산업사회의 발달과 함께 자동차의 발달은 인간과 물자수송에 중추적 역할을 수행해 왔으며, 이로부터 발달해온 자동차는 더욱더 고속화됨에 따라 디스크형 브레이크의 성능발전을 요구하였다. 그 결과 보다 경제적이고, 안정적인 마찰계수를 가지는 마찰재의 개발에 관심이 모아지고 있으며, 마찰재의 형상유지와 열적 안정성에 영향을 미치는 강화섬유의 신뢰성 있는 평가와 마찰계수에 미치는 특성에 대한 규명이 필요하다. 본 연구에서는 아라미드 섬유와 ...
산업사회의 발달과 함께 자동차의 발달은 인간과 물자수송에 중추적 역할을 수행해 왔으며, 이로부터 발달해온 자동차는 더욱더 고속화됨에 따라 디스크형 브레이크의 성능발전을 요구하였다. 그 결과 보다 경제적이고, 안정적인 마찰계수를 가지는 마찰재의 개발에 관심이 모아지고 있으며, 마찰재의 형상유지와 열적 안정성에 영향을 미치는 강화섬유의 신뢰성 있는 평가와 마찰계수에 미치는 특성에 대한 규명이 필요하다. 본 연구에서는 아라미드 섬유와 아크릴 섬유를 함유한 마찰재에 대하여 디스크 재질변화에 따른 마찰특성을 파악하고자 브레이크 패드에 첨가된 아라미드, 아크릴 섬유가 제동감속도와 속도에 따라 마찰계수와 온도에 미치는 영향을 분석하였다. 마찰재는 원료혼합, 예비성형, 본성형, 열처리의 작업순서로 제작하였으며, 제작된 마찰재를 1/5 스케일 브레이크 다이나모미터를 이용하여 시험하였다. 또한 시편의 기본적인 물성을 파악하기 위하여 밀도, 경도, 접착강도의 물성시험을 KS규정에 준하여 실시하였다. 본 실험에서 사용한 디스크는 열전도율과 감쇠능이 뛰어나며 가격적인 면에서도 저렴한 회주철 FC25와 FC17을 사용하였다. 브레이크 패드가 주행속도 및 제동감속도 변화에 마찰계수 및 온도의 변화를 관찰하기 위해 주행속도를 각각 50km/h, 100km/h, 130km/h로 변화시키고, 각각의 주행속도에 대해 제동감속도를 0.1g~0.8g(g: 중력가속도)까지 변화시키면서 마찰특성을 분석하였다. 또한 주행속도 100km/h에서 35초 간격으로 0.45g의 제동감속도로 제동하여 실제 주행 환경보다 더욱 가혹한 조건에서 마찰재의 온도와 마찰계수의 변화를 연구하였다. 1/5스케일 브레이크 다이나모미터를 이용한 마찰성능시험에서 전체적인 시험모드의 시험도중 마찰계수는 디스크 재질보다는 마찰재의 재질에 따라 결정되며, 아크릴 섬유 패드의 마찰계수가 아라미드 섬유 패드에 비하여 전체 온도범위에 있어 더 낮은 값을 나타내고 특히 높은 온도 범위에서 현저히 낮은 마찰계수 값을 나타내었다. 전체시험 동안 온도변화는 초기속도에 따라 결정되었으며, 섬유재 재질 및 제동감속도와는 연관성이 적었다. 로터 속도가 증가함에 따라 마찰계수는 감소하는 경향을 나타내었고, 같은 로터 속도에서 제동감속도가 증가할 경우 모든 경우에 있어 마찰계수는 작은 값을 나타내었다. 페이드 시험에 있어 마찰계수는 3, 4번째 페이드 제동까지 감소후, 마찰계수는 안정화 되거나 증가하였다. 초기 페이드 현상은 패드의 결합재로 사용된 페놀 수지의 열분해 때문이며, 4번째 페이드 제동이후 마찰계수의 증가는 패드의 표면 Cleaning 과 새로운 마찰재 표면 생성을 돕는 산화된 금속 성분때문으로 생각된다. 아라미드 섬유 패드와 아크릴 섬유 패드의 페이드 시험에 대한 다른 해석은 섬유재 열중량 분석으로 설명할 수 있다. 페이드 시험에 있어 아라미드 섬유 패드와 아크릴 섬유 패드의 마찰계수의 역전은 일정온도 이상에서 패드 표면의 섬유재 잔존량이 많아져 마찰계수의 회복을 빠르게 하기 때문이다. 마찰작용으로 형성된 전이막 관찰결과 전이막 성분은 탄소(C), 철(Fe), 산소(O), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 규석(Si) 등으로 구성 되어있었으며, 전이막이 두꺼울 수록 마찰계수는 증가하였다. 마찰시험 후 마찰재의 조도 관찰결과 아라미드 섬유재가 포함된 패드 조도가 아크릴 섬유재를 포함하는 패드 보다 적은 값을 나타내었다.
