KR20050095891A - 마찰재 조성물 및 마찰재 조성물을 사용한 마찰재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하는 마찰재 조성물 및 마찰재 조성물을 사용한 마찰재를 제공한다.
Description
본 발명은 자동차, 철도 차량, 각종 산업용 기계 등의 제동에 사용되는 디스크 브레이크 패드, 브레이크 라이닝 등의 마찰재에 적합한 마찰재 조성물 및 마찰재 조성물을 사용한 마찰재에 관한 것이다.
자동차, 철도 차량, 각종 산업용 기계 등에는 이의 제동을 위해 디스크 브레이크 패드, 브레이크 라이닝 등의 마찰재가 사용되고 있다.
현재 사용되고 있는 마찰재, 예를 들면 디스크 브레이크 패드는 아라미드 섬유, 광물 섬유 등의 섬유상 물질, 캐슈 더스트(cashew dust), 흑연 등의 마찰 조정제를 사용하여 제동시의 소음이나 이음(異音)의 발생이 적은 논-아스베스토스-오가닉(Non-Asbestos-Organic)(이하, 「NAO재」라 함)계의 디스크 브레이크 패드가 주류이다(일본 공개 특허 공보 (평)6-184525호, 제1 내지 3 페이지 참조).
그러나, 최근 브레이크에 대한 성능 요구는 점점 고도화되는 경향이 있고, 종래의 NAO재에 대하여, 특히 효과적인 성능 향상이 요구되고 있지만, 상기에 나타낸 바와 같은 종래의 디스크 브레이크 패드에서는 내열성이 불충분하여 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과가 저하(페이드(fade) 현상도 포함함)되기 쉽다는 결점이 있다.
본 발명은 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과의 저하가 적고, 또한 차량 방치 후의 첫회 브레이크에서의 급격한 마찰 계수의 상승을 억제한 마찰재에 적합한 마찰재 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과의 저하가 적고, 또한 차량 방치 후의 첫회 브레이크에서의 급격한 마찰 계수의 상승을 억제한 마찰재를 제공하는 것이다.
<발명의 개시>
본 발명은 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하는 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 활성 알루미나가 BET법에 의해 산출한 비표면적이 150 m2/g 이상인 활성 알루미나인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 활성 알루미나가 γ-알루미나인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 1 내지 15 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 3 내지 13 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 5 내지 11 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 불소계 중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, 「PTFE」라 함) 분말인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 0.3 내지 6 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 1 내지 5 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 2 내지 4 중량％인 상기 마찰재 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 마찰재 조성물을 포함하는 가열 가압 성형물을 포함하는 마찰재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 상기 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하며, JASO C406-87에 준하는 승용차 브레이크 장치 다이나모미터(dynamometer) 시험 방법에 따라서 다이나모 시험을 행하고, 이에 더하여 고속ㆍ고감속 조건(180 km/h, 0.6 G)의 제동 시험을 행하고, 또한 시험 후 실온에서 2 시간 방치하고, 방치 후에 저속도 조건(20 km/h, 0.2 G)에서의 제동 시험을 FF(프론트 엔진ㆍ프론트 드라이브) 승용차(배기량 1800 내지 2500 cc 클래스)로 브레이크 테스트를 행하였을 때, 디스크 브레이크 패드의 마모량이 2.0 mm 이하이고, 또한 디스크 로터의 마모량이 50 ㎛ 이하의 범위인 성상(性狀)을 나타내는 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물을 사용한 마찰재에 관한 것이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 마찰재 조성물은 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 활성 알루미나의 함유량은 전체 조성물에 대하여 바람직하게는 1 내지 15 중량％, 보다 바람직하게는 3 내지 13 중량％, 더욱 바람직하게는 5 내지 11 중량％의 범위이다. 활성 알루미나의 함유량이 1 중량％ 미만이면 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과가 저하되는 경향이 있고, 15 중량％를 초과하면 상대재(디스크 로터)로의 공격성이 커지는 경향이 있다. 활성 알루미나는 분말로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 불소계 중합체의 함유량은 바람직하게는 0.3 내지 6 중량％, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량％, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 중량％의 범위이다. 불소계 중합체의 함유량이 0.3 중량％ 미만이면 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과가 저하되는 경향이 있고, 또한 차량 방치 후의 첫회 브레이크에서의 급격한 마찰 계수의 상승을 억제하는 효과가 불충분해지는 경향이 있다. 6 중량％를 초과하면 통상의 효과가 저하되는 경향이 있고, 또한 디스크 브레이크 패드의 마모량이 많아지는 경향이 있다. 