KR20170101253A - 마찰재 조성물, 상기 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재 - Google Patents
마찰재 조성물, 상기 마찰재 조성물을 이용한 마찰재 및 마찰 부재 Download PDFInfo
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Abstract
자동차 등의 제동에 이용되는 디스크 브레이크 패드 등의 마찰재에 이용되는 마찰재 조성물에 있어서, 환경 부하가 높은 구리를 함유하지 않고도, 마찰재의 도전성이 높고 분체 도장시의 도료 부착이 충분하며 도료의 조막이 양호하고, 또한 내마모성도 우수한 마찰재 조성물을 제공한다. 결합제, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중에 사삼산화철(Fe3O4)을 8~35질량% 함유하는 것으로 한다.
Description
본 발명은, 자동차 등의 제동에 이용되는 디스크 브레이크 패드 등의 마찰재에 적합한 마찰재 조성물 및 마찰재 조성물을 이용한 마찰재에 관한 것이다.
디스크 브레이크 패드는, 마찰재를 철계 금속으로 이루어지는 백 플레이트에 접착하여 형성된 구조로 되어 있다. 디스크 브레이크 패드는, 마찰재를 철계 금속으로 이루어지는 백 플레이트에 접착한 상태이면, 사용시에 수분이 부착된 경우 등에 있어서 녹이 발생하므로, 일반적으로, 백 플레이트 및 마찰재 측면에 도장을 실시한 것이 이용된다. 디스크 브레이크 패드의 도장 방법의 하나로 분체 도장법이 있다. 이것은, 디스크 브레이크 패드를 대전시켜, 분체 도료를 표면에 전기적으로 부착시키고, 그 후, 분체 도료를 대전 부착시킨 디스크 브레이크 패드를 소부로(燒付爐)에서 가열하여, 분체 도료를 용융시켜 디스크 브레이크 패드의 표면에 도막을 형성하는 방법이다(예를 들면, 특허문헌 1 등).
최근, 마찰재 중에 사용되는 구리가 브레이크의 마모분말로서 비산하여, 하천, 호수나 해양을 오염시키는 것이 문제가 되고 있으며, 오염의 원인이 되는 마찰재 중의 구리의 사용을 제한하는 움직임이 높아지고 있다. 그러나, 구리는 마찰재를 구성하는 소재 중에서 도전성이 높은 것이며, 이러한 구리의 사용을 제한하면, 분체 도장시의 디스크 브레이크 패드의 대전량이 감소하고, 도료의 정전 부착량이 감소하게 되어, 그 결과, 정전 도장의 조막량(造膜量)이 감소하여 내식성을 구비한 양호한 도막을 얻는 것이 어려워진다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 환경 부하가 높은 구리를 함유하지 않고도, 마찰재의 도전성이 높고 분체 도장시의 도료 부착이 충분하며 도료의 조막이 양호하고, 또한 내마모성도 우수한 마찰재 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 마찰재 조성물 중에 사삼산화철을 적당량 함유시킴으로써, 구리를 함유하지 않는 조성에서도 마찰재의 도전성이 높고, 양호한 분체 도장이 가능할 뿐만 아니라, 내마모성에도 우수한 것을 알아내었다.
이 지견에 의거한 본 발명의 마찰재 조성물은, 결합제, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물로서, 상기 마찰재 조성물 중에 원소로서의 구리를 포함하지 않거나, 또는 구리의 함유량이 0.5질량% 이하이며, 사삼산화철을 8~35질량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마찰재 조성물에서는, 상기 사삼산화철의 평균 입경이 0.1~1.0μm인 것이 바람직하다.
본 발명의 마찰재는, 상기의 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이며, 본 발명의 마찰 부재는, 상기의 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 백 메탈을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 자동차용 디스크 브레이크 패드 등의 마찰재에 이용하였을 때에, 환경 부하가 높은 구리를 함유하지 않고도, 마찰재의 도전성이 높고 분체 도장시의 도료 부착이 충분하며 도료의 조막이 양호하고, 또한 내마모성도 우수한 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 마찰재 조성물, 이를 이용한 마찰재 및 마찰 부재에 대해 상술한다. 또한, 본 발명의 마찰재 조성물은 아스베스토스를 포함하지 않는, 이른바 논 아스베스토스 마찰재 조성물이다.
