KR970006008B1

KR970006008B1 - 마찰 재료의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR970006008B1
Application number: KR1019890000583A
Authority: KR
Inventors: 에이. 살라반티 로버트; 피. 커티스 매슈
Original assignee: 젠텍스 코오포레이숀; 레너드 피. 프리이더, 쥬니어
Priority date: 1988-01-21
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1997-04-23
Also published as: EP0324910A3; JP2884411B2; JPH0284439A; KR890012103A; US4846408A; EP0324910A2

Abstract

내용없음.

Description

마찰 재료의 제조 방법 및 제조 장치

제1도는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

제2도는 제1도의 시스템의 출발 재료로서 사용되는, 수지로 함침된 직물의 부분 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 시스템 12 : 재료

14, 18 : 컨베이어 벨트 16 : 냉동 장치

20 : 저온 액체 욕 22 : 출구 슈트

24 : 목 부분 26 : 회전 충격 분쇄기 또는 절단기

28 : 출구 30 : 덕트

32 : 섬유질 재료 36 : 열전쌍

38 : 가스 조정기

본 발명은 자동차의 디스크 브레이크와 드럼 브레이크, 클러치 및 가스킷과 같은 마찰 제품을 제조하는데 사용하기 위한 신규한 마찰 재료와, 그 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

최근, 브레이크 라이닝 등에 사용되는 마찰 재료중에서 발암 물질인 석면을 대체할 적절한 재료를 모색하려는 여러가지 시도가 있었다. 이러한 시도중 몇가지는 절단편 또는 펄프 형상의 방향족 폴리아미드 섬유, 즉 아라미드(aramid)섬유를 페놀 수지와 같은 성분과 함께 사용하는 것과 관련된 것이다. 이와 같이 아라미드계 마찰 재료를 사용하는 것은 갤라거(Gallagher) 등에게 허여된 미국 특허 제4,374,211호 및 로켄(Locken)의 논문 케블라(Kevlar) 아라미드 섬유로 보강된 석면없는 브레이크 및 건식 클러치(Asbestos Free Brakes and Dry Clutches Reinforced with Kevlar Aramid Fiber(SAE 1981)에 개시되어 있다. 이러한 참고 문헌에 기재되어 있는 조성물은 여러가지 면에서 만족스러운 것이기는 하지만, 비교적 비용이 많이 들고 분산성(dispersibility)이 열악하다는 단점도 가지고 있다.

본 발명의 하나의 목적은 석면계 마찰 재료를 대체할 비 발암성 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 용이하게 분산될 수 있는 마찰 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 저렴하게 제조되는 마찰 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적들은 이후의 설명으로부터 명확히 파악될 것이다.

일반적으로, 본 발명은, 우선 수지로 함침된 아라미드 사(aramid yarn)을 저온 매체에 의해 취성점(point of embrittlement)까지 냉각시키고 그후 분쇄하여 아라미드 섬유와 점착성 수지로 된 마찰 재료를 생성하는, 마찰 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 아라미드 사는 직포(woven fabric)의 형태로 된 것이 바람직하고, 수지로 함침된 직물의 적층제로 보호 헬멧을 제작하는 과정에서 나온 비경화 스크랩(scrap) 또는 부분경화 스크랩으로부터 얻어진 것이 바람직하다. 저온 매체네 의한 냉각은 바람직하게는 -320℉의 액체 질소와 같은 저온 액체중에 침지함으로서 수행된다. 분쇄 공정은 분쇄 온도가 75℉ 미만으로 유지되도록 저온가스를 공급받는 회전 충격 분쇄기에서 수행되는 것이 바람직하다. 필요할 경우, 이와 같이 하여 얻어진 생성물은 후속 취급이나 운송을 용이하게 하기 위해 화물 포장용 곤포기(baler)에 의해 콤팩트하게 압축될 수 있다.

