KR20180089505A - 마찰재 - Google Patents
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Abstract
마찰재는 기재, 마찰 조정제를 포함하는 퇴적물층, 및 이 마찰재의 전체에 배치된 수지를 포함한다. 기재는 기재의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 아라미드 섬유를 포함한다. 기재는 또한 기재의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 50 중량% 미만의 양으로 존재하는 충전제를 포함한다. 마찰재는 또한 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료를 포함하지 않는다. 마찰재는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 60% 내지 85%의 공극율, 및 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 메디안 세공 크기를 가진다.
Description
본 발명은 일반적으로 섬유 및 충전제를 포함하는 기재, 마찰 조정제를 포함하는 퇴적물층(deposit) 및 마찰재 전체에 배치된 수지를 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 이러한 마찰재는 트랜스미션의 클러치 어셈블리 내의 마찰판에 사용될 수 있다.
자동차 파워 트레인의 일부 구성요소는 습식 클러치를 이용하여, 차량의 동력 발생기(즉, 내연 기관, 전기 모터, 연료 전지 등)로부터 동력을 전달하여 휠을 구동시킬 수 있다. 동력 발생기로부터 하류에 위치하며, 차량 발진, 기어 변속 및 다른 토크 전달 현상을 가능하게 하는 트랜스미션이 이러한 구성요소 중 하나이다. 일부 형태의 습식 클러치는 현재 자동차 작동에 이용 가능한 많은 상이한 유형의 트랜스미션 전반에 걸쳐 발견될 수 있다. 습식 클러치는, 몇가지 예에서 이름을 붙이자면, 자동 트랜스미션용 토크 컨버터(torque converter), 자동 트랜스미션 또는 반자동 듀얼 클러치 트랜스미션(DCT)용 다판 습식 클러치 팩, 및 토크 컨버터의 대체품으로 7 내지 9개 정도의 기어가 장착된 스포티한 자동 트랜스미션(sportier automatic transmission)에 내장될 수 있는 습식 시동 클러치에 사용될 수 있다. 유사한 습식 클러치는 트랜스미션 외에도 차량 파워 트레인의 다른 부분에서 발견될 수 있다.
습식 클러치는, 윤활제의 존재 하에, 표면들 사이에 선택적 계면 마찰 계합을 부여함으로써, 2개 이상의 대향하는 회전 면을 연동시키는 어셈블리다. 마찰 클러치 판, 밴드, 싱크로나이저 링(synchronizer ring), 또는 이들 계합 가능한 회전 면 중 하나를 제공하는 일부 다른 부품은 전형적으로, 마찰재가 의도된 연동 마찰 계합을 유발하도록 지원한다. 마찰 계면에서의 윤활제의 존재는 마찰재를 냉각시키고, 그의 마모를 감소시키며, 갑작스런 토크 전달 현상(즉, 변속 충격)을 수반할 수 있는 부적절한 상황을 피하기 위한 것으로, 토크 전달이, 매우 빠르게 이루어지더라도, 점진적으로 진행될 수 있도록, 약간의 초기 슬립이 발생하도록 한다. 그러나, 마찰 계면에 윤활제를 유지시키는 것은 연비에 악영향을 미친다. 이는, 마찰재 면을 일정 온도 이하로 유지하는 유속에서, 일반적으로 낮은 압력 하에, 마찰 계면으로 또는 마찰 계면으로부터 윤활제를 펌핑하는 데 필요한 동력이 궁극적으로 동력 발생기로부터 흡상되기(siphon) 때문이다.
많은 적용의 경우에, 트랜스미션 및 토크-온-디맨드 시스템(torque-on-demand system)은 주로 연비 및 구동 편의성을 위해 슬립 클러치를 내장한다. 이러한 시스템 내에서 슬립 클러치의 역할은 습식 시동 클러치와 같은 차량 발진 장치에서부터 토크 컨버터 클러치에 이르기까지 다양하다. 작동 조건에 따라, 슬립 클러치는 3가지 주요 부류로 구별될 수 있다: (1) 저압 및 고속 슬립 클러치, 예를 들어, 습식 시동 클러치; (2) 고압 및 저속 슬립 클러치, 예를 들어, 컨버터 클러치; (3) 극저압 및 저속 슬립 클러치, 예를 들어 중립상태에서 공회전으로 이행하는 클러치.
대부분의 슬립 클러치 적용에 대한 주된 성능 문제는 떨림 방지 및 마찰재의 에너지 관리이다. 떨림의 발생은 마찰재의 마찰 특성, 결합 면의 경도 및 거칠기, 유막 유지력, 윤활제 화학 및 상호 작용, 클러치 작동 상태, 드라이브 라인 어셈블리 및 하드웨어 정렬, 및 드라이브라인 오염(driveline contamination)을 포함하는 많은 요인으로부터 기인할 수 있다. 에너지 관리는 주로 마찰재의 온도 제어와 관련이 있으며, 펌프 용량, 오일 유동 경로 및 제어 전략의 영향을 받을 수 있다.
신규 및 선진의 트랜스미션 시스템이 자동차 산업에서 개발되고 있다. 이러한 신규 시스템은 종종 높은 에너지 요구를 수반한다. 따라서, 이러한 첨단 시스템의 증가하는 에너지 요구를 충족시키기 위해 마찰재 기술도 개발되어야 한다. 특히, 신규의 고 에너지 타입 마찰재가 필요하다. 신규의 고 에너지 마찰재는 전형적으로, 표면 속도가 65 m/초 이하의 고속을 견딜 수 있어야 한다. 또한, 마찰재는 전형적으로 1500 psi 이하의 높은 대향 라이닝 압력(facing lining pressure)을 견딜 수 있어야 한다. 마찰재가 제한된 윤활 조건 하에서 유용해야 하는 것이 또한 중요할 수 있다.
많은 적용의 경우에, 마찰재는 첨단 트랜스미션 시스템에 유용할 수 있도록, 내구성이 있어야 하고, 높은 내열성을 가져야 한다. 전형적으로, 마찰재는 또한 고온에서 안정된 상태를 유지해야 하고, 작동 상태에서 발생되는 고열을 빠르게 방산할 수 있어야 한다.
종래의 마찰재는 일반적으로, 높은 표면 속도로부터 초래될 수 있는 300 내지 350℃ 초과의 표면 온도에서 확실하게 기능할 수 없다. 이 온도를 초과하는 경우, 이러한 마찰재는, 마찰재 면에 열적 열화된 윤활제 첨가제가 축적되어, 실질적으로 불투과성 슬러지 퇴적물층이 형성되는 과정인 재료 노화 및/또는 윤활제의 열적 열화 및 글레이징을 거치는 경향이 있다. 재료의 열적 열화는 많은 적용의 경우에 재료의 강도 및 내구성의 손실을 야기하고, 종종, 높은 마모를 유발한다. 표면 글레이징 마찰재는 떨림 및 마찰 계면에 걸친 일정하지 않은 마찰 계수를 포함하여, 다양한 문제를 유발할 수 있다. 충분히 낮은 표면 온도를 유지하기 위해 마찰재를 통해 순환되어야 할 필요가 있는 윤활제의 양은 습식 클러치의 구성 및 대향되는 회전 면 사이의 마찰 계면 표면적에 의존한다.
종래에는, 온도의 안정성을 위해 마찰재에 석면 섬유(asbesto fiber)가 포함되었다. 건강 및 환경 문제로 인해, 석면은 더 이상 사용되지 않는다. 보다 최근의 마찰재는, 함침 재료 또는 섬유를 페놀 또는 페놀 변성 수지로 조정함으로써, 마찰재에서의 석면의 부재를 해결하려는 시도가 이루어져 왔다. 이들 마찰재는 발생된 고열을 빠르게 방산하지 않는 경향이 있으며, 현재 개발중인 고속 시스템에 사용하기 위해 요구되는 필요한 내열성 및 충분히 높은 마찰 성능 계수를 가질 수 없다.
전형적으로, 신규 트랜스미션 시스템의 계합 및 분리 과정 동안 생성되는 고속은, 마찰재가 계합, 즉 마찰 계합을 통해 비교적 일정한 마찰을 유지할 수 있을 것을 필요로 한다. "떨림"을 최소화하기 위해, 다양한 속도 및 온도에서 마찰 계합이 상대적으로 일정할 것이 또한 중요할 수 있다.
마찰 계합 동안 마찰재가 소음 또는 "스쿼크(squawk)"를 포함하지 않도록, 마찰재가 바람직한 토크 곡선 형태를 갖는 것이 또한 중요할 수 있다. 예를 들어, 토크 곡선에서, 토크가 개시점보다 곡선 종점에서 더 크다면, 그 후, 떨림이 발생할 수 있다. 반대로, 토크 곡선이 종점보다 곡선의 개시점에서 더 크다면, 그 후, 떨림이 발생하지 않을 수 있다. 다수의 사이클 동안 최소 토크 "페이드(fade)"가 바람직하다. 전술된 사항을 고려하여, 개선된 마찰재를 개발할 수 있는 기회가 남아있다.
본 발명의 다른 이점은, 첨부 도면과 관련하여 고려할 때, 하기의 상세한 설명을 참조함으로써, 더 잘 이해되기 때문에, 용이하게 인식될 것이다. 하나 이상의 도면의 개별 구성요소는 척도에 맞추어 나타내지 않을 수 있다.
도 1은 기재 및 퇴적물층을 포함하는 마찰재의 일 실시형태의 단면도이다.
도 2는 퇴적물층의 일 실시형태의 단면도이다.
도 3은 도 1의 마찰재 및 기판을 포함하는 마찰판의 단면도이다.
도 4는 기재 및 퇴적물층을 포함하는 마찰재의 또 다른 실시형태의 단면도이다.
