JP2016204566A - Material for disc brake - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material for a disc brake having long life by avoiding cracks or breakages.SOLUTION: The material for a disc brake is provided that contains 15 pts.wt. to 150 pts.wt. of carbon fiber, 15 pts.wt. to 150 pts.wt. of coal tar, 2 pts.wt. to 30 pts.wt. of graphite, 80 pts.wt. to 600 pts.wt. of aluminum titanate-based ceramic sintered powder and 100 pts.wt. of a polymer resin.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ディスクブレーキ用材料に関する。ディスクブレーキは、車輪と一緒に回転するブレーキローターを両側からブレーキキャリパーに組み込まれたブレーキパッドで押さえ付けることで摩擦力を発生し、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して制動する仕組みである。パッドを押さえ付ける力を伝達する構造は、自動車用では主にパスカルの原理を用いてマスターシリンダーからの入力でピストンを動作させる液圧式が大半で、鉄道車両では空気圧によってパッドを押し付ける空気式が多い。このディスクブレーキは、自転車、自動車、車両(特殊車両を含む)、鉄道車両、新幹線・高速鉄道車、リニアモーターカー、宇宙航空機、飛行物体、高層ビルエレベーター、風力発電、工作機械などに利用されている。このディスクブレーキの材料には、有機物、無機物及びその複合材、金属系等があるが、本発明のディスクブレーキ用材料は、ナノカーボンファイバー、チョップドカーボンファイバー(PAN系、ピッチ系)、特に、チョップカーボンファイバーと、コールタールと、黒鉛と、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、高分子樹脂とを含有する。   The present invention relates to a material for a disc brake. The disc brake is a mechanism that generates a frictional force by pressing a brake rotor that rotates together with wheels from both sides with a brake pad incorporated in a brake caliper, and converts kinetic energy into heat energy for braking. The structure that transmits the force to press the pad is mostly a hydraulic type that uses a Pascal principle to operate the piston with the input from the master cylinder for automobiles, and the rail vehicle has a pneumatic type that presses the pad by air pressure. . This disc brake is used in bicycles, automobiles, vehicles (including special vehicles), railway vehicles, Shinkansen / high-speed railway vehicles, linear motor cars, space aircraft, flying objects, high-rise building elevators, wind power generation, machine tools, etc. Yes. The material of this disc brake includes organic materials, inorganic materials and composites thereof, metallic materials, etc., but the material for disc brakes of the present invention is nanocarbon fibers, chopped carbon fibers (PAN-based, pitch-based), especially chops. Carbon fiber, coal tar, graphite, aluminum titanate ceramic sintered powder, and polymer resin are contained.

カーボンセラミック製のディスクブレーキとして各種のものが存在しているが、そのほとんどは、セラミック系材料としてのSiCと炭素との複合材料(以下、C/C複合材という)からなるものを使用している。SiCは線膨張係数が大きく(4〜5×10−6/K)、線膨張係数の小さい炭素(1×10−6/K)との差が大きいため、ブレーキをかけたときのローターとパッドとの摩擦熱等で、さらにSiCと炭素材料との温度差が大きくなる。また、ローターとパッドとのあいだでチャタリング現象を起こすと、局部的に過熱される部分と低温部ができ、サーマルショック状態が発生するため、亀裂や破損が起きやすい。さらに、SiC系は水、雪および融雪剤との親和性がよく、水分の吸収による膨潤に起因する亀裂や破損が生じ易く、寿命が短くなる。 There are various types of carbon ceramic disc brakes, most of which are made of a composite material of SiC and carbon (hereinafter referred to as C / C composite material) as a ceramic material. Yes. Since SiC has a larger coefficient of linear expansion (4~5 × 10 -6 / K) , the difference between the small carbon coefficient of linear expansion (1 × 10 -6 / K) larger, rotor and pad when applying the brake The temperature difference between SiC and the carbon material further increases due to frictional heat and the like. Further, when chattering occurs between the rotor and the pad, a locally overheated portion and a low temperature portion are formed, and a thermal shock state is generated, so that cracking and breakage are likely to occur. Furthermore, the SiC system has a good affinity with water, snow, and a snow melting agent, and is liable to be cracked or damaged due to swelling due to moisture absorption, resulting in a short life.

また、C/C複合材の耐熱性はよいが、水分が吸収されるとハイドロカーボンができてボイドができることがあり、ブレーキをかけたときのローターとパッドとの摩擦熱等で、膨潤して亀裂や破損が生じ易い。(非特許文献1参照)   Also, the heat resistance of the C / C composite material is good, but if moisture is absorbed, hydrocarbons may be formed and voids may be formed, which may swell due to frictional heat between the rotor and the pad when the brake is applied. Prone to cracking and breakage. (See Non-Patent Document 1)

「高速新幹線用C/C複合材ディスクブレーキの開発」三菱重工技報 Vol.34 No.6(1997-11)"Development of C / C composite disc brake for high-speed Shinkansen" Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol.34 No.6 (1997-11)

上記のディスクブレーキの作動時においては摩擦熱が発生し、ローターとパッドの接圧箇所は部分的に急激に高温になる。特に、F−1等の超高速走行時において停止すると、超高温になる。超高温である時間の長さ、累積停止回数、走行状態から停止に至るまでの合計時間、すなわち、ブレーキの使用頻度によってディスクブレーキの寿命が決定される。ところが、従来から使用されているSiC系のディスクブレーキでは、十分に長い寿命を確保することができなかった。   When the disc brake is operated, frictional heat is generated, and the contact pressure portion between the rotor and the pad is partially rapidly heated. In particular, when the vehicle is stopped during ultra-high-speed traveling such as F-1, the temperature becomes extremely high. The life of the disc brake is determined by the length of time at which the temperature is extremely high, the cumulative number of stops, and the total time from the running state to the stop, that is, the frequency of use of the brake. However, SiC disk brakes that have been used in the past have not been able to ensure a sufficiently long life.

本発明者は、長年の研究の結果、ディスクブレーキの亀裂や破損の主たる原因は、SiCと炭素材料との線膨張係数の差と、ローターとパッドの接圧箇所と非接圧箇所との温度差によるスポーリングと、融雪剤(CaCl)による熱化学反応および水、雪等の水分の吸収によりディスクブレーキがブレーキ摩擦熱で膨潤することによるものであると考えた。 As a result of many years of research, the present inventor has found that the main causes of cracks and breakage of disc brakes are the difference in linear expansion coefficient between SiC and carbon material, and the temperature at the contact and non-contact points of the rotor and pad. It was considered that the disc brake was swollen by brake friction heat due to the spalling due to the difference and the thermochemical reaction by the snow melting agent (CaCl 2 ) and the absorption of water such as water and snow.

本発明は、このような従来のディスクブレーキの有する課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、亀裂や破損を回避して、長寿命であるディスクブレーキ用材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of such a conventional disc brake, and an object thereof is to provide a disc brake material having a long life while avoiding cracks and breakage. And

本発明は上記課題を解決するために、以下の構成より成る。ディスクブレーキは、主たる構成要素として、ブレーキキャリパーと、ブレーキパッドと、ブレーキローターとを備え、本発明はこれらディスクブレーキの材料として好適である。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. The disc brake includes a brake caliper, a brake pad, and a brake rotor as main components, and the present invention is suitable as a material for these disc brakes.

