JP2024081464A - Friction material composition, friction material, and friction member - Google Patents

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JP2024081464A JP2022195109A JP2022195109A JP2024081464A JP 2024081464 A JP2024081464 A JP 2024081464A JP 2022195109 A JP2022195109 A JP 2022195109A JP 2022195109 A JP2022195109 A JP 2022195109A JP 2024081464 A JP2024081464 A JP 2024081464A
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恵美子 大門
靖仁 伊東
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Abstract

【課題】銅成分を含有しない、又は銅成分の含有量が0.5質量%未満と少量であっても、制動時にPM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の発生量が少なく、摩擦係数が大きいロースチール材を形成することができる、摩擦材組成物を提供する。
【解決手段】銅成分の含有量が銅元素として0.5質量%未満の摩擦材組成物であって、結合材と、スチール系繊維と、チタン酸塩とを含有し、前記スチール系繊維の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%以上、30質量%未満であり、前記チタン酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素の塩であり、前記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときの前記チタン酸塩の分解率が、30質量%以上、100質量%以下である、摩擦材組成物。
【選択図】なし
[Problem] To provide a friction material composition which, even if it does not contain a copper component or contains a small amount of copper component (less than 0.5 mass%), generates little fine wear dust such as PM10 and PM2.5 during braking and can form a low-steel material with a large friction coefficient.
[Solution] A friction material composition having a copper content of less than 0.5 mass% in terms of elemental copper, comprising a binder, steel-based fibers, and a titanate, the content of the steel-based fibers being 10 mass% or more and less than 30 mass%, relative to 100 mass% of the total amount of the friction material composition, the titanate being a salt of one or more elements selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals, and the decomposition rate of the titanate being 30 mass% or more and 100 mass% or less when heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere.
[Selection diagram] None

Description

本発明は、摩擦材組成物、並びに該摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材に関する。 The present invention relates to a friction material composition, and a friction material and a friction member using the friction material composition.

各種車両、産業機械等の制動装置を構成するディスクブレーキ、ドラムブレーキ等のブレーキ等に使用される摩擦材には、摩擦係数が大きく安定し、耐摩耗性が優れていること、相手材攻撃性が低いことが求められている。このような摩擦材は、繊維基材としてのスチール繊維やステンレス繊維等のスチール系繊維を30質量%以上60質量%未満の割合で含有するセミメタリック材;スチール系繊維を10質量%以上30質量%未満の割合で含有するロースチール材;スチール系繊維を含有しないNAO(Non-Asbestos-Organic)材の3種類に分類される。ただし、スチール系繊維を微量に含有する摩擦材もNAO材に分類される。 Friction materials used in brakes such as disc brakes and drum brakes that make up the braking devices of various vehicles and industrial machines are required to have a large and stable friction coefficient, excellent wear resistance, and low attack on the mating material. Such friction materials are classified into three types: semi-metallic materials that contain steel-based fibers such as steel fibers and stainless steel fibers as a fiber base material in a ratio of 30% to less than 60% by mass; low-steel materials that contain steel-based fibers in a ratio of 10% to less than 30% by mass; and NAO (Non-Asbestos-Organic) materials that do not contain steel-based fibers. However, friction materials that contain a small amount of steel-based fibers are also classified as NAO materials.

日本及び米国では、快適性が重視されることから、相手材攻撃性が低く、鳴き及び耐摩耗性のバランスに優れるNAO材が主流となっている。欧州では、アウトバーン等の高速制動時など、どんな条件でも効く摩擦材が好まれることから、ロースチール材が主流となっている。 In Japan and the United States, where comfort is important, NAO materials are mainstream because they are less aggressive to mating materials and have an excellent balance between noise and wear resistance. In Europe, low-steel materials are mainstream because friction materials that work under any conditions, such as high-speed braking on the autobahn, are preferred.

摩擦材に用いられる組成物(以下「摩擦材組成物」という)には、一般的に銅繊維や銅粉末が配合されている。銅の第一の役割としては、熱伝導率の付与が挙げられる。銅は熱伝導率が高いため、制動時に発生した熱を摩擦面から拡散させることで、過度の温度上昇による摩擦材の摩耗を低減すると共に、制動中の振動を抑制することができる。銅の第二の役割としては、高温制動時における摩擦面の保護が挙げられる。銅の展延性によって、制動時に摩擦材表面に延びて被膜を形成する。また、相手材表面に移行して凝着被膜(以下「トランスファーフィルム」という)を形成する。これらが保護膜として作用することよって、高温制動時に摩擦材の摩耗を低減すると共に、安定した摩擦係数の発現が可能となる。しかしながら、銅を含有する摩擦材は、制動時に生成する摩耗粉に銅を含み、河川、湖、海洋汚染等の原因になる可能性が示唆されていることから、米国のカリフォルニア州、ワシントン州では2025年以降は銅を0.5質量%以上含有する摩擦材の販売及び新車への組み付けを禁止する州法が発効されている。 Copper fibers and copper powder are generally blended into the composition used for the friction material (hereinafter referred to as the "friction material composition"). The first role of copper is to provide thermal conductivity. Since copper has high thermal conductivity, it can diffuse heat generated during braking from the friction surface, thereby reducing wear of the friction material due to excessive temperature rise and suppressing vibration during braking. The second role of copper is to protect the friction surface during high-temperature braking. Due to the malleability of copper, it spreads to the surface of the friction material during braking and forms a coating. It also migrates to the surface of the mating material to form an adhesive coating (hereinafter referred to as the "transfer film"). These act as protective films to reduce wear of the friction material during high-temperature braking and enable the expression of a stable friction coefficient. However, it has been suggested that friction materials containing copper contain copper in the wear powder generated during braking, which may cause river, lake, and marine pollution, etc., so in California and Washington, US, state laws have been put into effect to prohibit the sale and installation of friction materials containing 0.5 mass% or more of copper in new cars from 2025 onwards.

そこで、NAO材においては、銅以外のトランスファーフィルムを担う成分として、チタン酸塩が注目されている。チタン酸塩には、トンネル状結晶構造のチタン酸塩(例えば6チタン酸カリウム)、層状結晶構造のチタン酸塩(例えばチタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム)が存在し、摩擦材の用途に応じて、それぞれを単独、又は組み合わせて用いられている。例えば、非繊維状のチタン酸塩化合物粉末と体積基準累積50%粒子径(D50)が0.1μm~20μmの硫酸バリウム粉末とを含有する摩擦材組成物が提案されている(特許文献1)。 Therefore, in NAO materials, titanates have been attracting attention as a component that plays a role in the transfer film other than copper. Titanates include titanates with tunnel crystal structures (e.g., potassium hexatitanate) and titanates with layered crystal structures (e.g., lithium potassium titanate and magnesium potassium titanate), and are used alone or in combination depending on the application of the friction material. For example, a friction material composition containing a non-fibrous titanate compound powder and a barium sulfate powder having a volume-based cumulative 50% particle size (D 50 ) of 0.1 μm to 20 μm has been proposed (Patent Document 1).

国際公開第2018/164028号International Publication No. 2018/164028

ところで、ロースチール材においては、摩擦係数が大きく、効きの安定性が良いものの、相手材攻撃性が大きく、摩擦材およびローター(相手材)の摩耗粉塵によるホイール(車輪)の汚れが問題になっている。そのため、摩擦材中の銅成分の含有量を少なくするだけでなく、制動時の摩耗粉塵の量を低減することも求められている。摩耗粉塵の低減方法としては摩擦ブレーキの負荷を下げることが考えられ、その一つとして車のEV(電気自動車)化やハイブリッド化による回生協調ブレーキの普及が進められている。しかしながら、この場合、バッテリーが満充電の際にはその機構が作用せず、バッテリー搭載分の車重増のため、ブレーキにかかる負荷が増えるケースが想定されている。また、回生協調ブレーキも車種や走行条件にて回生のレベルが一様でないことから摩耗粉塵の低減効果は十分ではない。 Although low-steel materials have a large friction coefficient and good stability, they are highly aggressive to mating materials, and dirt on wheels caused by wear dust from the friction material and rotor (mating material) is a problem. Therefore, it is necessary not only to reduce the copper content in the friction material, but also to reduce the amount of wear dust during braking. One method of reducing wear dust is to reduce the load on the friction brakes, and one of these is the spread of regenerative braking by converting cars to electric vehicles (EVs) and hybrids. However, in this case, it is expected that the mechanism will not work when the battery is fully charged, and the load on the brakes will increase due to the increase in the weight of the car due to the battery. In addition, regenerative braking is not effective enough in reducing wear dust because the level of regeneration is not uniform depending on the car model and driving conditions.

さらに、欧州では2025年以降にブレーキエミッションが規制されることが予定されている。欧州委員会が2022年11月10日付で発表したEuro7の提案書では、従来の排気ガスエミッションの規制に加えブレーキ粉塵量を正式に規制すると記載されている。具体的にはPM(粒子状物質)10の値を2025年~2034年までは7mg/km/台以下、2035年以降は3mg/km/台以下にすることが提案されているが、従来のロースチール材はブレーキ粉塵量が多く、そのままでは達成が難しい。さらに、現在、PM2.5も議論されており、摩耗粉塵の粒子サイズも重視されている。 Furthermore, brake emissions are scheduled to be regulated in Europe from 2025 onwards. The Euro 7 proposal published by the European Commission on November 10, 2022 states that brake dust will be officially regulated in addition to the existing exhaust gas emissions regulations. Specifically, it is proposed that the PM (particulate matter) 10 value be 7 mg/km/vehicle or less from 2025 to 2034, and 3 mg/km/vehicle or less from 2035 onwards. However, conventional low-steel materials produce a lot of brake dust, making it difficult to achieve this as is. Furthermore, PM2.5 is currently being discussed, and the particle size of wear dust is also being emphasized.

一方で、高負荷領域の摩擦係数を与えるチタン酸塩としては、熱的に安定な結晶構造を有する6チタン酸カリウムが有力であるが、環境基準以上のWHOファイバー(長径が5μm以上、短径が3μm以下、及びアスペクト比が3以上の繊維状粒子)含有の懸念から、欧州を中心に使用が控えられつつある。WHOファイバー含有の懸念がないチタン酸塩として、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウムが知られているが、耐摩耗性は優れるものの、高負荷領域の摩擦係数が課題となっていることから、ロースチール材に適したチタン酸塩は知られていない。 On the other hand, potassium hexatitanate, which has a thermally stable crystal structure, is a promising titanate that provides a friction coefficient in the high load range, but its use is being discouraged, especially in Europe, due to concerns that it may contain WHO fibers (fibrous particles with a long axis of 5 μm or more, a short axis of 3 μm or less, and an aspect ratio of 3 or more) that exceed environmental standards. Lithium potassium titanate and magnesium potassium titanate are known as titanates that are free of concerns about containing WHO fibers, but although they have excellent abrasion resistance, the friction coefficient in the high load range is an issue, and no titanate suitable for low-steel materials is known.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、銅成分を含有しない、又は銅成分の含有量が0.5質量%未満と少量であっても、制動時にPM10(大気中に浮遊する粒子状物質のうち粒子径が10μm以下の粒子状物質)、PM2.5(大気中に浮遊する粒子状物質のうち粒子径が2.5μm以下の粒子状物質)等の微細な摩耗粉塵の発生量が少なく、摩擦係数が大きいロースチール材を形成することができる、摩擦材組成物、並びに該摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a friction material composition that does not contain a copper component or contains a small amount of copper component, less than 0.5 mass %, but generates little fine abrasion dust such as PM10 (particulate matter suspended in the air with a particle diameter of 10 μm or less) and PM2.5 (particulate matter suspended in the air with a particle diameter of 2.5 μm or less) during braking and can form a low-steel material with a high friction coefficient, as well as a friction material and friction member using the friction material composition.

本発明は、以下の摩擦材組成物、並びに該摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。 The present invention provides the following friction material composition, as well as a friction material and a friction member using the friction material composition.

項1 銅成分の含有量が銅元素として0.5質量%未満の摩擦材組成物であって、結合材と、スチール系繊維と、チタン酸塩とを含有し、前記スチール系繊維の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%以上、30質量%未満であり、前記チタン酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素の塩であり、前記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときの前記チタン酸塩の分解率が、30質量%以上、100質量%以下である、摩擦材組成物。 Item 1: A friction material composition having a copper content of less than 0.5% by mass in terms of elemental copper, the friction material composition comprising a binder, steel-based fibers, and a titanate, the content of the steel-based fibers being 10% by mass or more and less than 30% by mass relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition, the titanate being a salt of one or more elements selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals, and the decomposition rate of the titanate being 30% by mass or more and 100% by mass or less when the titanate is heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

項2 前記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率が、10質量%以上、100質量%以下である、項1に記載の摩擦材組成物。 Item 2. The friction material composition according to item 1, in which the production rate of titanate having a hollandite crystal structure when the titanate is heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere is 10% by mass or more and 100% by mass or less.

項3 前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム及びチタン酸マグネシウムカリウムのうち少なくとも一方である、項1または項2に記載の摩擦材組成物。 Item 3: The friction material composition according to item 1 or 2, wherein the titanate is at least one of lithium potassium titanate and magnesium potassium titanate.

