WO2000049104A1 - Materiau de friction - Google Patents

Description

明 細 摩擦材 技術分野

本発明は、 自動車、 航空機、 鉄道車両及び産業用機器等の制動装置に用いられる 制動部材用材料、 例えばクラッチフエ一シング用材料及びブレーキ用材料等として 好適な摩擦材に関する。 景技術

従来、 制動部材における摩擦材としては、 アスベストを有機系又は無機系の結合 剤に分散させ結着成形してなる摩擦材が使用されてきた。

しかしながら、 この種の摩擦材は、 耐熱性等の摩擦摩耗特性が不十分であるとと もに、 アスペス卜が発癌性等の環境衛生上の問題を有することから代替品の開発が 強く要望されている。

斯かる要望に対し、 チタン酸カリウム繊維を基材繊維または摩擦調整剤として用 いた摩擦材が提案されている。 チタン酸カリウム繊維はアスペストのような発癌性 を持たず、 耐熱性に優れ、 フェード現象の防止や摩擦特性の熱安定性向上に有効で あるという優れた特徴を有している。

しかしながら、 チタン酸カリウム繊維を配合した摩擦材においても、 高温時にお ける摩耗や摩擦係数の低下の問題の解決には十分対応できていないのが現状である。 また、 チタン酸カリウム繊維は繊維形状を有しているため嵩高く、 流動性に劣り、 製造時において供給路の壁に付着して、 これを閉塞させるといった問題点を有して いる。

更に、 チタン酸カリウム繊維は繊維状粉末であるため粉塵を発生し易く、 作業環 境を悪化させるという問題点を有している。 発明の開示

本発明は、 上記従来の問題点に鑑みなされたもので、 高温時においても摩擦摩耗 特性に優れ、 且つ生産性、 作業性に優れた摩擦材を提供することを課題とするもの である。

本発明の摩擦材は、 摩擦調整剤として、 リン片状ベーマイトが配合されていること を特徴とする。

本発明で用いるリン片状 （例えば、 薄片状、 板状） ベ一マイトは、 A I O (OH) を主成分とする層状化合物であり、 天然では、 ケィ素、 チタン、 鉄、 マグネシウム、 カルシウム等を含有するリン片状のアルミニウム水酸化鉱物として、 ボーキサイト 中に広く分布し、 パイロフィライトゃカオリナイト鉱床中で産出される。

また、 水酸化アルミニウム、 水及びアルカリ土類金属化合物 （水酸化物や酢酸溶 液等） を圧力 10〜100気圧、 反応温度 150〜300°Cにて水熱反応させた後、 必要に応じて 150〜1400°Cで熱処理することにより合成したバリウム含有ァ ルミナ、 ストロンチウム含有アルミナ、 マグネシウム含有アルミナ、 カルシウム含 有アルミナ、 マグネシウムカルシウム含有アルミナ、 バリウムへキサアルミネート、 ストロンチウムへキサアルミネート、 マグネシウムへキサアルミネート、 カルシゥ ムへキサアルミネート、 マグネシウムカルシウムへキサアルミネ一ト等の人工的な ものも本発明のリン片状べ一マイトとして好ましく用いることができる。

これらのリン片状べ一マイトは、 以下のような特徴を有している。

(1) 結晶学的構造としては斜方晶系に属し、 層状構造を持った層間化合物であ る。

(2) 通常、 六角板状又は菱型の形状を有しており、 長径 0. l〜10 m、 短 径 （厚さ） 0. 01〜0. 3 m程度である。

(3) モース硬度が 3. 5〜4. 0 (旧モース硬度） であり、 摩擦材に使用した 場合の相手材攻撃性 （アブレ一シブ性） が小さい。 ( 4 ) 水との反応性が小さく、 酸、 アルカリにも殆ど不溶である。

リン片状ベーマイ卜の有する上記のような特徴は、 摩擦材の原料として極めて有 利である。

上記構成からなる摩擦材は、 低温から高温域までの広い温度範囲にわたって、 安 定して優れた摩擦係数と耐摩耗性を有している。 従って、 自動車、 鉄道車両、 航空 機、 各種産業用機器類等に用いられる制動部材用材料、 例えばクラッチフエ一シン グ用材料及びブレーキライニングやディスクパッド等のブレーキ用材料等として用 いた場合には、 制動機能の向上と安定化が図られると共に、 耐用寿命の改善効果が 得られる。

また、本発明の前記摩擦材の前記リン片状べ一マイ卜の配合量は、 3〜5 0重量％ であってもよい。 配合量を 3重量％以上とすることで摩擦特性の改善効果を十分に 発現させることができる。 また、 5 0重量％を越えて配合する利益はない。