本発明のディスクブレーキ用材料は、炭素繊維と、コールタールと、黒鉛と、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、高分子樹脂とを含有する。   The material for disc brakes of the present invention contains carbon fiber, coal tar, graphite, aluminum titanate ceramic sintered powder, and a polymer resin.

炭素繊維は、高分子樹脂100重量部に対して、15重量部以上150重量部以下含有することが好ましい。炭素繊維の量が上記より少ない場合は、ディスクブレーキの強度が低くなり、炭素繊維の量が上記より多い場合は、ディスクブレーキへの成形が困難になる。この点で、炭素繊維は、高分子樹脂100重量部に対して、15重量部以上50重量部以下含有することがより好ましい。   The carbon fiber is preferably contained in an amount of 15 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. When the amount of carbon fiber is less than the above, the strength of the disc brake is low, and when the amount of carbon fiber is more than the above, it is difficult to form the disc brake. In this respect, the carbon fiber is more preferably contained in an amount of 15 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin.

コールタールは、高分子樹脂100重量部に対して、15重量部以上150重量部以下含有することが好ましい。コールタールの量が上記より少ない場合は、潤滑性能が低下し、コールタールの量が上記より多い場合は、ディスクブレーキへの成形が困難になる。この点で、コールタールの量は、高分子樹脂100重量部に対して、15重量部以上50重量部以下含有することがより好ましい。   The coal tar is preferably contained in an amount of 15 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. When the amount of coal tar is smaller than the above, the lubricating performance is deteriorated, and when the amount of coal tar is larger than the above, it becomes difficult to form a disc brake. In this respect, the amount of coal tar is more preferably 15 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin.

黒鉛は、高分子樹脂100重量部に対して、2重量部以上30重量部以下含有することが好ましい。黒鉛の量が上記より少ない場合は、潤滑性能が低下し、黒鉛の量が上記より多い場合は、ディスクブレーキへの成形が困難になる。この点で、黒鉛の量は、高分子樹脂100重量部に対して、5重量部以上25重量部以下含有することがより好ましい。   It is preferable to contain 2 to 30 parts by weight of graphite with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. When the amount of graphite is less than the above, the lubricating performance is lowered, and when the amount of graphite is more than the above, it becomes difficult to form a disc brake. In this respect, the amount of graphite is more preferably 5 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin.

チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体は、高分子樹脂100重量部に対して、80重量部以上600重量部以下含有することが好ましい。チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体の量が上記より少ない場合は、ディスクブレーキの強度が低くなり、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体の量が上記より多い場合は、ディスクブレーキへの成形が困難になる。この点で、チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体は、高分子樹脂100重量部に対して、100重量部以上400重量部以下含有することがより好ましい。   The aluminum titanate-based ceramic sintered powder is preferably contained in an amount of 80 to 600 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. If the amount of aluminum titanate ceramic sintered powder is less than the above, the strength of the disc brake will be low, and if the amount of aluminum titanate ceramic sintered powder is greater than the above, molding to the disc brake will be impossible. It becomes difficult. In this respect, the aluminum titanate-based ceramic sintered powder is more preferably contained in an amount of 100 parts by weight to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer resin.

本発明のディスクブレーキ用材料は、15重量部以上150重量部以下の炭素繊維と、15重量部以上150重量部以下のコールタールと、2重量部以上30重量部以下の黒鉛と、80重量部以上600重量部以下のチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、100重量部の高分子樹脂とを含有する。   The material for disc brakes of the present invention comprises 15 to 150 parts by weight of carbon fiber, 15 to 150 parts by weight of coal tar, 2 to 30 parts by weight of graphite, and 80 parts by weight. More than 600 parts by weight of aluminum titanate ceramic sintered powder and 100 parts by weight of polymer resin are contained.

本発明のディスクブレーキ用材料は、必要に応じて、ダンピング材としてゴム類、研削
材として金属酸化物、pH調整材として消石灰等のアルカリ性物質、充填材等を含有することができる。
The disc brake material of the present invention can contain rubber as a damping material, a metal oxide as an abrasive, an alkaline substance such as slaked lime, a filler, etc. as a pH adjuster, if necessary.

本発明のディスクブレーキ用材料は、必要な強度を付与する成分として、炭素繊維とチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体とを適量含有し、必要な潤滑性能を付与する成分としてコールタールとを黒鉛とを適量含有するので、摩耗しにくく、亀裂や破損が発生しにくい。また、ボイドの原因となる製造過程中の混練や撹拌工程での空気の混入を防ぐ効果がある。   The disc brake material of the present invention contains carbon fiber and an aluminum titanate ceramic sintered powder in appropriate amounts as components for imparting necessary strength, and coal tar as a component for imparting necessary lubrication performance. Is contained in an appropriate amount, so it is difficult to wear and cracks and breakage are less likely to occur. Moreover, there exists an effect which prevents mixing of the air in the kneading | mixing in the manufacturing process which causes a void, and a stirring process.

図1は高速摩擦試験の方法を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of a high-speed friction test. 図2は高速摩擦試験で使用したディスクに対するブロック試験片の押し付け位置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the pressing position of the block test piece against the disk used in the high-speed friction test.

本発明を実施するための形態は以下のとおりである。
《本発明のディスクブレーキ用材料の成形態様1》
炭素繊維を一方向に引き揃えてなる炭素繊維の束を開繊してシート状にしたシートに対して、適量のコールタールと、適量の黒鉛と、適量のチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、適量の高分子化樹脂と、硬化剤を含む適量の添加剤とを混練した混練物を塗布および加熱・乾燥してプリプレグシートを得、上下で接するプリプレグシートにおける炭素繊維の配向方向が異なるように複数枚のプリプレグシートを積層して、ホットプレス加工、HIP加工またはCIP加工をして成形品を得る。
The form for carrying out the present invention is as follows.
<< Form 1 of Disc Brake Material of the Present Invention >>
An appropriate amount of coal tar, an appropriate amount of graphite, and an appropriate amount of aluminum titanate-based ceramic sintered powder for a sheet formed by opening a bundle of carbon fibers formed by aligning carbon fibers in one direction. Then, a kneaded product obtained by kneading an appropriate amount of a polymerized resin and an appropriate amount of an additive including a curing agent is applied, heated and dried to obtain a prepreg sheet, and the orientation directions of the carbon fibers in the prepreg sheets contacting with each other are different. In this way, a plurality of prepreg sheets are laminated, and a hot-press process, a HIP process or a CIP process is performed to obtain a molded product.

《本発明のディスクブレーキ用材料の成形態様2》
適量の炭素繊維と、適量のコールタールと、適量の黒鉛と、適量のチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、適量の高分子化樹脂と、硬化剤を含む適量の添加剤とを混練した混練物を塗布および加熱・乾燥してプリプレグシートを得、ホットプレス加工、HIP加工またはCIP加工をして成形品を得る。
<< Form 2 of Disc Brake Material of the Present Invention >>
An appropriate amount of carbon fiber, an appropriate amount of coal tar, an appropriate amount of graphite, an appropriate amount of aluminum titanate ceramic sintered powder, an appropriate amount of polymerized resin, and an appropriate amount of additives including a curing agent were kneaded. The kneaded product is applied, heated and dried to obtain a prepreg sheet, and then subjected to hot press processing, HIP processing or CIP processing to obtain a molded product.

