KR20110108372A

KR20110108372A - 이에 결합되는 마찰 개선 입자를 가지는 복수의 바인더 입자를 포함하는 마찰재

Info

Publication number: KR20110108372A
Application number: KR1020117017510A
Authority: KR
Inventors: 로버트 씨. 램; 펭 동
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2011-10-05
Also published as: CN102264859B; US9657798B2; JP5773885B2; JP2012514679A; KR101498611B1; CN102264859A; US20120108698A1; WO2010080154A1; EP2385975A4; EP2385975B1; EP2385975A1

Abstract

예시적인 일 실시예는 복수의 섬유들을 포함하는 베이스 재료를 포함하는 마찰재를 포함한다. 베이스 재료는 맞물림 면, 및 맞물림 면에 있는 복수의 바인더 입자들과 마찰 개선 입자들을 포함한다.

Description

이에 결합되는 마찰 개선 입자를 가지는 복수의 바인더 입자를 포함하는 마찰재{FRICTION MATERIAL INCLUDING A PLURALITY OF BINDER PARTICLES WITH FRICTION MODIFYING PARTICLES BOUND THERETO}

본 발명이 전반적으로 관련되는 기술분야는 슬립 클러치들, 스타트 클러치들, 토크 전달 클러치들, 토크 컨버터들 등을 포함하되 이에 한정되지 않는 다양한 적용들을 위한 마찰재를 포함한다.

본 기술분야에서 숙련된 사람들은, 슬립 클러치들, 토크 전달 클러치들, 및 토크 컨버터들을 포함하되 이들에 한정되지 않는 다양한 적용에 사용하기 위한 마찰재에 대한 대체물 및 개량물을 계속해서 찾고 있다.

제품은 복수의 섬유들을 포함하는 베이스 재료를 포함하는 마찰재를 포함하며, 베이스 재료는 맞물림 면, 및 맞물림 면에 이산되게 배치되는 복수의 바인더 입자들, 및 바인더 입자들 중의 적어도 하나에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 가진다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예들은 이후에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명과 구체적인 예들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 개시하지만 설명을 목적으로 하는 것이지 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 상세한 설명과 첨부한 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이며:
도1은 섬유들을 포함하는 베이스 재료를 포함하는 마찰재를 도시하며, 마찰재는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 맞물림 면 및 맞물림 면에 복수의 미경화된(uncured) 바인더 입자들 및 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 가진다.
도2는 복수의 섬유들을 포함하는 마찰재를 도시하며, 마찰재는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 맞물림 면, 및 불규칙적인 형상의 바인더 입자들에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들과 함께 이산되게 배치되는 복수의 불규칙적인 형상의 바인더 입자들을 가진다.
도3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 불규칙적인 형상의 바인더 입자들에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들과 함께 이산되게 배치되는 복수의 불규칙적인 형상의 바인더 입자들을 포함하는 마찰재와 이와 같은 바인더 입자들이 없는 마찰재의 내마모성 비교 테스트의 결과의 막대 그래프이다.

실시예(들)의 다음의 설명은 사실상 단지 예시하는(설명하는) 것에 불과하며 본 발명, 이의 적용, 또는 사용들을 한정하기 위한 것이 아니다.

