KR20100127968A - Environmentally favorable break friction material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 친환경 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 윤활제의 성분중 발암물질인 안티몬 산화물과 카본 블랙을 사용하지 않으면서도 성능은 동등 이상을 유지할 수 있도록 개선된 친환경 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an environment-friendly brake friction material composition, and more particularly, to an environment-friendly brake friction material composition improved to maintain the equivalent performance without using antimony oxide and carbon black, which is a carcinogen in the components of the lubricant.
일반적으로, 브레이크는 운동하고 있는 기계의 속도를 감속하거나 정지시키기 위해 사용되는 수단으로서, 특히 자동차용 브레이크는 자동차의 주행속도를 줄이거나 주행자체를 정지시켜 운전자의 안전을 보호하기 위해 사용되는 수단이다.In general, a brake is a means used to slow down or stop a moving machine, in particular, a vehicle brake is a means used to reduce the driving speed of a vehicle or to stop the driving itself to protect the driver's safety. .
이러한 자동차용 브레이크에 사용되는 마찰재는 크게 결합제, 강화섬유, 충진제, 연마제, 윤활제의 조성으로 이루어진다.The friction material used in such automobile brakes is largely composed of a binder, reinforcing fibers, fillers, abrasives, lubricants.
이때, 결합제는 열적안정성 및 내산화성을 목적으로 주로 페놀레진, 아크릴 고무변성 페놀수지, NBR 고무변성 페놀수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 아크릴 고무 등이 2종 이상 조합되어 사용되며; 강화섬유는 내마모성 향상을 위해 주로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 티탄산칼륨섬유, 셀룰로이드섬유, 아크릴섬유, 황 동섬유, 세라믹섬유 등이 2종 이상 조합되어 사용되고; 충진제는 마찰재의 부피를 증가시킬 목적으로 버미큘라이트, 운모계 광물, 황산바륨, 탄산칼슘, 소석회 등이 2종 이상 조합되어 사용되며; 연마제는 제동시 디스크의 윤활막 제거를 위해 알루미나 실리카, 지르코니아 실리카 등이 2종 이상 조합되어 사용되고; 윤활제는 윤활을 목적으로 천연흑연, 인조흑연, 카본 블랙, 안티몬 산화물, 금속 황화물 등이 2종 이상 혼합되어 사용된다.At this time, the binder is mainly used in combination of two or more of phenol resin, acrylic rubber modified phenolic resin, NBR rubber modified phenolic resin, melamine resin, epoxy resin, acrylic rubber for the purpose of thermal stability and oxidation resistance; Reinforcing fibers are mainly used in combination of two or more carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, potassium titanate fibers, celluloid fibers, acrylic fibers, brass fibers, ceramic fibers, etc. to improve wear resistance; The filler is used in combination of two or more kinds of vermiculite, mica minerals, barium sulfate, calcium carbonate, slaked lime and the like for the purpose of increasing the volume of the friction material; The abrasive is used in combination of two or more kinds of alumina silica, zirconia silica, etc. to remove the lubricating film of the disk during braking; Lubricant is used by mixing two or more kinds of natural graphite, artificial graphite, carbon black, antimony oxide, metal sulfide and the like for lubrication purposes.
그런데, 상기 마찰재를 구성하는 조성중 윤활제의 구성인 안티몬 산화물(Sb2O3) 및 카본 블랙은 발암물질로서 북미환경규제를 비롯한 많은 나라에서 그 사용을 제한하고 있는 실정이다.However, antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and carbon black, which are constituents of lubricants in the composition of the friction material, are carcinogens, and their use is limited in many countries, including North American environmental regulations.
따라서, 발암물질인 안티몬 산화물과 카본 블랙을 사용하지 않으면서도 기존과 동등 이상의 성능을 갖는 자동차 브레이크용 마찰재의 개발이 시급히 요청되고 있다.Accordingly, there is an urgent need to develop a friction material for automobile brakes having an equivalent performance or higher than the existing one without using carcinogenic antimony oxide and carbon black.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 요청에 부응하기 위해 창출된 것으로, 발암물질로 인해 그 규제 대상이 되고 있는 안티몬 산화물과 카본 블랙을 사용하지 않으면서도 성능을 종전과 동등 이상을 가지면서 친환경적인 마찰재를 얻을 수 있도록 한 친환경 브레이크 마찰재 조성물의 제공을 그 주된 해결 과제로 한다.The present invention was created in response to the prior art request as described above, while having the same performance as before, but without the use of antimony oxide and carbon black, which are regulated due to carcinogens, The main problem is to provide an environmentally friendly brake friction material composition capable of obtaining a friction material.
