JPH0971665A

JPH0971665A - 炭素系湿式摩擦材の製造方法

Info

Publication number: JPH0971665A
Application number: JP7251768A
Authority: JP
Inventors: Toyomi Fujimori; 豊美藤森; Motohiro Yamamoto; 元弘山本
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた摩擦係数ならびに耐摩耗性をバランス
よく兼備する炭素系湿式摩擦材の製造方法を提供する。【解決手段】クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭
素繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボ
ンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得ら
れたＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工したの
ち金属支持板に接合して炭素系湿式摩擦材を製造する。
前記のＣＦＲＰからなる裁断硬化シートを非酸化性雰囲
気中で８００℃以上の温度により焼成炭化処理し、得ら
れたＣ／Ｃ板に再び炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボン
ブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、金属支
持板に接合して炭素系湿式摩擦材を得ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】相対する摩擦面間に潤滑油な
どの油液が介在する状態で使用される湿式摩擦材は、ブ
レーキパッドやクラッチフェーシングとして有用されて
おり、従来からペーパー系、ゴム系、焼結金属系、炭素
系など各種の摩擦材が知られている。

【０００２】本発明は、湿式で使用される炭素系の摩擦
材を製造するための方法に係り、特にブレーキパッドあ
るいはクラッチフェーシングとして好適な摩擦性能をバ
ランスよく具備する炭素系湿式摩擦材の製造方法に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、炭素系の摩擦材としては、炭素繊
維基材を炭素結合材で結合した複合組織の材料が開発さ
れている。例えば、炭素繊維のような繊維状物質および
結合剤を含む組成物を加圧加熱成形後、３５０〜１００
０℃で非酸化性雰囲気中で加熱する摩擦材の製造法（特
開昭62−21528 号公報）、炭素繊維織物をフラン樹脂等
で固めた成形物を焼成して得られる炭素材に、コールタ
ールまたはコールタールおよび／またはピッチとフラン
樹脂とを含浸させたのち焼成し、含浸、焼成を繰り返
し、且つ少なくとも１回は２３００℃以上で焼成して得
られた動的摩擦係数が０．１〜０．４０、摩耗量が１０
０×１０^-4mm／面／停止以下である炭素繊維強化炭素摩
擦材（特公昭60−54270 号公報）等がこの種の炭素系摩
擦材に該当する。

【０００４】このほか、特公平２−３７４９２号公報に
は、連続多孔度を有する炭素繊維の支持体に熱分解炭素
の被膜を形成して前記連続多孔度が１５〜８５％の範囲
にあるエネルギー吸収用摩擦アセンブリーが、特公平２
−４０８９０号公報には、炭素繊維で織って形成される
網目状織布と、化学的蒸着(CVD) 処理によって前記炭素
繊維の表面にのみ炭素被膜を施し、炭素被膜形成後も網
目状織布が多孔性を保持している摩擦材料が開示されて
いる。また、特開平７−１２１５８号公報には摩擦調整
剤およ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摩擦
材が提案されているが、湿式摩擦材ではないため油状成
分の吸蔵保持性については検討されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】湿式摩擦材は、使用時
に潤滑油などの油状成分が常に摩擦面間に介在すること
が要求される関係で、摩擦材自体が有する油液の保持能
力が耐焼付け性および耐摩耗性に大きな影響を与える。
このため、摩擦材の組織内部に油液を吸蔵保持するため
の適度の気孔や空隙を保有させることが必要となる。と
ころが、従来技術のように炭素繊維基材に炭化性の樹脂
類やピッチなどの結合材を被着成形したのち非酸化性雰
囲気中で焼成炭化する方法で得られるＣ／Ｃ材（炭素繊
維強化炭素複合材）は、結合材成分が揮散した後の気孔
が多くなり過ぎて油液を吸蔵保持する能力が減退し、同
時に炭素繊維の弾性率が増大することにより組織が脆弱
化してハンドリング性を損ねたり、摩擦特性が変動させ
るため、湿式摩擦材としては改善の余地が残されてい
る。

