KR20010006842A

KR20010006842A - 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소섬유, 탄소입자를 함유하는제 1 층과 탄소 입자들을 함유하는 제 2 층을 포함하는섬유질 라이닝제

Info

Publication number: KR20010006842A
Application number: KR1020000014329A
Authority: KR
Inventors: 로버트씨.램
Original assignee: 그레그 취쥐레프스키; 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-01-26
Also published as: DE60011495T2; US6001750A; JP4159721B2; EP1039168B1; EP1039168A1; KR100610887B1; DE60011495D1; JP2000336343A

Abstract

본 발명은 섬유질 근본재에 관한 것으로서, 이 섬유질 근본재는 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소 임자, 탄소 섬유, 페놀 노볼로이드 섬유, 및 적어도 하나의 충진재인 임의의 면 섬유를 포함하는 제 1 층과, 섬유질 근본재의 적어도 일 표면 위의 탄소 입자로 된 제 2 층을 포함하며, 비석면 마찰재로서 사용된다. 어떤 실시예들에서, 섬유질 근본재는 페놀 또는 페놀을 근본으로 하는 재료, 예를 들어 페놀 수지와 실리콘 수지의 혼합물을 포함하는 페놀 근본재로 포화되어, 고속 내구성 수명이 연장되고, 우수한 브레이크-인 특성, 우수한 열 방산 특성 및 우수한 노이즈 또는 스퀘이크 저항성을 갖는 마찰재를 형성한다.

Description

덜 가는 아라미드 섬유, 탄소섬유, 탄소입자를 함유하는 제 1 층과 탄소 입자들을 함유하는 제 2 층을 포함하는 섬유질 라이닝제{Fibrous lining material comprising a primary layer having less fibrillated aramid fibers, carbon fibers, carbon particles and a secondary layer comprising carbon particles}

본 출원은 1996년 8월 30일에 제출되어, 지금은 특허사정된 미국출원번호 08/704,899호의 일부계속출원이고, 1995년 9월 28일에 출원되고, 지금은 포기된 미국출원번호 08/534,978호의 계속출원이고, 1994년 6월 3일에 제출되어 지금은 특허번호 5,753,356호로 등록된 미국출원번호 08/253,727호의 일부계속출원이고, 1993년 8월 4일에 출원되고, 지금은 포기된 미국출원번호 08/101,951호의 일부계속출원이며, 이들 모두는 본 출원에서 특별히 통합된다.

본 발명은 마찰지 제조공정동안 섬유질 근본재의 표면 위에 증착되는 탄소 입자들을 갖는 섬유질 근본재를 포함하는 비석면, 비금속 마찰재에 관한 것이다. 섬유질 근본재는 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 탄소 입자, 페놀릭 노볼로이드(phenolic novoloid) 섬유, 면 섬유 및 규조토류와 같은 적어도 하나의 충진재를 함유하는 제 1 층과, 탄소 입자들을 함유하는 제 2 층을 포함한다. 더욱이 본 발명은 상기한 섬유질 근본재가 페놀릭 수지나 개량된 페놀릭 수지 혼합물에 스며든 물질을 포함하는 복합 마찰재에 관한 것이다. 특정 실시예들에서, 이 섬유질 근본재를 포함시키는데 사용하기 위하여 적어도 하나의 페놀릭 수지와 혼합된다.

본 발명의 마찰재는 강도, 다공성, 내마모성 및 소음 저항성을 개선시켰다. 본 발명의 마찰재는 종래의 마찰재에 비하여 더 나은 브레이크-인(Break-in) 거동 및 초기 단계에서 보다 안정된 마찰계수를 갖는다. 또한, 결과적인 마찰재는 높은 에너지를 갖는 응용분야와 노이즈가 없는 상황에서 특히 유용하다.

본 발명의 마찰재는 또한 연장된 고속 내구성 특성을 갖는다.

새롭고 진보된 변속 시스템 및 브레이크 시스템이 자동차 산업에서 개발되고 있다. 이러한 새로운 시스템들은 종종 높은 에너지 요구들을 포함한다. 그러므로, 마찰재 기술은 이런 진보된 시스템들의 증가하는 에너지 요구들을 충족시키도록 개발되어야 한다.

마찰재는 표면 속도가 초당 약 65 m에 달하는 고속에도 저항할 수 있어야 한다. 또한, 마찰재는 약 1500 psi에 이르는 높은 대면 라이닝 압력에도 저항할 수 있어야 한다. 마찰재는 제한된 윤활 조건들 하에서도 유용해야 한다는 것도 중요하다.

진보된 변속 및 브레이크 시스템들에서 유용하기 위해서 마찰재는 내구성을 가져야 하고 높은 열 저항을 가져야 한다. 마찰재는 고온에서 안정하여야 할 뿐만 아니라 구동 조건동안 발생되고 있는 고열을 재빨리 방산하여야 한다.

새로운 변속 및 브레이크 시스템의 결합과 분리동안 발생되는 높은 속도는 그러한 결합동안 마찰재가 비교적 일정한 마찰을 유지해야 한다는 것을 의미한다. 브레이킹이나 임의 기어에서 다른 기어로의 동력변속 동안 재료의 셔더링(Shuddering)을 최소화하기 위하여 넓은 속도 범위와 넓은 온도 범위에 걸쳐서 마찰 맞물림이 비교적 일정하여야 한다는 것은 중요하다. 특히, 마찰재는 구동의 초기 사이클인, 브레이크-인 주기동안 셔더하지 말아야 한다.

맞물림 마찰동안, 마찰재는 노이즈나 스퀘이크(Squawk)가 없도록 원하는 토크 곡선 형태를 가져야 한다는 것도 중요하다.

앞서, 석면 섬유들이 고온 안정성을 위하여 마찰재에 포함되었다. 예를 들어, 미국 특허 번호 3,270,846호에서 아레드터 등(Arledter et al)은 석면과 함께 사용된 페놀릭 수지와 페놀릭 개량 수지를 설명한다. 그러나, 지금은 건강과 환경 문제로 인하여, 석면은 더 이상 사용되지 않는다. 보다 최근의 마찰재들은 페놀릭 또는 페놀릭 개량 수지들과 침투형 종이나 섬유재를 개량하므로써 마찰재의 석면의 부존재를 극복하려고 시도하였다. 그러나, 이러한 마찰재들은 발생열을 빨리 방산하지 못하며, 필요한 열 저항성과 현재 개발중인 고속 시스템에서의 사용을 위하여 필요한 만족할만한 높은 마찰계수를 갖지 못한다.

한편 페놀릭 수지는 습식 클러치 적용 분야에서 마찰재로서 사용될 수 있다는 것이 발견되었지만, 이 페놀릭 수지는 많은 제한들을 갖는다. 페놀릭 수지 마찰재는 새로운 고 에너지 변속 시스템에서의 사용을 위하여 필요한 높은 열 저항성을 갖지 못한다. 특히, 페놀릭 수지는 약 450℃ 내지 500℃의 온도에서 탄소화되는데, 이는 너무 낮아서 고에너지 적용분야에서 유용하지 못하다. 아울러, 페놀릭 수지는 단단한 재료이고, 마찰재에서 사용될 때 불균일한 라이닝 마모와 분리판이 핫 스폿(Hot spot)을 형성하는 결과를 가져온다.

페놀릭 수지 마찰재들의 한계와 문제점들을 극복하기 위한 시도들은 페놀릭 수지들을 열경화성 수지로 대체하려는 시도이다. 마찰재를 생산하기 위한 한 가지 시도는 페놀릭 수지를 다양한 합성 수지로 개량하는 것을 포함한다. 한 예로서, 타나카 등(Tanaka et al)의 미국 특허번호 4,657,951호는 유기폴리실록산에 의하여 개량된 페놀릭 수지가 설명되어 있는데, 이 개량 페놀릭 수지는 마찰재를 형성하기 위하여 압축 성형된다. 페놀릭 수지와 유기폴리실록산은 함께 반응하여 응축반응을 초래하는데, 응축반응동안 그들은 나중에 희석되고, 냉각에 의하여 고화되며, 분말 페놀릭-개량 수지를 얻기 위하여 파괴된다. 과거 분말화된 페놀릭-개량 수지는 압축 성형 마찰재를 형성하는데 사용되었다.

알려진 바로는 페놀제와 혼합되고 마찰지에 주입되도록 사용되는 실리콘제를 포함하는 마찰재는 변속 시스템에서 개시된 적이 없다.

미국 특허번호 3,911,045에서 하트만 등(Hartmann et al)은 압축 몰딩 조성물로서의 사용을 위하여 페놀 수지들과 혼합된 실리콘제를 언급하고 있지만, 실리콘제가 수지제와 성공적으로 혼합되고 마찰 라이닝 재료에 스며들 수 있다는 것을 개시하고 있지 못하다. 반대로, 마찰재들에서 실리콘 수지를 사용하려는 앞선 시도들은 받아들여질 수 없었었다. 실리콘 수지가 스며들도록 실리콘 수지와 포화되는 마찰 라이닝은 과거 낮은 전단강도와 엽렬(Delamination) 저항성을 나타내었다. 더욱이, 실리콘 수지와 포화된 마찰재들은 보통 너무 탄성적이어서 원치 않는 마찰 및 마모 특성을 갖는 결과를 테스트에서 보여주었다. 페놀-포름알데히드 수지-폴리실록산 수지로만 형성된 몰딩 마찰 라이닝 조성물들은 널리 알려졌음에도 불구하고 사용되고 있지 않다는 것은 놀라운 일이 아닌데, 이는 그러한 몰딩 조성물들이 필요한 일정 마찰계수특성을 갖지 않으며, 그러한 마찰재들이 높은 에너지와 높은 열 조건에서는 실패하기 때문이다.

