KR100894134B1 - 비-석면계 마찰재 - Google Patents
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Abstract
비-석면계 마찰재는 석면을 제외한 섬유기재, 결합재 및 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 경화하여 얻어지며, 여기서 섬유기재는 길이가 5㎛ 이상, 직경이 3㎛ 이하 및 어스펙트 비가 3을 초과하는 무기 섬유를 함유하지 않으며, 결합재는 125℃에서 27mm 이하의 플로우를 가지는 수지를 포함한다. 8 내지 20%의 기공율을 가지는 마찰재는 양호한 브레이크 성능 및 안정성을 나타내며, 양호한 내페이드성 및 내마모성을 갖고, 생산중에 강화된 안전성 및 위생성을 제공하고, 사용중에 발생되는 더스트에 의한 인체에의 영향을 최소화한다.
비-석면계 마찰재, 섬유기재, 결합재, 충전재
Description
발명의 분야
본 발명은 자동차, 각종 산업용 기계 등의 브레이크 패드, 브레이크 라이닝 및 클러치 페이싱 등으로 사용하기에 적합한 비-석면계 마찰재에 관한 것이다.
종래의 기술
뛰어난 마찰 성능 및 소음 특성을 제공하기 위해 자동차용 마찰재, 특히 디스크 패드에 다양한 무기섬유를 사용한다. 특히, 브레이크에 효과적인 경질 섬유인 다양한 종류의 휘스커 및 좋은 강도를 제공하는 록 울로 통상 만들어진다. 그러나, 길이는 적어도 5㎛ 이상, 직경은 3㎛ 이하, 어스펙트 비는 3 이상인 이 종류의 무기 섬유는 흡입 가능하며 발암성에 영향을 준다고 해서 사용을 회피하는 경향이 있다. 즉, 종래부터 사용되어온 인조 무기섬유는 그 형태가 석면과 유사하고, 석면과 동일한 방식으로 암을 유발시킬 수 있다고 생각된다. 따라서, 그것의 사용을 최소화하는데 관심이 있다. 파손시 동일한 형상의 섬유를 생성하는 동일한 형상의 섬유 및 재료의 사용을 회피하기 위한 필요조건은 점점 엄격해질 것으로 기대된다.
그러나, 이 종류의 섬유는 낮은 벌크 밀도를 가지고, 그것은 마찰재의 기공률을 증가시키며, 페이드 성능, 고속 시에 효과적인 브레이크 동작을 좋게 한다. 그러한 섬유를 사용하지 않음으로써 마찰재의 기공률이 저하되고, 페이드 성능 및 고속 브레이크 시에 그 효과가 떨어진다.
본 발명의 목적은, 발암성이 있다고 생각되는, 길이는 적어도 5㎛ 이상, 직경은 3㎛ 이하 및 어스펙트 비는 3을 초과하는 무기섬유를 함유하지 않고, 마찰성능, 내마모성, 및 소음 특성이 우수하고, 또한 전단 강도가 충분한, 마찰재 측면에 균열과 같은 피해가 생기기 어렵고, 허용가능한 강도, 외관을 가지는 비-석면 마찰재를 제공한다.
본 발명의 발명자는, 섬유 기재가 발암성이 있다고 생각되는 길이는 적어도 5㎛ 이상이고, 직경은 3㎛ 이하이고, 어스펙트 비는 3을 초과하는 무기섬유를 함유하지 않는 비-석면 마찰재에 있어서, 결합재로서 125℃에서의 플로우가 27mm 이하인 수지를 사용하고, 마찰재에 8 내지 20%의 기공율을 제공함으로써, 우수하고, 안정적인 브레이크 성능, 우수한 페이드 및 마모에 대한 내성, 생산중의 뛰어난 안전성 및 위생성, 및 사용중 배출되는 먼지로부터의 인체에의 영향이 최소인 비-석면계 마찰재를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 석면을 제외한 섬유기재, 결합재, 충전재를 포함하는 조성물을 몰딩 및 경화하여 만들어지는 기공률이 8 내지 20%인 비-석면 마찰재를 제공한다. 섬유기재는 길이가 적어도 5㎛ 이상이고, 직경이 3㎛ 이하이고, 어스펙트 비가 3을 초과하는 무기섬유를 가지지 않는다. 결합재는 125℃에서 27mm 이하의 플로우를 가지는 수지를 포함한다.
