KR20140053254A

KR20140053254A - 브레이크용 마찰 재료

Info

Publication number: KR20140053254A
Application number: KR1020147005415A
Authority: KR
Inventors: 비제이 서브라마니안
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-05-07
Also published as: CN103906942B; WO2013048627A1; RU2570515C2; EP2745027A1; KR102116768B1; BR112014003684A2; BR112014003684B1; RU2014107185A; CN103906942A; EP2745027B1; JP2014527566A

Abstract

브레이크 패드용 금속 섬유, 구리 및 티탄산염이 없는 비석면 마찰 재료가 제공된다. 마찰 재료는 페놀 수지와 같은 결합제로서 16-24 체적%를 형성하는 결합제; 아라미드 섬유와 같은 섬유로서 4-12 체적%를 형성하는 섬유; 삼황화안티몬 및 또다른 금속 황화물로 이루어지는 혼합물과 같은 윤활제로서 2-5 체적%를 형성하는 윤활제; 및 광물 섬유, 산화마그네슘 및 마이카로 이루어지는 혼합물과 같은 적어도 하나의 연마제로서 10-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제;를 포함한다. 마찰 재료는 또한 적어도 4 체적% 양의 고무 분말을 포함한다. 브레이크 패드는 기본적으로 성분들을 혼합하는 단계, 마찰 재료를 백킹 플레이트에 압착 및 경화시키는 단계, 및 브레이크 패드를 후속 베이킹하는 단계로 이루어지는 비용 효율적인 공정에 의해 제조될 수 있다.

Description

브레이크용 마찰 재료{FRICTION MATERIAL FOR BRAKES}

본 발명은 비석면(non-asbestos) 마찰 재료에 관한 것이며, 보다 상세하게는 차량 또는 산업기계의 브레이크에 사용되는 브레이크 패드용 마찰 재료에 관한 것이다.

브레이크 패드용 비석면계 마찰 재료 내의 구리는 우수한 보강 강도, 고온에서의 증대된 마찰 계수 및 우수한 열전달 특성을 포함하여 많은 유용한 특성 및 성능 특성을 제공한다. 또한, 구리는 마찰 재료 및 마찰 재료가 결합되는 구성요소들의 수명을 증가시킬 뿐만 아니라 브레이크 분진을 감소시키는 등의 많은 다른 특성을 제공한다. 하지만, 구리는 고가이고, 따라서 당업자들은 브레이크 패드에 사용하기 위한 더 비용 효율적인 재료를 찾고 있다.

브레이크 패드용 비석면 재료는 또한 일반적으로 예컨대 치바(Chiba) 등에 허여된 미국 특허 제6,656,240호의 마찰 재료와 같이 티탄산염을 포함한다. 티탄산염은 석면형 재료에 필적할만한 고온 안정성을 제공할 수 있다. 헥사티탄산염 및 옥타티탄산염와 같은 티탄산염 재료는 로터 표면을 균일하고 일정한 전사 레이어(transfer layer)로 코팅하기 때문에 유용하다. 하지만, 구리와 마찬가지로, 티탄산염도 고가이고, 따라서 당업자들은 브레이크 패드에 사용하기 위한 더 비용 효율적인 재료를 찾고 있다.

스틸 섬유가 구리 및 티탄산염 대신에 블레이크 패드용 비석면 마찰 재료에 사용되고 있다. 케자벤(Kesaven) 등에 허여된 미국 특허 제6,220,405호는 스틸 섬유를 포함하고 있는 구리가 없는 마찰 재료의 예를 개시하고 있다. 하지만, 스틸 섬유는 구리의 많은 장점들을 갖지 못하며, 다소 더 거칠어서 마찰 재료가 결합되는 로터의 마모량을 증가시킨다. 스틸 섬유는 또한 차량의 림(rim)의 표면 마감을 급속하게 또한 영구적으로 얼룩지게 할 수 있는 분진을 발생시킨다.

많은 양의 분진을 포함하는 구리가 없는 비석면 브레이크 패드 재료도 발전되어 왔다. 코바야시(Kobayashi) 등에 허여된 미국 특허 제6,617,375 호는 많은 양의 캐슈 더스트(cashew dust)를 포함하는 구리가 없는 비석면 마찰 재료의 예를 개시하고 있다. 하지만, 이러한 재료의 가공은 높은 재료 폐기율을 낳고 다른 고비용의 단계들을 필요로 한다.

본 발명의 하나의 양태는 구리, 금속 섬유 및 티탄산염이 없는 브레이크용 비석면 마찰 재료를 제공한다. 이 마찰 재료는, 상기 마찰 재료의 체적%로, 15-24 체적%를 형성하는 결합제; 3-13 체적%를 형성하는 섬유; 및 2-6 체적%를 형성하는 윤활제를 포함한다. 윤활제는 적어도 하나의 황화물을 포함한다. 마찰 재료는 또한 9-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제; 및 46-65 체적%를 형성하는 충전제를 포함한다. 충전제는 고무 분말을 포함하고, 고무 분말은 마찰 재료 중의 적어도 4 체적%를 형성한다. 금속 섬유, 티탄산염, 및 구리의 각각은 마찰 재료 중의 0.2 체적% 이하를 형성한다.