項4 前記チタン酸塩が、板状粒子である、項1~項3のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 4: The friction material composition according to any one of items 1 to 3, wherein the titanate is a plate-like particle.

項5 前記チタン酸塩の平均粒子径が、0.1μm以上、100μm以下である、項1~項4のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 5. The friction material composition according to any one of items 1 to 4, wherein the titanate has an average particle size of 0.1 μm or more and 100 μm or less.

項6 前記チタン酸塩の比表面積が、0.1m/g以上、10m/g以下である、項1~項5のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 6. The friction material composition according to any one of Items 1 to 5, wherein the titanate has a specific surface area of 0.1 m 2 /g or more and 10 m 2 /g or less.

項7 前記チタン酸塩のアルカリ金属イオン溶出率が、0.01質量%以上、15質量%以下である、項1~項6のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 7. The friction material composition according to any one of items 1 to 6, wherein the titanate has an alkali metal ion elution rate of 0.01% by mass or more and 15% by mass or less.

項8 前記チタン酸塩の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、5質量%以上、30質量%以下である、項1~項7のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 8: The friction material composition according to any one of items 1 to 7, wherein the content of the titanate is 5% by mass or more and 30% by mass or less relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition.

項9 前記チタン酸塩の前記スチール系繊維に対する質量比(チタン酸塩/スチール系繊維)が、0.1以上、3.0以下である、項1~項8のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 9: The friction material composition according to any one of items 1 to 8, in which the mass ratio of the titanate to the steel-based fibers (titanate/steel-based fibers) is 0.1 or more and 3.0 or less.

項10 前記チタン酸塩の前記結合材に対する質量比(チタン酸塩/結合材)が、0.4以上、8.0以下である、項1~項9のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 10. The friction material composition according to any one of items 1 to 9, wherein the mass ratio of the titanate to the binder (titanate/binder) is 0.4 or more and 8.0 or less.

項11 前記スチール系繊維の平均繊維長が、0.1mm以上、5mm以下である、項1~項10のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 11: The friction material composition according to any one of items 1 to 10, wherein the average fiber length of the steel-based fibers is 0.1 mm or more and 5 mm or less.

項12 前記スチール系繊維が、カール状繊維である、項1~項11のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 12. The friction material composition according to any one of items 1 to 11, wherein the steel-based fibers are curled fibers.

項13 炭素系固体潤滑材の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%未満である、項1~項12のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。 Item 13. The friction material composition according to any one of items 1 to 12, wherein the content of the carbon-based solid lubricant is less than 10 mass % relative to 100 mass % of the total amount of the friction material composition.

項14 項1~項13のいずれか1項に記載の摩擦材組成物の成形体である、摩擦材。 Item 14: A friction material that is a molded product of the friction material composition described in any one of items 1 to 13.

項15 項14に記載の摩擦材を備える、摩擦部材。 Item 15: A friction member comprising the friction material described in Item 14.

本発明によれば、銅成分を含有しない、又は銅成分の含有量が0.5質量%未満と少量であっても、制動時にPM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の発生量が少なく、摩擦係数が大きいロースチール材を形成することができる、摩擦材組成物、並びに該摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a friction material composition that does not contain a copper component or contains a small amount of copper component (less than 0.5 mass%), but can form a low-steel material that generates little fine wear dust such as PM10 and PM2.5 during braking and has a high friction coefficient, as well as a friction material and a friction member that use the friction material composition.

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。ただし、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。 The following describes an example of a preferred embodiment of the present invention. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiment.

<1.摩擦材組成物>
本発明の摩擦材組成物は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して銅成分の含有量が銅元素として0.5質量%未満であって、結合材、スチール系繊維、及びチタン酸塩を含有し、スチール系繊維の含有量が、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して10質量%以上、30質量%未満であり、チタン酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素の塩であり、チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのチタン酸塩の分解率が、30質量%以上、100質量%以下であることを特徴とする。また、本発明の摩擦材組成物は、必要に応じて、その他材料を更に含有することもできる。なお、本明細書において「摩擦材組成物」とは、摩擦材に用いる組成物のことをいう。
<1. Friction material composition>
The friction material composition of the present invention has a copper content of less than 0.5 mass % in terms of copper element relative to 100 mass % of the total amount of the friction material composition, and is made of a binder, steel-based fibers, and titanium. The friction material composition contains a titanium oxide, the content of the steel fiber is 10% by mass or more and less than 30% by mass based on 100% by mass of the total amount of the friction material composition, and the titanate is an alkali metal and an alkaline earth metal. a salt of one or more elements selected from the group consisting of metals, the decomposition rate of the titanate being 30% by mass or more when the titanate is heated at 800° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere; The friction material composition of the present invention is characterized in that the content of the friction material is 100 mass % or less. In addition, the friction material composition of the present invention may further contain other materials as necessary. refers to a composition used in a friction material.

本発明においては、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して銅成分の含有量が銅元素として0.5質量%未満、好ましくは銅成分を含有しないことにより、従来の摩擦材組成物と比較して環境負荷を低減することができる。なお、本明細書において、「銅成分を含有しない」とは、銅繊維、銅粉、並びに銅を含んだ合金(真鍮、青銅等)及び化合物のいずれをも、摩擦材組成物の原材料として配合していないことをいう。 In the present invention, the content of copper component is less than 0.5 mass% as copper element relative to 100 mass% of the total amount of the friction material composition, and preferably no copper component is contained, so that the environmental load can be reduced compared to conventional friction material compositions. In this specification, "no copper component is contained" means that none of copper fibers, copper powder, and copper-containing alloys (brass, bronze, etc.) and compounds are blended as raw materials of the friction material composition.

また、本発明の摩擦材組成物は、上記の構成を備えるので、制動時にPM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の発生量が少なく、摩擦係数が大きいロースチール材を形成することができる。 In addition, because the friction material composition of the present invention has the above-mentioned configuration, it is possible to form a low-steel material that generates less fine wear dust such as PM10 and PM2.5 during braking and has a high friction coefficient.

従来、NAO材においては、銅以外のトランスファーフィルムを担う成分として、チタン酸塩が知られている。NAO材にチタン酸塩を配合することにより、被膜が形成され、相手材に移行してトランスファーフィルムが形成される。また、従来、ロースチール材は被膜を作りにくく、摩擦にてローターの鉄とスチール系繊維の鉄が融着を起こし、スチール系繊維がパッドから脱離しやすくなる。そのため、摩擦面に凹凸ができ、摩耗が加速し粉塵も多くなる。 Traditionally, titanate has been known as a component other than copper that plays a role in the transfer film in NAO materials. By blending titanate with NAO materials, a coating is formed, which then migrates to the mating material to form a transfer film. Traditionally, low-steel materials have been difficult to form a coating, and friction causes the iron of the rotor to fuse with the iron of the steel-based fibers, making the steel-based fibers more likely to detach from the pad. This creates unevenness on the friction surface, accelerating wear and increasing dust.

これに対して、本発明のように、スチール系繊維の含有量が10質量%以上、30質量%未満の摩擦材組成物にチタン酸塩を配合すると、予想に反して摩擦材表面の被膜が生成され難く、さらにスチール系繊維の脱離も起こり難い。これは摩擦熱でフェノール樹脂などの結合材とチタン酸塩とが反応し、生成した炭化物などが摩擦面に介在して、鉄同士の融着を防いでいると考えられる。そのため、スチール系繊維の脱離が抑えられ、摩耗が低減し、粉塵も減少したと考えられる。従って、本発明の摩擦材組成物により形成されるロースチール材では、制動時にPM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の発生量を少なくすることができる。また、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境負荷も低減することができる。 In contrast, when titanate is blended into a friction material composition containing 10% by mass or more and less than 30% by mass of steel-based fibers as in the present invention, contrary to expectations, a coating is unlikely to be formed on the surface of the friction material, and furthermore, the steel-based fibers are unlikely to detach. This is thought to be because the frictional heat causes a binder such as phenolic resin to react with the titanate, and the resulting carbides and other substances are present on the friction surface, preventing the fusion of iron to iron. Therefore, it is thought that the detachment of steel-based fibers is suppressed, wear is reduced, and dust is also reduced. Therefore, the low-steel material formed by the friction material composition of the present invention can reduce the amount of fine wear dust such as PM10 and PM2.5 generated during braking. In addition, since there is less copper in the wear dust generated during braking compared to conventional products, the environmental load can also be reduced.

また、本発明の摩擦材組成物に使用するチタン酸塩は、上述したように窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのチタン酸塩の分解率が、30質量%以上、100質量%以下である。上記チタン酸塩の分解率は、窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱した後の粉体中における未分解物(加熱前のチタン酸塩)の含有割合(質量%)を測定し、以下の式(1)により算出することができる。 As described above, the titanate used in the friction material composition of the present invention has a decomposition rate of 30% by mass or more and 100% by mass or less when heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The decomposition rate of the titanate can be calculated by measuring the content (mass%) of undecomposed material (titanate before heating) in the powder after heating at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere and using the following formula (1).

分解率(質量%)=100-未分解物の含有割合…式(1) Decomposition rate (mass%) = 100 - percentage of undecomposed matter...Equation (1)

より具体的には、窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱した前後のサンプルについて、それぞれ、X線回折測定を行うことにより、上記チタン酸塩の未分解物の含有割合を求めることができる。 More specifically, the percentage of undecomposed titanate can be determined by performing X-ray diffraction measurements on samples before and after heating at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

例えば、加熱前後のサンプルそれぞれと、標準シリコン粉末とを混合して得られた混合物のX線回折スペクトルを、X線回折測定装置を用いて測定する。標準シリコン粉末としては、例えば、レアメタリック社製、シリコン粉末(純度99.9%)を用いることができる。また、加熱後のサンプル(粉体)と標準シリコン粉末との質量比は、例えば、サンプル:シリコン=1:0.1~1:1とすることができる。 For example, the X-ray diffraction spectrum of the mixture obtained by mixing the sample before and after heating with standard silicon powder is measured using an X-ray diffraction measurement device. As the standard silicon powder, for example, silicon powder (purity 99.9%) manufactured by Rare Metallic Co., Ltd. can be used. In addition, the mass ratio of the sample (powder) after heating to the standard silicon powder can be, for example, sample:silicon = 1:0.1 to 1:1.

次に、得られたX線回折パターンの回折角2θ=10.9°~11.6°に観察される加熱前のチタン酸塩及び加熱後のチタン酸塩の未分解物に由来するピーク、並びに回折角2θ=28.0°~28.7°に観察される標準シリコン粉末に由来するピークの積分強度をそれぞれ測定する。そして、標準シリコン粉末で規格化した後の加熱前のチタン酸塩のピークの積分強度に対する加熱後のチタン酸塩の未分解物の積分強度の比から、上記チタン酸塩の未分解物の含有割合を求めることができる。 Next, the integrated intensities of the peaks observed in the obtained X-ray diffraction pattern at diffraction angles 2θ = 10.9° to 11.6° derived from the titanate before heating and the undecomposed titanate after heating, and the peaks observed in the diffraction angles 2θ = 28.0° to 28.7° derived from the standard silicon powder, are measured. The content of the undecomposed titanate after heating can be determined from the ratio of the integrated intensity of the peak of the titanate before heating after normalization with the standard silicon powder to the integrated intensity of the peak of the titanate after heating.

なお、X線回折測定は、広角X線回折法によって行うことができ、CuKα線(波長1.5418Å)を用いることができる。X線回折測定装置としては、例えば、リガク社製、品番「UltimaIV」を用いることができる。 The X-ray diffraction measurement can be performed by wide-angle X-ray diffraction method, and CuKα radiation (wavelength 1.5418 Å) can be used. As an X-ray diffraction measurement device, for example, Rigaku Corporation's "Ultima IV" can be used.

本発明者らは、摩擦材組成物に使用するチタン酸塩の分解率を上記範囲内とすることにより、摩擦材に用いたときに、摩擦係数を大きくすることができることを見出した。特に、本発明においては、摩擦材の高負荷領域の摩擦係数も大きくすることができる。 The inventors have found that by setting the decomposition rate of the titanate used in the friction material composition within the above range, it is possible to increase the friction coefficient when used in a friction material. In particular, in the present invention, it is possible to increase the friction coefficient of the friction material in the high load range.

具体的には、窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのチタン酸塩の分解率が上記範囲内にあるチタン酸塩を用いた場合、高負荷摩擦(高負荷領域)においてホランダイト型結晶構造のチタン酸塩を生成すると考えられる。ホランダイト型結晶構造を有する粒子は、他の構造のチタン酸塩よりも硬い粒子であることから、高負荷摩擦においては研削材として作用し、摩擦係数が大きくなるものと考えられる。なお、上記窒素雰囲気は、例えば、パッドとローターが摩擦しているときの界面状態(酸素が遮断されている状態)を想定して設定したものである。 Specifically, when a titanate whose decomposition rate is within the above range when heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere is used, it is believed that a titanate with a hollandite crystal structure will be generated under high load friction (high load region). Since particles with a hollandite crystal structure are harder than titanates with other structures, they act as an abrasive under high load friction and have a large friction coefficient. The above nitrogen atmosphere is set assuming, for example, the interface state (state where oxygen is blocked) when the pad and rotor are rubbing against each other.