본 발명은 다단계의 침투공정과 경화공정, 즉, 종이가 코팅 조성물로 포화되고, 탄소 입자들이 종이 위에 놓여지고, 종이 내에 코팅 조성물이 부분적으로 경화되고, 제 2 코팅 조성물이 부분적으로 경화된 종이에 적용되며, 최종적으로 두 코팅 조성물들이 경화되는 공정을 포함하는 사이츠(Seitz)의 미국 특허번호 5,083,650호의 개량발명이다.

마찰재들이 습식 응용분야에서 유용하기 위해서는, 마찰재는 다양하게 받아들여질 수 있는 특성들을 가져야 한다. 마찰재는 탄성적이기는 하지만 압축 응고, 마모 및 응력 저항성을 가져야 하고, 높은 열 저항성을 가져야 하며, 열을 빨리 방산할 수 있어야 한다. 그리고, 오래도록 지속되고, 안정하고, 일관된 마찰성능을 가져야 한다. 이들 특성들 중 어느 하나라도 충족되지 않는다면, 마찰재의 최적 성능은 충족되지 않는다.

이처럼, 침투 수지는 고에너지 적용 마찰재를 형성하기 위해서 적당한 마찰 라이닝 또는 섬유질 근본재와 함께 사용되어야 한다는 것도 중요하다. 마찰재는 침투동안 습식 수지와 포화될 때와 사용동안 브레이크유 또는 변속 오일과 포화될 때에 우수한 전단응력을 가져야 한다.

어떤 응용분야에서는, 사용동안 유체 침투성이 높도록 높은 다공성을 가져야 한다는 것도 중요하다. 이처럼, 마찰재는 다공성을 가지는 것만으로는 안되지만 압축성을 가져야 한다는 것은 중요하다. 마찰재로 침투된 유체는 브레이크나 변속 동작동안 가해진 압력하에서 마찰재로부터 재빨리 방출될 수 있어야 하지만 라이닝 재료는 약해져서는 않된다. 마찰재는 브레이크나 변속 동작동안 발생된 열을 재빨리 방산하는 것을 도울 수 있도록 높은 열 전도도를 가지는 것도 중요하다.

알려진 바로는, 탄소 섬유, 탄소 입자 및 면 섬유가 교합된 제 1 층과, 제 1 층 위에 탄소 입자들로 된 제 2 층을 갖으며, 현재 이용가능한 아라미드 섬유보다 덜 가는 아라미드 형 섬유를 포함하는 마찰재를 변속 시스템에서 사용하고 있다는 사실이 개시된 적이 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술에 비하여 신뢰성 있고 개선된 성질들을 갖는 개선된 마찰재를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 반-셔더 성능, 높은 속도 및 에너지 내구성, 높은 다공성 강도, 및 노이즈 저항성을 갖는 마찰재들을 제공하는데 있다.

보다 나은 마찰재를 위한 필요성의 견지에서 광범위한 조사의 결과로서, 개선된 특성을 갖는 마찰재가 본 발명자들에 의하여 개발되었다. 이 마찰재는 사용동안 가혹한 "브레이크-인"을 받고 있는 적용분야에서 특히 유용하다.

도 1은 본 발명에 따르는 마찰재를 제조하기 위한 공정을 보여주는 모식도.

도 2는 제 2 층으로서 탄소를 갖지 않는 새로운 분리판의 프로파일.

도 3은 제 2 층으로서 탄소를 갖지 않는 예 D에 대한 분리판 표면 프로파일.

도 4는 약 5%의 탄소를 함유하는 제 2 층을 갖는 예 E에 대한 분리판 표면 프로파일.

도 5는 약 10%의 탄소재를 함유하는 제 2 층을 갖는 예 F에 대한 분리판 표면 프로파일.

도 6은 약 15%의 탄소재를 함유하는 제 2 층을 갖는 예 G에 대한 분리판 표면 프로파일.

도 7은 약 20%의 탄소재를 함유하는 제 2 층을 갖는 예 H에 대한 분리판 표면 프로파일.

도 8은 멈춤 시간 변화 백분율 대 예 D, E, F, G 및 H에 대한 표면 탄소 면적 백분율을 보여주는 그래프.

도 9는 μd 백분율 변화 대 예 D, E, F, G 및 H에 대한 표면 탄소 면적 백분율을 보여주는 그래프.

도 10은 예 I, E 및 J에 대하여 사이클이 증가함에 따른 마찰 초기계수의 변화를 보여주는 그래프.

도 11은 예 I, E 및 J에 대하여 사이클의 변화에 따른 초당 초기 멈춤 시간을 보여주는 그래프.

도 12는 예 E, K 및 L에 대하여 수천 사이클 동안 멈춤 시간 사라짐을 보여주는 고에너지 내구성 테스트를 보여주는 그래프.

도 13은 70 사이클과 레벨 B에서 35% 내지 40%의 페놀 수지로 포화된 예 I에 대한 곡선 형태를 보여주는 그래프.

도 14는 95 사이클과 레벨 C에서 35% 내지 40%의 페놀 수지로 포화된 예 I에 대한 곡선 형태를 보여주는 그래프.

도 15는 초기, 중간 및 최종 마찰계수를 보여주는 예 I에 대하여 레벨 A, B, C 및 D에 대한 동적 마찰계수를 보여주는 그래프.

도 16은 70 사이클과 레벨 B에서 35% 내지 40%의 페놀 수지로 포화된 예 E에 대한 곡선 형태를 보여주는 그래프.

도 17은 95 사이클과 레벨 C에서 35% 내지 40%의 페놀 수지로 포화된 예 E에 대한 곡선 형태를 보여주는 그래프.

도 18은 초기, 중간 및 최종 마찰계수를 보여주는 예 E에 대하여 레벨 A, B, C 및 D에 대한 동적 마찰계수를 보여주는 그래프.

도 19A는 비교적 높은 에너지 재료의 사이클 변화에 따라 변속 시간이 측정될 때 멈춤 시간을 보여주는 그래프이고, 도 19B는 탄소 증착재인 예 M에 대하여 사이클 변화에 따라 변속 시간이 측정될 때 멈춤 시간을 보여주는 그래프.

도 20A는 비교적 높은 에너지 재료의 사이클 변화에 따라 두께 변화가 측정될 때 변위를 보여주는 그래프이고, 도 20B는 탄소 증착재료인 예 M에 대하여 사이클 변화에 따라 두께 변화가 측정될 때 변위를 보여주는 그래프.

도 21A는 비교적 높은 에너지 재료의 사이클 변화에 따라 초기, 중간 및 최종 마찰계수를 보여주는 그래프이고, 도 21B는 탄소 증착재료인 예 M에 대하여 사이클 변화에 따라 초기, 중간 및 최종 마찰계수를 보여주는 그래프.

상기한 요구사항들을 달성하기 위하여, 구동동안 직면하는 조건과 유사한 조건하에서 많은 재료들의 마찰특성과 열저항 특성이 평가되었다. 상업적으로 이용가능한 브레이크 라이닝과 변속기 재료들 모두 조사되었는데, 이들은 고에너지가 적용되는 분야에 사용하는데에는 적합하지 않은 것으로 판명되었다. 본 발명은 브레이크와 클러치에 적용되는 경우 특히 유용하다. 본 발명은 다공성의 제 1 층과 제 2 층을 포함하는 섬유질 근본재를 제공한다. 다공성의 제 1 층은 덜 가는 아라미드 섬유들과, 탄소 섬유들, 탄소 입자들, 면 섬유들, 적어도 하나의 충진제 및 임의로 선택된 재료들을 포함한다. 덜 가는 아라미드 섬유들은 다공성의 섬유질 근본재를 생성한다. 탄소 섬유들은 마찰재가 원하는 열 저항을 가지도록 우수한 열 전도성을 갖는 마찰재를 제공한다. 탄소 섬유들은 우수한 열 전도성을 제공하며, 마찰재가 변속시 좋거나 부드러운 느낌을 갖으며, 필수적으로 노이즈나 스퀘이크가 없는 브레이크 및 클러치 동작을 갖도록 우수한 마찰 특성을 추가로 갖는 마찰재를 제공한다. 면 섬유의 존재는 마찰재를 처음 사용하는 동안 셔더의 발생이 거의 없거나 아예 없도록, 원하는 브레이크-인 특성을 갖는 마찰재를 제공한다.

섬유질 근본재의 제 2 층은 섬유질 근본재를 만들기 위한 공정동안 다공성의 제 1 층 위에 증착된 최적 량의 탄소 입자들을 포함한다. 바람직한 실시예들에 있어서, 적당한 보유(retention) 보조제가 다공성 제 1 층 위에 탄소 입자들의 응착을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.

섬유질 근본재는 다른 수지류를 이용하여 포화될 수 있다. 어떤 실시예에 있어서, 섬유질 근본재를 페놀 수지나 개선된 페놀을 근본으로 하는 수지로 포화시키는 것이 유용하다. 어떤 실시예들에서, 실리콘 수지가 양립할 수 있는 용매들에서 페놀 수지와 혼합되고 그 실리콘-페놀 수지 혼합물이 본 발명의 섬유질 근본재를 포화시키기 위하여 사용될 때, 고 에너지 마찰재가 형성된다는 것이 이제는 발견되고 있다.