《本発明のディスクブレーキ用材料の成形態様3》
態様2で作製した成形品を態様1で作製したプリプレグシートの積層体でサンドイッチ状に挟み、ホットプレス加工、HIP加工またはCIP加工をして成形品を得る。
<< Form 3 of Disc Brake Material of the Present Invention >>
The molded product produced in Aspect 2 is sandwiched between the prepreg sheet laminates produced in Aspect 1 and subjected to hot pressing, HIP processing or CIP processing to obtain a molded product.

《チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体》
チタン酸アルミニウム系セラミックスは、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料を含む。
<Sintered aluminum titanate ceramic powder>
The aluminum titanate ceramic includes a Ti-containing material, an Al-containing material, a Li-containing material, and a Mg-containing material.

〈Ti含有材料〉
本発明に用いられるTi含有材料は、チタンを含有し、好ましくは酸化チタンの粉末である。酸化チタンとしては、アナターゼ型および/又はルチル型の酸化チタンを使用することができる。具体的には、塩素法によって製造されるルチル型の酸化チタンおよび硫酸法によって製造されるアナターゼ型の酸化チタンを使用することができる。さらに、Ti含有材料として、空気中で焼成されることにより酸化チタンに変化する材料を用いることもできる。このような材料として、チタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、金属チタンを挙げることができる。
<Ti-containing material>
The Ti-containing material used in the present invention contains titanium, and is preferably a titanium oxide powder. As the titanium oxide, anatase type and / or rutile type titanium oxide can be used. Specifically, a rutile type titanium oxide produced by a chlorine method and an anatase type titanium oxide produced by a sulfuric acid method can be used. Furthermore, as the Ti-containing material, a material that changes to titanium oxide when fired in air can be used. Examples of such materials include titanium salts, titanium alkoxides, titanium hydroxide, titanium nitride, titanium sulfide, and metal titanium.

〈Al含有材料〉
本発明に用いられるAl含有材料は、アルミニウムを含有し、好ましくはアルミナ(酸化アルミニウム)の粉末である。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型等が挙げられ、アモルファスであってもよい。α型のアルミナが好ましく用いられる。さらに、Al含有材料として、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムを挙げることができる。Ti含有材料として、アナターゼ型および/又はルチル型の酸化チタンを用い、Al含有材料として易焼結アルミナα型を用いると、両成分の反応性が良好であり、短時間で高収率でチタン酸アルミニウムを生成することができる。
<Al-containing material>
The Al-containing material used in the present invention contains aluminum, preferably alumina (aluminum oxide) powder. Examples of the crystal type of alumina include γ type, δ type, θ type, and α type, and may be amorphous. α-type alumina is preferably used. Furthermore, examples of the Al-containing material include an aluminum salt, aluminum alkoxide, aluminum hydroxide, and metal aluminum. When anatase type and / or rutile type titanium oxide is used as the Ti-containing material and easy-sintering alumina α-type is used as the Al-containing material, the reactivity of both components is good, and titanium is obtained in a high yield in a short time. Aluminum oxide can be produced.

Ti含有材料とAl含有材料との配合比率は、25〜75重量部のTi含有材料に対して、75〜25重量部のAl含有材料を配合することが好ましい。30〜70重量部のTi含有材料に対して、70〜30重量部のAl含有材料を配合することがより好ましい。40〜60重量部のTi含有材料に対して、60〜40重量部のAl含有材料を配合することがさらに好ましい。Ti含有材料の重量は酸化チタン(TiO)に換算した重量であり、Al含有材料の重量はアルミナ(Al)に換算した重量である。酸化チタン以外のTi含有材料を使用する場合、そのTi含有材料と同じ量のTiを含む酸化チタンの重量をTi含有材料の重量とし、アルミナ以外のAl含有材料を使用する場合、そのAl含有材料と同じ量のAlを含むアルミナの重量をAl含有材料の重量とする。
Ti含有材料が25重量部未満であると(Al含有材料が75重量部超であると)、機械的強度は高くなるが、線膨張係数も増加する。Ti含有材料が75重量部超であると(Al含有材料が25重量部未満であると)、機械的強度は低下し、熱安定性が劣化する。
The compounding ratio of the Ti-containing material and the Al-containing material is preferably 75 to 25 parts by weight of the Al-containing material with respect to 25 to 75 parts by weight of the Ti-containing material. More preferably, 70 to 30 parts by weight of an Al-containing material is blended with 30 to 70 parts by weight of the Ti-containing material. More preferably, 60 to 40 parts by weight of an Al-containing material is added to 40 to 60 parts by weight of the Ti-containing material. The weight of the Ti-containing material is a weight converted to titanium oxide (TiO 2 ), and the weight of the Al-containing material is a weight converted to alumina (Al 2 O 3 ). When using a Ti-containing material other than titanium oxide, the weight of the titanium oxide containing the same amount of Ti as the Ti-containing material is the weight of the Ti-containing material, and when using an Al-containing material other than alumina, the Al-containing material The weight of the alumina containing the same amount of Al is the weight of the Al-containing material.
When the Ti-containing material is less than 25 parts by weight (when the Al-containing material is more than 75 parts by weight), the mechanical strength increases, but the linear expansion coefficient also increases. When the Ti-containing material is more than 75 parts by weight (when the Al-containing material is less than 25 parts by weight), the mechanical strength is lowered and the thermal stability is deteriorated.

〈Li含有材料〉
本発明に用いられるLi含有材料としては、ペタライト、スポジューメン、炭酸リチウム、および酸化リチウムなどを挙げることができ、LiおよびAlを含有することが好ましく、Li、AlおよびSiを含有すること(LiおよびAlを含有する珪酸塩)がより好ましい。珪酸塩の形態のLi含有材料を用いる場合、焼成によってチタン酸アルミニウム系焼成体が形成される際に、Li含有材料中のSiの一部が結晶格子に固溶してAlと置換する。SiはAlよりイオン半径が小さいために、周囲の酸素原子との距離が短くなり、格子定数(軸長)は純粋なチタン酸アルミニウムと比べて小さくなる。その結果、得られる焼結体は結晶構造が安定化して機械的強度が向上するとともに熱安定性も向上する。
<Li-containing material>
Examples of the Li-containing material used in the present invention include petalite, spodumene, lithium carbonate, and lithium oxide, and preferably contain Li and Al, and contain Li, Al, and Si (Li and Al). A silicate containing Al) is more preferable. When the Li-containing material in the form of silicate is used, when an aluminum titanate-based fired body is formed by firing, a part of Si in the Li-containing material is dissolved in the crystal lattice and is replaced with Al. Since Si has an ion radius smaller than that of Al, the distance from surrounding oxygen atoms is shortened, and the lattice constant (axial length) is smaller than that of pure aluminum titanate. As a result, the obtained sintered body has a stabilized crystal structure, improved mechanical strength, and improved thermal stability.

