JPH0465094B2

JPH0465094B2 -

Info

Publication number: JPH0465094B2
Application number: JP20251887A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ogawa; Kenji Shimazaki; Kenji Niijima
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1987-08-13
Filing date: 1987-08-13
Publication date: 1992-10-19
Also published as: JPS6445437A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、自動車をはじめとする輸送機におい
て、動力伝達及び制動に使用する非アスベスト摩
擦材に関するものである。

〔背景技術と問題点〕

従来、摩擦材の補強材としては、主にアスべス
トが用いられ、熱硬化性樹脂や補強助材とともに
成形硬化されて使用されているが、アスべストが
発ガン物質であるため、製造時の労働安全衛生上
の問題や使用時の浮遊塵増大に伴う公衆衛生上の
問題があり、非アスべスト摩擦材に対する要望が
強くなつている。通常、摩擦材の要求項目として
は、摩擦係数が0.25以上で摩耗量が低く、かつ
500℃位の温度においても耐摩耗性で機械的強度
が高いことが挙げられている。

これまで、非アスべスト摩擦材における補強材
としては、各種の繊維材が試みられている。例え
ば特開昭58−113641号公報には、アクリル系繊維
を空気中200〜400℃にて熱処理して得た耐炎繊維
が使用されているが、この繊維の引張強さが１〜
３ｇ／ｄ、引張弾性率が50〜150ｇ／ｄであり、
補強繊維材としては劣つている。特に、耐炎繊維
は、アスべストと比べると、引張弾性率がかなり
低く、また、500℃という摩擦材として要求され
る高温において重量減少があり、揮散するガス
と、繊維の収縮を生じ、摩擦材表面に亀裂を生じ
やすういという欠点を有している。更に、補強繊
維材として、ポリアクリロニトリル（PAN）系
炭素繊維が考えられる。通常、PAN系炭素繊維
は、1000℃以上の不活性ガス中で焼成されて炭素
含有量90重量％以上、結合酸素量１〜８重量％
で、引張強さ13ｇ／ｄ以上、引張弾性率1400〜
1800ｇ／ｄ、電気比抵抗0.01Ωcm以下を有してい
る繊維であるが、摩擦材の補強材とした場合、摩
擦係数が低い。また、PAN系炭素繊維はその高
い熱伝導性のため、摩擦材における支持材の機械
的特性を損うという欠点を有している。

他方、近年、ピツチ系炭素繊維が補強繊維材と
して試用され、このものは、引張強さ２〜６ｇ／
ｄ、引張弾性率200〜300ｇ／ｄを有しているが、
補強材としての特性に劣ること、成形に用いられ
る樹脂との接着性が悪いことが欠点として指摘さ
れている。

〔発明の目的と構成〕

本発明は、上記のごとき欠点を有しない非アス
べスト摩擦材を提供することを目的とする。そし
て、この目的を達成するために、補強繊維として
特定の炭素質繊維とホスフエート繊維とを特定の
量範囲において組み合わせ含ませる構成を採用す
る。

本発明は下記のとおりである。

結合窒素含有量が14〜21重量％で引張弾性率が
500〜1300ｇ／ｄである炭素質繊維と、ホスフエ
ート繊維とを下記(1)〜(3)式 1.5＜ｘ＋ｙ＜30.0 ……(1) 0.5＜ｘ＜29.0 ……(2) 1.0＜ｙ＜20.0 ……(3) 〔ただし、ｘは摩擦材に対する炭素質繊維の含有
率（重量％）、ｙは同ホスフエート繊維の含有率
（重量％）を評わす。〕の全部を満足する範囲で含む熱硬化性樹脂製摩擦
材。

本発明において炭素質繊維は、結合窒素含有量
が14〜21重量％で引張弾性率が500〜1300ｇ／ｄ、
好ましくは600〜800ｇ／ｄであるものである。

結合窒素含有量が14重量％未満の場合、摩擦材
の摩擦係数が低下するので好ましくない。結合窒
素含有量が21重量％超の場合、繊維の引張強さ及
び引張弾性率が低くなるため、摩擦材の強さや、
弾性率が低くなるなど好ましくない。