본 발명의 마찰재는 평탄하지 않은 라이닝 마모를 방지하므로 마찰재의 유용한 수명동안 분리판 "핫 스폿"의 형성이 발전하는 것을 방지한다. 마찰재에서 평탄하지 않은 마모가 거의 없을 때, 클러치나 브레이크 성분들의 정상 상태를 유지하기가 쉽고, 그러므로 클러치와 브레이크의 더 일관된 성능을 유지하기가 쉽다. 더욱이, 본 발명의 마찰재는 사용동안 얇은 조각으로 갈라지는, 즉 엽렬 현상에 저항하도록 우수한 전단 강도를 보여준다.

본 발명에서 유용한 다양한 수지들은 페놀 수지와 페놀을 근본으로 하는 수지를 포함한다. 수지 혼합물에서 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 텅(Tung)-오일, 벤젠, 캐슈(cashew) 열매 오일 등과 같은 다른 개량 성분들을 포함하는 다양한 섬유질 근본 수지는 본 발명에서 유용한 것으로 판단될 수 있는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 페놀 개량 수지에서, 페놀 수지는 일반적으로 수지 혼합물의 중량이 (존재하는 임의 용매를 배제하고) 약 50% 또는 그 이상 존재한다. 그러나, 어떤 실시예에서는 포화수지 혼합물은 실리콘-페놀 혼합물(용매들과 다른 처리산을 배제하는)에 근거하여 실리콘이 약 5 내지 약 80%의 중량을 포함하고, 어떤 목적을 위하여 약 15 내지 약 55%의 중량을 포함하고, 또 다른 실시예에서는 약 15 내지 약 25%의 중량을 포함할 때, 개선될 수 있는 것으로 발견되었다.

본 발명에서 유용한 실리콘 수지들은 예를 들어 열경화 실리콘 밀폐제와 실리콘 고무를 포함한다. 다양한 실리콘 수지들이 본 발명에서 유용하다. 특히, 한 수지는 크실렌과 아세틸아세톤(2,4-펜타네디오네)을 함유한다. 실리콘 수지는 약 362℉(183℃)의 끓는점, 68℉ mm, Hg:21에서 증기압, 4.8의 증기 밀도(공기=1), 무시할 정도의 물에서의 고용도, 약 1.09의 비중, 5 중량%의 휘발성, 0.1 미만의 증발율(에테르=1), 펜스키-마르텐스 방법을 이용한 약 149℉(65℃)의 섬광점을 갖는다. 다른 실리콘 수지들도 본 발명에서 이용될 수 있는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 다른 유용한 수지 혼합물들은 예를 들어 적당한 페놀 수지를 포함하는데, 이 페놀 수지는 약 55 내지 약 60중량%의 페놀 수지; 약 20 내지 약 25 중량%의 에틸 알코올; 약 10 내지 약 14 중량%의 페놀; 약 3 내지 약 4 중량% 메틸 알코올; 약 0.3 내지 약 0.8 중량%의 포름알데히드; 및 약 10 내지 약 20%의 물을 포함한다. 또 다른 적당한 페놀-근본 수지는 약 50 내지 약 55 중량%의 페놀/포름알데히드 수지; 약 0.5중량%의 포름알데히드; 약 11중량%의 페놀; 약 30 내지 약 35중량%의 이소프로판올; 및 약 1 내지 약 5중량%의 물을 포함한다.

또 다른 유용한 수지는 에폭시 개량 페놀 수지로서, 약 5 내지 약 25중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 15 중량%의 에폭시 화합물을 나머지(용매들과 다른 처리산을 배제한) 페놀 수지와 함께 포함한다. 어떤 실시예들에서는, 에폭시-페놀 수지 화합물은 페놀 수지 단독인 경우보다 더 높은 열저항성을 마찰재에 제공한다.

특정 실시예들에서는, 마찰재에서 수지의 함유 목표량은 약 40 내지 약 65중량%의 범위를 갖으며, 다른 실시예들에서 약 60 내지 적어도 65중량%의 실리콘-페놀 수지함량 범위를 갖는 것이 바람직하다. 섬유질 근본재가 수지에 포화된 후, 이 섬유질 근본재는 마찰재에서 수지 결합제를 경화시키기 위하여 300-400℃의 온도범위에서 소정 시간(특정 실시예에서 약 1/2시간)동안 경화된다. 마찰재의 최종 두께는 섬유질 근본재의 초기 두께에 의존하며, 특정 실시예에서 약 0.014" 내지 약 0.040"의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 수지 혼합물들과 포화 섬유질 근본재를 준비하는데 유용한 것으로 알려진 다른 성분들과 처리산들이 마찰재에 포함될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.

페놀 수지와 실리콘 수지가 사용되는 실시예들에 대하여, 실리콘 수지와 페놀 수지가 혼합될 때 새로운 화합물이 형성되지 않는다. 하기의 챠트는 경화된 실리콘 수지, 경화된 페놀 수지, 및 실리콘 수지와 페놀 수지가 약 50대 50으로 혼합되고, 이미 경화된 실리콘 및 페놀 수지 혼합물에 대하여 잘 알려진 파수(wave numbers)에서의 FT-IR 피크를 보여준다. 도시된 것처럼, 실리콘 수지와 페놀 수지가 50대 50으로 혼합된 혼합물에서 새로운 피크는 발생되지 않고, 존재하는 피크들은 실리콘 수지와 페놀 수지가 존재한다는 것을 반영한다. 이처럼, 수지들은 분리되어 경화되고 새로운 화합물은 형성되지 않는 것으로 보여진다.

파수에서의 FT-IR 피크

실리콘 수지 페놀 수지 50/50 혼합물

… 3364 3366

2966 … 2964

… 1510 1510

… 1479 1481

1412 … 1410

1271 … 1261

798 … 800

767 … 769

실리콘 수지와 페놀 수지는 둘다 서로에게 양립할 수 있는 용매 내에 존재한다. 이들 수지들은 (바람직한 실시예들에서) 함께 혼합되어 균일한 혼합물을 형성하고 섬유질 근본재를 포화시키기 위하여 사용된다. 섬유질 근본재가 페놀 수지로 포화되고 그후 실리콘 수지가 첨가되면, 혹은 그 역의 경우 동일한 효과가 발생되지 않는다. 실리콘-페놀 수지 용액의 혼합물과 실리콘 수지 분말 및/또는 페놀 수지 분말의 유제들 사이에는 차이도 없다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 용액 내에 있을 때, 이들은 전혀 경화되지 않는다. 이에 비하여, 실리콘 수지 분말과 페놀 수지 분말은 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지와 페놀 수지의 부분적 경화는 섬유질 근본재의 우수한 침투능을 억제한다. 그러므로, 본 발명의 일측면에 따르면, 섬유질 근본재는 페놀 수지 및 페놀 수지의 용매와 양립할 수 있는 용매 내에서 실리콘 수지의 혼합물로 포화된다. 어떤 실시예에서, 이소프로판올은 특히 안정한 용매인 것으로 발견되었다. 그러나, 에탄올, 메틸-에틸 케톤, 부탄올, 이소프로판올, 톨루엔 등과 같이 여러 가지 다른 적당한 용매들이 본 발명의 수행에 이용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 본 발명에 따르면, 페놀 수지와 혼합되고 섬유질 근본재를 포화시키는데 사용될 때, 실리콘 수지의 존재는, 결과적으로 마찰재가 단지 페놀 수지로만 포화된 섬유질 근본재들보다는 더 탄성적으로 되게 한다. 본 발명의 실리콘-페놀 수지가 혼합 및 포화된 마찰재에 압력이 인가될 때, 압력은 더 균일하게 분포하고, 차례로 균일하지 않은 라이닝 마모를 감소시킨다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 함께 혼합된 후, 그 혼합물은 섬유질 근본재를 포화시키는데 사용된다. 변속 또는 브레이크에서 유체가 다공성 구조를 통하여 재빨리 이동할 수 있기 때문에, 더 큰 탄성도로 인하여 마찰재의 사용동안 더욱 균일한 열 방산이 이루어진다. 더욱이, 증가된 탄성도는 평탄하지 않은 라이닝 마모나 분리판 "핫 스폿"이 제거되도록 마찰재 위에 더욱 균일한 압력 또는 압력 분포를 제공한다.

본 발명의 마찰재는 높은 내구성과 높은 엽렬 저항을 갖는다. 본 발명의 마찰재에 대한 전단강도(psi)는 종래의 재료에 비하여 더 크다. 덜 가는 섬유와 결과적인 다공성 구조의 마찰재의 사용으로 인하여 마찰재에서의 열 저항성이 증가한다. 섬유 기하구조는 열 저항성을 증가시킬 뿐만 아니라 엽렬 저항 및 스퀼(squeal) 저항을 증가시킨다. 탄소섬유들과, 탄소 입자들 및 적어도 하나의 충진재의 존재는 열저항성의 증가와 정상 마찰계수의 유지 및 스퀼 저항의 증가에 일조한다.

재료들을 포화시키기 위한 다양한 방법들이 본 발명에서 실시될 수 있다. 섬유질 근본재는 페놀 또는 개량된 페놀 수지로 포화되고, 바람직하게는 포화 수지재는 마찰재에서 약 45 내지 약 65 중량 %를 차지한다. 섬유질 근본재가 수지로 포화된 후, 포화된 섬유질 근본재는 소정 온도까지 소정시간동안 가열되어 마찰재를 형성한다. 이 가열은 약 300℉의 온도에서 수행되며, 페놀 수지를 경화시킨다. 실리콘 수지와 같은 다른 수지들이 존재할 때, 이 가열은 실리콘 수지를 약 400℉의 온도에서 경화시킨다. 그후, 포화 및 경화된 마찰재는 적절한 수단에 의하여 원하는 기판에 부착된다.

