KR960015720B1 - 내훼이드(fade)성 비석면재 브레이크 라이닝 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

내훼이드(FADE)성 비석면재 브레이크 라이닝
제1도는 비석면재 브레이크 라이닝의 미세구조를 도식적으로 나타낸 도면이고,
제2도와 제3도는 각각 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 브레이크 라이닝에 대한 훼이드 테스트(FADE TEST) 결과이고,
제4도의 (a),(b)는 각각 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 기공분포량 측정곡선이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 원료분말 2 : 기공
3 : 결합재
본 발명은 내훼이드(FADE)성 비석면재 브레이크 라이닝에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차에서 사용되는 비석면재 브레이크 라이닝을 구성하는 기지원료의 입자크기를 조절하므로써 내훼이드 특성을 개선시킨 비석면재 브레이크 라이닝에 관한 것이다.
종래의 자동차용 브레이크 라이닝으로는 석면을 주재로 하는 석면재 라이닝이 주로 사용되었으나, 이것은 자동차에 사용시 인체에 유해한 석면분진이 생성되고, 자극성 냄새가 날뿐 아니라 제동성능도 문제가 있어서 최근에는 비석면재 브레이크 라이닝이 개발되었다.
예컨대, 최근 본 발명자에 의한 국내특허 공고 제91-9540호에서 개시된 비석면재 브레이크 라이닝의 경우 종래의 석면재 브레이크 라이닝과는 달리 유기질 아라미드섬유와 무기질섬유등을 보강재로 사용하므로써 유해성이 없고 제동성능도 크게 개선시킨 제품으로서 평가되고 있다.
그러나, 이러한 비석면재 브레이크 라이닝의 훼이드 값이 기존의 석면재의 경우보다 개선되었고, 내마모율에 있어서도 약 3배가량 개선되어 있기는 하지만 내훼이드성면에서는 아직까지도 개선의 여지가 남아 있었다.
이에, 본 발명자는 비석면재 브레이크 라이닝에서 내훼이드성을 개선시키고자 지속적인 연구를 거듭한 결과 라이닝의 기지원료의 입자크기를 조절하여 브레이크 라이닝 소재의 공극을 조절해 주게 되면 내훼이드성이 크게 개선될 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 기존의 비석면재 브레이크 라이닝에서 기지원료의 입자크기를 새롭게 조절하므로써 내훼이드성이 향상된 개량된 비석면재 브레이크 라이닝을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유기질 아라미드섬유와 무기질섬유가 보강재로서 함유되어 있고, 열경화성수지 또는 천연유기질분말이 결합재로 함유되어 있으며, 바륨(Ba)화합물과 칼슘(Ca)화합물이 충전재로 함유되어 있고, 몰리브덴(Mo)화합물, 흑연, 구리, 금속섬유 및 고무분말이 마찰 마모조절재로 함유되어 있는 비석면재 브레이크 라이닝에 있어서, 상기 충전재중에서 바륨(Ba)화합물의 1/2에 해당하는 량과 마찰 및 마모조절재로 함유되어 있는 몰리브덴(Mo)화합물, 흑연, 구리, 금속섬유 및 고무분말의 직경이 약 130~250㎛ 크기인 것을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명은 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 보강재와 결합재, 충전재 및 마찰 마모조절재로 이루어진 브레이크 라이닝에 있어서, 상기 각 성분의 조성은 기존의 국내특허 공고 제91-9540호에 개시된 조성으로 구성되어 있지만, 그중에서 충전재의 일부성분과 마찰 마모재 성분의 입자크기를 조절하므로써 기지원료 사이의 공극의 크기를 일정크기가 되게하여 내훼이드성을 향상시킨 것이다.
본 발명에서 사용되는 보강재로서는 유기질아라미드섬유 3~7중량%와 Si,Al 및 Mg가 주성분인 무기질섬유 10~30중량%를 혼합 사용하며, 이때 무기질섬유는 예컨대 SiO235~45중량%, Al2O310~20중량%, MgO 30~40중량%, CaO 10중량%로 구성된 것을 사용한다.
또한, 결합재로는 페놀계 열경화성 수지와 천연유기분말을 13~25중량%로 사용하고, 충전재로서는 예컨대 BaSO4와 Ca(OH)2를 18~30중량부; 1~10중량부의 비율로 혼합된 것을 10~35중량% 사용되는데, 이때 상기 바륨(Ba)화합물인 황산바륨(BaSO4) 분말중에 일부인 1/2에 해당하는 량만큼은 입자크기가 130~250㎛가 되도록 한다.