例えば、上記チタン酸塩がチタン酸リチウムカリウムである場合の上記分解率は、摩擦材の摩擦係数をより一層大きくし、摩擦係数の安定性をより一層向上させる観点から、好ましくは40質量%以上、より好ましくは55質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上であり、好ましくは100質量%以下である。 For example, when the titanate is lithium potassium titanate, the decomposition rate is preferably 40% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more, and preferably 100% by mass or less, from the viewpoint of further increasing the friction coefficient of the friction material and further improving the stability of the friction coefficient.

また、例えば、上記チタン酸塩がチタン酸マグネシウムカリウムである場合の上記分解率は、摩擦材の摩擦係数をより一層大きくし、摩擦係数の安定性をより一層向上させる観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上、さらに好ましくは75質量%以上であり、好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは89質量%以下である。 For example, when the titanate is magnesium potassium titanate, the decomposition rate is preferably 50% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, and even more preferably 75% by mass or more, from the viewpoint of further increasing the friction coefficient of the friction material and further improving the stability of the friction coefficient, and is preferably 95% by mass or less, and even more preferably 89% by mass or less.

本発明の摩擦材組成物に使用するチタン酸塩は、窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率が、10質量%以上、100質量%以下であることが好ましい。上記生成率は、上記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱した後の粉体中におけるホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の含有割合(質量%)を測定することにより得ることができる。 The titanate used in the friction material composition of the present invention preferably has a production rate of titanate with a hollandite crystal structure of 10% by mass or more and 100% by mass or less when heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The production rate can be obtained by measuring the content (mass%) of titanate with a hollandite crystal structure in the powder after heating the titanate at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

より具体的には、上記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱した後の粉体について、X線回折測定を行うことにより、ホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の含有割合を求めることができる。 More specifically, the titanate is heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and then the resulting powder is subjected to X-ray diffraction measurement to determine the content of titanate with a hollandite crystal structure.

例えば、加熱後のサンプル(粉体)と、標準シリコン粉末とを混合して得られた混合物のX線回折スペクトルを、X線回折測定装置を用いて測定する。標準シリコン粉末としては、例えば、レアメタリック社製、シリコン粉末(純度99.9%)を用いることができる。また、加熱後のサンプル(粉体)と標準シリコン粉末との質量比は、1:0.1~1:1とすることができる。 For example, the X-ray diffraction spectrum of the mixture obtained by mixing the heated sample (powder) with standard silicon powder is measured using an X-ray diffraction measurement device. As the standard silicon powder, for example, silicon powder (purity 99.9%) manufactured by Rare Metallic Co., Ltd. can be used. In addition, the mass ratio of the heated sample (powder) to the standard silicon powder can be 1:0.1 to 1:1.

次に、得られたX線回折パターンの回折角2θ=10.9°~11.6°に観察される未分解物(加熱前のチタン酸塩)に由来するピーク、回折角2θ=27.5°~28.0°に観察されるホランダイト型結晶構造のチタン酸塩に由来するピーク、回折角2θ=28.0°~28.7°に観察される標準シリコン粉末に由来するピークの積分強度をそれぞれ測定し、予め作成した検量線(標準シリコン粉末に由来するピークとホランダイト型結晶構造のチタン酸塩に由来するピークの積分強度検量線)から、ホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の含有割合(質量%)を算出することができる。 Next, the integrated intensities of the peaks from the undecomposed material (titanate before heating) observed at diffraction angles 2θ = 10.9° to 11.6° in the obtained X-ray diffraction pattern, the peaks from the titanate with a hollandite crystal structure observed at diffraction angles 2θ = 27.5° to 28.0°, and the peaks from the standard silicon powder observed at diffraction angles 2θ = 28.0° to 28.7° are measured, and the content (mass%) of the titanate with a hollandite crystal structure can be calculated from a calibration curve created in advance (integral intensity calibration curve of the peaks from the standard silicon powder and the peaks from the titanate with a hollandite crystal structure).

例えば、上記チタン酸塩がチタン酸リチウムカリウムである場合のホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率は、摩擦材の摩擦係数をより一層大きくし、摩擦係数の安定性をより一層向上させる観点から、好ましくは20質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上であり、好ましくは100質量%以下である。 For example, when the titanate is lithium potassium titanate, the production rate of the titanate having a hollandite crystal structure is preferably 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, and preferably 100% by mass or less, from the viewpoint of further increasing the friction coefficient of the friction material and further improving the stability of the friction coefficient.

また、例えば、上記チタン酸塩がチタン酸マグネシウムカリウムである場合のホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率は、摩擦材の摩擦係数をより一層大きくし、摩擦係数の安定性をより一層向上させる観点から、好ましくは15質量%以上、より好ましくは30質量%以上であり、好ましくは90質量%以下、より好ましくは75質量%以下、さらに好ましくは60質量%以下、特に好ましくは45質量%以下である。 For example, when the titanate is magnesium potassium titanate, the production rate of the titanate having a hollandite crystal structure is preferably 15% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, even more preferably 60% by mass or less, and particularly preferably 45% by mass or less, from the viewpoint of further increasing the friction coefficient of the friction material and further improving the stability of the friction coefficient.

以下、本発明の摩擦材組成物について、より詳細に説明する。 The friction material composition of the present invention will be described in more detail below.

(1-1.結合材)
本発明の摩擦材組成物に使用する結合材は、摩擦材組成物に含まれるスチール系繊維、チタン酸塩等を一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材組成物に用いる結合材としては、特に制限されず、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を使用することができる。
(1-1. Binder)
The binder used in the friction material composition of the present invention integrates the steel fibers, titanates, etc. contained in the friction material composition to provide strength. There are no particular limitations on the binder used in the friction material composition of the present invention, and a thermosetting resin that is usually used as a binder for friction materials can be used.

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂;アクリルエラストマー分散フェノール樹脂、シリコーンエラストマー分散フェノール樹脂等のエラストマー分散フェノール樹脂;アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂;ホルムアルデヒド樹脂;メラミン樹脂;エポキシ樹脂;アクリル樹脂;芳香族ポリエステル樹脂;ユリア樹脂等を挙げることができる。これらのうち1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、摩擦材の耐熱性、成形性、摩擦特性をより一層向上できる点から、フェノール樹脂(ストレートフェノール樹脂)や、変性フェノール樹脂であることが好ましい。フェノール樹脂としては、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のいずれも使用できるが、製造の安定性及びコストの観点からノボラック型フェノール樹脂であることが好ましい。また、ノボラック型フェノール樹脂には必要に応じて硬化剤、硬化促進剤等の添加剤(例えばヘキサメチレンテトラミン等)が含まれていてもよい。 Examples of thermosetting resins include phenolic resins; elastomer-dispersed phenolic resins such as acrylic elastomer-dispersed phenolic resins and silicone elastomer-dispersed phenolic resins; modified phenolic resins such as acrylic-modified phenolic resins, silicone-modified phenolic resins, cashew-modified phenolic resins, epoxy-modified phenolic resins, and alkylbenzene-modified phenolic resins; formaldehyde resins; melamine resins; epoxy resins; acrylic resins; aromatic polyester resins; urea resins, etc. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination. Among these, phenolic resins (straight phenolic resins) and modified phenolic resins are preferred from the viewpoint of further improving the heat resistance, moldability, and friction characteristics of the friction material. As the phenolic resin, either resol-type phenolic resins or novolac-type phenolic resins can be used, but novolac-type phenolic resins are preferred from the viewpoint of production stability and cost. In addition, the novolac-type phenolic resin may contain additives such as a curing agent and a curing accelerator (e.g., hexamethylenetetramine, etc.) as necessary.

摩擦材組成物における結合材の含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは5質量%以上、より好ましくは6質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは12質量%以下である。結合材の含有量を上記範囲内とすることで配合材料の隙間に適切な量の結合材が充填され、より一層優れた摩擦特性を得ることができる。 The content of the binder in the friction material composition is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, and preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 12% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the friction material composition. By keeping the binder content within the above range, an appropriate amount of binder is filled into the gaps in the blended materials, and even better friction characteristics can be obtained.

(1-2.スチール系繊維)
本発明の摩擦材組成物に使用するスチール系繊維としては、例えば、スチール繊維、ステンレス繊維等が挙げられ、好ましくはスチール繊維である。
(1-2. Steel-based fibers)
Examples of the steel-based fibers used in the friction material composition of the present invention include steel fibers and stainless steel fibers, with steel fibers being preferred.

スチール繊維としては、例えば、びびり振動切削法などで得られるストレート繊維や、長繊維のカットなどで得られるカール状繊維等が挙げられる。ストレート繊維は、直線状の繊維形状である。一方、カール状繊維は曲線部を有する形状を示すものであり、単純な円弧状のものや、うねったもの、螺旋状あるいは渦巻き状に曲がったもの等を含む。 Examples of steel fibers include straight fibers obtained by chatter vibration cutting and curled fibers obtained by cutting long fibers. Straight fibers are linear fibers. Curled fibers, on the other hand, have a shape with curved parts, and include simple arcs, wavy fibers, and fibers bent in a spiral or vortex shape.

なかでも、スチール繊維としては、摩擦面において摩擦材からの脱落が少なく、高温制動時における摩擦特性をより一層確実に保持する観点から、カール状繊維であることが好ましい。さらに、カール状繊維としては、曲率半径が100μm以下の部分を含むものであることがより好ましい。この場合、摩擦材への固着がより強固となり、摩擦面における摩擦材の脱落がより一層少なくなる。 Among these, it is preferable that the steel fibers are curled fibers, from the viewpoint of reducing the amount of fiber that falls off the friction material on the friction surface and more reliably maintaining the friction characteristics during high-temperature braking. Furthermore, it is more preferable that the curled fibers include a portion with a radius of curvature of 100 μm or less. In this case, the fibers are more firmly attached to the friction material, and the friction material is less likely to fall off the friction surface.

スチール系繊維の平均繊維長は、高温における耐摩耗性をより一層向上させる観点から、好ましくは5mm以下、より好ましくは2.5mm以下である。また、スチール系繊維の平均繊維長は、補強性をより一層向上させる観点から、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは1.1mm以上である。 The average fiber length of the steel-based fibers is preferably 5 mm or less, more preferably 2.5 mm or less, from the viewpoint of further improving abrasion resistance at high temperatures. Also, the average fiber length of the steel-based fibers is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, and even more preferably 1.1 mm or more, from the viewpoint of further improving reinforcing properties.

スチール系繊維の平均繊維径は、高温でのブレーキ振動をより一層抑制する観点から、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。また、スチール系繊維の平均繊維径は、スチール系繊維の脱落をより一層防止する観点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは30μm以上である。 The average fiber diameter of the steel-based fibers is preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less, from the viewpoint of further suppressing brake vibration at high temperatures. Also, the average fiber diameter of the steel-based fibers is preferably 10 μm or more, more preferably 30 μm or more, from the viewpoint of further preventing the steel-based fibers from falling off.

スチール系繊維の平均繊維長及び平均繊維径は、マイクロスコープなどで確認することができる。例えば、マイクロスコープで観察した30個のスチール系繊維の平均値とすることができる。 The average fiber length and average fiber diameter of steel-based fibers can be confirmed using a microscope. For example, they can be the average values of 30 steel-based fibers observed using a microscope.

スチール系繊維の含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%以上、好ましくは12質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、30質量%未満、好ましくは28質量%以下、より好ましくは23質量%以下、さらに好ましくは20質量%未満、特に好ましくは18質量%以下である。 The content of the steel fibers is 10% by mass or more, preferably 12% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition, and is less than 30% by mass, preferably 28% by mass or less, more preferably 23% by mass or less, even more preferably less than 20% by mass, and particularly preferably 18% by mass or less.

(1-3.チタン酸塩)
本発明の摩擦材組成物に使用するチタン酸塩は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素の塩である。
(1-3. Titanates)
The titanate used in the friction material composition of the present invention is a salt of one or more elements selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals.

アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムが挙げられる。なかでも、アルカリ金属としては、摩擦材の摩擦摩耗特性をより一層向上させる観点から、リチウム、ナトリウム、及びカリウムからなる群から選ばれる1種又は2種以上であることが好ましい。 Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. Among them, from the viewpoint of further improving the friction and wear characteristics of the friction material, it is preferable that the alkali metal is one or more selected from the group consisting of lithium, sodium, and potassium.

アルカリ土類金属としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムが挙げられる。なかでも、アルカリ土類金属としては、摩擦材の摩擦摩耗特性をより一層向上させる観点から、マグネシウム又はカルシウムであることが好ましい。 Examples of alkaline earth metals include beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium. Of these, magnesium or calcium is preferred as the alkaline earth metal from the viewpoint of further improving the friction and wear characteristics of the friction material.

