JP4159721B2 - 非アスベストの摩擦材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、現在は放棄されている１９９６年８月３０日付けで出願した米国特許出願第０８／７０４，８９９号一部継続出願に基づくものである。該米国特許出願は、現在は放棄されている１９９５年９月２８日付けで出願した米国特許出願第０８／５３４，９７８号の一部継続出願である。上記米国特許は、１９９４年６月３日付けで出願し、現在、米国特許第５，７５３，３５６号となっている米国特許出願第０８／２５３，７２７号の一部継続出願である。該米国特許は、現在は放棄されている１９９３年８月４日付けで出願した米国特許出願第０８／１０１，９５１号の一部継続出願である。これら出願の全ては、参考として引用し、明示的に本明細書に含めてある。
【０００２】
本発明は、摩擦紙の製造工程中、繊維状の基材料の表面上に沈着した炭素粒子を有する繊維状の基材料から成る、非アスベスト、非金属系の摩擦材料に関する。繊維状の基材料は、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維、炭素繊維、炭素粒子、フェノールノボロイド（ｎｏｖｏｌｏｉｄ）繊維、綿繊維、及び珪藻土のような少なくとも１つのフィラー材料を有する一次層と、炭素粒子から成る二次層とを備えている。本発明は、フェノール樹脂又は改質したフェノール樹脂混合体を含浸させた上記の繊維状の基材料を備える複合的な摩擦材料に更に関する。特定の実施の形態において、繊維状の基材料を含浸させるために使用すべく少なくとも１つのシリコーン樹脂が少なくとも１つのフェノール樹脂と混合させる。
【０００３】
本発明の摩擦材料は、強度、多孔性、耐磨耗性、及び騒音防止性が向上している。本発明の摩擦材料は、最初の段階にて、従来の摩擦材料よりも「慣らし（ｂｒｅａｋ−ｉｎ）」挙動に優れ且つより安定的な摩擦係数を有する。また、形成される摩擦材料は、高エネルギの用途及び騒音無しの状態にて特に有用である。
【０００４】
また、本発明の摩擦材料は、高速時の耐久寿命が長い。
【０００５】
【従来の技術】
新型で且つ高性能の伝動装置すなわちトランスミッション及びブレーキ装置が自動車業界によって開発されている。こうした新型の装置は、エネルギ必要量が大であることがしばしばである。このため、こうした高性能の装置の増大するエネルギ必要量を充たすため摩擦材料の技術も開発しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
摩擦材料は、表面速度が約６５ｍ／秒となる高速度に耐え得なければならない。また、摩擦材料は、約１０３４２．１ｋＰａ（１５００ｐｓｉ）ものフェーシングライニングの高圧力にも耐え得るものでなければならない。また、摩擦材料は、制限された潤滑状態下にても有用であることも重要である。
【０００７】
高性能の伝動装置及びブレーキ装置にて有用であるためには、摩擦材料は耐久性があり且つ優れた耐熱性を有しなければならない。摩擦材料は高温度にて安定状態を保つのみならず、運転状態下にて発生される高熱を急速に放散させることも可能でなければならない。
【０００８】
新型の伝動装置及びブレーキ装置が係合したり、係合離脱したりする間に高速度となることは、摩擦材料はその係合状態の全体にて比較的一定の摩擦状態を維持し得なければならなことを意味する。ブレーキ作動中、及び材料が１つのギアから別のギアへ動力シフトする間に、伝動装置の「こまかい振動（ｓｈｕｄｄｅｒｉｎｇ）」を最小にし得るように、摩擦係合状態が広い速度及び温度範囲に亙って比較的一定であることが重要である。特に、摩擦材料は、最初の運転サイクルすなわち「慣らし」運動時にこまかく振動してはならない。
【０００９】
また、摩擦係合状態の間、騒音無し、すなわち「キーッという音（ｓｑｕａｗｋ）」が生じないようにするため、摩擦材料が所望のトルク曲線を有することも重要である。
【００１０】
温度の安定化のため、従来、アスベスト繊維が摩擦材料中に組み込まれていた。例えば、アーレドター（Ａｒｌｅｄｔｅｒ）及びその他の者の米国特許第３，２７０，８４６号には、アスベストと共に使用されるフェノール樹脂及びフェノール改質樹脂が記載されている。しかしながら、今日、健康及び環境上の問題のため、アスベストは、最早、使用されていない。より最近の摩擦材料は、紙又は繊維材料にフェノール系樹脂又はフェノール系改質樹脂を含浸させて改質することにより、摩擦材料中でのアスベストの不存在を補おうと試みている。しかしながら、こうした摩擦材料は、発生した高熱を迅速に放散せず、現在開発中の高速度装置に使用するために今日、必要とされる耐熱性及び満足し得る摩擦性能係数を備えていない。
【００１１】
湿式クラッチの用途のため摩擦材料中にフェノール樹脂を使用することが可能であるが、フェノール樹脂には色々な制約がある。フェノール樹脂の摩擦材料は、新型の高エネルギの伝動装置に使用するのに必要な優れた耐熱性を備えていない。特に、フェノール樹脂は、高エネルギの用途にて使用するには低過ぎる約４５０°乃至５００℃の温度にて炭素化する。更に、フェノール樹脂は、硬い材料であり、フェノール樹脂を摩擦材料中で使用するとき、ライニングの不均一な磨耗及び分離板の「ホットスポット（ｈｏｔ ｓｏｐｔｓ）」が生じる。
【００１２】
フェノール樹脂の摩擦材料の制約及び欠点を解消しようとする試みは、フェノール樹脂を他の熱硬化性樹脂と置換することである。摩擦材料を製造する１つの試みは、フェノール樹脂を色々な合成樹脂で改質することを含む。一例として、タカラダ（Ｔａｋａｒａｄａ）及びその他の者の米国特許第４，６５７，９５１号には、摩擦材料を形成し得るように圧縮成形されたオルガノポリシロキサンで改質したフェノール樹脂である。フェノール樹脂及びオルガノポリシロキサンは、共に反応して、凝縮反応を生じさせる。次に、この凝縮物を蒸留して、冷却により凝固させ且つ粉砕して、粉体状のフェノール改質樹脂を形成する。圧縮成形した摩擦材料を製造するときにこの粉体状のフェノール改質樹脂を使用していた。
【００１３】
知られている限り、フェノール材料と混合させ且つ摩擦紙を含浸すべく使用されるシリコーン材料を含む、伝動装置にて使用するための摩擦材料は何ら開示されていない。
【００１４】
参考としてのハルトマン（Ｈａｒｔｍａｎｎ）及びその他の者の米国特許第３，９１１，０４５号は、圧縮成形組成物として使用するためフェノール樹脂と混合させたシリコーン材料について記述しているが、シリコーン材料を樹脂材料と具合良く混合させ且つ摩擦材料ライニングを含浸させるため使用できるということに関して何らの開示又は示唆も為されていない。これに反して、シリコーン樹脂を摩擦材料中で使用しようとする従来の試みは、満足し得ないものである。シリコーン樹脂で含浸させ又は飽和させた摩擦ライニングは、従来から、せん断強度及び剥離抵抗性が弱いことを実証している。更に、シリコーン樹脂で飽和させた摩擦材料は、通常、過度に弾性的であり、このため、試験すると、望ましくない摩擦及び摩擦特性を示す。フェノールホルムアルデヒド樹脂−ポリシロキサン樹脂でのみ形成された、成形した摩擦ライニング組成物は、公知であるにも拘らず、使用されていない。それは、かかる成形した組成物は必要な一定の摩擦係数を有さず、しかもかかる摩擦材料は高エネルギ及び高熱状態下にて機能しなくなるからである。
【００１５】
本発明は、多数ステップの含浸及び硬化工程を含む、参考としてのセイツ（Ｓｅｉｔｚ）の米国特許第５，０８３，６５０号の改良である、すなわち、紙に被覆組成物を含浸させ、紙の上に炭素粒子を配置し、紙中の被覆組成物の一部分を硬化させ、その一部分硬化した紙に第二の被覆組成物を付与し、最後に、その双方の被覆組成物を硬化させるようにしたものである。
【００１６】