【０００６】また、Ｃ／Ｃ複合系の摩擦材は製造工程の
加熱硬化および焼成炭化段階で結合材成分から発生する
縮合水や分解ガスがマトリックス組織中に吸蔵されて発
泡現象を生じ、この状態で炭化が進行する関係で炭化過
程で材質組織に亀裂や破損が発生したり、得られる摩擦
材の強度が極端に低下して正常な摩擦特性の付与が困難
となる問題がある。この問題は、特公平２−３７４９２
号公報や特公平２−４０８９０号公報に記載されている
ように炭素繊維面にＣＶＤによって直接炭素被膜を形成
する方法を採れば生じることはないが、ＣＶＤ操作には
高価な処理設備と煩雑な条件設定が必要となるため、工
業的な摩擦材の製造手段としては有利性に乏しい。

【０００７】本発明者らは、炭素繊維を基材として油状
成分の吸蔵保持性に優れる湿式炭素系摩擦材を製造する
方法につき鋭意研究を重ねた結果、特定のクロスピッチ
幅を有する炭素繊維平織クロスにカーボンブラックを炭
化性の熱硬化性樹脂液に配合した組成の混練物を被着し
たＣＦＲＰ材、あるいはこれを炭化処理したＣ／Ｃ材で
あっても再度前記と同一組成の混練物を被着した材料は
極めて優れた油保持能力を有し、摩擦特性を効果的に改
善し得ることを確認した。

【０００８】本発明は、かかる知見に基づいて開発され
たもので、その目的とするところは高度の摩擦係数なら
びに耐摩耗性をバランスよく兼備する炭素系湿式摩擦材
の工業的な製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの第１の本発明による炭素質湿式摩擦材の製造方法
は、クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭素繊維平織
クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボンブラック
を配合した混練物を被着して熱硬化し、得られたＣＦＲ
Ｐの硬化シートを所定形状に裁断加工したのち金属支持
板に接合することを構成上の特徴とする。

【００１０】また、第２の本発明に係る炭素質湿式摩擦
材の製造方法は、クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの
炭素繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカー
ボンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得
られたＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工した
のち非酸化性雰囲気中で８００℃以上の温度により焼成
炭化処理し、得られたＣ／Ｃ板に再び炭化性の熱硬化性
樹脂液とカーボンブラックを配合した混練物を被着して
熱硬化し、これを金属支持板に接合することを構成上の
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の摩擦材を構成する炭素繊
維基材としては、ポリアクリロニトリル系、レーヨン
系、ピッチ系等の各種原料から製造されたものが用いら
れるが、特にクロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの平織
クロスが選択的に使用される。本発明で特定する炭素繊
維平織クロスのクロスピッチ幅とは、炭素繊維フィラメ
ントのトウを平織り編組した布地における経糸と緯糸と
の間隙を意味する。更に、炭素繊維基材は、トウに撚り
を与えて編組した前記性状の平織クロスを用いると一層
油状成分の保持機能を向上させることができる。なお、
用いる炭素繊維平織クロスは、濡れ性を改善するための
表面処理を施したものであってもよい。

【００１２】クロスピッチ幅を０．７〜３．０mmの範囲
に限定するのは、油状成分を十分に吸蔵保持し、かつそ
の流れを円滑化するために重要な要件で、該クロスピッ
チ幅が０．７mmを下回ると油の流れが妨げられて冷却効
果が低下し、他方、３．０mmを越えると油の流れは円滑
となるが、吸蔵保持能力が低下して局部的な発熱に対し
て冷却し難くなる。より好ましいクロスピッチ幅は１．
５〜２．５で、この範囲に設定することにより高摩擦係
数と低摩耗量とを一層バランスよく確保することが可能
となる。