また、引張弾性率が500ｇ／ｄ未満では、摩擦
係数が高くなつたり、測定時破損することがあ
る。

1300ｇ／ｄ超の場合、摩擦係数が所望する値よ
り低くなる。

炭素質繊維は以上のほか、比重1.5以上、引張
強さが２〜15ｇ／ｄ特に５ｇ／ｄ以上を有するも
のが好適である。

かかる炭素質繊維は、アクリロニトリル単独又
は85重量％以上からなる重合体又は共重合体から
製造されたアクリル系繊維を空気中200〜300℃に
て0.1〜４時間、300mg／ｄ以下の張力下にて酸化
して耐炎繊維とし、これを次いで窒素又は不活性
ガス又はスチーム中で450〜900℃にて0.1〜15分
間、１〜300mg／ｄの張力下にて炭素化して得ら
れる。

この炭素質繊維と組み合わせるホスフエート繊
維は、化学組成がカルシウムナトリウムメタホス
フエートであり、通常、比重2.5〜3.0、強度５〜
15ｇ／ｄ、弾性率300〜700ｇ／ｄ、繊維径0.5〜
15μｍ、綿長10〜500μｍで摩擦材としてアスべス
トと同様、長期の優れた耐熱性を示す。

本発明においては、前記炭素質繊維とホスフエ
ート繊維とを下記(1)〜(3)式 1.5＜ｘ＋ｙ＜30.0 ……(1) 0.5＜ｘ＜29.0 ……(2) 1.0＜ｙ＜20.0 ……(3) 〔ただし、ｘは摩擦材に対する炭素質繊維の含有
率（重量％）、ｙは同ホスフエート繊維の含有率
（重量％）を表わす。〕を満足する範囲で含むことが必要である。

炭素質繊維含有量ｘとホスフエート繊維含有量
ｙの総量（ｘ＋ｙ）は1.5〜30.0重量％の範囲で
ある。1.5重量％未満の場合、摩耗量が増大した
り、摩際材の高度が低下し、摩擦特性測定時亀裂
が生ずる。30重量％超の場合、摩擦係数が不安定
な値を示す。好ましくは4.0〜25.0重量％である。
炭素質繊維含有量（ｘ）は、0.5未満の場合、摩
擦材成型時強度が低くなり、摩擦特性測定亀裂を
生じたり、摩耗量が増大する。29.0超の場合、摩
擦係数が所望の値より低くなる。

一方、ホスフエート繊維含有量（ｙ）は、1.0
未満の場合、摩擦係数を向上させたいとき、その
効果を発現させるのが難しい。20.0超の場合、摩
擦係数が所望の値よりかえつて高くなりすぎた
り、摩擦特性測定時亀裂が生ずる。

本発明では前記(1)〜(3)式の全部を満足すること
が必要である。

本発明においては前記２種の繊維のほかに、補
助材としてアラミド繊維、スチール繊維、アルミ
ナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、チタン酸カリウ
ム繊維、銅繊維、黄銅繊維などの繊維、更に、炭
酸カルシウム、アルミナ粉末、シリカ粉末などの
充填材を含ませることができる。

これらは従来公知の摩擦材に用いられる補助材
と同じものである。また、補強効果の向上及び摩
擦特性の調整を目的として、アラミド繊維（商品
名ケブラー、トワロン、テクノーラ）を0.5〜
10.0重量％含ませるのが好ましい。

本発明における熱硬化性樹脂としては、フエノ
ール、メラミン、カシユー、エポキシなどの熱硬
化性樹脂及びそれらの変成物、例えばフエノール
変成メラミン、エポシシ変成フエノールなどが挙
げられる。熱硬化性樹脂の含有量は、通常５〜35
重量％（対摩擦材）である。

本発明の熱硬化性樹脂製摩擦材を作る方法は、
例えば以下のごとくである。前記炭素質繊維３mm
にカツトしたもの、ホスフエート繊維、炭酸カル
シウム粉末、フエノール樹脂を各所定量計量し、
ミキサー（800〜10000rpm）にて分散させ、成形
金型に入れ加熱と加圧を行い成形する。場合によ
つては、得られた成形物を、更に、後硬化する。

炭素質繊維は、特に形態に制限がないが、ミル
ドフアイバー、カツトフアイバーの場合平均綿長
0.2〜1000mmのものが好ましい。ヤーンとして用
いる場合、他繊維と混紡した形で用いることもで
きる。この場合、フエノール樹脂とホスフエート
繊維との混合物を混紡ヤーンに含浸させたのち成
形してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の熱硬化製樹脂製摩擦材は、非アスべス
ト化されているため、労働安全衛生上及び公衆衛
生上優れているうえ、摩擦係数の経時変動が少
く、かつ摩擦係数が所望の0.30以上0.45以下を達
成するのみならず、摩耗量も低い。

