KR20030027821A - 비석면계 마찰재 - Google Patents

Abstract

비석면계 마찰재는 석면을 제외한 섬유기재, 결합재 및 충전재를 포함하는 성형 및 경화된 조성물로 만들어진다. 충전재는 20 내지 500㎛의 평균입도를 갖는 황산바륨을 포함한다. 이와 같이 구성된 마찰재는 5 내지 25%의 기공률이 부여될 수 있다. 게다가, 그것들은 양호한 내페이드성, 양호한 고속마찰계수 및 우수한 강도 및 내마모성을 갖는다.

Description

비석면계 마찰재{NON-ASBESTOS FRICTION MATERIAL}

발명의 분야

본 발명은 자동차 및 각종 산업용 기계에서 브레이크 패드, 브레이크 라이닝 및 클러치 페이싱으로서 사용하기에 크게 적합한 비석면계 마찰재에 관한 것이다.

종래 기술

각종 무기섬유가 자동차용의 마찰재, 특히 디스크 패드에서 사용되어 우수한 마찰성능이나 소음성능을 제공한다. 특히, 제동에 효과적인 경질 섬유인 각종 휘스커와 양호한 강도를 제공하는 록울이 통상 사용되어 왔다.

JP-A 63-280936은 유리섬유 자체가 어떻게 적당한 기공률을 제공하는지를 기술하며, 10 내지 25%의 기공률을 보장하기 위해 3 내지 15 부피%의 티탄산칼륨 섬유의 사용을 개시한다.

적어도 5㎛의 길이, 3㎛이하의 직경 및 3 보다 큰 애스팩트비를 갖는 이 유형의 무기섬유는 흡수가능한 섬유이고 발암성일 가능성이 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 그것들의 사용을 회피하고자 노력하는 추세에 있다. 즉, 이제까지 사용되어온 인조 무기섬유들은 형상이 석면과 유사하고, 석면과 같은 식으로 암을 유발할수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 그것들의 사용을 최소화하고자 하는 데에 관심이 있다. 유사한 형상의 섬유들과, 붕괴될 때 유사한 형상의 섬유들을 발생시키는 재료들의 사용을 회피하기 위한 요구는 갈수록 엄격해 질 것으로 예상된다.

여전히, 휘스커-형 섬유의 사용은 이러한 섬유가 발암성이기 때문에 회피되고 있는 한편, 휘스커-형 섬유의 대신에 미세 분말이 사용될 때 기공의 보유가 문제가 될 수 있다. 이것은 티탄산칼륨 섬유와 같은 대량으로 사용되는 섬유들을 교체할 때 특히 심각해진다. 휘스커-형 섬유의 함량을 제한하는 것은 마찰재의 기공률을 저하시키고, 내페이드성 및 고속 마찰계수를 떨어뜨린다.

마찰재는 기공률을 증가시키기 위해 성형 온도 및 압력을 변화시키면서 열 인가하에 성형할 수 있으나, 이것은 그것의 기계적 강도를 급격히 저하시킨다. JP-A 2-125115는 몰드 표면의 일부가 오목부를 갖는 몰드를 사용하여 인가된 열 및 압력하에 성형을 수행함으로써 이를 해결하고자 한다. 그러나 여전히, 열성형의 동안에 성형 압력 및 온도를 변화시킴으로써 기공률을 증가시키는 것이, 결과되는 마찰재의 기계적 강도와 내마모성을 현저히 저하시킨다는 사실이 남아있다.

그러므로 적합한 기공률을 유지하며, 양호한 내페이드성을 갖고, 양호한 고속마찰 성능을 나타내는 비석면계 마찰재를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명자들은 통상 미세한 분말로 사용되는 황산바륨을 20 내지 500㎛의 큰 입도를 갖는 큰 입자 형태로 포함하는 것이 충분한 기공률을 보유하고, 양호한 내페이드성을 가지며, 양호한 고속마찰 성능을 갖고, 우수한 내마모성을 부여한 비석면계 마찰재를 얻는 것을 가능하게 함을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 석면을 제외한 섬유기재, 결합재 및 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화시킴으로써 만들어진 비석면계 마찰재를 제공하는데, 여기서 충전재는 20 내지 500㎛의 평균입도를 갖는 황산바륨을 포함한다.

상기 주목한 바와 같이, 본 발명의 비석면계 마찰재는 주로 섬유기재, 결합재 및 충전재로 구성되는 조성물을 성형 및 경화시킴으로써 만들어진다.

