JP2020511556A - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

粒状無機多孔質材料を含む摩擦材料であって、粒状多孔質材料はその孔内に吸収された腐食防止剤を含む、摩擦材料。

Description

（発明の分野）
本発明は、摩擦材料、特に自動車用の摩擦材料に関する。

（背景）
腐食は多くの産業で問題となっており、その結果、年間損失は２５００億米ドルを超えると推定されている。特に摩擦材料は、それらが使用される過酷で多様な動作条件のために腐食を受けやすい。自動車産業は腐食のために、例えば年間１０００億米ドル以上の損失を被っていると推定されている。

摩擦材料の組成は、使用される摩擦材料と摩擦材料システムの所望の特性に応じて、使用される成分及びそれらの相対量について変化し得る。摩擦材料システムの分類は、例えば、金属、半金属、低鋼、非アスベスト有機物（ＮＡＯ（non-asbestos organic））、ＮＡＯ／非鋼、及びセラミック摩擦材料である。しかし通常、以下の成分が摩擦材料配合物に含まれる：結合剤、強化繊維、充填剤、ならびに摩擦添加剤、例えば研磨剤及び潤滑剤。腐食はこれらのカテゴリーにわたる問題である。

摩擦ライニングの１例が米国特許第５４３３７７４号に記載されており、そこでは高温性能を改善しそしてブレーキフェードを減少させるために、標準の樹脂結合剤が無機ケイ酸塩含有結合剤で置き換えられている。腐食に関連した具体的な問題は扱われていない。摩擦材料の他の例は、米国特許第４９９４５０６号に見出すことができ、そこでは非アスベストブレーキ組成物は、製造を容易にし、騒音を小さくし、そしてフェードを減少させる目的で合成ゾノトライトを含む。腐食の特定の問題は扱われていない。非アスベスト摩擦材料のさらなる例は、米国特許出願公開第２００７／０１１７８８１号明細書に記載されており、そこでは２層の摩擦材料システムが圧力板と一体的に形成されている。このシステムは、一般的に「ブレーキ鳴き」として知られている制動中の騒音を低減することを目的としており、摩擦材料及びそれらの摩擦結合面の腐食の問題に対処していない。

腐食は、種々のメカニズム、例えば電解腐食、一般的な腐食、及び孔食機構によって作用し、そしてフレッチング、侵食、剥離、脱合金化、応力、亀裂、及び疲労を含む多くの要因によって悪化する可能性がある。

摩擦材料は、しばしばこれらの要因の多くにさらされ、従って腐食に取り組む際に使用するのが難しい材料である。例えばブレーキとして使用されるとき、摩擦対（例えばローターとブレーキパッド）の表面の間の腐食のためにスティクション（静止摩擦）の問題が起こり得る。実際、激しい腐食は、腐食層を介して表面を化学的に付着させる可能性があるため、これらを剥離させる唯一の方法は、スティクションが克服されるまで車両を加速することによって接線方向の力を加えることである。

これは非常に望ましくない状況であるが、現代のブレーキシステムでも避けられないことである。スティクションの問題と同様に、特にブレーキシステムにおける摩擦材料の腐食は、部品交換、塗装やコーティングなどの費用のかかる予防的メンテナンス、材料の過大設計（騒音の発生、本来望ましい材料の使用の除外、損傷した装置、装置故障の危険性、有毒生成物の放出、及び目に見える腐食による摩擦材料の審美的劣化を補うため）の頻繁な必要性をもたらし得る。

摩擦材料の腐食に関連する多数の問題と同様に、腐食を軽減しようとするときに他の考慮事項を無視することはできない。特に、摩擦性能（摩擦係数）、摩耗率、騒音の発生を考慮する必要がある。

通常ブレーキパッドと金属製ローターとを含む自動車用ブレーキシステムでは、いずれかの部品が腐食すると問題が生じる。ブレーキパッドの腐食に関連して、よく見られる問題は、美観の悪化、亀裂、騒音の発生、色あせ、効率の低下、制動距離の増加、及びディスクのスティクションである。金属製のディスク／ローターの腐食に関連して、よくある問題は、ディスクブレーキ上の損傷した美観、刻み目や溝の跡、ブレーキパッドの交換部品の汚染されたマウンティング、圧力跡、ドライバーのペダルフィーリングへの影響、部品寿命の短縮、及びブレーキパッドへのスティクションである。スティクションに関する問題は、パーキングブレーキにとって特に深刻である。

上記問題を解決するために、本発明は、粒状無機多孔質材料を含む摩擦材料であって、前記粒状多孔質材料がその孔内に吸収された腐食防止剤を含む、上記摩擦材料を提供する。

粒状材料の孔内に腐食防止剤を含ませることは、摩擦材料全体への腐食防止剤の良好な分散を促進する。さらにこの方法で腐食防止剤を含むことは、経時的な腐食防止剤の制御放出を促進する。ブレーキパッドとして使用されるとき、これは、摩擦材料が使用中に損傷を受ける腐食を、ほとんど又は全く回避し得ることを意味する。

さらに本発明は、腐食防止剤が液体形態であるために、以前は使用することができなかった摩擦面への腐食防止剤の送達を可能にする。特に水ガラスは、摩擦表面に高いｐＨ条件を作り出す能力があるため使用するのに望ましい腐食防止剤であり、従って特に鋼などの金属及び合金の腐食のための化学反応を起きにくくする。

