JPH0532958A - 摩擦材 - Google Patents

摩擦材

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JPH0532958A
JPH0532958A JP21447091A JP21447091A JPH0532958A JP H0532958 A JPH0532958 A JP H0532958A JP 21447091 A JP21447091 A JP 21447091A JP 21447091 A JP21447091 A JP 21447091A JP H0532958 A JPH0532958 A JP H0532958A
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JP
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friction
fiber
weight
wear
test
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JP21447091A
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Isamu Kobayashi
勇 小林
Kenji Azuma
健司 東
Kenji Otsubo
憲司 大坪
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用ブレーキパッド等の摺動部材として
使用される摩擦材の摩擦特性、耐久性の改良 【構成】 基材繊維を有機系または無機系結合剤で決着
成型してなる摩擦材における基材繊維として、 A1-X Ti2+X Al5-X 12 〔式中、AはNaまたはK、xは0〜0.5である〕で
示される斜方晶系のトンネル構造を有する繊維状化合物
を配合。配合量 3〜50重量%。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、鉄道車輌、航
空機、産業機械類等における制動装置を構成するブレー
キライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシング
等の摺動部材として有用な摩擦材に関する。
【0002】
【従来の技術】上記制動装置における代表的な摺動部材
として、従来よりアスベスト繊維を基材繊維とし、これ
を有機系または無機系結合剤に分散させ、必要に応じ摩
擦・摩耗調整剤(硫酸バリウム等)を添加して加熱・加
圧下に結着成型した摩擦材が使用されてきた。また、そ
の摩擦性能の改良についても、これまで各種添加剤の配
合等、多くの工夫提案がなされてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アスベ
スト繊維を基材繊維とする従来の摩擦材は、低温域にお
いては安定した良好な摩擦摩耗特性を示すものの、摩擦
面温度が約200℃をこえると、摩耗が急激に増大し、
また摩擦係数も温度約350℃付近から大きく低下しフ
ェード現象が現れる、という問題がある。近時、その耐
熱性の改善、高温域での摩擦摩耗特性の向上・安定化の
要望が高まり、またアスベスト繊維に指摘されている発
ガン性の問題等の環境衛生上の見地から、代替品の開発
が強く要請されている。本発明は上記要請に応えるため
の新たな摩擦材を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は、基
材繊維を有機系または無機系結合剤で結着成型してなる
摩擦材において、基材繊維として、 A1-X Ti2+X Al5-X 12 …〔I〕 〔式中、AはNaまたはK、xは0〜0.5である〕で
示される斜方晶系のトンネル構造を有する繊維状化合物
が3〜50重量%配合されていることを特徴としてい
る。
【0005】本発明の摩擦材の基材繊維である前記
〔I〕式で示される化合物は、「日本セラミックス協会
学術論文誌98〔10〕P.1169〜71(199
0)」にも開示されているように、4個のAlO6 と2
個のTiO6 (いずれも八面体配位)の八面体6個、お
よび4面体配位のAlO4 2個とで形成されるAlO4
−(AlO6 −TiO6 )−AlO6 〔カッコ内は面共
