KR100380874B1

KR100380874B1 - 보다덜피브릴화된아라미드섬유와합성흑연을포함하는섬유질기재,이로부터마찰라이닝재료를제조하는방법및마찰라이닝재료

Info

Publication number: KR100380874B1
Application number: KR1019940017831A
Authority: KR
Inventors: 로버트치-츄람; 마크에이.예스닉
Original assignee: 보그-워너 인코포레이티드
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1994-07-23
Publication date: 2003-06-18
Also published as: JP4074671B2; EP0637698A1; DE69417966T2; JPH07151174A; US5753356A; DE69417966D1; EP0637698B1; KR950005944A

Abstract

본 발명은 보다 덜 피브릴화된 섬유와 합성 흑연과 하나 이상의 충전재를 포함하는 섬유 기재 및 이로부터 제조된 비석면 마찰 재료에 관한 것이다. 특정 양태에 있어서, 섬유 기재에 예를 들어 페놀 수지와 실리콘 수지의 혼합물을 포함하는 페놀 수지 재료 또는 페놀 기본 수지 재료를 함침시킨다.

Description

보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유와 합성 흑연을 포함하는 섬유질 기재, 이로부터 마찰 라이닝 재료를 제조하는 방법 및 마찰 라이닝 재료

본 발명은 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유, 제조 또는 합성된 흑연 및 충전재(예: 규조토)를 포함하는 섬유질 기재(纖維質基材)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 페놀 수지 또는 개질된 페놀 수지 혼합물이 함침된 위의 섬유질 기재를 포함하는 복합 마찰 재료에 관한 것이기도 하다. 특정 양태에 있어서는, 하나 이상의 실리콘 수지를 섬유질 기재를 함침시키는 데 사용하기 위한 하나 이상의 페놀수지와 혼합시킨다.

본 발명의 마찰 재료는 통상의 마찰 재료보다 마찰 안정성 및 내열성이 높다. 또한, 생성된 마찰 재료는 고에너지 용품에 특히 유용하다.

진보된 신형 전동 시스템 및 제동 시스템은 자동차 산업에 의해 개발되어져 왔다. 이들 신규한 시스템은 종종 고에너지를 필요로 한다. 따라서, 마찰 재료 기술은 또한 이들 진보된 시스템의 증가되는 에너지 요구조건에 맞추어 개발되어져야 한다.

특히, 신규한 고에너지형 마찰 재료가 필요하다, 신규한 고에너지 마찰 재료는 표면속도가 약 65m/sec까지의 고속에도 견딜 수 있어야 한다. 또한, 마찰 재료는 약 1,500psi 이하의 고 외장 라이닝 압력을 견딜 수 있어야 한다. 또한, 마찰 재료는 한정된 윤활 조건하에서 유용해야 한다는 사실이 중요하다.

마찰 재료는 신형 전동 시스템 및 제동 시스템에서 유용할 수 있도록 고내열성이어야 한다. 마찰 재료는 고온에서 안정한 상태이어야 할 뿐만 아니라, 또한 작동 조건하에서 생성되는 고열을 신속하게 일소할 수 있어야 한다.

신형 전동 시스템과 제동 시스템이 접합 및 차단되는 동안 생성되는 고속은 마찰 재료가 접합동안 죽 비교적 일정한 마찰이 유지될 수 있어야 함을 의미한다. 동력이 하나의 기어 상태에서 다른 기어 상태로 변속되는 동안 제동 시스템 또는 전동 시스템의 재료가 "진동(shuddering)"하는 것을 최소화하도록 광범위한 속도 및 온도에 걸쳐 마찰 접합이 비교적 일정하게 이루어져야 한다는 사실이 중요하다.

예전에는, 석면 섬유가 온도 안정성을 위해 마찰 재료에 포함되었다. 예를 들어, 알레터(Arledter) 등에게 허여된 미합중국 특허 제3,270,846호에는 석면과 함께 사용되는 페놀 수지 및 페놀계 개질 수지가 기재되어 있다. 그러나, 이제는, 건강 및 환경 문제로 인해, 석면은 더 이상 사용되지 않고 있다. 보다 최근의 마찰 재료에 대해서는 종이 또는 섬유 재료에 페놀 수지 또는 페놀계 개질 수지를 함침시킴으로써 개질시켜 마찰 재료 내에서의 석면의 부재를 극복하려는 시도가 있어왔다. 그러나, 이들 마찰 재료는 현재 개발되고 있는 고속 시스템 내에서 사용하는 데 필요한 고 마찰 수행 계수가 만족스럽지 못하고 필요한 내열성을 지니고 있지 않으며, 생성되는 고열을 신속하게 일소시키지 못한다.

페놀 수지의 습식 클러치 용품용 마찰 재료 내에서의 용도가 밝혀졌으나, 페놀 수지는 여러 가지 한계가 있다. 페놀 수지 마찰 재료는 신형 고에너지 전동 시스템과 함께 사용하는 데 필요한 고내열성을 지니지 못한다. 특히, 페놀 수지는 고에너지 용품 내에서 사용하기에는 너무 낮은 약 450 내지 500˚C의 온도에서 탄화된다. 또한, 페놀 수지는 강성 재료이고, 페놀 수지를 마찰 재료 내에서 사용하는 경우, 균일하지 않은 라이닝 마모 및 분리기 판 "열점(hot spot)"을 유발시킨다.

페놀 수지 마찰 재료의 한계 및 단점을 극복하려는 시도에는 페놀 수지를 다른 열경화성 수지로 대체하는 방법이 포함된다. 마찰 재료를 제조하려는 하나의 시도로서 페놀 수지를 각종 합성 수지로 개질시키는 방법이 포함된다. 하나의 예로, 다카라다(Takarada) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,657,951호에 기재되어 있는 방법은 페놀 수지를 오가노폴리실록산으로 개질시켜 압착 성형하여 마찰 재료를 형성하는 방법이다. 페놀 수지를 오가노폴리실록산과 반응시켜 축합반응을 일으킨 다음, 증류하고, 냉각시켜 고체화시키고, 분쇄하여 분말상 페놀계 개질 수지를 수득한다. 분말상 페놀계 개질 수지는 압축 성형 마찰 재료를 형성시키는 데 사용한다.

공지되어 있는 한, 마찰지를 함침시키기 위해 사용되며 페놀계 재료와 혼합된 실리콘 재료를 포함하는 전동 시스템 내에서 사용하기 위한 마찰 재료에 대해서는 기재된 바 없다.

