KR20040036575A

KR20040036575A - 피치 탄소 섬유를 구비한 습식 마찰재

Info

Publication number: KR20040036575A
Application number: KR1020030073537A
Authority: KR
Inventors: 펭 동
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2004-04-30
Also published as: EP1413793A2; EP1413793A3; US7537824B2; CN100516584C; CN1499100A; US7247361B2; JP2004144302A; US20040081813A1; US20050191477A1

Abstract

본 발명에 따른 마찰재는 적어도 한 형태의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 섬유 기재를 포함한다.

Description

피치 탄소 섬유를 구비한 습식 마찰재{Wet friction material with pitch carbon fiber}

본 발명은 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 본 발명의 마찰재는 표준 탄소 섬유와 비교하여 약 20% 증가된 마찰계수를 가진다. 마찰재는 극히 높은 내열성, 개선된 내구성 및 고 내온성을 가진다.

연속 슬립 토오크 컨버터 및 변속 클러치 시스템을 가지는 새롭고 발전된 연속 토오크 변속 시스템들이 자동차 산업에 의해 개발되고 있다. 이런 새로운 시스템들은 종종 높은 에너지 요구를 수반한다. 그러므로, 또한 이러한 발전된 시스템들의 증가하는 에너지 요구를 충족시키도록 마찰재 기술이 개발되어야만 된다.

특히, 새로운 고성능, 내구성의 마찰재가 요구된다. 새로운 마찰재는 표면 속도가 약 65m/sec까지의 높은 속도에 견딜 수 있어야만 된다. 또한, 마찰재는 약 1500psi까지의 높은 페이싱 라이닝에 견딜 수 있어야만 된다.

또한, 마찰재가 한정된 윤활 상태 하에서 유용한 것이 중요하다. 마찰재는 높은 온도에서 안정하게 있어야 할 뿐만 아니라, 동작 상태동안 발생되는 높은 열을 신속하게 방열할 수 있어야만 한다.

새로운 시스템의 조립 및 분해 동안 발생되는 높은 속도는 마찰재가 결합 기간에 걸쳐서 비교적 일정한 마찰을 유지할 수 있어야만 한다는 것을 의미한다. 마찰 결합이 제동중에 마찰재들 또는 하나의 기어가 다른 기어로 파워 변속동안 변속 시스템의 “떨림”을 최소화하기 위하여 넓은 범위의 속도 및 온도에 걸쳐서 비교적 일정해야 하는 것은 중요하다. 또한, 마찰재가 마찰 결합동안 마찰재가 소음 또는 “끼익 거리는 소리”가 없도록 필요한 토오크 곡선 형상을 가지는 것은 중요하다.

마찰재의 모든 응용물에 관한 주된 성능은 떨림 방지 및 마찰 경계면의 에너지 관리이다. 떨림의 발생은 마찰재 특성, 접합면들의 경도 및 거칠기, 오일막 유지, 윤활제의 화학 작용 및 상호 작용, 클러치 작동 상태, 구동 라인 조립 및 하드웨어 정렬 및 구동 라인 오염을 포함하는 많은 변수들에 기인될 수 있다. 마찰 계면 에너지 관리는 주로 계면 온도를 제어하는 것에 관련되고, 펌프 용량, 오일 흐름 경로 및 제어 전략에 영향을 받는다. 마찰재 표면 설계는 또한 계면 에너지 관리의 효율성에 기여한다.

클러치 응용물의 변속에 주요 성능 관심사들은 마찰재의 마찰계수 특성들(마찰재가 필요한 토오크 및 보유 용량을 가지도록)과 마찰재가 사용시에 파손되지 않도록 마찰재의 안정성들이다.

이전에, 석면 섬유들은 온도 안정성을 위한 마찰재에 포함되었다. 인체 및 환경 문제들로 인하여, 석면은 더 이상 사용되지 않는다. 보다 최근의 마찰재는 주입지(impregnating paper)를 변경시키는 것에 의한 마차재 또는 페놀 또는 페놀 변경 수지를 가진 섬유 물질에서의 석면의 부재를 극복하도록 시도되었다. 그러나, 이러한 마찰재들은 발생된 열을 신속하게 방열할 수 없으며, 현재 개발된 고속 시스템에서 사용하기 위해 요구되는 필요한 내열성 및 안정한 고 마찰 성능을 가지지 못한다.

Kearsey의 미합중국 특허 제5,585,166호는 다공성 기층(셀룰로오스 및 합성 섬유, 충진재 및 열경화성 수지 및 다공성 마찰재층(열경화성 수지에 있는 비직조 합성 섬유)를 가지는 다층 마찰 라이닝을 개시하며, 여기에서 마찰재는 기층보다 높은 다공성을 가진다.

Seiz의 미합중국 특허 제 5,083,650호의 참증은 다단계의 주입 및 경화 공정, 즉 코팅 복합물, 탄소 입자들이 주입된 종이가 종이 상에 배치되고, 종이에 있는 코팅 복합물이 부분적으로 경화되고, 제 2 코팅 복합물이 부분적으로 경화된 종이에 도포되고, 끝으로 양 코팅 복합물들이 경화되는 공정을 수반한다.

마찰재에서 사용하기 위하여 본 출원의 양도인인 보그워너 인코포레이티드에 의하여 공유된 다양한 종이 기반 섬유 물질들이 개발되었다. 이러한 것들 및 본 명세서에 개시된 모든 참증들은 전체적으로 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.

특히, Lam 등의 미합중국 특허 제 5,998,307호는 다공성 주 층이 적어도 하나의 섬유재를 포함하는 경화성 수지가 주입된 주 섬유 물질과, 주층의 표면의 적어도 약 3 내지 90%를 덮는 탄소 입자들을 포함하는 부층을 가지는 마찰재에 관한 것이다.

Lam 등의 미합중국 특허 제 5,858,883호는 덜 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유들, 인조 흑연, 및 충진재의 주층과, 주층의 표면 상의 탄소 입자들을 포함하는 부층을 가지는 기재에 관한 것이다.

Lam 등의 미합중국 특허 제5,856,224호는 경화성 수지가 주입된 기재를 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 주층은 덜 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유들, 인조 흑연 및 충진재를 포함하고; 부층은 탄소 입자들과 유지 조력제를 포함한다.

Lam 등의 미합중국 특허 제5,958,507호는 덜 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유들을 포함하는 섬유재의 적어도 일면의 약 3 내지 90%가 탄소 입자들로 코팅된다.

Lam의 미합중국 특허 제6,001,750호는 경화성 수지가 주입된 섬유 기반 물질을 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 다공성 주층은 덜 가는 섬유가 있는 아라미드섬유, 탄소 입자들, 탄소 섬유들, 중진재, 페놀 노볼로이드(novoloid) 섬유들, 및 선택적으로 면 섬유들을 포함한다. 부층은 표면의 약 3 내지 90%에서 표면을 덮는 탄소 입자들을 포함한다.