여기서, 불소계 중합체는 분말로 사용하는 것이 바람직하지만, 에멀젼으로서 사용하여 습식 혼합에 의해 마찰재 조성물 중에 함유하여도, 동일한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서의 마찰재 조성물의 무기질 마찰 조정제로서 포함되는 활성 알루미나의 비표면적은, BET법에 의해 산출한 값이 150 m2/g 이상, 바람직하게는 180 m2/g 이상, 더욱 바람직하게는 200 내지 300 m2/g의 범위이다. 비표면적이 150 m2/g 미만이면 고온시 등에서 효과가 저하되는 경향이 있다. 또한, 비표면적의 측정은, 예를 들면 질소 가스 흡착에 의한 BET법에 의해 행할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 활성 알루미나로서는 γ-알루미나, ρ-알루미나, η-알루미나, δ-알루미나, θ-알루미나 등을 들 수 있다. 그 중에서도 고부하, 고속, 고온시 등에서의 효과, 디스크 로터에 대한 공격성의 점에서 γ-알루미나를 사용하는 것이 바람직하다. γ-알루미나는, 예를 들면 수산화알루미늄을 저온에서 건조시켜 알루미나 겔을 얻고, 이것을 500 내지 800 ℃의 온도에서 소성(활성화 처리)을 행하여 얻을 수 있다. 또한, 활성 알루미나는 세공(細孔)을 갖는 것이 바람직하며, 상기 활성 알루미나의 평균 세공 직경은 10 내지 150 Å의 범위인 것이 바람직하고, 50 내지 100 Å의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 평균 세공 직경의 측정은, 예를 들면 질소 가스 흡착에 의한 BET법에 의해 행할 수 있다.
본 발명에 있어서의 마찰재 조성물의 유기질 마찰 조정제로서 포함되는 불소계 중합체는, PTFE, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 효과, 디스크 브레이크 패드의 마모량의 점에서 PTFE 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 마찰재의 재질은, 예를 들면 세미 메탈계, 로우 스틸(low-steel)계, 논 스틸(non-steel)계 등에 적응시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 마찰재 조성물은 상기 활성 알루미나 및 불소계 중합체 이외에, 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제, 결합제, 필요에 따라서 금속 분말 등을 포함한다. 섬유상 물질로서는, 예를 들면 스틸 섬유, 구리 섬유, 황동 섬유, 인청동 섬유, 아라미드 섬유, 아크릴 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 암면(rock wool), 티탄산칼륨 섬유, 탄산칼슘 위스커(whisker), 탄산마그네슘 위스커 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 마찰 조정제는 로터와의 마찰 계수, 마모 등을 적절하게 조정하기 위해서 사용되며, 무기질 및 유기질의 재료를 들 수 있다. 활성 알루미나 이외의 무기질 마찰 조정제로서는, 예를 들면 황산바륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 산화칼슘, 수산화칼슘, 질석(vermiculite), 운모, 규회석(wollastonite), α-알루미나, 실리카, 지르코니아, 지르콘, 마그네시아, 산화철, 황화철, 황화주석, 삼황화안티몬, 이황화몰리브덴, 흑연, 코크스 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 불소계 중합체 이외의 유기질 마찰 조정제로서는, 예를 들면 각종 고무 분말, 캐슈 더스트 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 결합제는 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 금속 분말 등을 혼합하여 마찰재를 제조할 때의 접착제로서 사용되며, 예를 들면 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 또한 이들을 캐슈 오일, 실리콘 오일, 각종 엘라스토머 등으로 변성시킨 열경화성 수지나 각종 엘라스토머, 불소 중합체 등을 분산시킨 열경화성 수지 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 또한, 필요에 따라서 구리 분말, 황동 분말, 아연 분말 등의 금속 분말을 단독 또는 2종 이상을 조합하여 더 사용하는 것이 가능하다.
상기에 있어서 섬유상 물질의 함유량은, 기계 강도 등의 점에서, 전체 조성물에 대하여 5 내지 40 중량％로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 35 중량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 15 내지 30 중량％로 하는 것이 더 바람직하다. 무기질 마찰 조정제의 함유량은, 특성에 따라서 전체 조성물에 대하여 20 내지 80 중량％로 하는 것이 바람직하고, 30 내지 70 중량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 40 내지 60 중량％로 하는 것이 더욱 바람직하다. 유기질 마찰 조정제의 함유량은, 상대재의 마모량 등의 점에서, 전체 조성물에 대하여 2 내지 25 중량％로 하는 것이 바람직하고, 4 내지 23 중량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 6 내지 21 중량％로 하는 것이 더욱 바람직하다. 결합제의 함유량은 기계 강도, 내마모성 등의 점에서 전체 조성물에 대하여 2 내지 15 중량％로 하는 것이 바람직하고, 3 내지 14 중량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 4 내지 13 중량％로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이들 성분은 전체 조성물이 100 중량％가 되도록 배합된다.
