| 【発明の名称】 |
摩擦材組成物 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲くわ▼島 秀次
【氏名】坂田 淘一
【氏名】安田 雅昭
【氏名】山名 章三
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| 【目的】 |
機械強度と摩擦特性のバランスがとれ、特に高温での摩擦係数が低下しない摩擦材を生じる摩擦材組成物を提供すること。 |
| 【構成】 |
ガラス繊維などの繊維基材、硫酸バリウムなどの摩擦調整剤、熱硬化性樹脂などの結合剤及び銅複合酸化物を含有する摩擦材組成物である。銅複合酸化物としては、銅と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等との複合酸化物があり、例えば、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２の複合酸化物がある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 繊維基材、摩擦調整剤、結合剤及び銅複合酸化物を含有する摩擦材組成物。
【請求項２】 銅複合酸化物中の銅の原子価が２を超える請求項１記載の摩擦材組成物。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車や産業機械の動力伝達、制動等の摩擦材に用いられる摩擦材組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車や産業用に用いられる摩擦材としては、一般にブレーキライニング、ディスクパッド及びクラッチフェーシングがある。これらは、従来、石綿（アスベスト）を繊維基材として使用していたが、アスベスト公害の問題から非アスベスト系摩擦材の開発が望まれている。現在、アスベストの代替材としてガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維、ロックウール、セラミック繊維、各種のスチールファイバー等の繊維基材を使用した摩擦材が開発され、一部で実用されている。そして、これらの繊維基材に摩擦調整剤、結合剤などを加えて摩擦材の強度と摩擦特性のバランスをとろうと試みられている。
【０００３】しかしながら、これらの各種材料の種類や配合量を検討しても、摩擦材の強度と摩擦特性のバランスを最適に保持するのは困難である。例えば、繊維基材としてファイバー状のものを用いた抄造法又はモールド法によるものが知られている（特開昭６１−６３７９７号公報、特開平３−２１０３３８号公報等）。この方法は、短く切った繊維基材と混和物とを混合して製造する方法（一種のモールド法）であるため、機械強度の低下が生じやすい。その他、水溶媒を用いた摩擦材の製造法としては、摩擦調整剤を繊維基材に付着しやすいように表面処理したもの（特開平３−６１７３２公報）などが提案されているが、摩擦材の強度と摩擦特性のバランスを最適に保持するという問題を解決するには至っていない。
【０００４】すなわち、高速回転時の破壊強度あるいは高負荷時の破壊強度を高めるには、結合剤量を増加すればよいが、これを増加すると、高温時に摩擦係数が低下する欠点を生じる。これを防止するには、結合剤量を減少させる方法、空隙率を高める方法あるいは摩擦調整剤量を増加する方法などがあるが、いずれも破壊強度が低下しやすく、各種特性のバランスをとること及びバラツキを小さくすることが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、機械強度と摩擦特性のバランスがとれた摩擦材を生じる摩擦材組成物を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の摩擦材組成物に銅複合酸化物を添加することによって上記目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明は、繊維基材、摩擦調整剤、結合剤及び銅複合酸化物を含有する摩擦材組成物に関する。
【０００７】本発明において、繊維基材として、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機質繊維及び芳香族ポリアミド樹脂繊維、フェノール樹脂繊維、ポリアクリロニトリル繊維等の有機質繊維が挙げられ、これらが単独であるいは相互に又は金属繊維などと組み合わされて使用される。特に、その材質を制限するものではないが、加工が容易であり、また、安価であり、汎用性があることからガラス繊維を主として用いたものが好ましい。繊維基材としては、直径が数μｍ〜数十μｍのフィラメントが集束剤で集束されたストランドが数十本まとめられたもの、あるいはこれらフィラメントが撚り合わされたものであるのが好ましい。
【０００８】繊維基材の配合量は、使用した繊維の種類により変動するが、ガラス繊維を用いる場合、その量は、摩擦特性のバランス及び制御の容易さの点で摩擦材組成物中に２５〜６０重量％含有させるのが好ましい。
