JP2017193602A - 摩擦材組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】流動性が高く、偏析が少ないものであるとともに、造粒する際の溶媒として水を用いて湿式造粒する場合であってもフェノール樹脂が劣化することなく、十分な強度を備えた摩擦材を提供すること。【解決手段】基材、有機結合材、摩擦調整材およびｐＨ調整剤 からなる摩擦材組成物であって、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材のうちの少なくとも一部を造粒した造粒物と、前記ｐＨ調整剤を含有する摩擦材組成物とする。【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材に適した摩擦材組成物に関する。

自動車や自動二輪車等には、その制動のためにディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材が使用されている。摩擦材は通常、基材、有機結合材、摩擦調整材等の原料を混合した摩擦材組成物を予備成形工程にて圧縮成形し、さらに予備成形品に対して熱成形工程により摩擦材の形状に成形し、さらに熱処理することで製造される。この摩擦材組成物はμｍオーダーの微粒子から数ｍｍの粒子、さらに繊維質まで様々な密度、形状を有している原料の混合物である。そのため安定した秤量が困難であり、さらにハンドリング時に分離や偏析が発生し易いため品質の安定化が難しい。

このために摩擦材組成物を粒子状に造粒する試みが行われている。造粒により作製された造粒物は流動性が高いため安定した秤量ができ、ハンドリング時に混合物の状態を維持するため偏析が抑制できる。

例えば、特許文献１には、摩擦材組成物にポリビニルアルコールの水溶液を噴霧しつつ流動層造粒装置にて造粒することで、粒径１００〜２０００μｍの造粒品を作製することが記載されている。

一方、特許文献２には、摩擦材組成物にキレート剤を含有させることで、フェノール樹脂、ｐＨ調整剤と水を共存させた場合のフェノール樹脂の変性を防止する方法が記載されている。

特開２００８−１８９７３８号公報 特開２０１３−１２９８０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の造粒方法においては、造粒時に水を添加するため、フェノール樹脂とｐＨ調整剤を含む摩擦材組成物を使用した場合に、水に溶出したｐＨ調整剤とフェノール樹脂が反応、フェノール樹脂が劣化して摩擦材の強度が低下する虞がある。また、フェノール樹脂の劣化を防ぐために摩擦材組成物にｐＨ調整剤を含有させない場合、摩擦材の防錆性能が低下して摩擦材と接触する金属部が発錆しやすくなる虞がある。

また、特許文献２に記載の方法においては、フェノール樹脂とｐＨ調整剤の親和性が高いために、水に溶出したｐＨ調整剤とフェノール樹脂の反応を防ぐためには多量のキレート剤を添加する必要があり、摩擦材組成物中のキレート剤により、所望の摩擦性能を得られない虞がある。

上記の特許文献１，２ともに、造粒時にアルコール等の揮発性溶媒を用いれば、特許文献１，２に記載の摩擦材組成物の造粒粉を得ることができるが、揮発性溶媒を使用して造粒工程を行うとなると、揮発性溶媒が環境中に流出して環境汚染しないよう揮発性溶媒の回収装置が必要になるとともに、揮発性溶媒が引火した場合に備えて防爆設備が必要になる等、造粒設備が大がかりなものとなり、コストが高いものとなる。このため、造粒工程においては、造粒設備を安価に構築できる、溶媒として水を使用する造粒方法が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、流動性が高く、偏析が少ないものであるとともに、造粒する際の溶媒として水を用いて湿式造粒する場合であってもフェノール樹脂が劣化することなく、十分な強度を備えた摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者らは、水と反応するｐＨ調整材を除く残余の摩擦材組成物の一部または全部を造粒した後、得られた造粒物とｐＨ調整剤を混合すること溶媒として水を用いることができるとともに、得られた摩擦材組成物は、流動性が高く、かつ偏析の少ないものとすることができることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明の摩擦材組成物は、基材、有機結合材、摩擦調整材およびｐＨ調整剤からなる摩擦材組成物であって、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材のうちの少なくとも一部を造粒した造粒物と、前記ｐＨ調整剤を含有することを特徴とする。なお、一般的に、ｐＨ調整剤は摩擦調整剤に含まれるが、本発明において、摩擦調整材には、ｐＨ調整剤を含まないものであり、ｐＨ調整剤以外の摩擦調整剤の意味である。また、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材のうちの少なくとも一部とは、後述する基材の一部、有機結合材の一部、摩擦調整剤の一部、およびこれらの組み合わせである。

