JP2012052248A

JP2012052248A - 摩擦紙およびその製造方法

Info

Publication number: JP2012052248A
Application number: JP2010194076A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Tsunawaki; 史亮綱脇
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】機械的強度が高く、油の透液性も良好な摩擦紙およびその製造方法を提供する。
【解決手段】芳香族ポリアミドファイブリットからなる摩擦紙であって、該摩擦紙はフェノール樹脂を含み、該摩擦紙の目付が１００〜５００ｇ／ｍ^２であり、該摩擦紙の横断面において、表面から０．１ｍｍにおける、両方の外層の樹脂含有量がいずれも３０〜５０重量％であり、両方の外層で挟まれた中間層の樹脂含有量が１５〜２５重量％であることを特徴とする摩擦紙とする。また、上記の摩擦紙を製造するため、芳香族ポリアミドファイブリットを抄紙して紙状物とし、これに２５℃における粘度が５〜２００ｍＰａ・ｓのフェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液を、該紙状物の重量を基準としてフェノール樹脂重量が２０〜４５重量％となるよう含浸し、温度１５０〜１７０℃、面圧４２〜５９ｋｇ／ｃｍ^２で熱プレスする。
【選択図】なし

Description

本発明は、摩擦紙およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、芳香族ポリアミドファイブリットを用いた摩擦紙およびその製造法に関する。

従来からフィブリル化アラミド繊維は高強度、高耐熱性を有するため、ブレーキパッド、ブレーキライニング等の乾式摩擦材、オートマチックトランスミッションのクラッチフェーシング等の湿式摩擦材、ガスケットなどシール材の補強用繊維といったアスベスト代替素材として広く用いられている。特に湿式摩擦材用途では、例えば特許文献１（特公昭５８−４７３４５号公報）や特許文献２（特開平１１−２０１２０６号公報）などに開示されているように、繊維状材料と摩擦調整剤や固体潤滑剤等の各種無機フィラーを抄造して紙状の基材を得、これにフェノール樹脂等のバインダー樹脂を含浸して加熱硬化して製造される。

アラミド繊維そのものは引っ張り強度など機械的強度が優れる繊維素材ではあるが、一般にフィブリル化アラミド繊維からなる紙状物は、化学的な結合は持たず、微細なフィブリルの絡み合いによって繊維ネットワークを形成しているため、紙状物の機械的強度は絡み合いの強度に大きく依存する。

一方、近年の自動車エンジンの出力増大や変速機の小型化等により、湿式摩擦材の機械的強度、特にせん断強度に関する要求に十分にたいが厳しくなっている。湿式摩擦材はパルプやアラミド繊維等の基材繊維と摩擦調整剤や体質充填材等の充填材とを抄造して得た抄紙体に、熱硬化性樹脂からなる樹脂結合剤を含浸し、加熱硬化して形成したものであり、軽量で安価であるだけでなく、材質が多孔質で比較的弾性にも富むため油吸収性が高く、しかも、耐熱性、耐摩耗性等にも比較的優れている等の特長を有しているため、このペーパー摩擦材が広く使用されている。しかしながら、抄造法のように繊維を２次元平面状に堆積させてシート化するため、面方向のネットワークは強固であるものの、紙厚方向は比較的弱く、大きなせん断力が加わるとペーパー繊維間で剥離が生じ、その機械的強度は十分ではなかった。

また、湿式摩擦材においては油中に浸した状態で高圧をかけることによって高い摩擦係数を得ようとするものであり、摩擦によって大きな熱が発生する。湿式摩擦材では、この熱を、油を媒体として冷却させており、摩擦材としての気孔率が大きい構造で、油の透液性が高い摩擦材が望まれている。しかし、気孔率を大きくすると機械的強度がさらに低下してしまいジレンマとなっていた。

これに対し、特許文献３（特開２００３−１４７３３５号公報）ではカールを有するアクリルチョップファイバーを添加して気孔率の確保を達成しているが、アクリル繊維では摩擦熱により軟化・溶融し、形態を維持できないという課題があった。