본 발명의 또 다른 측면은 섬유질 근본재의 다공성의 제 1 층에 관한 것인데, 이 제 1 층은 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소 입자, 탄소 섬유 및 적어도 하나의 충진재를 포함하고, 특정 실시예들에서는 면섬유를 포함하는데, 이들은 서로 결합되어 종이같은 섬유질 근본재를 형성한다. 섬유질 근본재를 형성하기 위한 다양한 방법들이 본 발명의 섬유질 근본재를 준비하는데 유용한 것으로 고려될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 여기서, 본 발명자들은 섬유질 근본재의 제 1 층에 덜 가는 아라미드 섬유와 탄소 섬유를 사용하는 것이 마찰재의 고온 저항성을 개선시킨다는 것을 발견하였다. 또한, 발명자들은 특정 실시예들에서, 제 1 층에 있는 비교적 적은 량의 면 섬유가 마찰재의 클러치 "브레이크-인" 특성을 개선시킨다는 것을 발견하였다.

본 발명은 모근 섬유에 부착된 소수의 뿌리 섬유를 갖는 덜 가는 아라미드 섬유를 포함하는 마찰재를 제공한다. 덜 가는 아라미드 섬유의 사용으로 마찰재는 더 다공성 구조, 즉 전형적인 가는 아라미드 섬유가 사용될 때의 기공보다 더 많고 더 큰 기공들이 있는 다공성 구조를 가진다. 다공성 구조는 일반적으로 기공 사이즈와 액체 침투도에 의하여 정의된다. 어떤 바람직한 실시예에서, 섬유질 근본재는 기공의 평균 사이즈를 약 2.0 내지 약 15 마이크론(microns)의 직경 범위로 정의한다.

특정 실시예들에서, 평균 기공 사이즈는 약 2.5 내지 약 4 마이크론의 직경 범위를 갖으며, 마찰재는 적어도 약 50%의 쉽게 이용할 수 있는 에어 보이드(air void)들을 갖으며, 특정 실시예들에서 이 에어 보이드는 적어도 약 60% 또는 그 이상이다.

더욱 높은 평균 흐름 기공 직경과 다르시(Darcy)의 액체 투수도(permeability)는 마찰재가 보다 쉽게 냉각될 수 있거나 마찰재의 다공성 구조를 통하여 보다 나은 자동 변속 유체 흐름에 의하여 변속시 발생된 열을 적게 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 변속 시스템의 구동동안 마찰재 표면 위의 오일 침전물들은 특히 고온에서 자동 변속 유채의 브레이크 다운에 기인하여 시간에 대하여 발현되는 경향이 있다. 섬유들 위의 오일 침전물들은 코어의 개구들을 감소시킨다. 그러므로, 마찰재가 초기에 큰 기공들로부터 시작할 때, 마찰재의 유용한 수명동안 더욱 많은 열린 기공들이 남아있게 된다. 아울러, 실리콘 수지로 포화된 실시예들에서, 실리콘 수지는 그의 탄성 특성에 기인하여 마찰 라이닝에 있는 섬유들이 더욱 더 열린 구조를 가지도록 한다.

덜 가는 섬유의 길이는 약 0.5 내지 약 6 mm의 범위를 갖으며, 약 450 이상의 캐나다 표준 자유도 (CSF: Canadian Standard Freeness) 지수를 갖으며, 어떤 실시예에서는 약 500 내지 약 550 CSF를, 다른 실시예에서는 약 580 - 640, 더욱 바람직하게는 약 620 - 640 CSF를 갖는다. 이에 비하여, 아라미드 펄프와 같은 더욱 가는 섬유들은 약 285 - 290 의 자유도(freeness)를 갖는다.

"CSF"(T227 om-85)는 섬유의 가늘기를 섬유의 자유도의 측도로서 설명하는 것을 의미한다. CSF 테스트는 1리터의 물에 3그램의 섬유들이 들어 있는 현탁액이 고갈될 수 있는 속도의 임의 측도를 제공하는 실험적 절차이다. 그러므로, 아라미드 섬유가 가늘수록 더 높은 자유도를 갖거나 다른 아라미드 섬유들이나 펄프에 비하여 마찰재로부터 유체의 고갈율이 더 높다. 놀랍게도 약 530-650의 CSF 범위, 바람직하게는 약 580 - 640, 더욱 바람직하게는 약 620 - 640의 CSF 범위를 갖는 아라미드 섬유들을 포함하는 마찰재는 우수한 마찰성능을 제공하며 종래의 덜 가는 아라미드 섬유를 포함하는 마찰재에 비하여 보다 나은 재료 특성을 제공한다는 것이 발견되었다. 높은 CSF와 함께 섬유의 길이가 길수록 고 강도, 고 다공성 및 우수한 내마모성이 나타난다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 하기의 예에서 보여지는 것처럼, 예를 들어 덜 가는 아라미드 섬유들(약 580 - 640 CSF, 더욱 바람직하게는 약 620 - 640 CSF)을 함유하는 재료에 대하여 수행된 고 에너지 테스트는 이 재료가 우수한 장시간의 내구성과 안정한 마찰계수를 갖는 다는 것을 보여준다.

마찰재의 구조가 다공성일수록 열방산은 더 효과적이다. 마찰재의 사용동안 마찰재의 맞물림이 일어날 때, 마찰재의 내 외부로의 오일 흐름은 마찰재가 다공성일 때 더욱 빨리 일어난다.

섬유질 근본재를 통하여 더 많은 다공성 개구들이 있도록 덜 가는 섬유들, 탄소 섬유들, 탄소 입자들, 및 충진재는 섬유질 근본재의 기공 구조를 개선시킨다는 것이 발견되었다. 증가된 다공성은 마찰재의 탄성 또한 증가시킨다. 덜 가는 아라미드 섬유들의 가늘기의 정도가 낮을수록 마찰재는 더 높은 다공성 구조를 갖는 결과를 낳는다.

덜 가는 아라미드 섬유들을 포함하는 섬유질 근본재의 제 1 층에서 탄소 섬유와 탄소 입자들을 포함한다는 사실은 본 발명에 이르러서야 비로소 알려졌다. 섬유질 근본재에서 탄소 섬유와 탄소 입자들의 사용으로 섬유질 근본재는 보다 나은 삼차원 구조를 갖게된다. 어떤 실시예들에서, 탄소 입자들의 사이즈와 기하구조는 약 20 내지 약 50 마이크론의 범위에 있어야 하는 것이 바람직하다. 이들 실시예들에서, 탄소 입자 사이즈가 너무 크거나 너무 작으면, 최적의 삼차원 구조를 만들어지지 않고, 그 결과 열방산이 최적으로 되지 않는다는 것이 발견되었다.

제 1 층은 교차 결합된 페놀-포름알데히드 폴리머를 포함하는 노볼로이드 섬유들을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 약 0.2mm의 비교적 짧은 평균 길이를 갖는 제 1 타입의 섬유와 약 3mm의 비교적 긴 평균 길이를 갖는 제 2 타입의 섬유가 혼합된 노볼로이드 섬유의 조합이 특히 유용하다는 것이 발견되었다. 특정 이론에 유효하기를 바라지는 않지만, 비교적 짧은 섬유는 섬유라기 보다는 입자처럼 작용하고, 그러므로 마찰재에서는 결합재(Binder) 타입의 재료처럼 작용한다. 입자성의 노볼로이드 섬유의 길이가 짧을수록 마찰지는 개선된 강도를 나타낸다. 비교적 긴 섬유들은 마찰재가 압력을 받고 있을 때 마찰재의 파괴를 방지하므로써 마찰재에 강도와 구조를 제공한다. 어떤 특정 이론에 억매이기를 원치는 않지만, 마찰재에 존재하는 페놀 수지들과 화학적으로 유사한 노볼로이드 섬유는 페놀 수지와 결합하여 기계적 및 화학적 강도를 마찰재에 제공하는 것으로 생각된다. 다양한 실시예들에서, 노볼로이드 섬유는 약 1 내지 약 10%의 범위, 바람직하게는 약 2%의 범위로 존재할 수 있다.

마찰재의 제 1 층에서 탄소 입자들과 탄소 섬유들의 사용으로 인하여 섬유질 근본재는 방향성 또는 삼차원 구조를 제공받는다. 탄소 입자들과 탄소 섬유들은 마찰재에 열을 급속히 방산하는 능력을 제공하는 높은 열 전도성을 갖는다.

섬유질 근본재의 제 1 층은 높은 열 전도도를 갖는 탄소 입자들을 포함한다. 탄소 입자들은 마찰재가 원하는 열 저항을 가지도록 마찰재에 우수한 열 전도성을 제공한다. 또한 탄소 입자들은 변속시 충분히 부드러운 느낌과 브레이크나 클러치 동작동안 노이즈나 스퀘이크가 절대 없는 우수한 마찰 특성을 마찰재에 제공한다. 탄소 입자들은 그라파이트(graphite) 입자들에 비하여 덜 구조적이고 불규칙한 구조이며 전형적으로 비교적 저온(즉 1000℃)에서 다양한 기판들을 가공하는 것에 의하여 만들어진다.

