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KR20200143112A - 세라믹 도료 조성물 및 이를 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트 - Google Patents

세라믹 도료 조성물 및 이를 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트 Download PDF

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KR20200143112A
KR20200143112A KR1020190070997A KR20190070997A KR20200143112A KR 20200143112 A KR20200143112 A KR 20200143112A KR 1020190070997 A KR1020190070997 A KR 1020190070997A KR 20190070997 A KR20190070997 A KR 20190070997A KR 20200143112 A KR20200143112 A KR 20200143112A
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KR
South Korea
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rust
vehicle
brake
weight
coating composition
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Pending
Application number
KR1020190070997A
Other languages
English (en)
Inventor
정은영
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Priority to US16/569,173 priority patent/US11649376B2/en
Priority to CN201910910641.3A priority patent/CN112080200B/zh
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Abstract

본 발명은 폴리실록산, 산화알루미늄, 실리콘계 우레탄 수지 및 용제를 포함하는, 세라믹 도료 조성물, 및 이를 포함하는 방청 코팅층을 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트에 관한 것이다.

Description

세라믹 도료 조성물 및 이를 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트{CERAMIC PAINT COMPOSITION AND BRAKE DISC PLATE FOR VEHICLE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 임시 방청용 세라믹 도료 조성물 및 이를 포함하는 방청 코팅층을 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트에 관한 것이다.
디스크 브레이크식 차량의 각 휠에는 브레이크 디스크가 결합되어 휠과 같이 회전되고, 휠과 함께 회전되는 디스크를 선택적으로 브레이크 패드와 밀착시켜 그 마찰력을 통하여 차량에 제동력이 제공된다. 이때, 상기 브레이크 디스크는 발생되는 열에 대한 흡수, 방열 및 마찰에 대한 내구성을 확보하기 위하여 주철을 주재료로 사용하는 것이 통상적이다.
그러나, 차량 제조 후 주행 전에 주철과 같은 브레이크 디스크는 대기 중의 공기 및 물 등에 노출되어 발청되는 문제가 발생하고 있다. 구체적으로, 차량 조립이 완성된 후 고객에게 전달되기까지 짧게는 2 내지 3일이 소요되지만, 길게는 6개월 이상 소요되고 있으며, 특히, 북미 및 유럽 등에 수출되는 차량은 약 2개월간 대양(大洋)을 건너게 되므로 브레이크 디스크의 표면에 적청 등의 발청이 발생되는 문제가 있었다. 이러한 브레이크 디스크의 발청은 차량을 인도 받는 고객에게 차량의 성능에 대한 불신감을 갖게 하고 불만을 토로하는 문제를 유발할 수 있다. 이때, 이러한 브레이크 디스크의 발청은 차량이 운행되어 몇 번의 제동으로 패드와의 마찰에 의해 제거되고, 제동 성능에도 문제가 없다고 보고 되었으나, 제동 시 발청된 산화물과 패드 사이에서 스퀵(squeak)이라는 이음이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 발청을 방지하기 위해, 한국 공개특허 제2014-0077736호(특허문헌 1)에는 모재의 표면에 아연 복합 피막을 형성하는 단계; 고주파 경화 열처리하는 단계; 및 도장 또는 코팅과 건조를 수행하는 후처리 단계;를 포함하는 아연복합피막 코팅방법이 개시되어 있습니다. 그러나, 특허문헌 1의 코팅방법과 같은 복합피막을 도장 두께 4㎛ 이하로 형성한 경우, 제조된 처리물의 중성내 염수 부식성(SST) 평가 시 발청 발생 시간이 10시간 이내로 방청 성능이 부족한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 특허문헌 1과 같은 복합피막은 경도가 낮아 제동으로 인한 패드와의 마찰이 10회 미만이라도 도막 손실이 많아 차량이 고객에게 인도되기까지 방청 성능을 발휘하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 한국 등록특허 제1,290,896호(특허문헌 2)에는 질화 단계 중 또는 질화 단계 후 순차적으로 금속 표면을 황(S)이 포함된 수용액 증기에 노출 및 훈증하여 산화 처리하는 산화 단계를 포함하는, 내식성 향상을 위한 금속 표면 개질 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 방법은 방청 성능이 우수한 도막을 형성할 수 있으나, 고온 산질화에 따른 모재의 변성이 발생하거나 경제성이 부족한 문제가 있다.
따라서, 방성 성능이 우수하여 발청을 효과적으로 방지하고, 도장 공정을 간소화할 수 있어 경제성이 우수하며, 70회 이상 제동시 제조된 도막이 제거 가능한 방청 도료 조성물, 및 이를 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
한국 공개특허 제2014-0077736호 (공개일: 2014.6.24.) 한국 등록특허 제1,290,896호 (공개일: 2013.4.23.)
