KR20050033447A - 고효율 내구성 마찰재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고섬유 내용물의 섬유성 베이스 재료의 제 1 층과, 제 1 층의 적어도 한 면에 형성된 마찰변형입자의 제 2 층으로 이루어진 셔더링방지 용도의 마찰재에 대한 것이다.
Description
본 발명은 클러치 플레이트, 트랜스미션 밴드, 브레이크 슈, 싱크로나이저 링, 마찰 디스크 또는 시스템 플레이트 등에 사용되는 고효율 내구성 마찰재에 관한 것이다.
자동차 산업계에서는 새롭고 진보된 트랜스미션 및 브레이크 시스템 개발이 한창이다. 이와 같은 새로운 시스템들은 종종 고에너지가 요구된다. 따라서 진보된 시스템의 에너지 사용량 증가에 발맞추기 위해서는 마찰재 기술 역시 개발되어야 할 것이다.
자세하게로는, 새로운 개념의 고효율 내구성 마찰재가 요구된다. 새로운 개념의 마찰재는 표면속도가 대략 65m/초에 이르는 속도를 견딜 수 있어야 한다. 또한 대략 1500 psi에 이르는 표면 라이닝(lining) 압력을 견딜 수 있어야 한다. 마찰재는, 또한 제한된 윤활 환경 내에서도 유용해야 한다.
마찰재는 진보된 트랜스미션 및 브레이크 시스템에 유용하게 사용될 수 있도록 높은 내구성 및 내열성을 가져야 한다. 마찰재는 고온에서도 안정적이어야 하며, 동작 중 발생된 고열도 빠르게 분산시킬 수 있어야 한다.
새로운 트랜스미션 및 브레이크 시스템은 결합 및 분리 과정에서 고속력이 발생하므로 결합시에 마찰재는 상대적으로 일정한 마찰력을 유지해야만 한다. 마찰 결합에 있어 다양한 속도와 온도에도 상대적으로 일정도를 유지함으로써 기어 간의 동력시프트(power shift)에 있어 브레이크 또는 트랜스미션 시스템에 소위 셔더링(shuddering)을 최소화 하는 것이 중요하다. 또한 바람직한 토크(torque) 굴곡형태를 구비하여 마찰 결합에 있어 소음 또는 소위 스쿼크(squawk)소음을 방지하는 것이 중요하다.
즉, 트랜스미션 및 토크-온-디맨드(torque-on-demand) 시스템들에는 주로 연료 효율 및 구동 안정감을 위해 슬립 클러치(slipping clutch)가 구비되어 있다. 이들 시스템에서 슬립 클러치의 역할은 습식 시동 클러치(start clutch)와 같은 차량 발진 장치에서부터 토크 변환 클러치에 이르기까지 다양하다. 동작 조건에 따라 슬립 클러치는 대략 다음의 세가지 종류로 주로 분류된다: (1)습식 시동 클러치와 같은 저압력 고슬립 속도 클러치; (2)컨버터 클러치와 같은 고압력 저슬립 속도 클러치; 및 (3)중립(neutral)에서 아이들(idle) 클러치와 같은 초저압력 저슬립 속도 클러치.
적용 분야에 관계없이, 슬립 클러치의 주역할은 셔더링 방지 및 마찰 경계면(interface)에서의 에너지 관리에 있다. 셔더링이 발생하게 되면 마찰재의 마찰특성, 결합면의 경도 및 거칠기, 오일막 유지, 윤활유 화학물 및 상호작용, 클러치 동작 조건, 동력전달계열(driveline)의 조립체 및 하드웨어 정렬 및 동력전달계열의 오염 등과 같은 요소들을 일으키는 요인이 될 수 있다. 마찰경계면의 에너지 관리는 주로 계면온도 제어와 연관되어 있으며, 펌프용량, 유로 및 제어 전략에 의해 많은 영향을 받는다. 마찰재의 표면 디자인 역시 계면 에너지 관리의 효율성에 큰 영향을 미친다.
종래에는, 석면 섬유가 마찰재에 포함되어 내열성을 갖도록 하였다. 그러나 인체 및 환경에 미치는 해약문제로 인해 석면은 사용이 중지되었다. 좀 더 최근의 마찰재들은 마찰재에서 석면을 사용하지 못하게 되는 단점을 함침 종이(impregnating paper) 또는 페놀 수지나 페놀계 수지(phenolic-modified resins)등을 가진 섬유재료로 변경(modify)하는 방식으로 극복하고자 하였다. 그러나, 이러한 마찰재들은 고열을 신속히 분산시키지도 못할 뿐더러, 현재 개발된 고속 시스템의 사용을 위해 필요한 내열성이나 충분하게 높은 마찰계수 성능을 가지고 있지 않다.
본 발명은 다단계 함침 및 경화(curing)처리에 관한 미국특허 5,083,650(Seitz 외)를 개선한 것으로써, 즉, 코팅 합성물질이 함침된 종이 위에 탄소입자가 올려지고, 종이의 코팅 합성물질이 부분적으로 처리되며, 제 2 코팅합성물질이 종이의 부분 처리부위에 입혀지고, 마지막으로 두 종류의 코팅합성물질이 모두 경화처리(cured)된다.
이외 기타 마찰재의 경우, 금속 섬유들이 탄소물질과 함께 마찰재에 포함되어 내마모성을 갖도록 한다. 예를 들어, 미국특허 4,451,590(Fujimaki외)에서는 금속섬유, 충전재(filler), 탄소입자, 탄소섬유 및 페놀수지 등을 포함한 마찰재를 개시하고 있다. 그러나, 금속기반의 마찰재들은 사용 도중에 높은 유체투과량을 가져야 하는데 비해 다공성 및 압축성이 충분치 못하다. 또한, 금속기반의 마찰재들은 대략 1500 psi(105kg/cm2정도에 해당)에 달하는 높은 표면 라이닝압력을 견딜만한 충분한 탄력 또는 탄성이 없고, 압력에 대한 저항 또한 없다. 금속기반의 마찰재는 또한 새로운 트랜스미션 및 브레이크 시스템의 결합 및 분리시 발생하는 대략 65 m/초에 이르는 높은 표면속도를 견딜만한 능력이 없다.
본 발명은 또한 본 건의 양수인인 보그워너사(BorgWarner Inc.)가 공동출원인으로 출원한 마찰재에 관련된 선출원건에서 한층 개선된 발명이다. 즉, 미국특허 5,998,307은 경화 가능한(curable) 수지가 함침된 베이스를 가지는 마찰재에 관한 것으로서, 최소한 하나의 섬유성 재료를 포함하는 제 1 다공층 및 제 1 층 표면의 대략 3 에서 90%를 덮는 제 2 탄소 입자층을 포함한다. 미국특허 5,858,883은 덜 세섬유화된(less fibrillated) 아라미드, 합성 그래파이트(graphite) 및 충전재(filler)를 포함하는 베이스재료 및 제 1 층 표면 상부에 형성되는 탄소물질의 제 2 층에 관한 것이다. 미국특허 5,856,244는 경화 가능 수지가 함침된 베이스를 가지는 마찰재에 관한 것으로써, 덜 세섬유화된 아라미드 섬유, 합성 그래파이트 및 충전재를 포함한 제 1 층; 및 탄소입자 및 보유향상제(retention aid)로 구성된 제 2 층을 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 미국특허 5,958,507은 마찰재 제조과정에 관한 것으로, 이에 따르면 덜 세섬유화된 아라미드 섬유를 포함하는 섬유재료의 적어도 한 표면을 탄소입자로 코팅하고, 페놀수지 및 페놀계 수지로 함침하여 경화 처리한다. 미국특허 6,001,750은 경화 가능한 수지에 함침된 섬유재질의 베이스재료를 포함하는 마찰재에 관한 것으로, 이에 따르면 섬유재질의 베이스재료는 덜 세섬유화된 아라미드 섬유, 탄소입자, 탄소섬유, 충전재료, 페놀 노볼로이드 섬유 등을 포함하고, 선택적으로 면섬유를 더 포함할 수도 있는 제 1 다공층 및 표면의 대략 3에서 90%를 덮는 제 2 탄소 입자층을 포함한다.