도 5는 비교예 1의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(200 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 6은 실시예 1의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(1000 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 7은 실시예 2의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(1000 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2의 마찰판에 대한(μ4-μ3) 값을 나타내는 선 그래프이며, 더 작은 양의 값이 바람직하며, 이는 최소 떨림을 나타낸다.
도 9는 클러치 어셈블리를 나타내는 절단부가 포함된 트랜스미션의 사시도이다.
도 10a는 약 11 마이크로미터의 메디안 입자 직경 및 원통형 형상을 갖는 융제 소결 규조토의 일 실시형태의 전자 현미경 사진이다.
도 10b는 약 15 마이크로미터의 메디안 입자 직경 및 원통형 형상을 갖는 천연 규조토의 또 다른 실시형태의 전자 현미경 사진이다.
마찰재는 기재, 마찰 조정제를 포함하는 퇴적물층 및 마찰재 전체에 배치된 수지를 포함한다. 기재는 기재의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 아라미드 섬유를 포함한다. 기재는 또한 기재의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 50 중량% 미만의 양으로 존재하는 충전제를 포함한다. 마찰재는 열적 열화 온도가 200℃ 미만인 재료를 포함하지 않는다.
일 실시형태에서, 본 발명은 각각 세공 크기를 갖는 세공을 획정하는 마찰재를 제공한다. 예를 들어, 마찰재는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 60% 내지 85%의 공극율 및 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 메디안 세공 크기를 가질 수 있다.
도 1은 기재 및 퇴적물층을 포함하는 마찰재의 일 실시형태의 단면도이다.
도 2는 퇴적물층의 일 실시형태의 단면도이다.
도 3은 도 1의 마찰재 및 기판을 포함하는 마찰판의 단면도이다.
도 4는 기재 및 퇴적물층을 포함하는 마찰재의 또 다른 실시형태의 단면도이다.
도 5는 비교예 1의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(200 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 6은 실시예 1의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(1000 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 7은 실시예 2의 마찰판의 사이클 시간 및 사이클 수(1000 이하)의 함수로서 마찰 계수(COF)를 나타내는 토크-곡선이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2의 마찰판에 대한(μ4-μ3) 값을 나타내는 선 그래프이며, 더 작은 양의 값이 바람직하며, 이는 최소 떨림을 나타낸다.
도 9는 클러치 어셈블리를 나타내는 절단부가 포함된 트랜스미션의 사시도이다.
도 10a는 약 11 마이크로미터의 메디안 입자 직경 및 원통형 형상을 갖는 융제 소결 규조토의 일 실시형태의 전자 현미경 사진이다.
도 10b는 약 15 마이크로미터의 메디안 입자 직경 및 원통형 형상을 갖는 천연 규조토의 또 다른 실시형태의 전자 현미경 사진이다.
마찰재는 기재, 마찰 조정제를 포함하는 퇴적물층 및 마찰재 전체에 배치된 수지를 포함한다. 기재는 기재의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 아라미드 섬유를 포함한다. 기재는 또한 기재의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 50 중량% 미만의 양으로 존재하는 충전제를 포함한다. 마찰재는 열적 열화 온도가 200℃ 미만인 재료를 포함하지 않는다.
일 실시형태에서, 본 발명은 각각 세공 크기를 갖는 세공을 획정하는 마찰재를 제공한다. 예를 들어, 마찰재는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 60% 내지 85%의 공극율 및 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 메디안 세공 크기를 가질 수 있다.
본 발명은 마찰재(10) 및 마찰재(10)를 포함하는 마찰판(30)을 포함한다. 본 명세서에 개시된 마찰재(10)는 전형적으로, 예를 들어, 자동차의 트랜스미션(46) 내의 습식 클러치 어셈블리에 포함될 수 있는 마찰판(30)에 사용된다. 달리 말하면, 마찰재(10)는 전형적으로, 당 업계에 알려져 있는 바와 같이, 강판과 같은 기판(32)에 접착되어, 마찰판(30)을 형성하도록 설계된다. 금속판은 2개의 면을 가지며, 마찰재(10)는, 예를 들어 당 업계에 알려진 임의의 접착제에 의해, 이 2개의 면 중 하나에 접착될 수 있다. 마찰판(30)은, 예를 들어 도 9에 나타낸 바와 같이, 클러치 팩 또는 클러치 어셈블리(48)를 형성하기 위해, 분리판으로, 사용, 판매 또는 제공될 수 있다. 본 명세서에 개시된 마찰재(10) 및 마찰판(30)은 다른 차량의 적용에 사용될 수 있으며, 자동차 이외의 용도를 갖는다는 것이 이해되어야 한다.
마찰재:
마찰재(10)는 기재(12), 마찰 조정제(22)를 포함하는 퇴적물층(14) 및 마찰재(10) 전체에 배치된 수지(26/34)를 포함한다. 이들 각각은 하기에서 보다 상세히 개시된다. 마찰재(10)는, 단층(single-ply)으로 설명될 수 있는데, 이는 단일 층이고, 이중(2) 층이 아닌 것을 의미한다. 즉, 마찰재(10)는 2-층 구조로 존재할 수 있는 2개의 별개의 층을 포함하지 않는다.
기재:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 마찰재(10)는 기재(12)를 포함한다. 기재(12)는 대안적으로 기재 층으로, 1차 층으로 또는 다공질 층으로 설명할 수 있다. 층이 있는 경우, 이러한 층은 전형적으로 분리형이 아니며, 모서리 및/또는 경계에 대하여 잘 획정된다. 그 대신에, 이러한 층은 전형적으로 비분리형이며, 하기에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 퇴적물층(14)에 블렌딩(blending)될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층은 구배 유형의 패턴으로 퇴적물층(14)에 블렌딩될 수 있다. 대안적으로, 퇴적물층(14)은 구배 유형의 패턴으로 기재(12)에 블렌딩될 수 있다.
기재(12)의 총 두께(T2)는 전형적으로 0.3 내지 1, 예를 들어 0.3 내지 0.9, 0.4 내지 0.8, 0.5 내지 0.7, 0.6 내지 0.7, 또는 0.6 내지 0.75 ㎜ 이다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 이러한 두께는 금속판에 결합하기 전 또는 후의 두께를 지칭할 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
아라미드 섬유:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 기재(12)는 아라미드 섬유(20), 즉 아라미드이거나, 이를 포함하는 섬유를 포함한다. 아라미드 섬유(20)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛의 직경 및 2 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 섬유는 직포, 부직포 또는 임의의 다른 적절한 구조일 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 섬유(20)는 대안적으로 다수의 섬유(20)로 개시될 수 있다.
아라미드 섬유(20)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%의 양으로 존재한다. 다양한 실시형태에서, 아라미드 섬유(20)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 51 내지 69, 52 내지 68, 53 내지 67, 54 내지 66, 55 내지 65, 56 내지 64, 57 내지 63, 58 내지 62, 59 내지 61, 51 내지 65, 51 내지 60, 51 내지 55, 55 내지 70, 55 내지 65, 55 내지 60, 60 내지 70, 60 내지 65, 또는 65 내지 70 중량%의 양으로 존재한다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
아라미드 섬유(20)는 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에 공지된 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 아라미드 섬유(20)는 AB 동종중합체, AABB 중합체 등이거나, 이로 추가로 획정되거나, 이를 포함하거나, 이로 이루어지거나, 또는 이로 필수적으로 이루어질 수 있다. 당 업계에 알려져 있는 바와 같이, 아라미드는 일반적으로 아민기 및 카르복실산 할라이드기 사이의 반응에 의해 제조될 수 있다. 단순한 AB 동종중합체는 nNH2-Ar-COCl → -(NH-Ar-CO)n- + nHCl 처럼 보일 수 있다. 아라미드의 다양한 비 제한적인 예는 케블라(Kevlar), 트와론(Twaron), 노멕스(Nomex), 뉴스타(New Star) 및 테이진 코넥스(Teijinconex)를 포함하며, 이들은 AABB 중합체이다. 노멕스(Nomex), 테이진코넥스(Teijinconex) 및 뉴스타(New Star)는 주로 메타 연결을 포함하며, 폴리-메타페닐렌 이소프탈아미드(MPIA)이다. 케블라(Kevlar) 및 트와론(Twaron)은 둘 모두 가장 단순한 형태의 AABB 파라-폴리 아마이드인 p-페닐렌 테레프탈아미드(PPTA)이다. PPTA는 p-페닐렌 디아민(PPD) 및 테레프탈로일 디클로라이드(TDC 또는 TCl)의 산물이다. 하나 이상의 유형의 아라미드가 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 아라미드는 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드다. 또 다른 실시형태에서, 아라미드는 2개 이상의 유형의 아라미드, 예를 들어, 제1 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드 및 첫 번째 것과 상이한 제2 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드이거나, 이를 포함한다. 일 실시형태에서, Twaron 제품들이 사용된다. 다른 실시형태에서, 케블라(Kevlar)가 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 다른 아라미드가 사용된다. 아라미드 섬유(20)의 총 중량%는 전술된 바와 같다. 다양한 실시형태에서, 2개 이상의 아라미드가 사용되는 경우, 사용되는 모든 아라미드의 총 중량이 기재(12)의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%인 한, 각 아라미드는 1 내지 70 중량%의 임의의 양으로 존재할 수 있다, 예를 들어, 임의의 하나 이상의 개별 아라미드는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 2개의 아라미드가 사용되며, 상술한 바와 같이, 제1 아라미드는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 5 내지 50, 10 내지 45, 15 내지 40, 20 내지 35, 35 내지 30, 20 내지 40, 20 내지 35, 20 내지 30, 20 내지 25, 25 내지 40, 25 내지 35, 25 내지 30 중량%의 양으로 사용되며, 제2 아라미드는, 아라미드의 총 중량%가 기재(12)의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%가 되도록 하는 밸런스량(balance amount)으로 사용된다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다양한 실시형태에서, 아라미드 섬유(20)는 0.5 내지 10 ㎜의 길이 및 300 초과의 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness)(CSF)를 갖는다. 다른 실시형태에서, 450 내지 550, 예를 들어 530 내지 550의 CSF를 갖는 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유(20)가 사용된다. 다른 실시형태에서, 아라미드 섬유(20)는 580 내지 650 또는 650 초과의 CSF를 갖는다. 반대로, 아라미드 펄프와 같은 더 많이 피브릴화된 섬유는 285 내지 290의 여수도를 갖는다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
용어 "캐나다 표준 여수도"(T227 om-85)는, 섬유의 피브릴화 정도가 섬유의 여수도의 측정치로 개시될 수 있다는 것을 개시한다. CSF 시험은, 1 리터의 물 중 3 그램의 섬유의 현탁액이 배수될 수 있는 비율의 임의적 측정치를 제공하는 경험적 절차이다. 따라서, 더 적게 피브릴화된 아라미드 섬유(20)는 다른 아라미드 섬유(20) 또는 펄프보다 마찰재(10)로부터의 유체의 더 높은 여수도 또는 더 높은 배수율을 갖는다. 430 내지 650의 CSF를 갖는 아라미드 섬유(20)를 포함하는 마찰재(10)는 더 많이 피브릴화된 아라미드 섬유(20)를 포함하는 마찰재(10)보다 월등한 마찰 성능 및 우수한 재료 특성을 제공할 수 있다. 캐나다 표준 여수도가 높은 것과 함께, 섬유 길이가 더 길수록, 높은 공극율 및 양호한 내마모성을 갖춘 마찰재(10)가 제공되는 경향이 있다. 아라미드 섬유(20)가 더 적게 피브릴화된 것일수록(530 내지 650의 CSF), 양호한 장기간 내구성 및 안정한 마찰 계수를 나타낼 수 있다.