본 발명에 따른 제조 장법은 기본적으로 냉각 공정 및 분쇄 공정의 2단계만을 포함하기 때문에 매우 간단하다. 또한, 본 발명에서 사용되지 않는다면 폐기되어 버릴 다른 제조 공정으로부터의 스크랩들을 원료로 사용하기 때문에, 원료도 상당히 저렴하다. 그외의 다른 재료비라고는 쉽게 구입할 수 있고 가격이 저렴한 액체 질소의 비용만이 있을 뿐이다. 이와 같은 제조 공정상의 이점이 있을 뿐만 아니라, 재료 자체도 분쇄 공정의 사용으로 인해 선행 기술의 아라미드 생성물로서는 실현될 수 없는 격별한 특성을 나타내게 된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도는 전체적으로 도면 부호 10에 의해 지시된 본 발명을 실시하기 위한 시스템을 도시하고 있다. 본 시스템(10)에 있어서, 아라미드 사 재료로 된 스크랩, 바람직하게는 수지로 함침된 직물 조각과 같은 재료(12)가 컨베이어 벨트(14)에 공급된다. 컨베이어 벨트(14)는 재료(12)를 전체적으로 도면 부호 16에 의해 지시된 침지식 냉동 장치(코우치 엔지니어링(Koach Engineering)의 제품과 같은 냉동 장치)의 입구로 이송한다. 필요할 경우, 컨베이어 벨트(14)를 생략하고, 재료(12)를 수동식으로 냉동 장치에 공급할 수도 있다. 제2컨베이어 벨트(18)는 냉동 장치(16)의 입구에 공급된 재료(12)를 -320℉의 평형 온도를 가진 액체 질소 욕(20)중을 통해 이송한다. 컨베이어 벨트(14,18)는 침지된 재료(12)가 액체 질소 욕(20)중에서 액체 질소와 저온 평형을 이룰 수 있도록 하는 속도로 작동된다. 이러한 평형 상태는 액체 질소 욕(20)이 포말을 발생하는 현상을 정지했을 대 이루어진다.

아라미드 사는 본 명세서에서 참조로 하는 미국 군사 규격 MIL-C-44050(1982년 9월 24일자 개정판)에 규정되어 있는 아라미드 직물인 것이 바람직하다. 이 규격의 타입 Ⅱ, 클래스 Ⅰ에 개시되어 있는 바와 같이, 아라미드 직물은 KEVLAR 29라는 상품명으로 '이. 아이. 뒤퐁 드 누무아즈 앤드 컴패니(E. I. du Pont de Nemours and Company)'에 의해 제조되고 있는 미사용 아라미드 섬유로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 직물의 날실(warp yarn) 및 씨실(filling yarn)은 1500 데니어(denier)의 굵기를 가진 연속 필라멘트로서, 그 최소 섬유 인장 강도는 20 그램/데니어이고, 인치당 날실 터언(turn)의 최소치는 1.5이다. 바람직한 직물은 13.7∼1.47 온스/평방야드의 중량을 가지고, 인치당 35개의 날실과 인치당 38개의 씨실을 가진다. 이 직물의 구조는 2×2 비스킷(basket) 구조이다.

수지는 본 명세서에서 참조로 하는 미국 군사 규격 MIL-H-44099A(1986년 12월 22일자)에 규정되어 있는 것이 바람직하다. 이 규격에 개시되어 있는 바와 같이, 수지는 50%의 페놀 포름알데히드 수지와 50%의 폴리비닐 부티랄 수지로 된 촉매 반응계로서, 그 특정 조성은 다음의 표와 같다:

아라미드 직물은 그 양측면에서 동일한 양의 적층 수지로 피복된다. 피복된 직물중의 수지의 고형분 함량(휘발 성분을 포함하지 않음)은 피복되지 않은 상태의 재료를 기준으로 하여 15∼18중량%이고, 양측면상의 수지의 혼합은 균일한 분사가 이루어진 정도로 적게 된다. 이와 같은 수지 대신에, 에폭시 수지 및 교차 결합된 폴리에스터와 같은 다른 수지도 사용될 수 있다. 선정된 수지는 아라미드 사의 약 20중량%를 넘지 않는 양으로 존재하는 것이 바람직하다.