하트만(Hartmann) 등에게 허여된 미합중국 특허 제3,911,045호에는 압축 성형 조성물로서 사용하기 위한 페놀 수지와 혼합된 실리콘 재료에 대해 논의된 바 있으나, 실리콘 재료가 마찰 라이닝 재료를 함침시키는 데 사용되고 수지 재료와 성공적으로 혼합될 수 있는지에 대한 논의 또는 제안은 이루어진 바 없다. 이와는 대조적으로, 마찰 재료 내에 실리콘 수지를 사용하는 이전의 시도는 허용될 수 없는 것으로 밝혀졌다. 실리콘 수지로 포화되거나 함침된 마찰 라이닝은 과거에는 전단 강도 및 층 분리 내성이 불량한 것으로 입증되었다. 또한, 실리콘 수지로 포화된 마찰 재료는 통상적으로 탄성이 너무 커서 시험 결과 만족스럽지 못한 마찰성 및 내구성을 지니는 것으로 밝혀졌다. 전적으로 페놀-포름알데히드 수지-폴리실록산 수지로부터 형성된 성형 마찰 라이닝 조성물이 공지되어 있기는 하나, 이러한 성형 조성물은 필수적으로 일정한 마찰 계수 특성을 지니지 않으며 이러한 마찰 재료는 고에너지 조건 및 고열 조건하에서 약해지기 때문에 사용되지 않는다는 것이 놀라운 일도 아니다.

마찰 재료가 "습식" 용품 내에서 유용하기 위해서, 마찰 재료는 광범위하게 허용가능한 특성을 지녀야한다. 마찰 재료는 여전히 압축 경화, 마모 및 응력에 대해 탄성을 지녀야 하고, 내열성이 높고 열을 신속하게 일소시킬 수 있어야 하고, 내구성 및 안정성이 크고 일정한 마찰 성능을 지녀야 한다. 이들 특성 중의 어느 것도 충족시키지 못할 경우, 마찰 재료의 최적 성능은 수득되지 못한다.

따라서, 함침 수지는 적합한 마찰 라이닝 또는 섬유질 기재와 함께 사용하여 고에너지 용품 마찰 재료를 형성시킬 수 있어야 한다는 사실도 또한 중요하다. 마찰 재료는 함침 도중 습식 수지로 포화되는 경우와 사용 도중 제동액 또는 전동유로 포화되는 경우 둘 다 양호한 전단 강도를 지녀야 한다. 특정 용도하에서, 마찰 재료가 사용되는 동안 유체 투과능이 높도록 고다공성을 지녀야 한다는 사실도 또한 중요하다. 따라서, 마찰 재료는 다공성일 뿐만 아니라 또한 압축성이기도 해야한다는 사실이 중요하다. 마찰 재료 내로 침투된 유체는 제동 장치 또는 전동 장치가 작동되는 동안 부가되는 가압하에서 신속하게 마찰 재료로부터 방출되거나 압착(squeeze)될 수 있어야 하고, 라이닝 재료는 여전히 붕괴되어서는 안된다. 마찰 재료가 제동 장치 또는 전동 장치가 작동되는 동안 생성되는 열을 신속하게 일소시키는데 도움이 되도록 열 전도성이 우수해야 한다는 사실도 또한 중요하다.

따라서, 선행 분야의 재료에 비해 신뢰성 있고 개선된 특성을 지니는 개선된 마찰 재료를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 추가의 목적은 열 전도성, 다공성 및 강도가 우수한 마찰 재료를 제공하는 것이다.

보다 우수한 마찰 재료가 필요하다는 측면에서 심도깊은 연구를 수행한 결과, 개선된 특성을 지니는 마찰 재료가 본 발명에 의해 개발되어졌다. 본 발명의 습식 마찰 재료는, 마찰 재료가 사용되는 동안 제동액 또는 자동 전동유와 같은 유체에 "습윤"되거나 함침되는 "습식" 용품 내에서 유용하다. "습식" 마찰 재료를 사용하는 동안, 유체는 최종적으로 마찰 재료로부터 압착되거나 마찰 재료를 함침시킨다. 습식 마찰 재료는 "건식" 마찰 재료와는 조성 및 물리적 특성면에서 상당히 다르다.

위에서 논의한 요건을 달성하기 위해, 작동하는 동안 직면하게 되는 조건과 유사한 조건하에서의 마찰성 및 내열성에 대해 시험 평가한다. 통상적으로 시판되는 브레이크 라이닝 및 전동 재료는 둘 다 고에너지 용품에 사용하기에 적합하지 못한 것으로 연구 입증되었다.

본 발명은 특히 브레이크 및 클러치 용품에 유용하다. 본 발명은 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유, 합성 흑연, 하나 이상의 충전재 및 임의의 다른 성분들을 포함하는 섬유질 기재를 제공한다. 섬유질 기재는 상이한 수지 시스템들을 사용하여 함침시킬 수 있다. 특정 양태에 있어서, 섬유질 기재에 페놀 수지 또는 개질된 페놀 수지를 함침시키는 것이 유용하다. 특정 양태에 있어서, 실리콘 수지를 혼화 가능한 용매 중에서 페놀 수지와 혼합시키는 경우 및 실리콘-페놀 수지 혼합물을 본 발명의 섬유질 기재에 함침시키는 데 사용하는 경우, 고에너지 마찰 재료가 형성되는 것으로 본 발명에 의해 밝혀졌다. 이러한 고에너지 마찰 재료는 마찰 안정성 및 내열성이 우수하다.

본 발명의 마찰 재료는 불균일한 라이닝 마모를 방지하여 분리판 "열점"이 형성되어 마찰 재료의 유효 수명 기간 동안 전개되는 것을 방지한다. 마찰 재료에 대한 불균일 마모가 거의 없는 경우, 클러치 또는 자동 브레이크 부품의 "안정 상태"가 유지되기가 더욱 용이하고, 따라서 클러치 및 브레이크의 성능이 더욱 견고해진다. 또한, 본 발명의 마찰 재료는 마찰 재료가 사용되는 동안 층 분리되는 것을 방지할 수 있도록 양호한 전단 강도를 나타낸다.