아크릴 섬유와 같은 다른 섬유가 사용될 수도 있음이 또한 고려된다. 예를 들어, 아크릴 섬유는 적어도 85 중량%의 아크릴로니트릴 단량체로부터 형성된 것과 같은 하나 이상의 합성 아크릴 중합체일 수 있거나, 또는 이로부터 형성될 수 있다.
충전제:
이러한 섬유에 더하여, 도 1, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 기재(12)는 또한 기재(12)의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 50 중량% 미만의 양으로 존재하는 충전제(24)를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 충전제(24)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 31 내지 49, 32 내지 48, 33 내지 47, 34 내지 46, 35 내지 45, 36 내지 44, 37 내지 43, 38 내지 42, 39 내지 41, 30 내지 45, 30 내지 40, 30 내지 35, 35 내지 49, 35 내지 45, 35 내지 40, 40 내지 49, 40 내지 45, 또는 45 내지 49 중량%의 양으로 존재한다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
충전제(24)는 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에 공지된 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 충전제(24)는 보강 충전제 또는 비 보강 충전제일 수 있다. 충전제(24)는 실리카, 규조토, 흑연 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 충전제(24)는 규조토이다. 충전제(24)는, 충전제가 규조토가 아닌 한, 실리카를 포함하지 않을 수 있다.
다른 실시형태에서, 충전제(24)는 실리카, 탄소, 흑연, 알루미나, 마그네시아, 산화 칼슘, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 코디어라이트(cordierite), 뮬라이트, 실리마나이트(sillimanite), 스포듀멘(spodumene), 페탈라이트(petalite), 지르콘, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화붕소, 탄화하프늄, 질화 규소, 질화티탄, 브롬화티타늄 및 이들의 조합이거나, 이를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 예를 들어, 이러한 실시형태는 흑연을 포함할 수 있지만, 실리카 및/또는 규조토는 포함하지 않을 수 있다. 다양한 추가의 실시형태에서, 충전제(24)는 규조토이거나, 이를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 규조토는 실리카를 포함하는 광물이다. 물론, 충전제(24)의 모든 입자는 규조토일 수 있거나, 또는 규조토, 탄소, 흑연 및 알루미나의 다양한 조합과 같은 상이한 유형의 입자의 조합을 포함할 수 있다. 포함된 충전제(24)의 유형 또는 유형들은 요구되는 물리적 특성에 따라 달라질 수 있다.
다양한 실시형태에서, 기재(12)는 충전제(24)의 일부로서 또는 그로부터 독립적으로 흑연을 추가로 포함한다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 기재(12)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 흑연을 추가로 포함할 수 있다. 흑연이 포함되는 경우, 이는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 0을 초과하고, 전형적으로 20 중량% 미만의 양으로 포함될 것이다. 다양한 실시형태에서, 흑연은 기재(12)의 총 중량을 기준으로 1 내지 20, 2 내지 19, 3 내지 18, 4 내지 17, 5 내지 16, 6 내지 15, 7 내지 14, 8 내지 13, 9 내지 12, 10 내지 11, 5 내지 10, 5 내지 15, 5 내지 19, 10 내지 15, 10 내지 19, 또는 15 내지 19 중량%의 양으로 존재한다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다른 실시형태에서, 흑연은 충전제(24) 자체에 대해 전술된 임의의 양으로, 예를 들어, 기재(12)의 총 중량을 기준으로 31 내지 49, 32 내지 48, 33 내지 47, 34 내지 46, 35 내지 45, 36 내지 44, 37 내지 43, 38 내지 42, 39 내지 41, 30 내지 45, 30 내지 40, 30 내지 35, 35 내지 49, 35 내지 45, 35 내지 40, 40 내지 49, 40 내지 45, 또는 45 내지 49 중량%의 양으로 포함된다. 달리 말하면, 흑연은 충전제(24) 그 자체일 수 있고, 따라서 충전제(24) 자체가 존재할 수 있는 전술된 임의의 양으로 존재할 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 용어 "필수적으로 이루어진다"는, 하나 이상의 전술된 충전제(24)를 포함하는 실시형태 및 하나 이상의 전술된 충전제(24)가 동시에 포함하지 않는 실시형태를 개시할 수 있다.
충전제(24)의 역할은 전형적으로 마찰재(10)의 세공 크기에 영향을 미치고, 또한 탄성에 영향을 미칠 수 있으며, 각각 하기에서 보다 상세히 개시된다. 예를 들어, 충전제(24)의 개개의 입자의 크기가 더 큰 경우, 마찰재(10)가 형성될 때, 입자가 단단히 함께 패킹(packing)되지 않는다. 이것은 더 큰 세공 크기의 형성으로 이어지는 경향이 있다. 반대로, 충전제(24)의 개개의 입자의 크기가 더 작은 경우, 마찰재(10)가 형성될 때, 입자가 더욱 단단히 함께 패킹된다. 이것은 더 작은 세공 크기의 형성으로 이어지는 경향이 있다.
다양한 실시형태에서, 충전제(24)는 후술하는 임의의 하나 이상의 마찰 조정제(22)로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 하기의 마찰 조정제(22) 중 임의의 하나는 전술된 임의의 하나 이상의 충전제(24)로부터 선택될 수 있다. 충전제(24)는 유형, 사용량 및 위치에 따라, 마찰 조정제(22)로서 작용하거나, 그와 특성을 공유할 수 있고/거나, 마찰 조정제(22)가 충전제(24)로서 작용하거나, 그와 특성을 공유할 수 있다.
충전제(24) 및/또는 마찰 조정제(22)는 약 0.5 내지 약 80 미크론의 입자 크기를 가질 수 있다. 입자 크기는, 예를 들어 세공 크기 및 공극율을 최대화하기 위해, 마찰재(10)의 3차원 구조를 주문 제작하는 데 사용될 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
퇴적물층:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 마찰재(10)는 또한 퇴적물층(14)을 포함한다. 퇴적물층(14)은 층 또는 단순히 기재(12)에 대한 추가물층으로서 더욱 획정될 수 있다. 층이 있는 경우, 퇴적물층(14)은 전형적으로 이차층으로 개시되고, 전형적으로 분리형이 아니며, 모서리 및/또는 경계로 양호히 획정된다. 그 대신에, 이차층은 전형적으로 비분리형이고, 상술한 일차층으로서 기재(12)에 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 이차 층은 구배 유형 패턴으로 기재(12)에 블렌딩될 수 있다.
기재(12) 및 퇴적물층(14)의 조합은 전형적으로, 기판 재료로 개시될 수 있는 것을 형성한다. 기판 재료의 면은 대안적으로 마찰 발생 면(18)으로 개시될 수 있다. 이 면은 (수지(26/34) 없이) 단지 기재(12) 및 퇴적물층(14)이거나, 이를 포함할 수 있거나, 또는 기재(12), 퇴적물층(14) 및 수지(26/34)(경화되었거나, 경화되지 않았음)이거나, 이를 포함할 수 있다. 전형적으로, 용어 "기판 재료"는 수지(26/34)(경화되었거나, 경화되지 않았음)를 포함하지 않는 실시형태를 개시한다.
다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 기재(12)를 포함하고, 퇴적물층(14) 자체는 마찰 발생 층으로 개시된다. 이러한 실시형태에서, 기재(12)는 결합 면(16)을 제공한다. 마찰 발생 층(예를 들어, 퇴적물층(14))은 그 후, 기재(12)의 결합 면(16)에 평행하게 배치되고, 이에 반대측에 향하는 마찰 발생 면(18)을 제공할 수 있다. 즉, 퇴적물층(14) 자체는 마찰 발생 면(18)을 형성할 수 있거나, 또는 기재(12) 및 퇴적물층(14)의 조합(예를 들어, 분리형 층으로 존재하지 않는 경우)은 마찰 발생 면(18)을 형성할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 마찰 발생 면(18)과 결합 면(16) 사이의 거리로서 획정되는 두께를 갖는다. 다양한 다른 실시형태에서, 마찰 발생 층은 마찰 발생 면(18)으로부터 결합 면(16)을 향하여 두께의 30% 이하, 대안적으로 40% 이하까지 연장된다.