여전히 공유된 미합중국 특허 출원 제09/707,274호는 주층의 표면적의 약 3내지 90%를 덮는 마찰 변형 입자들을 구비한 다공성 섬유 기반 주층을 가지는 종이형 마찰재에 관한 것이다.

아울러, 다양한 종이형 섬유 기반 마찰재들이 보그워너 인코포레이티드에 의해 소유된 Lam 등의 미합중국 특허 제5,753,356호 및 제5,707,905호에 개시되어 있으며, 이 특허들은 덜 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유들, 인조 흑연 및 충진대를 포함하는 물질을 개시하며, 이 참증들은 참조에 의해 전체적으로 본 명세서에 통합된다.

Lam의 다른 공유된 미합중국 특허 제6,130,176호는 덜 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유들, 탄소 섬유들, 탄소 입자들 및 충진재를 포함하는 비금속 종이형 섬유 기반 물질들에 관한 것이다.

이러한 것들로부터 만들어진 자체 안정화 피치 및 탄소 섬유들이 미합중국 특허 제5,766,523호; 제5,540,903호; 제5,259,947호; 제5,437,780호; 제5,648,041호; 제5,501,788호; 제5,540,832호 및 제6,123,829호와 같이 카나코 인코포레이티드(Conaco Inc.)에 양도된 다양한 특허에 개시되어 있는 한편, 이것들은 참조에 의해 본 명세서에 예시적으로 통합되고, 이러한 참증들중 습식 마찰재 응용에 있어서피치 탄소 섬유들의 탄소 섬유들의 사용을 교시하거나 개시한 것은 없다.

모든 조성의 마찰재들에 대해, “습식” 적용물에서 사용하기 위하여, 마찰재는 광범위한 수용 특성을 가져야만 한다. 마찰재는 양호한 내떨림 특성을 가져야만 하고; 고 내열성을 가져야만 하고 신속하게 열을 방열할 수 있어야만 하며, 그리고 긴 영속성, 안정하고 일정한 마찰 성능을 가져야만 한다. 이러한 특성들중 어떠한 것도 충족시키지 못 하면, 최적 성능의 마찰재가 달성되지 않는다.

또한, 안정한 주입 수지가 고 에너지 응용 마찰재를 형성하기 위하여 마찰재에 사용되는 것이 중요하다. 사용중에 제동유 또는 변속 오일이 마찰재에 부어질 때, 마찰재는 사용중에 양호한 전단 강도를 가져야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래와 비교하여 확실하고 개선된 성질들을 가지는 개선된 마찰재를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 “내떨림성”, 내열점성, 고 내열성, 고마찰 안정성 및 내구성, 및 강도를 가지는 마찰재를 제공하는데 있다.

도 1a는 피치 기반 탄소 섬유의 SEM 단면상을 도시한 도면.

도 1b는 PAN 기반 탄소 섬유의 SEM 단면상을 도시한 도면.

도 2는 예 1-1, 1-2, 및 비교예 A에 대한 중간 지점 마찰계수에 대한 시험 데이터를 도시한 그래프.

도 3은 예 1-1, 1-2, 및 비교예 A에 대한 중간 지점 마찰계수(M)에 대한 단부 지점 마찰계수(E)의 비를 도시한 그래프.

도 4는 예 1-1, 1-2, 및 비교예 A에 대한 분리 마찰계수대 사이클 수를 도시한 그래프.

도 5는 4 사이클 수 이상의 예 2 및 비교예 B의 중간 지점의 마찰계수를 도시한 그래프.

도 6은 비교예 B와 예 2에 대한 단부 지점/중간 비를 도시한 그래프.

도 7은 에 2 및 비교예 B에 대한 중간 지점 마찰계수를 도시한 그래프.

도 8은 예 2 및 비교예 B에 대한 피스톤 변위를 도시한 그래프.

도 9는 비교예 D-1, D-2, D-3 및 D-4와 비교되는 것으로서 예 4-1, 4-2, 4-3, 및 4-4에 대한 중간 지점 마찰계수를 도시한 그래프.

도 10은 비교예 D-1, D-2, D-3 및 D-4와 비교되는 것으로서 예 4-1, 4-2, 4-3, 및 4-4에 대한 분리 마찰계수를 도시한 그래프.

도 11은 석유 피치 기반 탄소 섬유에 대해 20㎛의 섬유 길이를 도시한 SEM 사진.

도 12는 석유 피치 기반 탄소 섬유에 대해 200㎛의 섬유 길이를 도시한 SEM 사진.

도 13은 석유 피치 기반 탄소 섬유에 대한 단면도.

도 14는 예 5-1 및 5-2와 비교예 E-1에 대한 μPVT 시험을 도시한 그래프.

도 15a는 예 5-1 및 5-2와 비교예 E-1의 레벨 8에 대한 T-N 시험을 도시한 그래프.

도 15b는 도 15a에 도시된 그래프의 초기 위치의 확대도.

도 16은 예 5-1과 비교예 E-1 및 E-2에 대한 피스톤 변위를 도시한 T-N 시험.

도 17a는 예 6-1 및 6-2와 비교예 E-1에 대한 중간 지점 마찰계수를 도시한 그래프.

도 17b는 예 6-1 및 6-2와 비교예 E-1에 대한 단부/중간 비를 도시한 그래프.

도 17c는 예 6-3, 6-4 및 6-5a와 비교예 F-1에 대한 중간 지점 마찰계수를 도시한 그래프.

도 17d는 예 6-3, 6-4, 6-5a 및 6-5b와 비교예 F-1에 대한 단부/중간 비를도시한 그래프.

도 18a는 예 6-1, 6-2 및 비교예 E-1에 대한 중간 지점 마찰계수들 사이의 낮은 오일 흐름을 위한 T-N 시험 데이터를 도시한 그래프.

도 18b는 예 6-1, 6-2 및 비교예 E-1에 대한 피스톤 변위를 도시한 그래프.

도 19는 다양한 사이클에서의 예 6-1, 6-2 및 비교예 E-1에 대한 T-N 시험 데이터.

도 20a 및 도 20b는 예 7-1, 7-2, 7-3 및 7-4와 비교예 3에 대한 T-N 시험 데이터를 도시한 그래프.

도 21은 예 8-1, 8-2, 8-3 및 8-4와 비교예 H-1에 대한 μVBPT 시험.

도 22a는 예 8-1, 8-2, 8-3 및 8-4와 비교예 H-1에 대한 중간 지점 마찰계수의 T-N 데이터를 도시한 그래프.

도 22b는 예 8-1, 8-2, 8-3 및 8-4와 비교예 H-1에 대한 피스톤 변위를 도시한 그래프.

도 22c는 예 8-1, 8-2, 8-3 및 8-4와 비교예 H-1에 대한 μVPT 시험.

본 발명은 적어도 한 조성물의 석유 피치 기잔 탄소 섬유를 가지는 섬유 기반 물질을 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 마찰재는 마주한 마찰면과 정렬시에 사용하기 위한 것이다. 섬유 기반 물질은 적어도 한 조성물의 석유 기반 탄소 섬유들을 가지며, 이것은 마찰재의 적어도 한 외부면에 존재한다. 그러므로, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 마주한 마찰면과 마찰재의 결합동안 마주한 마찰면과 접촉한다.