만일 130㎛보다 적은 입자가 1/2보다 많은 경우 내훼이드 특성의 향상을 기대하기 어렵고, 250㎛보다 큰 입자가 1/2보다 많은 경우에는 오히려 브레이크의 제반 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.
또한, 본 발명에서 마찰 마모조절재로는 몰리브덴(Mo)화합물 5~10중량%, 흑연 및 구리 6~15중량%, 금속섬유 3~10중량%, 고무분말 1~5중량%로 사용하는데, 이러한 마찰 마모조절재는 전체의 40~60중량%로 사용된다.
본 발명에 따르면 상기와 같은 마찰 및 마모조절재는 그 분말입자크기가 130~250㎛이어햐 하는데, 130㎛보다 적게 되면 공극이 적어서 유기질 결합재의 분해가스가 배출되는 상태가 좋지 못하여 내훼이드성이 크게 저하되며, 250㎛보다 크게되면 공극은 커지지만 그 정도가 너무 지나쳐서 심각한 강도저하등 브레이크 라이닝의 물성이 급격히 저하되므로 좋지 못하다.
본 발명에서, 일부의 충전재와 마찰 마모조절재에 대한 입자크기를 위와같이 조절하는 근거를 살펴보면, 브레이크 라이닝의 실제제품에 대한 비중이 이론비중의 88~75%일 경우에 마찰 특성과 훼이드 특성이 가장 양호한 것으로 측정되었다.
따라서, 이러한 비중의 조건을 만족하는 경우로 기지원료를 사용하여 브레이크 라이닝을 제조하기 위해서는 제품의 평균기공 크기가 10㎛ 이상이 되어야만 특히 훼이드성이 향상되는 것으로 나타났다.
즉, 첨부도면 제1도에서와 같이 브레이크 라이닝의 미세구조를 개략적으로 살펴보면, 기지의 원료분말(1)들이 이루고 있는 공극에 임의의 기공(2)이 형성된다고 볼 때 그 기공(2)을 제외한 공극에는 결합재(3) 성분이 채워진 형태로 가정해 볼 수 있다.
이때, 기공(2)의 반경(r)과 원료분말(1)의 반경(R) 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립된다.
r=0.155R
이 관계식으로부터 기공(2)의 직경이 10㎛ 이상인 경우는 원료분말의 입자크기가 적어도 130㎛ 이상이어야 훼이드 특성이 바람직하다는 결론에 이르게 된다.
또한 실제제품의 비중이 이론비중의 75%보다 적은 경우에는 심각한 강도 저하가 생기고 브레이크 라이닝의 물성이 크게 저하되므로 바람직하지 못한 바, 이때의 원료분말(1) 입자크기가 약 250㎛이다. 따라서, 경험적으로 입자크기가 130∼250㎛일 경우가 훼이드 특성이 가장 우수한 것이다.
이와같은 본 발명의 브레이크 라이닝에서 마찰 마모조절재 이외에 충전재중 바륨(Ba)화합물도 분말의 입자크기를 조절하는 이유는 충전재로써 원소재중 가장 많이 사용되므로 이의 입자크기 조절이 가장 효과가 크기 때문이다.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 기존의 비석면재 브레이크 라이닝의 조성에서 충전재 성분의 일부와 마찰 마모조절재 성분의 분말입자크기를 조절하므로써 입자간 공극을 일정범위로 유지하여 내훼이드 특성이 기존에 비해 훼이드율(FADE RATE)이 4배 향상만큼 월등하게 개선된 효과가 있는 것이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼2
다음 표 1의 조성에 따라 성분을 혼합하고 믹서기에서 균일하게 혼합시킨 다음, 이를 145℃의 온도에서 140kg/㎠의 압력으로 5분간 열성형시켰다. 그후 얻어진 성형물을 150℃에서 5시간 열처리시켜서 최종제품을 얻었다.
얻어진 제품에 대해 SAE 시험(J 661 Al 모우드) 결과 훼이드 특성 및 내마모율등 물성을 다음 표 2에 나타내었다. 이때 훼이드 특성은 낮을수록 제동효과가 우수한 것이다.
비교예 1∼2
상기 실시예 1∼2와 각각 같은 방법으로 실시하되 다음 표 1의 조성에 의해 입자크기를 통상의 방법(국내특허 공고 91-9540)에 따라 제조하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
[표 1]
1) 상기 표에서 *는 1/2에 해당하는 량의 입도크기임.