이제 도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 이후에 설명되는 바와 같이 상이한 타입들을 가질 수 있는 복수의 섬유들(14)을 포함할 수 있는 마찰재(10)를 포함한다. 복수의 입자들(16 및 18)이 또한 마찰재에 포함될 수 있다. 원하는 마찰 특성과 공극 크기를 제공하기 위해, 몇몇의 입자들(16)은 상대적으로 클 수 있다. 다양한 더 작은 입자들(18 및 20)이 마찰 특성인 내열성 및 강도를 개선하기 위해 구비될 수 있다. 마찰재(10)는 다른 마찰재나 기재를 맞물기 위한 맞물림 면(22)을 포함한다. 맞물림 면(22)에서나 그 근처에는 복수의 바인더 입자들(24)이 이산된 위치에 이격되게 구비된다. 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들(26)은 바인더 입자들(24)에 결합될 수 있다. 바인더 입자들(24)은, 도1에 도시된 실시예에서, 경화되지 않을 수 있는 폴리머나 수지일 수 있다. 실시예에서, 바인더 입자들(24)은 유동 가능한 미경화된 수지 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 바인더 입자들(24)은, 예를 들어, 실리콘 수지, 페놀 수지, 폴리아미드 수지 또는 폴리이미드 수지를 포함할 수 있다. 더 작은 마찰 개선 입자들(26)은 무기 입자이거나 유기 입자일 수 있다. 예를 들어, 더 작은 마찰 개선 입자들(26)은 탄소 입자, 금속 입자, 금속의 산화물들의 입자, 실리카 입자, 또는 캐슈 오일 개질 입자(cashew oil modified particle)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 도1에 도시된 마찰재는 규칙적인 형상의 바인더 입자(24)를 포함한다. 예를 들어, 유동 가능한 미경화된 바인더 입자(24)는 대략 구 형상을 가질 수 있다. 마찰재(10)의 다른 처리는 도2에 도시된 바와 같이 불규칙적인 형상으로 흐르는 바인더 입자(24)를 초래할 수 있으며 추가적인 더 작은 마찰 개선 입자들(26)이 바인더 입자(24)에 부착된다. 예를 들어, 마찰재(10)는 추가적인 마찰 개선 입자들(26)을 포착해서 이를 결합하도록 구 형상의 바인더 입자들(24)이 흐르게 하기 위해 열처리될 수 있다. 처리는 바인더 입자들이 높은 온도 성능 특성을 제공하는 불규칙적인 형상의, 경화된 바인더 입자들(24)이 될 수 있도록(예를 들어 고체의 열경화성 입자들이 될 수 있도록) 더 실시될 수 있으며, 여기서 더 작은 마찰 개선 입자들은 바인더 입자들에 결합된 상태로 유지된다. 예를 들어, 이에 결합되는 복수의 마찰 개선 입자들(26)을 가지는 불규칙적인 형상의 경화된 바인더 입자들(24)을 포함하는 마찰재는, 350 ℃ 이상의 높은 계면 온도에서 높은 성능 특성을 제공할 수 있다.

맞물림 면에서 이들에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 가지는 복수의 이산되고, 이격된, 바인더 입자들을 포함하는 예시적인 일 실시예에 따른 마찰재가 제조되었다. 마찰재는 유사하게 구성되었지만 이에 결합되는 더 작은 마찰 개선 입자들을 가지는 바인더 입자들이 없었다. 내마모성 비교 테스트가 두 개의 재료들에 대하여 실시되었다. 플레이트들(1, 2, 3, 4)을 포함하는 클러치 팩들이 각각의 플레이트에 대한 마찰재와 사용되었다. 클러치 팩들은 13,500 사이클의 고에너지 슬립 운전으로 작동되었으며 마찰 플레이트들(1, 2, 3 및 4) 위의 각각의 마찰재의 두께의 변화가 테스트 후에 측정되었다. 이에 결합되는 더 작은 마찰 개선 입자를 포함하는 바인더 입자들이 없는 마찰재의 두께의 변화는 빗금 친 막대들로 도시된다. 이에 결합되는 더 작은 마찰 개선 입자를 포함하는 바인더 입자들을 가지는 마찰재의 두께의 변화는 빗금이 없는 막대들로 도시된다. 예시적인 일 실시예에 따르면, 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 포함하는 이산되게 배치된 바인더 입자들을 포함하는 마찰재는 내마모성을 개선하였다.