본 발명에서 유용한 각종 수지에는 페놀 수지와 페놀계 수지가 포함된다. 수지 혼합물 내에 다른 개질 성분(예: 에폭시, 부타디엔, 실리콘, 텅유, 벤젠, 캐슈 넛 오일 등)을 포함하는 각종 페놀계 수지는 본 발명에 있어서 유용한 것으로 이해되어야 한다. 페놀 개질 수지에 있어서, 페놀 수지는 일반적으로 수지 혼합물의 약 50중량% 이상(존재하는 임의의 용매 제외)의 양으로 존재한다. 그러나, 특정 양태에 있어서, 마찰 재료는 함침 수지 혼합물이 실리콘-페놀 혼합물(용매 및 기타 공정 보조제 제외)의 중량을 기준으로 하여 실리콘 수지를 약 5 내지 약 80중량% 함유하고, 특정 목적을 위해 약 15 내지 약 55중량% 함유하고, 특정 양태에 있어서 약 15 내지 약 25중량% 함유하는 경우 개선될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에서 유용한 실리콘 수지는 예를 들어 열 경화 실리콘 밀봉제 및 실리콘 고무를 포함한다. 각종 실리콘 수지가 본 발명에 유용하다. 이러한 수지 중의 하나는 특히 크실렌 및 아세틸 아세톤(2,4-펜탄디온)을 포함하는 것이다. 실리콘 수지의 비점은 약 362˚F(183℃)이고, 68˚F에서의 증기압은 21mmHg이며, 증기 밀도(공기 = 1)는 4.8이고, 수 용해도는 무시할 정도이며, 비중은 약 1.09이고, 휘발성 성분의 함량은 5중량%이며, 증발 속도(에테르 = 1)는 0.1 미만이고, 펜스키-마턴스 방법(Pensky-Martens method)을 이용한 섬광점은 약 149˚F(65˚C)이다. 다른 실리콘 수지도 본 발명에 사용할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 다른 유용한 수지 혼합물은 예를 들어 페놀 수지 약 55 내지 약 60중량%, 에틸 알콜 약 20 내지 약 25중량%, 페놀 약 10 내지 약 14중량%, 메틸 알콜 약 3 내지 약 4중량%, 포름알데히드 약 0.3 내지 약 0.8중량% 및 물 약 10 내지 약 20중량%를 포함하는 적합한 페놀 수지를 포함한다. 다른 적합한 페놀 수지는 페놀/포름알데히드 수지 약 50 내지 약 55중량%, 포름알데히드 약 0.5중량%, 페놀 약 11중량%, 이소프로판올 약 30 내지 약 35중량% 및 물 약 1 내지 약 5중량%를 포함한다.

다른 유용한 수지로서 에폭시 화합물을 약 5 내지 약 25중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 15중량% 함유하며, 나머지(용매 및 기타 공정 보조제 제외)가 페놀 수지인 에폭시 개질 페놀 수지가 본 발명에 의해 밝혀졌다. 에폭시-페놀 수지화합물은 특정 양태에 있어서 페놀 수지 단독보다 마찰 재료에 대한 내열성이 높다.

또한, 수지 혼합물을 제조하고 함침 섬유질 기재를 제조하는 데 유용한 것으로 공지된 다른 성분 및 가공 조제를 마찰 재료 내에 포함시킬 수 있음이 고려될 수 있다.

페놀 수지와 실리콘 수지를 사용하는 양태에 있어서, 실리콘 수지와 페놀 수지를 함께 혼합시키는 경우 어떤 신규한 화합물이 형성되지는 않는다. 표 1은 경화 실리콘 수지, 경화 페놀 수지 및 경화된 실리콘 수지와 페놀 수지의 약 50/50 혼합물에 대한 파수에 있어서 현저한 FT-IR 피이크를 나타낸다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 50/50 실리콘-페놀 혼합물 내에서는 어떠한 새로운 피이크도 발생되지 않으며 기존의 피이크는 실리콘 수지와 페놀 수지의 존재를 반영한다. 따라서, 수지는 개별적으로 경화되며 신규한 화합물은 형성되지 않음을 알 수 있다.

표 1

파수에 있어서의 현저한 FT-IR 피이크

실리콘 수지와 페놀 수지는 둘 다 서로에 대해 혼화 가능한 용매 중에 존재한다. 이들 수지는 함께 혼합하여(바람직한 양태에 있어서) 균일한 혼합물을 형성한 다음 섬유질 기재를 함침시키는 데 사용한다. 섬유질 기재에 페놀 수지를 함침시킨 다음 실리콘 수지를 가하거나 또는 그 역으로 실리콘 수지에 가하는 경우 동일한 효과를 얻을 수 없다. 또한, 실리콘-페놀 수지 용액의 혼합물과 실리콘 수지 분말 및/또는 페놀 수지 분말의 에멀젼 사이에도 차이가 있다. 실리콘 수지와 페놀 수지가 용액으로 존재하는 경우, 이들은 전혀 경화되지 않는다. 이와는 대조적으로, 실리콘 수지와 페놀 수지의 분말 입자는 부분적으로 경화된다. 실리콘 수지와 페놀 수지의 부분 경화는 섬유질 기재의 양호한 함침을 억제한다.

따라서, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 섬유질 기재를 페놀 수지 및 이의 용매와 혼화성인 용매 중의 실리콘 수지와의 혼합물에 함침시킨다. 하나의 양태에 있어서, 이소프로판올이 특히 적합한 용매인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 다른 적합한 각종 용매, 예를 들어 에탄올, 메틸-에틸 케톤, 부탄올, 이소프로판올, 톨루엔 등을 본 발명의 실시양태에서 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 본 발명에 따라서, 실리콘 수지의 존재는, 페놀 수지와 혼합시켜 이에 섬유질 기재를 함침시키는 데 사용하는 경우, 생성된 마찰 재료의 탄성을 페놀 수지만이 함침된 섬유질 기재보다 크게 만든다. 본 발명의 실리콘-페놀 수지 혼합된 함침 마찰 재료를 가압시키는 경우, 압력이 보다 균일하게 분포되는데, 이는 또한 균일하지 못한 라이닝 마모 가능성을 감소시킨다. 실리콘 수지와 페놀 수지를 함께 혼합한 후, 혼합물을 섬유질 기재를 함침시키는 데 사용한다.

재료를 함침시키는 각종 방법을 본 발명에서 실시할 수 있다. 섬유질 기재는 페놀 수지 또는 개질 페놀 수지에 함침시켜, 함침 수지 재료가 마찰 재료 100중량부당 약 45 내지 약 65중량부를 차지하는 것이 바람직하다. 섬유질 기재에 수지를 함침시킨 후, 함침된 섬유질 기재를 소정의 시간동안 목적하는 온도로 가열시켜, 마찰 재료를 형성시킨다. 약 300˚F의 온도로 가열하여 페놀 수지를 경화시킨다. 예를 들어, 실리콘 수지와 같은 다른 수지가 존재하는 경우, 약 400˚F의 온도에서 가열하여 실리콘 수지를 경화시킨다, 그 후, 함침된 경화 마찰 재료를 적당한 방법으로 목적하는 기재에 접착시킨다.

본 발명의 또 다른 양태는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유, 합성 흑연 및 하나 이상의 충전재를 포함하는 섬유질 기재에 관한 것으로, 이들은 혼합에 의해 종이와 유사한 섬유질 기재를 형성할 수 있다. 섬유질 기재를 형성하는 각종 방법은 본 발명의 섬유질 기재를 제조하는 데 유용한 것으로 이해되어져야 할 것이다.보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유와 합성 흑연을 섬유질 기재에 사용하면 고온을 견디는 마찰 재료의 성능을 개선시킬 수 있다는 사실이 본원의 발명자들에 의해 밝혀졌다.

