JP2008222730A - Friction material - Google Patents

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Toru Noguchi
徹 野口
Akira Magario
章 曲尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction material excellent in high temperature characteristics. <P>SOLUTION: This friction material 2 contains a reinforcing fiber, filler, rubber composition and binder resin. The rubber composition is provided by dispersing carbon nanofibers having 0.5 to 500 nm mean diameter uniformly in a matrix of an ethylene-propylene rubber, showing 1,000 to 3,000 μsec first spin-spin relaxation time (T2n) in a non-cross-linked material measured by a Hahn echo method by using a pulse method NMR at 150°C and having <0.2 component fraction (fnn) of a component having a second spin-spin relaxation time (T2nn). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温特性に優れた摩擦材に関する。   The present invention relates to a friction material excellent in high temperature characteristics.

自動車等の車両のディスクブレーキ用のパッド、ドラムブレーキ用のシュー、クラッチ用のクラッチフェーシング等に使用する摩擦材としては、熱硬化性のフェノール樹脂をマトリックス(基材)として、無機繊維や有機繊維などの強化繊維と、加硫ゴム粉末を含む充填材と、を含有する摩擦材が知られている(例えば、特許文献1参照)。充填材として用いられる加硫ゴム粉末は、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、エチレン−プロピレンゴム(EPDM)、ニトリルゴム(NBR)などが挙げられるが、ニトリルゴムが一般的に用いられていた。摩擦材におけるニトリルゴムは、その柔軟性によって例えば摩擦材とディスクロータとの接触を均一にすることで摩擦係数を増大化し、また、その減衰特性(損失正接(tanδ))によって例えばディスクブレーキの鳴きを低減していた。しかしながら、ニトリルゴムは、常温付近の減衰特性や動的弾性率に優れているが、高温例えば120℃以上での減衰特性(損失正接(tanδ))が低く、劣化開始温度が比較的低かった。そのため、例えばディスクブレーキの連続制動によって摩擦材が高温になると、摩擦材に含まれるニトリルゴムの動的弾性率及び減衰特性が低下してしまい、摩擦材の摩擦係数が低下したり、偏当たりによる偏摩耗が発生することがあった。さらに、ニトリルゴムの低温における損失正接(tanδ)のピーク温度は−20℃程度であるので、ニトリルゴムを用いた摩擦材は−20℃よりも低温において防制振性能が低下し、例えばディスクブレーキでは鳴きが発生することがあった。エチレン−プロピレンゴムは、ニトリルゴムよりも低温における防制振性能に優れているが、摩擦材としてほとんど実用化されていなかった。   For friction materials used for disc brake pads, drum brake shoes, clutch facings for clutches, etc. of automobiles and other vehicles, thermosetting phenol resin is used as a matrix (base material), and inorganic and organic fibers. A friction material containing a reinforcing fiber such as a filler and a filler containing vulcanized rubber powder is known (see, for example, Patent Document 1). Examples of the vulcanized rubber powder used as the filler include silicone rubber (Q), fluoro rubber (FKM), ethylene-propylene rubber (EPDM), and nitrile rubber (NBR). Nitrile rubber is generally used. It was. Nitrile rubber in the friction material increases the coefficient of friction by making the contact between the friction material and the disc rotor uniform, for example, due to its flexibility, and for example, the noise of the disc brake due to its damping characteristic (loss tangent (tan δ)). Was reduced. However, although nitrile rubber is excellent in damping characteristics and dynamic elastic modulus near room temperature, the damping characteristics (loss tangent (tan δ)) at a high temperature, for example, 120 ° C. or higher are low, and the deterioration start temperature is relatively low. Therefore, for example, when the friction material becomes high temperature due to continuous braking of the disc brake, the dynamic elastic modulus and damping characteristics of the nitrile rubber contained in the friction material decrease, the friction coefficient of the friction material decreases, Uneven wear sometimes occurred. Furthermore, since the peak temperature of loss tangent (tan δ) at low temperatures of nitrile rubber is about −20 ° C., friction damping materials using nitrile rubber have lower vibration damping performance at temperatures lower than −20 ° C., for example, disc brakes. Then there was a cry. Ethylene-propylene rubber is superior in anti-vibration performance at low temperatures than nitrile rubber, but has not been practically used as a friction material.

また、熱硬化性樹脂をマトリックスとして、カーボンナノファイバーを充填材として含有する摩擦材が提案された(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、カーボンナノファイバーは高価であり、摩擦材の機械的強度を向上させる充填材としての利用は未だ進んでいない。特に、カーボンナノファイバーは凝集し易く、樹脂マトリクス中に均一に分散させることが難しく、その結果カーボンナノファイバーの配合比率を上げないと全体に十分な効果が得られなかった。   Further, a friction material containing a thermosetting resin as a matrix and carbon nanofibers as a filler has been proposed (see, for example, Patent Document 2). However, carbon nanofibers are expensive, and their use as fillers for improving the mechanical strength of friction materials has not yet progressed. In particular, the carbon nanofibers easily aggregate and are difficult to uniformly disperse in the resin matrix. As a result, a sufficient effect cannot be obtained as a whole unless the blending ratio of the carbon nanofibers is increased.

本発明者等が先に提案した炭素繊維複合材料の製造方法によれば、これまで困難とされていたカーボンナノファイバーの分散性を改善し、エラストマーにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができた(例えば、特許文献3参照)。このような炭素繊維複合材料の製造方法によれば、エラストマーとカーボンナノファイバーを混練し、剪断力によって凝集性の強いカーボンナノファイバーの分散性を向上させている。より具体的には、エラストマーとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエラストマーがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エラストマーの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合し、この状態で、分子長が適度に長く、分子運動性の高い(弾性を有する)エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物に強い剪断力が作用すると、エラストマーの変形に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエラストマーの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エラストマー中に分散していた。このように、マトリックスへのカーボンナノファイバーの分散性を向上させることで、高価なカーボンナノファイバーを効率よく複合材料の充填材として用いることができるようになった。
特開2005−336340号公報 特開2004−217828号公報 特開2005−97525号公報
According to the carbon fiber composite material manufacturing method previously proposed by the present inventors, it is possible to improve the dispersibility of carbon nanofibers, which has been considered difficult so far, and to uniformly disperse the carbon nanofibers in the elastomer. (For example, see Patent Document 3). According to such a method for producing a carbon fiber composite material, an elastomer and carbon nanofibers are kneaded, and dispersibility of carbon nanofibers having high cohesiveness is improved by shearing force. More specifically, when the elastomer and the carbon nanofiber are mixed, the viscous elastomer penetrates into the carbon nanofiber, and a specific part of the elastomer has a high activity of the carbon nanofiber due to chemical interaction. In this state, when a strong shearing force is applied to a mixture of an elastomer having high molecular mobility (elasticity) and carbon nanofibers, the carbon nanofibers are deformed as the elastomer is deformed. The fibers also moved, and the aggregated carbon nanofibers were separated and dispersed in the elastomer by the restoring force of the elastomer due to elasticity after shearing. Thus, by improving the dispersibility of the carbon nanofibers in the matrix, expensive carbon nanofibers can be efficiently used as fillers for composite materials.
JP 2005-336340 A JP 2004-217828 A JP 2005-97525 A

本発明の目的は、高温特性に優れた摩擦材を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a friction material having excellent high temperature characteristics.

本発明にかかる摩擦材は、
強化繊維と、充填材と、ゴム組成物と、バインダ樹脂と、を含む摩擦材であって、
前記ゴム組成物は、マトリックスであるエチレン−プロピレンゴムに平均直径が0.5〜500nmのカーボンナノファイバーが均一に分散され、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は1000ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である。
The friction material according to the present invention is
A friction material comprising a reinforcing fiber, a filler, a rubber composition, and a binder resin,
In the rubber composition, carbon nanofibers having an average diameter of 0.5 to 500 nm are uniformly dispersed in ethylene-propylene rubber as a matrix, and measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, non-crosslinked The first spin-spin relaxation time (T2n) in the body is 1000 to 3000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is less than 0.2. .

本発明にかかる摩擦材によれば、ゴム組成物のT2n及びfnnがこのような範囲にあることからエチレン−プロピレンゴム中にカーボンナノファイバーが均一に分散されており、これによってゴム組成物の劣化開始温度が高くなり、したがってゴム組成物は高温においても優れた減衰特性及び高い動的弾性率を維持することができる。その結果、本発明にかかる摩擦材によれば、高温における高摩擦係数を有すると共に、被摩擦部材との接触による高温における鳴きを低減させることができる。また、本発明にかかる摩擦材によれば、被摩擦部材との均一接触によって摩耗量を低減させることができる。   According to the friction material of the present invention, since T2n and fnn of the rubber composition are in such a range, the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the ethylene-propylene rubber, thereby deteriorating the rubber composition. The onset temperature is high and therefore the rubber composition can maintain excellent damping properties and high dynamic modulus even at high temperatures. As a result, the friction material according to the present invention has a high coefficient of friction at high temperatures, and can reduce squeal at high temperatures due to contact with the friction target member. Moreover, according to the friction material concerning this invention, the amount of wear can be reduced by the uniform contact with a to-be-rubbed member.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、無架橋体であることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may be a non-crosslinked body.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、架橋体であることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may be a crosslinked body.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴム100重量部に対して、前記カーボンナノファイバー5〜100重量部を含むことができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may include 5 to 100 parts by weight of the carbon nanofibers with respect to 100 parts by weight of the ethylene-propylene rubber.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴム100重量部に対して、カーボンブラック40〜80重量部と、前記カーボンナノファイバー5〜20重量部と、を含むことができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may include 40 to 80 parts by weight of carbon black and 5 to 20 parts by weight of the carbon nanofibers with respect to 100 parts by weight of the ethylene-propylene rubber. it can.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、200℃における損失正接(tanδ)が0.05〜1.00であることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may have a loss tangent (tan δ) at 200 ° C. of 0.05 to 1.00.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、200℃における動的弾性率(E’)が7MPa〜1000MPaであることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may have a dynamic elastic modulus (E ′) at 200 ° C. of 7 MPa to 1000 MPa.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、熱機械分析における劣化開始温度が160℃〜300℃であることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may have a deterioration start temperature of 160 ° C. to 300 ° C. in thermomechanical analysis.

本発明にかかる摩擦材において、前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴムのガラス転移点付近における損失正接(tanδ)のピーク温度が−30℃〜−60℃であることができる。   In the friction material according to the present invention, the rubber composition may have a loss tangent (tan δ) peak temperature in the vicinity of the glass transition point of the ethylene-propylene rubber of −30 ° C. to −60 ° C.

本発明にかかる摩擦材において、前記バインダ樹脂は、フェノール樹脂であることができる。   In the friction material according to the present invention, the binder resin may be a phenol resin.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態にかかる摩擦材2を用いたパッド1を示す正面図である。図2は、本実施の形態にかかる摩擦材2を用いたパッド1を示す一部切り欠き平面図である。図3は、本実施の形態にかかる摩擦材2を用いたパッド1の背面図である。図4は、車両のブレーキに用いられるディスクブレーキ10の一例を示す縦断面図である。   FIG. 1 is a front view showing a pad 1 using a friction material 2 according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially cutaway plan view showing the pad 1 using the friction material 2 according to the present embodiment. FIG. 3 is a rear view of the pad 1 using the friction material 2 according to the present embodiment. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a disc brake 10 used for a vehicle brake.

本実施の形態にかかる摩擦材2は、強化繊維と、充填材と、ゴム組成物と、バインダ樹脂と、を含む摩擦材であって、前記ゴム組成物は、マトリックスであるエチレン−プロピレンゴムに平均直径が0.5〜500nmのカーボンナノファイバーが均一に分散され、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は1000ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である。   The friction material 2 according to the present embodiment is a friction material including a reinforcing fiber, a filler, a rubber composition, and a binder resin, and the rubber composition is made of ethylene-propylene rubber as a matrix. First spin-spin relaxation time (T2n) in a non-crosslinked body in which carbon nanofibers having an average diameter of 0.5 to 500 nm are uniformly dispersed and measured at 150 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR Is 1000 to 3000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is less than 0.2.