이에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 포함하는 유동 가능한 미경화된 바인더 입자들이나 경화된 바인더 입자들을 포함하는 마찰재들은 본 기술분야에서 숙련된 사람들에 의해 예상 가능한 다양한 수단들 중 임의의 수단에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 유동 가능한 미경화된 바인더 입자들은 헤드 박스(head box)에서 더 작은 마찰 개선 입자들과 함께 혼합될 수 있으며 이와 같은 재료가 헤드 박스의 하부를 통과하는 컨베이어 벨트를 따라 이동할 때 복수의 섬유들을 포함하는 베이스 재료의 상부면에 살포될 수 있다. 컨베이어 벨트로부터 결과로 나오는 마찰재는 이후에 설명되는 바와 같은 액상 수지로 더 함침될 수 있다. 그 이후에, 유동 가능한 미경화된 바인더 입자들은 연화되어 불규칙한 형상으로 흘러내리는 것이 야기될 수 있으며 보다 많은 더 작은 마찰 개선 입자들이 연화된 바인더 재료에 결합될 수 있다. 유동 가능한 미경화된 바인더 입자들은 오븐 베이킹, 복사열에의 노출, 마이크로웨이브 에너지, 이온 충격, 압축 가열, 레이저 가열, 등을 포함하지만 이들에 한정되지는 않는 다양한 방법에 의한 열의 적용을 통해 흐르거나 연화되는 것이 야기될 수 있다. 또는, 이에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 가지는 경화된 수지 입자들은 차지 박스(charge box)에서 제조되어 제공될 수 있으며 컨베이어 벨트를 따라 흐르는 습윤 마찰재에 살포될 수 있다. 마찰재의 뒤 따르는 열처리는 실행되거나 실행되지 않을 수 있다.

복수의 마찰 개선 입자들을 포함하는 바인더 입자들이 마찰재의 표면에 있는 이산되며, 이격된, 위치에 구비되는 마찰재의 개방된 공극 구조는 다양한 선택 및 입자 크기들, 입자 크기들의 비율이나 사용되는 함침 수지(saturation resin)의 양을 사용하여 달성될 수 있다. 이와 같은 개방된 공극 구조는 마찰재를 통과하는 오일의 개선된 흐름을 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 생산되는 마찰재는 오일 적하 테스트(oil drop test)를 받았으며 4 마이크로미터의 오일의 방울이 마찰재의 표면의 위에 놓여졌으며 마찰재 내로 흐르도록 허용되었다. 오일 방울이 본 발명에 따른 마찰재를 통해 흘러 들어가는 시간은 대략 10 초가 걸리는 종래의 마찰재와 비교하여 대략 4 초가 걸렸다. 따라서, 이에 결합되는 복수의 마찰 개선 입자들을 가지는 이산되고, 이격된, 바인더 입자들을 포함하는 마찰재는 마찰재에 대한 개선된 오일 흐름을 초래한다. 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 이들에 결합되는 복수의 더 작은 마찰 개선 입자들을 포함하는 바인더 입자들에 의해 커버되는 표면적의 양은 맞물림 면의 면적의 약 3에서부터 약 30 퍼센트까지의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 규칙적인 형상의 입자는 1.8에서부터 40 미크론까지거나, 15에서부터 30 미크론까지이거나, 또는 18에서부터 22 미크론까지의 범위에 있는 평균 입자 직경을 가지는 구 형상이다. 더 작은 마찰 개선 입자들은 1에서부터 25 미크론까지이거나, 또는 2에서부터 10 미크론까지의 범위에 있는 평균 직경을 가질 수 있다. 바인더 입자에 대한 더 작은 마찰 개선 입자의 중량비는 50/50에서부터 90/10까지의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 3,000 평방 피트의 맞물림 면의 면적 당 대략 9 파운드의 마찰 개선 입자와 대략 9 파운드의 바인더 입자가 사용된다.

이들에 결합되는 복수의 마찰 개선 입자들을 가지는 복수의 이산되게 배치되며 경화된 바인더 입자들을 포함하는 마찰재가 보다 양호한 내진동성(shudder resistance), 마모에 기인한 감소된 두께 손실, 고에너지 발진 하에서의 개선된 내구성, 및 350 ℃ 이상의 높은 계면 온도에 노출되는 것에도 불구하고 마찰재의 수명 전체에 걸친 고성능 유지 가능성을 가지는 것으로 발견되었다.

다음의 설명은 마찰재에 이용될 수 있는 다양한 구성요소들의 예시적인 실시예들을 포함한다.