特公昭５８−４７３４５号公報特開平１１−２０１２０６号公報特開２００３−１４７３３５号公報

本発明は上記背景技術に鑑みなされたものであり、その目的は、機械的強度が高く、油の透液性も良好な摩擦紙およびその製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討の結果、特定のプレス面圧で加工し、外層とこれに挟まれた中間層とで異なる樹脂含有量が異なる摩擦紙を用いることで、機械的強度が高く、油の透液性も良好な摩擦紙が得られることを見出した。

かくして本発明によれば、芳香族ポリアミドファイブリットからなる摩擦紙であって、該摩擦紙はフェノール樹脂を含み、該摩擦紙の目付が１００〜５００ｇ／ｍ^２であり、該摩擦紙の横断面において、表面から０．１ｍｍにおける、両方の外層の樹脂含有量がいずれも３０〜５０重量％であり、両方の外層で挟まれた中間層の樹脂含有量が１５〜２５重量％であることを特徴とする摩擦紙が提供される。

また、フィブリルを有する芳香族ポリアミド繊維を抄紙して紙状物とし、これに２５℃における粘度が２０〜２００ｍＰａ・ｓのフェノール樹脂またはこれを含む溶液を含浸し、温度１５０〜１７０℃、面圧４２〜５９ｋｇ／ｃｍ^２で熱プレスすることを特徴とする摩擦紙の製造法が提供される。

本発明によれば、特定のプレス温度、面圧で加工し、機械的に接触する面に樹脂含有量の多い層を中間層に樹脂含有量の少ない層を配することにより、動的剪断剥離耐久性と油の透液性の両方に優れた摩擦紙が得られる。

本発明の摩擦紙の横断面図の一例を示す模式図である。本発明の摩擦紙の動的剪断剥離耐久性の評価に用いる摩擦磨耗試験機の概略図である。

本発明の摩擦紙は、芳香族ポリアミドファイブリットからなる摩擦紙であって、前記摩擦紙はフェノール樹脂を含み、該摩擦紙の目付が１００〜５００ｇ／ｍ^２であり、該摩擦紙の横断面において、表面から０．１ｍｍにおける、両方の外層の樹脂含有量がいずれも３０〜５０重量％であり、両方の外層で挟まれた中間層の樹脂含有量が１５〜２５重量％であることを特徴とする。

本発明に用いる芳香族ポリアミドとしては、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド、ポリ−ｐ−ベンズアミド、ポリ−ｐ−アミドヒドラジド、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド−３，４−ジフェニルエーテルテレフタルアミドなどを例示でき、中でもポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミドが特に好ましい。

本発明でいう芳香族ポリアミドファイブリットとは、芳香族ポリアミドポリマー溶液を、ジェット紡糸ノズルを通してポリマー流とし、該ポリマー流に凝固剤、ガスなどを吹き付けて短繊維状に成形したもので、繊維表面にフィルム状の毛羽が形成されたものである。これに対して、フィブリル化された芳香族ポリアミド繊維（フィブリル化芳香族ポリアミド繊維と称することがある）は、芳香族ポリアミド繊維を、リファイナーやビーター、ミル、高圧ホモジナイザー、摩砕装置等によりフィブリル化したものであり、上記の芳香族ポリアミドファイブリッドとは異なるものである。

本発明においては、摩擦紙が、前記芳香族ポリアミドファイブリットからなり、前記摩擦紙はフェノール樹脂を含み、該摩擦紙の目付が１００〜５００ｇ／ｍ^２であり、該摩擦紙の横断面において、表面から０．１ｍｍにおける、両方の外層の樹脂含有量がいずれも３０〜５０重量％であり、両方の外層で挟まれた中間層の樹脂含有量が１５〜２５重量％であることが肝要である。かかる構成の摩擦紙とすることで、摩擦紙の表面が硬く、優れた動的剪断剥離耐久性を発揮し、内部では高い油の透液性を維持することができる。