さらに、 本発明の前記摩擦材の前記リン片状べ一マイトは、 アルカリ土類金属含 有アルミナ又はアルカリ土類金属へキサアルミネートであってもよい。

本発明の摩擦材としては、 基材繊維、 摩擦調整剤及び結合剤からなる摩擦材を例 示でき、 該摩擦材中の各成分の配合割合としては、 基材繊維 1〜6 0重量部、 摩擦 調整剤はリン片状ベーマイトを含め 2 0〜8 0重量部、 結合剤 1 0〜4 0重量部、 その他の成分 0〜 6 0重量部を例示できる。

基材繊維としては、 例えばァラミド繊維等の樹脂繊維、 スチール繊維、 黄銅繊維 等の金属繊維、 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 プ等を挙げることができる。 これらの基材繊維は、 分散性及び結合剤との密着性向 上のためにアミノシラン系、 エポキシシラン系又はビニルシラン系等のシラン系力 ップリング剤、 チタネート系カップリング剤あるいはリン酸エステル等の表面処理 を施して用いてもよい。

摩擦調整剤としては、 リン片状べ一マイトに加えて、 本発明の効果を損なわない 範囲で、 他の摩擦調整剤を併用してもよい。 例えば、 加硫又は未加硫の天然、 合成ゴム粉末、 カシュ一樹脂粉末、

ト、 ゴムダスト等の有機物粉末、 力一ポンプラック、 黒鉛粉末、 二硫化モリブデン、 硫酸バリウム、 炭酸カルシウム、 クレー、 マイ力、 タルク、 ケイソゥ土、 アンチゴ ライト、 セピオライト、 モンモリロナイト、 ゼォライト、 三チタン酸ナトリウム、 五チタン酸ナトリウム、 六チタン酸カリウム、 八チタン酸カリ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を挙げることができる。 上記のチタン酸ナトリウ ム、 チタン酸カリウム （特に六チタン酸カリウム及び八チタン酸カリウム） では、 粒状、 板状のものを併用するとよい。 好ましくは、 粒状物では平均粒子径 3〜1 0 0 z m、 板状物では平均厚さ 0 . 0 5〜 1 m、 平均アスペクト比 3〜 1 0 0 0の ものがよい。

これらのチタン酸ナトリウム或いはチタン酸カリウムをリン片状べ一マイトと併 用する場合、 リン片状べ一マイトとチタン酸ナトリゥム或いはチタン酸カリゥムの 重量比が 1 ： 9〜8 ： 2程度とするのが好ましい。

かかる組み合わせにおいては、 高い摩擦摩耗特性を有する摩擦材を提供すること ができる。

結合材としては、 フエノール樹脂、 ホルムアルデヒド樹脂、 メラミン樹脂、 ェポ キシ樹脂、 アクリル樹脂、 芳香族ポリエステル樹脂、 ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂、 天然ゴム、 二トリルゴム、 ブタジエンゴム、 スチレンブタジエンゴム、 クロロプレ ンゴム、 ポリイソプレンゴム、 アクリルゴム、 ハイスチレンゴム、 スチレンプロピ レンジェン共重合体等のエラストマ一、 ポリアミド樹脂、 ポリフエ二レンサルファ イド樹脂、 ポリエーテル樹脂、 ポリイミド樹脂、 ポリエーテルエーテルケトン樹脂、 熱可塑性液晶ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂等の有機質結合剤及びアルミナゾ ル、 シリカゾル、 シリコーン樹脂等の無機質結合剤を例示できる。

本発明の摩擦材には、 前記各成分に加えて、 必要に応じて防鲭剤、 潤滑剤、 研削 剤等の成分を配合することもできる。 本発明の摩擦材の製造方法は、 特に制限はなく、 従来公知の摩擦材の製造方法に 準じて適宜製造することができる。

一例としては、 基材繊維を結合剤中に分散させ、 摩擦調整剤及び必要に応じて配 合されるその他の成分を組み合わせて配合し、 摩擦材組成物を調整し、 次いで金型 中に該組成物を注入し加圧加熱して結着成形する方法を挙げることができる。

また、 他の一例としては、 結合剤を二軸押出機にて溶融混練し、' サイドホッパー から基材繊維、 摩擦調整剤及び必要に応じて配合されるその他の成分を組み合わせ て配合し、 押出成形後、 所望の形状に機械加工する方法を挙げることができる。 さらに、 他の一例としては、 摩擦材組成物を水等に分散させ抄き網上に抄き上げ、 脱水してシート状に抄造した後、 プレス機にて加熱加圧し結着成形し、 得られた摩 擦材を適宜切削 ·研磨加工して所望の形状とする方法を挙げることができる。

