JPH0712158A

JPH0712158A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH0712158A
Application number: JP15513493A
Authority: JP
Inventors: 秀次 ▲くわ▼島; Hideji Kuwajima; Toichi Sakata; 淘一坂田; Masaaki Yasuda; 雅昭安田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】機械強度と摩擦特性のバランスがとれ、各種
特性のバラツキが小さい摩擦材を提供すること。【構成】摩擦調整剤及び結合剤を主成分とする混和物
を含有するガラス繊維連続ヤーンと、主として結合剤を
含有するガラス繊維連続ヤーンとを所定の本数ずつ撚り
合わせてなる撚糸からなり、主として結合剤を含有する
連続ヤーンが多数の微細な空隙を有することを特徴とす
る摩擦材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や産業機械の動
力伝達、制動等に用いられる摩擦材に関するものであ
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。また、近年、地球環境、作業環境、製造時
の安全性などの点から有機溶媒の使用が見直されてきて
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。しか
し、これらの材料は、アスベストに比べて高弾性で硬
く、耐熱性が低いために種々の摩擦調整剤を加えて改善
を図っており、摩擦調整剤を基材に均一に付着させるた
めに、一般にゴムと樹脂との組成物を有機溶媒に溶解し
た溶液に摩擦調整剤を分散させた混和物が用いられてい
る。そして、有機溶媒として、近年は製造作業時の燃焼
爆発を防止するためにハロゲン系のものが多く使用され
ている。

【０００３】一方、摩擦材の強度と摩擦特性のバランス
は、繊維基材の種類と量あるいは摩擦調整剤、結合剤の
種類と量の面から検討されている。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３−６
１７３２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、各種特性のバラツキが小さい摩擦材を提供すること
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、摩擦調整剤及
び結合剤を主成分とする混和物を含有する連続ヤーン
と、主として結合剤を含有する連続ヤーンとを所定の本
数ずつ撚り合わせてなる撚糸からなり、主として結合剤
を含有する連続ヤーンが多数の微細な空隙を有すること
を特徴とする摩擦材に関する。

【０００７】本発明において、連続ヤーンとは、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からなり、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。ここで、連続ヤーンとは、直径数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
まとめられたものを指す。

【０００８】連続ヤーンを構成する繊維の、摩擦材中の
配合量は、使用した繊維の種類により変動するが、ガラ
ス繊維を連続ヤーンとして用いる場合、ガラス繊維の量
は、摩擦特性のバランス及び制御の容易さの点で摩擦材
に対して３０〜６０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、カーボンブラック、黒
鉛、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使用
される。

【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及び／又はゴ
ムラテックス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。熱硬化性樹脂組成物の量
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％
含有させるような量が好ましい。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。ゴムラテックスの量
としては、一般に、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】本発明の摩擦材は、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、これを連続ヤー
ン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、
分散剤には、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、一般に増粘効果を有するメチ
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使用され
る。分散剤の添加量は、摩擦係数及び機械強度の点で摩
擦材に対して１０重量％以下とするのが好ましく、混和
物総量中では２０重量％以下とするのが好ましい。

【００１２】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。

【００１３】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を用いれば好ましい。界面活性剤
の添加量は、通常は混和物の固形分に対して１〜２重量
％が好ましい。

【００１４】本発明は、上記のような各種の材料を適切
に組み合わせて二種類の塗工紐を作製し、それらを所定
の本数ずつ撚り合わせた撚糸を加工して摩擦材を作製す
るもので、その一つは上記各種材料からなる混和物を含
浸した塗工紐であり、他方は主として結合剤のみを含浸
した塗工紐である。

【００１５】各種材料を含有する混和物を連続ヤーンに
含浸塗工する方法としては、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、混和物を略均一に含浸さ
せるには、浸漬含浸法が好適である。連続ヤーンに混和
物を略均一に含浸させる具体的な方策としては、連続ヤ
ーンを充分に開繊して混和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、連続ヤーン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。

【００１６】また、主として結合剤を含有する連続ヤー
ンを作製するには、例えば、結合剤溶液をロールコータ
ー法、吹き付け法、浸漬含浸法などの方法で所定量塗工
すればよく、特にその方法を制限するものではない。

【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の粉末を
水又は有機溶剤に分散、溶解させる。このとき必要に応
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を加えて攪拌混
合して混和物を得る。得られた混和物をガラスロービン
グ等の連続ヤーン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て塗工紐Ａとする。
なお、混和物の塗工方法としては、特に制限はないが、
浸漬含浸によるのが好ましい。また、溶媒の水を除去す
る方法にも特に制限はないが、混和物中の樹脂分が硬化
しないように注意する必要がある。

【００１８】別に、結合剤の水溶液又は有機溶媒中の溶
液に連続ヤーンを含浸し、もしくは結合剤の水分散液を
連続ヤーンに均一に塗工、含浸して塗工紐Ｂを作製す
る。次いで、これらの二種類の塗工紐を所定の本数ずつ
撚り合わせて塗工撚糸とし、さらに、該塗工撚糸を環状
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、所望形状
の摩擦材を得ることができる。