上記チタン酸塩の具体例としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム等が挙げられる。なかでも、摩擦材の耐摩耗性をより一層向上させる観点およびWHOファイバーの含有リスクをより一層低減させる観点から、上記チタン酸塩は、チタン酸リチウムカリウム及びチタン酸マグネシウムカリウムのうち少なくとも一方であることが好ましい。 Specific examples of the titanate include potassium titanate, sodium titanate, lithium potassium titanate, and magnesium potassium titanate. Among these, from the viewpoint of further improving the wear resistance of the friction material and further reducing the risk of containing WHO fiber, it is preferable that the titanate is at least one of lithium potassium titanate and magnesium potassium titanate.

本発明において、上記チタン酸塩は、作業環境の観点から非繊維状粒子であることが好ましい。非繊維状粒子とは、例えば、球状(表面に若干の凹凸があるものや、断面が楕円状等の形状が略球状のものも含む)、柱状(棒状、円柱状、角柱状、短冊状、略円柱形状、略短冊形状等の全体として形状が略柱状のものも含む)、板状、ブロック状、複数の凸部を有する形状(アメーバ状、ブーメラン状、十字状、金平糖状等)、不定形状等の粒子形状を挙げることができる。これらのなかでも、上記チタン酸塩は、板状粒子であることが好ましい。また、上記チタン酸塩は、多孔質状の粒子であってもよい。これらの各種粒子形状は、製造条件、特に原料組成、焼成条件等により任意に制御することができる。また、各種粒子形状は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)観察から解析することができる。 In the present invention, the titanate is preferably a non-fibrous particle from the viewpoint of the working environment. Examples of non-fibrous particles include spherical (including those with slight irregularities on the surface and those with an approximately spherical shape such as an elliptical cross section), columnar (including those with an approximately columnar overall shape such as a rod, cylinder, prism, strip, approximately cylindrical, approximately strip), plate, block, shape with multiple protrusions (amoeba, boomerang, cross, confetti, etc.), and irregular shapes. Among these, the titanate is preferably a plate-shaped particle. The titanate may also be a porous particle. These various particle shapes can be arbitrarily controlled by the manufacturing conditions, particularly the raw material composition, the firing conditions, etc. In addition, the various particle shapes can be analyzed, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM).

本明細書において「非繊維状粒子」とは、粒子に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体(外接直方体)の最も長い辺を長径L、次に長い辺を短径B、最も短い辺を厚さT(B>Tとする)として、L/Bが5以下の粒子のことをいう。また、「複数の凸部を有する」とは、平面への投影形状が少なくとも通常の多角形、円、楕円等とは異なり2方向以上に凸部を有する形状を取り得るものをいう。具体的には、この凸部とは、走査型電子顕微鏡(SEM)による写真(投影図)に多角形、円、楕円等(基本図形)を当てはめ、それに対して突き出した部分に対応する部分をいう。 In this specification, "non-fibrous particles" refers to particles in which the longest side of the rectangular parallelepiped with the smallest volume (circumscribed rectangular parallelepiped) among the rectangular parallelepipeds circumscribing the particle is the major axis L, the second longest side is the minor axis B, and the shortest side is the thickness T (B>T), with L/B being 5 or less. In addition, "having multiple convex portions" refers to a shape that, when projected onto a flat surface, is different from ordinary polygons, circles, ellipses, etc. and has convex portions in two or more directions. Specifically, these convex portions refer to the parts that correspond to the parts that protrude from a polygon, circle, ellipse, etc. (basic figures) that are fitted to a photograph (projection drawing) taken with a scanning electron microscope (SEM).

上記チタン酸塩の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは3μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは30μm以下、特に好ましくは20μm以下である。チタン酸塩の平均粒子径が上記範囲内にある場合、摩擦材を作製したときに摩擦特性をより一層向上させることができる。 The average particle size of the titanate is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, even more preferably 3 μm or more, and is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, even more preferably 30 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less. When the average particle size of the titanate is within the above range, the friction characteristics can be further improved when the friction material is produced.

本明細書において、平均粒子径とは、レーザー回折法により計測される粒度分布における体積基準累積50%時の粒子径(D50)のことをいう。このD50は、体積基準で粒度分布を求め、全体積を100%とした累積曲線において、粒子サイズの小さいものから粒子数をカウントしていき、累積値が50%となる点の粒子径である。 In this specification, the average particle size refers to the particle size ( D50 ) at a volume-based cumulative 50% in the particle size distribution measured by a laser diffraction method. This D50 is the particle size at the point where the cumulative value reaches 50% when the number of particles is counted from the smallest particle size on a cumulative curve obtained by calculating the particle size distribution on a volume basis and assuming the total volume to be 100%.

上記チタン酸塩の比表面積は、好ましくは0.1m/g以上、より好ましくは0.3m/g以上、さらに好ましくは0.5m/g以上であり、好ましくは10m/g以下、より好ましくは6m/g以下、さらに好ましくは5m/g以下である。上記チタン酸塩がチタン酸リチウムカリウムである場合の比表面積は、好ましくは1m/g以上、好ましくは3m/g以下である。上記チタン酸塩がチタン酸マグネシウムカリウムである場合の比表面積は、好ましくは2m/g以上、好ましくは4m/g以下である。チタン酸塩の比表面積が上記範囲内にある場合、摩擦材を作製したときに摩擦特性をより一層向上させることができる。なお、比表面積は、JIS Z8830に準拠して測定することができる。 The specific surface area of the titanate is preferably 0.1 m 2 /g or more, more preferably 0.3 m 2 /g or more, even more preferably 0.5 m 2 /g or more, and preferably 10 m 2 /g or less, more preferably 6 m 2 /g or less, and even more preferably 5 m 2 /g or less. When the titanate is lithium potassium titanate, the specific surface area is preferably 1 m 2 /g or more, preferably 3 m 2 /g or less. When the titanate is magnesium potassium titanate, the specific surface area is preferably 2 m 2 /g or more, preferably 4 m 2 /g or less. When the specific surface area of the titanate is within the above range, the friction characteristics can be further improved when the friction material is produced. The specific surface area can be measured in accordance with JIS Z8830.

チタン酸塩のアルカリ金属イオン溶出率は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは8質量%以下である。 The alkali metal ion elution rate of the titanate is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.05 mass% or more, even more preferably 0.1 mass% or more, and is preferably 15 mass% or less, more preferably 10 mass% or less, even more preferably 8 mass% or less.

上記チタン酸塩がチタン酸リチウムカリウムである場合のアルカリ金属イオン溶出率は、好ましくは1質量%以上、好ましくは6質量%以下である。また、上記チタン酸塩がチタン酸マグネシウムカリウムである場合のアルカリ金属イオン溶出率は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは2.6質量%以上であり、好ましくは6質量%以下、より好ましくは3.5質量%以下である。 When the titanate is lithium potassium titanate, the alkali metal ion elution rate is preferably 1% by mass or more, and preferably 6% by mass or less. When the titanate is magnesium potassium titanate, the alkali metal ion elution rate is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 2.6% by mass or more, and preferably 6% by mass or less, and more preferably 3.5% by mass or less.

ところで、摩擦材組成物に用いる熱硬化性樹脂の一例としてのノボラック型フェノール樹脂の硬化反応では、硬化剤(又は硬化促進剤)としての例えばヘキサメチレンテトラミンが開環することにより、ノボラック型フェノール樹脂中の水酸基と結合して硬化反応が開始される。しかしながら、この際にアルカリ金属イオンが存在すると、ノボラック型フェノール樹脂における水酸基中の水素イオンとイオン交換反応を起こし、ヘキサメチレンテトラミン(硬化剤(又は硬化促進剤))とノボラック型フェノール樹脂(熱硬化性樹脂)との結合を阻害(硬化阻害)すると考えられる。一方で、制動による摩擦材の摩滅破壊により、摩擦面にチタン酸塩に由来するアルカリ成分が溶出すると考えられる。 In the curing reaction of novolac phenolic resin, which is an example of a thermosetting resin used in a friction material composition, the curing agent (or curing accelerator), for example, hexamethylenetetramine, opens its ring and bonds with the hydroxyl groups in the novolac phenolic resin, initiating the curing reaction. However, if alkali metal ions are present at this time, they are thought to cause an ion exchange reaction with the hydrogen ions in the hydroxyl groups in the novolac phenolic resin, inhibiting the bond between hexamethylenetetramine (curing agent (or curing accelerator)) and the novolac phenolic resin (thermosetting resin) (curing inhibition). On the other hand, it is thought that the wear and destruction of the friction material due to braking causes alkali components derived from titanates to elute onto the friction surface.

従って、アルカリ金属イオン溶出率を上記上限値以下とすることにより、加熱加圧成形時に熱硬化性樹脂の硬化阻害を防ぐことができ、その結果、高温高負荷時の耐クラック性をより一層向上させることができる。また、アルカリ金属イオン溶出率を上記下限値以上とすることにより、本発明の摩擦材組成物を用いた摩擦材を制動後に長期間使用せずに放置してもローターの発錆を抑制できる。すなわち、アルカリ金属イオン溶出率を上記範囲内とすることにより、摩擦材の耐クラック性とローターの発錆抑制とをより一層高いレベルで両立することができる。 Therefore, by setting the alkali metal ion elution rate to the above upper limit or less, it is possible to prevent inhibition of curing of the thermosetting resin during hot and pressure molding, and as a result, it is possible to further improve the crack resistance at high temperatures and high loads. In addition, by setting the alkali metal ion elution rate to the above lower limit or more, it is possible to suppress rusting of the rotor even if the friction material using the friction material composition of the present invention is left unused for a long period of time after braking. In other words, by setting the alkali metal ion elution rate within the above range, it is possible to achieve both the crack resistance of the friction material and the suppression of rusting of the rotor at an even higher level.

なお、本明細書において、アルカリ金属イオン溶出率とは、80℃の水中においてチタン酸塩等の測定サンプルから水中に溶出したアルカリ金属イオンの質量割合のことをいう。 In this specification, the alkali metal ion elution rate refers to the mass ratio of alkali metal ions eluted from a measurement sample such as titanate in water at 80°C.

摩擦材組成物で用いられるチタン酸塩と結合材との密着性をより一層向上させる観点から、上記チタン酸塩の表面に表面処理剤からなる処理層が形成されていてもよい。表面処理剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。これらのなかでも、シランカップリング剤が好ましく用いられ、特にアミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、アルキル系シランカップリング剤がより好ましく用いられる。上記表面処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 In order to further improve the adhesion between the titanate and the binder used in the friction material composition, a treatment layer made of a surface treatment agent may be formed on the surface of the titanate. Examples of the surface treatment agent include silane coupling agents and titanium coupling agents. Among these, silane coupling agents are preferably used, and amino-based silane coupling agents, epoxy-based silane coupling agents, and alkyl-based silane coupling agents are more preferably used. The above surface treatment agents may be used alone or in combination of two or more types.

アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-エトキシシリル-N-(1,3-ジメチルブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of amino-based silane coupling agents include N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-ethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutylidene)propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-(vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane.

エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば、3-グリシジルオキシプロピル(ジメトキシ)メチルシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)メチルシラン、トリエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)シラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of epoxy-based silane coupling agents include 3-glycidyloxypropyl(dimethoxy)methylsilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, diethoxy(3-glycidyloxypropyl)methylsilane, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane, and 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane.

アルキル系シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n-ヘキシルトリメトキシシラン、n-ヘキシルリエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシラン、n-デシルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of alkyl silane coupling agents include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, n-hexylethoxysilane, cyclohexylmethyldimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, and n-decyltrimethoxysilane.

チタン酸塩の表面に表面処理剤からなる処理層を形成する方法としては、公知の表面処理方法を使用することができ、例えば、加水分解を促進する溶媒(例えば、水、アルコール又はこれらの混合溶媒)に表面処理剤を溶解して溶液とし、その溶液をチタン酸塩に噴霧する湿式法等で行うことができる。 A known surface treatment method can be used to form a treatment layer made of a surface treatment agent on the surface of the titanate. For example, a wet method can be used in which the surface treatment agent is dissolved in a solvent that promotes hydrolysis (e.g., water, alcohol, or a mixture thereof) to form a solution, and the solution is sprayed onto the titanate.

表面処理剤を、上記チタン酸塩の表面へ処理する際の該表面処理剤の量は、特に限定されないが、湿式法の場合、例えば、チタン酸塩100質量部に対して表面処理剤が0.1質量部以上、20質量部以下となるように表面処理剤の溶液を噴霧すればよい。 The amount of the surface treatment agent used to treat the surface of the titanate is not particularly limited, but in the case of a wet method, for example, a solution of the surface treatment agent may be sprayed so that the amount of the surface treatment agent is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of titanate.

上記チタン酸塩としては、チタン酸塩を上記表面処理剤又は前述の結合材により処理して顆粒状にしたものも用いることもできる。顆粒状チタン酸塩の平均粒子径は、好ましくは100μm以上であり、好ましくは200μm以下である。 As the titanate, a granulated form of titanate treated with the above-mentioned surface treatment agent or the above-mentioned binder can also be used. The average particle size of the granular titanate is preferably 100 μm or more and preferably 200 μm or less.