特に、例えば鋼繊維又は他の金属部品を含むローターとブレーキパッドとの金属−金属接触が、通常スティクション及び他の腐食に関連する不具合を受ける自動車用ブレーキ用途においては、腐食がより少ないという利点は大きくなり得る。従って本発明はまた、上述の摩擦材料を含むブレーキパッドを提供する。

本発明のさらなる態様は、金属製ローターと本発明のブレーキパッドとを含むブレーキシステムを提供する。金属ローターは鋼などの合金でもよい。好ましくはブレーキシステムは自動車のブレーキシステムである。自動車において腐食に関連する問題は、特に道路に適用された塩が腐食速度を加速させる可能性がある冬季条件において、深刻である。本発明のブレーキシステムは、冬季条件をシミュレートする条件においても、周囲温度及びより高い温度においても、良好に機能することが判明した。

好適な例において、ブレーキシステムは電子式パーキングブレーキシステムである。現在利用可能な電子式パーキングブレーキシステムはスティクションを起こしやすいが、本発明の摩擦材料をブレーキパッドとして電子式パーキングブレーキシステム内に含むことは、スティクションに関する上記問題を回避できる可能性がある。これにより、ブレーキシステムの寿命の間、部品の寿命を延ばす可能性及びブレーキ性能を向上させる可能性を与える。

本発明はまた、摩擦材料を製造する方法であって、
ａ．粒状無機多孔質材料を他の出発材料と混合して混合物を形成する工程であって、前記粒状無機多孔質材料は、その孔内に吸収された腐食防止剤を含む上記工程と；
ｂ．前記混合物を型に入れる工程と；
ｃ．前記型内の混合物を１０〜７０ＭＰａの圧力にさらす工程と、を含む上記方法を提供する。

好ましくは、混合工程は工業規格に従う乾式混合工程である。乾式混合は、配合物中に液体を含めるときに通常起こると予想される摩擦材料の圧縮中及び／又は硬化中の亀裂を回避するために、摩擦材料の製造について一般的に使用される。しかしながら、本発明は、他の成分と混合する前に液体腐食防止剤を粒状無機多孔質材料の孔内に取り込むことによって、摩擦材料中に液体腐食防止剤を含むことができる。腐食防止剤の飽和レベルは、摩擦材料の強度と腐食防止剤の腐食防止効果とのバランスをとるために慎重に制御される。

好ましくは、本発明の方法は、粒状無機多孔質材料に腐食防止剤を含浸させる予備工程を含む。

含浸された粒状無機多孔質材料と混合される他の出発成分は、一般的に使用される摩擦材料成分である。適切な成分及び適切な相対量の例は、以下により詳細に考察される。

本発明の製品及び方法は、特にブレーキ用途のために、摩擦材料の製造の容易さ又は強度若しくは靭性を損なうことなく、摩擦材料における腐食を低減するという課題を克服する。

実施例２試験結果を示す。 実施例２の試験結果を示す。 実施例２の試験結果を示す。

（詳細な説明）
粒状多孔質材料
本発明の摩擦材料は、腐食防止剤を含浸させた粒状無機多孔質材料を含む。

適切な粒状多孔質材料には、ケイ酸カルシウム、１次ケイ酸塩、無機繊維ボール、バーミキュライト、ハロサイト、ゼオライト、多孔質酸化鉄、及び雲母状酸化鉄が含まれる。

これらの材料は、様々な特性のために腐食防止剤用の適切な担体である。例えばこれらの材料は、多孔質であると同時に、８００℃まで又はそれ以上でさえも耐熱性であり、これは劣化を避けるために摩擦材料において重要である。摩擦材料は、例えば制動中などの大きくて急激な温度変化に耐えなければならない。

これらの材料はまた、その高い比表面積のために適切であり得る。比表面積は、例えば試験方法ＩＳＯ９２７７：２０１０に従って測定されるＢＥＴ（Brunauer-Emmett-Teller）表面積としてｍ^２／ｇで測定される。これは、細孔内部の表面積を含み、そして、吸収された腐食防止剤を保持する粒状無機多孔質材料の能力の指標である。粒状多孔質材料は、３０〜５０ｍ^２／ｇのＢＥＴ値を有することができる。

粒状無機多孔質材料は、好ましくは５μｍ〜３ｍｍ、例えば５μｍ〜１ｍｍ、例えば５μｍ及び３００μｍの数平均粒径を有する。より小さい粒子は腐食防止剤を吸収するのに十分な大きさの孔を有さないであろうし、一方、より大きい粒子は、製造中の摩擦材料のための成分の混合中に適切に分布し得ないため、この粒径範囲は好ましいであろう。

粒状多孔質材料が、ケイ酸カルシウム、１次ケイ酸塩、バーミキュライト、ハロサイト、ゼオライト、多孔質酸化鉄、及び雲母酸化鉄から選択される場合、数平均直径は、好ましくは５μｍ〜３００μｍ、より好ましくは数平均粒径は３５〜８５μｍであり得る。これらの材料の数平均粒径は、例えばレーザー回折法によって測定することができる。

本発明において粒状多孔質材料として無機繊維ボールを用いる場合、その繊維ボールの重量平均粒径は、好ましくは０．５〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．６〜１ｍｍである。これは、例えば篩い分け及び秤量技術によって算出することができる。