마찰재의 예시적인 실시예들은 개선된 반-진동 특성을 가질 수 있다. 또한, 마찰재는 개선된 탄성 및 마찰재의 사용 중에 보다 균일한 열 방출을 허용하는 다공성을 가질 수 있다. 변속기나 브레이크에 있는 유체는 마찰재의 다공성 구조를 통해 빠르게 이동될 수 있다. 게다가, 증가된 탄성은 불균일한 라이닝 마모 또는 세퍼레이터 플레이트의 "핫 스팟들(hot spots)"이 제거되도록 마찰재에 대한 보다 균일한 압력이나 균일한 압력 분포를 제공한다.

마찰재의 구조가 다공성이 더 많을수록, 열 방출이 더 효과적이다. 사용하는 동안 마찰재의 맞물림 중에 마찰재의 내외로 오일 흐름은 마찰재가 다공성일 때에 보다 빠르게 일어난다.

마찰재들을 함침하기 위한 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 섬유질 베이스 재료는, 바람직하게는 함침되는 수지 재료가 마찰재의 100 중량부 당 약 20 내지 약 65 중량부를 포함하도록, 페놀 수지나 페놀계 수지로 함침된다. 섬유질 베이스 재료가 수지로 함침된 후에, 함침된 섬유질 베이스 재료는 마찰재를 형성하기 위해 미리 결정된 길이의 시간 동안 바람직한 온도로 가열된다. 가열은 약 350 ℉의 온도에서 페놀 수지를 경화시킨다. 실리콘 수지와 같은 다른 수지들이 존재할 때, 가열은 약 400 ℉의 온도에서 실리콘 수지를 경화시킨다. 그 후에, 함침되고 경화된 마찰재는 적당한 수단으로 원하는 기재에 부착된다.

섬유질 베이스 재료를 함침시키는 데 유용한 다양한 수지들은 페놀 수지들과 페놀계 수지들을 포함한다. 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 동유(tung oil), 벤젠, 캐슈 너트 오일, 등과 같은 다른 개질 성분들을 수지 혼합물에 포함하는 다양한 페놀계 수지들이 본 발명에 유용한 것으로 생각된다는 것이 이해될 것이다. 페놀-개질 수지들에서, 페놀 수지는 일반적으로 수지 혼합물의 약 50 중량% 이상(존재하는 어떤 용매들도 제외한)으로 존재한다. 그러나, 함침 수지 혼합물이 (용매들과 다른 처리 조제들을 제외한) 실리콘-페놀 혼합물의 중량에 기초하여 약 5 내지 약 80 중량%이며, 특정한 목적을 위해, 약 15 내지 약 55 중량%이며, 특정한 실시예들에서 중량의 약 15 내지 약 25 중량%의 실리콘 수지를 함유할 때, 마찰재들은, 특정한 실시예들에서, 개선될 수 있다는 것이 발견되었다.

실리콘 수지들은, 예를 들어, 열 경화 실리콘 실란트들 및 실리콘 고무들을 포함할 수 있다. 다양한 실리콘 수지들이 본 발명에 유용하다. 특히, 하나의 수지는 크실렌과 아세틸아세톤(2,4-펜탄디온(2,4-pentanedione))을 포함한다. 실리콘 수지는 약 362 ℉(183 ℃)의 끓는점, 68 ℉에서 21 mmHg의 증기 압력, 4.8의 증기 밀도(공기=1), 무시할 수 있는 수용성, 약 1.09의 비중, 0.1보다 낮은 5 중량%의 퍼센트 휘발성의 증발율(에테르=1), Pensky-Martens 방법을 사용하여 약 149 ℉(65 ℃)의 인화점을 가진다. 다른 실리콘 수지들이 본 발명에 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 유용한 수지 혼합물들은, 예를 들어, (중량%로) 약 55 내지 약 60%의 페놀 수지; 약 20 내지 약 25%의 에틸 알코올; 약 10 내지 약 14%의 페놀; 약 3 내지 약 4%의 메틸 알코올; 약 0.3 내지 약 0.8%의 포름알데히드; 및 약 10 내지 약 20%의 물을 포함하는 적당한 페놀계 수지를 포함한다. 다른 적당한 페놀계 수지는 (중량%로) 약 50 내지 약 55%의 페놀/포름알데히드 수지; 약 0.5%의 포름알데히드; 약 11% 페놀; 약 30 내지 약 35%의 이소프로판올; 및 약 1 내지 약 5%의 물을 포함한다.