본 발명의 또다른 양태는 백킹 플레이트 및 백킹 플레이트에 고정되는 마찰 패드를 포함하고 있고, 상기 마찰 패드가 마찰 재료로 제작되도록 되어 있는 브레이크 패드를 제공한다.

본 발명의 또다른 양태는 균일 혼합물을 형성하기 위해 결합제, 윤활제, 적어도 하나의 연마제, 및 고무 분말을 혼합하는 단계를 포함하고 있는 브레이크 패드를 제조하는 방법을 제공한다. 균일 혼합물은, 상기 균일 혼합물의 전체 체적을 기준으로, 15-24 체적%를 형성하는 결합제, 3-13 체적%를 형성하는 섬유, 2-6 체적%를 형성하는 윤활제로서 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제, 9-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제, 46-65 체적%를 형성하는 충전제로서 상기 균일 혼합물의 적어도 4 체적%를 형성하는 고무 분말을 포함하는 충전제, 0.2 체적% 이하를 형성하는 금속 섬유, 0.2 체적% 이하를 형성하는 티탄산염, 및 0.2 체적% 이하를 형성하는 구리를 포함한다. 이 방법은 또한 상기 균일 혼합물로 이루어진 마찰 패드를 제조하기 위해 상기 균일 혼합물을 실온에서 4-25 톤/피스(ton/piece)의 압력 하에 압착하는 단계; 상기 마찰 패드와 백킹 플레이트를 265-295 ℉의 온도에서 5-50 톤/피스의 압력 하에 함께 압착하는 단계; 및 압착된 마찰 패드와 백킹 플레이트를 330-370 ℉의 온도에서 베이킹(baking)하는 단계;를 포함한다.

종래기술은 마찰 패드 조성물로부터 구리 또는 구리 화합물 및 어느 정도의 티탄산염을 적어도 일부 제거하기 위한 노력을 포함하지만, 정지 능력, 수명, 최소의 로터 마모, 최소의 브레이크 분진, 및 차량 림의 최소의 표면 얼룩을 포함하는 바람직한 성능 특성을 희생하지 않으면서도 성공적인 것은 알려져 있지 않다.

하지만, 본 발명의 마찰 재료는 전혀 예상치 않은 일부의 비용으로 구리 및 티탄산염을 함유하는 마찰 재료의 성능 특성과 비슷한 성능 특성을 제공함으로써 종래기술의 단점을 극복한다. 본 발명의 마찰 재료로 형성되는 브레이크 패드는 구리 및 티탄산염을 함유하는 마찰 재료와 같은 다른 마찰 재료보다 30-50 % 더 낮은 비용으로 제조된다.

본 발명의 마찰 재료는 또한 높은 효율과 예상치 않은 낮은 재료 폐기율을 포함하는 우수한 공정 능력을 제공하며, 이는 낮은 생산 비용에 기여한다. 본 발명의 마찰 재료를 사용하여 브레이크 패드를 제조하는 공정의 재료 폐기율은 대략 시작 재료의 0.6 %이며, 이는 구리 및 티탄산염을 포함하는 마찰 재료를 사용하는 공정과 같은 종래기술의 재료 폐기율보다 대략 25 % 더 낮다.

본 발명의 마찰 재료는 예상치 않게 일반적인 구리 함유성이나 티탄산염 함유성 비석면 재료와 동일한 수준의 마찰력, 패드 수명, 소음 및 기타 성능 특성을 제공한다. 본 발명의 마찰 재료로 형성되는 브레이크 패드는 FMVSS 135(14% 한계 정지 거리); 차량 상에서의 수명 시험(최소 30,000 마일); 및 차량 상에서의 소음 시험(0 소음);과 같은 차량 적용 시험을 통과한다.

본 발명은 첨부의 상세한 설명, 청구범위 및 아래에 간략히 설명하는 첨부도면으로부터 충분히 이해될 것이다.
도 1은 하나의 예시의 브레이크 패드에 편입되는 하나의 예시의 마찰 재료의 사시도이다.

결합제; 섬유; 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제; 적어도 하나의 연마제; 고무 분말을 포함하는 충전제;를 포함하고 있고, 실질적으로 구리, 금속 섬유 및 티탄산염이 없는 브레이크 패드용 비석면 마찰 재료 및 기타의 브레이크 재료를 개시한다.

마찰 재료(20)는 도 1에 도시된 브레이크 패드(10)에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 브레이크 패드(10)는 하나의 예시적인 브레이크 패드일 뿐이며, 임의의 치수, 형상 또는 구성을 취할 수 있다. 브레이크 패드(10)에 사용될 때의 마찰 재료(20)는 일반적으로 백킹 플레이트(30)에 접합되거나 다른 방법으로 고정된다.

비석면이라고 하는 것은 공정 후에 마찰 재료가 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 0.2 체적% 이하의, 바람직하게는 0.1 체적% 이하의, 가장 바람직하게는 0 체적%의 양의 석면을 포함한다는 것을 의미한다.

