KR20120046024A - 마찰재 - Google Patents

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KR20120046024A
KR20120046024A KR1020110107070A KR20110107070A KR20120046024A KR 20120046024 A KR20120046024 A KR 20120046024A KR 1020110107070 A KR1020110107070 A KR 1020110107070A KR 20110107070 A KR20110107070 A KR 20110107070A KR 20120046024 A KR20120046024 A KR 20120046024A
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silicone rubber
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coupling agent
friction
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KR1020110107070A
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에이지 키무라
카즈히로 타케우치
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닛신보 브레이크 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
마찰 조정재로서 실리콘 고무 입자를 함유하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제하는 것에 의해, 내마모성이 양호한 마찰재를 제공한다.
[해결 수단]
섬유기재, 결합제, 연마재, 마찰 조정재로 이루어지는 마찰재에 있어서, 마찰 조성재로서 실리콘 고무 입자의 내부에 실란 커플링제가 분산된 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 사용한다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자는, 실란 커플링제를 0.1?5중량% 함유하고, 마찰재 전량에 대해 0.5?20부피% 함유시킨다. 평균 입경은 10?1,000㎛이다.
또 마찰재는, 모스 경도가 5?9, 평균 입경이 1?15㎛의 경질 무기입자를 0.1?20부피% 함유한다.

Description

마찰재{FRICTION MATERIAL}
본 발명은, 차량 디스크 브레이크나 드럼 브레이크에 사용되는, 섬유기재, 결합제, 연삭재, 마찰 조정재로 이루어지는 마찰재에 관한 것이다.
종래, 자동차의 제동 장치로서 디스크 브레이크나 드럼 브레이크가 사용되고 있고, 그 마찰 부재로서 금속제의 베이스 부재에 마찰재가 부착된 디스크 브레이크 패드, 드럼 브레이크슈가 사용되고 있다. 그리고, 마찰재에는 내열성이 높고, 브레이크 노이즈의 발생이 적을 것이 요구되고 있다.
브레이크 노이즈의 발생을 억제하기 위해서는, 마찰재의 진동흡수성능을 향상시키는 것이 효과적이고, 그 방법으로서 마찰재에 합성 고무의 입자를 첨가하는 것이 알려져 있다.
일본국 특허출원공개 H11-61104(특허문헌 1)에는, 마찰 조정재로서의 합성 고무로서, 비교적 내열성이 높은 실리콘 고무 입자를 첨가하는 것에 의해 내열성을 높이고, 또한, 진동흡수성능을 향상시켜 브레이크 노이즈의 발생을 억제한 마찰재가 기재되어 있다.
하지만, 마찰재에 포함되는 실리콘 고무 입자는 제동에 의한 마찰 충격에 의해 마찰재의 마찰면으로부터 탈락하기 쉽고, 실리콘 고무 입자가 탈락한 부분으로부터 마찰재의 마모가 급격히 진행되기 때문에, 마찰재의 수명이 단축되는 결점이 있다.
실리콘 고무 입자가 마찰재의 마찰면으로부터 탈락하는 것을 방지하기 위해서는, 실리콘 고무 입자의 표면을 실란 커플링제로 피복 처리하고, 실리콘 고무 입자의 표면과 결합제인 열경화성수지의 밀착성을 향상시키는 방법을 생각할 수 있다.
마찰재에 첨가되는 섬유기재, 연삭재, 마찰 조정재와, 결합제인 열경화성수지의 밀착성을 향상시키기 위해, 섬유기재, 연삭재, 마찰 조정재의 표면을 실란 커플링제로 피복 처리하는 것이 당업자에게 있어서 통상 실시되고 있고, 일본국 특허출원공개 H9-291271(특허문헌 2), 일본국 특허출원공개 2001-20986(특허문헌 3) 등에 기재되어 있다.