경제적인 견지에서, 원재료(12)는 수지로 함침된 직물의 적층체로 헬멧 외피를 제작하는 과정으로부터 나온 적어도 부분적으로 경화된 스크랩으로 되는 것이 적합하다. 전술된 미국 군사 규격 MIL-H-44099A에 개시되어 있는 바와 같이, 수지로 함침된 직물의 다수의 중첩층을 압축 금형의 2개의 반쪽 다이(die) 사이에 배치한 후, 열을 가하면서 압축 성형하여 헬멧의 외피를 형성하게 된다. 전형적으로, 이러한 제작 과정으로부터 나온 스크랩은, 테이블 커팅(table cutting), 즉 수지로 함침된 직물중 금형내에 배치되기 전에 제거되는 경화되지 않은 직물 조각들과, 핀 초프(pinchoff), 즉 중앙 부분이 경화된 후에 가장자리로부터 제거되는 부분 경화된 부분들로 구성된다.

컨베이어 벨트(18)는 재료(12)를 액체 질소 욕(20)으로부터 냉동 장치(16)의 출구로 상향 이송하며, 이 출구에서 재료(12)는 출구 슈트(22)를 통해 전체적으로 도면 부호 26으로 지시된 고속 회전 충격 분쇄기 또는 절단기의 목 부분(24)내로 이동된다. 본 시스템(10)에 사용되는 적절한 절단기(26)는 미국 뉴욕주 유티카에 소재한 먼슨 머시너리 컴패티(Munson Machinery Company)에서 시판하고 있는 Munson SCC-30이라는 상품명의 회전 절단기이다. 절단기(26)의 출구 지점(28)으로부터 나오는 섬유질 재료(32)의 평균 길이가 1인치로 되도록 절단기(26)에는 3/8인치 스크린이 장착된다. 절단기(26)는 그 로우터에 대해 고정된 절단날(도시 생략)을 구비한다. 그러나, 충격 부재가 절단기의 로우터에 대해 이동될 수 있는 헤머 밀(hammer mill)을 포함한 다른 형식의 절단기도 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 회전 충격 분쇄기라는 용어의 의미는 그 로우터에 대해 충격 부재가 고정되어 있는 것은 물론, 그 로우터에 대해 충격 부재가 이동되는 것도 포함한다.

섬유질 재료(32)는 적합하게는 덕트(30)의 하류측 단부에서의 부분 진공에 의한 공기압에 의해 절단기(26)로부터 덕트(30)를 통해 수집부(34)로 이송된다. 수집부(34)에서는, 재료(32)가 압축되고 포장되어 소비자에게 운송될 수 있는 상태로 된다. 적절한 곤포기(baler)중의 하나는 미국 뉴저지주 윌리암스타운에 소재한 액큐레이트 인더스트리즈(Accurate Industries)에서 제조되는 모델 36번이다. 그러나, 필요할 경우에는, 덕트(30)와 수집부(34)를 생략하고, 단순히 절단기(26)의 스크린 통과시에 재료(32)를 수집할 수도 있다.

액체 질소 욕(20)중의 액체 질소는 재료(12)중에 있는 수지의 온도를 그 수지가 쉽게 파괴될 수 있는 온도로 낮추게 되며, 이는 액체 질소 욕(20)의 온도인 -320℉가 중합체의 유리 전이 온도(glass-transition temperature)보다 훨씬 낮기 때문이다. 재료(12)의 온도를 낮춤으로써, 수지와 아라미드 성분의 열적 열화가 방지되고, 열 축적으로 인해 일어날 수 있는 폭발의 위험도 배제된다.

침지식 냉동 장치(16)의 액체 질소 욕(20)은 상부로부터 봉함되기 때문에, 액체 질소 욕(20)으로부터 증발하는 질소의 대부분이 출구 슈트(22)와 목 부분(24)을 통해 절단기(26)의 내부로 들어가게 된다. 절단기(26)의 회전부는 가스상의 질소를 절단기내로 끌어들이는 부분적인 진공을 생성함으로써 그러한 유동을 증진시킨다. 이와 같이 저온의 가스상 질소를 사용하는 것은 본 발명의 제조 방법에 있어 중요한 특징중의 하나이며, 이는 절단기(26)에 공급되는 가스상 질소가 적절한 제품의 균일성, 절단기와 스크린의 수명 및 처리 효율을 보장하는 수준으로 분쇄 온도를 낮추어 주기 때문이다.

