KR20170134997A - 레이싱과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물 - Google Patents
레이싱과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 레이싱과 일반도로 주행겸용 브레이크 마찰재 조성물은 보강제로서 스틸 섬유 10~20중량%, 구리 섬유 10~20중량%, 아라미드 섬유 2~5중량% 밑 티탄산칼륨 5~10중량%, 결합제로서 페놀 수지 3~7중량%, 연마제로서 산화흑철, 지르코늄 또는 기타 성분 8~15중량%, 윤활제로서 탄소계 윤활제 10~20중량%, 금속 황화물 5~10중량% 및 충진제 20~30중량%를 포함하며, 세미메탈릭 특성과 NAO계 마찰재 특성을 동시에 보유하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이싱과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 일반적인 도로 주행시 소음 발생, 휠 더스크, 상대제인 디스크 공격성 측면에서 우수한 NAO계 마찰재와 고온 마모 및 고온 제동력에 대한 마찰특성이 우수한 세미메탈릭 마찰재의 마찰 특성을 동시에 나타낼 수 있는 레이싱과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물에 관한 것이다.
브레이크는 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키고 정지된 차량을 정지 상태로 계속 유지시키기 위한 장치로서, 브레이크는 차량의 각 바퀴마다 존재하며 상대재(브레이크 디스크, 드럼)와 마찰재 사이에 마찰을 일으켜 운동에너지를 열에너지 등으로 변환하여 차량을 정지시키는 역할을 한다. 용도는 크게 주제동, 주차 및 보조 브레이크 장치로 나눌 수 있으며 에너지 전달 매체에 따라 유압식, 압축 공기식, 전기식, 기계식 브레이크로 분류되고 있다. 또한, 브레이크 시스템은 크게 제동력을 발생하는 장치, 마찰을 일으키는 제동장치, 힘을 전달 또는 보조동력을 발생하는 부수 장치로 구성되어 있다.
브레이크 패드의 구성요소중 상당한 비중을 차지하는 마찰재는 상대재와 직접 접촉하여 마찰을 발생시키는 부품으로써 자동차의 운동에너지를 열에너지로 전환함으로써 차량을 안전하게 정지시키는 역할을 하며, 이때 발생한 열에너지의 대부분은 마찰에 직접적인 영향을 주게 된다. 마찰재는 구성 재질, 제조 방법 등에 따라 다양한 종류로 나뉘어지며 이러한 마찰재의 종류는 도 1에 도시되어 있다.
현재 자동차에 사용되고 있는 마찰재는 소결재와 유기계로 크게 대별되고 있으며 자동차에는 거의 대부분 유기계가 사용되고 있고, 소결재는 경기용 차량이나 철도 및 산업용 등 특수 분야에 주로 사용되고 있다. 마찰재는 10~20여가지 이상의 원료들이 혼합되어져 있으며 브레이크 제동시 각각의 원료 특성과 더불어 복합재 성격의 특성이 나타난다. 이러한 마찰재의 조성은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.
마찰재의 요구 특성은 마찰계수가 안정되어 온도, 속도, 가압력 등에 영향이 적어야 하며, 마모량이 적어 수명이 확보되어야 하고, 상대재인 디스크의 공격성이 적어야 한다. 뿐만 아니라, 가혹조건에서 마찰면의 온도가 상승하였을때에도 마찰계수가 안정되어야 하고, 소음발생이 적어야 한다. 이와 같이 마찰재는 다양한 요구조건을 충족시켜 주어야 하며, 상기 표 1과 같이 다양한 역할을 수행하는 원재료가 사용되기 때문에 복합재 개념의 소재특성을 나타내고 있다.
