KR20030084659A - 비석면계 마찰재 - Google Patents

Abstract

비석면계 마찰재는 석면을 제외한 섬유상 기재, 결합제, 충전재 및 황화티타늄, 복합 금속 황화물, 황화안티몬 및 황화납을 배제하고 3가지 이상의 금속 황화물을 주성분으로 하고, 안티몬과 납 화합물은 함유하지 않는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조된다. 이 마찰재는 모두 고온 영역에서 메탈 캐치를 최소화하고 향상된 내마모성을 가진다. 납과 안티몬 화합물이 없는 마찰재는 환경 친화적이다.

Description

비석면계 마찰재{Non-Asbestos Friction Materials}

본 발명은 자동차의 디스크 패드, 브레이크 라이닝 및 클러치 페이싱(facing)으로 사용하기 위한 비석면계 마찰재, 보다 상세하게는 "메탈 캐치(catch)"의 효과적인 방지 및 감소된 환경 부하를 특징으로 하는 비석면계 마찰재에 관한 것이다.

자동차 등의 디스크 패드 및 브레이크 라이닝으로 사용하는 비석면계 마찰재에서, 내마모성을 향상시키는 목적으로 흑연 및 몰리브덴 이황화물을 포함시키는 것이 일반적인 관행이다. 또한 황화납, 산화안티몬 및 황화안티몬과 같은 납과 안티몬 화합물이 고온 영역에서 일어나는 "메탈 캐치"에 의한 상대면 공격성의 악화를 억제하는데 효과적이라는 것이 잘 알려져있다.

또한, 고체 윤활제로서 금속 황화물의 사용은 당업계에 공지되어 있다 (JP-A 54-160, JP-A 54-109013, JP-A 4-311789, JP-A 7-83256, JP-A 10-511732, 및 USP 6,228,815 참조) 그러나, 이들 접근들은 구체적으로는 약 300℃ 이상, 특히 약 400℃ 이상의 고온 영역에서 효과적으로 "메탈 캐치"를 억제하지 못한다. 따라서, 납과 안티몬 화합물을 사용하지 않고, 내마모성과 고온 영역에서 메탈 캐치에 의한 상대면 공격성 억제의 효과를 제공하는 기술에 대한 필요성이 존재한다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 고온 영역에서 모두 "메탈 캐치"를 최소화하고 내마모성을 개선하고, 환경적으로도 허용가능한 비석면계 마찰재를 제공하는 것이다.

황화안티몬, 황화납, 황화티타늄 및 복합 금속 황화물을 제외하고 3가지 이상의 금속 황화물을 마찰재 조성물에 포함시킴으로써, 고온 영역에서 "메탈 캐치"를 최소화하고 고온 영역에서 내마모성이 향상된 비석면계 마찰재가 얻어진다.

본 발명은 석면을 제외한 섬유상 기재, 결합제 및 충전재로 주로 구성되는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조된 비석면계 마찰재를 제공한다. 조성물은 황화티타늄 및 복합 금속 황화물을 제외한 3가지 이상의 금속 황화물을 더욱 포함하고, 안티몬 및 납 화합물은 없다.

바람직한 구체예의 설명

본 발명의 비석면계 마찰재는 주로 섬유상 기재, 결합제 및 충전재로 구성된 조성물을 성형하고 경화함으로써 만들어 질 수 있다.

섬유상 기재는 마찰재에 주로 사용되는 석면이 아닌 어떠한 유기 섬유 또는 무기 섬유가 될 수 있다. 적절한 재료의 실례는 나일론, 폴리에스테르, 레이온, 페놀 섬유, 및 아라미드 섬유와 같은 유기 섬유; 및 유리 섬유, 암면, 세라믹 섬유 및 금속 섬유(예를 들어, 철, 구리, 황동, 청동 및 알루미늄)와 같은 무기 섬유를포함한다. 이들은 단독으로 또는 어떠한 조합으로 사용될 수 있다.

섬유상 기재는 전체 마찰재 조성물 기준으로 바람직하게는 2 내지 30부피%, 더욱 바람직하게는 10 내지 20부피%의 양으로 사용된다. 더 높은 함량의 금속 섬유가 "메탈 캐치"를 유발하는 것으로 보이므로, 만일 섬유상 기재로 사용된다면, 금속 섬유의 양은 전체 마찰재 조성물 기준으로 바람직하게는 10부피%이하로 제한되어야 한다.