摩擦材料を「湿式」の用途にて使用可能であるようにするためには、摩擦材料は多岐に亙って許容可能な性質を有しなければならない。摩擦材料は、弾性的で、しかも圧縮硬化、摩損、及び応力に対する抵抗性があり、耐熱性に優れ且つ熱を迅速に放散し、しかも、長期間に亙って安定的で且つ均一な摩擦性能を有しなければならない。こうした性質の何れか１つが充たされないならば、最適な性能の摩擦材料は達成されない。
【００１７】
このため、高エネルギ用途の摩擦材料を形成するために、含浸樹脂を適当な摩擦ライニング又は繊維状の基材料と共に使用することも重要である。摩擦材料は、含浸を行う間に湿った樹脂にて飽和させたとき、及び使用中にブレーキ流体又は伝動装置用オイルにて飽和させたときの双方にて優れたせん断強度を有しなければならない。
【００１８】
また、特定の用途において、摩擦材料が高い多孔性を有し、使用中の流体透過度が大きいようにすることも重要である。このため、摩擦材料は多孔質であるのみならず、圧縮可能でもあることが重要である。摩擦材料中に浸透した流体は、ブレーキ又は伝動装置の作動中に付与された圧力の下、摩擦材料から迅速に搾り出され又は解放されることができ、しかも、ライニング材料が潰れないことが必要である。また、摩擦材料は、ブレーキ又は伝動装置の作動中に発生した熱を迅速に放散させるのに役立ち得るように熱伝導率が大きいことも重要である。
【００１９】
知られている限り、炭素繊維、炭素粒子及び綿繊維と組み合わせて、現在利用可能なアラミド繊維よりもフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維を一次層として有し、一次層の上に二次炭素粒子層を有する、伝動装置内にて使用するための摩擦材料に関して何も開示されていない。
【００２０】
従って、本発明の１つの目的は、従来技術のものと比較して信頼性が高く且つ改良された性質を有する改良された摩擦材料を提供することである。
本発明の別の目的は、こまかい振動の防止性能、高速度及び高エネルギの耐久性、高多孔度の強度及び騒音防止性に優れた摩擦材料を提供することである。
【００２１】
より優れた摩擦材料の必要性を考慮した広範囲に亙る研究の結果、当該発明者は、改良された性質を有する摩擦材料を開発した。本発明の摩擦材料は、使用中、摩擦材料に過酷な「慣らし」運転状態が為される用途にて特に有用である。
【００２２】
上述した条件を達成するため、運転中に生じる状態と同様の状態下にて耐摩擦性及び耐熱性について多くの材料を評価した。商業的に利用可能なブレーキライニング及び伝動装置の材料の双方を検討したが、これらは高エネルギの用途にて使用するのに適していないことが分かった。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ブレーキ及びクラッチの用途に特に有用である。本発明は、多孔質の一次層と、二次層とから成る繊維状の基材料を提供するものである。多孔質の一次層は、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維と、炭素繊維と、炭素粒子と、綿繊維と、少なくとも１つのフィラー材料と、任意の他の成分とを備えている。フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維は、多孔質の繊維状の基材料を提供する。炭素繊維は、良好な熱伝導性を有する摩擦材料を提供し、その摩擦材料が望ましい耐熱性を有するようにする。また、炭素粒子は、良好な熱伝導性を提供し、更に、良好な摩擦特性を有する摩擦材料を提供し、摩擦材料がシフト時に良好なすなわち滑らかな「感触」をもたらし、基本的に、ブレーキ及びクラッチの騒音無しすなわちキーッという音無しの運転を可能にする。綿繊維が存在することは、望ましい「慣らし」運転特性を有する摩擦材料を提供し、摩擦材料を最初に使用する間のこまかい振動が殆ど又は全く存在しないようにすることになる。
【００２４】
繊維状の基材料の二次層は、繊維状の基材料を製造する工程の間、多孔質の一次層の上に沈着された最適な量の炭素粒子を含んでいる。特定の好適な実施の形態において、多孔質の一次層上における炭素粒子の接着性を向上させるため適当な保持促進材を使用することができる。
【００２５】
繊維状の基材料は、異なる樹脂系を使用して含浸を行うことができる。特定の実施の形態において、繊維状の基材料には、フェノール樹脂又は改質したフェノール樹脂を含浸させることが有用である。現在では、特定の実施の形態において、シリコーン樹脂を適合可能な溶剤中でフェノール樹脂と混合させたとき、また、本発明の繊維状の基材料を含浸させるためシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）−フェノール樹脂の混合体を使用するとき、高エネルギの摩擦材料が形成されることが分かった。かかる高エネルギの摩擦材料は、摩擦安定性及び耐熱性に優れている。
【００２６】
本発明の摩擦材料は、ライニングの不均一な磨耗を防止し、このため、摩擦材料の有効寿命の間、分離板が「ホットスポット」を生じるのを防止する。摩擦材料に不均一な磨耗が殆ど存在しないとき、クラッチ又はブレーキ構成要素の「安定状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）」を維持する、従って、クラッチ及びブレーキのより均一な性能を維持する可能性が増大する。更に、本発明の摩擦材料は、使用中、摩擦材料が層剥離に抵抗し得るように、優れたせん断強度を呈する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明にて有用な色々な樹脂は、フェノール樹脂及びフェノール系樹脂を含む。エポキシ、ブタジエン、シリコーン、きり油（ｔｕｎｇ ｏｉｌ）、ベンゼン、カシューナッツ油等のような、他の改質成分を樹脂混合体中に含む色々なフェノール系樹脂は、本発明にて有用であると考えられることを理解すべきである。フェノール改質樹脂において、フェノール樹脂は、全体として、重量比で樹脂混合体（存在する全ての溶剤を除いて）の約５０％以上にて存在する。しかしながら、特定の実施の形態において、摩擦材料は、含浸樹脂混合体がシリコーン−フェノールの混合体（溶剤及びその他の処理酸を除いて）の重量に基づき、重量比で約５乃至約８０％、特定目的のため、約１５乃至約５５％、特定の実施の形態において、約１５乃至約２５％のシリコーン樹脂を含むときに改良が可能であることが分かった。
【００２８】
本発明にて有用なシリコーン樹脂は、例えば、熱硬化性シリコーンシーラント及びシリコーンゴムを含む。本発明と共に色々なシリコーン樹脂が利用可能である。特に１つの樹脂は、キシレン及びアセチルアセトン（２，４−ペンタンジエン）を含む。シリコーン樹脂は、約１８３．３３℃（約３６２°Ｆ）の沸点、２０℃（６８°Ｆ）のときｍｍＨｇ：２１の蒸気圧力、４．８の蒸気密度（空気＝１）、無視し得る程度の水可溶性、約１．０９の比重、重量比で５％の蒸発率、０．１以下の蒸発速度（エーテル＝１）、ペンスキー・マルテンス法（Ｐｅｎｓｋｙ−Ｍａｒｔｅｎｓ ｍｅｔｈｏｄ）を使用して測定したとき約６５℃（約１４９°Ｆ）の引火点を有する。本発明と共に他のシリコーン樹脂も利用可能であることが理解される。他の有用な樹脂の混合体は、例えば、適当なフェノール樹脂含有率（重量％）を含む。すなわち、約５５乃至約６０％のフェノール樹脂、約２０乃至約２５％のエチルアルコール、約１０乃至約１４％のフェノール、約３乃至約４％のメチルアルコール、約０．３％乃至約０．８％のホルムアルデヒド、約１０乃至約２０％の水を含む。別の適当なフェノール系樹脂は、次のものを含む（重量％）。すなわち、約５０乃至約５５％のフェノール／ホルムアルデヒド樹脂、約０．５％のホルムアルデヒド、約１１％のフェノール、約３０乃至約３５％のイソプロパノール、約１乃至約５％の水を含む。
【００２９】