여러 가지 마찰 라이닝 재료가 아라미드 섬유를 사용하는 것으로 기재되어 있지만, 일반적으로 코어 섬유에 부착된 피브릴이 거의 부재하는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유를 포함하는 마찰 재료의 제공은 본 발명에 이르기까지는 공지된 바 없다. 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유를 사용하면 고다공성 구조를 갖는 마찰 재료가 제공된다. 즉, 통상의 피브릴화 아라미드 섬유를 사용하는 경우보다 더 크고 더 많은 기공이 존재한다. 다공성 구조는 일반적으로 기공 크기 및 액체 투과성에 의해 정의된다. 보다 덜 피브릴화된 섬유의 길이는 약 0.5 내지 약 6mm이고, 표준 캐나다 여수도(Standard Canadian Freeness)가 약 450 이상이며, 특정 양태에서는 약 500 내지 약 550이다. "표준 캐나다 여수도" (T227 om-85)는 섬유의 피브릴화도를 섬유의 여수도의 측정치로서 기재할 수 있음을 의미한다. 캐나다 여수도 시험은 물 1ℓ중의 섬유 3g의 현탁액을 배수시킬 수 있는 속도의 임의의 측정치를 제공하는 실험 방법이다. 따라서, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유는 다른 아라미드 섬유 또는 펄프보다 마찰 재료로부터의 유액의 배수 속도가 높거나 여수도가 더 높다. 예를 들어, 케블러^R(Kevlar^R) 아라미드 펄프와 같이 보다 많이 피브릴화된 섬유는 여수도가 약 285 내지 290이다.

마찰 재료의 구조체의 다공도가 클수록, 열 일소 효율이 보다 커진다. 마찰재료가 다공성인 경우, 사용 도중 마찰 재료가 접합됨으로써 마찰 재료의 내부와 외부로의 오일 유동이 보다 신속해진다.

또한, 보다 덜 피브릴화된 섬유, 합성 흑연 및 충전재는 섬유질 기재의 기공 구조를 개선시켜 보다 다공성이 큰 개구부가 섬유질 기재 전체에 존재하도록 하는 것으로 본 발명에 의해 밝혀졌다. 증가된 다공성은 또한 마찰 재료의 탄성을 증가시킨다. 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유의 보다 낮은 피브릴화도는 보다 다공성이 큰 구조를 지니는 마찰 재료를 제공한다.

보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유를 포함하는 섬유질 기재에 합성 흑연을 포함하는 기술은 본 발명 이전까지는 공지된 바 없다. 섬유질 기재에 합성 흑연을 사용하면 다른 형태의 흑연 재료보다 섬유질 기재에 대한 3차원 구조가 보다 많이 제공된다. 합성 흑연은 예를 들어 석유 코우크 및 콜타르 피치 결합제와 같은 원료를 흑연화시켜 제조한다. 원료를 혼합하고, 약 2,800 내지 약 3,000℃의 온도로 가열시켜, 베이킹된 탄소체를 다결정성 흑연 제품으로 전환시킨다. 합성 흑연(열전도성이 높음)은 다른 유형의 흑연보다 더욱 신속하게 열을 일소시킬 수 있는 마찰 재료를 제공한다. 특정 양태에 있어서, 합성 흑연의 크기 및 기하학적 구조는 크기가 약 20 내지 약 50μ인 것이 바람직하다. 이들 특정 양태에 있어서, 흑연 입자 크기가 너무 크거나 너무 작은 경우, 최적의 3차원 구조가 존재하지 않으며, 따라서 내열성은 최적 상태로 되지 않는 것으로 본 발명에 의해 밝혀졌다.

각종 충전재를 또한 본 발명의 섬유질 기재에 사용한다. 특히, 실리카 충전재(예: 규조토)가 유용하다. 그러나, 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 유형의 충전재 및 마찰 재료의 특정 요구조건에 따른 충전재의 선택을 고려할 수도 있다. 애를 들어, 부가하여 마찰 계수가 큰 섬유 재료를 제공할 수 있는 면 섬유를 포함하는 다른 성분을 본 발명의 섬유질 기재에 가할 수 있다. 특정 양태에 있어서, 예를 들어 아라미드 펄프 및/또는 아라미드 플록(floc)과 같은 다른 충전재 약 0 내지 약 20%, 특정 양태에 있어서는 약 5 내지 약 15%를 또한 섬유질 기재에 가할 수 있다.

섬유질 기재용 제형의 한가지 예는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 10 내지 약 50중량%, 합성 흑연 약 10 내지 약 35중량% 및 충전재 약 20 내지 약 45중량%를 포함한다.

특정 양태에 있어서, 유용한 것으로 밝혀진 하나의 특정 제형은 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 45 내지 약 50중량%, 합성 흑연 약 15 내지 약 25중량% 및 충전재 약 20 내지 약 30중량%를 포함한다. 또 다른 유용한 제형은 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 20 내지 약 30중량%, 합성 흑연 약 15 내지 약 25중량%, 충전재 약 20 내지 약 30중량% 및 임의로 면섬유 약 0 내지 약 40중량%를 포함한다. 특정 양태에 있어서, 면 섬유는 약 20 내지 약 40중량% 또는 약 25 내지 약 35중량%의 양으로 존재할 수 있다.

다음 실시예는 본 발명의 섬유질 기재와 마찰 재료가 통상의 마찰 재료 이상의 개선점을 지닌다는 추가의 증거를 제공한다. 본 발명의 각종 바람직한 양태를 다음 실시예에 기술하였으나, 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다.

실례 A와 B는 둘 다 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 45중량%, 합성 흑연 약 23중량%, 규조토 충전재 약 27중량% 및 아라미드 펄프를 포함하는 임의의 충전재 약 5중량%를 포함하는 섬유질 기재이다. 실례 A는 페놀 물질로 함침시키고, 실례 B는 약 20% 실리콘과 약 80% 페놀 수지를 포함하는 실리콘-페놀 수지 혼합물로 함침시킨다.

실례 C는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 35중량%, 합성 흑연 약 25중량%, 규조토 충전재 약 25중량% 및 약 5중량% 아라미드 펄프와 약 10중량% 아라미드 플록으로 이루어진 다른 임의의 충전재를 포함하는 섬유질 기재에 관한 것이고, 이는 실리콘-페놀 수지 혼합물로 함침시킨다.

실례 D는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 25중량%, 합성 흑연 약 20중량%, 규조토 약 25중량% 및 면 섬유 약 30중량%를 포함하는 섬유질 기재에 관한 것이고, 이는 약 10% 에폭시와 약 90% 페놀 수지를 포함하는 제1 에폭시-페놀 수지 혼합물로 함침시킨다.

실례 E는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 25중량%, 합성 흑연 약 20중량%, 규조토 약 25중량% 및 면 섬유 약 30중량%를 포함하는 섬유질 기재에 관한 것이고, 이는 제2 에폭시-페놀 수지 혼합물로 함침시킨다.

실례 F는 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 약 25중량%, 합성 흑연 약 20중량%, 규조토 약 25중량% 및 면섬유 약 30중량%를 포함하는 섬유질 기재에 관한 것이고, 이는 제2 에폭시-페놀 수지 혼합물로 함침시킨다.