本発明の摩擦材組成物に使用するチタン酸塩の製造方法は、特に限定されず、例えば、原料となる層状結晶構造のチタン酸塩(以下「原料チタン酸塩」という)と酸とを混合(酸処理)し、酸処理により得られた化合物を焼成することにより製造することができる。 The method for producing the titanate used in the friction material composition of the present invention is not particularly limited, and it can be produced, for example, by mixing the raw titanate having a layered crystal structure (hereinafter referred to as the "raw titanate") with an acid (acid treatment) and calcining the compound obtained by the acid treatment.

原料チタン酸塩としては、国際公開第2002/010069号、国際公開第2003/037797号に記載されたチタン酸塩が挙げられる。 Examples of raw titanates include those described in WO 2002/010069 and WO 2003/037797.

酸処理に使用する酸は、特に制限されず、公知のものを使用することができる。酸処理に使用する酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸、又は酢酸等の有機酸が挙げられる。酸は必要に応じて2種以上を併用してもよい。 The acid used in the acid treatment is not particularly limited, and any known acid can be used. Examples of acids used in the acid treatment include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid, and organic acids such as acetic acid. Two or more acids may be used in combination as necessary.

また、酸処理は、原料チタン酸塩の水性スラリーに酸を混合することにより行うことができる。水性スラリーの濃度は、特に限定されず、広い範囲から適宜選択することができる。作業性等を考慮すると、水性スラリーの濃度は、1質量%~30質量%程度とすればよい。水性スラリーに対する酸の混合量は、例えば、原料チタン酸塩の層間元素に対し、好ましくは0.01当量~0.5当量である。 The acid treatment can be carried out by mixing an acid with an aqueous slurry of the raw titanate. The concentration of the aqueous slurry is not particularly limited and can be selected appropriately from a wide range. Considering workability, the concentration of the aqueous slurry may be about 1% by mass to 30% by mass. The amount of acid mixed with the aqueous slurry is, for example, preferably 0.01 to 0.5 equivalents relative to the interlayer elements of the raw titanate.

酸処理後、濾過、遠心分離などにより固形分を該スラリーから分離する。分離された固形分は、必要に応じて、水洗、乾燥することができる。 After the acid treatment, the solids are separated from the slurry by filtration, centrifugation, etc. The separated solids can be washed with water and dried as necessary.

焼成は、電気炉等を用いて行うことができ、例えば、100℃~600℃、好ましくは400℃~600℃の温度範囲で、1時間~12時間保持することが好ましく、1時間~10時間保持することがより好ましい。焼成後、得られる粉体を所望のサイズに粉砕したり、篩に通してほぐしたりしてもよい。以上のようにして、本発明で用いるチタン酸塩を得ることができる。 The calcination can be carried out using an electric furnace or the like, for example, at a temperature range of 100°C to 600°C, preferably 400°C to 600°C, for 1 to 12 hours, and more preferably 1 to 10 hours. After calcination, the resulting powder may be crushed to a desired size or sieved to loosen it. In this manner, the titanate used in the present invention can be obtained.

上記方法により調製されたチタン酸塩は、高温窒素雰囲気下において、上述したチタン酸塩の分解率を高めることができ、ホランダイト型結晶構造のチタン酸塩を生成しやすく、また過度なチタン酸塩の分解とホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成にならず適正量になるものと考えられる。 The titanate prepared by the above method is believed to be able to increase the decomposition rate of the titanate described above in a high-temperature nitrogen atmosphere, to easily produce titanate with a hollandite-type crystal structure, and to produce an appropriate amount of titanate without excessive decomposition of the titanate and production of titanate with a hollandite-type crystal structure.

上記チタン酸塩の含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは28質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下、特に好ましくは20質量%以下、最も好ましくは18質量%以下である。チタン酸塩の含有量を上記範囲内とすることで、より一層摩耗粉塵を低減することができる。 The content of the titanate is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more, relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition, and is preferably 30% by mass or less, more preferably 28% by mass or less, even more preferably 25% by mass or less, particularly preferably 20% by mass or less, and most preferably 18% by mass or less. By keeping the titanate content within the above range, it is possible to further reduce wear dust.

上記チタン酸塩のスチール系繊維に対する質量比(チタン酸塩/スチール系繊維)は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.6以上、さらに好ましくは0.7以上、特に好ましくは0.8以上であり、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下、さらに好ましくは1.5以下、特に好ましくは1.2以下である。チタン酸塩のスチール系繊維に対する質量比を上記範囲内とすることで、スチール系繊維の脱離をより一層抑制することができる。 The mass ratio of the titanate to the steel-based fibers (titanate/steel-based fibers) is preferably 0.1 or more, more preferably 0.6 or more, even more preferably 0.7 or more, and particularly preferably 0.8 or more, and is preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less, even more preferably 1.5 or less, and particularly preferably 1.2 or less. By setting the mass ratio of the titanate to the steel-based fibers within the above range, detachment of the steel-based fibers can be further suppressed.

上記チタン酸塩の結合材に対する質量比(チタン酸塩/結合材)は、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.6以上、さらに好ましくは1.5以上、好ましくは8.0以下、より好ましくは5.0以下、さらに好ましくは3.0以下である。チタン酸塩の結合材に対する質量比を上記範囲内とすることで、摩擦面に介在する炭化物の量を最適化し、スチール系繊維の脱離をより一層抑制することができる。 The mass ratio of the titanate to the binder (titanate/binder) is preferably 0.4 or more, more preferably 0.6 or more, even more preferably 1.5 or more, and preferably 8.0 or less, more preferably 5.0 or less, and even more preferably 3.0 or less. By setting the mass ratio of the titanate to the binder within the above range, the amount of carbide present on the friction surface can be optimized, and the detachment of steel-based fibers can be further suppressed.

(1-4.その他材料)
本発明の摩擦材組成物には、上記の結合材、スチール系繊維、チタン酸塩の他に、必要に応じて、通常摩擦材組成物に用いられるその他材料(繊維基材、有機系摩擦調整材、無機系摩擦調整材、潤滑材、pH調整材、充填材など)を配合することができる。
(1-4. Other materials)
In addition to the above-mentioned binder, steel-based fiber, and titanate, other materials usually used in friction material compositions (such as a fibrous base material, an organic friction modifier, an inorganic friction modifier, a lubricant, a pH adjuster, and a filler) may be blended into the friction material composition of the present invention, if necessary.

摩擦材組成物におけるその他材料の含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは20質量%以上であり、好ましくは80質量%以下である。 The content of other materials in the friction material composition is preferably 20% by mass or more and preferably 80% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the friction material composition.

(1-4-1.繊維基材)
繊維基材は、摩擦材において補強性を示すものである。繊維基材としては、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維などを挙げることができる。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(1-4-1. Fiber base material)
The fibrous base material exhibits reinforcing properties in the friction material. Examples of the fibrous base material include inorganic fibers, metal fibers, organic fibers, and carbon-based fibers. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

摩擦材組成物にスチール系繊維を除く繊維基材を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。 When the friction material composition contains a fiber base material other than steel-based fibers, the content is preferably 0.1 mass% or more, and preferably 40 mass% or less, more preferably 20 mass% or less, and even more preferably 10 mass% or less, relative to 100 mass% of the total amount of the friction material composition.

無機繊維としては、ガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、生分解性鉱物繊維、生体溶解性繊維(SiO-CaO-SrO系繊維など)、ワラストナイト繊維、シリケート繊維、鉱物繊維などを挙げることができる。 Examples of inorganic fibers include glass fibers, rock wool, ceramic fibers, biodegradable ceramic fibers, biodegradable mineral fibers, biosoluble fibers (SiO 2 —CaO—SrO fibers, etc.), wollastonite fibers, silicate fibers, and mineral fibers.

金属繊維としては、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン等の金属単体又は合金形態の繊維(スチール系繊維を除く)などの金属を主成分とするストレート形状又はカール形状の金属繊維を挙げることができる。 Metal fibers include straight or curled metal fibers whose main component is a metal such as aluminum, iron, zinc, tin, titanium, nickel, magnesium, silicon, or other metals or alloy fibers (excluding steel-based fibers).

有機繊維としては、芳香族ポリアミド(アラミド)繊維、フィブリル化アラミド繊維、アクリル繊維(アクリルニトリルを主原料とした単重合体または共重合体の繊維)、フィブリル化アクリル繊維、セルロース繊維、フィブリル化セルロース繊維、フェノール樹脂繊維等を挙げることができる。 Examples of organic fibers include aromatic polyamide (aramid) fibers, fibrillated aramid fibers, acrylic fibers (homopolymer or copolymer fibers whose main raw material is acrylonitrile), fibrillated acrylic fibers, cellulose fibers, fibrillated cellulose fibers, and phenolic resin fibers.

炭素系繊維としては、耐炎化繊維、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、活性炭繊維等の炭素系繊維等を挙げることができる。 Examples of carbon-based fibers include flame-retardant fibers, PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, activated carbon fibers, and other carbon-based fibers.

摩擦材に適度な吸水性が付与され、大気中の水分が摩擦材の内部に吸収されやすくなり、チタン酸塩のアルカリ成分が溶出しやすくなり、スチール系繊維の防錆効果を期待できることから、上記繊維基材は、アラミド繊維であることが好ましい。 The above-mentioned fiber base material is preferably aramid fiber, since it provides the friction material with appropriate water absorption, makes it easier for moisture in the air to be absorbed inside the friction material, makes it easier for the alkaline components of the titanate to dissolve, and is expected to provide a rust-preventing effect for steel-based fibers.

また、耐熱性をより一層高める観点からは、上記繊維基材は、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド等に代表されるパラ型アラミド繊維であることが好ましい。 In order to further improve heat resistance, it is preferable that the fiber base material is a para-aramid fiber, such as poly-p-phenylene terephthalamide.

また、摩擦材の成形性をより一層向上させ、フィラーの保持性をより一層向上させる観点から、上記繊維基材は、フィブリル化アラミド繊維(アラミドパルプともいう)であることが好ましい。 In order to further improve the moldability of the friction material and the retention of the filler, it is preferable that the fiber base material is fibrillated aramid fiber (also called aramid pulp).

フィブリル化アラミド繊維の比表面積は、好ましくは5m/g以上であり、好ましくは25m/g以下、より好ましくは15m/g以下である。フィブリル化アラミド繊維の繊維長は、好ましくは0.5mm以上であり、好ましくは1.2mm以下である。 The specific surface area of the fibrillated aramid fibers is preferably 5 m 2 /g or more, preferably 25 m 2 /g or less, more preferably 15 m 2 /g or less. The fiber length of the fibrillated aramid fibers is preferably 0.5 mm or more, and preferably 1.2 mm or less.

摩擦材組成物にフィブリル化アラミド繊維を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは1質量%以上、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは6質量%以下である。フィブリル化アラミド繊維の含有量が上記下限値以上であれば、耐クラック性および耐摩耗性がより良好となる。また、フィブリル化アラミド繊維の含有量が上記上限値以下であれば、フィブリル化アラミド繊維と他材料との偏在による耐クラック性および耐摩耗性の悪化をより確実に防ぐことができる。 When the friction material composition contains fibrillated aramid fibers, the content is preferably 1 mass% or more, preferably 10 mass% or less, more preferably 8 mass% or less, and even more preferably 6 mass% or less, based on 100 mass% of the total amount of the friction material composition. If the content of fibrillated aramid fibers is equal to or more than the above lower limit, the crack resistance and wear resistance are improved. Also, if the content of fibrillated aramid fibers is equal to or less than the above upper limit, deterioration of crack resistance and wear resistance due to uneven distribution of fibrillated aramid fibers and other materials can be more reliably prevented.

(1-4-2.有機系摩擦調整材)
有機系摩擦調整材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性などをより一層向上させる目的で配合される摩擦調整材である。有機系摩擦調整材としては、タイヤゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、NBR(ニトリルブタジエンゴム)、SBR(スチレンブタジエンゴム)、塩素化ブチルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等の未加硫又は加硫ゴム粉末;カシューダスト;ゴム被覆カシューダスト;メラミンダスト等を挙げることができる。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(1-4-2. Organic friction modifiers)
The organic friction modifier is a friction modifier that is blended for the purpose of further improving the noise and vibration performance and wear resistance of the friction material. Examples of the organic friction modifier include unvulcanized or vulcanized rubber powder such as tire rubber, acrylic rubber, isoprene rubber, NBR (nitrile butadiene rubber), SBR (styrene butadiene rubber), chlorinated butyl rubber, butyl rubber, and silicone rubber; cashew dust; rubber-coated cashew dust; melamine dust, etc. Among these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

摩擦材組成物に有機系摩擦調整材を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、特に好ましくは6質量%以下である。 When the friction material composition contains an organic friction modifier, the content is preferably 0.1% by mass or more, and preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 6% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the friction material composition.

