JP2005200569A

JP2005200569A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2005200569A
Application number: JP2004009152A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Morita; 将行森田; Satoshi Kusaka; 聡日下; Yosuke Sasaki; 要助佐々木
Original assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Current assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】向上したフェード特性を備え、かつ環境負荷も少なくした摩擦材を提供する。
【解決手段】繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子を配合したことを特徴とする摩擦材。繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子と、焼成骨粉を併用して配合したことを特徴とする摩擦材。複合材粒子が廃摩擦材を６００℃以上の温度で熱処理して有機成分を除去した後粉砕して得た粒子であること、複合材粒子が廃摩擦材全体の１０体積％以上配合されていること、及び焼成骨粉が摩擦材全体の３体積％以上配合されていることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、廃摩擦材の粉砕物を再び原料として使用する摩擦材に関するものであり、特に産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに用いられるフェード特性が向上した摩擦材、及び廃摩擦材から溶出する規制対象元素の溶出も防止できる摩擦材に関するものであり、より具体的には前記の用途に使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に関する。

ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、或いはクラッチなどに使用される摩擦材は、摩擦作用を与え、かつその摩擦性能を調整する摩擦調整材、補強作用をする繊維基材、これらの成分を一体化する結合材などの材料からなっている。そのうちの繊維基材には、金属繊維、無機繊維、有機繊維などの種類があり、それぞれの特徴があり、通常２種類以上のものが組み合わされて使用されている。

一方、摩擦材の摩擦特性を調整する材料としては摩擦調整材及び固体潤滑材があるが、これらにも無機系と有機系とがあり、それぞれの特性があり、通常２種類以上のものが組み合わせて使用されている。そして、摩擦調整材としては、例えばアルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、石英等の無機摩擦調整材、合成ゴムやカシュー樹脂等の有機摩擦調整材を、固体潤滑材としては、例えば黒鉛や二硫化モリブデン等を挙げることができる。

また、充填材として、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、金属粉、バーミキュライト、マイカなどが用いられている。
そして、これらの成分を配合してなる摩擦材の相手材攻撃性を抑え、耐フェード性、耐摩耗性を改善した非石綿系摩擦材として種々の配合の摩擦材が提案されている。

ところで、従来のブレーキ摩擦材では、摩擦材の気孔率はフェード特性に大きく影響を与えることから、摩擦材の気孔率を高める材料が求められている。また、これからは、地球環境にやさしい摩擦材を開発することは重要であり、そのためには、摩擦材原材料として、環境負荷の少ない材料を使用する必要がある。

さらに、最近は資源の有効利用及び環境汚染の防止の観点から、使用済み製品や不良品からの有用資源の回収、再利用が大きく注目されるようになってきた。
しかしながら、製造過程で廃棄される摩擦材不良品や市場から回収した使用済みの摩擦材（廃摩擦材と称する）の大半は埋め立て処分されているのが現状である。そこで、環境保全及び資源の再利用化の面から、これらの廃摩擦材を再び摩擦材原料として再利用することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開平６−８０９５２号公報特開平７−４１５６６号公報特開平９−１１８７５５号公報特開平９−２９１９５４号公報

しかし市場から回収した廃摩擦材には、環境負荷の大きい物質を含んでいる場合もあり、リサイクルがほとんど進んでいない。
また現在、一部の摩擦材には環境負荷の大きい元素が含まれていることもあり、環境保全の観点から使用削減あるいは使用中止の方向に進んでいる。しかし市場回収の廃摩擦材は、製造後５〜１０年経たものが一般的であり、環境対策上好ましくないとされる銅、亜鉛、鉛などを多く含んでいることがある。このため、市場で使用された後の摩擦材を回収・再使用するためには、これらの環境負荷を与える可能性のある元素が仮に埋め立て処分された場合、雨水等に溶出して、河川等環境へ流出するのを防ぐ対策が必要である。