마찰 조정제:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 퇴적물층(14)은 마찰 조정제(22)를 포함한다. 용어 "마찰 조정제(22)"는 당 업계에 잘 알려져 있으며, 다양한 화합물의 입자이거나, 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마찰 조정제(22)는 실리카, 규조토, 고무, 흑연, 캐슈 너트 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 실리카 및/또는 규조토이거나, 이를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 다른 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 실리카, 탄소, 흑연, 알루미나, 마그네시아, 산화 칼슘, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 코디어라이트, 뮬라이트, 실리마나이트, 스포듀멘, 페탈라이트, 지르콘, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화붕소, 탄화하프늄, 질화규소, 질화티탄, 붕소화 티탄 및 이들의 조합이거나, 이를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 다양한 추가의 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 규조토이거나, 이를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 규조토는 실리카를 포함하는 광물이다. 규조토는, 상대적으로 높은 마찰 계수를 나타내는 저렴한 연마 재료이다. 다른 실시형태에서, 규조토, 및/또는 이산화규소와 같은 실리카 입자가 사용된다. 실리카 입자는 섬유에 강력하게 결합할 수 있는 저렴한 무기 재료이다. 물론, 마찰 조정제(22)의 모든 입자는 규조토일 수 있거나, 또는 대안적으로, 규조토, 탄소, 흑연 및 알루미나의 다양한 조합과 같은 상이한 유형의 입자의 조합을 포함할 수 있다. Celite 및 Celatom은 사용될 수 있는 규조토의 두 가지 상표명이다. 용어 "필수적으로 이루어진다"는 전술된 마찰 조정제(22) 중 하나 이상을 포함하는 실시형태 및 하나 이상의 전술된 마찰 조정제(22)가 동시에 포함하지 않는 실시형태를 개시할 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시형태는 흑연을 포함할 수 있지만, 실리카 및/또는 규조토를 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 실리카 입자, 수지 분말, 예를 들어 페놀 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 이들의 혼합물, 부분적 및/또는 완전 탄화된 탄소 분말 및/또는 입자 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 마찰재(10)에 높은 마찰 계수를 제공한다. 사용되는 마찰 조정제(22)의 유형 또는 유형들은 요구되는 마찰 특성에 따라 달라질 수 있다. 일부 유형의 마찰 조정제(22)는 또한 매끄러운 마찰 면을 가진 마찰재(10)를 제공할 수 있으며, 마찰재(10)에 양호한 "쉬프트 필(shift feel)" 및 마찰 특성을 제공하여, 예를 들어 트랜스미션(46)에서 사용되는 경우, 임의의 "떨림"이 최소화될 수 있다.
마찰 조정제(22)는 기재(12)에 3차원 면을 제공할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 입자 형태이다. 예를 들어, 마찰 조정 입자의 균일성은 0.5 내지 80 미크론, 예를 들어 0.5 내지 20 미크론의 범위 및 크기의 입자를 사용함으로써 달성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)의 입자는 100 ㎚ 내지 80 ㎛, 500 ㎚ 내지 30 ㎛, 또는 800 ㎚ 내지 20 ㎛의 에버리지(average) 직경을 갖는다. 일부 실시형태에서, 마찰 조정 입자 크기가 너무 크거나 너무 작은 경우, 최적의 3차원 구조가 달성되지 않는다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는, 탄성이고, 고무와 같은 특성을 나타내는 엘라스토머 입자이다. 다양한 적합한 엘라스토머 입자는 캐슈 너트 쉘 오일, 고무 및 이들의 조합으로부터 유도된 입자이다. 일부 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 실리콘 고무, 스티렌 부타디엔 고무("SBR"), 부틸 고무, 및 할로겐화 고무, 예를 들어 클로로부틸 고무, 브로모부틸 고무, 폴리클로로프렌 고무 및 니트릴 고무를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진 고무 입자이다. 일부 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 실리콘 고무를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어 지거나, 또는 이로 이루어질 수 있다. 다른 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 니트릴 고무를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진다. 또 다른 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 캐슈 너트 입자 또는 캐슈 너트 쉘 오일로부터 유도된 입자를 포함하거나, 이로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이로 이루어진 엘라스토머 입자를 포함한다. 용어 "필수적으로 이루어진다"는 하나 이상의 유형의 전술된 화합물을 포함하는 실시형태 및 하나 이상의 다른 유형의 전술된 화합물을 포함하지 않는 실시형태를 개시할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 40 ㎛ 미만, 대안적으로 2 ㎛ 내지 40 ㎛, 대안적으로 5 ㎛ 내지 30 ㎛, 대안적으로 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 의 에버리지 직경을 갖는다. 유리하게는, 40 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 마찰 발생 층의 엘라스토머 입자는 전형적으로 탄성을 향상시키고, 예상외로, 향상된 정지 마찰 계수(COF)를 갖는 마찰재(10)를 생성할 수 있다. 또한, 다양한 실시형태에서, 엘라스토머 입자는 200℃ 이상, 대안적으로 300℃ 이상, 대안적으로 400℃ 이상의 열 안정성을 갖는다(그리고, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 열 안정성의 상한 값을 갖는다). 용어 "열 안정성"은, 엘라스토머 입자가 용융되지 않거나, 연화되지 않거나, 분해되지 않는다는 것을 개시한다. 엘라스토머 입자의 열 안정성은 전형적으로 열 중량측정 분석법("TGA")에 의해 측정된다. TGA를 통해 분석된 엘라스토머 입자의 샘플이 중량을 상실하기 시작하는 온도는, 엘라스토머 입자가 열 안정성을 상실하는 온도이다.
다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 20 중량%의 양으로 사용된다. 다양한 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 기재(12)의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 15, 0.2 내지 10, 0.2 내지 5, 1 내지 10, 1 내지 5, 2 내지 5, 2 내지 6, 2 내지 15 등의 양으로 사용된다. 다양한 실시형태에서, 기재(12)의 표면상의 마찰 조정제(22)의 도포 면적은 표면적의 3 내지 90%이다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다양한 실시형태에서, 충전제(24) 및 마찰 조정제(22)는 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 충전제(24) 및 마찰 조정제(22)는 동일할 수 있으며, 예를 들어 둘 다 규조토일 수 있다. 그러나, 동시에, 충전제(24) 및 마찰 조정제(22)는 상이한 유형의 규조토일 수 있다. 예를 들어, 규조토는 플럭스 소성되거나, 천연의 것이거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 규조토는 0.5 내지 25, 1 내지 25, 5 내지 25, 5 내지 20, 5 내지 15, 5 내지 10, 0.5 내지 5, 1 내지 5, 2 내지 4, 10 내지 20, 11 내지 19, 12 내지 18, 13 내지 17, 14 내지 16, 또는 15 마이크로미터의 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 규조토는 또한, 당업자에게 공지된 방법을 사용하여 계산되는 바와 같이, 10% 슬러리 중에 사용되는 경우, 7, 8, 9 또는 10의 pH를 가질 수 있다. 규조토는 120 내지 220, 130 내지 210, 140 내지 200, 150 내지 190, 160 내지 180, 170 내지 180, 130 내지 160, 또는 140 내지 150의 흡유량(lb./100lbs)(Gardner-Coleman)을 가질 수 있다. 규조토는 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 원통형 입자 또는 상이한 형상의 입자를 가질 수 있다. 더욱이, 규조토는 5, 4, 3, 2, 1, 또는 0.5 이하의 자유 수분(최대 수분%)을 가질 수 있다. 규조토에 대한 비 제한적인 옵션은 도 10a 및 도 10b에 나타낸다.
수지:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 마찰재(10)는 또한, 마찰재(10) 전체에 배치되거나, 분산된 수지(26/34)를 포함한다. 달리 말해서, 수지(26/34)는 마찰재(10) 전체에 균일하거나, 또는 불균일하게 분산될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 수지(26/34)는 기재(12) 전체에 균일하거나, 또는 불균일하게 분산되고, 하나 이상의 퇴적물층(14), 충전제(들)(24) 및/또는 마찰 조정제(들)(22)를 부분적으로 또는 전체적으로 캡슐화할 수 있다. 도면에서, 부호 26은 미경화 수지를 지칭한다. 또한, 도면에서, 부호 34는 부분 경화 또는 완전 경화 수지를 지칭한다.
수지(26/34)는 당 업계에 공지된 임의의 것일 수 있고, 경화되거나, 경화성일 수 있다. 대안적으로, 수지(26)는 경화되지 않는 유형일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰재(10)의 형성 단계에 따라, 수지(34)는 부분적으로 경화되거나, 전체적으로 경화되거나, 또는 전체보다 적게 경화될 수 있다. 대안적으로, 수지(26)는 전혀 경화되지 않을 수 있다. 수지(26/34)는, 제조 과정의 어느 단계가 검토되는지에 따라, 경화되거나, 미경화되거나, 또는 부분적으로 경화될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 수지(26/34)는 마찰재(10)에 구조적 강성을 제공하기에 적합한 임의의 열경화성 수지일 수 있다. 사용될 수 있는 다양한 수지는 페놀 수지, 페놀계 수지 및 페놀 변성 수지를 포함한다. 페놀 수지는, 방향족 알코올, 전형적으로 페놀 및 알데히드, 전형적으로 포름알데히드의 축합에 의해 생성되는 열경화성 수지의 부류이다. 페놀계 수지는, 전형적으로, 임의의 용매 또는 가공 산을 제외하고, 모든 수지의 총 중량을 기준으로 적어도 50 중량%의 페놀 수지를 포함하는 열경화성 수지 블렌드이다. 다양한 폐놀계 수지는 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 동유(tung oil), 벤젠, 캐슈 너트 오일 등과 같은 조정 성분을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 페놀 변성 수지에서, 페놀 수지는 일반적으로 50 중량% 이상(존재하는 임의의 용매는 제외됨)으로 존재한다. 그러나, 하나 이상의 실시형태에서, 수지(26/34)는, 실리콘-페놀 수지 혼합물의 혼합물의 중량을 기준으로(용매 및 다른 가공 산은 제외됨), 예를 들어 5 내지 80 중량%의 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 페놀 수지 및 페놀-실리콘 수지의 예가 미국 특허 제 5,998,307호에 개시되어 있으며, 이는 다양한 비 제한적 실시형태에서 그 전문이 본 명세서에 명확하게 포함된다.