바람직한 양태에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 비용매화된 상태에서동일한 피치의 용융점보다 낮은 적어도 40℃에서 유체 온도를 가지는 용매화된 피치를 포함한다. 석유 피치 기반 섬유들은 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있다.

특정의 바람직한 양태에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 약 5 내지 40%의 용매 화합물을 가진다. 이러한 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 섬유로부터 용매 화합물을 제거함으로써 용융되지 않는다. 아울러, 본 발명의 이점 및 목적들은 다음의 기술 및 청구항을 참조하여 명백하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 석유 피치 기반 섬유를 가지는 마찰재에 관한 것이다. 바람직한 양태에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재의 적어도 하나의 외부면에 존재한다. 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재의 결합동안 마주하는 마찰면과 접촉하게 된다.

본 발명의 마찰재는 1 또는 그 이하의 범위에서 중간 지점 마찰계수(M)에 대한 단부 지점 마찰계수(E)의 필요한 비를 가진다. 바람직한 E/M 비는 본 발명의 마찰재가 감소된 떨림을 가지는 것을 나타낸다.

아울러, 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 포함하는 마찰재는 종래의 마찰재보다 큰 중간 지점 마찰계수를 가진다. 중간 지점 마찰계수는 마찰재의 토오크 및 보유 용량과 상관하여서, 마찰재는 이전의 마찰재들보다 양호한 성능을 보인다.

이러한 기술들에도 불구하고, 탄소 섬유들이 낮은 마찰재이기 때문에 탄소재로 예측됨에 따라서, 놀랍게도 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 마찰계수에 있어서감소를 유발하지 않는다는 것을 알았다. 오히려, 석유 피치 기반 탄소 섬유의 증가량과 함께 증가된 마찰계수가 마찰재에 존재한다. 또한, 놀랍게, 석유 피치 기반 탄소 섬유를 가지는 마찰재는 종래의 마찰재 이상의 개선된 내구성을 가진다.

특정 실시예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 단일층 마찰재로 사용될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유 기재에서 추가의 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 포함하는 섬유 기재 상에 있는 제 2 층으로서 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 섬유 기재에서 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 가지지 않는 섬유 기재의 외부면 상의 부층 또는 상부층으로서 사용된다. 부층 또는 상부층으로서 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 가지는 마찰재는 증가된 내구성을 가진다. 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 열차폐물로서 작용하므로, 추가의 필요한 안정성을 마찰재에 제공한다. 또한 퇴적된 석유 피치 기반 탄소 섬유는 분리 마찰계수를 증가시키므로, 마찰재의 보유 용량을 증가시킨다.

특정의 실시예에 잇어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 예를 들어 면 또는 셀룰로오스 충진재와 같은 저렴한 다공성 물질 상에서 상부 또는 부층으로서 사용될 수 있다.

이러한 탄소 섬유재가 조성물들의 15 내지 20%의 범위에서와 같이 전형적인 공식으로 존재될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이는 섬유 기재에 다른 적절한 물질들이 존재될 수 있다는 것이 본 발명의 의도된 범위에 놓인다. 이러한 한정되지않은 예들은 습식 레이드(laid), 건식 레이드, 니들 펀치, 니트, 및 재봉 결합 비직조 물질들을 포함하는 모든 예지 가능한 비직조 물질들을 포함한다. 이 또한 습식 마찰재들의 예지 가능한 조성물들이 사용될 수 있다는 것이 본 발명의 의도된 범위에 놓인다.

석유 피치 기반 탄소 섬유는 독특한 구조를 가진다. 도 1a는 본 발명에서 사용되는 피치 기반 탄소 섬유의 단면도를 도시하는 한편, 도 1b는 마찰재에서 편리하게 사용되는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN)의 단면도를 도시한다.

특정 실시예에 있어서, 탄소 섬유는 적어도 약 40℃ 및 종종 비용매화된 상태에서 동일한 피치의 용융점 이상의 200℃ 이상의 유체 온도를 가지는 용매화된 등방성 피치로 만들어진다. 이러한 용매화된 등방성 피치로 만들어진 섬유들은 개선된 안정화 특성들을 가져서, 섬유들은 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있다. 아울러, 탄소 섬유에 존재하는 어떤 중간상(mesophase)이 탄소 섬유들의 조성물과 관련된 전단력에 의하여 크게 신장되지 않는다. 더욱이, 피치 섬유가 섬유로부터 용매의 제거로 용융될 수 없는 경우에, 바람직한 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 조성물들중 약 5 내지 40%의 용매를 가지지 않는다.

특정 실시예들에 있어서, 본 발명에서 사용된 석유 피치 기반 탄소 섬유는 그 중심으로의 섬유들의 외면에서의 산화율과 대략 동등하거나 또는 그 보다 큰 산소 확산 속도를 가지는 섬유(참조에 의하여 본 명세서에 전체적으로 통합된 미합중국 특허 제6,123,829호)에 개시된 바와 같은)이다. 섬유 중심은 섬유 표면에서의 산화에 의하여 탄소의 소모 속도보다 약간 작은 속도로부터 큰 속도의 범위에서 산화 가능하게 안정화된다. 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 바람직하게 300℃, 바람직하게 350℃ 이상의 연화점을 가져서, 섬유들은 섬유 방적 온도보다 높은 온도에서 안정화 공정을 받을 수 있다. 이러한 석유 피치 기반 탄소 섬유가 마찰재로 사용된 본 발명의 이전까진 없었다.

“피치”는 일반적으로 나프타 분해 산업에서 부산물로서 얻어지는 천연 아스팔트 석유 피치들 및 석탄으로부터 얻어지는 고 탄소 함량의 피치들의 제조시에 부산물들을 일컫는다는 것을 알 수 있을 것이다. 석유 피치는 일반적으로 촉매로부터 얻어지는 잔류 탄소질 물질 및/또는 석유 증류물 또는 잔류물의 열분해물을 일컫는다. 용매화된 피치들은 일반적으로 피치에 있어서 약 5 내지 40wt%의 용매를 함유하고, 용매와 관련되지 않을 때 피치 성분의 용융점보다 낮은 유체 온도를 가진다. 전형적으로, 유체 온도는 40℃ 이하이다. 용매화된 피치에 대한 유체 온도는 용융점을 초과하는 온도로부터 분당 1℃로 용매화된 피치를 냉각하는 것으로 6,000 포이즈의 점성이 기록되는 온도이도록 산업계에서 결정된다. 용매 중심은 용매의 중량 손실 또는 진공 분리에 의해 결정되는 값은 일컫는다.

