KR20000005268A - 패턴화된 표면 마찰재, 클러치 판 부재, 및 이의 제조 방법 및용도 - Google Patents

패턴화된 표면 마찰재, 클러치 판 부재, 및 이의 제조 방법 및용도 Download PDF

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데이빗 에스. 세이츠
엘리자벳 씨. 에드블럼
칼 티. 맥키그
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 토크 전송 용으로 유용한 마찰 표면 부재용 마찰재(1)가 정면(12) 및 배면(13)을 갖는 배킹(11)을 포함하는 것을 기재한다. 패턴화된 마찰 코팅(14)을 한정하는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재(20)는 배킹(11)의 정면(12)에 부착된다. 정확하게 성형된 마찰 복합재(20)는 접합제(5)에 분산되어 있는 다수의 마찰 입자(4)를 포함한다. 한 양태에서 마찰재(1)의 탄성 모듈러스는 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하이다.

Description

패턴화된 표면 마찰재, 클러치 판 부재, 및 이의 제조 방법 및 용도
본 발명은 클러치 판 부재, 브레이크 패드(brake pad), 전송 등에서 사용하기 위한 패턴화된 표면 마찰재, 및 이들 구조의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
마찰재는 브레이크 라이닝(lining), 브레이크 패드용, 자동 전송에서의 토크(torque) 변환기 클러치용, 수동 전송에서의 동기 장치 링, 및 보다 새로운 자동차의 소위, "슬리핑(slipping)" 클러치(토크 변환기 클러치의 변형물)에서와 같은 광범위하게 다양한 상이한 자동차 분야에서 사용된다.
통상적으로, 마찰재는 광범위하게 다양한 특성의 요건을 만족시킬 필요가 있다. 마찰재의 목적하는 특성으로는 인성, 강도, 내열성, 양호한 마찰 특성 및 장구한 수명이 포함된다. 전송용 마찰재는 통상적으로 토크 곡선이 평탄해야 하고, 표준 사용 조건하에서 접합이 실패하지 않아야 하고, 토크 곡선 수평도 및 토크 용량을 보유해야 한다. 또한, 클러치의 평활한 작동이 전송 유체 중의 마찰 개질제에 의해 향상될 때, 마찰재는 적절한 양의 유체를 맞물리는 표면에서 유지 또는 보유해야 한다. 이들 및 기타 물체에 대해, 마찰재 용으로 패턴화된 또는 텍스쳐드(textured) 마찰 표면은 본원 이전부터 제안되어 왔다.
마찰재 용으로 상기와 같이 패턴화된 표면의 한 제조 방법은 미국 특허 제5,004,089호(Hara 등)에 기재된 바와 같은 배치(batch) 열압축 성형 방법에 의한 것이고, 여기에서 주형은 필수적으로, 목적하는 오목한 표면의 역(逆) 형태이다. 성형 방법이 통상적으로, 상당한 시간 및 에너지를 요구하는 배치 공정이기 때문에, 상기 성형 방법은 대규모 제조 설비를 위해서는 인기가 없다. 미국 특허 제3,841,949호(Black)에는 소결된 분쇄 청동 입자와 같은 마찰재가 임베딩(embedding)되어 실제의 마찰 표면을 형성하는 작은 섬을 나타내는 합성 고무의 표면이 구비된 복합재 마찰 판이 기술된다. 바람직하게는, 그러한 입자 또는 랜드(land)는 내열성 합성 고무와 같은 외부 코팅의 얇은 바닥로부터 돌출하는 원형 단추 형태인 것으로 언급되며, 또한 서로에 대해 이격된 관계의 바닥 상에 분포된다. 이러한 배열은 클러치 또는 브레이크 내에서 소정량의 열을 소산시키기 위해 요구된 냉각유 양에 대한 요건을 저하시키는 것으로 언급된다.
연마제품은 미국 특허 제5,152,917호(Pieper 등)에 기술된 바와 같은, 유기 접합제 중의 연마제 입자의 입체적 형태의 방사선 경화된 분산액임을 특징으로 한 굽은 면(contoured) 지형의 연마제 층을 갖는 것으로 공지된다. 이 특허는 통상적으로, 자외선 경화성 수지 및 연마제 입자의 슬러리를 패턴화된 표면상에 코팅하고, 슬러리 코팅된 패턴화된 표면을 배킹과 접촉시키고, 수지를 경화시키고, 완성된 연마제품을 패턴화된 표면으로부터 회수함으로써 제조된 연마재를 기술한다. 그러나, 그 특허에 기술된 바와 같은 연마재는 마찰재로서 사용하기에 부적합하고; 이들 연마재는 자동차 전송에서 사용된 마찰재 용으로 엄격한 기준 시험을 만족시키기 위해 요구된 마찰재에서 통상적으로 사용된 성분의 혼합물을 갖지 않는다. 또한, 미국 특허 제5,234,740호(Reeves 등)에 기술된 바와 같이, 덮개, 예를 들면 체조 장치, 및 공구 및 라켓 핸들용으로 유용한 주요 제1표면 상에서 융기가 정렬한 주요 제1표면 및 제2표면을 갖는 배킹을 포함하는 슬립 제어 시팅(slip control sheeting)은 공지되어 있다. Reeves 등의 특허에서 형성된 융기는 기타의 것들 중에서, 클러치 판 부재와 같은 자동차 전송 분야에 적합한 마찰재를 제공하기 위해 필요한 입상 탄소 마찰 입자를 함유하지 않는다.
미국 특허 제5,083,650호(Seitz 등)에는 전송에서 마찰 표면 부재로서 사용하기에 적합한 표면이 거칠게 된 마찰 부재를 기재한다. Seitz 등의 마찰 부재는 탄소 충전제 입자를 함유하는 열경화성 고분자 접합제를 아래 및 위에 도포함으로써 수지 접합된 입상 탄소 마찰 입자를 지지하는 내열성 종이를 포함한다. 파상(거칠게 된) 굽은 면은 Seitz 등의 마찰 부재의 표면 상에 형성된다. 바람직하게는, 텍스쳐 제어가 증대되고, Seitz 등의 특허에서 사용된 바와 같은 연속 코팅을 제공할 필요가 없는 마찰 표면층을 형성시킨다.
<발명의 개요>
본 발명에 따라, 패턴화된 마찰 표면을 갖는 마찰재 및 클러치 판 부재가 제공된다. 본 발명의 마찰재의 제조 방법 및 용도도 역시 제공된다. 본 발명의 한 양태는 정면 및 배면을 갖는 배킹, 및 패턴화된 마찰 코팅을 배킹의 정면 상에 형성하는 정확하게 성형된 다수의 복합재를 포함하고, 상기의 정확하게 성형된 복합재는 접합제에 분산되어 있는 다수의 마찰 입자를 포함하는, 마찰 표면 부재용 마찰재이다.
정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재는 작위적 패턴을 갖는 열과 같은 입체적 패턴을 갖는 전체 마찰 표면 지형을 한정한다. 상기의 패턴화된 마찰 표면은 통상적으로, 서로 분리된 인접한 마찰 복합재 피크 또는 꺼칠꺼칠함을 갖는, 각 마찰 복합재 형태와 관련된 다수의 피크 또는 꺼칠꺼칠함을 포함한다. 피크가 서로 분리되기 때문에, 공동은 이들 사이에서 형성된다. 이들 공동은 유체, 예를 들면 전송 유체를 동적으로 보유하기 위한 수단을 제공한다. 정확하게 성형된 마찰 복합재는 각각, 별개의 식별가능한 경계에 의해 한정된 정확한 형태를 갖는다. 인접한 성형 복합재는 바람직하게는 동일한 형태이지만, 상이한 형태도 역시 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 바람직하게는, 복합재가 동일하게 서로 이격되지만, 무작위 이격도 역시 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
바람직하게는, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재가 각각 병렬 관, 입방체, 원뿔체, 사절두 피라미드, 원통형, 피라미드 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된 입체적 형태를 포함하고, 보다 바람직하게는 정확하게 성형된 다수의 복합재가 각각 삼각형 바닥을 갖는 피라미드를 포함하고, 훨씬 보다 바람직하게는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재가 각각 4변형 바닥을 갖는 피라미드를 포함하고, 가장 바람직하게는 각각의 피라미드가 편평한 상부 표면을 포함한다. 임의로는, 정확하게 성형된 복합재가 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
또다른 양태에서, 마찰재는 탄력성이다. 즉, 마찰재의 탄성 모듈러스는 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하, 보다 바람직하게는 약 1.0197 내지 10.197 ㎏(106내지 약 107다인)/㎠이다. 탄성 모듈러스는 전형적으로, 레오메트릭 고체 분석기 모델 RSA II(미국 뉴저지주 피스커타웨이 소재의 Rheometrics Scientific 제품)를 사용하여 측정한다. 하나의 바람직한 양태에서, 마찰재는 연결층을 배킹의 배면 상에 추가로 포함하고, 보다 바람직하게는 연결층이 플루오로엘라스토머를 포함하고, 바람직하게는 탄성 모듈러스가 약 3.5 x 1.0197 ㎏(106다인)/㎠이다. 또다른 바람직한 양태에서, 탄성 모듈러스는 약 4.5 x 1.0197 ㎏(106다인)/㎠이고, 여기에서 패턴화된 마찰 코팅의 마찰계수는 약 2.71 m·㎏(26.62 kJ)의 에너지 수준에서 약 0.14 이상이다.
바람직하게는, 마찰재가 유기재, 금속재, 반금속재, 무기재 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된 마찰 입자를 포함하고, 보다 바람직하게는 마찰 입자가 유기재를 포함하고, 훨씬 보다 바람직하게는 유기재가 야금학적 코우크(coke), 석유 코우크, 코코넛 껍질 활성탄 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된 코우크를 포함한다.
패턴화된 마찰 코팅은 다수의 마찰 입자 및 수지, 바람직하게는 열경화성 수지를 포함하는 피복성 접합제 전구체 슬러리로부터 형성된다. 그 내부의 수지는 슬러리 형태인 한 중합 또는 경화되지 않는다. 이로써, 제조 공구의 배킹 상에 또는 그의 공동으로 유동할 수 있거나 코팅될 수 있(어서, 용어 "피복성"을 정의하)는 슬러리가 수득된다. 이어서, 접합제 전구체 슬러리를 에너지원과 같은 조건에 노출시켜 접합제 전구체 슬러리 내의 수지를 접합제가 되도록 경화 또는 중합시켜, 접합제 전구체 슬러리가 마찰 코팅으로 전환시킨다.
열경화성 수지는 언급한 바와 같이, 전형적으로 바람직하지만, 열가소성 수지를 접합제로서 사용하는 것은 본 발명의 범위 내에 속한다. 본 발명의 방법 동안 열가소성 수지는 용융 또는 유동성 상태이다. 열가소성 수지의 냉각시 열가소성 수지는 고화된 접합제로 전환되어 마찰 복합재가 형성된다. 바람직한 열경화성 접합제는 부가 중합성 수지, 보다 바람직하게는 유리 라디칼 경화성 수지로부터 유도된다. 바람직한 에너지원은 전자 빔과 같은 방사선 에너지이다. 특히 바람직한 접합제는 아크릴레이트 단량체, 및 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체의 중합된 반응 생성물을 포함한다. 또다른 바람직한 접합제는 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지로부터, 바람직하게는 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지 및 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지의 혼합물로부터 제조된 가교결합된 계이다. 또다른 바람직한 접합제는 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지, 및 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지 및 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함하는 혼합물로부터 제조된 가교결합된 계이다. 바람직하게는, 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지가 1관능성 아크릴레이트 단량체, 다관능성 아크릴레이트 단량체, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴레이트화 아크릴릭, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지가 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된다. 마찰재는 바람직하게는, 탄성 모듈러스가 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하이다.
본 발명의 마찰재는 바람직하게는, 아크릴릭 라텍스에 의해 함께 접합된 다수의 아라미드 스테이플 섬유를 갖는 부직지인 배킹을 포함한다.
본 발명의 추가의 양태에서, 전력 전송 기전에서 전력 전송 용으로 유용한 마찰 표면 부재용 마찰재는 아크릴릭 라텍스에 의해 함께 접합된 다수의 아라미드 스테이플 섬유를 포함하는 부직지를 포함하고, 상기 부직지는 정면, 배면, 및 배킹의 정면에 부착된 피라미드형 패턴화된 마찰 코팅을 가지며, 상기 패턴화된 마찰 코팅은 정확하게 성형된 다수의 피라미드형 마찰 복합재를 포함하며, 상기의 마찰 복합재는 각각 접합제에 분산되어 있는 다수의 코우크 입자를 포함하며, 상기 접합제는 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트리스(히드록시 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트의 중합된 반응 생성물을 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에서, 마찰 표면 부재용 마찰재는 정면 및 배면을 갖는 배킹, 및 패턴화된 마찰 코팅을 배킹 정면 상에 형성하는 정확하게 성형된 다수의 복합재를 포함하며, 상기의 정확하게 성형된 복합재는 접합제에 분산되어 있는 다수의 마찰 입자를 포함하고, 여기에서 마찰재의 탄성 모듈러스는 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하이다. 바람직하게는, 마찰재의 마찰계수가 약 2.71 m·㎏(26.62 kJ)의 에너지 수준 및 약 200회의 주기에서 약 0.14 이상이다. 보다 바람직하게는, 접합제가 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지, 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지, 및 1관능성 아크릴레이트 단량체, 다관능성 아크릴레이트 단량체, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴레이트화 아크릴릭, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 및 이들의 혼합물, 보다 바람직하게는 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함하는 혼합물로부터 제조한 가교결합된 계를 포함한다.
본 발명의 마찰재는 금속 클러치 판, 동기 장치 링, 브레이크 패드, 철도 선로 등과 같은 기재에 부착할 수 있다. 따라서, 본 발명의 또다른 국면은 기재, 바람직하게는 금속 기재에 부착된 본 발명의 마찰재중 하나를 포함하는 제품이다. 예를 들면, 본 발명의 한 양태에서 금속 지지판에 접착제로 접합된 상기 언급한 마찰재와 동일하게 구성된 마찰 표면층을 포함하는 클러치 판 부재는 대향 클러치 판 부재 상에 배치된 금속 상응(mating) 표면에 토크를 전송시키기 위한 유체 매질에서 작동하기 위해 존재한다. 전형적으로, 니트릴 페놀계 수지와 같은 내열성 접착제를 사용하여 마찰재를 금속판에 부착시키지만, 이것이 요건은 아니다.
본 발명의 또다른 양태에서, 토크 전송용 장치는 토크를 대향 제2판 부재 상에 배치된 상응 표면에 전송시키기 위한 유체 매질에서 작동하기 위한 제1판 부재, 및 마찰 표면재 계면에서 제1판 부재와 맞물릴 수 있는 회전 부재를 포함하고, 상기의 제1판 부재는 지지판에 접합된 마찰 표면재를 가지며, 여기에서 마찰 표면재는 정면 및 배면을 갖는 배킹, 및 배킹의 정면에 부착된 패턴화된 마찰 코팅을 한정하는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재를 포함하며, 상기의 정확하게 성형된 마찰 복합재는 접합제에 분산되어 있는 다수의 마찰 입자를 포함한다. 상기 장치는 다수의 토크 전송 분야에서 유용하며, 여기에서 제1판 부재 및 대향 제2판 부재는 클러치를 포함하며, 상기의 제1판 부재 및 대향 제2판 부재는 브레이크 기전을 포함하거나, 또는 제1판 부재 및 대향 제2판 부재가 자동 전송용 토크 변환기를 포함한다.
그러나 또다른 양태에서, 상기에 기술한 바와 같은 토크 전송용 장치를 포함하는 차량의 속도 변경 방법은 제1판 부재를 유체의 존재하에, 마찰 표면재 계면에서 회전 부재와 맞물려서 판 부재와 회전 부재 사이의 마찰계수를 증대시켜 판 부재와 회전 부재 사이의 토크를 전송시켜 차량 속도를 변경시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 마찰재는 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 본 발명의 마찰재의 한 사용 방법은 마찰재를 제1부재에 부착시키고, 제1부재를 제2부재의 존재하에 유체에서 회전시킴으로써 제2부재가 회전되도록 하는 것을 포함한다. 본 발명의 마찰재의 또다른 사용 방법은 차량을 서행 또는 정지시키는 것이며, 상기 방법은 마찰재를 차량의 고정 부재에 도포하고, 차량의 제2부재를 마찰재에 대해 접촉하는 양태로 회전시킴으로써, 고정 부재와 제2부재 사이의 마찰계수를 증대시키고, 차량의 서행을 촉진시키는 것을 포함한다. 본 발명의 마찰재의 또다른 사용 방법은 선로를 횡단하는 차량의 서행을 촉진시키는 것이고, 상기 방법은 마찰재를 차량 및(또는) 선로의 일부에 도포하고, 차량의 부재를 선로에 도포된 마찰재에 대해 접촉하는 양태로 회전시킴으로써, 선로와 회전 부재 사이의 마찰계수를 증대시키고, 차량의 서행을 촉진시키는 것을 포함한다.