하지만, 실리콘 고무 입자와 같이 비교적 부드러운 원료에 있어서는, 표면을 실란 커플링제로 피복 처리하는 것만으로는 열경화성수지와의 충분한 밀착성을 얻을 수 없고, 요구되는 내마모성을 얻을 수 없는 문제가 있다. 이는, 마찰재의 제조공정에 기인하는 것으로 생각된다.
통상, 마찰재는 계량한 각 원료를 혼합기에 투입하고, 건조 상태로 교반?혼합하는 혼합공정을 거쳐 제조된다. 이 혼합공정에서는 각 원료가 혼합기에 의해 교반되지만, 원료끼리의 마찰에 의해 실란 커플링제로 피복 처리된 원료의 표면이 마모되어, 실란 커플링제의 효과가 현저하게 저하해버린다.
일본국 특허출원공개 H11-61104호 공보 일본국 특허출원공개 H9-291271호 공보 일본국 특허출원공개 2001-20986호 공보
본 발명은, 섬유기재, 결합제, 연마재, 마찰 조성재로 구성되고, 마찰 조정재로서 실리콘 고무 입자를 함유하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제하는 것에 의해, 내마모성이 양호한 마찰재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 실리콘 고무 입자의 제조 과정에서 실리콘 고무 화합물(Silicone rubber compound)과 실란 커플링제를 함께 이겨서 실란 커플링제를 실리콘 고무 입자의 내부에 분산시키는 것에 의해, 혼합공정에서 실리콘 고무 입자의 표면이 마모해도 실란 커플링제의 효과를 지속시킬 수 있는 것을 발견하였다.
또한, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제하기 위해서는, 실리콘 고무 입자와 수지 매트릭스의 사이에 적당한 모스 경도와 평균 입경을 갖는 경질 무기입자를 적량 존재시키는 것이 효과적인 것을 발견하였다.
본 발명은, 이러한 발견을 바탕으로 완성에 도달하였고, 특정의 실리콘 고무 입자를 함유하고, 또한, 특정의 경질 무기입자를 함유하여 이루어지는 마찰재이고, 하기의 기술을 기초로 한다.
(1) 섬유기재, 결합제, 연마재, 마찰 조정재로 이루어지는 마찰재에 있어서, 마찰 조성재로서 실리콘 고무 입자의 내부에 실란 커플링제가 분산된 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
(2) 상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자가, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자 전량(全量)에 대해 실란 커플링제를 0.1?5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재의 마찰재.
(3) 상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 마찰재 전량(全量)에 대해 0.5?20부피% 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재의 마찰재.
(4) 상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 평균 입경이 10?1,000㎛인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재의 마찰재.
(5) 연마재로서, 모스 경도가 5?9, 평균 입경이 1?15㎛의 경질 무기입자를 0.1?20부피% 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재의 마찰재.
본 발명의 마찰재에 있어서는, 마찰 조정재로서 실란 커플링제를 실리콘 고무 입자의 내부에 분산시킨 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 사용하는 것에 의해, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제할 수 있고, 내마모성이 양호한 마찰재를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마찰재를 사용한 디스크 브레이크 패드의 제조공정의 일례를 나타낸 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 마찰재를 사용한 드럼 브레이크슈의 제조공정의 일례를 나타낸 설명도.
마찰 조정재로서 실리콘 고무 입자를 함유하여 이루어지는 마찰재에 있어서, 실리콘 고무 입자로서, 실리콘 고무 화합물에 실란 커플링제와 가황제를 첨가하여 혼련하고, 가열 경화 및 입상화한 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 사용한다.
