KR20110123465A - 브레이크 마찰재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 마찰재(brake friction material) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 브레이크 마찰재의 충진재로 사용되는 캐슈 더스트(cashew dust)에 페놀 수지(phenol resin)를 코팅하여 사용함으로서 균일한 마찰특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 브레이크 마찰재(brake friction material) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이크 마찰재의 충진재로 사용되는 캐슈 더스트(cashew dust)에 페놀 수지(phenol resin)를 코팅하여 사용함으로서 균일한 마찰특성을 얻을 수 있는 브레이크 마찰재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 브레이크의 제동은 주행하는 자동차의 운동에너지를 고속 회전하는 디스크 로터 등과 마찰재와의 접촉에 의한 열에너지로의 전환에 의하여 이루어진다. 일반적으로 마찰재는 여러 가지 조건을 만족시켜야 하며, 그 중 대표적인 것이 제동시의 적절한 수준의 안정된 마찰계수, 진동이나 잡음의 극소화, 마찰재와 로터의 마모감소 및 저렴한 제조단가이다. 또한, 이러한 마찰재는 다양한 조건과 환경에서 사용되므로 온도, 습도, 속도 및 감속도 등에 따라 마찰특성이 가급적 변화하지 않아야 한다.
마찰재로 이전에는 석면계 마찰재가 30~70%를 차지하였으나, 석면이 발암물질로 규정되면서 1980년대 후반부터 규제 대상이 되어 석면을 대체할 마찰재가 개발되고 있다. 석면계 마찰재를 대체하는 마찰재로 유기계 마찰재와 금속성 마찰재가 있고, 금속성 마찰재는 금속의 함량에 따라 저금속 마찰재와 반금속 마찰재로 구분된다.
금속성 마찰재는 수명이나 고온 마찰특성에서 유기계 마찰재에 비하여 안정적이나 제동시에 소음과 떨림 현상 등이 더 발생한다. 따라서 금속성 마찰재는 대형 차량에 많이 사용되고 유기계 마찰재는 승용차에 많이 사용된다. 한편, 유기계 마찰재는 그 마찰특성을 보완하여 경트럭에도 사용되는 등 그 적용의 폭이 점차 확대되고 있다.
유기계 마찰재의 기지로 아라미드 섬유, 아크릴 섬유 등의 유기섬유가 사용된다. 유기계 마찰재는 이러한 유기섬유에 마찰재를 이루는 각 구성요소를 결합시키면서 강도를 유지시키는 결합제, 마찰제동, 안정성 및 내마모성에 영향을 미치는 윤활재, 원가를 낮추고 마찰성능을 향상시키기 위해 사용되는 충진재, 로터에 부착된 이물질을 제거하고 상대재의 공격성 저하 및 마찰계수의 증가를 위한 연마재 등 5~20 여 종의 물질이 혼합되어 제조된다.
마찰재의 충진재로 캐슈 더스트, 러버 더스트(rubber dust) 등이 사용되며, 그 중 캐슈 더스트는 내열성, 내마모성, 회복성 및 높은 마찰계수를 갖고 있을 뿐만 아니라 고온에서도 우수한 마찰특성이 있어 자동차의 브레이크 라이닝(brake lining), 디스크 패드(disc pad), 클러치 훼이싱(clutch facing) 등의 마찰재의 제조에 많이 사용되고 있다.
한편, 이와 같은 캐슈 더스트는 입자의 크기가 100㎛ ~ 1000㎛로, 입도(粒度)의 편차가 크고 입자 상호간의 응집력이 약하여 입자의 크기에 따른 분리현상인 상분리현상(相分離現狀)이 발생하여 동일 원료에서도 상층과 하층간의 입도의 편차가 발생하게 된다. 즉, 입자의 크기가 큰 것은 상층으로 모이고 입자의 크기가 작은 것은 하층으로 모이게 된다.
이러한 상분리현상에 의한 상하층간의 입도의 편차가 큰 캐슈 더스트를 브레이크 마찰재의 충진재로 사용하면 같은 원료를 사용하여도 상층과 하층간에 서로 다른 마찰특성이 나타나는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 입도의 편차가 크고 입자 상호간의 응집력이 약한 캐슈 더스트를 충진재로 사용하여도 균일한 마찰특성을 나타내는 브레이크 마찰재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 브레이크 마찰재의 충진재로 사용되는 캐슈 더스트에 페놀 수지를 코팅한다.