사용될 수 있는 실리콘 수지는 열 경화 실리콘 실런트(sealant) 및 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 자일렌 및 아세틸아세톤(2,4-펜탄디온)을 포함하는 것과 같은 다양한 실리콘 수지가 또한 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 잔여(용매 및 다른 가공 보조제는 제외됨) 페놀 수지와 함께, 5 내지 25 중량%의 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 변성 페놀 수지가 또한 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 수지(26/34)는 기재(12) 및 퇴적물층(14)의 총 중량을 기준으로 25 내지 60 중량%의 양으로 존재한다. 예를 들어, 수지(26/34)는 기재(12) 및 퇴적물층(14)의 총 중량을 기준으로 25 내지 35, 25 내지 30, 30 내지 40, 30 내지 35, 35 내지 40, 40 내지 60, 45 내지 55, 45 내지 50, 또는 50 내지 55 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 이 값은 대안적으로, 수지 "픽업(pick up)"으로 개시될 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 일단 경화되면, 수지(34)는 마찰재(10)에 강도 및 강성을 부여하고, 적절한 윤활제 유동 및 보유를 위해 원하는 공극율을 유지하면서, 아라미드 섬유(20), 충전제 입자(24) 등을 접착시킨다.
150℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료의 불함유:
마찰재(10)는 200℃, 175℃ 또는 150℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료(예를 들어, 섬유)를 함유하지 않을 수 있다. 용어 "열적 열화 온도"는 당 업계에서, 재료의 발화점, 즉 화염 또는 스파크와 같은 외부 발화원 없이 물질이 정상 대기에서 자연 발화되는 최저 온도로 인식된다. 이 온도는 연소에 필요한 활성화 에너지를 공급하는 데 필요하다. 본 발명과 관련하여, 마찰재(10)가 클러치 어셈블리에 사용되는 경우, 발생하는 마찰로 인해 고온에 도달할 수 있다. 온도가 열적 열화 온도를 초과하면, 재료(예를 들어, 섬유)가 연소 및/또는 분해되어, 마찰재(10)의 효율성을 감소시킬 수 있다. 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료(예를 들어, 섬유)의 예는 면, 셀룰로오스 및 이들의 조합이다. 다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 면을 함유하지 않고 및/또는, 셀룰로오스 섬유를 함유하지 않는다. 셀룰로오스 섬유는 천연 셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 재생 리오셀 셀룰로오스, 및 이들의 조합일 수 있다. 천연 셀룰로오스는, β(1→4)-글리코시드-결합 글루코스 반복 단위를 포함하고, 반복 단위("n")의 대다수가 일반적으로 100 내지 10,000개의 범위인 일반 고분자 화학식(C6H1O5)n을 갖는 직쇄 다당류이다. 재생 셀룰로오스는 천연 셀룰로오스와 동일한 화학식을 가지며, 비스코스 공정, 구리 암모늄 공정(cuprammonium process) 및 유기 용매 방사 공정(organic solvent spinning process)을 포함하는 여러 공정 중 하나로부터의 자연 유래 고분자(예를 들어, 목재 펄프 또는 대나무)로부터 제조된다. 재생 셀룰로오스의 일부 예는 레이온, 모달 및 리오셀이다. 셀룰로오스 유도체는, 글루코스 단위상의 하이드록실기가, 예를 들어 에스테르기로 완전히 또는 부분적으로 치환된 조정 셀룰로오스이다. 셀룰로오스 유도체의 일부 예는 셀룰로오스 아세테이트 및 셀룰로오스 트리아세테이트이다. 다른 실시형태에서, 마찰재(10)는 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 섬유를 포함하지 않을 수 있지만, 실제로는 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 충전제(24) 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있다.
다공질 층:
추가의 실시형태에서, 기재(12)는 다공질 층으로서 추가로 획정되고, 마찰 조정제(22)의 입자는 다공질 층 내에 또는 그 전체에 배치된다. 다공질 층은, 환경에 노출하기 위한 제1 최외측 면(예를 들어, 전술된 마찰 발생 면(18)일 수 있음) 및 (금속판 등) 기판(32)에 대한 접착을 위한 제2 최외측 면을 포함할 수 있다. 제2 최외측 면은 전술된 결합 면(16)일 수 있다. 다공질 층은 제1 최외측 면에 가장 근접하여 배치된 상부 사분면(38) 및 제2 최외측 면에 가장 근접하여 배치된 하부 사분면(40)을 추가로 획정할 수 있다. 마찰 조정제(22)의 입자는 다공질 층의 상부 사분면(38)에 배치될 수 있다.
마찰재의 물리적 특성:
도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 마찰재(10)는 전형적으로 세공(36), 예를 들어 다수의 세공(36)을 획정한다. 세공(36)은 각각 세공 크기를 갖는다. 애버리지 또는 평균 세공 크기는 전형적으로 분포로 표시된다. 세공 크기는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 메디안 세공 크기는, 대안적으로 마찰재(10)의 모든 세공 크기의 범위는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시, 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 15 ㎛ 내지 40 ㎛, 20 ㎛ 내지 35 ㎛, 25 ㎛ 내지 30 ㎛, 30 ㎛ 내지 35 ㎛, 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 5 ㎛ 내지 10 ㎛, 10 ㎛ 내지 15 ㎛, 10 ㎛ 내지 20 ㎛, 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 5 ㎛ 내지 7 ㎛, 7 ㎛ 내지 10 ㎛, 7 ㎛ 내지 15 ㎛, 8 내지 15, 9 내지 14, 10 내지 13, 또는 11 내지 12 ㎛이다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다른 실시형태에서, 마찰재(10)는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시, 60% 내지 85%의 공극율을 갖는다. 마찰재(10)의 공극율은 대안적으로, 공기에 개방된 총 마찰재(10)의 백분율 또는, 공기이거나, 고체가 아닌 용적을 기준으로 총 마찰재(10)의 백분율로서 기재할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시, 60 내지 80, 60 내지 75, 60 내지 70, 60 내지 65, 65 내지 85, 65 내지 75, 65 내지 70, 70 내지 85, 70 내지 80, 70 내지 75, 75 내지 85, 75 내지 80, 또는 80 내지 85%의 공극율을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 마찰재(10)는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 78, 69, 또는 70%의 공극율을 갖는다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는, 사용 중 더욱 균일한 열 방산을 가능하게 하는 개선된 탄성 및/또는 공극율과 함께 개선된 떨림 방지 특성을 나타낸다. 트랜스미션 내의 유체는 마찰재(10)의 세공(36)을 통해 빠르게 이동할 수 있다. 또한, 개선된 탄성 및/또는 공극율은 마찰재(10)에 더욱 균일한 압력 또는 일정한 압력 분포를 제공하여, 일정하지 않은 라이닝 마모 또는 "핫 스폿(hot spot)"이 최소화되도록 한다.
마찰재(10)의 구조가 더 다공질일수록, 열이 더욱 효율적으로 방산된다. 마찰재(10)가 다공질인 경우, 사용 중 마찰재(10)의 계합 동안 마찰재(10)의 내부 및 외부의 오일 유동은 더 빠르게 발생한다. 예를 들어, 마찰재(10)가 더 높은 평균 유동 세공 직경 및 공극율을 갖는 경우, 마찰재(10)의 세공(36)을 통한 자동 트랜스미션 유체의 더 양호한 유동으로 인해, 마찰재(10)가 더 저온으로 작동되거나, 트랜스미션 내에 더 적은 열이 발생할 가능성이 커진다. 트랜스미션 시스템의 작동 중에, 특히 고온에서 자동 트랜스미션 유체의 파손으로 인해, 시간이 지남에 따라 마찰재(10) 상에 오일 퇴적물층이 발생하는 경향이 있다. 오일 퇴적물층은 세공(36)의 크기를 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 마찰재(10)가 더 큰 세공(36)으로 형성되는 경우, 오일 퇴적물층 후 잔존하는/생성된 세공 크기가 더 커진다. 마찰재(10)의 공극율은 섬유, 수지, 충전제, 충전제 입자 크기 및 기판 재료 중량의 선택을 기준으로 추가로 조정될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 높은 공극율을 가짐으로써, 사용 중에 높은 유체 투과 용량이 될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 마찰재(10)가 다공질일뿐만 아니라, 압축성인 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, 마찰재(10)로 투과된 유체는 전형적으로, 트랜스미션의 작동 중에 가해지는 압력 하에서 마찰재(10)로부터 빠르게 압착 또는 방출될 수 있어야 하지만, 마찰재(10)는 전형적으로 붕괴되어서는 안된다. 또한, 마찰재(10)가 높은 열 전도성을 가져서, 트랜스미션의 작동 중에 발생된 열이 빠르게 방산되도록 하는 것이 중요할 수 있다.