이에, 본 발명은 방청 성능이 우수하여 차량 제작 후 정치 기간 중 브레이크 디스크 플레이트에 발생하는 발청을 방지 가능하고, 70회 이상의 제동시 도막이 제거 가능한 세라믹 도료 조성물, 이를 포함하는 차량용 브레이크 디스크 플레이트, 및 이를 이용한 방청 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 폴리실록산, 산화알루미늄, 실리콘계 우레탄 수지 및 용제를 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 도료 조성물을 포함하는 방청 코팅층을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트를 제공한다.
나아가, 본 발명은 브레이크 디스크 플레이트를 초음파 탈지하는 단계; 및 탈지된 브레이크 디스크 플레이트 상에 상기 세라믹 도료 조성물을 도장하고 경화시켜 방청 코팅층을 제조하는 단계;를 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물은 방청 성능이 우수하여 차량 제작 후 정치 기간 중 브레이크 디스크 플레이트에 발생하는 발청을 방지 가능하고, 이로부터 제조된 도막은 70회 이상의 제동 시 제거 가능하여 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 임시 방청용으로 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법은 종래 2회 도장하는 방청 방법보다 도장 횟수가 적고 소부 온도가 낮아 경제성이 높다. 나아가, 상기 방청 방법은 브레이크 디스크 플레이트의 패드 접촉부에 도장된 도막이 종래 방청 도막과 달리 브레이크 패드의 마찰계수를 저하시키지 않으므로 패드 접촉부에 도장된 도막을 절삭하는 공정인 브러쉬 공정을 생략할 수 있어 공정의 간소화가 가능한 장점이 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 단면의 정면도 및 측면도이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
세라믹 도료 조성물
본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물은 폴리실록산, 산화알루미늄, 실리콘계 우레탄 수지 및 용제를 포함한다.
폴리실록산
폴리실록산은 제조된 도막에 내마모성을 부여하여 경도를 유지시키는 역할을 한다.
상기 폴리실록산은 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 테트라에틸-o-실리케이트(TEOS, Tetraethyl-ortho-silicate) 및 폴리메틸알킬실록산일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리실록산은 폴리디메틸 실록산 및 TEOS일 수 있다. 이때, 상기 폴리에테르는 예를 들어, 에틸렌 옥사이드계 또는 프로필렌 옥사이드계일 수 있으며, 상기 폴리메틸알킬실록산의 알킬은 탄소수 2 내지 4, 또는 탄소수 2 내지 3의 알킬일 수 있다.
또한, 상기 폴리실록산은 중량평균분자량(Mw)이 8,000 내지 15,000 g/mol, 또는 10,000 내지 15,000 g/mol이고, 25℃에서의 점도가 5 내지 50 cps, 또는 10 내지 40 cps이며, 유리전이온도(Tg)가 -130 내지 -100 ℃일 수 있다. 폴리실록산의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 점도가 적절하게 유지되고, 소부 경화 후 실리케이트로의 원활한 조성 변경에 유리한 효과가 있고, 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 조성물의 도장 작업성, 흐름 방지 및 도장 두께 확보에 유리한 효과가 있으며, 유리전이온도(Tg)가 상기 범위 내일 경우, 경화 소부 후 적정 경도 확보에 유리한 효과가 있다.
나아가, 상기 폴리실록산은 조성물 총 중량에 대하여 19 내지 43 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리실록산은 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 40 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 폴리실록산의 함량이 상기 함량 범위 미만으로 포함될 경우, 조성물의 도장성 및 흐름성이 부족한 문제가 발생할 수 있고, 상기 함량 범위 초과의 함량으로 포함될 경우, 조성물의 점도가 높아져 제조된 도막의 두께 균일성이 나빠지고, 도장된 도료 중 일부가 선경화되어 미세 크릭이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
산화알루미늄
산화알루미늄(Al2O3)은 제조된 도막에 내마모성을 보강하여 브레이크 디스크 플레이트와 브레이크 패드가 마찰 시 일정기간 동안 도막이 손상되지 않고 잔존하게 하는 역할을 한다.
이때, 상기 산화알루미늄은 판상 또는 구상일 수 있으나, 형상과 마찰특성은 크게 관계가 없으나 구상 산화알루미늄이 경제적으로 유리한 효과가 있다.
