KR910000052B1 - 마찰재 조성물 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 마찰재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주된 재료로서 석면대신에 파라-배향아라미드 단섬유를 사용함으로써 건강 및 공해상의 잇점이 있게됨은 물론 마찰재로 사용하게 될때 온도에 따라서 마찰계수의 변화가 적게되고, 내마모성도 우수하며 기계적 강도와 내구성도 좋게해주는 마찰재 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자동차, 트럭, 버스를 비롯하여 그와 유사한 동력기계인 농기계나 산업용차량, 산업용기계등에 사용되고 있는 브레이크나 클러치에는 회전부재로서 내마모성이 우수한 마찰재를 사용하게 되는데, 종래에는 이러한 마찰재의 주된 재료로서 가격이 저렴한 석면등을 사용하여 마모내구성이나 마찰 및 강도면에서 뛰어난 마찰재를 제조하였다. 예컨대 마찰재 조성물의 전체혼합물에 대해 석면이 50~60중량% 정도로 되도록하고 그 외의 부재로서는 결합제나 충전재 및 윤활제를 포함시켜서 패터슨-켈리(Patterson-Kelly) 쌍동이 쉘믹서기를 사용하여 혼합하고, 이를 가열압축성형시킨 다음 열처리 및 연마시켜서 마찰재를 제조하여 브레이크슈우(Brake shoe)에 부착시켜서 사용하였다.
그러나, 이와 같은 종래의 방법으로 마찰재를 제조할 경우 주된 재료로 사용되게 되는 석면은 이를 직접 다루게 되는 작업자에게 심각한 건강위협을 주게되는바, 석면섬유의 분진을 흡입하게되면 그 석면성분이 폐에 축적되어 폐조직을 파괴하는 "Asbestosis"라는 폐질환을 야기시키게 될 뿐 아니라 장시간 흡입할 경우에는 "Mesotheliona"라는 폐암의 발병원인이 되는 위험성이 있었다.
그 뿐만아니라 석면섬유를 함유하는 마찰재를 사용해서 제조된 자동차등의 브레이크를 장기간 작동시키게될 경우에는 그 마찰재가 고온에서 마찰성능이 저하되어 쉽게 마모됨으로해서 건강을 위협하는 석면섬유의 형태로 대기중에 방출되기 때문에 대기를 오염시키는 환경공해의 요인이 되기도 한다.
따라서, 최근에는 이와 같이 강력하게 건강을 위협하고 있는 석면섬유를 대체사용하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이에 부응하여 일부에서는 이미 석면섬유 대신 몇몇의 다른 섬유들이 대체성분으로 사용되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 석면을 사용하므로서 나타나는 마찰재의 제 문제점을 해소시키기 위하여, 마찰재의 주된 재료로서 석면대신 파라-배향아라미드 단섬유를 대체 사용하므로서 종래의 석면섬유를 함유하는 마찰재보다 내마모성이나 내구성 및 강도등의 성능이 뛰어날 뿐아니라 건강 위협문제 및 대기오염문제도 발생시키지 않는 새로운 마찰재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 마찰재 조성물에 있어서, 파라-배향아라미드 단섬유 3 내지 50중량%과 결합제인 열경화성 수지 10 내지 40중량% 및 충전재 10 내지 87중량%가 혼합되어 있으며, 이에 파라-배향아라미드 단섬유와 결합제는 1 : 1.5 내지 1 : 5 중량비를 이루면서 혼합되어진 것을 그 특징으로 한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 마찰재 조성물은 파라-배향아라미드 단섬유와 결합제인 수지, 그리고 유기 및 무기물질로된 충진제 등이 혼합되어서 이루어져 있는바, 상기의 파라-배향아라미드는 유기고분자로서 그 구조식이
으로 표시되며, 단섬유 자체의 고유점도는 1.0~8.0을 갖고 있다. 이와 같은 파라-배향아라미드 단섬유의 제조공정은 2종류가 있는데, 첫째로는 단량체를 용액속에서 축중합시켜서 얻어진 폴리머를 다시 용액속에서 용해시킨후 습식방사시켜서 장섬유(long filament)을 얻은다음 일정한 길이로 컷팅하여 스테이플(staple)을 얻고, 이 스테이플을 그라인딩하여 펄프상의 파라-배향아라미드 단섬유를 얻는 방법이 있고, 둘째로는 용액속에서 각 단량체를 축중합시킨 후 유니트(Unit)를 통하여 스테이플 또는 펄프형태의 단섬유를 얻는 방법이 있다. 그중 두번째 방법은 국내특허공고 제84-726호에 공지된 "방향족 폴리아미드로된 단섬유의 제조방법"에 잘 나타나 있다.