前記摩擦材組成物においては、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材の全部を造粒した造粒物と前記ｐＨ調整剤からなることが好ましい。

また、前記摩擦材組成物においては、前記ｐＨ調整剤が前記造粒物の表面を被覆していることが好ましい。

前記ｐＨ調整剤は、水酸化カルシウム、酸化カルシウムもしくは炭酸ナトリウムのいずれかを含むことが好ましく、摩擦材組成物中に０．５〜１０質量％含有することが好ましい。

また、本発明の摩擦材は、上記の摩擦材組成物を、成形して作製することができる。

本発明によれば、基材、有機結合材および摩擦調整材のうち少なくとも一部を湿式造粒する際にはｐＨ調整剤を含有していないため、ｐＨ調整剤が溶出することなく、有機結合材に含まれるフェノール樹脂の劣化を防ぐことができ、従来と同等以上の強度と優れた品質を有する摩擦材を作製することができる。また、湿式造粒時に水を用いた場合のみならず、有機溶剤を用いた場合においても、造粒後有機溶剤が蒸発して造粒物が結露した際のフェノール樹脂の劣化を防ぐことができる。さらに、造粒物とｐＨ調整剤を混合することで、添加剤を用いずに摩擦材組成物中にｐＨ調整剤を含有させることができるため、摩擦材組成物中の原料配合割合は造粒物を含まない従来の摩擦材組成物と同等となり、従来の摩擦材と同等の防錆性能や摩擦性能を有する摩擦材を作製することができる。

以下、本発明の摩擦材組成物およびこれを用いた摩擦材の製造方法について詳述する。

［摩擦材組成物］
本発明の摩擦材組成物は、基材、有機結合材、摩擦調整材およびｐＨ調整剤からなる摩擦材組成物であって、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材のうちの少なくとも一部を造粒した造粒物と、ｐＨ調整剤を含有することを特徴とする。

上記構成とすることにより、湿式造粒時にｐＨ調整剤が溶出することがないため、有機結合材に含まれるフェノール樹脂が劣化するのを防ぐことができる。

基材、有機結合材および摩擦調整材を造粒する割合は特に規定しないが、全部を造粒することで、造粒による秤量安定性や偏析防止の効果を最大限に得ることができる。

ｐＨ調整剤は、偏析防止の観点から、造粒物を被覆していることが好ましい。ｐＨ調整剤を被覆する方法としては、例えばｐＨ調整剤と造粒物間のクーロン力による被覆や、ｐＨ調整剤とポリビニルアルコール等の接着成分と混合した後、造粒物と混合する方法等がある。

ｐＨ調整剤としては、ｐＨを高める作用を有する物質を用いることができ、例えば酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機塩基や、イミダゾール、ヒスチジン、ヘキサメチレンジアミン等の有機塩基が挙げられるが、コストや吸湿性の観点から、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、酸化カルシウムを使用するのが好ましい。これらを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。

ｐＨ調整剤は、防錆性の付与の観点から摩擦材中に０．１〜３０質量％含まれていることが好ましく、より好ましくは０．３〜２０質量％、さらに好ましくは０．５〜１０質量％である。

本発明の摩擦材組成物は、基材、有機結合材、摩擦調整材およびｐＨ調整剤からなる摩擦材組成物であり、基材、有機結合材、および摩擦調整材のうち一部を造粒した造粒物と、ｐＨ調整剤を含むことを特徴とするものであり、従来から用いられている基材、有機結合材および摩擦調整材を用いることができる。