실란 커플링제가 실리콘 고무 입자의 내부에 분산되어 있으므로, 혼합공정에서 실리콘 고무 입자의 표면이 마모해도 실란 커플링제의 효과가 지속되어, 실리콘 고무 입자와 열경화성수지의 충분한 밀착성을 얻을 수 있고, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제할 수 있다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자에 함유시키는 실란 커플링제는, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 전체 성분에 대해 0.1?5중량%가 바람직하고, 0.5?3중량%가 특히 바람직하다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자에 함유시키는 실란 커플링제가 0.1중량% 미만이면, 실리콘 고무 입자와 수지 매트릭스의 충분한 밀착성을 얻을 수 없고, 요구되는 내마모성을 충족할 수 없다. 또한, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자에 함유시키는 실란 커플링제의 상한값이지만, 5중량%를 경계로 효과 차이가 보이지 않고, 실란 커플링제를 많이 함유시키면 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 비용도 상승하기 때문에, 5중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
실리콘 고무 화합물은 실리콘 생고무와 고순도의 실리카를 주성분으로 하는 고무 화합물이고, 본 발명의 마찰재에 사용하는 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자는, 이 실리콘 고무 화합물에 실란 커플링제와 유기과산화물계 가황제 등의 가황제를 첨가하여 혼련한 것을 가열 경화 및 입상화하는 것에 의해 제조된다.
실리콘 고무를 입상화하는 방법으로서는, 분쇄법, 분무건조법, 응고법, 분말건조법을 들 수 있다.
실란 커플링제는, 에폭시계 실란 커플링제, 아미노계 실란 커플링제, 이소시아네이트계 실란 커플링제 등의 통상 사용되고 있는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 마찰재의 결합제로서 페놀계의 수지를 사용하는 경우에는, 아미노계 실란 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 함유량은, 마찰재 전량에 대해 0.5?20부피%가 바람직하고, 3?5부피%가 특히 바람직하다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 함유량이 마찰재 전량에 대해 0.5부피% 미만이면, 실리콘 고무 입자에 의한 진동 감쇠 효과를 얻을 수 없고, 브레이크 노이즈가 발생하기 쉬워진다. 또한, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 함유량이 마찰재 전량에 대해 20부피%를 넘으면 내마모성이 저하한다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 평균 입경은, 10?1,000㎛가 바람직하고, 400?600㎛가 특히 바람직하다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 평균 입경이 10㎛ 미만이면, 실리콘 고무 입자에 의한 진동 감쇠 효과를 얻을 수 없고, 브레이크 노이즈가 발생하기 쉬워진다. 또한, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 평균 입경이 1,000㎛를 넘으면, 내마모성이 저하한다. 또, 본 발명에 있어서 평균 입경은, 레이저 회절 입도 분포법에 의해 측정한 50% 입경인 수치를 사용하였다.
또한, 본 발명에 있어서는 마찰재에 경질 무기입자를 첨가한다. 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자와 열경화성수지 사이에 경질 무기입자가 개재하는 것에 의해, 경질 무기입자가 쐐기(wedge) 역할을 하여, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제할 수 있다.
경질 무기입자의 모스 경도는 5?9, 평균 입경은 1?15㎛가 바람직하고, 이 경질 무기입자를 마찰재 전량에 대해 0.1?20부피% 첨가하면, 마찰재의 내마모성이 더욱 향상한다.
모스 경도가 5?9의 경질 무기입자로서는, 마그네시아, 규산지르코늄, 실리카, 알루미나, 탄화규소 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않고, 통상 마찰재에 첨가되고 있는 모스 경도가 5?9의 경질 무기입자를 사용할 수 있다. 또, 본 발명에 있어서 모스 경도는, "1: 활석, 2: 석고, 3: 방해석, 4: 형석, 5: 인회석, 6: 정장석, 7: 수정, 8: 황옥, 9: 강옥, 10: 다이아몬드"로 표시되는 구(舊) 모스 경도를 적용한다.
또한, 본 발명의 마찰재는, 상기한 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자, 경질 무기입자 이외에, 통상 마찰재에 사용되는 금속섬유, 유기섬유, 무기섬유 등의 섬유기재, 열경화성수지 등의 결합제, 유기충전재, 무기충전재, 윤활제, 금속입자 등의 마찰 조정재를 포함하여 이루어진다.