製造に際しては、 本発明の摩擦材は、 摩擦調整剤としてのベ一マイトがリン片状 であるため、 繊維形状であるチタン酸カリウム繊維を用いた場合に比して流動性が 向上し、 製造時において、 供給路の壁に付着して供給路を閉塞させる虞がない。 しかも、 リン片状であるため、 チタン酸カリウムの繊維粉末の如く粉塵が発生す ることも少なく、 作業環境も改善される。 図面の簡単な説明

図 1は、 摩耗率とディスク温度との関係を示す測定図である。

図 2は、 摩擦係数とディスク温度との関係を示す測定図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に実施例、 比較例及び試験例を挙げ、 本発明を更に詳細に説明する。

参考例

高純度水酸化アルミニウム （A 1 (OH) ₃) (純度 > 9 9 %) と水酸化ストロン チウム （S r (OH) ,) を水中に分散させスラリーとし、 水熱合成装置を用いて圧 力 10〜15気圧、 反応温度 150〜200° Cで 8時間反応させた後、 該スラリ 一をろ過 ·乾燥して、 長径 0. 8〜1. 0 111、 短径0. 08〜l ;^mのリン片状 ベ一マイト （ストロンチウム含有アルミナ） を得た。

実施例

チタン酸カリウム繊維 （商品名 「ティスモ D」 、 大塚化学株式会社製） 15重量 部、 ァラミド繊維 （商品名 「ケブラ一パルプ」 長さ 3mm、 東レ株式会社製） 4重 量部、 結合剤 （フエノール樹脂） 9重量部、 有機添加剤 （カシュ一ダスト等） 9重 量部、 リン片状ベーマイト （参考例で製造したもの） 30重量部、 その他 （黒鉛等 潤滑剤、 金属粉末、 酸化物粉末） 33重量部を十分に混合して金型に充填し、 結着 成形 （加圧力： 150 kg f/cm²、 温度 170°C、 5分間） を行い、 成形後、 離 型して熱処理 （180°Cで 3時間保持） を施した。 しかる後、 研磨加工を加えて供 試体 （A) を得た。

尚、 有機添加剤、 潤滑剤、 金属粉末、 酸化物粉末については、 通常、 摩擦剤に添 加されるものを使用した。

比較例

チタン酸カリウム繊維 16重量部、 ァラミド繊維 （商品名 「ケブラ一パルプ」 長 さ 3mm、 東レ株式会社製） 3重量部、 結合剤 （フエノール樹脂） 10重量部、 有 機添加剤 （カシュ一ダスト等） 9重量部、 その他 （黒鉛等潤滑剤、 金属粉末、 酸化 物粉末） 63重量部を十分に混合して金型に充填し、 実施例と同様にして供試体 (B) を得た。

(摩擦摩耗試験〉

供試体 （A) 及び供試体 （B) から試験片を切り出し、 J I S D441 1 (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： F C 25ねずみ铸鉄、 面圧 10 k g f / c m²、 摩擦速度： 7 mZ秒） を行つて 摩耗率 （cm³/kg - m) 及び摩擦係数 （ ） を測定した。 測定結果は図 1 (摩耗 率） と図 2 (摩擦係数） に示す。 以上の結果から、 リン片状べ一マイトを配合した実施例の摩擦材 （供試体 （A) からなる摩擦材） は、 ベ一マイトを配合しない比較例の摩擦材 （供試体 （B ) から なる摩擦材） に比較して 3 5 0 °Cを越える温度域においても摩擦係数の変化は極め て小さく、 摩擦抵抗の低下も相対的に低く改良された摩擦摩耗特性を有しているこ とがわかる。

以上のように、 本発明の摩擦材は、 低温から高温域までの広い温度範囲にわたつ て、 安定して優れた摩擦係数と耐摩耗性を有している。 従って、 自動車、 鉄道車両、 航空機、 各種産業用機器類等に用いられる制動部材用材料、 例えばクラッチフエ一 シング用材料及びブレーキライニングやディスクパッド等のブレ一キ用材料等とし て用いた場合には、 制動機能の向上と安定化が図られると共に、 耐用寿命の改善効 果が得られる。 しかも、 摩擦調整剤としてのベーマイトがリン片状であるので、 製 造時における供給路を閉塞することも防止され、 粉塵が発生する虞も少なく、 生産 性、 作業性に優れたものとなるのである。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 摩擦調整剤として、 リン片状べ一マイトが配合されていることを特徴とする摩 擦材。

2 . 前記リン片状ベーマイトの配合量が 3〜 5 0重量％である請求項 1記載の摩擦 材。

3 . 前記リン片状べ一マイトがアルカリ土類金属含有アルミナ又はアルカリ土類金 属へキサアルミネ一トである請求項 1又は 2記載の摩擦材。