일반적인 레이싱용 브레이크 마찰재는 고속, 고온, 고감속의 반복적인 제동 조건에서 마찰계수 0.30 이상의 안정된 제동력이 유지되어야 하고, 1~2경기 이상 서킷 주행이 가능한 고온 내마모성을 필요로 하며, 레이싱용 대비 제동 조건이 가혹하지 않는 일반적인 도로 주행용 브레이크 마찰재는 일반 제동 조건에서 마찰계수 약 0.37이상의 제동력이 유지되어야 하며, 소음이 발생하지 않아야 하고, 휠 더스트 저감, 디스크 수명이 확보되어야 한다고 많은 문헌에 기재되어 있다.
국내 등록특허 10-0576970에는 경주차량용 스틸계 마찰재 조성물에 대해 개시되어 있는데, 상기 마찰재 조성물은 스틸계 섬유 기재 단독 또는 미네랄계 섬유 기재와의 혼합물 25 내지 50중량%, 실리콘 카바이드를 연마제로하여 10 내지 30중량%, 환원철 분말을 포함하는 충진제 10 내지 25중량%를 포함하는 조성물을 그 특징으로 하고 있다. 그러나 이는 레이싱 경기라는 고속, 고온, 반복 제동의 가혹한 제동조건에서 높은 제동력 및 안정성, 내모성을 확보하기 위하여 상대재인 디스크 대비 모스경도 13정도로 높은 실리콘 카바이드를 연마제를 사용함으로써, 일반도로 주행용 브레이크 마찰재 대비 일반적인 도로 주행시 소음이 빈번히 발생하며, 상대재 디스크의 공격성이 크고, 휠 더스크가 심하다는 단점이 있다.
레이싱용 브레이크 마찰재는 고속, 고온, 고감속의 반복적인 제동조건에서 마찰계수(μ) 0.30 이상의 안정된 제동력과 1~2경기 이상의 주행 가능한 고온 내마모성에 중점을 두기 때문에 일반적인 도로 주행 시에는 소음발생, 휠 더스크 및 상대재 디스크 공격성이 매우 심하여 사용에 부적합하다. 반대로 일반 브레이크 마찰재는 일반적인 도로 주행 및 제동 조건에서 마찰계수(μ) 약 0.37 이상의 제동력을 유지하고 소음발생, 휠 더스트 및 상대재 디스크 공격성 최소화에 중점을 두기 때문에, 고온 반복 제동이 발생하는 레이싱 가혹 조건에서는 마찰계수(μ) 약 0.2 이하의 낮은 제동력과 고온 내마모성이 부족하여 레이싱 경기에 사용하지 못한다. 따라서 현재는 레이싱용과 일반도로 주행용으로 브레이크 마찰재의 용도를 구분하여 사용하고 있다.
최근 자동차 분야에서는 고급화, 안전화, 고출력 등 고성능 지향과 자동차 소유 및 단순 이동수단의 개념을 탈피하고 자기만족을 위한 도구로써의 역할 등을 수행하며, 다양한 소비자의 요구에 상응되는 친환경 추구, 에너지 절약, 내구성, 안정성 등을 고려한 다각적 기술 개발이 끊임없이 요구되고 있다. 또한, 국내 튜닝 시장의 활성화와 차량 소유자의 자기만족을 위한 여가 활동의 일환으로 일반 양산 차량을 간단하게 튜닝하여 레이싱 경기 주행을 하는 사용자와 차량의 고성능화와 더불어 일반용 브레이크 패드 대비 고성능의 마찰재를 원하는 일반 소비자들까지 다양한 사용 계층으로부터 레이싱과 일반도로 주행을 겸용으로 사용할 수 있는 제품에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 발명에 따른 레이싱과 일반도로 주행겸용 브레이크 마찰재 조성물은 보강제로서 스틸 섬유 10~20중량%, 구리 섬유 10~20중량%, 아라미드 섬유 2~5중량% 및 티탄산칼륨 5~10중량%, 결합제로서 페놀 수지 3~7중량%, 연마제로 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물 8~15중량%, 윤활제로서 탄소계 윤활제 10~20중량%, 금속 황화물 5~10중량% 및 충진제 20~30중량%를 포함하며, 세미메탈릭 특성과 NAO계 마찰재 특성을 동시에 보유하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 마찰재의 종류를 도식화한 것이고;
도 2는 레이싱용 브레이크 마찰재, 일반도로 주행용 브레이크 마찰재 및 본 발명에 따른 레이싱용과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재의 용도별 마찰특성 요약한 도형이며;
도 3은 표 3의 조성물에 대한 효력시험 결과를 나타낸 그래프이고;
도 4는 표 3의 조성물에 대한 Fade & Recovery 시험 결과를 나타낸 그래프이며;
도 5는 표 3의 소음분석결과와 소음발생회수를 나타낸 그래프이고;
도 6은 표 7의 조성물에 대한 효력시험 결과를 나타낸 그래프이며;
도 7은 표 7의 조성물에 대한 Fade&Recovery 시험 결과 그래프이고; 그리고
도 8은 표 7의 조성물에 대한 소음분석 결과 그래프이다.