또한, 상기 산화알루미늄은 평균 직경(D50)이 400 내지 600 nm, 또는 450 내지 550 nm일 수 있다. 산화알루미늄의 평균 직경(D50)이 상기 범위 내일 경우, 도막의 내마모성에 유리한 효과가 있다. 400nm 미만이면 내마모성 효과를 기대하기 어렵고, 600nm 초과면 브레이크 작동 시 원하지 않는 소음 발생의 우려가 있다.
나아가, 상기 산화알루미늄은 조성물 총 중량에 대하여 0.8 내지 3.5 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 산화알루미늄은 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 3 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 상기 산화알루미늄의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 제조된 도막의 내마모성이 낮아 방청 성능이 부족한 문제가 있고, 3 중량% 초과의 함량으로 포함될 경우, 조성물의 점도가 증가하여 제조된 도막의 두께 균일성이 나빠지고, 산화알루미늄의 일부가 편석이 되어 마찰 시 도막 파괴의 기점이 될 수 있고, 도장된 도료 중 일부가 선경화되어 미세 크릭이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
실리콘계 우레탄 수지
실리콘계 우레탄 수지는 제조된 도막에 부착력을 부여하는 역할을 한다.
상기 실리콘계 우레탄 수지는 실리콘-우레탄 복합 수지일 수 있다. 즉, 상기 실리콘계 우레탄 수지는 실리콘계 반복단위와 우레탄계 반복단위를 포함하는 중합체일 수 있다.
나아가, 상기 실리콘계 우레탄 수지는 폴리올, 이소시아네이트 화합물 및 가소제를 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다. 이때, 상기 폴리올 및 이소시아네이트 화합물은 통상적으로 우레탄 수지를 제조하는데 사용 가능한 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 또한, 상기 가소제는 프탈레이트계 또는 비프탈레이트계 가소제일 수 있다.
또한, 상기 실리콘계 우레탄 수지는 중량평균분자량(Mw)이 5,000 내지 10,000 g/mol, 또는 6,000 내지 9,000 g/mol이고, 25℃에서의 점도가 20 내지 60 cps, 또는 30 내지 50 cps이며, 총 중량을 기준으로 미반응 NCO의 함량(NCO%)이 1 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 실리콘계 우레탄 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 내일 경우, 부착성 확보 및 적정 점도 유지 등에 유리한 효과가 있고, 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 적정 고형분 함량인 20 ~ 40 중량%에 맞추기 유리한 효과가 있으며, NCO%가 상기 범위 내일 경우, 부착성 확보에 유리한 효과가 있다.
더불어, 상기 실리콘계 우레탄 수지는 조성물 총 중량에 대하여 4 내지 23 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘계 우레탄 수지는 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 실리콘계 우레탄 수지의 함량이 상기 함량 범위 미만일 경우, 브레이크 디스크 플레이트에 대한 부착력이 부족하여 제조된 도막이 브레이크 디스크 플레이트와 분리되는 문제가 발생할 수 있고, 상기 함량 범위 초과의 함량으로 포함될 경우, 제조된 도막의 경도가 부족하여 브레이크 작동 후 잔존 도막량이 부족하여 방청 성능이 부족해지는 문제, 및 마찰 성능이 부족한 문제가 발생할 수 있다.
용제
용제는 세라믹 도료 조성물에 점도를 조절하여 작업성 및 흐름성을 조절하는 역할을 한다.
상기 용제는 유기 용제 및 물을 포함할 수 있다.
이때, 상기 유기 용제는 알코올계 용제 및 에테르계 용제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 용제는 메틸알코올, 에틸알코올, 벤질알코올, 이소프로필알코올, 펜틸알코올, 이소부틸알코올, 부틸알코올, 라우릴알코올, 노닐알코올, 운데실알코올, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 물은 예를 들어, 탈이온수, 순수, 초순수, 증류수 등을 들 수 있다.
나아가, 상기 용제는 조성물 총 중량에 대하여 38 내지 72 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 용제는 조성물 총 중량에 대하여 40 내지 70 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 용제의 함량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 적정 점도의 유지, 적정 고형분의 유지, 도장 작업 시 분무성 확보, 용제 휘발에 의한 점도 상승 억제 등에 유리한 효과가 있다.
구체적으로, 상기 용제로는 조성물 총 중량에 대하여 15 내지 60 중량%, 또는 20 내지 50 중량%의 유기 용제, 및 10 내지 40 중량%, 또는 15 내지 30 중량%의 물을 포함할 수 있다. 유기 용제의 함량이 상기 범위 내일 경우, 적정 점도 유지, 고형분에 대한 정적 용해도 유지에 유리한 효과가 있고, 물의 함량이 상기 범위 내일 경우, 조성물의 적정 휘발 속도 유지에 유리한 효과가 있다.