산업사회의 발달과 함께 자동차의 발달은 인간과 물자수송에 중추적 역할을 수행해 왔으며, 이로부터 발달해온 자동차는 더욱더 고속화됨에 따라 디스크형 브레이크의 성능발전을 요구하였다. 그 결과 보다 경제적이고, 안정적인 마찰계수를 가지는 마찰재의 개발에 관심이 모아지고 있으며, 마찰재의 형상유지와 열적 안정성에 영향을 미치는 강화섬유의 신뢰성 있는 평가와 마찰계수에 미치는 특성에 대한 규명이 필요하다. 본 연구에서는 아라미드 섬유와 아크릴 섬유를 함유한 마찰재에 대하여 디스크 재질변화에 따른 마찰특성을 파악하고자 브레이크 패드에 첨가된 아라미드, 아크릴 섬유가 제동감속도와 속도에 따라 마찰계수와 온도에 미치는 영향을 분석하였다. 마찰재는 원료혼합, 예비성형, 본성형, 열처리의 작업순서로 제작하였으며, 제작된 마찰재를 1/5 스케일 브레이크 다이나모미터를 이용하여 시험하였다. 또한 시편의 기본적인 물성을 파악하기 위하여 밀도, 경도, 접착강도의 물성시험을 KS규정에 준하여 실시하였다. 본 실험에서 사용한 디스크는 열전도율과 감쇠능이 뛰어나며 가격적인 면에서도 저렴한 회주철 FC25와 FC17을 사용하였다. 브레이크 패드가 주행속도 및 제동감속도 변화에 마찰계수 및 온도의 변화를 관찰하기 위해 주행속도를 각각 50km/h, 100km/h, 130km/h로 변화시키고, 각각의 주행속도에 대해 제동감속도를 0.1g~0.8g(g: 중력가속도)까지 변화시키면서 마찰특성을 분석하였다. 또한 주행속도 100km/h에서 35초 간격으로 0.45g의 제동감속도로 제동하여 실제 주행 환경보다 더욱 가혹한 조건에서 마찰재의 온도와 마찰계수의 변화를 연구하였다. 1/5스케일 브레이크 다이나모미터를 이용한 마찰성능시험에서 전체적인 시험모드의 시험도중 마찰계수는 디스크 재질보다는 마찰재의 재질에 따라 결정되며, 아크릴 섬유 패드의 마찰계수가 아라미드 섬유 패드에 비하여 전체 온도범위에 있어 더 낮은 값을 나타내고 특히 높은 온도 범위에서 현저히 낮은 마찰계수 값을 나타내었다. 전체시험 동안 온도변화는 초기속도에 따라 결정되었으며, 섬유재 재질 및 제동감속도와는 연관성이 적었다. 로터 속도가 증가함에 따라 마찰계수는 감소하는 경향을 나타내었고, 같은 로터 속도에서 제동감속도가 증가할 경우 모든 경우에 있어 마찰계수는 작은 값을 나타내었다. 페이드 시험에 있어 마찰계수는 3, 4번째 페이드 제동까지 감소후, 마찰계수는 안정화 되거나 증가하였다. 초기 페이드 현상은 패드의 결합재로 사용된 페놀 수지의 열분해 때문이며, 4번째 페이드 제동이후 마찰계수의 증가는 패드의 표면 Cleaning 과 새로운 마찰재 표면 생성을 돕는 산화된 금속 성분때문으로 생각된다. 아라미드 섬유 패드와 아크릴 섬유 패드의 페이드 시험에 대한 다른 해석은 섬유재 열중량 분석으로 설명할 수 있다. 페이드 시험에 있어 아라미드 섬유 패드와 아크릴 섬유 패드의 마찰계수의 역전은 일정온도 이상에서 패드 표면의 섬유재 잔존량이 많아져 마찰계수의 회복을 빠르게 하기 때문이다. 마찰작용으로 형성된 전이막 관찰결과 전이막 성분은 탄소(C), 철(Fe), 산소(O), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 규석(Si) 등으로 구성 되어있었으며, 전이막이 두꺼울 수록 마찰계수는 증가하였다. 마찰시험 후 마찰재의 조도 관찰결과 아라미드 섬유재가 포함된 패드 조도가 아크릴 섬유재를 포함하는 패드 보다 적은 값을 나타내었다.