본 발명의 추가 장점은 하기의 도면 및 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 및 2는 본 발명에 따라 제조한 마찰재의 확대된 측면 정면도.
도 3은 도 1의 마찰재의 평면도.
도 4 및 5는 도 1 및 2에 도시한 마찰재의 제조 방법을 도시하는 개략도.
도 6은 금속 기재에 부착된 도 1에 도시한 한 양태의 마찰재의 확대된 측면 정면도.
도 7은 금속 기재에 부착된 도 1에 도시한 또다른 양태의 마찰재의 확대된 측면 정면도.
본 발명은 마찰재 및 클러치 판 부재를 제공한다. 본 발명의 마찰재를 자동 전송에서의 토크 변환기 클러치(즉, 습식 클러치) 및 슬리핑 클러치에서 사용한 경우, 본 발명의 마찰재는 자동 전송 유체를 마찰 표면과 접촉 표면 사이의 계면에서 보유할 수 있다. 이어서, 기어 이동 동안, 전송 유체가 계면에 보유되기 때문에, 이동은 보다 용이하고 보다 효과적으로 발생한다. 본 발명의 마찰재는 또한, 수동 전송에서의 동기 장치 링에서 유용하다. 패턴화된 표면은 상기의 동기 장치 링 환경하에, 동기 장치 링 상에 전형적으로 존재한 오일 필름을 투과할 수 있다.
본 발명의 마찰재는 바람직하게, 모두를 표준 마찰재 시험에 따라 측정할 때, 중간점 동적 토크가 약 150 내지 180 뉴튼-m(N-m)이고, δ 토크는 30 N-m 미만이고, 최대 토크는 150 N-m보다 크고, 맞물림 시간은 약 0.40 내지 약 0.60초이다(실시예 부분을 참조함).
도 1을 참조하여, 마찰재(1)는 정면(12) 및 배면(13)을 갖는 배킹(11)을 포함한다. 배킹은 예를 들면, 하기에 논의한 아라미드 중합체 스테이플 섬유와 같은 다수의 보강 섬유(3)를 임의로 포함할 수 있다. 마찰 코팅(14)은 배킹(11)의 정면(12)에 접합된다. 본원에서 정의한 바와 같은 마찰 코팅(14)은 경화후 배킹의 상부 표면 또는 정면 상에 존재하지만 배킹으로 투과하지 않는 마찰 입자를 함유하는 피복성 접합제 전구체 슬러리의 일부이다. 마찰 코팅(14)은 내면(17), 및 본 도면에서 피라이드형인 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재(20)에 의해 한정된 패턴화된 마찰 표면(18)을 갖는다. 마찰 복합재(20)는 본원에 기술한 바와 같이, 접합제(5) 및 다수의 마찰 입자(4)를 포함한다. 접합제(5)는 정면(12)에의 복합재 부착 수단으로서 작용한다. 마찰 복합재(20)는 마찰 복합재(20) 바로 밑 및 그들 사이에서 연장하는 마찰 복합재의 랜드 연속층(19)에 의해 정면(12)에 접합된다. 배킹(11)은 마찰 복합재(20) 및 랜드(19)에 의해 연속적으로 덮일 수 있어서, 배킹(11)이 노출되지 않을 것이다. 마찰 복합재(20) 및 랜드 영역(19)은 배킹(11) 상에 침착된 때 본원에 기술한 제조 공구 및 기술과 동일한 슬러리로부터 동일한 시간에서 형성된다. 복합재(20)의 높이 "H"는 정면(12)에 대해 측정된다. 랜드(19)의 수직 두께는 통상적으로, 복합재의 수직 높이(11)의 50% 이하, 바람직하게는 약 1 내지 약 25%인 정면(12) (또는 정면 + 임의의 프라이머층)을 초월한다. 전형적으로, 랜드(19)의 두께는 복합재(20)의 높이가 약 50 내지 약 1,020 ㎛인 경우 약 10 ㎛ 미만일 것이다. 또한, 도 1(및 도 2)에 도시한 바와 같이, 접합제(5) 및 그 내부에 분산되어 있는 마찰 입자(4)의 일부는 그의 두께의 일부를 통해 섬유상 배킹(11 및 21)로 침출 및 함침된다.
본원에서 사용한 바와 같은 표현 "정확하게 성형된 마찰 복합재"란 혼합물이 배킹 상에 보유될 뿐만 아니라, 제조 공구(본원에서 기술됨)의 표면 상의 공동도 충전시키는 동안, 마찰 입자 및 경화성 접합제의 유동성 혼합물을 경화시킴으로써 형성된 형태를 갖는 마찰 복합재를 의미한다. 따라서, 그러한 정확하게 성형된 마찰 복합재는 공동의 형태와 동일한 형태를 정확하게 가질 것이다. 그러한 다수의 복합재는 작위적 패턴의, 즉 제조 공구 패턴의 역의 배킹 표면 및 랜드 부분으로부터 외부로 돌출하는 입체적 형태를 제공한다. 각 복합재는 경계에 의해 한정되며, 상기 경계의 바닥 부분은 통상적으로, 정확하게 성형된 복합재가 부착되는 배킹의 정면과의 계면이다. 경계의 나머지 부분은 복합재가 경화된 제조 공구 표면 상의 공동에 의해 한정된다.
도 3은 평면도의 도 1의 마찰재를 도시한다. 제조 공구에서 수행한 평행 v형 리지(ridge)의 3가지 교차 세트 패턴은 패턴화된 마찰 표면(18)을 결과한다. 입체적 복합재 구조는 제조 공구 리지에 의해 부여된 각 세트의 교차 홈에 의해 한정되며 a, b 및 c로 나타낸다. 개별적 마찰 복합재(20) 각각의 바닥은 3세트 각각의 1개의 홈에 의해 한정된다. 3면 피라미드 각각의 바닥 3면은 전형적으로 길이가 비교적 동일하다. 이것은 3세트의 홈, 즉 α, β 및 γ 사이의 교차 각도를 선택함으로써 제어할 수 있다. 마찰 복합재의 바닥 및 상기 복합재의 피크의 각 면은 본원에서 마찰 복합재의 표면으로서 언급된 평면을 한정한다. 각 돌출의 표면은 바람직하게, 면적이 비교적 동일하다. 제조 공구에서 4개 교차 홈의 보완적 패턴에 의한 정사각형 바닥의 피라미드 형성은 또한, 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다. 통상, 형태의 교차 구간 면적은 배킹으로부터 저하될 것이다.
도 2는 접합제(5)에 분산되어 있는 마찰 입자(4)로 구성된 피라미드형 마찰 복합재(20')의 형태가 절단된(정상이 편평한(flat-topped)) 것을 제외하고는, 도 1에 도시한 마찰재와 모든 면에서 유사한 제2마찰재(2)를 도시한다. 이것은 배킹(21)과 통상적으로 평행한 표면(26)을 형성한다. 복합재(20')는 랜드부(19)를 통해 배킹(21)의 정면(22)에 부착된 바닥(27)을 갖는다. 정상이 편평한 피라미드는 본원에 기술한 제조 공구의 공동 바닥의 보완적으로 편평한 기부에 의해 직접 형성될 수 있거나, 또는 별법으로 피라미드는 처음부터 피크를 갖도록 형성된 다음 정상을 스카이빙(skiving off)하거나 또다른 유사한 기계적 또는 연삭 공정에 의해 "정상이 편평하게" 될 수 있다.
도 6을 참조하여, 도 1의 마찰재(1)는 금속 기재와 같은 기재(16)에 직접 접합한다. 층(15)은 배킹(11)을 기재(16)에 부착시킨다. 바람직하게는, 층(15)이 니트릴 페놀계 수지와 같은 내열성 접착제이다. 별법으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 배킹(11)가 연결층(15')을 포함함으로써 기재(16)에 접합된다. 연결층(15')을 포함하는 마찰재의 탄성 모듈러스는 바람직하게는 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하, 보다 바람직하게는 약 1.0197 내지 10.197 ㎏(106내지 약 107다인)/㎠, 가장 바람직하게는 약 3.5 x 1.0197 ㎏(106다인)/㎠이다. 바람직하게는, 연결층(15')이 엘라스토머재로부터 형성되며, 또한 내열성이고 전송 유체와 같은 석유 화학제품에 대해 내성이 있다. 예를 들면, 연결층(15')은 플루오로중합체, 바람직하게는 플루오로엘라스토머를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있다. 어떠한 특별한 이론으로 제한하지 않으면서도, 마찰재, 또는 탄성 모듈러스가 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하인 연결층을 포함하는 마찰재의 혼합물이 마찰재의 가요성, 레질리언스 및(또는) 컴플라이언스를 증대시킬 수 있다고 믿어진다. 이어서, 상기의 증대된 컴플라이언스가 대향 기재에 대한 마찰재의 일치성을 증대시킬 수 있어 마찰계수를 유사하게 증대시킬 수 있다는 것도 추가로 믿어진다.
<마찰 코팅>
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 인접한 마찰 복합재(20, 20') 각각의 지점은 배킹(11, 21)로부터 이격된 비연속 말단부를 갖는 반면, 이들의 바닥에서 연결되어 있다. 형태의 외부 부분에서의 이러한 분리에 의해 인접한 마찰 복합재들 사이에는 골 또는 공동이 유도된다. 도 1이 이들 복합재의 바닥에서 인접 복합재를 도시하는 반면, 또한 복합재를 서로 이격시켜 랜드 영역이 복합재들 사이에서 노출되도록 할 수 있다. 또한, 불규칙하게 성형되어 잘 한정되지 않은 바와 같은 도 1 및 2에서 각 마찰 복합재를 형성하는 경계를 제공할 수 있다. 별개의 인식가능한 경계는 마찰재의 횡단면을 광학 또는 주사 전자 현미경과 같은 현미경하에 실험할 때 용이하게 볼 수 있으며 명백하다. 이들 개별적 인식가능한 경계는 정확한 형태의 윤곽 또는 외형을 형성한다. 이들 경계는 1개의 마찰 복합재를 또다른 마찰 복합재로부터 어느 정도까지 분리하며, 또한 1개의 마찰 복합재를 또다른 마찰 복합재로부터 구분한다.
일부의 경우, 형태를 형성하는 경계는 평면이다. 평면을 갖는 형태의 경우, 3개 이상의 평면(형태의 바닥 또는 임의의 정상을 배제함)이 존재한다. 소정의 형태에 대한 평면 개수는 목적하는 기하학에 따라 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 평면 개수는 3 내지 20개를 초과할 수 있다. 통상, 3 내지 10개, 바람직하게는 3 내지 6개의 평면이 존재한다. 이들 평면은 교차하여 목적하는 형태를 형성한다. 이들 평면이 교차하는 각도는 형태 칫수를 결정한다.
마찰 복합재 형태는 임의의 형태일 수 있지만, 상기 형태는 바람직하게는 직사각형, 원추형, 사절두의 피라미드, 반원형, 원형, 삼각형, 정사각형, 육각형, 피라미드, 팔각형, 캔디(gum drop)형, 원뿔형 등과 같은 것인 횡단면 또는 입체의 기하학적 형태이다. 바람직한 형태는 삼각형 바닥 및 사변형 바닥의 피라미드이다. 또한 바람직하게는, 모든 마찰 복합재가 배킹으로부터, 날카롭거나, 정상이 편평하거나, 둥글려졌거나 간에 상향 말단부로의 방향으로 진행하는 횡단면 면적이 저하된다. 상기의 변동성 횡단면은 경화된 복합재의 공구로부터의 이형 특성을 개선한다. 가변성 횡단면 면적이 사용하면서 증대함으로써, 부하/면적 뿐만 아니라 관련된 마모성도 저하된다. 통상, 5개/㎠ 이상의 마찰 복합재가 존재하며, 일부의 경우에는 도 1 및 2에서 도시한 바와 같은 양태에서 500개/㎠ 이상의 마찰 복합재가 존재한다. 통상, 약 120 내지 약 1,150개/㎠의 복합재가 적합하지만, 그보다 많거나 그보다 적은 값은 환경에 따라 최적일 수 있다. 마찰재 분야의 경우, 마찰 복합재의 높이(H)(예를 들면, 도 1을 참조함)는 통상적으로 약 88 내지 약 534 ㎛이다.
본 발명의 또다른 국면에서, 마찰 복합재 일부는 상이한 칫수의 인접 마찰 복합재를 갖는다. 본 발명의 상기 국면에서, 마찰 복합재의 약 10% 이상, 바람직하게는 약 30% 이상, 보다 바람직하게는 약 50% 이상, 가장 바람직하게는 약 60% 이상은 상이한 칫수의 인접 마찰 복합재를 갖는다. 이들 상이한 칫수로는 마찰 복합재 형태, 평면 경계들 사이의 각도 또는 마찰 복합재 칫수가 포함될 수 있다. 상기 형태의 제조 공구의 제조 방법은 국제 공개 공보 제WO 95/07797호(Hoopman 등)에 기술되어 있다.
<마찰 코팅의 접합제>
마찰 코팅을 제형하여 본 발명의 목적하는 용도를 위한 본 발명의 마찰재의 목적하는 특성을 수득한다. 마찰 코팅은 전형적으로, 다양한 온도 및 압력에서 광범위하게 다양한 적용에 적합한 마찰계수 및 일관된 마찰 수준을 나타내고, 비교적 오랫동안 유지된다. 또한, 마찰 코팅은 통상적으로 맞물리는 표면 및 유체에 적합하여, 마찰 코팅과 접촉하게 된다. 자동 전송 및 브레이크 용도에서, 마찰 코팅은 바람직하게 제형되어, 마찰재가 맞물리는 동안 최소의 점착성 및(또는) 슬리핑(예를 들면, 셔더(shuddre))으로 작동되는 동안 비교적 조용하게 된다.
본 발명의 마찰 코팅은 접합제 및 그 내부에 분산되어 있는 다수의 마찰 입자를 포함한다. 마찰 코팅은 바람직하게는 접합제에 의해 배킹 정면에 접합되지만, 중간 접착제를 사용할 수 있다. 접합제는 수행을 양호하게 하고, 마찰재를 오랫동안 유지시키는 데에 필수적인 특성을 제공하는 어떠한 재료라도 될 수 있다. 접합제는 또한, 마찰재에 가해진 열 및 힘을 저항할 수 있어야 한다.
마찰 코팅은 다수의 마찰 입자 및 접합제 전구체를 포함하는 접합제 전구체 슬러리로부터 유도된다. 접합제 전구체 슬러리는 하기의 본원에서 추가로 설명한 바와 같이, 배킹 또는 제조 공구 상에 코팅할 수 있는 반면, 접합제 전구체는 고화될 수 있는 유동성 상태이다. 가공 동안, 접합제 전구체 중의 수지는 고화되어 올리고머재 또는 고분자 재료를 형성한다. 고화는 경화시킴(즉, 중합 및(또는) 가교결합시킴) 또는 건조시키고(예를 들면, 액체를 제거하고) 경화시킴으로써 달성될 수 있다. 접합제 전구체는 유기 용매계, 수성, 또는 100% 고체(즉, 실질적으로 무(無) 용매) 조성물일 수 있다. 즉, 접합제는 100% 고체 조성물로부터 형성될 수 있거나, 또는 접합제는 용매(예를 들면, 케톤, THF 또는 물)로 코팅한 다음 건조 및 경화시킬 수 있다. 용매를 사용한 경우, 용매는 나머지 전구체 성분과 반응하지 않지만, 예를 들면 완전한 제거가 필수적으로 요구되는 것은 아니지만 열에 의해 제거될 수 있다. 바람직하게는, 접합제 전구체는 100% 고체 조성물이며, 이것은 실질적으로 무(즉, 약 1 중량% 미만의) 용매이다.