このため自動車や動力機械に対し優れた動力伝
達、制動機能を示す。

〔実施例と比較例〕

実施例１アクリロニトリル93重量％とアクリル酸メチル
７重量％からつくられたアクリル繊維（引張強さ
4.9／ｄ、引張弾性率88ｇ／ｄ、太さ1.5d、トー
タル54万デニール）を空気中245℃、60mg／ｄの
張力下で3.5時間処理し、引張強さ2.1ｇ／ｄ、引
張弾性率90ｇ／ｄ、比重1.42、結合酸素量８重量
％の耐炎繊維とした。

次いで、窒素ガス雰囲気中600℃、30mg／ｄの
張力下2.5分焼成し炭素質繊維とした。この繊維
の結合窒素含有量は18重量％、炭素含有量71重量
％、引張強さ8.2ｇ／ｄ、引張弾性率550ｇ／ｄを
示し、電気比抵抗は3.6×10⁵Ωcmであつた。

該炭素繊維をギロチンカツターにて長さ３mmに
カツトした。得られたカツトフアイバー17.0重量
％（ｘ）、ホスフエート繊維3.0重量％（ｙ）、炭
酸カルシウム50.0重量％、フエノール樹脂30.0重
量％をレーデイゲミキサーにて混合し、得られた
混合物を170℃の円形金型に入れ、圧力20kgf／
cm²下、30分間圧縮成形し、外形100mm、内径60
mm、厚さ10mmの成形物〔ｘ＋ｙ＝20.0、ｘ＝
17.0、ｙ＝3.0、したがつて(1)〜(3)式の全部を満
足する。〕を得た。

この成形物について下記装置と条件にて摩擦特
性測定を行つた。

試験機：慣性量0.1kgf・ｍsec²のダイナモ試験
機相手材：FC−25（JIS G5501）摺動初速度：10ｍ／sec 面圧：20kgf／cm² この結果、摩擦係数は、0.28〜0.32、摩耗量は
0.5mg／stopで測定時トルクカーブは最大・最小
トルクが平均トルクの±８％以内で非常に安定し
た摩擦特性を示した。

実施例２実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ１mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー20.0重量％（ｘ）とホスフエー
ト繊維（モンサント社製）5.0重量％（ｙ）、炭酸
カルシウム粉末45.0重量％、フエノール樹脂粉末
30.0重量％をレーデイゲミキサーにて混合し、実
施例１と同様に成形を行い成形〔ｘ＋ｙ＝25.0、
ｘ＝20.0、ｙ＝5.0、したがつて(1)〜(3)式の全部
を満足する。〕を得た。

得られた成形物について、摩擦特性を測定した
結果、摩擦係数は0.31〜0.35、摩耗量は10mg／
stopで、測定時のトルクカーブは最大・最小トル
クが平均トルクの±９％以内で非常に安定した摩
擦挙動を示した。

実施例３実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー2.5重量％（ｘ）とホスフエー
ト繊維（モンサント社製）12.5重量％（ｙ）、炭
酸カルシウム55.0重量％、フエノール樹脂30.0重
量％をレーデイゲミキサーにて混合し、実施例１
と同様に成形して、成形物〔ｘ＋ｙ＝15、ｘ＝
2.5、ｙ＝12.5、したがつて(1)〜(3)式の全部を満
足する。〕を得た。得られた成形物について、摩擦特性を
測定した結果、摩擦係数は0.35〜0.38、摩耗量は
40mg／stop、トルクカーブは最大・最小トルクが
平均トルクの±10％以内で非常に安定した摩擦挙
動をした。

比較例１（ホスフエート繊維欠如）実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバーを20.0重量％、炭酸カルシウム
50.0重量％、フエノール樹脂30.0重量％をヘンシ
ルミキサーにて混合し、実施例１と同様に成形し
て、成形物を得た。

得られた成形物について、摩擦特性を測定した
結果、摩擦係数は0.25〜0.31、摩耗量は10mg／
stop、最小トルクは平均トルクの10％以内であつ
たが、試験回数が増加すると最大トルクは平均ト
ルクの25％を超え、逆フエード現象を生じた。