결합제는 마찰재에서 통상적으로 사용되는 어떠한 공지된 결합제가 될 수 있다. 실례는 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 에폭시-변형 페놀 수지, 오일-변형 페놀 수지, 알킬벤젠-변형 페놀 수지 및 캐슈-변형 페놀 수지와 같은 다양한 변형 페놀 수지, 및 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체(NBR)를 포함하고, 이것은 단독으로 또는 어떠한 혼합물로 사용될 수 있다. 결합제는 전체 마찰재 조성물 기준으로 바람직하게는 5 내지 30부피%, 보다 바람직하게는 10 내지 25부피%의 양으로 사용된다.

적절한 충전재의 예는 다양한 고무 분말(예를 들어, 고무 더스트 및 타이어 고무), 캐슈 더스트 및 멜라민 더스트와 같은 유기 충전재 및 탄산칼슘, 황산바륨, 산화마그네슘, 흑연, 수산화칼슘, 지르코늄 실리케이트, 산화철, 운모, 산화지르코늄, 금속 분말, 석영, 실리카, 알루미늄, 산화크롬, 및 버미큘라이트와 같은 무기 충전재를 포함한다. 이들 충전재는 단독으로 또는 그들의 두가지 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

그러한 충전재의 양은 전체 마찰재 조성물 기준으로 바람직하게는 25 내지85부피%, 보다 바람직하게는 45 내지 80부피%이다. 보다 구체적으로는, 유기 충전재는 바람직하게는 10 내지 40부피%의 양으로 혼합되고, 무기 충전재는 바람직하게 10 내지 70부피%의 양으로 혼합된다.

본 발명에 따르면, 3가지 이상의 타입, 특히 4가지 이상의 타입의 금속 황화물이 마찰재 조성물에 혼합된다. 황화안티몬, 황화납, 황화티타늄 및 복합 금속 황화물(또는 화합물 금속 황화물)를 제외하고, 많은 금속 황화물로부터 선택된다.

바람직한 구체예에서, 3가지 이상의 금속 황화물, 특히 4가지 이상의 금속 황화물은 황화아연, 황화구리, 황화비스무트, 황화주석, 황화철, 황화망간 및 황화몰리브덴 중에서 선택된다. 보다 바람직한 구체예에서, 3 또는 4가지 금속 황화물은 황화구리, 황화비스무트, 황화철 및 황화주석으로부터 선택된다.

환경 부하 관점으로부터, 본 발명은 황화안티몬과 같은 안티몬 화합물 및 황화납과 같은 납 화합물의 사용을 배제한다. 물론 3가지 이상의 금속 황화물에 더하여 황화티타늄 또는 복합 금속 황화물을 사용하는 것이 허용가능하지만, 황화티타늄 및 복합 금속 황화물은 그들의 효과가 부족하기 때문에 본 발명에서 유용한 3가지 이상의 금속 황화물의 군으로부터 또한 배제된다.

3가지 이상의 금속 황화물은 전체 마찰재 조성물을 기준으로 총량의 1 내지 8부피%로 혼합된다. 총량을 이 범위 내에 맞추지만, 개별적인 금속 황화물의 양은 바람직하게는 조성물의 0.2 내지 7.6부피%이다. 금속 황화물의 총량이 너무 적으면 효과가 없을 수 있고 메탈 캐치 현상을 발생하게 하는 반면, 총량이 너무 많으면 마찰재의 마찰 계수를 실제적으로 허용가능한 수준아래로 감소시킬 수 있다.

여기서 사용되는 충전재 및 금속 황화물은 바람직하게는 주철의 모스 경도(4.5)보다 더 낮은 경도를 가진다는 것이 주목된다. 디스크 로터 및 브레이크 드럼과 같은, 마찰재가 접촉하게 되는 상대면들이 일반적으로 주철로 만들어지기 때문에, 더 높은 모스 경도를 갖는 충전재와 금속 황화물로 채워진 마찰재는 증가된 상대면 공격성을 가지므로 그것이 과도하게 상대면을 마모시키고, 종종 메탈 캐치를 일으킨다.