또한 다른 유용한 수지는 약 5 내지 약 25 중량 퍼센트이며, 바람직하게는 약 10 내지 약 15 중량 퍼센트의 에폭시 화합물과 잔여 페놀 수지(용매들과 다른 처리 조제들을 제외한)를 함유하는 에폭시 개질 페놀 수지라는 것이 발견되었다. 에폭시-페놀 수지 화합물은, 특정한 실시예들에서, 페놀 수지 단독보다 마찰재에 대한 보다 높은 내열성을 제공한다.

특정한 실시예들에서, 섬유질 베이스 재료에 의한 수지의 목표 흡수량은 약 20에서부터 약 65 중량%까지의 전체 실리콘-페놀 수지의 범위에 있을 수 있으며, 특정한 실시예들에서, 약 60 내지 적어도 65 중량%의 전체 실리콘-페놀 수지의 범위에 있을 수 있다. 섬유질 베이스 재료가 수지로 함침된 후에, 섬유질 베이스 재료는 수지 바인더를 경화시켜서 마찰재를 형성하기 위해 300 내지 400 ℉ 사이의 범위에 있는 온도들에서 일정한 시간 동안(특정한 실시예들에서 약 1/2 시간 동안) 경화된다. 마찰재의 최종 두께는 섬유질 베이스 재료의 초기 두께에 좌우되며, 특정한 실시예들에서, 바람직하게는 약 0.014"에서부터 약 0.040"까지의 범위에 있다.

수지 혼합물들을 제조하는데 그리고 함침 섬유질계 재료들을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 다른 성분들 및 처리 조제들이 마찰재에 포함될 수 있다고 생각된다.

실리콘 수지 및 페놀 수지 모두는 서로에 대해 상용성이 있는 용매에 존재한다. 이 수지들은 균질의 혼합물을 형성하기 위해 (바람직한 실시예들에서) 함께 혼합되며, 그 다음에 섬유질 베이스 재료를 함침시키는데 사용된다. 섬유질 베이스 재료가 페놀 수지로 함침되며 그 다음에 실리콘 수지가 이후에 첨가되거나 또는 반대 순서로 처리된다면 동일한 효과는 없다. 또한 실리콘-페놀 수지 용액의 혼합물과 실리콘 수지 분말 및/또는 페놀 수지 분말의 에멀션 사이에 차이가 있다. 실리콘 수지들과 페놀 수지들은 용액 상태일 때 이들은 전혀 경화되지 않는다. 그에 반해서, 실리콘 수지들과 페놀 수지들의 분말 입자들은 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지들과 페놀 수지들의 부분적인 경화는 섬유질 베이스 재료의 양호한 함침을 방해한다.

특정한 실시예들에서, 섬유질 베이스 재료는 페놀 수지와 상용성이 있는 용매에 있는 실리콘 수지와 이의 용매의 혼합물로 함침된다. 일 실시예에서, 이소프로판올은 특히 적합한 용매인 것으로 발견되었다. 그러나, 에탄올, 메틸-에틸 케톤, 부탄올, 이소프로판올, 톨루엔 등과 같은 다양한 다른 적당한 용매들이 이용될 수 있다고 이해되어야 한다. 페놀 수지와 혼합되며 섬유질 베이스 재료를 함침하는데 사용될 때, 실리콘 수지의 존재는 결과로 나오는 마찰재가 페놀수지만으로 함침된 섬유질 베이스 재료보다 더 탄성적으로 되게 한다. 압력이 본 발명의 실리콘-페놀 수지 혼합 함침된 마찰재에 가해질 때, 압력의 보다 균일한 분포가 있게 되고 이는 불균일한 라이닝 마모의 가능성을 감소시킨다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 함께 혼합된 후에, 혼합물은 섬유질 베이스 재료를 함침시키는데 사용된다.