상기한 대로, 본 발명의 비-석면계 마찰재는 섬유기재, 결합재 및 충전재로 주로 이루어진 성형 및 경화 조성물로 만들어진다.
섬유기재는 마찰재에 보통 사용되는 비-석면계 무기 섬유 또는 유기 섬유일 수 있다. 적합한 섬유기재의 예는, 금속섬유(예를 들면, 철, 구리, 황동, 청동 및 알루미늄), 세라믹 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 유리섬유, 록 울, 울라스토나이트, 세피올라이트, 앱타풀자이트 및 인공광물질 섬유와 같은 무기섬유; 및 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 아라미드 펄프, 폴리이미드 섬유, 폴리아미드 섬유, 페놀 섬유, 셀룰로스 및 아실 섬유와 같은 유기섬유를 포함한다. 이들 섬유기재는 길이가 적어도 5㎛ 이상이고, 직경이 3㎛ 이하이고, 어스펙트 비가 3을 초과하는 무기섬유를 함유하지 않는 한, 단독으로 또는 그것들을 두 개 이상 조합하여 사용할 수 있다.
섬유기재는 단섬유상 또는 분말의 형태로 사용될 수 있고, 전체 마찰재 조성물에 기초하여 바람직하게는 10 내지 50 부피%의 양으로, 가장 바람직하게는 15 내지 40 부피%의 양으로 포함된다.
결합재는 마찰재에서 통상 사용되는 공지의 결합재일 수 있다. 예로는 페놀 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR)로 변성된 하이-오르토 페놀 수지, NBR-변성 페놀 수지 및 아크릴 고무-변성 페놀 수지와 같은 다양한 고무-변성 페놀수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, NBR, 니트릴 고무 및 아크릴 고무를 포함한다. 이들 중 하나 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서, 결합재는 125℃에서 27mm 이하, 바람직하게는 2 내지 27mm, 가장 바람직하게는 2 내지 25mm의 플로우를 가지는 수지를 포함한다. 수지는 전체 마찰재 조성물에 기초하여 바람직하게는 적어도 15 부피%, 더욱 바람직하게는 15 내지 30 부피%, 가장 바람직하게는 15 내지 25 부피%의 양으로 포함된다. 상기 수지 이외의 결합재가 첨가될 수도 있지만, 결합재 총량은 30 부피% 이하로 조정되어야 한다.
상기 언급된 플로우는 JIS K6910-95에 따라 측정된 값이다.
본 발명의 마찰재에 사용되는 충전재는 유기 충전재 및 무기 충전재로 구성될 수 있다. 적당한 유기 충전재의 예는 캐슈 더스트, 그라운드 타이어 고무, 고무 더스트(고무 분말 및 입자), 니트릴 고무 더스트(가황품) 및 아크릴 고무 더스트(가황품)를 포함한다.
이들은 단독으로 사용될 수 있고, 또는 그것들을 두 개 이상 조합하여 사용할 수 있다. 그러한 유기 충전재의 양은 전체 마찰재 조성물에 기초하여 바람직하게는 5 내지 30 부피%, 가장 바람직하게는 10 내지 25 부피%이다.
적당한 무기 충전재는 황산바륨, 탄산칼슘, 운모, 코크스 및 흑연은 물론 철, 구리 및 알루미늄과 같은 금속 분말을 포함한다. 그러한 무기 충전재는 일반적으로 전체 마찰재 조성물에 기초하여 30 내지 75 부피%, 및 바람직하게는 30 내지 65 부피%의 양으로 포함될 수 있다. 본 발명에서, 충전재는 모스 경도 4 내지 5, 입경 1 내지 500㎛, 바람직하게는 10 내지 500㎛, 및 가장 바람직하게는 30 내지 100㎛의 무기 입자를 전체 마찰재 조성물에 기초하여 바람직하게는 1 내지 50 부피%, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 부피%, 및 가장 바람직하게는 10 내지 30 부피% 함유한다.