첨가제
상기 세라믹 도료 조성물은 안료, 분산제, 침강방지제, 증점제, 방청제, 소포제 및 레벨링제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 첨가제들 이외에 통상적으로 방청 도료 조성물에 첨가할 수 있는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 안료는 상기 세라믹 도료 조성물에 색상을 부여하고, 상기 조성물로부터 제조된 도막에 경도 등의 기계적 물성을 상승시키는 역할을 한다. 이때, 상기 안료는 방청 안료, 착색 안료 및 체질 안료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방청 안료는 포스페이트계 방청 안료를 들 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄, 망간, 아연, 몰리브덴, 불소 등의 금속의 인산염, 헥사암모늄 헵타몰리브데이트 하이드레이트 등의 금속산화물의 인산염 등을 들 수 있다.
또한, 상기 착색 안료는 유색을 발현하는 다양한 안료를 사용할 수 있다. 이때, 상기 착색 안료로는 착색과 방청의 기능을 함께 수행할 수 있고 무독성이며 안정성이 있고 내수성, 내약품성 등의 측면에서 산화철(Fe2O3)을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 체질 안료는 도막 내 기공에 충전되고 경도 및 약품성 등의 보완 및 광택을 조절하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 체질 안료는 바라이트, 탈크, 마이카, 실리카 등을 들 수 있다. 분산제는 안료가 재응집되는 것을 방지하는 역할을 하고, 예를 들어, 실리콘계 또는 비실리콘계 분산제 등을 들 수 있다.
침강방지제는 안료의 침전을 방지하는 역할을 한다. 이때, 상기 침강방지제는 벤토나이트(bentonite) 또는 흄드 실리카 등을 들 수 있다.
증점제는 조성물에 도막 형성성을 부여하고, 도막에 평활성을 부여하는 역할을 한다. 이때, 상기 증점제는 예를 들어, 지방산 아미드, 폴리아마이드, 폴리에틸렌, 하이드록시프로필셀룰로오스, 규산염계 무기 증점제 등을 들 수 있다.
방청제는 조성물에 방청성을 부여하는 역할을 하며, 예컨대, 아질산 나트륨(sodium nitrite) 또는 안식향산 나트륨 등을 들 수 있다.
기포가 도막 내에 잔존할 경우, 소지와의 부착 불량 또는 물리적 물성의 저하를 가져올 수 있다. 이에, 도막 내의 기포 발생 등 도막 결합을 방지하는 소포제를 첨가할 수 있다. 상기 소포제는 예를 들어, 미네랄오일계, 실리콘계, 비실리콘계 등을 들 수 있다.
상기 세라믹 도료 조성물은 25℃에서의 점도가 10 내지 50 cps, 또는 15 내지 18 cps이고, 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 20 내지 40 중량%일 수 있다. 세라믹 도료 조성물의 25℃에서의 점도가 상기 범위 내일 경우, 도장작업성에 유리한 효과가 있고, 고형분 함량이 상기 범위 내일 경우, 적정 도장 점도 확보, 적정 도막 두께 확보에 유리한 효과가 있다.
또한, 상기 세라믹 도료 조성물은 졸겔 타입일 수 있다. 즉, 상기 세라믹 도료 조성물은 졸(sol) 타입의 조성물로 이후 도장 및 용매 제거를 통해 겔(gel) 타입으로 전이되고, 이후 열처리를 통해 세라믹스(ceramics)로 구성된 도막으로 전이될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 세라믹 도료 조성물은 방청 성능이 우수하여 차량 제작 후 정치 기간 중 브레이크 디스크 플레이트에 발생하는 발청을 방지 가능하고, 이로부터 제조된 도막은 70회 이상의 제동 시 제거 가능하여 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 임시 방청용으로 적합하다.
차량용 브레이크 디스크 플레이트
본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트는 상술한 바와 같은 세라믹 도료 조성물을 포함하는 방청 코팅층을 포함한다.
도 1 및 2를 참조하면, 차량용 브레이크 디스크 플레이트는 휠 접촉부(100), 측면부(200) 및 브레이크 패드 접촉부(300)를 포함한다. 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트는 휠 접촉부(100), 측면부(200) 및 브레이크 패드 접촉부(300) 상에 상술한 바와 같은 세라믹 도료 조성물을 포함하는 방청 코팅층을 포함할 수 있다.