(パッド)
図4に示すように、自動車等に用いられるディスクブレーキ10の構造は、例えば油圧装置による油圧によってキャリパボディ11の液圧室14に伝えられてピストン12を押圧し、その押圧する力によって、パッド1、1の摩擦材2、2を円板状のディスクロータ13を挟み込むように押圧して、ディスクロータ13の回転をその摩擦作用によって制動する。図1〜図3に示すように、ディスクブレーキ10のパッド1は、キャリパボディ11及びピストン12にシム板5を介して押圧される金属製のバックプレート3(以下、「プレート3」という)と、ディスクロータ13と接触して摩擦力を発生する摩擦材2から構成されている。摩擦材2は、ディスクロータ13に接触する平坦面21を有し、プレート3に穿設された二つの結着孔4,4に摩擦材2の一部が入りこむことでプレート3に強固に結着されている。なお、ディスクブレーキ10の形式は、本実施の形態のようなピンスライド式に限らず、ピストンがディスクロータの両側に配置された対向型ディスクブレーキでもよく、ピストンの数やシム板の形状も本実施の形態に限定されない。また、本実施の形態においては、ディスクブレーキ10のパッド1に用いる摩擦材2について説明したが、例えば、ドラムブレーキ(図示しない)のシューの摩擦材やクラッチ用のクラッチフェーシング等としても適用可能である。
(pad)
As shown in FIG. 4, the structure of the disc brake 10 used in an automobile or the like is transmitted to the hydraulic chamber 14 of the caliper body 11 by, for example, hydraulic pressure by a hydraulic device, presses the piston 12, and the pressing force presses the pad. The first and first friction members 2 and 2 are pressed so as to sandwich the disk-shaped disk rotor 13, and the rotation of the disk rotor 13 is braked by the friction action. As shown in FIGS. 1 to 3, the pad 1 of the disc brake 10 includes a metal back plate 3 (hereinafter referred to as “plate 3”) pressed against the caliper body 11 and the piston 12 via the shim plate 5. The friction material 2 is configured to generate a frictional force in contact with the disk rotor 13. The friction material 2 has a flat surface 21 that comes into contact with the disk rotor 13, and a part of the friction material 2 enters the two binding holes 4, 4 formed in the plate 3, so that the friction material 2 is firmly bonded to the plate 3. It is worn. The type of the disc brake 10 is not limited to the pin slide type as in the present embodiment, but may be an opposed type disc brake in which pistons are arranged on both sides of the disc rotor, and the number of pistons and the shape of the shim plate are also the same. The present invention is not limited to the embodiment. In the present embodiment, the friction material 2 used for the pad 1 of the disc brake 10 has been described. However, the friction material 2 can be applied to, for example, a friction material for a shoe of a drum brake (not shown) or a clutch facing for a clutch. is there.

(強化繊維、充填材、バインダ樹脂)
バインダ樹脂に混合する強化繊維や充填材として、従来から用いられている材料を適宜選択して用いることができる。このような強化繊維としては、例えば、アルミナ繊維、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、カオリン繊維、ボーキサイト繊維、カヤノイド繊維、ホウ素繊維、マグネシア繊維、金属繊維などの無機繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリイミド系繊維、ポリビニルアルコール変性繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、アクリル繊維、炭素繊維、フェノール繊維、ナイロン繊維、セルロース繊維などの有機繊維から選ばれる1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、充填材としては、例えば、カシューダスト、メラミンダストなどの有機充填材、カーボンブラック、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化珪素、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、ジルコニア、黒鉛、タルク、金属粉末などの無機充填材、潤滑剤、pH調整剤から選ばれる1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(Reinforcing fiber, filler, binder resin)
Conventionally used materials can be appropriately selected and used as the reinforcing fibers and fillers to be mixed with the binder resin. Examples of such reinforcing fibers include inorganic fibers such as alumina fibers, glass fibers, rock wool, potassium titanate fibers, ceramic fibers, silica fibers, kaolin fibers, bauxite fibers, cananoid fibers, boron fibers, magnesia fibers, and metal fibers. Organic fibers such as fiber, polyester fiber, polyamide fiber, polyimide fiber, polyvinyl alcohol modified fiber, polyvinyl chloride fiber, polypropylene fiber, polybenzimidazole fiber, acrylic fiber, carbon fiber, phenol fiber, nylon fiber, and cellulose fiber One or two or more selected from the above can be used in combination. Examples of the filler include organic fillers such as cashew dust and melamine dust, carbon black, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate, silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, silicon nitride, boron nitride, alumina, and silica. Inorganic fillers such as zirconia, graphite, talc and metal powder, lubricants, and pH adjusters can be used alone or in combination.

本実施の形態にかかる摩擦材2の強化繊維や充填材の結着材であるバインダ樹脂は、熱硬化性のフェノール樹脂が好ましいが、他の硬化性樹脂例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂等の樹脂を用いることができる。また、フェノール樹脂としては、具体的には、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられるが、ノボラック型フェノール樹脂が好ましい。このようなフェノール樹脂は、変性されていてもよく、変性されていなくともよい。バインダ樹脂は、1種単独でまたは2種以上混合して用いることができる。中でも気密性が要求される分野では、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の組み合わせなど、硬化反応においてガスが発生しない樹脂を選択することが好ましい。これらの樹脂を用いることによって硬化体中に空隙がない、気密性の高い成形体を得ることができる。   The binder resin that is the binder of the reinforcing fiber and filler of the friction material 2 according to the present embodiment is preferably a thermosetting phenol resin, but other curable resins such as unsaturated polyester resins, epoxy resins, Resins such as vinyl ester resins, alkyd resins, acrylic resins, melamine resins, xylene resins, guanamine resins, diallyl phthalate resins, allyl ester resins, furan resins, imide resins, urethane resins, and urea resins can be used. Specific examples of the phenol resin include a resol type phenol resin and a novolac type phenol resin, and a novolac type phenol resin is preferable. Such a phenol resin may be modified or unmodified. Binder resin can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. In particular, in a field where airtightness is required, it is preferable to select a resin that does not generate gas in the curing reaction, such as a combination of an epoxy resin and a phenol resin. By using these resins, it is possible to obtain a molded product having high airtightness without voids in the cured product.

(ゴム組成物)
ゴム組成物は、マトリックスであるエチレン−プロピレンゴムに平均直径が0.5〜500nmのカーボンナノファイバーが均一に分散され、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は1000ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である。ゴム組成物は、無架橋体のままで摩擦材に配合することができる。また、ゴム組成物は、架橋して摩擦材に配合することができる。ゴム組成物は、架橋体において、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は500ないし2000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満であることが好ましい。
(Rubber composition)
The rubber composition is a non-crosslinked product in which carbon nanofibers having an average diameter of 0.5 to 500 nm are uniformly dispersed in ethylene-propylene rubber as a matrix and measured at 150 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR. The first spin-spin relaxation time (T2n) is 1000 to 3000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is less than 0.2. The rubber composition can be blended with the friction material in the form of a non-crosslinked body. The rubber composition can be crosslinked and blended with the friction material. The rubber composition has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 500 to 2000 μs measured in a crosslinked product at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, and a second spin-spin. The component fraction (fnn) of the component having the relaxation time (T2nn) is preferably less than 0.2.

ゴム組成物のT2n,fnnは、マトリックスであるエチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーが均一に分散されていることを表すことができる。つまり、エチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーが均一に分散されているということは、エチレン−プロピレンゴムがカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。この状態では、カーボンナノファイバーによって拘束を受けたエチレン−プロピレンゴム分子の運動性は、カーボンナノファイバーの拘束を受けない場合に比べて小さくなる。そのため、本実施の形態にかかるゴム組成物の第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)及びスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーを含まないエチレン−プロピレンゴム単体の場合より短くなり、特にカーボンナノファイバーが均一に分散することでより短くなる。なお、架橋体におけるスピン−格子緩和時間(T1)は、カーボンナノファイバーの混合量に比例して変化する。   T2n and fnn of the rubber composition can represent that the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the ethylene-propylene rubber as the matrix. That is, it can be said that the fact that the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the ethylene-propylene rubber is a state in which the ethylene-propylene rubber is restrained by the carbon nanofibers. In this state, the mobility of the ethylene-propylene rubber molecules constrained by the carbon nanofibers is smaller than that when not constrained by the carbon nanofibers. Therefore, the first spin-spin relaxation time (T2n), the second spin-spin relaxation time (T2nn), and the spin-lattice relaxation time (T1) of the rubber composition according to the present embodiment are the same as those of the carbon nanofiber. It becomes shorter than the case of the ethylene-propylene rubber which does not contain, and becomes shorter especially when the carbon nanofibers are uniformly dispersed. In addition, the spin-lattice relaxation time (T1) in the crosslinked body changes in proportion to the mixing amount of the carbon nanofibers.

また、エチレン−プロピレンゴム分子がカーボンナノファイバーによって拘束された状態では、以下の理由によって、非ネットワーク成分(非網目鎖成分)は減少すると考えられる。すなわち、カーボンナノファイバーによってエチレン−プロピレンゴムの分子運動性が全体的に低下すると、非ネットワーク成分は容易に運動できなくなる部分が増えて、ネットワーク成分と同等の挙動をしやすくなること、また、非ネットワーク成分(末端鎖)は動きやすいため、カーボンナノファイバーの活性点に吸着されやすくなること、などの理由によって、非ネットワーク成分は減少すると考えられる。そのため、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は、カーボンナノファイバーを含まないエチレン−プロピレンゴム単体の場合より小さくなる。なお、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)を有する成分の成分分率(fn)は、fn+fnn=1であるので、カーボンナノファイバーを含まないエチレン−プロピレンゴム単体の場合より大きくなる。   In the state where the ethylene-propylene rubber molecules are constrained by the carbon nanofibers, it is considered that the non-network component (non-network chain component) decreases for the following reason. That is, when the molecular mobility of ethylene-propylene rubber is reduced overall by carbon nanofibers, the non-network component cannot easily move, and the behavior becomes the same as that of the network component. Since the network component (terminal chain) is easy to move, the non-network component is considered to decrease due to the fact that the network component (terminal chain) is easily adsorbed to the active site of the carbon nanofiber. Therefore, the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is smaller than that of the ethylene-propylene rubber alone not including the carbon nanofibers. Since the component fraction (fn) of the component having the first spin-spin relaxation time (T2n) is fn + fnn = 1, the component fraction (fn) is larger than that of the ethylene-propylene rubber alone not including the carbon nanofiber.

以上のことから、本実施の形態にかかるゴム組成物は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって得られる測定値が上記の範囲にあることによってカーボンナノファイバーが均一に分散されていることがわかる。   From the above, in the rubber composition according to the present embodiment, the carbon nanofibers are uniformly dispersed when the measurement value obtained by the Hahn echo method using the pulse method NMR is in the above range. Recognize.

パルス法NMRを用いた反転回復法により測定されたスピン−格子緩和時間(T1)は、スピン−スピン緩和時間(T2)とともに物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、エチレン−プロピレンゴムのスピン−格子緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エチレン−プロピレンゴムは固いといえ、そしてスピン−格子緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エチレン−プロピレンゴムは柔らかいといえる。   The spin-lattice relaxation time (T1) measured by the inversion recovery method using pulsed NMR is a measure representing the molecular mobility of a substance together with the spin-spin relaxation time (T2). Specifically, the shorter the spin-lattice relaxation time of the ethylene-propylene rubber, the lower the molecular mobility, and the harder the ethylene-propylene rubber, and the longer the spin-lattice relaxation time, the higher the molecular mobility. Propylene rubber is soft.

ゴム組成物は、200℃における損失正接(tanδ)が0.05〜1.00であることが好ましく、さらに好ましくは0.05〜0.5である。損失正接(tanδ)は、動的粘弾性試験を行い、動的剪断弾性率(E’、単位はdyn/cm)と動的損失弾性率(E’’、単位はdyn/cm)とを求め、損失正接(tanδ=E’’/E’)を計算して得ることができる。200℃における損失正接(tanδ)が0.05以上となることで、高温領域(200℃)における高い減衰特性を有するゴム組成物を得ることができる。 The rubber composition preferably has a loss tangent (tan δ) at 200 ° C. of 0.05 to 1.00, more preferably 0.05 to 0.5. Loss tangent (tan δ) is determined by performing a dynamic viscoelasticity test, dynamic shear modulus (E ′, unit is dyn / cm 2 ) and dynamic loss modulus (E ″, unit is dyn / cm 2 ) And calculating the loss tangent (tan δ = E ″ / E ′). When the loss tangent (tan δ) at 200 ° C. is 0.05 or more, a rubber composition having high damping characteristics in a high temperature region (200 ° C.) can be obtained.

ゴム組成物は、200℃における動的弾性率(E’)が7MPa〜1000MPaであることが好ましく、さらに好ましくは7MPa〜300MPaである。   The rubber composition preferably has a dynamic elastic modulus (E ′) at 200 ° C. of 7 MPa to 1000 MPa, more preferably 7 MPa to 300 MPa.

