KR20060054715A - Friction material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크기 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함하는 비석면 마찰재에 있어서 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트를 마찰계수향상제로서 더 포함하는 비석면 마찰재를 제공하는 바, 이는 벤토나이트가 마찰계수를 향상시켜 제동성능을 향상시키면서도 마찰계수 향상에 따른 제동 온도상승이나 소음의 발생이 없다. The present invention provides a non-asbestos friction material further comprising bentonite having both a plate-like structure and a porous structure as a friction coefficient enhancer in a non-asbestos friction material including a size fiber, a binder, an abrasive, a lubricant, a friction modifier, and a filler. Bentonite improves the coefficient of friction and improves braking performance, but there is no braking temperature rise or noise caused by the improved coefficient of friction.
Description
도 1은 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 판상구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이고,1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the plate-like structure of bentonite used in the present invention,
도 2는 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 다공성 구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며,Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) picture showing the porous structure of the bentonite used in the present invention,
도 3은 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 제동 횟수에 따른 마찰계수를 비교한 그래프이고,Figure 3 is a graph comparing the friction coefficient according to the number of braking of the non-asbestos friction material obtained according to the Examples and Comparative Examples,
도 4는 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 Fade 시의 마찰계수를 비교한 그래프이고,4 is a graph comparing the coefficient of friction at the time of Fade of the non-asbestos friction material obtained according to Examples and Comparative Examples,
도 5는 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 Fade 시의 제동온도 특성을 비교한 그래프이며,5 is a graph comparing braking temperature characteristics at the time of Fade of the non-asbestos friction material obtained according to Examples and Comparative Examples,
도 6은 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 비석면 마찰재의 제동 횟수에 따른 소음 특성을 비교한 그래프이다. Figure 6 is a graph comparing the noise characteristics according to the number of braking of the non-asbestos friction material obtained according to the Examples and Comparative Examples.
본 발명은 비석면 마찰재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벤토나이트를 마찰계수 향상제로 포함하는 비석면 마찰재에 관한 것이다. The present invention relates to a non-asbestos friction material, and more particularly to a non-asbestos friction material comprising bentonite as a friction coefficient improver.
자동차용 마찰재는 석면을 주성분으로 제조되어 왔으나, 석면이 유해 물질로 판명이 되면서 사용할 수 없게 되어 비석면 마찰재를 개발해 왔다. 석면 대체 섬유로는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 철 섬유(steel fiber), 그리고 암면(Rock woold) 등을 단독 또는 혼합 사용하여 마찰재가 개발되고 있다.Automotive friction materials have been manufactured with asbestos as a main component, but asbestos has been found to be a harmful substance, it can not be used to develop non-asbestos friction materials. Asbestos replacement fibers, friction materials have been developed using aramid fibers, glass fibers, steel fibers, and rock wool alone or in combination.
한편, 벤토나이트의 마찰재(friction material) 관련 기술로는, 마찰계수를 저하시키는 antifriction material로 사용하는 예와, 다른 하나는 마찰계수와 무관하게 사용하는 예를 들 수 있다. 첫째 마찰계수를 저하시키는 antifriction materal로 사용하는 예로서 일본 특허 공개 1994-200284호에서는 각종 관을 도로에 매립시 흙과의 마찰을 감소시키기 위하여 적용하는 원료로 벤토나이트를 antifriction material 원료로 사용하고 있다. 이러한 antifriction material은 섬유상 원료, CMC 등의 증점제, 탄산나트륨 등의 분산제, 음이온계 계면활성제 등의 고분자 화합물과 사용되고 있다. 이러한 antifriction material은 물에 섞어 사용하는 수용성을 그 특징으로 하고 있다. On the other hand, as a technique related to the friction material of bentonite, there is an example of using as an antifriction material that lowers the coefficient of friction, and the other is an example of using it regardless of the coefficient of friction. First, Japanese Patent Publication No. 1994-200284 uses bentonite as an antifriction material as a raw material to reduce friction with soil when roads are buried in roads. Such antifriction materials are used with fibrous raw materials, thickeners such as CMC, dispersants such as sodium carbonate, and high molecular compounds such as anionic surfactants. These antifriction materials are characterized by their water solubility.