특정의 양태에 있어서, 용매화된 피치는 보다 짧은 안정화 또는 섬유들의 제조 동안 안정화 단계가 없는 것을 요구하므로, 안정화에 대한 큰 비용 절감을 만든다. 통상적으로, 과거에 산화가 섬유가 탄소화 온도로 가열될 때 섬유들의 용융을 방지하도록 다른 조성물의 탄소 섬유들을 제조하여야만 되었다. 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 여기에서 용매화된 피치로 만들어진 탄소화 및/또는 흑연화가 따르는 섬유로서 정의된다. 등방성 피치(광학적으로 정렬된 액정 조성물로 할당되지 않은분자를 포함하는)와 중간상 또는 이방성 피치(온도에 따라서 액상 또는 고상인 광학적으로 정렬된 액정을 형성하도록 반응을 통해 서로 관련되는 방향제 구조를 가지는 분자를 포함하는) 모두가 본 발명에서 사용되는 석유 피치 기반 탄소 섬유를 만드는데 유용하다.

예들

다음의 예들은 본 발명의 다양한 실시예들을 예시한다. 그러나, 다음의 예들에서 예시되지 않은 다른 실시예들 또한 본 발명의 범위에 있는 것으로서 예측될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

예 I

특정 실시예에 있어서, 마찰재는 wt%로: 약 20 내지 60%의 가는 섬유가 있는 라미드 섬유들, 약 10 내지 30%의 실리카 충진재, 약 10 내지 20%의 흑연, 및 약 5 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 포함한다. 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 예 1-1 및 1-2는 약 50%의 가는 섬유가 있는 아라미드 섬유, 약 20%의 실리카 충진재, 약 15%의 석유 피치 기반 탄소 섬유, 및 선택적으로 약 155 lb/3000 ft²의 기본 중량을 가지는 섬유 기재를 만드는데 사용되고 약 29mils의 구경을 가지는 약 2%의 라텍스 애드온(addon)을 포함한다.

도 2는 A 내지 P로 문자 표시된 상이한 사이클 동안, 석유 피치 기반 탄소 섬유의 두 예(예 1-1, 및 예 1-2로서 도시됨)와 비교적인 표준 탄소 섬유(비교예 1로서 도시됨)의 중간 지점 마찰계수를 예시하는 변속 클러치 응용물을 도시한다.본 발명에 따라서, 약 1 이하의 중간지점 마찰계수(M)에 대한 단부지점 마찰계수(E)를 가지는 마찰계수를 가지는 것이 필요하다. 이러한 E/M 비는 도 3에 도시되어 있으며, 도 3에서 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 마찰재는 섬유재를 가진 비교적인 마찰재의 E/M 비 이하의 E/M 비를 대체로 가진다.

도 4에 도시된 분리 마찰계수 시험은 마찰재의 보유 용량의 인용한다. 알 수 있는 바와 같이, 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 예 1의 마찰재에 대한 보유 용량은 종래의 섬유재보다 훨씬 크다. 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 마찰재들은 표준 탄소 섬유를 가지는 종래의 마찰재인 비교예보다 약 20% 높은 중간지점 마찰계수를 가진다. 추가적으로, 예 1 물질은 필요한 E/M 비를 가지며, 종래의 물질보다 약 11 내지 19% 높은 분리 마찰계수를 가진다.

예 II

본 발명의 또 다른 실시예에서, 마찰재는 wt%로, 약 50 내지 60%의 아라미드 섬유, 약 3 내지 10%의 실리카 충진재, 약 20 내지 30%의 흑연, 및 약 10 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 예 2는 wt%로 다음의 조성을 가진다:

아라미드 섬유 약 55%,

실리카 충진재 약 5%,

흑연 약 25%, 및

석유 피치 기반 탄소 섬유 약 15%; 및 선택적으로

라텍스 애드온 약 2% 추가.

예 2의 섬유질 기재는 약 166 lb/3000 ft²의 기본 중량과 약 29mils의 구경을 가진다.

도 5는 종래의 탄소 섬유들이 석유 피치 기반 탄소 섬유대신 사용된 것 외에 유사한 예 2의 조성물을 포함하는 비교 샘플이인 비교예 B에 대한 주층에 대한 중간지점 마찰계수 시험을 도시한다.

예 2 및 비교예 B의 주층에 대한 중간/단부 비는 도 6에 도시되어 있다. 물질은 필요한 범위에서 안정하다.

도 7은 예 2와 비교예 B에 있는 주층에 대한 중간지점 마찰계수를 도시하는 시험 데이터의 그래프이다.

도 8은 사이클들에 대한 피스톤 변위를 포함하는 시험의 그래프이다. 예 2의 석유 피치 기반 탄소 섬유는 비교예 B와 동일하게 수행한다.

예 III

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 마찰재는 wt%로, 약 50 내지 70%의 실리카 마찰 변형재들과 약 30 내지 50%의 섬유들을 포함하는 섬유질 기재를 포함하고, 섬유들은 아라미드 섬유들과 석유 피치 기반 탄소 섬유들의 혼합물을 포함한다. 특정 실시예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 마찰재에서 존재하는 섬유들의 약 5 내지 50%에서 존재하고, 특정 실시예에서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 섬유들의 약 45 내지 55%로 존재한다.

다른 실시예에서, 석유 피치 기반 탄소 섬유의 양은 최종 사용 적용물에 따라서 변경될 수 있다. 이와 같이, 다양한 마찰재들은 마찰재에 존재하는 양에 근거하여 약 45 내지 55%의 석유 피치 기반 탄소 섬유나 약 30 내지 40%의 석유 피치 기반 탄소 섬유: 여전히 약 3 내지 7%의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 가진다. 다음의 예들에 있어서, 마찰재들은 셀라이트와 석유 피치 기반 탄소 섬유에 대한 아라미드 섬유들의 상이한 비를 가지는 섬유 기반 물질을 포함한다. 비교예들은 종래의 탄소 섬유들을 가지는 탄소 기반 물질을 함유한다.

조성물들이 증가된 양의 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 함유할 때, 탄소 섬유가 낮은 마찰 물질이기 때문에, 마찰계수가 저하되는 것을 예측되었다. 그러나 놀랍게도, 석유 피치 기반 탄소 섬유의 증가와 함께 증가된 마찰계수가 본 발명에서 존재한다. 다음의 예들이 시험되었다.

	비교예 E-5	비교예 F-1
물질	범위 %		범위 %
면 섬유	10-15		15-20
아라미드 섬유	35-45		35-45
탄소 섬유	3-10		3-10
탄소 입자들	10-30		10-20
셀라이트 충진재	25-35		15-20
라텍스 애드온

도 9는 상이한 백분율의 탄소 섬유의 예들에 대한 DEX III에 있어서 석유 피치 기반 탄소 섬유μPVT 시험을 도시한다. 도 9는 중간 지점 마찰계수가 석유 피치 기반 탄소 섬유를 가지는 예들에 대하여 전체적으로 큰 것을 명확하게 도시하며, 가장 놀랍게, 석유 피치 기반 탄소 섬유의 가장 큰 농도에서 가장 크다.