Li含有材料は、Ti含有材料およびAl含有材料の合計を100重量部とすると、1〜10重量部であるのが好ましく、3〜6重量部であるのがより好ましく、4〜5重量部であるのが最も好ましい。Li含有材料を、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対して1〜10重量部とすることにより、線膨張係数を十分に小さくし、熱による体積変化がより小さいチタン酸アルミニウム系焼結体を得ることができる。Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対してLi含有材料が1重量部未満であると、チタン酸アルミニウム系焼結体の線膨張係数を十分に低減できない。一方、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対してLi含有材料が10重量部超であると、チタン酸アルミニウム系焼結体の耐熱性や機械的強度が低下する。Li含有材料の重量はペタライト(Li(AlSi10))に換算した重量である。Li含有材料としてペタライト以外のLi含有材料を使用する場合は、そのLi含有材料と同じ量のLiを含むペタライトの重量をLi含有材料の重量とする。なお、Li含有材料として、ペタライトのように、その成分中にLiおよびAlを含むLi含有材料を用いる場合、そのLi含有材料はLi含有材料であるともにAl含有材料でもある。すなわち、ペタライトはLi含有材料であるともにAl含有材料でもあり、ペタライトにはペタライト中のAlの量と同じ量のAlを含むアルミナ(Al含有材料)が含まれているとする。 When the total of the Ti-containing material and the Al-containing material is 100 parts by weight, the Li-containing material is preferably 1 to 10 parts by weight, more preferably 3 to 6 parts by weight, and 4 to 5 parts by weight. Most preferably. An aluminum titanate system in which the Li-containing material is 1 to 10 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the Ti-containing material and the Al-containing material, thereby sufficiently reducing the linear expansion coefficient and reducing the volume change due to heat A sintered body can be obtained. When the Li-containing material is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the Ti-containing material and the Al-containing material, the linear expansion coefficient of the aluminum titanate-based sintered body cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when the Li-containing material is more than 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the Ti-containing material and the Al-containing material, the heat resistance and mechanical strength of the aluminum titanate-based sintered body are lowered. The weight of the Li-containing material is a weight converted to petalite (Li (AlSi 4 O 10 )). When a Li-containing material other than petalite is used as the Li-containing material, the weight of the petalite containing the same amount of Li as the Li-containing material is defined as the weight of the Li-containing material. When a Li-containing material containing Li and Al in its components is used as the Li-containing material, such as petalite, the Li-containing material is both an Li-containing material and an Al-containing material. That is, it is assumed that petalite is both an Li-containing material and an Al-containing material, and the petalite contains alumina containing the same amount of Al as the amount of Al in the petalite (Al-containing material).

《Mg含有材料》
本発明に用いられるMg含有材料としては、マグネシウムを含有し、例えば、酸化マグネシウムである。この他、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなど、空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに変化する物質も本発明においてMg含有材料として用いることができる。Mg含有材料の重量は酸化マグネシウム(MgO)に換算した重量である。Mg含有材料として、スピネル型構造を有する酸化物(MgAl)も用いることができる。Mg含有材料として、スピネル型構造を有する酸化物のように、その成分中にMgおよびAlを含むMg含有材料を用いる場合、そのMg含有材料はMg含有材料であるともにAl含有材料でもある。すなわち、酸化マグネシウムスピネルはMg含有材料であるともにAl含有材料でもあり、酸化マグネシウムスピネルには酸化マグネシウムスピネル中のAlの量と同じ量のAlを含むアルミナ(Al含有材料)が含まれているとする。また、Mg含有材料として、その成分中にMgおよびTiを含むMg含有材料を用いる場合、そのMg含有材料はMg含有材料であるともにTi含有材料でもある。すなわち、そのMg含有材料にはMg含有材料中のMgの量と同じ量の酸化マグネシウムが含まれているとともに、Mg含有材料中のTiの量と同じ量のTiを含む酸化チタンが含まれているとする。
<Mg-containing material>
The Mg-containing material used in the present invention contains magnesium, for example, magnesium oxide. In addition, substances that change into magnesium oxide by firing in air, such as magnesium salts, magnesium alkoxides, magnesium hydroxide, magnesium nitride, and magnesium metal, can also be used as the Mg-containing material in the present invention. The weight of the Mg-containing material is a weight converted to magnesium oxide (MgO). An oxide (MgAl 2 O 4 ) having a spinel structure can also be used as the Mg-containing material. When an Mg-containing material containing Mg and Al in its components, such as an oxide having a spinel structure, is used as the Mg-containing material, the Mg-containing material is both an Mg-containing material and an Al-containing material. That is, the magnesium oxide spinel is both an Mg-containing material and an Al-containing material, and the magnesium oxide spinel contains alumina containing the same amount of Al as the amount of Al in the magnesium oxide spinel (Al-containing material). To do. When an Mg-containing material containing Mg and Ti in its components is used as the Mg-containing material, the Mg-containing material is both a Mg-containing material and a Ti-containing material. That is, the Mg-containing material contains the same amount of magnesium oxide as the amount of Mg in the Mg-containing material, and also includes titanium oxide containing the same amount of Ti as the amount of Ti in the Mg-containing material. Suppose that

好ましいMg含有材料は、スピネル型構造を有する酸化物、MgCOおよびMgOである。スピネル型構造を有する酸化物としては、MgAl、MgTi等を挙げることができる。このようなスピネル型構造を有する酸化物は天然鉱物でもよく、MgOとAlを含む原料またはMgOと酸化チタンを含む原料を焼成することによって得ることもできる。 Preferred Mg-containing materials are oxides having a spinel structure, MgCO 3 and MgO. Examples of the oxide having a spinel structure include MgAl 2 O 4 and MgTi 2 O 4 . Such an oxide having a spinel structure may be a natural mineral, and can also be obtained by firing a raw material containing MgO and Al 2 O 3 or a raw material containing MgO and titanium oxide.

Mg含有材料は、Ti含有材料およびAl含有材料の合計を100重量部とすると、1〜10重量部であるのが好ましく、3〜8重量部であるのがより好ましい。Mg含有材料を、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対して1〜10重量部とすることにより、線膨張係数を十分に小さくし、熱による体積変化がより小さいチタン酸アルミニウム系焼結体を得ることができる。Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対してMg含有材料が1重量部未満であると、チタン酸アルミニウム系焼結体の耐熱性や機械的強度が低下する。一方、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対してMg含有材料が10重量部超であると、チタン酸アルミニウム系焼結体の機械的強度が低下したり、熱膨張性が低下し、高熱によって分解することがある。Mg含有材料の重量は酸化マグネシウム(MgO)に換算した重量である。   The Mg-containing material is preferably 1 to 10 parts by weight, and more preferably 3 to 8 parts by weight, when the total of the Ti-containing material and the Al-containing material is 100 parts by weight. Aluminum titanate system in which the linear expansion coefficient is made sufficiently small and the volume change due to heat is smaller by making the Mg-containing material 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of Ti-containing material and Al-containing material A sintered body can be obtained. When the Mg-containing material is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the Ti-containing material and the Al-containing material, the heat resistance and mechanical strength of the aluminum titanate-based sintered body are lowered. On the other hand, if the Mg-containing material is more than 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the Ti-containing material and the Al-containing material, the mechanical strength of the aluminum titanate-based sintered body is lowered or the thermal expansibility is lowered. However, it may be decomposed by high heat. The weight of the Mg-containing material is a weight converted to magnesium oxide (MgO).

Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料としては、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、酸化マグネシウムセラミックス、チタン酸アルミニウム系焼結体、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックス等の各種セラミックス原料として用いられているもののうちから適宜選択することができる。   Examples of Ti-containing materials, Al-containing materials, Li-containing materials, and Mg-containing materials include alumina ceramics, titania ceramics, magnesium oxide ceramics, aluminum titanate-based sintered bodies, magnesium titanate ceramics, spinel ceramics, aluminum magnesium titanate ceramics, etc. It can be suitably selected from those used as various ceramic raw materials.

Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料として好ましい原料としては、Al、TiO、LiO、MgO等の酸化物、MgAl、AlTiO、MgとTiを含むスピネル型構造等の2種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Al、TiおよびMgからなる群から選ばれる1種類または2種類以上の金属成分を含む化合物(炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等)を挙げることができる。 Preferred raw materials for Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material and Mg-containing material include oxides such as Al 2 O 3 , TiO 2 , LiO and MgO, MgAl 2 O 4 , Al 2 TiO 5 , Mg and Ti A composite oxide containing two or more kinds of metal components such as a spinel type structure containing, a compound containing one or more kinds of metal components selected from the group consisting of Al, Ti and Mg (carbonates, nitrates, sulfates) Etc.).

必要に応じて、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料以外の無機材料を添加剤として用いることができる。例えば、そのような無機材料として、SiO、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、SiC、長石、硫酸バリウム等を挙げることができる。これらの無機材料の1種類または2種類以上を、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料の合計100重量部に対して、15重量部以下添加することができ、1〜15重量部が好ましく、4〜10重量部がより好ましく、3〜6重量部が最も好ましい。 If necessary, inorganic materials other than Ti-containing materials, Al-containing materials, Li-containing materials, and Mg-containing materials can be used as additives. For example, it can be mentioned as such inorganic materials, SiO 2, iron oxide, zirconia, zircon, yttria, strontium, SiC, feldspar, barium sulfate and the like. One or more of these inorganic materials can be added in an amount of 15 parts by weight or less based on a total of 100 parts by weight of the Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material, and Mg-containing material. Part by weight is preferred, 4 to 10 parts by weight is more preferred, and 3 to 6 parts by weight is most preferred.

Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料を混合することにより、混合物を得ることができる。各原料粉末を十分に混合し、必要に応じて焼成後、適当な粒径に粉砕することができる。粉砕手段は限定されるものでなく、例えば、ボールミル、媒体撹拌ミルなどを用いることができる。   A mixture can be obtained by mixing Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material and Mg-containing material. Each raw material powder can be sufficiently mixed and, if necessary, calcined to an appropriate particle size after firing. The pulverizing means is not limited, and for example, a ball mill, a medium stirring mill, or the like can be used.

チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体を、粒径が1nm〜20μmである小径と、粒径が20μm〜100μmである中径と、粒径が100μm〜5mmである大径とに分級し、「小径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末」対「中径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末」対「大径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末」の配合比率は、1重量部対2重量部対3重量部であるのが好ましい。最も好ましくは、小径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末の粒径は1μmであり、中径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末の粒径は50μmであり、大径のチタン酸アルミニウム系セラミックスの微粉末の粒径は1.2mmである。   The aluminum titanate ceramic sintered powder is classified into a small diameter having a particle diameter of 1 nm to 20 μm, a medium diameter having a particle diameter of 20 μm to 100 μm, and a large diameter having a particle diameter of 100 μm to 5 mm. The blending ratio of “fine powder of small diameter aluminum titanate ceramic” to “fine powder of medium diameter aluminum titanate ceramic” vs. “fine powder of large diameter aluminum titanate ceramic” is 1 part by weight to 2 weights. Preferably 3 parts by weight. Most preferably, the particle diameter of the fine powder of the small-diameter aluminum titanate ceramic is 1 μm, the particle diameter of the fine powder of the medium-diameter aluminum titanate ceramic is 50 μm, The particle size of the fine powder is 1.2 mm.

原料混合物はそのまま焼成することもできるが、最終的な成形体の形状に成形してから焼成することが好ましい。成形時には、原料混合物に対して成形助剤を配合することができる。成形助剤としては、結合剤、離型剤、消泡剤、および解膠剤等を用いることができる。結合剤としては、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。離型剤としては、ステアリン酸エマルジョンを挙げることができ、消泡剤としては、n−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノール等を挙げることができ、解膠剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミン等を挙げることができる。   The raw material mixture can be fired as it is, but it is preferable to fire after forming into the final shape of the molded body. At the time of molding, a molding aid can be added to the raw material mixture. As molding aids, binders, mold release agents, antifoaming agents, peptizers, and the like can be used. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, micro wax emulsion, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like. Examples of the release agent include stearic acid emulsion, examples of the antifoaming agent include n-octyl alcohol and octylphenoxyethanol, and examples of the peptizer include diethylamine and triethylamine. .

成形助剤の使用量は限定されないが、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料を上記のように酸化物として換算したときの合計100重量部に対して、いずれの成形助剤も固形物換算で、以下の範囲とするのが好ましい。   The amount of the molding aid used is not limited, but any molding aid is used with respect to a total of 100 parts by weight when the Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material and Mg-containing material are converted as oxides as described above. The agent is preferably in the following range in terms of solid matter.

結合剤を0.2〜0.6重量部、離型剤を0.2〜0.7重量部、消泡剤を0.5〜1.5重量部、解膠剤を0.5〜1.5重量部配合する。   0.2-0.6 parts by weight of binder, 0.2-0.7 parts by weight of release agent, 0.5-1.5 parts by weight of antifoaming agent, 0.5-1 of peptizer Mix 5 parts by weight.

原料混合物の成形方法としては、例えば、プレス成形、シート成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、CIP成形(冷間等方圧加圧成形)、HIP成形(熱間等方圧加圧成形)、3次元成形等の公知の成形方法を採用することができる。   Examples of the molding method of the raw material mixture include press molding, sheet molding, cast molding, extrusion molding, injection molding, CIP molding (cold isostatic pressing), and HIP molding (hot isostatic pressing). A known molding method such as three-dimensional molding can be employed.

成形体の焼成手段としては、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、毎コル波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉等の公知の焼成設備を使用することができる。焼成は回分式でもよく、連続式でもよい。また、静置式焼成でもよく、流動式焼成でもよい。   As a means for firing the molded body, a known firing equipment such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a corrugated heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, a roller hearth furnace is used. can do. The baking may be a batch type or a continuous type. Moreover, stationary baking may be sufficient and fluid type baking may be sufficient.

焼成時の雰囲気は、大気でもよく、真空中(1Pa以下の真空度)でもよく、窒素雰囲気でもよく、還元雰囲気でもよく、不活性雰囲気(アルゴン、ネオン、ヘリウム等)でもよいが、大気中での焼成が好ましい。   The atmosphere at the time of firing may be air, vacuum (degree of vacuum of 1 Pa or less), nitrogen atmosphere, reducing atmosphere, or inert atmosphere (argon, neon, helium, etc.) Is preferred.

焼成温度は、1000〜1750℃であり、1200〜1600℃が好ましい。焼成時間に限定はなく、成形体の形状に応じて、十分に焼結が進行するまで焼成すればよく、通常は、上記温度範囲において1〜10時間焼成すればよい。焼成の際の昇温速度および降温速度についても限定はなく、焼結体に亀裂が入らないような条件であればよい。   A calcination temperature is 1000-1750 degreeC, and 1200-1600 degreeC is preferable. There is no limitation on the firing time, and it may be fired until the sintering proceeds sufficiently, depending on the shape of the molded body, and usually it may be fired for 1 to 10 hours in the above temperature range. There are no limitations on the rate of temperature rise and the rate of temperature fall during firing as long as the sintered body does not crack.