これらの材料の表面極性はまた、それが担持している腐食防止剤の極性と適合性がある場合、特に腐食防止剤が液体又は溶液である場合に、有利であり得る。

これらの材料の孔径は、室温で混合しながら腐食防止剤の液体溶液を浸透させるのに十分に大きくなければならない。例えば、最小孔径は少なくとも０．０１μｍであり得る。孔径は、ホットプレス中に粒子内に液体を保持するのに十分に小さくなければならない。例えば、最大孔径は５ミクロン以下であり得る。孔径は、ＩＳＯ１６９０１−２：２００６を使用して測定することができる。

吸油量は、これらの物質に吸収される可能性のある腐食防止剤の最大レベルと相関している。吸油量は、ＩＳＯ７８７−５：１９８０に従って決定することができる。無機多孔質材料の吸油量は、好適には１００〜５００、好ましくは２００〜４００、例えば約３００である。多孔質ケイ酸カルシウム粒子は１００〜３００％の吸油能力を有することができる。この吸油能力は、ＡＳＴＭ Ｄ２８１−３１を用いて測定される。

さらに粒状多孔質材料は、好ましくは健康及び安全要件を満たさなければならない。

ケイ酸カルシウム、例えばPromaxon（登録商標）として知られている合成ゾノトライト（xonotlite）が特に好ましい。ゾノトライトは、化学式Ｃａ_６Ｓｉ_６Ｏ_１７（ＯＨ）_２を有する。この材料の形態は、それが液体及び固体材料の理想的な担体であるようなものである。硬質の外殻と組み合わされた内部が多孔質の針状構造はこの機能を可能にする。ケイ酸カルシウムは、化学的適合性であるため、腐食防止剤がアルカリ珪酸塩である場合に特に有利であり、腐食防止剤を孔の中に浸透させるための容易な加工を促進する。

好ましくは粒状無機多孔質材料はケイ酸カルシウム材料である。ケイ酸カルシウム粒状多孔質材料は、１５４０℃もの高い溶融温度を有することができ、これは、高温にさらされる摩擦材料、例えばブレーキパッド中に含めるのに極めて適している。

本発明での使用に適した他の種類の粒状無機多孔質材料は、無機繊維ボールである。本明細書で使用される無機繊維ボールは、「ボール」を形成する織り合わされた又は絡み合った無機繊維、すなわち凝集した無機繊維である。これらの無機繊維ボール又は凝集体はまた、顆粒とも呼ばれる。繊維ボールは、互いに絡み合っていないゆるい又は分散した繊維とは異なる。

無機繊維ボールの無機繊維の長さ及び直径は、広範囲に変動し得る。好ましくは無機繊維ボールを形成する無機繊維の無機繊維重量平均長さは１００〜３００μｍ、例えば１２５〜１７５μｍである。同じ繊維の重量平均直径は、好ましくは４〜１５μｍ、例えば５〜１０μｍである。

重量平均繊維ボール径は１．５ｍｍ以下が好ましい。任意選択的に、繊維ボールは０．５ｍｍから１．５ｍｍ、好ましくは０．６ｍｍから１ｍｍの範囲の加重平均直径を有する。

繊維ボールのサイズは篩を使用して決定される。特定のメッシュを有する篩に残った繊維ボールの各質量が決定される。得られたデータから、繊維ボールサイズの重量平均が計算される。

腐食防止剤用の担体として繊維ボールを使用する利点は、例えば制動のために使用されるとき、摩擦材料の騒音及び振動の激しさを低減できることである。

無機繊維ボールはミキサーで製造することができる。混合プロセスによって、ばらばらの無機繊維が互いに撹拌されるか又は転がされて、凝集が生じて無機繊維ボールが形成される。ミキサーは好ましくは円運動を与える。好ましくはこの方法は、ミキサー中で無機繊維を液体と混合し、得られた混合物を乾燥して、得られた繊維ボールの堅さを改良することを含む。結合剤を使用して、繊維ボールの機械的強度を高めることができる。

好ましくは、粒状無機多孔質材料は実質的に球形の粒子形態を有する。

好ましくは、粒状無機多孔質材料は約３５〜８５μｍの粒径を有する。

好ましくは、粒状無機多孔質材料は、外部にミクロ孔を含み内部にマクロ孔を含む。この特別な構造は、腐食防止剤の制御放出を容易にし、そして異なる孔構造と比較して、より高度の飽和を補助することができる。商品名Promaxon（登録商標）で販売されている製品、例えばPromaxon（登録商標）-Dは適切な粒状物質である。

いくつかの実施態様において、粒状無機多孔質材料は５μｍ〜３００μｍの数平均粒径を有する粒子を含む。適切な材料は、ケイ酸カルシウム、１次ケイ酸塩、バーミキュライト、ハロサイト、ゼオライト、多孔質酸化鉄、及び雲母状酸化鉄のいずれかである。Promaxon（登録商標）などのケイ酸カルシウムが特に適している。

いくつかの実施態様において、粒状無機多孔質材料は０．５〜１．５ｍｍの重量平均粒径を有する粒子を含む。適切な材料は、無機繊維ボール、特にストーンウールなどの人造のガラス質繊維から作られたものである。

いくつかの実施態様において、粒状無機多孔質材料は粒径の混合物を含む。このような実施態様において、無機繊維ボールとより小さい材料（例えば、ケイ酸カルシウム、１次ケイ酸塩、バーミキュライト、ハロサイト、ゼオライト、多孔質酸化鉄、及び雲母状酸化鉄）の両方を、組み合わせて使用することができる。ケイ酸カルシウム粒子と無機繊維ボールとの組み合わせが特に好ましい。