본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 조성물 총 중량에 대하여 윤활제 16-36 중량%, 결합제 8-22 중량%, 강화섬유 7- 15 중량%, 연마제 8-15 중량% 및 충진제 38-61 중량%를 포함하는 브레이크 마찰재 조성물로서, 상기 윤활제는 조성물 총 중량에 대하여 천연흑연 3-7 중량%, 인조흑연 2-5 중량%, 흑연 섬유 3-6 중량%, 주석 황화물 4-7 중량%, 아연 황화물 2-5 중량% 및 철 황화물 2-6 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 브레이크 마찰재 조성물을 제공한다.The present invention is a means for achieving the above problems, 16-36% by weight of the lubricant, 8-22% by weight binder, 7-15% by weight of reinforcing fibers, 8-15% by weight abrasive and filler 38 relative to the total weight of the composition A brake friction material composition comprising -61% by weight, wherein the lubricant is 3-7% by weight of natural graphite, 2-5% by weight of artificial graphite, 3-6% by weight of graphite fiber, 4-7% by weight of tin sulfide, based on the total weight of the composition It provides an environmentally friendly brake friction material composition comprising a%, zinc sulfide 2-5% by weight and iron sulfide 2-6% by weight.
또한, 상기 조성물로 제조되는 마찰재는 압축변형량(㎛):155~170, 경도(HRr):50~70, 밀도(g/㎤):2.6~2.7, 마찰계수:0.35~0.40인 것에도 그 특징이 있다.In addition, the friction material produced by the composition is characterized in that the compressive strain (㎛): 155 ~ 170, hardness (HRr): 50 ~ 70, density (g / cm 3): 2.6 ~ 2.7, friction coefficient: 0.35 ~ 0.40 There is this.
본 발명에 따르면, 종래 마찰재의 성분중 하나로 함유되던 발암물질인 안티몬 산화물과 카본 블랙을 사용하지 않음으로써 인체에 무해함은 물론 친환경적이고, 환경규제를 받지도 않으면서 성능은 종래와 동등 이상을 유지하는 브레이크용 마찰재를 얻을 수 있다.According to the present invention, antimony oxide and carbon black, which are carcinogenic substances contained as one of the components of the conventional friction material, are not harmless to the human body and are environmentally friendly, and the performance is equal to or higher than the conventional one. A friction material for brakes can be obtained.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in more detail.
본 발명은 친환경 브레이크 마찰재 제조를 위해, 윤활제의 성분중 안티몬 산화물을 주석 황화물, 아연 황화물, 철 황화물(FeS)로 대체하고, 카본 블랙을 흑연 섬유로 대체하여 발암물질을 제외한 브레이크용 마찰재를 제조할 수 있도록 한 마 찰재 조성물을 제공한다.The present invention is to replace the antimony oxide in the components of the lubricant with tin sulfide, zinc sulfide, iron sulfide (FeS), and to replace the carbon black with graphite fiber to manufacture a brake friction material except carcinogens for the production of environmentally friendly brake friction material. One friction material composition is provided.
즉, 본 발명은 마찰재 조성물을 구성하는 윤활제의 구성비 내에서 상기 윤활제를 구성하는 성분들 중 카본 블랙 대신 흑연 섬유를, 안티몬 산화물 대신 아연 황화물, 주석 황화물, 철 황화물을 혼합 사용토록 한 것이다.That is, the present invention is to mix the graphite fiber instead of carbon black, zinc sulfide, tin sulfide, iron sulfide instead of carbon black among the components constituting the lubricant in the composition ratio of the lubricant constituting the friction material composition.
이때, 안티몬 산화물을 사용하지 않음으로 인해 마찰재의 전체 특성이 변화되지 않도록 하기 위해 마찰재를 구성하는 다른 조성들에도 변화가 있어야 하는 바, 이를 설명하면 다음과 같다.In this case, in order not to change the overall properties of the friction material due to the use of antimony oxide, there should be a change in other compositions constituting the friction material, as follows.