Automotive friction materials must satisfy a certain set of expectation such as high and stable friction, low noise and vibration, low wear rates, under variety of operating temperatures, humidities, speeds and deceleration rates. Since any single material has not been found to meet all these requir...
Automotive friction materials must satisfy a certain set of expectation such as high and stable friction, low noise and vibration, low wear rates, under variety of operating temperatures, humidities, speeds and deceleration rates. Since any single material has not been found to meet all these requirements, commonly used friction materials are in the form of composite materials which combine ten to twenty different material components. These components which are mixed, compressed and baked to form a final product can be classified into several components depending on their functions, such as fibers, binders, lubricants, abrasives and filler materials. Fibers are used mainly for the material reinforcement, and sometimes for the thermal stability, and the metal fiber, aramid fiber, acrylic fiber and ceramic fibers has been recently used instead of conventional asbestos fiber which caused environmental problems. Binders in the form of resins such as phenolic resin and epoxy resin are frequently used. For the lubricant, graphite and MoS₂ are used to prevent micro stick to the rotor. Abrasives are used to increase the friction by cleaning the surface of the rotor and making a new friction surface. Filler materials used are either organic such as cashew or rubber, or inorganic such as BaSO₄ or CaCO₃ which reduce wear. Metal powder such as Cu, Fe or Al are sometimes used as a filler material to increase friction. In this study, two kinds of pad materials with different fiber contents, aramid fiber and acrylic fiber are prepared by FRIXA Co. in an attempt to investigate their influence on friction characteristics. Each specimen contains either 4.8% of aramid or acrylic fiber, while keeping all other components constant. These two specimens were rubbed against two cast iron rotors with different components, FC25 and FC17, using a 1/5 scale dynamometer under the modified JASO C406-P1 test mode, which has an effectiveness test mode and fade & recovery test mode. Friction coefficients and temperature variations are measured under a variety of decelerations and speeds in the effectiveness test mode. In the fade & recovery test, Variations of friction coefficients among different combination of pads and rotors are compared, and the different friction behaviors among different materials are explained by the thermal characteristics of fibers and resin used for the pads. The friction coefficient turned out to be mainly determined by the pad material than the rotor material, and pads made of aramid fiber had a high friction coefficient throughout wide range of temperatures, while pads made of acrylic fiber had a low friction coefficient, especially under high temperatures. Temperature change during braking process was directly related to the initial speed only, and was indifferent to materials or decelerations imposed. The friction coefficient tended to decrease with increase in rotor speed, and varied on the rotor materials. Under the same rotor speed, friction coefficient was smaller for higher deceleration rates for all the cases tested. In the fade test, friction coefficients decreased with an increase in the number of fade brakings, up to the 3rd or 4th time, but the friction coefficients became stabilized or even increased thereafter. The initial fade effect is attributed to the pyrolysis of phenol resin used as the binder in the pad, and the increase of friction coefficient after 4th brake time is thought to be due to the oxidized metallic components, which help in cleaning the surface and making a new friction surface. The different behavior in the fade test between aramid and acrylic fiber pads can be explained by the thermogravimetric analysis of each polymer. In the recovery process, the friction coefficient in the aramid fiber pad was higher than the in acrylic fiber pad, which is closely related to the thermal characteristics of the fibers and resin used for the pad. The composition of the transfer films was mostly C, Fe, O, Cu, Ti and Si. In the transfer film, the percentage of Fe content increased closer to the matrix, while percentages of C and O increased closer to the friction surface. The surface roughness value in the acrylic fiber pad after the friction test was higher than in the aramid fiber pad.