2) 상기 표에서 아라미드섬유는 대략 직경이 대략 30㎛ 정도의 것을 사용하고, 무기섬유는 직경 5∼10㎛인 것을 사용하였으며, 수지, 천연유지분 및 Ca(OH)2는 약 10㎛ 이하의 미세분말을 사용하였다.
[표 2]
상기 표 2에서 물성측정방법은 다음과 같다.
[FADE 특성]
훼이드 특성은 훼이드 스테이지(FADE stage)중에서 가장 큰 마찰계수 값과 100℃ 이상에서의 가장 작은 마찰계수 값의 차이의 백분율임.
[비중 및 경도]
브레이크 마찰재의 물성측정규격 KSR 0080에 의함.
[열분석]
DTA, TG 시험을 통해 중량감소(1차)온도가 높고 중량감소량이 적은 것일수록 우수함.
[마모율]
SAE J 661 Al 시험 MODE를 실험하면서 실험전의 시편중량과 두께를 측정하고 시험후의 중량과 두께를 측정하며 그 차이와 두께중량의 백분율임.
한편, 상기 실시예 1과 비교예 1에 대한 훼이드 특성 향상을 그래프를 통해 비교해 보면, 제2도의 본 발명 제품(실시예)이 제3도의 종래 경우인 비교예 1보다 온도별 마찰계수 값의 변화가 적은 것을 볼 수 있으므로 본 발명이 종래 것보다 훼이드 특성이 향상되었음을 알 수 있다.
제2도와 제3도에서 마찰재의 훼이드 특성은 첫번째 및 두번째 훼이드 시험에서 나타나 있는바, 마찰재가 좋은 내훼이드 특성을 가졌다함은 온도변화에 따른 마찰계수의 변화가 적어야 하는 것을 의미한다. 그런데, 시험결과에서 보듯이 본 발명에 따른 제품(제2도)은 첫번째 훼이드 및 회분(Recovery)과 두번째 훼이드 및 회분시험에서 전체시험온도 구간에서 마찰계수가 μ=0.42∼0.47로 유지되어 있다.
내훼이드성을 알기 위해서는 훼이드율(FADE RATE; FR)로서 훼이드율(FR)은 다음식에서 나타낸 바와같이 두번째 훼이드의 시험에서 최고의 마찰계수 값과 마찰계수(μ) 변화의 폭을 백분률로 나타내었다.
따라서, 상기 관계식에 따라 제2도 및 제3도의 훼이드 시험결과를 계산해 보면 아래와 같다.
[본 발명(제2도)의 경우]
[기존제품(제3도)의 경우]
위 결과로부터 본 발명의 경우(제2도)는 훼이드율이 11.1%로서 기존제품의 경우(제3도)인 40%보다 약 4배 정도의 훼이드성 개선효과가 있음을 알 수가 있다.
또한, 제4도에서 보면 본 발명의 경우(실시예 1)가 기존의 경우(비교예 1)보다 10㎛ 이상의 기공이 약 2배 이상 존재함을 알 수 있다. 즉, 제4도(a)는 본 발명의 경우로서 y축의 숫치가 0.0020으로 시작되나 제4도(b)는 0.0010으로 시작되기 때문에 본 발명의 경우 10㎛ 이상의 크기를 갖는 기공이 2배 이상 존재하므로 기지원료의 입도크기 조절을 통해 내훼이드 특성이 월등하게 향상되었음을 나타내는 것이다.

Claims (1)

  1. 유기질 아라미드섬유와 무기질섬유가 보강재로서 함유되어 있고, 열경화성수지 또는 천연유기질분말이 결합재로 함유되어 있으며, 바륨(Ba)화합물과 칼슘(Ca)화합물이 충전재로 함유되어 있고 몰리브덴(Mo)화합물, 흑연, 구리, 금속섬유 및 고무분말이 마찰 마모조절재로 함유되어 있는 비석면재 브레이크 라이닝에 있어서, 상기 충전재중에서 바륨(Ba)화합물의 1/2에 해당하는 량의 성분과 마찰 마모조절재로 함유되어 있는 몰리브덴(Mo)화합물, 흑연, 구리, 금속섬유 및 고무분말이 약 130∼250㎛ 크기인 것을 특징으로 하는 비석면재 브레이크 라이닝.
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