더 나아가, 보그워너사가 공동 소유한 미국특허권 5,753,356 및 5,707,905에도 다양한 베이스 재료들이 개시되어 있는데 이에 따르면 베이스재료는 덜 세섬유화된 아라미드 섬유, 합성그래파이트 및 충전재를 포함한다. 또 다른 공동 소유 특허권인 미국특허 6,130,176은 덜 세섬유화된 아라미드 섬유, 탄소섬유, 탄소입자 및 충전재를 포함하는 비금속 섬유 베이스 재료에 관한 것이다.
현재 등록이 허여된 또 다른 본 출원인의 공동소유 미국특허 출원건 09/707,274는 제 1 다공층 및 제 1 층의 대략 3에서 90%를 덮도록 형성되는 제 2 규소층을 포함하는 마찰재에 관한 것이다. 바람직한 한 예에 따르면, 마찰 변경(modify) 입자들은 규소입자, 수지 파우더, 탄소 파우더 또는 탄소 입자 및/또는 부분탄화 파우더 또는 부분탄화 입자 및 그 혼합물을 포함한다.
"습식" 처리에서 유용하게 사용되려면, 마찰재는 넓은 범주의 다양한 적성(acceptable characteristics)을 구비하고 있어야 한다. 마찰재는 탄성 또는 탄력을 갖되, 압축(compression set), 마모(abrasion) 및 응력(stress)등에 강하며; 높은 내열성을 가지고 열을 신속히 분산시킬 수 있고; 마지막으로, 오래 지속되며 안정적이고 지속적인 마찰 작동을 보여줄 수 있어야 한다. 위의 어느 적성이라도 충족되지 않는다면, 마찰재의 이상적인 작동은 기대할 수 없을 것이다.
또 한가지 중요한 사항으로는 섬유베이스 재료에 적합한 함침수지를 사용하여 고에너지 효율의 마찰재를 제공하여야 한다는 사실이다. 마찰재는 함침 과정에서 습식 수지에 완전히 담가지거나, 브레이크 또는 트랜스미션 시스템 사용시 브레이크 유액(fluid) 또는 트랜스미션 오일에 완전히 담가질 때 모두 좋은 응력강도를 갖추어야 한다.
어떤 상황에서라도, 마찰재는 높은 유체투과용량을 가질 수 있도록 높은 다공도(porosity)를 갖는 것 또한 중요하다. 즉, 마찰재는 다공성 재질일 뿐 아니라 압축이 가능한 재질이어야 한다. 마찰재로 투과된 유체는 브레이크 또는 트랜스미션 작동시 주어지는 압력에 의해 마찰재로부터 짜내거나 방출되도록 하되, 이로 인해 붕괴되어도 안 된다. 마찰재는 높은 열전도율을 가짐으로써 브레이크 또는 트랜스미션 작동시 방출되는 열을 신속히 방출시킬 수 있도록 형성하는 것 역시 중요하다.
지금까지 알려진 바에 따르면 섬유 내용물이 높고 충전재 내용물이 낮은 제 1 층을 구비한 섬유성 베이스재료를 구비하는 트랜스미션 시스템용 마찰재에 대한 개시는 없었다. 더 나아가, 현재까지 적어도 부분적으로 마찰변형물질로 이루어진 제 2 층이 고섬유/저충전재 내용물의 제 1 층에 부착(deposit)되는 경우도 개시된 바가 없다. 또한, 본 발명 이전에는 규소재료 및 탄소물질로 이루어진 제 2 층과 같은 적어도 부분적인 커버를 구비한 고섬유성 베이스재료에 대한 개시 역시 없었다.
따라서, 본 발명은 종래에 비해 신뢰도가 높고 개선된 특징을 갖는 개선된 형태의 마찰재를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 개선된 "압축계수" 및 "핫-스폿(hot spot)"에서의 저항성, 그리고, 높은 내열성, 마찰안정도 및 내구성, 다공성, 강도(strength) 및 탄성을 가지는 마찰재를 제공하는 데에 목적을 둔다.
상기와 같은 좀 더 나은 마찰재에 대한 요구를 감안하여 심도 깊은 연구를 한 결과, 본 발명에 의해 개선된 특성을 가지는 마찰재가 개발되었다. 본 발명의 습식 마찰재료는 "습기에 묻거나(wetted)", 작동시 브레이크 훌루이드 또는 오토매틱 트랜스미션 훌루이드와 같은 용액에 함침되는 등의 "습식" 사용예에서도 유용하게 사용될 수 있다. "습식" 마찰재 사용의 경우, 마찰재에 습기가 주입되거나 짜내어지는 방식이 된다. 습식 마찰재료들은 그 구성에서나 물리적 특성에 있어서도 "건식" 마찰재와 아주 많은 차이점을 보인다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 동작시 나타날 수 있는 여러 가지 유사 상황을 주고 마찰 및 열에 강한 특성을 가지는 많은 재료를 시험해 보았다. 현재 상업적으로 시판 중인 브레이크 라이닝이라던가 트랜스미션 재료들은 모두 시험되었고 이들이 고에너지 사용의 예에서 사용이 적합치 않다는 결론에 이르게 되었다.
본 발명은 i) 예를 들면 유기, 무기 및/또는 세섬유화된 아라미드 섬유, 탄소, 면/셀룰로오즈, 유리, 폴리아미드(polyamid), 세라믹 및 기타 동종의 섬유와 같은 고섬유 내용물 및 ii)규조토(diatomaceous earth) 물질과 같은 저마찰의 충전재료 내용물을 포함하는 제 1 층; 및 그 제 1 층 위에 마찰변형물질을 포함하여 부착(deposit)되는 제 2 층을 구비한 금속섬유 무석면의 섬유성 베이스재료에 관한 것이다.
한 실시예에 따르면, 상기 제 1 층은 섬유 85중량% 및 충전재 15중량%를 포함한다. 상기 고섬유 내용물의 제 1 층은 탄성적이고 "부드러운" 특성을 마찰재에 부여함으로써 적절한 압축계수를 제공한다. 탄성도가 있으므로 인해 마찰재는 "핫-스폿"에 강한 저항도를 갖게 된다.
본 발명에 따르면 마찰재는 개선된 "핫-스폿" 저항성, 바람직한 "스무스 시프트(smooth shifts)" 마찰특성, 높은 내열 내구성, 탄성도, 개선된 강도 및 다공성을 갖는다.