이와 같이 파라-배향아라미드 단섬유의 제조방법에 따라 제조된 섬유는 그 단섬유 자체의 고유점도가 1.0 내지 8.0인 것을 얻을 수 있으며, 이러한 고유점도(I. V Inberent Biscosity)의 측정은 다음과 같은 식에 의하여 할 수 있다.
상기식에서 ηrel은 상대점도이고, C는 g/ℓ로 나타낸 용매 100㎖중의 0.5%의 농도를 나타낸다.
여기서, ηrel은 모세관 점도계 내에서 중합체의 희석용액의 유동시간을 순용매의 유동시간으로 나눈값이고, C는 ηrel을 측정하기 위하여 사용된 희석용액의 농도이다. 그리고, 유동시간은 용매로서 농황산(97%)을 사용하여 30℃에서 측정한다.
고유점도(I. V.)는 파라-배향아라미드 단섬유의 중합도를 나타내는 것인데, 고강도의 파라-배향아라미드 단섬유를 얻기위해서는 고중합도의 파라-배향아라미드 단섬유를 얻어야만 한다.
이렇게 하여서 얻어진 파라-배향아라미드 단섬유의 굵기는 0.1 내지 10㎛이고, 길이는 0.5 내지 20㎜이며, 평균 밀도는 1.4g/㎤정도이다.
한편, 파라-배향아라미드 단섬유라고 하는 것은 상기의 제조공정에서도 밝힌바와 같이 스테이플 형태의 단섬유와 펄프형태의 단섬유를 말한다.
본 발명에서와 같이 파라-배향아라미드 단섬유를 사용하게 되면 종래 석면섬유를 사용했을때에 나타나는 건강질환의 발생을 충분히 예방할 수 있을 뿐 아니라 대기오염도 방지할 수 있으며, 특히 유리섬유 및 카본섬유를 사용할때 문제점으로 지적되었던 예로서, 작업시 대기에 노출되는 미세한 유리섬유 및 카본섬유가 작업자들의 피부에 접촉되어 피부속으로 침투되게 되면 고통을 주게되는 문제도 예방할 수 있으며, 또 마찰재로 적용시킬 경우에도 마찰성능과 내마모성, 강도, 내구성 및 열적안정성이 매우 뛰어난 장점이 있다.
이와 같이 파라-배향아라미드 단섬유는 마찰재의 조성에서 결합보강재 및 내마모재로서의 성능을 나타내며 전체 마찰재 조성의 혼합물 중에서 3 내지 50% 정도로 사용하면 되고 여기에 혼합되게 되는 결합제의 수지는 전체혼합물 중에서 10 내지 40중량% 만큼 혼합시키면 된다. 이때 파라-배향아라미드 단섬유와 수지의 혼합비는 중량비로 1 : 1.5 내지 1 : 5가 되도록 하는 것이 마찰재의 강도나 내구성 및 마찰성능을 우수하게 하는데 특히 유리하다. 만일 혼합된 수지의 양이 상기보다 많을 경우에는 조성의 공정화가 어렵게 되고, 퇴색현상을 나타내게 된다.
한편, 본 발명에서 사용된 수지로는 500℃의 고온에서도 충분히 견딜 수 있는 열경화성수지가 적합한바, 예를들면 페놀포름알데히드수지, 멜라민포름알데히드수지, 에폭시수지, 우레아포름알데히드수지 및 가교결합된 알카리수지 등이 적합하며, 이중에서도 페놀포름알데히드수지가 성능도 우수하고 제조공정면에서도 상당히 간편하다.
그리고, 본 발명에서 마찰재 조성물에 포함되는 충진재는 유기충진물과 무기충진물의 혼합물로 이루어져 있는바, 유기 또는 무기 충전재로는 산화알루미늄, 황동칩, 알루미늄칩, 규회석, 돌로마이트, 황산바륨, 마아블화이트(marble white), 중정석, 점토, 활석, 고무, 캐슈분진, 운모, 황등과 같은 일반적인 충전재와 그라파이트, 탄소, 석탄, 역청질석탄, 이황화몰리브덴, 질화붕소 등과 같은 고체윤활제 등이 있으며, 이들을 충전재로 사용하는 경우에는 상기 일반적 충전재 적어도 2종 이상과 적어도 1종 이상의 고체윤활제를 혼합하여 사용해야 한다.