本発明の摩擦材造粒物に含まれる基材としては、スチール繊維、銅繊維、黄銅繊維等の金属繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、セルロース繊維、炭素繊維、ポリイミド繊維、フェノール繊維等の有機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維等の無機繊維等を用いることができる。これらは、耐摩耗性向上、破壊強度向上の観点から、２種類以上を併用してもよい。また、繊維状物質の含有量は、本発明の摩擦材組成物中に５〜４０質量％であることが好ましく、５〜２０質量％であることがより好ましい。

本発明の摩擦材造粒物に含まれる有機結合材としては、通常熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、イミド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられるが、耐熱性が良好かつ安価であることから少なくとも１種はフェノール樹脂であることが好ましい。これらの結合材は、単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。本発明の摩擦材に使用される結合材の含有量は、本発明の摩擦材組成物中に５〜２０質量％であることが好ましく、５〜１０質量％であることがより好ましい。

本発明の摩擦材に含まれる摩擦調整材は、ｐＨ調整剤は含まず、ｐＨ調整剤以外の摩擦調整剤としては、無機充填材、有機充填材等を用いることができる。無機充填材としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、珪酸マグネシウム等の研削材、黒鉛、金属硫化物等の潤滑剤、その他、銅、黄銅、亜鉛等の金属、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等を用いることができる。有機充填材としては、カシューダスト、ゴム粉等を用いることができる。これらの摩擦調整剤は複数組み合わせて用いられる。また、摩擦調整材の含有量は、本発明の摩擦材組成物中に４０〜９０質量％が好ましく、７０〜９０体積％であることがより好ましい。

摩擦材組成物を製造するにあたり、基材、有機結合材および摩擦調整材を混合する方法としては、原料が均一に混合できる方法であれば特に制限はないが、例えば、レディーゲミキサー、アイリッヒミキサー等で混合することが挙げられる。

基材、有機結合材および摩擦調整材の一部または全部を造粒するにあたり、造粒方法としては、湿式であれば特に限定せず、押出造粒法、転動造粒法、攪拌造粒法、圧縮造粒法、流動層造粒法等を用いることができ、ポリビニルアルコール等の接着成分をバインダーとして用いることができる。造粒後、加熱や減圧等によって乾燥処理を行うことで造粒物を作製することができる。基材、有機結合材および摩擦調整材は、流動性の観点から、全部を造粒することが好ましいが、一部を別にして、ｐＨ調整剤とともに、後に添加してもよい。

造粒時に添加する液体としては、例えば水またはメチルエチルケトン、メタノール等、加熱や減圧等の乾燥処理によって蒸発する物質を使用することができる。これらの液体のうち、本発明においては、水と反応するｐＨ調整剤を別に添加することから、安価であり、造粒設備も大型化せずにすむ水を用いることが好ましい。

造粒物の粒径は、ハンドリング時や秤量時の流動性、成形性の観点から平均１０〜５０００μｍとすることが好ましく、２０〜４０００μｍとするとより好ましく、５０〜３０００μｍとするとさらに好ましい。

本発明においては、基材、有機結合材および摩擦調整材の全部を造粒した場合に、得られた造粒物にｐＨ調整剤を添加して混合、または基材、有機結合材および摩擦調整材の一部を造粒した場合に、得られた造粒物に基材、有機結合材および摩擦調整材の残部とｐＨ調整剤を添加して混合する。混合は造粒物を破壊せずに混合する方式であれば特に限定されず、Ｖ型混合機、ダブルコーン型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、レディーゲミキサー、アイリッヒミキサー、流動層型混合機等を用いることができる。

上記により得られる本発明の摩擦材組成物は、流動性が高く、偏析が少ないものとなる。

［摩擦材の製造方法］
摩擦材は、摩擦材組成物を原料として用い、該原料を予備成形した後、熱成形、あるいは該原料を直接、熱成形することにより製造される。

摩擦材の製造方法としては、従来から行われているように、予め有機結合材を含む接着剤を塗布した裏板とともに熱成形し、その後、熱処理により有機結合材を完全に硬化させることで、裏板と一体となった摩擦材を製造することができる。このとき、２種類以上の組成の異なる摩擦材組成物を層状に投入して多層の摩擦材を製造してもよい。