도 2는 레이싱용 브레이크 마찰재, 일반도로 주행용 브레이크 마찰재 및 본 발명에 따른 레이싱용과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재의 용도별 마찰특성 요약한 도형이며;
도 3은 표 3의 조성물에 대한 효력시험 결과를 나타낸 그래프이고;
도 4는 표 3의 조성물에 대한 Fade & Recovery 시험 결과를 나타낸 그래프이며;
도 5는 표 3의 소음분석결과와 소음발생회수를 나타낸 그래프이고;
도 6은 표 7의 조성물에 대한 효력시험 결과를 나타낸 그래프이며;
도 7은 표 7의 조성물에 대한 Fade&Recovery 시험 결과 그래프이고; 그리고
도 8은 표 7의 조성물에 대한 소음분석 결과 그래프이다.
브레이크 마찰재는 일반적으로 10~20종 이상의 원료로 구성되는 복합재료로써 상기 표 1과 같이 결합제, 보강제, 연마제, 윤활제, 충진제 등으로 구분되며, 마찰재 구성 물질 분류 중에서 스틸섬유는 보강제 역할을 수행하고, 특히 스틸섬유를 포함하는 금속 섬유는 마찰재 강도 유지 기능과 더불어 열 전도성으로 인해 제동 시 발생하는 열을 최대한 빨리 외부로 방출시킴으로써 제동 안정성을 확보시켜주는 역할을 한다.
하지만, 스틸섬유는 구리(銅) 섬유, 황동 섬유 등의 다른 금속 섬유 대비 자체 경도가 높아 스틸섬유를 함유한 브레이크 마찰재는 소음이 발생하기 쉽고, 휠 더스크 및 상대재 디스크 공격성이 심하다는 문제점이 있다. 실제로 마찰재 재질 종류별로 일반적으로 아래 표 2와 같은 마찰특성을 나타낸다고 많은 문헌 등에서 소개하고 있다.
본 발명자들은 스틸섬유를 다량 사용시 상기와 같이 소음이 발생하기 쉽고, 휠 더스트 및 상대재 공격성이 심하다는 문제점의 주요원인인 스틸섬유를 비산화분위기에서 고온으로 가열해 스틸섬유 자체의 경도를 좀 더 연하게 하면 마찰재의 전체적인 경도 저하와 더불어 상대재인 디스크와의 접촉성이 개선되고 브레이크 마찰재에 의한 상대재인 디스크의 공격성이 개선된다는 것을 알게 되었다.