본 발명의 섬유질 근본재에서 다양한 충진재들이 제 1 층에 유용한 것으로 이해될 수 있을 것이다. 특히, 규조토(셀라이트) 및/또는 실리카와 같은 실리카 충진재가 특히 유용하다. 셀라이트는 섬유질 근본재에 강하게 결합되는 저렴한 유기 충진재이다. 강한 결합은 높은 기계적 강도를 마찰재에 제공한다. 셀라이트는 높은 마찰계수를 마찰재에 제공한다. 셀라이트는 부드러운 마찰표면과 우수한 변속 느낌 및 마찰 특성들을 마찰재에 제공한다. 그러나, 다른 유형의 충진재도 본 발명에서의 사용에 적합하며 충진재의 선택은 두겹 마찰재의 특수성과 사용 요구에 의존한다.

어떤 실시예들에서, 본 발명의 섬유질 근본재의 제 1 층에 면 섬유들이 첨가되는데, 이 면 섬유들은 높은 마찰계수를 섬유질 근본재에 제공한다. 어떤 실시예들에서, 약 3 내지 약 10%, 다른 실시예들에서는 약 5%의 면 섬유가 섬유질 근본재의 제 1 층에 함유될 수 있다.

섬유질 근본재의 제 1 층의 정형화된 한 예로서, 약 10 내지 약 50중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 5 내지 약 20중량%의 탄소 입자; 약 5 내지 약 25중량%의 탄소 섬유; 약 15 내지 약 35중량%의 충진재; 약 0 내지 약 10중량%의 면 섬유; 및 약 0.5 내지 약 5중량%의 페놀 노볼로이드 섬유들을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 유용한 것으로 밝혀진 제 1 층의 특별히 정형화된 한 예로서, 약 40중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 13중량%의 탄소 입자; 약 20중량%의 탄소 섬유; 약 20중량%의 충진재; 약 3 내지 약 5중량%의 면 섬유; 및 약 2중량%의 페놀 노볼로이드 섬유들을 포함한다. 특히 유용한 제 1 층의 또 다른 정형화된 예는, 약 43중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 15중량%의 탄소 입자; 약 20중량%의 탄소 섬유; 약 20중량%의 충진재; 및 약 2중량%의 페놀 노볼로이드 섬유들을 포함한다.

정형화는 섬유질 근본재의 제조공정동안 섬유재의 표면 위에 탄소 입자들의 침전물을 함유한 제 2 층을 포함한다. 섬유질 근본재의 표면 위에 탄소 입자가 응착하는 것은 제 1 층 즉 하부층에 존재하는 적정량의 라텍스형 재료와 같은 보유 보조제 및/또는 결합제를 사용하는 것에 의하여 개선될 수 있다.

바람직한 실시예들에서, 제 2 층에 존재하는 탄소 입자들의 량은 마찰지 중량에 대하여 약 0.2 내지 약 20중량%의 범위를 갖으며, 어떤 실시예들에서 약 15 내지 약 5중량%를, 다른 실시예들에서 약 2 내지 약 20중량%를 갖는다. 바람직한 실시예들에서, 제 1 층 표면에서 탄소 입자들이 덮이는 면적은 전체 면적에 대하여 약 3 내지 약 90%의 범위를 갖는다. 정형화된 한 가지로서 제 2 층은 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 3 내지 약 5 중량%의 탄소 입자들을 포함한다.

섬유질 근본재의 표면 위의 탄소 입자층의 균일도는 탄소 입자들의 범위와 직경을 바람직하게는 약 0.5 내지 약 80㎛의 범위로 하므로써 개선될 수 있다. 그러나, 다른 사이즈의 탄소 입자들 또한 본 발명의 섬유질 근본재의 제 2 층으로서 유용한 것으로 고려된다.

다음의 예들은 본 발명의 섬유질 근본재와 마찰재가 종래의 마찰재들에 대하여 개선되었다는 것을 보여주는 증거를 추가로 제공한다. 본 발명의 다양하고도 바람직한 실시예들이 다음의 예들에서 설명되지만, 그러한 예들은 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.

본 발명의 마찰재에 대한 마찰계수는 사이클이 증가함에 따라 비교적 정상을 유지하고, 그에 따라 마찰재는 높은 마찰 안정성을 보여준다. 또한, 마찰재의 중간점에서의 동적 마찰계수는 사이클의 수가 증가함에 따라 그 중간점 마찰계수가 비교적 정상상태로 유지되었다는 것을 보여준다. 본 발명의 마찰재들은 비교 마찰재에 비하여 보다 안정한 중간점 마찰계수들을 갖는다.

토크 곡선 형태는 본 발명의 마찰재가 고속, 고에너지 및 고온 응용분야들에서 특히 유용하다는 것을 나타낸다. 안정한 토크 곡선은 또한 본 발명의 마찰재가 특히 노이즈나 스퀘이크가 없다는 것을 보여준다.

본 발명의 마찰재는 비교재에 비하여 일관되게 우수하게 나타난다. 이처럼, 본 발명의 섬유질 근본재는 비교재에 비하여 고속에서 훨신 더 우수하다. 본 발명의 섬유질 근본재에 대하여 사이클 수가 증가함에 따라 마찰계수가 급속히 낮아지는 것이 없다는 것에 주목하는 것도 중요하다. 또한, 비교적 안정된 마찰계수는 마찰재가 매우 안정하다는 것을 나타낸다.

특히, 본 발명의 마찰재는 연장된 고속 내구성 테스트에서도 종래의 고에너지 재료에 비하여 일관되게 우수한 것으로 나타난다. 아라미드형 섬유의 CSF에서의 증가로 인하여 섬유질 근본재는 개선된 내구성을 갖는다. 더욱이, 적어도 약 580-640 CSF, 바람직하게는 약 600-640 CSF, 더욱 바람직하게는 약 620-640 CSF를 갖는 아라미드 섬유들을 함유하는 섬유질 근본재들은 다른 유형의 아라미드 섬유들에 비하여 더 큰 기공 사이즈를 갖는다. 그러한 덜 가는 아라미드 섬유들을 갖는 섬유질 근본재는 개선된 높은 관성 내구성을 갖으며 보다 나은 마모 저항성을 갖는다.

마찰재를 제조하기 위한 바람직한 일 실시예가 도 1에 도시된다. 섬유질 근본재(12)는 상부 표면(16)과 하부 표면(18)을 갖는 하부층(14)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 하부층(14)은 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소 입자, 탄소 섬유, 면 섬유, 충진재, 및 페놀 노볼로이드 섬유를 포함한다. 하부층(14)이 습한 동안, 탄소 입자들(20)은 젖어 있는 하부층(14)의 상부 표면(16) 위에 증착된다. 어떤 실시예들에서, 하부층(14)은 탄소 입자들이 젖어 있는 하부층(14)에 응착되도록 적정량의 적어도 한가지의 바인더 또는 보유 보조재를 추가로 포함하며, 탄소 입자들은 젖어 있는 하부층(14)에 존재하는 보유 보조재에 의하여 응착된다. 적당한 보유 보조재는 예를 들어 라텍스형 바인더 재료 및/또는 약 4.5 이하의 pH를 갖는 명반(alum)을 근본으로 하는 재료를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 하부층(14)의 대향하는 하부 표면(18) 위에 탄소 입자들(20)을 증착하기에 앞서 젖어있는 하부층(14)의 아래쪽에 저진공의 가압수단(30)을 사용하는 것도 유용하다.

비석면 마찰재를 생산하기 위한 바람직한 공정은 덜 가는 아라미드 섬유, 탄소 입자, 탄소 섬유, 면 섬유, 페놀 노볼로이드 섬유, 및 적어도 하나의 충진재를 혼합하여 제 1 층의 섬유질 근본재를 형성하는 것을 포함한다. 섬유질 근본재의 적어도 하나의 표면은 탄소 입자들을 포함하는 제 2 층으로 코팅된다. 코팅된 탄소 입자들을 그 위에 갖는 섬유질 근본재는 적어도 하나의 페놀 또는 개선된 페놀 수지로 포화된다. 포화되고, 탄소 입자가 코팅된 섬유질 근본재는 소정 온도에서 소정 주기의 시간동안 경화된다.

또 다른 실시예에서, 페놀 수지는, 미국특허번호 5,639,804에서 개시된 것처럼, 섬유질 근본재를 포화시키기 위하여 실리콘 수지와 혼합될 수 있고, 그들의 전체 함량은 참고로 여기에서 특별히 제시된다.

높은 CSF와 함께 섬유가 길수록 탄소 입자층은 높은 내구성, 우수한 내마모성 및 개선된 브레이크-인 특성을 갖는 마찰재를 제공한다는 것이 발견되었다. 초기 단계들에서 탄소 퇴적물층으로 된 마찰재의 마찰계수에서의 변화는 탄소 퇴적물을 갖지 않는 마찰재에 비하여 훨씬 적다.

표 1은 하기의 예 1-4에 보여지는 재료들에 대하여 브레이크-인 특성 테스트 5004DN, 고속 내구성 테스트 5005CN, 고 에너지 내구성 테스트 5030CN 및 μ-v-p-t 특성 테스트 491N-494N를 위한 테스트 절차 조건들을 요약하여 제공한다.