절단기(26)의 출구 온도를 감시하는데에는 열전쌍(36)을 이용한다. 열전쌍(36)은 가스 조정기(38)를 제어하며, 다시 가스 조정기(38)는 출구 덕트(22)에 연결된 도관(42)에 있는 밸브(40)를 조절한다. 도관(42)은 단순히 목 부분(24)으로부터 가스상 질소를 분기시키는 가스 라인일 수 있거나, 필요할 경우에는 저온 가스상 질소의 별개의 공급원(도시 생략)에 연결된 라인일 수도 있다. 밸브(40)는 절단기(26)의 출구 온도를 75℉ 미만으로 유지하도록 조절된다.

3/8인치 스크린을 통과한 최종 섬유질 제품 재료(32)의 평균 섬유 길이는 1인치이다. 섬유 길이의 분포를 분석한 결과는 다음의 표와 같다:

1) 영국 표준체(British Standard Sieve)

2) 미국 표준체(United States Standard Sieve)

전술된 바와 같이 얻어진 제품 재료(32)는 당해 기술 분야의 공지의 방식으로 자동차의 디스크 브레이크와 드럼 브레이크, 클러치 및 가스킷과 같은 마찰 제품을 제조하는데 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 전술된 미국 특허 제4,374,211호 및 로켄(Locken)의 논문과, 이들중에 인용된 참고 문헌에 상세히 개시되어 있다.

이상의 설명으로부터, 본 발명의 목적이 달성되었음을 알 수 있다. 본 발명의 마찰 재료는 발암성이 없고, 쉽게 분산될 수 있고, 간단하고 저렴하게 제조된다. 본 발명의 특정한 특징 및 그들의 일부 조합은 유용하고, 다른 특징 및 그들의 일부 조합과 무관하게 적용될 수 있다. 이러한 특정한 특징 및 그들의 일부 조합은 이하의 특허 청구 범위의 범위내에서 상세히 기재되어 있다. 또한, 이하의 특허 청구 범위의 범주내에서 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함도 명백하다. 따라서, 본 발명은 전술된 특정 내용에 한정되는 것이 아님을 알아야 한다.

Claims

수지로 함침된 아라미드 사를 냉각시키는 단계, 및 상기 냉각된 아라미드 사를 분쇄하여 마찰 재료를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지는 열경화성 수진인 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지는 페놀 수지와 폴리 비닐 부티랄 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지는 약 50중량%의 페놀 수지와 약 50중량%의 폴리 비닐 부티랄 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지의 함량은 상기 아라미드 사의 약 20중량%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 아라미드 사는 연속 필라멘트 사인 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 아라미드 사는 냉각되기 전에 직물로 직조되는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 상기 수지의 유리 전이 온도 미만의 온도를 가진 저온 액체중에 상기 아라미드 사를 침지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 액체 질소중에 상기 아라미드 사를 침지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 상기 아라미드 사를 약 -320℉의 온도로 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 분쇄 단계는 회전 충격 분쇄기를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 분쇄 단계는 상기 아마미드 사를 계속하여 냉각시키면 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 분쇄 단계는 상기 저온 액체로부터 증발된 것을 포함하는 저온 가스로써 상기 아라미드 사를 계속하여 냉각시키면서 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰 재료의 제조 방법.
재료의 유리 전이 온도 미만의 온도를 가진 저온 액체의 욕, 입구를 가진 회전 충격 분쇄기, 재료를 상기 욕을 통해 이송하여 상기 입구내에 침전시키기 위해 상기 욕을 해 연장된 컨베이어 벨트, 및 상기 저온 액체로부터 증발된 것을 포함하는 저온 가스를 상기 분쇄기에 공급하기 위해 상기 욕으로부터 상기 분쇄기로 연장된 도관을 결합하여 구비하는 것을 특징으로 하는 재료를 냉각시켜 분쇄하기 위한 장치.
제14항에 있어서, 상기 컨베이어 벨트와 상기 입구 사이에 있는 슈트를 구비하는 것을 특징으로 하는 재료를 냉각시켜 분쇄하기 위한 장치.
수지로 함침된 아라미드 사를 상기 수지의 유리 전이 온도 미만의 온도를 가진 저온 액체중에 침지하여 상기 아라미드 사를 냉각시키는 단계, 및 상기 저온 액체로부터 증발된 것을 포함하는 저온 가스로써 상기 아라미드 사를 계속하여 냉각시키면서 충격 분쇄기중에서 상기 냉각된 아라미드 사를 분쇄하여 마찰 재료를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 마찰 재료의 제조 방법.