이러한 예 Ex. 4-1, 4-2, 4-3, 및 4-4와 비교예 D-1, D-2, D-3 및 D-4에 대한 분리 마찰계수 시험은 도 10에 도시되어 있다. 그러므로, 포준 탄소 섬유의 증가하는 양은 마찰계수를 감소시키지만, 놀랍게도, 석유 피치 기반 탄소 섬유를 가진 마찰재에서 마찰계수는 안정하게 유지되거나 감소된다.

예 IV

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유 기반 물질에 석유 피치 기반 탄소 섬유를 가지지 않는 섬유 기반 물질에 퇴적된다.

주층은 상이한 형태의 섬유 기반 물질을 포함한다. 하나의 유용한 섬유 기반 물질은 wt%로, 약 10 내지 15%의 면 섬유, 약 35 내지 45%의 아라미드 섬유, 약 3 내지 10%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유, 약 10 내지 20%의 탄소 입자들, 및 약 25 내지 35%의 셀라이트 마찰 변형 물질을 포함한다.

본 발명과 함께 유용한 또 다른 주층은 wt%로, 약 5 내지 20%의 면 섬유, 약 10 내지 50%의 아라미드 섬유, 약 10 내지 35%의 탄소 입자들, 및 약 2 내지 15%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유들을 포함한다.

특정 실시예이서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 약 10 내지 30㎛의 길이를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 약 150 내지 250㎛의 평균 길이를 가질 수 있다.

석유 피치 기반 탄소 섬유들의 양은 약 1 내지 15 lb/3000 ft²의 범위에 놓일 수 있다는 것을 알 것이다. 특히 유용한 실시예는 약 3 내지 5 lb/3000 ft²및 가장 바람직하게 약 4 lb/3000 ft²의 부층을 포함한다. 여전히 다른 유용한 실시예는 약 8 내지 15 lb/3000 ft²의 부층을 포함한다. 특정 실시예에서, 석유 피치 기반 탄소 섬유 부층은 약 6㎛의 평균 직경을 가지는 셀라이트 마찰 변형 물질과 조합된다. 이 예에서, 약 9 lb/3000 ft²의 석유 피치 기반 탄소 섬유들(일부 예에서 약 20㎛의 길이를 가지고, 다른 예들에서 약 200㎛의 길이를 가지는)은 아래의 표 2에 도시된 섬유 기반 물질의 샘플 상에 퇴적되었다.

예		예 4-1	비교예D-1	예4-2	비교예D-2
탄소 섬유	%	49.8	45	34.2	30
BW	#/3000	160	160	160	160
구경	In	0.0279	0.0291	0.027	0.0281
밀도	G/cc	0.367	0.352	0.380	0.365
예		예4-3	비교예 D-3	예4-4	비교예D-4
탄소 섬유	%	17.7	15	6	5
BW	#/3000	160	160	160	160
구경	In	0.0282	0.029	0.0287	0.0289
밀도	G/cc	0.364	0.353	0.357	0.355

도 11, 도 12 및 도 13은 이 예에서 사용된 물질의 현미경 사진을 도시한다. 도 11은 약 20　의 평균 길이를 가지는 석유 피치 기반 탄소 섬유들의 상부 또는 부층을 가지는 예 5-1을 도시한다. 도 12는 약 200　의 평균 길이를 가지는 석유 피치 기반 탄소 섬유들의 상부 또는 부층을 가지는 예 5-2를 도시한다. 도 13은 섬유들의 단면도이다. 각 예에서, 약 9 lb의 탄소 섬유가 섬유 기반 물질 상에 퇴적되었다.

도 14는 비교예 E 물질에 대한 μPVT 시험을 도시한다.

도 15a 및 도 15b는 본 발명의 예 5-1과 비교되는 비교예 E-1 및 비교예 E-2 에 대한 마찰재들에 대한 단계적 레벨 시험을 도시하는 T-N 시험을 도시한다. 도15a 및 15b로부터 알 수 있는 바와 같이, 석유 피치 기반 탄소 섬유재는 마찰재의 내구성을 개선한다. 아울러, 특정 실시예에서 9 lb의 퇴적물이 크게 감소될 수 있는 한편, 필요한 내구성 및 마찰 특성들이 남는 다는 것을 이해하여야만 된다. 비교예 E-2 (BWA 6100)는 표면 상에 퇴적된 9 lb의 셀라이트를 가지는 비교예 E-1과 유사하다. 그러므로, 9 lb의 부층의 직접적인 비교가 예 5-1과 비교예 E-2 사이에서 쉽게 만들어질 수 있다.

아울러,피스톤 변위 시험을 위한 도 16에서의 단계적인 내구성 시험 T-N은 예 5-1과 비교예 E-2, 비교예 E-1을 비교한다. 전체적인 피스톤 변위가 적으므로, 부층 또는 상부층으로서 석유 피치 기반 탄소 섬유들을 가지는 마찰재에 대하여 보다 안정하다. 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 열차폐물로서 작용하므로, 안정성을 제공한다.

예 V

본 발명의 또 다른 실시예에서, 보다 적은 양의 석유 피치 기반 탄소 섬유(pp-탄소)재는 아래에 주어진 조성물인 비교예 E-2 및 비교예 F-1 상에 퇴적된다.

도 17a-d에 있는 예들에 포함:

	주층	부층
예 6-1	비교예 E-5	4 lb. 20㎛ pp-탄소 섬유
예 6-2	비교예 E-5	4 lb. 20㎛ pp-탄소 섬유 및 9 lb. 보다 작은 사이즈의 셀라이트 충진재
예 6-3	비교예 F-1	4 lb 20㎛ pp-탄소 섬유
예 6-4	비교예 F-1	9 lb 20㎛ pp-탄소 섬유
예 6-5a	비교예 F-1	9 lb 20㎛ pp-탄소 섬유 및 라텍스 애드온을 구비한 12 lb 6μ 평균 직경 셀라이트 중진재
예 6-5b	비교예 F-1	9 lb 20㎛ pp-탄소 섬유 및 12 lb 6μ 평균 직경 셀라이트 충진재
비교예 E-5	면 10-15%아라미드 35-45%탄소 섬유 3-10%탄소 입자들 10-30%셀라이트 25-35%	0
비교예 F-1	면 15-20%아라미드 35-40%탄소 섬유 3-10%탄소 입자들 10-20%셀라이트 15-20%	0

다양한 예에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 홀로 퇴적되거나 또는 다른 예에 있어서 셀라이트 마찰재 입자 사이트보다 작은 약 6㎛의 평균 미세 입자 사이트를 가지는 9lb 또는 12 lb의 슈퍼플로스(superfloss)형 셀리카(Celica) 충진재와 조합하여 퇴적된다.

도 17a-d는 예들을 비교하여 마찰계수 상의 추가의 석유 피치 기반 탄소 섬유재가 최소인 동안, 퇴적된 석유 피치 기반 탄소 섬유는 분리 마찰계수를 증가시키는 것을 도시한다.