수지가 없는 마찰재(10)의 총 두께(T1)는 전형적으로 0.3 내지 1.6, 0.4 내지 1.5, 0.5 내지 1.4, 0.6 내지 1.3, 0.7 내지 1.2, 0.8 내지 1.1, 또는 0.9 내지 1 ㎜ 이다. 이 두께는 금속판에 결합되기 전의 두께를 지칭하며, 캘리퍼(caliper)의 두께로 지칭될 수 있다. 이 두께(T1)는 전형적으로 퇴적물층(예를 들어, 수지가 없는 기판)을 포함하는 섬유/기재의 두께이다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
금속판에 결합된 후, 마찰재(10)의 총 두께(T3)는 전형적으로 0.3 내지 1.2, 0.4 내지 1.1, 0.5 내지 1, 0.6 내지 0.9, 또는 0.7 내지 0.8 ㎜이다. 이 두께(T3)는 전형적으로 퇴적물층 및 수지를 포함하는 섬유/기재의 두께이고, 금속판에 결합된 후에 측정된다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
본 발명의 마찰재(10)는, 예를 들어, 마찰판(30)을 형성하는 데 사용되는 경우, 통상적으로, 후술되는 시험을 사용하여 측정시, 예를 들어, 0.10 내지 0.16, 0.11 내지 0.15, 0.12 내지 0.14, 또는 0.12 내지 0.13의 동적 마찰 계수(COF) 및 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 그로부터 생성된 토크 곡선을 나타낸다. 다양한 실시형태에서, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 마찰재(10)는 특히 더 느린 속도에서 시간에 따라 일정하거나 점차적으로 감소하는 토크 곡선을 나타낸다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
COF를 측정하기 위해 사용된 시험은 GK 3 시험 벤치에서 수행된다. 4개의 양면 마찰판 및 상응하는 적용 DCT 유체는 차량 발진시 듀얼 클러치 트랜스미션의 작동 환경을 시뮬레이션하는 데 사용된다. 적용 DCT 유체는 22 L/분의 유속으로 마찰재의 마찰 계면에 공급된다. 이러한 유속은 마찰재의 마찰 계면 및 그의 마주한 결합 면의 온도가 440℃에 도달하도록 한다. 발진 시험에는 하기의 추가 시험 매개변수가 있다: 시뮬레이션 관성: 0.85 KgM2; 275 KW의 최대 전력; 350 KJ의 에너지; 6.7 W/㎜2의 특정의 네트 전력(specific net power); 0.42 MPa의 라이닝 압력; 6500 rpm의 최대 회전 속도; 1.5 초의 정지 시간. 마찰 토크 구배의 측정은 마찰재 계합/분리 싸이클 수에 대해 도시될 수 있다. 양의 마찰 토크 구배는 일반적으로 품질 마찰 성능을 나타낸다. 음의 마찰 토크 구배는 일반적으로 글레이징을 나타낸다.
다양한 실시형태에서, 마찰재(10)/마찰판(30)은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 기판(32)과의 결합 후의 마찰재(10)의 두께(경화 수지(34)를 포함함)와 비교하여, 기판(32)과의 결합 전의 섬유 및 충전제(24)(수지(26/34) 없음; 또한, "기판 재료"라고도 함)의 두께의 측정 후에 측정시, 10 내지 30% 또는 10 내지 20%, 예를 들어 11 내지 19%, 12 내지 18%, 13 내지 17%, 14 내지 16%, 또는 15%의 압축률을 나타낸다. 다양한 실시형태에서, 압축은 상기에서 처음 도입된 바와 같이 T1 및 T3을 사용하여 계산될 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명의 마찰재(10)는, 예를 들어, 마찰판(30)을 형성하는 데 사용되는 경우, 수지(34)의 경화 및 금속판과의 결합 후 0.4 내지 1.2 ㎜의 최종 라이닝 두께를 갖는다. 다른 실시형태에서, 이 두께는 0.5 내지 1.1, 0.6 내지 1, 0.7 내지 0.9, 또는 0.8 내지 0.9 ㎜이다. 이는 위에서 처음 소개된 T3으로 설명될 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
더 추가의 실시형태에서, 본 발명의 마찰재(10)는, 예를 들면, 마찰판(30)를 형성하는 데 사용되는 경우, 10, 50, 100, 200, 500, 1000, 또는 2000 사이클 후에 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 핫스폿 및/또는 열 스테인(heat stain)을 나타내지 않으며, 여기서 사이클은 당업자에 의해 이해된다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
이들 물리적 특성 모두와 관련하여, 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 다양한 비 제한적인 실시형태에서, 마찰재(10)는 탄력성 또는 탄성이지만, 영구 변형, 마멸 및 응력에 대해 내성이 있고, 높은 내열성을 가지고, 빠르게 열을 방산시킬 수 있고, 장기간 지속되고, 안정하며, 일정한 마찰 성능을 가지는 것과 같은 다양한 허용 가능한 특성을 가져야 한다.
추가의 비 제한적 실시형태:
다른 실시형태에서, 마찰재(10)는 탄소 섬유(들)을 포함하지 않는다. 추가의 실시형태에서, 마찰재(10)가 규조토를 포함하지 않는 경우, 마찰재(10)는 실리카를 포함하지 않는다. 대안적으로, 마찰재(10)는 흑연을 포함하지 않을 수 있다. 유사하게, 마찰재(10)는, 상기에서 상세히 개시된 전술된 충전제(24) 및/또는 마찰 조정제(22) 중 임의의 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다. 마찰재(10)는, 일부 아라미드 섬유(20)가 마찰재(10)를 형성하는 데 사용되는 한, 전술된 것 중 임의의 것과 같은 일부 유형의 아라미드 섬유(20)(예를 들어, 특정 크기거나, 또는 피브릴화된 것)를 함유하지 않을 수 있다.
추가의 비 제한적인 실시형태에서, 마찰재(10)는 윤활제의 존재 하에, 마주한 결합 면(예를 들어, 분리판의 표면)과의 계면 마찰 계합에 적용되는 마찰 발생(또는, 계면으로 일컬어짐) 면(18)을 포함한다. (경화) 수지(26/34)와 접착된 마찰 조정제(22)를 포함하는 기재(12) 및 퇴적물층(14)은 마찰 발생 면(18) 및 그에 인접하여 위치한다. 아라미드 섬유(20) 섬유는, 마찰 조정제(22)의 입자를 보유하고, 이들을 마찰 발생 면(18) 또는 그 부근에 유지시키는 상호연결된 웹(web)을 형성하는 발산 피브릴을 포함할 수 있다. 아라미드 섬유(20)의 일부 및/또는 마찰 조정제(22)의 입자는 마찰 계합 동안 마주한 결합 면과 접촉되도록 하기 위해, 마찰 발생 면(18)에 노출될 수 있다. 마찰 조정제(22)의 입자를 마찰 발생 면(18) 또는 그 부근에 유지시키는 웹의 능력은 안정한 마찰 계수를 갖는 마찰재(10)를 제공할 수 있다. 또한, 일부 경우, 열적 열화되기 쉬운 아라미드 섬유(20)는 안티-글레이징 효과를 가질 수 있다. 아라미드 섬유(20)의 열적 열화는, 마찰 발생 면(18)에서 표면-퇴적물층(14) 글레이즈(glaze) 재료를 제거하고, 새로운 아라미드 섬유(20)를 지속적으로 노출시킴으로써, 글레이징에 대해 내성이 되도록 할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 마찰재(10)는 마찰 발생 면(18)과 대향한 결합 면(16) 사이의 거리에 의해 획정되는 두께를 가질 수 있다. 대향한 결합 면(16)은 기판(32) 또는 다른 재료(예를 들어, 금속판)와의 결합이 이루어 지도록 되어 있는 마찰재(10)의 면이다. 마찰 발생 면(18)으로부터 대향한 결합 면(16)을 향해 연장되는 마찰 안정성 영역은 밸런스량의 아라미드 섬유(20) 및 마찰 조정제(22)의 입자를 포함할 수 있다. 마찰 안정성 영역은 마찰 발생 면(18)으로부터 마찰재(10)의 두께의 40% 이하, 20% 이하, 10% 이하, 또는 5% 이하의 깊이까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 마찰재(10)가 0.25 ㎜ 내지 2 ㎜의 두께인 경우, 마찰 안정성 영역은 마찰 발생 면(18)으로부터 0.0125 ㎜(0.25 ㎜의 5%) 내지 0.80 ㎜(2 ㎜의 40%) 이하의 깊이까지 내부 방향으로 연장될 수 있다. 마찰 안정성 영역 하부의 잔여 마찰재(10)는 마찰 안정성 영역과 동일한 일반 구조를 가지거나, 그와 상이한 구조를 가질 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 당업자에게 공지된 임의의 적절한 기술에 의해 기판(32)에 결합된다. 기판(32)의 몇 가지 예는, 이로 제한되는 것은 아니나, 클러치 판, 싱크로나이저 링 및 트랜스미션 밴드를 포함한다. 마찰재(10)는 마찰 발생 면(18) 및 대향한 결합 면(16)을 포함할 수 있다. 마찰 발생 면(18)은 윤활제의 존재 하에 마주한 회전 면과의 선택적인 계면 마찰 계합에 적용될 수 있고, 대향한 결합 면(16)은 접착제의 도움으로 또는 다른 적합한 결합 기술에 의해 기판(32)과의 결합 부착이 이루어진다. 윤활제는, 예를 들어 자동 트랜스미션 유체와 같은 임의의 적합한 윤활유일 수 있다. 마찰재(10) 상의 윤활제의 유속은, 연비를 향상시키기 위한 것으로, 마찰 발생 면(18)에서의 온도가 장시간 동안 350℃를 초과하도록 관리될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 마찰재(10)는 350℃ 초과 500℃ 이하에서 순조롭게 작동하지만, 이러한 고온 환경에만 제한되는 것은 아니며, 원하는 경우, 마찰 발생 면(18)에서의 온도가 350℃ 미만으로 유지되도록 설계된 습식 클러치에 사용될 수 있다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
또 다른 실시형태에서, 마찰재(10)는, 마찰재(10)의 마찰 안정성 영역을 지지하는 기재 섬유 재료를 포함한다. 기재 섬유 재료는, 일부 실시형태에서, 0.25 ㎜ 내지 2 ㎜(예를 들어, T1)일 수 있는 기재 섬유 재료의 두께를 획정하는 상부 면 및 하부 면(예를 들어, 전술된 결합 면(16) 및 마찰 발생 면(18))을 갖는다. 마찰 안정성 영역을 형성하는 아라미드 섬유(20) 및 마찰 조정제(22)의 입자는 기재 섬유 재료와 고도로 섞여, 기재 섬유 재료의 상부 면이 마찰재(10)의 마찰 발생 면(18)과 일반적으로 일치하게 되거나, 또 다른 실시형태에서, 아라미드 섬유(20) 및 마찰 조정제(22)의 입자는 기재 섬유 재료와 부분적으로 섞여, 70 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이하, 또는 10 ㎛ 이하의 두께의 표면 층을 형성함으로써, 기재 섬유 재료의 상부 면이 마찰 발생 면(18)과 일치하지 않게 될 수 있다. 마찰재(10)의 다양한 특성은, 아라미드 섬유(20) 및 마찰 조정제(22)의 입자가 기재 섬유 재료의 상부 면에 어느 정도 침투 또는 축적되는지를 측정할 수 있다. 이러한 특성은 기재 섬유 재료의 공극율 및 마찰 안정성 영역에 포함된 아라미드 섬유(20) 및 마찰 조정제(22)의 입자의 양을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 기재 섬유 재료의 하부 면은 기판(32)에 인접하여 위치되고, 전형적으로 마찰재(10)의 대향한 결합 면(16)과 일치한다. (경화) 수지(26/34)는 기재 섬유 재료의 상부 면 상에 위치하는 마찰 안정성 영역의 임의의 부분뿐만 아니라, 기재 섬유 재료 전체에 고르게 분포되어, 접착성, 견고성 및 구조적 지지를 제공할 수 있다. 마찰재(10)의 (경화) 수지(26/34)의 전형적인 중량%는, 다양한 실시형태에서, 15 내지 50 중량%이다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
다른 실시형태에서, 마찰재(10)의 마찰 안정성 영역은, 마찰 계면에서의 온도가 350℃를 초과하는 경우, 결과적으로 마찰재(10)가 의도된 마찰 성능을 장기간 동안 유지하게 하는 마찰 발생 면(18)의 규칙적인 재생이 가능하도록 구성될 수 있다. 기재 섬유 재료의 벌크 구조는 아라미드 섬유(20) 및 충전제(24)의 배열에 의해 제공될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 미국 특허 제 6,630,416호 및/또는 미국 특허 출원 공개 제 2013/0037373호에 기재된 바와 같은 임의의 하나 이상의 구성요소, 방법 단계 등을 포함할 수 있으며, 이들 문헌 각각은 다양한 비 제한적 실시형태에서, 그 전문이 본 명세서에 명확하게 포함된다. 대안적으로, 본 명세서에 개시된 임의의 하나 이상의 구성요소들은 본 명세서에 포함된 전술된 문헌 중 하나 또는 둘 모두에 기재된 설명을 사용하여 변형되거나, 추가로 기재될 수 있다.