특정한 실시예들에서, 더 적게 피브릴화된 섬유들(less fibrillated fibers)과 탄소 섬유들이 마찰재에 바람직한 공극 구조를 제공하기 위해 섬유질 베이스 재료에 사용되며, 이는 마찰재에 증가된 내열성을 제공한다. 섬유 구조는 증가된 내열성을 제공할 뿐만 아니라, 내박리성과 스퀼(squeal)이나 소음 저항성도 제공한다. 탄소 섬유들과 탄소 입자들의 존재는 내열성의 증가, 일정한 마찰 계수 유지 및 스퀼 저항성 증가에 도움을 준다. 섬유질 베이스 재료 내의는 비교적 적은 양의 면 섬유들은 마찰재의 클러치 "브레이크-인(break-in)" 특성을 개선시킨다.

섬유질 베이스 재료에 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들과 탄소 섬유들의 사용은 마찰재의 고온에 견디는 성능을 개선시킨다. 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들은 일반적으로 코어 섬유에 부착되는 극소수의 피브릴들을 가진다. 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들의 사용은 보다 많은 다공성 구조를 가지는 마찰재를 제공하며; 즉, 일반적인 피브릴화된 아라미드 섬유가 사용되는 경우보다 많으며 큰 공극들이 있다. 다공성 구조는 일반적으로 공극 크기와 액체 침투성에 의해 정의된다. 바람직한 실시예에서, 섬유질 베이스 재료는 직경이 약 2.0에서부터 약 25 미크론까지의 평균 크기의 범위에 있는 공극들을 한정한다. 특정한 실시예들에서, 평균 공극 크기는 직경이 약 2.5에서부터 약 8 미크론까지의 범위에 있으며 마찰재는 적어도 약 50%이며, 특정한 실시예들에서, 적어도 약 60% 이상의 쉽게 이용 가능한 공기 구멍들을 가졌다.

마찰재가 보다 큰 평균 유동 공극 직경과 침투성을 가질 때, 마찰재는 마찰재의 다공성 구조 전체에 걸친 보다 양호한 자동 변속기 유체 흐름 때문에 더 냉각되어 작동할 가능성이 더 크거나 변속기에서 발생되는 열이 더 적게 된다. 변속 시스템의 작동 중에, 마찰재의 표면의 위에 있는 오일 침전물은, 특히 고온에서, 자동 변속기 유체의 분해 때문에 시간이 지남에 따라 증가되는 경향이 있다. 섬유들의 위에 있는 오일 침전물은 공극 구멍들을 감소시킨다. 그러므로, 마찰재가 초기에 더 큰 공극들로 시작될 때, 마찰재의 유용한 수명 중에 잔류하는 더 많은 개방된 공극들이 있다. 더구나, 실리콘 수지로 적어도 부분적으로 함침된 실시예들에서, 실리콘 수지는, 이의 탄성 특성 때문에, 마찰재에 있는 섬유들이 훨씬 더 많이 개방된 구조를 가질 수 있도록 한다.

아라미드 섬유들은 약 0.5에서부터 약 10 mm까지의 범위에 있는 길이와 약 300 초과의 캐나다 표준 여수도(CSF: Canadian Standard Freeness)를 가지는 것이 바람직하다. 특정한 실시예들에서, 약 450 내지 약 550, 바람직하게는 530 이상; 및, 다른 특정한 실시예들에서, 약 580 내지 650과 그 이상, 바람직하게는 약 650 이상의 CSF를 가지는 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들을 사용하는 것이 바람직하다. 그에 반해서, 아라미드 펄프와 같이, 더 많게 피브릴화된 섬유들은 약 285 내지 290의 여수도를 가진다.