종래 방청 도료로부터 제조된 도막은 브레이크 패드와의 마찰 계수가 도막 형성 전 브레이크 디스크 플레이트보다 현저히 낮아 차량의 제동성이 떨어지므로, 패드 접촉부(300) 상의 도막을 절삭하는 브러쉬 공정이 수행되었다. 그러나, 본 발명에 따른 방청 코팅층은 브레이크 패드와의 마찰 계수가 적절하여 차량의 제동성 저하가 발생하지 않는바, 패드 접촉부(300) 상의 방청 코팅층을 절삭하는 공정이 불필요하다. 즉, 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트는 플레이트 표면 전체에 방청 코팅층을 포함할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트는 공정의 단순화로 인한 공정비 절감으로 인해 경제성이 우수하다.
이때, 상기 방청 코팅층은 평균 두께가 10 내지 40 ㎛, 15 내지 40 ㎛, 또는 20 내지 40 ㎛이고, 연필 경도가 6H 내지 10H, 7H 내지 10H, 또는 8H 내지 10H일 수 있다.
또한, 상기 방청 코팅층은 제동에 의한 브레이크 패드와의 접촉이 40회 이하인 경우 브레이크 디스크 플레이트 상에 잔존할 수 있다. 구체적으로, 상기 방청 코팅층은 제동에 의한 브레이크 패드와의 접촉이 50회 이하인 경우 브레이크 디스크 플레이트 상에 잔존할 수 있다. 이때, 상기 제동은 50km/h에서 5km/h의 속도로 0.1 내지 0.5 m/s2, 또는 0.2 내지 0.4 m/s2의 감속도로 감속할 수 있다. 상기 방청 코팅층은 상술한 바와 같은 제동 후에도 브레이크 디스크 플레이트 상에 잔존하여 브레이크 디스크 플레이트의 발청을 방지하는 효과가 있다.
나아가, 상기 방청 코팅층은 제동에 의한 브레이크 패드와의 접촉이 70회 이상인 경우 브레이크 디스크 플레이트 상에서 제거될 수 있다. 이때, 상기 제동은 상술한 바와 같으며, 상기 방청 코팅층은 70회 이상의 제동에 의해 제거되어 차량의 제동성 저하를 유발하지 않는 효과가 있다.
또한, 상기 브레이크 디스크 플레이트는 JIS K 5600의 방법으로 측정한 중성내 염수 부식성(SST)이 70 시간 이상, 또는 72 시간 이상이고, 브레이크 패드에 대한 마찰계수가 0.3 내지 0.4, 0.30 내지 0.38, 또는 0.33 내지 0.38일 수 있다. 브레이크 디스크 플레이트의 SST로는 브레이크 디스크 플레이트의 방청성을 평가할 수 있고, 브레이크 패드에 대한 마찰계수로는 브레이크 디스크 플레이트의 제동 성능을 평가할 수 있다. 즉, 상기 브레이크 디스크 플레이트는 상술한 바와 같은 방청 코팅층을 포함하여 방청성이 우수하고, 제동성이 양호하다.
차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법
본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법은 브레이크 디스크 플레이트를 초음파 탈지하는 단계; 및 탈지된 브레이크 디스크 플레이트 상에 상술한 바와 같은 세라믹 도료 조성물을 도장하고 경화시켜 방청 코팅층을 제조하는 단계;를 포함한다.
초음파 탈지하는 단계
본 단계에서는 브레이크 디스크 플레이트를 초음파 탈지한다. 본 단계는 브레이크 디스크 플레이트를 초음파 탈지하여 브레이크 디스크 플레이트에 대한 방청 코팅층의 접착력을 향상시킨다.
구체적으로, 본 단계는 40 내지 50 ℃의 수조에 브레이크 디스크 플레이트를 침지하고 10 내지 100 KHz의 초음파를 30 내지 60초 동안 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 단계는 40 내지 50 ℃의 수조에 브레이크 디스크 플레이트를 침지하고 40 내지 90 KHz의 초음파를 30 내지 60초 동안 처리하는 공정; 및 초음파 처리된 브레이크 디스크 플레이트를 40 내지 50 ℃에서 1 내지 20 m/s, 또는 1 내지 10 m/s의 풍속의 공기로 1 내지 5 분, 1 내지 3 분 동안 건조하는 공정을 포함할 수 있다.
방청 코팅층을 제조하는 단계
본 단계에서는 탈지된 브레이크 디스크 플레이트 상에 상술한 바와 같은 세라믹 도료 조성물을 도장하고 경화시켜 방청 코팅층을 제조한다.
도 1 및 2를 참조하면, 브레이크 디스크 플레이트는 휠 접촉부(100), 측면부(200) 및 패드 접촉부(300)을 포함하고, 상기 세라믹 도료 조성물은 휠 접촉부(100), 측면부(200) 및 패드 접촉부(300) 상에 도장될 수 있다. 즉, 상기 방청 코팅층은 휠 접촉부(100), 측면부(200) 및 패드 접촉부(300) 상에 형성될 수 있다.