다른 실시형태에서, 마찰재(10) 및/또는 기재(12), 퇴적물층(14), 또는 수지(26/34), 또는 전술된 임의의 다른 구성요소 중 임의의 것은 금속 섬유, 탄소 섬유, 탄소 입자, 탄화된 탄소 입자, 수지 분말 및/또는 이들의 조합을 포함하지 않을 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 기재 층(12)은, 각각 기재(12)의 총 중량을 기준으로 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 또는 60 중량%의 아라미드 섬유(예를 들어, 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드) 또는 그의 범위, 약 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 또는 40 중량%의 규조토 또는 그의 범위, 및 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15 중량%의 흑연 또는 그의 범위를 포함할 수 있다. 또한, 수지(예를 들어, 수지 픽업)는 약 30, 31, 32, 33, 34, 또는 35 중량% 또는 그 범위의 양으로 존재할 수 있다. 또한, 마찰재(10)의 밀도는 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 또는 0.75g/cm3 또는 그 범위일 수 있다. 이들 실시형태 모두는 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료를 함유하지 않는다. 상술한 값 및 그의 범위의 모든 조합은 다양한 비 제한적인 실시형태에서 본 명세서에 명확하게 고려된다. 또한, 이들 실시형태 중 임의의 것은 본 명세서에 기재된 전술된 물리적 특성 중 임의의 하나 이상을 가질 수 있다.
추가의 실시형태에서, 퇴적물층(14)의 마찰 조정제(22) 및 기재(12)의 충전제(24)는 둘 모두 규조토이며, 당업자에 의해 이해되는 바와 같은 동일한 형태를 갖는다. 이러한 실시형태에서, 마찰 조정제(22) 및 충전제의 양은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
마찰판:
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 또한, 상기에서 앞서 소개한 바와 같은 기판(32)(예를 들어, 금속판)을 포함하는 마찰판(30)을 제공한다. 기판(32)은 (적어도) 2개의 면(42, 44)을 가지며, 마찰재(10)는 전형적으로 이들 면(42, 44) 중 하나 또는 둘 모두에 결합된다. 전형적으로, 마찰판(30)은, 마찰재(10)가 한쪽 면 또는 양쪽 면(42, 44)에 접착 또는 결합되는 경우, 형성된다. 한쪽 면 또는 양쪽 면(42, 44)에 대한 마찰재(10)의 결합 또는 접착은 당 업계에 알려진 임의의 접착제 또는 수단, 예를 들어 페놀 수지 또는 전술된 임의의 수지(26/34)에 의해 달성될 수 있다. 본 발명은 또한, 당업자에 의해 선택되는 바와 같은 마찰판(30) 및 분리판을 포함하는 클러치 어셈블리를 제공한다. 본 발명은 또한, 클러치 어셈블리(48)를 포함하는 트랜스미션(46)를 제공한다. 트랜스미션(46)는 자동 트랜스미션 또는 수동 트랜스미션일 수 있다.
추가적인 실시형태에서, 본 발명은 기판(32) 및 마찰재(10)를 포함하는 고 에너지 발진 클러치용 마찰재(10)를 개시한다. 마찰재(10)는 각각 세공 크기를 갖는 전술된 세공(36)을 획정한다. 이들 실시형태에서, 마찰재(10)는 환경에 노출하기 위한 제1 최외측 면 및 금속판에 대한 접착을 위한 제2 최외측 면을 가지는 다공질 일차 층을 포함하며, 이 다공질 일차 층은, 제1 최외측 면에 가장 근접하여 배치된 상부 사분면(38) 및 상부 사분면(38)과 접촉되고, 제2 최외측 면에 가장 근접하여 배치된 하부 사분면(40)을 추가로 획정한다. 다공성 기본 층은 전술된 바와 같은 기재(12) 층일 수 있다. 전형적으로, 다공성 기본 층은 다공질 일차 층의 총 중량을 기준으로 50 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 아라미드 섬유(20) 및 다공성 기본 층의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 양으로 존재하는 규조토를 포함한다. 마찰재(10)는 또한 일차층에 함침된 경화 페놀 수지(34)를 포함한다. 이들 실시형태에서, 마찰재(10)는 전술된 바와 같은 공극율 및 메디안 세공 크기를 갖는다. 더욱이, 마찰재(10)는 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료를 포함하지 않는다. 관련된 실시형태에서, 아라미드 섬유(20)는 제1 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드 및 첫 번째 것과 상이한 제2 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드를 포함한다. 다른 실시형태에서, 마찰 조정제(22)는 규조토이고, 다공성 일차 층은 다공성 기본 층의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 흑연을 추가로 포함한다. 추가의 비 제한적인 실시형태에서, 전술된 범위의 한계점을 포함하여, 그 이내의 모든 값 및 값의 범위가 본 명세서에서 명확하게 고려된다.
본 발명은 또한, 마찰재(10)와 기판을 포함하는 마찰판 자체 및 마찰판과 분리판을 포함하는 클러치 어셈블리를 제공한다. 본 발명은 또한 클러치 어셈블리를 포함하는 트랜스미션을 제공한다.
마찰재 형성 방법:
본 발명은 또한 마찰재를 형성하는 방법을 제공한다. 다양한 실시형태에서, 본 방법은 섬유를 포함하는 기재를 형성하는 단계, 기재의 적어도 하나의 면을 마찰 조정 입자로 코팅하여, 퇴적물층을 형성하는 단계, 기재/퇴적물층(또한, 기판 재료라고도 함)을 수지를 함침하는 단계 및 이어서, 함침된 기재/퇴적물층을 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 소정 시간 동안 소정 온도에서 경화시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기재(12)는 폐놀 수지 또는 폐놀계 수지로 함침될 수 있고, 소정 시간 동안 원하는 온도로 가열되어, 마찰재(10)를 형성할 수 있다. 가열은 약 350℉ 내지 450℉의 온도에서 페놀 수지를 경화시킨다. 실리콘 수지와 같은 다른 수지가 존재하는 경우, 가열은 약 350℉ 내지 450℉의 온도에서 실리콘 수지를 경화시킨다. 그 후, 함침되고 경화된 마찰재(10)는 적절한 수단에 의해 원하는 기판에 접착될 수 있다.
실시예
본 발명을 대표하는 것은 아닌 마찰재의 비교예(비교예 1)와 함께 본 발명을 대표하는 마찰재의 2개의 실시예(실시예 1 및 2)를 형성한다. 형성 후, 실시예 1 및 2 및 비교예 1을 평가하여, 하기에서 제시되는 바와 같은 다양한 물리적 특성을 측정한다. 실시예 1 및 2 및 비교예 1의 조성물을 하기 표 1에 제시하였으며, 여기서 구성요소는 기재의 총 중량을 기준으로 하여 중량%로 제시된다.
사용되는 수지의 양은 전형적으로 당 업계에서 "수지 픽업"으로 개시된다. 표 1에 제시된 수지의 양은 기재 및 퇴적물층을 합친 총 중량을 기준으로 한 중량%이다.
구조 섬유 A, B, C는 다양한 유형의 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드를 포함한다.
200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료는 면을 포함한다.