また、一般的には原料を予備成形した後、熱成形するが、本発明の造粒物は流動性が高く短時間で均しができるため、予備成形工程を省略して、本発明の造粒物を原料として用い直接熱成形することができる。

なお、上記により製造された摩擦材は、従来と同様に、必要に応じて目的形状に加工したり、塗装、スコーチ処理、研磨処理を行ったりしてもよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

（配合粉の製造）
実施例１〜３および比較例１〜３の配合粉は、表１に示す原料成分および配合量とし、レディーゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レディーゲミキサーＭ２０）で乾式混合することで得た。

（造粒物の製造）
次いで、これら配合粉のうち、一部または全部をレディーゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レディーゲミキサーＭ２０）に供給し、表１に示す添加液を噴霧しつつ５分間湿式混合し、得られた乾燥前造粒物を棚式乾燥機にて８０℃、１．５時間乾燥することで造粒物を得た。

（摩擦材組成物の製造）
次に、これら造粒物に表１に示す造粒後混合物を添加し、レディーゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レディーゲミキサーＭ２０）で５分間乾式混合することで摩擦材組成物を得た。

（ディスクブレーキパッドの作製）
上記で得られた摩擦材組成物を成形プレス（王子機械工業（株）製）で予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１４５℃、成形圧力３０ＭＰａの条件で５分間成形プレス（三起精工（株）製）を用いて日立オートモティブシステムズ（株）製の裏金と共に加熱加圧成形し、得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、５００℃のスコーチ処理を行って、実施例１〜３及び比較例１〜３のディスクブレーキパッド（裏金の厚さ６ｍｍ、摩擦材の厚さ１１ｍｍ、摩擦材投影面積５２ｃｍ²）を作製した。

各特性は以下のように測定した。

（せん断強度の測定方法）
上記方法で作製した実施例および比較例の摩擦材のせん断強度をＪＩＳ Ｄ４４２２−２００７に従い測定した。

上記方法で作製した実施例および比較例の摩擦材をパッドせん断試験機（新日本特機製）により、クロスヘッド移動速さ１０ｍｍ／分で試料が完全に破壊するまで加圧し、破壊したときの最大荷重を測定した。

（測定結果）
表１の測定結果から、以下のことが分かった。

配合粉の一部、または全部を造粒し、造粒物にｐＨ調整剤を混合した実施例１〜３は、ｐＨ調整剤によって造粒時にフェノール樹脂が劣化することなく、せん断強度に優れたディスクブレーキパッドが得られた。

一方、比較例１，２では、造粒時にｐＨ調整剤を含有しているため、水によってフェノール樹脂が劣化し、ディスクブレーキパッドのせん断強度が低下した。

また比較例３では、造粒時の添加液として２−プロパノールを用いたため、造粒直後にはフェノール樹脂は劣化しなかったが、その後の結露により造粒物表面のフェノール樹脂が劣化し、比較例１，２ほどではないもののディスクブレーキパッドのせん断強度が低下した。

本発明の摩擦材組成物は、流動性が高く、偏析が少ないものであり、また、造粒時に溶媒として水を使用できるため、安価に製造することができるものであり、自動車および自動二輪車のディスクブレーキパッドやブレーキライニングに好適なものである。

Claims (6)

1. 基材、有機結合材、摩擦調整材およびｐＨ調整剤 からなる摩擦材組成物であって、前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材のうちの少なくとも一部を造粒した造粒物と、前記ｐＨ調整剤を含有する摩擦材組成物。
2. 前記基材、前記有機結合材および前記摩擦調整材の全部を造粒した造粒物と前記ｐＨ調整材からなる請求項１に記載の摩擦材組成物。
3. 前記ｐＨ調整材が前記造粒物の表面を被覆している請求項１または２に記載の摩擦材組成物。
4. ｐＨ調整剤が水酸化カルシウム、酸化カルシウムもしくは炭酸ナトリウムのいずれかを含む請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦材組成物。
5. ｐＨ調整剤が摩擦材組成物中に０．５〜１０質量％含まれる請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦材組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。