섬유기재로서는, 철섬유, 강섬유(steel fiber), 동섬유(copper fiber), 황동섬유, 청동섬유 등의 금속섬유, 아라미드섬유, 아크릴섬유, 카본섬유 등의 유기섬유, 세라믹섬유, 암면(rock wool), 티탄산칼륨섬유 등의 무기섬유를 들 수 있고, 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 섬유기재의 함유량은, 충분한 기계적 강도를 확보하기 위하여, 마찰재 전량에 대해 5?60부피%로 하는 것이 바람직하고, 10?50부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
결합제로서는, 페놀수지, 에폭시수지 등의 열경화성수지, 이들의 열경화성수지를 캐슈 오일, 실리콘 오일, 각종 엘라스토머 등으로 변성한 수지, 이들의 열경화성수지에 각종 엘라스토머, 불소 폴리머 등을 분산시킨 수지 등을 들 수 있고, 이들은, 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
결합제의 함유량은, 충분한 기계적 강도, 내마모성을 확보하기 위하여, 마찰재 전량에 대해, 7?30부피%로 하는 것이 바람직하고, 9?20부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자 이외의 마찰 조정재로서는, 캐슈 더스트, 고무 더스트(타이어 트래드 고무의 분쇄분), 실리콘 고무 이외의 미가황(未加硫)의 각종 고무 입자, 실리콘 고무 이외의 가황(加硫) 각종 고무 입자 등의 유기충전재, 황산바륨, 탄산칼슘, 수산화칼슘, 버미큘라이트, 운모 등의 무기충전재, 이황화몰리브덴, 황화주석, 황화아연, 황화철 등의 윤활제, 구리입자, 황동입자, 아연입자, 알루미늄 입자 등의 금속입자를 들 수 있고, 이들은, 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
마찰 조정재의 함유량은, 목적으로 하는 마찰 특성에 따라 마찰재 전량에 대해 40?70부피%로 하는 것이 바람직하고, 50?70부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 마찰재는, 소정량 배합한 상기의 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자, 경질 무기입자와, 섬유기재, 결합제, 마찰 조정재를 뢰디게 믹서(Loedige mixer), 아이리히 믹서(eirich mixer) 등의 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하는 혼합공정, 얻어진 원료혼합물을 예비성형 금형에 투입하여 예비성형물을 성형하는 예비성형공정, 예비성형물을 열성형 금형에 투입하여, 성형 온도 130?180℃, 성형 압력 15?49MPa에서 3?10분 성형하는 가열?가압 성형공정, 얻어진 성형품을 140?250℃의 온도에서 2?12시간 열처리(후 경화)하는 열처리공정, 마찰면을 형성하는 연마처리공정을 거쳐 제조되고, 적절히, 도장, 도장소부공정, 스코칭(scorching)공정이 실시된다.
디스크 브레이크 패드를 제조하는 경우에는, 가열?가압 성형공정에 있어서, 미리 세정, 표면처리, 접착제를 도포한 금속제의 베이스 부재(백 플레이트)와 상기 예비성형물을 겹친 상태로 성형이 실시된다.
[실시예] 이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되지 않는다.
[실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자 1?7의 제조 방법] 표 1에 나타내는 실리콘 고무 화합물과, 아미노계 실란 커플링제를 니더(kneader)로 혼련하고, 유기과산화물계의 가황제를 더 첨가하여 혼련한 후, 얇은 시트형태로 압출하여 시트형태의 실리콘 고무 화합물(Silicone rubber based compound)로 하고, 이 시트형태의 실리콘 고무 화합물을 150℃?250℃에서 가열하여 경화시킨 후, 제트밀(jet mill)로 분쇄, 분급하여 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자 1?7을 제조하였다.
