JP3838529B2 - 非石綿系摩擦材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車，鉄道車両，航空機，産業機械類等の制動装置のブレーキライニング，ディスクパッド，クラッチフェーシング等に使用される摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記制動装置の摩擦材は、熱硬化性樹脂樹脂（フェノール樹脂，エポキシ樹脂等）を結合成分とし、基材繊維，充填材等を配合した混合物を加熱加圧下に結着成形することにより製造される。
従来より基材としてアスベスト繊維を配合した摩擦材が使用されてきたが、このものは、低温域および高温域での摩擦係数が比較的低く、特に摩擦面の高温化に伴い摩擦係数が急激に低下するフェード現象を生じ易い。またアスベスト繊維の使用は発がん性の問題も指摘されている。その対策として、アスベスト繊維に代え、六チタン酸カリウム（Ｋ2 Ｔｉ6 Ｏ13）に代表されるチタン酸アルカリ金属化合物（Ｍ2 Ｔｉn Ｏ2n+1，Ｍ: アルカリ金属）の粉末を配合した非石綿系摩擦材の実用化の試みもなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用ブレーキ装置の小型化・軽量化等の要請に応えるには、高摩擦係数を広い温度範囲で安定に維持し得る摩擦材が必要である。上記六チタン酸アルカリ金属繊維は、強度，耐熱性，耐摩耗性，補強性等にすぐれ、アスベスト繊維では得られない摩擦摩耗特性を摩擦材に付与することができる。しかし、高温域におけるでの耐フェード性，摩擦係数等はなお改善すべき余地がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、低温から高温の広い温度域に亘つて高い摩擦係数を安定に維持し、かつ摩耗抵抗性および相手材攻撃性などの良好な非石綿系摩擦材を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の摩擦材は、熱硬化性樹脂を結合剤とし、基材，充填材等が配合された混合物を結着成形してなる非石綿系摩擦材において、
基材として、下式：
ＫｘＭｇｘ / ２Ｔｉ８−ｘ / ２Ｏ１６
〔式中，ｘ＝０.５〜３〕
で示されるホランダイト型結晶構造のオクトチタン酸塩粉末を含有することを特徴としている。
【０００５】
上記ホランダイト型構造のオクトチタン酸塩は、（Ｔｉ，Ｍｇ）Ｏ6 八面体のなす枠の中にＫ+ イオンが配位した一次元トンネル型結晶構造を有する化合物である。このものは高融点（約１４５０℃以上）で、耐熱性、補強効果にすぐれ、またその硬さはモース硬度で約５〜６と、摩擦材として適度の硬さを有する。
自動車用ブレーキパッド等の摩擦材の実使用においては、摩擦熱の発生と蓄熱とにより、摩擦面は局部的に１０００℃以上に昇温すると推定される。この苛酷な使用条件に曝される摩擦材の基材として上記オクトチタン酸塩粉末を配合することにより、高温域での卓抜した高摩擦係数と耐摩耗性が確保され、しかもその温度依存性は小さく、低温から高温の広い温度域に亘つて安定に維持される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
オクトチタン酸塩の形状は特に限定されないが、長径：約１０〜１００μｍ，短径：約３〜２０μｍ，アスペクト比：約２〜５の粒子形態を有するものは、樹脂中への混練分散の均一性がよく、補強効果等にすぐれる点で好適である。
摩擦材のオクトチタン酸塩粉末の配合割合は、３〜５０重量％の範囲が適当である。３重量％に満たないと、配合効果が少なく、他方５０重量％を越えて多量に配合しても、摩擦摩耗特性の改善効果は飽和し、それ以上に増量する利益はない。
【０００７】
本発明の摩擦材の原料組成物は、上記オクトチタン酸塩粉末が配合される点を除いて、従来一般の非石綿系摩擦材と異ならず、その製造工程にも特別の条件ないし制限は課せられない。
結合成分は、例えばフェノール樹脂，エポキシ樹脂，シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、またはその変性樹脂（カシュー油変性，乾性変性，ゴム変性等）が適宜使用される。
【０００８】
