KR20050078707A - 비석면계 마찰재 - Google Patents

Abstract

비석면계 마찰재가 개시된다.

본 발명에 따른 비석면계 마찰재는 비석면 섬유, 14∼20 부피%의 결합제, 1.5∼3 부피%의 지르콘, 13∼18 부피%의 캐슈분진, 고체윤활제 및 무기 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 열처리를 하여 제조된 것을 특징으로한다.

본 발명에 따른 마찰재는 무소음이거나 소음이 거의 발생하지 않으면서도, 우수한 연마특성과 제동특성을 보이기 때문에 특히 자동차용 마찰재로 사용하기에 적합하다.

Description

비석면계 마찰재{Non-asbestos brake lining}

본 발명은 비석면계 마찰재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무소음이거나 소음 발생이 매우 적은 비석면계 마찰재에 관한 것이다.

자동차, 대형 트럭, 고속차량 및 각종 산업 기계의 제동을 위해 사용되는 드럼 브레이크 마찰재는 복합재료로서 강화섬유, 결합제, 연마제, 고체윤활제, 충전재, 마찰 조절제 등의 구성성분을 포함하며 보통 10여 가지 이상의 재료로 구성된다.

종래 마찰재는 주성분으로서 석면이 많이 사용되었는데, 이는 석면의 우수한 열 안정성과 높은 강도, 분산의 용이함, 저렴한 가격 때문이었다. 그러나, 1980년대 후반 미국 환경보호국의 석면 사용금지 명령에 따라, 석면의 대체 물질과 그 이외의 주요 재료들에 대한 전반적인 연구가 활발하게 시작되었다. 석면의 대체 물질로 현재 사용되고 있는 물질은 세라믹 섬유, 유기물 섬유, 유리 섬유 등이 있으며, 이들 대체 물질은 다른 원료들과의 시너지 효과에 의해 제동 성능, 소음특성, 마모 특성이 각각 다르게 나타나게 된다.

이러한 마찰재가 가져야 할 특징으로는 우수한 제동 유효성(즉, 높은 마찰계수) 뿐만 아니라 높은 내열성, 최소한의 소음 발생특성을 가져야 하며, 마찰재가 브레이크 슈에 볼트 또는 리벳으로 고정될 때에 균열 형성을 방지하기 위하여 강도가 양호해야 한다.

더욱이, 자동차용 마찰재(브레이크 패드)는 운전자의 안전과 직결되는 중요한 부품으로서, 안정성이 가장 중요한 요소이며, 0.35∼0.45 정도의 범위 내의 마찰계수를 가짐으로써 패달을 밟는 느낌이 좋아야 하고, 소음이 적어야 한다는 조건을 만족하여야 한다. 상기 여러가지 물성 중에서 최근 소음에 관한 운전자의 관심이 높아지면서 소음 발생에 대한 불만 및 보증수리비가 급증하고 있으며, 이에 따라 마찰재에서 발생하는 소음을 감소시킬 필요성이 높아지고 있다.

제동소음을 억제하기 위해서는 마찰재의 성분배합에 따른 소음특성에 관한 연구가 선행되어야 하는데, 보고된 바에 의하면, 모스경도가 6 이상인 연마제는 소음을 발생시키는 주요원료로서 그 함량을 전체 연마제의 50%이하로 줄이는 것이 소음특성에 유리한 것으로 알려져 있으나, 연마제는 제동력을 발생시키는 데 크게 기여하는 주요원료이기 때문에 그 함량을 줄이게 되면 제동력이 현저히 감소하게 되된다. 즉, 소음을 감소시키기 위해서는 제동특성 및 연마특성을 희생해야 하는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마찰재의 제동특성이나 연마특성을 유지시키면서도 무소음 또는 소음발생이 매우 적은 비석면계 마찰재를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