別の有用な樹脂は、重量比で約５乃至約２５％、好ましくは、重量比で約１０乃至約１５％のエポキシ化合物を含み、残り（溶剤及び他の処理酸を除く）がフェノール樹脂である、エポキシ改質フェノール樹脂であることが分かった。エポキシフェノール樹脂化合物は、特定の形態において、フェノール樹脂単独の場合よりも摩擦材料に対してより優れた耐熱性を提供する。
【００３０】
特定の実施の形態において、摩擦材による樹脂の目標含侵量（ｔａｒｇｅｔ ｐｉｃｋ−ｕｐ）は、重量比で約４０乃至約６５％、特定の実施の形態において、約６０乃至少なくとも６５％の全体シリコーン−フェノール樹脂であるようにすることが好ましい。繊維状の基材料に樹脂を含浸させた後、その繊維状の基材料は、摩擦材料中の樹脂バインダを硬化させるべく３００°乃至４００℃の範囲の温度にてある時間（特定の実施の形態において、約１／２時間）硬化させる。摩擦材料の最終的な厚さは、繊維状の基材料の初期厚さに依存し、特定の実施の形態において、約０．３５５６ｍｍ乃至１．０６００ｍｍ（約０．０１４インチ乃至０．０４０インチ）の範囲にあることが好ましい。
【００３１】
樹脂混合体を製造するとき及び含浸させる繊維状の基材料を製造するときの双方にて有用であることが公知の他の成分及び処理促進剤を摩擦材料中に含めることが更に可能であると考えられる。
【００３２】
フェノール樹脂及びシリコーン樹脂が使用される実施の形態の場合、シリコーン樹脂及びフェノール樹脂を共に混合させたとき、新たな化合物は何ら形成されない。以下の表には、硬化したシリコーン樹脂、硬化したフェノール樹脂、及び硬化したシリコーン樹脂とフェノール樹脂との約５０／５０の混合体に対する波数（ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）による顕著なＦＴ−ＩＲピーク値が示してある。理解し得るように、シリコーン−フェノールの５０／５０混合体中に何ら新たなピーク値は生じず、存在するピーク値は、シリコーン樹脂及びフェノール樹脂の双方が存在することを反映する。このように、樹脂は別個に硬化し、新たな化合物は何ら形成されないことが明らかにされている。
【００３３】

シリコーン樹脂及びフェノール樹脂は、互いに相溶性である溶剤中に存在している。これらの樹脂は、均質な混合体を形成し得るように共に混合され（好適な実施の形態において）且つ次に、繊維状の基材料の含浸を行うべく使用される。繊維状の基材料にフェノール樹脂を含浸させ且つその次に、シリコーン樹脂を添加するか又はその逆を行うならば、同一の効果は生じない。また、シリコーン−フェノール樹脂の溶液の混合体とシリコーン樹脂粉体及び／又はフェノール樹脂粉体のエマルジョンとの間にも相違点がある。シリコーン樹脂及びフェノール樹脂は溶解状態にあるならば、これらは、全く硬化しない。これに反して、シリコーン樹脂及びフェノール樹脂の粉体粒子は、部分的に硬化する。シリコーン樹脂及びフェノール樹脂が部分的に硬化することは、繊維状の基材料の良好な含浸を妨げることになる。
【００３４】
このため、本発明の１つの特徴によれば、繊維状の基材料は、フェノール樹脂と相溶性である溶剤中のシリコーン樹脂とその溶剤との混合体が含浸される。１つの実施の形態において、イソプロパノールが特に適した溶剤であることが分かった。しかしながら、エタノール、メチルエチルケトン、ブタノール、イソプロパノール、トルエン等のような各種の他の適当な溶剤を本発明の実施に利用することができることを理解すべきである。本発明によれば、シリコーン樹脂が存在することは、フェノール樹脂と混合させ且つ繊維状の基材料に含浸させるために使したとき、形成される摩擦材料がフェノール樹脂でのみを含浸させた繊維状の基材料よりも弾性的となる。本発明の混合したシリコーン−フェノール樹脂を含浸させた摩擦材料に圧力を加えたとき、圧力はより均一に分配され、その結果、ライニングが不均一に磨耗する可能性を軽減する。シリコーン樹脂及びフェノール樹脂を共に混合させた後、その混合体を使用して、繊維状の基材料の含浸を行う。
【００３５】
伝動装置又はブレーキ内の流体は多孔質構造体を通って迅速に移動するため、摩擦材料を使用する間、より大きい弾性であれば、熱をより均一に拡散することを可能にする。更に、この大きい弾性は、摩擦材料上の圧力をより均一にし且つより均一に圧力を分配し、このため、ライニングの不均一な磨耗又は分離板の「ホットスポット」が解消されることになる。
【００３６】
本発明の摩擦材料は、耐久性に優れ且つ層剥離抵抗性に優れる。本発明の摩擦材料のせん断強度（ｐｓｉ）は、従来の材料の値よりも大きい。フィブリル化された程度が小さい（ｌｅｓｓ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）繊維を使用すること及び形成される摩擦材料の孔により、摩擦材料の耐熱性を優れたものにする。繊維の幾何学的形態は、優れた耐熱性を提供するのみならず、剥離抵抗性及びキーッという音の発生防止性も提供する。炭素繊維及び炭素粒子、並びに少なくとも１つのフィラー材料が存在することは、耐熱性を増し、安定的な摩擦係数を保ち且つキーッという音防止性を増すのに役立つ。
【００３７】
本発明により、材料を含浸させる各種の方法が実施できる。繊維状の基材料は、好ましくは、フェノール樹脂又は改質フェノール樹脂で含浸され、含浸する樹脂材料が重量比で摩擦材料の１００部分当たり、重量比で約４５乃至約６５部分を含むようにする。繊維状の基材料に樹脂を含浸させた後、含浸された繊維状の基材料は、摩擦材料を形成し得るように所定の時間、所望の温度に加熱する。この加熱により、フェノール樹脂は、約１４８．８８９℃（約３００°Ｆ）の温度にて硬化する。シリコーン樹脂のような、他の樹脂が存在する場合、加熱によってシリコーン樹脂は約２０４．４４４℃（約４００°Ｆ）の温度にて硬化する。その後、含浸を行い且つ硬化させた摩擦材料を適当な手段により所望の基板に接着させる。
【００３８】
本発明の別の形態は、フィブリル化されている程度が小さいアラミド繊維、炭素粒子、炭素繊維、及び少なくとも１つのフィラー材料を含み且つ特定の実施の形態において、綿繊維を含む、繊維状の基材料から成る多孔質の一次層に関するもので、それらの材料は組み合わされて紙状の繊維状の基材料を形成する。繊維状の基材料を製造する各種の方法が本発明の繊維状の基材料の製造に有用であると考えられることが理解される。繊維状の基材料から成る一次層内にフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維及び炭素繊維を使用するならば、高温度に耐える摩擦材料の能力が向上することを当該発明者は知見した。当該発明者は、また、特定の実施の形態において、一次層内に比較的少量の綿繊維が存在するならば、摩擦材料のクラッチの「慣らし」運転特性が向上することをも知見した。
【００３９】
本発明は、コア繊維に沈着した小繊維が全体として少ないフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維から成る摩擦材料を提供するものである。フィブリル化されている程度が小さいアラミド繊維を使用することは、より多孔質の構造体を有する、すなわち全体としてフィブリル化したアラミド繊維を使用する場合よりもより多く且つより大きい孔が存在する摩擦材料を提供することになる。多孔質の構造体は、全体として、孔寸法及び液体の透過度によって画定される。１つの好適な実施の形態において、繊維状の基材料は、直径約２．０乃至約１５μｍの平均寸法の範囲の孔を画定する。
【００４０】
特定の実施の形態において、平均孔寸法は、直径約２．５μｍ乃至約４μｍの範囲にあり、摩擦材料は、少なくとも約５０％、及び特定の実施の形態において、少なくとも約６０％以上の、容易に利用可能な空隙を有している。
【００４１】