본 발명은 브레이크 마찰재의 충진재로 사용되는 캐슈 더스트에 페놀 수지를 코팅하여 입도의 차이에 의한 캐슈 더스트의 상분리를 방지하여 입도의 편차가 크고 입자 상호간의 응집력이 약한 캐슈 더스트를 충진재로 사용하여도 균일하고 안정된 마찰특성이 나타나는 브레이크 마찰재를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 1/5 Scale Dynamometer의 계략도이고,
도 2는 시험편 및 상대재 디스크의 계략도이다.
도 3 및 4는 성능시험에 따른 마찰계수 비교도이다.
도 2는 시험편 및 상대재 디스크의 계략도이다.
도 3 및 4는 성능시험에 따른 마찰계수 비교도이다.
유기계 마찰재는 강화섬유를 기지로 하여 결합재와 윤활재, 충진재를 일정한 비율로 혼합하여 사용한다. 강화섬유로는 아라미드 섬유 및 아크릴 섬유 등의 유기계 섬유를 기본으로 하여 유리섬유와 구리, 황동, 철 등의 금속섬유가 단독으로 또는 2종 이상이 같이 사용된다.
또한, 마찰재를 이루는 구성요소를 결합시키면서, 강도를 유지하기 위해 사용하는 결합제로는 분말 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미드 수지 등이 사용되며 단독으로 또는 2종 이상이 같이 사용된다.
마찰재와 상대재의 마모를 줄이고, 마찰에 의해 생성된 미세물질의 로터 융착을 방지하며, 소음을 감소시키기 위해 사용되는 윤활재로는 흑연(graphite)을 기본으로 하여 MoS2, Sb2S3
등이 단독으로 또는 2종 이상이 같이 사용된다.
마찰성능을 향상시키며 마찰재의 기본적인 물성을 조정하는 충진재로는 캐슈 더스트, 러버 더스트 등의 유기 충진재와 고온 마모율을 향상시키는 BaSO4, CaCO3, Ca(OH)2 등의 무기 충진재가 단독으로 또는 2종 이상이 같이 사용된다.
충진재로 사용되는 캐슈 더스트는 상분리현상이 발생하여 동일 원료에서도 상층과 하층간의 입도의 편차가 발생하며, 이에 따라 같은 원료를 사용하여도 상하층간에 서로 다른 마찰특성이 나타나는 문제점이 있다.
본 발명은 캐슈 더스트의 이와 같은 상분리현상을 방지하기 위하여 캐슈 더스트에 페놀 수지를 코팅한다. 본 발명에서 사용하는 페놀 수지는 액상의 페놀 수지이며, 캐슈 더스트의 입자에 코팅하기 위하여 스프레이(spray) 분사방식으로 캐슈 더스트에 1(Vol)% ~ 5(Vol)% 정도의 액상 페놀 수지를 분사한다. 이렇게 분사된 액상 페놀 수지에 의해 코팅된 캐슈 더스트를 상온에서 자연건조로 완전히 건조시킨 후 브레이크 마찰재의 충진재로 사용한다.
본 발명의 브레이크 마찰재의 제조공정은 다음과 같다.
먼저 충전재인 캐슈 더스트에 상기한 방법으로 페놀 수지를 코팅하여 자연 건조시킨다. 이어서 배합시킬 원료를 소정의 배합표에 따라 계량하여 혼합하여 믹서기로 골고루 혼합시켜서 혼합물을 형성시킨다.
상기 혼합물을 2~4ton/cm2의 압력으로 예비 가압성형한다. 이어서 예비 가압성형된 성형물을 100~200℃의 성형온도와 100~300kg/cm2의 성형압력으로 고온 가압성형을 한 후 200~300℃의 열처리 공정을 거친 후 자연 건조시켜 마찰재로 완성시킨다.
본 발명 실시예의 원료 배합표는 다음 표 1과 같다.
| 구분 | 비교예 1 (코팅전 상층) |
비교예 2 (코팅전 하층) |
실시예 1 (코팅후 상층) |
실시예 2 (코팅후 하층) |
| 기지섬유 | 35 | 35 | 35 | 35 |
| 결합재 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 윤활재 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 유기충진재 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 무기충진재 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 연마재 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 캐슈 더스트 | 7 | 7 | 7 | 7 |
* 비교예는 입자의 크기에 따라 상분리가 진행된 캐슈 더스트 원료 중 상층의 원료[비교예 1, 7(Vol)%] 또는 하층의 원료[비교예 2, 7(Vol)%]가 포함된 배합임.