실시예 1

제1A도는 함침시키는 동안 섬유들 사이에 실리콘 수지 박막이 형성됨을 나타내는, 실례 C의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다. 실례 C에서의 기공 크기는 실리콘 수지 또는 페놀 수지만으로 함침된 마찰 재료보다 큰 것이다. 실리콘 수지와 페놀 수지는 상이한 온도에서 경화되는데, 페놀 수지가 먼저 경화되고 실리콘 수지는 나중에 경화된다. 경화되는 동안 섬유들 사이에 실리콘 수지의 박막이 형성된다. 섬유들 사이의 실리콘 수지 박막은 마찰 재료의 고마찰 안정성에 기여하는 것으로 사료된다. 실리콘 수지 필름은 마찰 재료의 약화를 서서히 진행시키고 마찰 재료가 고온에서 내열성이 크도록 만든다.

제1A도에 나타낸 SEM사진은 제1B도에 나타낸, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유와 합성 흑연을 함유하지 않는 통상의 재료(통상의 재료 1)인 페놀 수지 함침된 마찰 재료에 대한 것보다 훨씬 큰 기공 크기를 나타낸다.

제1A도에서 알 수 있는 바와 같이, 실리콘과 페놀 수지의 혼합물은 섬유-수지 상호 작용을 유발시켜 유연한 개방 섬유 망상 구조를 생성시킨다. 페놀 수지만으로 함침된 마찰 재료보다 페놀-실리콘 혼합물 함침된 마찰 재료에 의해 약 50%까지 큰 기공 크기가 관찰된다. 특정 양태에 있어서, 평균 기공 크기는 직경이 약 2.5 내지 약 4μ이고 마찰 재료는 약 50% 이상, 특정 양태에 있어서는 약 60% 이상의 용이하게 이용가능한 기공을 지닌다.

실시예 2

실례 B, D 및 E의 재료 및 합성 흑연이 아니라 천연 흑연을 함유하는 대조물질에 대한 모세관 유동 및 투과 시험 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 평균 유동 기공 직경과 달시 투과성(Darcy's permeability)이 클수록 마찰 재료의 기공 구조를 통한 재료의 자동 전동액 유동이 보다 양호해짐으로 인해 전동시 발생하는 열이 적어지거나 냉각이 더 용이해진다. 전동 시스템의 작동시, 마찰 재료의 표면에 대한 오일 침착물은 특히 고온에서의 자동 전동액의 방출로 인해 시간이 경과함에 따라 축적되기 쉽다. 섬유 위의 오일 침착물은 기공 개구부를 감소시킨다. 따라서, 마찰 재료가 초기에 보다 큰 기공으로부터 출발하는 경우, 마찰 재료의 유효 수명동안 잔류하는 개구성 기공이 보다 많다. 또한, 실리콘 수지는 그 탄성으로 인해, 보다 많은 개구성 구조를 갖는 마찰 라이닝 내의 섬유를 제공한다.

표 2

모세관 유동 및 투과성

실시예 3

주사전자현미경 사진의 글레이즈 분석은, 실리콘-페놀 수지 혼합물은 표면에 대해 약간의 섬유 압착성을 나타내지만 페놀 수지가 단독으로 사용되는 경우에는 사용되지 않은 판의 표면에 명백한 섬유 압착성을 나타냄을 보여준다. 또한, 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 사용된 판에 있어서, 페놀 수지 단독 재료내에는 개구성 기공이 거의 없으나 실리콘-페놀 수지 혼합물내에는 개구성 기공이 잔류한다.

표 3

주사전자현미경의 글레이즈 분석

실시예 4

먼저, 미반응 실리콘 수지는 실리콘 수지의 강도가 약하기 때문에 마찰 재료에 사용하는 데 허용되지 않는다. 그러나, 본 발명에 의해, 실리콘-페놀 수지 혼합물의 전단 강도가 페놀 수지만의 전단 강도보다 훨씬 크다는 사실이 밝혀졌다. 인장전단시험은 인스트론 인장시험기(Instron tensile tester)로 수행한다. 강판의 양측면에 결합된 마찰 재료 2in²면적의 개질된 랩 전단 형태를 사용한다. 그다음, 이 어셈블리를 페이퍼가 전단될 때까지 인장시킨다. 아래의 표 4의 값은 실례 B, E 및 D에 대해 건조상태하에 실온에서 페이퍼의 내부 전단 강도를 측정한 결과를 나타낸다.

전단강도가 클수록, 기계적 강도가 보다 양호한데, 이는 마찰 재료가 마찰 라이닝을 전단시키는 데 보다 큰 압력이 필요함을 의미한다.

표 4

실시예 5

실리콘-페놀 수지 혼합물은 마찰 재료의 "일소(burn off)" 온도를 약 50% 이상 증가시킨다. 이러한 고마찰안정성은 통상적으로 유용한 마찰 재료를 능가하는 이점을 지닌다. 열중량 분석(TGA) 곡선이 고온으로 이동되는, 제2도에 나타낸 TGA는 실리콘-페놀 수지 혼합물의 내열성이 페놀 재료 이상으로 증가함을 나타낸다.

실례 A와 실례 B는 둘 다 통상의 재료 이상으로 개선된 내열성을 지니고, 실례 B는 특히 내열성이 임계 기준인 최종 사용 마찰 재료 용품에 적합하다.

제3도와 제4도는 제2도에 나타낸 TGA 그래프를 대조한 것이고, 제2도(제3도)의 실례 A, 페놀 수지와 제2도(제4도)에서의 실례 B, 실리콘-페놀 혼합물에 대한 유도체 중량의 변화도(%/˚C)를 대조한 것이다. 페놀 수지의 중량 변화도(%)는 69.41%이고, 실리콘-페놀 혼합물 중량 변화도(%)는 61.87%이다. 제3도와 제4도에서 알 수 있는 바와 같이, 중량 손실이 보다 신속해질수록 마찰 재료의 내열성은 보다 적어진다.

실시예 6

제5도는 각종 물질, 부타디엔-페놀 수지가 함침된 통상의 재료 1과 비교한 실례 C, D 및 F에 대한 마찰 주기수가 증가함에 따른 종결시간을 나타낸다. 섬유 재료(실례 C, D 및 F)는 비교적 균일한 종결시간을 유지하나, 통상의 재료의 종결시간은 허용될 수 없는 정도로 신속하게 증가된다.

마찰 주기수가 증가함에 따른 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수의 비율을 실례 C, D 및 F와 통상의 재료 1에 대해 비교한다. 제6도에서 알 수 있는 바와 같이, 실리콘-페놀 혼합 재료(실례 C)가 함침된 섬유질 기재는 통상의 재료보다 양호하게 일정한 상태로 유지되나, 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 D와 F)는 상당히 양호하게 수행된다.