流動孔の平均直径及びダルシー（Ｄａｒｃｙ）の透過度が大きければ大きい程、摩擦材料の多孔質の構造体に亙ってオートマチック伝動装置の流体がより一層良く流れることにより、摩擦材料はより低温度にて流れ又は伝動装置内にて発生される熱が少なくなる可能性が増す。伝動装置が作動する間、時間の経過に亙って特に高温度のとき、オートマチック伝動装置の流体の分解に起因して摩擦材料の表面に油が沈着し勝ちとなる。繊維上への油の沈着物は、孔開口部を減少させる。このため、摩擦材料をより大きい孔にて使用始めるならば、摩擦材料の有効寿命の間、より多くの開放孔が残る。更に、シリコーン樹脂を含浸させた実施の形態において、シリコーン樹脂は、その弾性的な性質のため、摩擦ライニング中の繊維がより多くの開放構造体を有することを可能にする。
【００４２】
フィブリル化された程度が小さい繊維は、約０．５乃至約６ｍｍの範囲にあり、カナディアン標準ろ水度（ＣＳＦ）が約４５０以上であり、特定の実施の形態において、約５００乃至約５５０であり、また、特定の実施の形態において、約５８０乃至６４０、最も好ましくは、約６２０乃至６４０の範囲にあるようにする。これに反して、アラミドパルプのようなフィブリル化された程度が大きい繊維は、約２８５乃至２９０の範囲のろ水度を有している。
【００４３】
「カナディアン標準ろ水度」（Ｔ２２７ｏｍ−８５）は、繊維のフィブリル化の程度を繊維のろ水度の測定値として規定できることを意味する。ＣＦＳ試験は、１リットル中の水内の３ｇの繊維の懸濁分を排出する速度の任意の測定値を求める実験的方法である。このため、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維は、その他のアラミド繊維又はパルプよりも大きいろ水度を有する、すなわち摩擦材料からの流体の排出速度がより速い。驚くべきことに、ＣＦＳが約５３０乃至６５０、好ましくは約５８０乃至６４０、最も好ましくは約６２０乃至６４０であるアラミド繊維から成る摩擦材料は、フィブリル化された程度が大きい従来のアラミド繊維を含む摩擦材料よりも優れた摩擦性能及びより優れた材料性質を有することが分かった。驚くべきことに、カナディアンろ水度の値が大きいと共に、繊維の長さがより長いならば、高強度、高多孔度及び優れた耐磨耗性を有する摩擦材料が得られることが分かった。以下の実施例に示すように、例えば、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維（ＣＦＳが約５８０乃至約６４０、最も好ましくは約６２０乃至６４０）を含む材料に対して高エネルギ試験を行ったとき、長期にわたって良好な耐久性及び安定的な摩擦係数が得られた。
【００４４】
摩擦材料がより多孔質の構造体であるならば、熱拡散はより効率的となる。摩擦材料が多孔質であるならば、使用中、摩擦材料が係合する間に、摩擦材料に入ったり、摩擦材料から出る油の流れはより迅速に行われる。
【００４５】
フィブリル化された程度が小さい繊維、炭素繊維、炭素粒子及びフィラーは、繊維状の基材料の孔構造体を改良し、繊維状の基材料の全体に亙ってより多くの孔開口部が存在するようにすることが分かった。この増大した多孔度は、また、摩擦材料の弾性をも増すことにつながる。フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維である結果、摩擦材料はより多くの孔構造体を有することになる。
【００４６】
本発明の以前には、フィブリル化された程度が小さい（ｌｅｓｓ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）アラミド繊維から成る繊維状の基材料の一次層内に炭素繊維及び炭素粒子を含めることは公知でなかった。繊維状の基材料内に炭素粒子及び炭素繊維を使用することは、繊維状の基材料に対してより三次元的な構造体を提供することになる。特定の実施の形態において、炭素粒子の寸法及び幾何学的形態は、約２０乃至約５０μｍの寸法範囲にあることが好ましい。これらの特定の実施の形態において、炭素粒子の寸法が過度に大きく又は過度に小さければ、最適な三次元的構造体とはならず、従って、耐熱性は最適とはならないことが分かった。
【００４７】
また、一次層は、架橋結合したフェノールホルムアルデヒドポリマーから成るノボロイド繊維も含んでいる。特定の実施の形態において、一方の型式の繊維が平均長さが約０．２ｍｍの比較的短い繊維であり、別の型式の繊維が平均長さが約３ｍｍの比較的長い繊維である、ノボロイド繊維の組合わせ体を使用することが特に有用であることが分かった。特定の理論に縛ることを意図するものではないが、比較的短い繊維は、繊維としてよりも粒子として機能し、このため、摩擦材料中のバインダ型材料のように機能すると考えられる。この短い粒子状のノボロイド繊維は、摩擦紙に対し向上した強度を提供する。比較的長い繊維は、摩擦材料に圧力が加わったとき、摩擦材料が潰れるのを防止することにより、摩擦材料に対し強度及び構造体を提供する。特定の理論に縛ることを意図するものではないが、摩擦材料中に存在するフェノール樹脂と化学的に同様であるノボロイド繊維は、フェノール樹脂材料に接着して、摩擦材料に対し機械的及び化学的強度の双方を提供するのに役立つ。色々な実施の形態において、ノボロイド繊維は、約１乃至約１０％の範囲、好ましくは、約２％の範囲にて存在することができる。
【００４８】
繊維状の基材料の一次層中に炭素粒子及び炭素繊維を使用することは、繊維状の基材料に対し配向された構造体すなわち三次元的構造体を提供することになる。炭素粒子及び炭素繊維は、良好な熱伝導性を有し、この熱伝導性は摩擦材料に対し迅速な熱放散機能を提供する。
【００４９】
繊維状基材料の一次層は、高い熱伝導性を有する炭素粒子を含むことができる。炭素粒子は摩擦材料に、摩擦材料が所望の熱抵抗を有するように、熱伝導性を与える。炭素粒子は、また、ブレーキ及びクラッチのシフト時、良好なすなわち滑らかな「感触」、又は実質的に騒音無し又は「キーッという音」無しにする良好な摩擦特性を摩擦材料に提供する。炭素粒子は、グラファイト粒子よりも複雑な構造体ではなく且つより不規則的な構造であり、また、比較的より低温度（例えば、1０００℃）にて色々な基板を処理することにより典型的に製造される。
【００５０】
本発明の繊維状の基材料の一次層内にて色々なフィラーが有用であることが理解される。特に、珪素土（セライト）及び（又は）二酸化ケイ素のような二酸化ケイ素フィラーは、特に有用である。セライトは、繊維状材料に強力に結合する低廉な有機質フィラーである。この強力な結合は、摩擦材料に対し高機械的強度を提供する。また、セライトは、摩擦材料に対し高摩擦係数を提供する。また、セライトは、摩擦材料に対し平滑な摩擦面を提供し且つ摩擦材料に対し良好な「シフト感触」及び摩擦特性をもたらす。しかしながら、その他の型式のフィラーも本発明への使用に適しており、そのフィラーの選択は、２層（ｐｌｙ）の摩擦材料の特定の最終的な使用条件に依存すると考えられる。
【００５１】
特定の実施の形態において、繊維状の基材料に対しより大きい摩擦係数を提供し得るように本発明の繊維状の基材料の一次層に対し綿繊維が添加される。特定の実施の形態において、約３乃至約１０％、特定の実施形態において、約５％の綿繊維を繊維状の基材料の一次層内に含めることができる。
【００５２】
繊維状の基材料の一次層の調合物（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）の一例は、重量比で約１０乃至約５０％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維と、重量比で約５乃至約２０％の炭素粒子と、重量比で約５乃至約２５％の炭素フィラーと、重量比で約１５乃至約３５％のフィラー材料と、重量比で約０乃至約１０％の綿繊維と、重量比で約０．５乃至約５％のフェノールノボロイド繊維とから成るものである。特定の実施の形態において、有用であることが判明した一次層の1つの特定の調合物は、重量比で約４０％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維と、重量比で約１３％の炭素粒子と、重量比で約２０％の炭素繊維と、重量比で約２０％のフィラーと、重量比で約３乃至約５％の綿繊維と、重量比で約２％のフェノールノボロイド繊維とから成るものである。一次層の別の特に有用な処方は、重量比で約４３％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維と、重量比で約１５％の炭素粒子と、重量比で約２０％の炭素繊維と、重量比で約２０％のフィラーと、重量比で約２％のフェノールノボロイド繊維とから成るものである。