また、基材として、上記オクトチタン酸塩と共に、摩擦材の基材として公知の材種、例えばポリアミド繊維，アラミド繊維，フェノール繊維等の有機繊維，セラミック繊維，ガラス繊維，合成無機化合物繊維（チタン酸カリウム繊維等）の無機繊維，スチール繊維，非鉄金属繊維（黄銅，銅，アルミニウム等）の金属繊維等、その１種ないし２種以上が適宜配合される。基材は、所望により、分散性や樹脂結合剤との結着性を高めるための表面処理として行われる、シラン系カップリング剤またはチタネート系カップリング剤によるカップリング処理を常法に従って施したものが使用される。
【０００９】
充填剤は、加硫もしくは未加硫の天然・合成ゴム粉末，カシュー樹脂粉粒，レジンダスト，ゴムダスト等の有機物粉末，黒鉛，二硫化モリブデン，三硫化アンチモン，硫酸バリウム，炭酸カルシウム等の無機物粉末，銅，アルミニウム，亜鉛，鉄等の金属粉末，アルミナ，シリカ，酸化クロム，酸化銅，酸化チタン，酸化鉄，ジルコン等の酸化物粉末等の１種なしい２種以上の粉末が適量配合される。この他、防錆剤，潤滑剤，研削剤等が必要に応じて適量添加されることも、通常の摩擦材におけるそれと異ならない。
【００１０】
上記原料組成物は、予備成形された後、加熱・加圧下の結着成形（加圧力: 約10〜40ＭＰａ, 温度: 約150 〜200 ℃）に付され、結着成形の後、型から取り出された後、必要に応じて熱処理（温度: 約150 〜200 ℃, 保持時間: 約1 〜12Ｈｒ）が施され、ついで機械加工，研磨加工が加えられて目的とする摩擦材に仕上げられる。
【００１１】
【実施例】
〔１〕摩擦材の製作
(1) 原料組成物
基材（オクトチタン酸塩粉末） 30 重量％
結合剤（フェノール樹脂） 20 重量％
摩擦調整剤（硫酸バリウム） 50 重量％
上記オクトチタン酸塩粉末は後記参考例の粉末（K 1.6 Mg 0.8Ti7.2 O 16) を使用した。
【００１２】
(2) 成形加工
原料組成物を予備成形（加圧力:14.7MPa，温度: 常温，時間: １分間）の後、金型による結着成形（加圧力: 14.7 MPa，温度: 170 ℃，加圧保持時間: ５分間）に付し、成形後、脱型して乾燥炉で熱処理（180 ℃に３時間保持) する。その後、所定寸法に切断し、研磨加工を加えて供試摩擦材( ディスクパッド) を得る。この供試摩擦材をＡとする。
【００１３】
（比較例１）
基材として、オクトチタン酸塩粉末に代え、アスベスト繊維（６クラス）を使用した点を除いて、上記実施例と同一の原料組成および成形工程により、供試摩擦材を得る。これを摩擦材Ｂとする。
（比較例２）
基材として、オクトチタン酸塩粉末に代え、六チタン酸カリウム繊維〔繊維径（平均）約30μｍ, 繊維長（平均）約150 μｍ〕を使用した点を除いて、上記実施例と同一の原料組成および成形工程により、供試摩擦材を得る。これを摩擦材Ｃとする。
【００１４】
〔摩擦摩耗試験〕
上記の各供試摩擦材について、JIS D4411 「自動車用ブレーキライニング」に規定の定速度摩擦摩耗試験により、摩擦係数および比摩耗率（cm3 /N・ m)を測定する。試験結果を図１および図２に示す（図１：摩擦係数，図２：比摩耗率）。
ディスク摩擦面：ＦＣ25ねずみ鋳鉄、
面圧：10Kgf/cm2 、摩擦速度：7m/ 秒。
【００１５】
図１（摩擦係数）および図２（比摩耗率）に示したように、摩擦材Ｂ（アスベスト繊維使用）は、低温域および高温域での摩擦係数が低く、特に３５０℃を越える高温域での低下は急激であり、高温域における耐摩耗性の低下も顕著であるる。摩擦材Ｃ（六チタン酸カリウム繊維使用）も低温域での摩擦係数が低い。
これに対し、発明例の摩擦材Ａは、高い摩擦係数を有し、その温度依存性は小さく、低温から高温に亘る広い温度域において高摩擦係数が安定に維持され、耐摩耗性についても、低温域はむろん、３００℃を越える高温域での摩耗量の増加も少なく、摩擦摩耗特性の改善効果は顕著である。
【００１６】
【参考例】
〔ホランダイト型構造オクトチタン酸塩粉末の製造〕
(1) 酸化チタン（アナターゼ型），炭酸カリウム、炭酸マグネシウムを、TiO 2 / K 2 O / MgO ＝ 7.2 / 0.8 / 0.8（モル比）の量比に配合する。混合粉末に水５重量％を添加したうえプレス成形（加圧力5.1 MPa ）し、成形体とする。
(2) 上記成形体を1350℃に３時間加熱保持して焼成処理し、ついで炉中冷却する。焼成反生成物は、オクトチタン酸塩が固結した塊状物である。