본 발명은 레이싱용과 일반 도로주행 겸용으로 사용할 수 있는 브레이크 마찰재에 대한 것으로, 기본적으로 일반적인 도로 주행 시 소음 발생, 휠 더스크, 상대재인 디스크 공격성 측면에서 우수한 NAO계 마찰재와 고온 마모 및 고온 제동력에 대한 마찰특성이 우수한 세미메탈릭 마찰재의 마찰 특성을 동시에 나타낼 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 한 구현예 따른 레이싱과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물은, 보강제, 결합제, 연마제, 윤활제, 충진제를 포함하는 마찰재 조성물로써, 보다 구체적으로 보강제로서 스틸 섬유 10 ~ 20중량%, 구리 섬유 10 ~ 20중량%, 아라미드 섬유 2 ~ 5중량% 및 티탄산칼륨 5~10중량%이고, 결합제로서 페놀수지 3 ~ 7중량%, 연마제로서 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물 8 ~ 15 중량%, 윤활제로서 탄소계 윤활제 10 ~ 20중량%, 금속 황화물 5 ~ 10중량%, 및 충진제 20 ~ 30중량%로 구성되어 있다.
본 발명에서 스틸 섬유를 10중량% 미만, 구리 섬유가 10중량% 미만, 아라미드 섬유가 2중량% 미만, 티탄산칼륨이 5중량% 미만, 결합제로서 페놀 수지가 3중량% 미만, 연마제로서 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물이 8중량% 미만, 윤활제로서 탄소계 윤활제가 10중량% 미만, 금속 황화물이 5중량% 미만, 충진제가 30중량%를 초과할 경우에는 비교예 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 조성물 함량의 마찰 특성과 비교하여 평균 마찰계수가 낮고, 제동 초기 속도가 저속 50km/h에서 고속 130km/h로 점차 증가하거나 제동 감속도가 0.1g에서 0.8g로 증가할수록 마찰계수가 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다.
반대로, 본 발명에서 스틸 섬유를 20중량% 초과, 구리 섬유가 20중량% 초과, 아라미드 섬유가 5중량% 초과, 티탄산칼륨이 10중량% 초과, 결합제로서 페놀 수지가 7중량% 초과, 연마제로서 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물이 15중량% 초과, 윤활제로서 탄소계 윤활제가 20중량% 초과, 금속 황화물이 10중량% 초과, 충진제가 20중량% 미만일 경우에는 비교예 4에서 보는 바와 같이 본 발명의 조성물 함량의 마찰 특성과 비교하여 레이싱 사용 조건의 마찰 특성을 판단할 수 있는 Fade&Recovery 시험에서의 최저 마찰 계수 값은 높으나, 소음 분석 결과 소음발생 회수가 너무 증가하여 일반도로 주행용으로 사용이 불가능하다.
본 발명에 의하면, 상기 스틸섬유는 2~6mm의 단섬유로서, 탄소(C) 0.15중량% 이하, 규소(Si) 0.2중량% 이하, 망간(Mn) 1.1중량% 이하, 유황(S) 0.03중량% 이하, 인(P) 0.03중량% 이하로 함유할 수 있다.
본 발명에서 스틸섬유가 2mm 보다 짧을 경우 마찰재의 강도와 안정성 증가의 목적으로 사용되는 보강제로서의 역할을 충분히 수행하지 못한다. 반대로 6mm 이상의 긴 스틸섬유가 사용될 경우에는 보강제로서의 역할은 가능하나, 소음 발생 및 상대재인 디스크 공격성 등의 문제점이 나타난다. 뿐만 아니라 스틸 섬유의 성분함량이 탄소(C) 0.15중량% 초과, 규소(Si) 0.2중량% 초과, 망간(Mn) 1.1중량% 초과, 유황(S) 0.03중량% 초과, 인(P) 0.03중량% 초과할 경우 스틸섬유의 경도가 너무 높아져, 소음이 발생되거나 디스크를 공격하게 되고, 휠의 오염을 증가시키므로 마찰재의 조성물로서 사용할 수 없게 된다.
또한, 본 발명에서 상기 스틸섬유는 800~1,000℃의 비산화분위기 열처리로에서 10~30분간 열처리를 실시하고, 경도를 저하시켜서 사용할 수 있다.