有、それ以外は頂点共有〕の連鎖の2回対称からなる八
角形のトンネルの枠組内にAイオン(Na+ またはK+
が配位した結晶構造を有している。その化学量論的組成
はx=0.2の場合であるが、x=0〜0.5の範囲に
おいて、上記結晶構造を有する繊維として実用に供する
ことができる。
【0006】上記繊維状化合物は高融点および高硬度を
有する。例えばNa0.8 Ti2.2 Al4.8 12の融点は
約1418℃で、モース硬度は5〜6である。自動車用
ブレーキパッド等の摩擦材の実使用においては、摩擦熱
の発生とその蓄熱とにより、摩擦面は局部的に1000
℃以上に昇温すると推定される。このような摩擦材の基
材繊維として上記繊維状化合物を使用することにより、
摩擦面の耐熱性、耐摩耗性の向上効果として、後記実施
例に示したように、低温域はむろんのこと、300℃を
越え、400℃前後に到る高温度域においても良好な摩
擦係数と摩耗抵抗性とが確保される。
【0007】本発明の摩擦材における繊維状化合物の配
合割合を3重量%以上としたのは、それより少ないと、
摩擦摩耗特性の改善効果が十分に得られないからであ
り、50重量%を上限としたのは、それを越えて多量配
合することの利益がないからである。
【0008】基材繊維として配合される上記繊維状化合
物のサイズは特に限定されず、例えば断面径約5〜20
μm、長さ約50〜100μm、あるいは断面径約20
〜50μm、長さ100〜300μm等、各種のサイズ
の単結晶または多結晶繊維を使用することができる。な
お、ブレーキ等の実使用において摩擦面から発生する粉
塵中に、極微細繊維片(断面径約1μm以下)が混在す
ることは環境衛生上有害であるとされているが、上記の
ように断面径約5μm以上の繊維であれば、そのような
安全上の問題も回避される。
【0009】基材繊維となる上記繊維状化合物は、後記
参考例に示したように、Na2 OまたはK2 O(加熱に
よりNa2 O,K2 Oに分解する化合物でもよい)と、
TiO2 (加熱によりTiO2 となる化合物でもよい)
と、Al2 3(加熱によりAl2 3 となる化合物で
もよい)とを配合した組成物を原料とする焼成法、また
はこれにフラックス成分を配合した組成物を原料とする
フラックス法により製造したものを使用することができ
る。得られる繊維状化合物の繊維形態(断面径,長さ
等)は、フラックス法では、原料組成物における結晶成
分とフラックス成分の配合割合の増減調節や、加熱溶融
したのちの徐冷操作における冷却条件により、また焼成
法では、原料組成物中のNa2 OやK2 Oの配合割合
や、焼成条件により、それぞれ、単結晶繊維または多結
晶繊維としてそのサイズを調整することができる。
【0010】本発明の摩擦材は基材繊維として、上記繊
維状化合物と共に、他種繊維、例えばアラミド繊維等の
樹脂繊維、スチール繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラ
ミック繊維、ロックウール、木質パルプ等を摩擦材の補
強等のために複合的に使用することができる。これらの
他種繊維の配合量は、約1〜60重量%とすることがで
きる。各基材繊維は、原料組成物の調製に先立って、必
要に応じ、分散性および結合剤との接着性の向上等を目
的として、シラン系カップリング剤(アミノシラン、ビ
ニルシラン、エポキシシラン、メタアクリロキシラン、
メルカプトキシラン等)、あるいはチタネート系カップ
リング剤(イソプロピルトリイソステアロイルチタネー
ト、ジ(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタ
ネート等) による表面処理が常法に従って施される。
【0011】本発明の摩擦材は、上記繊維状化合物、ま
たはこれと他種繊維の混合物を基材繊維として使用する
点を除き、特別の条件や工程の付加を必要としない。す
なわち、まず基材繊維を、結合剤中に分散し、必要に応
じ摩擦・摩耗調整剤、あるいは防錆剤、潤滑剤、研削剤
等を適量配合して原料組成物を調製し、ついで金型成形
等により加熱加圧下に結着成形を行い、または、原料組
成物を、水等に分散懸濁させ、抄き網上に抄き上げ、搾
水して紙状体ないしシート状に抄造したのち、加熱加圧
下に結着成型し、しかるのち、結着成形物に機械加工、
研磨加工を加えて目的とする摩擦材を得る。