표 1

테스트 절차 조건(담그진 변형이 아님)

(사이즈 3 판)

고에너지 고에너지

테스트 절차 브레이크-인 특성 내구성 테스트 내구성 테스트

5004DN 5004CN 5030CN

레벨 레벨 A 레벨 A ＆ C 레벨 A ＆ C

사이클 200 사이클 50 사이클 ←

속도 3700 rpm ← 3600 rpm

관성 2.17 kgcmsec²← ←

압력 137.8 KPa ← ←

온도 100-110℃ ← ←

오일 플로우 0.757lpm ← ←

운동 에너지 15974 주울 ← 15122 주울

레벨 - 레벨 B 레벨 B

사이클 - 5000 사이클 5000사이클

속도 - 6200 rpm 4000 rpm

관성 - 1.98kgcmsec²5.30kgcmsec²

압력 - - -

멈춤 시간 -^*0.8초^**0.95초

온도 - 110-110℃ 100-110℃

오일 플로우 - 0.787 lpm ←

운동 에너지 - 40865 주울 45558 주울

파워 밀도 - 2.27 W/mm²2.13 W/mm²

테스트 절차 μ-v-p-t 특성

491N-494N

레벨 레벨 A 레벨 B

사이클 50 사이클 25 사이클

속도 800 rpm 1400 rpm

관성 3.55 kgcmsec²←

압력 48.7 KPa 97.4 KPa

온도 491N=30℃, 492N=80℃ ←

493N=100℃, 494N=120℃ ←

오일 플로우 0.757 lpm ←

운동 에너지 1223 주울 3745 주울

레벨 레벨 C 레벨 D

사이클 25 사이클 25 사이클

속도 2600 rpm 3600 rpm

관성 3.55 kgcmsec²3.55 kgcmsec²

압력 194.8 KPa 292.2 KPa

멈춤 시간 - -

온도 491N=30℃, 492N=80℃ 491N=30℃, 492N=80℃

493N=100℃, 494N=120℃ 493N=100℃, 494N=120℃

오일 플로우 0.787 lpm ←

운동 에너지 12916 주울 24761 주울

파워 밀도 - -

주목: *레벨 B에서, 175번째 사이클 이내에서 0.8초의 멈춤 시간을 유지하도록 인가 압력을 조절함.

** 레벨 B에서, 140 KPa의 압력에서 시작하고, 175번째 사이클까지 멈춤시간을 0.95초로 유지하도록 인가 압력을 조절함.

＜예 1＞

다음의 섬유질 근본재는 하기의 예들에서 백분율과 중량을 이용하여 사용된다.

예 A는 이층 섬유질 근본재로서 약 45%의 가는 아라미드 섬유(약 450-500 CSF)와, 약 10%의 합성 그라파이트, 약 40%의 규조토, 및 약 5%의 아라미드 펄프와 같은 임의 충진재의 제 1 층과, 약 3-5%의 탄소 입자들로 된 제 2 층을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 섬유질 근본재의 표면 위에 탄소 입자들을 부착하는 것을 돕기 위하여 보유 보조제를 사용하는 것이 바람직하다.

예 B는 이층 섬유질 근본재로서, 약 45%의 가는 아라미드 섬유(약 450-500 CSF), 약 23%의 합성 그라파이트, 약 27%의 규조토, 및 약 5%의 아라미드 펄프와 같은 임의 충진재의 제 1 층과, 약 3-5%의 탄소 입자들로 된 제 2 층을 포함한다.

예 C는 이층 섬유질 근본재로서, 약 25%의 덜 가는 아라미드 섬유(약 450-500 CSF), 약 45%의 탄소 입자 및 약 30%의 면 섬유의 제 1 층과, 약 20%의 탄소 입자들로 된 제 2 층을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 섬유질 근본재의 표면 위에 탄소 입자들을 부착하는 것을 돕기 위하여 pH 4.5인 약 20%의 명반을 보유 보조제로 사용하는 것이 바람직하다.

하기의 표 2는 예 A, B 및 C에서 보여지는 섬유질 근본재의 각각에 대하여 페놀 수지를 이용하여 브레이크-인 테스트를 한 결과를 보여준다. 각 섬유질 근본재에 대하여 취하여진 수지의 함량은 도시된 바와 같다.

하기의 표 3은 실리콘 수지로 포화된 섬유질 근본재의 예 A, B 및 C에 대한 브레이크-인 특성을 보여주는데, 여기서 각 섬유질 근본재는 도시된 것처럼 취하여진 수지 함량을 갖는다.

표 2: 브레이크-인 테스트

픽-업 39% 40% 41%

예 A 예 B 예 C

μ(mid)

사이클 1 0.107 0.101 0.132

사이클 50 0.12 0.12 0.122

사이클 100 0.121 0.12 0.116

사이클 200 0.126 0.128 0.119

백분율 변화 17.76 26.73 -9.85

표 3

브레이크-인 테스트

원료지 예 A 예 B 예 C

픽업 61% 60% 65%

경화조건 실리콘 수지 실리콘 수지 실리콘 수지

μ(mid)

사이클 1 0.156 0.146 0.144

사이클 50 0.162 0.154 0.137

사이클 100 0.157 0.157 0.145

사이클 200 0.162 0.153 0.142

백분율 변화 3.85 4.79 -1.39

멈춤시간

사이클 1 0.79 0.821 0.808

사이클 50 0.738 0.752 0.826

사이클 100 0.745 0.748 0.816

사이클 200 0.749 0.748 0.807

백분율 변화 -5.19 -8.89 -0.12

페놀 수지와 비페놀 수지로 포화된 고함량의 탄소 입자 퇴적 섬유질 근본재(예 C)에 대하여, 동적 마찰계수치와 멈춤시간은 200 사이클 테스트후에도 변화되지 않았다는 사실에 주목할 필요가 있다.

섬유질 근본재 위의 탄소 입자들의 함량이 낮은 마찰지들(예 A와 예 B)에 대하여, 실리콘 수지들은 20사이클 이내에서는 동적 마찰계수의 안정화를 도운다. 데이터에는 보이지 않지만, 페놀/실리콘 수지가 안정화 되기까지는 약 60 사이클이 소요되고, 페놀 수지의 경우에는 약 80회가 소요되며, 페놀 수지류에 대해서는 약 100사이클이 소요된다.

순수한 실리콘 수지에 대하여 멈춤시간은 20 사이클 후에도 일정해졌지만, 실리콘 혼합물(데이터가 미도시)의 경우에는 일정한 멈춤 시간에 도달하는데 80 사이클이 소요되었다. 표 1에서 보여지는 페놀 수지의 예들은 멈춤 시간의 레벨까지 약 100 사이클을 필요로 하였다.

어떤 실시예들에서, 브레이크-인 거동은 섬유질 근본재의 표면 위에서의 탄소 입자들이 차지하는 면적의 정도와 제 1 층의 조성에 의존한다.(다양한 실시예들에서 때때로 수지 유형도 브레이크-인 거동을 조절하는데 고려될 수 있다)

＜예 2＞

다음의 섬유질 근본재는 하기의 예들에서 백분율과 중량을 이용하여 사용된다. 각 예는 약 20%의 덜 가는 아라미드 섬유(약 580-640 CSF), 약 20%의 합성 그라파이트, 약 20%의 규조토류, 약 35%의 면 섬유, 및 약 2%의 임의 라텍스를 포함한다. 다음 예들의 각각에 대하여 제 2 층은 여러 중량%의 탄소 입자들을 포함한다.

예 D-0%의 탄소 입자;

예 E-5%의 탄소 입자;

예 F-10%의 탄소 입자;

예 G-155의 입자; 및

예 H-205의 탄소 입자.

표 4는 페놀 수지로 포화되고 350℉에서 30분간 경화된 예 D, E, F, G 및 H에 대한 브레이크-인 테스트 데이터를 제공한다. 중간, 초기, 최종의 경우에 대한 마찰계수가 보여진다. 멈춤 시간도 나타나있다. 또한, 표 4는 표면에서의 탄소의 덮힘 정도를 백분율로, 포화된 용지의 기공 사이즈 및 액체 투수성을 보여준다. 평균 플로우 기공 직경이 높을수록 마찰재의 기공 구조 밖으로 재료들의 더 나은 자동 변속 유체 흐름에 기인하여 변속시 효과적인 열방산 때문에 마찰재는 더 낮은 계면 온도를 가지려는 경향을 갖는다는 것을 나타낸다. 그러므로, 마찰재가 처음에 큰 기공을 가질 때, 마찰재의 수명동안 더 열린 기공들이 남게된다.

표 4: 브레이크-인 테스트(절차 5004D)

예 D 예 E 예 F 예 G 예 H

피복정도 0% 5% 10% 15% 20%

(중량%)

수지 페놀 페놀 페놀 페놀 페놀

경화조건 350℉/30분 350℉/30분 350℉/30분 350℉/30분 350℉/30분

μ(중간)

사이클 1 0.108 0.122 0.125 0.130 0.129

사이클 50 0.121 0.124 0.118 0.119 0.109

사이클 200 0.127 0.127 0.125 0.125 0.110

백분율 변화 17.6 4.1 0.0 -3.8 -14.7

μ(초기)

사이클 1 0.130 0.140 0.143 0.137 0.144

사이클 50 0.153 0.140 0.133 0.131 0.128

사이클 200 0.154 0.145 0.149 0.138 0.122

백분율 변화 18.5 3.6 4.2 0.7 -15.3

μ(최종)

사이클 1 0.109 0.124 0.130 0.130 0.133

사이클 50 0.122 0.127 0.123 0.122 0.118

사이클 200 0.133 0.130 0.123 0.129 0.114

백분율 변화 22.0 4.8 -5.4 -0.8 -14.3

멈춤 시간

사이클 1 1.078 0.963 0.954 0.939 0.925

사이클 50 0.903 0.889 0.911 0.917 0.956

사이클 200 0.861 0.863 0.899 0.898 0.962

백분율 변화 -20.1 -10.4 -5.8 -4.4 -4.0

포화지 기공 8.31 6.13 7.10 7.16 7.72

사이즈(㎛)

액체 투수성(cm²)0.127 0.111 0.085 0.080

표면탄소 덮힘 2.0% 25.0% 35.0% 49.0% 90.0%

정도(면적%)

표 5는 예 E, F, G 및 H에 대한 전단강도를 보여준다. 전단강도가 높을수록 마찰재는 우수한 기계적 강도를 가지는데, 이는 마찰 라이닝을 전단변형시키기 위하여 더 큰 압력이 필요하다는 것을 의미한다.

