브레이크마찰재 개요

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  • (1) 마찰재의 정의
브레이크 마찰재란 차륜 또는 기계의 작동을 마찰재와 대하는 면(드럼 또는 디스크)의 마찰력에 의해 감속 또는 제동(BRAKE)및 전달(CLUTCH)시키는 역할을 하는것으로서 이 때의 운동(주행)에너지를 마찰로 인하여 발생하는 열 에너지로 전환시켜주는 장치를 말한다.

  • (2) 마찰재의 역사
1900년 초에 면직물에 고부 또는 아스팔트를 함침시켜 만든 WOVEN계가 최초의 마찰재로 사용되었으며, 그 후 1906년 부터는 열안정성이 우수한 ASBESTOS가 주성분으로 이루어진 브레이크 라이닝을 제동장치에 처음으로 사용하였고,1927년 PHENOL RESIN이 개발되면서 1960년대부터 RESIN MOLD계의 마찰재가 본격적으로 생산되기 시작하였다.
1980년대 후반 석면이 미국 환경 보호국(EPA)에 의해 발암 물질로 판명(청석면, 황석면)되면서 각종 제품에 규제를 받자 탈석면화를 꾀하기 위해 석면 대체 물질의 개발이 시작되었고, 다양한 소비자의 품질 욕구와 만족을 위한 품질 향상을 위해, 특히 환경문제의 고조로 반금속성 마찰재(SEMI METALIC:금속분 30%이상 ), 저금속성 마찰재(LOW MWTALIC: 금속분30%이하), 비석면계 유기질(NON-ASBESTOS ORGANIC:NAO)등으로 꾸준히 개발, 발전되어왔다. 그 사용 범위는 자동차를 위시하여 산업기계, 철도차륜, 항공기, 선박등에 널리 사용되고 있으며 그 사용량은 매년 증가하고 있다.

  • (3) 마찰재의 구조
마찰재는 크게 무기재료와 유기재료로 구분되는데 유기 마찰재는 주로 섬유를 기본으로하여 첨가제를 분산한것을 결합제로 응고 시킨것이며, 무기 마찰재는 제법상 원료 분말전체를 융해 못하게해서 분말 표면을 결합하기 위해서 내부에 비교적 균일하게 공간을 존재하게끔 되어있는데 그 공간의 결함, 즉 PROPIRY가 재료의 특성에 중대한 영향을 준다.
일반적인 마찰재의 구성은 크게 다음과 같다.

  • 1) MATRIX (모체, 구성체) 2) BINDER(결합제)
  • 3) FILLER(충진제) 4) EXTENDER(보강제,협력제)


  • (4) 마찰재의 성능 결정 인자
1) 원료의 종류와 특성
2) 조성비 (각 재료의 배합비)
3) 제조 공정 조건 (성형온도, 압력, 시간, 열처리조건등)

다시말해서 어떠한 원료를 어떻게 혼합하여 어떠한 공정 조건으로 제조하였느냐가 중요하다.또 일정한 재질에 대해서는 상기의 3개 인자가 다 일치하지 않으면 안된다. 원료의 종류와 특성은 마찰재의 성능을 결정하는데 대단히 중요하다. 예를 들어 내열성이 적은 결합제를 사용해서 여러 조성과 공정조건을 변경시켜 연구해보아도 마찰재의 내열성 스스로 한도가 있기 때문에 내열성이 우수한 결합제를 개발하는 것이 가장 중요하다는 것이다. 특성이 좋은 원료를 개발한다는 것은 좋은 마찰재를 만든다는 것이다.

  • (5) 마찰재의 요구 성능
1) 안정성
① FRICTION LEVEL
브레이크 마찰재는 자동차가 제동될 수 있는 일정 수준의 마찰계수를 가져야하나 차종마다 그 고유의 제원이 있는 까닭에 브레이크 설계시 그 고유의 마찰계수 값을 결정해야 한다.