상기 도장으로는 통상적으로 도료를 도장하는 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면, 자동 도포기 또는 건(gun)을 이용한 도장 방법을 사용할 수 있다. 이때, 상기 방청 코팅층은 상기 차량용 브레이크 디스크 플레이트에서 설명한 바와 같은 두께일 수 있다.
또한, 상기 경화는 150 내지 230 ℃에서 주파수 0.5 내지 100 KHz의 파장을 1 내지 15 분 동안 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화는 150 내지 200 ℃에서 주파수 10 내지 80 KHz의 파장을 5 내지 10 분 동안 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같은 파장을 사용하여 경화시킬 경우, 방청 코팅층의 표면의 미세 핀홀에 잔존하는 가스에 의해 코팅층의 밀착성이 불량해지는 문제를 방지할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같은 고주파를 사용하여 경화시킬 경우, 브레이크 디스크 플레이트에 대한 방청 코팅층의 밀착성이 향상될 수 있다.
종래 고주파를 이용하여 방청 코팅층을 경화하는 방법은 300 ℃ 이상에서 수행되었으나, 본 발명에 따른 경화는 상술한 바와 같이 250℃ 미만에서 수행되는바, 본 발명의 방청 방법은 종래보다 경화시 온도가 낮아 공정비가 절감되어 경제성이 높은 장점이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법은 종래 2회 도장하는 방청 방법보다 도장 횟수가 적고, 경화시 온도가 낮아 경제성이 우수하다. 나아가, 상기 방청 방법은 브레이크 디스크 플레이트의 패드 접촉부에 도장된 도막이 종래 방청 도막과 달리 브레이크 패드의 마찰계수를 저하시키지 않으므로 패드 접촉부에 도장된 도막을 절삭하는 공정인 브러쉬 공정을 생략할 수 있어 공정의 간소화가 가능한 장점이 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 세라믹 도료 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 함량으로 각 성분들을 혼합하여 세라믹 도료 조성물을 제조하였다.
구분
(중량부)		 폴리실록산 산화 알루미늄 실리콘계 우레탄 수지 소포제 이소프로필알콜 물 합계
실시예 1 25 2 10 0.3 36.2 26.5 100
실시예 2 18 2 10 0.3 42 27.7 100
실시예 3 45 3 10 0.3 25 16.7 100
실시예 4 25 0.5 10 0.3 37.7 26.5 100
실시예 5 25 4 10 0.3 36.5 24.2 100
실시예 6 25 2 3 0.3 39.7 30 100
실시예 7 25 2 25 0.3 29 18.7 100
실시예 8 36 2 24.5 0.5 27 10 100
실시예 9 16 2 8.7 0.3 43 30 100
실시예 10 22 1.7 8 0.3 39 29 100
실시예 11 25 2 10 0.3 - 62.7 100
실시예 12 25 2 10 0.3 62.7 - 100
비교예 1 - 2 15 0.3 46.7 36 100
비교예 2 25 - 10 0.3 37.2 27.5 100
비교예 3 25 2 - 0.3 40.2 32.5 100
비교예 및 실시예에서 사용한 각 성분들의 물성, 제조사 및 제품명 등은 표 2에 나타냈다.
성분 제조사 및 제품명 비고
폴리실록산 제조사: 다우 케미컬,
제품명: DOWSIL TM 5-7222 LF		 Mw: 12,000g/mol, 25℃에서의 점도: 25±10cps, Tg: -110℃
산화알루미늄 - 평균 직경: 500nm, 구상
실리콘계 우레탄 수지 제조사: 시네츠,
제품명: KR-311		 Mw: 7,500g/mol, 25℃에서의 점도: 40cps, NCO%: 2.5중량%
소포제 제조사: BYK, 제품명: BYK-023 폴리실록산 에멀젼
시험예 1: 세라믹 도료 조성물 및 도막의 물성 평가
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 3의 세라믹 도료 조성물의 물성 및 도막의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
구체적으로, 세라믹 도료 조성물의 물성은 경화 온도, 고형분 및 점도를 JIS D 0202에 기재된 방법으로 측정하였다. 이때, 조성물의 점도가 12cps 이상 17cps 미만인 경우 양호(○), 9 cps 이상 12 cps 미만인 경우 열세(△), 17cps 이상이거나 9 cps 미만인 경우 취약(×)으로 평가하였다.