본 발명의 마찰재들은 종래의 마찰재에 비하여 더 큰 전단강도를 갖는다. 덜 가는 섬유와 마찰재의 결과적인 다공성 구조의 사용으로 인하여 마찰재의 열저항성이 증가한다. 섬유의 기하구조는 열저항을 증가시킬 뿐만 아니라 엽렬 저항성과 스퀼 저항성을 제공한다. 아울러, 합성 그라파이트 입자와 적어도 하나의 충진재의 존재는 열저항성을 증가시키고, 정상 마찰계수를 유지하고, 스퀼 저항성을 증가시키는 것을 돕는다. 아울러, 본 발명의 마찰재에 대한 평균 기공 사이즈는 직경이 약 0.5㎛ 내지 약 120㎛의 범위를 갖으며, 바람직한 실시예들에서는 약 6㎛ 내지 약 50㎛의 범위를 갖는다.

표 5는 압축/완화 연구를 또한 보여준다. 이 테스트들은 시편을 반복적으로 가압하고 일련의 다른 압력들을 인가하여 그 시편의 가압상태를 풀어주므로써 생기는 용지 품질(caliber)에 대한 효과를 보고한다. 이들 기록들은 설정된 내부저항 즉 공정동안 콤팩팅(compacting)의 내부 압력을 나타낸다. 그 예들은 마찰재의 사용동안 더 균일하게 열이 방산되도록 하는 우수한 탄성도를 보여주는데, 그 이유는 변속 또는 브레이크시 유체가 그 다공성 구조를 통하여 재빨리 이동하기 때문이다. 더욱이, 탄성도의 증가로 인하여 마찰재에 압력이 더욱 균일하고 평탄하게 인가되어, 불균일한 라이닝 마모나 분리판 "핫 스폿"이 제거되거나 감소된다.

표 5: 두겹 탄소재

견본# 예 D 예 E 예 F 예 G 예 H

전단 psi 357 351 292 337 199

압축-설정 0.067/0.013 0.068/0.014 0.078/0.011 0.067/0.014 0.061/0.014

300/1500psi 0.201/0.041 0.197/0.038 0.212/0.040 0.210/0.049 0.237/0.068

도 2 내지 도 7을 참조하면, 분리판들에 대한 표면 프로파일이 도시된다. 도 2는 약 6.0 μin.의 표면 거칠기를 갖는 새로운 분리판을 보여준다. 도 3은 약 0%의 테스트된 탄소재를 갖으며, 표면 거칠기 Ra가 약 7.6 μin.인 예 D에 대한 분리판 프로파일을 보여준다.

도 4는 약 5%의 테스트된 탄소재를 갖으며, 표면 거칠기 Ra가 약 6.0 μin.인 예 E에 대한 분리판 프로파일을 보여준다.

도 5는 약 10%의 탄소재를 갖으며, 표면 거칠기 Ra가 약 5.6 μin.인 예 F에 대한 분리판 프로파일을 보여준다.

도 6은 약 15%의 탄소재를 갖으며, 표면 거칠기 Ra가 약 11.5 μin.인 예 G에 대한 분리판 프로파일을 보여준다.

도 7은 약 20%의 탄소재를 갖으며, 표면 거칠기 Ra가 약 11.7 μin.인 예 H에 대한 분리판 프로파일을 보여준다.

하기의 표 6은 테스트 전과 테스트 후의 예 D, E, F, G 및 H에 대한 탄소 면적의 백분율을 보여준다.

표 6

탄소면적% 예 D 예 E 예 F 예 G 예 H

테스트 전 5% 35% 52% 61% 73%

테스트 후 3% 52% 65% 67% 80%

표 4, 표 5와 도 2-7에 제시된 상기 데이터는 브레이크-인 거동을 위하여 테스트된 표면 위에서 탄소의 피복 면적의 백분율이 다른 일련의 섬유질 근본재들을 보여준다. 5중량%와 10중량%의 탄소 피복 면적을 갖는 예 E와 예 G는 0중량%의 탄소 피복 면적을 갖는 예 D보다 우수한 브레이크-인 거동을 갖는다는 사실에 주목하여야 한다. 예 E와 예 F의 두 가지는 사이클 200에서의 예 D와 같이 유사한 중간점 동적 마찰계수를 갖는다.

약 20중량%의 탄소 피복 면적을 갖는 예 H는 동적 마찰계수가 크게 낮아졌고 사이클 200에서 0중량%의 탄소 피복 면적을 갖는 예 D에 비하여 더 낮은 동적 마찰계수를 갖는다.

동적 마찰계수 변화의 백분율과 표면 탄소 피복(면적 백분율) 사이에는 상관관계가 있다는 것에 주목하여야 할 것이다. 또한, 멈춤 시간 변화의 백분율과 표면 탄소 피복(면적 백분율) 사이에는 상관관계가 있다. 이러한 상관관계가 도 8과 도 9에서 보여진다.

＜예 3＞

예 3은 장시간의 내구성 테스트가 행하여 질 때, 섬유질 근본재 위에서 탄소 피복의 효과를 보여준다. 예 I는 약 25중량%의 아라미드 섬유(약 450-500 CSF), 약 30중량%의 면 섬유, 약 20중량%의 합성 그라파이트 및 약 25중량%의 규조토류를 포함한다.

예 J는 약 25중량%의 아라미드 섬유(약 580-640 CSF), 20-30%의 면 섬유, 약 20-25중량%의 합성 그라파이트 및 약 20-25중량%의 규조토류를 포함한다. 예 E와 예 K는 앞서 언급한 것처럼, 약 40-50중량%의 아라미드 섬유(약 450-500 CSF), dir 20-25중량%의 합성 그라파이트, 약 25-30중량%의 규조토류 및 약 0-7중량%의 임의의 아라미드 펄프를 포함한다.

예 E의 수지는 매우 우수한 브레이크-인 거동과 매우 우수한 고속 내구성을 가진다. 예 J와 예 I 둘다 탄소 입자들을 갖지 않았음에도 불구하고, 예 J는 예 I에 비하여 더 우수한 내구성을 갖는 다는 사실에 주목하여야 한다.

도 10은 예 I, 예 E 및 예 J에 대한 초기 마찰계수변화를 보여준다. 도 11은 예 I, 예 E 및 예 J에 대한 초기 멈춤 시간변화를 보여준다.

＜예 4＞

절차 5030CN에 따른 고 에너지 내구성 테스트가 도 12에서 보여진다.

도 12는 예 E, 예 K 및 예 L에 대한 멈춤 시간의 사라짐(fade)을 보여준다. 예 E는 거의 4000 사이클에서 멈춤 시간 사라짐을 갖는 반면 예 L은 2500 사이클보다 큰 멈춤 시간 사라짐을 가졌고, 그 멈춤 시간은 약 1.05 초 이하였다. 높은 관성 내구성을 보여주는 이 5030CN 절차하에서 테스트된 모든 재료들 중 예 E가 가장 큰 내구성을 갖는다는 것이 보여진다. 예 E는 탄소 증착재(5%의 탄소 증착)이다. 예 L과 예 K는 탄소가 증착되지 않은 재료(0%의 탄소 증착)들이다.

＜예 5＞

하기의 표 7에서 도시된 것처럼, 약 5%의 탄소 입자를 포함하는 제 2 층을 갖는 예 E는 우수한 마찰 거동을 보여주고, 예 I와 예 J에 비하여 우수한 곡선 형태 등급과 우수한 마찰계수를 포함한다.

도 13, 도 14, 및 도 15는 초기, 중간점 및 최종 마찰 계수들을 보여주는 레벨 A, B, C 및 D에 대하여 탄소 퇴적물을 함유하지 않는 예 I에 대한 마찰계수 곡선 형태를 보여준다.

도 13과 도 14는 탄소 퇴적물이 없는 마찰재들에 대하여 맞물림 토크 특성을 보여준다(도 13에서 상대적 회전 속도=1400 RPM이고 도 17에서 상대적 회전속도=2400 RPM). 도 15는 다양한 회전속도에서 탄소 퇴적물을 갖지 않는 마찰재들에 대하여 동적 마찰계수(μ)들을 보여준다.

도 16, 도 17 및 도 18은 덜 가는 아라미드 섬유(약 580-640 CSF)와 약 5%의 제 2 층을 갖는 섬유질 근본재를 포함하는 예 E에 대한 곡선 형태들을 보여준다. 예 E는 약 35% 내지 40%로 픽업된 페놀 수지로 포화된다. 도 16, 도 17 및 도 18은 레벨 A, B, C 및 D에 대한 초기, 중간점 및 최종 마찰계수를 보여준다.

도 16과 도 17은 5%의 탄소 퇴적물을 갖는 마찰재들에 대한 맞물림 토크 특성을 보여준다.(도 16에서 상대적 회전속도=1400 RPM이고 도 17에서 상대적 회전 속도=2400 RPM) 도 18은 다양한 회전속도에서 5%의 탄소 퇴적물을 갖는 마찰재들에 대한 동적 마찰계수들을 보여준다.

도 13-18은 예 E가 우수한 곡선 형태 등급과 우수한 마찰계수를 가지는 것을 보여준다. 탄소 퇴적물의 제 2 층을 갖는 섬유질 근본재는 제 1 층의 더 높은 열 전도도, 더 큰 기공 사이즈 및 더 큰 액체 투수성에 기인하여 더 높은 마찰 내구성을 가진다.