이때 충전재는 무기충진물이 전체충전재의 30 내지 90중량% 유기충전재가 5 내지 40중량%, 고체윤활제가 1~30중량%로 혼합되도록 한다.
이때 무기충진물을 전체충전재의 30중량% 이하로 첨가하게 되면 최종적인 마찰재의 마찰계수가 저하되게 되며, 90중량% 이상이 첨가되게 되면 기계적인 강도가 저하되게 된다.
한편, 상기의 충전재중에서 그라파이트, 탄소, 석탄, 역청질석탄, 이황화몰리브덴, 질화붕소 등은 특히 고체윤활제로서 반드시 마찰재 조성물에 배합되도록 하여야 바람직한바, 즉 고체윤활제의 배합은 마찰재의 퇴색현상을 없애주는 역할을 하며, 마찰재의 용도에 따라 최소한 하나 또는 그 이상의 물질이 이용되게 된다. 그리고 그 충입량은 충전재에 대하여 1 내지 30중량% 정도의 범위내에서 선택하여 사용하면 된다. 만일 고체윤활제를 1중량% 이하로 첨가하게 되면 그 효과가 거의 나타나지 않게되고, 이와반대로 30중량% 이상으로 첨가하게 되면 최종적으로 제조되게 되고 마찰재의 마찰계수가 저하되게 되므로 충진혼합물중에서 고체윤활제로 사용되는 상기의 물질들은 본 발명에 따른 적정한 범위내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 이러한 충전재를 마찰재 조성물에 첨가시킬 경우에는 전체혼합물에 대하여 약 10 내지 87중량% 정도로 하는 것이 바람직하며, 이때 상기 충진혼합물의 입자크기(직경)는 평균적으로 500㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 바람직하기로는 100㎛이하, 더욱 바람직하기로는 50㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다.
한편, 충전재중에서 예를들면 캐슈분진은 캐슈를 기본으로하는 마찰재로서 마찰과 마모성능을 제어하게되며, 황동칩은 그 길이가 보통 3㎜ 정도이면서, 두께는 0.4㎜ 정도의 평균입자를 갖는 것을 사용하는 것이 좋은데, 이는 마찰재에 추가적인 마모성능을 부여하게 된다. 그리고 석탄은 역청질석탄을 분쇄한 것으로서 100~200℃에서 필요한 마찰성능을 부여하게 되며, 마아블화이트는 칼슘카보네이트조성을 가지면서 325메쉬 즉, 평균입자크기가 약 43㎛인 것이 좋고, 규회석으로는 325메쉬의 평균입자를 갖는 것을 사용하는 것이 좋은데 이는 마찰재에 적절한 마찰 및 마모성능을 부여하게 되는 역할을 하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 마찰재 조성물을 이용하여 마찰재를 제조하는 방법은 공지의 방법으로 실시하게 되는데, 즉 파라-배향아라미드 단섬유와 페놀수지, 에폭시수지, 멜라민수지 우레아수지등의 열경화성수지 유ㆍ무기충진재 및 고체윤활제, 그리고 필요한 경우 소량의 금속제를 균일하게 혼합한후 가성형을 시키고, 소정의 금형에 투입하여 50㎏/㎠ 이상, 좋기로는 100㎏/㎠ 이상의 압력으로 130 내지 250℃, 바람직하기로는 150 내지 200℃의 성형온도에서 성형시킨다. 성형이 끝나면 금형에서 시료를 꺼내고, 열경화성 수지의 반응을 완료시킬 목적으로 열처리를 실시한다.