충전제 A 내지 G는 탄소, 규조토, 실리카 및 흑연을 포함한다.
마찰 조정제 A, B는 규조토 및 실리카를 포함한다.
마찰판의 형성:
형성 후, 실시예 1 및 2 및 비교예 1을 페놀 접착제를 사용하여 강철 코어 판의 표면에 각각 결합시켜, 일련의 마찰판(각각, 마찰판 1 및 2 및 비교 마찰판 1)을 형성한다. 이 방법은 당업자에 인식되고, 잘 이해되어 있다.
마찰판 1 및 2 그리고 비교 마찰판 1을 GK 3 시험 벤치를 사용하여 평가한다. 4개의 양면 마찰판 및 상응하는 적용 DCT 유체를 사용하여, 차량 발진시 듀얼-클러치 트랜스미션의 작동 환경을 시뮬레이션한다. 적용 DCT 유체를 22 L/분의 유속으로 마찰재의 마찰 계면에 공급한다. 이 유속은 마찰재의 마찰 계면 및 그의 대향하는 결합 면의 온도를 440℃에 도달하게 한다. 발진 시험에는 하기의 추가 시험 매개변수가 있다. 시뮬레이션 관성: 0.85 KgM2; 275 KW의 최대 전력; 350 KJ의 에너지; 6.7 W/㎜2의 특정의 네트 전력; 0.42 MPa의 라이닝 압력; 6500 rpm의 최대 회전 속도; 및 1.5초의 정지 시간. 마찰 계수의 구배(500 rpm 및 200 rpm의 회전 속도에서의 마찰재의 마찰 계수의 차이)의 측정은 마찰재 계합/분리 사이클의 수에 대해 프롯할 수 있다. 양의 COF 구배는 일반적으로 품질 마찰 성능을 나타낸다. 음의 마찰 토크 구배는 일반적으로 불량한 마찰 성능을 나타낸다.
마찰 계수를 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 각각의 계합 사이클에 대해 측정한다. 도 5는 비교예 1의 마찰판에 대한 COF를 도시한다. 중앙값 계수의 하락 및 곡선의 종점에서의 상승은 마찰 성능의 노화를 나타낸다. 마찰 성능이 허용 가능한 한계 너머로 노화되기 전에, 비교예 1의 마찰판에 대해서 단지 200 사이클이 달성되었다.
반대로, 도 6 및 도 7은 각각 실시예 1 및 실시예 2의 마찰판에 대한 COF를 도시한다. 이 마찰판은 전체 계합에 걸쳐 안정된 마찰 계수를 나타낸다. 이러한 현상은 1000 회의 계합 사이클을 훨씬 넘어서 지속되며, 이는 내구성 있는 마찰 성능을 나타낸다.
이러한 평가의 결과를 도 8에 나타낸 바와 같이 떨림을 추정하는 데 사용한다. 이 도면에서, μ4는 토크 곡선의 종점에서 최고점을 나타낸다. μ3은 최대 RPM의 10%에서의 토크 곡선 상의 점을 나타낸다. μ4-μ3이 양수이면, 그 후 떨림이 발생하는 경향이 있다. μ4-μ3이 음수이면, 그 후, 떨림이 존재하지 않을 가능성이 높다. 즉시 평가에서, μ4-μ3은 모든 평가에서 양수이다. 그러나, 실시예 1 및 2의 마찰판은 비교예 1의 마찰판보다 수가 더 적다. 이는 비교예 1의 마찰판에 비해 실시예 1 및 2의 마찰판의 성능이 월등함을 나타낸다.
본 명세서 전반을 통해 설명된 실시형태의 모든 조합은, 이러한 발명이 글자 그대로 상술한 하나의 단락 또는 섹션에 개시되어 있지 않더라도, 하나 이상의 비 제한적인 실시형태에서 명확하게 고려된다. 즉, 명확하게 고려되는 실시형태는 본 발명의 임의의 부분으로부터 선택 및 조합된 전술된 임의의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
전술된 하나 이상의 값은, 변화량이 본 발명의 범위 내에 유지되는 한, ± 5%, ± 10%, ± 15%, ± 20%, ± 25%, ± 30% 등에 의해 변화될 수 있다. 마카쉬 그룹(Markush group)의 각 구성인자에서 다른 모든 구성인자와 독립적으로 예기치 않은 결과를 얻을 수 있다. 각각의 구성인자는 첨부된 청구범위의 범위 내의 특정 실시형태에 개별적이고, 그리고, 또는 조합하여 필요할 수 있으며, 이에 대한 적절한 지원을 제공한다. 독립항 및 단일 종속과 다중 종속 두 경우 모두의 종속항의 모든 조합의 대상이 본 명세서에서 명확하게 고려된다. 본 발명은 제한이 아닌 것으로, 설명되는 단어를 포함하는 예시적인 것이다. 본 발명의 많은 변형 및 변이가 상술한 교시에 비추어 가능하며, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시된 것과 다르게 실시될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태를 개시하는 데 필요한 임의의 범위 및 하위 범위가 첨부된 청구범위의 범위에 독립적이고, 종합적으로 속하고, 이러한 값이 본 명세서에 명확하게 명시되지 않은 경우에도, 전체 및/또는 분수 값을 포함하여, 모든 범위를 개시하고 고려하는 것으로 이해된다는 것이 또한 이해되어야 한다. 당업자는 열거된 범위 및 하위 범위가 본 발명의 다양한 실시형태를 충분히 개시하고, 이를 가능하게 하며, 이러한 범위 및 하위범위가 적절한 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 추가로 기술될 수 있다는 것을 쉽게 인식한다. 단지 하나의 예로서, "0.1 내지 0.9의" 범위는 하위 1/3, 즉 0.1 내지 0.3, 중위 1/3, 즉 0.4 내지 0.6, 및 상위 1/3, 즉 0.7 내지 0.9로 추가로 기술될 수 있고, 이는 개별적이고, 종합적으로, 첨부된 청구범위의 범위 내에 있고, 첨부된 청구범위의 범위 내의 특정 실시형태에 개별적이고 및/또는, 종합적으로 필요할 수 있으며, 이에 대한 적절한 지원을 제공한다. 또한, "적어도", "초과", "미만", "이하" 등과 같은 범위를 획정하거나 수정하는 언어와 관련하여, 이러한 언어는 하위범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 필수적으로 적어도 10 내지 35의 하위범위, 적어도 10 내지 25의 하위범위, 25 내지 35의 하위범위 등을 포함하며, 각각의 하위범위는 첨부된 청구범위의 범위 내의 특정 실시형태에 개별적이고/거나, 종합적으로 필요할 수 있으며, 이에 대한 적절한 지원을 제공한다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별 수가 첨부된 청구범위의 범위 내의 특정 실시형태에 필요할 수 있으며, 이에 대한 적절한 지원을 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9의" 범위는 4.1과 같은 소수점(또는, 분수)을 포함하는 개별 수뿐만 아니라, 3과 같은 다양한 개별 정수를 포함하고, 이는 첨부된 청구범위의 범위 내의 특정 실시형태에 필요할 수 있으며, 이에 대한 적절한 지원을 제공한다.
Claims (20)
- 각각 세공 크기를 갖는 세공을 획정하는 마찰재로서, 상기 마찰재는,
A. 하기 1 및 2를 포함하는 기재:
1. 상기 기재의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 아라미드 섬유, 및
2. 상기 기재의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 50 중량% 미만의 양으로 존재하는 충전제;
B. 마찰 조정제를 포함하는 퇴적물층; 및
C. 상기 마찰재 전체에 배치된 수지;
를 포함하고,
상기 마찰재는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 60% 내지 85%의 공극율을 가지며;
상기 마찰재는 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛의 메디안 세공 크기를 가지며; 또한
상기 마찰재는 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료를 포함하지 않는 것인,
마찰재. - 제1항에 있어서, 상기 아라미드가 폴리-파라페닐렌 테레프탈아미드인 마찰재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 200℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 상기 재료가 면, 셀룰로오스 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인 마찰재.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 면을 포함하지 않는 마찰재.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재가 상기 기재의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 양의 흑연을 추가로 포함하는 마찰재.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 조정제가 규조토인 마찰재.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 조정제가 상기 기재의 총 중량을 기준으로 0.2 내지 20 중량%의 양으로 존재하는 마찰재.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제가 규조토인 마찰재.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지가 상기 기재 및 상기 퇴적물층의 총 중량을 기준으로 25 내지 60 중량%의 양으로 존재하는 마찰재.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지가 페놀 수지인 마찰재.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지가 경화성인 마찰재.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지가 경화된 마찰재.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재가 다공질 층이고 상기 마찰 조정제의 입자는 상기 다공질 층 내에 배치되는 마찰재.
- 제13항에 있어서, 상기 다공질 층이 환경에 노출하기 위한 제1 최외측 면 및 금속판에 대한 접착을 위한 제2 최외측 면을 포함하고, 상기 다공질 층이 상기 제 1 최외측 면 및 상기 제 2 최외측 면에 가장 근접하여 배치되는 하부 사분면을 추가로 획정하고, 상기 마찰 조정제의 입자는 상기 다공질 층의 상기 상부 사분면에 배치되는 마찰재.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰재가 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 60% 내지 70%의 공극율을 갖는 것인 마찰재.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰재가 150℃ 미만의 열적 열화 온도를 갖는 재료를 포함하지 않는 것인 마찰재.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰재가 ASTM D4404-10을 사용하여 측정시 8 ㎛ 내지 15 ㎛의 중간 세공 크기를 갖는 것인, 마찰재.
- 적어도 2개의 면을 갖는 금속판 및 상기 2개의 면의 적어도 하나에 결합된 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 마찰재를 포함하는, 마찰판.
- 제18항의 마찰판 및 분리판을 포함하는 클러치 어셈블리.
- 제19항의 클러치 어셈블리를 포함하는 트랜스미션.
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