【００１９】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。

【００２０】

【作用】本発明になる摩擦材は、連続ヤーン（繊維基
材）と摩擦調整剤、結合剤（熱硬化性樹脂組成物）、ゴ
ムラテックス、分散剤、可撓化剤、界面活性剤などから
なる複合材料である。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、耐摩耗性等があ
る。これらの性質が常に安定して一定の値を示すことが
重要であり、このためには一つの繊維基材の内部には摩
擦調整剤等の混和物が均一に含浸されており、他の繊維
基材は結合剤で強固に接着されているが、乾燥に伴う体
積減少により均一な空隙を生成することが必須要件とな
る。前記二種類の繊維基材を所定の本数ずつ撚り合わせ
て成形加工した後に主として結合剤を含有する基材及び
その周辺に空隙を生じ、この空隙が高温時に生成する液
状物を吸収する役割を果たすことで高温時の摩擦係数の
低下を防止する。なお、混和物が均一に含浸されている
連続ヤーンは強固な複合材料となるので、破壊強度及び
摩耗性は良好である。また、主として結合剤が含浸され
ており、空隙を生じさせる連続ヤーンも接着力に優れた
結合剤で繊維同士が固着さており、破壊強度の低下は少
ない。

【００２１】

【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。

【００２２】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。連続ヤーンは、ガラスロ
ービング（富士ファイバーグラス製、１．８ｇ／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。

【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−４９
１、ヘキサミン７重量％含有）及びメチル化メラミン樹
脂（日本カーバイド製、Ｓ−２６０）である。ゴムラテ
ックスは、ＮＢＲラテックス（日本ゼオン製、ＬＸ５１
３、固形分４５重量％）である。分散剤は、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、イオ
ン交換水を用いた。

【００２４】実施例上記した材料を表１に示す配合表の混和物組成に従って
次の順序で混合し、混和物を作製した。すなわち、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、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
うに加えて攪拌して表１に示した配合の混和物を得た。
これとは別に、表１に示す配合表の結合剤組成に従って
次の順序で材料を混合し、結合剤組成物を得た。すなわ
ち、メラミン樹脂をイオン交換水に均一に分散させ、溶
解させた後、フェノール樹脂を添加、混合して均一な結
合剤の分散液を得た。

【００２５】連続ヤーンを充分に開繊して上記混和物あ
るいは結合剤の分散液を均一に含浸させた後、表２に記
載した条件で乾燥して塗工紐Ａ及び塗工紐Ｂを得た。こ
うして得られた塗工紐Ａ３本と塗工紐Ｂ１本とを撚り合
わせた後、環状に巻き上げて予備成形品を得た。得られ
た環状体を金型に入れ、熱圧成形を行い、次いで成形品
を２２０℃で熱処理して樹脂を後硬化させ、摩擦材を得
た。なお、結合剤を塗工した塗工紐Ｂの空隙率は、材料
の密度、体積及び重量から算出したところ３７％であっ
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】比較例上記実施例で作製した塗工紐Ａのみを４本撚り合わせた
後、実施例と同様にして成形及び熱処理を行い、摩擦材
を作製した。

【００２９】実施例で作製した塗工紐Ａ及びＢ並びに実
施例及び比較例で作製した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Ａ及びＢをそれぞれ１７０℃で３０分間乾燥し、
揮発分を求めて乾燥性を評価する。サンプルを３本ずつ
用いて評価を行った。（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を立てに裂き、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）摩擦材の外観摩擦材の表面を研磨し、厚さを３．５mmとしたときの外
観を目視で観察する。（ｅ）摩耗率摩擦材から一部を切り出して試験片を作り、ＪＩＳ−Ｄ
４４１１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３
５０℃における摩耗率（cm³/kgf・ｍ×１０^-7）を測定
する。（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２
００℃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。（ｇ）摩擦係数３００℃で測定した。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３に示した結果から明らかなとおり、実
施例及び比較例で製造した塗工紐内の混和物の分布は均
一であり、摩擦材の外観も良好であり、バースト強度及
び摩耗率においても両者の差は見られなかったが、３０
０℃での摩擦係数においては本発明の実施例で製造した
摩擦材は、０．２７〜０．３０と一様に高い数値を示し
たが、比較例で製造したものは、０．１８〜０．２５と
バラツキが大きく、その数値も小さかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明になる摩擦材は、バースト強度、
摩耗率、高温での摩擦係数のいずれにおいても優れてお
り、機械的強度と摩擦特性のバランスが高いレベルでと
れており、諸性能の数値のバラツキが小さい。したがっ
て、本発明の摩擦材は、自動車も産業機械における動力
伝達装置、制動装置などに有効に利用される。また、本
発明になる摩擦材は、製造に当たって有機溶媒を使用し
なくてすむため、地球環境や作業環境を汚染せず、作業
安全性の点でも優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摩擦調整剤及び結合剤を主成分とする混
和物を含有する連続ヤーンと、主として結合剤を含有す
る連続ヤーンとを所定の本数ずつ撚り合わせた撚糸から
なり、主として結合剤を含有する連続ヤーンが多数の微
細な空隙を有することを特徴とする摩擦材。