腐食防止剤
腐食防止剤は、粒状多孔質材料の孔に吸収される。この相互作用によって、摩擦結合表面への腐食防止剤の制御された送達が可能である。

好ましい腐食防止剤はアルカリケイ酸塩を含む。アルカリケイ酸塩は、通常一般式ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏを有し、ここでＭはアルカリ金属である。本発明の方法で使用するのに適したアルカリケイ酸塩は、「水ガラス」として知られている形態でもよく、これはアルカリケイ酸塩の水溶液である。水ガラスの形態では、腐食防止剤はアルカリケイ酸塩の溶液である。ＳｉＯ_２：Ｍ_２Ｏの比がアルカリ度を決定する。本発明においては、アルカリ形態を利用することが好ましい。

水ガラス又は他の液体腐食防止剤を粒状多孔質材料の孔に取り込むことによって、これまで不可能であった摩擦材料への水ガラス又は他の液体腐食防止剤の提供が可能である。特に、摩擦材料は通常、乾式混合プロセスによって製造されるが、このプロセスは以前は、液体形態で供給されるいくつかの腐食防止剤の使用を排除してきた。本発明は、乾式摩擦材料成分プレミックスに導入することができる多孔質粒状物質中に腐食防止剤を分散させる便利な方法を可能にするため、有益である。

摩擦材料は好ましくは、摩擦材料のための出発材料添加に基づいて、摩擦材料全体の割合として少なくとも０．５重量％のアルカリケイ酸塩を含有する。より好ましくは摩擦材料は、少なくとも１重量％のアルカリケイ酸塩、例えば少なくとも２重量％のアルカリケイ酸塩を含有する。より少ない量では、アルカリ性ケイ酸塩を含まない摩擦材料と比較して、腐食、効率、及び摩耗の顕著な改善を示さないかもしれない。摩擦材料は好ましくは、摩擦材料全体の割合として１０重量％以下のアルカリケイ酸塩を含有する。より好ましくは摩擦材料は、９重量％以下のアルカリケイ酸塩、例えば８重量％以下のアルカリケイ酸塩を含有する。より多い量は、摩擦材料の過度の研磨を引き起こすかもしれず、これは望ましくない高レベルの摩擦及び摩耗をもたらす可能性がある。最終摩擦材料では、例えば水ガラス中で溶媒として使用される水は、例えば水和水として孔内に保持され得るか、又は水の一部又は全部が製造工程中に蒸発する可能性がある。最終生成物中の乾燥ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏレベルに基づくアルカリケイ酸塩のレベルは、好ましくは０．２〜５重量％、好ましくは０．４〜３重量％の範囲である。

アルカリケイ酸塩が摩擦材料の割合として０．５重量％〜１０重量％の量で含まれる場合、アルカリケイ酸塩は、アルカリケイ酸塩を含まない摩擦材料と比較して、摩擦材料の腐食及び摩擦性能を改善し、磨耗速度を低減させ得る。

粒状無機多孔質材料に対して、液体腐食防止剤は、５〜２００％ｗ／ｗ、好ましくは１０〜１００％ｗ／ｗ、より好ましくは２５〜７５％ｗ／ｗの飽和度で存在してもよい。この量は、粒状無機多孔質材料の重量に対するものであり、例えば２５％ｗ／ｗの腐食防止剤が粒状無機多孔質材料の孔に吸収される場合、腐食防止剤：粒状無機多孔質材料の比率は２５：１００である。飽和レベルは、油吸収試験ＩＳＯ７８７−５：１９８０に対応する方法を使用して、所定の質量の多孔質材料によって吸収され得る腐食防止剤溶液の質量を決定することによって測定することができる。

多孔質材料に関して、多孔質材料と腐食防止剤との組み合わせの乾燥重量に対する腐食防止剤の乾燥重量の百分率として表すと、腐食防止剤は１．５〜５０重量％、好ましくは３〜４５重量％、より好ましくは１３〜４５重量％、又は１３〜３５重量％、又は１４〜２８重量％の量で存在してもよい。乾燥重量測定は、物理的又は化学的に結合した水は除外する。

アルカリケイ酸塩は、さらなる加工工程を必要とせずに摩擦材料での使用において十分不活性であるため、腐食防止剤として好ましい。また、粒状多孔質材料がケイ酸カルシウム材料である場合、アルカリケイ酸塩はケイ酸カルシウムと化学的に相溶性であり、防食性アルカリケイ酸塩を粒状多孔質材料に吸収させやすくする。

アルカリケイ酸塩は摩擦面のｐＨを上昇させ、速度論的及び熱力学的条件を腐食に対して不利にする可能性がある。

アルカリケイ酸塩の中では、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムが好ましい。ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムは、水ガラスとして知られる水溶液として入手可能である。水ガラスは、環境、動物、又は人に有害であり得、かつその製造にエネルギーを使用し得る他のいかなる溶媒も必要としないという環境上の利点を有する。さらに、アルカリケイ酸塩の水溶液形態は摩擦材料の製造に便利である。

ケイ酸ナトリウムが特に好ましい。式ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのケイ酸ナトリウムは、その低コスト、容易な入手可能性、及び高い溶解速度のために、本発明における使用に適している。

好ましくはアルカリケイ酸塩は、ＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏ比が３．５以下、好ましくは３．２５以下のケイ酸ナトリウムである。ＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏの比は、好ましくは少なくとも１．６０、より好ましくは少なくとも３．００である。摩擦生成物がブレーキパッドとして使用されるとき、これらの比率はブレーキパッドとディスクの磨耗量を減少させることができる。