ゴム組成物は、熱機械分析における劣化開始温度が160℃〜300℃であることが好ましく、さらに好ましくは200℃〜300℃である。熱機械分析における劣化開始温度は、軟化劣化(膨張)及び硬化劣化(収縮)を含む劣化現象が開始する温度であって、熱機械分析によって得られた温度−線膨張係数微分値の特性グラフから劣化現象が開始した温度を測定して得られる。ゴム組成物の劣化開始温度が高いということは、高温においてもゴム組成物の劣化が始まらないので、摩擦材2を使用することのできる最高温度が高くなるため望ましい。ゴム組成物は、エチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーが良好に分散されているため、エチレン−プロピレンゴムがカーボンナノファイバーによって拘束されている状態であるともいえる。したがって、エチレン−プロピレンゴムは、カーボンナノファイバーを含まない場合に比べて、その分子運動が小さくなり、その結果、劣化開始温度が高温側へ移動する。   The rubber composition preferably has a deterioration start temperature of 160 ° C. to 300 ° C., more preferably 200 ° C. to 300 ° C. in thermomechanical analysis. The deterioration start temperature in the thermomechanical analysis is a temperature at which a deterioration phenomenon including softening deterioration (expansion) and hardening deterioration (shrinkage) starts. From the characteristic graph of the temperature-linear expansion coefficient differential value obtained by the thermomechanical analysis. It is obtained by measuring the temperature at which the deterioration phenomenon has started. It is desirable that the deterioration start temperature of the rubber composition is high, since the deterioration of the rubber composition does not start even at a high temperature, so that the maximum temperature at which the friction material 2 can be used increases. The rubber composition can be said to be in a state where the ethylene-propylene rubber is restrained by the carbon nanofibers because the carbon nanofibers are well dispersed in the ethylene-propylene rubber. Therefore, the ethylene-propylene rubber has a smaller molecular motion than the case where carbon nanofibers are not included, and as a result, the deterioration start temperature moves to the high temperature side.

ゴム組成物は、エチレン−プロピレンゴムのガラス転移点付近における損失正接(tanδ)のピーク温度が−30℃〜−60℃であることが好ましい。エチレン−プロピレンゴムのガラス転移点(Tg)付近の領域におけるゴム組成物の損失正接(tanδ)のピーク温度は、このピーク温度よりも低温の領域ではゴム組成物が硬くなりすぎてクッション性を失うので、ゴム組成物としての使用限界温度であって、使用最低温度ということができる。   The rubber composition preferably has a loss tangent (tan δ) peak temperature in the vicinity of the glass transition point of ethylene-propylene rubber of −30 ° C. to −60 ° C. The peak temperature of the loss tangent (tan δ) of the rubber composition in the region near the glass transition point (Tg) of the ethylene-propylene rubber is too hard in the region lower than this peak temperature, and the cushioning property is lost. Therefore, it is a use limit temperature as a rubber composition, and can be called a minimum use temperature.

(ゴム組成物の製造方法)
本実施の形態にかかるゴム組成物の製造方法としては、エチレン−プロピレンゴムとカーボンナノファイバーとを、オープンロール、単軸あるいは2軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなど公知の混合機に供給し、混練する方法が挙げられる。カーボンブラックなどのカーボンナノファイバー以外の充填材は、カーボンナノファイバーを供給する前に混合機に供給することが好ましい。
(Method for producing rubber composition)
As a method for producing the rubber composition according to the present embodiment, ethylene-propylene rubber and carbon nanofibers are supplied to a known mixer such as an open roll, a single or twin screw extruder, a Banbury mixer, a kneader. And a kneading method. The filler other than carbon nanofibers such as carbon black is preferably supplied to the mixer before supplying the carbon nanofibers.

エチレン−プロピレンゴムとカーボンブラックとカーボンナノファイバーとを混練する工程は、エチレン−プロピレンゴムと、カーボンブラック及びカーボンナノファイバーと、を第1の温度で混練する第1の混練工程と、前記第1の混練工程で得られた混合物を第2の温度で混練する第2の混練工程と、前記第2の混練工程で得られた混合物を薄通しする第3の混練工程と、を含む。本実施の形態では、第1の混練工程及び第2の混練工程として密閉式混練法を用い、第3の混練工程としてオープンロール法を用いた例について述べる。   The step of kneading the ethylene-propylene rubber, the carbon black, and the carbon nanofiber includes the first kneading step of kneading the ethylene-propylene rubber, the carbon black, and the carbon nanofiber at a first temperature; A second kneading step of kneading the mixture obtained in the kneading step at a second temperature, and a third kneading step of passing through the mixture obtained in the second kneading step. In the present embodiment, an example in which a closed kneading method is used as the first kneading step and the second kneading step and an open roll method is used as the third kneading step will be described.

図5は、2本のロータを用いた密閉式混練機30によるゴム組成物の製造方法を模式的に示す図である。図6は、オープンロール機40によるゴム組成物の第3の混練工程(薄通し)を模式的に示す図である。図5において、密閉式混練機30は、第1のロータ31と、第2のロータ32と、を有する。第1のロータ31と第2のロータ32とは、所定の間隔で配置され、回転することによってエチレン−プロピレンゴムを混練することができる。図示の例では、第1のロータ31および第2のロータ32は、互いに反対方向(例えば、図中の矢印で示す方向)に所定の速度比で回転している。第1のロータ31と第2のロータ32との速度、第1、第2のロータ31,32とチャンバー36の内壁部との間隔などによって、所望の剪断力を得ることができる。この工程での剪断力は、エチレン−プロピレンゴムの種類およびカーボンブラックとカーボンナノファイバーの量などによって適宜設定される。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a method for producing a rubber composition using a closed kneader 30 using two rotors. FIG. 6 is a diagram schematically showing a third kneading step (thinning) of the rubber composition by the open roll machine 40. In FIG. 5, the closed kneader 30 includes a first rotor 31 and a second rotor 32. The 1st rotor 31 and the 2nd rotor 32 are arrange | positioned at predetermined intervals, and can knead ethylene-propylene rubber by rotating. In the example shown in the figure, the first rotor 31 and the second rotor 32 are rotated at a predetermined speed ratio in opposite directions (for example, directions indicated by arrows in the drawing). A desired shear force can be obtained depending on the speed between the first rotor 31 and the second rotor 32, the distance between the first and second rotors 31 and 32, and the inner wall of the chamber 36, and the like. The shearing force in this step is appropriately set depending on the type of ethylene-propylene rubber and the amounts of carbon black and carbon nanofibers.

(混合工程)
まず、密閉式混練機30の材料供給口34からエチレン−プロピレンゴム37を投入し、第1,第2のロータ31,32を回転させる。さらに、チャンバー36内にカーボンブラック39及びカーボンナノファイバー38を加えて、さらに第1,第2のロータ31,32を回転させることにより、エチレン−プロピレンゴム37とカーボンナノファイバー38との混合が行われる。
(Mixing process)
First, ethylene-propylene rubber 37 is introduced from the material supply port 34 of the closed kneader 30 and the first and second rotors 31 and 32 are rotated. Further, the carbon black 39 and the carbon nanofibers 38 are added to the chamber 36, and the first and second rotors 31 and 32 are further rotated to mix the ethylene-propylene rubber 37 and the carbon nanofibers 38. Is called.

(第1の混練工程)
ついで、エチレン−プロピレンゴム37にカーボンナノファイバー38を加えて混合した混合物を、さらに第1,第2のロータ31,32を所定の速度比で回転させて混練する第1の混練工程が行なわれる。第1の混練工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、エチレン−プロピレンゴムとカーボンナノファイバーとの混合は、第2の混練工程より50〜100℃低い第1の温度で行なわれる。第1の温度は、好ましくは0ないし50℃、より好ましくは5ないし30℃の第1の温度である。第1の温度が0℃よりも低い場合には混練が困難であり、第1の温度が50℃より高い場合には高い剪断力が得られないためカーボンナノファイバーをエチレン−プロピレンゴム全体に分散させることができない。第1の温度の設定は、チャンバー36の温度によって設定しても、第1、第2のロータ31,32の温度によって設定してもよく、あるいは混合物の温度を測定しながら速度比の制御や各種温度制御を行なってもよい。また、前述の混合工程に引き続いて同じ密閉式混練機30で第1の混練工程を行なう場合は、あらかじめ第1の温度に設定しておいてもよい。
(First kneading step)
Next, a first kneading step is performed in which the mixture obtained by adding the carbon nanofibers 38 to the ethylene-propylene rubber 37 is further kneaded by rotating the first and second rotors 31 and 32 at a predetermined speed ratio. . In the first kneading step, in order to obtain as high a shearing force as possible, mixing of the ethylene-propylene rubber and the carbon nanofiber is performed at a first temperature that is 50 to 100 ° C. lower than that in the second kneading step. The first temperature is preferably a first temperature of 0 to 50 ° C., more preferably 5 to 30 ° C. When the first temperature is lower than 0 ° C., kneading is difficult, and when the first temperature is higher than 50 ° C., high shearing force cannot be obtained, so that the carbon nanofibers are dispersed throughout the ethylene-propylene rubber. I can't let you. The first temperature may be set according to the temperature of the chamber 36, the temperature of the first and second rotors 31 and 32, or control of the speed ratio while measuring the temperature of the mixture. Various temperature controls may be performed. In addition, when the first kneading step is performed in the same closed kneader 30 following the above-described mixing step, the first temperature may be set in advance.

エチレン−プロピレンゴム37として非極性のEPDM(エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム)を用いた場合、第1の混練工程によって、カーボンナノファイバー38は、凝集塊を残しながらもエチレン−プロピレンゴム37全体に分散する。   When non-polar EPDM (ethylene-propylene-diene copolymer rubber) is used as the ethylene-propylene rubber 37, the carbon-nanofibers 38 are formed in the entire ethylene-propylene rubber 37 while leaving an agglomerate by the first kneading step. To disperse.

(第2の混練工程)
さらに、第1の混練工程によって得られた混合物を別の密閉式混練機30に投入し、第2の混練工程が行なわれる。第2の混練工程では、エチレン−プロピレンゴム37の分子を切断してラジカルを生成させるため、第1の温度よりも50〜100℃高い第2の温度で混練が行なわれる。第2の混練工程で用いられる密閉式混練機30は、ロータ内に内蔵したヒータもしくはチャンバーに内蔵されたヒータによって第2の温度まで昇温させられており、第1の温度よりも高温の第2の温度で第2の混練工程を行うことができる。第2の温度は、用いられるエチレン−プロピレンゴムの種類によって適宜選択することができるが、50〜150℃が好ましい。第2の温度が50℃より低いと、エチレン−プロピレンゴム分子にラジカルが生成されにくく、カーボンナノファイバーの凝集塊を解くことができない。また、第2の温度が150℃より高いと、エチレン−プロピレンゴムの分子量が低下しすぎてしまい、弾性率が低下して好ましくない。
(Second kneading step)
Furthermore, the mixture obtained by the first kneading step is put into another closed kneader 30 to perform the second kneading step. In the second kneading step, the molecules of the ethylene-propylene rubber 37 are cut to generate radicals, so that the kneading is performed at a second temperature that is 50 to 100 ° C. higher than the first temperature. The closed kneading machine 30 used in the second kneading step is heated to the second temperature by a heater built in the rotor or a heater built in the chamber, and the first kneading machine 30 is higher than the first temperature. The second kneading step can be performed at a temperature of 2. Although 2nd temperature can be suitably selected according to the kind of ethylene-propylene rubber used, 50-150 degreeC is preferable. When the second temperature is lower than 50 ° C., radicals are hardly generated in the ethylene-propylene rubber molecules, and the aggregates of the carbon nanofibers cannot be unwound. On the other hand, when the second temperature is higher than 150 ° C., the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is excessively decreased, which is not preferable because the elastic modulus is decreased.

なお、第2の混練時間は、第2の温度の設定や、ロータ間隔の設定、回転速度などによって適宜設定することができる。本実施の形態においては、およそ10分以上の混練時間で効果が得られる。このようにして第2の混練工程を行なうことで、エチレン−プロピレンゴム37の分子が切断されてラジカルが生成し、カーボンナノファイバー38がエチレン−プロピレンゴム分子のラジカルと結合しやすくなる。   The second kneading time can be appropriately set by setting the second temperature, setting the rotor interval, the rotation speed, or the like. In the present embodiment, the effect can be obtained with a kneading time of about 10 minutes or more. By performing the second kneading step in this way, the ethylene-propylene rubber 37 molecules are cut to generate radicals, and the carbon nanofibers 38 are easily bonded to the ethylene-propylene rubber molecule radicals.