* 실시예는 상분리 방지를 위하여 액상 페놀 수지를 코팅한 캐슈 더스트의 상층의 원료[실시예 1, 7(Vol)%] 또는 하층의 원료[실시예 2, 7(Vol)%]가 포함된 배합임.
상기 표 1과 같은 배합으로 상기 제조공정에 따라 제조된 마찰재를 도 1에 도시된 1/5 Scale dynamometer를 이용하여 JASO C406-P1 실험모드로 제동성능을 시험하였다. 시험을 위하여 1/5 Scale dynamometer의 시험에 적합하도록 마찰재를 50×20×10cm의 크기로 시험편을 제작하여 사용하였다. 사용 디스크 역시 시험에 적합하도록 도 2에 도시된 바와 같이 제작된 일반 회주철 디스크를 사용하였다.
상기와 같은 마찰성능시험의 결과는 다음 표 2와 같다.
| 구분 | 비교예1 | 비교예2 | 실시예1 | 실시예2 |
| 평균마찰계수 (μ) | 0.376 | 0.408 | 0.42 | 0.419 |
상기 표 2와 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 상분리가 이루어진 캐슈 더스트를 사용한 비교예1과 비교예2의 평균마찰계수(μ)는 각각 0.376(μ)과 0.408(μ)로 상층과 하층의 원료의 평균마찰계수(μ)가 8.5% 정도 차이가 난다. 이에 비하여 페놀 수지를 코팅한 캐슈 더스트를 사용한 실시예1과 실시예2는 평균마찰계수(μ)가 각각 0.42(μ)와 0.419(μ)로 거의 동일하다.
이로서 브레이크 마찰재의 원료인 캐슈 더스트를 페놀 수지를 코팅하여 사용하면 입자간의 응집력이 향상되어 입자의 크기에 따른 상분리현상이 방지되며, 이로 인하여 균일한 마찰특성이 나타나는 것이 확인되었다.
위와 같이, 본 발명은 브레이크 마찰재의 충진재로 사용되는 캐슈 더스트에 페놀 수지를 코팅하여 입도의 차이에 의한 캐슈 더스트의 상분리를 방지하여 입도의 편차가 크고 입자 상호간의 응집력이 약한 캐슈 더스트를 충진재로 사용하여도 균일하고 안정된 마찰특성이 나타나는 브레이크 마찰재를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명의 마찰재를 자동차의 브레이크 패드, 라이닝 또는 산업용 브레이크 등의 마찰재로 사용하면 훌륭한 브레이크 성능이 발휘된다.
이상에서 실시예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
본 발명의 마찰재는 자동차 및 산업용 브레이크 마찰재 등으로 널리 사용될 수 있다.
Claims (9)
- 브레이크 마찰재의 제조방법에 있어서,
상분리현상을 방지하기 위하여 캐슈 더스트의 입자에 페놀 수지를 코팅하여 충진재로 사용하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 캐슈 더스트의 입자에 스프레이 분사방식으로 액상의 페놀 수지를 분사하여 상기 캐슈 더스트의 입자를 상기 페놀 수지로 코팅하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 캐슈 더스트의 입자를 1(Vol)% ~ 5(Vol)% 의 액상의 페놀 수지로 코팅하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 브레이크 마찰재의 제조방법에 있어서,
충진재로 사용할 캐슈 더스트의 입자에 스프레이 분사방식으로 액상의 페놀 수지를 분사하여 상기 캐슈 더스트의 입자를 상기 페놀 수지로 코팅하고,
상기 페놀 수지로 코팅된 캐슈 더스트를 건조시키고,
상기 페놀 수지로 코팅된 캐슈 더스트를 포함하여 각 원료를 소정의 배합표에 따라 계량하여 골고루 혼합시켜 혼합물을 형성시키고,
상기 혼합물을 2~4ton/cm2의 압력으로 예비 가압성형하고,
상기 예비 가압성형된 성형물을 100~200℃의 성형온도와 100~300kg/cm2의 성형압력으로 고온 가압성형을 한 후,
200~300℃의 열처리 공정을 거친 후,
건조시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 캐슈 더스트의 입자에 스프레이 분사방식으로 액상의 페놀 수지를 분사하여 상기 캐슈 더스트의 입자를 상기 페놀 수지로 코팅하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 캐슈 더스트의 입자를 1(Vol)% ~ 5(Vol)% 의 액상의 페놀 수지로 코팅하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재의 제조방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 브레이크 마찰재.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 브레이크 마찰재를 사용한 브레이크 패드.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 브레이크 마찰재를 사용한 브레이크 라이닝.
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