摩擦材料に取り込む前に、粒状無機多孔質材料は、湿分（例えば水）含有量が、粒状無機多孔質材料、腐食防止剤、湿分の総重量の重量百分率として表して、１０重量％以下、好ましくは５重量％以下、より好ましくは３重量％以下、最も好ましくは２重量％以下になるように乾燥させるのが好ましい。加熱工程を含むことがある摩擦材料の製造中に放出される蒸気が摩擦材料に亀裂を生じさせ、それが摩擦材料を弱めることがあるため、湿分を除去することによって、摩擦材料の強度が改善される。従って、発生し得る蒸気の量を減らすことによって、摩擦材料の靭性を向上させることができる。

乾燥工程は、能動的であるか、すなわち腐食防止剤を含浸させた粒状無機多孔質材料を加熱及び／又は除湿環境にさらすか、又は受動的、すなわち湿分を自然に蒸発させること、のいずれかであり得る。従って、好ましくは腐食防止剤は、摩擦材料を形成するために他の成分と混合する直前は、低含水量の固体形態である。粒状無機多孔質材料は、摩擦材料全体への腐食防止剤の良好な分散を可能にし、容易な加工を促進する。

摩擦材料
摩擦材料は、マトリックス中に分散され、本発明による腐食防止剤を含浸させた本発明の多孔質無機粒状材料を含む。

本発明は一般に摩擦材料に適用可能である。好ましい摩擦材料配合物は、一般的に非アスベスト有機物（ＮＡＯ）、低金属（low-met）、及び低鋼（low steel）として知られているものである。好ましくは、摩擦材料はＮＡＯ（非アスベスト有機（non-asbestos organic））タイプの摩擦材料である。この材料は有機結合剤を適切に含有する。

例示的なＮＡＯ摩擦材料は、腐食防止剤を含浸させた多孔質無機粒状材料に加えて、容量％ｖ／ｖで以下を含み得る：
１〜３０％の鉱物繊維、例えば３〜１５％
０〜３％の鋼繊維、例えば０〜１％
１〜４０％の研磨剤、例えば１０〜３０％
１〜２０％の固体潤滑剤、例えば５〜１２％、又は黒鉛の場合は５〜１５％
５〜４５％の結合剤、例えば５〜２５％の結合剤、好ましくは１０〜２０％
０〜１０％のアラミド繊維、好ましくは３〜７％
１〜２０％の無機及び有機充填剤、好ましくは３〜１０％。

摩擦材料は、「低金属」ＮＡＯ摩擦材料であってもよく、すなわちそれは少量、例えば０〜３０重量％、好ましくは０〜１０％の金属成分、例えば鋼繊維又は粉末を含有する。

例示的な低鋼摩擦材料は、腐食防止剤を含浸させた多孔質粒無機粒状材料に加えて、容量％ｖ／ｖで以下を含み得る：
０．５〜１．５％のフィブリル化有機繊維
８〜１５％の黒鉛
８〜２０％の無機充填剤
４〜１０％の鋼繊維
１１〜１４％のフェノール樹脂
０．５〜１０％の研磨剤
３〜８％のゴム
４〜１２％の固形潤滑剤
１０〜１５％の石油コークス
４〜８％の鉱物繊維。

摩擦材料は、「非鋼」ＮＡＯ摩擦材料、すなわち鋼成分を含まないＮＡＯ摩擦材料であり得る。非鋼摩擦材料は、真ちゅう、銅、アルミニウム、又は亜鉛などの他の金属を含み得る。

マトリックスは、非アスベスト、銅を含まないマトリックスであり得る。特に自動車ブレーキから銅を削減し最終的に排除するための現在及び将来の規制要件を満たすために、銅を含まないマトリックスが好ましい。

マトリックスは、低鋼又は非鋼マトリックスであり得る。これは、マトリックスが鋼繊維を全く含まないか又はわずかしか含まないことを意味する。特にマトリックスは、２０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは１０重量％未満、例えば３重量％未満、最も好ましくは１重量％未満の鋼繊維を含有し得る。マトリックスは鋼繊維を含まなくてもよい（非鋼マトリックス）。マトリックス中の鋼繊維の量を最小限にして、錆び、塵埃、騒音、及び振動の厳しさ及び摩擦材料の重量を減らすことが望ましい。

好ましくはマトリックスは、潤滑剤、研磨剤、有機結合剤、強化繊維、及び充填剤を含む。マトリックス中の研磨剤は、摩擦材料中のＭＭＶＦとは異なる材料であることが好ましい。

適切な研磨剤は、石英、アルミナ、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化クロムを含む金属酸化物及び金属ケイ酸塩を含む。研磨剤は必要とされる硬さに応じて選択することができる。摩擦材料中の研磨剤の量は、摩擦材料の１〜２０体積％、好ましくは５〜１７体積％、より好ましくは８〜１４体積％であり得る。

適切な潤滑剤としては、黒鉛などの固体潤滑剤、ならびに硫化アンチモン、硫化スズ、硫化銅、及び硫化鉛などの金属硫化物が挙げられる。潤滑剤は、摩擦材料の１〜２０体積％、好ましくは５〜１７体積％、より好ましくは８〜１４体積％の量で含まれてもよい。