상기 조건에서 스틸섬유를 800~1,000의 비산화분위기 열처리로에서 10~30분간 열처리를 실시한 것은 소음발생이 원인이 되는 스틸섬유를 고온에서 열처리하여 스틸섬유 자체의 경도를 저하시키는 연화의 목적 문이다.
이하에서 표시한 표 4의 열처리 조건에 대한 표 5의 시험결과를 보면 알 수 있듯이, 800미만의 저온의 온도에서 10분 미만으로 단시간에 열처리할 경우 스틸섬유의 경도가 일부 저하는 되나 본 발명의 청구항의 조건 대비해서 경도가 높고, 이 스틸섬유를 마찰재 조성물로 사용하였을 경우 소음 개선 효과가 미비하다. 또한 1,000초과의 고온의 온도에서 30분 초과 장시간으로 열처리할 경우 본 발명 청구항의 열처리 조건 대비하여 스틸섬유 경도가 증가하고 이렇게 열처리한 스틸섬유를 마찰재 조성물로 사용하였을 경우도 소음 개선의 효과가 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 금속 황화물로는 황화몰리브덴, 황화주석, 및 황화철로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택될 수 있다.
상기의 마찰재 조성물에서, 스틸 섬유에 의한 브레이크 마찰재의 소음 개선, 휠 더스트 및 디스크 공격성을 최소화하기 위하여, 본 발명에서는 비산화분위기로 조성된 로 내부에서 약 800℃과 1,000℃ 사이, 바람직하게는 400℃와 950℃ 사이에서 약 10분과 30분 사이의 시간 동안 각각 열처리하여 연화시킨 스틸 섬유를 사용할 수 있다.
도 2는 레이싱용 브레이크 마찰재, 일반도로 주행용 브레이크 마찰재 및 본 발명의 레이싱용과 일반도로 주행 겸용 브레이크 마찰재의 마찰특성을 간략히 도표화한 것이다.
이와 같은 함량에 따른 마찰특성을 분석한 결과, 본 발명에 따른 청구항의 함량으로 마찰재 조성물을 제조하였을 경우 평균마찰계수가 높고, 제동 속도와 감속도 변화에 대해서도 안정적인 마차성능을 발휘하며, Fade&Recovery 시험의 최저 마찰계수값도 높아 가혹한 레이싱 사용환경에서도 사용이 가능하며, 소음발생도 다른 함량 재질 구성 대비하여 우수한 특성을 나타내어 일반도로 주행용으로도 충분히 사용이 가능하다.
이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예 및 비교예
실시예 1
다음의 표 3과 같은 조성으로 레이싱과 일반 도로 주행 겸용 브레이크 마찰재 조성물을 제조하였다.
비교예 1 내지 4
상기 표 3과 같은 조성으로 브레이크 마찰재 조성물을 제조하였다.
시험품 및 제품 제조 공정
상기 표 3의 마찰재 조성물(실시예 1, 비교예 1 내지 4)의 마찰 성능 시험평가를 진행하기 위하여 건식 성형 방법을 적용하여 다음과 같이 하였다. 우선 각 원료별로 계량된 함량을 혼합기에 투입하여 균일하게 분산, 혼합한 다음 상온에서 일정 하중 이상으로 가압하여 예비성형을 하고, 예비성형이 완료된 성형품을 금형 온도 140 ~ 160℃, 성형시간 5 ~ 10분, 400 ~ 600㎏f/cm2 면압으로 열성형 하였다. 이후 200 ~ 300℃ 온도에서 5 ~ 10시간 동안 열처리 공정을 실시하였다. 이후의 공정은 필요에 따라 일반적인 브레이크 마찰재 제조공정인 연마, 스코칭, 도장등의 공정을 통하여 제조하였다.