【００５３】
この調合物は、繊維状の基材料の製造工程の間に繊維状材料の表面への炭素粒子を沈着した二次層を備えている。繊維状の基材料の表面への炭素粒子の接着は、一次層すなわち下側層内に存在する適当な量のラテックス型材料のような保持促進材及び／又は接合剤を使用することにより向上させることができる。
【００５４】
好適な実施の形態において、二次層内に存在する炭素粒子の量は、重量比で摩擦紙の約０．２乃至約２０％、特定の実施の形態において、約１５乃至約５％、他の実施の形態において、重量比で約２乃至約２０％の範囲である。好適な実施の形態において、一次層の表面における炭素粒子の含有面積は表面積の約３乃至約９０％の範囲にある。二次層の１つの特別な調合物は、繊維状の基材料の重量に基づいて重量比で炭素粒子の約３乃至約５％から成っている。
【００５５】
繊維状の基材料の表面における炭素粒子の層の均一さは、約０．５乃至約８０μｍの範囲にあることが好ましい炭素粒子の範囲及び寸法を使用して向上させることもできる。しかしながら、本発明の繊維状の基材料における二次層としてその他の寸法の炭素粒子も有用であると考えられる。
【００５６】
次の実施例は、本発明の繊維状の基材料及び摩擦材料が従来の摩擦材料に優る改良となることを更に明らかにするものである。本発明の色々な好適な実施の形態が以下の実施例に記載されているが、これらの実施例は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００５７】
本発明の摩擦材料の摩擦係数は、サイクルの増大に伴って比較的一定に保たれ、これにより、摩擦材料が摩擦安定性に優れることを示す。また、摩擦材料に対する中間点の動的摩擦係数は、サイクル数の増加に伴い、この中間点の摩擦係数が比較的一定のままであることを示す。本発明の摩擦材料は、比較可能な摩擦材料よりもより中間点の摩擦係数がより安定している。
【００５８】
トルク曲線の形状は、本発明の摩擦材料が高速度、高エネルギ及び高温度の用途にて特に有用であることを示す。該安定的なトルク曲線はまた、本発明の摩擦材料が実質的に騒音無しすなわちキーッという音無しであることも示す。
【００５９】
本発明の摩擦材料は比較可能な材料よりも常に良好に機能する。このように、本発明の繊維状の基材料は比較可能な材料よりも高速度にて遥かに良好に機能する。本発明の繊維状の基材料に関しサイクル数の増加に伴い、摩擦係数は何ら低下しないことを認識することも重要である。摩擦係数が比較的安定的であることは該摩擦材料が極めて安定的であることを示す。
【００６０】
特に、本発明の摩擦材料は、長時間の高速度耐久性試験において従来の高エネルギ材料よりも常に良好に機能する。アラミド型繊維のカナディアン標準ろ水度が増加すると、耐久性が向上した繊維状の基材料を形成することになる。更に、ＣＳＦが少なくとも約５８０乃至６４０、好ましくは約６００乃至６４０、最も好ましくは約６２０乃至６４０のアラミド繊維を含む繊維状の基材料は、他の型式のアラミド繊維よりも大きい孔寸法を有する。かかるフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維を有する繊維状の基材料の高い慣性耐久力に対する耐久性は向上し、劣化低下防止性は一層良好なものとなる。
【００６１】
摩擦材料１０を製造する１つの好適な実施の形態が図１に図示されている。繊維状の基材料１２は、上面すなわち頂部面１６と、下面すなわち底部面１８とを有する下側層１４を備えている。１つの好適な実施の形態において、下側層１４は、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維と、炭素粒子と、炭素繊維と、綿繊維と、フィラー材料と、フェノールノボロイド繊維とを備えている。下側層１４は湿潤であるが、炭素粒子２０は、湿潤な下側層１４の頂部面１６に沈着する。特定の実施の形態において、下側層１４は、少なくとも１型式の適当な量のバインダ又は保持促進材料を更に備えており、炭素粒子は、湿潤な下側層１４内に存在する保持促進材料により湿潤な下側層１４に接着される。適当な保持促進材料は、例えば、ラテックス型バインダ材料及び／又はｐＨが約４．５以下のミョウバン（ａｌｕｍ）系材料を含む。
【００６２】
別の実施の形態において、層１４の反対側の底部面１８上に炭素粒子２０を沈着させる前に、湿潤な層１４の下側部に低真空圧手段３０を使用することも有用である。
【００６３】
非アスベストの摩擦材料を製造する１つの好適な方法は、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維、炭素粒子、炭素繊維、綿繊維、フェノールノボロイド繊維、少なくとも１つのフィラーを混合し、一次層の繊維状の基材料を形成することを備えている。繊維状の基材料の少なくとも一面は炭素粒子から成る二次層で被覆する。被覆した炭素粒子を有する繊維状の基材料は、少なくとも１つのフェノール樹脂又は改質フェノール樹脂を含浸する。この含浸された炭素被覆された繊維状の基材料は、所定の時間、所定の温度にて硬化される。
【００６４】
別の実施の形態において、その内容の全体を参考として引用し、本明細書に明示的に含めた、米国特許第５，６３９，８０４号に開示されたように、フェノール樹脂をシリコーン樹脂と混合して、繊維状の基材料を含浸させることができる。
【００６５】
また炭素粒子層のカナディアンろ水度の値が大きいと共に、繊維の長さが長ければ長い程、耐久性、耐磨耗性に優れ且つ慣らし運転特性が向上した摩擦材料が得られることが分かった。最初の段階にて、炭素沈着物が層状に形成された摩擦材料の摩擦係数の変化は、炭素粒子沈着物が存在しない摩擦材料におけるよりも遥かに少ない。
【００６６】
表１には、以下の実施例１乃至４に示した材料に対する、慣らし運転特性試験５００４ＤＮ、高速度耐久性試験５００４ＣＮ、高エネルギ耐久性試験５０３０ＣＮ、μ−ｖ−ｐ−ｔ特性試験４９１Ｎ−４９４Ｎの試験方法の条件の概要が記載されている。
【００６７】
【表１】

【００６８】

【００６９】
注：^*レベルＢにおいて、１７５回のサイクルの間、０．８秒の停止時間を保ち得るように作用圧力を調節する。
^**レベルＢにおいて、始動釦を１４０ＫＰａで押し、１７５回のサイクル迄０．９５秒の停止時間を保ち得るように圧力を調節する。
【００７０】
【実施例】
実施例１
以下の実施例において、次の重量比の繊維状の基材料を使用する。
【００７１】
実施例Ａは、約４５％フィブリル化されたアラミド繊維（ＣＳＦ約４５０乃至５００）、約１０％の合成グラファイト、約４０％の珪藻土、オプション的に、アラミドパルプのような約５％のオプション的なフィラーから成る一次層と、約３乃至５％の炭素粒子から成る二次層とを備える２層の繊維状の基材料である。特定の実施の形態において、炭素粒子が繊維状の基材料の表面に接着し易くするため保持促進材を使用することが好ましい。
【００７２】
実施例Ｂは、約４５％フィブリル化されたアラミド繊維（ＣＳＦ約４５０乃至５００）、約２３％の合成グラファイト、約２７％の珪藻土、オプション的に、アラミドパルプのようなオプション的な約５％のフィラーとから成る一次層と、約３乃至５％の炭素粒子から成る二次層とを備える２層の繊維状の基材料である。