[마찰재 조성물]
본 실시형태의 마찰재 조성물은, 구리를 함유하지 않거나, 혹은 구리를 함유하는 경우에 있어서 구리의 함유량이 0.5질량% 이하인 마찰재 조성물이다. 즉, 환경 유해성이 높은 구리 및 구리합금을 실질적으로 함유하지 않고, 원소로서의 구리의 함유량이 0.5질량% 이하이며, 바람직하게는 함유량이 0질량%이다. 이 때문에, 제동시에 마모분말이 생성되어도, 하천, 호수나 해양 오염의 원인이 되지 않는다.
(사삼산화철)
본 발명의 마찰재 조성물은 사삼산화철을 8~35질량% 함유한다. 사삼산화철이란, 화학식 Fe3O4로 표시되는 철의 산화물의 일종이며, 자연계에서는 광물의 자철광(마그네타이트)으로서 발견된다. 사삼산화철로서는 시판의 것이 이용 가능하며, 천연의 자철광을 미분쇄한 것, 혹은 철을 공기 중에서 소성한 것, 산화철(III)을 수증기를 포함하는 수소로 환원한 것, 적열(赤熱)한 철에 수증기를 작용시킨 것 등을 미분쇄함으로써 합성한 것 등을 예시할 수 있다. 마찰재 조성물 중의 사삼산화철의 함유량을 8질량% 이상으로 함으로써 분체 도장시의 도료의 조막이 양호해질 뿐만 아니라, 내마모성이 우수해진다. 사삼산화철의 함유량을 20질량% 이상으로 하면 보다 바람직하다. 반면, 마찰재 조성물 중의 사삼산화철의 함유량이 35질량%를 초과하면, 마찰재의 성형성이 악화되어, 디스크 브레이크 패드를 제조하는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 내마모성이 대폭으로 악화되게 된다.
상기의 사삼산화철의 평균 입경은 0.1~1.0μm인 것이 바람직하다. 평균 입경을 이 범위로 함으로써, 도전성의 부여 효과가 높고 분체 도장시의 도료의 부착이 양호해 진다. 즉, 사삼산화철의 평균 입경이 1.0μm를 초과하면, 마찰재 중의 사삼산화철이 국소적으로 존재하게 되어, 도전성의 부여를 마찰재 표면에서 균일하게 행하는 것이 어려워진다. 그에 반해, 사삼산화철의 평균 입경이 0.1μm에 미치지 않는 것은, 마찰재에 대한 고착성이 저하하여 탈락하기 쉽고, 내마모성이 저하하게 된다.
(결합제)
결합제는, 마찰재용 조성물에 포함되는 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재 등을 일체화하여 강도를 부여하는 것이다. 본 발명의 마찰재용 조성물에 포함되는 결합제로서는 특히 제한은 없으며, 통상, 마찰재의 결합제로서 이용되는 열경화성 수지를 이용할 수 있다.
상기 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 페놀 수지;아크릴 엘라스토머 분산 페놀 수지 및 실리콘 엘라스토머 분산 페놀 수지 등의 각종 엘라스토머 분산 페놀 수지;아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 캐슈 변성 페놀 수지, 에폭시 변성 페놀 수지 및 알킬벤젠 변성 페놀 수지 등의 각종 변성 페놀 수지 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 양호한 내열성, 성형성 및 마찰 계수를 부여하므로, 페놀 수지, 아크릴 변성 페놀 수지, 실리콘 변성 페놀 수지, 알킬벤젠 변성 페놀 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마찰재 조성물 중에서의 결합제의 함유량은 5~20질량%인 것이 바람직하고, 5~10질량%인 것이 보다 바람직하다. 결합제의 함유량을 5~20질량%의 범위로 함으로써, 마찰재의 강도 저하를 보다 억제할 수 있으며, 또, 마찰재의 기공률이 감소하고, 탄성률이 높아지는 것에 의한 울림 등의 음진(音振) 성능 악화를 보다 억제할 수 있다.
(유기 충전재)
유기 충전재는, 마찰재의 음진 성능이나 내마모성 등을 향상시키기 위한 마찰 조정제로서 포함되는 것이다. 본 발명의 마찰재 조성물에 포함되는 유기 충전재로서는, 상기 성능을 발휘할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없으며, 통상, 유기 충전재로서 이용되는 캐슈 더스트나 고무 성분 등을 이용할 수 있다.
