JPH0125926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は自動車、鉄道車輌及び各種産業機械の
ブレーキライニング、デイスクパツド、クラツチ
フエーシング等に使用する際に有用な摩擦材に関
する。 更に詳しくは、摩擦材を構成する繊維成分とし
て、耐熱性を有しかつ、耐薬品性に優れた特定構
造の芳香族ポリアミドからなる繊維を配合してな
る摩擦材である。 近年、車輌の大型化、高速化といつた使用条件
の苛酷化に伴なつて、ブレーキライニング、デイ
スクブレーキ用パツド、クラツチフエーシングな
どに要求される性能もますます高度なものになり
つつある。 すなわち摺動時に単に高い摩擦係数を有するこ
とだけでなく、摺動面の温度、速度、圧力等の変
化に対応して安定した値をもつことが必要であり
更に寿命の長いことや摺動中の異常音発生のない
こと、耐熱性の良いことなど多くの性能が要求さ
れる。 現在、摩擦材を構成する繊維成分としては石綿
が主として使われているが、石綿を主体として製
造された摩擦材は高温時の摩擦係数の急激な低下
（フエード現象）や、摩耗率の上昇という大きな
欠点があり、前記した高度な要求に応えられなく
なつている。これら、石綿を主体として製造され
た摩擦材の欠点を補うために種々の提案がなされ
ており、摩擦材を構成する繊維成分として、ある
種の芳香族ポリアミド繊維を使用することは公知
である。 例えば、特開昭53−130742号公報にはポリメタ
フエニレンイソフタルアミド繊維をガラス繊維と
共に使用することが開示されており、又、我々は
特開昭54−118448号公報にて、「繊維質を基材と
する摩擦材において、５〜70重量％の芳香族ポリ
アミド繊維を含み、結合材、摩擦性能向上剤を加
えて抄紙した紙を基材として、これにフエノール
系樹脂を合浸せしめた後、加熱加圧して成型した
摩擦材」を提案し、芳香族ポリアミド繊維の例と
して、ポリメタフエニレンイソフタルアミドやポ
リパラフエニレンテレフタルアミドを開示した。
しかし、前記特開昭53−130742号公報や特開昭54
−118448号公報に記載されている摩擦材は、高温
時における摩擦特性、耐摩耗性には優れているも
のの高温時における機械的強度（例えばクラツチ
フエーシングにおける回転破壊強度）が未だ充分
でなく、使用と共に低下する度合が大きいという
欠点があつた。 我々は、高温時における優れた摩擦特性、耐摩
耗性を保持しつつ、かつ高温時における機械的強
度の改良された摩擦材を開発すべく、芳香族ポリ
アミドについて更に検討を続けた結果、(1)特定の
構造単位を有する芳香族ポリアミドから得た繊維
が、ポリメタフエニレンイソフタルアミド繊維や
ポリパラフエニレンテレフタルアミド繊維に比べ
て耐アルカリ性や耐酸性等の耐薬品性に優れてい
ること、(2)前記特定の構造単位を有する芳香族ポ
リアミドから得た耐薬品性に優れた繊維を配合し
てなる摩擦材は、高温時における摩擦特性、耐摩
耗性に優れているのはもちろんのこと、機械的強
度にも優れていること、を知見し本発明を完成し
たものである。 すなわち、本発明は、 (i) 芳香族ポリエーテルアミド繊維 10〜80重量％ (ii) 摩擦性能調整剤 １〜40重量％ (iii) 熱硬化性樹脂 10〜40重量％ を主たる配合成分とする摩擦材である。 以下、本発明の各構成要素について説明する。 重合体 本発明で使用する芳香族ポリエーテルアミド繊
維は、下記の(1)〜(4)によつて表わされる繰り返し
単位からなる重合体によつて構成される。 Ar₁、Ar₂、Ar₃Ar₄及びAr₅はメタフエニレン
基又はパラフエニレン基であつて、これらは同一
の基でもよく、相異なる基でもよい。 式(1)〜(4)中のR₁、R₂、R₃、R₄、R₅は同一でも
相異なつても良く、炭素数５以下のアルキル基又
は水素原子である。 好適なAr₁、Ar₂、Ar₃はそれぞれパラフエニレ