섬유기재는 마찰재에 통상 사용되는 어떠한 비석면계 무기섬유 또는 유기섬유도 될 수 있다. 적합한 섬유기재의 예들은 금속섬유(예를 들면, 철, 구리, 황동, 청동, 알루미늄), 유리섬유, 록울, 월라스토나이트, 세피오라이트, 아타펄가이트 및 인조 광물섬유와 같은 무기섬유; 그리고 탄소섬유, 아라미드 섬유, 아라미드 펄프, 폴리이미드 섬유, 폴리아미드 섬유, 페놀 섬유, 셀룰로오스 및 아크릴 섬유와 같은 유기섬유를 포함한다. 이들 섬유기재는 단독으로 또는 두가지 이상의 조합으로서 사용될 수 있다.

섬유기재는 단섬유 또는 분말의 형태로 사용될 수도 있고, 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 10 내지 50부피%, 가장 바람직하게는 15 내지 40부피%의 양으로 포함된다.

결합재는 바람직하게는 열경화성 수지 결합재이나, 마찰재에 통상 사용되는 어떤 공지의 결합재도 될 수 있다. 예들은 페놀수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)로 변성된 하이-오르토 페놀수지, NBR-변성된 페놀수지 및 아크릴 고무-변성된 페놀수지와 같은 각종 고무-변성된 페놀수지 그리고 또한 멜라민수지, 에폭시 수지, NBR, 니트릴 고무 및 아크릴 고무를 포함한다. 이것들 중 한가지 또는 두가지 이상의 조합도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시에서, 이러한 결합재는 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 적어도 15부피%, 더 바람직하게는 15 내지 30부피%, 가장 바람직하게는 15 내지 25부피%의 양으로 포함된다.

마찰재 조성물에 사용되는 충전재는 유기 충전재와 무기 충전재로 구성될 수도 있다. 적합한 유기 충전재의 예들은 캐슈더스트, 타이어 고무 입자, 고무 더스트(고무 분말 및 과립), 니트릴고무 더스트(가황품) 및 아크릴 고무 더스트(가황품)을 포함한다. 이것들은 한가지 또는 두가지 이상의 조합도 사용될 수 있다. 이러한 유기 충전재는 전체 마찰재 조성물을 기준으로 바람직하게는 5 내지 30부피%, 가장 바람직하게는 10 내지 25부피%의 양으로 포함된다.

적합한 무기 충전재는 소석회, 황산바륨, 탄산칼슘, 마이카, 버미큘라이트, 코크스, 흑연 및 이황화몰리브덴과 또한 철, 구리 및 알루미늄과 같은 금속 분말을 포함한다. 이러한 무기 충전재는 일반적으로 전체 마찰재 조성물을 기준으로 30 내지 75부피%, 바람직하게는 30 내지 65부피%의 양으로 포함된다. 본 발명에서, 충전재는 특히, 큰 입도를 갖는 황산바륨을 포함한다.

황산바륨은 마찰재에서 일반 목적의 구성성분으로서 통상 사용되나, 이제까지 사용된 황산바륨은 0.5 내지 10㎛의 평균입도를 갖는다. 대신에, 본 발명은 20 내지 500㎛, 바람직하게는 50 내지 400㎛, 가장 바람직하게는 70 내지 300㎛의 평균입도를 갖는 거친 입상 황산바륨을 이용한다, 이러한 입상 황산바륨은 바람직하게는 천연 부유 등급(flotation grade)의 황산바륨을 분쇄 및 스크리닝하거나 아니면 침강성 황산바륨을 페놀수지와 함께 성형 및 분쇄 또는 조립(造粒)함으로써 얻어진다. 그 다음 분쇄 또는 조립된 황산바륨을 상기한 평균 입도로 입도조정한다.

상기한 거친 입상 황산바륨은 전체 마찰재 조성물의 바람직하게는 3 내지 30부피%, 가장 바람직하게는 10 내지 30부피%를 차지한다. 이러한 황산바륨의 너무 낮은 함량은 증가된 기공률 및 더 양호한 내페이드성과 같은 본 발명의 원하는 효과를 발휘하지 못한다. 반면에, 너무 높은 함량은 증가된 마모와 불량한 강도를 가져온다.