【0012】上記原料組成物の調製における結合剤の例
として、フェノール樹脂、ホルムアルデビド樹脂、エポ
キシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはこれらの変性(カシ
ュー油、乾性変性など)熱硬化性樹脂、天然ゴム、スチ
レンブタジエンゴム、ニトリルゴム等のゴム系樹脂等が
挙げられる。
【0013】摩擦・摩耗調整剤としては、加硫または末
加硫の天然・合成ゴム粉末、カシュー樹脂粉粒体、レジ
ンダスト、ゴムダスト等の有機物粉末、または天然・人
造黒鉛、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシ
ウム等の無機質粉末、銅、アルミニウム、亜鉛、鉄等の
金属粉末、アルミナ、シリカ、酸化クロム、酸化チタ
ン、酸化鉄等の酸化物粉末等が挙げられる。これらは、
製品に要求される摩擦特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗
性、振動特性、ナキ等に応じて、単独でまたは二種以上
を組み合わせて配合すればよい。
【0014】上記原料組成物におけるそれぞれの添加剤
の配合量は、摩擦材の用途、要求性能等に応じて適宜決
めればよい。その例として、結合剤は10〜40重量
%、摩擦・摩耗調整剤は、20〜80重量%、その他の
補助剤は0〜60重量%とすることができる。
【0015】
【実施例】実施例1 (1)供試材 下記組成物を原料とし、金型に充填して結着成形(加圧
力:150 kgf/cm2 ,温度:170℃,時間:5分
間)を行い、成形後、離型して熱処理(180℃に3時
間保持)を施す。しかるのち、所定寸法に切断し、研磨
加工を加えて供試パッドを得る。 基材繊維 30重量部 結合剤(フェノール樹脂) 20重量部 摩擦調整剤(硫酸バリウム) 50重量部 上記基材繊維は、後記参考例1(フラックス法)、また
は参考例2(焼成法)により製造したものを使用した
(いずれも、Na0.8 Ti2.2Al4.8 12)。参考例
1の繊維状化合物を使用した発明例である供試材をA1
とし、参考例2の繊維状化合物を使用した発明例である
供試材をA2とする。また、比較例として、アスベスト
繊維(6クラス)を基材繊維とした以外は上記と同一の
条件で製造した供試パッドB1を用意した。
【0016】(2)摩擦摩耗試験 各供試パッドA1,A2,B1から試験片を切出し、JI
S D4411 「自動車用ブレーキライニング」の規定に準拠
した定速度摩擦摩耗試験(ディスク摩擦面:FC25ねず
み鋳鉄,面圧:10kgf /cm2 ,摩擦速度:7m/秒)
を行って比摩耗率(cm3 /kgm)および摩擦係数(μ)
を測定した。図1および図2にその測定結果を示す(図
1:比摩耗率,図2:摩擦係数)。
【0017】実施例2 (1)供試材 下記組成物を原料とし、前記実施例1と同一条件で金型
による結着成形、熱処理、および研磨加工を行って供試
パッドを得る。 基材繊維 …28重量部 結合剤(フェノール樹脂) …10重量部 有機添加材(カシューダスト等) …8重量部 その他(黒鉛等潤滑剤、硫酸バリウム等無機物粉末、金属粉末、酸化物粉末) …54重量部 基材繊維は、後記参考例1により製造した繊維状化合物
(Na0.8 Ti2.2 Al4.8 12)を使用した。この供
試パッド(発明例)をA3とする。また、比較例とし
て、基材繊維をアスベスト繊維(6クラス)に代えた以
外は上記と同一条件による供試パッドB2を用意した。
【0018】(2)摩擦摩耗試験 各供試材A3およびB2について実施例1と同様の定速
度摩擦摩耗試験を行って、図3(比摩耗率)および図4
(摩擦係数)に示す結果を得た。
【0019】図1,図3(比摩耗率)および図2,図4
(摩擦係数)における各供試パッドの比較から明らかな
ように、アスベスト繊維を基材繊維とする供試パッドB
1,B2(従来タイプ)は、摩擦面温度の上昇と共に摩
耗率が増大し、特に200℃をこえる温度域での摩耗抵
抗の減少は急激であり、また摩擦面温度が約350℃以
上になると、摩擦係数が急激に低下するフェード現象を
生じているのに対し、発明例の供試パッドA1,A2,
A3は、摩耗抵抗性の温度変化が極めて少なく、低温域
から400℃に到る高温域に亘って高度の摩耗抵抗性を
有し、また摩擦係数の温度変化も小さく、350℃をこ