다음의 표 5는 상기 표 4의 스틸섬유 열처리에 대한 비커스 경도를 측정한 시험결과이다. 상기 표 3은 레이싱과 일반도로 주행 겸용으로 사용하고자 하는 새로운 조성물(실시예 1)을 구성한 것으로 이 새로운 조성물은 세미메탈릭계와 NAO계 마찰재의 각각의 우수한 특성을 보유한다. 상기 비교예 3과 비교예 4는 본 발명의 범위를 벗어난 원료의 함량에 따른 효과를 파악하기 위해 구성된 조성물이다.
실시예 1이 비교예 1,2,3,4 대비 일반도로 주행 조건의 제동력(표 6의 JASO C 406-P1 시험조건시의 평균마찰계수, 효력시험 마찰계수)이 우수하고, 레이싱 주행조건의 제동력(표 6의 JASO C 406-P1 시험조건시의 Fade&Recovery 시험의 최저마찰계수)도 우수하지만 소음이 3회정도 발생하여 일반도로 주행시 소음이 잠재적으로 발생할 문제점이 있기 때문에, 이의 개선을 위하여 소음 문제의 주요원인은 스틸섬유의 경도를 저하시키기 위해 스틸섬유를 열처리한 것이다.
이때 스틸섬유의 최적 열처리 조건을 찾기 위하여 표 4의 비교예 2, 비교예 3, 실시예 1 등과 같이 각각의 온도와 시간을 설정하여 열처리를 실시하고, 열처리를 하지 않은 비교예 1의 스틸섬유와 비교예 4의 기존의 동섬유와 비커스 경도를 비교한 것이다. 비교시험한 결과 실시예 1의 조건 950℃, 15분 조건이 타 열처리 조건대비하여 경도값이 낮게 측정되었으며, 그 결과를 나타낸 것이 표 5이다.
시험결과 열처리를 실시하지 않는 스틸 섬유(비교예 1) 또는 구리 섬유(비교예 4) 대비 950℃에서 15분간 열처리한 스틸 섬유(실시예 1)가 평균값 기준 45.4HV, 최저값 기준 48.7HV, 최고값 기준 42.3HV 경도가 낮게 측정된 것을 확인할 수 있었다. 추가적으로 450℃에서 15분간 열처리한 스틸 섬유(비교예 3) 대비 950℃에서 15분간 열처리한 스틸 섬유(실시예 1)가 평균값 기준 23.7HV, 최저값 기준 31.1HV, 최고값 기준 17.1 HV 경도가 낮게 나왔으며, 950℃에서 30분간 열처리한 스틸 섬유(비교예 2) 대비 평균값 기준 17.7HV, 최저값 기준 27.2HV, 최고값 기준 7.9HV 경도가 낮게 나왔다. 950℃ 열처리 조건에서 일정 시간 이상 증가시 경도가 오히려 증가되는 것을 알 수 있으며, 450℃정도의 너무 낮은 온도에서 열처리할 경우 경도 저하를 위한 스틸 섬유 연화 효과가 950℃ 대비 낮은 것으로 나타났다.
또한, 마찰성능에 대한 효과를 파악하기 위하여 표 3으로 구성된 마찰재 조성물의 비교예와 실시예 별로 브레이크 마찰재 시험편을 제조하여, 마찰재 일반 시험 평가 기준인 JASO C 406-P1 시험법 기준으로 1/5 스케일 다이나모미터를 이용하여 시험평가를 진행하였다.
주요 시험 평가 항목으로는 속도, 감속도 등의 변화에 따른 마찰성능의 변화 정도를 파악하여 제동 안정성을 파악하는 효력시험, 마찰 온도가 상승할 경우 나타나는 제동력 저하 정도를 파악하는 페이드(Fade) 시험 등을 진행하였다. 마찰재의 수명을 예측하기 위하여 시험 전후의 시험편의 마모 두께를 측정하였으며, JASO C 406-P1 시험법 전 단계를 진행하는 동안에 소음 발생 여부를 평가하기 위하여 1/5 스케일 다이나 모미터에 부착된 마이크로폰과 FFT분석 장비를 활용하여 제동시 발생하는 주파수와 소음의 크기를 측정하였다.