표 7: 토크 곡선 형태 평가

예 E 예 I 예 J

5%-탄소

등급 B 4/5 1 1

C 4 1 1

계수 A 0.143 0.132 0.134

B 0.137 0.127 0.132

C 0.129 0.121 0.120

D 0.131 0.125 0.119

브레이크-인%^*2.0^*2.1 *2.1

멈춤-시간/μ 0.7 6.40 1.5

＜예 6＞

예 M은 약 43%의 덜 가는 아라미드 섬유(약 625 CSF), 약 20%의 탄소 섬유, 약 15%의 그라파이트와 같은 탄소 입자, 약 20%의 셀라이트(celite)와 같은 충진재, 및 약 2%의 키놀형(Kynoltype) 페놀 섬유, 및 약 6 lbs로 퇴적된 약 3 내지 약 5%의 탄소 입자를 포함한다. 어떤 실시예들에서, 제 2 층의 탄소 입자들을 섬유질 근본재의 표면 위에 부착하는 것을 돕기 위하여 보유 보조제를 사용하는 것이 바람직하다.

예 M은 10중량%의 면 섬유; 70중량%의 아라미드 섬유; 약 15%의 탄소 입자; 5중량%의 탄소 섬유; 및 30중량%의 셀라이트 충진재를 포함하는 고 에너지 재료에 비교된다.

도 19A와 도 19B는 비교적 고 에너지 재료(도 19A)와 탄소 피복재, 예 M(도 19B)에 대하여 변속시간 대 사이클을 비교하는 멈춤 시간 테스트 결과들을 보여준다. 도 19B는 변속시간이 더 안정하고 사이클 수가 증가함에 따라 변화가 덜하다는 것을 보여준다.

도 20A와 도 20B는 사이클에 대하여 마찰 라이닝이 마모를 나타내는 두께 변화들(mm)을 비교하는 변위 테스트 결과를 보여준다. 도 20B는 예 M이 사이클의 증가에 대하여 마모가 적은 반면 도 20A에 도시된 비교재는 심한 마모에 기인한 손상을 보여준다.

도 21A와 도 21B는 사이클의 변화에 따른 초기, 중간점 및 최종치들에 대한 마찰 계수 테스트 결과들을 보여주는데, 여기서 가장 높은 값은 초기 마찰 계수이고, 가장 낮은 값은 최종 마찰계수이다. 도 21B는 예 M이 도 21A에 도시된 비교재에 비하여 초기, 중간점 및 최종 마찰계수에 대하여 더 유사한 마찰계수 곡선을 갖는다는 것을 보여준다.

본 발명은 클러치판, 변속기 밴드, 브레이크 슈, 동기화 링, 마찰 디스크 또는 시스템 판으로의 사용을 위한 에너지 마찰재로서 유용하다.

상기한 바람직한 실시예와 선택 실시예들은 설명을 위한 것으로서, 다음의 청구항들의 범위와 내용을 한정하지 않는다.

Claims

적어도 하나의 경화될 수 있는 수지로 포화된 섬유질 근본재를 포함하는 비석면 마찰재에 있어서,

상기 섬유질 근본재는, 다공성의 제 1 층과 제 2 층을 포함하며,

상기 제 1 층은 상기 제 1 층에 근거하여 약 10 내지 약 50중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 5 내지 약 20중량%의 탄소 입자; 약 5 내지 약 25중량%의 탄소 섬유; 약 15 내지 약 35중량%의 충진재; 약 0 내지 약 10중량%의 면 섬유; 및 약 0.5 내지 약 5중량%의 페놀 노볼로이드 섬유를 포함하며,

상기 다공성의 제 1 층은 약 2.0 내지 약 15 마이크론의 평균 기공 직경을 갖으며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층의 적어도 한 표면 위에 탄소 입자들을 포함하며, 상기 탄소 입자들은 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 0.2 내지 약 20중량%로 존재하며, 상기 탄소 입자들은 상기 제 1 층의 면적의 약 3% 내지 약 90%를 피복하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 약 43%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 20%의 탄소 섬유; 약 15%의 탄소 입자; 약 20%의 충진재; 약 2%의 노볼로이드 페놀 t지를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 덜 가는 아라미드 섬유들을 포함하며, 상기 아라미드 섬유들은 캐나다 표준 자유도 지수가 약 450 CSF 이상이며, 상기 마찰재에 높은 열 저항성과 실질적으로 균일한 마찰계수를 제공하는 충분한 양을 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 층은 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 3중량% 내지 약 5중량%의 탄소 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 층은 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 5중량% 내지 약 15중량%의 탄소 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 탄소입자들은 약 6 내지 약 50 마이크론의 사이즈 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층 위에서의 상기 탄소 입자의 피복 면적은 상기 제 1 층의 표면적에 대하여 약 3 내지 약 80%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 상기 탄소 입자를 상기 제 1 층의 표면 위에 부착하기 위한 적어도 하나의 보유 보조제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 8 항에 있어서, 상기 보유 보조제는 약 pH 4.5의 명반을 약 20% 까지 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 3 항에 있어서, 상기 덜 가는 아라미드 섬유는 캐나다 표준 자유도 지수 기준으로 580-640의 자유도를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 덜 가는 아라미드 섬유들은 약 3 내지 약 6mm의 평균 길이 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 충진재는 규조토류를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 기공 직경은 약 2.5 내지 12 마이크론의 평균 사이즈 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 적어도 약 50%의 쉽게 이용가능한 에어 보이드를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰재는 페놀 수지 또는 개량된 페놀 수지로 포화되는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 15 항에 있어서, 상기 마찰재는 약 25중량% 내지 약 60중량%의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 1 항에 있어서, 상기 섬유질 근본재는 페놀 수지와 실리콘 수지의 혼합물로 포화되고, 상기 혼합물에서 실리콘 수지의 량은 상기 혼합물 중량에 대하여 약 5 내지 약 80중량%의 범위를 갖으며, 상기 마찰재는 높은 열 저항성과 실질적으로 균일한 마찰계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 17 항에 있어서, 상기 페놀 수지는 임의 용매 내에 존재하고 상기 실리콘 수지는 상기 페놀 수지의 용매와 양립할 수 있는 또 다른 용매 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 17 항에 있어서, 상기 실리콘-페놀 수지 혼합물에 존재하는 상기 실리콘 수지의 량은 상기 혼합물의 중량에 대하여 약 20 내지 약 25 중량%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 17 항에 있어서, 상기 실리콘 수지 혼합물 내에 존재하는 상기 실리콘 수지의 량은 상기 혼합물의 중량에 대하여 약 15 내지 약 25 중량%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 15 항에 있어서, 상기 개량된 페놀 수지는 에폭시 페놀 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 21 항에 있어서, 상기 에폭시 페놀 수지 내에 존재하는 에폭시 수지의 량은 상기 에폭시 페놀 수지의 중량에 대하여 약 5 내지 약 25 중량%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
제 22 항에 있어서, 상기 에폭시 페놀 수지 내에 존재하는 에폭시 수지의 량은 상기 에폭시 페놀 수지의 중량에 대하여 약 10 내지 약 15 중량%의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재.
약 2.5 내지 약 12 마이크론의 평균 기공 직경을 갖는 다공성 섬유질 근본재의 적어도 일 표면의 표면적의 약 3% 내지 약 90%를 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 0.2 내지 약 20중량%로 존재하는 탄소 입자들로 코팅하는 단계;

상기 탄소가 코팅된 섬유질 근본재를 적어도 하나의 페놀 수지 또는 개량된 페놀 수지로 포화시키는 단계;

상기 포화된 탄소가 코팅된 섬유질 근본재를 소정 온도에서 소정 시간동안 경화시키는 단계를 포함하며,

상기 섬유질 근본재는 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 10 내지 약 50중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 5 내지 약 20중량%의 탄소 입자; 약 5 내지 약 20중량%의 탄소 섬유; 약 15 내지 약 35 중량%의 충진재; 약 3 내지 약 10중량%의 면 섬유; 및 약 0.5 내지 약 5 중량%의 페놀 노볼로이드 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재의 제조방법.
페놀 수지를 실리콘 수지와 혼합하는 단계;

상기 실리콘-페놀 수지 혼합물로 섬유질 근본재를 포화시키는 단계로서, 상기 섬유질 근본재는 다공성의 제 1 층과 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층은 상기 제 1 층의 중량에 대하여 약 10 내지 약 50중량%의 덜 가는 아라미드 섬유; 약 5 내지 약 20 중량%의 탄소 입자; 약 5 내지 약 25 중량%의 탄소 섬유; 약 15 내지 약 35 중량%의 충진재; 약 0 내지 약 10 중량%의 면 섬유; 및 약 0.5 내지 약 5 중량%의 페놀 노볼로이드 섬유를 포함하며, 상기 다공성의 제 1 층은 약 2.0 내지 약 15 마이크론의 평균 기공 직경을 갖으며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층의 적어도 일 표면 위에 탄소 입자들을 포함하며, 상기 탄소 입자들은 상기 섬유질 근본재의 중량에 대하여 약 0.2 내지 약 20중량%로 존재하며, 상기 탄소 입자들은 상기 제 1 층의 표면적의 약 3 내지 약 90%를 피복하는 단계; 및

상기 탄소가 코팅된 포화 섬유질 근본재를 가열하여 상기 페놀 수지와 상기 실리콘 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면 마찰재의 제조방법.