접합제 전구체는 경화된 올리고머재/고분자 재료를 비가역적으로 형성할 수 있는 것이고, 종종 용어 "열경화성" 전구체와 교대로 사용된다. 용어 "열경화성" 전구체란 본원에서 사용하여 열 및(또는) E빔, 자외선, 가시광선 등과 같은 기타 에너지원의 적용시, 또는 화학적 촉매, 수분 등의 첨가시 시간 경과와 함께 비가역적으로 경화되는 반응성 시스템을 의미한다. 용어 "반응성"이란 상기에 기재한 기전중 어느 것을 사용해서라도 중합, 가교결합, 또는 둘다에 의해 접합제 전구체의 성분이 서로 반응(또는 자체적으로 반응)하는 것을 의미한다. 이들 성분은 종종 수지로서 언급된다. 본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "수지"란 단량체, 올리고머, 중합체 또는 이들의 혼합물을 함유하는 다분산계를 의미한다.
따라서, 접합제를 형성하기에 적합한 재료는 반응성 성분, 즉 광범위하게 다양한 기전에 의해 가교결합 및(또는) 중합될 수 있는 물질을 포함하는 접합제 전구체이다. 하기로만 제한되지 않지만 예로는 알킬화 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지 및 알킬화 벤조구안아민-포름알데히드 수지와 같은 아미노 수지; 아크릴레이트와 같은 아크릴레이트 수지(아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함함); 우레탄 알키드 수지, 폴리에스테르 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지와 같은 알키드 수지; 레솔 및 노볼락 수지와 같은 페놀 포름알데히드 수지(즉, 페놀계 수지); 비스페놀 에폭시 수지와 같은 에폭시 수지; 이소시아네이트; 이소시아누레이트; 실리콘 수지; 캐슈(cashew) 넛 껍질 수지; 폴리이미드 수지 등이 포함된다. 그러한 반응성 접합제 전구체 성분은 예를 들면, 열 에너지, 방사선 에너지 등을 사용하는 다양한 기전(예를 들면, 축합 또는 부가 중합) 또는 기전의 조합에 의해 경화될 수 있다.
방사선 에너지의 신속하게 작용하는 (예를 들면, 5분 미만, 바람직하게는 5초 미만 동안의 적용을 필요로 하는) 형태에 의해 경화될 수 있는 접합제 전구체는 특히 바람직하다. 전자 빔(E빔) 방사선은 특히 바람직한데, 이는 상기 방사선이 과도하게 채색된 코팅을 투과할 수 있고, 상기 방사선의 속도 및 인가된 에너지의 효과적인 용도 때문이고, 상기 방사선의 제어가 용이하기 때문이다. 기타 유용한 형태의 방사선 에너지로는 자외선/가시광선, 핵방사선, 적외선 및 마이크로웨이브 방사선이 포함된다. 접합제 전구체는 특별 경화 기전에 따라, 촉매, 개시제, 또는 중합 및(또는) 가교결합 공정의 개시 및(또는) 촉진을 돕기 위한 경화제를 추가로 포함할 수 있다.
특히 목적하는 또다른 형태의 개시제 시스템은 열 개시제, 즉 중합을 개시하기 위한 열을 필요로 하는 것이다. 열 개시제는 또한, 과도하게 채색된 코팅을 투과할 수 있고, 그의 속도 및 인가된 에너지의 효과적인 용도 및 용이한 제어 때문에 바람직하다. 열 개시제를 단독으로 사용할 수 있거나, 또는 열 개시제에 적합한 발열성 시스템에서 사용할 수 있는 자외선 광개시제와 같은 또다른 개시제와 합하여 사용할 수 있다. 그러한 형태의 시스템에서, 자외선 방사선을 사용하여 반응을 개시시킨 다음, 열 개시제를 개시하는 데에 필요한 열을 수득할 수 있다. 열 개시제를 상기 시스템에 첨가하면서, 재료의 임의의 후 경화 요건을 제거할 수 있다. 시판중인 열 개시제의 예로는 둘다가 DuPont(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)이 공급하는 VAZO 52 및 VAZO 64 FREE RADICAL SOURCES 및 Akzo Nobel(미국 일리노이주 시카고 소재)이 공급하는 TRIGONOX 21-C50(3급 부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트)이 포함된다. 물론, 적용에 따라 선택된 개시제는 시스템의 화학 및 반응에서 유용한 열량에 따른다.
촉매의 첨가하에 열 에너지 및(또는) 시간에 의해 경화될 수 있는 반응성 접합제 전구체 성분으로는 예를 들면, 레솔 및 노볼락 수지와 같은 페놀계 수지, 비스페놀 A 에폭시 수지와 같은 에폭시 수지, 및 알킬화 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지 및 알킬화 벤조구안아민-포름알데히드 수지와 같은 아미노 수지가 포함된다. 이들과 같은 반응성 성분을 함유하는 접합제 전구체는 수지계에 따라 유리 라디칼 열 개시제, 산 촉매 등을 포함할 수 있다. 유리 라디칼 열 개시제의 예로는 벤조일 퍼옥사이드, 아조 화합물, 벤조페논 및 퀴논과 같은 과산화물이 포함된다. 전형적으로, 그러한 반응성 밀봉(seal) 코트 전구체 성분은 실온 경화성 시스템이 공지되어 있지만, 경화시키기 위한 실온(즉, 25 내지 30 ℃)보다 고온을 필요로 한다.
레솔 페놀계 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰비가 중량을 기준하여, 약 1 이상:1, 전형적으로는 약 1.5:1.0 내지 약 3.0:1.0이다. 노볼락 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰비가 중량을 기준하여 약 1 미만:1이다. 시판중인 페놀계 수지의 예로는 Occidental Chemicals Corp.(미국 텍사스주 댈러스 소재)이 공급하는 상품명 DUREZ 및 VARCUM; Monsanto(미국 미조리주 세인트 루이스 소재)가 공급하는 RESINOX; 및 Ashland Chemical Co.(미국 오하이오주 컬럼버스 소재)가 공급하는 AEROFENE 및 AEROTAP으로 공지된 것들이 포함된다.
에폭시 수지는 옥시란을 가지며 개환에 의해 중합된다. 이들 수지는 이들의 골격 및 치환기의 성질이 상당히 변화할 수 있다. 예를 들면, 골격은 에폭시 수지와 통상적으로 관련된 어떠한 형태의 것일 수도 있으며, 치환기는 실온에서 옥시란 환과 반응성인 활성 수소원자가 없는 어떠한 기일 수도 있다. 허용가능한 치환체의 전형적인 예로는 할로겐, 에스테르기, 에테르기, 술포네이트기, 실록산기, 니트로기 및 인산염기가 포함된다. 가장 흔하게 시판중인 에폭시 수지 중 하나는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)페닐]프로판(비스페놀 A의 디글리시딜 에테르)을 형성하기 위한 디페닐올 프로판(즉, 비스페놀 A) 및 에피클로르히드린의 반응 생성물이다. 그러한 물질은 Shell Chemical Co.가 공급하는 상품명 EPON(예를 들면, EPON 828, 1004 및 1001F) 및 Dow Chemical Co.(미국 미시간주 미들랜드 소재)가 공급하는 DER(예를 들면, DER 331, 332 및 334)로 시판 중이다. 기타 적합한 에폭시 수지로는 Dow Chemical Co.가 공급하는 상품명 DEN(예를 들면, DEN 431 및 428)으로 시판중인 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르가 포함된다.
아미노 수지는 포름알데히드 및 아민의 반응 생성물이다. 아민은 전형적으로 우레아 또는 멜라민이다. 가장 흔한 아미노 수지는 알킬화 우레아-포름알데히드 수지 및 멜라민-포름알데히드 수지이지만, 알킬화 벤조구안아민-포름알데히드 수지도 역시 공지되어 있다. 멜라민-포름알데히드 수지는 전형적으로, 야외 내구성 및 화학적 내성을 목적하는 경우에 사용한다. 그러나 전형적으로, 아미노 수지는 자체만을 사용하지 않는데, 이들 수지가 취약한 경향이 있기 때문이다. 따라서, 이들 수지는 종종 기타 수지계와 혼합된다. 예를 들면, 이들 수지는 알키드, 에폭시, 아크릴릭, 또는 아미노 수지와 반응할 관능기를 함유하는 기타 수지와 혼합되어 두 수지계의 양호한 특성의 장점을 이용할 수 있다.
바람직한 한 양태에서, 접합제 전구체는 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함한다. 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 적합한 수지는 바람직하게는, 일관능성 아크릴레이트 단량체, 다관능성 아크릴레이트 단량체, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴레이트화 아크릴릭, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지는 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된다. 어떠한 특별한 이론으로 제한하려는 의도는 없지만, 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함함으로써 마찰재의 가요성, 레질리언스 및(또는) 컴플라이언스를 증대시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 마찰재의 증대된 레질리언스는 또한, 마찰재의 대향 기재에의 표면적 접촉을 유사하게 증대시키는 마찰재의 일치성을 증대시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 또한, 이 현상에 의해 명백한 마찰계수 증대를 유사하게 결과하는 것으로 믿어진다. 그러나, 마찰재의 가요성, 레질리언스 및(또는) 컴플라이언스를 증대시키는 것은 유일한 특징이다. 마찰계수를 증대시키는 것과 상충할 수 있는 기타 특징은 특히 마찰재를 그러한 적용에서 전송 클러치 또는 브레이크 라이너로서 사용할 경우, 예를 들면 마찰재의 화학적 내성(예를 들면, 전송 유체와 같은 석유화학제품에 대한 내성) 및 마찰재의 내구성이다. 바람직하게는, 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함하는 접합제 전구체를 포함하는 마찰재는 탄성 모듈러스가 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하, 보다 바람직하게는 약 1.0197 내지 10.197 ㎏(106내지 107다인)/㎠, 가장 바람직하게는 약 4.5 x 1.0197 ㎏(106다인)/㎠이다.
본원에서 사용한 바와 같이, 용어 "아크릴레이트" 및 "아크릴레이트 관능성" 화합물로는 단량체, 올리고머 또는 중합체일 것에는 무관하게, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트가 둘다 포함된다. 우레탄 아크릴레이트는 히드록시 말단된 이소시아네이트 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르이다. 상기 아크릴레이트는 지방족 또는 방향족일 수 있다. 시판중인 우레탄 아크릴레이트의 예로는 Henkel Corp.(미국 뉴저지주 호보켄 소재)이 공급하는 상품명 PHOTOMER(예를 들면, PHOTOMER 6010), 모두가 UCB Chemical(미국 조지아주 스미르나 소재)이 공급하는 EBERCRYL 220(분자량 1,000의 6관능성 방향족 우레탄 아크릴레이트), EBECRYL 284(1,6-헥산디올 디아크릴레이트에 의해 희석된 분자량 1,200의 지방족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL 4827(분자량 1,600의 방향족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL 4830(테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트에 의해 희석된 분자량 1,200의 지방족 우레탄 디아크릴레이트), EBECRYL 6602(트리메틸올프로판 에톡시 트리아크릴레이트에 의해 희석된 분자량 1,300의 3관능성 방향족 우레탄 아크릴레이트) 및 EBECRYL 8402(분자량 1,000의 지방족 우레탄 디아크릴레이트), Sartomer Co.(미국 펜실바니아주 웨스트 체스터 소재)가 공급하는 상품명 SARTOMER(예를 들면, SARTOMER 9635, 9645, 9655, 963-B80, 966-A80 등); 및 Morton International(미국 일리노이주 시카고 소재)이 공급하는 UVITHANE(예를 들면, UVITHANE 782)로 공지된 것들이 포함된다. 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 기타의 유용한 수지로는 Sartomer Co.(미국 펜실바니아주 웨스트 체스터 소재)가 공급하는 상품명 SARTOMER CN 966-J75(25%의 이소보르닐 아크릴레이트와 블렌딩된 2관능성 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머), 및 UCB Chemical(미국 조지아주 스미르나 소재)이 공급하는 EBECRYL 350(실리콘 에스테르 아크릴레이트 올리고머); 모두 Sartomer Co.(미국 펜실바니아주 웨스트 체스터 소재)가 시판하는, 각각 상품명 SB570A20 및 SB510G35로 시판중인 2관능성(SR506) 또는 3관능성(SR454) 단량체와 블렌딩된 방향족 산 메타크릴레이트 하프 에스테르; 및 각각 상품명 SB520E35 및 SB520M35로 시판중인, 1관능성(SR334) 또는 3관능성(SR454) 단량체와 블렌딩된 방향족 산 아크릴레이트 하프 에스테르로 시판중인 것들이 포함된다.
<마찰 입자>
본원에서 사용한 바와 같은 용어 "마찰 입자"란 마찰계수를 증대, 저하 또는 개질시키기 위해 마찰 코팅에 첨가된 임의의 입자를 의미한다. 마찰 입자는 작위적으로 또는 무작위로 성형된 개별 입자, 접합제(미국 특허 제5,500,273호(Holmes 등)에 기재된 바와 같음)에 의해 함께 접합된 개별 입자로 구성된 정확하게 성형된 예비성형된 입자, 또는 분쇄된 섬유 형태일 수 있다. 상기의 무작위로 성형된 개별 입자의 크기는 약 0.1 내지 약 1,000 ㎛, 바람직하게는 약 1 내지 약 500 ㎛, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 250 ㎛일 수 있다. 정확하게 성형된 예비성형된 입자를 사용한 경우, 칫수는 약 2,500 ㎛ 이하이며 바람직하게는, 무작위로 성형된 다수의 개별 입자를 포함한다. 분쇄된 섬유의 길이는 사용한 경우, 약 0.1 내지 약 1,000 ㎛, 바람직하게는 약 50 내지 약 500 ㎛일 수 있다. 섬유의 종횡비는 바람직하게는 약 1 이상:1, 보다 바람직하게는 약 2 이상:1이다.
본 발명에서 유용한 마찰 입자의 적합한 종류 예로는 유기재, 금속재, 반금속재 및 비금속성 무기재가 포함된다. 유용한 유기 미립자 재료의 예로는 천연 및 합성 흑연, 코우크 등이 포함된다. 금속재의 예로는 탄소강, 회색 주철, 스테인리스강, 구리, 알루미늄, 티탄, 황동, 니켈, 아연 등으로 구성된 금속 입자 및 섬유가 포함된다. 유용한 반금속재의 예로는 소량의 강(鋼) 섬유와 결합된 철 분말이 포함된다. 유용한 비금속성 무기재의 예로는 알루미나, 소성된 알루미나, 규소 카바이드, 소성된 남정석 및 실리카와 같은 세라믹재가 포함된다. 유용한 작위적으로 성형된 입자는 예를 들면, 둘다가 Minnesota Mining and Manufacturing Co.("3M", 미국 미네소타주 세인트 폴 소재)가 공급하는 세라믹 입자인 상품명 "MACROLITE" 및 "ZEEOSPHERES"로 공지된 것들이다. 특이 마찰 미립자를 선택하는 동안 마찰 코팅이 맞물리는 표면을 연마 또는 조급하게 마모시키도록 너무 "마모성"이지 않도록 주의해야 한다.
하나의 바람직한 마찰 미립자는 형태가 통상적으로 불규칙한 야금학적 코우크 또는 석유 코우크와 같은 입상 탄소이다. 이들 탄소 입자는 Asbury Graphite Mills, Inc.(미국 뉴저지주 애즈베리 소재)과 같은 공급처가 시판중이다. Asbury Graphite Mills, Inc.이 공급하는 상품명 "4249" 및 "4349"를 갖는 것들은 특히 바람직하다. 이들 탄소 입자의 입도 분포는 실시예에 제공한다. 바람직하게는, 마찰 입자는 필수적으로, 평균 입도가 약 20 내지 약 50 ㎛인 탄소 입자로 구성된다. 그러한 탄소 입자는 주로 원소 탄소로 구성되며, 주로 코우크이지만, 카본 블랙 또는 흑연을 포함할 수 있다. "코우크"는 탄소의 무정형 형태이고 공기 부재하의 석탄 또는 석유 잔류물의 탄화로부터 제조된다.
이미 언급한 바와 같이, 야금학적 코우크 및 석유 코우크를 포함하는 코우크의 몇몇 적합한 형태가 존재한다. 석탄 유도된 코우크는 통상적으로 약 6 내지 약 16%의 재를 함유한다. 한편, 석유 코우크 입자는 통상적으로, 황과 같은 비(非) 탄소 무기재, 및 니켈 및 바나듐과 같은 중금속을 약 5 중량% 미만으로 함유한다.