표 3의 조성물에대한 마찰성능시험 평가 결과 JASO C 406-P1 전체 시험단계의 평균 마찰계수를 비교하면 세미메탈릭 마찰재인 비교예 1의 경우 실시예 1 대비 0.457μ로 높지만 소음 발생회수가 14회 정도로 많이 발생하고, 도 3에서와 같이 효력시험에서 초기 높은 마찰계수를 나타내지만 감속도와 속도가 증가할수록 제동력이 점차적으로 낮아진다. 또한, NAO계 마찰재인 비교예 2의 경우 평균 마찰계수는 0.410μ 수준이며, 소음발생회수가 0으로 소음측면에서 유리하나, 도 4에서 보는바와 같이 Fade & Recovery 시험에서의 마찰계수 최저값이 0.312μ로 낮고 마모량이 실시예 1 대비 많다.
비교예 3의 경우 실시예 1 대비하여 보강제 역할을 하는 금속 섬유인 스틸 섬유와 구리 섬유의 함량이 낮은 9중량% 수준으로, 마찰성능시험 평가 결과 실시예 1 대비하여 평균 마찰계수가 낮으며, 표 6과 도 3에서 보는 바와 같이 저속 50km/h 제동속도와 고속 130km/h 제동속도에서의 감속도가 증가할수록 마찰계수가 현저히 떨어지는 현상이 발생한다.
그리고 비교예 4의 경우 실시예 1 대비하여 보강제 역할을 하는 금속 섬유인 스틸 섬유와 구리 섬유 함량이 높은 21중량% 수준으로, 마찰성능시험 평가 결과 실시예 1 대비하여 표 6과 도 4에서 보는 바와 같이 Fade & Recovery 시험에서의 최저 마찰계수 값이 0.363μ으로 실시예 1 보다 높으나, 도 5의 소음분석결과 소음발생회수가 57회로 많이 발생함을 알 수 있다.
실시예 1의 경우 세미메탈릭 마찰재와 NAO계 마찰재의 중간 단계의 새로운 특징을 나타내는 마찰재 조성물로써 보강제 역할을 하는 금속 섬유인 스틸 섬유 10 ~ 20중량%, 구리 섬유 10 ~ 20중량%로 구성하고, 기타 유기 보강제인 아라미드 섬유를 2 ~ 5중량%, 무기 보강제인 티탄산칼륨을 5 ~ 15 중량%로 구성하며, 결합제로 페놀수지 3 ~ 10 중량%, 연마제로 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물 8 ~ 15중량%인 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 전체적인 마찰성능시험 결과를 요약하면, 비교예 1과 비교예 4 대비하여 소음 발생 측면에서 유리하고, 비교예 2와 비교예 3 대비하여 고온 Fade & Recovery 시험의 마찰계수 최저값이 높게 나타났다.
하지만 실시예 1의 경우 마찰성능 시험결과에서 소음 발생회수가 3회 발생하였으며, 이는 일반 도로주행용으로 사용할 때에 소음 발생할 가능성 있어, 소음 개선을 위하여 금속 섬유로 사용되고 있는 스틸 섬유를 표 4와 같이 고온의 비산화 분위기 열처리로 내부에서 일정시간 이상 열처리하여 스틸 섬유의 경도를 저하시켰으며, 이의 효과 분석을 위하여 실시예 2(표 7)의 마찰재 조성물을 구성하여 마찰시험평가를 하였다.
실시예 2
다음 표 7과 같은 조성으로 브레이크 마찰재 조성물을 제조하였다. 상기에서 실험한 최적의 조건으로 스틸섬유를 열처리하고, 이 열처리한 스틸섬유의 마찰특성 효과를 파악하기 위하여 다음의 표 7의 마찰재 조성물을 구성한 것으로 실시예 2는 표 4의 실시예 1로 열처리한 스틸섬유를 사용한 조성물이다.