본 발명의 마찰재는 일반적으로 헨쉘 믹서, 로디지 믹서 또는 아이리히 믹서와 같은 적합한 혼합기에서 상기한 성분들을 균일하게 배합하고 배합물을 몰드에서 예비성형함으로써 제조된다. 그 다음 예비성형물을 130 내지 200℃의 온도 및 100 내지 1,000kg/㎠의 압력에서 2 내지 15분의 기간동안 성형한다.

결과된 성형품은 전형적으로 2 내지 48 시간의 기간동안 140 내지 250℃에서 열처리에 의해 후경화된 다음, 도장하고, 소성하고, 필요에 따라 표면 연마처리하여 완성품을 얻는다.

자동차의 디스크 패드의 경우에, 사전세척, 표면처리 및 접착제로 도포된 철 또는 알루미늄 판상에 예비성형물을 놓고 예비성형물을 이 상태로 몰드내에서 성형하고 이어서 열처리, 도장, 소성 및 표면 연마처리를 함으로써 제조를 수행할 수 있다.

본 발명의 비석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도차량 및 각종 형태의산업용 기계에서 브레이크 라이닝, 클러치 페이싱, 디스크 패드, 페이퍼 클러치 페이싱 및 브레이크 슈를 포함하는 광범위한 용도에서 사용될 수 있다.

실시예

실시예 및 비교예를 이하에 예시로서 제공하나, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 3

표 1에 나타낸 바와 같이 조제된 마찰재 조성물을 로다지 믹서에서 균일하게 혼합하고, 가압 몰드에서 100kg/㎠의 압력하에 1 내지 3분의 기간동안 예비성형하였다. 다음에, 예비성형물을 160℃및 250kg/㎠의 온도 및 압력에서 2 내지 10분의 기간동안 성형한 다음, 200℃에서 5시간의 열처리에 의해 후경화하여, 각 실시예 및 비교예의 자동차용 브레이크 패드를 제작하였다.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3에서 얻은 브레이크 패드를 하기 조건의 마찰시험을 행하고 이하의 평가기준에 따라 성능을 평가하였다.

<마찰시험 조건>

마찰시험은 JASO C406 ("자동차에서 브레이크 장치의 다이나모미터 시험")에 따라 행하였다.

<성능 평가방법>

실시예 및 비교예에서 제조된 마찰재의 성능을 다음과 같이 평가하였다.

(1) 마찰계수

제 1 및 제 2의 페이드 및 리커버리 시험의 최소 마찰계수.

양호: 최소 마찰계수 > 0.30

보통: 최소 마찰계수 > 0.20

(2) 마모량

성능시험 중의 마모의 깊이.

양호: 마모량 < 0.45mm

보통: 마모량 < 0.60mm

(3) 기공률

JIS D4418에 따라 측정함.

(4) 전단 강도

JIS D4415에 기술된 전단 시험방법에 의해 측정함.

양호: ≤40kg/㎠

보통: 35 내지 39kg/㎠

상기 논의한 바와 표 1로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 마찰재에는 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 그러나 25%이하, 바람직하게는 20%이하의 기공률을 부여할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 마찰재는 양호한 내페이드성, 양호한 고속 마찰계수 및 우수한 강도 및 내마모성을 갖는다.

일본 특허 출원 No.2001-297345는 여기에 참고로 포함된다.

일부 바람직한 구체예를 기술하였으나, 거기에 상기 가르침에 비추어 많은 수정 및 변형이 가해질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위를 벗어나지 않고 구체적으로 기술되는 것과 달리 실시될 수도 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 비석면계 마찰재는 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 그러나 25%이하, 바람직하게는 20%이하의 기공률을 부여할 수 있으므로, 양호한 내페이드성, 양호한 고속 마찰계수 및 우수한 강도 및 내마모성을 갖는다.

Claims (5)

1. 석면을 제외한 섬유기재, 결합재 및 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화함으로써 만들어지고, 여기서 충전재는 20 내지 500㎛의 평균입도를 갖는 황산바륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
2. 제 1 항에 있어서, 황산바륨은 천연 부유 등급의 황산바륨을 분쇄한 다음, 분쇄된 황산바륨을 20 내지 500㎛의 평균 입도로 입도조정함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
3. 제 1 항에 있어서, 황산바륨은 침강성 황산바륨을 페놀수지와 함께 성형 및 분쇄 또는 조립한 다음, 20 내지 500㎛의 평균 입도로 입도조정함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
4. 제 1 항에 있어서, 전체 조성물을 기준으로 3 내지 30부피%의 황산바륨 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
5. 제 1 항에 있어서, 적어도 10%의 기공률을 갖는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.