【０００９】本発明において、摩擦調整剤としては、特に制限はなく、各種のものを使用することができ、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム、クレー、タルク、黒鉛、カーボンブラック、アルミナ、マイカ、螢石、ジルコニア、ヘマタイト、シリカ、硫化アンチモン、硫化鉄、硫化モリブデン、硫黄等の無機物の粉末、鉄、鉛、銅等の金属の粉末、カシューダスト、ゴムダスト、各種樹脂硬化物の粉末等の有機物の粉末、珪酸カルシウム短繊維などが用いられる。
【００１０】また、本発明に用いる結合剤としては、特に制限はなく、各種の熱硬化性樹脂組成物、ゴムラテックス及び／又はゴム溶液を使用することができる。熱硬化性樹脂組成物としては、フェノール樹脂、メチル化メラミン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂組成物が挙げられ、これらのうちフェノール樹脂組成物、メチル化メラミン樹脂組成物が好ましい。樹脂組成物の量は、繊維基材と摩擦調整剤に対する結合力並びに摩擦材の摩擦係数及び摩擦率の調整の点で一般に、摩擦材にしたときに固形分として摩擦材に対して１０〜５０重量％とすることが好ましい。また、ゴムラテックスとしては、架橋性ゴムラテックスが用いられ、例えば、ニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、クロロプレンゴムなどが挙げられる。ゴム溶液は、ＮＢＲ等の固形ゴムを有機溶剤に溶かしたものである。ゴムラテックス又はゴム溶液の量としては、得られる摩擦材に対して固形分として５〜２０重量％含有させるような量が好ましい。
【００１１】本発明における摩擦材組成物は、さらに銅複合酸化物を含有する。ここで銅複合酸化物とは、銅と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等との複合酸化物を示す。例えば、ＣｕとＢａ、Ｓｒ又はＣａとの複合酸化物、あるいはＢｉとＳｒ、Ｃａ又はＢａとＣｕとの複合酸化物、Ｙ又はＢａとＣｕとの複合酸化物、あるいはＴｌとＳｒ、Ｃａ又はＢａとＣｕとの複合酸化物が挙げられる。これらの原子比は特に限定するものではないが、銅の原子価が２を超えるものが好ましい。例えば、Ｙ、Ｂａ及びＣｕの複合酸化物の場合、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕの原子比が大略１：２：３である結晶を含有すると、これらの結晶では銅の原子価が２以上になり、かつその原子価が変化しやすいので好ましい。同様に、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ及びＣｕを主成分として含む場合、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの原子比が大略２：２：１：２又は２：２：２：３である結晶を、またＴｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ及びＣｕを主成分とする場合、Ｔｌ：アルカリ土類金属：Ｃｕの原子比が大略２：３：２あるいは２：４：３である結晶を含有すると、これらの結晶では銅の原子価が２以上になり、かつその原子価が変化しやすいので好ましい。
【００１２】銅複合酸化物の添加量は、摩擦特性のバランスの点で銅複合酸化物を除く摩擦材組成物中に０．１〜１０重量％であるのが好ましい。また、その添加方法は、粒径が数μｍ〜数十μｍの粉末として添加することが好ましい。水溶液にこれらの粉末を添加する際には、予めエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類などで表面を被覆したのち添加すれば、水との反応を抑制することができ、好ましい。
【００１３】本発明の摩擦材組成物は、上記成分の他に、必要に応じて各種の添加剤、例えば、分散剤、可撓化剤、界面活性剤などを含有していてもよい。特に、有機溶媒を使用せず、水系溶媒で混和物を作製し、これを遷移基材に含浸させて塗工紐を作製する場合には、上記のような添加剤を適切に活用することが好ましい。この場合、分散剤としては、主として水溶性高分子樹脂が用いられる。このような樹脂としては、一般に、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテルなどが用いられる。分散剤の添加量は、摩擦係数及び機械強度の点で摩擦材組成物中に１０重量％以下含有させるのが好ましく、混和物総量中では２０重量％以下とするのが好ましく、混和物中に１０重量％以下とするのがより好ましい。
【００１４】また、可撓化剤としては、水溶性高分子樹脂に対して相溶性を有し、摩擦特性に影響しない物質が好ましく、例えば、グリコール類が好適である。可撓化剤は、混和物が塗工されたプリプレグの成形加工性を向上するためのものであり、成形、後硬化時には飛散して実機の摩擦材中には極力存在しないようにするのが好ましい。好適な可撓化剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等の低級グリコールが挙げられる。その添加量は、分散剤の種類にもよるが、分散剤に対して８０〜２０重量％が好ましい。