또한, 모재로 브레이크 디스크 플레이트(제조사: 서한산업, 제품명: FCD 재질의 16인치 DISC)을 50 ℃의 수조에 침지하고 70 KHz의 초음파를 45초 동안 처리하여 탈지한 후 45℃에서 3.5 m/초의 공기를 공급하여 건조하였다. 이후 탈지된 모재의 표면에 상기 세라믹 도료 조성물을 중력식 건 스프레이 방법으로 건조 도막 두께 40~50 ㎛로 도장하여 건조 후 약 20 ㎛ 도막을 제조하였다. 이후 도막에 50 KHz의 주파를 10 분 동안 처리하여 175℃에서 경화시켜 방청 코팅층(도막)을 형성하였다. 이후 상기 방청 코팅층의 경도를 JIS K 5600에 기재된 방법으로 측정하였다. 이때, 측정된 연필 경도가 8H 이상인 경우 양호(○), 6H 이상 8H 미만인 경우 열세(△), 6H 미만인 경우 취약 (×)으로 평가하였다. 도막 두께는 20㎛ 이상 양호 (○), 15㎛ 이상 20㎛ 미만은 열세 (△), 15㎛ 미만은 취약(×)으로 평가함.
Figure pat00001
표 3에서 보는 바와 같이, 실시예의 조성물은 25℃에서의 적절한 점도를 가져 작업성이 우수하고, 상기 조성물로부터 제조된 방청 코팅층은 연필 경도가 우수함을 알 수 있었다.
시험예 2: 도막의 물성 평가
시험예 1과 동일한 방법으로 제조한 방청 코팅층이 형성된 브레이크 디스크 플레이트를 대상으로 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
(1) 마찰계수
브레이크 마찰 시험기로 LINK사의 MODEL 3000 DYNAMOMETER 장비를 이용하여 브레이크 디스크 플레이트의 마찰계수를 측정하였다.
마찰계수가 0.33 이상인 경우 양호(○), 0.30 이상 0.33 미만인 경우 열세(△), 0.30 미만인 경우 취약(×)으로 평가하였다.
(2) 크랙(crack)
대성리드텍 MODEL DS-HT-202 CHAMBER를 이용하여 175℃에서 30분 경화를 시킨 다음, JIS K 5600-8-4를 기준으로 크랙 발생 여부를 평가하였다.
(3) 부착성
일본 Taiyu 제조 CROSS CUTTER기를 이용하여 JIS K 5600-5-6의 방법으로 CROSS CUT을 하여 테이프 점착 후 박리 시험을 진행하여 박리 면적이 5 % 미만은 양호(○), 5% 내지 10% 박리는 열세(△), 10% 초과 면적이 박리된 경우 취약(×)으로 평가하였다.
(4) 중성내 염수 부식성(SST)
일본 SUGA의 염수 스프레이 시험기 STP-90V-5를 이용하여 JIS K 5600-7-1에 기재된 방법으로 브레이크 디스크 플레이트의 중성내 염수 부식성을 측정하였다. 구체적으로, 염수 스프레이 후 녹 발생 시간이 71 시간 이상이면 양호(○), 48시간 이상 71시간 미만이면 열세(△), 48시간 미만이면 취약(×)으로 평가하였다.
항목 마찰계수 크랙 부착성 SST(시간)
실시예 1 0.35 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 100 ○
2 0.31 △ 미발생 ○ 양호 ○ 81 ○
3 0.35 ○ 발생 × 양호 ○ 157 ○
4 0.32 △ 미발생 ○ 양호 ○ 96 ○
5 0.34 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 105 ○
6 0.33 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 81 ○
7 0.35 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 141 ○
8 0.35 ○ 소량발생 △ 양호 ○ 169 ○
9 0.32 △ 미발생 ○ 양호 ○ 72 ○
10 0.32 △ 미발생 ○ 양호 ○ 86 ○
11 0.35 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 100 ○
12 0.34 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 100 ○
비교예 1 0.25 Х 미발생 ○ 양호 ○ 46 ×
2 0.31 △ 미발생 ○ 양호 ○ 95 ○
3 0.34 ○ 미발생 ○ 양호 ○ 73 ○
표 4에서 보는 바와 같이, 실시예의 조성물로부터 제조된 방청 코팅층을 포함하는 브레이크 디스크 플레이트는 마찰계수, 크랙, 부착성, 방청성 및 부식성이 우수함을 알 수 있다.