실질적으로 구리가 없다라고 하는 것은 공정 후에 마찰 재료가 실질적으로 구리나 황동 및 청동과 같은 구리 합금이 없고, 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 0.2 체적% 이하의, 바람직하게는 0.1 체적% 이하의, 가장 바람직하게는 0 체적%의 양의 각각의 구리 함유성 재료를 포함한다는 것을 의미한다.

실질적으로 금속 섬유가 없다라고 하는 것은 공정 후에 마찰 재료가 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 0.2 체적% 이하의, 바람직하게는 0.1 체적% 이하의, 가장 바람직하게는 0 체적%의 양의 스틸 섬유 또는 청동 섬유와 같은 금속 섬유를 포함한다는 것을 의미한다. 마찰 재료에 사용되지 않는 것이 바람직한 금속 섬유는 임의의 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있고 일반적으로 0.5 mm 내지 10 mm의 길이를 가질 수 있다.

실질적으로 티탄산염이 없다라고 하는 것은 공정 후에 실질적으로 티탄산칼륨, 티탄산마그네슘칼륨, 티탄산리튬칼륨, 티탄산칼슘칼륨, 및 석면 대체제로서 개발된 다른 헥사티탄산염과 옥타티탄산염 및 다른 티탄산염과 같은 화합물이 없다는 것을 의미한다. 마찰 재료는 공정 후에 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 0.2 체적% 이하의, 바람직하게는 0.1 체적% 이하의, 가장 바람직하게는 0 체적%의 양의 티탄산염을 포함한다.

본 발명의 비석면 마찰 재료는 공정 후에 전체 마찰 재료의 대략 16-24 체적%, 바람직하게는 18-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 결합제를 포함한다. 결합제는 예컨대 스트레이트 무변성 또는 변성 페놀 수지 형태의 페놀 수지와 같은 적어도 하나의 수지를 포함한다. 변성 결합제의 예로는 실리콘, 아크릴, 에폭시, 및 니트릴이 포함된다. 결합제는 마찰 재료 내에서 다른 성분을 함께 유지시키는 매트릭스로서 기능한다. 결합제 시스템은 또한 2종류 이상의 결합제로 이루어진 혼합물을 포함할 수 있으며, 원하는 성능 특성을 성취하기 위한 특정 적용처에 필요한 경우에는 2종류 이상의 결합제 중 적어도 하나는 페놀형 결합제일 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 수지는 페놀 수지와 비페놀계 수지로 이루어진 혼합물이다. 또다른 실시형태에 있어서, 결합제는 무변성 페놀 수지이며, 16-24 체적%, 또는 18-22 체적%, 또는 21 체적%의 양으로 존재한다.

마찰 재료의 섬유는 0.5 mm 내지 10 mm의 길이를 가지며, 공정 후에 전체 마찰 재료의 대략 4-12 체적%, 바람직하게는 4-8 체적%를 형성한다. 섬유는 바람직하게는 아라미드 섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유, 및 셀룰로오스 섬유 중의 하나 이상으로부터 선택된다. 아라미드 섬유는 바람직하게는 대략 0.92 mm 내지 1.26 mm의 범위로 1.09 mm의 평균 길이를 가진다. PAN 섬유는 대략 5.0 mm 내지 to 7.5 mm의 길이 범위를 가진다. 셀룰로오스 섬유는 1 mm 미만의 길이를 가진다. 섬유는 마찰 재료의 일체성 및 구조 강도를 제공한다. 섬유는 또한 제조 공정 중에 선경화된 예비성형재의 안정성을 보조한다. 따라서, 마찰 재료의 제조 및 성능 특성을 제어하기 위해 다양한 섬유 및 섬유 길이가 사용될 수 있다. 섬유는 합성섬유나 천연섬유일 수 있으며, 순수섬유 또는 재생섬유일 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 섬유는 아라미드를 포함하며, 4-12 체적%, 또는 4-8 체적%, 또는 7 체적%의 양으로 존재한다.

윤활제는 적어도 하나의 황화물을 포함하며, 대략 2-5 체적%, 바람직하게는 2-4 체적%를 형성한다. 또다른 실시형태에 있어서, 윤활제는 5 체적% 이하를 형성한다. 윤활제는 사용 중의 패드 및 디스크 마모를 감소시키기 위해 마찰 재료에 포함된다. 윤활제 재료 후보로는 금속 황화물, 비금속 황화물, 유기 윤활제, 금속 윤활제 또는 그 조합이 포함된다. 금속 황화물의 예로는 황화주석, 삼황화안티몬, 삼산화안티몬, 황산아연, 및 황화철이 포함된다. 유기 윤활제의 하나의 예는 프탈로시아닌이며, 금속 윤활제의 예로는 주석 및 아연 분말이 포함된다. 금속 황화물은 주성분 중의 하나로서 황화주석을 가지는 등의 복합 금속 황화물을 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, 윤활제는 각각이 1-3 체적% 양 또는 각각이 2 체적% 양인 삼황화안티몬과 삼황화안티몬과 상이한 적어도 하나의 금속 황화물로 이루어지는 혼합물을 포함한다.