상기 섬유성 베이스재료 위에는 제 2 층으로 다양한 마찰변형물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 규조토, 셀라이트(celite), 셀라톰(celatom) 및/또는 이산화규소(silicon dioxide) 등의 규소물질들이 특히 유용하다. 상기 표면마찰 변형물질은 섬유성 베이스재료에 대비해 30중량%으로 사용될 수 있고, 바람직하게로는 2-10중량%, 그리고 가장 바람직하게로는 3-5중량%로 사용된다.
제 2 층 사용으로 적합한 마찰변형재료의 또 다른 예로는 다공성 탄소재질이 있다. 일부 사용예에서, 탄소물질들은 그 효능을 발휘한다. 그리고 한 실시예에서는 제 2 층이 규소물질 및 탄소물질이 혼합되어 제 1 층의 표면위에 적당한 비율로 부착(deposit)되도록 하고 있다. 일부 실시예에서, 제 2 층은 마찰변형물질의 총중량에 기준하여 약 20중량%에서 약 35중량%에 이르는 규소물질을 포함하고, 약 65중량%에서 약 80중량%에 이르는 탄소물질을 포함하고 있다.
따라서, 본 발명의 일부 특징들은 적어도 하나의 경화 처리 가능한 수지에 함침된 섬유성 베이스 재료를 구비한 마찰재에 관한 것으로, 이에 따르면 섬유성 베이스재료는 고섬유성 내용물의 다공질 제 1 층을 포함하고, 제 2 층은 상기 제 1 층의 적어도 한 표면에 형성되는 마찰변형물질을 포함하도록 한다. 일부 실시예에 따르면, 제 2 층은 섬유성 베이스 재료의 중량에 기준하여, 약 5중량%에서 약 15중량%에 이르는 마찰변형 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은, 고섬유 내용물의 섬유성 베이스재료를 형성하고; 탄소물질 및 규소물질의 혼합물로 이루어진 마찰변형물질로 상기 섬유성 베이스재료의 적어도 한 표면을 약 3중량%에서 약 30중량%까지 코팅하며, 여기서 상기 마찰변형물질은 상기 섬유성 베이스재료의 중량에 기준하여 약 0.2중량%에서 약 20중량% 정도 포함되고; 페놀수지, 페놀류 수지 또는 페놀-규소수지의 혼합물등으로 상기 코팅처리된 섬유성 베이스재료를 함침하고; 그 이후로 적정 온도에서 적정 시간동안 상기 함침처리된 섬유성 베이스재료를 경화처리 하는 것을 포함하는 마찰재 제조과정에 관한 것이다.
여기서 섬유성 베이스재료는 여러가지 다른 종류의 수지 시스템을 사용하여 함침시킬 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 섬유성 기반의 재료를 페놀수지 또는 변질된 페놀류 수지로 함침시키는 것도 유용하다. 또 다른 예에서는, 이산화규소를 페놀수지에 적정 융화액으로 융합(blend) 또는 혼합(mix)하고 규소-페놀 수지의 융합물로 본 발명의 섬유성 베이스재료를 함침시켰을 때, 특히 높은 성과의 내구성이 뛰어난 마찰재가 형성되었다.
본 발명의 마찰재는 개선된 압축 계수 및 "핫-스폿" 저항성을 가진다. 또한, 마찰재는 개선된 탄성과 다공성을 가짐으로써 마찰재 사용 중에 일관적인 열분산이 가능하다. 트랜스미션 또는 브레이크의 훌르이드는 마찰재의 다공 구조를 통해 신속히 이동한다. 또한, 개선된 탄성으로 인해 마찰재에 좀 더 균일한 압력이 주어지거나 분배됨으로써 불규칙적인 라이닝 마모 및 이격판의 "핫-스폿" 현상이 해결된다.
마찰재가 좀 더 많은 다공성을 가질수록 열확산도가 높아진다. 다공성 마찰재를 사용할 경우, 마찰재 결합시 그를 통한 오일의 유입 및 방출이 더욱 신속히 이루어진다.
본 발명은 i) 예를 들면 유기, 무기 및/또는 세섬유화된 아라미드 섬유, 탄소, 면/셀룰로오즈, 유리, 폴리아미드(polyamid), 세라믹 및 기타 동종의 섬유와 같은 고섬유 내용물 및 ii)규조토(diatomaceous earth)물질과 같은 저마찰의 충전재료 내용물을 포함하는 제 1 층; 및 제 1 층위에 마찰변형물질을 포함하여 부착(deposit)되는 제 2 층을 구비한 금속섬유 무석면의 섬유성 베이스재료에 관한 것이다. 일 실시예에서, 제 1 층은 약 85중량%의 섬유 및 약 15중량%의 충전재를 포함한다. 일부 실시예에서, 고 섬유-내용물의 섬유성 베이스 재료에 덜 세섬유화된 아라미드 섬유를 포함시킴으로써 마찰재에 바람직한 다공성 구조를 부여하여, 결과적으로, 개선된 내열성뿐 아니라 엽렬(delamination) 현상에 대한 저항성 및 마찰소음(squeal) 또는 소음에 대한 저항성 또한 부여한다. 일부 실시예에서는, 제 1 층에 탄소 섬유를 포함시킴으로써 내열성을 증가시키고, 마찰계수를 일정하게 유지하고 마찰소음 저항도를 개선시킨다.
일부 실시예에서는, 섬유성 베이스 재료는 약 10중량%에서 약 20중량%, 또는 실시예에 따라 약 15중량%에 이르는 아라미드 섬유를 포함하여, 상대적으로 높은 수치의, 약 80중량%에서 약 90중량%, 면 또는 기타 셀룰로오즈 타입의 섬유와 합성할 수 있다.
또 다른 실시예들에서는, 상기 섬유성 베이스 재료는 약 50중량%에서 약 60중량%, 또는 실시예에 따라 약 55중량%에 이르는 아라미드 섬유를 포함하여, 약 40중량%에서 약 50중량%에 이르는 탄소 섬유와 합성할 수 있다.
탄소 섬유를 섬유성 베이스 재료에 사용하면 열전도성이 증가됨으로 인해 마찰재는 더욱 바람직한 열저항성을 가질 수 있게 된다. 일부 실시예에서는, 약 5중량%에서 약 20중량%, 또는 경우에 따라 약 10에서 약 15중량%에 이르는 탄소 섬유를 섬유성 베이스 재료에 포함한다.
또 다른 실시예들에서는, 덜 세섬유화된 아라미드 섬유와 탄소 섬유를 섬유성 베이스 재료에 사용함으로써 마찰재의 고온 저항도를 한층 증가시키기도 한다. 덜 세섬유화된 아라미드 섬유는 대개 중심섬유에 몇 개 안되는 미소섬유가 부착된 형태를 갖는다. 덜 세섬유화된 아라미드 섬유를 사용함으로써 마찰재의 다공성이 더욱 높아진다. 즉, 일반적인 세섬유화된 아라미드 섬유를 사용하는 경우보다 더욱 크고 많은 구멍이 형성된다. 다공성 구조는 주로 구멍의 크기와 액체 투과성으로 나타낸다. 한 바람직한 실시예에서는, 섬유성 베이스 재료는 일반 평균치로 봤을 때 약 2.0에서 약 25마이크론의 지름을 갖는 구멍을 갖는다. 일부 실시예에서는, 평균 구멍크기가 약 2.5에서 약 8마이크론 지름에 이르며, 일부 실시예의 경우, 마찰재는 적어도 약 50%, 또는 경우에 따라 적어도 약 60% 또는 그 이상에 이르는 공기 구멍들을 바로 형성할 수 있다.