적당한 무기 입자의 예는 판상 6 티탄산칼륨, 인편상 8 티탄산칼륨 및 인편상 8 티탄산마그네슘칼륨과 같은 인편상(또는 비늘상) 및 판상 티탄산염을 포함한다. 이들 티탄산염은 인편상일 때 바람직하게는 1 내지 30㎛, 판상일 때 바람직하게는 10 내지 500㎛의 평균 입경을 가진다.
마찰재의 강도를 늘리기 위해, 인편상 또는 판상의 티탄산염을 커플링제로, 특히 아미노실란 커플링제로 표면처리하는 것이 좋다. 표면처리는 커플링제를 티탄산염에 기초하여 0.1 내지 1 질량%, 및 특히 0.3 내지 0.7 질량%를 사용하는 것이 바람직하지만, 적당한 공지의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 마찰재는 일반적으로 상기 성분을 Henschel 혼합기, Loedige 혼합기 또는 Eirich 혼합기와 같은 적당한 혼합기로 균일하게 혼합하고, 성형용 금형 내에서 혼합물을 예비성형하여 생성된다. 그 후 예비성형물은 온도 130 내지 200℃, 압력 100 내지 1,000 kg/cm2에서 2 내지 15분간 성형된다.
결과의 성형품은 140 내지 250℃에서 2 내지 48시간 동안 열처리에 의해 전형적으로 후경화되고, 그 후 스프레이 도장, 베이킹, 연마처리하여 완성품을 얻는다.
자동차 등의 디스크 패드의 경우에, 제조는 예비성형물을 예비세정, 표면처리, 접착제 도포된 철 또는 알루미늄 판에 위치시키고, 이 상태의 예비성형물을 금형 내에서 성형하고, 그 후 열처리, 스프레이 도장, 베이킹 및 표면 연마처리하여 수행될 수 있다.
마찰재는 기공율이 8 내지 20%, 바람직하게는 10 내지 20%, 가장 바람직하게는 13 내지 20%인 것이 중요하다. 기공율이 8% 미만이면, 마찰계수는 감소하고 내페이드성은 악화되는 한편, 기공율이 20%를 초과하면, 내마모성 및 강도가 악화된다. 기공율은 JIS D4418에 따라 측정되는 값이다.
본 발명의 마찰재는 전단력이 3.5 KN, 바람직하게는 3.8 내지 6.0 KN, 가장 바람직하게는 4.0 내지 5.5 KN인 것이 바람직하다. 전단력은 크기 10 ×30 ×5 mm의 시험 조각을 사용하여 JIS D4415에 기술된 전단시험 방법으로 측정된 값이다.
본 발명의 비-석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도 차량 및 각종 산업기계 등의 브레이크 라이닝, 클러치 페이싱, 디스크 패드, 페이퍼 클러치 페이싱 및 브레이크 슈를 포함하는 각종 용도에 폭넓게 사용될 수 있다.
실시예
실시예 및 비교예는 예시의 방식으로 주어지며, 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.
실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4
표 1에 보이는 대로 조제된 마찰재 조성물을 Loedige 혼합기로 균일하게 혼합하고, 가압형 내에서 100kg/cm2의 압력으로 1 내지 3분 동안 예비성형하였다. 예비성형물을 2 내지 10분 동안 온도 160℃, 압력 250kg/cm2에서 성형하였고, 200℃에서 5시간 동안 열처리하여 후경화하여, 각각의 실시예에서 승용차용 브레이크 패드를 생성하였다.
실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4에서 얻어진 브레이크 패드는 기공율, 페이드, 효력, 마모, 환경부하 영향에 대해 시험 또는 평가하였고, 다음의 기준으로 종합평가를 하였다.
(1) 기공율
JIS D4418에 따라 측정
양호: 13 내지 20%
보통: 8 내지 12%
(2) 페이드
성능시험은 JASO C 406-87에 따라 브레이크 다이나모미터로 수행되었다.
양호: 최소 마찰 계수 ( μ) > 0.30
보통: 최소 마찰 계수 ( μ) > 0.20
(3) 효력
성능시험은 JASO C 406-87에 따라 브레이크 다이나모미터로 수행되었다. 세 번째 브레이크 주기에서 얻은 결과를 효력을 측정하기 위해 사용하였다. 아래의 퍼센트는 비교예 1에서 브레이크 효과에 대한 100% 값에 기초한다.