마찰 재료는 또한 경질 연마제나 연질 연마제와 같은 적어도 하나의 연마제를 포함한다. 연마제는 공정 후에 마찰 재료의 대략 10-22 체적%, 바람직하게는 12-18 체적%를 형성한다. 보다 상세하게는, 경질 연마제가 일반적으로 마찰 재료의 대략 3-14 %를 형성하는 한편, 연질 연마제가 마찰 재료의 대략 3-14 체적%를 형성한다. 경질 연마제의 예로는 임의의 광물 섬유, 지르코니아, 알루미나, 산화마그네슘, 규산지르코늄, 실리카, 이산화규소, 모래, 탄화규소, 뮬라이트, 및 산화철이 포함된다. 경질 연마제는 모스 경도계에서 더 높은 값을 가지는 경향이 있다. 연마제의 다른 예는 규산칼슘마그네슘, 규산칼슘마그네슘지르코늄, 규산칼슘마그네슘알루미늄, 및 규산마그네슘알루미늄 등의 복합 광물 규산염을 포함하는 여러 등급의 세라믹 섬유를 포함한다. 다른 알려진 연질의 연마제로는 다양한 화학적 성질의 산화철, 다른 금속 산화물, 및 모드 경도계에서 비교적 낮은 값을 가지는 물질 및 광물이 포함된다. 경질 연마제는 일반적으로 낮은 농도로 사용되는 한편, 연질 연마제는 동일한 원하는 마찰 수준을 성취하기 위해 높은 농도로 사용된다.

하나의 실시형태에 있어서, 연마제는 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 3-8 체적%, 또는 4-7 체적%, 또는 5 체적% 양의 산화마그네슘을 포함한다. 또다른 실시형태에 있어서, 연마제는 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 10 체적% 이하의, 또는 7 체적% 이하의 양의 산화마그네슘을 포함한다.

또다른 실시형태에 있어서, 연마제는 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 각각이 3-8 체적%의 양으로, 또는 각각이 7 체적% 이하의 양으로, 또는 각각이 5 체적%의 양으로 존재하는 산화마그네슘, 생용해성 등급의 광물 섬유 등의 광물 섬유 및 마이카(mica)로 이루어지는 혼합물을 포함한다.

마찰 재료 내에 포함되는 다른 성분들이 조성물의 균형을 형성하고, 일반적으로 충전제 및/또는 변성제로서 분류된다. 충전제는 적어도 고무 분말을 포함하며, 일반적으로 여러 성분들로 이루어지는 혼합물을 포함한다. 충전제는 공정 후에 마찰 재료의 대략 46-64 체적%, 바람직하게는 49-57 체적%를 이룬다. 충전제는 일반적으로 조성물에 벌크(bulk)를 제공하고, 비용을 감소시키고, 소음 감소를 제공하며, 균일한 전사 레이어로 로터 표면을 코팅하는 것을 도와준다. 적합한 충전제의 예로는 석회, 산화칼슘, 황산바륨을 포함하는 바라이트, 흑연, 석유 코크스, 탈황 코크스, 규산칼슘, 분말형 니트릴 고무 등의 다양한 분말 고무 및 재생 고무를 포함하는 고무, 및 브라운 더스트, 블랙 더스트, 스트레이트 더스트, 변성 더스트 또는 다른 등급의 마찰 더스트를 포함하는 마찰 더스트가 포함된다.

하나의 실시형태에 있어서, 충전제의 고무 분말은 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 4-16 체적%, 또는 9 체적%의 양으로 존재한다. 또다른 실시형태에 있어서, 4-16 체적% 양의 고무 분말에 더하여, 충전제는 또한 3-9 체적%, 또는 적어도 5 체적%, 또는 6 체적%의 양의 흑연; 3-9 체적%, 또는 6 체적%의 양의 석유 코크스; 15-30 체적%, 또는 21 체적%의 양의 바라이트; 4-16 체적%, 또는 9 체적%의 양의 마찰 더스트; 및 1-3 체적%, 또는 2 체적%의 양의 소석회를 포함한다.

또한, 하나의 실시형태에 있어서, 마찰 재료는 실질적으로 철이 없으며, 따라서 공정 후에 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 5 체적% 이하의, 또는 2 체적% 이하의, 또는 1 체적% 미만의, 또는 0 체적%의 양의 철을 포함한다.

또다른 실시형태에 있어서, 마찰 재료는 실질적으로 습윤제가 없으며, 따라서 공정 후에 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 5 체적% 이하의, 또는 2 체적% 이하의, 또는 1 체적%의 습윤제를 포함한다. 습윤제는 계면활성제, 세제, 유화제, 발포제, 또는 분산제로서도 알려져 있다. 습윤제는 표면 장력을 감소시켜 액체의 확산 및 침투성을 증가시키는 하나의 화학 물질 또는 화학 물질들의 혼합물이다. 습윤제는 액체의 표면 장력, 2가지 액체 사이의 계면 장력, 또는 액체와 고체 사이의 계면 장력을 감소시킬 수 있다.

