, 3황화 안티몬, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 산화 마그네슘, 흑연, 수산화 칼슘, 플루오르화 칼슘, 활석, 3산화 몰리브덴, 3산화 안티몬, 규산 지르코늄, 산화철, 운모, 황화철, 산화 지르코늄, 금속 분말, 용융실리카(불투명석영유리), 이산화 규소, 알루미나, 산화 크롬 및 질석을 들 수 있다. 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 사용할 수 있다.
무기 충전재는 마찰재 조성물 전체에 대해 20~65체적%, 바람직하게는 35~55체적%의 양으로 첨가된다.
본 발명의 비석면계 마찰재의 제조 방법은 위에서 언급한 섬유 기재, 결합제 및 충전재 소정량을 Henschel 혼합기, Loedige 혼합기 또는 Eirich 혼합기와 같은 적절한 혼합기에서 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 성형용 금형내에서 예비 성형하는 것을 포함한다. 그 후 예비 성형물을 130~200℃의 온도 및 100~1000Kg/cm2의 압력에서 2~10분 동안 성형한다. 얻어진 성형품을 140~250℃에서 2~48 시간동안 열처리를 함으로써 후경화한 후, 필요에 따라 분무기로 도장하고, 인화하고 연마처리를 해서 완성품을 얻는다.
본 발명의 비석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도 차량 및 여러가지 산업 기계에서의 디스크 패드, 브레이크 슈 및 브레이크 라이닝 등의 용도로 사용될 수 있다. 특히, 이 마찰재는 상용 브레이크(주행시 사용되는) 및 주차 브레이크 두가지에 대한 성능 요구 조건을 만족시킨다. 본 발명의 마찰재가 상용 브레이크에 사용될 때, 제동 효과, 마찰 저항, 내열성, 이음, 강도, 저주파수 소음 발생 및 상대면 공격성 등에 있어서 만족스럽다. 본 발명의 마찰재가 주차 브레이크로 사용될 때는, 주차 브레이크의 작동 후에 사람이 승차 또는 하차시 차체의 요동으로 인한 소음의 발생을 최소화한다. 소형차 뒷브레이크의 경우에 흔히 드럼 브레이크가 상용 및 주차 브레이크로서 통상 사용되는데, 본 발명의 마찰재는 이러한 드럼 브레이크에서의 브레이크 라이닝으로서 사용하기에 매우 적합하다.
실시예
본 발명의 실시예 및 비교예가 실례로서 아래와 같이 주어지지만, 이것으로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1~11, 비교예 1~3
표 1,2 에 나타낸 바와 같이 각각의 실시예에서 마찰재 조성물을 배합한 후, Loedige 혼합기에서 균일하게 혼합하고, 가압 금형내에서 100Kg/cm2의 가압하에서 10분 동안 예비 성형하였다. 이 예비 성형물을 160℃ 온도 및 250Kg/cm2의 압력하에서 임의의 시간동안 성형하고, 200℃에서 5시간의 열처리를 함으로써 후경화하여 드럼 브레이크용 브레이크 라이닝을 작성하였다.
실시예 1~11 및 비교예 1~3에서 얻어진 브레이크 라이닝에 대하여 하기의 방법에 의해서 마찰 계수 측정,이음 및 소음 시험, 마모 시험을 하였다. 결과는 표 1 및 2에 나타낸다.
마찰 계수:
JASO C406에 준거하여 측정됨.
이음 및 소음 발생 시험(JASO C402에 준거)
실차 시험에 의해 이음의 빈도 및 제동시 소음 발생의 빈도를 결정하고 하기와 같이 평가하였다.
매우 우수: 발생율 1% 이하
우수:발생율 3% 이하
양호:발생율 10% 미만
불량:발생율 10% 이상
마모 시험(JASO C406에 준거)
시험 조건은 제동 초기속도 50km/h; 제동 감속도 0.15g; 제동 회수 1000회, 제동전 브레이크 온도 150℃ 였다. 드럼의 상대면에서의 마모량을 하기와 같이 평가하였다.
매우 우수: 미소한 마모(100μm 미만)
우수: 적은 마모(100~200μm)
양호: 상당한 마모(200~300μm)
불량: 매우 많은 마모(300μm 초과)
표 1 및 2에서는, 각 성분의 양이 조성물 전체에 대해서 체적%로 주어진다. 표에서 각각의 항목들은 아래에서 보다 자세히 기술된다.
무기 섬유
티탄산 칼륨 섬유: 모스 경도 4, 길이 150μm, 직경 30μm
유리 섬유: 모스 경도 6, 길이 3000μm, 직경 10μm
암면: 모스 경도 6, 길이 250μm, 직경 5μm
그밖의 유기 충전재
체적비 1:1의 분쇄타이어 고무 및 고무 분말
무기 충전재
소석회 3체적%; 나머지는 탄산 칼슘
본 발명의 비석면계 마찰재는 다음과 같은 효과를 갖는다.
(1) 제동 종료시 차체의 흔들림으로 인한 소음 발생이 현저하게 감소된다.
(2) 차체의 요동으로 인한 소음 발생이 크게 감소된다.
(3) 내열성이 향상된다.
(4) 제동 효과가 안정화된다.
(5) 마찰이 발생하는 마찰 상대면(드럼)에 대한 공격성이 감소된다.
일본 특허 출원 No.2001-004832 은 참조에 의해 본원에 포함된다.
몇가지 바람직한 구체예가 기술되었지만, 상기 교시에 비추어 그것에 대해 많은 수정 및 변형이 만들어질 수 있다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않는다면 구체적으로 기술된 바와 다르게 실행될 수도 있다고 이해된다.
Claims (6)
- 석면을 제외한 섬유 기재와 결합제 및 충전재로 이루어지고, 섬유 기재의 일부는 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유로 마찰재 조성물 전체의 1~15체적% 구성되고, 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15체적% 함유하는 조성물을 성형 및 경화하여 얻은 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 석면을 제외한 섬유 기재와 결합제 및 충전재로 이루어지고, 섬유 기재의 일부는 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유와 모스 경도가 4.5 이상인 무기 섬유와의 조합으로 구성되며, 충전재는 캐슈 더스트를 조성물 전체의 0.5~15체적% 함유하는 조성물을 성형 및 경화하여 얻은 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 제 2 항에 있어서, 모스 경도가 4.5 이상인 무기 섬유가 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유와 모스 경도가 4.5 이상인 무기 섬유의 합계량의 80체적% 이하를 차지하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모스 경도가 4.5 미만인 무기 섬유가 티탄산 칼륨 섬유, 탄산 마그네슘 섬유, 황산 마그네슘 섬유 및 탄산 칼슘 섬유로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 모스 경도가 4.5 이상인 무기 섬유가 유리 섬유, 암면, 세라믹 섬유 및 금속 섬유로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 무기 섬유가 50~4000μm의 길이와 5~60μm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
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