마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰 계수를 실례 C, D 및 F와 통상의 재료 1에 대해 비교한다. 제7도는 마찰 주기수가 증가함에 따라 마찰 재료(실례 C, D 및 F)의 동적 마찰 계수가 비교적 안정된 상태로 유지됨을 나타낸다. 따라서, 섬유질 기재는 통상의 재료보다 고속에서 훨씬 양호하게 수행된다. 섬유질 기재에 대한 마찰 주기수가 증가함에 따라 마찰 계수의 "감소(fall off)"는 없음을 주지하는 것이 중요하다.

6,600rpm(65m/sec) 및 0.2gpm의 제한 윤활도에서의 클러치 수행 성능에 대한 재료 평가를 실례 B, D 및 E와 통상의 재료 1에 대해 실시한다. 제8도의 동적 평균 계수 그래프는 통상의 재료가 총체적으로 허용되지 않으며, 실례 B, D 및 E의 마찰 재료는 시스템이 매우 안정함을 나타내는 비교적 일정한 마찰 계수를 지닌다. 제9도에서 알 수 있는 바와 같이, 통상의 재료에 대한 종결시간은 허용될 수 없는 정도로 신속하게 증가되나, 마찰 재료(실례 B, D 및 E)는 시험을 통해 약 0.52 내지 약 0.58초의 허용 가능하게 짧은 종결시간을 유지시킨다.

실시예 7

특정 양태에 있어서, 마찰 재료에 의한 총 실리콘-페놀 수지의 목적하는 흡수율은 약 40 내지 약 65중량%, 특정 양태에 있어서는 약 60 내지 적어도 65중량%인 것이 바람직하다. 섬유질 기재에 수지를 함침시킨 후, 섬유질 기재를 300 내지 400˚C 범위의 온도에서 일정 시간(특정 양태에 있어서는, 약 1/2시간) 동안 경화시켜, 마찰 재료 중의 수지 결합제를 경화시킨다. 마찰 재료의 최종 두께는 섬유질 기재의 최초 두께에 좌우되며, 특정 양태에 있어서는, 바람직하게 약 0.014" 내지 약 0.040" 범위로 가변적이다.

아래의 표 5에 있어서, 약 60%의 흡수율(P.U.)로 실리콘-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재를 포함하는 마찰 재료를, 약 60% 수지 흡수율로 페놀 수지가 함침된 실례 C에서와 동일한 섬유질 기재를 포함하는 마찰 재료 및 약 49%의 흡수율로 페놀 수지가 함침된 통상의 재료 1과 비교한다. 어셈블리 또는 코어판을 시험 수지가 함침된 마찰 재료로 라이닝시켜 시험용 팩을 형성한다. 동적 마찰 계수는 실리콘-페놀 수지 마찰 재료의 마찰 주기수가 증가함에 따라 안정된 상태(단지 5%의 손실을 포함)로 유지된다. 실리콘-페놀 수지 마찰 재료를 사용하는 플레이트 상에 라이닝 마모는 존재하지 않는다. 실리콘-페놀 수지 혼합 마찰 재료의 라이닝 조건은 파손, 마모 또는 글레이징을 유발시키지 않으면서 양호한 상태로 유지된다. 또한, 분리판의 강철 조건은 실리콘-페놀 혼합 마찰 재료에 대해 열점을 나타내지 않는다.

표 5

실시예 8

아래의 표 6은 MTS 기계로 수행된 압착/이완 연구 결과를 나타낸 것이다. 이 시험은 샘플에 대하여 반복적으로 압축시키고 일련의 상이한 압력하에서 샘플을 이완시킴으로써 야기되는 종이 두께에 대한 효과를 나타낸 것이다. 이는 압축으로 인한 압밀도 또는 내부 내경화성을 나타낸 것이다. 실례 B의 재료는 위의 표 2에 기재된 대조실례의 재료보다 우수한 탄성을 지닌다. 탄성이 클수록 전동액 또는 제동액 내에서의 유동액이 다공성 구조를 통해 신속하게 이동할 수 있기 때문에 마찰재료를 사용하는 경우 보다 균일한 열 소산성을 제공한다. 또한, 탄성이 증가할수록 균일하지 않은 라이닝 마모 또는 분리판 "열점"이 제거되도록 마찰 재료에 대해 보다 균일한 압력 또는 보다 균일한 압력 분포를 제공한다.

표 6

실시예 9

보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유와 합성 흑연을 포함하고 에폭시 개질된 페놀 수지에 함침된 마찰 재료(실례 D)를 통상의 재료 1과 비교한다. 고속 마찰 주기 시험을 타격 시험 수명과 고에너지 마찰 시험 주기와 비교하여 제10도에 나타내었다. 본 발명의 마찰 재료는 통상의 마찰 재료보다 모든 양태에서 양호하다.

제11도는 7,000rpm, 1.5kg-cm-sec²의 관성에서의 0.3LPM 오일 유동액하에서의 고속 내구성 시험 결과를 나타낸 것이다. 마찰 주기수가 증가함에 따라, 동적 마찰 계수는 마찰 재료(실례 D)에 대해서는 상당히 균일하게 유지되나, 하나의 통상의 재료 2는 시험 개시시에 실패하며, 페놀계 수지가 함침된 또다른 통상의 재료 1의 성능은 약 3,000 마찰 주기후에 급속하게 저하된다.

제12도는 3,600rpm, 5.0kg-cm-sec²의 관성에서의 8.0kg/cm²라이닝 압력에서 고에너지 내구성 시험 결과를 나타낸 것이다. 마찰 재료(실례 D)의 동적 마찰 계수는 전체 내구성 시험 내내 현저하게 안정된 상태로 유지된다. 이와는 대조적으로, 통상의 재료는 사용 수명의 허용할 수 없는 짧은 마찰 주기로 실패한다.

제13도는 5,800rpm에서 2,000cc IG/FE 엔진에 대한 엔진 동력계 4-3 변속 내구성 시험 결과를 도시한 것이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 마찰 재료(실례 D)에 대한 4-3 변속 접합시의 변속 시간(sec)은 40,000 이상의 변속 접합을 통해 비교적 일정하게 유지된다. 통상의 재료는 낮은 기어로의 변속 접합 주기에서 변속 시간을 신속하게 증가시킨다.

실시예 10

본 발명의 마찰 재료는 내구성 및 층 분리 내성이 높다. 본 발명의 마찰 재료의 전단 강도(psi)는 제14도에서 알 수 있는 바와 같이 통상의 재료의 전단 강도 보다 크다. 보다 덜 피브릴화된 섬유와 마찰 재료의 생성된 기공 구조를 사용하면 마찰 재료에 대한 내열성이 증가된다. 기하학적 구조의 섬유는 증가된 내열성 뿐만 아니라 층 분리 내성 및 스퀼 내성(squeal resistance)을 제공한다. 합성 흑연 입자 및 하나 이상의 충전재의 존재는 내열성을 증가시키고, 마찰 계수를 일정하게 유지시키고, 스퀼 내성을 증가시키는 데 도움을 준다.