마찰 재료는 브레이크 패드 마찰 재료를 제작하기 위한 산업계에서 일반적으로 사용되는 혼합 작업, 압착 작업 및 경화 작업에 의해 가공 및 성형된다. 이는 성분들을 균일 혼합물로 혼합하기 위해, 플라우(plow) 및 초퍼(chopper)의 선택적 사용과 함께, 표준 텀블 혼합기 내에서 성분들을 건식 혼합하는 것을 포함한다. 총 혼합 시간은 대략 7분이다.

그런 다음, 혼합물은 실온 압착 작업을 이용하여 바람직하게는 4-25 톤/피스의 압력 하에 예비성형재 또는 퍽(puck) 형태의 마찰 패드로 압착된다. 이 예비성형 시간은 대략 5초이다. 이 공정의 다양한 형태로는 혼합물을 압착 몰드 내로 직접적으로 또는 액체 결합제 시스템의 사용에 의해 루스 필링(loose filling)하는 것을 포함한다.

그런 다음, 예비성형재 또는 퍽은 한쪽 측면에 백킹 플레이트가 위치된 상태로 고온의 블록 몰드 내로 재치되고, 고온 압착 경화되어, 경화되는 마찰 재료를 백킹 플레이트에 접합시켜 최종의 브레이크 패드를 형성한다. 마찰 재료는 직접적으로 또는 산업계에 잘 알려진 언더레이어 재료를 사용하여 백킹 플레이트에 부착될 수 있다. 압착은 바람직하게는 5-50 톤/피스의 압력과 265-295 ℉의 압력에서 실행된다. 총 압착 시간은 대략 250초이다.

시장에 출하될 브레이크 패드는 또한 후속 베이킹 작업을 거친다. 압착된 마찰 패드와 백킹 플레이트의 베이킹은 바람직하게는 표준 공기 대류 오븐 내에서 330-370 ℉의 온도로 실행된다. 총 후속 베이킹 시간은 대략 6시간이다. 시장에 출하될 브레이크 패드는 또한 판매를 위해 포장되기 전에 하나 이상의 마무리 작업을 거친다.

브레이크 패드는 기본적으로 전술한 혼합, 압착 및 후속 베이킹 단계로 이루어지는 공정에 의해 제조될 수 있으며, 이는 다른 중요했던 또는 고비용인 공정 단계들이 요구되지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명의 마찰 재료의 이러한 우수한 공정 능력은 전혀 예상치 못한 것으로 종래기술에 비해 30-50%의 비용 감소에 기여한다.

다음의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 10은 본 발명을 이용하여 준비된 예시의 마찰 재료를 제공하고 있으며, 충분한 성능 특성을 가진다. 실시예 3-9는 비교예의 마찰 재료들을 제공하고 있다. 각각의 실시예의 마찰 재료는 전술한 혼합, 압착, 경화 및 후속 베이킹 작업들에 의해 브레이크 패드로 가공 및 성형되었다. 각각의 실시예는 또한 혼합, 예비성형, 압착, 물리적 경도, 물리적 압축을 포함하는 특정의 제조 특성에 대해 평가되었다. 마찰 재료들은 또한 실온 및 265-295 ℉에서의 백킹 플레이트에 대한 접합과 함께 마찰 패드 수명, 패드 마모, 로터 마모 특성 및 비용을 포함하는 특정의 성능 특성에 대해서도 평가되었다. 아래에 설명되는 모든 조성물들은 공정 후의 최종의 마찰 재료 제품의 전체 체적을 기준으로 한 체적%로 기술되며, 단순함을 위해 최근의 정수로 반올림되었다.

본 발명 실시예 1

결합제	21
섬유	7
윤활제	4
전체 연마제	15
충전제	53
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 1의 마찰 재료는 구리 함유성 또는 티탄산염 함유성 마찰 재료와 유사한, 전반적으로 양호한 제조 및 성능 특성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 이 마찰 재료는 일반적인 구리 및 티탄산염을 함유하는 비석면 마찰 재료와 동일한 수준의 마찰력, 패드 수명, 소음, 및 기타 성능 특성을 제공하였다. 이 마찰 재료는 또한 높은 효율 및 기대치 않은 낮은 재료 폐기율을 포함하는 우수한 공정 능력을 제공하였다.

본 발명 실시예 2

결합제	24
섬유	7
윤활제	4
전체 연마제	15
충전제	50
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 1과 비교하여 실시예 2에서 일부 변형한 것으로는 패드에 있어서의 극도로 낮은 공극 체적이 포함되었다. 일반적으로, 제동에 의한 소음이 제동 시스템과 관련한 고객 불평사항의 일반적인 원인이기 때문에, 브레이크 패드의 매우 바람직한 특성은 낮은 소음 수준이다. 낮은 수준의 공극도는 또한 매우 낮은 압축률 값을 가지는 강성이 매우 큰 패드와 연관성이 있다. 이 재료는 시험된 모든 실시예들 중 가장 낮은 압축률을 보였으며, 이는 높은 수지 결합제 수준이 이 특성에 영향을 미친다는 것을 설명한다. 실온과 265-295 ℉의 온도 모두에서 백킹 플레이트에 대한 접합이 우수하였으며, 허용가능한 패드 일체성을 얻는 데 매우 낮은 압착 압력이 필요하였다. 하지만, 낮은 압축률 및 특히 낮은 공극률이 소음을 야기할 잠재성이 있기 때문에, 마찰 재료의 24 체적%를 초과하는 결합제 수준은 바람직하지 않다. 따라서, 24 체적%의 결합제가 최종 마찰 조성물의 체적%로 사용될 수 있는 최대 수준이다.