도 18a 및 도 18b는 예 6-1과 예 Ex. 6-2를 상업적인 제품인 비교예 E-1와 비교한다. 예를 들어 4 lb와 같이 적은 양의 석유 피치 기반 탄소 섬유 퇴적물이 부층의 퇴적물로서 사용되고, 마찰계수는 비교예 E-1 기재보다 약간 높은 한편, 내구성은 예 6-1보다 약간 개선된다.

도 19a, 도 19b 및 도 19c는 400 사이클에서의 T-N 시험 데이터를 도시한다. 부층으로서 사용될 때, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 홀로 또는 실리카 충진재와 조합하여, 개선된 내구성을 가지는 기능재를 제공한다.

예 VI

본 발명의 또 다른 실시예에서, 석유 피치 기반 탄소 섬유(pp-탄소 섬유)들은, 또한 약 80%의 섬유 및 약 20%의 충진재를 포함하는 극히 다공성인 섬유 기재이고 매우 개방된 구조를 가지는 추가의 상업적인 제품인 비교예 G의 성질들을 개선한다.

	기재	부층
예 7-1	비교예 G	4 lb pp-탄소 섬유
예 7-2	비교예 G	9 lb pp-탄소 섬유
예 7-3	비교예 G	9 lb pp-탄소 섬유 및 12 lb 6 μ 평균 직경 셀라이트 충진재
예 7-4	비교예 G	9 lb pp-탄소 섬유 및 라텍스 애드온을 구비한 12 lb 6 μ 평균 직경 셀라이트 충진재
비교예 G	20% 충진재80% 충진재

도 20a 및 도 20b는 비교예 G와 예 7-1 내지 7-4에 대한 T-N 데이터를 도시한다.

퇴적된 4 lb의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 구비한 예 7-1은 기재만을 구비한 비교예 G보다 약간 큰 마찰계수를 가진다. 아울러, 본 발명의 예들은 내구성이 크게 증가되었다.

예 VII

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 다양한 조성물들이 혼합된 퇴적물 또는 부층들을 사용하여 만들어졌다. 다른 상업적인 제품 H는, 또한 다공성이며 약 80%의 섬유 및 약 20%의 충진재를 포함하고 개방 구조를 가지는 섬유 기층재를 포함한다.

다음의 예들이 만들어졌다:

	기재	부층
비교예 H-1	비교예 H	18 lb 6 μ 평균 직경 셀라이트 충진재
예 8-1	비교예 H	18 lb 6 μ 평균 직경 셀라이트 충진재; 2 lb, 20 ㎛ pp-탄소 섬유
예 8-2	비교예 H	9 lb 6 μ평균 직경 셀라이트 충진재 ; 2 lb 20㎛pp-탄소 섬유
예 8-3	비교예 H	9 lb 6 μ평균 직경 셀라이트 충진재 ; 2 lb 20㎛pp-탄소 섬유
예 8-4	비교예 H	2 lb 6 μ평균 직경 셀라이트 충진재 ; 2 lb 20㎛pp-탄소 섬유
비교예 H-2	비교예 H	18 lb 대칭적으로 형성화된 마찰 입자들

도 21은 석유 피치 기반 탄소 섬유를 구비한 마찰재가 μVPT 시험에서 악영향이 없으며, 마찰재가 동일하게 남아 있는 것을 도시하며; 도 21은 불필요한 수탉 꼬리 구성이 없는 정하향 경사(a positive downward slope)를 도시한다.

도 22a, 도 22b 및 도 22c들은 0.4 l/분에서의 낮은 오일 흐름에 대한 T-N 시험을 도시한다. 모든 샘플들은 마찰재의 유사한 마찰계수를 도시한다. 예 8-4가 최상의 내구성을 보이는 한편 예 8-2 또한 훌륭한 내구성을 보이는 것에 유의해야 한다. 이 예들은 부층에서 존재하는 적은 양의 석유 피치 기반 탄소 섬유재가 마찰재의 내구성을 개선하는데 충분하다는 것을 보여준다.

본 발명의 마찰재는 다양한 형태의 수지 조성물들이 주입된다. 과거에, 다음의 조성물들이 유용하다는 것을 알았다. 그러나, 이것이 본 발명의 예측된 범위 내에 있으며, 다른 조성물들이 본 발명에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

다양한 형태의 마찰 변형재들이 마찰재에 사용될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 유용한 마찰 변형 입자들은 실리카 입자들을 포함한다. 다른 실시예들은 페놀 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 그 혼합물과 같은 수지 분말과 같은 입자들을 마찰 변형 입자들을 가질 수 있다. 여전히 다른 실시예들은 입자 및/또는 전체적으로 탄화된 탄소 분말들 및/또는 입자들 및 그 혼합물; 및 이러한 마찰 변형 입자들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 규조토류, 등록상표 셀라이트, 등록상표 셀라톰(Celite® Celatom®) 및 또는 실리콘 이산화물들이 특히 유용하다.실리카 입자들은 기재에 강하게 결합하는 저렴한 유기재이다. 실리카 입자들은 마찰재에 높은 마찰계수를 제공한다. 실리카 입자들은 또한 매끄러운 마찰면을 가지는 기재를 제공하고, 어떠한 “떨림”도 최소화되도록 양호한 “변속 느낌”과 마찰재에 대한 마찰 특성들을 제공한다.

특정 실시예에서, 마찰재는 상이한 수지 시스템들을 사용하여 주입될 수 있다. 특정 실시예에서, 적어도 하나의 페놀 수지, 적어도 하나의 페놀기 수지, 적어도 하나의 실리콘 수지, 적어도 하나의 변형된 실리콘 수지, 적어도 하나의 에폭시 수지, 적어도 하나의 변형된 에폭시 수지, 및/또는 상기의 조합물들을 사용하는 것이 유용하다. 특정 실시예에서, 결합 가능한 용매들에서 페놀 수지와 실리콘 수지와 결합 또는 혼합된 실리콘 수지가 유용하다.

다양한 수지들이 본 발명에서 유용하다. 특정 실시예에서, 수지는 바람직하게 페놀 또는 페놀기 수지들을 포함할 수 있어서, 포화재는 중량으로 마찰재의 100부당 중량의 약 45 내지 약 65중량부를 포함한다. 수지 혼합물이 섬유 기재에 적용되고 섬유 기재가 수지 혼합물이 주입된 후에, 주입된 섬유 기재는 마찰재를 형성하도록 소정 기간 동안 필요한 온도로 가열된다. 특정 실시예에서, 가열은 300℃의 온도에서 포화제에 존재하는 페놀 수지를 경화시킨다. 실리콘 수지와 같은 다른 수지들이 포화재에 존재할 때, 가열은 약 400℉의 온도에서 실리콘 수지를 경화시킨다. 그러므로, 경화된 마찰재는 적절한 수단에 의해 필요한 기재에 부착된다.

