KR980010011A

KR980010011A - 마찰재

Info

Publication number: KR980010011A
Application number: KR1019970023703A
Authority: KR
Inventors: 사토시 요시다; 카쑤히로 시바타
Original assignee: 가와모또 노부히꼬; 혼다기껭 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-04-30
Also published as: CA2208898A1; CN1176266A; ID18702A; BR9702547A; DE69708766T2; CA2208898C; EP0816708B1; DE69708766D1; JPH1017855A; JP2806499B2; EP0816708A1; TW348206B

Abstract

본 발명은 특히 차량의 브레이크재로서 적합한 마찰재에 관한 것으로 섬유기재, 충진재 및 결합제를 포함하는 마찰재에 있어서 섬유기재는 2∼20vol%의 알루미늄보레이트섬유를 함유하고 충진재는 5∼20vol%의 황산바륨을 함유한다.

본 발명에 따른 마찰재는 브레이크 디스크의 바람직하지 못한 마모를 발생시키지 않는 특성을 가질 뿐아니라 만족스러운 높은 내 페이드(fade)성 및 열전도율을 가지면서 높은 마찰계수를 가져 클러치면 재료, 산업적장비에서의 브레이크 및 클러치용 재료로서 사용을 포함하는 기타 목적으로 사용 될 수 있다.

Description

마찰재

본 발명은 특히 차량의 브레이크재로서 적합한 마찰재에 관한 것이다.

이러한 종류의 마찰재는 섬유기재, 충진재 및 결합재를 포함한다. 종래 섬유기재로는 석면이 많이 사용되어 왔으나, 최근 작업환경을 개선하고 석면에 의해 발생되는 환경공해를 방지하기위해 다른 물질의 사용을 추구하게 되었다.

석면을 대체할 수 있는 섬유기재로 세라믹, 금속 및 유기섬유가 알려져 있다. 공지의 세라믹 섬유는 글라스섬유, 알루미나섬유, 광섬유(rockwool) 및 티탄산 칼륨섬유를 포함하며, 공지의 금속섬유는 스틸(steel) 섬유, 동섬유 및 황동섬유를 포함하고, 공지의 유기섬유는 방향족 폴리아미드 섬유를 포함한다.

세라믹섬유로는 알루미나-실리카 및/또는 티탄산칼륨섬유가 지금까지 사용되어 왔다. 알루미나-실리카는 경도가 높지만 티탄산 칼륨은 경도가 낮고, 알루미나-실리카는 높은 마찰계수()를 가지지만 티탄산 칼륨은 마찰계수가 높지 않다. 티탄산칼륨은 브레이크가 끽끽하는 소음을 방지하는데 효과적이기때문에 이들의 혼합물이 때때로 사용된다. 그러나 보다 높은 마찰계수()를 가진 혼합물을 얻기위해 알루미나-실리카의 비를 증가하는 것은 알루미나-실리카의 경도에 기인하여 브레이크 디스크를 손상하기 쉬운 결과를 발생시킨다.

제1도는 300℃에서 BaSO₄함량비에 따른 패드의 마모량을 나타낸 그래프.

제2도는 알루미늄보레이트섬유의 비율에 따른 평균마찰계수()를 나타낸 그래프.

알루미나-실리카를 대체할 수 있는 세라믹섬유에 대한 연구결과, 본 발명자등은 알루미늄 보레이트(9Al₂O₃·2B₂O₃)섬유가 알루미나-실리카섬유 대체물로 유용하다는 것을 알아냈다.

제2도는 본 발명자등이 알아낸 알루미나-실리카와 알루미늄보레이트의 혼합물에서 알루미늄보레이트의 비와 그의 평균마찰계수(μ)사이에 존재하는 상관관계를 도시한 그래프이다. 이로부터 명백하듯이,값은 알루미늄보레이트가 2vol% 함유하는 혼합물로부터 급격히 상승하기 시작하여, 그 함유비의 증가에 따라 증가하는 일반적인 경향을 나타내지만 그 함유비가 20vol%를 초과하면 더이상 양호한 결과는 얻어지지 않는다.

따라서 본 발명에 따라 브레이크 소음방지를 위해 낮은 경도의 티탄산 칼륨을 혼합하는 것이 필요하므로 섬유기재는 알루미늄보레이트의 함량이 20vol%를 넘지 않는다.