비교 실시예 3

결합제	15
섬유	7
윤활제	4
전체 연마제	15
충전제	59
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 3의 최종 마찰 조성물은, 예비성형 및 265-295 ℉의 온도에서의 백킹 플레이트에 대한 접합이 실시예 1의 혼합물의 마찰 재료만큼 좋지는 않지만 전반적으로 양호한 성능 특성을 가졌다. 결합제가 15 체적% 이하인 경우에는 마찰 재료의 접합 특성, 특히 265-295 ℉의 온도에서의 백킹 플레이트에 대한 마찰 재료의 접합을 저하시킨다고 생각된다. 실시예 3의 마찰 재료는 실시예 2에 의해 제공되는 우수한 접합 특성을 제공하지는 않았다.

비교 실시예 4

결합제	21
섬유	3
윤활제	4
전체 연마제	15
충전제	57
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 4는 섬유 함량을 3 체적%로 감소시키고 있다. 실시예 1의 마찰 재료와 비교하여, 이 패드는 예비성형하기가 어려웠고, 또한 낮은 물리적 압축도를 가졌으며, 265-295 ℉의 온도에서 백킹 플레이트에 결합하기가 다소 어려웠다. 경화된 마찰 재료는 허용불가능하게 취성이 높았다. 따라서, 패드는 허용가능한 성능 특성을 제공하기 위해서는 3 체적%를 초과하는, 바람직하게는 5 체적% 이상의 섬유를 포함해야 한다.

비교 실시예 5

결합제	21
섬유	13
윤활제	4
전체 연마제	15
충전제	47
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 5의 재료는 높은 수준의 섬유를 채용하였으며, 이는 양호한 성능 특성을 만들지만 약간의 공정상의 어려움을 발생시켰다. 공정 중에, 높은 수준의 섬유는 이 재료를 혼합하기 어렵게 만들었지만, 혼합물을 작은 단위로 나누는 것에는 도움이 되었다. 하지만, 작은 단위들은 재료의 제조 비용을 현저하게 증가시키게 될 것이므로, 바람직하지 않을 것이다. 따라서, 마찰 재료는 전체 조성물에 13 체적% 미만의 섬유, 특히 전체 조성물의 대략 5-9 체적%의 섬유를 가져야 한다.

비교 실시예 6

결합제	21
섬유	7
윤활제	0
전체 연마제	15
충전제	57
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 6은 전반적으로 양호한 특성들을 가졌다. 하지만, 공정 단계의 예비성형 및 압착이 윤활제의 부족에 의해 악영향을 받았다. 윤활제가 없을 경우, 예비성형재가 낮은 압력으로 압착될 때 안정적이지 않았고, 예비성형재 일체성을 유지시키기 위해 압력이 현저하게 증가되어야만 했으며, 부품들이 더 긴 시간동안 압착 경화되어야만 했다는 것이 밝혀졌다. 윤활제의 존재는 일단 제조된 후의 브레이크 패드의 마찰 마모 특성에만 중요한 것이 아니라, 성분들을 압착하는 예비성형 및 압착 단계도 윤활제 재료의 존재에 의해 영향을 받을 수 있는 것으로 생각된다.

비교 실시예 7

결합제	21
섬유	7
윤활제	6
전체 연마제	15
충전제	51
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 7에서는, 윤활제의 양이 6 체적%로 증가되었다. 윤활제의 증가는 실시예 1과 비교하여 현저하게 증가된 압착 및 더 길어진 경화 시간을 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 극도로 높은 수준의 윤활제는 예비성형 단계 중에 성분들의 압착에 영향을 미쳤지만, 나머지 성능 특성은 양호하였다. 효율적인 제조를 위해서는, 재료는 전체 조성물의 6 체적% 미만의 윤활제, 바람직하게는 전체 마찰 재료 조성물의 4 체적% 미만의 윤활제를 가져야만 한다. 또한, 윤활제는 공정 중에 결합되기 어려워 고비용이므로, 첨가되는 윤활제의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 보다 나은 압착을 가능하게 해주는 적어도 얼마간의 윤활제는 바람직하지만, 윤활제의 양을 대략 6 체적% 이하, 바람직하게는 4 체적% 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.

비교 실시예 8

결합제	21
섬유	7
윤활제	4
전체 연마제	9
충전제	59
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 8에 형성된 마찰 재료가 가장 낮은 수준의 연마제 재료를 가졌다. 이 재료는 측정된 모든 실시예들 중 가장 낮은 수준의 측정 마찰 계수를 가졌기 때문에 마찰과 관련한 성능 특성에 문제가 있었다. 하지만, 마찰 계수를 바람직한 범위 내로 유지하기 위해 다른 파라미터가 조절될 수 있을 것으로 생각된다. 놀랍게도, 브레이크 패드의 공정 및 조성 단계 중에, 백킹 플레이트에 대한 접합, 특히 265-295 ℉의 온도에서의 백킹 접합 유지 플레이트에 대한 접합도 악영향을 받았다. 따라서, 연마제의 전체 양은 적어도 전체 조성물의 9 체적%를 초과하여야만 한다고 생각된다.