(第3の混練工程)
そして、第2の混練工程によって得られた混合物46をさらに第1の温度に設定されたオープンロール機40に投入し、図6に示すように、第3の混練工程(薄通し工程)を複数回、例えば10回行い、分出しする。第1のロール42及び第2のロール44のロール間隔d(ニップ)は、第1、第2の混練工程よりも剪断力が大きくなる0〜0.5mm、例えば0.3mmに設定され、ロール温度は第1の混練工程と同じ0ないし50℃、より好ましくは5ないし30℃の第3の温度に設定される。第1のロール42の表面速度をV1、第2のロール44の表面速度をV2とすると、薄通しにおける両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05ないし3.00であることが好ましく、さらに1.05ないし1.2であることが好ましい。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。薄通しされたゴム組成物は、ロールで圧延されてシート状に分出しされる。第3の混練工程は、エチレン−プロピレンゴム37中にカーボンナノファイバー38をさらに均一に分散させる仕上げの分散工程であり、より均一な分散性を要求されるときに有効である。この第3の混練工程(薄通し工程)によって、ラジカルが生成したエチレン−プロピレンゴム37がカーボンナノファイバー38を1本づつ引き抜くように作用し、カーボンナノファイバー38をさらに分散させることができる。また、第3の混練工程で架橋剤を投入し、架橋剤の均一分散も行うことができる。
(Third kneading step)
Then, the mixture 46 obtained by the second kneading step is further charged into the open roll machine 40 set to the first temperature, and a plurality of third kneading steps (thinning steps) are performed as shown in FIG. Repeat 10 times, for example, and dispense. The roll interval d (nip) between the first roll 42 and the second roll 44 is set to 0 to 0.5 mm, for example, 0.3 mm, where the shearing force is larger than that in the first and second kneading steps. The temperature is set to the same third temperature of 0 to 50 ° C., more preferably 5 to 30 ° C. as in the first kneading step. Assuming that the surface speed of the first roll 42 is V1 and the surface speed of the second roll 44 is V2, the ratio of the surface speeds (V1 / V2) between the thin rolls is 1.05 to 3.00. It is preferably 1.05 to 1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shear force can be obtained. The thin rubber composition is rolled with a roll and dispensed into a sheet. The third kneading step is a finishing dispersion step for further uniformly dispersing the carbon nanofibers 38 in the ethylene-propylene rubber 37, and is effective when more uniform dispersibility is required. By the third kneading step (thinning step), the ethylene-propylene rubber 37 in which radicals are generated acts so as to pull out the carbon nanofibers 38 one by one, and the carbon nanofibers 38 can be further dispersed. In addition, a crosslinking agent can be added in the third kneading step to uniformly disperse the crosslinking agent.

このように、第1の温度による第1の混練工程を行なうことで、高い剪断力によってエチレン−プロピレンゴム全体にカーボンナノファイバーを分散させることができ、さらに第2の温度による第2の混練工程と第3の混練工程とを行なうことで、エチレン−プロピレンゴム分子のラジカルによってカーボンナノファイバーの凝集塊を解くことができる。したがって、EPDMのような非極性のエチレン−プロピレンゴムでもカーボンナノファイバーを全体に分散させると共に、カーボンナノファイバーの凝集塊の無いゴム組成物を製造することができる。特に、エチレン−プロピレンゴム37は、弾性と、粘性と、カーボンナノファイバー38との化学的相互作用と、を有するため、カーボンナノファイバー38を容易に分散することができる。また、第1〜第3の混練工程において、カーボンブラック39のまわりに発生するエラストマーの乱流のような幾通りもの複雑な流動によって、個々のカーボンナノファイバー同士を引き離す方向にも剪断力が働くことになる。したがって、カーボンナノファイバーは、個々に化学的相互作用によって結合したエラストマー分子のそれぞれの流動方向へ移動するため、エラストマー中に均一に分散されることになる。そして、カーボンナノファイバー38の分散性および分散安定性(カーボンナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れたゴム組成物を得ることができる。   In this way, by performing the first kneading step at the first temperature, the carbon nanofibers can be dispersed throughout the ethylene-propylene rubber with a high shearing force, and further the second kneading step at the second temperature. And the third kneading step allow the carbon nanofiber aggregates to be released by the radicals of the ethylene-propylene rubber molecules. Accordingly, a non-polar ethylene-propylene rubber such as EPDM can disperse the carbon nanofibers as a whole and produce a rubber composition free from aggregates of carbon nanofibers. In particular, since the ethylene-propylene rubber 37 has elasticity, viscosity, and chemical interaction with the carbon nanofibers 38, the carbon nanofibers 38 can be easily dispersed. Further, in the first to third kneading steps, shear force acts in the direction of separating the individual carbon nanofibers due to various complicated flows such as the turbulent flow of the elastomer generated around the carbon black 39. It will be. Accordingly, the carbon nanofibers move in the respective flow directions of the elastomer molecules bonded individually by chemical interaction, and thus are uniformly dispersed in the elastomer. And the rubber composition excellent in the dispersibility and dispersion stability of carbon nanofiber 38 (it is hard to re-aggregate carbon nanofiber) can be obtained.

より具体的には、オープンロールでエチレン−プロピレンゴムとカーボンナノファイバーとを混合すると、粘性を有するエチレン−プロピレンゴムがカーボンナノファイバーの相互に侵入し、かつ、エチレン−プロピレンゴムの特定の部分が化学的相互作用によってカーボンナノファイバーの活性の高い部分と結合する。次に、エチレン−プロピレンゴムに強い剪断力が作用すると、エチレン−プロピレンゴム分子の移動に伴ってカーボンナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるエチレン−プロピレンゴムの復元力によって、凝集していたカーボンナノファイバーが分離されて、エチレン−プロピレンゴム中に分散されることになる。本実施の形態によれば、ゴム組成物が狭いロール間から押し出された際に、エチレン−プロピレンゴムの弾性による復元力でゴム組成物はロール間隔より厚く変形する。その変形は、強い剪断力の作用したゴム組成物をさらに複雑に流動させ、カーボンナノファイバーをエチレン−プロピレンゴム中に分散させると推測できる。そして、一旦分散したカーボンナノファイバーは、エチレン−プロピレンゴムとの化学的相互作用によって再凝集することが防止され、良好な分散安定性を有することができる。   More specifically, when ethylene-propylene rubber and carbon nanofibers are mixed with an open roll, viscous ethylene-propylene rubber penetrates into the carbon nanofibers, and a specific portion of the ethylene-propylene rubber is It binds to the highly active part of carbon nanofibers by chemical interaction. Next, when a strong shearing force acts on the ethylene-propylene rubber, the carbon nanofibers move with the movement of the ethylene-propylene rubber molecules, and further aggregate due to the restoring force of the ethylene-propylene rubber due to elasticity after shearing. The carbon nanofibers are separated and dispersed in the ethylene-propylene rubber. According to this embodiment, when the rubber composition is extruded from between narrow rolls, the rubber composition is deformed thicker than the roll interval by the restoring force due to the elasticity of the ethylene-propylene rubber. The deformation can be presumed to cause the rubber composition on which a strong shear force has been applied to flow more complicatedly and to disperse the carbon nanofibers in the ethylene-propylene rubber. And once disperse | distributed carbon nanofiber is prevented from reaggregating by the chemical interaction with ethylene-propylene rubber, and it can have favorable dispersion stability.

なお、エチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーを剪断力によって分散させる第1、第2の混練工程においては、加工性から密閉式混練機を用いることが好ましいが、オープンロール法などの他の混練機を用いてもよい。密閉式混練機としては、バンバリミキサ、ニーダ、ブラベンダーなどの接線式もしくは噛合い式を採用することができる。第1、第2、第3の混練工程は、上記密閉式混練法、オープンロール法に限定されず、多軸押出し混練法(例えば二軸押出機)によって行うことができる。混練機は、生産量などに応じて適宜組み合わせて選択することができる。特に、第3の混練工程におけるオープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。   In the first and second kneading steps in which carbon nanofibers are dispersed in ethylene-propylene rubber by shearing force, it is preferable to use a closed kneader from the viewpoint of workability, but other kneaders such as an open roll method. May be used. As the closed kneader, a tangential type or meshing type such as a Banbury mixer, a kneader, or a Brabender can be adopted. The first, second, and third kneading steps are not limited to the above-described closed kneading method and open roll method, and can be performed by a multi-screw extrusion kneading method (for example, a twin-screw extruder). The kneader can be selected in combination as appropriate according to the production amount. In particular, the open roll method in the third kneading step is preferable because it can measure and manage not only the roll temperature but also the actual temperature of the mixture.

ゴム組成物の製造方法は、第1〜第3の混練工程中もしくは第3の混練工程の薄通し後の分出しされたゴム組成物に架橋剤を混合し、架橋して架橋体のゴム組成物として用いてもよいし、架橋させずに無架橋体のまま摩擦材に成形してもよい。ゴム組成物は、オープンロール法によって得られたシート状であるので、粒子状の充填材と混合し易いように粒子状に粉砕することが好ましい。ゴム組成物を粒子状にする方法は、公知の方法を採用することができ、例えばロールの剪断力によるロール粉砕やカッティング刃によるカット粉砕などがあり、ゴム組成物を予め冷却もしくは冷凍した状態で粉砕してもよい。   The rubber composition is produced by mixing a cross-linking agent in the rubber composition dispensed during the first to third kneading steps or after passing through the third kneading step, and crosslinking to form a rubber composition of a cross-linked product. You may use as a product, and you may shape | mold into a friction material with a non-crosslinked body without making it bridge | crosslink. Since the rubber composition is in the form of a sheet obtained by the open roll method, it is preferable that the rubber composition be pulverized into particles so that it can be easily mixed with the particulate filler. As a method for making the rubber composition into particles, a known method can be adopted, for example, roll pulverization by a shearing force of a roll or cut pulverization by a cutting blade, and the rubber composition is cooled or frozen in advance. You may grind | pulverize.

本実施の形態にかかるゴム組成物の製造方法において、通常、エチレン−プロピレンゴムの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。配合剤としては、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、例えば混練機におけるカーボンナノファイバーの投入前にエチレン−プロピレンゴムに投入してもよいし、第1〜第3の混練工程の途中で投入することができる。   In the method for producing a rubber composition according to the present embodiment, a compounding agent that is usually used in the processing of ethylene-propylene rubber can be added. A well-known thing can be used as a compounding agent. Examples of the compounding agent include a crosslinking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization retarder, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, an antiaging agent, and a coloring agent. it can. These compounding agents may be added to the ethylene-propylene rubber, for example, before the carbon nanofibers in the kneader, or may be added during the first to third kneading steps.

なお、本実施の形態にかかるゴム組成物の製造方法においては、ゴム弾性を有した状態のエチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーを直接混合したが、これに限らず、以下の方法を採用することもできる。まず、カーボンナノファイバーを混合する前に、エチレン−プロピレンゴムを素練りしてエチレン−プロピレンゴムの分子量を低下させる。エチレン−プロピレンゴムは、素練りによって分子量が低下すると、粘度が低下するため、凝集したカーボンナノファイバーの空隙に浸透しやすくなる。原料となるエチレン−プロピレンゴムは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって30℃で測定した、未架橋体における、ネットワーク成分の第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)が100ないし3000μ秒である。この原料のエチレン−プロピレンゴムを素練りしてエチレン−プロピレンゴムの分子量を低下させ、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)が3000μ秒を越える液体状のエチレン−プロピレンゴムを得る。なお、素練り後の液体状のエチレン−プロピレンゴムの第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は、素練りする前の原料のエチレン−プロピレンゴムの第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)の5〜30倍であることが好ましい。この素練りは、エチレン−プロピレンゴムが固体状態のままで行なう一般的な素練りとは異なり、強剪断力を例えばオープンロール法で与えることによってエチレン−プロピレンゴムの分子を切断し分子量を著しく低下させ、混練に適さない程の流動を示すまで、液体状態になるまで行なわれる。この素練りは、例えばオープンロール法を用いた場合、ロール温度20℃(素練り時間最短60分)〜150℃(素練り時間最短10分)で行なわれロール間隔dは例えば0.1mm〜1.0mmで、素練りして液体状態のエチレン−プロピレンゴムに、カーボンブラックとカーボンナノファイバーとを投入する。しかしながら、エチレン−プロピレンゴムは液体状で弾性が著しく低下しているため、エチレン−プロピレンゴムのフリーラジカルとカーボンナノファイバーが結びついた状態で混練しても凝集したカーボンナノファイバーはあまり分散されない。   In the method for producing a rubber composition according to the present embodiment, carbon nanofibers are directly mixed with ethylene-propylene rubber having rubber elasticity. However, the present invention is not limited to this, and the following method is adopted. You can also. First, before mixing the carbon nanofibers, the ethylene-propylene rubber is masticated to lower the molecular weight of the ethylene-propylene rubber. When the molecular weight of ethylene-propylene rubber decreases due to mastication, the viscosity decreases, so that it easily penetrates into the voids of the aggregated carbon nanofibers. The ethylene-propylene rubber used as the raw material has a first spin-spin relaxation time (T2n) of the network component in the uncrosslinked body of 100 to 3000 μsec as measured at 30 ° C. by the Hahn echo method using pulsed NMR. is there. The raw material ethylene-propylene rubber is masticated to reduce the molecular weight of the ethylene-propylene rubber, and a liquid ethylene-propylene rubber having a first spin-spin relaxation time (T2n) exceeding 3000 μsec is obtained. The first spin-spin relaxation time (T2n) of the liquid ethylene-propylene rubber after mastication is the first spin-spin relaxation time (T2n) of the raw ethylene-propylene rubber before mastication. It is preferable that it is 5 to 30 times. This mastication is different from general mastication in which ethylene-propylene rubber is kept in a solid state, and by applying a strong shearing force, for example, by an open roll method, the ethylene-propylene rubber molecules are cut and the molecular weight is remarkably reduced. Until the liquid state is reached until it shows a flow unsuitable for kneading. For example, when the open roll method is used, this mastication is performed at a roll temperature of 20 ° C. (minimum mastication time: 60 minutes) to 150 ° C. (minimum mastication time of 10 minutes). Carbon black and carbon nanofibers are put into ethylene-propylene rubber that has been masticated at 0.0 mm and in a liquid state. However, since ethylene-propylene rubber is liquid and its elasticity is remarkably reduced, the aggregated carbon nanofibers are not very dispersed even when kneaded in a state where the free radicals of the ethylene-propylene rubber and the carbon nanofibers are combined.