【００７３】
実施例Ｃは、約２５％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維（ＣＳＦ約４５０乃至５００）、約４５％の炭素粒子、約３０％の綿繊維から成る一次層と、約２０％の炭素粒子から成る二次層とを備える２層の繊維状の基材料である。特定の実施の形態において、炭素粒子が繊維状の基材料の表面に接着し易くするためｐＨ４．５まで約２０％以内のミョウバンによる保持促進材を使用することが好ましい。
【００７４】
以下の表２には、実施例Ａ、Ｂ、Ｃに示した繊維状の基材料の各々に対するフェノール樹脂を使用する慣らし運転試験結果が示してあり、また、各繊維状の基材料に対する樹脂の含浸率％も示してある。
【００７５】
以下の表３には、シリコーン樹脂にて飽和させた、実施例Ａ、Ｂ、Ｃに対する繊維状の基材料の慣らし運転特性が示してあり、この場合、繊維状の基材料の各々は図示した樹脂の含浸率％を有している。
【００７６】
【表２】

【００７７】
【表３】

【００７８】
フェノール樹脂及び非フェノール樹脂で飽和させた炭素粒子沈着量の多い繊維状の基材料（実施例Ｃ）に対する動的摩擦係数値及び停止時間は、２００サイクル試験後、変化しなかったことが分かる。
【００７９】
繊維状の基材料における炭素粒子含有量が低い％である紙の場合（実施例Ａ、Ｂ）、シリコーン樹脂は、２０サイクルの間、動的摩擦係数の値を安定化させるのに役立つ。図示しないデータにおいて、フェノール／シリコーン樹脂が安定するためには６０サイクル、フェノール樹脂が安定するためには約８０サイクル、フェノール樹脂系が安定するためには１００サイクルかかった。
【００８０】
停止時間は、純粋なシリコーン樹脂の場合、２０サイクル後に一定となった一方、シリコーン混合体（データは図示しない）の場合、一定の停止時間に達するのに８０サイクルかかった。表１に掲げたフェノール樹脂の例の場合、停止時間のレベルに達するのに約１００サイクル必要であった。
【００８１】
特定の実施の形態において、慣らし運転挙動は、繊維状の基材料の表面における炭素の付着量及び一次層の調合物（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）の組成に依存する（色々な実施の形態において、慣らし運転挙動を制御する上で樹脂の型式も考慮すべき場合がある）。
【００８２】
実施例２
重量比で表した以下の繊維状の基材料を次の実施例にて使用する。実施例の各々は、約２０％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維（ＣＳＦ約５８０乃至６４０）と、約２０％の合成グラファイトと、約２０％の珪藻土と、約３５％の綿繊維と、オプション的に約２％のラテックスとから成る。以下の実施例の各々の二次層は色々な重量比の炭素粒子から成っている。
【００８３】
実施例Ｄ−炭素粒子０％
実施例Ｅ−炭素粒子５％
実施例Ｆ−炭素粒子１０％
実施例Ｇ−炭素粒子１５％
実施例Ｈ−炭素粒子２０％
表４には、フェノール樹脂で飽和させ且つ３０分間、１７７℃（３５０°Ｆ）で硬化させた、実施例Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する慣らし運転の試験データが示してある。中間、初期、最終的摩擦係数が示してある。停止時間も示してある。表４には、面積％として炭素の表面付着量、飽和した紙の孔寸法及び液体の透過度も示してある。流動孔直径の平均値が大きいことは、オートマチック伝動装置の流体は摩擦材料の多孔質構造体から出て一層良く流れることができるため、その伝動装置内にて熱はより効率的に放散される結果、摩擦材料は、境界部の温度がより低温となる可能性がより増すことを意味する。このため、摩擦材料を最初に、より大きい孔にて使用始めたとき、摩擦材料の有効寿命の間、より開放した孔状態が保たれる。
【００８４】
【表４】

【００８５】

【００８６】
表５には、実施例Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対するせん断強度が示してある。せん断強度が大きければ大きい程、摩擦材料の有する機械的強度は向上し、このことは、摩擦ライニングをせん断するためには、より高圧力が必要とされることを示す。
【００８７】
本発明の摩擦材料のせん断強度は、従来の材料の値よりも大きい。フィブリル化された程度が小さい繊維及び繊維材料の形成される多孔質の構造体を使用することは、摩擦材料の耐熱性を増すことになる。繊維の幾何学的形態は、耐熱性を増すのみならず、剥離抵抗性及びキーッという音の発生防止性をも提供する。更に、合成グラファイト粒子及び少なくとも１つのフィラー材料が存在することは、耐熱性を増し、一定の摩擦係数を保ち且つキーッという音の発生防止性を増すことに役立つ。更に、本発明の摩擦材料の平均孔寸法は、特定の実施の形態において、直径約０．５μｍ乃至約１２０μｍの範囲、好適な実施の形態において、約６μｍ乃至約５０μｍの範囲にある。
【００８８】
表５には、圧力／弛緩試験の結果も示してある。こうした試験は、異なる一連の圧力を通じて試料を繰り返し加圧し且つ試料を解放することに起因する、紙の厚さに対する効果を示す。これらの測定値は、加工中、硬化又は圧縮に対する内部抵抗力の値を提供する。実施例は、摩擦材料を使用する間、伝導装置又はブレーキ中の流体は多孔質の構造体を通ってより迅速に移動することができるから、より均一に熱を放散することを可能にする良好な弾性であることを示す。更に、増大した弾性は摩擦材料の上で圧力又は圧力の分布をより均一にし、このため、不均一なライニングの磨耗又は分離板の「ホットスポット」が解消され又は最小とされる。
【００８９】
【表５】

【００９０】
次に、図２乃至図７を参照すると、分離板の表面輪郭が示してある。図２には、約０．１５２４μｍ（６．０μインチ）の表面粗さを有する新型の分離板が示してある。
【００９１】
図３には、約０．１９３μｍ（７．６μインチ）のＲａを有する炭素０％の試験材料の実施例Ｄが示してある。
図４には、約０．１５２４μｍ（６．０μインチ）のＲａを有する炭素約５％の試験材料の実施例Ｅが示してある。
【００９２】
図５には、約０．１４２２μｍ（５．６μインチ）のＲａを有する炭素約１０％の試験材料の実施例Ｆが示してある。
図６には、１つの引掻き傷が付けられた、約０．２９２１μｍ（１１．５μインチ）のＲａを有する炭素約１５％の試験材料の実施例Ｇが示してある。
【００９３】
図７には、２つの引掻き傷が付けられた、約０．２９７２μｍ（１１．７μインチ）のＲａを有する炭素約２０％の試験材料の実施例Ｈが示してある。
以下の表６には、試験前及び試験後の実施例Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する炭素の面積％が示してある。
【００９４】
【表６】

【００９５】
表４、表５及び図２乃至図７の上記のデータは、慣らし運転挙動に関して試験した表面における異なる炭素付着量を有する一連の繊維状の基材料を示す。炭素の付着量が重量比で５％及び１０％の実施例Ｅ、Ｇは、炭素の付着量が０％の実施例Ｄよりも優れた慣らし運転挙動を呈することを認識すべきである。実施例Ｅ、Ｆの双方は、サイクル２００にて実施例Ｄと同様の中間点の動的摩擦係数を有する。
【００９６】
約２０％の炭素付着量を有する実施例Ｈは動的摩擦係数が著しく低下し、また、サイクル２００にて、炭素付着量が０％の実施例Ｄよりもより動的摩擦係数が小さかった。
【００９７】
動的摩擦係数の変化率と炭素の表面付着量（面積％）との間には、ある関係が存在することを認識すべきである。また、停止時間の変化％と炭素の表面付着量（面積％）との間にもある関係がある。これらの関係は、図８及び図９に示してある。
【００９８】
実施例３