둘째는 벤토나이트를 마찰계수 향상과 무관하게 사용하는 것으로서, 미국특허 제5,403,126호에서 보듯이 경사면에서 토사를 이동하는 토목 공사용 Geosynthetic Clay Liner(GCL, 3개층으로 구성됨)의 1개 층으로 사용하고 있다. 벤토나이트 라이너는 사용 중에 물이 묻으면 마찰계수가 저하되는 특성이 있다. 이 러한 벤토나이트의 단점 즉, 마찰계수를 향상시키기 위하여 HDPE(High Density Polyethylene)이나 EVA 등의 마찰계수 향상제(Friction Enhancement Material)를 별도로 사용한다. 마찰계수 향상제를 침지 또는 스프레이 방식으로 사용하는 방법에 대해 개시하고 있다.Secondly, bentonite is used irrespective of the friction coefficient improvement, and is used as one layer of geosynthetic clay liner (GCL, consisting of three layers) for civil construction, which moves soil from slopes as shown in US Patent No. 5,403,126. Bentonite liners have a property of lowering the coefficient of friction when water is in use. In order to improve the friction coefficient of the bentonite, that is, a friction enhancement material such as HDPE (High Density Polyethylene) or EVA is separately used. Disclosed is a method of using a friction modifier by dipping or spraying.
한편, 자동차용 마찰재 중 세미메탈릭계 마찰재는 고온에서 내마모성이 우수하나, 제동시 소음이 발생하고 상대재인 디스크나 드럼의 손상을 일으키는 단점이 있다. 또한 장기 방치시 공기 중의 수분을 흡수하여 마찰재가 녹이 발생하여 디스크에 고착되는 현상도 발생하기도 한다. 이러한 문제점 이외에도 세미메탈릭계를 장기 사용하게 되면 휠에 제동시 발생하는 분진에 휠에 묻는 현상인 휠 더스트(wheel dust) 문제가 심하게 발생되어 자주 세차를 하게 하거나 휠을 별도의 세척제로 닦아내는 번거로움을 발생시킨다. On the other hand, the semi-metallic friction material of the automotive friction material is excellent in wear resistance at high temperature, but there is a disadvantage that noise occurs during braking and damage to the disk or drum of the mating material. In addition, when left for a long time to absorb moisture in the air may cause the friction material to rust and stick to the disk. In addition to these problems, long-term use of the semi-metallic system causes severe wheel dust problems, which are a phenomenon in which wheels get stuck on the dust generated when braking the wheels, causing frequent car washes or the hassle of wiping the wheels with a separate cleaner Generates.
이러한 세미 메탈릭계 마찰재의 단점을 개선하기 위하여 저철(low steel)계 또는 비철계(non steel)계 마찰재 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 비철계 마찰재들은 마찰계수가 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 마찰계수를 상승시키면 소음이 발생하게 되는 2차 문제가 발생할 뿐만 아니라 마찰계수의 증가는 제동 온도의 상승을 동반하게 된다. 이러한 제동온도 상승은 마찰재 자체의 물성 변화를 일으켜 소음 등의 문제를 야기시키고, 결합력을 저하시켜 내마모성 저하를 유발하게 된다. 심한 경우에는 마찰재의 표면이 타서 하얗게 되는 현상이 발생하거나 제동시 브레이크 부분에서 화재가 발생할 수도 있다. In order to improve the shortcomings of the semi-metallic friction material, low steel or non steel friction material has been developed. However, these nonferrous friction materials have a disadvantage of low coefficient of friction. In order to improve these disadvantages, increasing the friction coefficient not only causes a secondary problem in which noise is generated, but also increases the friction coefficient, accompanied by an increase in braking temperature. This increase in braking temperature causes a change in the physical properties of the friction material itself, causing problems such as noise, and lowers the bonding force, causing wear resistance to decrease. In severe cases, the surface of the friction material may burn and become white or a fire may occur in the brake part during braking.
이에 본 발명에서는 벤토나이트를 마찰계수를 저하시키는 antifriction material로 사용하지 않고 마찰계수를 향상시키는 마찰계수향상제로 사용하되 다만 마찰계수 상승으로 인한 소음이나 제동 온도 상승 발생의 가능성을 배제하기 위하여 판상구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 특정 구조의 벤토나이트를 사용하였다.Therefore, in the present invention, bentonite is used as a friction coefficient improver to improve the friction coefficient, not as an antifriction material that lowers the friction coefficient, but the plate structure and porosity are used to exclude the possibility of noise or braking temperature rise caused by the friction coefficient. Bentonite of a specific structure having a structure at the same time was used.
따라서, 본 발명의 목적은 마찰계수가 높으면서 소음이 발생하지 않는 비석면 마찰재를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명은 마찰계수가 높으면서 제동 온도의 상승이 없는 저소음 마찰재를 제공하는 데도 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-asbestos friction material having a high coefficient of friction and no noise. Another object of the present invention is to provide a low noise friction material having a high coefficient of friction and no increase in braking temperature.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 마찰재는 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함하는 것으로서, 여기에 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 갖는 벤토나이트를 마찰계수향상제로서 더 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.