そこで、液体状のエチレン−プロピレンゴムとカーボンナノファイバーとを混練して得られた混合物中におけるエチレン−プロピレンゴムの分子量を増大させ、エチレン−プロピレンゴムの弾性を回復させてゴム状弾性体の混合物を得た後、先に説明したオープンロール法の薄通しなどを実施してカーボンナノファイバーをエチレン−プロピレンゴム中に均一に分散させる。エチレン−プロピレンゴムの分子量が増大したゴム状弾性体の混合物は、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって30℃で測定した、ネットワーク成分の第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)が3000μ秒以下である。また、エチレン−プロピレンゴムの分子量が増大したゴム状弾性体の混合物の第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は、素練りする前の原料エチレン−プロピレンゴムの第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)の0.5〜10倍であることが好ましい。ゴム状弾性体の混合物の弾性は、エチレン−プロピレンゴムの分子形態(分子量で観測できる)や分子運動性(T2nで観測できる)によって表すことができる。エチレン−プロピレンゴムの分子量を増大させる工程は、混合物を加熱処理例えば40℃〜100℃に設定された加熱炉内に混合物を配置し、10時間〜100時間行なわれることが好ましい。このような加熱処理によって、混合物中に存在するエチレン−プロピレンゴムのフリーラジカル同士の結合などによって分子鎖が延長され、分子量が増大する。また、エチレン−プロピレンゴムの分子量の増大を短時間で実施する場合には、架橋剤を少量、例えば架橋剤の適量の1/2以下を混合させておき、混合物を加熱処理(例えばアニーリング処理)し架橋反応によって短時間で分子量を増大させることもできる。架橋反応によってエチレン−プロピレンゴムの分子量を増大させる場合には、この後の工程で混練が困難にならない程度に架橋剤の配合量、加熱時間及び加熱温度を設定することが好ましい。   Therefore, the molecular weight of the ethylene-propylene rubber in the mixture obtained by kneading the liquid ethylene-propylene rubber and the carbon nanofibers is increased, and the elasticity of the ethylene-propylene rubber is recovered, thereby mixing the rubber-like elastic body. After that, the carbon nanofibers are uniformly dispersed in the ethylene-propylene rubber by performing the above-described thinning of the open roll method or the like. A mixture of rubber-like elastic bodies having an increased molecular weight of ethylene-propylene rubber has a first spin-spin relaxation time (T2n) of 3000 μsec as measured by the Hahn echo method at 30 ° C. using pulsed NMR. It is as follows. The first spin-spin relaxation time (T2n) of the rubber-like elastic mixture having an increased molecular weight of ethylene-propylene rubber is the first spin-spin relaxation time of the raw material ethylene-propylene rubber before mastication. It is preferably 0.5 to 10 times (T2n). The elasticity of the rubber-like elastic mixture can be expressed by the molecular form (observable by molecular weight) and molecular mobility (observable by T2n) of ethylene-propylene rubber. The step of increasing the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is preferably performed for 10 hours to 100 hours by placing the mixture in a heating furnace set to a heat treatment, for example, 40 ° C. to 100 ° C. By such a heat treatment, the molecular chain is extended by the bonding of free radicals of ethylene-propylene rubber present in the mixture, and the molecular weight is increased. In addition, when the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is increased in a short time, a small amount of the crosslinking agent, for example, 1/2 or less of an appropriate amount of the crosslinking agent is mixed, and the mixture is subjected to heat treatment (for example, annealing treatment). In addition, the molecular weight can be increased in a short time by the crosslinking reaction. When the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is increased by a crosslinking reaction, it is preferable to set the amount of the crosslinking agent, the heating time, and the heating temperature to such an extent that kneading is not difficult in the subsequent steps.

ここで説明したゴム組成物の製造方法によれば、カーボンナノファイバーを投入する前にエチレン−プロピレンゴムの粘度を低下させることで、エチレン−プロピレンゴム中にカーボンナノファイバーを従来よりも均一に分散させることができる。より詳細には、先に説明した製造方法のように分子量が大きいエチレン−プロピレンゴムにカーボンナノファイバーを混合するよりも、分子量が低下した液体状のエチレン−プロピレンゴムを用いた方が凝集したカーボンナノファイバーの空隙に侵入しやすく、薄通しの工程においてカーボンナノファイバーをより均一に分散させることができる。また、エチレン−プロピレンゴムが分子切断されることで大量に生成されたエチレン−プロピレンゴムのフリーラジカルがカーボンナノファイバーの表面とより強固に結合することができるため、さらにカーボンナノファイバーを均一に分散させることができる。したがって、ここで説明した製造方法によれば、先の製造方法よりも少量のカーボンナノファイバーでも同等の性能を得ることができ、高価なカーボンナノファイバーを節約することで経済性も向上する。   According to the manufacturing method of the rubber composition described here, the carbon nanofibers are more uniformly dispersed in the ethylene-propylene rubber by reducing the viscosity of the ethylene-propylene rubber before introducing the carbon nanofibers. Can be made. More specifically, the agglomerated carbon is obtained by using liquid ethylene-propylene rubber having a low molecular weight rather than mixing carbon nanofibers with ethylene-propylene rubber having a large molecular weight as in the production method described above. It is easy to penetrate into the voids of the nanofibers, and the carbon nanofibers can be more uniformly dispersed in the thinning process. In addition, free radicals of ethylene-propylene rubber produced in large quantities by molecular cutting of ethylene-propylene rubber can be bonded more firmly to the surface of carbon nanofibers, so that carbon nanofibers are evenly dispersed. Can be made. Therefore, according to the manufacturing method described here, the same performance can be obtained even with a smaller amount of carbon nanofibers than in the previous manufacturing method, and economical efficiency is improved by saving expensive carbon nanofibers.

(エチレン−プロピレンゴム)
ゴム組成物のマトリックス原料となるエチレン−プロピレンゴムは、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン共重合体)を用いることが好ましい。また、本実施の形態にかかるエチレン−プロピレンゴムは、耐熱性、耐寒性を得るため、エチリデンノルボルネンなどの第3成分を含み、かつ、エチレンとプロピレンの共重合比は、エチレン含量で45%〜80%のEPDMが好ましい。エチレン−プロピレンゴムの平均分子量は、通常5万以上のものが望ましく、より好ましくは7万以上、特に好ましくは10〜50万程度のものを用いることができる。エチレン−プロピレンゴムの分子量がこの範囲であると、エチレン−プロピレンゴム分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、エチレン−プロピレンゴムは、凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、したがってカーボンナノファイバー同士を分離する効果が大きい。エチレン−プロピレンゴムの分子量が5000より小さいと、エチレン−プロピレンゴム分子が相互に充分に絡み合うことができず、先に説明した工程で剪断力をかけてもカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなり好ましくない。また、エチレン−プロピレンゴムの分子量が500万より大きいと、エチレン−プロピレンゴムが固くなりすぎて加工が困難となり好ましくない。
(Ethylene-propylene rubber)
It is preferable to use EPDM (ethylene-propylene-diene copolymer) as the ethylene-propylene rubber as a matrix raw material of the rubber composition. Further, the ethylene-propylene rubber according to the present embodiment contains a third component such as ethylidene norbornene in order to obtain heat resistance and cold resistance, and the copolymerization ratio of ethylene and propylene is 45% to 45% in terms of ethylene content. 80% EPDM is preferred. The average molecular weight of the ethylene-propylene rubber is usually desirably 50,000 or more, more preferably 70,000 or more, and particularly preferably about 100,000 to 500,000. When the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is within this range, the ethylene-propylene rubber molecules are entangled with each other and are connected to each other. Great effect to separate fibers. If the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is smaller than 5000, the ethylene-propylene rubber molecules cannot be sufficiently entangled with each other, and the effect of dispersing the carbon nanofibers is reduced even when a shearing force is applied in the process described above. It is not preferable. On the other hand, if the molecular weight of the ethylene-propylene rubber is larger than 5,000,000, the ethylene-propylene rubber becomes too hard and difficult to process, which is not preferable.

エチレン−プロピレンゴムは、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって、30℃で測定した、未架橋体におけるネットワーク成分のスピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が好ましくは100〜3000μ秒、より好ましくは200〜1000μ秒である。上記範囲のスピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)を有することにより、エチレン−プロピレンゴムは、柔軟で充分に高い分子運動性を有することができ、すなわちカーボンナノファイバーを分散させるために適度な弾性を有することになる。また、エストラマーは粘性を有しているので、エチレン−プロピレンゴムとカーボンナノファイバーとを混合したときに、エチレン−プロピレンゴムは高い分子運動によりカーボンナノファイバーの相互の隙間に容易に侵入することができる。スピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が100μ秒より短いと、エチレン−プロピレンゴムが充分な分子運動性を有することができない。また、スピン−スピン緩和時間(T2n/30℃)が3000μ秒より長いと、エチレン−プロピレンゴムが液体のように流れやすく、弾性が小さいため、そのままではカーボンナノファイバーを分散させることが困難となる。   The ethylene-propylene rubber preferably has a spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) of the network component in the uncrosslinked body of 100 to 3000 μsec, as measured at 30 ° C. by the Hahn echo method using pulse NMR. Preferably it is 200-1000 microseconds. By having a spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) in the above range, the ethylene-propylene rubber can be flexible and have sufficiently high molecular mobility, that is, suitable for dispersing the carbon nanofibers. It will have elasticity. In addition, since elastomer has viscosity, when ethylene-propylene rubber and carbon nanofiber are mixed, ethylene-propylene rubber can easily penetrate into the gaps between carbon nanofibers due to high molecular motion. it can. When the spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) is shorter than 100 μsec, the ethylene-propylene rubber cannot have sufficient molecular mobility. Also, if the spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) is longer than 3000 μsec, the ethylene-propylene rubber tends to flow like a liquid and has low elasticity, so that it becomes difficult to disperse the carbon nanofibers as they are. .

パルス法NMRを用いたハーンエコー法によって得られるスピン−スピン緩和時間は、物質の分子運動性を表す尺度である。具体的には、パルス法NMRを用いたハーンエコー法によりエチレン−プロピレンゴムのスピン−スピン緩和時間を測定すると、緩和時間の短い第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)を有する第1の成分と、緩和時間のより長い第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する第2の成分とが検出される。第1の成分は高分子のネットワーク成分(骨格分子)に相当し、第2の成分は高分子の非ネットワーク成分(末端鎖などの枝葉の成分)に相当する。そして、第1のスピン−スピン緩和時間が短いほど分子運動性が低く、エチレン−プロピレンゴムは固いといえる。また、第1のスピン−スピン緩和時間が長いほど分子運動性が高く、エチレン−プロピレンゴムは柔らかいといえる。   The spin-spin relaxation time obtained by the Hahn-echo method using pulsed NMR is a measure representing the molecular mobility of a substance. Specifically, when the spin-spin relaxation time of ethylene-propylene rubber is measured by the Hahn-echo method using pulsed NMR, the first component having the first spin-spin relaxation time (T2n) having a short relaxation time And a second component having a second spin-spin relaxation time (T2nn) having a longer relaxation time. The first component corresponds to a polymer network component (skeleton molecule), and the second component corresponds to a polymer non-network component (branch and leaf component such as a terminal chain). The shorter the first spin-spin relaxation time, the lower the molecular mobility and the harder the ethylene-propylene rubber. Further, it can be said that the longer the first spin-spin relaxation time, the higher the molecular mobility and the softer the ethylene-propylene rubber.