"카본 블랙"은 탄화수소의 열 또는 산화적 분해로부터 제조된 탄소의 또다른 무정형 형태이다. 흑연은 자연적으로 발생하거나, 또는 석유 코우크를 전기 저항로에서 약 2,400 ℃까지 가열함으로써 합성할 수 있다. 또한, 미국 특허 제3,738,901호(Masushima)에 기재된 바와 같은 코코넛 껍질 활성탄은 사용될 수 있는 또다른 형태의 카본 블랙이다.
자체가 접합제에 분산 및 접합되어 있는 마찰 입자를 포함하는 정확하게 성형된 예비성형된 입자는 미국 특허 제5,500,273호(Holmes 등)에 기술된 방법으로 제조할 수 있다. 특히 바람직한 양태의 경우, 탄소 입자/접합제의 중량비는 약 1 내지 5부의 탄소 입자 : 1부의 접합제이며, 바람직하게는 약 1.3 내지 2의 탄소 입자 : 1부의 접합제이다.
<배킹>
배킹의 한 목적은 마찰 코팅을 유지 및 지지하는 것이다. 사용한 특별 배킹은 목적하는 마찰재 적용에 따라 선택될 것이다. 전형적으로, 배킹은 내열성이어야 하고 강력해야 한다. 내열성 및 강도 특성은 마찰재가 사용 동안에 발생한 힘 및 열을 견딜 수 있도록 하기에는 필수적이다. 일부의 경우, 예를 들면 본 발명의 마찰재를 동기장치 링에 사용하는 경우, 배킹은 차단제 링(즉, 동기장치)에 일치하도록 가요성이어야 한다. 기타의 경우에서, 디스크 브레이크 조립체용 브레이크 패드와 유사하게, 배킹은 실질적으로 (접합후) 비압축성이어야 하는데, 브레이크 패드가 필수적으로 경질 및 난정합(nonconforming)이어야 하기 때문이다. 바람직한 양태에서, 배킹은 다공질이어서, 마찰재 제조 동안 마찰 코팅을 부직 배킹 표면에 정착시키기에 필요할 정도로 접합제 전구체 슬러리는 배킹으로 투과할 것이다.
바람직하게는, 배킹 두께가 배킹의 폭 및 길이를 따라 상당히 일정하거나 또는 상당히 균일하다. 상기 두께는 어떠한 지점에서도 약 20%보다 많이, 바람직하게는 약 10% 이하까지 변하지 않아야 한다. 배킹 두께는 약 0.05 내지 약 10 ㎜, 전형적으로는 약 0.05 내지 약 1.0 ㎜일 수 있다. 약 0.13 ㎜의 배킹 두께는 대부분의 경우에서 적합하다. 본 발명의 배킹 두께값은 TAPPI 7411 OM 시험 방법에 따라 측정할 수 있다. 선택된 배킹 두께는 목적하는 레질리언스를 위한 두께가 충분하고, 경제적 이유 때문에 가능하면 얇고, 특별 클러치 환경 요건 때문에 필요한 만큼 두껍게와 같은 몇몇 고려사항에 의해 영향을 받는다.
배킹은 다공질 위빙(weaving) 직물 또는 부직물, 또는 이들 중 하나 이상의 적층물일 수 있다. 위빙된 배킹은 전형적으로 텍스타일 편물기 상에서 제조되며 예를 들면, 능직 위브(1상의 2회) 또는 면수자 위브(1상의 4회)일 수 있다. 통상적으로, 배킹이 제지기 상에서 제조된 배킹과 같은 부직 배킹인 것은 바람직하다.
본 발명의 배킹 웹을 특징화함에 있어서, "다공질"이란 접합제 전구체가 배킹 표면에 도포될 때 배킹 웹으로 함침되어 25 ℃에서 배킹 웹 두께의 적어도 일부를 통해 통과할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 접합제 전구체는 배킹 표면에 도포될 때 어떠한 웹 함침도 없이 배킹 표면 상에만 잔존하지는 않는다. 접합제 전구체의 양 또는 코팅률(즉, 마찰 입자의 접합제 슬러리를 통함)을 사용하여 전체 배킹 웹 두께를 통해 침출할(즉, 배어날(strike through)) 수 있다. 또한, 본 발명의 목적을 위해서는, 배킹 표면 상에 잔존하는 패턴화된 마찰재 부분을 정착 또는 유지시키기에 효과적인 정도로 배킹 웹 두께로 충분히 침출할 접합제 전구체 슬러리 양을 도포하여 전형적인 전송 및 클러치 판 적용에서 코팅된 마찰층의 점착성이 실패하지 않도록 하는 것이 허용된다. 이러한 기능을 달성하기 위한 코팅량은 솔직한 방법으로 경험적으로 결정할 수 있다.
배킹은 전형적으로 바람직하게는 섬유상 재료를 포함하거나 또는 섬유상 재료로부터 제조한다. 섬유상 재료의 섬유는 유기(합성 또는 천연) 또는 무기 섬유, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 합성 섬유의 예로는 폴리카르보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 중합체, 나일론, 아라미드, 폴리이미드 공중합체 및 이들의 물리적 블렌드로부터 제조된 것들이 포함된다. 천연 유기 섬유의 예로는 면, 양모, 견, 셀룰로스, 레이욘, 대마, 케이폭(kapok), 아마, 사이잘(sisal), 황마, 마닐라 및 이들의 혼합물이 포함된다. 적합한 무기 섬유의 예로는 금속성 섬유, 알루미나 섬유, 유리 섬유, 및 약 60 내지 70%의 알루미나, 20 내지 30%의 실리카 및 1 내지 20%의 보리아(boria)를 포함하는, 3M이 상품명 "NEXTEL"로 공급하는 것들과 같은 세라믹재로부터 제조된 섬유가 포함된다. 이들 섬유를 사용하여 제조한 부직 매트는 상품명 "NEXTEL 312" 및 "NEXTEL 440"으로 시판중이다. 탄소 섬유 웹도 역시 사용할 수 있다.
본 발명의 마찰재 내의 배킹으로서 유용한 하나의 특히 바람직한 재료는 균일한 밀도의 배킹을 제공하기 위해 아크릴릭 라텍스로 접합한 아라미드 중합체 스테이플 섬유를 포함하는 부직지이다. 적합한 마찰재 배킹을 수득하기 위해 부직된 균일한 밀도, 균일한 두께의 아라미드 스테이플 섬유를 수득하기 위해서는 상당히 주의해야 한다는 것이 밝혀졌다. 상기의 목적을 위한 아라미드 스테이플 섬유는 바람직하게는 길이가 약 0.5 내지 약 2 ㎝, 보다 바람직하게는 약 1.0 내지 약 1.5 ㎝이다. 약 2 ㎝보다 긴 (5 ㎝ 이상과 같은) 길이의 섬유는 허용될 수 없이 조밀한 배킹을 제조하는 조밀한 영역을 형성하는 경향이 있다. 약 0.5 ㎝보다 짧은 (0.05 ㎝ 이하와 같은) 섬유는 취급 강도가 적절한 배킹을 용이하게 형성하지 않는다. 배킹은 또한 바람직하게는 중량이 약 5 내지 약 50 g/㎡(보다 바람직하게는 약 10 내지 약 25 g/㎡)이어서 마찰 코팅용으로 충분한 구조 지지체를 제공한다.
아라미드 스테이플 섬유 제조에 사용하기에 적합한 아라미드 중합체는 E.I. DuPont de Nemours Company(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)가 상품명 "KEVLAR", "KEVLAR 29", "KEVLAR 49" 및 "NOMEX"로 공급한다. 본원에서 사용한 바와 같은 용어 "아라미드 중합체"란 당업계에서 통상적으로 방향족 폴리카르본아미드로서 명명한 합성 중합체 수지를 의미한다. 그러한 "아라미드 중합체"는 미국 특허 제3,652,510호(Blomberg) 및 제3,699,085호(Johnson)에 기재되어 있으며, 하기 화학식의 반복 단위를 특징으로 하는, 예를 들면 고유 점도가 약 0.7 이상인 고분자량 중합체인 것으로 교시되어 있다.
상기 식에서,
Ar1은 p-페닐렌 및(또는) 클로로-치환된 p-페닐렌 및(또는) 4,4-치환된 디페닐 메탄, 즉
이고,
Ar2는 p-페닐렌, 즉이다.
상기 화학식의 정의를 갖는 폴리카르본아미드의 예시적 예는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 클로로-치환된 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 및 이들의 공중합체이다. 아라미드 중합체의 방향족 핵 상의 치환기의 위치 또는 배치의 명명은 방향족 디아민, 이산, 또는 아라미드 중합체가 제조되는 기타 조 반응물 상의 치환체의 배치를 의미한다.
아라미드 중합체 또는 방향족 폴리카르본아미드가 주로, 상기 화학식에 따르는 카르본아미드 연결(-CONH-) 및 방향족 환 핵으로 구성될 수 있지만, 중합체는약 20 몰% 이하, 바람직하게는 약 5 몰% 이하의 난정합 코모노머 단위를 함유하여, 쇄 연장 결합이 동축이거나 평행하고 대향하는 방향족 카르본아미드 단위, 예를 들면 메타-페닐렌 단위, 비방향족 및 비아미드기와 같은, 상기에 기재한 것들과는 상이한 폴리카르본아미드 쇄내의 단위를 제공할 수 있다. 본 발명의 독특한 장점을 수득하기 위해 사용한 아라미드 중합체가 아라미드 섬유의 스테이플 형태인 것은 중요하다. 스테이플 섬유의 길이는 이미 언급한 바와 같이, 약 0.5 내지 약 2 ㎝이다.
이미 기술한 아라미드 섬유 부직지는 종래의 제지 기술로 제조하며, International Paper(미국 뉴욕주 턱세도 소재)가 상품명 "KEVLAR" 매트 시리즈 "8000050", "8000051", "8000052", "8000054", "8000065" 및 "8000068"로 시판중이다. 이들 종이는 섬유를 통합된 웹으로 통합하기 위해 사용한 아크릴릭 라텍스를 약 8 내지 약 18 중량%로 포함한다. 나머지 중량은 아라미드 섬유로 이루어진다.
배킹은 1) 배킹의 배면(즉, 비코팅 면)의 밀봉, 2) 배킹의 일부 물성의 개질 및(또는) 3) 가공중의 보조 처리를 임의로 함유할 수 있다. 개질된 물성은 강도, 강성, 내부 접합 강도, 내열성, 접착 촉진, 균일성 등일 수 있다. 그러한 처리의 예로는 아크릴릭 라텍스, 스티렌 부타디엔 고무, 가황처리된 고무, 나일론 폴리우레탄, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 처리는 아크릴릭 라텍스이다. 상부에 마찰 코팅을 갖지 않는 배킹면(도 1에서 배면(13))은 또한, 와이어 브러시(wire brush)를 사용하는 손에 의함을 포함하여 다양한 수단중 임의의 하나에 의한 기재로의, 접착제에 의한 마찰재 점착을 증대시키기 위해 기계적으로 거칠게 할 수 있다. 이러한 조도화 처리는 마찰재의 제조를 완성시켜야 하여 함침 슬러리가 이전 웹의 통합을 보강할 수 있고, 이러한 후자의 배면 조도화를 견디도록 돕는다.
도 6은 접착제 층(15)에 의해 금속 기재(16)에 부착된 도 1의 마찰재를 도시한다. 금속 기재(16)에 부착된 정확하게 성형된 마찰 복합재(20)의 조합은 전형적으로 맞물림 표면(61)에 대향하게 배치되어 클러치, 전송 밴드(band) 또는 브레이크 장치와 같은 전력 전송 기전(60)을 형성한다. 맞물림 표면은 전형적으로 금속이지만, 맞물림 표면이 본 발명에 따른 마찰재일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 접착제 층(15)은 단일층일 수 있거나, 또는 임의의 섬유상 보강재를 포함하는 다수의 접착제 층일 수 있다. 접착제 층이 단일층인 경우, 유용한 접착제로는 Raybestos, Inc.(미국 인디애나주 크로우포즈빌 소재)이 공급하는 상품명 "MACTAK"으로 공지된 것들과 같은 니트릴 페놀계 접착제 필름이 포함된다. 기타 유용한 접착제로는 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 상품명 "AF15"로 공급하는 니트릴 페놀계 수지 필름이 포함된다. 다층 접착제 층(15)의 적합한 예는 개재 페놀계 포화 아라미드 섬유 종이층 상에 삽입된, 3M이 공급하는 3M "EC-2174"로 제조된 니트릴 페놀계 필름과 같은 2개의 개별 니트릴 페놀계 필름의 다채로운 구조이다. 그러한 다채로운 구조의 접착제 층(15) 내의 아라미드 섬유지를 선택하여 미국 특허 제5,083,650호(Seitz 등)의 실시예 1에 기술된 명세서, 코팅 제형 및 방법에 따른, 페놀계 수지와 탄소의 혼합물로 포화시키며, 단 미국 특허 제5,083,650호의 실시예 1과는 상이하게, 제1 및 제2코팅 도포시-그 사이에 포화된 종이의 외면에 어떠한 입상 탄소 입자도 침착시키지 않으면서 제1 및 제2수지 코팅을 연속하여, 아라미드 종이에 도포한다. 코우크 충전된 페놀계 포화된 종이는 층을 강판에 접합되도록 압축시켜 마찰 활성면이 작동시 평행하여 상응 마찰 요소와 완전히 접촉하게 되고; 또한, 종이가 접합된 마찰판의 캘리퍼(caliper)를 구성하여 필요한 경우, 어떠한 클러치 클라어런스 요건이라도 만족시키도록 돕는다. 상기에 기술한 바와 같은 접착제 층(15)에서 사용한 임의의 그러한 페놀계 포화된 종이의 대신으로, 강도 및 열 내구성이 충분한 기타의 다양한 압축성 재료를 사용할 수 있었다는 것이 고려된다.
배킹은 또한 배킹의 화학적 및 물리적 특성을 변경시키는 첨가제를 함유할 수 있다. 이들 첨가제의 양은 코팅된 마찰 배킹의 목적하는 특성에 대응하게 선택된다. 그러한 첨가제의 예로는 강인화재, 형태 안정제, 충전제, 염료, 안료, 습윤화제, 계면활성제, 커플링제, 정전기 방지제, 오일, 난염제, 자외선 안정제, 내부 윤활제, 산화방지제 및 가공 조제가 포함된다.
<첨가제>
마찰 코팅은 예를 들면, 비마찰 충전제 및 섬유, 안료, 염료 및 정전기 방지제와 같은 임의의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 피복성 접합제 전구체 슬러리는 윤활제, 습윤화제, 요변재(thixotropic material), 계면활성제, 커플링제, 정전기 방지제, 가소화제 및 현탁화제를 함유할 수 있다. 이들 재료의 양은 목적하는 특성을 수득하도록 선택된다. 이들 첨가제의 일부는 또한, 생성된 마찰재의 마찰 특성을 변경시킬 것이다.
유용한 충전제는 바람직하게는, 크기가 약 0.1 내지 약 100 ㎛, 바람직하게는 약 1 내지 약 50 ㎛인 입자 형태이다. 유용한 비관능성 충전제의 예로는 경화된 캐슈 넛 수지, 경화된 페놀계 입자, (니트릴 고무 입자와 같은) 고무 입자, (탄산칼슘, 백악, 방해석, 이회토, 석회화, 대리석 및 석회암과 같은) 금속 탄산염, 칼슘 마그네슘 탄산염, 탄산나트륨, 탄산마그네슘, (석영, 유리 비드, 유리 기포, 유리 섬유, 가루와 같은) 실리카, (활석, 점토(몬모릴로나이트)와 같은) 규산염, 장석, 운모, 규산칼슘, 메타규산칼슘, 알루미노규산나트륨, 규산나트륨, (황산칼슘, 황산바륨, 황산나트륨, 알루미늄 나트륨 황산염, 황산알루미늄과 같은) 금속 황산염, 석고, 질석, 목재 가루, 3수화알루미늄, (산화칼슘(석회), 산화알루미늄, 이산화티탄과 같은) 금속 산화물 및 (아황산칼슘과 같은) 금속 아황산염이 포함된다.
커플링제는 접합제 중의 경화된 수지와 충전제 입자 및(또는) 마찰 미립자 사이에 연합 다리를 제공할 수 있다. 커플링제는 또한, 코팅을 용이하게 하고 제조 공구로부터의 마찰재 이형을 개선하는 레올로지를 제공하는 것처럼 보인다. 유용한 커플링제의 예로는 실란, 티타네이트 및 지르코알루미네이트가 포함된다. 특히 적합한 커플링제 예는 Union Carbide가 상품명 "A-174"로 공급하는 실란 커플링제이다. 접합제 전구체 슬러리는 바람직하게 약 0.01 내지 약 3 중량%의 커플링제를 포함한다.