다양한 유용 수지들은 페놀 수지 및 페놀기 수지를 포함한다. 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 동유, 벤젠, 캐쉬 너트 오일 등과 같은 다른 변형 성분들과 같은 수지 혼합물을 포함하는 다양한 페놀기 수지들은 본 발명과 사용되는 것으로서 예측된다. 페놀 변형 수지들에 있어서, 페놀 수지는 일반적으로 중량의 50% 이상의 수지 혼합물(어떠한 용매의 존재도 배제)로 존재한다. 그러나, 특정 실시예에서 혼합물이 중량으로 약 5 내지 80%, 특정 목적을 위하여 약 15 내지 55%를 함유하고, 특정 실시예에서는 실리콘-페놀 혼합물(용매와 다른 처리 산들은 배제)의 중량에 근거하여 약 15 내지 25%의 실리콘 수지를 수지 혼합물을 포함할 때 마찰재들이 개선될 수 있다는 것을 알았다.

본 발명에서 유용한 페놀 및 페놀-실리콘 수지들은 참조에 의하여 전체적으로 본 명세서에 통합된 상기의 보그워너 인코포레이티드의 미합중국 특허들에 전체적으로 개시되어 있다. 본 발명에서 유용한 실리콘 수지들은 예를 들어 열경화 실리콘 실란트 및 실리콘 러버를 포함한다. 다양한 실리콘 수지들이 본 발명과 함께 사용할 수 있다. 특히 하나의 수지는 크실렌 및 아세틸아세톤(2,4-pentanedione)을포함한다. 실리콘 수지는 펜스키-마르텐 방식을 사용하여, 약 362℉(183℃)의 비등점, 68℉, 21㎜Hg에서의 증기압; 4.8의 증기 밀도(공기=1), 물에서의 무시해도 좋을 용해성, 약 1.09의 비중, 5wt%의 휘발성, 0.1 미만의 증발율(에테르=1), 약 149℉(65℃)의 인화점을 가진다. 다른 유용한 수지 혼합물들은 예를 들어, 중량으로 약 55 내지 약 60%의 페놀 수지; 약 20 내지 25%의 에틸알코올; 약 10 내지 14%의 페놀; 약 3 내지 약 4%의 메틸알코올; 약 0.3 내지 약 0.8%의 포름알데히드; 및 약 10 내지 20%의 물을 포함하는 적절한 페놀 수지를 포함한다. 또 다른 적절한 페놀기 수지는 중량으로 약 50 내지 55%의 페놀/포름알데히드 수지; 약 0.55의 포름알데히드; 약 11%의 페놀; 약 30 내지 35%의 이소프로판; 및 약 1 내지 5%의 물을 포함한다.

또 다른 유용한 수지는 나머지(용매와 다른 처리 산들 배제) 페놀 수지와 함께 wt%로 5 내지 25%, 바람직하게 약 10 내지 15%의 에폭시 복합물을 함유하는 에폭시 변형 페놀 수지인 것을 알았다. 에폭시 페놀 수지 복합물은 특정 실시예에서 페놀 수지 단독인 것보다 높은 내열성을 마찰재에 제공한다.

특정 실시예에서, 수지 혼합물이 필요한 양의 수지와 마찰 변형 입자들을 포함하여서, 목표물이 전체 실리콘-페놀 수지중 wt%로 약 25 내지 70%, 특정 실시예에서 40 내지 65%, 특정 실시예에서 60 내지 65%의 범위에 놓이는 섬유 기재 에 의하여 수지를 픽업한다. 섬유 기재가 수지로 포화된 후에, 섬유 기재는 수지 혼합물을 경화하여 마찰재를 형성하도록 주어진 기간 동안(특정 실시예에서 1/2 시간 동안) 300-400℃의 온도에서 경화된다. 마찰재의 미세 두께는 섬유 기재의 초기 두께에 좌우된다.

수지 혼합물들의 준비 및 섬유 기재들의 준비 모두에 유용한 것으로 공지된 다른 주입물들과 처리 산들이 포함되고 본 발명의 예측된 범위 내에 있다는 것이 또한 예측된다.

특정 실시예에서, 수지 혼합물은 서로 양립할 수 있는 용매들에 존재하는 실리콘 수지와 페놀 수지를 모두 포함할 수 있다. 이러한 수지들은 동종의 혼합물을을 형헝하도록 서로 혼합되어 섬유 기재를 포화시키도록 사용된다. 특정 실시예에서, 섬유 기재에 페놀 수지가 주입된 후에 실리콘 수지가 추가되거나 또는 그 반대이면, 동일한 효과가 없다. 또한 실리콘-페놀 수지 용액의 혼합물과 실리콘 수지 분말 및/또는 페놀 수지 분말의 유상액들 사이에 차이가 있다. 실리콘 수지들과 페놀 수지들이 용액으로 있을 때, 이것들은 전혀 경화되지 않는다. 대조적으로, 실리콘 수지들과 페놀 수지들의 분말 입자들은 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지들과 페놀 수지들의 부분적인 경화는 기재의 양호한 포화를 보인다.

본 발명의 특정 실시예들에 있어서, 섬유 기재는 페놀 수지와 그 용매와 양립할 수 있는 용매에 있는 실리콘 수지 혼합물이 주입된다. 한 실시예에서, 이소프로판올은 특히 적절한 용매인 것을 알았다. 그러나, 에탄올, 메틸-에틸 케톤, 부탄올, 이소프로판올, 톨루엔 등과 같은 다양한 다른 적절한 용매가 본 발명의 입자로 이용될 수 있다는 것을 알았다. 페놀 수지와 혼합되고 섬유 기재를 포화시키도록 사용될 때, 실리콘 수지의 존재는 결과적인 마찰재로 하여금 단 페놀 수지가 주입된 섬유 기재보다 큰 탄력적이도록 한다. 압력이 본 발명의 실리콘-페놀 수지 혼합물 주입 마찰재에 적용될 때, 압력이 보다 고르게 분포되어 고르지 않은 라이닝 마모 가능성을 감소시킨다. 이러한 실리콘 수지와 페놀 수지들이 마찰 변형 입자들과 혼합된 후에, 혼합물은 섬유 기재를 주입시키도록 사용된다.

본 발명의 마찰재는 섬유 기재의 상부면에 마찰 변형 입자 층을 포함하고, 이 층은 양호한 내떨림 특성, 고내열성, 고 마찰계수, 높은 내구성, 양호한 내마모성 및 개선된 제동 특성을 가지는 마찰재를 제공한다.