さらに、摩擦材そのものについて考察すると、本来制動用の摩擦材に要求される主要特性は、安定した摩擦特性、耐熱性、耐摩耗性などである。これら要求特性のうち摩擦特性については、従来の技術でほぼ満足すべきレベルまで改良がなされ、とりわけ繊維質を基材とする摩擦材は良好な性能を示す。しかし、特に更に高温時における摩擦性能の維持、ならびに耐摩耗性の向上が強く望まれている。その上、フェード特性が良好で相手材攻撃性が小さく、環境負荷の小さい摩擦材が強く望まれている。本発明は、上述の特性を備えた摩擦材を提供するに当たり、従来使用されておらず、しかも性質の優れた材料を見いだして高温域に至るまで安定した摩擦性能と耐摩耗性を確保するとともに、環境負荷の低減も可能にした摩擦材を提供しようとするものである。すなわち、本発明は、高温時における摩擦特性、耐熱性、耐摩耗性、フェード特性を備え、かつ環境負荷も少なくした摩擦材を提供することを課題とする。

本発明者等は、前記の課題により、高い気孔率を有し、かつ、フェード特性を向上させる材料について種々研究した。そして前記の廃摩擦材を６００℃以上で熱処理して有機成分を除去した後粉砕して得た複合材粒子が、気孔率が大きく、フェード時に発生するガスが抜けやすくなり、フェード特性を向上できることに着目して本発明に到達した。

さらに、本発明者等は、前記の課題により、多孔質材料であり、かつ、フェード特性を向上させるとともに環境負荷を低減する材料について種々研究した。そして、牛、馬、豚、鳥などの家畜や魚類の骨を焼成して得られた焼成骨粉は、Ｃａ^２＋欠損型水酸化アパタイトを主成分とし、気孔率が２０〜６０％の多孔質材料であるとともに、重金属イオンなどに対する選択性と高いイオン交換能力があり、摩擦材のフェード特性向上と、地球環境に及ぼす負荷を低減できることに着目して、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子を配合したことを特徴とする摩擦材。
（２）前記複合材粒子が廃摩擦材を６００℃以上の温度で熱処理して有機成分を除去した後、粉砕して得た粒子であることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材。
（３）前記複合材粒子が摩擦材全体の１０体積％以上配合されていることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の摩擦材。

（４）繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子と、焼成骨粉を併用して配合したことを特徴とする摩擦材。
（５）前記複合材粒子が廃摩擦材を６００℃以上の温度で熱処理して有機成分を除去した後粉砕して得た粒子であることを特徴とする前記（４）記載の摩擦材。
（６）前記焼成骨粉が、摩擦材全体の３体積％以上配合されていることを特徴とする前記（４）又は（５）記載の摩擦材。

本発明の摩擦材は、その構成成分として廃摩擦材を熱処理して有機成分を除去した複合材粒子を配合したものであり、それから得られた摩擦材は気孔率が高いので、フェード特性が向上し、摩擦材として優れた特性を有する。
また、従来廃棄していた摩擦材不良品、市場回収摩擦材等の廃摩擦材を有効利用するので、摩擦材廃棄物の処分量を削減でき、環境への負荷を低減できる。

さらに、本発明によれば、無機充填材の一成分として家畜及び魚類の焼成骨粉を配合したことにより、フェード特性が向上した摩擦材を得ることができる。また、焼成骨粉は、高いイオン交換能力を持つため、前記複合材粒子が廃摩擦材に由来する有害な金属イオンを含有する場合でも、その金属イオンを保持して溶出を防ぐ作用を有し、それ自体天然由来の原材料であるため、環境負荷を低減できる。焼成骨粉は、多孔性であるため無機充填材の成分として使用されてきた硫酸バリウムの代わりに使用すると、より優れた効果を発揮する。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明において使用する複合材粒子は、通常廃棄処分される製造過程で出る摩擦材の切削屑、研磨粉や摩擦材の不良品及び市場から回収した使用済みの摩擦材（廃摩擦材）を粉砕してなる粒子を原材料とする。本発明ではこの原材料を熱処理して有機成分を除去し、それを粉砕して複合材粒子とする。