본 발명이 되는 마찰재는, 예를 들면 상기에 나타낸 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제, 필요에 따라서 첨가하는 금속 분말을 포함하는 재료를 첨가하여 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 예비 성형하며, 계속해서 금형내에 이금(裏金) 및 예비 성형체를 삽입한 후, 가열 가압 성형법으로 성형하고, 그 후 또한 가열 처리를 행하고, 필요에 따라서 표면의 유기 재료를 제거하기 위한 스코치 처리를 행하여 얻어진다.
또한, 가열 가압 성형할 때의 가열 온도는 130 내지 170 ℃가 바람직하고, 140 내지 160 ℃가 보다 바람직하다. 또한, 가열 가압 성형할 때의 압력은 20 내지 60 MPa이 바람직하고, 30 내지 50 MPa이 보다 바람직하다. 가열 가압 성형 후에 행하는 가열 처리의 온도는 180 내지 300 ℃가 바람직하고, 200 내지 250 ℃가 보다 바람직하다. 또한, 스코치 처리는, 예를 들면 마찰 부재에 열반(熱盤)을 대어 미는 방법, 가스의 화염 등의 불로 직접 가열하는 방법, 원적외선 등의 복사열로 가열하는 방법 등에 의해 행할 수 있다. 스코치 처리의 조건에 대해서는, 그의 재질에 적합한 조건을 선정하여 처리할 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.
<실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 2>
표 1 및 표 2에 나타내는 재료를 배합하고, 혼합기에서 3000 r/분의 회전수로 4 분간 혼합하여 마찰재 조성물을 얻었다. 계속해서 마찰재 조성물을 소정의 형상으로 예비 성형한 후, 금형내에 이금과 예비 성형체를 끼워 넣고, 140±5 ℃ 및 50 MPa의 조건에서 10 분간 가열 가압 성형하고, 250 ℃에서 5 시간 더 가열 처리를 행하고, 냉각 후 연마하여 디스크 브레이크 패드를 얻었다.
다음으로, 본 발명인 실시예의 디스크 브레이크 패드와 비교예의 디스크 브레이크 패드에 대하여, 효과(마찰 계수) 및 디스크 브레이크 패드와 디스크 로터의 마모량의 비교 시험을 행하였다. 그 시험 결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 시험 조건은 하기와 같다.
(1) 효과
JASO C406-87에 준하는 승용차 브레이크 장치 다이나모미터 시험 방법에 따라서 다이나모 시험을 행하고, 이에 더하여 고속ㆍ고감속도 조건(180 km/h, 0.6 G)의 제동 시험을 행하고, 또한 시험기를 실온에서 2 시간 방치하고, 방치 후에 저속ㆍ저감속도 조건(20 km/h, 0.2 G)에서 제동 시험을 행하였다. 이로부터, 통상 주행 조건(50 km/h, 0.3 G)의 평균 마찰 계수(평균 μ값), 고속ㆍ고감속도 조건(180 km/h, 0.6 G)의 평균 마찰 계수(평균 μ값), 제1회 페이드 시험시의 최저 마찰 계수 및 방치 후의 저속ㆍ저감속도 조건(20 km/h, 0.2 G)의 첫회 제동시 평균 마찰 계수를 비교하였다.
(2) 디스크 브레이크 패드와 디스크 로터의 마모량
상기 효과 시험에 있어서, 시험 전후에 디스크 브레이크 패드와 디스크 로터의 두께를 측정하여 각각의 마모량을 산출하였다.
또한, 상기 시험은 모두 FF(프론트 엔진ㆍ프론트 드라이브) 승용차(배기량 1800 내지 2500 cc 클래스)용의 브레이크 유닛을 사용하여 행하였다.
판정 기준
ㆍ 고속, 고감속도 조건(180 km/H, 0.6 G)의 평균 마찰 계수와 제1회 페이드 시험시의 최저 마찰 계수는 숫자가 클수록 양호하다.
ㆍ 방치 후의 저속, 저감속도 조건(20 km/h, 0.2 G)의 마찰 계수는, 통상 조건(50 km/h, 0.3 G)의 평균 마찰 계수와 비교하여 급격히 마찰 계수가 증대하지 않을수록 양호하다.