パルス法NMRにおける測定法としては、ハーンエコー法でなくてもソリッドエコー法、CPMG法(カー・パーセル・メイブーム・ギル法)あるいは90゜パルス法でも適用できる。ただし、本発明にかかるエチレン−プロピレンゴムは中程度のスピン−スピン緩和時間(T2)を有するので、ハーンエコー法が最も適している。一般的に、ソリッドエコー法および90゜パルス法は、短いT2の測定に適し、ハーンエコー法は、中程度のT2の測定に適し、CPMG法は、長いT2の測定に適している。   As a measurement method in the pulsed NMR method, the solid echo method, the CPMG method (Car Purcell, Mayboom, Gill method) or the 90 ° pulse method can be applied instead of the Hahn echo method. However, since the ethylene-propylene rubber according to the present invention has a moderate spin-spin relaxation time (T2), the Hahn echo method is most suitable. In general, the solid echo method and the 90 ° pulse method are suitable for short T2 measurement, the Hahn echo method is suitable for medium T2 measurement, and the CPMG method is suitable for long T2 measurement.

(カーボンナノファイバー)
カーボンナノファイバーは、平均直径が0.5〜500nmであり、平均直径が0.5ないし100nmであることが好ましい。また、カーボンナノファイバーは、平均長さが0.01〜1000μmであることが好ましい。カーボンナノファイバーの配合量は、摩擦材に配合されるゴム組成物の量や摩擦材に要求される高温特性などによって適宜設定できるが、エチレン−プロピレンゴム100重量部に対してカーボンナノファイバー5〜100重量部を含むことが摩擦材の優れた高温特性を得るために好ましい。特に、ゴム組成物に補強剤としてのカーボンブラックを配合することでカーボンナノファイバーの配合量を少なくしても摩擦材の優れた高温特性を得ることができ、エチレン−プロピレンゴム100重量部に対してカーボンブラック40〜80重量部を配合した場合、カーボンナノファイバー5〜20重量部を含むことが好ましい。
(Carbon nanofiber)
The carbon nanofibers preferably have an average diameter of 0.5 to 500 nm and an average diameter of 0.5 to 100 nm. The carbon nanofibers preferably have an average length of 0.01 to 1000 μm. The compounding amount of the carbon nanofiber can be set as appropriate depending on the amount of the rubber composition blended in the friction material and the high temperature characteristics required of the friction material. It is preferable to contain 100 parts by weight in order to obtain excellent high temperature characteristics of the friction material. In particular, by adding carbon black as a reinforcing agent to the rubber composition, excellent high temperature characteristics of the friction material can be obtained even if the amount of carbon nanofibers is reduced, with respect to 100 parts by weight of ethylene-propylene rubber. When carbon black is mixed in an amount of 40 to 80 parts by weight, the carbon nanofiber is preferably contained in an amount of 5 to 20 parts by weight.

カーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラファイトの1枚面を1層に巻いた単層カーボンナノチューブ(シングルウォールカーボンナノチューブ:SWNT)、2層に巻いた2層カーボンナノチューブ(ダブルウォールカーボンナノチューブ:DWNT)、3層以上に巻いた多層カーボンナノチューブ(MWNT:マルチウォールカーボンナノチューブ)などが適宜用いられる。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブといった名称で称されることもある。また、カーボンナノファイバーは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素等の黒鉛化触媒と共に約2300℃〜3200℃で黒鉛化処理したものを用いてもよい。   Examples of carbon nanofibers include so-called carbon nanotubes. Carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes (single-walled carbon nanotubes: SWNT) in which one sheet of graphite having a carbon hexagonal mesh surface is wound in one layer, and double-walled carbon nanotubes (double-walled carbon nanotubes: DWNT) in two layers. Multi-walled carbon nanotubes (MWNT: multiwall carbon nanotubes) wound in three or more layers are used as appropriate. A carbon material partially having a carbon nanotube structure can also be used. In addition to the name “carbon nanotube”, it may be called “graphite fibril nanotube”. Carbon nanofibers that have been graphitized at about 2300 ° C. to 3200 ° C. with a graphitization catalyst such as boron, boron carbide, beryllium, aluminum, and silicon may be used.

単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。レーザーアブレーション法は、希ガス(例えばアルゴン)中で、ターゲットであるニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、YAGレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。なお、カーボンナノファイバーは、エチレン−プロピレンゴムと混練される前に、あらかじめ表面処理、例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、エチレン−プロピレンゴムとの接着性やぬれ性を改善することができる。   Single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes are manufactured to a desired size by an arc discharge method, a laser ablation method, a vapor phase growth method, or the like. The arc discharge method is a method of obtaining multi-walled carbon nanotubes deposited on a cathode by performing an arc discharge between electrode materials made of carbon rods in an argon or hydrogen atmosphere at a pressure slightly lower than atmospheric pressure. In addition, the single-walled carbon nanotube is obtained by mixing the carbon rod with a catalyst such as nickel / cobalt to cause arc discharge and adhering to the inner surface of the processing vessel. The laser ablation method melts and evaporates the carbon surface by irradiating a strong YAG laser pulsed laser beam onto a carbon surface mixed with a target catalyst such as nickel / cobalt in a rare gas (eg argon). This is a method for obtaining single-walled carbon nanotubes. The vapor phase growth method is a method in which hydrocarbons such as benzene and toluene are thermally decomposed in the gas phase to synthesize carbon nanotubes. More specifically, a fluid catalyst method, a zeolite supported catalyst method, and the like can be exemplified. The carbon nanofibers are subjected to surface treatment, for example, ion implantation treatment, sputter etching treatment, plasma treatment, etc. in advance before being kneaded with ethylene-propylene rubber, thereby adhering or wetting with ethylene-propylene rubber. Can improve sex.

(摩擦材の製造方法)
本実施の形態にかかる摩擦材2の製造方法としては、特に限定されないが、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形または射出圧縮成形など一般的に知られている成形法を用いて所望の形状に成形するとともに、加熱して硬化させることができる。本実施の形態にかかる摩擦材2の製造方法について、図7〜図9を参照しながら詳細に説明する。図7は、本発明の実施の形態にかかる摩擦材2の製造工程を示す工程図である。図8は、本発明の実施の形態にかかる摩擦材2を製造する仮成形工程を説明するための説明図である。図9は、本発明の実施の形態にかかる摩擦材2を製造する加熱・加圧工程を説明するための説明図である。
(Friction material manufacturing method)
The method for manufacturing the friction material 2 according to the present embodiment is not particularly limited, but is formed into a desired shape using a generally known molding method such as compression molding, transfer molding, injection molding, or injection compression molding. And can be cured by heating. A method for manufacturing the friction material 2 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 7 is a process diagram showing a manufacturing process of the friction material 2 according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a temporary forming process for manufacturing the friction material 2 according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a heating / pressurizing process for manufacturing the friction material 2 according to the embodiment of the present invention.

本実施の形態にかかる摩擦材2は、図7に示す製造工程によって製造することができる。この製造工程において、先ず、金属製のプレート3に結着孔4、4を穿設してから各種の表面処理を施した後、乾燥を施す。かかる表面処理には、プレート3を脱脂する脱脂工程、プレート3の表面に向けて粒状物を噴射し、摩擦材2とプレート3との結着強度を高めるためのショット加工工程、摩擦材2とプレート3とを接着する例えば熱硬化性接着剤をプレート3の表面に塗布する接着剤塗布工程が含まれる。他方、摩擦材2の成形がプレート3の加工工程と別工程で行われる。摩擦材2の成形においては、摩擦材2の原料を混合してから所定量計量し、仮成形して板状体の仮成形体とする。この際に、原料として用いられる摩擦材2の原料は、前述した強化繊維、充填材、ゴム組成物及びバインダ樹脂が含まれる。   The friction material 2 according to the present embodiment can be manufactured by the manufacturing process shown in FIG. In this manufacturing process, first, after forming the binding holes 4 and 4 in the metal plate 3, various surface treatments are performed, and then drying is performed. For such surface treatment, a degreasing process for degreasing the plate 3, a shot processing process for increasing the binding strength between the friction material 2 and the plate 3 by injecting granular materials toward the surface of the plate 3, For example, an adhesive application step of applying a thermosetting adhesive to the plate 3 to the surface of the plate 3 is included. On the other hand, the friction material 2 is molded in a separate process from the processing process of the plate 3. In forming the friction material 2, the raw materials of the friction material 2 are mixed, and then, a predetermined amount is measured and temporarily molded to form a plate-like temporary molded body. At this time, the raw material of the friction material 2 used as the raw material includes the above-described reinforcing fiber, filler, rubber composition, and binder resin.

図8に示すように、あらかじめ混合機で十分に混合した摩擦材2の原料(強化繊維、充填材の粒子、ゴム組成物の粒子、バインダ樹脂)を、載置台54上に配置された仮成形型52内に充填する。そして、摩擦材2の原料をプレス型50によって押圧して仮成形を行って仮成形体65を得る。   As shown in FIG. 8, the raw material of the friction material 2 (reinforcing fiber, filler particles, rubber composition particles, binder resin) sufficiently mixed in advance by a mixer is temporarily formed on a mounting table 54. The mold 52 is filled. And the raw material of the friction material 2 is pressed with the press die 50, and temporary molding is performed, and the temporary molded body 65 is obtained.

仮成形で得られた仮成形体65は、図9に示すように、プレス機によって加熱・加圧成形されてプレート3と一体化した摩擦材2に成形される。加熱・加圧成形は、まずプレス機の載置台64上の金型62内に仮成形体65を配置し、さらにその仮成形体65上の所定位置にプレート3をセットし、押型60によって仮成形体65を押圧しつつ加熱する。この加熱・加圧成形によって、仮成形体65の原料中に配合されたバインダ樹脂が溶解され流動した後、硬化して仮成形体65の原料同士を強固に結着すると共に、プレート3の表面とも強固に結着して摩擦材2を形成する。この様な加熱・加圧成形を施して得られた摩擦材2は、摩擦材2とプレート3との結着を更に一層完全なものとすべく、オーブン中で数時間の焼成が施される。焼成工程を経た摩擦材は、摩擦材2に溝を形成する溝加工、摩擦材2の表面を研磨する研磨加工、塗装等の後加工工程などを経て製品(パッド1)となる。   As shown in FIG. 9, the temporary molded body 65 obtained by the temporary molding is formed into the friction material 2 integrated with the plate 3 by being heated and pressure-molded by a press machine. In the heating and pressure molding, first, a temporary molded body 65 is placed in a mold 62 on a mounting table 64 of a press machine, and the plate 3 is set at a predetermined position on the temporary molded body 65. The molded body 65 is heated while being pressed. By this heating and pressure molding, the binder resin blended in the raw material of the temporary molded body 65 is dissolved and fluidized, and then cured to firmly bond the raw materials of the temporary molded body 65 together with the surface of the plate 3. Both are firmly bound to form the friction material 2. The friction material 2 obtained by performing such heating and pressure molding is fired in an oven for several hours in order to make the binding between the friction material 2 and the plate 3 even more complete. . The friction material that has undergone the firing process becomes a product (pad 1) through a groove processing for forming a groove in the friction material 2, a polishing process for polishing the surface of the friction material 2, a post-processing process such as painting, and the like.

摩擦材2に配合されるゴム組成物は、摩擦材2に要求される高温特性によって適宜配合量を調整することができるが、摩擦材2の高温特性を改善するためには2〜10重量%含むことが好ましい。   The amount of the rubber composition blended in the friction material 2 can be adjusted as appropriate depending on the high temperature characteristics required of the friction material 2, but in order to improve the high temperature characteristics of the friction material 2, 2 to 10 wt% It is preferable to include.