[실란 커플링제 피복 실리콘 고무 입자 8의 제조 방법] 표 1에 나타내는 실리콘 고무 화합물에 유기과산화물계의 가황제를 첨가하여 혼련한 후, 얇은 시트형태로 압출하여 시트형태의 실리콘 고무 화합물로 하고, 이 시트형태의 실리콘 고무 화합물을 150℃?250℃에서 가열하여 경화시킨 후, 제트밀로 분쇄, 분급하여 실리콘 고무 입자를 제조하였다. 얻어진 실리콘 고무 입자와 아미노계 실란 커플링제를 교반기에 투입하고, 교반하여 실리콘 고무 입자의 표면에 아미노계 실란 커플링제를 부착시켜, 실란 커플링제 피복 실리콘 고무 입자 8을 제조하였다.
[실시예 1?19?비교예 1의 마찰재의 제조 방법] 표 2?4에 나타내는 마찰재 원료조성물(실시예, 비교예)을 뢰디게 믹서(Loedige mixer)로 10분간 혼합하고, 얻어진 마찰재 원료혼합물을 예비성형 금형에 투입하여, 35MPa에서 1분 가압하여 예비성형하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이 예비성형물과, 미리 세정, 표면 처리를 하고, 접착제를 도포한 철제의 베이스 부재(백 플레이트)를 열성형 금형에 겹쳐서 투입하여, 성형 온도 155℃, 성형 압력 40MPa의 조건하에서 5분간 가열?가압 성형한 후, 열처리로에서 200℃로 4시간 열처리(후 경화)를 하고, 도장, 소부, 연마하여, 실시예, 비교예의 승용차용 브레이크 패드를 작성하였다.
실시예, 비교예의 디스크 브레이크 패드에 있어서, 평가 시험을 실시하였다. 평가 방법 및 평가 기준은 표에 나타내는 바와 같다.
<내마모성> 실시예 1?19, 비교예 1의 승용차용 브레이크 패드를 다이너모미터에 장착하고, JASO C427-88(브레이크 라이닝, 패드 마모 다이너모미터 시험 방법)의 일반 마모 시험(제동전 브레이크 온도 200℃)에 준거하여 시험을 하여, 브레이크 패드의 마모량을 측정하였다. 사용 캘리퍼 브레이크 형식: 플로팅형 캘리퍼 관성(inertia): 7.0㎏?㎡
평가 기준은 다음과 같다. ◎: 0.15㎜ 미만 ○: 0.15㎜ 이상, 0.20㎜ 미만 △: 0.20㎜ 이상, 0.25㎜ 미만 ×: 0.25㎜ 이상
<실제 차량의 울음> 실시예 1?19, 비교예 1의 승용차용 브레이크 패드를 실제 차량에 장착하고, JASO C402(승용차상용 브레이크 실제 차량 시험 방법)에 준거하여 실제 차량의 울음 시험을 하여, 브레이크의 울음 발생율을 구하였다.
평가 기준은 다음과 같다. ◎: 0% ○: 0%를 넘고, 5% 미만 △: 5% 이상, 10% 미만 ×: 10% 이상
본 발명에 의해, 제동시의 마찰 충격에 의한 실리콘 고무 입자의 탈락을 억제할 수 있고, 내마모성이 양호한 마찰재를 얻을 수 있어, 자동차의 제동 장치인, 디스크 브레이크 또는 드럼 브레이크에 사용되는 마찰재로서, 실용적 효과가 매우 높다.

Claims (5)

  1. 섬유기재, 결합제, 연마재, 마찰 조정재로 이루어지는 마찰재에 있어서, 마찰 조성재로서 실리콘 고무 입자의 내부에 실란 커플링제가 분산된 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자가, 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자 전량(全量)에 대해 실란 커플링제를 0.1?5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자를 마찰재 전량(全量)에 대해 0.5?20부피% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 실란 커플링제 분산 실리콘 고무 입자의 평균 입경이 10?1,000㎛인 것을 특징으로 하는 마찰재.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    연마재로서, 모스 경도가 5?9, 평균 입경이 1?15㎛의 경질 무기입자를 0.1?20부피% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
KR1020110107070A 2010-10-29 2011-10-19 마찰재 KR20120046024A (ko)

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JP2010243106 2010-10-29
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