(1-4-3.無機系摩擦調整材)
無機系摩擦調整材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるために、あるいは耐摩耗性を向上させるために、摩擦係数をより一層向上させる目的などで配合される摩擦調整材である。無機系摩擦調整材としては、研削材、金属粉、その他無機充填材等が挙げられる。
(1-4-3. Inorganic friction modifiers)
Inorganic friction modifiers are friction modifiers that are blended for the purpose of preventing deterioration of the heat resistance of friction materials, improving wear resistance, and further improving the friction coefficient, etc. Examples of inorganic friction modifiers include abrasives, metal powders, and other inorganic fillers.

研削材は、相手材であるローターの材質により研削材として作用して摩擦係数が向上するものを適宜選択することができ、相手材のモース硬度を基準に選択することができる。 The abrasive material can be selected appropriately based on the material of the rotor, which acts as an abrasive and improves the coefficient of friction, and can be selected based on the Mohs hardness of the mating material.

研削材としては、例えば、シリコンカーバイト(炭化ケイ素)、酸化チタン、αアルミナ、γアルミナ、シリカ(二酸化ケイ素)、マグネシア(酸化マグネシウム)、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、ジルコン(ケイ酸ジルコニウム)、酸化クロム、酸化鉄(四酸化三鉄等)、クロマイト、石英、硫化鉄等が挙げられる。 Examples of abrasives include silicon carbide, titanium oxide, alpha alumina, gamma alumina, silica (silicon dioxide), magnesia (magnesium oxide), zirconia (zirconium oxide), zircon (zirconium silicate), chromium oxide, iron oxide (iron tetroxide, etc.), chromite, quartz, and iron sulfide.

なお、研削材の粒子径が大きければ、高負荷制動時に摩擦係数を大きくすることができるが、軽負荷制動時の摩擦係数が安定しない。その一方で、研削材の粒子径が小さければ軽負荷制動時の摩擦係数が安定するが、摩擦係数が低くなるおそれがある。これらのことから、平均粒子径の大きい研削材と平均粒子径の小さい研削材とを併用してもよい。具体的には、平均粒子径0.5μm~15μmの研削材と平均粒子径20μm~200μmの研削材を併用することが好ましい。また、平均粒子径の小さい研削材の平均粒子径の大きい研削材に対する質量比(平均粒子径の小さい研削材/平均粒子径の大きい研削材)は、摩耗粉塵の観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは2以上であり、好ましくは10以下、より好ましくは8以下である。 In addition, if the particle size of the abrasive is large, the friction coefficient can be increased during high-load braking, but the friction coefficient during light-load braking is not stable. On the other hand, if the particle size of the abrasive is small, the friction coefficient during light-load braking is stable, but there is a risk of the friction coefficient being low. For these reasons, abrasives with a large average particle size and abrasives with a small average particle size may be used in combination. Specifically, it is preferable to use abrasives with an average particle size of 0.5 μm to 15 μm in combination with abrasives with an average particle size of 20 μm to 200 μm. In addition, the mass ratio of the abrasives with a small average particle size to the abrasives with a large average particle size (abrasives with a small average particle size/abrasives with a large average particle size) is preferably 0.1 or more, more preferably 2 or more, and preferably 10 or less, more preferably 8 or less, from the viewpoint of wear dust.

摩擦材組成物に研削材を含有する場合、その含有量は、低摩耗粉塵と高摩擦係数との両立の観点から、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%未満である。 When the friction material composition contains an abrasive, the content is preferably 0.1 mass % or more, preferably 30 mass % or less, more preferably 15 mass % or less, and even more preferably less than 10 mass % relative to 100 mass % of the total amount of the friction material composition, from the viewpoint of achieving both low wear dust and a high coefficient of friction.

金属粉としては、アルミニウム、亜鉛、鉄、錫などの金属単体又は合金形態の粉末を挙げることができる。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of metal powders include powders of metals such as aluminum, zinc, iron, and tin, either alone or in alloy form. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

その他無機充填材としては、バーミキュライト、クレー、マイカ、タルク、ドロマイト、クロマイト、ムライト、ケイ酸カルシウム、上記チタン酸塩を除くチタン酸塩(以下「その他チタン酸塩」という)等が挙げられる。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Other inorganic fillers include vermiculite, clay, mica, talc, dolomite, chromite, mullite, calcium silicate, titanates other than the titanates mentioned above (hereinafter referred to as "other titanates"). One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

その他チタン酸塩としては、大塚化学社製のTERRACESS JSL、TERRACESS JSL-R、TERRACESS DP-R、TERRACESS DP-A、TERRACESS DP-AS、クボタ社製のTXAX-MA、TXAX-A、東邦チタニウム社製のTOFIX-S、TOFIX-SNR等の6チタン酸カリウム;大塚化学社製のTERRACESS DSR等の6チタン酸ナトリウム;大塚化学社製のTERRACESS TF-SS、TERRACESS TF-S、TERRACESS TF-L、TERRACESS JP等の8チタン酸カリウム;大塚化学社製のTERRACESS PM、TERRACESS PS等のチタン酸マグネシウムカリウム;大塚化学社製のTERRACESS L、TERRACESS L-SS、TERRACESS JSM-M等のチタン酸リチウムカリウム等を使用することができる。その他チタン酸塩としては、好ましくは6チタン酸ナトリウム、8チタン酸カリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、またはチタン酸リチウムカリウムである。 Other titanates include potassium hexatitanates such as TERRACESS JSL, TERRACESS JSL-R, TERRACESS DP-R, TERRACESS DP-A, and TERRACESS DP-AS manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., TXAX-MA and TXAX-A manufactured by Kubota Corporation, and TOFIX-S and TOFIX-SNR manufactured by Toho Titanium Co., Ltd.; sodium hexatitanates such as TERRACESS DSR manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.; potassium octatitanates such as TERRACESS TF-SS, TERRACESS TF-S, TERRACESS TF-L, and TERRACESS JP manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.; and TERRACESS PM and TERRACESS Potassium magnesium titanate such as PS; potassium lithium titanate such as TERRACESS L, TERRACESS L-SS, and TERRACESS JSM-M manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., can be used. Other titanates that are preferably used include sodium hexatitanate, potassium octatitanate, potassium magnesium titanate, and potassium lithium titanate.

摩擦材組成物にその他チタン酸塩を含有する場合、その他チタン酸塩の本発明の摩擦調整材に対する質量比(その他チタン酸塩/本発明の摩擦調整材)は、高負荷領域の摩擦係数の観点から、好ましくは0.1以上であり、好ましくは3以下である。 When the friction material composition contains other titanates, the mass ratio of the other titanates to the friction modifier of the present invention (other titanates/friction modifier of the present invention) is preferably 0.1 or more and preferably 3 or less, from the viewpoint of the friction coefficient in the high load region.

(1-4-4.潤滑材)
潤滑材としては、固体潤滑材であることが好ましく、例えば、炭素系潤滑材、金属硫化物系潤滑材、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を挙げることができ、これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、炭素系潤滑材および金属硫化物系潤滑材からなる群から選ばれる1種又は2種以上である。
(1-4-4. Lubricants)
The lubricant is preferably a solid lubricant, and examples thereof include carbon-based lubricants, metal sulfide-based lubricants, polytetrafluoroethylene (PTFE), etc., and one of these may be used alone or two or more may be used in combination. Preferably, one or more selected from the group consisting of carbon-based lubricants and metal sulfide-based lubricants.

摩擦材組成物に潤滑材を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下である。 When the friction material composition contains a lubricant, the content is preferably 0.1 mass % or more, more preferably 1 mass % or more, and preferably 30 mass % or less, more preferably 20 mass % or less, based on 100 mass % of the total amount of the friction material composition.

上記炭素系潤滑材としては、合成又は天然黒鉛(グラファイト)、鱗片状黒鉛、リン酸塩被覆黒鉛、カーボンブラック、コークス、活性炭、弾性黒鉛化カーボン等を挙げることができ、熱伝導性が付与できる観点から、好ましくは合成黒鉛、天然黒鉛である。炭素系潤滑材を含有する場合、その含有量は摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上であり、好ましくは15質量%未満、より好ましくは10質量%未満、さらに好ましくは8質量%以下である。炭素系潤滑材の含有量が上記下限値以上であれば、高温時の摩擦材摩耗が良好となる傾向にある。また、炭素系潤滑材の含有量が上記上限値未満又は上記上限値以下であれば、摩擦係数の低下を抑制し易い傾向にある。 Examples of the carbon-based lubricant include synthetic or natural graphite, flake graphite, phosphate-coated graphite, carbon black, coke, activated carbon, elastic graphitized carbon, etc., and from the viewpoint of imparting thermal conductivity, synthetic graphite and natural graphite are preferred. When a carbon-based lubricant is contained, the content is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 1 mass% or more, and even more preferably 2 mass% or more, based on 100 mass% of the total amount of the friction material composition, and is preferably less than 15 mass%, more preferably less than 10 mass%, and even more preferably 8 mass% or less. If the content of the carbon-based lubricant is equal to or more than the above lower limit, the friction material wear at high temperatures tends to be good. Also, if the content of the carbon-based lubricant is less than the above upper limit or equal to or less than the above upper limit, the decrease in the friction coefficient tends to be easily suppressed.

硫黄系固体潤滑材としては、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン、硫化スズ、硫化鉄、硫化亜鉛、硫化ビスマス、二硫化タングステン等を挙げることができる。人体への有害性をより低減する観点から、硫黄系固体潤滑材は、好ましくは硫化スズ、二硫化モリブデンである。硫黄系固体潤滑材を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上であり、好ましくは15質量%未満、より好ましくは10質量%未満、さらに好ましくは8質量%以下である。硫黄系固体潤滑材の含有量が上記下限値以上であれば、ローター摩耗を抑制できる傾向にある。また、硫黄系固体潤滑材の含有量が上記上限値未満又は上記上限値以下であれば、摩擦係数の低下を抑制し易い傾向にある。 Examples of sulfur-based solid lubricants include antimony trisulfide, molybdenum disulfide, tin sulfide, iron sulfide, zinc sulfide, bismuth sulfide, and tungsten disulfide. From the viewpoint of further reducing harmfulness to the human body, the sulfur-based solid lubricant is preferably tin sulfide or molybdenum disulfide. When a sulfur-based solid lubricant is contained, the content is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 1 mass% or more, and even more preferably 2 mass% or more, based on 100 mass% of the total amount of the friction material composition, and is preferably less than 15 mass%, more preferably less than 10 mass%, and even more preferably 8 mass% or less. If the content of the sulfur-based solid lubricant is equal to or more than the above lower limit, rotor wear tends to be suppressed. Also, if the content of the sulfur-based solid lubricant is less than the above upper limit or equal to or less than the above upper limit, the decrease in the friction coefficient tends to be easily suppressed.

(1-4-5.pH調整材)
pH調整材としては、水酸化カルシウム(消石灰)、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二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等を挙げることができ、コストや吸湿性の観点から無機塩基が好ましい。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。pH調整材は、摩擦材と相手材(ローター)との錆固着を防止するために用いられることもある。
(1-4-5. pH adjuster)
Examples of pH adjusters include inorganic bases such as calcium hydroxide (slaked lime), sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, trisodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, and organic bases such as imidazole, histidine, and hexamethylenediamine, and inorganic bases are preferred from the viewpoint of cost and hygroscopicity. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination. The pH adjuster may also be used to prevent rust adhesion between the friction material and the mating material (rotor).

摩擦材組成物にpH調整材を含有する場合、その含有量は、摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、好ましくは0.1質量%以上、好ましくは8質量%以下である。 When the friction material composition contains a pH adjuster, the content is preferably 0.1% by mass or more and preferably 8% by mass or less relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition.

(1-4-6.充填材)
充填材としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどを挙げることができ、好ましくは硫酸バリウムである。これらのうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(1-4-6. Filler)
Examples of the filler include barium sulfate, calcium carbonate, etc., and preferably barium sulfate. One of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

硫酸バリウムには、重晶石と呼ばれる鉱物を粉砕して脱鉄洗浄、水簸して得られる簸性硫酸バリウム(バライト粉)と、人工的に合成する沈降性硫酸バリウムがある。沈降性硫酸バリウムは合成時の条件により粒子の大きさを制御することができ、目的とする粗大粒子の含有量が少ない、微細な硫酸バリウムを製造することができる 。不純物をより一層少なくし、硫酸バリウム粒子の粒度分布をより一層均一にする観点から、沈降性硫酸バリウムを用いることが好ましい。 Barium sulfate comes in two forms: elutriated barium sulfate (baryte powder), which is obtained by crushing a mineral called barite, washing it to remove iron, and elutriating it, and precipitated barium sulfate, which is artificially synthesized. The particle size of precipitated barium sulfate can be controlled by the conditions during synthesis, making it possible to produce fine barium sulfate with a low content of the desired coarse particles. It is preferable to use precipitated barium sulfate from the viewpoint of further reducing impurities and making the particle size distribution of barium sulfate particles even more uniform.