비석면 섬유, 14∼20 부피%의 결합제, 1.5∼3 부피%의 지르콘, 13∼18 부피%의 캐슈분진, 고체윤활제 및 무기 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 열처리를 하여 제조된 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 비석면 섬유는 유기섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 금속섬유 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또한, 상기 비석면 섬유는 유기섬유와 세라믹섬유의 혼합물인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 결합제는 페놀 수지 또는 변성 페놀수지일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 고체윤활제는 흑연, 이황화몰리브덴, 삼황화안티몬 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또한, 상기 무기 충전재는 황산바륨, 수산화칼슘, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명에 따른 비석면계 마찰재는 산화마그네슘 또는 산화제삼철을 더 포함하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비석면계 마찰재는 고무분진, 버미큐라이트, 타이어분말, 황화철, 황화아연 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 비석면계 마찰재는 비석면 섬유, 14∼20 부피%의 결합제, 1.5∼3 부피%의 지르콘, 13∼18 부피%의 캐슈분진, 고체윤활제 및 무기 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 열처리를 하여 제조된 것을 특징으로 하며, 상기 구성성분 중 결합제, 지르콘 및 캐슈분진을 최적의 함량으로 포함하는 것에 의해 소음을 최소화할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 비석면 섬유는 마찰재에 통상 사용되는 어떠한 비석면계 무기섬유 또는 유기섬유도 사용될 수 있으며, 예컨대, 유기섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 금속섬유 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 유기섬유의 예로써는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 아라미드 펄프, 폴리이미드 섬유, 폴리아미드 섬유, 페놀 섬유, 셀룰로오스 또는 아크릴 섬유 등을 들 수 있으며, 세라믹 섬유로서, 록울, 티탄산 칼륨 등을 들 수 있고, 그 이외에 월라스토나이트, 세피오라이트, 아타펄가이트 및 인조 광물섬유와 같은 무기섬유도 사용가능하다. 이들 섬유기재는 단독으로 또는 두가지 이상의 조합으로서 사용될 수 있다.

한편, 상기 비석면 섬유로는 유기섬유와 세라믹섬유의 혼합물을 사용하는 것이 가장 바람직한데, 그 이유는 유기섬유를 사용하는 경우에는 소음을 최소화할 수 있지만, 가격이 고가이며, 고온에서 분해되기 때문에 제동특성을 상실하게 되는 단점이 있으므로, 세라믹섬유를 혼합하여 사용함으로써, 이를 보완할 수 있기 때문이다. 특히 바람직한 것은 아라미드 섬유, 락울 및 티탄산 칼륨을 혼합한 것이며, 이들의 혼합 부피비는 2:1:5인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 결합제는 마찰재에 통상적으로 사용되는 공지의 결합재이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 페놀수지 또는 변성 페놀수지를 사용할 수 있다. 상기 변성 페놀수지의 예로써는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)로 변성된 하이-오르토 페놀수지, NBR-변성된 페놀수지 및 아크릴 고무-변성된 페놀수지 등을 들 수 있는데, 이들 중 한가지 또는 두가지 이상의 조합도 사용될 수 있다. 상기 결합제의 사용량은 14∼20 부피%인데, 14 부피% 미만인 경우에는 마찰재 구성성분 간에 충분한 결합력을 부여하기 힘들고, 20 부피%를 초과하는 때에는 소음이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에서 지르콘은 연마제로서 사용되며, 마찰재의 주요 마찰력을 발생시키기 위하여 첨가되는 것으로서, 그 사용량은 1.5∼3 부피%인 것이 적당한데, 1.5 부피% 미만인 때에는 적절한 마찰계수를 얻기 힘들고, 3 부피%를 초과하게 되면, 마찰재의 소음이 증가할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 본 발명에서는 연마제로서 상기 지르콘 이외에 산화마그네슘 또는 산화제삼철을 더 포함할 수 있으며, 상기 연마제의 함유량을 지르콘을 포함하여 전체적으로 5∼8 부피%인 것이 바람직하다. 상기 지르콘 입자의 평균 크기는 1∼200㎛이내의 범위이다.