또한 본 발명자등은 제1도에서 비교예 1로 나타난 바와같이 알루미늄보레이트섬유는 고온(300℃)에서 아주 낮은 내마모성을 가진다는 것을 알아냈다. 따라서 본 발명자등은 표 3에 나타난 바와같이 알루미늄보레이트섬유 4vol%, 티탄산칼륨 12vol% 및 BaSO₄와 CaCO₃총함량 15vol%를 함유하는 패드를 제작하여 고온에서 내마모성을 비교하였다.

이 결과, 본 발명자등은 최소한 5vol%의 BaSO₄의 첨가는 고온에서 패드마모를 감소시킬 수 있고 비율이 20vol% 초과하면 바람직하지 못한 브레이크소음을 발생시킬 수 있다는 것을 알았다.

따라서, 본 발명은 섬유기재, 충진재 및 페놀수지를 포함하는 마찰재에 관한 것으로 섬유기재는 2∼20vol%의 알루미늄보레이트섬유를 함유하고 충진재는 5∼20vol%의 황산바륨을 함유한다.

적량의 알루미늄보레이트섬유를 채용함으로 만족할 만한 높은 마찰계수를 가진 물질을 생산할 수 있다.

적량의 바리움 설페이트의 추가는 종래 어떤 재료의 패드보다 브레이크 디스크의 마모가 크게 되지 않으면서, 마찰패드가 고온에서 만족스러운 높은 내마모성을 가지도록 한다.

따라서 본 발명의 물질은 브레이크 디스크의 바람직하지 못한 마모를 발생시키지 않는 특성을 가질 뿐아니라 만족스러운 높은 내 페이드(fade)성 및 열전도율을 가지면서 높은 마찰계수를 가진다.

본 발명의 마찰재로서 세라믹섬유는 알루미나-실리카를 대체하고 특히 차량 브레이크용 재료로서 적당하다. 또한 클러치면 재료, 산업적장비에서의 브레이크 및 클러치용 재료로서 사용을 포함하는 기타 목적으로 사용 될 수 있다.

이하 본 발명을 구현한 실시예와 비교예로서 보다 상세히 설명한다.

실시예 1∼4 및 비교예 1∼4

(1) 시험샘플의 제조

(1-1) 원료재료

샘플을 표 1에 나타난 바와같은 조성으로 제조한다.

먼저 이들 조성의 적당한 비율에 대해 설명한다.

파라(para)형 펄프상섬유와 같은 방향족 폴리아미드 섬유는 로터(rotor)에 대한 손상을 저감하는 개선된 내구성의 재료를 만들기위해 2∼20vol%의 양이 사용된다. 만일 이 비율이 2vol% 미만이면 프리폼(preform)성형이 어려운 조성이 얻어지고 만일 20vol%를 초과하면 고온에서 너무 낮은 마찰계수를 가진 재료가 얻어진다.

티탄산 칼륨, 알루미나-실리카 또는 알루미늄 보레이트 섬유와 같은 세라믹섬유는 개선된 마찰계수를 가진 재료를 만들기위해 5내지 30vol%의 양이 사용된다. 만일 이들의 비가 5vol% 미만이면 만족스러운 개선된 마찰계수를 가진 재료를 얻기가 어렵고 30vol%를 초과하면 브레이크 디스크를 손상하기쉬운 바람직하지 못한 재료가 얻어진다.

브레이크소음을 방지할 수 있고 고온에서 개선된 강도를 가진 재료를 얻기위해 동섬유는 2내지 10vol%의 양이 사용된다. 만일 그비가 2vol% 미만이면 효과적인 결과를 기대하기 어렵고 10vol%를 초과하면 로터에 응착하기쉬운 바람직하지 못한 재료가 얻어진다.

알루미늄 보레이트 및 알루미나-실리카섬유의 비율은 후술한다.

캐슈우 더스트(cashew dust), 멜라민 더스트 또는 펜놀 더스트와 같은 유기충진제는 저면압에서 안정한 마찰계수를 가진 재료를 만들기위해 3내지 20vol%의 양이 사용된다. 만일 이 비율이 3vol% 미만이면 첨가의 효과가 없으며 20vol%를 초과하면 고온에서 너무 낮은 마찰계수를 가진 재료가 얻어진다.

흑연(graphite)은 고체윤활재로서 5내지 20vol%의 양이 사용되며 그 비율이 5vol% 미만이면 첨가의 효과가 거의 없고 20vol%를 초과하면 너무 낮은 마찰계수를 가진 재료가 수득된다.