(1-5.摩擦材組成物の製造方法)
本発明の摩擦材組成物は、(1)レーディゲミキサー(「レーディゲ」は登録商標)、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー(「アイリッヒ」は登録商標)等の混合機で各成分を混合する方法;(2)所望する成分の造粒物を調製し、必要により他の成分をレーディゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて混合する方法等により製造することができる。
(1-5. Method for producing friction material composition)
The friction material composition of the present invention can be produced by, for example, (1) a method of mixing the components using a mixer such as a Loedige mixer ("Loedige" is a registered trademark), a pressure kneader, or an Eirich mixer ("Eirich" is a registered trademark); or (2) a method of preparing a granule of the desired components and, if necessary, mixing other components using a mixer such as a Loedige mixer, a pressure kneader, or an Eirich mixer.

本発明の摩擦材組成物の各成分の含有量は、所望する摩擦特性により適宜選択することができ、上記の製造方法により製造することができる。 The content of each component in the friction material composition of the present invention can be appropriately selected depending on the desired friction characteristics, and the composition can be produced by the above-mentioned production method.

また、本発明の摩擦材組成物は、特定の構成成分を高い濃度で含むマスターバッチを作製し、このマスターバッチに熱硬化性樹脂等を添加し混合することにより調製してもよい。 The friction material composition of the present invention may also be prepared by preparing a master batch containing a specific component at a high concentration, and then adding and mixing a thermosetting resin or the like to this master batch.

<2.摩擦材及び摩擦部材>
本発明においては、上記摩擦材組成物を、常温(20℃)にて仮成形し、得られた仮成形体を加熱加圧成形(成形圧力10MPa~40MPa、成形温度150℃~200℃)し、必要に応じて、得られた成形体を加熱炉内で熱処理(150℃~220℃、1時間~12時間保持)を施し、しかる後その成形体に機械加工、研磨加工を加えることにより、所定の形状を有する摩擦材を製造することができる。
2. Friction materials and friction members
In the present invention, the friction material composition is preliminarily molded at room temperature (20° C.), and the obtained preliminarily molded body is heated and pressurized (molding pressure: 10 MPa to 40 MPa, molding temperature: 150° C. to 200° C.), and if necessary, the obtained molded body is heat-treated in a heating furnace (150° C. to 220° C., held for 1 hour to 12 hours), and then the molded body is machined and polished to produce a friction material having a predetermined shape.

本発明の摩擦材は、該摩擦材を摩擦面となるように形成した摩擦部材として用いられる。摩擦材を用いて形成することができる摩擦部材としては、例えば、(1)摩擦材のみの構成、(2)裏金等の基材と、該基材の上に設けられ、摩擦面を与える本発明の摩擦材とを有する構成等が挙げられる。 The friction material of the present invention is used as a friction member formed so that the friction material forms a friction surface. Examples of friction members that can be formed using the friction material include (1) a configuration consisting of only the friction material, and (2) a configuration having a base material such as a backing metal and the friction material of the present invention that is provided on the base material to provide a friction surface.

基材は、摩擦部材の機械的強度をより一層向上させるために用いるものであり、材質としては、金属又は繊維強化樹脂等を用いることができる。金属又は繊維強化樹脂としては、例えば、鉄、ステンレス、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂等が挙げられる。 The substrate is used to further improve the mechanical strength of the friction member, and may be made of a metal or fiber-reinforced resin. Examples of metal or fiber-reinforced resin include iron, stainless steel, glass fiber-reinforced resin, and carbon fiber-reinforced resin.

摩擦材には、通常、内部に微細な気孔が多数形成されており、高温時の分解生成物(ガスや液状物)の逃げ道となり摩擦特性の低下防止を図るとともに、摩擦材の剛性を下げ、減衰性を向上させることで鳴きの発生を防止している。通常の摩擦材においては、気孔率が好ましくは5%~30%、より好ましくは10%~25%になるように、材料の配合、成形条件を管理している。 Friction materials usually have many tiny pores formed inside, which act as escape routes for decomposition products (gases and liquids) at high temperatures, preventing a decrease in frictional properties, and also prevent squealing by reducing the friction material's rigidity and improving damping. In normal friction materials, the material composition and molding conditions are controlled so that the porosity is preferably 5% to 30%, and more preferably 10% to 25%.

本発明の摩擦部材は、上記本発明の摩擦材組成物により構成されているので、銅成分を含有しない又は銅成分の含有量を少なくした場合においても、PM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の生成が少なく、摩擦係数が大きい。そのため、本発明の摩擦部材は、各種車両や、産業機械等の制動装置を構成するディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等のブレーキシステム全般に好適に用いることができ、特に回生協調ブレーキの摩擦部材として好適に用いることができる。 The friction member of the present invention is composed of the friction material composition of the present invention, and therefore generates little fine wear dust such as PM10 and PM2.5 and has a large friction coefficient even when it does not contain a copper component or contains a reduced amount of copper component. Therefore, the friction member of the present invention can be suitably used in brake systems in general, such as disc pads, brake linings, clutch facings, etc., that constitute the braking devices of various vehicles and industrial machines, and can be suitably used as a friction member for regenerative cooperative brakes in particular.

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail with reference to specific examples.

本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。 The present invention is not limited to the following examples, and can be modified as appropriate without departing from the spirit and scope of the invention.

(合成例1)
チタン酸マグネシウムカリウム(大塚化学社製、商品名:「TERRACESS PM」)の20質量%水性スラリーを調製し、該水性スラリーにチタン酸マグネシウムカリウムのカリウムに対して0.27当量の硫酸を混合し、常温(20℃)で2時間撹拌した。この水性スラリーを吸引ろ過し、脱イオン水で洗浄して分取したケーキ(固形分)を110℃で12時間乾燥し、電気炉にて500℃で1時間焼成した後、徐冷し、得られた焼成物を20メッシュの篩に通して目的とするチタン酸塩1とした。
(Synthesis Example 1)
A 20% by mass aqueous slurry of magnesium potassium titanate (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., product name: "TERRACESS PM") was prepared, and 0.27 equivalents of sulfuric acid relative to the potassium of magnesium potassium titanate was mixed with the aqueous slurry and stirred for 2 hours at room temperature (20°C). This aqueous slurry was suction filtered, washed with deionized water, and the separated cake (solid content) was dried at 110°C for 12 hours, baked at 500°C for 1 hour in an electric furnace, and then slowly cooled. The baked product was passed through a 20-mesh sieve to obtain the target titanate 1.

(合成例2)
チタン酸リチウムカリウム(大塚化学社製、商品名「TERRACESS L」)の20質量%水性スラリーを調製し、該水性スラリーにチタン酸リチウムカリウムのカリウムに対して0.24当量の硫酸を混合し、常温(20℃)で2時間撹拌した。この水性スラリーを吸引ろ過し、脱イオン水で洗浄して分取したケーキ(固形分)を110℃で12時間乾燥し、電気炉にて500℃で1時間焼成した後、徐冷し、得られた焼成物を20メッシュの篩に通して目的とするチタン酸塩2とした。
(Synthesis Example 2)
A 20% by mass aqueous slurry of lithium potassium titanate (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., product name "TERRACESS L") was prepared, and 0.24 equivalents of sulfuric acid relative to the potassium of the lithium potassium titanate was mixed with the aqueous slurry and stirred for 2 hours at room temperature (20° C.). The aqueous slurry was suction filtered, washed with deionized water, and the separated cake (solid content) was dried at 110° C. for 12 hours, baked at 500° C. for 1 hour in an electric furnace, and then slowly cooled. The baked product was passed through a 20-mesh sieve to obtain the target titanate 2.

(実施例1~実施例3及び比較例1~比較例3)
<摩擦部材の製造>
表1に記載の配合比率に従って各材料を配合し、アイリッヒミキサーを用いて3分間混合を行った。得られた混合物を、150℃に温めた加熱成形用金型のキャビティー部に投入し、その上にバックプレート(材質:鋼)を載せたまま、成形体の気孔率が15%となるように15MPa~40MPaの圧力で240秒間加圧した。得られた成形体を210℃に熱した恒温乾燥機に入れて2時間保持し、完全硬化を行うことにより、摩擦部材を得た。
(Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3)
<Manufacture of friction members>
The materials were mixed according to the mixing ratios shown in Table 1, and mixed for 3 minutes using an Eirich mixer. The mixture was placed in the cavity of a hot molding die heated to 150°C, and with a back plate (material: steel) placed on top, it was pressurized at a pressure of 15 MPa to 40 MPa for 240 seconds so that the porosity of the molded body was 15%. The molded body obtained was placed in a thermostatic dryer heated to 210°C and held there for 2 hours to completely harden, thereby obtaining a friction member.

Figure 2024081464000001
Figure 2024081464000001

表1中の材料は以下のものを用い、粉体物性等は以下のように測定した。 The materials used in Table 1 are as follows, and the powder properties were measured as follows:

(フェノール樹脂)
フェノール樹脂:ヘキサメチレンテトラミン配合ノボラック型フェノール樹脂(ストレートフェノール樹脂)粉末
(Phenol resin)
Phenolic resin: Hexamethylenetetramine-containing novolac-type phenolic resin (straight phenolic resin) powder

(チタン酸塩1)
チタン酸塩1:合成例1で得られたチタン酸塩1、分解率81質量%(生成物:ホランダイト型36質量%、その他45質量%)、板状粒子、平均粒子径6.1μm、比表面積3.62m/g、アルカリ金属イオン溶出率0.65質量%
(Titanate 1)
Titanate 1: Titanate 1 obtained in Synthesis Example 1, decomposition rate 81% by mass (product: hollandite type 36% by mass, others 45% by mass), plate-like particles, average particle diameter 6.1 μm, specific surface area 3.62 m 2 /g, alkali metal ion elution rate 0.65% by mass.

(チタン酸塩2)
チタン酸塩2:合成例2で得られたチタン酸塩2、分解率100質量%(生成物:ホランダイト型99質量%、その他1質量%)、板状粒子、平均粒子径16.0μm、比表面積2.08m/g、アルカリ金属イオン溶出率1.44質量%
(Titanate 2)
Titanate 2: Titanate 2 obtained in Synthesis Example 2, decomposition rate 100% by mass (product: hollandite type 99% by mass, others 1% by mass), plate-like particles, average particle size 16.0 μm, specific surface area 2.08 m 2 /g, alkali metal ion elution rate 1.44% by mass.

(チタン酸塩3)
チタン酸塩3:チタン酸マグネシウムカリウム(大塚化学社製、商品名「TERRACESS PM」、分解率0質量%、板状粒子、平均粒子径6.9μm、比表面積1.26m/g、アルカリ金属イオン溶出率3.60質量%
(Titanate 3)
Titanate 3: magnesium potassium titanate (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., product name "TERRACESS PM", decomposition rate 0 mass%, plate-like particles, average particle size 6.9 μm, specific surface area 1.26 m 2 /g, alkali metal ion elution rate 3.60 mass%

(チタン酸塩4)
チタン酸塩4:チタン酸リチウムカリウム(大塚化学社製、商品名:「TERRACESS L」、分解率0質量%、板状粒子、平均粒子径16.4μm、比表面積0.81m/g、アルカリ金属イオン溶出率2.10質量%
(Titanate 4)
Titanate 4: Lithium potassium titanate (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., product name: "TERRACESS L", decomposition rate 0 mass%, plate-like particles, average particle size 16.4 μm, specific surface area 0.81 m 2 /g, alkali metal ion elution rate 2.10 mass%

(スチール系繊維)
スチール繊維:ボンスター販売社製、商品名「カットウールBS-1V」、カール状繊維、平均繊維長(カット長)1.5mm、平均繊維径50μm
(Steel Fiber)
Steel fiber: manufactured by Bonstar Sales Co., Ltd., product name "Cut Wool BS-1V", curled fiber, average fiber length (cut length) 1.5 mm, average fiber diameter 50 μm

(アラミド繊維)
フィブリル化したパラ型アラミド繊維(アラミドパルプ)、繊維長0.89mm、比表面積9.8m/g
(Aramid fiber)
Fibrillated para-aramid fiber (aramid pulp), fiber length 0.89 mm, specific surface area 9.8 m 2 /g

(硫酸バリウム)
簸性硫酸バリウム粉末、平均粒子径24μm
(Barium Sulfate)
Elutriated barium sulfate powder, average particle size 24 μm

(マイカ)
天然マイカ粉末、平均粒子径180μm
(Mica)
Natural mica powder, average particle size 180 μm

(ジルコン)
珪酸ジルコニウム粉末、平均粒子径1.5μm
(Zircon)
Zirconium silicate powder, average particle size 1.5 μm

(アルミナ)
αアルミナ粉末、平均粒子径57μm
(alumina)
Alpha alumina powder, average particle size 57 μm

(硫化スズ)
硫化スズ(II)粉末、平均粒子径7μm
(Tin sulfide)
Tin(II) sulfide powder, average particle size 7 μm

(黒鉛)
合成黒鉛粉末、平均粒子径730μm
(graphite)
Synthetic graphite powder, average particle size 730 μm

(チタン酸塩の分解率)
窒素雰囲気下のアルミナ炉心管にサンプル3gを入れ、電気管状路炉を用いて800℃で1時間加熱した。加熱後のサンプル1gと標準シリコン粉末(レアメタリック社製、シリコン粉末(純度99.9%))0.5gとを混合して得られた混合物のX線回折スペクトルを、X線回折測定装置(リガク社製、品番「UltimaIV」)を用いて測定した。得られたX線回折パターンの回折角2θ=10.9°~11.6°に観察される未分解物(加熱前のチタン酸塩)に由来するピーク、回折角2θ=27.5°~28.0°に観察されるホランダイト型結晶構造のチタン酸塩に由来するピーク、回折角2θ=28.0°~28.7°に観察される標準シリコン粉末に由来するピークの積分強度をそれぞれ測定し、予め作成した検量線から未分解物(加熱前のチタン酸塩)、ホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の含有割合(質量%)を算出した。また、チタン酸塩の分解率及びホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率を求めた。
(Decomposition rate of titanate)
3 g of the sample was placed in an alumina furnace tube under a nitrogen atmosphere and heated at 800 ° C. for 1 hour using an electric tubular furnace. The X-ray diffraction spectrum of the mixture obtained by mixing 1 g of the heated sample with 0.5 g of standard silicon powder (manufactured by Rare Metallic Co., Ltd., silicon powder (purity 99.9%)) was measured using an X-ray diffraction measurement device (manufactured by Rigaku Corporation, product number "Ultima IV"). The integrated intensities of the peaks derived from the undecomposed material (titanate before heating) observed at diffraction angles 2θ = 10.9 ° to 11.6 ° in the obtained X-ray diffraction pattern, the peaks derived from titanate with a hollandite crystal structure observed at diffraction angles 2θ = 27.5 ° to 28.0 °, and the peaks derived from the standard silicon powder observed at diffraction angles 2θ = 28.0 ° to 28.7 ° were measured, and the content ratios (mass%) of the undecomposed material (titanate before heating) and titanate with a hollandite crystal structure were calculated from a calibration curve created in advance. In addition, the decomposition rate of titanate and the production rate of titanate having a hollandite type crystal structure were determined.