すなわち、外層の樹脂含有量が、３０重量％未満では、高い動的剪断剥離耐久性が得られず、５０重量％を超えても摩擦紙が重くなるだけで動的剪断剥離耐久性はあまり向上しない。また、中間層の樹脂含有量が、１５重量％未満では、補強効果が低く動的剪断剥離耐久性が低くなる傾向にあり、２５重量％を超えると油の透液性が悪くなる。

さらに本発明においては、摩擦紙の横断面において、表面から０．１０〜０．１５ｍｍの部分において樹脂含有量が３０〜５０重量％と高く、これに挟まれた中間部分０．１０〜０．２０ｍｍにおいて樹脂含有量が１５〜２５重量％と低くなっていることが望ましく、本発明ではこれを実現することができる。

また、摩擦紙の目付は、１００〜５００ｇ／ｍ^２とする必要があり、１００〜４００ｇ／ｍ^２が好ましく、１５０〜３５０ｇ／ｍ^２がより好ましい。上記目付が、１００ｇ／ｍ^２未満では、上記のように外層と中間層とで樹脂含有量が異なる摩擦紙とすることや、十分な強度や耐久性を維持することが難しく、一方、５００ｇ／ｍ^２を超えると、摩擦紙が厚くなり過ぎ、クラッチ板等の用途で望まれるコンパクト化の点で好ましくない。

本発明の摩擦紙の厚みは０．２５〜０．５ｍｍが好ましく、０．２５〜０．４ｍｍがより好ましい。また、０．２５ｍｍ未満では、中間層を形成し油の適度な透液性を維持することができず、０．５ｍｍを越えると摩擦紙が厚くなり過ぎ、クラッチ板等の用途に用いる際、コンパクト化が難しくなる傾向がある。

本発明の摩擦紙は無機フィラーを含んでいてもよく、摩擦調整や固体潤滑等を目的に添加され、例えば硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭化ケイ素、炭化チタン、アルミナ、シリカ、カシューダスト、珪藻土、グラファイト、タルク、カオリン、酸化マグネシウムなどを１種類または複数種を同時に適量用いることができる。
上記のように無機フィラーを含有させる場合、芳香族ポリアミドファイブリット／無機フィラーの重量比は、２０／８０〜８０／２０であることが望ましい。

以上に説明した本発明の摩擦紙は次の工程で作成することができる。まず、芳香族ポリアミドファイブリットを、水などの分散媒に公知の離解機を用いて混合してスラリーとし、その後公知の抄造装置を用いてシート状に成形して紙状物を作成する。この際、無機フィラーを含有させる場合は、上記工程で、芳香族ポリアミドファイブリットと無機フィラーを、水などの分散媒に混合すればよい。また、本発明においては、芳香族ポリアミドファイブリットの紙状物を用いることで、後述するように、フェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液を紙状物に含浸した際、これを外層に留まらせ、前記の外層と中間層の樹脂含有量を有する摩擦紙を得ることができる。

上記紙状物の目付は、６０〜４００ｇ／ｍ^２が好ましく、６０〜３２０ｇ／ｍ^２がより好まく、９０〜３２０ｇ／ｍ^２がさらに好ましい。上記の紙状物の目付が、６０ｇ／ｍ^２未満では、樹脂が内部まで浸透してしまい、樹脂含有量の低い中間層を形成することが難しくなる傾向にあり、４００ｇ／ｍ^２を超えると、摩擦紙が厚くなり過ぎる傾向にある。

次に、得られた紙状物に、フェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液を、該紙状物の重量を基準としてフェノール樹脂重量が２０〜４５重量％となるよう含浸することで、得られる摩擦紙において、前記の外層と中間層の樹脂含有量を実現できる。この際、２５℃で測定した粘度が好ましくは５〜２００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは５〜１００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは５〜５０ｍＰａ・ｓのフェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液を紙状物に含浸させることが好ましい。フェノール樹脂含有溶液としては、例えば、フェノール樹脂をメタノール等の溶剤で１０〜３０重量％の濃度に希釈した溶液を好ましく例示することができる。上記のフェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満では溶液の粘性が低く紙状物からフェノール樹脂が脱落し十分に付着しないため好ましくない。また、該粘度が、２００ｍＰａ・ｓを超えると液状フェノール樹脂の粘性が高く紙状物に十分にフェノール樹脂が浸透しないため好ましくない。また、フェノール樹脂含有溶液を用いる場合は、希釈する溶液の濃度を換算して、該紙状物の重量を基準としてフェノール樹脂重量が２０〜４５重量％となるよう含浸すればよい。