混合物中に含まれる水分、結合剤などの成形助剤を十分に除去するためには、急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、700〜1000℃の温度範囲において10〜30時間かけて緩やかに昇温して仮焼結を行うことによって、チタン酸アルミニウム系焼結体が形成される際における亀裂発生の原因となる焼結体内における残留応力を抑制することができる。   In order to sufficiently remove the molding aids such as moisture and binder contained in the mixture, it is preferable to gradually increase the temperature without rapidly increasing the temperature. Moreover, before heating to the said calcination temperature, as needed, it heats up slowly over 10 to 30 hours in the temperature range of 700-1000 degreeC, and performs an aluminum titanate series sintering by performing temporary sintering. Residual stress in the sintered body that causes cracks when the body is formed can be suppressed.

チタン酸アルミニウム系セラミックスがTiAlを主原料とする場合、1500〜2000℃において、アルゴンまたは窒素雰囲気で焼結すると、TiAlに含まれる酸素がそのチタン酸アルミニウム系セラミックスに含まれるTiO、AlOまたはCO等と反応してTiAlが消失する場合がある。そこで、チタン酸アルミニウム系セラミックスがTiAlを主原料とする場合の焼成温度は、700℃を超えないことが好ましい。 When the aluminum titanate ceramic is made of TiAl 2 O 5 as a main raw material, the aluminum titanate ceramic contains oxygen contained in TiAl 2 O 5 when sintered in an argon or nitrogen atmosphere at 1500 to 2000 ° C. In some cases, TiAl 2 O 5 disappears by reaction with TiO 2 , Al 2 O, CO 2 or the like. Therefore, it is preferable that the firing temperature when the aluminum titanate-based ceramics is mainly TiAl 2 O 5 does not exceed 700 ° C.

上記のようにして得られるチタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式として、Ti−Al−Li−Mg−O系またはTi−Al−Li−Mg−Si−O系と表すことができる。本発明のチタン酸アルミニウム系焼結体は、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料およびMg含有材料として天然物を含有することがある。従って、不可避的に不純物を含むことになる。それゆえ、本発明のチタン酸アルミニウム系焼結体を正確な化学式で表すことは困難である。なお、Ti含有材料として酸化チタンを用い、Al含有材料としてアルミナを用い、Li含有材料としてペタライトを用い、Mg含有材料として酸化マグネシウムを用いた場合には、チタン酸アルミニウム系焼結体を、(Al)a(TiO)b(MgO)c(Li(AlSi10))dで表すことができる。ここで、a、b、c、dの値はそれぞれの材料の使用量によって定められる。 The aluminum titanate-based sintered body obtained as described above can be expressed as a Ti—Al—Li—Mg—O system or a Ti—Al—Li—Mg—Si—O system as a chemical formula. The aluminum titanate-based sintered body of the present invention may contain natural products as Ti-containing materials, Al-containing materials, Li-containing materials, and Mg-containing materials. Therefore, impurities are inevitably included. Therefore, it is difficult to express the aluminum titanate-based sintered body of the present invention with an accurate chemical formula. When titanium oxide is used as the Ti-containing material, alumina is used as the Al-containing material, petalite is used as the Li-containing material, and magnesium oxide is used as the Mg-containing material, the aluminum titanate-based sintered body is ( Al 2 O 3 ) a (TiO 2 ) b (MgO) c (Li (AlSi 4 O 10 )) d. Here, the values of a, b, c, and d are determined by the amount of each material used.

本発明で使用するチタン酸アルミニウム系セラミックスは超耐熱性であり、超低膨張であるのが好ましく、チタン酸アルミニウム系セラミックスの溶解最高温度は2000℃であり、−40℃〜1350℃における線膨張係数は、−0.3×10−6/K〜−1×10−6/Kであることが好ましい。 The aluminum titanate-based ceramic used in the present invention is super heat resistant and preferably has an ultra-low expansion. The maximum melting temperature of the aluminum titanate-based ceramic is 2000 ° C., and the linear expansion at −40 ° C. to 1350 ° C. The coefficient is preferably −0.3 × 10 −6 / K to −1 × 10 −6 / K.

《炭素繊維》
炭素繊維の種類は限定されない。ピッチ系炭素繊維またはPAN系炭素繊維が好ましい。炭素繊維は表面処理されているものであってもよく、表面処理されていないものであってもよい。炭素繊維の長さは限定されず、いわゆる長繊維でも短繊維でもよい。
"Carbon fiber"
The kind of carbon fiber is not limited. Pitch-based carbon fiber or PAN-based carbon fiber is preferable. The carbon fiber may be surface-treated or may not be surface-treated. The length of the carbon fiber is not limited and may be a so-called long fiber or short fiber.

《コールタール》
コールタールは、コークスを製造するときに、コークス炉で石炭を乾留して得られる副生成物の一種であり、ナフタレン(5〜15%)、ベンゼン(0.3〜1%)、フェノール(0.5〜1.5%)、クレゾール、ベンゾピレン(1〜3%)、フェナントレン(3〜8%)、などが含まれており、本発明のディスクブレーキ用材料はこのコールタールを含有する。
Coal Tar
Coal tar is a kind of by-product obtained by carbonizing coal in a coke oven when producing coke. Naphthalene (5-15%), benzene (0.3-1%), phenol (0 0.5 to 1.5%), cresol, benzopyrene (1 to 3%), phenanthrene (3 to 8%), and the like, and the disc brake material of the present invention contains this coal tar.

《黒鉛》
黒鉛は、炭素からなる六方晶系の六角板状結晶であり、亀の甲状の層状物質で、層毎の面内は強い共有結合で炭素間がつながっているが、層と層のあいだ(面間)は弱いファンデルワールス力で結合している物質であり、本発明のディスクブレーキ用材料はこの黒鉛を含有する。
"graphite"
Graphite is a hexagonal hexagonal plate-like crystal composed of carbon, and it is a layered material in the shape of a turtle shell, and the carbon is connected between the layers with strong covalent bonds in each layer. ) Is a substance bonded with a weak van der Waals force, and the disc brake material of the present invention contains this graphite.

《高分子樹脂》
本発明に用いる高分子樹脂の種類は特に制限は無く、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のどちらでも用いることができる。好ましい実施形態では、熱硬化性樹脂であるか、または熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合物である。
<Polymer resin>
There is no restriction | limiting in particular in the kind of polymer resin used for this invention, Either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used. In a preferred embodiment, it is a thermosetting resin or a mixture of a thermosetting resin and a thermoplastic resin.

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリアジン樹脂、BT樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、等を用いることができる。   As the thermosetting resin, epoxy resin, phenol resin, bismaleimide resin, triazine resin, BT resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, or the like can be used.

エポキシ樹脂には、好ましくは、ビスフェノールA(BPA)ジグリシジルエーテル及びビスフェノールF(BPF)ジグリシジルエーテルの少なくとも1種及びその誘導体;4,4’−ジアミノジフェニルメタン(TGDDM)のテトラグリシジル誘導体;アミノフェノールのトリグリシジル誘導体、並びに当技術分野において周知の他のグリシジルエーテル及びグリシジルアミンが含まれる。   The epoxy resin is preferably at least one of bisphenol A (BPA) diglycidyl ether and bisphenol F (BPF) diglycidyl ether and derivatives thereof; tetraglycidyl derivative of 4,4′-diaminodiphenylmethane (TGDDM); aminophenol As well as other glycidyl ethers and glycidyl amines well known in the art.

熱可塑性樹脂としては、例えば、以下があげられる。   Examples of the thermoplastic resin include the following.

ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルスルホン、ポリスルホン、ポリエステル、重合性大環状分子(例えば、環状ブチレンテレフタレート)、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、アラミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリアリールエーテル、ポリアリールスルフィド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド(PPO)及び変性PPO、或はこれらの任意の組み合わせ。   Polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone, polysulfone, polyester, polymerizable macrocycle (eg, cyclic butylene terephthalate), liquid crystal polymer, polyimide, polyetherimide, aramid, polyamide, polyester, polyketone, polyetheretherketone ( PEEK), polyurethane, polyurea, polyaryl ether, polyaryl sulfide, polycarbonate, polyphenylene oxide (PPO) and modified PPO, or any combination thereof.

上記樹脂は、単独で又は組み合わせて使用することができる。樹脂は炭素繊維に完全に含浸してもよいし、部分的に含浸してもよい。   The above resins can be used alone or in combination. The resin may be completely impregnated into the carbon fiber or partially impregnated.

本発明で使用する高分子樹脂は、該樹脂が熱硬化性樹脂である場合は、少なくとも1種の硬化剤および硬化促進剤を含むことができる。   The polymer resin used in the present invention can contain at least one curing agent and curing accelerator when the resin is a thermosetting resin.

適切な硬化剤としては、ジシアンジアミド、無水物、特にポリカルボン酸無水物、例えば、無水ナジン酸(NA)、メチル無水ナジン酸、無水フタル酸、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物、又はトリメリト酸無水物が挙げられる。   Suitable curing agents include dicyandiamide, anhydrides, especially polycarboxylic anhydrides, such as nadic anhydride (NA), methyl nadic anhydride, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, Examples include methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, or trimellitic anhydride.

その他の適切な硬化剤には、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族アミンを含むアミン、並びに、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4,4’−DDS)及び3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)などのポリアミノスルホンがある。種々の市販の硬化剤を使用することができる。市販の好ましい硬化剤としては、ジシアンジアミド jERキュア、DICY15(JER(株)社製)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4,4’−DDS)及び3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(3,3’−DDS)が挙げられる。   Other suitable curing agents include amines including aromatic amines such as 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, 4,4′-diaminodiphenylmethane, and 4,4′-diaminodiphenyl sulfone ( There are polyaminosulfones such as 4,4′-DDS) and 3,3′-diaminodiphenylsulfone (3,3′-DDS). Various commercially available curing agents can be used. Preferred commercially available curing agents include dicyandiamide jER cure, DICY15 (manufactured by JER Co., Ltd.), 4,4′-diaminodiphenylsulfone (4,4′-DDS) and 3,3′-diaminodiphenylsulfone (3,3). 3'-DDS).

硬化剤が存在する場合は、高分子樹脂の60重量%〜1重量%の範囲で存在することができる。より好ましくは、硬化剤は50重量%〜2重量%の範囲で存在することができる。特に好ましくは、硬化剤は40重量%〜3重量%の範囲で存在することができる。硬化剤は2種以上併用して使用することもできる。   When a curing agent is present, it can be present in the range of 60% to 1% by weight of the polymer resin. More preferably, the curing agent can be present in the range of 50 wt% to 2 wt%. Particularly preferably, the curing agent can be present in the range of 40% to 3% by weight. Two or more curing agents can be used in combination.

本発明で使用する高分子樹脂は、硬化促進剤を含有することもできる。   The polymer resin used in the present invention can also contain a curing accelerator.

適切な硬化促進剤としては、3-(3,4−ジクロロフェニル)-1,1−ジメチルウレア、N,N−ジメチル−N’−3,4−ジクロロフェニル尿素(ジウロン)、N,N−ジメチル−N’−3−クロロフェニル尿素(モニュロン)、及び好ましくはN,N−(4−メチル−m−フェニレンビス[N’,N’−ジメチル尿素](TDIウロン)が挙げられる。硬化促進剤が存在する場合は、高分子樹脂の1重量%〜5重量%の範囲で存在することができる。   Suitable curing accelerators include 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, N, N-dimethyl-N′-3,4-dichlorophenylurea (diuron), N, N-dimethyl- N'-3-chlorophenylurea (monuron), and preferably N, N- (4-methyl-m-phenylenebis [N ', N'-dimethylurea] (TDI uron). If present, it can be present in the range of 1% to 5% by weight of the polymer resin.

高分子樹脂は、さらに性能増強剤又は変性剤などの成分を含むことができる。性能増強剤又は変性剤の例は、可撓性付与剤、強化剤/粒子、追加の促進剤、コアシェル型ゴム、難燃剤、湿潤剤、顔料/染料、難燃剤、可塑剤、UV吸収剤、抗菌化合物、充填剤、粘性調整剤/フロー制御剤、粘着性付与剤、安定剤、撥水剤、及び重合防止剤から選択することができる。   The polymer resin can further contain components such as a performance enhancer or a modifier. Examples of performance enhancers or modifiers include flexibility imparting agents, reinforcing agents / particles, additional accelerators, core-shell rubbers, flame retardants, wetting agents, pigments / dyes, flame retardants, plasticizers, UV absorbers, It can be selected from antibacterial compounds, fillers, viscosity modifiers / flow control agents, tackifiers, stabilizers, water repellents, and polymerization inhibitors.

次に、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変形や修正が可能である。   Next, based on an Example, this invention is demonstrated concretely. However, the present invention is not limited to only these examples. Various changes and modifications can be made without departing from the technical scope of the present invention.

[実施例1]
酸化チタン(堺化学(株)製の商品名「A−110」)44重量部と、易焼結アルミナ(住友化学工業(株)製の商品名「AES−11」)56重量部と、福島長石4重量部と、解膠剤としてジエタノールアミン1.5重量部と、有機バインダーとしてポリビニルアルコール0.1重量部と、消泡剤としてポリプロピレングリコール0.5重量部と、適量の水とを混合して、スラリーを得た。このスラリーを乾燥してクリンカーを得た。このクリンカーをボールミルにて24時間かけて粉砕し、篩目が80〜100μmの篩を用いて分級し、平均粒径が90μmのチタン酸アルミニウム系粉末を得た。得られたチタン酸アルミニウム系粉末を大気中で最高温度1370℃で3時間保持して焼成した後、室温まで放冷してチタン酸アルミニウム系焼結クリンカーを得た。このクリンカーをボールミルにて24時間かけて粉砕し、篩目が20〜40μmの篩と篩目が5〜20μmの篩とを用いて分級し、平均粒径が30μmのチタン酸アルミニウム系焼結粉末と平均粒径が10μmのチタン酸アルミニウム系焼結粉末を得た。
[Example 1]
44 parts by weight of titanium oxide (trade name “A-110” manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.), 56 parts by weight of easily sintered alumina (trade name “AES-11” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and Fukushima 4 parts by weight of feldspar, 1.5 parts by weight of diethanolamine as a peptizer, 0.1 parts by weight of polyvinyl alcohol as an organic binder, 0.5 parts by weight of polypropylene glycol as an antifoaming agent, and an appropriate amount of water are mixed. To obtain a slurry. This slurry was dried to obtain a clinker. This clinker was pulverized with a ball mill for 24 hours and classified using a sieve having a sieve mesh of 80 to 100 μm to obtain an aluminum titanate powder having an average particle size of 90 μm. The obtained aluminum titanate powder was calcined in the air at a maximum temperature of 1370 ° C. for 3 hours and then allowed to cool to room temperature to obtain an aluminum titanate sintered clinker. This clinker is pulverized in a ball mill for 24 hours, classified using a sieve having a sieve mesh of 20 to 40 μm and a sieve having a sieve mesh of 5 to 20 μm, and an aluminum titanate sintered powder having an average particle size of 30 μm And an aluminum titanate sintered powder having an average particle diameter of 10 μm.