実施例３には、長期間の耐久性試験における繊維状の基材料上における炭素の付着量の効果が示してある。実施例Ｉは、約２５％のアラミド繊維（ＣＳＦ約４５０乃至５００）と、約３０％の綿繊維と、約２０％の合成グラファイトと、約２５％の珪藻土とから成っている。
【００９９】
実施例Ｊは、約２５％のアラミド繊維（ＣＳＦ約５８０乃至６４０）と、約２０乃至３０％の綿繊維と、約２０乃至２５％の合成グラファイトと、約２０乃至２５％の珪藻土とから成っている。実施例Ｅは、上述した通りであり、実施例Ｋは、約４０乃至５０％のアラミド繊維（ＣＳＦ約４５０乃至５００）と、約２０乃至２５％の合成グラファイトと、約２５乃至３０％の珪藻土と、オプション的に、約０乃至７％のアラミドパルプとから成っている。
【０１００】
実施例Ｅの樹脂は、極めて優れた慣らし運転挙動を示し、且つ極めて優れた高速度耐久性を示す。実施例Ｊも実施例Ｉも炭素粒子は含んでいないが、実施例Ｊは、また、実施例Ｉよりも優れた耐久性を示したことを認識すべきである。
【０１０１】
図１０には、実施例Ｉ、Ｅ、Ｊに対する初期の摩擦係数の変化が示してある。図１１には、実施例Ｉ、Ｅ、Ｊに対する初期の停止時間の変化が示してある。
実施例４
方法５０３０ＣＮによる高エネルギ耐久性試験が図１２に図示されている。
【０１０２】
図１２には、実施例Ｅ、Ｋ、Ｌに対する停止時間の少なくなることが示してある。実施例Ｅは、略４０００サイクルにて停止時間が少なくなる一方、実施例Ｌは、２５００サイクル以上にて停止時間が少なくなり、停止時間は１．０５秒以下であったことを認識すべきである。実施例Ｅにおいて、この５０３０ＣＮ方法に従って試験した全ての材料の最良の耐久性を有し、慣性力耐久性に優ることが分かる。実施例Ｅは、炭素が沈着された材料である（炭素の沈着率５％）。実施例Ｌ及びＫは、炭素が沈着していない材料である（炭素の沈着率０％）。
【０１０３】
実施例５
以下の表７に示すように、約５％の炭素粒子の二次層を有する実施例Ｅは、実施例Ｉ及びＪと比較して、良好な曲線形状度及び良好な摩擦率を含む、良好な摩擦挙動を示す。
【０１０４】
図１３、図１４、図１５は、初期、中間点、及び最終的摩擦係数を示す、レベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する炭素が沈着されていない実施例Ｉに対する湾曲した形状の摩擦係数を示す。
【０１０５】
図１３及び図１４は、炭素の沈着物が存在しない摩擦材料に対する係合トルク特性（図１３にて相対的回転速度＝１４００ＲＰＭ、図３７にて相対的回転速度＝２４００ＲＰＭ）を示す。図１５は、色々な回転速度における炭素が沈着されていない、摩擦材料に対する動的摩擦係数（ｉ）を示す。
【０１０６】
図１６、図１７、図１８は、フィブリル化された程度が小さいアラミド繊維（ＣＳＦ約５８０乃至６４０）を有する繊維状の基材料と、約５％の二次層とから成る実施例Ｅの曲線形状を示す。実施例Ｅは、約３５％乃至４０％の取り上げ率にてフェノール樹脂の含浸を行う。図１６、図１７、図１８には、レベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する初期及び中間点の摩擦係数が示してある。
【０１０７】
図１６及び図１７には、炭素付着量５％を有する摩擦材料に対する係合トルク特性（図１６にて相対的回転速度＝１４００ＲＰＭ、図１７にて相対的回転速度＝２４００ＲＰＭ）を示す。図１８は、色々な回転速度における炭素付着量５％の摩擦材料に対する動的摩擦係数を示す。
【０１０８】
図１３乃至図１８には、実施例Ｅが良好な曲線形状程度及び良好な摩擦率を有することが示してある。二次な炭素沈着層を有する繊維状の基材料は、一次層がより高熱伝導率、より大きい孔寸法、及びより大きい液体透過度を有するため、より優れた摩擦耐久性を有する。
【０１０９】
【表７】

【０１１０】
実施例６
実施例Ｍは、約４３％のフィブリル化された程度が小さいアラミド繊維（ＣＳＦ約６２５）と、約２０％の炭素繊維と、グラファイトのような約１５％の炭素粒子と、セライトのような約２０％のフィラー材料と、約２％のキノール（Ｋｙｎｏｌ）（登録商標名）型フェノール繊維とから成る一次層と、約６ｌｂｓにて沈着させた約３乃至約５％の炭素粒子から成る二次層とを備える炭素沈着物である。特定の実施の形態において、繊維状の基材料の表面上に二次層の炭素粒子を接着させ易くするため保持促進材を使用することが望ましい。
【０１１１】
実施例Ｍは、重量比で１０％の綿繊維と、重量比で７０％のアラミド繊維と、重量比で約１５％の炭素粒子と、重量比で５％の炭素繊維と、重量比で３０％のセライトフィラーとから成る高エネルギ材料と比較した。
【０１１２】
図１９Ａ及び図１９Ｂには、実施例Ｍ（図１９Ｂ）における、比較可能な高エネルギ材料（図１９Ａ）及び炭素の沈着材料、シフト時間対サイクルを比較する停止時間の試験結果が示してある。図１９Ｂには、シフト時間はより安定的であり且つサイクル数の増加に伴って変化が少ないことを示す。
【０１１３】
図２０Ａ及び図２０Ｂには、摩擦ライニングの磨耗程度を示す厚さの変化（ｍｍ）対サイクルを比較する変位試験の結果が示してある。図２０Ｂには、実施例Ｍはより多数のサイクルに亙って磨耗程度が小さい一方、図２０Ａに図示した比較可能な材料は、磨耗が大きいため機能しなくなることが示してある。
【０１１４】
図２１Ａ及び図２１Ｂには、初期、中間点及び最終的摩擦係数対サイクルに関する摩擦係数試験の結果が示してあり、ここで、最高値となるのは初期摩擦係数であり、最低値となるのは最終的摩擦係数である。図２０Ｂには、図２１Ａに図示するように、実施例Ｍが比較可能な材料よりも初期、中間点及び最終的摩擦係数と同様の摩擦係数の曲線を有することが示してある。
【０１１５】
本発明は、クラッチ板、伝動装置バンド、ブレーキシュー、シンクロナイザ−リング、摩擦ディスク又は装置の板と共に使用される高エネルギの摩擦材料として有用である。
【０１１６】
本発明の好適な実施の形態及び代替的な実施の形態に関する上記の説明は、説明的なものであり且つ特許請求の範囲に限定を付すことを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って摩擦材料を製造する１つの方法を示す概略図である。
【図２】二次層として炭素を有しない新型分離板の輪郭の図である。
【図３】二次層として炭素を有しない実施例Ｄに対する分離板の表面輪郭の図である。
【図４】約５％の炭素を含む二次層を有する実施例Ｅに対する分離板の表面輪郭の図である。
【図５】約１０％の炭素材料を含む二次層を有する実施例Ｆに対する分離板の表面輪郭の図である。
【図６】約１５％の炭素材料を含む二次層を有する実施例Ｇに対する分離板の表面輪郭の図である。
【図７】約２０％の炭素材料を含む二次層を有する実施例Ｈに対する分離板の表面輪郭の図である。
【図８】実施例Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈのそれぞれに対する停止時間の変化率対表面の炭素付着量（面積％）を示すグラフである。
【図９】実施例Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対するμｄ変化率対表面の炭素付着量（面積％）を示すグラフである。
【図１０】実施例Ｉ、Ｅ、Ｊに対するサイクルの増加に伴う初期摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図１１】実施例Ｉ、Ｅ、Ｊに対する秒単位の初期停止時間対サイクルを示すグラフである。
【図１２】実施例Ｅ、Ｋ、Ｌに対する何千回ものサイクルにおける停止時間を明らかにする、高エネルギ耐久性試験を示すグラフである。
【図１３】７０サイクルのレベルＢにて３５％乃至４０％の取り上げ率でフェノール樹脂を含浸させた実施例Ｉに対する曲線形状を示すグラフである。
【図１４】９５サイクルのレベルＣにて３５％乃至４０％の取り上げ率でフェノール樹脂を含浸させた実施例Ｉに対する曲線形状を示すグラフである。