비교예 5 내지 7
상기 표 7과 같은 조성으로 브레이크 마찰재 조성물을 제조하였다. 여기서, 비교예 5의 조성물은 열처리하지 않은 스틸섬유를 사용하며, 표 3의 실시예 1과 같다. 비교예 6은 표 4의 비교예 3으로 열처리한 스틸섬유를 사용한 조성물이다. 또한 비교예 7은 표 4의 비교예 2로 열처리한 스틸섬유를 사용한 조성물이다.
이와 같이 구성된 조성물에 대한 마찰특성은 다음의 표 8과 도 6 내지 8에 표시되어 있다.
표 7의 조성물에대한 표 8의 마찰성능시험 평가 결과 JASO C 406-P1 전체 시험단계의 평균 마찰계수를 비교하면 950℃에서 15분간 열처리한 스틸 섬유를 사용한 실시예 2가 평균 마찰계수가 0.435μ로 가장 높게 나타났으며, 표 8의 효력시험 마찰계수와 도 6의 효력시험 결과 그래프에서 보는 바와 같이 제동속도별, 감속도별 마찰계수가 높고 안정되어 있다. 또한 표 8의 Fade & Recovery 시험 마찰계수 최저값과 도 7의 Fade & Recovery 시험 결과 그래프에서 보는 바와 같이 마찰계수 최저값도 0.368μ로 가장 높고, Recovery시의 빠른 제동력 회복으로 레이싱 등의 고온 사용조건에서도 안정적인 제동 안정성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 소음 발생 측면에서도 열처리하지 않은 스틸섬유를 사용한 비교예 5 대비해서 소음 발생회수가 0으로 나타나, 일반적인 도로 주행시에 사용하여도 소음이 발생하지 않는다.
이와 같은 결과가 나타난 이유는 표 3의 열처리 조건에 의한 표 6의 스틸 섬유 경도값이 다른 조건에 비해 낮아, 이 스틸 섬유를 브레이크 마찰재에 사용하면 상대재인 디스크와의 접촉성과 브레이크 마찰재에의한 상대재의 공격성이 개선되어 나타난 효과가 있다.
상술한 바와 같은 실시예 및 비교예에 따르면, 상기 표 3의 실시예 1 대비 표 7의 실시예 2가 소음 미 마찰제동특성이 우수하여 레이싱과 일반도로주행을 겸용으로 사용할 수 있는 우수한 조성물이라는 것을 알 수 있다.
Claims (4)
- 보강제로서 스틸 섬유 10~20중량%, 구리 섬유 10~20중량%, 아라미드 섬유 2~5중량% 및 티탄산칼륨 5~10중량%, 결합제로서 페놀 수지 3~7중량%, 연마제로 산화흑철, 알루미나, 지르코늄, 안정화지르코늄, 지르콘 및 산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 최소한 2종 이상의 조합물 8~15중량%, 윤활제로서 탄소계 윤활제 10~20중량%, 금속 황화물 5~10중량% 및 충진제 20~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미메탈릭 특성과 NAO계 마찰재 특성을 동시에 보유하는 레이싱과 일반도로 주행겸용 브레이크 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 스틸 섬유는 2~6mm의 단섬유로서, 탄소(C) 0.15중량% 이하, 규소(Si) 0.2중량% 이하, 망간(Mn) 1.1중량% 이하, 유황(S) 0.03중량% 이하, 인(P) 0.03중량% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스틸 섬유는 800~1,000℃의 비산화분위기 열처리로에서 10~30분간 열처리를 실시하고, 경도를 저하시켜서 된 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 황화물은 황화몰리브덴, 황화주석, 및 황화철로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 브레이크 마찰재 조성물.
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