상기 캐슈 더스트는, 캐슈 너트 껍질액을 경화시킨 것을 분쇄하여 얻어지는, 통상, 마찰재에 이용되는 것이면 된다.
상기 고무 성분으로서는, 예를 들면, 타이어 고무, 아크릴 고무, 이소프렌 고무, NBR(니트릴부타디엔 고무), SBR(스티렌부타디엔 고무), 염소화 부틸 고무, 부틸 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용된다.
본 발명의 마찰재 조성물 중에서의 유기 충전재의 함유량은 1~20질량%인 것이 바람직하고, 1~10질량%인 것이 보다 바람직하며, 3~8질량%인 것이 특히 바람직하다. 유기 충전재의 함유량을 1~20질량%의 범위로 함으로써, 마찰재의 탄성률이 높아지는 것, 울림 등의 음진 성능의 악화를 피할 수 있으며, 또 내열성의 악화, 열 이력에 의한 강도 저하를 피할 수 있다.
(무기 충전재)
무기 충전재는, 마찰재의 내열성의 악화를 피하기 위해서나, 내마모성을 향상시키기 위해, 마찰 계수를 향상하는 목적으로 첨가되는 마찰 조정제로서 포함되는 것이다. 본 발명의 마찰재용 조성물은, 통상, 마찰재에 이용되는 무기 충전재이면 특별히 제한은 없다.
상기 무기 충전재로서는, 예를 들면, 황화주석, 이황화몰리브덴, 황화비스무트, 황화철, 삼황화안티몬, 황화아연, 수산화칼슘, 산화칼슘, 탄산나트륨, 황산바륨, 코크스, 흑연, 운모, 버미큘라이트, 황산칼슘, 탈크, 점토, 제올라이트, 멀라이트, 크로마이트, 산화티탄, 산화마그네슘, 실리카, 돌로마이트, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 입상(粒狀) 또는 판상(板狀)의 티탄산염, 규산지르코늄, γ 알루미나, 이산화망간, 산화아연, 산화세륨, 지르코니아 등을 이용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 입상 또는 판상의 티탄산염으로서는, 6티탄산칼륨, 8티탄산칼륨, 티탄산리튬칼륨, 티탄산마그네슘칼륨, 티탄산나트륨 등을 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 마찰재 조성물 중에서의 무기 충전재의 함유량은 30~80질량%인 것이 바람직하고, 40~70질량%인 것이 보다 바람직하며, 50~60질량%인 것이 특히 바람직하다. 무기 충전재의 함유량을 30~80질량%의 범위로 함으로써, 내열성의 악화를 피할 수 있으며, 마찰재의 그 외 성분의 함유량 밸런스의 점에서도 바람직하다.
(섬유 기재)
섬유 기재는, 마찰재에서 보강 작용을 나타내는 것이다. 본 발명의 마찰재 조성물은, 통상, 섬유 기재로서 이용되는, 무기 섬유, 금속 섬유, 유기 섬유, 탄소계 섬유 등을 이용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 무기 섬유로서는, 세라믹 섬유, 생분해성 세라믹 섬유, 광물 섬유, 유리 섬유, 실리케이트 섬유 등을 이용할 수 있으며, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 무기 섬유 중에서는, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO, Na2O 등을 임의의 조합으로 함유한 생분해성 광물 섬유가 바람직하고, 시판품으로서는 LAPINUS FIBERS B.V제의 Roxul 시리즈 등을 들 수 있다.
상기 금속 섬유로서는, 통상, 마찰재에 이용되는 것이면 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 알루미늄, 철, 주철, 아연, 주석, 티탄, 니켈, 마그네슘, 실리콘, 구리, 황동 등의 금속 또는 합금을 주성분으로 하는 섬유를 이용할 수 있다. 또, 이들 금속 혹은 합금은, 섬유 형상 이외에, 분말의 형상으로 함유해도 된다. 그러나, 구리 및 구리를 함유하는 합금은, 환경 유해성의 관점에서 함유하지 않는 것이 바람직하다.