適切な有機結合剤原料としては、熱硬化性有機結合剤、例えばフェノール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、縮合多核芳香族樹脂、シリコーン変性樹脂、フェノールシロキサン樹脂、シアネートエステル樹脂、エポキシ変性樹脂、アクリレート、メタクリレート、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、セルロースエステル、ポリビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ニトロセルロース、塩素化ゴム、スチレンブタジエンゴム、及びポリイミド樹脂が挙げられ、さらに硬化剤、架橋剤、及び溶剤を含むことができる。特に好ましい結合剤は、フェノール樹脂、例えばフェノール−ホルムアルデヒド（ノボラック）系樹脂である。結合剤はまた、エポキシ樹脂などの強化剤を含んでもよい。

好ましくはマトリックスは、結合剤として作用する有機熱硬化性樹脂を含む。特に好適な有機熱硬化性樹脂は、フェノールホルムアルデヒド樹脂などのフェノール樹脂を含む。

有機結合剤は、摩擦材料の５〜４５体積％、好ましくは５〜２５体積％、より好ましくは１０〜２０体積％の量で存在してもよい。

充填剤は、有機物、無機物、又は有機物と無機物の混合物であり得る。充填剤は摩擦材料の体積を増やすために添加される。適切な充填剤としては、摩擦粉剤、ゴム粉末、チタン酸カリウム（例えば、ウィスカー又は繊維形態）、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、雲母、アルカリ金属チタン酸塩、三酸化モリブデン、カシューダスト、シリマナイト、ムライト、酸化マグネシウム、シリカ、及び酸化鉄が挙げられる。充填剤は、摩擦材料のいくつかの特性を改良するのに役割を果たすことができ、例えば、これらは熱安定性又は騒音減少を向上させることができる。使用される特定の充填剤は、摩擦材料の他の成分にも依存し得る。雲母、カシューダスト、ゴムダストは、ノイズサプレッサーとして知られている。好ましい充填剤には、ＢａＳＯ_４、石油コークス、Ｃａ（ＯＨ）_２、雲母、鉄粉、ゴム粉末、摩擦材料ダスト、及びチタン酸カリウム（例えば、ウィスカー又は繊維形態）などのバライトが含まれる。

適切な強化繊維をマトリックスに添加することができる。例えばマトリックスは、人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ（man-made vitreous fibres））、特にストーンウール繊維、他の種類の鉱物繊維、及び／又はKevlar（登録商標）などのアラミド繊維を含み得る。例えばこれらの繊維を加えて、ヤング率を高め、摩擦材料の靭性を高めることができる。適切なＭＭＶＦは、５〜１０μｍの範囲の数平均繊維直径、５０〜１０００μｍの範囲の長さ、好ましくは１００〜７５０μｍの範囲の長さを有し、そして低粒子含有量、例えば１重量％未満、好ましくは０．５重量％未満を有する。適切なＭＭＶＦの例は、Roxul製品ラインのLapinus Fibers、例えばRoxul 1000 Rock Brake製品、例えばRoxul 1000 RB 280やRB 205から入手可能である。

摩擦材料は以下の工程に従って調製される：
ａ．その孔内に吸収された腐食防止剤を含む粒状無機多孔質材料を、他の出発材料と混合して混合物を形成する工程；
ｂ．混合物を型に入れる工程；
ｃ．型内の混合物を１０〜７０ＭＰａの圧力にさらす工程。

好ましくは、混合工程は乾式混合工程である。乾式混合は、摩擦材料に関する業界標準であるため好ましい。さらに湿式混合プロセスは、製造中の湿分の蒸発のために、脆い摩擦材料をもたらす可能性がある。本発明は、液体腐食防止剤を粒状無機多孔質材料内に取り込むことによって、その問題を回避する。

プレス工程は、ホットプレスでもコールドプレスでもよい。好ましくはその条件は、１２０〜１８０℃、好ましくは１５０〜１７０℃の温度、及び２０〜４０ＭＰａの圧力である。

場合により後続の硬化工程が使用される。これは、例えば樹脂結合剤を硬化させることでもよい。硬化は段階的方法で行うことができ、すなわち温度が、周囲温度から、少なくとも１５０℃、好ましくは少なくとも１８０℃、例えば２００℃以上、さらに最大２５０℃まで、好ましくは最大２１５℃の硬化温度まで上昇され、次に数時間、例えば２〜８時間、好ましくは４〜６時間、硬化温度に維持され、続いて冷却段階が行われる。

この方法は好ましくは、粒状無機多孔質材料の孔に腐食防止剤を含浸させる予備工程を含む。粒状無機多孔質材料は、それ自体の重量の５％〜２００％の腐食防止剤を担持することができる。好ましくは粒状無機多孔質材料は、それ自体の重量の２５〜７０％の腐食防止剤を有する。この量の腐食防止剤は、加工の容易さならびに摩擦材料の靭性及び強度を維持しながら、摩擦材料表面への腐食防止剤の最適に制御された送達を提供し得る。含浸は、混合しながら粒状無機多孔質材料に液体形態の腐食防止剤を接触させることにより実施することができ、例えば流動床ミキサー上に噴霧するか、又は全ての液体が加熱有り若しくはなしで吸収されるまで低剪断ミキサー中で混合することによって、例えば１〜６０分間、例えば５〜２０分間行われる。

好ましくは、粒状無機多孔質材料は、腐食防止剤を含浸させた後でかつ摩擦材料の他の成分と混合する前に、乾燥工程に付される。乾燥工程は、例えば温度を上昇させるか及び／又は湿度を低下させる能動的工程であり得るか、又は湿分を自然に蒸発させる受動的工程であり得る。この工程は、摩擦材料の製造プロセスのホットプレス工程中に放出される蒸気の量を減らすことによって、摩擦材料の強度を向上させることができる。