【図１５】初期、中間点及び最終的摩擦係数を示す、実施例Ｉに対するレベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける動的摩擦係数のグラフである。
【図１６】７０サイクルのレベルＢにて３５％乃至４０％の取り上げ率でフェノール樹脂を含浸させた実施例Ｅに対する曲線形状を示すグラフである。
【図１７】９５サイクルのレベルＣにて３５％乃至４０％の取り上げ率でフェノール樹脂を含浸させた実施例Ｅに対する曲線形状を示すグラフである。
【図１８】初期、中間点及び最終的摩擦係数を示す、実施例Ｅに対するレベルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける動的摩擦係数のグラフである。
【図１９】１９Ａは、実施例Ｍに対する比較可能な高エネルギ材料に関する、シフト時間により測定した停止時間対サイクルを示すグラフである。１９Ｂは、炭素沈着材料に関する、１９Ａと同様の比較グラフである。
【図２０】２０Ａは、実施例Ｍに対する比較可能な高エネルギ材料に関する、厚さの変化すなわち磨耗により測定した変位量対サイクルとを示すグラフである。２０Ｂは、炭素沈着材料に関する、２０Ａと同様の比較グラフである。
【図２１】２１Ａは、実施例Ｍに対する比較可能な高エネルギ材料に関する、初期、中間点及び最終的摩擦係数対サイクルを示すグラフである。２１Ｂは、炭素沈着材料に関する、２１Ａと同様の比較グラフである。
【符号の説明】
１０ 摩擦材料 １２ 繊維状の基材料
１４ 下側層 １６ 上面／頂部面
１８ 下面／底部面 ２０ 炭素粒子
３０ 真空圧手段

Claims (24)

1. 少なくとも１つの硬化可能な樹脂が含浸された繊維状の基材料から成る非アスベストの摩擦材料において、該繊維状の基材料が、多孔質の一次層と、二次層とを備え、一次層が、樹脂含浸前の一次層に基づいて、重量比で１０乃至５０％の、カナディアン標準ろ水度が４５０以上のアラミド繊維と、５乃至２０％の炭素粒子と、５乃至２５％の炭素繊維と、１５乃至３５％のフィラー材料と、０乃至１０％の綿繊維と、０．５乃至５％のフェノールノボロイド繊維とを含み、多孔質の一次層が２．０乃至１５μｍの平均的孔寸法を有し、二次層が一次層の少なくとも１つの面の上に炭素粒子を含み、炭素粒子が、樹脂含浸前の繊維状の基材料の重量に基づいて、重量比で０．２乃至２０％存在し、炭素粒子が、一次層の表面積の３％乃至９０％をカバーする、非アスベストの摩擦材料。
2. 請求項１の摩擦材料において、一次層が、４３％のカナディアン標準ろ水度が４５０以上のアラミド繊維と、２０％の炭素繊維と、１５％の炭素粒子と、０％のフィラー材料と、２％のノボロイドフェノール繊維とを含む、摩擦材料。
3. 請求項１の摩擦材料において、二次層が、繊維状の基材料の重量に基づいて、炭素粒子を重量比で３％乃至５％含む、摩擦材料。
4. 請求項１の摩擦材料において、二次層が、繊維状の基材料の重量に基づいて、炭素粒子を重量比で５％乃至１５％含む、摩擦材料。
5. 請求項１の摩擦材料において、炭素粒子の寸法が６乃至５０μｍの範囲にある、摩擦材料。
6. 請求項１の摩擦材料において、一次層上の炭素粒子の被覆面積が、一次層の表面積の３乃至８０％の範囲にある、摩擦材料。
7. 請求項１の摩擦材料において、一次層が、炭素粒子を一次層の表面に接着させるため少なくとも１つの保持促進材を更に備える、摩擦材料。
8. 請求項７の摩擦材料において、保持促進材が４．５のｐＨを有する２０％以内のミョウバンから成る、摩擦材料。
9. 請求項２の摩擦材料において、アラミド繊維がカナディアン標準ろ水度に基づいて５８０乃至６４０のろ水度を有する、摩擦材料。
10. 請求項１の摩擦材料において、アラミド繊維が３乃至６ｍｍの範囲の平均的繊維長さを有する、摩擦材料。
11. 請求項１の摩擦材料において、フィラーが珪藻土から成る、摩擦材料。
12. 請求項１の摩擦材料において、平均寸法の孔直径が２．５乃至１２μｍの範囲にある、摩擦材料。
13. 請求項１の摩擦材料において、一次層が少なくとも５０％の空隙を有する、摩擦材料。
14. 請求項１の摩擦材料において、フェノール樹脂又は改質フェノール樹脂を含浸させた、摩擦材料。
15. 請求項１４の摩擦材料において、摩擦材料が重量比で２５乃至６０％の樹脂を含む、摩擦材料。
16. 請求項１の摩擦材料において、繊維状の基材料にフェノール樹脂及びシリコーン樹脂の混合体が含浸され、該混合体中のシリコーン樹脂の量が、混合体の重量に基づいて、重量比で５乃至８０％の範囲にあり、摩擦材料が、高耐熱性及び実質的に均一な摩擦係数を呈する、摩擦材料。
17. 請求項１６の摩擦材料において、フェノール樹脂が溶剤材料中に存在し、シリコーン樹脂が、フェノール樹脂の溶剤材料と適合可能な溶剤材料中に存在する、摩擦材料。
18. 請求項１６の摩擦材料において、シリコーンフェノール樹脂混合体中に存在するシリコーン樹脂の量が、混合体の重量に基づいて、重量比で２０乃至２５％の範囲にある、摩擦材料。
19. 請求項１６の摩擦材料において、シリコーン樹脂混合体中に存在するシリコーン樹脂の量が、混合体の重量に基づいて、重量比で１５乃至２５％の範囲にある、摩擦材料。
20. 請求項１４の摩擦材料において、改質フェノール樹脂がエポキシフェノール樹脂から成る、摩擦材料。
21. 請求項２０の摩擦材料において、エポキシフェノール樹脂中に存在するエポキシ樹脂の量が、エポキシフェノール樹脂の重量に基づいて、重量比で５乃至２５％の範囲にある、摩擦材料。
22. 請求項２１の摩擦材料において、エポキシフェノール樹脂中に存在するエポキシ樹脂の量が、エポキシフェノール樹脂の重量に基づいて、重量比で１０乃至１５％の範囲にある、摩擦材料。
23. 非アスベストの摩擦材料の製造方法において、繊維状の基材料が樹脂含浸前の繊維状の基材料の重量に基づいて、重量比で１０乃至５０％のカナディアン標準ろ水度が４５０以上のアラミド繊維と、５乃至２０％の炭素粒子と、５乃至２０％の炭素繊維と、１５乃至３５％のフィラー材料と、３乃至１０％の綿繊維と、０．５乃至５％のフェノールノボロイド繊維とを含み、炭素粒子が樹脂含浸前の多孔質の基材料の重量に基づいて、重量比で０．２乃至２０％の率にて存在し、２．５乃至１２μｍの平均孔直径を有する、多孔質の繊維状の基材料における少なくとも１つの表面の表面積の３％乃至９０％を被覆することと、炭素で被覆した繊維状の基材料を少なくとも１つのフェノール樹脂又は改質フェノール樹脂にて含浸することと、その後、含浸を行った炭素を被覆した繊維状の基材料を所定の時間、所定の温度にて硬化させることとを備える、非アスベストの摩擦材料の製造方法。
24. 繊維状の基材料が多孔質の一次層と、二次層とを備え、該一次層が、樹脂含浸前の一次層に基づいて、重量比で１０乃至５０％のカナディアン標準ろ水度が４５０以上のアラミド繊維と、５乃至２０％の炭素粒子と、５乃至２５％の炭素繊維と、１５乃至３５％のフィラー材料と、０乃至１０％の綿繊維と、０．５乃至５％のフェノールノボロイド繊維とを含み、多孔質の一次層が、２．０乃至１５μｍの平均孔直径を有し、二次層が一次層の少なくとも１つの面の上に炭素粒子を備え、炭素粒子が、樹脂含浸前の繊維状の基材料の重量に基づいて、重量比で０．２乃至２０％の率にて存在し、炭素粒子が、一次層の表面積の３％乃至９０％をカバーする、非アスベストの摩擦材料の製造方法において、フェノール樹脂をシリコーン樹脂と混合させることと、繊維状の基材料にシリコーンフェノール樹脂の混合体を含浸させることと、その後、炭素で被覆し且つ含浸を行った繊維状の基材料を加熱して、フェノール樹脂及びシリコーン樹脂を硬化させることとを含む、非アスベストの摩擦材料の製造方法。

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