The friction material for automobiles of the present invention for achieving the above object includes a fiber, a binder, an abrasive, a lubricant, a friction modifier and a filler, and further includes bentonite having a plate-like structure and a porous structure as a friction coefficient enhancer. It is characterized by that.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명의 비석면 마찰재는 통상의 비석면 마찰재와 같이 섬유, 결합제, 연마제, 윤활제, 마찰조정제 및 충진제를 포함한다. 다만, 본 발명의 비석면 마찰재는 벤토나이트를 포함하는 바, 벤토나이트는 SiO2나 Al2O3 등 연마제로 사용될 수 있는 성분이 있어 마찰계수를 높일 수 있다. 그러나, 마찰계수의 상승은 소음 발생 의 가능성을 높이고, 디스크나 드럼 등의 상대재의 마모를 심하게 하고 제동시 온도의 상승으로 연결되어 마찰재 자체의 물성 변화를 일으켜 성능 저하 등이 일어나게 된다. 그러나, 본 발명에서 사용된 벤토나이트의 경우는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 판상 구조와 다공성 구조를 동시에 가지고 있어 마찰계수 상승에 따른 소음 발생이나 제동 온도 상승이 거의 없게 된다. 도 1은 벤토나이트의 판상구조를 나타낸 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 벤토나이트의 다공성 구조를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. The non-asbestos friction material of the present invention includes fibers, binders, abrasives, lubricants, friction modifiers and fillers, like conventional non-asbestos friction materials. However, the non-asbestos friction material of the present invention includes bentonite, and since bentonite has a component that can be used as an abrasive such as SiO 2 or Al 2 O 3 , the coefficient of friction can be increased. However, the increase of the friction coefficient increases the possibility of noise generation, increases the wear of the counterparts such as discs and drums, and increases the temperature during braking, resulting in a change in the properties of the friction material itself, resulting in performance degradation. However, the bentonite used in the present invention has a plate-like structure and a porous structure at the same time as shown in Figs. 1 is a scanning electron micrograph showing the plate-like structure of bentonite, Figure 2 is a scanning electron micrograph showing the porous structure of bentonite.
이와같은 구조를 갖는 벤토나이트는 마찰계수 향상제로 작용하면서도 마찰계수 상승에 따른 소음이나 제동 온도의 상승이 없다. Bentonite having such a structure acts as a friction coefficient improver, but there is no noise or braking temperature increase due to the friction coefficient increase.
이같은 역할을 하는 벤토나이트의 함량은 전체 비석면 마찰재 조성 중 1 내지 20vol%인 것이 바람직한 바, 그 함량이 1vol% 미만이면 첨가의 효과가 미미하며 20vol% 초과면 내마모성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. The content of bentonite that plays such a role is preferably 1 to 20 vol% of the total non-asbestos friction material composition. If the content is less than 1 vol%, the effect of the addition is insignificant.
한편, 비석면 마찰재를 구성하는 통상의 조성을 살펴보면, 섬유로는 아라미드 섬유나 아크릴 섬유 등의 유기섬유, 철 섬유, 무기 섬유 등을 들 수 있고, 결합제로는 페놀 수지를 들 수 있다. 페놀 수지는 미변성 수지와 변성 수지를 모두 포함함은 물론이다. 연마제는 산화마그네슘, 알루미나, ZrSiO4 등을 들 수 있다. 윤활제로는 탄소계로서 그라파이트 등이 있고, 비탄소계로서는 Sb2S3, MoS2 등이 있다. 마찰조정제로는 캐슈 더스트(Cashew dust), 고무 분말, 코크스 등을 들 수 있으며, 충진제로는 BaSO4나 Ca(OH)2 등을 들 수 있다. On the other hand, when looking at the general composition constituting the non-asbestos friction material, the fibers include organic fibers such as aramid fibers and acrylic fibers, iron fibers, inorganic fibers and the like, phenol resins may be mentioned as a binder. Phenolic resin includes, of course, both unmodified resin and modified resin. Examples of the abrasive include magnesium oxide, alumina, ZrSiO 4 , and the like. Examples of the lubricant include graphite, such as carbon, and non-carbon, Sb 2 S 3 , MoS 2, and the like. Examples of the friction modifier include cashew dust, rubber powder, coke, and the like, and a filler may include BaSO 4 or Ca (OH) 2 .
통상 비석면 마찰재는 섬유 10 내지 40vol%, 결합제 10 내지 25vol%, 연마제 2 내지 10vol%, 윤활제 5 내지 15vol%, 마찰조정제 10 내지 25vol% 및 충진제 10 내지 30vol%를 포함한다. Typically, the non-asbestos friction material includes 10 to 40 vol% of fibers, 10 to 25 vol% of binder, 2 to 10 vol% of abrasive, 5 to 15 vol% of lubricant, 10 to 25 vol% of friction modifier, and 10 to 30 vol% of filler.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the Examples.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 비석면 마찰재를 제조하였다. 표 1에 있어서 단위는 vol%이다. Next, a non-asbestos friction material was prepared in the composition as shown in Table 1. In Table 1, a unit is vol%.