"캐나다 표준 여수도"(T227 om-85)는 섬유들의 피브릴화의 정도가 섬유들의 여수도의 측정으로 설명될 수 있다는 것을 의미한다. CSF 테스트는 1 리터의 물에 있는 3 그램의 섬유들의 현탁액이 배출될 수 있는 속도를 임의로 측정하는 경험적 과정이다. 그러므로, 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들은 다른 아라미드 섬유들이나 펄프보다 더 높은 여수도 또는 마찰재로부터 나온 유체의 더 높은 배출 속도를 가진다. 약 430에서부터 650까지의 (및 특정한 실시예들에서, 바람직하게는 약 580 내지 640, 또는 바람직하게는 약 620 내지 640의) 범위에 있는 CSF를 가지는 아라미드 섬유들을 포함하는 마찰재들은 우수한 마찰 성능을 제공하며, 종래의 더 많게 피브릴화된 아라미드 섬유들을 함유하는 마찰재들보다 양호한 재료 특성을 가진다. 높은 캐나다 여수도와 함께, 더 긴 섬유 길이는 높은 강도, 높은 다공성 및 양호한 내마모성을 가지는 마찰재를 제공한다. 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들(약 530 내지 약 650의 CSF)은 특히 양호한 장기간의 내구성과 안정된 마찰 계수를 가진다.

다양한 필러들이 베이스 재료에 포함될 수 있다. 특히, 규조토와 같은, 실리카 필러들이 유용하다. 그러나, 다른 타입의 필러들도 사용하는데 적합하며 선택되는 필러는 마찰재의 특정한 요건에 좌우되는 것으로 생각된다.

특정한 실시예들에서, 면 섬유가 섬유질 베이스 재료에 더 높은 마찰 계수를 주기 위해 섬유질 베이스 재료에 첨가될 수 있다. 특정한 실시예들에서, 약 5 내지 약 20%이며, 특정한 실시예들에서, 약 10%의 면이 또한 섬유질 베이스 재료에 첨가될 수 있다.

베이스 재료를 위한 제제(formulation)의 일 예는 약 10 내지 약 50 중량%의 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유; 약 10 내지 약 35 중량%의 활성 탄소 입자들; 약 0 내지 약 20 중량%의 면 섬유들; 약 2 내지 약 15 중량%의 탄소 섬유들; 및 약 10 내지 약 35 중량%의 필러 재료를 포함할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 약 35 내지 약 45 중량%의 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유들; 약 10 내지 약 20 중량%의 활성 탄소 입자들; 약 5 내지 약 15 중량%의 면 섬유들; 약 2 내지 약 10 중량%의 탄소 섬유들; 및 약 25 내지 약 35 중량%의 필러를 포함하는 하나의 특정한 제제가 유용한 것으로 발견되었다. 섬유질 베이스 재료의 제1 층에 추가적인 자유 마찰 개선 입자들의 사용은 섬유질 베이스 재료에 대한 3차원 구조를 제공한다.

섬유질 베이스 재료들의 표면에 있는 추가적인 자유 마찰 개선 입자들의 균일성은 바람직하게는 약 0.5에서부터 약 80 미크론까지이며, 바람직하게는 약 0.5에서부터 약 20 미크론까지인 입자들의 범위와 크기를 사용함으로써 달성된다. 이 특정한 실시예들에서, 만약 마찰 개선 입자 크기가 너무 크거나 너무 작다면, 최적의 3차원 구조가 달성되지 않으며, 그 결과로서, 열 방출이 최적 상태가 아니다는 것이 발견되었다.

예시적인 실시예들에서, 제1 층에 있는 추가적인 자유 마찰 개선 입자들의 양은 마찰재의, 약 0.2에서부터 약 20 중량%까지이며, 특정한 실시예들에서, 약 2에서부터 약 15 중량%까지이며, 다른 특정한 실시예들에서, 약 2에서부터 약 5 중량%까지의 범위에 있다. 또 다른 실시예들에서, 표면 상의 마찰 개선 입자들의 커버 면적은 표면적의 약 3 내지 약 90%의 범위에 있을 수 있다.