ㆍ 디스크 브레이크 패드와 디스크 로터의 마찰량은 숫자가 작을수록 양호하다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예인 디스크 브레이크 패드는, 고속ㆍ고감속도 조건(180 km/h, 0.6 G) 및 페이드 조건에서의 효과가 높고, 방치 후의 저속ㆍ저감속도 조건(20 km/h, 0.2 G)의 마찰 계수가 통상의 조건(50 km/h, 0.3 G)에 비교하여 약간 증가하지만, 비교예의 디스크 브레이크 패드보다 마찰 계수의 증가량이 적은 것이 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 실시예인 디스크 브레이크 패드 및 그의 상대재인 디스크 로터의 마모량도 적은 것이 밝혀졌다.
이에 대하여, 비교예 1의 디스크 브레이크 패드는 고속ㆍ고감속도 조건(180 km/h, 0.6 G)와 페이드 조건의 효과가 낮고, 방치 후의 저속ㆍ저감속도 조건(20 km/h, 0.2 G)의 마찰 계수 증가가 크며, 비교예 2의 디스크 브레이크 패드는 고속ㆍ고감속도 조건(180 km/h, 0.6 G)와 페이드 조건의 효과가 낮다는 결점이 생겼다.
이상과 같이, 상술한 실시예에 따르면, 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기 마찰 조정제 및 결합제를 포함하고 가열 가압 성형된 마찰재이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하며, JASO C406-87에 준하는 승용차 브레이크 장치 다이나모미터 시험 방법에 따라서 다이나모 시험을 행하고, 이에 더하여 고속ㆍ고감속 조건(180 km/h, 0.6 G)의 제동 시험을 행하고, 또한 시험 후 실온에서 2 시간 방치하고, 방치 후에 저속도 조건(20 km/h, 0.2 G)에서의 제동 시험을 FF(프론트 엔진ㆍ프론트 드라이브) 승용차(배기량 1800 내지 2500 cc 클래스)로 브레이크 테스트를 행하였을 때, 디스크 브레이크 패드의 마모량이 1.48 mm 이하이며, 또한 디스크 로터의 마모량이 23 ㎛ 이하인 성상을 나타내는 마찰재 조성물을 이용한 마모재가 구성된다.
본 발명의 마찰재 조성물은 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과의 저하가 적고, 또한 차량 방치 후의 첫회 브레이크에서의 급격한 마찰 계수의 상승을 억제할 수 있는 마찰재를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예의 마찰재는 고부하, 고속, 고온시 등에서 효과의 저하가 적어 공업적으로 매우 바람직하다.
Claims (13)
- 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하는 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나가 BET법에 의해 산출한 비표면적이 150 m2/g 이상인 활성 알루미나인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나가 γ-알루미나인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 1 내지 15 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 3 내지 13 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나의 함유량이 전체 조성물에 대하여 5 내지 11 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 불소계 중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌 분말인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 0.3 내지 6 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 1 내지 5 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 불소계 중합체의 함유량이 전체 조성물에 대하여 2 내지 4 중량％인 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 활성 알루미나가 γ-알루미나이고, 불소계 중합체가 폴리테트라플루오로에틸렌인 마찰재 조성물.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물을 포함하는 가열 가압 성형물을 포함하는 마찰재.
- 석면을 제외한 섬유상 물질, 무기질 마찰 조정제, 유기질 마찰 조정제 및 결합제를 포함하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 마찰재 조성물이며, 무기질 마찰 조정제로서 활성 알루미나를 포함하고, 유기질 마찰 조정제로서 불소계 중합체를 포함하며, JASO C406-87에 준하는 승용차 브레이크 장치 다이나모미터 시험 방법에 따라서 다이나모 시험을 행하고, 이에 더하여 고속ㆍ고감속 조건(180 km/h, 0.6 G)의 제동 시험을 행하고, 또한 시험 후 실온에서 2 시간 방치하고, 방치 후에 저속도 조건(20 km/h, 0.2 G)에서의 제동 시험을 FF(프론트 엔진ㆍ프론트 드라이브) 승용차(배기량 1800 내지 2500 cc 클래스)로 브레이크 테스트를 행하였을 때, 디스크 브레이크 패드의 마모량이 2.0 mm 이하이고, 또한 디스크 로터의 마모량이 50 ㎛ 이하의 범위인 성상을 나타내는 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물을 사용한 마찰재.
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