마찰재의 제조방법은 사용하는 원료에 따라 달라지는 바, 액상 원료를 사용할 경우는 냉간 성형 방법을, 고체 원료를 사용하는 경우에는 건식 성형 방법을 적용하게 된다. 본 실시예에서는 건식 성형방법을 적용하여 다음 표 1의 원료를 혼합하고, 예비성형, 열성형, 열처리, 연마 및 검사, 그리고 포장하는 순서에 따라 비석면 마찰재를 제조하였다. Since the method of manufacturing the friction material depends on the raw materials used, the cold molding method is used when a liquid raw material is used, and the dry molding method is used when a solid raw material is used. In this embodiment, by applying the dry molding method, the raw materials of the following Table 1 were mixed, and non-asbestos friction materials were manufactured in the order of preforming, thermoforming, heat treatment, polishing and inspection, and packaging.
이와같이 얻어진 비석면 마찰재의 마찰계수와 소음평가는 Scale Tester를 이 용하여 수행하였다. Scale Tester에 FFT가 있어 제동시마다 소음 평가를 할 수 있다. 평가 모드는 JASO C406 Mode를 변형한 Mode로 평가하였다. The friction coefficient and noise evaluation of the non-asbestos friction material thus obtained were carried out using a scale tester. The FFT is provided on the scale tester, so that the noise can be evaluated at each braking. The evaluation mode was evaluated as a modified version of JASO C406 Mode.
Scale Tester에 의한 마찰계수 및 소음 평가 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다. The friction coefficient and noise evaluation results by the scale tester are shown in Table 2 below.
상기 표 2의 결과로부터, 벤토나이트를 적용함으로써 마찰계수가 많이 향상됨을 알 수 있다. 평균 마찰계수는 19.2%, 고속 주행(100kph) 시의 마찰계수는 28.8%가 향상되어 제동 성능이 매우 향상되었음을 알 수 있다. 도 3에는 제동 횟수에 따른 마찰계수를 비교한 그래프를 나타내었다.From the results in Table 2, it can be seen that by applying the bentonite friction coefficient is improved a lot. The average coefficient of friction is 19.2% and the coefficient of friction at high speed (100 kph) is 28.8%, which shows that the braking performance is greatly improved. Figure 3 shows a graph comparing the friction coefficient according to the number of braking.
또한, 인위적으로 온도 상승시의 고온에서의 마찰계수 저하 현상인 Fade 시의 마찰계수를 비교하여 도 4로 나타내었는 바, Fade 시의 마찰계수는 동등 수준임을 알 수 있다. In addition, as shown in Figure 4 by comparing the friction coefficient at the time of Fade, which is a phenomenon of lowering the friction coefficient at high temperature when the temperature rises artificially, it can be seen that the friction coefficient at the time of Fade is the same level.
한편, Fade 시의 온도 상승 정도를 비교하여 도 5에 나타내었는 바, 이 또한 동등 수준임을 알 수 있다. 즉, 마찰계수의 급격한 상승에도 불구하고 100km/h의 제동에서도 온도 상승은 거의 없음을 보여주고 있다. 제동시 급격한 온도 상승은 마찰계수의 급격한 변화 및 물성 변화를 일으키게 되나, 벤토나이트를 적용함으로써 마찰계수의 증가에도 불구하고 제동 온도 상승이 적어 안정된 마찰 특성을 유지할 수 있다. On the other hand, comparing the degree of temperature rise at the time of Fade is shown in Figure 5, it can be seen that this is also the equivalent level. In other words, despite the sharp increase in the friction coefficient, there is almost no increase in temperature even at 100 km / h of braking. Sudden temperature rise during braking causes a sharp change in the friction coefficient and a change in physical properties. However, by applying bentonite, the braking temperature rise is small despite the increase in the friction coefficient, thereby maintaining stable friction characteristics.
도 6에는 소음 특성을 비교하여 나타내었는 바, 이 결과로부터 마찰계수가 증가함에도 소음 발생 횟수가 매우 적음을 알 수 있다. 따라서, 벤토나이트를 사용함으로써 제동성이 우수하고 저소음의 마찰재를 개발할 수 있음을 확인하였다. 6 shows a comparison of the noise characteristics, it can be seen from the results that the number of noise generation is very small even if the friction coefficient is increased. Therefore, it was confirmed that by using bentonite, excellent friction material and low noise friction material could be developed.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 벤토나이트를 더 포함하는 비석면 마찰재는 벤토나이트가 마찰계수를 향상시켜 제동성능을 향상시키면서도 마찰계수 향상에 따른 제동 온도상승이나 소음의 발생이 없다. As described in detail above, in the non-asbestos friction material further comprising bentonite according to the present invention, while the bentonite improves the friction coefficient and improves the braking performance, there is no occurrence of braking temperature increase or noise caused by the friction coefficient improvement.
Claims (3)
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