さらに、上記樹脂を含浸した紙状物を、熱プレスし加圧・硬化させて摩擦紙を得ることができる。この際、熱プレス面圧の範囲は好ましくは４２〜５９ｋｇ／ｃｍ^２、更に好ましくは４５〜５８ｋｇ／ｃｍ^２である。プレス面圧が４２ｋｇ／ｃｍ^２未満では十分に摩擦紙の熱セットができないため外層の樹脂含有量が十分に上がらず、５９ｋｇ／ｃｍ^２を超えると樹脂含有量の低い中間層が形成できず本発明の効果が得られない。また、熱プレス温度は、好ましくは１００〜１７５℃、より好ましくは１５０〜１７０℃である。熱プレス温度が１００℃未満では、十分に摩擦紙の熱セットができないため外層の樹脂含有量が十分に上がらない傾向にあり、１７５℃を超えると樹脂が流れやすくなり、中間層の樹脂含有量が上がりやすく外層と樹脂含有量が同じになりやすく好ましくない。

本発明の摩擦紙のオートマチック用オイル（ＡＴＦ）通液性は２０〜４０％が好ましく、２５〜３５％がより好ましい。上記通液性が２０％未満ではＡＴＦの摩擦紙中への浸透、流出による入れ替わりが少なく、摩擦紙の耐久性が低下し好ましくない。一方、通液性が４０％を超えると摩擦紙内部にＡＴＦが保持されず摩擦紙表面からＡＴＦが多く流出するため、本発明の効果が得られず好ましくない。

本発明では、上記芳香族ポリアミドファイブリットに他のパルプ成分を配合して使用することも可能である。リンターパルプや木材パルプ等のセルロース繊維、メタ型アラミド繊維、アクリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維や、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、金属繊維などの無機繊維を繊維状材料として併用することができる。紙状物基材として機械的強度や耐熱性が損なわれない適量の範囲で併用される。

以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明する。なお本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）粘度
液状フェノール樹脂の粘度はキヤノン・フェンスケ粘度計を用い、ＪＩＳ−Ｚ８８０３に従い求めた。
（２）厚み
摩擦紙の各層の厚みは直接市販のノギスを用いて測定した。
（３）フェノール樹脂含有量
市販のカッターにて摩擦紙の各表面から０．１ｍｍの厚みに切り込みを入れて外層を剥離し、外層、中間層のフェノール樹脂含有量を熱重量分析装置（リガク製、ＴＡＳ−２００）を用い１５０〜２００℃の間における重量減少率として求めた。
（４）動的剪断剥離耐久性
市販の摩擦磨耗試験機（オリエンテック製、ＥＦＭ−III−ＥＮ／Ｆ）に３脚リング状圧子（硬質クロムメッキベアリング鋼、外径２５．４ｍｍ、内径２０ｍｍ）を取り付け、脚部を摩擦材試料に押し付けながら回転させ、摩擦材試料表面が剥離するまでの回転数をカウントした。このときの試験条件は、常温油中で、負荷荷重６ｋｇｆ、回転数１００ｒｐｍで行った。図１に試験法の様子を示す。
また、表１に耐剥離性評価結果を示す。尚、数値はＮ数＝５で評価を実施したものの平均値である。
（５）ＡＴＦ通液性
３ｃｍ×４ｃｍの摩擦紙を秤量した後、オートマチック用オイル（ＡＴＦ）に含浸後の重量を測定し、キムタオル（日本製紙クレシア製）で挟み０．１ＭＰａでプレスした後の重量を測定し、重量減少率から求めた。