Claims

하나 이상의 외부면에 존재하는 하나 이상 형태의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마주하는 마찰면과 결합하여서, 상기 마주하는 마찰면과 상기 마찰재의 결합동안 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유가 상기 마주하는 마찰면과 접촉하도록 사용하기 위한 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 2 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 2 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 4 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
제 1 항에 있어서, 중간지점 마찰 계수(M)에 대한 단부지점 마찰계수(E)는 1 이하의 비를 가지는 마찰재.
제 1 항에 있어서, wt%로, 약 20 내지 60%의 가는 섬유가 있는 아라미드섬유;

약 10 내지 30%의 실리카 충진재;

약 10 내지 20%의 흑연; 및

약 5 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마찰재.
제 7 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 8 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 8 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 10 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
wt%로, 약 20 내지 40%의 가는 섬유가 있는 아라미드섬유;

약 10 내지 30%의 실리카 충진재;

약 10 내지 20%의 흑연; 및

약 5 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마찰재.
제 12 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 13 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 13 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 15 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
wt%로, 약 50 내지 60%의 가는 섬유가 있는 아라미드섬유;

약 3 내지 10%의 실리카 충진재;

약 20 내지 30%의 흑연; 및

약 10 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마찰재.
제 17 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 18 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 18 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 20 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
wt%로, 약 50 내지 60%의 아라미드 섬유;

약 3 내지 10%의 실리카 충진재;

약 20 내지 30%의 흑연;

약 10 내지 20%의 석유 피치 기반 탄소 섬유; 및

lbs/3000ft²의 기본 중량에 근거하여, 탄소 입자들과 실리카 입자들을 포함하는 부층을 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마찰재.
제 22 항에 있어서, lbs/3000ft²의 기본 중량에 근거하여, 상기 탄소 입자들은 약 1 내지 3 lb까지 존재하고, 상기 실리카 마찰재는 2 내지 4 lb까지 존재하는 마찰재.
제 22 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 24 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 24 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 25 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
약 50 내지 70%의 실리카 마찰 변형재; 및

아라미드 섬유들과 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 약 30 내지 약 50%의 섬유들을 포함하는 섬유 기재를 포함하는 마찰재.
제 28 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재에 존재하는 섬유량에 근거하여 약 5 내지 50% 존재하는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재에 존재하는 섬유량에 근거하여 약 45 내지 55% 존재하는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재에 존재하는 섬유량에 근거하여 약 30 내지 40% 존재하는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재에 존재하는 섬유량에 근거하여 약 10 내지 20% 존재하는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 마찰재에 존재하는 섬유량에 근거하여 약 3 내지 7% 존재하는 마찰재.
제 28 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 29 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
섬유 기재를 포함하는 주층과, 석유 피치 기반 탄소 섬유를 포함하는 부층을 포함하는 마찰재.
제 38 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 약 10 내지 약 150㎛의 평균 길이를 가지는 마찰재.
제 38 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 약 150 내지 약 250㎛의 평균 길이를 가지는 마찰재.
제 39 항에 있어서, 약 9 lbs/3000ft²의 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 상기 주층에 퇴적되는 마찰재.
제 40 항에 있어서, 약 9 lbs/3000ft²의 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 상기 주층에 퇴적되는 마찰재.
제 38 항에 있어서, 상기 주층은 wt%로,

약 10 내지 약 15%의 면 섬유들;

약 35 내지 약 45%의 아라미드 섬유들;

약 3 내지 약 10%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유들;

약 10 내지 약 20%의 탄소 입자들; 및

약 25 내지 35%의 셀라이트 마찰 변형 입자들을 포함하는 마찰재.
제 38 항에 있어서, 상기 주층은 wt%로,

약 5 내지 약 20%의 면 섬유들;

약 10 내지 약 50%의 아라미드 섬유들;

약 10 내지 약 35%의 탄소 입자들; 및

약 5 내지 15%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유들을 포함하는 마찰재.
제 38 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 39 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 39 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 41 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
섬유 기재를 포함하는 주층 상에 부층으로서 퇴적되는 약 3 내지 10 lbs/3000ft²의 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 퇴적되는 마찰재.
제 49 항에 있어서, 약 평균 6㎛의 평균 직경을 가지는 약 15 lbs/3000ft²의 셀라이트 마찰 변형재를 추가로 포함하는 마찰재.
제 50 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 약 10 내지 약 150㎛의 평균 길이를 가지는 마찰재.
제 49 항에 있어서, 상기 주층은 wt%로,

약 10 내지 약 15%의 면 섬유들;

약 35 내지 약 45%의 아라미드 섬유들;

약 3 내지 약 10%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유들;

약 10 내지 약 20%의 탄소 입자들; 및

약 25 내지 35%의 셀라이트 마찰 변형 입자들을 포함하는 마찰재.
제 49 항에 있어서, 상기 주층은 wt%로,

약 15 내지 약 25%의 면 섬유들;

약 35 내지 약 45%의 아라미드 섬유들;

약 3 내지 약 10%의 비석유 피치 기반 탄소 섬유들;

약 10 내지 약 20%의 탄소 입자들; 및

약 25 내지 35%의 셀라이트 마찰 변형 입자들을 포함하는 마찰재.
제 49 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 50 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 50 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 52 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.
다공성 섬유 기재의 주층과, 약 1 내지 5 lbs/3000ft²의 석유 피치 기반 탄소 섬유들 및 약 1 내지 20 lbs/3000ft²의 마찰 변형 입자들의 부층을 포함하는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 상기 마찰 변형 입자들은 실리카 입자들을 포함하는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 실리카 마찰 변형 입자들은 셀라이트 마찰재, 약 6㎛의 평균 직경을 가지는 실리카 마찰재, 약 0.1 내지 0.5㎛의 평균 직경을 가지는 실리카 마찰재, 및 그 혼합물중 적어도 하나를 포함하는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 실리카 마찰 변형 입자들은 규칙적 또는 대칭적인 디스크 형상을 가지는 입자들을 포함하는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 상기 부층은 약 60 내지 100㎛의 두께를 가지는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 상기 마찰 변형 입자들은 약 0.1 내지 80㎛의 평균 입자사이즈를 가지는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 상기 마찰 변형 입자들은 약 0.5 내지 20㎛의 평균 입자 사이즈를 가지는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 상기 섬유 기재는 약 50 내지 85%의 평균 공극율을 가지는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 마찰 변형 입자들은 셀라이트 입자들을 포함하는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 마찰 변형 입자들은 규조토류를 포함하는 마찰재.
제 66 항에 있어서, 상기 셀라이트는 불규칙적인 형상을 가지는 마찰재.
제 68 항에 있어서, 상기 셀라이트 입자들은 약 2 내지 약 20㎛의 크기를 가지는 마찰재.
제 58 항에 있어서, 석유 피치 기반 탄소 섬유는 용매화된 피치를 포함하고, 상기 피치는 석유 피치 기반 탄소 섬유들이 용융없이 탄소화 온도로 가열될 수 있는 비용매화된 상태에서 유체 피치의 용융점보다 낮은 적어도 약 40%의 유체 온도를 가지는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 wt%로 약 5 내지 약 40%의 용매를 가지며, 피치 섬유는 섬유로부터 용매의 제거로 용융되지 않는 마찰재.
제 59 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유는 섬유의 외부면에서의 산소 확산 속도와 대략 동일하거나 또는 큰 섬유의 중심으로의 산소 확산 속도를 가지는 마찰재.
제 72 항에 있어서, 상기 석유 피치 기반 탄소 섬유들은 적어도 300℃의 연화점을 가지는 마찰재.