【００１３】結合材成分となる炭化性の熱硬化性樹脂液
としては、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹脂、エ
ポキシ系樹脂あるいはこれらの混合樹脂等を挙げること
ができるが、特に樹脂を非酸化性雰囲気下で８００℃の
温度により焼成したときに残留する残炭率が４５重量％
以上のフェノール系樹脂初期縮合物、フラン系樹脂初期
縮合物もしくはこれらの混合樹脂が好ましく使用され
る。

【００１４】上記の炭化性の熱硬化性樹脂液には、カー
ボンブラックを配合して混練する。配合するカーボンブ
ラックは油状成分を吸着して炭素繊維平織クロスの組織
間隙に保持させる流通路として機能する成分で、窒素吸
着比表面積(N₂SA)が７０〜１００m²/g、ＤＢＰ吸油量が
９０〜１３０ml/100g の粒子特性を有するものが好まし
く用いられる。炭化性の熱硬化性樹脂液に対するカーボ
ンブラックの配合量は、２〜２０重量％の範囲に設定す
ることが好ましい。この配合量が２重量％未満では油状
成分の流通路としての機能が発揮されず、２０重量％を
越えると樹脂との混練物における粘度が高くなり過ぎて
炭素繊維基材に含浸や塗布する被着操作が困難となる。
より好ましい配合比率は、結合材に対して５〜１５重量
％の範囲である。炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボンブ
ラックは配合したのち、例えば３本ロールのような適宜
な混練装置を用いて均一に混練する。

【００１５】ついで、混練物を炭素繊維平織クロスに被
着する。混練物を炭素繊維平織クロスに被着する方法と
しては、含浸あるいは塗布など常用の手段で行うことが
できる。このようにしてマトリックス結合材の混練物を
被着した炭素繊維平織クロスは、半硬化してプリプレグ
を形成したのち熱圧硬化する。熱圧硬化処理は、単層の
プリプレグを６０kgf/cm²程度の加圧下に保持し、５℃
/hr 以下の昇温速度で２５０〜３００℃に加熱する条件
で行うことが好ましい。熱圧硬化したＣＦＲＰ複合組織
のシート状硬化物は、所定のドーナツ状あるいはセグメ
ントとして打ち抜き裁断加工する。

【００１６】ついで、裁断加工したＣＦＲＰの硬化シー
トを、例えば鉄板のような金属支持板に一体に接合す
る。接合は樹脂質の接着材を介して熱圧する方法で行わ
れるが、予め金属支持板の表面をショットブラストして
粗面化したのちマトリックス結合材と同一の熱硬化性樹
脂を被覆しておき、これにＣＦＲＰシートを熱圧接合す
る方法を採ることが好ましい。接合後は乾燥処理して湿
式摩擦材を得る。

【００１７】上記の第１の発明で得られるＣＦＲＰ複合
組織の摩擦面を備える湿式摩擦材は、基材となるクロス
ピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭素繊維平織クロスが油
状成分を十分に吸蔵保持する機能を営み、マトリックス
結合材に分散するカーボンブラックが油状成分の流通路
として機能するから、常に摩擦面に油状成分が円滑に介
在して過大な発熱現象を生じることなく優れた摩擦性能
ならびに耐摩耗性を発揮する。

【００１８】第２の本発明に係る製造方法は、ＣＦＲＰ
の硬化シートを得るまでの工程は上述した第１の発明プ
ロセスと同一であるが、第１の発明工程で得られたＣＦ
ＲＰの硬化シート（裁断加工後）を非酸化性雰囲気中で
８００℃以上の温度により焼成炭化処理し、得られたＣ
／Ｃ板に再び第１の発明工程で用いたと同一の炭化性熱
硬化性樹脂液とカーボンブラックを配合した混練物を被
着して熱硬化し、これを金属支持板に接合する工程から
なる。

【００１９】ＣＦＲＰ硬化シートの焼成炭化処理は、非
酸化性雰囲気に保持された炭化炉中で行われる。炭化炉
としては、コークス粉のような炭素質パッキング材で被
包しながら焼成炭化する形式のリードハンマー炉、系内
を窒素、アルゴン等の不活性ガスで保持された電気炉等
が用いられる。炭化処理温度は、８００℃以上に設定す
る必要があり、８００℃未満であるとマトリックス結合
材の炭化が不完全となって強度が低下する。