유용한 현탁화제의 일례는 DeGussa Corp.(미국 뉴저지주 로셸 파크 소재)이 상품명 "OX-50"으로 시판중인 표면적이 약 150 ㎡/g 미만인 무정형 실리카 입자이다. 마찰 코팅에서 충전제로서의 무정형 실리카 입자의 용도는 상기 입자가 개선된 마모성 제어를 부여할 때 바람직하다. 무정형 실리카는 통상적으로 총 마찰 코팅 슬러리 중량 100부당 약 20 중량부 이하의 양으로 포함된다.
<본 발명의 마찰재의 제조 방법>
도 1 및 2의 본 발명의 마찰재의 한 제조 방법은 배치 공정인 성형에 의한 것이다. 배킹을 본원에서 기술한 바와 같은 접합제 전구체 슬러리로 코팅시킨다. 이어서, 배킹을 목적하는 마찰 표면 패턴의 역을 갖는 주형에 배치시킨다. 주형을 밀폐시키고, 접합제 전구체 슬러리의 수지를 전형적으로 가열하여 경화시키기에 충분한 조건에 접합제 전구체 슬러리를 처리한다. 이 방법이 본 발명의 마찰재의 한 제조 방법이지만, 집중적으로 힘이 드는 방법이다.
보다 경제적인 방법은 제조 공구를 연속 공정으로 사용하는 것이다. 도 1 및 2에 도시한 본 발명의 마찰재의 상기 바람직한 제조 방법에서 제1단계는 목적하는 수지, 목적하는 마찰 입자 및 임의로는 목적하는 임의의 첨가제를 (다수의 적합한 혼합 기술 중 하나로) 함께 혼합함으로써 접합제 전구체 슬러리를 제조하는 것이다. 혼합 기술의 예로는 저전단 및 고전단 혼합법이 포함되며, 상기의 고전단 혼합법은 바람직하다. 초음파 에너지 및 열 에너지(약 30 내지 약 70 ℃까지 가열함)는 또한 슬러리 점도를 저하시키기 위한 혼합 단계와 조합하여 이용할 수 있다. 전형적으로, 마찰 입자를 접합제 전구체에 점진적으로 첨가한다. 접합제 전구체 슬러리 중의 공기 기포 양은 혼합 단계 동안 접합제 전구체 슬러리 상에 진공을 가함으로써 최소화시킬 수 있다. 접합제 전구체 슬러리가 레올로지를 가져서 상기 슬러리가 배킹 또는 제조 공구 상에 퍼지거나 코팅되고, 여기에서 마찰 미립자가 접합제 전구체 슬러리 외부에 침강하지 않는 것은 중요하다.
본 발명의 한 양태에서, 슬러리를 배킹의 적어도 정면 상에 코팅시킨다. 이 코팅은 로울 코팅, 그라비어 인쇄 코팅, 나이프 코팅, 분무 코팅, 전송 코팅, 진공 다이 코팅, 다이 코팅 등과 같은 어떠한 종래의 기술로라도 수행할 수 있다. 슬러리를 배킹에 도포한 후, 본원에 기술한 제조 공구와 같은 수단을 사용하여 슬러리에 패턴을 부여한다. 본원에서 설명한 바와 같이, 플래스틱 필름을 배킹의 배면에 일시적으로 도포할 수 있고, 스퀴지(squeegee) 로울 또는 기타 수단을 사용하여 슬러리를 적어도 부분적으로 배킹으로 강제할 수 있다. 또는, 슬러리의 경화 동안 배킹 정면에 대해 프레싱된 공구의 공극 및 공구의 코팅면으로 슬러리 코팅을 우선 도포시킬 수 있다.
<에너지원>
접합제 전구체 슬러리를 배킹 상에 코팅시킨 후, 상기 슬러리를 에너지원에 노출시켜 접합제 전구체 슬러리 중의 수지의 중합을 개시시킨다. 적합하고 바람직한 에너지원의 예로는 열 에너지 및 방사선 에너지가 포함된다. 에너지 양은 수지 화학, 코팅된 후의 슬러리 칫수, 마찰 미립자의 양 및 형태, 및 임의의 첨가제의 양 및 형태와 같은 몇몇 인자에 따른다. 열 에너지의 경우, 온도는 약 30 내지 약 150 ℃, 통상적으로는 약 40 내지 약 120 ℃이다. 노출 시간은 약 5분 내지 24시간을 초과할 수 있고, 보다 긴 시간은 보다 저온의 경우에 적절하다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 방사선 에너지원으로는 전자 빔, 자외선 또는 가시광선이 포함된다. 또한 이온화 방사선으로서 공지된 전자 빔 방사선은 약 0.1 내지 약 10 Mrad, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 Mrad의 에너지 수준 및 약 75 KeV 내지 약 5 meV, 바람직하게는 약 250 내지 약 300 KeV의 가속 전압 수준으로 사용할 수 있다. 자외선 방사선이란 파장이 약 200 내지 약 400 ㎚, 바람직하게는 약 250 내지 약 400 ㎚인 비(非) 미립자 방사선을 의미한다. 바람직하게는 300 내지 600 W/2.54 ㎝(1 인치)의 자외선을 사용한다. 가시 복사란 파장이 약 400 내지 약 800 ㎚, 바람직하게는 약 400 내지 약 550 ㎚인 비 미립자 방사선을 의미한다. 방사선 에너지를 사용하는 경우, 일부의 마찰 미립자 및(또는) 임의의 첨가제는 방사선 에너지를 흡수하여 접합제 전구체 슬러리 중의 수지 중합을 억제할 수 있다. 상기 사실이 관찰되는 경우, 미립자에 의한 그러한 방사선 흡수를 보상하기에 필요한 정도로 보다 높은 조사량의 방사선 에너지를 사용할 수 있다. 또한, E빔 가속 전압을 증대시킴으로써 이온화 방사선 에너지의 투과를 증대시킬 수 있다. 또는, 또다른 형태의, 즉 마찰 미립자에 의해 흡수되지 않는 방사선 에너지를 사용할 수 있다.
이 중합 공정이 완결된 후, 접합제 전구체 슬러리의 수지는 접합제로 전환되거 슬러리는 마찰 코팅으로 전환된다. 생성된 마찰재는 통상적으로, 목적하는 형태로 전환되기 쉽다.
<제조 공구>
정확하게 성형된 다수의 공동을 갖는 제조 공구는 도 1 및 2의 마찰재의 제조 방법의 한 단계 이상 동안 필요하다. 이들 공동은 필수적으로, 마찰 복합재의 역 형태이고 마찰 복합재의 형태를 발생시키는 원인이다. 공동 칫수는 마찰 복합재의 목적하는 형태 및 칫수를 수득하도록 선택된다. 마찰 복합재는 모두 동일한 형태를 가질 수 있거나, 또는 마찰 복합재는 모두 무작위 형태일 수 있다. 공동의 형태 또는 칫수가 적절하게 제작되지 않는 경우, 생성된 제조 공구는 목적하는 마찰 복합재 칫수를 제공하지 않을 것이다.
도 1 및 2의 마찰재의 제조시 유용한 제조 공구에서 공동은 인접 공동들 사이에 공간을 갖는 도트 유사(dot like) 패턴으로 존재할 수 있거나, 또는 공동은 서로에 대해 상부 돌출할 수 있다. 바람직하게는, 공동이 서로에 대해 상부 돌출한다. 또한, 공동 형태는 마찰 복합재의 표면적이 배킹으로부터 저하되도록 선택된다.
제조 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 윤전그라비어(rotogravure) 로울과 같은 코팅 로울, 코팅 로울 상에 장착된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 제조 공구는 금속(예를 들면, 니켈), 금속 합금 또는 플래스틱으로 구성될 수 있다. 금속 제조 공구는 조각술, 호빙(hobbing), 전기주형, 부식동판술, 다이아몬드 회전, 너얼링(knurling) 등과 같은 임의의 종래 기술로 제작할 수 있다. 금속 제조 공구의 한 바람직한 기술은 다이아몬드 회전이다.
열가소성 공구는 금속 주(主) 공구로부터 복제할 수 있다. 주 공구는 제조 공구에 대해 목적하는 역 패턴을 가질 것이다. 주 공구는 금속 제조 공구와 동일한 방법으로 제조할 수 있다. 주 공구는 바람직하게는 금속, 예를 들면 구리로 제조되며 다이아몬드 회전될 수 있다. 이어서, 니켈 공구를 다이아몬드 회전된 구리 공구로부터 복제할 수 있다. 시트 열가소재를 임의로는 금속 공구와 함께 가열하여 2개를 함께 프레싱함으로써 열가소재를 주 공구 패턴으로 엠보싱(embossing)할 수 있다. 열가소재를 또한 금속 공구 상으로 압출 또는 주조한 다음 프레싱할 수 있다. 열가소재를 냉각시켜 고화시키고 제조 공구를 제조한다. 바람직한 제조 공구 열가소재의 예로는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이들의 혼합물이 포함된다. 열가소성 제조 공구를 사용하는 경우, 열가소성 제조 공구를 왜곡시킬 수 있는 과도한 열이 발생하지 않도록 주의해야 한다.
제조 공구는 또한, 마찰재 또는 마찰 복합재가 제조 공구로부터 보다 용이하게 이형되도록 이형 코팅을 함유할 수 있다. 금속을 위한 그러한 이형 코팅 예로는 경질 카바이드, 니트라이드 또는 보라이드 코팅이 포함된다. 열가소재용 이형 코팅 예로는 중합체로 그래프팅될 수 있는 실리콘 및 플루오로 화학시약이 포함된다.
본 발명의 도 1 및 2의 마찰재의 한 제조 방법을 도 4에 도시한다. 배킹(41)은 비권취 스테이션(42)을 이탈하는 동시에, 제조 공구(46)는 비권취 스테이션(45)을 이탈한다. 제조 공구(46)를 코팅 스테이션(44)을 사용하여 슬러리로 코팅시킨다. 점도를 보다 저하시키기 위한 코팅 전에 슬러리를 가열할 수 있거나 또는 초음파 에너지를 이용할 수 있다. 코팅 스테이션은 나이프 피복기, 커튼 피복기 또는 다이 피복기와 같은 임의의 종래 코팅 수단일 수 있다. 바람직한 코팅 기술은 진공 유체 베어링(bearing) 다이이다. 제조 공구를 코팅한 후, 배킹을 임의의 수단으로 슬러리 코팅된 공구와 접촉시켜 슬러리가 배킹 정면을 적시게 한다. 도 4에서 슬러리를 접촉 닙 로울(47)을 사용하여 배킹과 접촉시킨다. 이어서, 접촉 닙 로울(47)은 또한 생성된 구조를 지지 드럼(43)에 대해 강제한다. 이 단계 동안 임의의 플래스틱 필름 또는 이형지를 배킹 배면상에 (지지 드럼(43)과 배킹(41) 사이에) 적층시켜 슬러리를 제조 공구의 공동으로 강제할 수 있고, 또한 부직 배킹을 사용하는 경우 슬러리 일부를 배킹으로 투과시킬 수 있다. 슬러리는 배킹 정면을 적셔서 슬러리 일부가 배킹 두께 중 적어도 일부를 통해 침출되는 반면, 배킹 정면과 제조 공구의 공동화된 표면 사이에 함유된 코팅으로서 정면 상에 비함침 부분이 잔존하게 된다. 마찰 코팅의 접합제 전구체를 경화시키기 전에 상기 이형층을 박리 제거하여 여기에 텍스쳐를 부여할 수 있거나, 또는 마찰재를 사용하기 전이지만 경화 후에 상기 층을 박리 제거할 수 있다. 이어서 임의로는, 배킹의 배면을 기계적으로 스커핑(scuffing) 또는 조도화시켜, 접착제와 클러치 판 또는 기타 부재 사이의 접합 계면을 개선할 수 있다.
이어서, 일부 형태의 에너지(48), 예를 들면 자외선, E빔 등과 같은 화학선 방사선은 접합제 전구체 슬러리로 전송되어 접합제 전구체 슬러리의 수지를 적어도 부분적으로 경화시킨다. 용어 "부분적 경화"란 슬러리가 역전된 시험관으로부터 유동하지 않는 상태까지 수지가 중합되는 것을 의미한다. 수지와 공구 사이의 계면에서의 부분적 수지 경화는 공구를 회수하기 위해 중요하다. 부분적 경화는 통상적으로 당업계의 기술자가 수행한 바와 같이 조사량 및 방사선을 조정함으로써 수행한다.
보다 완전히 및 실질적으로는 완전히 경화시키기 위해서는 접합제 전구체 슬러리 중의 수지를 방사선 에너지원으로 다수회 통과시킬 수 있고(거나) 조사량 및 전압을 조정함으로써 통과시킬 수 있다. 바람직하게는, 공구/마찰재를 상기의 다수회 통과 사이에서 1회 이상에 걸쳐 플리핑(flipping)시켜 양 표면을 조사시키고 조사를 완결시킨다. 또한, 완성 방사선 노출로서, 공구를 분리 및 회수한 후, 마찰재를 방사선원 하에서 1회 이상 더 통과시켜 방사선 에너지에 의해 직접 포격되어 형성된 마찰 표면을 수득할 수 있다.
마찰재의 방사선 경화를 수행하기 위한 하나의 일반적 개요는 (1) 공구 배면이 E빔 원에 가장 근접한 약 1 Mrad의 조사량이 부여된 300 Kev에서 작동하는 E빔 원으로 슬러리 코팅된 공구/부직 배킹/플래스틱 필름을 통과시키고; (2) 플래스틱 필름이 E빔 원에 가장 근접하며 약 2 Mrad의 조사량이 부여된 것을 제외하고는, 슬러리 코팅된 공구/배킹/플래스틱 필름 상에서 회전시키고 상기 스택(stack)을 다시 E빔 원으로 통과시키고; (3) 공구를 제거하여 배킹 표면 상에 형성된 마찰 복합재의 적어도 부분적으로 경화된 성형 층을 이탈시키고; (4) 이처럼 생성된 마찰재를 마찰 복합재가 가장 근접한 E빔 원으로 다시 통과시키고, 약 6 Mrad의 조사량이 부여된 E빔 원에 대향시키고; (5) 플래스틱 필름을 배킹 배면으로부터 제거하여 형성된 마찰재를 수득하는 단계를 수반한다.
어떠한 경우에서라도 제조 공구를 마찰재로부터 분리된 후 굴대(mandrel)(49) 상에서 재권취하여 제조 공구를 다시 재사용할 수 있다. 또한, 마찰재(120)를 방사선 경화후 굴대(121) 상에서 권취한다. 접합제 전구체 슬러리 중의 수지가 여전히 완전히 경화되지 않은 경우, 수지를 주위 열로 완전히 경화시킬 수 있고(거나) 열 에너지원과 같은 또다른 에너지원에 노출시킬 수 있다.
제조 공구가 방사선 에너지를 감지가능하게 흡수하지 않는 한, 방사선 에너지는 제조 공구를 통해 전송될 수 있다. 또한, 방사선 에너지원이 제조 공구를 감지가능하게 저하시켜서는 안된다.
마찰 복합재가 탄소 입자를 포함하는 경우, 접합제 전구체 슬러리의 수지를 열 에너지 또는 전자 빔 에너지, 보다 바람직하게는 전자 빔 에너지로 경화시키는 것은 바람직하다.
접합제 전구체 슬러리를 또한 배킹 상에 코팅할 수 있지만 제조 공구의 공동으로 코팅할 수는 없다. 플래스틱 필름을 사용하여 필요한 경우, 슬러리를 손 또는 로울로 공동으로 압착시킬 수 있다. 이어서, 슬러리 코팅된 배킹을 제조 공구와 접촉시켜 슬러리가 제조 공구의 공동으로 유동하도록 한다. 마찰재를 제조하기 위한 나머지 단계는 상기에 기술한 바와 동일하다.