ン基であり、Ar₄およびAr₅はいずれか一方がパ
ラフエニレン基で他方がメタフエニレン基である
ことが好ましい。このような芳香族ポリエーテル
アミドは、パラフエニレンジアミン、３，4′−ジ
アミノジフエニルエーテル及びテレフタル酸クロ
ライドから誘導される。 以上の芳香族性炭素環残基には炭素原子に置換
基を結合していても良い。例えばハロゲン基（例
えば塩素、臭素、フツ素）、低級アルキル基（例
えばメチル、エチル基、イソプロピル基、ノルマ
ルプロピル基）、低級アルコキシ基（例えばメト
キシ基、エトキシ基）、シアノ基、アセチル基、
ニトロ基等が挙げられ、就中、塩素基及びメチル
基が好ましい。 尚本発明で用いる繊維は主として前記式(1)〜(4)
によつて表わされる繰返し単位よりなる重合体よ
り作るが、これら繰返し単位のモル数の関係は、 実質的に(1)＋(4)＝(2)であり、 (1)＋(2)＋(3)＋(4)＝100モル％とするとき、(3)＝
０〜90かつ(4)＝50〜５モル％である。好ましくは
(4)＝30〜10モル％である。 前記重合体は前記(1)〜(4)で表わされる繰返し単
位に対応するジアミン、ジカルボン酸誘導体、ア
ミノカルボン酸誘導体を所定の割合で反応させる
ことによつて得られる。ジカルボン酸誘導体とし
ては、ジカルボン酸ハライド特にジカルボン酸ク
ロライドを用いるのが好ましい。またアミノカル
ボン酸としては、アミノカルボン酸ハロライドハ
イドロハライド塩例えばアミノカルボン酸クロラ
イド塩酸塩を用いるのが好ましい。これらの単量
体から、例えば溶融重合法、固相重合法、界面重
合法、溶液重合法等公知の重合方法で重合するこ
とにより重合体を得ることができる。中でも溶液
重合法が好ましい。 重合体の製造に際し、重合前、重合途中、重合
後に各種の添加剤を添加することができる。 添加剤としては、重合反応により副生するハイ
ドロハライドを中和するために及び／又は重合体
の溶解を容易にするための無機化合物例えば塩化
リチウム、炭酸リチウム、酸化カルシウム、水酸
化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム
などが挙げられる。 更に必要に応じて末端停止剤、光安定剤、架橋
剤などを添加することができる。 繊維の製造及び性質 本発明において使用する繊維は、前記重合体を
溶解せしめた溶液を脱泡、過後、水性凝固液中
に紡出し、洗浄、乾燥、熱延伸を行うことによつ
て得られる。重合体の溶媒としては、テトラメチ
ル尿素、ヘキサルメチルホスホルアミド、Ｎ，Ｎ
−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどの非
プロトン系アミド系極性溶媒が好ましい。 重合体溶液の紡出は凝固液中で行つてもよい
し、あるいは、一度気体中に紡出させその後凝固
液中に導びく方法すなわち、ドライジエツト湿式
紡糸法で行なつても良いが、ドライジエツト湿式
紡糸法が好ましく用いられる。 また熱延伸は250℃以上600℃以下の温度におい
て２倍以上の延伸倍率で行うことが好ましい。 高強力で高モジユラスのKevlar に代表され
る直線配位性芳香族ポリアミドは、紡糸した後乾
燥し熱処理を施すことなくそのまゝ摩擦材用とし
て使用されたり、また、紡糸、乾燥の後例えば
200℃以上一般には300℃以上の温度で緊張下ある
いは弛緩状態で熱処理することによつてさらに強
力、モジユラスを向上させた後摩擦材として使用
されることもある。 しかしながら直線配位性芳香族ポリアミド繊維
の耐薬品性は、本発明に用いる特定構造を有する
芳香族ポリエーテルアミドからなる繊維の耐薬品
性よりも劣る。 例えばポリパラフエニレンテレフタルアミドの
ような直線配位性芳香族ポリアミドからなる繊維
は200℃以上の温度において弛緩熱処理あるいは
延伸倍率1.5倍以下の緊張熱処理しかできないの
に対して、本発明に用いる特定構造を有する芳香