【００２０】焼成炭化後のＣ／Ｃ板には、再び炭化性の
熱硬化性樹脂液とカーボンブラックを配合した混練物を
被着して熱硬化し、これを金属支持板に接合して炭素系
湿式摩擦材を得る。

【００２１】このようにして得られる第２の発明による
Ｃ／Ｃ複合系の湿式摩擦材は、表面にＣＦＲＰ組織層が
形成されているため、上記したＣＦＲＰ単独組織の摩擦
材と同様に優れた摩擦性能ならびに耐摩耗性をバランス
よく付与することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例の範囲
に限定されるものではない。

【００２３】実施例１〜４、比較例１〜２ (1) 炭素繊維基材；ポリアクリロニトリル系高強度高弾
性率タイプのクロスピッチ幅が０．５〜３．５mmの範囲
で異なる編組の炭素繊維平織クロスを用いた。

【００２４】(2) 結合材の調製；粘度４ポイズのフェノ
ール樹脂初期縮合物に、窒素吸着比表面積(N₂SA)９９m²
/g、ＤＢＰ吸油量１２９ml/100g のカーボンブラック
〔東海カーボン（株）製“シースト５Ｈ”〕を１５重量
％の配合量で添加し、３本ロール混練装置を用いて１０
分間混練処理を施して結合材を調製した。

【００２５】(3) 摩擦材の製造；炭素繊維平織クロスの
表面に、結合材を均一に塗布して十分に含浸させ、４８
時間風乾してプリプレグシートを形成した。該プリプレ
グシートに６０kgf/cm²の加圧力を掛けながら５℃/hr
の昇温速度で２５０℃に加熱して硬化させたのち、硬化
シートを打ち抜き裁断し、外径８０mm、内径５０mm、平
均厚さ０．５mmのリング状に加工した。ついで、得られ
たＣＦＲＰ複合組織のシートを、予め結合材に用いたと
同一のフェノール樹脂初期縮合物を塗布被覆した鉄製の
支持板に重ね合わせ、６０kg/cm²の圧力下に熱圧接合し
て試験用の湿式摩擦材を製造した。

【００２６】(4) 湿式摩擦特性の評価；各摩擦板につ
き、下記の条件で定速試験機により湿式摩擦試験を行
い、得られた摩擦係数および摩耗量を用いた炭素繊維基
材のクロスピッチ幅と対比させて表１に示した。なお、
湿式摩擦試験条件としては、摩擦材の相手面；ＳＫ５
（直径80mm) 、周速；２０rpm 、押付け圧力；２０kgf/
cm²、潤滑油；ハイポイドギア油(75W-90)とし、１２０
分連続摩擦する方法で行った。摩擦係数は、３０分毎の
値の平均値として示した。また、摩耗量は摩擦板の厚み
（90°毎の４点）をマイクロメーターで測定し、４点の
平均値を試験前後の厚みの差で示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１を考察して明らかなとおり、実施例に
よる摩擦材はいずれも高水準の摩擦係数ならびに低摩擦
量をバランスよく示しているが、クロスピッチ幅が０．
５mmの比較例１では摩擦量が少ないが摩擦係数が低く、
またクロスピッチ幅が３．５mmの比較例２では摩擦係数
は高水準にあるが摩耗量が極端に高くなった。

【００２９】実施例５炭素繊維基材として、トウに撚りを与えて編組したクロ
スピッチ幅０．７mmの平織クロスを用い、その他は実施
例１と同一条件でＣＦＲＰ複合組織の摩擦面を有する炭
素系湿式摩擦材を製造した。この摩擦材につき、実施例
１と同様に湿式摩擦試験による評価を行ったところ、摩
擦係数は０．１４９、摩耗量０．０１９mmのバランスの
よい高摩擦性能が得られた。