이황화몰리브덴, 황화아연, 황화납 또는 삼황화안티몬과 같은 무기충진제는 오일윤활재로서 5내지 20vol%가 사용되며 그 비율이 5vol% 미만이면 첨가의 효과가 거의 없으며 20vol%를 초과하면 너무 낮은 마찰계수를 가진 재료가 얻어진다.

BaSO₄(황산바륨) 또는 CaCO₃(탄산칼슘), 또는 이들의 혼합물은 충진재로서 20vol%를 초과하지 않는 양만큼 사용된다. 만일 그 비율이 20vol%를 초과하면 나쁜 브레이크소음이 발생한다. 구리분말, 구리-아연 또는 구리-주석합금분말, 또는 철분말과 같은 금속분말은 브레이크소음을 방지할 수 있고 고온에서 만족스러운 높은 마찰계수를 가진 재료를 만들기위해 2내지 10vol%의 양이 사용된다. 만일 그 비율이 2vol% 보다 적으면 그 첨가효과가 거의 없으며 10vol%를 초과하면 브레이크 디스크의 마모를 증가시킨다.

펜놀수지는 결합제로 8내지 20vol%의 양이 사용되며 만일 이 비율이 8vol% 미만이면 결합효과가 낮고 20vol%를 초과하면 고온에서 너무 낮은 마찰계수를 가진 재료가 얻어진다.

표 1 (vol.%)

샘플은 공통조성으로 방향족 폴리아미드 섬유 4vol%, 티탄산칼륨 섬유 12vol%, 동섬유 3vol%, 유기충진제 18vol%, 흑연 10vol%, 무기충진제 14vol%, 금속분말 3vol% 및 펜놀수지 17vol%와 표 1 및 하기에 나타난 바와같이 각 실시예에서 다른 조성을 가지는 전체 19vol%를 포함한 조성으로 제조된다.

비교예 1 --- 알루미늄보레이트섬유 4vol%와 CaCO₃15vol%

실시예 1 --- 알루미늄보레이트섬유 4vol%, BaSO₄5vol% 및 CaCO₃10vol%

실시예 2 --- 알루미늄보레이트섬유 4vol%, BaSO₄10vol% 및 CaCO₃5vol%

실시예 3 --- 알루미늄보레이트섬유 4vol%, BaSO₄12vol% 및 CaCO₃3vol%

실시예 4 --- 알루미늄보레이트섬유 4vol%와 BaSO₄15vol%

비교예 2 --- 알루미나-실리카섬유 4vol%와 CaCO₃15vol%

비교예 3 --- 알루미나-실리카섬유 4vol%, BaSO₄5vol% 및 CaCO₃10vol%

비교예 4 --- 알루미나-실리카섬유 4vol%와 BaSO₄15vol%

상기에 나타난 바와같이 비교예 2∼4에서는 알루미늄보레이트 섬유대신에 알루미나-실리카섬유가 사용되었다. 이 두종류의 섬유에 대해 다음 표 2에 상세히 나타낸다.

표 2

비교예 2의 나머지 성분은 4vol%의 알루미나-실리카섬유와 15vol%의 CaCO₃이다. 비교예 3의 나머지 성분은 4vol%의 알루미나-실리카섬유와, 5vol%의 BaSO₄및 10vol%의 CaCO₃이고, 비교예 4의 나머지 성분은 4vol%의 알루미나-실리카섬유와 15vol%의 BaSO₄이다.

(1-2) 예비성형

상기의 각 성분의 조성을 공지의 믹서로 균일하게 혼합하고, 이 혼합물을 상온에서 압력 100kg/cm²으로 조정된 성형기에서 10초간 예비성형하여 예비성형체를 제조한다.

(1-3) 성형

예비성형체를 성형온도 160℃와 압력 250kg/cm²으로 조정된 성형기에서 15분간 가열가압 성형한다.

(1-4) 열처리

성형체를 온도 200℃의 가열노(爐)중에 8시간 유지하여 열처리하고 냉각한다.

(1-5) 연마

열처리된 산물을 연마하여 마찰재를 얻는다.

(2) 마찰시험

상기에서 얻은 마찰재를 대상으로 JASO(일본자동차규격)의 C-406에 따른 일반효력시험을 행하여 제 1∼제 4차 효력값의 평균을 얻어 평균마찰계수()로 하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

표 3 (vol.%)

표 3에 나타나듯이 본 발명을 구현한 실시예 1내지 4의 산물은 0.443 또는 0.444의 평균마찰계수()를 가지는 반면 비교예 1의 산물은 0.439의 마찰계수를 가진다. 한편 비교예 2내지 4의 산물은 0.398에서 0.402의 평균계수()를 가지는데, 이는 본 발명을 구현한 어떠한 산물의 것보다 약 10%낮다.