마찰재가 더 큰 평균 지름 및 투과성의 유체통과공을 가질수록, 마찰재의 다공 구조를 통해 오토매틱 트랜스미션 훌루이드의 흐름이 원활해지고 이로 인해 더욱 낮은 온도로 작동하거나, 트랜스미션시 발생되는 열을 덜 받게 된다. 트랜스미션 시스템의 작동시에, 특히 고온환경에서 오토매틱 트랜스미션 훌루이드가 떨어져 내리고 시간이 흐름에 따라 마찰재 표면의 오일 침전물이 축적된다. 섬유재 표면의 오일 침전물은 각 구멍의 개구도를 악화시킨다. 따라서, 처음부터 마찰재의 공기구멍을 크게 형성함으로써, 마찰재를 사용하는 동안 많은 구멍이 열린 상태를 유지할 수 있도록 한다. 또한, 적어도 부분적으로 규소 수지에 함침함으로써 규소 수지의 탄성으로 마찰재의 섬유재가 더욱 많은 열린 구멍을 유지하도록 할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서는, 아라미드 섬유를 약 0.5에서 약 10mm에 이르는 길이를 갖도록 하고, 캐나다 여수도 표준(Canadian Standard Freeness; CSF)으로 약 300CSF 또는 그 이상을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 따라, 아라미드 섬유는 약 350CSF에서 약 650CSF에 이르는 여수도(freeness)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서는, 약 450CSF에서 약 550CSF, 그리고 바람직하기로는 약 530CSF 또는 그 이상의 덜 세섬유화된 아라미드 섬유; 및 기타 다른 실시예에서는, 약 580-650 및 그 이상, 그리고 바람직하기로는 650 및 그 이상의 덜 세섬유화된 아라미드 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 대조적으로, 아라미드 펄프와 같은 더 세섬유화된(more fibrillated) 섬유는 약 285-290의 여수도를 갖는다.
"캐나다 여수도 표준(CSF)"(T227 om-85)은 섬유의 세섬유화 또는 섬유의 여수도 측정으로 판단될 수 있음을 나타낸다. CSF 테스트는 1리터의 물에 3그램의 부유 섬유의 건조(drain)율에 대한 임의적 측정값을 줄 수 있는 실험치 측정과정을 가리킨다. 따라서, 덜 세섬유화된 아라미드 섬유가 다른 아라미드 섬유 또는 펄프보다 여수도 또는 마찰재의 건조도가 더욱 높다. 약 430-650CSF(일부 실시예에서는 바람직한 예로 약 580-640CSF, 또는 약 620-640CSF)의 아라미드 섬유를 포함하는 마찰재를 사용함으로써 더 세섬유화된 아라미드 섬유를 사용한 기존의 마찰재에 비해 월등한 마찰 성능 및 재질특성을 갖는다. 섬유길이와 캐나다표준 여수도가 높을수록, 마찰재는 높은 강도 및 다공성, 그리고 내마모성을 가질 수 있다. 덜 세섬유화된 아라미드 섬유(약 530-약 650CSF)는 특히 그 내구성과 마찰계수의 안정도가 탁월하다.
본 발명의 범주에 속하는 또 다른 실시예들에 따르면, 섬유성 베이스 재료에 합성 그래파이트(graphite)를 포함함으로써 기타 다른 그래파이트 재질에 비해 3차원성이 더욱 뛰어난 섬유성 베이스 재료를 제공하도록 한다. 상기 합성 그래파이트는 페트롤리움(petroleum) 코크(coke) 및 콜타르(coal tar) 피치(pitch) 결합제와 같은 원료재를 흑연화(graphitization)함으로써 형성된다. 원료재를 혼합하고, 흑연화 전용 용광로에서 약 2,800C에서 약 3,000C에 이르는 온도로 가열하면, 태워진 탄소체가 다결정질(polycrystalline)의 그래파이트 물질로 변화된다. 합성 그래파이트(고도의 열전도율을 가짐)는 다른 그래파이트 종류에 비해 마찰재에 더 큰 열분산력을 제공해준다. 일부 실시예에 따르면, 합성 그래파이트의 크기 및 형태는 대략 20에서 대략 50마이크론 크기 범주 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 이 일부 실시예들에 따르면, 그래파이트 입자 크기가 지나치게 크거나 또는 작을 경우, 이상적인 3차원구조를 이룰 수 없게 되고 결과적으로 이상적인 내열성을 얻을 수 없게 되는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시예에서는, 약 20중량%에서 약 40중량%에 이르는 그래파이트가 섬유성 베이스 재료에 포함된다.
본 발명에 따르면 최소한 한 종류의 충전재 역시 소량으로 섬유성 베이스 재료의 제 1 층에 유용하게 포함된다. 예를 들어, 규조토와 같은 규소 충전재 등이 유용하다. 그러나, 기타 다른 종류의 충전재 역시 본 발명에 적합한 것이라는 점을 고려하여, 충전재는 마찰재의 특수 요구조건에 따라 적절하게 선택해야 할 것이다. 특히, 비교적으로 소량, 바람직하기로는 약 3중량%에서 약 15중량%에 이르는 충전재를 사용하면 특히 효율적인 제 1 층을 형성할 수 있다.
제 1 층에 탄소 섬유를 포함하는 일부 실시예의 경우, 면섬유 내용물은 포함하지 않는 것이 바람직하다. 탄소 섬유 내용물을 포함하지 않는 실시예의 경우, 비교적 다량의 면섬유, 즉 예를 들면 약 40-50중량%에 해당하는 면섬유를 섬유성 베이스 재료에 함유함으로써 마찰재의 클러치 "브레이크-인(break-in)" 현상을 경제적인 비용으로 해결할 수 있다. 이들 실시예의 경우, 면섬유가 본 발명의 섬유성 베이스 재료로 포함됨에 따라 섬유성 재료가 더욱 높은 마찰계수를 갖도록 할 수 있다. 일부 실시예에서는, 약 40에서 약 50중량%, 그리고 실시예에 따라 약 45중량%에 이르는 면섬유를 섬유성 베이스 재료에 부가할 수 있다.
적어도 한 종류의 라텍스 타입의 재료가 상기 섬유성 베이스 재료에 포함될 수 있다. 일부 실시예의 경우, 섬유성 베이스 재료는 약 0에서 약 3중량%, 그리고 경우에 따라 약 2중량%에 이르는 라텍스 타입의 재료를 포함한다.
섬유성 베이스 재질의 제 1 층 형성의 한 예에 따르면, 약 40에서 약 60중량%에 이르는 덜 세섬유화된 아라미드 섬유; 약 5에서 약 20중량%에 이르는 탄소 섬유; 약 10에서 약 20중량%에 이르는 면섬유; 약 3에서 약 15중량%에 이르는 탄소 입자, 약 3에서 약 15중량%에 이르는 충전재; 및 약 0에서 약 3중량%에 이르는 라텍스 타입의 재료를 포함한다.