実施例１
Promaxon（登録商標）-Dとして商業的に知られている粒状多孔質ケイ酸カルシウム材料に、Crystal 0075水ガラスを０、５０、１００、１５０、及び２００ｗ／ｗ％の量で含浸させた。言い換えれば、ある量の水ガラスが粒状多孔質ケイ酸カルシウム材料に吸収され、それが、水ガラス中の自身の重量の０％、５０％、１００％、１５０％又は２００％を担持するようにした。水ガラス中のＳｉＯ_２：Ｎａ_２Ｏ比は３．２２であった。７％の体積％の含浸粒状多孔質材料を以下の処方に従って他の成分と混合し、そして型内で１６０℃及び２８ＭＰａで圧力をかけてＮＡＯ、非鋼摩擦材料を形成した。

組成物を５時間かけて２１０℃まで加熱し、２１０℃で４時間維持し、そして２時間かけて室温に冷却して硬化させた。

さらに、粒状無機多孔質材料Promaxon（登録商標）-Dを除外した参照試料を作製した。

摩擦材料を摩擦、摩耗、及び腐食性能について評価した。

摩擦材料は、鋼ローターで試験するためのブレーキパッドとして調製した。実施された試験は、Ｋｒａｕｓｓ ＥＣＥＲ ９０グローバル規格摩擦性能であった。

摩擦材料（ブレーキパッド）及びローターの摩耗は、ＳＡＥ Ｊ２７０７摩耗から改変した試験方法に従って測定した。

摩擦材料及びローターの腐食は、スティクションのレベルを決定するためのＡＳＴＭＢ１１７に基づく試験により測定された。試験は、５重量％のＮａＣｌとＭｇＣｌ（１：１重量）の水性腐食性液体でブレーキパッドと材料を予備調整し、続いてブレーキディスクに固定し、４０℃で相対湿度１００％の気候室に２４時間導入し、次に室温で相対湿度７０％の気候室で７２時間乾燥させた。次に試験試料をスティクションについて検査し、剥離後にディスクとパッドの表面を腐食について検査する。

参照試料（粒状無機多孔質材料なし）は試験中に非常に激しいスティクションを受けた。ブレーキパッドの表面の８０％が腐食で覆われていた。

粒状無機多孔質材料を有するが孔内に腐食防止剤を含浸させていない試料では、試験の結果、激しいスティクションが生じた。パッドとディスクとの間の表面の８０％が腐食で覆われていた。

その重量の２５％の水ガラスを担持する粒状無機多孔質材料を含む試料では、中程度のスティクションが発生し、パッドとディスクとの間の表面の４０％が腐食で覆われていた。これは、参照試料及び腐食防止剤含有量が０％である試料を超える明らかな改善である。

その重量の５０％の水ガラスを担持する粒状無機多孔質材料を含む試料では、スティクションは発生せず、パッドとディスクとの間の表面のわずか２０％のみが腐食で覆われていた。これは、以前の試料よりもさらに明確な改善である。

その重量の１００％の水ガラスを担持する粒状無機多孔質材料を含む試料では、スティクションは発生せず、パッドとディスクとの間の表面のわずか１０％のみが腐食で覆われていた。これは、以前の試料よりもさらに明確な改善である。

５０ｗ／ｗ％及び１００ｗ／ｗ％の水ガラスを含浸させた粒状多孔質ケイ酸カルシウム材料を取り込んだ摩擦材料について、最良の結果が得られた。

実施例２
摩擦材料は、出発材料を混合し、ブレーキパッドを形成するための上記実施例１のプロセス条件を用いて型内で混合物を加圧することによって、調製した。配合物は、以下のとおりの低金属配合物であった。

粒状無機多孔質材料は、Promaxon（登録商標）-Dとして商業的に知られているケイ酸カルシウムであった。これは、摩擦材料用の他の成分と混合する前に、Crystal 0075水ガラス（実施例１と同じ組成の水ガラス）を含浸させた。多孔質材料中で飽和度の異なる水ガラスを有する６つの試料を調製した：多孔質材料は、それ自身の重量の０％、２５％、５０％、７５％、１００％、及び１２５％の水ガラスを担持した。ブレーキパッドの形態の試料摩擦材料を調製して、異なる飽和レベルで性能を比較した。

自動車のブレーキシステムをシミュレートするために、ブレーキパッドを鋼製ローターを用いて試験した。
グローバル規格摩擦性能についてのＫｒａｕｓｓ ＥＣＥ Ｒ９０付属文書（一定トルク）ヨーロッパ認定試験手順に従って試験を行って、各試料の摩擦係数を決定した。

ブレーキパッド及びローターの磨耗は、ＳＡＥ Ｊ２７０７磨耗手順の改変版に従って試験した。

図で使用されているコードの数字は、水ガラスの比率を示している。
図１、２、及び３は実施例２の試験結果を示す。
図１に見られるように、ケイ酸ナトリウム液体溶液の含有量の増加と共に、平均摩擦レベル、平均コールドセクション摩擦レベル、及び平均フェードセクション摩擦レベルが増加した。これら３つの摩擦セクションはブレーキパッドの開発に極めて重要である。

図２は、ケイ酸ナトリウム液体溶液の含有量の増加に伴うパッドとローターの摩耗の挙動を示す。どちらも効果がマイナスになる特定の点まで改善を示している。ディスクとパッドの摩耗の比率は、２５〜７０％のケイ酸ナトリウム液体溶液の含有率に最適化されている。