양호: > 95%
보통: > 85%
(4) 마모
성능시험은 JASO C 406-87에 따라 브레이크 다이나모미터로 수행되었다. 아래의 퍼센트는 비교예 1에서 마모의 양에 대한 100% 값에 기초한다.
양호: < 105%
보통: < 110%
(5) 환경부하의 영향
이것은 각각의 출발물질에 대한 규격치로 판단하였다.
양호: 길이가 적어도 5㎛ 이상, 직경은 3㎛ 이하, 및 어스펙트 비는 3을 초과하는 무기섬유를 함유하지 않음(흡입 가능하고 따라서 발암성에 영향을 줌)
불량: 동 무기섬유를 함유함
(6) 종합평가
양호: 상기 시험 (1) 내지 (5) 에서 얻은 평가 중의 어느 것도 "불량"이 아님.
불량: 상기 시험 (1) 내지 (5) 에서 얻은 평가 중에 적어도 하나가 "불량" 이었음.
실시예 6 내지 13, 비교예 5 내지 7
표 2에 보이는 대로 조제된 마찰재 조성물을 사용하여, 상기의 실시예와 동일한 방식으로 승용차용 브레이크 패드를 생산하였다. 이와 같이 얻어진 브레이크 패드를 상기와 동일한 시험을 하였다. 결과를 표 2에 보인다.
(1) 유기 더스트: 카슈 더스트
(2) 아라미드 섬유: 길이 1 내지 3 mm, 직경 12 내지 15 ㎛
(3) 구리 섬유: 길이 3 mm, 직경 60 ㎛
(4) 흑연: 평균 입경 300 ㎛
(5) 무기 충전재: 평균 입경이 5 ㎛인 황산바륨
(6) 휘스커상 8 티탄산 칼륨: 길이 1 내지 3 ㎛; 직경 0.3 내지 0.6 ㎛
(7) 인편상 8 티탄산 칼륨: 평균 입경 3㎛
(8) 판상 6 티탄산 칼륨: 크기 50 내지 70 ㎛
(9) 인편상 8 티탄산 마그네슘칼륨: 평균 입경 1 내지 10 ㎛
(10) 표면처리품은 아미노프로필트리에톡시실란으로 표면처리된 인편상 8 티탄산 마그네슘 칼륨(인편상 8 티탄산에 기초한 실란 함량 0.5 wt%)
앞서 논의되었듯이 그리고 앞서의 결론으로부터 명백하듯이, 본 발명의 마찰재는 양호한 브레이크 성능 및 안정성을 가지고, 양호한 내페이드성 및 내마모성을 갖고, 생산중에 강화된 안전성 및 위생성을 제공하고, 사용중에 발생되는 더스트에 의한 인체에의 영향을 최소화한다.
일본 특허 출원 제 2001-200737 및 2001-282928은 본원에 참고문헌으로 포함된다.
약간의 바람직한 구체예가 기술되었지만, 상기 기술의 견지에서 많은 변형 및 다양화가 거기에서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 상세하게 설명되었듯이 첨부된 청구항의 범주에서 벗어나지 않고 수행될 수 있다.
Claims (5)
- 석면을 제외한 섬유기재, 결합재 및 충전재를 포함하는 마찰재 조성물을 성형 및 경화하여 만들어지는 비-석면계 마찰재로서,상기 섬유기재는 무기섬유와 유기섬유에서 선택되는 하나 이상의 섬유이고,상기 무기섬유는 길이가 5㎛ 미만, 직경은 3㎛ 초과 및 어스펙트 비가 3이하인 것이고,상기 결합재는 125℃에서 27mm 이하의 플로우를 가지는 수지를 포함하고,상기 충전재로서 입경 1 내지 500㎛의 인편상(鱗片狀) 또는 판상 티탄산염을 마찰재 조성물 전체에 기초하여 1 내지 50 부피%로 포함하며,마찰재의 기공율은 8 내지 20%인 것을 특징으로 하는 비-석면계 마찰재.
- 제 1 항에 있어서, 티탄산염은 인편상(鱗片狀) 티탄산마그네슘칼륨인 것을 특징으로 하는 비-석면계 마찰재.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 티탄산염은 실란 커플링제로 표면-처리된 것을 특징으로 하는 비-석면계 마찰재.
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