섬유성 베이스 재질의 제 1 층 형성의 또 다른 예에 따르면 약 50에서 약 60중량%에 이르는 아라미드 섬유; 약 40에서 약 10중량%에 이르는 면섬유; 약 5-15중량%에 이르는 면섬유; 약 20에서 약 30중량%에 이르는 그래파이트 입자; 및 약 5에서 약 15중량%에 이르는 충전재를 포함한다.
섬유성 베이스 재질의 제 1 층 형성의 또 다른 예에 따르면 약 50에서 약 60중량%에 이르는 아라미드 섬유, 약 40에서 약 15중량%에 이르는 탄소 섬유; 약 20에서 약 30중량%에 이르는 그래파이트; 및 약 5에서 약 15중량%에 이르는 규소 충전재를 포함한다.
상기 고 섬유내용물의 제 1 층위에 마찰변형으로 구성된 제 2 층이 부착됨으로써 섬유성 베이스 재료가 형성된다. 마찰변형의 혼합물을 제 1 층 위에 놓이는 제 2 층으로 사용함으로써 높은 내열성 및 내구성을 갖는 섬유성 베이스 재료를 제공할 수 있다.
규소 입자 및 탄소 입자를 바람직한 비율로 혼합하여 섬유성 베이스 재료의 제 2 층으로 활용하는 것의 효과는 놀라울 정도로 탁월한 것으로 나타났다.
유용한 마찰변형은 규소 입자와 부분 및/또는 전면 탄화된 탄소 입자의 바람직한 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 마찰변형들은 i)규조토 입자 및 ii)전면 탄화된 탄소 입자 또는 부분 탄화된 입자, 또는 이들 혼합물과의 혼합물로 구성될 수 있다.
일부 실시예의 경우, 제 2 층의 혼합물은 규소 입자 및 탄소 입자를 탄소 입자 1대 규소 입자 4의 비율로 혼합한다. 다른 실시예의 경우, 그 혼합비율이 탄소 입자 1대 규소 입자 2정도가 된다. 예를 들어, 규조토, Celite, Celatom 및/또는 이산화규소 등과 같은 규소 입자들이 특히 효과적이다. 규소 입자들은 값이 저렴하며, 섬유성 재질에 강력하게 결합되는 유기 재료들이다. 규소 입자들은 마찰재에 높은 마찰계수를 제공한다. 규소 입자들은 또한 마찰재의 매끄러운 마찰표면을 제공하고, "시프트 감(shift feel)" 및 마찰 특성을 부여하여 셔더링 현상 등이 최소화될 수 있다. 값이 상대적으로 비싼 탄소 입자는 특히 "핫-스폿"에 대한 저항성이 크고 높은 마찰 안정도 및 내구성을 제공한다는 장점이 있다.
이와 같이 섬유성 베이스 재료 위에 형성되는 마찰변형 구성의 제 2 층은 입자의 크기를 대략 0.5에서 대략 80마이크론, 그리고 바람직하기로는 대략 5에서 대략 20마이크론 사이에서 형성하여 균일성을 가질 수 있도록 한다. 이들 일부 실시예에 따르면, 마찰변형의 크기가 지나치게 크거나, 또 작거나 할 경우, 이상적인 3차원 구조가 이루어질 수 없고, 결과적으로 열분산 또한 이상적으로 실행되지 않음으로 나타났다.
일부 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 층 위의 마찰변형의 사용량은 마찰용지에 대해 대략 0.2에서 대략 20중량%, 그리고 소정 실시예의 경우, 대략 2에서 대략 15중량%, 더 나아가 일부 바람직한 실시예의 경우 대략 2에서 대략 5중량%의 범위로 결정된다. 바람직한 실시예들에 따르면, 제 1 층 표면에 대한 마찰변형의 커버리지는 표면에 대해 대략 3에서 대략 90%의 범위 내에서 결정될 수 있다.
마찰재의 바람직한 제조과정은 섬유성 베이스 재료의 제 1 층들의 형성 성분의 혼합과정을 포함한다. 상기 섬유성 베이스 재료의 제 1 층의 적어도 한 표면을 마찰변형으로 구성된 제 2 층으로 코팅한다. 이와 같이 마찰변형이 코팅된 상기 섬유성 베이스 재료는 그 다음 적어도 하나의 페놀수지 또는 페놀기반의 수지에 함침된다. 이와 같이 코팅 및 함침처리된 섬유성 베이스 재료는 소정 기간동안 소정 온도에서 경화처리 됨으로써 마찰재가 완성된다.
본 발명에 따르면 상기 마찰재의 함침방법으로 다양한 방법이 응용될 수 있다. 섬유성 베이스 재료는 바람직하기로는 페놀 수지 또는 페놀기반의 수지에 함침되며, 여기서 함침용 수지는 마찰재 100중량부에 대하여 대략 45에서 대략 65중량부를 포함하도록 한다. 섬유성 베이스 재료의 수지에 대한 함침이 완료되면, 함침처리된 섬유성 베이스 재료는 소정 시간동안 바람직한 온도에서 가열됨으로써 마찰재가 완성된다. 가열과정에서 페놀수지는 대략 300F 온도에서 경화된다. 기타 다른 종류의 수지, 예를 들어 실리콘수지가 사용되었을 경우 실리콘수지의 경화온도는 대략 400F이다. 다음으로 함침 및 경화처리가 완료된 마찰재를 적절한 수단을 사용하여 원하는 기판에 부착시킨다.
섬유성 베이스 재료의 함침에 사용할 수 있는 다양한 수지종류로 페놀 수지 및 페놀기반 수지가 있다. 여기서 페놀기반 수지, 즉 에폭시, 부타디엔(butadiene), 실리콘, 동유(tung oil), 벤젠, 캐슈넛 오일 등과 같은 기타 변형(modifying) 성분을 수지혼합물에 포함하는 방식도 본 발명에 따라 효과적으로 고려됨을 주지해야 할 것이다. 페놀기반 수지에서, 페놀 수지는 수지 혼합물에 대해 대개 약 50중량% 또는 그 이상으로 포함된다 (기타 용제는 배제한 경우임). 그러나, 일부 실시예의 경우, 실리콘-페놀 혼합물의 중량에 대해(기타 용제 및 기타 처리과정용 산성제는 배제한 경우임) 대략 5에서 대략 80중량%, 그리고 일부 경우에 있어서는, 대략 15에서 대략 55중량%, 그리고 일부 실시예의 경우 대략 15에서 대략 25중량%에 이르는 실리콘 수지를 함침용 수지 혼합물에 포함함으로써 마찰재가 개선될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 유용한 페놀 수지 및 페놀-실리콘 수지로는 앞서 언급하고 본 명세서에서 참조하고 있는 보그워너사의 미국 특허건에 잘 개시되어 있다. 본 발명에 따르는 실리콘 수지는, 예를 들면, 열처리 실리콘 방수제(sealant) 및 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 다양한 종류의 실리콘 수지가 본 발명에 유용하게 사용될 수 있다. 이 중 한 수지를 예로 들면, 크실렌(xylene) 및 아세틸아세톤(acetylacetone)(2,4-pentanedione)을 포함한다. 실리콘 수지의 비등점은 대략 362F (183C)이고, 증기압은 68F mm, Hg: 21, 증기밀도(air=1) 4.8, 무시해도 좋은 수용도, 비중(specific gravity) 약 1.09, 휘발 퍼센트 5중량%, 증발율(에테르=1) 0.1미만, 펜스키-마틴스(Pensky-Martens)방식에 따라 인화점은 약 149F(65C)이다. 물론 기타 다른 실리콘 수지 또한 본 발명에 따라 활용될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 예를 들어, 또 다른 유용한 수지 혼합물로 적절한 페놀 수지를 포함할 수 있는데(이후 중량% 표시): 대략 55에서 대략 60%의 페놀수지; 대략 20에서 대략 25%의 에틸 알코올; 대략 10에서 대략 14%의 페놀; 대략 3에서 대략 4%의 메틸 알코올; 대략 0.3에서 대략 0.8%의 포름알데히드; 및 대략 10에서 대략 20%의 물을 포함할 수 있다. 또 다른 적절한 페놀기반 수지의 예로는(이후 중량% 표시), 대략 50에서 대략 55%의 페놀/포름알데히드 수지; 대략 0.5%의 포름알데히드; 대략 11%의 페놀; 대략 30에서 대략 35%의 이소프로파놀(isopropanol); 및 대략 1에서 대략 5%의 물을 포함할 수 있다.
