JPH04183774A - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車、二輪車、鉄道車両、航空機、産業機
械等のブレーキやクラッチに用いられる摩擦材料に関し
、特に、炭素繊維強化複合材料（以下、Ｃ／Ｃコンポジ
ットという）を用いた摩擦材料に関するものである。

〔従来の技術］ 一般に、車両等に使用される摩擦材料には、耐熱性、耐
摩耗性、相手攻撃性の低いこと、また、摩擦係数が高い
こと等、様々な機能が要求される。

このため、単一素材のみでは、これらの機能を果たすこ
とができず、各種の素材の長所と短所を補いつつ、複数
の素材を組み合わせ使用する必要かある。例えば、自動
車のブレーキパッドやライニングには、石綿、レジン（
結合剤）を主成分に、有機、無機、金属質等の各種摩擦
摩耗調整剤を配合した有機系摩擦材や石綿を金属繊維で
置換したセミメタリック摩擦材が用いられている。

また、近年では、上記摩擦材料の他に、航空機のブレー
キ用摩擦材として使用されていたＣ／Ｃコンポジットが
、高温下での耐摩耗性、摩擦係数安定性に優れるという
点に着目され、ラリー車、レーシングカー等の特殊車両
のブレーキに使用されるようになってきている。

このＣ／Ｃコンポジットは、炭素繊維を炭素で接合した
炭素繊維強化複合材料である。

このＣ／Ｃコンポジットは製造時、高温で加熱処理がな
されるために、バインダーである樹脂が分解または変質
し、その結果、Ｃ／Ｃコンポジントによる摩擦材料は、
低温低負荷での耐摩耗性が著しく劣るという欠点がある
。

この欠点を克服するために、特開昭６３−１４９４４０
号公報には、Ｃ／Ｃコンポジットに液状樹脂を含浸、硬
化させたことを特徴とする摩擦材料が開示されている。

〔解決しようとする課題〕

さらに、Ｃ／Ｃコンポジットには、次のような問題点が
ある。つまり、このＣ／Ｃコンポジットをディスクブレ
ーキ等に使用した場合、冷却のために風をあてるよう設
計せざるを得ない。炭素は、大気中で高温になると酸化
することは避けられず、Ｃ／Ｃコンポジットも同様に高
温になると酸化することは避けられない。

一旦、酸化が始まると発熱し、さらに酸化が促進され、
最悪では燃焼状態となり、ブレーキとして致命的な損傷
を受ける。また、燃焼に至らなくても酸化により、炭素
が気体（二酸化炭素、−酸化炭素等）になり、摩耗が急
増し寿命を著しく低下させる。

特に、Ｃ／Ｃコンポジットは、炭素繊維や炭素粉等の炭
素材料を、炭化率の高い樹脂若しくはピッ千等の結合剤
で固めたものを焼成するため、結合剤からの揮発成分が
気化し気孔を残す。また、Ｃ／Ｃコンポジット中の気孔
は、前述したように揮発成分の気化に起因するところか
ら、摩擦材料内部に向かって連続しているのが特徴であ
る。

前記した特開昭６３−１４９４４０号公報には、Ｃ／Ｃ
コンポジット中の気孔に液状樹脂を含浸、硬化させてい
るため、使用時、高温になると有機成分である樹脂が分
解してしまい、結果として、気孔表面が部分的に露出し
てしまい、Ｃ／Ｃコンポシフトの酸化が進行してしまう
。また、液状樹脂ではその粘度が高いため、摩擦材料内
部に続く気孔の内面全てを覆うことはできず、高温時に
おける酸化を防止することはできない。

そこで、本発明は、Ｃ／Ｃコンポジットの気孔の表面を
非有機材料で覆うことにより、Ｃ／Ｃコンポジットの高
温時における酸化を防止することを目的とする。

〔手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、炭素繊維強化複
合材料内部の気孔を形成する壁面の全面がケイ酸ナトリ
ウム膜で覆われていることを特徴とする摩擦材料を提供
する。

Ｃ／Ｃコンポシフトに含浸するケイ酸ナトリウム水溶液
の濃度は、５〜２０％が望ましい。濃度が５％より低い
と付着するケイ酸ナトリウムが少なく耐酸化性の効果を
果たし得なくなる。また、２０％より多いと水溶液粘度
が高くなりすぎ、気孔の全表面をケイ酸ナトリウムで被
覆することが困難となる。