또다른 방법을 도 5에 도시한다. 배킹(51)은 비권취 스테이션(52)을 이탈하며, 접합제 전구체 슬러리(54)를 코팅 스테이션(53)으로 제조 공구(55)의 공동으로 코팅시킨다. 접합제 전구체 슬러리를 로울 피복기, 나이프 피복기, 커튼 피복기 또는 다이 피복기와 같은 임의의 기술로 제조 공구 상을 코팅시킬 수 있다. 또한, 접합제 전구체 슬러리를 가열하거나 초음파 에너지를 사용하여 점도를 저하시킬 수 있다. 이어서, 배킹 및 슬러리 함유한 제조 공구를 닙 로울(56)로 접촉시켜 슬러리가 배킹 정면을 적시게 한다. 바람직하게는, 슬러리 일부가 배킹 두께의 적어도 일부를 통해 침출되는 동안 비함침 부분은 배킹 정면과 제조 공구의 공동화된 표면 사이에 함유된 코팅으로서 정면 상에 잔존한다. 이어서, 접합제 전구체 슬러리 중의 수지를 에너지원(57)에 노출시켜 적어도 부분적으로 경화시킨다. 이 방법에서 방사선 에너지는 배킹을 통해 전송된다. 이러한 적어도 부분적인 경화후 슬러리는 배킹에 접합 또는 부착된 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재를 갖는 마찰 코팅(59)으로 전환된다. 상기 도 4와 관련하여 기술한 바와 같이, 이 양태의 마찰재는 유사하게, 층의 스택이 통과들 사이의 배향으로 바람직하게 다시 역전된 방사선 에너지원 하에 다수 통과시켜, 그의 각 면을 충격하는(striking) 방사선 포격을 제공할 수 있다. 생성된 마찰재는 경화가 완결된 후 닙 로울(58)로 제조 공구로부터 회수하여 재권취 스테이션(60) 상에서 권취시킨다. 이 방법에서, 에너지원은 열 에너지 또는 방사선 에너지일 수 있지만, 방사선 에너지가 바람직하다.
이러한 후자의 방법에의 별법적 접근으로서, 접합제 전구체 슬러리를 공구 공동의 대신으로 배킹 정면 상에서 코팅시킬 수 있다. 이어서, 슬러리 코팅된 배킹을 제조 공구와 접촉시켜 슬러리가 제조 공구의 공동으로 적셔지게 된다. 마찰재를 제조하기 위한 나머지 단계는 상기에 기술한 바와 동일하다.
도 4 및 5에 도시한 바와 같은 설비를 사용하는 어떠한 변형 방법에서도 접합제 전구체 슬러리가 섬유상 배킹의 대신으로 배킹 섬유들 사이를 투과하는 것은 바람직하다. 플래스틱 필름을 섬유상 배킹의 배면 상에 일시적으로 적층시켜 접합제 전구체 슬러리가 배킹을 통해 그의 외부로 완전히 유동하지 않도록 방지시킨 다음 컨베이어(conveyor) 로울 및 장비를 달리 오염시킬 수 있다. 이어서, 상기 플래스틱 필름을 배킹으로부터 제거한다. 이러한 제거는 바람직하게는 섬유상 배킹의 함침 수지를 부분적으로 경화시킨 후 공극을 도입시키지 않으면서 배면 필름을 제거함으로써 부여된 배면 텍스쳐를 보호함으로써 수행된다. 필름은 텍스쳐가 오히려 평활한 섬유상 배킹의 배면을 이탈하는 경향이 있으며, 완성된 마찰재는 전형적으로 연속하여 금속 클러치 판 부재와 같은 기재에 부착하기 때문에, 마찰재 배면을 기계적으로 스커핑 또는 조도화하는 것은 통상적으로 바람직하다. 이것은 손으로 유지된 와이어 브러시, 실린더 브러시, 부직 연마제, 코팅된 연마제 또는 등가물을 사용하는 실험실 규모로 수행할 수 있다.
하기의 비제한적 실시예는 본 발명을 추가로 설명할 것이다. 실시예에서 모든 부, %, 비 등은 특별히 지적하지 않는 한 중량을 기준한다. 하기 명명은 실시예 내내 사용한다:
TMPTA 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(Sartomer(미국 펜실바니아주 엑스턴 소재)가 상품명 "SARTOMER 351"로 시판함)
TATHEIC 트리스(히드록시 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트(Sartomer(미국 펜실바니아주 엑스턴 소재)가 상품명 "SARTOMER 368"로 시판함)
GUAM 대규모로 제조된 것을 제외하고는, 미국 특허 제5,055,113호(Larson 등)의 제법 5의 교시에 따라 제조한 글리콜루릴 아크릴아미드
AMP 대규모로 제조된 것을 제외하고는, 미국 특허 제4,903,440호(Larson 등)의 제법 4의 교시에 따라 제조한 아크릴아미도메틸화 페놀
DAP 대규모로 제조된 것을 제외하고는, 미국 특허원 제08/334,817호(Thurber 등)의 제법 5의 교시에 따라 제조한 프탈레이트 산 디아크릴레이트 에스테르
NPGDA 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트(Sartomer가 상품명 "247 MONOMER"로 시판함)
PH2 2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논(Ciba Geigy Corp.이 상품명 "IRGACURE 369"로 시판함)
PH3 α-디메톡시-α-페닐아세토페논(Ciba Geigy Corp.이 상품명 "IRGACURE 651"로 시판함)
FP1 200 메시 스크린 상에 최대 5% 보유된 석유 코우크 마찰 입자(Asbury Mills(미국 뉴저지주 소재)가 상품명 "4249"로 시판함)
FP2 200 메시 스크린을 통해 최대 45 내지 60% 통과한 석유 코우크 마찰 입자(Asbury Mills(미국 뉴저지주 소재)가 상품명 "4349"로 시판함)
NPR 니트릴 페놀계 수지(3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 상품명 "AF15"로 시판함)
ASF 무정형 실리카 충전제(DeGussa(미국 오하이오주 더블린 소재)가 상품명 "OX-50"으로 시판함)
SCA 실란 커플링제인 3-메타크릴옥시-프로필트리메톡시실란(Union Carbide가 상품명 "A-174"로 시판함)
SFL 실리카 가루(U.S. Silica(미국 웨스트 버지니아주 버클리 스프링스 소재)가 상품명 "Sil-O-Sil"로 시판함)
URO 25% 이소보르닐 아크릴레이트와 블렌딩된 2관능성 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머(Sartomer(미국 펜실바니아주 엑스턴 소재)가 상품명 "CN966J75"로 시판함)
NRP 100 메시의 니트릴 고무 입자(Midwest Elastomers, Inc.(미국 오하이오주 웨이팩코네타 소재)이 시판함)
EBC 실리콘 에스테르 아크릴레이트 올리고머(UCB Chemical(미국 조지아주 스미르나 소재)이 상품명 "Ebecryl 350"으로 시판함)
V52 2,2-아조비스(DuPont(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)이 상품명 "Vazo 52"로 시판함)
FLE 플루오로엘라스토머 중합체(Dyneon, LLC(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)가 상품명 "FC-2144"로 시판함)
FP3 열 블랙 카본(Huber(미국 오하이오주 에이크론 소재)가 상품명 "Huber N990"으로 시판함)
CAH 수산화칼슘
MGO 산화마그네슘
CWX 카르누바(carnuba) 왁스
<실시예 1 내지 3 및 비교예 A>
실시예 1 내지 3 및 비교예 A는 정확하게 성형된 다수의 복합재를 포함하는 본 발명의 마찰재의 한 양태를 설명한다.
<마찰재 1의 제조 방법>
접합제 전구체 슬러리는 목적하는 수지 전구체를 함께 혼합한 다음 목적하는 마찰 입자를 점진적으로 첨가하여 균일 슬러리를 제조함으로써 제조하였다. 생성된 접합제 전구체 슬러리를 제조 공구 상으로 코팅시켰다. 제조 공구는 폴리프로필렌 열가소재이었으며 니켈 기재의 금속 제조 공구로부터 복제하였다. 제조 공구의 패턴은 본원의 실시예에 기술한 방법으로부터 형성된 생성된 마찰 복합재가 각각 정사각형 바닥으로부터 편평한 정상으로의 예각으로 연장하는 4개의 노출된 측면을 갖는 높이 356 ㎛의 편평한 정상의 피라미드로서 성형되는 것이었다. 편평한 정상은 각각 측부 길이가 316 ㎛이었고, 바닥을 갖는 이들 교차부에서의 측면의 측면 길이는 442 ㎛이었다. 마찰 복합재는 이들의 각 바닥에서 152 ㎛로 이격되었다.
상기의 접합제 전구체 슬러리 코팅된 제조 공구를 부직 배킹과 접촉하도록 배치시켰고 로울러를 제조 공구 상에서 프레싱하여 슬러리를 제조 공구 공동으로 강제하였다. 부직 배킹은 평균 중량이 13.6 g/㎡이고 평균 두께가 132.1 ㎛이고, International Paper(미국 뉴욕주 턱세도 소재)의 부서인 Veratec이 상품명 "KEVLAR 29" 시트 및 Veratec 등급 "8000054"로 시판하는 아라미드 섬유 기재의 부직 배킹이었다. 이어서, 코팅된 중간체 마찰 제품/공구 스택은 이후의 본원에서 보다 상세히 기술한 바와 같이 상이한 방사선 조사량으로 다수회 통과시킴으로써 300 KeV 전자빔으로 조사시켜 경화시켰다. 마찰재는 통상적으로 마찰재/공구 스택의 양면으로부터 연속하여 조사한 다음 공구로부터 회수한 후 마찰재를 동일한 전자 빔 하에서 다시 1회 통과시켰다. 부직 배킹 상의 슬러리의 코팅 중량(즉, 공구의 건조 및 분리 후의 추가)은 약 540 g/㎡이었다.
<시험 절차 1>
마찰재를 클러치 판 헤드(head) 조립체(Greening Associates, Inc.(미국 미시간주 디트로이트 소재)이 공급함)가 구비된 SAE(Society of Automotive Engineers) 제2번 마찰 시험 기계 상에서 General Motors Corporation 시험 번호 GM-6297M, 부록 C(1993)에 따라 시험하였다. 마찰재 및 전송 유체의 상기 기준 시험에서 100시간 연속 시험을 수행하였고 토크를 시간에 대해 플로팅(plotting)하였다. 중간점 토크(맞물림 개시와 고정 주사 사이의 거의 중간 시점에서 중심된 평균 48점), 최대 토크(500 rpm과 고정 주사 사이에서 밝혀진 최대 토크값), δ 토크(최대 토크 - 중간점 토크) 및 맞물림 시간을 측정하였다. 시험에서 사용한 전송 유체는 GM이 상품명"DEXRON III"으로 공급하는 것이었다.
실시예 1 및 2에 대한 마찰재를 문헌[참조: General Procedure For Making the Friction Material]에 따라 제조하였다. 실시예 1 및 2의 경우, 접합제 전구체 슬러리를 123.8부의 TATHEIC, 123.8부의 TMPTA, 2.5부의 PH2, 93.6부의 FP1, 200부의 FP2, 28.7부의 ASF 및 2.5부의 SCA를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조하였다. 생성된 접합제 전구체 슬러리는 60 ℃까지 가열하면서 63.5 ㎝의 수은까지 탈기시켰다. 슬러리는 불 노우즈(bull nose) 나이프 피복기를 사용하여 제조 공구로 코팅시켰고 플래스틱 공구 상에 51 ㎛의 갭을 수득하도록 조정하였다. 상기 나이핑(knifing)은 51 ㎛의 갭에서 각 통과마다 새로운 슬러리를 도포하여 5회 반복하였다. 상기 절차를 수행하여 공구의 슬러리 코팅된 공동 내에서 공기 기포 포획을 저하시켰다. 이어서, 추가의 슬러리는 254 ㎛의 갭을 갖는 공구 공동 내의 슬러리의 노출 표면에 도포시켰다. 후자가 코팅된 공구와 접촉할 때 배킹이 슬러리 수지에 의해 포화되도록 촉진시킬 목적으로, 상기의 추가 슬러리 수지를 도포하였다.
실시예 1 및 2의 경우, 도 4에 도시한 바와 같은 도면에서와 같이, 배킹이 조사 처리 직전에 닙 로울에 의해 슬러리 코팅된 공구면과 접촉하도록 강제하였다. 배킹 및 슬러리 코팅된 공구의 상기한 접촉 단계 동안 얇은 플래스틱 필름은 공구 측면에 대향하는 배킹의 배면 상에 배치시켰다. 이 공정으로써 양호하게 복제되었고 공극이 유의하게 저하되었다. 이어서, 생성된 중간 시료는 (공구측으로부터) 공구를 통해, 300 KeV 및 1 Mrad의 조사량에서 작동하는 전자빔으로 마찰 슬러리로 조사시켰다.
이어서, 플래스틱 필름이 E빔 원에 가장 인접하고 약 2 Mrad의 조사량이 부여된 것을 제외하고는, 중간 시료를 E빔 원으로 반전시켜 다시 조사하였다. 이어서, 공구 및 플래스틱 필름을 제거하여 배킹 표면 상에 형성된 마찰 복합재의 적어도 부분적으로 경화된 성형층을 수득하였다. 이어서, 이러한 생성된 마찰재는 E빔 원에 최인접하고 그에 대향하며 마찰 복합재가 6 Mrad의 조사량이 부여된 E빔 원에 의해 통과되었다.
실시예 3에 대한 마찰재는 문헌[참조: General Procedure For Making the Friction Material]에 따라 제조하였다. 접합제 전구체 슬러리는 98.5부의 GUAM, 24.5부의 AMP, 74.0부의 DAP, 49.25부의 NPGDA, 3.75부의 PH3, 93.6부의 FP1, 200.0부의 FP2, 28.7부의 ASF 및 2.5부의 SCA를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조하였다. 생성된 접합제 전구체 슬러리는 80 ℃까지 가열하면서 63.5 ㎝의 수은까지 탈기시켰다. 슬러리는 나이프 피복기를 사용하여 제조 공구로 코팅시켜 플래스틱 공구 상에 51 ㎛의 갭을 수득하도록 조정하였다. 코팅은 51 ㎛의 나이프 갭 하에, 각 통과마다 새로운 슬러리를 도포하여 5 내지 10회 반복하였다. 이 절차를 수행하여 슬러리 코팅된 공구의 공동 내에서 공기 기포 포획을 저하시켰다. 이어서, 추가의 슬러리 두께를 254 ㎛의 나이프 갭을 갖는 공구 공동 내의 슬러리의 노출면에 도포하였다. 이러한 추가 슬러리 수지가 코팅된 공구와 접촉할 때 상기 수지 두께는 배킹을 포화시킬 것이다.
실시예 3의 경우 도 4에 도시한 도면과 유사하게, 배킹이 조사 처리 직전에 닙 로울에 의해 슬러리 코팅된 공구면과 접촉하도록 강제하였다. 배킹 및 슬러리 코팅된 공구를 접촉시키는 동안, 얇은 이형지를 공구에 대한 표면에 대향하는 배킹의 배면 상에 배치시켰다. 상기 이형지가 공극을 유의하게 저하시키는 반면, 수지 슬러리가 닙 로울러 및 E빔 원 상에서 압축되지 않도록 방지한다. 생성된 중간 시료는 25 ft/분에서 E빔을 통해 주행하는 웹에 부착시켜 빔이 이형지, 포화된 배킹, 수지 슬러리 및 플래스틱 공구 각각을 통해 방사되도록 하였다. 제1통과의 경우, 빔을 275 KeV 및 5 Mrad의 조사량에서 작동시켰다. 제2통과시에는 시료를 웹 상에 배치시켜 빔을 플래스틱 공구, 수지 슬러리, 포화된 배킹 및 이형지 각각을 통해 방사시킨 것을 제외하고는, 5 Mrad의 조사량을 도포하였다. 제3통과시에는 이형지를 제거하여 3 Mrad의 조사량을 배킹을 통해 도포시켰다. 이어서, 공구를 제거하여 배킹 표면 상에 형성된 마찰 복합재의 적어도 부분적으로 경화된 성형층을 수득하였다. 경화를 완결하기 위해서는 실시예 3의 시료를 177 ℃에서 오븐에서 3시간 동안 배치시켰다.
실시예 1 내지 3 각각의 마찰재를 제조한 후, 그것의 일부를 NPR을 사용하여, General Motors Corporation이 부품 번호 제8643741호로 시판중인 각 강판의 양면과 접합시켰다. 강판 표면은 판 상에 이미 장착된 마찰재를 분사(sandblasting)시킴으로써 본원에서 시험한 마찰재의 수용에 대해 제조한 다음 강판을 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 공급한 3M EC-2174 니트릴 페놀계 액체 프라이머를 사용하여 양면 상에서 프라이밍(priming)하였다. 프라이밍된 판을 25 ℃에서 1시간 동안 건조시킨 다음 150 ℃에서 1시간 동안 부분적으로 경화시켰다. 이어서, 생성된 판 시료를 6,360 ㎏의 힘하에서 177 ℃에서 1시간 동안 가열하여 NPR을 경화시켰다.