【００３０】実施例６〜８、比較例３〜５実施例１、３および４により得られたＣＦＲＰ複合組織
のシートを窒素雰囲気に保持された電気炉に移し、５℃
/hr の昇温速度で１１００℃に加熱し、この温度に５時
間保持して焼成炭化処理した。該Ｃ／Ｃ複合組織のシー
トにマトリックス結合材と同一組成の混練物を再度均一
に塗布して十分に含浸させ、４８時間風乾したのち、６
０kgf/cm²の加圧力を掛けながら５℃/hr の昇温速度で
２５０℃に加熱して硬化させた。ついで、硬化シートを
予め結合材に用いたと同一のフェノール樹脂初期縮合物
を塗布被覆した鉄製の支持板に重ね合わせ、６０kg/cm²
の圧力下で熱圧接合して試験用の湿式摩擦材を製造し
た。製造された各摩擦材につき、実施例１と同様に湿式
摩擦試験による評価を行い、結果を表２に示した。な
お、比較のために焼成炭化処理の段階で止め、混練物の
再含浸を施さない状態のＣ／Ｃ複合組織のシートを同様
に金属支持板に接合して湿式摩擦材を製造し、この摩擦
材について同様に湿式摩擦試験した結果を表２に併載し
た。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２の結果から、実施例６〜８の炭素系湿
式摩擦材は摩擦係数は相当する比較例品に比べて若干高
いが、摩耗量が大幅に低下しているため、相対的にバラ
ンスのよい摩擦性能が付与されていることが認められ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば特定のク
ロスピッチ幅を有する炭素繊維平織クロスを基材とし、
これにカーボンブラックを配合したマトリックス結合材
を用いて炭素繊維複合組織を摩擦面とすることにより、
優れた摩擦係数ならびに耐摩耗性をバランスよく備えた
高性能の炭素系湿式摩擦材を製造することができる。し
たがって、高度の摩擦性能が要求されるブレーキパッド
あるいはクラッチフェーシングの製造技術として極めて
有用である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１０月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】クロスピッチ幅を０．７〜３．０ｍｍの範
囲に限定するのは、油状成分を十分に吸蔵保持し、かつ
その流れを円滑化するために重要な要件で、該クロスピ
ッチ幅が０．７ｍｍを下回ると油の流れが妨げられて冷
却効果が低下し、他方、３．０ｍｍを越えると油の流れ
は円滑となるが、吸蔵保持能力が低下して局部的な発熱
に対して冷却し難くなる。より好ましいクロスピッチ幅
は１．５〜２．５ｍｍで、この範囲に設定することによ
り高摩擦係数と低摩耗量とを一層バランスよく確保する
ことが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０９Ｋ 3/14 ５３０Ｆ１６Ｄ 69/02 ＣＦ１６Ｄ 69/02 69/04 Ａ 69/04 Ｃ０４Ｂ 35/52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭
素繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボ
ンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得ら
れたＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工したの
ち金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩
擦材の製造方法。
【請求項２】クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭
素繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボ
ンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得ら
れたＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工したの
ち非酸化性雰囲気中で８００℃以上の温度により焼成炭
化処理し、得られたＣ／Ｃ板に再び炭化性の熱硬化性樹
脂液とカーボンブラックを配合した混練物を被着して熱
硬化し、これを金属支持板に接合することを特徴とする
炭素系湿式摩擦材の製造方法。
【請求項３】トウに撚りを与えて編組したクロスピッ
チ幅が０．７〜３．０mmの炭素繊維平織クロスを用いる
請求項１又は２記載の炭素系湿式摩擦材の製造方法。
【請求項４】炭素繊維クロスに被着する混練物が、窒
素吸着比表面積(N₂SA)が７０〜１００m²/g、ＤＢＰ吸油
量が９０〜１３０ml/100g の特性を有するカーボンブラ
ックを２〜２０重量％の範囲で添加混練したものである
請求項１又は２記載の炭素系湿式摩擦材の製造方法。