(3) 焼成反応生成物を粗粉砕し、2mm 篩を全通させた後、水を加え、家庭用ミキサーで10分間攪拌を加え解繊する。解繊後、脱水乾燥する。
組成（Ｘ線粉末回折）：
Ｋ1.6 Ｍｇ0.8 Ｔｉ7.2 Ｏ16
サイズ（走査型電子顕微鏡）：
長径 10-50μｍ，短径 3-20 μｍ，アスペクト比 2-3。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の摩擦材は、高い摩擦係数と卓抜した摩耗抵抗性を有し、その摩擦摩耗特性の温度依存性は小さく、低温から高温にわたる広い温度域において安定に維持される。従って、本発明の摩擦材は、自動車，車両，航空機，産業機械類等の制動装置のブレーキライニング，クラッチフェーシング，ディスクパッド等として有用であり、高速度化、制動装置の小型・軽量化等への対応を可能とし、また制動機能の向上・安定化、耐久性向上等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】定速度摩擦摩耗試験による摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
【図２】定速度摩擦摩耗試験による比摩耗率の測定結果を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車，鉄道車両，航空機，産業機械類等の制動装置のブレーキライニング，ディスクパッド，クラッチフェーシング等に使用される摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記制動装置の摩擦材は、熱硬化性樹脂樹脂（フェノール樹脂，エポキシ樹脂等）を結合成分とし、基材繊維，充填材等を配合した混合物を加熱加圧下に結着成形することにより製造される。
従来より基材としてアスベスト繊維を配合した摩擦材が使用されてきたが、このものは、低温域および高温域での摩擦係数が比較的低く、特に摩擦面の高温化に伴い摩擦係数が急激に低下するフェード現象を生じ易い。またアスベスト繊維の使用は発がん性の問題も指摘されている。その対策として、アスベスト繊維に代え、六チタン酸カリウム（Ｋ2 Ｔｉ6 Ｏ13）に代表されるチタン酸アルカリ金属化合物（Ｍ2 Ｔｉn Ｏ2n+1，Ｍ: アルカリ金属）の粉末を配合した非石綿系摩擦材の実用化の試みもなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用ブレーキ装置の小型化・軽量化等の要請に応えるには、高摩擦係数を広い温度範囲で安定に維持し得る摩擦材が必要である。上記六チタン酸アルカリ金属繊維は、強度，耐熱性，耐摩耗性，補強性等にすぐれ、アスベスト繊維では得られない摩擦摩耗特性を摩擦材に付与することができる。しかし、高温域におけるでの耐フェード性，摩擦係数等はなお改善すべき余地がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、低温から高温の広い温度域に亘つて高い摩擦係数を安定に維持し、かつ摩耗抵抗性および相手材攻撃性などの良好な非石綿系摩擦材を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の摩擦材は、熱硬化性樹脂を結合剤とし、基材，充填材等が配合された混合物を結着成形してなる非石綿系摩擦材において、
基材として、下式：
ＫｘＭｇｘ / ２Ｔｉ８−ｘ / ２Ｏ１６
〔式中，ｘ＝０.５〜３〕
で示されるホランダイト型結晶構造のオクトチタン酸塩粉末を含有することを特徴としている。
【０００５】
上記ホランダイト型構造のオクトチタン酸塩は、（Ｔｉ，Ｍｇ）Ｏ6 八面体のなす枠の中にＫ+ イオンが配位した一次元トンネル型結晶構造を有する化合物である。このものは高融点（約１４５０℃以上）で、耐熱性、補強効果にすぐれ、またその硬さはモース硬度で約５〜６と、摩擦材として適度の硬さを有する。
自動車用ブレーキパッド等の摩擦材の実使用においては、摩擦熱の発生と蓄熱とにより、摩擦面は局部的に１０００℃以上に昇温すると推定される。この苛酷な使用条件に曝される摩擦材の基材として上記オクトチタン酸塩粉末を配合することにより、高温域での卓抜した高摩擦係数と耐摩耗性が確保され、しかもその温度依存性は小さく、低温から高温の広い温度域に亘つて安定に維持される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