（廃摩擦材の処理方法）
ディスクブレーキパッドのプレッシャープレート（Ｐ／Ｐ）及びドラムブレーキライニングのシューの接着部分を、特開２００２−８１４７８号公報に開示されているような方法で、具体的には、金属材料製ベース部材に接着層を介して接着された摩擦部材を、前記ベース部材側から火炎にて前記接着層が炭化するまで加熱した後、前記摩擦材に衝撃を加えて、前記摩擦部材を前記ベース部材から剥離する方法で分離し、摩擦材を分離回収する。その後、６００℃以上、好ましくは６００〜８００℃で熱処理して粉砕する。こうして得た複合材粒子を以下「リサイクル材」と称する。

（熱処理の理由）
リサイクル材に有機成分がそのまま残された状態で使用すると、後で結合材の樹脂、繊維等を加えて成形する関係上、摩擦材中に含まれる有機成分の含有量が過剰となり、フェード特性の悪化につながる。そこで上記の熱処理により、有機成分を除去する。熱処理温度は６００℃以下であると十分に揮散消失あるいは炭化しない有機成分が残り、８００℃以上であると無機充填材として多く含まれている炭酸カルシウムが分解するため、上記の範囲が良い。
（炭酸カルシウムの熱分解温度：８２５℃（硫酸バリウムは１２００℃））

（リサイクル材の特性）
熱処理により廃摩擦材中の有機成分は揮散消失あるいは炭化するため、有機成分の多くの部分が空孔となるので、リサイクル材は多孔質材料となっている。このため、摩擦材用材料として使用すると、摩擦材の気孔率を大きくできる。摩擦材の気孔率が大きくなると、フェード時に発生するガスが抜けやすくなり、フェード特性が向上する。

次に、本発明において焼成骨粉をリサイクル材と併用することの利点及び材料特性について説明する。
市場から回収した廃摩擦材を原材料として再利用する場合、焼成骨粉を同時に配合することにより、埋め立て処分された場合の環境中への金属イオンの溶出を抑制できる。
焼成骨粉とは、牛、鳥、羊などの動物骨や魚類の骨を６００℃〜１１００℃で焼成した材料である。その主成分はＣａ^２＋欠損型水酸アパタイト（化学式：Ｃａ_１０−Ｘ（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２−２Ｘ：Ｘが欠損する）であり、Ｃｄ^２＋、Ｐｂ^２＋、Ｃｕ^２＋等の陽イオンと高いイオン交換能力を持っている。また、２０〜６０％の気孔率を持った多孔質材料であるため表面積が大きい。そのため、摩擦材原材料として用いた場合、摩擦材の金属イオンの河川への流出を抑えることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１〜３及び比較例１、２
これらの実施例及び比較例は廃摩擦材由来の複合材粒子のフェード特性向上効果を説明するものである。
１）リサイクル材の作製
廃摩擦材とプレッシャプレート（Ｐ／Ｐ）の接着部分を先に記述した特開２００２−８１４７８号公報に開示されている方法で剥離し、廃摩擦材（成分を第１表に示す）を回収した。その後、７００℃で３０分間熱処理した後粉砕し、平均粒径０．５ｍｍ、最大粒径２ｍｍに調整した。ここで、リサイクル材自身の気孔率は３０％であった（気孔率の測定法：オイル含浸法、ＪＩＳＤ４４１８）。なお、熱処理後は第１表に示す成分のうち結合材、有機繊維及び有機摩擦調整材は消滅した。

２）摩擦材の配合
第２表に配合内容（実施例１〜３、比較例１、２）を示す。配合はフェード特性に影響を及ぼす有機成分の割合を一定にして実施した。また、リサイクル材は摩擦材の無機・金属成分がそのまま残ったものであるので、リサイクル材の配合は無機・金属成分と置換した。

３）製造方法
上記の配合材料を、通常の工程である、撹拌、予備成形、熱成形、加熱（アフタキュア）、研磨等の工程を経て、摩擦材の完成品を得た。
４）摩擦材の評価試験
上記３）によって得られた摩擦材に対して、気孔率測定（オイル含浸法、ＪＩＳＤ４４１８）及び性能試験（ＪＡＳＯＣ４０６）を行い、摩擦材の気孔率及びフェード特性を調べた。フェード特性は次式で定義されるフェード率が７５％以上であることが判断基準である。
フェード率（％）＝〔フェード試験における最低μ／フェード試験の制動１回目のμ（６０℃）〕×１００