비교 실시예 9

결합제	21
섬유	7
윤활제	4
전체 연마제	22
충전제	46
구리 및 구리 합금	0
티탄산염	0
전체 합계	100

실시예 9의 마찰 재료는 연마제 재료의 수준을 22 체적%까지 증가시켰다. 예비성형 및 성능 특성은 양호하였다. 이 조성은 혼합, 예비성형 및 압착 사이클 작업이 용이하여 상당히 양호하게 공정이 진행되었다. 이 패드의 경도는 시험된 실시예의 재료들 중 가장 높은 수준의 것 중 하나였다. 이와 같은 놀츤 수준의 연마제를 사용할 때의 한 가지 불리한 점은 비용이다. 마찰 재료가 다른 허용가능한 성능 및 공정 특성을 가질 수 있다 하더라도, 비용을 최소화하기 위해서는, 마찰 재료는 대략 22 체적% 이하의 연마제를 가지는 것이 바람직하고 생각된다.

본 발명 실시예 10

구분	실시예 조성	범위 (체적%)	실시예 양 (체적%)
결합제	무변성 페놀 수지	16-24	21
섬유	아라미드	4-12	7
윤활제	금속 황화물	2-5	2
윤활제	삼황화안티몬	2-5	2
연마제	광물 섬유	10-22	5
	산화마그네슘		5
	마이카		5
충전제	고무 분말	46-65	9
	흑연		6
	석유 코크스		6
	바라이트		21
	마찰 더스트		9
	소석회		2
기타	구리 및 구리 합금	0-0.2	0
	티탄산염	0-0.2	0
	금속 섬유	0-0.2	0
	습윤제	0-0.2	0

실시예 조성이면서 실시예 10 범위 내에 있는 성분들을 포함하는 마찰 재료가 상술한 바와 같이 공정 처리되어 브레이크 패드로 형성되어, 시험되었다. 실시예 1의 마찰 재료와 같이, 실시예 10의 마찰 재료는 우수한 성능 특성을 제공하였다. 이 마찰 재료는 일반적인 구리 함유성 또는 티탄 함유성 비석면 재료와 동일한 수준의 마찰, 패드 수명, 소음, 제동 능력, 수명, 로터 마모, 브레이크 분진, 표면 얼룩, 및 기타 성능 특성을 제공하였다.

실시예 10의 마찰 재료는 또한 공정 효율 및 기대치 않은 낮은 재료 포기율을 포함하는 우수한 공정 능력을 제공하였다.

실시예 10의 마찰 재료의 전체 재료 폐기율은 총 0.6%로 판명되었다. 마찰로 인한 재료 폐기율은 불충전/파열 0.10%; 셋업(set-up) 0.10%; 크랙 0.01%; 마찰 블리스터(blister) 0.03%; 및 다른 부스러기 0.36% 이었다.

실시예 10의 마찰 재료는 브레이크 패드로 형성되었고, FMVSS 135 (14% 한계 정지 거리); 차량 상에서의 수명 시험(최소 30,000 마일); 및 차량 상에서의 소음 시험(0 소음);과 같은 차량 적용 시험을 통과하였다.

실시예 10의 마찰 재료로 형성된 브레이크 패드는 또한 구리 및 티탄산염을 포함하는 등의 종래기술의 마찰 재료로 형성되는 브레이크 패드의 일부의 비용만으로 생산되었다. 실시예 10의 본 발명의 마찰 재료로 형성된 브레이크 패드는 구리 및 티탄산염을 함유하는 마찰 재료로 형성되는 브레이크 패드보다 30-50% 더 저렴하였다.

전술의 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 개시하고 있다. 당업자는 전술한 상세한 설명, 첨부도면 및 청구범위로부터, 다양한 변경, 수정 및 변형이 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 기술사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims

브레이크용 마찰 재료에 있어서, 상기 마찰 재료의 체적%로,
16-24 체적%를 형성하는 결합제;
4-12 체적%를 형성하는 섬유;
2-5 체적%를 형성하는 윤활제로서 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제;
10-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제;
46-65 체적%를 형성하는 충전제로서 상기 마찰 재료의 적어도 4 체적%를 형성하는 고무 분말을 포함하는 충전제;
0.2 체적% 이하를 형성하는 금속 섬유;
0.2 체적% 이하를 형성하는 티탄산염; 및
0.2 체적% 이하를 형성하는 구리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 결합제는 페놀 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 결합제는 18-22 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 섬유는 아라미드 섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 섬유는 4-8 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활제의 상기 황화물은 삼황화안티몬 및 상기 삼황화안티몬과 상이한 적어도 하나의 금속 황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는 2-4 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 연마제는 광물 섬유, 지르코니아, 알루미나, 산화마그네슘, 규산지르코늄, 실리카, 이산화규소, 모래, 탄화규소, 뮬라이트 및 산화철로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 경질 연마제; 및 광물 규산염 및 금속 산화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연질 연마제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 8 항에 있어서, 상기 연마제는 산화마그네슘, 광물 섬유 및 마이카로 이루어지는 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연마제는 2-8 체적% 양의 산화마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연마제는 마찰 재료의 전체 체적을 기준으로 12-18 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 석회, 산화칼슘, 바라이트, 흑연, 석유 코크스, 탈황 코크스, 규산칼슘, 재생 고무 및 마찰 더스트 중의 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 충전제는 49-57 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 고무 분말은 니트릴 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 고무 분말은 7-11 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 결합제는 페놀 수지이며, 18-22 체적%를 형성하고;
상기 섬유는 아라미드이며, 4-8 체적%를 형성하고;
상기 윤활제는 삼황화안티몬 및 상기 삼황화안티몬과 상이한 적어도 하나의 금속 황화물로 이루어지는 혼합물이며, 2-4 체적%를 형성하고;
상기 적어도 하나의 연마제는 광물 섬유, 산화마그네슘 및 마이카로 이루어지는 혼합물이며, 12-18 체적%를 형성하고;
상기 충전제는 상기 고무 분말, 흑연, 석유 코크스, 바라이트, 마찰 더스트 및 소석회로 이루어지는 혼합물이며, 49-57 체적%를 형성하고;
상기 고무 분말은 니트릴 고무이며, 7-11 체적%를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료.
브레이크 패드에 있어서,
상기 브레이크 패드는:
백킹 플레이트; 및
상기 백킹 플레이트에 고정되는 마찰 패드로서 마찰 재료로 제조되는 마찰 패드;를 포함하고 있고,
상기 마찰 재료는:
16-24 체적%를 형성하는 결합제;
4-12 체적%를 형성하는 섬유;
2-5 체적%를 형성하는 윤활제로서 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제;
10-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제;
46-65 체적%를 형성하는 충전제로서 상기 마찰 재료의 적어도 4 체적%를 형성하는 고무 분말을 포함하는 충전제;
0.2 체적% 이하를 형성하는 금속 섬유;
0.2 체적% 이하를 형성하는 티탄산염; 및
0.2 체적% 이하를 형성하는 구리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드.
제 17 항에 있어서, 상기 브레이크 패드는:
균일 혼합물로서, 상기 균일 혼합물의 전체 체적을 기준으로, 16-24 체적%를 형성하는 결합제, 4-12 체적%를 형성하는 섬유, 2-5 체적%를 형성하는 윤활제로서 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제, 10-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제, 46-65 체적%를 형성하는 충전제로서 상기 균일 혼합물의 적어도 4 체적%를 형성하는 고무 분말을 포함하는 충전제, 0.2 체적% 이하를 형성하는 금속 섬유, 0.2 체적% 이하를 형성하는 티탄산염, 및 0.2 체적% 이하를 형성하는 구리를 포함하는 균일 혼합물을 형성하기 위해, 결합제, 윤활제, 적어도 하나의 연마제 및 고무 분말을 혼합하는 단계;
상기 균일 혼합물로 이루어지는 마찰 패드를 형성하기 위해, 상기 균일 혼합물을 실온에서 4-25 톤/피스의 압력 하에 압착하는 단계;
상기 마찰 패드와 백킹 플레이트를 265-295 ℉의 온도에서 5-50 톤/피스의 압력 하에 함께 압착하는 단계; 및
압착된 마찰 패드와 백킹 플레이트를 330-370 ℉의 온도에서 베이킹하는 단계;를 포함하는 공정에 제조되는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드.
브레이크 패드를 제조하는 방법에 있어서,
균일 혼합물로서, 상기 균일 혼합물의 전체 체적을 기준으로, 16-24 체적%를 형성하는 결합제, 4-12 체적%를 형성하는 섬유, 2-5 체적%를 형성하는 윤활제로서 적어도 하나의 황화물을 포함하는 윤활제, 10-22 체적%를 형성하는 적어도 하나의 연마제, 46-65 체적%를 형성하는 충전제로서 상기 균일 혼합물의 적어도 4 체적%를 형성하는 고무 분말을 포함하는 충전제, 0.2 체적% 이하를 형성하는 금속 섬유, 0.2 체적% 이하를 형성하는 티탄산염, 및 0.2 체적% 이하를 형성하는 구리를 포함하는 균일 혼합물을 형성하기 위해, 결합제, 윤활제, 적어도 하나의 연마제 및 고무 분말을 혼합하는 단계;
상기 균일 혼합물로 이루어지는 마찰 패드를 형성하기 위해, 상기 균일 혼합물을 실온에서 4-25 톤/피스의 압력 하에 압착하는 단계;
상기 마찰 패드와 백킹 플레이트를 265-295 ℉의 온도에서 5-50 톤/피스의 압력 하에 함께 압착하는 단계; 및
압착된 마찰 패드와 백킹 플레이트를 330-370 ℉의 온도에서 베이킹하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 19 항에 있어서, 기본적으로 상기 혼합 단계, 상기 압착 단계, 및 상기 베이킹 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.