【００１５】界面活性剤は、摩擦調整剤の分散効果及び分散剤の安定性を増強するために用いられ、特に制限はないが、効果的な界面活性剤としては、アニオン系あるいはノニオン系が好ましく用いられる。ノニオン系のポリエチレングリコールがより好ましい。界面活性剤の添加量は、通常は混和物に対して１〜２重量％が好ましい。
【００１６】含浸塗工法としては、ドクターブレード法、ロールコーター法、吹き付け法、定量ポンプによる押出塗工法、浸漬含浸法などがあるが、繊維基材に摩擦材組成物を略均一に含浸させるには、浸漬含浸法が好適である。繊維基材に摩擦材組成物を略均一に含浸させる具体的な方策としては、繊維基材を充分に開繊して摩擦材組成物のスラリー中に浸漬し、含浸させたのちこれを引き上げる方法あるいはスラリー中で揺動させ、繊維基材中に略均一に含浸させる方法などがあるが、開繊の方法及び含浸方法には、特に制限はない。
【００１７】具体的に、摩擦材を得るには、例えば次のような方法がある。結合剤である熱硬化性樹脂組成物の粉末を水又は有機溶剤に分散、溶解させる。このときに必要に応じて分散剤、可撓化剤又は界面活性剤が加えられる。次いで、摩擦調整剤及びプロピレングリコールで表面を被覆した銅複合酸化物を添加して均一な分散液を作製し、さらにゴムラテックスと固形分調整用の水あるいはゴム溶液を加えて攪拌混合して混和物を得る。結合剤としては、熱硬化性樹脂組成物、ゴムラテックス及びゴム溶液の全てを用いる必要はなく、いずれか一つを用いればよい。上記の混和物をガラスロービング等の繊維基材に均一に塗工して塗工物とし、この塗工物の揮発分を乾燥等により除去した後、環状に巻き上げて予備成形品を得る。得られた環状体を金型等に入れて熱圧成形を行い、次いで成形品を所定の加熱条件下で熱処理して樹脂を完全に硬化させて、摩擦材を得ることができる。
【００１８】上記方法において、塗工物における繊維基材と混和物との比率は、重量で繊維基材／混和物（固形分）で３０／７０〜６０／４０とするのが好ましい。混和物の付着量が多すぎると、摩擦材の機械強度が低下し、付着量が少ないと、摩擦特性が不安定になり、摩耗が増大すると共に摩擦の経日熱変化により強度が低下する。
【００１９】
【作用】本発明になる摩擦材組成物は、繊維基材、摩擦調整剤、結合剤及び銅複合酸化物を主成分として含有するものである。摩擦材に求められる性質は、摩擦性能はもちろんのこと、機械的強度、耐摩耗性等である。これらの性質が常に安定して一定の値を示すことが重要である。これらの性質のうち、破壊強度を向上させると耐摩耗性も向上するが、摩擦性能では高温時の摩擦係数が低下しやすくなる。しかし、本発明により、銅複合酸化物を添加することによって高温で結合剤あるいは有機質を含む摩擦調整剤が分解して生成するタール状物質の酸化脱水素反応を促進し、タール状物質を速やかに炭化物に変化させる。これにより高温時の摩擦係数の低下を防止できる。
【００２０】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
【００２１】なお、以下の実施例及び比較例に用いる各材料は、下記のとおりである。繊維基材は、ガラスロービング（富士ファイバーグラス製、ＦＥＲ２３１０、２．３ｇ／ｍ）である。摩擦調整剤は、酸化亜鉛（和光純薬工業製、化学用）２重量％、硫酸バリウム（堺化学製、ＢＣ）４０重量％、カーボンブラック（三菱カーボン製、＃４４）６重量％、黒鉛（英国 ABRAMWELL製）３重量％、シリカ粉（龍森製、クリスタライト）１０重量％、珪酸カルシウム短繊維（米国ＮＹＣＯ社製、商品名ウォラスナイト）２０重量％、カシュー変性フリクションダスト（カシュー株製、ＷＤ−１３５０）１４重量％及び微粉硫黄（細井化学製）５重量％をＶ型ブレンダーで均一に混合したものである。
【００２２】実施例では、上記の摩擦調整剤に下記の銅複合酸化物を添加して均一に混合した。Ｂｉ2Ｏ3、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3及びＣｕＯ（いずれも高純度化学研究所製、試薬）の粉末を原子比がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２になるように秤量し、次いでこれを混合した後、大気中８７５℃で５０時間焼成後、乳鉢で粗粉砕し、次いでボールミルで微粉砕して平均粒径３μｍの銅複合酸化物を得た。この銅複合酸化物中の銅の原子価は、公知の方法で滴定したところ２．１５であった。
【００２３】結合剤としての熱硬化性樹脂組成物は、ノボラックフェノール樹脂（日立化成工業製、ＨＤ−４９１、ヘキサミン７重量％含有）５０重量％及びメチル化メラミン樹脂（日本カーバイド製、Ｓ−２６０）５０重量％をＶ型ブレンダーで混合して均一にしたものである。ゴムラテックスは、ＮＢＲラテックス（日本ゼオン製、ＬＸ５１３、固形分４５重量％）及びゴム溶液は、ＮＢＲ固形ゴム（日本ゼオン製、Ｎｉｐｐｏｌ１０４１）をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びトリクレン（トリクロロエチレン）のそれぞれの溶媒で１５重量％の溶液に調整した。