試験結果を第３表に示す。リサイクル材が０ｖｏｌ％の比較例１ではフェード特性の基準を満たさなかった。また、リサイクル材が５ｖｏｌ％の比較例２もフェード向上効果が小さく、フェード特性の基準を満たさなかった。一方、１０ｖｏｌ％以上配合した実施例１〜３では、比較例１及び２と比べて気孔率が大きくなり、フェード特性は良好であった。このことより、リサイクル材を１０ｖｏｌ％以上含むことで摩擦材のフェード特性を向上できることがわかる。

実施例４、５及び比較例３
これらの実施例及び比較例は、廃摩擦材由来の複合材粒子と焼成骨粉の併用による、環境負荷の低減、すなわち環境中へ溶出する規制対象金属元素イオン量の消滅効果を説明するものである

１）リサイクル材の作製
実施例１〜３及び比較例１、２に用いたものと同一の方法で作製した。
２）摩擦材の配合
第４表に配合内容（実施例４、５及び比較例３）を示す。
３）製造方法
実施例１〜３及び比較例１、２について記載した方法と同一の方法で摩擦材の完成品を得た。

摩擦材の性能評価を下記の項目について実施した。
４）溶出試験
溶出試験は、「産業廃棄物に含まれる金属などの検定方法（環境省告示１３号）」に基づいて実施し、分析用の試料液を得た。ただし本実験では、溶媒として蒸留水（ｐＨ＝６、標準溶媒）とｐＨ＝３の硫酸・硝酸混合液（当量比で硫酸：硝酸＝１：１）を使用した。酸性雨の影響を調査するときには、ｐＨ＝４〜４．５の硫酸・硝酸混合液（当量比で硫酸：硝酸＝１：１）を使用するが、本実験では、より金属イオンが溶出しやすいｐＨ＝３の混合液を使用した。

５）分析
上記の方法により作製された試料液を誘導結合高周波プラズマ発光分析装置でＩＣＰ発光分析法により鉛、銅、亜鉛の定量分析を行った。第５表に結果を示す。本実験で測定した３種の金属は、排水基準の規制対象となっている物質である。
蒸留水を溶媒に使用した場合、どの金属イオンにおいても溶出量が少なく、排水基準を満たしていた。また銅について、比較例３に比べて実施例４、５の溶出量は少なく、焼成骨粉により銅イオンの溶出量を抑えることができた。
ｐＨ＝３の硫酸・硝酸混合液では、３ｖｏｌ％以上の焼成骨粉を配合した実施例４、５は、焼成骨粉を配合しなかった比較例３に比べて、鉛、銅、亜鉛の溶出量が減少した。このことより、焼成骨粉を３ｖｏｌ％以上配合することで、環境中に溶出する金属イオン量を削減できることがわかる。

本発明によれば、得られる摩擦材は、廃摩擦材起源の複合材粒子を配合したものであり、気孔率が高いので、フェード特性が向上し、ノイズ発生が少ない優れた特性を有する。従って、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に特に有用なものである。
また、焼成骨粉を併用すれば、焼成骨粉は気孔率の大きい多孔質材料であるとともに高いイオン交換能力を有するので、環境中に溶出する金属イオン量を削減でき、環境負荷が低減できるので、上記の機械及び車両の摩擦材として特に有用なものである。

Claims

繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子を配合したことを特徴とする摩擦材。
前記複合材粒子が廃摩擦材を６００℃以上の温度で熱処理して有機成分を除去した後、粉砕して得た粒子であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
前記複合材粒子が摩擦材全体の１０体積％以上配合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摩擦材。
繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、その構成成分として廃摩擦材を粉砕してなる複合材粒子と、焼成骨粉を併用して配合したことを特徴とする摩擦材。
前記複合材粒子が廃摩擦材を６００℃以上の温度で熱処理して有機成分を除去した後粉砕して得た粒子であることを特徴とする請求項４記載の摩擦材。
前記焼成骨粉が、摩擦材全体の３体積％以上配合されていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の摩擦材。