② FRICTION STABILITY
가) SPEED SPREAD & G-SPREAD
마찰 속도 및 제동 감속도에 의한 마찰계수의 변화가 적을수록 좋다.
고속에서의 SPEED SPREAD가 큰 브레이크는 대단히 위험하다.
나) WATER RECOVERY
마찰면에 물이 침입되어 마찰계수가 저하한 후 마찰계수가 회복하는 것을 말하며 회복이 너무 높은 OVER RECOVERY가 되지 않는 것이 좋다.
다) EARLY MORNING SICKNESS (조변효과)
마찰면에 적당한 양의 수분 존재시 마찰계수가 이상하게 높아지는 현상으로 수회의 브레이크 사용에 수분이 차차 날아가 버리고 마찰계수는 원 상태로 돌아오지만, 수분이 어느정도 이상이되면 물이 윤활작용을 하게 되므로 마찰계수는 저하한다.(특히, 세미메탈릭 재질)
라) STABILITY IN MILEAGE (경시효과)
사용중 효과가 변하는 것으로서 마찰재의 표면상태의 변화 또는 브레이크 사용중 열흡습에 의한 마찰재의 변질을 말하는 것으로서 일반적으로 표면이 경화되어 반질반질 윤이 난다.

③ FADE & RECOVERY
가) FADE
고속 주행시 제동을 걸면 브레이크가 흡습하는 마찰 에너지는 상당히 크기 때문에 이것이 모두 열이 되어 마찰재와 드럼 또는 디스크의 온도를 상승시켜 마찰계수가 저하된다. 따라서, 고속 주행시에 반복해서 급제동을 하게되면 똑같은 브레이크 폐달을 밟는 힘에 대해서도 감속도는 점차 저하되고 같은 감속도를 유지하려면 브레이크 페달을 밟는 힘이 커지게 되는데 이러한 현상을 FADE현상이라 부른다. 일반적으로 드럼 브레이크가 드럼 내부에 열이 축적됨으로서 발열성이 떨어지기 때문에 내부가 OPEN된 디스크 브레이크보다 FADE현상이 심하다.
나) RECOVERY
FADE후 온도조건이 되돌아 왔을때 저하된 마찰계수를 빠른 시간내에 회복시켜야 안정적인 제동을 할 수 있는데 이러한 현상을 RECOVERY현상이라 부른다.

④ 기계적강도
브레이크마찰재는 SHOE(LINING),BACK PLATE(PAD)에 부착시켜 사용하는데 부착방법은 접착제, 리벳 또는 볼트등 기계적으로 부착시키는 방법과 SHOE 또는 BACK PLATE와 마찰재를 동시에 성형하는 방법등이 있는데 브레이크 사용중 마찰재의 이탈 내지는 손상될 경우가 있으므로 필히 접착강도 및 접착면에 대해 신중을 기해야 한다.

2) 내구성
① 마모
마찰재의 내마모성은 상대 마찰면 온도, 속도, 마찰상대면의 상태등에 따라 변화하는데 온도에 따라 마모가 급증하는 것은 일반적으로 브레이크 마찰재에 사용하는 결합제의 내열 한계온도로 생각되어지는데 250~300℃를 넘으면 마모는 더 빨라진다.결국 마찰 속도가 높으면 마모는 증가한다. 이 원인은 마찰온도의 상승과 마찰재료의 내구성 파괴 때문으로 여겨진다.
마찰 상대면의 상태는 마모에 크게 영향을 준다. 특히 상대면에 홈, 균열등이 있으면 마모는 더 빨라지며 취부 구조상 문제로 인한 국부 마찰은 전체 열 확산으로 퍼져 CARBONIZATION화 되어 급속한 조기 마모 현상이 발생된다.

② 상대면 손상
마찰재료의 성질이 다르고 마찰면이 모래등 이물질의 침입이 주 원인일 수 있는데 그 형태로는 SCORDING(마찰방향으로 파열),HEAT CRACK(마찰 방향과 직각 방향으로 파열),HEAT SPOT(마찰 상대면의 국부적인 손실) GROVING(요철현상)등이 있다.

③ 불쾌감 유,무
가) SQUEAL
마찰로 인해서 발생되는 진동음으로써 그 주 원인은 SHOE와 DRUM간의 공진이며, 제동감속도의 차이에서 발생하다.주로 1000㎐이상의 고주파에서 발생(끽~끽)
나) JUDDER
브레이크 작동시에 느껴지는 큰 진폭의 저주파수(10㎐~30㎐)진동으로서 차체 및 조향장치에서 발생되어 차축, 현가장치, 조향장치, 제동장치등을 통하여 차체와 핸들의 떨림현상으로 운전자에게 전달된다.(더르륵)
다) FEELING
브레이크 사용시 감도가 적고 부드러워야 한다 이는 마찰재의 마찰특성과도 관계가 있다.