또한, 에폭시 변형 페놀수지 역시 유용한 수지로 나타났는데, 이는 대략 5에서 대략 25중량%, 그리고 바람직하기로는 대략 10에서 대략 15중량%의 에폭시 합성물을 포함하고 나머지를 페놀수지로 포함할 수 있다(용제 및 기타 처리용 산화물 배제함). 일부 실시예에서 에폭시-페놀 수지 화합물 재료는 페놀 수지만 단독으로 사용하는 예보다 더욱 큰 내열성을 마찰재에 제공한다.
일부 실시예에 따르면, 섬유성 베이스 재료에 포함되는 수지의 목표량은 총 실리콘-페놀 수지에 대해 대략 35에서 대략 65중량%, 그리고 일부 실시예의 경우 대략 60에서 적어도 65중량%이 바람직하다. 섬유성 베이스 재료의 수지 함침이 완료되면, 베이스 재료는 일정 시간동안(일부 실시예에 따르면 대략 반시간 정도) 300-400℃ 범위에서 경화 처리됨으로써 마찰재가 완성된다. 마찰재의 최종 두께는 섬유성 베이스 재료의 초기 두께에 따라 결정되며, 일부 실시예의 경우, 대략 0.014"에서 0.040"에 이르는 것이 바람직하다.
수지 혼합물 준비 및 섬유기반 재료들의 함침 준비 과정에 유용되는 것으로 알려진 기타 성분 및 처리보조물 물론 마찰재에 포함될 수 있음을 주지하여야 할 것이다.
실리콘 수지 와 페놀 수지 모두에 융화성을 가지는 용제에 수지를 준비한다. 수지를 혼합하고(바람직한 실시예에 따라), 균등질(homogeneous)의 혼합물을 형성, 이를 섬유성 베이스 재료의 함침용으로 사용한다. 여기서, 섬유성 베이스 재료를 페놀 수지에 함침하고 그 다음 실리콘 수지를 부가하는 것과 그 반대로 하는 경우 그 효과가 같지 않다. 실리콘-페놀 수지 용액 및 실리콘 수지 파우더 및/또는 페놀 수지 파우더의 에멀전 또한 차이가 난다. 실리콘 수지 및 페놀 수지가 용제에 포함되면 모두 경화처리 되지는 않는다. 반대로, 실리콘 수지 및 페놀 수지의 파우더 입자들이 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지 및 페놀 수지의 이러한 부분 경화는 섬유성 베이스 재료의 효과적인 함침을 방해한다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 섬유성 베이스 재료는 페놀 수지 친화(compatible)용제에 담긴 실리콘 수지와 그 용제의 혼합물에 함침된다. 한 실시예에 따르면, 이소프로파놀이 특히 적절한 용제로 밝혀졌다. 그러나, 예를 들어, 에탄올, 메틸-에틸 케톤, 부타놀(butanol), 이소프로파놀, 톨루엔(toluene) 등과 같이 여러가지 다양한 용제들이 본 발명의 실행에 활용될 수 있음은 주지해야 할 것이다. 실리콘 수지가 페놀 수지와 혼합되어 섬유성 베이스 재료의 함침에 사용될 경우, 실리콘 수지가 포함된 마찰재는 페놀 수지만으로 함침된 다른 섬유성 베이스 재료에 비해 더욱 높은 탄성을 갖는다. 따라서 본 발명에 따라 실리콘-페놀 수지 혼합물에 함침된 마찰재에 압력이 주어지면, 압력의 분배가 더욱 고르게 이루어지고, 결과적으로 불규칙적 라이닝 마모의 발생율이 감소된다. 실리콘 수지 및 페놀 수지가 혼합되고 나서 이 혼합물은 섬유성 베이스 재료의 함침을 위해 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마찰재(10)의 제조과정이 도 13에 도시 되어 있다. 섬유성 베이스 재료(12)는 상면(16) 및 하면(18)을 구비한 하부층(14)을 갖는다. 하부층(14)이 젖게 되면 마찰변형입자(20)들이 젖은 하부층(14)의 상면(16)에 부착(deposited)된다.
일부 방법의 실시예에 따르면, 마찰변형입자(20)를 하부층(14)의 상면(16)에 부착하기 전에 진공압력(미도시)을 하부층(14)의 하부면(18)에 사용하는 것도 효과적이다.
섬유성 베이스 재료의 제 1 층 위에 놓인 마찰변형입자들의 제 2 층으로 인해 마찰재는 셔더링 방지특성, 높은 내구성, 내마모성 및 개선된 브레이크-인(break-in) 특성을 가진다.
실시예
슬립 클러치 계면(interface) 테크놀로지 요구조건: 본 발명에 따르는 마찰재들은 특수 요구조건을 충족하는 슬리핑 클러치 적용예에 맞도록 설계된다. 이들 요구조건으로는 높은 기계적 강성, 내열성, 내구성, 안정도 및 셔더링 저항성 등이 있다. 본 발명의 마찰재는 높은 다공성, 높은 기계적 강성을 얻기 위한 독특한 재료 구성, 높은 열전도성 및 셔더링 방지의 마찰변형 특성을 갖는다. 이러한 재료특성은 원활한 슬립 토크 산출 및 장기간의 마찰안정도를 위해 필요한 요구조건 이기도 하다.
이상적인 슬립 토크 반응 및 장기간의 내구성에 관한 슬립 클러치 요구사항으로는 우수한 굴곡 형태 및 장기간의 마찰 안정도가 있다. 우수한 굴곡 형태는 재료의 높은 다공성 및 마찰변형 내용물에 따라 결정된다. 장기간 마찰 안정도는 높은 다공성(즉, 항-글레이징(anti-glazing) 및 고온 성분에 따라 결정된다.
섬유성 베이스 재료 구조는 높은 열 확산도와 마찰 안정도를 위해 다공질의 고온 합성 섬유망을 포함한다. 섬유성 베이스 재료 위에는 마찰변형입자가 부착되어 마찰재에 셔더링방지 특성을 제공한다.