상기 유기 섬유로서는, 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유, 페놀 수지 섬유 등을 이용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 탄소계 섬유로서는, 내염화 섬유, 피치계 탄소섬유, PAN계 탄소섬유, 활성탄 섬유 등을 이용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 마찰재 조성물에서의 섬유 기재의 함유량은, 마찰재 조성물에 있어서 5~40질량%인 것이 바람직하고, 5~20질량%인 것이 보다 바람직하며, 5~15질량%인 것이 특히 바람직하다. 섬유 기재의 함유량을 5~40질량%의 범위로 함으로써, 마찰재로서의 최적인 기공률이 얻어지고, 울림을 방지할 수 있으며, 적정한 재료 강도가 얻어지고, 내마모성을 발현하여 성형성을 좋게 할 수 있다.
[마찰재]
본 실시형태의 마찰재는, 본 발명의 마찰재 조성물을 일반적으로 사용되고 있는 방법으로 성형하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 가열 가압 성형하여 제조된다. 상세하게는, 예를 들면, 본 발명의 마찰재 조성물을 로디게 믹서(「로디게」는 등록상표), 가압 니더, 아이리히 믹서(「아이리히」는 등록상표) 등의 혼합기를 이용하여 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 성형 금형으로 예비 성형하여, 얻어진 예비 성형물을 성형 온도 130~160℃, 성형 압력 20~50MPa, 성형 시간 2~10분간의 조건으로 성형하고, 얻어진 성형물을 150~250℃로 2~10시간 열처리함으로써 제조된다. 또한, 필요에 따라 도장, 스코치 처리, 연마 처리를 행함으로써 제조된다.
[마찰 부재]
본 실시형태의 마찰 부재는, 상기의 본 실시형태의 마찰재를 마찰면이 되는 마찰재로서 이용하여 이루어진다. 상기 마찰 부재로서는, 예를 들면, 하기의 구성을 들 수 있다.
(1) 마찰재만의 구성
(2) 백 메탈과, 상기 백 메탈 상에 마찰면이 되는 본 발명의 마찰재 조성물로 이루어지는 마찰재를 갖는 구성
(3) 상기 (2)의 구성에 있어서, 백 메탈과 마찰재의 사이에, 백 메탈의 접착 효과를 높이기 위한 표면 개질을 목적으로 한 프라이머층, 및 백 메탈과 마찰재의 접착을 목적으로 한 접착층을 더 개재시킨 구성
상기 백 메탈은, 마찰 부재의 기계적 강도의 향상을 위해, 통상, 마찰 부재로서 이용하는 것이고, 재질로서는, 금속 또는 섬유 강화 플라스틱 등, 구체적으로는, 철, 스테인리스, 무기섬유 강화 플라스틱, 탄소섬유 강화 플라스틱 등을 들 수 있다. 프라이머층 및 접착층은, 통상, 브레이크 슈 등의 마찰 부재에 이용되는 것이면 된다.
본 실시형태의 마찰재 조성물은, 자동차 등의 디스크 브레이크 패드나 브레이크 라이닝 등의 페이싱재 이외에, 마찰 부재의 언더코팅재로서 성형하여 이용할 수도 있다. 또한 「페이싱재」란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재이며, 「언더코팅재」란, 마찰 부재의 마찰면이 되는 마찰재와 백 메탈의 사이에 개재되는, 마찰재와 백 메탈의 접착부 부근의 전단 강도, 내크랙성 향상을 목적으로 한 층을 말한다.
실시예
이하, 본 발명의 마찰재 조성물, 마찰재 및 마찰 부재에 대해, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 조금도 이들에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1~4 및 비교예 1~3]
(디스크 브레이크 패드의 제작)
표 1에 나타내는 배합 비율에 따라 재료를 배합하여, 실시예 1~4 및 비교예 1~3의 마찰재 조성물을 얻었다. 표 중의 배합 비율은 질량%이다. 실시예 및 비교예에서 이용한 사삼산화철을 하기에 나타낸다.