본 발명의 비석면계 마찰재를 만드는 방법은 소정량의 상기 섬유상 기재, 결합제 및 충전재를 Henschel 믹서, Loedige 믹서 또는 Eirich 믹서와 같은 적절한 믹서에서 균일하게 혼합하고, 혼합물을 성형용 금형에서 예비성형하는 것을 포함한다. 예비성형물을 그후 2 내지 15분의 기간동안 130 내지 200℃의 온도와 100 내지 1,000 kg/cm²(98×10⁵내지 980×10⁵Pa)의 압력에서 성형한다. 생성되는 성형 제품은 전형적으로 2 내지 48 시간동안 140 내지 250℃의 온도에서 열 처리함으로써 후경화시키고, 그후 필요에 따라 스프레이 페인팅, 소성, 및 연마처리하여 완성품을 얻는다.

자동차용 디스크 패드 또는 라이닝을 제조하기를 원할때, 청정되고, 표면 처리되고 접착제로 코팅된 철 또는 알루미늄 판위에 예비성형물을 놓는다. 적절한 성형용 금형에서, 철 또는 알루미늄 판위의 성형물을 성형하고, 열 처리하고, 분무 페인팅하고, 소성하고, 연마처리하여 완성품을 얻는다.

본 발명의 비석면계 마찰재는 자동차, 대형 트럭, 철도 차량 및 각종 산업기계류의 디스크 패드, 브레이크 슈즈 및 브레이크 라이닝을 포함하여, 관련된 용도로 다양하게 사용될 수 있다.

실시예

실시예 및 비교예가 예증으로서 하기에 주어지는데, 본 발명을 제한하는 의도가 아니다.

실시예 1-5 & 비교예 1-6

표 1에 나타낸 바와 같이 제조된 마찰재 조성물을 Loedige 믹서에서 균일하게 혼합하고 1분동안 100 kg/cm²(98×10⁵Pa)의 압력하에서 예비성형하였다. 예비 성형물을 160℃의 온도와 250 kg/cm²(245×10⁵Pa)의 압력에서 10분동안 성형하고, 그후 5시간동안 200℃에서 열처리함으로써 후경화하여, 각각의 실시예에서 마찰 부재를 수득하였다. 마찰 부재를 하기의 테스트에 의해 마모 깊이와 메탈 캐치(상대면 공격성)에 대해 조사하였다. 결과가 표 1에 나와있다.

마모 테스트 (JASO C427에 따름)

마찰 부재에서의 마모의 깊이를 다음 조건하에서 측정하였다: 초기 브레이킹 속도 50km/h, 브레이킹 감속 0.3G, 브레이킹의 적절한 사이클, 브레이킹 전에 브레이크 온도 100℃, 200℃, 300℃ 또는 400℃. 마모의 깊이는 브레이킹의 10,000 사이클 당 마모의 깊이로 전환되었다.

메탈 캐치

마모 테스트에서, 다른 온도에서 마모의 깊이가 관찰될때마다 마찰 부재에서의 메탈 캐치가 관찰되었다. 부재는 하기 기준에 따라 평가되었다.

◎=매우 우수: 메탈 캐치 없음

○=양호: 3 mm 미만의 직경을 갖는 약간의 작은 메탈 캐치

△=허용가능: 매우 작은 메탈 캐치

×=불량: 5 mm 이상의 직경을 갖는 큰 메탈 캐치

고온 영역에서 최소 메탈 캐치를 유발하고 고온영역에서 향상된 내마모성을 갖는 비석면계 마찰재를 기술하였다. 납과 안티몬이 없는 화합물인, 마찰재는 환경 친화적이다.

일본 특허 출원 No.2002-122297은 참고문헌으로 여기에 포함된다.

일부 바람직한 구체예가 기술되었지만, 상기 교시에 비추어 거기에는 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 따라서 따라서 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 벗어나지 않으면서 명확하게 기술되지 않으면 다르게 실행될수도 있다는 것이 이해된다.

Claims (3)

1. 석면을 제외한 섬유상 기재, 결합제 및 충전재를 주성분으로 하는 조성물을 성형 및 경화함으로써 제조되는 비석면계 마찰재로서, 상기 조성물은 황화티타늄 및 복합 금속 황화물 이외의 3가지 이상의 금속 황화물을 더욱 포함하고, 안티몬과 납 화합물을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
2. 제 1항에 있어서, 조성물은 황화아연, 황화구리, 황화비스무트, 황화주석, 황화철, 황화망간 및 황화몰리브덴으로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가지 이상의 금속 황화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.
3. 제 2항에 있어서, 조성물은 황화구리, 황화비스무트, 황화철 및 황화주석으로 구성되는 군으로부터 선택되는 3 또는 4가지 금속 비석면계 마찰재를 포함하는 것을 특징으로 하는 비석면계 마찰재.