예컨대, 종래 마찰재 조성은 윤활제(Solid Lubricant) 5-15중량%, 결합제(Binder) 15-20중량%, 강화섬유(Reinforcing Fiber) 5-10중량%, 연마제(Abrasive Particle) 5-20중량%, 충진제(Filler) 30-70중량%로 구성되었으나, 본 발명에서는 상기 안티몬 산화물을 주석 황화물, 아연 황화물, 철 황화물로 대체함으로써 조성비에 있어 변화가 생기게 되었으며, 윤활제 16-36 중량%, 결합제 8-22 중량%, 강화섬유 7-15 중량%, 연마제 8-15중량%, 충진제 38-61 중량%가 그것이다.For example, the conventional friction material composition is 5-15% by weight of the lubricant (Solid Lubricant), 15-20% by weight of the binder (Binder), 5-10% by weight of Reinforcing Fiber, 5-20% by weight of the abrasive (Abrasive Particle), Filler (Filler) was composed of 30-70% by weight, but in the present invention by replacing the antimony oxide with tin sulfide, zinc sulfide, iron sulfide, the composition ratio was changed, lubricant 16-36% by weight, binder 8-22 By weight, by 7-15% by weight of reinforcing fibers, by 8-15% by abrasive, and by 38-61% by weight of filler.
이와 같이, 본 발명에 따라 윤활제의 첨가량이 기존에 비해 증가된 반면, 결합제, 연마제는 다소 감소된 경향을 갖는다.As such, the amount of lubricant added in accordance with the present invention is increased compared to the conventional, while binders and abrasives tend to be somewhat reduced.
그리고, 상기 마찰재 조성물을 구성하는 윤활제, 결합제, 강화섬유, 연마제, 충진제의 기능은 앞서 배경기술 부분에서 설명한 바와 같다.In addition, the functions of the lubricant, the binder, the reinforcing fiber, the abrasive, and the filler constituting the friction material composition are the same as described in the background section above.
아울러, 본 발명은 상기 마찰재 조성물의 구성중 특히, 윤활제(16-36 중량% 기준)가 천연 흑연 3-7 중량%, 인조 흑연 2-5 중량%, 흑연 섬유 3-6 중량%, 주석 황화물 4-7 중량%, 아연 황화물 2-5 중량%, 철 황화물 2-6 중량%로 구성된 것에 가 장 큰 특징이 있다.In addition, the present invention, in the composition of the friction material composition, in particular, the lubricant (based on 16-36% by weight) of 3-7% by weight of natural graphite, 2-5% by weight artificial graphite, 3-6% by weight of graphite fibers,
여기에서, 상기 흑연 섬유는 인조 흑연, 합성 흑연의 한 종류로서, 2500℃ 이상에서 열처리되어 탄소를 포함하는 섬유를 가리킨다. 종래 합성 흑연으로서 사용되던 카본 블랙을 대체하여 흑연 섬유를 사용하는 이유는 흑연 섬유가 고강력 및 진동감쇄능력과 마찰·마모특성이 뛰어나 내마모성이 향상될 뿐만 아니라 화학적 안정성이 우수하고, 오염 물질을 배출하지 않아 규제 대상 물질이 아니기 때문이다. Here, the said graphite fiber is a kind of artificial graphite and synthetic graphite, and refers to the fiber which heat-processes at 2500 degreeC or more and contains carbon. The reason why the graphite fiber is used instead of the carbon black used as the synthetic graphite is that the graphite fiber has high strength, vibration damping ability, and excellent friction and abrasion property, which not only improves abrasion resistance but also has excellent chemical stability and discharges pollutants. This is because it is not regulated substance.
또한, 상기 안티몬 산화물을 대체하여 상기 주석 황화물, 아연 황화물, 철 황화물을 사용하는 이유는 이들 황화물들이 안티몬 산화물 사용시의 마찰재가 갖는 물리적 성질(이는 KS R 0080에 준한 한국산업규격의 평가에 의해 밝혀진 사실임)과 마찰계수 특성(KS R 4024에 의해 0.35-0.40의 범위에 포함됨을 확인)이 가장 근사 하기 때문이며, 나아가 이들 황화물들은 인체에 무해하여 친환경적이며, 규제대상 물질도 아니기 때문이다.In addition, the reason for using the tin sulfide, zinc sulfide, iron sulfide in place of the antimony oxide is the fact that these sulfides have the physical properties of the friction material when using the antimony oxide (this was found by the evaluation of the Korean Industrial Standard according to KS R 0080). ) And friction coefficient characteristics (confirmed in the range of 0.35-0.40 by KS R 4024) are the most approximate, and furthermore, these sulfides are harmless to the human body, environmentally friendly and not regulated.