摩擦材2は、ゴム組成物が高温においても優れた減衰特性及び高い動的弾性率を有するので、高温における高摩擦係数を有すると共に、被摩擦部材との接触による高温における鳴きを低減させることができる。また、本発明にかかる摩擦材によれば、被摩擦部材との均一接触によって摩耗量を低減させることができる。   The friction material 2 has an excellent damping characteristic and a high dynamic elastic modulus even at high temperatures, so that the friction material 2 has a high friction coefficient at high temperatures and can reduce squeal at high temperatures due to contact with the friction target member. it can. Moreover, according to the friction material concerning this invention, the amount of wear can be reduced by the uniform contact with a to-be-rubbed member.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(1)実施例1〜8及び比較例1、2のサンプルの作製
(a)密閉式混練機のブラベンダー(チャンバー設定温度20℃)に、表1に示す所定量(100g)のエチレン−プロピレンゴム(100重量部(phr))を投入した。
(b)エチレン−プロピレンゴムに対して表1に示す量(重量部(phr))のカーボンブラックを投入した後、カーボンナノファイバーをエチレン−プロピレンゴムに投入した。
(c)カーボンナノファイバーを投入し終わったら、エチレン−プロピレンゴムとカーボンブラック及びカーボンナノファイバーとの混合物を混合(素練り)工程を行ない、ロータから取り出した。
(d)設定温度20℃の密閉式混練機のロータに上記(c)で得られた混合物を投入し、10分間第1の混練工程を行いロータから取り出した。
(e)上記(d)で得られた混合物を100℃に設定された密閉式混練機に投入し、10分間第2の混練工程を行い、密閉式混練機から取り出した。
(f)ロール間隔(ニップ)を0.3mmと狭くしたロール温度20℃の6インチオープンロールに上記(e)で得られた混合物を投入し、10回薄通し(第3の混練工程)をした。この薄通しした混合物を約1.1mm厚に圧延し分出しした。この分出しされたゴム組成物は90℃、5分間プレス成形し、それぞれ厚さ1mmのシート状の無架橋体のゴム組成物サンプルに成形した。また、分出しされたゴム組成物に有機過酸化物と共架橋剤とを配合し、オープンロールで混合して、ロール間隙を1.1mmで分出しした。そして、分出しされたゴム組成物を175℃、20分間プレス架橋し、実施例1〜4、6〜8及び比較例1、2の架橋体のゴム組成物サンプルを成形した。
(1) Preparation of samples of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 (a) A predetermined amount (100 g) of ethylene-propylene shown in Table 1 in a Brabender (chamber setting temperature 20 ° C.) of a closed kneader Rubber (100 parts by weight (phr)) was charged.
(B) The amount of carbon black shown in Table 1 (parts by weight (phr)) was added to the ethylene-propylene rubber, and then the carbon nanofibers were added to the ethylene-propylene rubber.
(C) When the carbon nanofibers were charged, a mixture (kneading) step of a mixture of ethylene-propylene rubber, carbon black and carbon nanofibers was performed and taken out from the rotor.
(D) The mixture obtained in (c) above was charged into the rotor of a closed kneader having a set temperature of 20 ° C., and the first kneading step was performed for 10 minutes, and the mixture was taken out from the rotor.
(E) The mixture obtained in the above (d) was put into a closed kneader set at 100 ° C., subjected to the second kneading step for 10 minutes, and taken out from the closed kneader.
(F) The mixture obtained in the above (e) is put into a 6 inch open roll having a roll temperature of 20 ° C. with a roll interval (nip) as narrow as 0.3 mm, and thinned 10 times (third kneading step). did. This thinned mixture was rolled to about 1.1 mm thickness and dispensed. The dispensed rubber composition was press-molded at 90 ° C. for 5 minutes, and each was molded into a sheet-like uncrosslinked rubber composition sample having a thickness of 1 mm. Moreover, an organic peroxide and a co-crosslinking agent were blended in the dispensed rubber composition, mixed with an open roll, and the roll gap was dispensed at 1.1 mm. The extracted rubber composition was press-crosslinked at 175 ° C. for 20 minutes, and the crosslinked rubber composition samples of Examples 1 to 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were molded.

このゴム組成物サンプルを、表1に示す強化繊維、粒子状の充填材及びバインダ樹脂と混合し、プレス機によって加熱・加圧成形されて摩擦材に成形する。そして、成形されて得られた摩擦材はさらに焼成され、実施例1〜8及び比較例1、2の摩擦材を得た。   This rubber composition sample is mixed with the reinforcing fibers, particulate filler and binder resin shown in Table 1, and is heated and pressure-molded by a press machine to form a friction material. And the friction material obtained by shape | molding was further baked, and the friction material of Examples 1-8 and Comparative Examples 1 and 2 was obtained.

表1において、摩擦材の原料のバインダ樹脂は粒子状の「フェノール樹脂」、強化繊維は「アラミド繊維」と「無機繊維」、充填材は粒子状の「カシューダスト」、「金属材料」、「無機材料」、「潤滑剤」及び「pH調整剤」であった。また、表1において、ゴム組成物の原料の「EPDM」はJSR社製エチレン−プロピレンゴム(EPDM:エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム)(EP103AF)、「NBR」は中高ニトリルのニトリルゴム、「MWNT13」は平均直径が約13nmの気相成長マルチウォールカーボンナノチューブであり、「MWNT100」は平均直径が約100nmの気相成長マルチウォールカーボンナノチューブであり、「HAF」はHAFグレードのカーボンブラックであった。なお、表1における「摩擦材の配合割合」は重量%で示し、「ゴム組成物の配合割合」は重量部(phr)で示した。   In Table 1, the binder resin as the raw material of the friction material is particulate “phenol resin”, the reinforcing fibers are “aramid fiber” and “inorganic fiber”, and the filler is particulate “cashew dust”, “metal material”, “ They were “inorganic material”, “lubricant” and “pH adjuster”. In Table 1, “EPDM” as a raw material of the rubber composition is ethylene-propylene rubber (EPDM: ethylene-propylene-diene copolymer rubber) (EP103AF) manufactured by JSR, “NBR” is a nitrile rubber of medium to high nitrile, “ “MWNT13” is a vapor-grown multiwall carbon nanotube having an average diameter of about 13 nm, “MWNT100” is a vapor-grown multiwall carbon nanotube having an average diameter of about 100 nm, and “HAF” is a HAF grade carbon black. It was. In Table 1, “Friction material blending ratio” is expressed in weight%, and “Rubber composition blending ratio” is expressed in parts by weight (phr).

(2)パルス法NMRを用いた測定
実施例1〜8及び比較例1,2の原料ゴム及び各無架橋体のゴム組成物サンプルについて、パルス法NMRを用いてハーンエコー法による測定を行った。この測定は、日本電子(株)製「JMN−MU25」を用いて行った。測定は、観測核がH、共鳴周波数が25MHz、90゜パルス幅が2μsecの条件で行い、ハーンエコー法のパルスシーケンス(90゜x−Pi−180゜x)にて、Piをいろいろ変えて減衰曲線を測定した。また、サンプルは、磁場の適正範囲までサンプル管に挿入して測定した。測定温度は表1のカッコ内に示すように、30℃と150℃であった。この測定によって、原料ゴムの第1のスピンースピン緩和時間(T2n/30℃)と、各無架橋体のゴム組成物サンプルについて第1のスピン−スピン緩和時間(T2n/150℃)及び第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn/150℃)を有する成分の成分分率(fnn/150℃)とを求めた。測定結果を表1に示した。
(2) Measurement using pulsed method NMR About the raw material rubbers of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 and rubber composition samples of each non-crosslinked body, measurement was performed by the Hahn echo method using pulsed method NMR. . This measurement was performed using “JMN-MU25” manufactured by JEOL Ltd. The measurement was performed under the conditions of the observation nucleus of 1 H, the resonance frequency of 25 MHz, and the 90 ° pulse width of 2 μsec. The Pi was changed in various ways using the pulse sequence of the Hahn-echo method (90 ° x-Pi-180 ° x). The decay curve was measured. Further, the sample was measured by inserting it into a sample tube up to an appropriate range of the magnetic field. As shown in parentheses in Table 1, the measurement temperatures were 30 ° C. and 150 ° C. By this measurement, the first spin-spin relaxation time (T2n / 30 ° C.) of the raw rubber, the first spin-spin relaxation time (T2n / 150 ° C.) and the second spin for each uncrosslinked rubber composition sample. -The component fraction (fnn / 150 ° C) of the component having the spin relaxation time (T2nn / 150 ° C) was determined. The measurement results are shown in Table 1.

(3)熱機械分析(TMA)
実施例1〜4,6〜8及び比較例1,2の架橋体のゴム組成物サンプルと実施例5の無架橋体のゴム組成物サンプルを1.5mm×1.0mm×10mmに切り出した試験片について、SII社製熱機械分析機(TMA−SS6100)を用いて、側長荷重は25KPa、測定温度は−100〜300℃、昇温速度は3℃/分で大気中における線膨張係数を測定し、得られた線膨張係数の温度変化特性から軟化劣化もしくは硬化劣化が開始する劣化開始温度(℃)を測定した。より詳細に説明すると、劣化開始温度は、各ゴム組成物サンプルの温度(℃)−微分線膨張係数(ppm/K)のグラフにおいて、線膨張係数が極端に増大している点で架橋型の硬化劣化(収縮)または線膨張係数が極端に低下している点で鎖切断型の軟化劣化(膨張)が開始していると判断し、劣化開始温度とした。これらの結果を表1に示す。
(3) Thermomechanical analysis (TMA)
Tests in which the crosslinked rubber composition samples of Examples 1 to 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 and the uncrosslinked rubber composition sample of Example 5 were cut into 1.5 mm × 1.0 mm × 10 mm For the piece, using a thermomechanical analyzer manufactured by SII (TMA-SS6100), the side long load is 25 KPa, the measurement temperature is −100 to 300 ° C., the heating rate is 3 ° C./min, and the linear expansion coefficient in the atmosphere is obtained. The deterioration start temperature (° C.) at which softening deterioration or hardening deterioration starts was measured from the temperature change characteristic of the obtained linear expansion coefficient. More specifically, the deterioration start temperature is a crosslinking type in that the linear expansion coefficient is extremely increased in the temperature (° C.)-Differential linear expansion coefficient (ppm / K) graph of each rubber composition sample. It was judged that the chain-breaking type softening deterioration (expansion) had started at the point where the hardening deterioration (shrinkage) or the linear expansion coefficient was extremely reduced, and was set as the deterioration start temperature. These results are shown in Table 1.

(4)動的粘弾性試験
実施例1〜4,6〜8及び比較例1,2の架橋体のゴム組成物サンプルと実施例5の無架橋体のゴム組成物サンプルを短冊形(40×1×5(巾)mm)に切り出した試験片について、SII社製の動的粘弾性試験機DMS6100を用いて、チャック間距離20mm、測定温度−100〜300℃、動的ひずみ±0.05%、周波数10HzでJIS K6394に基づいて動的粘弾性試験を行い動的弾性率(E’、単位はMPa)と損失正接(tanδ)を測定した。測定温度が30℃と200℃における動的弾性率(E’)の測定結果を表1に示す。また、測定温度が−10℃、30℃及び200℃における損失正接(tanδ)の測定結果を表1に示す。さらに、ガラス転移点(Tg)付近の領域における損失正接(tanδ)のピーク温度を使用最低温度(℃)として表1に示す。使用最低温度は、これよりも低温の領域ではゴム組成物が硬くなりすぎるためクッション性を失うので、ゴム組成物としての使用限界温度である。
(4) Dynamic Viscoelasticity Test The crosslinked rubber composition samples of Examples 1 to 4, 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 and the uncrosslinked rubber composition sample of Example 5 were formed into strips (40 × 1 × 5 (width) mm), using a dynamic viscoelasticity tester DMS6100 manufactured by SII, distance between chucks 20 mm, measurement temperature −100 to 300 ° C., dynamic strain ± 0.05 %, A dynamic viscoelasticity test was performed based on JIS K6394 at a frequency of 10 Hz, and a dynamic elastic modulus (E ′, unit is MPa) and loss tangent (tan δ) were measured. Table 1 shows the measurement results of the dynamic elastic modulus (E ′) at the measurement temperatures of 30 ° C. and 200 ° C. Table 1 shows the measurement results of loss tangent (tan δ) at measurement temperatures of −10 ° C., 30 ° C., and 200 ° C. Furthermore, Table 1 shows the peak temperature of the loss tangent (tan δ) in the region near the glass transition point (Tg) as the lowest usable temperature (° C.). The minimum use temperature is the limit temperature for use as a rubber composition because the rubber composition becomes too hard in the region lower than this temperature and loses cushioning properties.

(5)フェード試験
実施例1〜8及び比較例1、2の摩擦材を、回転するFC250(黒鉛鋳鉄、比重7.2)製ディスクロータに押接して制動するフェード試験を下記試験条件でロードセルを用いて実施した。
(試験条件)
車速:(初速度)60km/h−(終速度)0km/h
減速度:0.4G
制動インターバル:20sec
制動回数:24回
フェード試験におけるディスクロータの最高温度(℃)、24回目のフェード試験における摩擦係数(μ)、フェード試験における摩擦材の総摩耗量(mm)を表1に示す。なお、ディスクロータの温度はディスクロータが停止している間に測定した温度であり、摩擦係数は制動時の最高値である。また、実施例2,4及び比較例2のフェード試験における制動回数−ディスクロータ最高温度のグラフを図10に示し、制動回数−摩擦係数の最高値のグラフを図11に示す。図10において、実施例2の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性をA、実施例4の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性をB、比較例2の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性をCで示した。図11において、実施例2の制動回数−摩擦係数(μ)特性をD、実施例4の制動回数−摩擦係数(μ)特性をE、比較例2の制動回数−摩擦係数(μ)特性をFで示した。
(5) Fade test A load cell is subjected to a fade test in which the friction materials of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 are pressed against a rotating FC250 (graphite cast iron, specific gravity 7.2) disk rotor for braking under the following test conditions. It carried out using.
(Test conditions)
Vehicle speed: (initial speed) 60 km / h-(final speed) 0 km / h
Deceleration: 0.4G
Braking interval: 20 sec
Table 1 shows the maximum temperature (° C.) of the disc rotor in the 24th fade test, the friction coefficient (μ) in the 24th fade test, and the total wear amount (mm) of the friction material in the fade test. The temperature of the disk rotor is a temperature measured while the disk rotor is stopped, and the friction coefficient is the highest value during braking. Further, FIG. 10 shows a graph of the number of braking times-the maximum disk rotor temperature in the fade tests of Examples 2 and 4 and Comparative Example 2, and FIG. 11 shows a graph of the number of braking times-the maximum value of the friction coefficient. In FIG. 10, the number of braking times in Example 2—the disk rotor temperature (° C.) characteristic is A, the number of braking times in Example 4—the disk rotor temperature (° C.) characteristic is B, the number of braking times in Comparative Example 2—the disk rotor temperature (° C. ) Characteristics are indicated by C. In FIG. 11, the braking frequency-friction coefficient (μ) characteristic of Example 2 is D, the braking frequency-friction coefficient (μ) characteristic of Example 4 is E, and the braking frequency-friction coefficient (μ) characteristic of Comparative Example 2 is Eq. Indicated by F.