オクトチタン酸塩の形状は特に限定されないが、長径：約１０〜１００μｍ，短径：約３〜２０μｍ，アスペクト比：約２〜５の粒子形態を有するものは、樹脂中への混練分散の均一性がよく、補強効果等にすぐれる点で好適である。
摩擦材のオクトチタン酸塩粉末の配合割合は、３〜５０重量％の範囲が適当である。３重量％に満たないと、配合効果が少なく、他方５０重量％を越えて多量に配合しても、摩擦摩耗特性の改善効果は飽和し、それ以上に増量する利益はない。
【０００７】
本発明の摩擦材の原料組成物は、上記オクトチタン酸塩粉末が配合される点を除いて、従来一般の非石綿系摩擦材と異ならず、その製造工程にも特別の条件ないし制限は課せられない。
結合成分は、例えばフェノール樹脂，エポキシ樹脂，シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、またはその変性樹脂（カシュー油変性，乾性変性，ゴム変性等）が適宜使用される。
【０００８】
また、基材として、上記オクトチタン酸塩と共に、摩擦材の基材として公知の材種、例えばポリアミド繊維，アラミド繊維，フェノール繊維等の有機繊維，セラミック繊維，ガラス繊維，合成無機化合物繊維（チタン酸カリウム繊維等）の無機繊維，スチール繊維，非鉄金属繊維（黄銅，銅，アルミニウム等）の金属繊維等、その１種ないし２種以上が適宜配合される。基材は、所望により、分散性や樹脂結合剤との結着性を高めるための表面処理として行われる、シラン系カップリング剤またはチタネート系カップリング剤によるカップリング処理を常法に従って施したものが使用される。
【０００９】
充填剤は、加硫もしくは未加硫の天然・合成ゴム粉末，カシュー樹脂粉粒，レジンダスト，ゴムダスト等の有機物粉末，黒鉛，二硫化モリブデン，三硫化アンチモン，硫酸バリウム，炭酸カルシウム等の無機物粉末，銅，アルミニウム，亜鉛，鉄等の金属粉末，アルミナ，シリカ，酸化クロム，酸化銅，酸化チタン，酸化鉄，ジルコン等の酸化物粉末等の１種なしい２種以上の粉末が適量配合される。この他、防錆剤，潤滑剤，研削剤等が必要に応じて適量添加されることも、通常の摩擦材におけるそれと異ならない。
【００１０】
上記原料組成物は、予備成形された後、加熱・加圧下の結着成形（加圧力: 約10〜40ＭＰａ, 温度: 約150 〜200 ℃）に付され、結着成形の後、型から取り出された後、必要に応じて熱処理（温度: 約150 〜200 ℃, 保持時間: 約1 〜12Ｈｒ）が施され、ついで機械加工，研磨加工が加えられて目的とする摩擦材に仕上げられる。
【００１１】
【実施例】
〔１〕摩擦材の製作
(1) 原料組成物
基材（オクトチタン酸塩粉末） 30 重量％
結合剤（フェノール樹脂） 20 重量％
摩擦調整剤（硫酸バリウム） 50 重量％
上記オクトチタン酸塩粉末は後記参考例の粉末（K 1.6 Mg 0.8Ti7.2 O 16) を使用した。
【００１２】
(2) 成形加工
原料組成物を予備成形（加圧力:14.7MPa，温度: 常温，時間: １分間）の後、金型による結着成形（加圧力: 14.7 MPa，温度: 170 ℃，加圧保持時間: ５分間）に付し、成形後、脱型して乾燥炉で熱処理（180 ℃に３時間保持) する。その後、所定寸法に切断し、研磨加工を加えて供試摩擦材( ディスクパッド) を得る。この供試摩擦材をＡとする。
【００１３】
（比較例１）
基材として、オクトチタン酸塩粉末に代え、アスベスト繊維（６クラス）を使用した点を除いて、上記実施例と同一の原料組成および成形工程により、供試摩擦材を得る。これを摩擦材Ｂとする。
（比較例２）
基材として、オクトチタン酸塩粉末に代え、六チタン酸カリウム繊維〔繊維径（平均）約30μｍ, 繊維長（平均）約150 μｍ〕を使用した点を除いて、上記実施例と同一の原料組成および成形工程により、供試摩擦材を得る。これを摩擦材Ｃとする。
【００１４】
〔摩擦摩耗試験〕
上記の各供試摩擦材について、JIS D4411 「自動車用ブレーキライニング」に規定の定速度摩擦摩耗試験により、摩擦係数および比摩耗率（cm3 /N・ m)を測定する。試験結果を図１および図２に示す（図１：摩擦係数，図２：比摩耗率）。
ディスク摩擦面：ＦＣ25ねずみ鋳鉄、
面圧：10Kgf/cm2 、摩擦速度：7m/ 秒。
【００１５】