이렇게 함으로써, 본 발명에 따른 조성물에 의한 마찰재는 주된 특성 요구치인 압축변형량(㎛) 150~180, 경도 (HRr) 40~80, 밀도(g/㎤) 2.5~2.7, 내에 들어 안티몬 산화물을 완전히 대체할 수 있게 된다.In this way, the friction material according to the composition according to the present invention completely replaces the antimony oxide contained in the compressive strain (μm) of 150 to 180, hardness (HRr) of 40 to 80, density (g / cm 3) of 2.5 to 2.7, which are the main characteristic requirements. You can do it.
이하, 본 발명에 따른 윤활제의 조성에 대한 수치한정 사유에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the reason for numerical limitation on the composition of the lubricant according to the present invention will be described.
이들 윤활제를 구성하는 천연흑연, 인조흑연, 흑연 섬유, 주석 황화물, 아연 황화물, 철 황화물은 모두 마찰계수를 안정적으로 유지하기 위한 기능을 수행한다.The natural graphite, artificial graphite, graphite fiber, tin sulfide, zinc sulfide and iron sulfide constituting these lubricants all function to maintain a stable coefficient of friction.
즉, 천연흑연은 미세한 낟알 모양의 표면이 바인더(결합제)에 의해 비결정질로 코팅되어 윤활성을 향상시키는 것으로, 3중량% 이하로 첨가되게 되면 브레이크 디스크의 마모를 촉진시키고, 7중량% 이상으로 첨가되게 되면 디스크에 필름 이착을 크게 하여 성능 저하를 초래하므로 상기 범위로 첨가함이 바람직하다.In other words, natural graphite is a fine grain-like surface is coated with an amorphous by a binder (binder) to improve lubricity. When added to 3% by weight or less, it promotes abrasion of the brake disc and adds to 7% by weight or more. In this case, since the film adhesion to the disk is increased to cause a decrease in performance, it is preferably added in the above range.
그리고, 인조흑연은 혼련시 수분량을 줄여 고내용성을 갖도록 하기 위한 것으로, 2중량% 이하로 첨가되게 되면 내용성이 작아지고, 5중량% 이상으로 첨가되면 내용성을 증가되나 윤활성을 나쁘게 하므로 상기 범위로 첨가됨이 바람직하다.In addition, artificial graphite is intended to reduce the amount of water when kneading to have a high content, and when added to 2% by weight or less, the solvent content decreases, and when added to 5% by weight or more, the solvent content increases, but the lubricity deteriorates. It is preferred to add in the range.
흑연 섬유는 마찰재의 마찰 계수 및 마모 특성을 증가시키기 위한 것으로서, 3 중량 % 이하로 첨가되게 되면 마찰 계수를 원하는 크기로 조정할 수 없으며, 6 중량% 이상으로 첨가되며 마모 특성은 증가되나 윤활성을 나쁘게 하므로 상기 범위로 첨가됨이 바람직하다. ,Graphite fiber is intended to increase the friction coefficient and wear characteristics of the friction material. When it is added below 3% by weight, the graphite coefficient cannot be adjusted to the desired size, and it is added above 6% by weight and the wear property is increased but the lubricity is poor. It is preferable to add in the said range. ,
아울러, 상기 주석 황화물과 아연 황화물, 철 황화물과 같은 황화물들은 앞서 언급하였던 바와 같이, 마찰 계수 및 마찰재의 특성(압축변형량, 경도, 밀도 등)을 종래 안티몬 산화물과 유사범위로 맞추기 위해 인위적으로 조절된 것으로서, 이들 황화물중 어느 하나라도 상기 범위를 벗어나게 되면 마찰계수 혹은 마찰재의 특성이 요구치에 합당하지 않게 되므로 상기 각 황화물들의 범위값으로 첨가됨이 바람직하다.In addition, the sulfides such as tin sulfide, zinc sulfide and iron sulfide are artificially adjusted to adjust the friction coefficient and the characteristics of the friction material (compression strain, hardness, density, etc.) to a similar range with conventional antimony oxide as mentioned above. As any one of these sulfides is out of the above range, the coefficient of friction or the properties of the friction material do not meet the required values, so it is preferable to add the sulfides as the range values of the respective sulfides.