Automotive friction materials must satisfy a certain set of expectation such as high and stable friction, low noise and vibration, low wear rates, under variety of operating temperatures, humidities, speeds and deceleration rates. Since any single material has not been found to meet all these requirements, commonly used friction materials are in the form of composite materials which combine ten to twenty different material components. These components which are mixed, compressed and baked to form a final product can be classified into several components depending on their functions, such as fibers, binders, lubricants, abrasives and filler materials. Fibers are used mainly for the material reinforcement, and sometimes for the thermal stability, and the metal fiber, aramid fiber, acrylic fiber and ceramic fibers has been recently used instead of conventional asbestos fiber which caused environmental problems. Binders in the form of resins such as phenolic resin and epoxy resin are frequently used. For the lubricant, graphite and MoS₂ are used to prevent micro stick to the rotor. Abrasives are used to increase the friction by cleaning the surface of the rotor and making a new friction surface. Filler materials used are either organic such as cashew or rubber, or inorganic such as BaSO₄ or CaCO₃ which reduce wear. Metal powder such as Cu, Fe or Al are sometimes used as a filler material to increase friction. In this study, two kinds of pad materials with different fiber contents, aramid fiber and acrylic fiber are prepared by FRIXA Co. in an attempt to investigate their influence on friction characteristics. Each specimen contains either 4.8% of aramid or acrylic fiber, while keeping all other components constant. These two specimens were rubbed against two cast iron rotors with different components, FC25 and FC17, using a 1/5 scale dynamometer under the modified JASO C406-P1 test mode, which has an effectiveness test mode and fade & recovery test mode. Friction coefficients and temperature variations are measured under a variety of decelerations and speeds in the effectiveness test mode. In the fade & recovery test, Variations of friction coefficients among different combination of pads and rotors are compared, and the different friction behaviors among different materials are explained by the thermal characteristics of fibers and resin used for the pads. The friction coefficient turned out to be mainly determined by the pad material than the rotor material, and pads made of aramid fiber had a high friction coefficient throughout wide range of temperatures, while pads made of acrylic fiber had a low friction coefficient, especially under high temperatures. Temperature change during braking process was directly related to the initial speed only, and was indifferent to materials or decelerations imposed. The friction coefficient tended to decrease with increase in rotor speed, and varied on the rotor materials. Under the same rotor speed, friction coefficient was smaller for higher deceleration rates for all the cases tested. In the fade test, friction coefficients decreased with an increase in the number of fade brakings, up to the 3rd or 4th time, but the friction coefficients became stabilized or even increased thereafter. The initial fade effect is attributed to the pyrolysis of phenol resin used as the binder in the pad, and the increase of friction coefficient after 4th brake time is thought to be due to the oxidized metallic components, which help in cleaning the surface and making a new friction surface. The different behavior in the fade test between aramid and acrylic fiber pads can be explained by the thermogravimetric analysis of each polymer. In the recovery process, the friction coefficient in the aramid fiber pad was higher than the in acrylic fiber pad, which is closely related to the thermal characteristics of the fibers and resin used for the pad. The composition of the transfer films was mostly C, Fe, O, Cu, Ti and Si. In the transfer film, the percentage of Fe content increased closer to the matrix, while percentages of C and O increased closer to the friction surface. The surface roughness value in the acrylic fiber pad after the friction test was higher than in the aramid fiber pad.
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