다음의 예들에서 마찰변형입자가 코팅 처리된 섬유성 베이스 재료 및 이에서 도출된 본 발명에 따른 마찰재가 종래기술에 비해 개선되었음이 증명될 것이다.
실시예 I
토크 굴곡 형태를 가지기 때문에 본 발명의 마찰재가 특히 고속도, 고에너지 및 고온 사용예에서 효과적임을 알 수 있다. 또한 안정적 토크 굴곡으로 인해 마찰재의 소음이 방지된다.
표에서는 비교예 A 및 B, 그리고 제 1 및 제 2 실시예의 구성을 정리했다. 표 1은 또한 도시한 예들에 대한 기본 중량(basis weight), 캘리퍼(caliper), 다공성, 건식 및 습식 신장도(tensile), 및 애쉬 특성(ash properties)을 정리한다. 새로운 재료는 최적량의 탄소 섬유를 가지는 제 1 층을 구비하고, 제 2 층은 탄소 및 셀라이트 그리고 선택적으로, 라텍스와 같은 보유향상제(retention aid)등의 혼합물을 포함한다. 일부 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 층에서 규소 대 탄소입자의 비율은 대략 1에서 4 대 대략 1에서 2이다.
| 제공%제 1 층 | 제 1 실시예 | 제 2 실시예 | 비교예 A | 비교예 B |
| 아라미드 섬유 | 55 | 55 | 20-25 | 40-60 |
| 탄소 섬유 | 10 | 10 | 10-20 | |
| 면 | 25-35 | |||
| 그래파이트 | 25 | 25 | 15-25 | 10-20 |
| 규소 | 10 | 10 | 20-30 | 15-25 |
| 라텍스 | 2 | 2 | ||
| WSR | X2 | X2 | ||
| 제 2 층 | ||||
| 탄소 | 2 | 3 | 2 | |
| 셀라이트 | 4 | 6 | 8 | |
| 라텍스% | 2 | 2 | ||
| 기본중량 | 162.5 | 166.5 | ||
| 캘리퍼 | 30 | 30.25 | ||
| 다공성 | 16.8 | 23.62 | ||
| 건식 신장도 | 6629 | 9114 | ||
| 습식 신장도 | 4772 | 5353 | ||
| 애쉬(ash) | 13.59 | 15.1 |
실시예 Ⅱ
μPVT 토크 선도를 통해 본 발명의 재료에 대해 더 자세한 정보를 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 1a) 및 50℃(도 1b)의 비교예 A(BWA4329 MER SR)의 토크 선도(μPVT).
도 2a 및 도 2b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 2a) 및 50℃(도 2b)의 비교예 B(BWA4329 MER SR)의 토크 선도(μPVT).
도 3a 및 도 3b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 3a) 및 50℃(도 3b)의 제 1 예(PM 610849)의 토크 선도(μPVT).
도 4a 및 도 4b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 4a) 및 50℃(도 4b)의 제 2 예(PM 610850)의 토크 선도(μPVT).
실시예 Ⅲ
실시예 Ⅲ은 S12μ-PVT 테스트를 나타내며, 여기서 초기마찰계수는 μi, 동적 마찰계수는 μd, 최종 마찰계수는 μ0이며, 각기 도시된 속도에 대한 마찰계수 μ0/μd의 비율을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 비교예 A의 초기 마찰계수(μi)(도 5a), 동적 마찰계수(μd)(도 5b), 최종 마찰계수(μ0)(도 5c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 5d)의 비율 비교 그래프.
도 6a 내지 도 6d는 비교예 B의 초기 마찰계수(μi)(도 6a), 동적 마찰계수(μd)(도 6b), 최종 마찰계수(μ0)(도 6c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 6d)의 비율 비교 그래프.
도 7a 내지 도 7d는 제 1 예의 초기 마찰계수(μi)(도 7a), 동적 마찰계수(μd)(도 7b), 최종 마찰계수(μ0)(도 7c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 7d)의 비율 비교 그래프.
도 8a 내지 도 8d는 제 2 예의 초기 마찰계수(μi)(도 8a), 동적 마찰계수(μd)(도 8b), 최종 마찰계수(μ0)(도 8c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 8d)의 비율 비교 그래프.
실시예 Ⅳ
실시예 Ⅳ는 고속력 스텝 레벨 테스트를 나타낸다. 도 9a는 오토매틱 트랜스미션 훌루이드 B를 사용하여 실시한 고속력 스텝 레벨의 "핫-스폿" 테스트에서의 테스트 조건에 대한 그래프.
도 9b는 오토매틱 트랜스미션 훌루이드 A, 비교예 B, 제 1 예 및 제 2 예를 사용하여 실시한 고속력 스텝 레벨의 "핫-스폿" 테스트에서의 테스트 결과 대한 그래프.
실시예 Ⅴ
실시예 Ⅴ는 비교예 B 및 비교예 C(BWA 5610) 및 제 1 및 제 2 예에서의 물리적 특징을 나타낸다.
도 10은 이들 재료들을 위한 0에서 2MPA 및 2-9MPA의 압축계수를 나타낸다. 압축계수가 낮을수록 재료의 탄성이 높아진다는 것을 주지해야 할 것이다. 본 발명의 재료는 매우 바람직한 탄성을 갖는다.
실시예 Ⅵ
실시예 Ⅵ은 오토매틱 트랜스미션 훌루이드 B를 사용하여 실시한 μ-V 내구성 테스트를 나타낸다.
도 11a는 마찰계수(μ)와 슬립 속도(rpm)를 비교함으로써 1, 5, 10, 15, 20, 25 및 30의 주기를 갖는 제 1 예의 μ-V 내구성 연관관계 (일정 속도 방식-constant speed method)를 도시한 그래프.
도 11b는 제 1 예의 기울기 대 주기를 비교 도시한 그래프.
도 12a는 마찰계수(μ)와 슬립 속도(rpm)를 비교함으로써 1, 5, 10, 15, 20, 25 및 30의 주기를 갖는 제 2 예의 μ-V 내구성 연관관계 (일정 속도 방식-constant speed method)를 도시한 그래프.
도 12b는 제 2 예의 기울기 대 주기를 비교 도시한 그래프.
본 발명은 클러치 플레이트, 트랜스미션 밴드, 브레이크 슈(brake shoes), 싱크로나이저 링(synchronizer rings), 마찰 디스크(friction disks) 또는 시스템 플레이트 등의 사용예에 유용하게 적용될 수 있다.
위의 본 발명의 바람직한 대체 실시예에 대한 설명내용은 예시를 목적으로 기술된 것이며 다음의 청구항의 범주를 한정하는 의미로 의도되지는 않는다.