마찰재는 하기 구성의 복합재 접착제 층을 통해 프라이밍된 판과 접합시켰다. 접착제 층의 경우, 2개의 개별 니트릴 페놀계 필름, 즉 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 공급한 3M EC-2174를 사용하여 제조된 니트릴 페놀계 필름을, 전환층으로서 탄소 충전된 페놀계 포화지의 대향면 상에 적층시키는 것을 수반하는 구조를 수득하였다. 아라미드 섬유지는 미국 특허 제5,083,650호(Seitz 등)의 실시예 1에 기술된 명세서, 코팅 조성물 및 방법으로 페놀계 수지 및 탄소의 혼합물을 선택 및 포화함으로써 수행하였으며, 단 미국 특허 제5,083,650호의 실시예 1과는 상이하게, 제1 및 제2수지 코팅은 제1 및 제2코팅 도포에서-그 사이에 어떠한 입상 탄소 입자도 포화지 외면에 침착하지 않으면서 아라미드 지에 연속하여 도포하였다. 실시예 1 내지 3의 마찰재의 링을 보완적으로 사이징할 때 접착제 필름/포화된 페놀계 접착제 필름 복합재의 링을 절단하였다. 마찰재/복합재 접착제 층/프라이머/강판/프라이머/복합재 접착제 층/마찰재의 상기 스택은 "리넨(linen)"에서 경화된 철로부터의 열을 인가하면서 함께 경량으로 적층시켰다. 이어서, 스택을 가열된 수력 프레스에서 177 ℃에서 1시간 동안 프레싱시켰다.
비교예 A의 마찰재는 General Motors Corporation이 공급한 바와 같은 부품 번호 제8643741호 상에 접합된 기준 마찰지로서 시판중인 포화된 페놀계 마찰지를 포함하였다.
이어서, 실시예 1 내지 3 및 비교예 A의 마찰재를 상기 시험 절차에 따라 시험하여 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타낸 결과는 시험 동안 1시간 및 100시간의 시험 시점에서 측정하였다. 실시예 1 내지 3에 대한 강판 실험에서 각 시험후 마찰재가 파멸적으로 실패하지 않았고(즉, 판으로부터 이층되지 않았고); 마찰재가 통상적으로 마모가 적은 그의 원래 미세지형학을 보유하였다는 것을 측정하였다. 따라서, 종래의 마찰재와 달리 작업가능한 제품 및 실행가능하다는 것을 나타내었다.
측정 비교예 A 실시예 1 실시예 2 실시예 3
시험 시점(시) 1/100 1/100 1/100 1/100
시당 주기 180/180 180/180 180/180 180/180
중간점 동적 토크(N-m) 154/167 140/130 149/136 146/106
δ1토크(N-m) 5/4 30/69 21/43 16/68
최대 토크(N-m) 159/171 170/199 170/179 162/174
맞물림 시간(초) 0.580/0.539 0.615/0.651 0.588/0.635 0.609/0.771
1δ 토크 = 최대 토크값-중간점 토크값.
<실시예 4 내지 10 및 비교예 B>
실시예 4 내지 10은 본 발명의 기타 양태를 설명한다.
<마찰재 2의 일반적 제조 방법>
진공-슬롯-다이(vacuum-slot-die)를 사용하여 슬러리를 제조 공구로 코팅하였다. 공구가 다이면 하에서 통과할 때 진공 슬롯은 공기를 공구 공동으로부터 제거하는 동안 슬러리 슬롯은 비워진 공동을 충전시키는 전구체 슬러리를 운송한다. 다이를 진공 및 슬러리 슬롯 사이에서 20.32 ㎛(8 밀)의 옵셋과 조립하여 진공 슬롯을 공구와 보다 근접하게 하였으며 슬러리 슬롯은 부직 배킹을 포화시키기에 필요한 25.4 ㎛(10 밀)의 추가 필름을 운송할 수 있었다. 진공 슬롯은 공구를 초월하여 5.08 내지 7.62 ㎛(2 내지 3 밀)에 배치시켰다. 코팅된 필름 두께는 웹 속도 및 슬러리 펌프 속도를 조합하여 조정하였다. 진공은 68.58 ㎝(27 인치)의 Hg에서 주행한 진공 펌프에 의해 공급되었다.
상기 접합제 전구체 슬러리 코팅된 제조 공구는 부직 배킹(문헌[참조: General Procedure for Making Friction Material 1] 하에 기술된 바와 같음)과 접촉되어 라이너(liner)를 이형하도록 배치시켰다. 이형 라이너, 부직 및 코팅된 공구의 스택을 2개의 로울러 사이에서 주행시켜 과량의 슬러리를 부직 배킹으로 프레싱시켰다. 코팅된 중간 마찰 제품/공구 스택은 이후의 본원에서 보다 상세히 기술한 바와 같이, 300 KeV의 전자 빔을 상이한 방사선 조사량으로 다수회 통과시키거나 또는 자외선(UV)을 다수회 통과시켜 조사시켜 경화시켰다. 통상적으로, 마찰재를 이형 라이너/마찰재/공구 스택의 양면으로부터 연속하여 조사시킨 다음, 공구로부터 회수한 후 마찰재를 동일한 전자빔 하에서 다시 한번 통과시키거나, 또는 자외선 경화된 재료의 경우 오븐으로 배치시켰다.
<시험 절차 2>
마찰재를 클러치 판 헤드 조립체(Greening Associates, Inc.(미국 미시간주 디트로이트 소재)이 공급함)가 구비된 SAE(Society of Automotive Engineers) 제2번 마찰 시험 기계 상에서 제안된 SAE 저속 단계 수준 시험 방법 및 SAE JI646에 정의한 용어에 따라 시험하였다. 습윤 마찰재의 상기 기준 시험에서 클러치 팩(pack)은 시험할 마찰 디스크 각각을 다이나노미터(dynanometer) 내의 강(鋼) 반응 디스크들 사이에 배치시킴으로써 형성되었다. 마찰 디스크를 회전 샤프트(shaft)에 부착시킨 동안 강 반응 디스크를 고정시켰고 토크 감지기를 사용하여 장착시켰다. 전체 클러치 팩은 시험 동안 전송 오일을 사용하여 공급하였다.
각 고정 주기는 샤프트에 부착된 마찰 디스크를 유인하면서 관성 매스가 3,600 rpm의 회전 속도까지 되도록 개시하였다. 피스톤은 압력을 클러치 팩에 인가함으로써 마찰 디스크가 반응 디스크와 접촉하도록 유도하였다. 고정 주기는 샤프트가 회전을 중단할 때 완결되었다. 고정 시간은 피스톤이 30 ㎪의 역치에 도달한 압력을 인가할 때의 시간으로부터 측정된, 마찰 디스크가 회전을 중단시키는 데에 필요한 시간이었다. 오일 온도, 고정 시간 및 초기 RPM을 일정하게 유지시킨 동안, 인가 압력 및 토크는 변화하였다. 필요한 인가 압력 및 측정된 토크를 이용하여 고정 동안의 계수를 계산하였다. 각 에너지 수준은 200회의 고정 주기 동안 주행하였다. 초기 에너지 수준을 15.13 kJ에서 고정시켰고, 마찰재가 실패하였거나 44.40 kJ의 11번째 에너지 단계를 완결하였을 때까지 2.89 kJ의 단계 증분으로 증대하였다. 각 에너지 단계는 다이나모미터의 회전하는 샤프트 상의 관성 매스를 증대시킴으로써 달성하였다. 시험에서 사용한 전송 유체는 GM이 공급한 상품명 "DEXRON III"으로 공지된 것이었다.
목적하는 변수는 고정 주기의 초기, 중간점 및 종료점에서의 마찰계수, 및 재료가 실패한 에너지 수준이었다. 다이나모미터가 압력을 인가할 때 발생된 재료 실패는 0.5초의 고정을 유지할 수 없다.
마찰재를 평가할 때 가능하면 큰 마찰계수를 갖는 것이 바람직하지만, 종료점 마찰계수는 중간점 마찰계수 이하이어야 한다. 이는 클러치가 시험된 마찰재를 포함하는 클러치 이동 특징의 상대적 평활도를 나타낸다.
실시예 4 내지 10에 대한 접합제 전구체 슬러리는 표 2에 나타낸 하기 조성을 기준하여 제조하였다. 비교예 B는 Ford Motor Company(미국 미시간주 데아본 소재)가 상품명 E8DZ-7B164-A로 시판하는 종래의 클러치 링이었다.
실시예 4 5 6 7 8 9 10
수지 전구체
TATHEIC 2475.0 2475.0 2475.0 2475.0 1104.9 567.0 982.0
TMPTA 2457.0 2457.0 2475.0 2475.0 1104.9 850.5 982.0
PH2 50.0 50.0 50.0 50.0 22.2 45.0 40.0
FP1 1873.6 1873.6 1873.6 1873.6 931.5
FP2 4000.0 4000.0 4000.0 4000.0 936.0 800.0
ASF 574.8 574.8 574.8 574.8
SCA 46.0 46.0 46.0 46.0 22.5 22.5 16.0
SFL 1314.0 1314.0 780.0
EBC 67.5 60.0
URO 765.0
V52 21.8 9.8
NRP 400.0
<실시예 4 및 5>
실시예 4 및 5에 대한 마찰재는 2,475.0부의 TATHEIC, 2,475.0부의 TMPTA, 50.0부의 PH2, 1,873.6부의 FPI, 4,000부의 FP2, 574.8부의 ASF 및 46.0부의 SCA를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조된 접합제 전구체 슬러리를 사용하여 제조하였다. 이어서, 슬러리를 60 ℃까지 가열하였고 문헌[참조: General Procedure for Making Friction Material 2]에 기술한 바와 같이 코팅시켰다. 생성된 코팅은 300 KeV 및 6 Mrad의 조사량에서 작동하는 전자 빔으로 (상부로 향하는 이형 라이너를 사용하여) 방사시켰다. 코팅은 상부로 향하는 공구를 사용하여 반전시켰고 300 Kev 및 2 Mrad의 조사량을 통해 통과시켰다. 경화된 재료를 공구로부터 제거하여, 배킹 표면 상에 형성된 마찰 복합재의 적어도 부분적으로 경화된 층을 수득하였다. 최종 경화를 위해 마찰재를 300 Kev에서 7 Mrad의 또다른 조사량을 조사하였다.
Ford Motor Company가 부품 번호 제E8DZ-7B164-A로 시판하는 강 디스크는 마찰재 접합을 위해 제조하였다. 시판중인 디스크 상에 존재하는 종이는 부식성삼출물 중에서 삼출시켜 제거하였다. 디스크를 물로 세정하였고 공기로 건조시켰다. 양면을 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 공급한 3M EC-2174 니트릴 페놀계 액체 프라이머로 프라이밍시켰다. 파리밍된 판을 25 ℃에서 1시간 동안 건조시킨 다음, 204 ℃에서 1시간 동안 부분적으로 경화시켰다.
마찰재는 하기 구성의 복합재 접착제 층을 통해 프라이밍된 디스크와 접합시켰다. 접착제 층의 경우, 2개의 개별 니트릴 페놀계 필름, 즉 MacTac으로 제조된 니트릴 페놀계 필름을, 전환층으로서 탄소 충전된 포화된 페놀계 아라미드지의 대향면 상에 적층시키는 것을 수반하는 구조를 수득하였다. 아라미드 섬유지는 미국 특허 제5,083,650호(Seitz 등)의 실시예 1에 기술된 명세서, 코팅 조성 및 방법에 따라 페놀계 수지 및 탄소의 혼합물을 선택 및 포화함으로써 형성되었으며, 단 미국 특허 제5,083,650호의 실시예 1과는 상이하게, 제1 및 제2수지 코팅은 제1 및 제2코팅 도포에서-그 사이에 어떠한 입상 탄소 입자도 포화지 외면에 침착하지 않으면서 아라미드 지에 연속하여 도포하였다. 실시예 4 및 5의 마찰재의 링을 보완적으로 사이징할 때 접착제 필름/포화된 페놀계 접착제 필름 복합재의 링을 절단하였다. 마찰재/복합재 접착제 층/강판/복합재 접합제층/마찰재의 상기 스택은 "리넨"에서 경화된 철로부터의 열을 인가하면서 함께 경량으로 적층시켰다. 이어서, 스택을 가열된 수압 프레스에서 2,268 ㎏(5,000 lbs) 및 204 ℃에서 2분 동안 프레싱시켰다.
<실시예 6 및 7>
실시예 6 및 7에 대한 마찰재는 비교예 4 및 5의 마찰재와 동일하게 제조하였다. 그러나, 비교예 4 및 5에서 사용한 복합재 접착제 층은 플루오로엘라스토머층과 대체시켰다. 이 경우, 플루오로엘라스토머층은 100.0부의 FLE, 30.0부의 FP3, 6.0부의 CAH, 3.0부의 MGO 및 0.5부의 CWX로 구성하여 배합하였고 두께 약 0.46 ㎜(18 밀)의 시트로 캘린더링시켰다.
실시예 6 및 7에 대한 마찰 디스크 스택은 배합된 플루오로엘라스토머층을 강 디스크의 양면 상에 우선 배치시켰고, 마찰 표면층은 플루오로엘라스토머층 정상 상에 배치시킴으로써 형성하였다. 스택을 형성하기 전에 미가공(bare) 강 디스크를 이소프로필 알콜 및 Chemlok 5150(미국 펜실바니아주 에리 소재의 Lord Corp.이 공급함)의 5:1 혼합물을 사용하여 인쇄하였다. 스택을 형성한 후 층을 뜨거운 철을 사용하여 함께 적층시켰다. 비압축된 전체 캘리퍼를 측정하였고, 쉼(shim)은 마찰재의 압축 프레스 갭을 약 17.78 ㎛(7 밀)까지 한정하도록 선택하였다. 쉼 및 디스크를 204.4 ℃(400 ℉)까지 가열된 프레스로 배치하였고 2,268 ㎏(5,000 lb)으로 2분 동안 프레싱하여 플루오로엘라스토머를 경화시켰다. 과량의 플루오로엘라스토머는 내경 및 외경으로부터 트리밍(trimming)시켜 제조를 완결하였다.
<실시예 8>
실시예 8에 대한 마찰재는 자외선으로 경화된 상이한 접합제 전구체 조성물을 사용하여 제조하였다. 자외선 접합제 전구체 슬러리는 1,104.9부의 TATHEIC, 1,104.9부의 TMPTA, 22.2부의 PH2, 931.5부의 FP2, 1,314.0부의 SFL, 22.5부의 SCA 및 67.5부의 EBC를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조하였다. 슬러리를 문헌[참조: General Procedure for Making the Friction Material 2] 하에 기술된 진공-슬롯-다이 공정을 이용하여 코팅하였다. 코팅된 재료는 일련의 2개의 600 W/2.54 ㎝(1 인치)의 D전구 하에서 6.1 m(20 ft)/분의 웹 속도로 통과시켰다. 어두운 무기물이 경화 투과를 한정하였기 때문에, 빛 하의 2회 통과가 필요하였다. 제1통과는 폴리프로필렌 공구를 통한 지형을 조명하여 부분적으로 경화시켰다. 제2통과시 빛은 배킹을 조명하여 부분적으로 경화시켰다. 부분적으로 경화된 마찰재를 공구로부터 스트리핑시켜 오븐에서 80 ℃(176 ℉)에서 6시간 동안 배치시켜 경화를 완결하였다.
클러치 링은 실시예 6 및 7 하에 기술한 절차로 플루오로엘라스토머를 사용하여 강판과 접합시켰다.