える温度域においても高い摩擦係数を維持している。
【0020】参考例1(フラックス法による繊維状化合
物の製造) (1)原料組成物 下記の結晶成分とフラックス成分とからなる混合物を出
発原料とする。 結晶成分 Na2 CO3 …10.24重量% TiO2 … 7.68重量% Al2 3 … 9.76重量% フラックス成分 Na2 CO3 …23.68重量% MoO3 …48.64重量% (上記原料組成物における結晶成分を構成するNa2
3 ,TiO2 ,Al2 3 の配合モル比は1:1:
1,フラックス成分のNa2 CO3 ,MoO3 の配合モ
ル比は1:1.5で、結晶成分とフラックス成分の混合
モル比は3:7である。
【0021】(2)加熱溶融処理 上記原料組成物を白金るつぼに入れ、1300℃に10
時間保持して加熱溶融する。
【0022】(3)徐冷処理 上記溶融物を、1000℃まで75時間を要して徐冷。
その後室温まで放冷。
【0023】(4)フラックス除去処理 上記冷却固化物を沸騰水(水量:約200g/l)に入
れ、攪拌下に1時間を要してフラックス成分を溶出分離
したのち、繊維状化合物を回収し、水洗、乾燥した。 結晶相: Na0.8 Ti2.2 Al4.8 12 サイズ: 断面径 30〜150μm,長さ 200〜
1000μm
【0024】参考例2(焼成法による繊維状化合物の製
造) (1)原料組成物 Na2 CO3 13.0 重量% TiO2 36.78重量% Al2 3 50.14重量% (上記原料組成物におけるNa2 CO3 ,TiO2 ,A
2 3 の配合モル比は3:11:12であり、繊維成
長促進のため、Na2 CO3 は若干過剰量としている)
上記原料組成物をミキサーで混合し、水5重量%を加え
て混練したのち、プレス成形(加圧力:170kg/c
m2 )した。
【0025】(2)焼成処理 上記原料組成物の成形体を乾燥して白金るつぼに入れ、
1350℃に5時間加熱保持して焼成処理する。
【0026】(3)粉砕および解繊処理 上記焼成物を水70 l/gに入れ、家庭用ミキサーに
て湿式解繊した。解繊処理後、水中より回収し、脱水・
乾燥して繊維状化合物を得た。 繊維相: Na0.8 Ti2.2 Al4.8 12(微量のNa
−β”アルミナ(Na2 O・8Al23 )を付随) サイズ: 断面径 20〜100μm,長さ 50〜2
00μm。
【0027】
【発明の効果】本発明の摩擦材は、低温から高温に到る
広い温度域に亘って、すぐれて安定した摩擦効果と耐摩
耗性を有し、350℃をこえる高温度においても安定し
た摩擦係数を維持し、かつ摩耗抵抗性も大である。従っ
て、自動車、車輌、航空機、各種産業機械類の制動装置
におけるブレーキライニング、クラッチフェーシング、
ディスクパッド等として使用することにより、制動機能
の向上・安定化、耐用寿命の改善効果等が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】定速度摩擦摩耗試験による比摩耗率測定結果を
示すグラフである
【図2】定速度摩擦摩耗試験による摩擦係数測定結果を
示すグラフである
【図3】定速度摩擦摩耗試験による比摩耗率測定結果を
示すグラフである
【図4】定速度摩擦摩耗試験による摩擦係数測定結果を
示すグラフである

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基材繊維を有機系または無機系結合剤で
    結着成型してなる摩擦材において、基材繊維として、 A1-X Ti2+X Al5-X 12 〔式中、AはNaまたはK、xは0〜0.5である〕で
    示される斜方晶系のトンネル構造を有する繊維状化合物
    が3〜50重量%配合されていることを特徴とする摩擦
    材。
JP21447091A 1991-07-30 1991-07-30 摩擦材 Pending JPH0532958A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6355601B1 (en) * 1999-02-19 2002-03-12 Otsuka Kagaku Kabushiki Kaisha Friction material

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