摩擦と摩耗の結果を図３に示す。

μＦ１とμＦ２のセクションでは、液体溶液の量が多いほど、フェード摩擦レベルが高くなり、μＦ２以降のすべての摩擦セグメントレベルも高くなることが明らかである。

粒状無機多孔質材料がそれ自体の重量の１２５％を超える腐食防止剤溶液を担持する場合、結果の改善が止まる。

ディスク摩耗の観点からは、最大５０％の液体溶液含浸まで改善があることは明らかである。５０％を超えると悪化する。

実施例１の腐食防止剤の試験と組み合わせたこれらの結果から、本発明者らは、最良の含浸率は以下の通りであると結論する：
２５、５０、及び７５％、すなわち粒状無機多孔質材料は、最良の結果を得るために、それ自体の重量の２５〜７５％の腐食防止剤を担持する。

特定の理論に拘束されるつもりはないが、４つの要因の組み合わせがこれらの結果に影響を与えると考えられる：
− 摩擦材料の加工。含浸量が多いほど、ホットプレス後に摩擦材料に亀裂が入る可能性が高くなる。
− 腐食とスティクション改善への影響
− 摩擦性能への影響
− ディスク摩耗への影響。

結論
− 高い耐熱性を有する無機多孔質材料は、液体溶液用の担体として使用することができる。
− 腐食防止剤の液体溶液は、摩擦材料業界で効率化の大きな可能性を秘めている。
− 浸潤の量は５％（ｗ／ｗ）から飽和レベルまでである。Promaxon（登録商標）-Dの特定の場合では、これは５％〜２００％である。
− 最適な含浸量は、材料セグメント（ＮＡＯ、低金属、又は半金属）によって異なり、Promaxon Dの場合、これは２５〜７０％である。

Claims (23)

1. 粒状無機多孔質材料を含む摩擦材料であって、前記粒状多孔質材料は、その孔内に吸収された腐食防止剤を含む、上記摩擦材料。
2. 前記腐食防止剤が、アルカリケイ酸塩、好ましくはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、又はこれらの混合物を、例えば水溶液の形態で含む、請求項１に記載の摩擦材料。
3. 前記粒状無機多孔質材料が、Ｃａ_６Ｓｉ_６Ｏ_１７（ＯＨ）_２などのケイ酸カルシウム構造を含む、請求項１又は２に記載の摩擦材料。
4. 前記粒状無機多孔質材料が実質的に球形の形状を有する粒子を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦材料。
5. 前記粒状無機多孔質材料が５μｍ〜３００μｍの数平均粒径を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦材料。
6. 活性物質の非存在下で計算したとき、前記粒状無機多孔質材料が少なくとも４０ｍ^２／ｇのＢＥＴ比表面積を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦材料。
7. 活性物質の非存在下で測定したとき、前記粒状無機多孔質材料が１００〜５００の範囲、好ましくは１５０〜３００の範囲の吸油数を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の摩擦材料。
8. 前記粒状無機多孔質材料の乾燥重量と前記腐食防止剤中の乾燥物質の質量との組み合わせに対して、前記腐食防止剤中の乾燥物質の質量の百分率として表されたとき、前記腐食防止剤が１．５〜５０重量％の量で存在する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦材料。
9. 前記粒状無機多孔質材料が前記摩擦材料全体に均一に分散している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の摩擦材料。
10. ５〜４５重量％、好ましくは１０〜２０重量％の範囲の量の有機結合剤、例えば熱硬化性樹脂をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の摩擦材料。
11. 繊維をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の摩擦材料。
12. 人造ガラス質繊維（ＭＭＶＦ）をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の摩擦材料。
13. 前記ＭＭＶＦが、前記摩擦材料中に１〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％の範囲の量で存在する、請求項１２に記載の摩擦材料。
14. 前記ＭＭＶＦがストーンウール繊維を含む、請求項１２又は請求項１３に記載の摩擦材料。
15. 前記ストーンウール繊維が、５〜１０μｍの範囲の数平均直径、及び５０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜７５０μｍの範囲の数平均繊維長を有する、請求項１４に記載の摩擦材料。
16. 充填剤、潤滑剤、研磨剤、及びＭＭＶＦ以外の繊維をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の摩擦材料。
17. 前記粒状無機多孔質材料とその構造内に吸収されたアルカリケイ酸塩とが一緒になって、前記摩擦材料の１〜１０重量％、好ましくは２〜５重量％を構成する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の摩擦材料。
18. 前記粒状無機多孔質材料が繊維ボールを含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の摩擦材料。
19. 前記繊維ボールが人造ガラス質繊維を含む、請求項１８に記載の摩擦材料。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の摩擦材料を含む、ブレーキパッド。
21. 車両ブレーキシステムであって、ローター及び請求項１８に記載のブレーキパッドを含み、前記ローター及び前記ブレーキパッドが制動時に接触するように構成され、好ましくは前記ローターが金属製であり、さらに好ましくは電子式パーキングブレーキシステムである、車両ブレーキシステム。
22. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の摩擦材料を製造する方法であって、
    ａ）その孔内に吸収された腐食防止剤を含む粒状無機多孔質材料を、他の出発材料と混合して、混合物を形成することと；
    ｂ）前記混合物を型に入れることと；
    ｃ）前記型内の混合物を１０〜７０ＭＰａの圧力にさらすことと、
    を含む方法。
23. 前記粒状無機多孔質材料に前記腐食防止剤を含浸させる初期工程をさらに含み、好ましくは前記腐食防止剤が水溶液の形態である、請求項２２に記載の方法。

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