이 결과는 알루미늄보레이트섬유를 함유한 마찰재(실시예 1내지 4 및 비교예 1)가 알루미나-실리카섬유(비교예 2내지 4)를 함유한 마찰재보다 높은 마찰계수를 가진다는 것을 확인한다. 또한 재료의 평균마찰계수는 함유된 알루미늄보레이트섬유의 양에 의존한다고 생각되나 이점에 대해서는 후술한다.

(3) 패드 및 디스크 마모시험

JASO의 표준 C-427-83에 기한 마모시험을 100℃, 200℃ 및 300℃의 다른 온도에서 패드 및 디스크에 대해 행하여 브레이크 1000회 상당의 마모량을 구하였다. 패드는 상기한 마찰재로 되고 디스크는 FC250재이며 이 결과는 표 3에 나타냈다.

300℃에서의 디스크마모는 19 또는 20mm이고 각실시예와 비교예가 다르지 않다. 한편, 비교예 2내지 4에 따른 재료로부터 형성된 패드는 300℃에서 0.96에서 0.98mm의 거의 동일한 마로를 나타내지만 비교예 1 및 실시예 1내지 4에 따른 재료 0.75에서 1.43mm의 실제적으로 다른 마모를 나타낸다.

제1도는 표 3에 나타난 300℃에서의 패드마모(mm)를 BaSO₄의 비율(vol%)에 대한 가로축에 대해 세로축으로 점을 찍어 얻은 그래프이다. 비교예 1에 따른 재료로 부터 형성된 패드는 도시된 바와같이 보다 큰 마모량을 나타내어 비교예 2내지 4에 따른 재료로 된 것보다 열등하며 실시예 1내지 4에 따라 형성된 BaSO₄를 최소한 5vol% 함유한 패드는 도시된 바와같이 만족할 만큼 적은 마모량을 나타내어 비교예 2내지 4에 따른 재료로 형성된 패드보다 우월하다.

또한 BaSO₄를 20vol%보다 많이 함유한 재료는 브레이크소음을 거의 막을 수 없다. 따라서 본 발명의 재료는 BaSO₄를 5내지 20vol% 함유한다.

실시예 5∼9 및 비교예 5

다음, 보다 양호한 알루미늄보레이트섬유의 비율에 대해 조사한다. 다음표 4는 알루미늄보레이트섬유 뿐아니라 알루미나-실리카섬유의 함량이 각각 다른 조성의 실시예를 나타낸 것이다.

표 4 (vol.%)

제2도는 각 재료의 알루미늄보레이트섬유비율과 그 평균마찰계수()와의 관계를 점찍어 얻은 그래프이다. 제2도로부터 명백한 바와같이 알루미늄보레이트섬유를 2vol% 함유한 실시예 5의 재료는 알루미늄보레이트를 전혀 함유하지 않은 비교예 5의 재료보다 값이 크게 증가를 나타내지 않지만 실시예 6내지 8은값의 큰 증가를 나타낸다.

따라서 알루미늄보레이트섬유를 2vol%보다 적게 함유한 재료는 만족스러울만큼 높은 마찰계수를 가지지 않는다는 결론을 얻을 수 있다. 또한 알루미늄보레이트섬유를 14vol% 함유한 실시예 8의 재료에 의해 얻어진 피크로부터 점진적으로 감소하여 알루미늄보레이트섬유를 20vol% 이상 함유하는 재료는 그 마찰계수가 급격히 감소함을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 재료는 알루미늄보레이트섬유를 2내지 20vol% 함유한다.

적량의 알루미늄보레이트섬유를 채용함으로 만족할 만한 높은 마찰계수를 가진 물질을 생산할 수 있다. 적량의 바리움 설페이트의 추가는 종래 어떤 재료의 패드보다 브레이크 디스크의 마모가 크게 되지 않으면서, 마찰패드가 고온에서 만족스러운 높은 내마모성을 가지도록 한다.

Claims

섬유기재, 충진재 및 결합제로서 펜놀수지로 구성된 마찰재에 있어서, 상기 섬유기재에는 알루미늄보레이트섬유를 2내지 20vol% 함유시키고 상기 충진제에는 황산바륨을 5내지 20vol% 함유시켜서 얻음을 특징으로 하는 마찰재.

※ 참고사항：최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.