한편, 본 발명에서 사용되는 캐슈분진은 유기 충전재의 일종으로서, 마찰재에 윤활성을 부여하기 위해 사용되는 것이며, 그 함유량은 13∼18 부피%인 것이 적당한데, 13 부피% 미만인 때에는 소음이 증가하며 18 부피%를 초과하는 때에는 마찰계수가 너무 감소하고 고온특성이 나빠질 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명에서는 상기 캐슈분진이외에도 고무분진, 버미큐라이트, 타이어분말, 황화철 또는 황화아연 등의 마찰조절제를 더 사용할 수 있으며, 이들의 조합을 사용할 수도 있다. 한편, 상기 마찰조절제의 함유량은 캐슈분진을 포함하여 전체로서 25∼35 부피%인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 고체윤활제는 마찰재에 있어서 마찰계수를 조정하기 위한 역할을 하는 마찰마모조정제로써, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지는 않으며, 흑연, 이황화몰리브덴, 삼황화안티몬 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명에 사용되는 무기 충전재 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용가능하며, 예컨대, 황산바륨, 수산화칼슘, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명에 따른 마찰재는 일반적으로 헨쉘 믹서, 로디지 믹서 또는 아이리히 믹서와 같은 적합한 혼합기에서 상기한 성분들을 균일하게 배합하고 배합물을 몰드에서 예비성형함으로써 제조된다. 다음으로, 상기 예비성형물을 130 내지 200℃의 온도 및 10 내지 100MPa의 압력에서 2 내지 15분의 시간동안 성형한 후, 얻어진 성형품을 2 내지 48 시간 동안 140 내지 250℃에서 열처리에 의해 후경화시킨 다음, 도장 및 소성하고, 필요에 따라 표면 연마처리하여 완성품을 얻는다.

본 발명에 따른 비석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도차량 및 각종 형태의 산업용 기계에서 브레이크 라이닝, 클러치 페이싱, 디스크 패드, 페이퍼 클러치 페이싱 및 브레이크 슈를 포함하는 광범위한 용도에서 사용될 수 있다.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼5

표 1에 나타낸 마찰재 조성물을 준비한 후, 2000rpm 이상의 로디지 믹서에서 균일하게 혼합하고, 10MPa의 압력하의 가압형내에서 10분 동안 예비성형했다. 각 예비성형물을 175℃의 온도 및 29.5MPa의 압력에서 10분 동안 성형한 후, 200℃에서 8시간 동안 열처리하므로써 후경화하여, 실시예 1∼5의 마찰재를 얻었다.

(단위: 부피%)

구성성분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
비석면섬유		32	26	30	28	29.5
결합제	페놀수지	14	15	16	14	14
	변성 페놀수지	-	5	-	-	-
지르콘		3	3	1.5	3	1.5
기타 연마제	산화마그네슘	2	2	2	2	2
	산화제삼철	2	2	2	2	2
캐슈분진		14	14	15.5	18	18
고체윤활제	흑연	5	5	5	5	5
	이황화몰리브덴	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
	삼황화안티몬	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
무기충전재	수산화칼슘	2	2	2	2	2
	황산바륨	8	8	8	8	8
마찰조절제	고무분진	7	7	7	7	7
	버미큐라이트	6	6	6	6	6

비교예 1∼5

마찰재의 조성을 하기 표 2에 나타난 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1∼5의 마찰재를 얻었다.

(단위: 부피%)

구성성분		비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
비석면섬유		32.9	27.1	29.5	32.4	27.6
결합제	페놀수지	8	23.5	15.8	17.3	14.7
	변성 페놀수지	-	-	-	-	-
지르콘		3.3	3	4.5	3.2	2.8
기타 연마제	산화마그네슘	2.1	1.6	2	2.3	1.7
	산화제삼철	2.2	2	2	2	2
캐슈분진		15.3	13	13.8	7	21
고체윤활제	흑연	6	4	4.8	5.8	4.1
	이황화몰리브덴	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
	삼황화안티몬	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
무기충전재	수산화칼슘	3	2	2	2.8	2
	황산바륨	8	7	7.8	8	7.2
마찰조절제	고무분진	7.2	6.8	6.8	8.2	6.9
	버미큐라이트	7	5	6	6	5

시험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 마찰재에 대하여 하기의 방법에 의해 경도, 마찰계수 및 소음 테스트를 수행하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

(1) 경도 테스트

경도는 로크웰(Rockwell)경도계의 S스케일을 사용하여 측정하였다. 경도는 50∼80 범위가 바람직한데, 50 미만인 때에는 마모가 심해지며, 80을 초과하는 때에는 마찰계수가 너무 커지고 소음이 많이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.