<실시예 9>
실시예 9의 마찰재를 문헌[참조: General Procedure for Making the Friction Material 2] 하에 기술된 바와 같은 진공-슬롯-다이 공정으로 코팅시켰고 실시예 8 하에 기술한 바와 같은 자외선으로 경화시켰다. 그러나, 상이한 접합제 전구체 슬러리를 사용하였다. 자외선 접합제 전구체 슬러리를 567.0부의 TATHEIC, 850.5부의 TMPTA, 765.0부의 URO, 45.0부의 PH2, 936.0부의 FP2, 1,314.0부의 SFL, 22.5부의 SCA 및 21.8부의 V52를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조하였다. URO 첨가제는 플루오로엘라스토머 하부층에 대한 요구를 제거하는 경화된 제품에 가요성 및 컴플라이언스를 부가한다. V52는 자외선 램프로부터의 열 에너지 및 광개시된 가교결합으로부터의 발열을 이용함으로써 경화를 증대시켜 실시예 8에서 이용한 후(post) 오븐 경화를 제거하였다.
실시예 9 마찰재를 강 마찰 디스크와 직접 접합시켰다. 마찰 디스크 양면을 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)이 공급하는 3M EC-2174 니트릴 페놀계 액체 프라이머로 프라이밍시켰다. 프라이밍된 판을 25 ℃에서 1시간 동안 건조시킨 다음 204 ℃에서 1시간 동안 부분적으로 경화시켰다. 각 강 디스크 표면 및 마찰재 필름 사이의 2층 니트릴 페놀계 필름, 즉 MacTac으로 제조된 니트릴 페놀계 필름을 적층시킴으로써 형성된 마찰재는 접착제 층을 통해 프라이밍된 디스크와 접합시켰다. 비압축된 전체 캘리퍼를 측정하였고, 쉼은 마찰재의 압축 프레스 갭을 7.62 ㎛(3 밀)까지 한정하도록 선택하였다. 쉼 및 디스크는 204 ℃까지 가열된 프레스로 배치하였고 2268 ㎏(5,000 lb)으로 2분 동안 프레싱시켜 제조를 완결하였다.
<실시예 10>
실시예 10의 마찰재는 문헌[참조: General Procedure for Making the Friction Material 2] 하에 기술된 바와 같은 진공-슬롯-다이 공정으로 코팅시켰고 실시예 8 하에 기술한 바와 같은 자외선으로 경화시켰다. 그러나, 상이한 접합제 전구체 슬러리를 사용하였다. 자외선 접합제 전구체 슬러리는 982.0부의 TATHEIC, 982.0부의 TMPTA, 40.0부의 PH2, 800.0부의 FP2, 780.0부의 SFL, 400.0부의 NPR, 16.0부의 SCA, 60부의 EBC 및 9.8부의 V52를 균일 슬러리로 혼합함으로써 제조하였다. NPR 첨가제는 플루오로엘라스토머 하부층에 대한 요구를 제거하는 경화된 제품에 가요성 및 컴플라이언스를 부가하고, V52는 실시예 8에서 이용한 후(後) 오븐 경화에 대한 요구를 제거하였다.
실시예 10 마찰재는 실시예 9의 접합 공정을 이용하여 강 마찰 디스크와 직접 접합시켰다.
상기 실시예에서 각 마찰재는 시험 절차 2에 기술한 공정을 이용하여 평가하였다. 하기 표는 다이나모미터 결과를 요약한다. 마찰의 초기(㎕), 중간점(㎛) 및 종결점(μe) 계수는 SAE JI646에 따라 측정된 토크 및 인가 압력으로부터 계산한다. 비교예 B 및 실시예 4, 5 및 6의 마찰재로부터의 결과를 표 3a에 나타내며, 실시예 7, 8, 9 및 10의 마찰재로부터의 결과는 표 3b에 나타낸다. 에너지 수준(kJ)을 좌측 칼럼에 나타내며, "A11"은 상기에 기술한 바와 같은 11번째 에너지 수준을 나타낸다. 최대 내구성(마찰재의 초기(㎕), 중간점(㎛) 및 종결점(μe) 계수)은 재료 실패 또는 시험 완결 전인, 완결된 최고 에너지 수준에서 각 마찰재에 대해 나타낸다.
에너지 수준 비교예 B 실시예 4 실시예 5 실시예 6
(kJ) μe μe μe μe
A1 15.13 0.172 0.163 0.157 0.120 0.131 0.129 0.113 0.123 0.133 0.126 0.163 0.151
A2 18.02 0.160 0.152 0.147 0.108 0.120 0.130 0.105 0.116 0.134 0.126 0.148 0.146
A3 20.91 0.151 0.148 0.147 0.098 0.109 0.131 0.099 0.116 0.133 0.123 0.147 0.146
A4 23.80 0.151 0.147 0.143 0.066 0.102 0.124 0.090 0.114 0.129 0.132 0.151 0.141
A5 26.62 0.141 0.142 0.140 0.087 0.104 0.129 0.115 0.136 0.146
A6 29.58 0.136 0.138 0.133 0.119 0.139 0.144
A7 32.47 0.130 0.134 0.130 0.105 0.133 0.141
A8 35.36 0.091 0.126 0.139
A9 38.25 0.093 0.126 0.139
A10 41.15 0.090 0.123 0.130
A11 44.04 0.097 0.125 0.126
에너지 수준 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
(kJ) μe μe μe μe
A1 15.13 0.110 0.173 0.165 0.139 0.145 0.144 0.172 0.196 0.193 0.171 0.172 0.169
A2 18.02 0.103 0.181 0.170 0.133 0.142 0.142 0.157 0.185 0.176 0.162 0.167 0.160
A3 20.91 0.108 0.177 0.168 0.134 0.143 0.141 0.153 0.177 0.169 0.158 0.164 0.160
A4 23.80 n/r n/r n/r 0.131 0.145 0.140 0.147 0.162 0.159 0.149 0.155 0.153
A5 26.62 0.107 0.167 0.159 0.130 0.150 0.149 0.141 0.154 0.151 0.148 0.153 0.149
A6 29.58 0.107 0.170 0.161 0.127 0.139 0.136 0.135 0.143 0.144 0.134 0.140 0.146
A7 32.47 0.095 0.168 0.158 0.125 0.138 0.134 0.130 0.135 0.137 0.124 0.128 0.139
A8 35.36 0.096 0.166 0.152 0.124 0.135 0.130 n/r n/r n/r 0.117 0.122 0.133
A9 38.25 0.102 0.159 0.144 0.125 0.134 0.131 0.060 0.064 0.068 0.114 0.118 0.125
A10 41.15 0.091 0.157 0.145 0.125 0.133 0.128 0.114 0.118 0.123
A11 44.04 0.089 0.140 0.131 0.120 0.126 0.122 0.078 0.085 0.089
표 3a 및 3b에 나타낸 바와 같이, 비교예 B는 대조군으로서 사용한 시판중인 종배킹을 함유하였다. 종결점(μe) 마찰계수가 시험 전체 내구성에 걸쳐 중간점(㎛) 마찰계수 미만이며, 이는 시험 내내 양호한 이동 특징을 나타낸다는 주지하였다.
실시예 4 및 5는 가요성이 낮은 마찰재의 효과를 나타내었다. 실시예 4 및 5에서 탄성 모듈러스는 약 1.35 x 100.197 ㎏(108다인)/㎠이다. 표 3a에 나타낸 바와 같이, 이들 실시예의 마찰재는 실시예 6 내지 10과 비교할 때 내구성이 보다 짧았다.
실시예 6 내지 8은 플루오로엘라스토머를 포함하는 조성물로부터 형성된 연결층을 포함하였다. 실시예 6 및 8이 비교예 B에 필적한 마찰계수를 나타내지 않았지만, 이들 실시예는 양호한 내구성을 나타내었는데 이는 이들 실시예가 시험의 완결 전에 실패하지 않았기 때문이다. 실시예 7은 마찰 및 내구성의 양호한 계수를 나타내었다. 또한, 실시예 6 내지 8은 모두 종결점(μe) 마찰계수와 중간점(㎛) 마찰계수를 비교함으로써 바람직한 이동 특징을 나타내었다.
실시예 9는 개선된 마찰계수를 나타내었다. 접합제가 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함한 혼합물로부터 형성되었기 때문에 접합제가 보다 탄력성 또는 적합성이었던 것으로 믿어진다. 실시예 9의 마찰재가 실시예 6 내지 8의 마찰재의 내구성을 초월하지 않았지만, 비교예 B의 내구성을 초월하였다. 종경점(μe) 마찰계수와 중간점(㎛) 마찰계수를 비교한 결과 바람직한 이동 특징을 나타내었다.
실시예 10도 역시, 시험의 중간점 이하의 마찰계수가 개선되었음을 나타내었다. 상기 재료가 니트릴 고무 입자를 포함한 혼합물로부터 형성되었기 때문에, 재료가 보다 탄력성 또는 적합성이었던 것으로 믿어진다. 내구성은 비교예 B의 내구성을 초월하였지만, 시험 후반의 절반에 걸쳐 덜 바람직한 이동 특징을 나타내었다.
모든 특허, 특허원 및 공보의 완전한 기재는 각각 인용되는 경우에서처럼 본원에서 참조로서 인용된다. 당업계의 기술자들이 본 발명의 범위 및 정신을 이탈하지 않으면선 본 발명을 다양하게 개선 및 변형할 것은 명백하며, 본 발명을 본원에 기술된 예시적 양태로만 부당하게 한정하는 것으로 이해해서는 안된다.

Claims (44)

  1. 정면 및 배면을 갖는 배킹(backing), 및
    상기 배킹의 정면 상에 패턴화된 마찰 코팅을 형성시키고, 접합제에 분산된 다수의 마찰 입자를 포함하는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재
    를 포함하는 마찰 표면 부재용 마찰재.
  2. 제1항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재 각각이 평행 관상, 입방체, 원뿔형, 사절두의 피라미드, 원통형, 피라미드 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 입체적 형태를 포함하는 마찰재.
  3. 제1항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재 각각의 바닥이 삼각형인 피라미드를 포함하는 마찰재.
  4. 제1항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재 각각의 바닥이 사변형인 피라미드를 포함하는 마찰재.
  5. 제4항에 있어서, 피라미드 각각이 편평한 상부 표면을 포함하는 마찰재.
  6. 제1항에 있어서, 탄성 모듈러스가 약 1.0197 내지 10.197 ㎏(106내지 약 107다인)/㎠인 마찰재.
  7. 제1항에 있어서, 패턴화된 마찰 코팅의 마찰계수가 약 2.71 m·㎏(26.62 kJ)의 에너지 수준에서 약 0.14 이상인 마찰재.
  8. 제1항에 있어서, 연결층을 배킹의 배면 상에 추가로 포함하는 마찰재.
  9. 제8항에 있어서, 연결층이 플루오로엘라스토머를 포함하는 마찰재.
  10. 제1항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재 각각이 실질적으로 동일한 형태를 포함하는 마찰재.
  11. 제1항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재 각각이 상이한 형태를 포함하는 마찰재.
  12. 제1항에 있어서, 마찰 입자가 유기재, 금속재, 반금속재, 무기재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  13. 제1항에 있어서, 마찰 입자가 유기재를 포함하는 마찰재.
  14. 제13항에 있어서, 유기재가 코우크를 포함하는 마찰재.
  15. 제14항에 있어서, 코우크가 야금학적 코우크, 석유 코우크, 코코넛 껍질 활성탄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  16. 제1항에 있어서, 접합제가 부가 중합된 수지를 포함하는 마찰재.
  17. 제16항에 있어서, 부가 중합된 수지가 유리 라디칼적으로 중합된 수지를 포함하는 마찰재.
  18. 제1항에 있어서, 접합제가 아크릴레이트 단량체, 및 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체의 중합된 반응 생성물을 포함하는 마찰재.
  19. 제1항에 있어서, 접합제가 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지로부터 제조된 가교결합된 계를 포함하는 마찰재.
  20. 제1항에 있어서, 접합제가 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지 및 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지의 혼합물로부터 제조된 가교결합된 계를 포함하는 마찰재.
  21. 제1항에 있어서, 배킹이 아크릴릭 라텍스에 의해 함께 접합된 다수의 아라미드 스테이플 섬유를 갖는 부직지를 포함하는 마찰재.
  22. 제1항에 있어서, 접합제가 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지, 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지, 및 일관능성 아크릴레이트 단량체, 다관능성 아크릴레이트 단량체, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴레이트화 아크릴릭, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함하는 혼합물로부터 제조된 가교결합된 계를 포함하는 마찰재.
  23. 제22항에 있어서, 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지가 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  24. 제21항에 있어서, 마찰 입자가 야금학적 코우크, 석유 코우크, 코코넛 껍질 활성탄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  25. 제24항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재가 첨가제를 추가로 포함하는 마찰재.
  26. 배킹의 배면에 부착된 금속 기재를 추가로 포함하는 제1항의 마찰재를 포함하는 제품.
  27. 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재에 대향하게 배치된 상응 표면을 추가로 포함하는 제1항의 마찰재를 포함하는 제품.
  28. 아크릴릭 라텍스에 의해 함께 접합된 다수의 아라미드 스테이플 섬유를 포함하고, 정면 및 배면을 갖는 부직지, 및
    배킹의 정면에 부착되고, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재를 포함하고, 상기 마찰 복합재 각각이 접합제에 분산된 다수의 코우크 입자를 포함하고, 상기 접합제가 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트리스(히드록시 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트의 중합화된 반응 생성물을 포함하는 피라미드형 패턴화된 마찰 코팅
    을 포함하는, 전력 전송 기전에서 전력 전송용으로 유용한 마찰 표면 부재용 마찰재.
  29. 정면 및 배면을 갖는 배킹, 및
    패턴화된 마찰 코팅을 배킹의 정면 상에 형성시키고, 접합제에 분산된 다수의 마찰 입자를 포함하는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재
    를 포함하는, 탄성 모듈러스가 약 10.197 ㎏(107다인)/㎠ 이하인 마찰 표면 부재용 마찰재.
  30. 제29항에 있어서, 마찰계수가 약 200회의 주기에서 약 2.71 m·㎏(26.62 kJ)의 에너지 수준에서 약 0.14 이상인 마찰재.
  31. 제29항에 있어서, 배킹의 배면 상에 연결층을 추가로 포함하는 마찰재.
  32. 제29항에 있어서, 접합제가 아크릴아미드기를 갖는 아미노플라스트 수지, 아크릴레이트기를 갖는 아미노플라스트 수지, 및 일관능성 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴레이트화 아클릴릭, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지를 포함하는 혼합물로부터 제조된 가교결합된 계를 포함하는 마찰재.
  33. 제32항에 있어서, 1개 이상의 측위 아크릴레이트기를 갖는 1개 이상의 수지가 우레탄 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  34. 제29항에 있어서, 마찰 입자가 유기재, 금속재, 반금속재, 무기재 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 마찰재.
  35. 제29항에 있어서, 유기재를 추가로 포함하는 마찰재.
  36. 제35항에 있어서, 유기재가 코우크를 포함하는 마찰재.
  37. 제29항에 있어서, 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재가 첨가제를 추가로 포함하는 마찰재.
  38. 토크를 대향의 제2판 부재 상에 배치된 결합 표면에 전송시키기 위한 유체 매질에서 작동하기 위한 것이고, 지지판에 접합된 마찰 표면재를 갖고, 상기 마찰 표면재가
    정면 및 배면을 갖는 배킹, 및
    배킹의 정면에 부착된 패턴화된 마찰 코팅을 한정하고, 접합제에 분산된 다수의 마찰 입자를 포함하는 정확하게 성형된 다수의 마찰 복합재
    를 포함하는 제1판 부재, 및
    마찰 표면재 계면에서 제1판 부재와 맞물릴 수 있는 회전 부재
    를 포함하는 토크 전송용 장치.
  39. 제38항에 있어서, 제1판 부재 및 대향의 제2판 부재가 클러치를 포함하는 장치.
  40. 제36항에 있어서, 제1판 부재 및 대향의 제2판 부재가 브레이크 기전을 포함하는 장치.
  41. 제36항에 있어서, 제1판 부재 및 대향의 제2판 부재가 자동차 전송용 토크 변환기를 포함하는 장치.
  42. 제38항에 있어서, 제1판 부재 및 대향의 제2판 부재가 브레이크 기전을 포함하는 장치.
  43. 제38항에 있어서, 제1판 부재 및 대향의 제2판 부재가 자동차 전송용 토크 변환기를 포함하는 장치.
  44. 제1판 부재를 유체의 존재하에, 마찰 표면재에서 회전 부재와 맞물려, 판 부재와 회전 부재 사이의 마찰계수를 증대시켜, 판 부재와 회전 부재 사이의 토크를 이송시켜 차량 속도를 변경시키는 것
    을 포함하여, 제38항의 토크 전송용 장치를 포함하는 차량의 속도를 변경시키는 방법.
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