図１（摩擦係数）および図２（比摩耗率）に示したように、摩擦材Ｂ（アスベスト繊維使用）は、低温域および高温域での摩擦係数が低く、特に３５０℃を越える高温域での低下は急激であり、高温域における耐摩耗性の低下も顕著であるる。摩擦材Ｃ（六チタン酸カリウム繊維使用）も低温域での摩擦係数が低い。
これに対し、発明例の摩擦材Ａは、高い摩擦係数を有し、その温度依存性は小さく、低温から高温に亘る広い温度域において高摩擦係数が安定に維持され、耐摩耗性についても、低温域はむろん、３００℃を越える高温域での摩耗量の増加も少なく、摩擦摩耗特性の改善効果は顕著である。
【００１６】
【参考例】
〔ホランダイト型構造オクトチタン酸塩粉末の製造〕
(1) 酸化チタン（アナターゼ型），炭酸カリウム、炭酸マグネシウムを、TiO 2 / K 2 O / MgO ＝ 7.2 / 0.8 / 0.8（モル比）の量比に配合する。混合粉末に水５重量％を添加したうえプレス成形（加圧力5.1 MPa ）し、成形体とする。
(2) 上記成形体を1350℃に３時間加熱保持して焼成処理し、ついで炉中冷却する。焼成反生成物は、オクトチタン酸塩が固結した塊状物である。
(3) 焼成反応生成物を粗粉砕し、2mm 篩を全通させた後、水を加え、家庭用ミキサーで10分間攪拌を加え解繊する。解繊後、脱水乾燥する。
組成（Ｘ線粉末回折）：
Ｋ1.6 Ｍｇ0.8 Ｔｉ7.2 Ｏ16
サイズ（走査型電子顕微鏡）：
長径 10-50μｍ，短径 3-20 μｍ，アスペクト比 2-3。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の摩擦材は、高い摩擦係数と卓抜した摩耗抵抗性を有し、その摩擦摩耗特性の温度依存性は小さく、低温から高温にわたる広い温度域において安定に維持される。従って、本発明の摩擦材は、自動車，車両，航空機，産業機械類等の制動装置のブレーキライニング，クラッチフェーシング，ディスクパッド等として有用であり、高速度化、制動装置の小型・軽量化等への対応を可能とし、また制動機能の向上・安定化、耐久性向上等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】定速度摩擦摩耗試験による摩擦係数の測定結果を示すグラフである。
【図２】定速度摩擦摩耗試験による比摩耗率の測定結果を示すグラフである。
Claims (1)
- 熱硬化性樹脂を結合剤とし、基材，充填材等が配合された混合物を結着成形してなる非石綿系摩擦材において、
基材として、下式：
ＫｘＭｇｘ / ２Ｔｉ８−ｘ / ２Ｏ１６
〔式中，ｘ＝０.５〜３〕
で示されるホランダイト型結晶構造のオクトチタン酸塩粉末を含有することを特徴とする非石綿系摩擦材。
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|---|---|---|---|
| JP28416697A JP3838529B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 非石綿系摩擦材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28416697A JP3838529B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | 非石綿系摩擦材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11116698A JPH11116698A (ja) | 1999-04-27 |
| JP3838529B2 true JP3838529B2 (ja) | 2006-10-25 |
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| JP5133309B2 (ja) * | 2009-09-01 | 2013-01-30 | 大塚化学株式会社 | 板状４チタン酸カリウム並びにその製造方法及び摩擦材 |
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1997
- 1997-10-17 JP JP28416697A patent/JP3838529B2/ja not_active Expired - Fee Related
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