［実施例１］
ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミドの硫酸溶液をジェット紡糸ノズルより吐出させると共に圧空を吹き付け短繊維状にした後水洗することにより、フィルム状の毛羽を有する芳香族ポリアミドファイブリット（トワロンＤ８０２６）（表１ではファイブリットと表す）を得た。
２Ｌの水に、上記芳香族ポリアミドファイブリットを５０重量部、珪藻土（商品名「ラヂオライト＃２００」、昭和化学工業株式会社製）を５０重量部添加し、これをＪＩＳ標準離解機にて３０００ｒｐｍで３分間離解して、スラリーを得た。更にこのスラリーを、ＴＡＰＰＩ式角型抄紙機で抄造し、プレス脱水した後、１２０℃の乾燥機で２時間乾燥させることで、目付けが２５０ｇ／ｍ^２の紙状物を得た。
次に、得られた紙状物を、粘度が１８ｍＰａ・ｓの液状フェノール樹脂（品番ＰＲ−５３１２３、住友ベークライト（株）製）をメタノールにて希釈した、濃度が１６重量％のフェノール樹脂メタノール溶液（２５℃における粘度が１０ｍＰａ・ｓ）に浸漬して、該紙状物重量に対してフェノール樹脂重量が３３重量％となるよう付与し、その後室温で２４時間乾燥してプリプレグを得た。さらにこのプリプレグを、プレス機によって５０ｋｇ／ｃｍ^２の面圧により１７０℃で５分間プレスを行ない、さらに１７０℃のオーブン中で２時間硬化させることにより、芳香族ポリアミドファイブリット／無機フィラー／バインダー樹脂＝３８．５／３８．５／２３．０（重量比）の組成を有する摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

［実施例２］
プレス機面圧を５８ｋｇ／ｃｍ^２にした以外は実施例１と同様にして摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

［実施例３］
プレス機面圧を４３ｋｇ／ｃｍ^２にした以外は実施例１と同様にして摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

［比較例１］
プレス機面圧を８０ｋｇ／ｃｍ^２にした以外は実施例１と同様にして摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

［比較例２］
プレス機面圧を４０ｋｇ／ｃｍ^２にした以外は実施例１と同様にして摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

［比較例３］
ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミドの硫酸溶液を紡糸して繊維化したものを６ｍｍにカットした後、水に分散させ、リファイナー処理することによりフィブリル化芳香族ポリアミド繊維（トワロン１０９７）（表１では、フィブリル化繊維と表す）を得た。
芳香族ポリアミドファイブリットに代えて上記フィブリル化芳香族ポリアミド繊維を用いた以外は実施例１と同様にして摩擦紙を得た。得られた摩擦紙の物性について表１に纏めた。

本発明の摩擦材は、機械的強度が高く、油の透液性も良好であり、ブレーキパッド、ブレーキライニング等の乾式摩擦材、オートマチックトランスミッションのクラッチフェーシング等の湿式摩擦材、ガスケットなどシール材の補強用繊維といったアスベスト代替素材として広く用いることができる。

Claims

芳香族ポリアミドファイブリットからなる摩擦紙であって、該摩擦紙はフェノール樹脂を含み、該摩擦紙の目付が１００〜５００ｇ／ｍ^２であり、該摩擦紙の横断面において、表面から０．１ｍｍにおける、両方の外層の樹脂含有量がいずれも３０〜５０重量％であり、両方の外層で挟まれた中間層の樹脂含有量が１５〜２５重量％であることを特徴とする摩擦紙。
芳香族ポリアミドが、ポリパラフェニレンテレフタルアミドである請求項１記載の摩擦紙。
芳香族ポリアミドファイブリットを抄紙して６０〜４００ｇ／ｍ^２の紙状物とし、これに２５℃における粘度が５〜２００ｍＰａ・ｓのフェノール樹脂またはフェノール樹脂含有溶液を、該紙状物の重量を基準としてフェノール樹脂重量が２０〜４５重量％となるよう含浸し、温度１５０〜１７０℃、面圧４２〜５９ｋｇ／ｃｍ^２で熱プレスすることを特徴とする摩擦紙の製造方法。