族ポリエーテルアミドからなる繊維は200℃以上
の温度において２倍以上好ましくは５倍以上に熱
延伸され、高い強度と高いモジユラスを発現する
とともに高い耐薬品性を示すようになる。 例えば10重量％のカセイソーダ水溶液に95℃で
10時間浸漬した場合の強力保持率を比較すると、
直線配位性芳香族ポリアミドであるポリパラフエ
ニレンテレフタルアミド繊維（Kevlar−29 ）
は約20％であり、それをさらに緊張熱処理したと
ころの繊維（Kevlar−49 ）は約60％であるの
に対して本発明に用いる繊維の強力保持率は約95
％以上であり非常に優れている。 又、20重量％の硫酸水溶液に95℃で20時間浸漬
した場合の強力保持率はそれぞれ次のとおりであ
つた。 Kevlar−29 15％ Kevlar−49 50％ 本発明で使用する繊維 97％ 本発明に用いられる繊維のこのような優れた耐
薬品性は、該繊維を構成する重合体の組成と200
℃以上の温度で２倍以上に熱延伸することにより
発現される。 一方摩擦材、例えば自動車のデイスクブレーキ
のデイスクパツドは補強用の裏金と接着して使わ
れるが、デイスクパツドと補強用裏金との接着面
から発生する錆によつてデイスクパツドが裏金か
らはく離するという問題を防止する為に、デイス
クパツドは、ある程度アルカリ性を示すようにそ
の組成が選ばれることがある。 又、湿式抄紙法により紙状物を作り、この紙状
物を加工して例えばクラツチフエーシング用摩擦
材を製造する方法も知られているが、この場合、
充てん材、摩擦性能調整剤等が抄紙全網から漏洩
するのを少くする為に定着剤として硫酸バンドを
使用することが多い。この場合にはクラツチフエ
シング用摩擦材は酸性を示すようになる場合があ
る。従つて、摩擦材を構成する繊維として耐アル
カリ性、耐酸性等の耐薬品性に優れた本発明の繊
維を使用する事は非常に大きな意味を持つ事にな
り、特に高温時における機械的性質の優れた摩擦
材を得ることができるのである。 本発明に使用する繊維の単糸繊度は0.5〜15デ
ニール、好ましくは１〜10デニールである。又、
繊維は切断して短繊維として使用するのが好まし
く、この場合繊維の長さは、繊維の単糸繊度、摩
擦材中の割合、摩擦材の製法などにより大きく異
なるが、100mm以下、好ましくは60mm以下である。 また、本発明の繊維と他の繊維とを必要に応じ
て混合して使用することもできる。この場合、他
の繊維としてアスベスト繊維、ガラス繊維、セラ
ミツク繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、チタン
酸カリウム繊維、酸化チタン繊維、ボーキサイト
繊維、カヤナイト繊維、ホウ素系繊維、マグネシ
ア繊維、ロツクウール、鉱滓綿、金属繊維、石こ
う繊維、ドーソナイト繊維等の無機質繊維；木
綿、羊毛、麻、レーヨン、芳香族ポリアミド繊
維、炭素繊維、フエノール繊維等の非溶融性有機
繊維が挙げられる。 本発明において使用する繊維と他の繊維とを混
合使用する場合の混合割合は、用途、要求特性に
よつて選定されるべきである。 又、本発明に使用する、特定構造を有する芳香
族ポリアミド繊維からの繊維を乾式又は湿式で剪
断力により繊維の一部又は大部分をフイブリル化
せしめてた後、使用に供することもできる。 更に、芳香族ポリアミドからなるパルプ状粒子
を混合して使用することもできる。 摩擦材の製造 本発明の摩擦材の製造に際しては公知の方法を
採用することができる。 例えば、繊維成分、摩擦性能調整剤、及び熱硬
化性樹脂を充分混合したものを仮成型し所定の金
型に入れ、50Kg／cm²以上好ましくは100Kg／cm²以
上の圧力で成型温度130〜290℃好ましくは170〜
250℃で成型する。成型したものは冷却したのち
研磨機にかけて仕上げする。また成型した後、金
型からとり出した状態で熱硬化性樹脂の硬化反応