실시예 11

본 발명의 마찰 재료의 평균 기공 크기를 통상의 수지가 함침된 마찰 재료의 기공 크기와 비교하여 제15도에 나타내었다. 본 발명의 마찰 라이닝의 평균 기공 크기는 약 2.5 내지 약 12μ 범위이고, 통상의 마찰 재료보다 약 20 내지 약 100% 크다.

실시예 12

본 발명의 마찰 재료의 액체 투과성을 페놀 수지가 함침된 통상의 재료 2와 비교한다. 제16도에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 마찰 재료는 통상의 마찰 재료의 액체 투과성보다 약 20% 증가되었다.

실시예 13

제17도는 약 695˚F의 계면온도에서 1/2시간 동안 경화시킨 후 약 380°F에서 페놀-에폭시 수지를 약 44%의 흡수율로 함침시킨 약 0.02" 라이닝을 포함하는 마찰 재료(실례 D)를 도시한 것이다. 제17도는 본 발명의 마찰 재료의 고마찰 안정성을 나타내는 500 마찰 주기에서 수행된 재료의 부가압, 온도, 토오크 및 속도를 비교한 것이다.

제18도는 380˚F에서 1/2시간 동안 경화시킨 다른 페놀계 수지가 약 44%의 흡수율로 함침된 0.02" 라이닝을 포함하는 마찰 재료(실례 D)의 895˚F의 계면 온도에서의 고 마찰 안정성을 나타낸다. 제18도는 10,500 마찰 주기 동안 수행된 재료의 부가압, 온도, 토오크 및 속도를 나타낸 것이다.

아래의 표 7은 제17도 및 제18도에 나타낸 마찰 재료(실례 D)의 평균 마찰 계수를 나타낸 것이다. 마찰 계수는 마찰 주기가 증가함에 따라 비교적 일정하게 유지됨으로써, 마찰 재료가 높은 마찰 안정성을 나타낸다. 또한, 제19도에 나타낸 바와 같이, 제17도 및 제18도에 대해 위에서 기재한 마찰 재료에 대한 평균 동적 마찰 계수는 마찰 주기수가 증가함에 따라 평균 마찰 계수가 거의 일정하게 유지됨을 나타낸다. 토오크 곡선의 형태는 본 발명의 마찰 재료가 고속, 고에너지 및 고온 용품에서 특히 유용함을 나타낸다. 마찰 재료의 총 손실도는 약 0.0077in일 뿐이고 플레이트당 손실도는 약 0.0039in이다. 마찰 재료는 중간 글레이즈를 나타내고 분리기는 단지 약하게 열변색됨으로써 장시간에 걸쳐 안정한 고품질의 마찰 재료를 나타낸다.

표 7 - 실례 D

실시예 14

제20도는 실리콘-페놀 수지 혼합재료가 함침된 본 발명의 마찰 재료(실례 C)의 한가지 양태 및 페놀-에폭시 수지 재료가 함침된 본 발명의 마찰 재료(실례 D)의 또 다른 양태와 함침된 통상의 페놀계 재료가 통상의 마찰 라이닝을 비교한 고속 내구성 시험 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 마찰 재료들은 둘 다 통상의 마찰 재료보다 더욱 안정한 평균 마찰 계수를 갖는다.

6,000rpm에서 수행된 고속 내구성 시험을 통해 마찰 주기수가 증가함에 따른 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수를 비교한다. 제21도에서 알 수 있는 바와 같이, 통상의 페놀 함침 마찰 재료를 본 발명의 실리콘-페놀 함침 마찰 재료(실례 C) 및 본 발명의 에폭시-페놀 함침 마찰 재료(실례 E)와 비교한다. 본 발명의 재료는 통상의 재료에 비해 양호한 정적 마찰 계수 및 동적 마찰 계수를 갖는다.

6,000rpm에서 마찰 주기수가 증가함에 따라 각각 페놀-에폭시 수지 함침된 0.016in의 얇은 섬유질 기재(실례 D), 페놀 수지 함침된 0.020in 두께의 섬유질 기재(실례 F) 및 실리콘-페놀 수지가 함침된 본 발명의 섬유질 기재(실례 C)의 세가지 샘플에 대해 마찰 계수를 측정한다. 실시예 22에서 알 수 있는 바와 같이, 이들 각종 수지가 함침된 섬유질 기재는 본 발명의 각각의 마찰 재료보다 불량하게 수행되는 통상의 마찰 재료보다 양호한 것으로 비교된다.

본 발명은 클러치 판, 전동대, 제동 슈즈, 싱크로나이저 링(synchronizer ring), 마찰 디스크 또는 계기판에 사용하기 위한 고에너지 마찰 재료로서 유용하다.

본 발명의 바람직한 양태 및 또 다른 양태들에 대한 위의 상세한 설명은 단지 설명하기 위한 것으로, 다음 특허청구의 범위의 범주 및 내용을 한정하려는 것은 아니다.

제1A도는 실리콘-페놀 수지 혼합물이 함침된 섬유질 기재(실례 C)의 주사전자현미경 사진이다.

제1B도는 페놀 수지가 함침된 통상의 섬유재료(통상의 재료 1)의 주사전자현미경 사진이다.

제2도는 페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 A) 또는 실리콘-페놀 수지 혼합물이 함침된 섬유질 기재(실례 B)에 대해 중량 변화도(%)와 온도 증가 사이의 관계를 도시한 열중량분석(TGA) 그래프이다.

제3도는 제2도에 도시된 실례 A의 잔류물의 양 및 백분율, 유도체 중량 변화도(%/˚C) 및 온도 증가에 따른 중량 손실도(%)를 도시한 TGA 그래프이다.

제4도는 제2도에 도시된 실례 B의 잔류물의 양 및 백분율, 유도체 중량 변화도(%/˚C) 및 온도 증가에 따른 중량 손실도(%)를 도시한 TGA 그래프이다.

제5도는 실리콘-페놀 수지 혼합물이 함침된 섬유질 기재(실례 C) 및 상이한 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 D: 두께가 0.016in인 라이닝 및 실례 F: 두께가 0.020in인 라이닝)와 비교한, 부타디엔 페놀 수지가 함침된 통상의 재료(통상의 재료 1)에 있어서의 마찰 주기수가 증가함에 따른 종결시간(초)을 도시한 그래프이다.

제6도는 실례 C, D 및 F의 재료와 비교한 통상의 재료 1의 마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰계수에 대한 정적 마찰 계수의 비율을 도시한 그래프이다.

제7도는 실례 C, D 및 F의 재료와 비교한 통상의 재료 1의 마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰계수를 도시한 그래프이다.

제8도는 실례 B 및 D의 재료 및 상이한 에폭시 페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 E)와 비교한 통상의 재료 1의 마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰계수의 평균을 도시한 그래프이다.