(チタン酸塩の粒子形状)
電界放出型走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロージス社製、品番「S-4800」)により確認した。
(Particle shape of titanate)
The results were confirmed using a field emission scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, product number "S-4800").

(平均粒子径)
レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所社製、品番「SALD-2100」)により測定し、得られた粒度分布における体積基準累積50%時の粒子径を平均粒子径とした。なお、黒鉛の平均粒子径はデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、「VHX-1000」)により観測し、30個の平均値とし、硫化スズの平均粒子径は電界放出型走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロージス社製、品番「S-4800」)により観測し、200個の平均値とした。
(Average particle size)
The average particle size was determined by measuring the particle size distribution at 50% cumulative volume in the particle size distribution obtained using a laser diffraction particle size analyzer (Shimadzu Corporation, product number "SALD-2100"). The average particle size of graphite was measured using a digital microscope (Keyence Corporation, "VHX-1000") and was calculated as the average of 30 particles, while the average particle size of tin sulfide was measured using a field emission scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, product number "S-4800") and was calculated as the average of 200 particles.

(比表面積)
自動比表面積測定装置(micromeritics社製、品番「TriStarII3020」)により測定した。
(Specific surface area)
The measurement was performed using an automatic specific surface area measuring device (manufactured by Micromeritics, product number "TriStar II 3020").

(アルカリ金属イオン溶出率)
サンプルの質量(X)gを測定し、次いでサンプルを超純水に加えて1質量%のスラリーを調製し、80℃で4時間撹拌後、ポアサイズ0.2μmのメンブレンフィルターで固形分を除去し、抽出液を得た。得られた抽出液のアルカリ金属イオンの質量(Y)gをイオンクロマトグラフ(ダイオネクス社製、品番「ICS-1100」)にて測定した。次いで、上記質量(X)g及び(Y)gの値を用い、式[(Y)/(X)]×100に基づいて、アルカリ金属イオン溶出率(質量%)を算出した。
(Alkali metal ion elution rate)
The mass (X) g of the sample was measured, and then the sample was added to ultrapure water to prepare a 1% by mass slurry, which was stirred at 80° C. for 4 hours, after which the solids were removed using a membrane filter with a pore size of 0.2 μm to obtain an extract. The mass (Y) g of the alkali metal ions in the obtained extract was measured using an ion chromatograph (manufactured by Dionex Corporation, product number "ICS-1100"). Next, using the values of the masses (X) g and (Y) g, the alkali metal ion elution rate (mass%) was calculated based on the formula [(Y)/(X)]×100.

(スチール系繊維の形状、平均繊維長、及び平均繊維径)
デジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、「VHX-1000」)を用いて形状を観測し、平均繊維長及び平均繊維径は、それぞれ30個の平均値とした。
(Shape, average fiber length, and average fiber diameter of steel-based fibers)
The shape was observed using a digital microscope (Keyence Corporation, "VHX-1000"), and the average fiber length and average fiber diameter were each calculated as an average value of 30 pieces.

<摩擦部材の評価>
上記で作製した摩擦部材のロックウェル硬度、平均摩擦係数および摩擦材摩耗量、摩耗粉塵量は以下のように評価した。
<Evaluation of friction materials>
The Rockwell hardness, average friction coefficient, friction material wear amount, and wear dust amount of the friction members produced above were evaluated as follows.

(ロックウェル硬度)
摩擦部材の表面のロックウェル硬度をJIS D4421の方法に従い測定した。硬さのスケールはSスケールを用いた。
(Rockwell hardness)
The Rockwell hardness of the surface of the friction member was measured according to the method of JIS D 4421. The S scale was used as the hardness scale.

(平均摩擦係数及び摩擦材摩耗量)
上記で作製した摩擦部材について、摩擦部材の表面を1.0mm研磨し、スケールダイナモ試験用の摩擦部材に加工した。その摩擦部材とローター(ASTM規格におけるA型に属する鋳鉄ローター)を用いて65km/h、3.5m/s、500回の制動条件で摺合せを実施した。予め上記条件で摺合せを実施した摩擦部材とローターを用いて表2の摩擦条件にて試験を実施し、平均摩擦係数、摩擦材摩耗量、ローター摩耗量を測定した。試験は2回実施し、その平均値を測定結果とした。
(Average friction coefficient and friction material wear amount)
The surface of the friction member prepared above was polished by 1.0 mm to process it into a friction member for a scale dynamo test. Using the friction member and a rotor (a cast iron rotor belonging to type A in the ASTM standard), a friction test was performed under the conditions of 65 km/h, 3.5 m/ s2 , and 500 braking operations. Using the friction member and rotor that had been previously subjected to the friction test under the above conditions, a test was performed under the friction conditions in Table 2, and the average friction coefficient, friction material wear amount, and rotor wear amount were measured. The test was performed twice, and the average value was used as the measurement result.

Figure 2024081464000002
Figure 2024081464000002

結果を下記の表3に示す。 The results are shown in Table 3 below.

Figure 2024081464000003
Figure 2024081464000003

(摩耗粉塵量)
上記で作製した摩擦部材について、摩擦部材の表面を1.0mm研磨し、スケールダイナモ試験用の摩擦部材に加工した。その摩擦部材とローター(ASTM規格におけるA型に属する鋳鉄ローター)を用いて65km/h、3.5m/s、500回の制動条件で摺合せを実施し、スケールダイナモに摩耗粉集塵装置を繋げた。摩耗粉塵捕集装置には、東京ダイレック社製、MCIサンプラー(PM10-2.5及びPM2.5を捕集するフィルター設置)を取り付けた。予め上記条件で摺合せを実施した摩擦部材とローターを用いて表2の摩擦条件にて試験を実施し、フィルターで捕集した粒子状物質の質量(PM10-2.5及びPM2.5)を計測した。試験は2回実施し、その平均値を測定結果とした。
(Amount of wear dust)
The surface of the friction member prepared above was ground by 1.0 mm, and processed into a friction member for a scale dynamo test. Using the friction member and a rotor (cast iron rotor belonging to type A in the ASTM standard), a friction test was performed under the conditions of 65 km/h, 3.5 m/s 2 , and 500 braking cycles, and an abrasion dust collector was connected to the scale dynamo. An MCI sampler (equipped with a filter to collect PM10-2.5 and PM2.5) manufactured by Tokyo Dylec Co., Ltd. was attached to the abrasion dust collector. Using the friction member and rotor that had been previously subjected to the abrasion test under the above conditions, a test was performed under the friction conditions in Table 2, and the mass of particulate matter (PM10-2.5 and PM2.5) collected by the filter was measured. The test was performed twice, and the average value was used as the measurement result.

実施例1~実施例3及び比較例3の結果を下記の表4に示す。 The results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 3 are shown in Table 4 below.

Figure 2024081464000004
Figure 2024081464000004

表3及び表4より、実施例1~実施例3の摩擦材組成物では、銅成分を含有しない、又は銅成分の含有量が0.5質量%未満と少量であっても、制動時にPM10、PM2.5等の微細な摩耗粉塵の発生量が少なく、摩擦係数が大きいロースチール材を形成することができることが確認できた。 From Tables 3 and 4, it was confirmed that the friction material compositions of Examples 1 to 3 can form low-steel materials with a large friction coefficient and low generation of fine wear dust such as PM10 and PM2.5 during braking, even if they do not contain a copper component or the copper content is as small as less than 0.5 mass%.

他方、上記分解率が30質量%未満であるチタン酸塩を用いた比較例1~比較例2の摩擦材組成物では、特に摩擦係数が十分ではなかった。また、チタン酸塩を含まない比較例3の摩擦材組成物では、摩耗粉塵の発生量が大きくなっていた。 On the other hand, the friction material compositions of Comparative Examples 1 and 2, which used titanates with a decomposition rate of less than 30% by mass, did not have sufficient friction coefficients. Also, the friction material composition of Comparative Example 3, which did not contain titanates, generated a large amount of wear dust.

Claims (15)

銅成分の含有量が銅元素として0.5質量%未満の摩擦材組成物であって、
結合材と、スチール系繊維と、チタン酸塩とを含有し、
前記スチール系繊維の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%以上、30質量%未満であり、
前記チタン酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる1種又は2種以上の元素の塩であり、
前記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときの前記チタン酸塩の分解率が、30質量%以上、100質量%以下である、摩擦材組成物。
A friction material composition having a copper content of less than 0.5 mass % in terms of elemental copper,
The composite material comprises a binder, steel-based fibers, and a titanate;
The content of the steel fiber is 10% by mass or more and less than 30% by mass, based on 100% by mass of the total amount of the friction material composition;
the titanate is a salt of one or more elements selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals,
The friction material composition, wherein a decomposition rate of the titanate when the titanate is heated at 800° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere is 30% by mass or more and 100% by mass or less.
前記チタン酸塩を窒素雰囲気下において800℃で1時間加熱したときのホランダイト型結晶構造のチタン酸塩の生成率が、10質量%以上、100質量%以下である、請求項1に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1, wherein the production rate of titanate having a hollandite crystal structure when the titanate is heated at 800°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere is 10% by mass or more and 100% by mass or less. 前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム及びチタン酸マグネシウムカリウムのうち少なくとも一方である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the titanate is at least one of lithium potassium titanate and magnesium potassium titanate. 前記チタン酸塩が、板状粒子である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the titanate is a plate-like particle. 前記チタン酸塩の平均粒子径が、0.1μm以上、100μm以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the average particle size of the titanate is 0.1 μm or more and 100 μm or less. 前記チタン酸塩の比表面積が、0.1m/g以上、10m/g以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the titanate has a specific surface area of 0.1 m 2 /g or more and 10 m 2 /g or less. 前記チタン酸塩のアルカリ金属イオン溶出率が、0.01質量%以上、15質量%以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal ion elution rate of the titanate is 0.01 mass% or more and 15 mass% or less. 前記チタン酸塩の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、5質量%以上、30質量%以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the content of the titanate is 5% by mass or more and 30% by mass or less relative to 100% by mass of the total amount of the friction material composition. 前記チタン酸塩の前記スチール系繊維に対する質量比(チタン酸塩/スチール系繊維)が、0.1以上、3.0以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the mass ratio of the titanate to the steel-based fibers (titanate/steel-based fibers) is 0.1 or more and 3.0 or less. 前記チタン酸塩の前記結合材に対する質量比(チタン酸塩/結合材)が、0.4以上、8.0以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the mass ratio of the titanate to the binder (titanate/binder) is 0.4 or more and 8.0 or less. 前記スチール系繊維の平均繊維長が、0.1mm以上、5mm以下である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the average fiber length of the steel-based fibers is 0.1 mm or more and 5 mm or less. 前記スチール系繊維が、カール状繊維である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the steel-based fibers are curled fibers. 炭素系固体潤滑材の含有量が、前記摩擦材組成物の合計量100質量%に対して、10質量%未満である、請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物。 The friction material composition according to claim 1 or 2, wherein the content of the carbon-based solid lubricant is less than 10 mass % relative to 100 mass % of the total amount of the friction material composition. 請求項1または請求項2に記載の摩擦材組成物の成形体である、摩擦材。 A friction material that is a molded product of the friction material composition according to claim 1 or 2. 請求項14に記載の摩擦材を備える、摩擦部材。 A friction member comprising the friction material according to claim 14.
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