を完了させるなどの目的で熱処理してもよい。 また特にクラツチフエーシングを製造する際に
は、繊維成分と摩擦性能調整剤を水に均一にして
混合分散した後、順に抄紙、熱硬化性樹脂の含
浸、予備乾燥、加圧加熱成型、クランクプレス等
による打抜き等の工程を経て製造する方法もあ
る。 更には、繊維成分と摩擦性能調整剤とを配合
し、周知のヤーン製造法によつてヤーンとした
後、順に熱硬化性樹脂の含浸、予備乾燥、ループ
状に巻き取り、加圧加熱成形、熱処理等の工程を
通して製造する事もできる。 更に、繊維成分と摩擦性能調整剤を配合し、周
知のフエルト製造法によりフエルト状となした
後、熱硬化性樹脂の含浸、予備乾燥、加圧加熱成
形、打抜き等の工程を通して製造する方法もあ
る。 本発明の摩擦材製造に際して使用する摩擦性能
調整剤としては次のようなものが挙げられる。 アルミナ、シリカ、タルク、カオリン、雲母、
酸化クロム、酸化マグネシウム、酸化チタン等の
金属酸化物；銅又は銅合金、亜鉛、鉄、アルミニ
ウム等の金属；硫酸バリウム、生石灰、リン酸カ
ルシウム、弗化カルシウム、カーボランダム等の
無機化合物；粘土、緑柱石、ムライト、クロム鉄
鉱等の鉱物；陶磁器粉末など砥粒的摩擦性能調整
剤やフリクシヨンダストと言われている硬化した
樹脂の粒子；ゴムの粉末；カーボンブラツク；黒
鉛等の非砥粒的摩擦性能調整剤が使用できる。
又、本発明の摩擦材の製造に際して使用する熱硬
化性樹脂としてはフエノール系、メラミン系、尿
素系、エポキシ系、ポリイミド系等が挙げられる
が、フエノール樹脂系が多く用いられる。 フエノール樹脂の場合、ノボラツク形フエノー
ル樹脂、レゾール形フエノール樹脂及び変性フエ
ノール樹脂例えば、メラミン変性フエノール樹
脂、クレゾール変性フエノール樹脂、カシユー変
性フエノール樹脂等で、液状又は固体状の物が利
用できる。 次に、本発明の摩擦材を製造するに当り、繊維
成分、摩擦性能調整剤及び熱硬化性樹脂の配合割
合について述べる。 全配合剤中に占める繊維成分の割合は10〜80重
量％であり好ましくは20〜70重量％である。 同様に摩擦性能調整剤の総和は１〜40重量％で
あり好ましくは５〜20重量％である。 又、熱硬化性樹脂は10〜40重量％であり好まし
くは15〜35重量％である。 以下実施例により本発明を詳述する。 尚、部または％は特に断らない限り、重量基準
である。 実施例 １ パラフエニレンジアミン25mol％、３，4′−ジ
アミノジフエニルエーテル25mol％、テレフタル
酸クロライド50mol％を用いて、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン中で重合した後、水酸化カルシウム
で中和し、芳香族ポリエーテルアミドの濃度が６
％の紡糸用溶液を得た。この溶液を孔径0.2mm、
孔数1000の紡糸用ノズルから一旦空気中に押し出
し約２cmの空気層を通過せしめた後、水性凝固液
中に導き、引き続き水洗浴中で充分に洗浄した
後、乾燥ローラーで乾燥した。乾燥した繊維は
510℃の熱板上で11.0倍に延伸し油剤をつけて巻
き取り、単糸繊度1.5デニール、引張強度430Kg／
mm²、初期モジユラス7.5×10³Kg／mm²の繊維を得
た。 かくして得た繊維を51mmの長さに切断して摩擦
材用の繊維とし下記によりクラツチフエーシング
を作成した。 前記芳香族ポエーテルアミド繊維 40部 長繊維石綿（ケベツク・スタンダード３クラス）
10部 上記２成分を解綿してフエルト状となし、該フ
エルトにフエノール樹脂と摩擦性能調整剤との混
合液体を含浸し乾燥機で温度120℃、時間40分間
乾燥した。前記フエルト50部に対しフエノール樹
脂20部摩擦性能調整剤30部が含浸されていた。 次いで、これをスリツターで幅20mmのテープに
切断し、このテープの周囲には黄銅線を一端から
他端へ向つてらせん状に巻きつけておき、これを
うず巻状に巻いた後、金型に入れてプレスで温度