도 1a 및 도 1b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 1a) 및 50℃(도 1b)의 비교예 A(BWA4329 MER SR)의 토크 선도(μPVT),
도 2a 및 도 2b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 2a) 및 50℃(도 2b)의 비교예 B(BWA4329 MER SR)의 토크 선도(μPVT),
도 3a 및 도 3b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 3a) 및 50℃(도 3b)의 제 1 예(PM 610849)의 토크 선도(μPVT),
도 4a 및 도 4b는 다양한 레벨 및 속도에서의 100℃(도 4a) 및 50℃(도 4b)의 제 2 예(PM 610850)의 토크 선도(μPVT),
도 5a 내지 도 5d는 비교예 A의 초기 마찰계수(μi)(도 5a), 동적 마찰계수(μd)(도 5b), 최종 마찰계수(μ0)(도 5c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 5d)의 비율 비교 그래프,
도 6a 내지 도 6d는 비교예 B의 초기 마찰계수(μi)(도 6a), 동적 마찰계수(μd)(도 6b), 최종 마찰계수(μ0)(도 6c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 6d)의 비율 비교 그래프,
도 7a 내지 도 7d는 제 1 예의 초기 마찰계수(μi)(도 7a), 동적 마찰계수(μd)(도 7b), 최종 마찰계수(μ0)(도 7c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 7d)의 비율 비교 그래프,
도 8a 내지 도 8d는 제 2 예의 초기 마찰계수(μi)(도 8a), 동적 마찰계수(μd)(도 8b), 최종 마찰계수(μ0)(도 8c) 및 적용 계면압력(kPA)에 대한 최종/동적 마찰계수(μ0)/(μd)(도 8d)의 비율 비교 그래프,
도 9a는 오토매틱 트랜스미션 훌루이드 B를 사용하여 실시한 고속력 스텝 레벨의 "핫-스폿" 테스트에서의 테스트 조건에 대한 그래프,
도 9b는 오토매틱 트랜스미션 훌루이드 A, 비교예 B, 제 1 예 및 제 2 예를 사용하여 실시한 고속력 스텝 레벨의 "핫-스폿" 테스트에서의 테스트 결과 대한 그래프,
도 10은 제 1 예, 제 2 예, 비교예 B 및 비교예 C의 압축 계수에 대한 그래프,
도 11a는 마찰계수(μ)와 슬립 속도(rpm)를 비교함으로써 1, 5, 10, 15, 20, 25 및 30의 주기를 갖는 제 1 예의 μ-V 내구성 연관관계 (일정 속도 방식-constant speed method)를 도시한 그래프,
도 11b는 제 1 예의 기울기 대 주기를 비교 도시한 그래프,
도 12a는 마찰계수(μ)와 슬립 속도(rpm)를 비교함으로써 1, 5, 10, 15, 20, 25 및 30의 주기를 갖는 제 2 예의 μ-V 내구성 연관관계 (일정 속도 방식-constant speed method)를 도시한 그래프,
도 12b는 제 2 예의 기울기 대 주기를 비교 도시한 그래프, 그리고,
도 13은 고섬유 내용물의 섬유성 베이스 재료 및 이에 따른 마찰재의 제조과정을 도시한 개략도이다.
Claims (20)
- 고섬유 내용물의 다공성 제 1 층 및 상기 제 1 층의 적어도 한 면상에 형성되는 마찰변형입자를 포함하는 제 2 층을 포함하며, 적어도 한가지의 경화처리 가능한 수지에 함침되는 섬유성 베이스 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 층은 섬유성 베이스 재료의 중량에 대해 약 5중량%에서 약 15중량%에 이르는 마찰변형입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 층은 탄소 입자 및 규소 입자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 3 항에 있어서,상기 마찰변형입자는 섬유성 베이스 재료 중량에 대해 약 0.2에서 약 20중량%로 포함되며, 상기 마찰변형입자는 제 1 층의 표면적의 약 3% 에서 약 30%까지를 커버하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 층은 상기 마찰변형입자의 총중량에 대해 약 20중량%에서 약 35중량%에 이르는 규소 입자 및 약 65중량%에서 약 80중량%에 이르는 탄소 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 마찰변형입자는 그 평균 크기가 약 0.5에서 약 20마이크론에 이르는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 3 항에 있어서,상기 마찰변형입자는 i)규조토 입자 및 ii)전면 탄화된 탄소입자 또는 부분 탄화된 입자, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 섬유성 베이스 재료는 평균적으로 대략 2.0에서 대략 2.5마이크론에 이르는 직경을 갖는 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 층은 적어도 대략 50%의 즉시 사용 가능한 공기 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 섬유성 베이스 재료는 아라미드 섬유, 면섬유, 그래파이트 섬유 중 적어도 하나와 적어도 한가지 타입의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 10 항에 있어서,상기 아라미드 섬유는 캐나다 여수도 표준(Canadian Standard Freeness)에 기준하여 대략 350에서 대략 650의 여수도를 갖는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 10 항에 있어서,상기 아라미드 섬유는 평균 길이가 대략 0.5에서 대략 10 mm사이인 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 10 항에 있어서,상기 충전재는 규조토를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 10 항에 있어서,상기 섬유성 베이스층은 대략 50중량%에서 대략 6중량%에 이르는 아라미드 섬유; 대략 40중량%에서 대략 10중량%에 이르는 면섬유; 대략 5-15중량%에 이르는 탄소섬유; 대략 20에서 대략 30중량%에 이르는 그래파이트 입자; 및 대략 5에서 대략 15중량%에 이르는 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,페놀 수지, 변형페놀수지, 또는 페놀수지와 실리콘 수지의 혼합물 중 대략 35중량%에서 대략 40중량%에 이르는 적어도 하나의 수지로 함침하며, 상기 페놀 수지와 실리콘 수지의 혼합물에서 실리콘 수지의 양은, 페놀 수지가 함유된 용제와 페놀수지용제에 대해 융화 가능하고 실리콘 수지가 함유된 용제로 이루어진 혼합물 중량에 기준하여, 대략 5에서 대략 80중량%인 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1 항에 있어서,상기 섬유성 베이스 재료는 캐나다 여수도 표준(Canadian Standard Freeness; CSF)에 기준하여 적어도 대략 300여수도를 갖는 복수개의 덜 세섬유화된(less fibrillated) 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 그래파이트 입자, 및 적어도 하나의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 16 항에 있어서,상기 덜 세섬유화된(less fibrillated) 아라미드 섬유 는 캐나다 여수도 표준(Canadian Standard Freeness)에 기준하여 대략 350에서 대략 650의 여수도를 갖는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 17 항에 있어서,상기 아라미드 섬유는 평균 길이가 대략 0.5 에서 대략 10 mm사이인 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 16 항에 있어서,상기 섬유성 베이스층은 대략 50중량%에서 대략 6중량%에 이르는 덜 세섬유화된(less fibrillated) 아라미드 섬유; 대략 5중량%에서 대략 20중량%에 이르는 탄소섬유; 대략 20에서 대략 30중량%에 이르는 그래파이트 입자; 및 대략 3에서 대략 15중량%에 이르는 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 고섬유 내용물의 섬유성 베이스 재료를 형성하고;탄소물질 및 규소 물질의 혼합물로 이루어진 마찰변형물질로 상기 섬유성 베이스재료의 적어도 한 표면을 약 3%에서 약 30%까지 코팅하며, 여기서 상기 마찰변형물질은, 상기 섬유성 베이스재료의 중량에 기준하여 약 0.2중량%에서 약 20중량% 정도 포함되고;페놀수지, 페놀류 수지 또는 페놀-규소수지의 혼합물로 상기 코팅 처리된 섬유성 베이스재료를 함침하고; 및그 이후로 소정 온도에서 소정 시간동안 상기 함침 처리된 섬유성 베이스재료를 경화처리 하는 것을 포함하는 마찰재 제조공정.
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