(2) 마찰계수 측정

마찰계수는 정속마찰시험기로서 2×2cm²의 시편이 두 개 장착되어 회전하는 회주철 로터와의 마찰계수를 측정하였으며, 시험기에는 주변에 마이크 및 음성신호를 분석하는 데이터수집 및 분석장치가 추가로 설치되어 있다. 한편, 마찰계수의 측정조건은 다음과 같았다.

초기제동온도:100℃, 속도: 15km/h, 압력: 0.8MPa

마찰계수는 0.35∼0.45 범위가 바람직한데, 0.35미만에서는 마찰력이 열악하고 0.45를 초과하는 때에는 소음이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

(3) 소음 테스트

소음은 주어진 속도 및 압력조건 하에서 일정거리 14m를 제동하였을 때 발생하는 모든 소음의 데시벨(dB)을 일괄적으로 합산하여 나타내었으며, 시험 온도는 상온으로 하였다. 본 실험에서는 제동시 발생하는 50dB이상의 소리를 소음으로 정의하였으며, 14m를 제동할 때 발생하는 모든 소음을 측정하여 합산하였다. 결국 하기에서 dB의 합으로 나타난 수치는 50dB이상의 나타난 소음의 빈도수 및 각 소음의 음압의 크기와 관계가 있으며, 14m 제동시 나타나는 빈도수 및 음압의 크기가 클수록 dB의 합은 증가하게 된다.

	경도	마찰계수	소음(dB)
실시예 1	53.6	0.348	0
실시예 2	78.1	0.421	4963
실시예 3	62.7	0.419	0
실시예 4	60.6	0.401	0
실시예 5	55.2	0.372	0
비교예 1	39.5	0.325	0
비교예 2	95.2	0.463	466790
비교예 3	70.2	0.391	232879
비교예 4	83.9	0.405	82554
비교예 5	48.6	0.433	0

상기 결과에서 보듯이, 로크웰 경도가 70 이상인 때에는 소음이 발생함을 알 수 있으며, 결합제의 양과 지르콘의 양을 감소시킬 수록, 또한 캐슈분진의 양을 증가시킬수록 소음이 감소됨을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 마찰재는 무소음이거나 소음이 매우 미약하게 발생하면서도, 연마특성과 제동특성이 우수한데 반하여, 비교예 2 내지 4의 경우에는 소음이 많이 발생하며, 비교예 1 및 5의 경우에는 소음이 발생하지 않지만, 경도가 50이하이므로 연마특성이 열악하고, 비교예 1의 경우에는 마찰계수가 0.35 이하로서 제동특성도 열악하다는 것을 알 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰재는 무소음이거나 소음이 거의 발생하지 않으면서도, 우수한 연마특성과 제동특성을 보이기 때문에 특히 자동차용 마찰재로 사용하기에 적합하다.

Claims (8)

1. 비석면 섬유, 14∼20 부피%의 결합제, 1.5∼3 부피%의 지르콘, 13∼18 부피%의 캐슈분진, 고체윤활제 및 무기 충전재를 포함하는 조성물을 성형 및 열처리를 하여 제조된 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비석면 섬유는 유기섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 금속섬유 또는 이들의 혼합물 인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
3. 제 1항에 있어서, 상기 비석면 섬유는 유기섬유와 세라믹섬유의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
4. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 페놀 수지 또는 변성 페놀수지인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고체윤활제는 흑연, 이황화몰리브덴, 삼황화안티몬 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
6. 제 1항에 있어서, 상기 무기 충전재는 황산바륨, 수산화칼슘, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
7. 제 1항에 있어서, 산화마그네슘 또는 산화제삼철을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
8. 제 1항에 있어서, 고무분진, 버미큐라이트, 타이어분말, 황화철, 황화아연 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.