마찰 개선 입자들은 베이스 재료의 위에 부착될 수 있다. 다양한 마찰 개선 입자들은 섬유질 베이스 재료에 유용하다. 유용한 마찰 개선 입자들은 실리카 입자들; 페놀 수지들, 실리콘 수지들, 에폭시 수지들 및 이들의 혼합물들과 같은 수지 분말들; 캐슈 오일 개질 입자들; 부분적으로 및/또는 완전히 탄화된 탄소 분말들 및/또는 입자들과 이들의 혼합물들; 및 이와 같은 마찰 개선 입자들의 혼합물들을 포함한다. 특히, 규조토, Celite.RTM., Celatom.RTM., 및/또는 이산화실리콘과 같은 실리카 입자들이 특히 유용하다. 실리카 입자들은 섬유질 베이스 재료들에 강하게 결합되는 저렴한 유기 재료들이다. 실리카 입자들은 마찰재에 높은 마찰 계수를 제공한다. 또한 실리카 입자들은 부드러운 마찰 표면을 가지는 마찰재를 제공하며 양호한 "변속감(shift feel)"과 어떤 "진동"도 최소화되도록 마찰재에 대한 마찰 특성을 제공한다.

본 발명의 실시예들의 위의 설명은 사실상 단지 예시적인 것에 불과하며, 따라서, 이들의 변형들은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims

복수의 섬유들을 포함하는 베이스 재료를 포함하는 마찰재로서,
상기 베이스 재료는 맞물림 면, 및 상기 베이스 재료의 상기 맞물림 면에 있는 복수의 바인더 입자들과 복수의 마찰 개선 입자들을 가지며,
상기 마찰 개선 입자들은 상기 바인더 입자들보다 더 작은 입자 크기, 및 50/50에서부터 90/10까지의 범위에 있는 상기 바인더 입자에 대한 상기 마찰 개선 입자들의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 유동 가능한 미경화된 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 대략 구 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
복수의 상기 마찰 개선 입자들은 각각의 상기 바인더 입자에 결합되는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 불규칙적인 형상인 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 경화되며 상기 마찰 개선 입자들은 상기 바인더 입자들에 결합되는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 실리콘 폴리머, 페놀 폴리머, 폴리아미드 폴리머, 또는 폴리이미드 폴리머 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 마찰 개선 입자들은 탄소 입자들, 산화물 입자들, 또는 실리카 입자들이나 캐슈 오일 개질 입자들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제5항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 1.8에서부터 40 미크론까지의 범위에 있는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 마찰 개선 입자들은 1에서부터 25 미크론까지의 범위에 있는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 페놀 수지를 포함하며 상기 마찰 개선 입자들은 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제12항에 있어서,
상기 바인더 입자들은 경화되는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 마찰 개선 입자들은 상기 바인더 입자들에 결합되며 이들에 결합되는 상기 마찰 개선 입자들을 가지는 상기 바인더 입자들은 상기 베이스 재료의 상기 맞물림 면의 대략 2 내지 30 퍼센트를 커버하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제1항에 있어서,
상기 복수의 바인더 입자들 및 이들에 결합되는 상기 복수의 마찰 개선 입자들은 상기 맞물림 면에 다공성을 제공하도록 상기 맞물림 면에 이산되게 위치하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
이들에 결합되는 복수의 마찰 개선 입자들을 가지는 복수의 불규칙적인 형상의 경화된 수지 입자들을 포함하는 마찰재로서,
상기 마찰 개선 입자들은 상기 바인더 입자들보다 작은 크기를 가지며,
상기 바인더 입자들은 실리콘 폴리머, 페놀 폴리머, 폴리아미드 수지 또는 폴리이미드 수지 중의 적어도 하나를 포함하며,
상기 마찰 개선 입자들은 탄소 입자들, 산화물 입자들, 실리카 입자들 또는 캐슈 오일 개질 입자들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
제16항에 있어서,
복수의 섬유들을 포함하는 베이스 재료를 더 포함하며,
상기 베이스 재료는 맞물림 면을 가지며,
이들에 결합되는 복수의 마찰 개선 입자들을 가지는 상기 복수의 불규칙적인 형상의 경화된 수지 입자들은 상기 맞물림 면에 다공성을 제공하도록 상기 맞물림 면에 이산되게 위치하는 것을 특징으로 하는 마찰재.