제9도는 실례 B, D 및 E의 재료와 비교한 통상의 재료 1의 마찰 주기수가 증가함에 따른 종결시간의 변화를 도시한 그래프이다.

제10도는 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 D)와 비교한 페놀 수지가 함침된 통상의 재료(통상의 재료 1)의 고에너지 마찰시험 주기를 도시한 그래프이다.

제11도는 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재 마찰 재료(실례 D)와 통상의 재료 1과 페놀 수지가 함침된 통상의 마찰 재료(통상의 재료 2)에 대해 마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰계수를 도시한 7,000rpm의 0.3 LPM 오일 유동액 1.5kg-cm-sec²의 관성하에서의 고속 내구성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

제12도는 실례 D의 재료와 통상의 두 가지 재료, 즉 통상의 재료 1과 통상의 재료 2에 대해 마찰 주기수가 증가함에 따른 동적 마찰계수를 도시한 3,600rpm의8.0kg/cm²라이닝 압력, 5.0kg-cm-sec²의 관성하에서의 고에너지 내구성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

제13도는 실례 D의 재료와 통상적인 두 가지 마찰 재료, 즉 통상의 재료 1 및 통상의 재료 2에 대한 4-3 변속 접합시의 변속시간(초)을 도시한 2,000cc IG/FE 엔진, 5,800rpm에서의 엔진 동력계 4-3 변속 내구성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

제14도는 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 E)와 통상의 재료(통상의 재료 2)의 전단강도(psi)를 비교한 그래프이다.

제15도는 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 E)와 통상의 재료(통상의 재료 2)의 기공 크기(μ)를 도시한 그래프이다.

제16도는 에폭시-페놀 수지가 함침된 섬유질 기재(실례 E)와 통상의 재료(통상의 재료 2)의 액체 투과성(cm²x10^-3)을 비교한 그래프이다.

제17도는 500 마찰 주기에 대해 약 695˚F의 계면온도에서 실례 E의 속도, 토오크, 온도 및 부가압을 도시한 그래프이다.

제18도는 10,500 마찰 주기에 대해 약 896˚F의 계면온도에서 실례 E의 속도, 토오크, 온도 및 부가압을 도시한 그래프이다.

제19도는 마찰 주기수가 증가함에 따른 실례 E의 동적 마찰계수의 평균을 도시한 그래프이다.

제20도는 통상의 재료 1과 비교하여, 마찰 주기수가 증가함에 따른 실례 C와실례 E의 마찰계수의 평균을 도시한 고속 내구성을 나타내는 그래프이다.

제21도는 통상의 재료 1과 비교하여, 마찰 주기수가 증가함에 따른 실례 C와 실례 E의 동적 마찰계수에 대한 정적 마찰계수의 비율을 도시한 엑손(Exxon) 1975를 사용하는 경우의 6,000rpm에서의 고속 내구성을 나타내는 그래프이다.

제22도는 통상의 재료 1과 비교하여, 마찰 주기수가 증가함에 따른 실례 C, 실례 D 및 실례 F의 마찰계수를 도시한, 자동식 전동액 JWS2318K를 사용하는 경우의 6,000rpm에서 수행한 고속 내구성 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims

보다 덜 피브릴화된 다수의 아라미드 섬유, 합성 흑연 및 하나 이상의 충전재를 포함하는, 비석면 마찰 재료(non-asbestos friction material)에 사용하기 위한 섬유질 기재(纖維質基材).
제1항에 있어서, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유와 합성 흑연이 마찰 재료에 고내열성과 거의 균일한 마찰계수를 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유의 여수도가 캐나다 여수도 표준 지수(Canadian Freeness Standard index)로 450 내지 550인 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 합성 흑연이 2,800 내지 3,000˚C의 온도에서 흑연화됨으로써 제조되고, 이의 직경 크기의 범위가 20 내지 50μ인 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 충전재가 규조토를 포함하는 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 기공의 중간 직경의 평균 크기의 범위가 2.5 내지 12μ인 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 10 내지 50중량%, 합성 흑연 10 내지 35중량% 및 충전재 20 내지 45중량%를 포함하는 섬유질 기재.
제1항에 있어서, 보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유 20 내지 30중량%, 합성 흑연 15 내지 35중량%, 충전재 20 내지 30중량% 및 면 섬유 0 내지 40중량%를 포함하는 섬유질 기재.
제8항에 있어서, 면 섬유를 20 내지 40중량% 포함하는 섬유질 기재.
페놀 수지 또는 개질 페놀 수지가 함침된 제1항에 따르는 섬유질 기재를 포함하는 비석면 마찰 재료.
제10항에 있어서, 수지를 40 내지 60중량% 포함하는 마찰 재료.
페놀 수지와 실리콘 수지와의 혼합물(여기서, 실리콘 수지의 양은, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 5 내지 80중량%이다)이 함침된 제1항의 섬유질 기재를 포함하는, 고내열성 및 거의 균일한 마찰계수를 나타내는 비석면 마찰 재료.
제12항에 있어서, 페놀 수지가 용매 속에 존재하고, 실리콘 수지가 페놀 수지의 용매와 혼화 가능한 용매 속에 존재하는 마찰 재료.
제12항에 있어서, 실리콘-페놀 수지 혼합물에 존재하는 실리콘 수지의 양의 범위가, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 20 내지 25중량%인 마찰 재료.
제12항에 있어서, 실리콘 페놀 수지 혼합물에 존재하는 실리콘 수지의 양의 범위가, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 15 내지 25중량%인 마찰 재료.
제10항에 있어서, 개질된 페놀 수지가 에폭시 페놀 수지를 포함하는 마찰 재료.
제16항에 있어서, 에폭시 페놀 수지에 존재하는 에폭시 수지의 양의 범위가, 에폭시 페놀 수지의 중량을 기준으로 하여, 5 내지 25중량%인 마찰 재료.
제16항에 있어서, 에폭시 페놀 수지에 존재하는 에폭시 수지의 양의 범위가, 에폭시 페놀 수지의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 15중량%인 마찰 재료.
보다 덜 피브릴화된 아라미드 섬유를 합성 흑연 및 하나 이상의 충전재와 혼합하여 섬유질 기재를 형성하는 단계, 섬유질 기재에 하나 이상의 페놀 수지 또는 개질된 페놀 수지를 함침시키는 단계 및 함침된 섬유질 기재를 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 경화시키는 단계를 포함하는, 비석면 마찰 재료의 제조 방법.
페놀 수지를 실리콘 수지와 혼합하는 단계, 제1항의 섬유질 기재에 실리콘-페놀 수지 혼합물을 함침시키는 단계 및 함침된 섬유질 기재를 가열하여 페놀 수지와 실리콘 수지를 경화시키는 단계를 포함하는, 비석면 마찰 재료의 제조 방법,