사삼산화철 1:토다공업 주식회사제 「BP-302S」, 평균 입경 0.6μm
사삼산화철 2:토다공업 주식회사제 「BP-306A」, 평균 입경 0.2μm
이 마찰재 조성물을 로디게 믹서(주식회사 마츠보제, 상품명 : 로디게 믹서 M20)로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 성형 프레스(오지기계공업 주식회사제)로 예비 성형하였다. 얻어진 예비 성형물을 성형 온도 140~160℃, 성형 압력 30MPa, 성형 시간 5분간의 조건으로, 성형 프레스(산키세이코 주식회사제)를 이용하여 철제의 백 메탈(히다치오토모티브시스템즈 주식회사제)과 함께 가열 가압 성형하였다. 얻어진 성형품을 200℃로 4.5시간 열처리하고, 로터리 연마기를 이용해 연마하여, 실시예 1~4 및 비교예 1~3의 디스크 브레이크 패드를 얻었다. 또한, 실시예 및 비교예에서는, 백 메탈의 두께 6mm, 마찰재의 두께 11mm, 마찰재 투영 면적 52cm2의 디스크 브레이크 패드를 제작하였다.
(분체 도장의 평가)
상기의 방법으로 작성한 실시예 1~4 및 비교예 1~3의 디스크 브레이크 패드를, 아사히사낙 주식회사제 정전 분체 도장 장치 「SFC-QTR100」로 분체 도장하여, 백 플레이트(백 베탈)의 도막 두께와 마찰재 측면의 분체 도장의 정도를 하기에 따라 평가하였다. 백 플레이트의 도막 두께는, 주식회사 케트화학연구소제 듀얼 타입 막후계 「LZ-200J」로 계측하였다. 이 계측 결과에 대해, 백 플레이트의 도장 두께가 20μm를 초과하는 것을 「◎」, 10~20μm인 것을 「○」, 10μm를 밑도는 것을 「×」로서 평가하여, 표 1에 기재하였다. 또, 아울러 육안으로 관찰하여, 마찰재 측면에 있어서, 마찰재가 도막으로 가려져, 육안으로 확인이 불가능한 것을 「○」, 마찰재가 노출되어 육안으로 확인이 가능한 것을 「×」로 평가하고, 이 결과에 대해서도 표 1에 기재하였다.
(내마모성의 평가)
내마모성은, 자동차 기술회 규격 JASO C427에 의거하여 측정하고, 브레이크 온도 100℃, 차속 50km/h, 감속도 0.3G의 제동 1000회 상당의 마찰재의 마모량을 평가하여, 저온에서의 내마모성으로 하였다. 다이너모미터를 이용하여, 관성 7kgf·m·sec2로 평가를 행하였다. 또, 벤틸레이티드 디스크 로터((주)키리우제, 재질 FC190), 일반적인 핀 슬라이드식의 콜릿타입의 캘리퍼를 이용하여 실시하였다. 이 결과에 대해서도 표 1에 아울러 기재하였다.
[표 1]
구리를 함유하지 않고 사삼산화철을 8~35질량%의 범위로 함유하는 실시예 1~4는, 구리와 사삼산화철을 함유하지 않는 비교예 1에 대해 우수한 분체 도장의 평가를 나타내고, 사삼산화철의 첨가량이 35질량%를 초과하는 비교예 2에 대해 우수한 내마모성을 나타내었다. 이 결과로부터 실시예 1~4는, 구리를 함유하는 마찰재(비교예 3)와 동등 이상의 분체 도장성과 내마모성을 갖는 것은 분명하다.
본 발명의 마찰재 조성물은, 종래품과 비교하여, 환경 부하가 높은 구리를 함유하지 않으며, 분체 도장시의 도료 부착이 충분하고 도료의 조막이 양호하며, 또한 내마모성도 우수하므로, 상기 마찰재 조성물은 승용차용 브레이크 패드 등의 마찰재 및 마찰 부재에 적합하다.
Claims (4)
- 결합제, 유기 충전재, 무기 충전재 및 섬유 기재를 포함하는 마찰재 조성물로서,
상기 마찰재 조성물 중에 원소로서의 구리를 포함하지 않거나, 또는 구리의 함유량이 0.5질량% 이하이며,
사삼산화철을 8~35질량% 함유하는, 마찰재 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 사삼산화철의 평균 입경이 0.1~1.0μm인, 마찰재 조성물. - 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는, 마찰재.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 마찰재 조성물을 성형하여 이루어지는 마찰재와 백 메탈을 이용하여 형성되는, 마찰 부재.
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