【００２４】分散剤としては、ポリビニルアルコール（和光純薬工業製、重合度１５００）の１０重量％水溶液を用いた。可撓化剤としては、エチレングリコール（和光純薬工業製、化学用）を用いた。界面活性剤としては、ポリエチレングリコールノニルフェノール（花王化学製、エマルゲン９１０）を用いた。溶媒は、水としてイオン交換水を、ＭＥＫとして和光純薬工業製の試薬一級品を用いた。
【００２５】上記した材料を表１に示す配合表に従って次の順序で混合し、混和物を作製した。すなわち、実施例１〜４と比較例１のものは、分散剤のポリビニルアルコール水溶液に熱硬化性樹脂組成物、可撓化剤及び界面活性剤を添加し、高速ミキサーで攪拌混合し、均一な溶液とした。次いで、実施例１〜４のものは、摩擦調整剤と銅複合酸化物を、また、比較例１のものは摩擦調整剤のみを加えて攪拌し、均一に分散させた。一方、実施例５のものは、熱硬化性樹脂組成物に摩擦調整剤と銅複合酸化物を、また、比較例２のものは、熱硬化性樹脂組成物に摩擦調整剤を加えて攪拌し、均一に分散させた。その後、攪拌をプロペラ攪拌に変え、ゴムラテックス又はゴム溶液を加えて攪拌しながら、固形分調整用の溶媒を固形分が５０重量％となるように加えて所定配合の混和物を得た。
【００２６】次に、上記で得た混和物に表２に示す量のガラスロービング（繊維基材）を浸漬含浸して所定量の混和物を付着させ、そのまま熱風乾燥機で表２に示す条件で乾燥して混和物の付着した塗工紐を得た。この塗工紐をスキャッタ巻き機にかけて、外径が２００mm及び内径が１３０mmの円環状の予備成形品を得た。この予備成形品を金型に入れ、１６０℃で１０分間、４．９×１０6Ｐａ（５０kgf/cm2）の圧力で熱圧成形し、次いで２０５℃で４時間の熱処理をして樹脂を後硬化させた後、両面を研磨して厚さ３．５mmの摩擦材を得た。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】各実施例及び各比較例で作製した塗工紐及び摩擦材について下記の評価を行い、結果を表３に示した。
（ａ）塗工紐の乾燥性塗工紐をそれぞれ１７０℃の乾燥機で３０分間乾燥し、揮発分を求めた。
（ｂ）塗工紐の外観目視で観察した。
（ｃ）塗工紐内の混和物分布塗工紐約１ｍを縦に裂き、表面部と内部の混和物の分布を目視で観察して評価した。
【００３０】（ｄ）摩擦材の外観目視で観察した。
（ｅ）摩耗率及び摩擦係数摩擦材から一部を切り出して試験片を作り、ＪＩＳ−Ｄ４４１１に定める定速度摩耗試験機に取り付けて運転し、押し付け圧力４．９×１０5Ｐａ（５kgf/cm2）で３５０℃における摩耗率（cm3/kgf・ｍ×１０-7）及び摩擦係数を測定した。
（ｆ）バースト強度摩擦材を回転破壊強度試験機に取り付け、雰囲気温度２００℃で５分間、２５００回転／分で回転させ、次いで毎秒１００回転の速さで回転数を上昇させ、破壊時の回転数を調べた。
【００３１】
【表３】
【００３２】表３に示した結果から分かるように、銅複合酸化物を添加した実施例で得られた摩擦材は、バースト強度及び摩耗率が良好で、かつ高温での摩擦係数が低下しにくい。一方、比較例で得られた摩擦材では、バースト強度及び摩耗率においては実施例のものと変わらず良好であるが、高温での摩擦係数が実施例のものと比べて低くなっている。したがって、本発明に実施例になる摩擦材は、強度、摩耗性及び摩擦特性のバランスのとれた優れたものである。なお、実施例で得た摩擦材は、ジャダー性も比較例に比べて改善されており、良好であった。
【００３３】
【発明の効果】本発明の摩擦材組成物を用いて作製された摩擦材は、銅複合酸化物が添加されていることにより高温で生成するタール状物質を速やかに酸化して炭化物とすることができ、その結果、バースト強度及び摩耗性を損なうことなく、高温での摩擦係数の低下を防止することができる。したがって、本発明の摩擦材組成物は、自動車や産業機械における動力伝達装置、制動装置等の摩擦材に好適である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４４５５
【氏名又は名称】日立化成工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成５年（１９９３）６月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】若林 邦彦
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| 【公開番号】 |
特開平７−１２１５９ |
| 【公開日】 |
平成７年（１９９５）１月１７日 |
| 【出願番号】 |
特願平５−１５５１３５ |
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