결국, 본 발명의 조성물을 이용하여 얻어진 마찰재는 온도에 따라서 마찰계수의 변화가 적고, 내마모성이 우수하며, 또한 종래에 사용하던 석면섬유 마찰재에 비해 기계적 강도와 내구성 및 강도등이 좋아서 브레이크라이닝(brake lining), 클러치페이싱(clutch facing), 디스크 패드(disc pad)등에 아주 유용하며, 마찰재의 제조시 발생하던 건강위협문제나 대기오염문제를 예방할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
상기와 같은 시료를 헨셀믹서(henshell mixer)에서 잘 혼합시킨 후 약 150g의 시료를 일정한 형태를 갖도록 실온에서 70㎏/㎠의 압력으로 15초동안 가성형시킨다. 그리고 열압축기에서 170℃의 온도로 4분동안 다시 150㎏/㎠의 압력으로 열성형시키고, 170℃ 온도에서 6시간동안 열처리한다. 그러면 원하는 형태의 디스크패드를 얻을 수 있다. 이 패드를 연마하여 Ks R 4024규격에 따라 마찰재의 성능을 측정하면 다음 표 1과 같다.
[표 1]
[실시예 2]
상기와 같은 마찰재 조성물을 균일하게 혼합하여 실온에서 70㎏/㎠의 압력으로 15초동안 예비성형시킨후 열압축기에서 170℃의 온도로 5분간 다시 압축성형시킨다. 그리고 170℃의 온도에서 5시간동안 열처리하여 페놀-포름알데히드수지의 경화반응을 완전히 시키고 대기중에서 냉각연마하여서 얻어진 마찰재의 성능은 다음 표 2와 같다(Ks R 4024의 방법에 의거 측정).
[표 2]
[비교예]
상기와 같은 마찰재의 조성물을 균일하게 혼합한 후 공지의 방법에 의거하여 성형, 열처리, 연마하여 마찰성능을 측정하면 다음 표 3과 같다.
[표 3]
[실시예 3]
상기와 같은 조성의 시료를 강력한 믹서에 균일하게 혼합시킨후 80℃의 온도에서 70㎏/㎠의 압력으로 가성형시킨다. 그리고 예비성형된 혼합물을 금형에 투입하여 열압축기에서 160℃의 온도와 150㎏/㎠의 압력으로 7분간 압축성형시킨다음, 열처리조에서 200℃의 온도로 5시간동안 열처리하여 페놀-포름알데히드수지의 경화반응을 완전하게 시키고, 대기중에서 서서히 냉각시킨후 연마하여서 얻어진 마찰재의 성능은 다음 표 4와 같다(Ks R 4024의 방법에 따라 측정).
[표 4]
Claims (4)
- 마찰재 조성물에 있어서, 파라-배향아라미드 단섬유 3 내지 50중량%와 결합제인 수지 10 내지 40중량% 및 충전재 10 내지 87중량%가 혼합되어 있으며, 이때 상기 파라-배향아라미드 단섬유와 결합제가 1 : 1.5 내지 1 : 5의 중량비를 이루면서 혼합되어진 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
- 제1항에 있어서, 수지는 페놀-포름알데히드수지, 멜라민포름알데히드수지, 에폭시수지, 우레아포름알데히드수지 및 가교결합된 알카리수지중에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 충전재는 유기충전재와 무기충전재의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제3항에 있어서, 충전재는 산화알루미늄, 황동칩, 알루미늄, 규회석, 돌로마이트, 황산바륨, 마아블화이트, 중정석, 점토, 활석, 고무, 캐슈분진, 운모 및 황중에서 선택된 적어도 하나 이상의 유기충전재와 적어도 하나 이상의 무기충전재 및, 그라파이트, 탄소, 석탄, 역청질석탄, 이황화몰리브덴 또는 질화붕소중에서 선택된 적어도 하나 이상의 고체윤활제가 혼합되어진 것임을 특징으로 하는 조성물.
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|---|---|---|---|
| KR1019870013194A KR910000052B1 (ko) | 1987-11-23 | 1987-11-23 | 마찰재 조성물 |
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| KR890008289A KR890008289A (ko) | 1989-07-10 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2374279C2 (ru) * | 2005-05-05 | 2009-11-27 | ООО НПП "Термотекс" | Полимерная композиция конструкционного назначения |
| RU2576302C1 (ru) * | 2014-12-09 | 2016-02-27 | Валентин Геннадиевич Митин | Листовой слоистый полимерный износостойкий композиционный материал (варианты) |
| US12025198B2 (en) | 2021-03-30 | 2024-07-02 | Robert Bosch Gmbh | Antimony free and copper free ceramic friction material composition |
-
1987
- 1987-11-23 KR KR1019870013194A patent/KR910000052B1/ko not_active Expired
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