比較例２（炭酸質繊維欠如）ホスフエート繊維10.0重量％、炭酸カルシウム
60.0重量％、フエノール樹脂30.0重量％をレーデ
イゲミキサーにて撹拌し、実施例と同じ条件で成
形した。

得られた成形物について、実施例１と同様に摩
擦特性を測定した結果、摩擦係数は0.38〜0.40、
摩耗量は150mg／stopで、両者とも高い値を示す
とともにトルクカーブの変動が大であつた。

比較例３実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー20.0重量％（ｘ）、ホスフエー
ト繊維15.0重量％（ｙ）、炭酸カルシウム35.0重
量％、フエノール樹脂30.0重量％をレーデイゲミ
キサーにて撹拌し、実施例１と同じ条件で成形し
て、成形物〔（ｘ）＋（ｙ）＝35.0、（ｘ）＝20.0、
（ｙ）＝15.0、したがつて(1)式を満足しない。〕を
得た。

得られた成形物について、実施例１と同様に摩
擦特性を測定した結果、摩擦係数は0.35〜0.38、
摩耗量は120mg／stopで、最大・最小トルクは±
10％以内で非常に安定していたが摩耗量が大であ
つた。

比較例４実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー2.5重量％（ｘ）、ホスフエート
繊維0.3重量％（ｙ）、炭酸カルシウム67.2重量
％、フエノール樹脂30重量％をレーデイゲミキサ
ーにて混合し、実施例１と同様に成形して、成形
物〔ｘ＋ｙ＝2.8、ｘ＝2.5、ｙ＝0.3、したがつて
(3)式を満足しない。〕を得た。

得られた成形物について、実施例１と同じダイ
ナモ試験機で測定を試みたところ、測定中に成形
物が破損し、測定不能であつた。

比較例５実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー0.3重量％（ｘ）、ホスフエート
繊維25重量％（ｙ）、炭酸カルシウム44.7重量％、
フエノール樹脂30重量％をレーデイゲミキサーに
て混合し、実施例１と同様に成形を行い、成形物
〔ｘ＋ｙ＝25.3、ｘ＝0.3、ｙ＝25、したがつて(2)
式と(3)式を満足しない。〕を得た。

得られた成形物について、摩擦特性を測定した
結果、摩擦係数は0.45〜0.48、摩耗量は210mg／
stopと両者とも高く、最大トルクは平均トルクの
25％以上であつた。

比較例６実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
フアイバー33重量％（ｘ）、ホスフエート繊維0.5
重量％（ｙ）、炭酸カルシウム36.5重量％、フエ
ノール樹脂30重量％をレーデイゲミキサーにて混
合し、実施例１と同様に成形を行い、成形物〔ｘ
＋ｙ＝33.5、（ｘ）＝33、ｙ＝0.5、したがつて(1)
〜(3)式全部を満足しない。〕を得た。

得られた成形物について、摩擦特性を測定した
結果、摩擦係数は0.18〜0.22で低過ぎる傾向が認
められた。

比較例７実施例１におけると同じ炭素質繊維を、ギロチ
ンカツターにて長さ３mmにカツトした。得られた
カツトフアイバー33重量％（ｘ）、ホスフエート
繊維18重量％（ｙ）、炭酸カルシウム19重量％、
フエノール樹脂30重量％をレーデイゲミキサーに
て混合し、実施例１と同様に成形を行い、成形物
〔ｘ＋ｙ＝51、ｘ＝33、ｙ＝18、したがつて(1)式
と(2)式を満足しない。〕を得た。

得られた成形物について、摩擦特性が測定しよ
うとしたが、測定中に成形物が破損し、摩擦係数
及び摩耗量を測定することができなかつた。

Claims

【特許請求の範囲】１結合窒素含有量が14〜21重量％で引張弾性率
が500〜1300ｇ／ｄである炭素質繊維と、ホスフ
エート繊維とを下記(1)〜(3)式 1.5＜ｘ＋ｙ＜30.0 ……(1) 0.5＜ｘ＜29.0 ……(2) 1.0＜ｙ＜20.0 ……(3) 〔ただし、ｘは摩擦材に対する炭素質繊維の含有
率（重量％）、ｙは同ホスフエート繊維の含有率
（重量％）を表わす。〕の全部を満足する範囲で含む熱硬化性樹脂製摩擦
材。