160℃、圧力170Kg／cm²、時間６分間プレスして取
出し、更に温度200℃で60分間加熱後研磨してク
ラツチフエーシングを得た。 かくして得たクラツチフエーシングの性能は表
１のとおりであつた。

【表】 尚、表１において摩擦係数及び摩耗率は
JISD4311に基づいて実施した。 また回転破壊強度は、外径200mm、内径130mm、
厚さ3.5mmの試料を200℃で24時間放置後温度200
℃の雰囲気で増速回転し、破壊時の回転数を測定
した。 比較例 １ 実施例１において、芳香族ポリエーテルアミド
繊維の代りに、ポリパラフエニレンテレフタルア
ミド繊維（duPont社Kevlar−29 ）を使用する
以外は実施例１と全く同様に実施してクラツチフ
エーシングを得た。このクラツチフエーシングの
摩擦係数、摩耗率は実施例１の場合とほとんど同
じで良好であつたが、回転破壊強度は16000r・
ｐ・ｍと劣つていた。 比較例 ２ 実施例１において、芳香族ポリエーテルアミド
繊維の代りに長繊維石綿を使う以外は実施例１と
全く同様に実施してクラツチフエーシングを得
た。 得られたクラツチフエーシングの性能を表２に
示した。

【表】 200℃における摩耗率、回転破壊強度が不充分
であつた。 実施例 ２ パラフエニレンジアミン15mol％、3.4′−ジア
ミノジフエニルエーテル15mol％、クロルパラフ
エニレンジアミン20mol％、テレフタル酸クロラ
イド50mol％を用いて、Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドン中で重合した後、水酸化カルシウムで中和し
重合体の濃度が６％の紡糸用溶液を得た。 この溶液を用いて、実施例１と全く同様にして
繊維を得た。得られた繊維は単糸繊度1.5デニー
ル、引張強度395Kg／mm²、初期モジユラス9.7×
10³Kg／mm²であつた。 かくして得た繊維を５mmの長さに切断し摩擦材
用とした。 (1) 上記芳香族ポリエーテルアミド繊維 30部 (2) 短繊維石綿 15部 (3) フエノール樹脂 20部 (4) カシユー粉末 15部 (5) 硫酸バリウム 10部 (6) 粉末充てん材無機質 10部 前記(1)〜(6)を均一混合して得た混合物を予備成
型し次いで金型に入れ、170℃、230Kg／cm²、５分
間の条件で圧縮成型した後、更に190℃の熱風炉
中で５時間熱処理し、フエノール樹脂の硬化反応
を完全なものとした。 かくして得た摩擦材の性能は表３のとおりであ
りいずれも良好であつた。

【表】 表３において、曲げ強さは、摩擦材を200℃で
24時間熱劣化処理した後、室温迄冷却し
JISD4311に規定されている方法で測定したが、
200℃−24時間の熱化化処理を経ても６Kg／mm²の
曲げ強度を示し、機械的強度は充分であつた。 比較例 ３ 実施例２において、芳香族ポリエーテルアミド
繊維の代りにポリパラフエニレンテレフタルアミ
ド繊維（duPont社、Kevlar ）を使用する以外
は実施例１と全く同様に実施して摩擦材を得た。 かくして得た摩擦材の摩擦係数及び摩耗率は実
施例２の場合とほとんど同じで良好であつたが、
実施例１の場合と同様の方法で測定した曲げ強さ
は４Kg／mm²と劣つていた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i) 芳香族ポリエーテルアミド繊維
   10〜80重量％ (ii) 摩擦性能調整剤 １〜40重量％ (iii) 熱硬化性樹脂 10〜40重量％ を主たる配合成分とする摩擦材。 ２ 芳香族ポリエーテルアミド繊維が、パラフエ
   ニレンジアミン、３，4′−ジアミノジフエニルエ
   ーテル及びテレフタル酸クロライドから誘導され
   たポリエーテルアミドの繊維であつて、かつ250
   ℃以上600℃以下の温度において、延伸倍率２倍
   以上で延伸された繊維である特許請求の範囲第１
   項記載の摩擦材。