上記のようにして得た平均粒径が30μmのチタン酸アルミニウム系焼結粉末60重量部と、上記のようにして得た平均粒径が10μmのチタン酸アルミニウム系焼結粉末180重量部と、長さ6mmのチョップドカーボンファイバー(PAN系、三菱レイヨン(株)製の商品名「TR06AL」)40重量部と、コールタール40重量部と、黒鉛(伊藤黒鉛工業(株)製の商品名「Z-5F」)15重量部と、エポキシ樹脂(新日鉄住金化学(株)製の商品名「エホ゜トートYD-128」)237重量部と、硬化剤((株)T&K TOKA製の商品名「トーマイト゛TXE-415A」)60重量部と、メタノール100重量部とを混練して混練物を得、その混練物を100mm×100mmの大きさの金型に投入して、120℃で乾燥硬化させて、実施例1の成形体を得た。   60 parts by weight of the aluminum titanate-based sintered powder having an average particle diameter of 30 μm obtained as described above, 180 parts by weight of the aluminum titanate-based sintered powder having an average particle diameter of 10 μm obtained as described above, 40 parts by weight of chopped carbon fiber (PAN type, trade name “TR06AL” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) having a length of 6 mm, 40 parts by weight of coal tar, and graphite (trade name “Z” manufactured by Ito Graphite Industries Co., Ltd.) -5F ”), 15 parts by weight of epoxy resin (trade name“ Ehototo YD-128 ”manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), and a curing agent (trade name“ Tomite TXE- ”manufactured by T & K TOKA Corporation). 415A ") 60 parts by weight and 100 parts by weight of methanol were kneaded to obtain a kneaded product. The kneaded product was put into a 100 mm x 100 mm size mold and dried and cured at 120 ° C. 1 molded body was obtained.

《高速摩擦試験》
本発明のディスクブレーキ用材料の耐摩耗性を調査するために、図1の模式図に示すような高速摩擦試験を行った。図1において、1はディスク、2、2はブロック試験片、3、3はロードセル、4は直流モータ、5は熱電対、6はスリップリングである。図2は、図1の高速摩擦試験で使用したディスクに対するブロック試験片の押し付け位置を示す図である。図2において、Ni−Cr−Mo系の低合金鋳鉄製のディスク1に対して、実施例1で得られた成形体から切り出したブロック試験片2、2と、現状の在来線で実際に使用されているブレーキライニングと同じ材質(RD501A)の比較例のブロック試験片2、2とを押付力184kgf(面圧1MPa)で押し付けて、摩擦速度を7m/秒、14m/秒、21m/秒の3水準とし、各摩擦速度において5回の試験を行った。摩擦試験開始時のディスク1の温度は60℃以下であり、摩擦速度を上げる前に摺り合わせを行って、ブロック試験片2、2がディスク1に対して確実に当接するようにした。図2において、7はねじを示す。
《High speed friction test》
In order to investigate the wear resistance of the disc brake material of the present invention, a high-speed friction test as shown in the schematic diagram of FIG. 1 was conducted. In FIG. 1, 1 is a disk, 2 is a block test piece, 3, 3 is a load cell, 4 is a DC motor, 5 is a thermocouple, and 6 is a slip ring. FIG. 2 is a view showing the pressing position of the block test piece against the disk used in the high-speed friction test of FIG. In FIG. 2, the block test pieces 2 and 2 cut out from the molded body obtained in Example 1 are actually used with the current conventional line for the Ni-Cr-Mo based low alloy cast iron disk 1. The block test pieces 2 and 2 of the comparative example made of the same material (RD501A) as the brake lining used are pressed with a pressing force of 184 kgf (surface pressure 1 MPa), and the friction speed is 7 m / sec, 14 m / sec, 21 m / sec. The test was conducted five times at each friction speed. The temperature of the disk 1 at the start of the friction test was 60 ° C. or less, and sliding was performed before increasing the friction speed to ensure that the block test pieces 2 and 2 were in contact with the disk 1 reliably. In FIG. 2, 7 indicates a screw.

なお、ディスク1の外径は206mm、内径は85mm、厚みは20mmであり、ブロック試験片2は縦が30mm、横が30mmの正方形状であり、厚みは10.5mmである。   The disk 1 has an outer diameter of 206 mm, an inner diameter of 85 mm, and a thickness of 20 mm. The block test piece 2 has a square shape with a length of 30 mm and a width of 30 mm, and a thickness of 10.5 mm.

その結果、以下の表1ないし表5に示す結果を得た(表1ないし5に記載の各数値は5回の平均値を示す)。表1は、JIS D4411−1993に準拠した摩擦係数を示し、表2はブロック試験片2の摩耗量(2個の平均値:g)を示し、表3はディスク1の摩耗量(g)を示し、表4はブロック試験片2に埋め込んだ熱電対で測定した試験中の最高温度(2個の平均値:℃)を示し、表5はディスク1に埋め込んだ熱電対で測定した試験中の最高温度(℃)を示す。   As a result, the results shown in Tables 1 to 5 below were obtained (each numerical value described in Tables 1 to 5 represents an average value of 5 times). Table 1 shows the coefficient of friction in accordance with JIS D4411-1993, Table 2 shows the amount of wear of the block test piece 2 (average value of two pieces: g), and Table 3 shows the amount of wear (g) of the disk 1. Table 4 shows the maximum temperature during the test (average value of two: ° C) measured with the thermocouple embedded in the block test piece 2, and Table 5 shows the test temperature measured with the thermocouple embedded in the disk 1 Indicates the maximum temperature (° C).

表2に示すように、本発明の実施例1のブロック試験片の摩耗量は、現状の在来線で実際に使用されているブレーキライニングと同じ材質(RD501A)の比較例のブロック試験片の摩耗量と比べて遜色ないレベルであり、摩擦速度14m/秒と21m/秒においては、本発明の実施例1のブロック試験片の摩耗量の方が比較例のブロック試験片の摩耗量よりも少なく、本発明のディスクブレーキ用材料の耐摩耗性が優れていることが分かる。   As shown in Table 2, the amount of wear of the block test piece of Example 1 of the present invention is that of the block test piece of the comparative example of the same material (RD501A) as that of the brake lining actually used in the existing conventional line. Compared with the wear amount, the wear amount of the block test piece of Example 1 of the present invention is more than the wear amount of the block test piece of the comparative example at the friction speeds of 14 m / sec and 21 m / sec. It can be seen that the wear resistance of the disk brake material of the present invention is excellent.

本発明は、各種回転走行装置のディスクブレーキ用材料として好適である。   The present invention is suitable as a material for disc brakes of various rotary traveling devices.

1 ディスク
2 ブロック試験片
3 ねじ
1 Disc 2 Block specimen 3 Screw

Claims (1)

15重量部以上150重量部以下の炭素繊維と、15重量部以上150重量部以下のコールタールと、2重量部以上30重量部以下の黒鉛と、80重量部以上600重量部以下のチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結粉体と、100重量部の高分子樹脂とを含有するディスクブレーキ用材料。   15 to 150 parts by weight of carbon fiber, 15 to 150 parts by weight of coal tar, 2 to 30 parts by weight of graphite, and 80 to 600 parts by weight of aluminum titanate Disc brake material comprising a ceramic sintered powder and 100 parts by weight of a polymer resin.
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