시험예 3: 물성 평가
시험예 1과 동일한 방법으로 제조한 방청 코팅층이 형성된 브레이크 디스크 플레이트를 브레이크 다이나모 테스터를 이용하여 50km에서 5km로 0.3m/s2의 감속도로 50회 제동 후 치수 측정기로 두께 편차(DTV, Disc Thickness Variation), run out(R/OUT) 및 도막 잔존을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
구체적으로, 두께 편차(DTV)는 제동전 마찰면의 두께를 측정한 후 제동후 두께 차이로 측정하였으며, R/out은 디스크로부터 내부 허브 접촉면과 브레이크 패드가 닿는 마찰면의 평행도로 측정한 것이다. 이때, 도막 잔존은 50회 제동후 남은 방청 코팅층의 두께를 측정하였으며, 남은 방청 코팅층의 두께가 5㎛ 이상인 경우 양호(○), 3㎛ 이상 5㎛ 미만인 경우 열세(△), 3㎛ 미만인 경우 취약(×)으로 평가하였다.
DTV(㎛) R/out(㎛) 잔존 도막 두께(㎛)
실시예 1 4.5 21 7 ○
실시예 2 3.2 15.1 3 △
실시예 3 8.1 37.8 17 ○
실시예 4 4.5 21 4 △
실시예 5 4.5 19 8 ○
실시예 6 4.5 21 5 ○
실시예 7 4.5 22 2 △
실시예 8 6.5 30.2 12 ○
실시예 9 2.9 13.5 3 △
실시예 10 4.0 19.0 5 ○
실시예 11 4.5 20 6 ○
실시예 12 4.5 22 5 ○
비교예 1 2.5 5 0 X
비교예 2 3.0 11 2 △
비교예 3 3.5 23 3 △
표 5에서 보는 바와 같이, 실시예로부터 제조된 방청 코팅층은 50회 제동 후에도 DTV 및 R/out이 적절하고, 제동후 방청 코팅층이 잔존하여 방청 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

Claims (17)

  1. 폴리실록산, 산화알루미늄, 실리콘계 우레탄 수지 및 용제를 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 도료 조성물은 19 내지 43 중량%의 폴리실록산, 0.8 내지 3.5 중량%의 산화알루미늄, 4 내지 23 중량%의 실리콘계 우레탄 수지 및 38 내지 72 중량%의 용제를 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리실록산은 중량평균분자량이 8,000 내지 15,000 g/mol이고, 25℃에서의 점도가 5 내지 50 cps이며, 유리전이온도(Tg)가 -130 내지 -100 ℃인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화알루미늄은 평균 직경(D50)이 400 내지 600 nm인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘계 우레탄 수지는 실리콘-우레탄 복합 수지인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘계 우레탄 수지는 중량평균분자량이 5,000 내지 10,000 g/mol이고, 25℃에서의 점도가 20 내지 60 cps이며, 총 중량을 기준으로 미반응 NCO의 함량(NCO%)이 1 내지 5 중량%인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용제는 유기 용제 및 물을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 용제는 알코올계 용제 및 에테르계 용제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 유기 용제는 메틸알코올, 에틸알코올, 벤질알코올, 이소프로필알코올, 펜틸알코올, 이소부틸알코올, 부틸알코올, 라우릴알코올, 노닐알코올, 운데실알코올, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 세라믹 도료 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 도료 조성물은 25℃에서의 점도가 10 내지 50 cps이고, 총 중량을 기준으로 고형분 함량이 20 내지 40 중량%인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트 방청용 세라믹 도료 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 세라믹 도료 조성물을 포함하는 방청 코팅층을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 방청 코팅층은 평균 두께가 10 내지 40 ㎛이고, 연필 경도가 6H 내지 10H인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 방청 코팅층은 제동에 의한 브레이크 패드와의 접촉이 40회 이하인 경우 브레이크 디스크 플레이트 상에 잔존하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 브레이크 디스크 플레이트는 JIS K 5600의 방법으로 측정한 중성내 염수 부식성(SST)이 70 시간 이상이고, 브레이크 패드에 대한 마찰계수가 0.3 내지 0.4인, 차량용 브레이크 디스크 플레이트.
  15. 브레이크 디스크 플레이트를 초음파 탈지하는 단계; 및
    탈지된 브레이크 디스크 플레이트 상에 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 세라믹 도료 조성물을 도장하고 경화시켜 방청 코팅층을 제조하는 단계;를 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법.
  16. 청구항 15 있어서,
    상기 초음파 탈지하는 단계는 40 내지 50 ℃의 수조에 브레이크 디스크 플레이트를 침지하고 10 내지 100 KHz의 초음파를 30 내지 60초 동안 처리하는 공정을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법.
  17. 청구항 15 있어서,
    상기 경화는 150 내지 230 ℃에서 주파수 0.5 내지 100 KHz의 파장을 1 내지 15 분 동안 처리하는 공정을 포함하는, 차량용 브레이크 디스크 플레이트의 방청 방법.
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