また、ケイ酸ナトリウムのＣ／Ｃコンポジットへの含浸
量は、０．０１〜５．０％が好ましい。

０．０１％以下では耐酸化特性が認められず５゜０％よ
り多いと摩擦特性に悪影響を及ぼす。

−回の操作のみで目標量だけ含浸できないときは、焼成
後、再度含浸を繰り返す必要がある。

〔作用・効果〕

上記のように、Ｃ／Ｃコンポジットにケイ酸ナトリウム
水溶液を含浸させ焼成すると、Ｃ／Ｃコンポジットに形
成されている気孔壁面の全面にケイ酸ナトリウム膜が形
成される。このケイ酸ナトリウムは無機物であるため、
有機物とは異なり高温でも分解せず、高温時の耐酸化性
を確保することができる。さらに、ケイ酸ナトリウムは
、比較的低粘度の流動性に冨んだ液体となるため、Ｃ／
Ｃコンポジットにケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させた
とき、連続する気孔の奥まで、ケイ酸ナトリウム膜で覆
うことができるため、耐酸化性の確保を確実にすること
ができる。

また、このように気孔表面をケイ酸ナトリウム膜で被覆
することにより、材料としての強度も向上することとな
る。そのため、−船釣に機械的特性が比較的低い、とい
うＣ／Ｃコンポジットの特性を改善することができる。

さらに、摩耗により、摩擦面に露出したケイ酸ナトリウ
ムのアブレーシブ作用により、低温・低負荷における摩
擦係数の向上を図ることができる。

〔実施例］ 第１図は、本発明に係る摩擦材料１を示す部分拡大図で
ある。図示されるように、炭素繊維２同土間の気孔４の
壁面がケイ酸ナトリウム膜３で覆われている。

詳述すると、本発明に係る摩擦材料２は、以下の製造法
により、製造される。

（１）炭素繊維２の東を積層して、直交組織を構成する
。

（２）上記（１）の摩擦材料（成形体）に樹脂を含浸さ
せる。なお、炭素繊維をより合わせた束に樹脂を含浸さ
せ、これを直交組織を構成するよう積層して成形体とし
てもよい。

（３）１０００°Ｃ程度に加熱し、含浸させた樹脂を炭
素化する。

（４）上記樹脂を再び含浸させる。

（５）２０００〜３０００°Ｃ程度で焼成し、含浸させ
た樹脂を黒鉛化して炭素繊維同士を接合する。

（６１ＣＶＤ（化学蒸着）法による炭素の沈着化を行う
。

（７）切削加工により、所望の形状の摩擦材とする（８
）上記摩擦材にケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させ、焼
成する。

尚、上記（７）と（８）の工程は、順序が逆であっても
よい。また、上記（６）の工程は、省略可能である。

尚、説明中の「％」は、特に断らない限り″重量％」を
表す。

カーボンファイバー（径２０μｍ）を用いて、摩擦材料
を作製した。Ｃ／Ｃコンポジットに含浸されるケイ酸ナ
トリウムの含浸量を順次変えた複数の摩擦材料を用意し
、各摩擦材料について、以下に示す二種類の実験を行っ
た。

■耐酸化性の評価 ７００°Ｃの電気炉中に、６０分間放置した後の酸化に
よる摩擦材料の重量減少割合を第２図に示す。Ｃ／Ｃコ
ンポジットは炭素で構成されているため、空気中の酸素
と反応すると、−酸化炭素・二酸化炭素として消耗され
、Ｃ／Ｃコンポジットの重量は減少する。従って、重量
減少割合が多いほど耐酸化性が劣ることを意味す−る。

第２図かられかるように、ケイ酸ナトリウムの含浸量が
０゜０１％以上であれば全く含浸させないときと比較し
、重量減少割合が小さくなり、耐酸化性の向上に効果が
あることが認められる。

■摩擦係数の測定 制動前のブレーキ温度が４００　’Ｃのときの摩擦係数
を第３図に示す。尚、制動中には摩擦材表面は摩擦熱に
より、はるかに高温となる。第３図かられかるように、
ケイ酸ナトリウムの含浸量を多くすればするほど摩擦係
数は小さくなる。含浸量を５％より多くすると摩擦係数
が小さくなりすぎ通常の摩擦材料としては使えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の摩擦材料の構造（直交組織）を示す
部分拡大図である。 第２図は、電気炉中に、６０分間放置した後の酸化によ
る摩擦材料の重量減少割合と、ケイ酸ナトリウム含浸量
との関係を示すグラフである。 第３図は、制動前のブレーキ温度が４００°Ｃのときの
摩擦係数とケイ酸ナトリウム含浸量との関係を示すグラ
フである。 １−−一一一摩擦材料 ２　−−−−一炭素繊維 ３　−−一一−ケイ酸ナトリウム膜 ４−−−一気孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維強化複合材料内部の気孔を形成する壁面
   の全面が、ケイ酸ナトリウム膜で覆われていることを特
   徴とする摩擦材料。