Figure 2008222730
表1から、本発明の実施例1〜8によれば、以下のことが確認された。すなわち、本発明の実施例1〜8のゴム組成物サンプルの劣化開始温度は、比較例1、2のゴム組成物サンプルの劣化開始温度よりも高く、160℃以上であった。また、本発明の実施例1〜8のゴム組成物サンプルによれば、200℃における動的弾性率(E’)が7MPa以上であり、高温においても高い剛性を維持していることがわかった。なお、比較例1,2のゴム組成物サンプルは、劣化開始温度が115℃及び155℃であったので、200℃では軟化して測定できなかった。本発明の実施例1〜8によれば、常温(30℃)における動的弾性率(E’)が40MPa以上で比較例1,2よりも高く、常温(30℃)においても高い剛性を有していた。したがって、実施例1〜8の摩擦材は、低温から高温まで高い動的弾性率を維持したゴム組成物を含むため高摩擦係数を維持することができる。図10に示すように、制動回数が増えるとディスクロータの温度も上昇し、ディスクロータに接触する摩擦材の温度も上昇する。しかしながら、図11に示すように、摩擦材の温度が上昇しても、比較例2の摩擦材サンプルの低い摩擦係数に比べ、実施例2,4の摩擦材サンプルは高い摩擦係数を維持したままほとんど変化が無かった。
Figure 2008222730
From Table 1, according to Examples 1 to 8 of the present invention, the following was confirmed. That is, the deterioration start temperature of the rubber composition samples of Examples 1 to 8 of the present invention was higher than the deterioration start temperature of the rubber composition samples of Comparative Examples 1 and 2, and was 160 ° C. or higher. Moreover, according to the rubber composition samples of Examples 1 to 8 of the present invention, it was found that the dynamic elastic modulus (E ′) at 200 ° C. is 7 MPa or more and maintains high rigidity even at high temperatures. . Since the rubber composition samples of Comparative Examples 1 and 2 had degradation start temperatures of 115 ° C. and 155 ° C., they were softened at 200 ° C. and could not be measured. According to Examples 1 to 8 of the present invention, the dynamic elastic modulus (E ′) at room temperature (30 ° C.) is 40 MPa or higher, higher than those of Comparative Examples 1 and 2, and has high rigidity at room temperature (30 ° C.). Was. Therefore, since the friction material of Examples 1-8 contains the rubber composition which maintained the high dynamic elastic modulus from low temperature to high temperature, it can maintain a high friction coefficient. As shown in FIG. 10, when the number of times of braking increases, the temperature of the disk rotor also increases, and the temperature of the friction material that contacts the disk rotor also increases. However, as shown in FIG. 11, even when the temperature of the friction material is increased, the friction material samples of Examples 2 and 4 maintain a high friction coefficient as compared with the low friction coefficient of the friction material sample of Comparative Example 2. There was little change.

さらに、本発明の実施例1〜8によれば、200℃における損失正接(tanδ)が0.05以上であり、特に高温において高い減衰特性を維持していることがわかった。なお、比較例1,2のゴム組成物は、劣化開始温度が115℃及び155℃であったので、200℃では軟化して測定できなかった。本発明の実施例1〜8によれば、使用最低温度が−30℃〜−60℃であって、低温(−10℃)における損失正接(tanδ)が0.08以上であり、常温(30℃)においても損失正接(tanδ)が0.09以上で比較的高い減衰特性を有していた。したがって、実施例1〜8の摩擦材は、低温から高温まで優れた減衰特性を有するゴム組成物を含むため例えばブレーキにおける鳴きを低温から高温までの広範囲で低減することができる。   Furthermore, according to Examples 1 to 8 of the present invention, the loss tangent (tan δ) at 200 ° C. was 0.05 or more, and it was found that high damping characteristics were maintained particularly at high temperatures. In addition, the rubber compositions of Comparative Examples 1 and 2 had deterioration initiation temperatures of 115 ° C. and 155 ° C., and therefore were softened at 200 ° C. and could not be measured. According to Examples 1 to 8 of the present invention, the minimum operating temperature is −30 ° C. to −60 ° C., the loss tangent (tan δ) at a low temperature (−10 ° C.) is 0.08 or more, and normal temperature (30 (° C.), the loss tangent (tan δ) was 0.09 or more and a relatively high attenuation characteristic was obtained. Therefore, since the friction material of Examples 1-8 contains the rubber composition which has the damping characteristic excellent from low temperature to high temperature, the squeal in a brake can be reduced in the wide range from low temperature to high temperature, for example.

また、本発明の実施例1〜8の摩擦材によれば、比較例1、2の摩擦材に比べて摩耗量が少なかった。本発明の実施例4と実施例6は、ゴム組成物の配合は同じで、摩擦材におけるゴム組成物の含有割合が異なるが、摩擦係数及び摩耗量とも大きな差はなかった。   Moreover, according to the friction material of Examples 1-8 of this invention, compared with the friction material of the comparative examples 1 and 2, there was little abrasion amount. In Example 4 and Example 6 of the present invention, the composition of the rubber composition was the same, and the content ratio of the rubber composition in the friction material was different, but there was no significant difference in the friction coefficient and the wear amount.

本発明の一実施の形態に係るディスクブレーキ用のパッドの正面図である。It is a front view of the pad for disc brakes concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係るディスクブレーキ用のパッドの一部切欠き平面図である。1 is a partially cutaway plan view of a pad for a disc brake according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係るディスクブレーキ用のパッドの背面図である。It is a rear view of the pad for disc brakes concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態に係るディスクブレーキの構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the structure of the disc brake concerning one embodiment of the present invention. 密閉式混練機によるゴム組成物の製造方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing method of the rubber composition by a closed kneading machine. オープンロール機によるゴム組成物の第3の混練工程(薄通し)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 3rd kneading | mixing process (thinning) of the rubber composition by an open roll machine. 本発明の一実施の形態にかかる摩擦材の製造工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the friction material concerning one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態にかかる摩擦材を製造する仮成形工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temporary forming process which manufactures the friction material concerning one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態にかかる摩擦材を製造する加熱・加圧工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the heating and pressurizing process which manufactures the friction material concerning one embodiment of this invention. 実施例2、4、比較例2のフェード試験による制動回数−ディスクロータ温度(℃)を示す図である。It is a figure which shows the frequency | count of braking by the fade test of Example 2, 4 and the comparative example 2-disk rotor temperature (degreeC). 実施例2、4、比較例2のフェード試験による制動回数−摩擦係数(μ)を示す図である。It is a figure which shows the frequency | count of braking-friction coefficient (micro) by the fade test of Example 2, 4 and the comparative example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 パッド
2 摩擦材
3 プレート
5 シム板
10 ディスクブレーキ
11 キャリパボディ
12 ピストン
13 ディスクロータ
14 液圧室
30 密閉式混練機
37 エチレン−プロピレンゴム
38 カーボンナノファイバー
40 オープンロール機
V1 第1のロールの表面速度
V2 第2のロールの表面速度
A 実施例2の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性
B 実施例4の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性
C 比較例2の制動回数−ディスクロータ温度(℃)特性
D 実施例2の制動回数−摩擦係数特性
E 実施例4の制動回数−摩擦係数特性
F 比較例2の制動回数−摩擦係数特性
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pad 2 Friction material 3 Plate 5 Shim board 10 Disc brake 11 Caliper body 12 Piston 13 Disc rotor 14 Hydraulic chamber 30 Sealing kneading machine 37 Ethylene-propylene rubber 38 Carbon nanofiber 40 Open roll machine V1 The surface of the first roll Speed V2 Surface speed A of the second roll A Number of times of braking in Example 2-Disk rotor temperature (° C) characteristic B Number of times of braking in Example 4-Disk rotor temperature (° C) characteristic C Number of times of braking in Comparative Example 2-Disk rotor temperature (° C.) Characteristic D Number of times of braking in Example 2-friction coefficient characteristic E Number of times of braking in Example 4-friction coefficient characteristic F Number of times of braking in Comparative Example 2-friction coefficient characteristic

Claims (10)

強化繊維と、充填材と、ゴム組成物と、バインダ樹脂と、を含む摩擦材であって、
前記ゴム組成物は、マトリックスであるエチレン−プロピレンゴムに平均直径が0.5〜500nmのカーボンナノファイバーが均一に分散され、パルス法NMRを用いてハーンエコー法によって150℃で測定した、無架橋体における、第1のスピン−スピン緩和時間(T2n)は1000ないし3000μ秒であり、第2のスピン−スピン緩和時間(T2nn)を有する成分の成分分率(fnn)は0.2未満である、摩擦材。
A friction material comprising a reinforcing fiber, a filler, a rubber composition, and a binder resin,
In the rubber composition, carbon nanofibers having an average diameter of 0.5 to 500 nm are uniformly dispersed in ethylene-propylene rubber as a matrix, and measured at 150 ° C. by a Hahn echo method using pulsed NMR, non-crosslinked The first spin-spin relaxation time (T2n) in the body is 1000 to 3000 μs, and the component fraction (fnn) of the component having the second spin-spin relaxation time (T2nn) is less than 0.2. , Friction material.
請求項1において、
前記ゴム組成物は、無架橋体である、摩擦材。
In claim 1,
The rubber composition is a friction material which is a non-crosslinked body.
請求項1において、
前記ゴム組成物は、架橋体である、摩擦材。
In claim 1,
The rubber composition is a friction material which is a crosslinked body.
請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴム100重量部に対して、前記カーボンナノファイバー5〜100重量部を含む、摩擦材。
In any one of Claims 1-3,
The rubber composition is a friction material including 5 to 100 parts by weight of the carbon nanofibers with respect to 100 parts by weight of the ethylene-propylene rubber.
請求項4において、
前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴム100重量部に対して、カーボンブラック40〜80重量部と、前記カーボンナノファイバー5〜20重量部と、を含む、摩擦材。
In claim 4,
The rubber composition is a friction material including 40 to 80 parts by weight of carbon black and 5 to 20 parts by weight of the carbon nanofibers with respect to 100 parts by weight of the ethylene-propylene rubber.
請求項1〜5のいずれかにおいて、
前記ゴム組成物は、200℃における損失正接(tanδ)が0.05〜1.00である、摩擦材。
In any one of Claims 1-5,
The rubber composition is a friction material having a loss tangent (tan δ) at 200 ° C. of 0.05 to 1.00.
請求項1〜5のいずれかにおいて、
前記ゴム組成物は、200℃における動的弾性率(E’)が7MPa〜1000MPaである、摩擦材。
In any one of Claims 1-5,
The rubber composition is a friction material having a dynamic elastic modulus (E ′) at 200 ° C. of 7 MPa to 1000 MPa.
請求項1〜5のいずれかにおいて、
前記ゴム組成物は、熱機械分析における劣化開始温度が160℃〜300℃である、摩擦材。
In any one of Claims 1-5,
The rubber composition is a friction material having a deterioration start temperature in a thermomechanical analysis of 160 ° C to 300 ° C.
請求項8において、
前記ゴム組成物は、前記エチレン−プロピレンゴムのガラス転移点付近における損失正接(tanδ)のピーク温度が−30℃〜−60℃である、摩擦材。
In claim 8,
The rubber composition is a friction material in which a peak temperature of a loss tangent (tan δ) in the vicinity of a glass transition point of the ethylene-propylene rubber is −30 ° C. to −60 ° C.
請求項1〜9のいずれかにおいて、
前記バインダ樹脂は、フェノール樹脂である、摩擦材。
In any one of Claims 1-9,
The binder resin is a friction material, which is a phenol resin.
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