이와 같은 조성으로 이루어진 브레이크용 마찰재 조성물을 가성형하고 건조한 후 철판으로부터 가공, 세척, 접착제 도포 및 건조된 패드와 결합하여 열성형하고, 클램핑한 다음 다시 열처리하며, 그루빙 및 면취, 연마, 스코칭, 분체도장 및 건조하고, 마모센서와 심커버를 조립하는 통상적인 마찰재 제조공정을 거침으로써 자동차 브레이크용 마찰재를 제조할 수 있게 된다.The friction material composition for brakes having such a composition is temporarily molded and dried, and then thermoformed by combining with a pad which has been processed, cleaned, applied with an adhesive and dried from a steel sheet, clamped, and then heat treated, grooved and chamfered, polished, and scratched. The friction material for automobile brakes can be manufactured by going through the normal friction material manufacturing process of powder coating and drying, and assembling the wear sensor and the shim cover.
[실시예][Example]
이하, 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the embodiment will be described.
본 발명에 따른 마찰재 조성물의 주된 특성 확인을 위해, 윤활제 16-36 중량%, 결합제 8-22 중량%, 강화섬유 7- 15 중량%, 연마제 8-15 중량%, 충진제 38-66 중량%로 이루어진 마찰재 조성물중 윤활제의 구성을 하기한 표 1과 같은 조성비로 하여 조성물을 구성한 후 앞서 설명하였던 바와 같은 통상적인 마찰재 제조방법을 거쳐 시편을 제조하였다.In order to check the main properties of the friction material composition according to the present invention, it consists of a lubricant 16-36% by weight, binder 8-22% by weight, reinforcing fibers 7-15% by weight, abrasive 8-15% by weight, filler 38-66% by weight After the composition of the lubricating agent in the friction material composition in the composition ratio as shown in Table 1 below, the test piece was manufactured through a conventional friction material manufacturing method as described above.
그리고, 종래 마찰재 조성물, 즉 안티몬 산화물이 포함된 마찰재 조성물로 제조된 종래 마찰재의 특성과 비교하여 표 2에 나타내었다. And, it is shown in Table 2 compared with the characteristics of the conventional friction material, that is, the conventional friction material made of a friction material composition containing antimony oxide.
또한, 본 발명에 따른 마찰재 조성물의 마찰계수를 종래 마찰재 조성물, 즉 안티몬 산화물이 포함된 마찰재 조성물로 제조된 종래 마찰재의 마찰계수와 In addition, the friction coefficient of the friction material composition according to the present invention and the friction coefficient of the conventional friction material made of a friction material composition, that is, a friction material composition containing antimony oxide
비교하기 위하여 다이나모를 이용하여 한국산업규격(KS R 4024)에 준하여 평가하였다. For comparison, Dynamo was evaluated according to Korean Industrial Standard (KS R 4024).
상기 표 2 및 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰재 조성을 통해 종래 환경규제물질인 안티몬 산화물 사용시와 동등 이상의 특성을 갖는 마찰재를 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명에 따른 마찰재 조성이 안티몬 산화물을 충분히 대체할 수 있음을 알았다.As shown in Table 2 and Figure 1, the friction material composition according to the present invention by confirming that the friction material composition according to the present invention can be produced through the friction material composition according to the present invention when using antimony oxide as a conventional environmental regulatory material is antimony oxide It was found that it could replace enough.
뿐만 아니라, 상기 표 2에서와 같은 주요 특성 외에도, 표로 나타내지는 않았지만 효력특성, 마모수명, 노이즈 등에 있어서도 큰 차이가 없음을 확인하였다.In addition, in addition to the main characteristics as shown in Table 2, although not shown in the table it was confirmed that there is no significant difference in the effect characteristics, wear life, noise and the like.
도 1은 본 발명에 따른 마찰재 조성물의 마찰계수를 종래 마찰재 조성물, 즉 안티몬 산화물이 포함된 마찰재 조성물로 제조된 종래 마찰재의 마찰계수와 비교하여 나타낸 도면이다.1 is a view showing the friction coefficient of the friction material composition according to the present invention compared with the friction coefficient of a conventional friction material made of a friction material composition, that is, a friction material composition containing antimony oxide.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |