JP4373346B2

JP4373346B2 - 湿式摩擦材およびその製造方法

Info

Publication number: JP4373346B2
Application number: JP2005011427A
Authority: JP
Inventors: 康広小森; 顕太浅川; 貴生市川
Original assignee: Showa Highpolymer Co Ltd
Current assignee: Showa Highpolymer Co Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006199777A

Description

本発明は、油中、特にＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）中で使用される湿式摩擦材に関するものである。

自動車の自動変速機は、通常、金属製基板（コアプレート）の表面に湿式摩擦材を接着した複数のフリクションプレートと、金属板等の一枚板からなる摩擦相手材としてのセパレータプレートとを交互に配した多版クラッチが組み込まれ、潤滑油として使用されるＡＴＦの中で、これらのプレートを相互に圧接、解放することによって駆動力を伝達または遮断するようにしている。

このような油中で使用される湿式摩擦材としては、ペーパー摩擦材と呼ばれるものが主に用いられている。このペーパー摩擦材は、一般に、パルプと各種摩擦調整剤を湿式抄紙した後、フェノール樹脂などの結合用樹脂を含浸させ、加熱硬化したものである。このペーパー摩擦材は、比較的高い動摩擦係数および良好な静動比（最終動摩擦係数μ₀と動摩擦係数μ_dとの比）を有している。

しかしながら、最近の自動車業界においては、省エネルギー化、軽量化の追求により、各種使用部品の軽量化及び高効率化が進められる一方で、自動車エンジンは高回転、高出力化の傾向にある。そのため、自動変速機においても、自動車エンジンの高回転化、高出力化に対応すべく、より高い動摩擦係数を有し、耐摩耗性に優れ、且つ高温、高負荷な条件でも摩擦相手材にヒートスポットと呼ばれる焼けが発生しない（耐ヒートスポット性に優れる）湿式摩擦材が求められている。

そこで、結合用樹脂としてシリコーン樹脂を用いた湿式摩擦材が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この湿式摩擦材は、耐ヒートスポット性に優れるものの、柔軟なため圧縮疲労特性に劣り、摩擦材の総厚変化量（摩耗量）が大きくなり、必ずしも満足するものは得られていない。また、カーボンナノファイバーやフラーレンを硬化性樹脂に充填した摩擦材も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。しかしながら、この摩擦材は車両のブレーキ、クラッチフェーシングなどに用いられる、いわゆる乾式摩擦材である。そして、乾式摩擦材と湿式摩擦材とでは使用条件も求められる特性も異なるので、上記のような乾式摩擦材を湿式摩擦材として使用することはできない。

特開平７−１９７０１６号公報特開２００４−２１７８２８号公報

従って、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高い動摩擦係数を有し、摩擦材の総厚変化量が少なく、且つ耐ヒートスポット性に優れる湿式摩擦材を提供することである。

そこで、本発明者らは、種々の構成の湿式摩擦材について鋭意検討した結果、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維およびこれらの混合物からなる群から選択される繊維状炭素を特定の割合で繊維基材に含有させることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、繊維基材に、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維およびこれらの混合物からなる群から選択され且つ２〜５００ｎｍの平均繊維径および２〜２５０００のアスペクト比を有する繊維状炭素とフェノール樹脂エマルションとを含む液状組成物を塗布して該繊維状炭素を該繊維基材に対して０．０１〜２重量％充填した後、フェノール樹脂を含浸させ加熱硬化して得られることを特徴とする湿式摩擦材である。
また、フェノール樹脂は、繊維基材に対して、３〜５０重量％含浸されていることが好ましい。

本発明によれば、繊維状炭素を特定の割合で繊維基材に含有させることで、高い動摩擦係数を有し、摩擦材の総厚変化量が少なく、且つ耐ヒートスポット性に優れる湿式摩擦材を提供することができる。

本発明による湿式摩擦材は、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させた後、加熱硬化してなるものであり、前記繊維基材が、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維およびこれらの混合物からなる群から選択される繊維状炭素を０．０１〜２重量％、好ましくは０．０１〜１重量％、さらに好ましくは０．２５〜０．７０重量％含むことを特徴とする。繊維状炭素の含有量が、０．０１重量％未満であると、耐ヒートスポット性が不十分となり、また２重量％を超えると、耐ヒートスポット性は良好なものの、動摩擦係数の大幅な低下が生じてしまう。

本発明における繊維状炭素としては、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維が挙げられ、これらを単独でまたは組み合わせて用いることができる。
カーボンナノチューブとしては、一般に市販されているカーボンナノチューブを制限なく使用することができ、単層、多層いずれでもよく、形状はリボン状、コイル状等でもよい。これらの中でも、２〜５００ｎｍ、好ましくは２〜５０ｎｍの平均繊維径および２〜２５０００、好ましくは１０〜２５０００のアスペクト比を有するものを用いることで、耐ヒートスポット性をより向上させることができる。また、カーボンナノチューブの嵩比重は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．００５〜０．１ｇ／ｃｍ^３、さらに好ましくは０．０１〜０．０５ｇ／ｃｍ^３である。
気相成長炭素繊維としては、一般に市販されている気相成長炭素繊維を制限なく使用することができ、生成されたままのもの、例えば８００〜１５００℃で熱処理したもの、例えば２０００〜３０００℃で黒鉛化処理されたもののいずれも使用可能である。熱伝導性向上の観点から、黒鉛化処理されたものがより好適である。これらの中でも、内部に中空構造を有し、且つ２〜５００ｎｍ、好ましくは２〜５０ｎｍの平均繊維径および２〜２５０００、好ましくは１０〜２５０００のアスペクト比（繊維長０．５〜５０μｍ）を有するものを用いることで、耐ヒートスポット性をより向上させることができる。

本発明における繊維基材としては、湿式摩擦材において使用されている公知の繊維基材を制限なく用いることができ、例えば、木材パルプなどの天然パルプ繊維、アラミド繊維などの有機合成繊維、ガラス繊維などの無機繊維を単独でまたは二種以上を混合して抄造したシート状のものを挙げることができる。

本発明における熱硬化性樹脂としては、湿式摩擦材において使用されている公知の熱硬化性樹脂を制限なく用いることができ、例えば、フェノール樹脂、油・ゴム・エポキシ樹脂等で改質された変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられ、これらを単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂が好適であり、レゾール型フェノール樹脂、変性レゾール型フェノール樹脂が最も好適である。この熱硬化性樹脂は、繊維基材に対して、好ましくは３〜５０重量％、さらに好ましくは１０〜４０重量％含浸されていることが好ましい。

また、本発明による湿式摩擦材の繊維基材には、上記繊維状炭素の他に、粉末状充填材を含有させて（充填して）もよい。このような粉末状充填材としては、珪藻土、活性炭、グラファイトのような無機質粉末状充填材、カシューダスト、フッ素樹脂粉末、球状フェノール樹脂硬化物のような有機質粉末状充填材が挙げられ、これらを単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。粉末状充填材の充填量は、特に限定されない。

繊維基材に繊維状炭素を充填する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、繊維基材を構成する成分（天然パルプ繊維やアラミド繊維等の混合物）、繊維状炭素および珪藻土のような粉末状充填材を水中に分散させてスラリー液とし、これを抄造した後、乾燥させる方法や、繊維基材を構成する成分を水中に分散させてスラリー液とし、これを抄造した後、乾燥させて得られるシート状の繊維基材の表面に、繊維状炭素、粉末状充填材および熱硬化性樹脂のエマルションを含む混合物を塗布・乾燥させる方法などがある。

〔実施例１〕
繊維基材として市販のペーパークロマトグラム用ろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製５２６、目付け量３３０ｇ／ｍ^２、厚さ０．７ｍｍ）を用いた。気相成長炭素繊維（昭和電工製ＶＧＣＦ、平均繊維径１５０ｎｍ、アスペクト比７０、嵩密度０．０４ｇ／ｃｍ^３）１２０重量部、フェノール樹脂エマルション（昭和高分子株式会社製ＢＲＥ−１７４を水で希釈して固形分濃度１９％にしたもの）４０重量部および水１００重量部をミキサーで攪拌混合して得られた液状組成物をロールコーターで繊維基材の表面に塗布し、１５０℃で１０分乾燥させて中間製品を得た。このとき、気相成長炭素繊維の充填量は、繊維基材に対して１．９６１重量％であった。

次に、市販のフェノール樹脂（昭和高分子株式会社製ＢＬＳ−３４１）を中間製品に含浸させ、２２０℃で１０分間硬化させてシート状湿式摩擦材を得た。このとき、含浸させたフェノール樹脂の総量（エマルションとして塗布したフェノール樹脂を含む）は、繊維基材に対して、３５重量％であった。さらに、プレスおよび金型を用いて、このシート状湿式摩擦材からリング状湿式摩擦材を２つ打ち抜いた。別に用意したリング状芯鉄板の両面に接着剤を塗布し、６０℃で２０分乾燥した。リング状湿式摩擦材の液状組成物が塗布された面が表面になるように、リング状芯鉄板の両面にリング状湿式摩擦材を貼り合わせ（リング状芯鉄板の両面にリング状湿式摩擦材の液状組成物が塗布されていない面を貼り合わせ）、２５０℃、３分、実面圧２００ｋｇ／ｃｍ^２の条件で加熱プレス接着を行なって湿式摩擦材板を得た。

この湿式摩擦材板の摩擦特性をＳＡＥ＃２試験機により表１に示す条件で測定した。
摩擦特性は、モーターを３６００ｒｐｍで２０秒間回転させた後、クラッチを係合し、慣性吸収させて１０秒間停止させ、回転数１８００ｒｐｍ付近の摩擦係数を動摩擦係数と定義し、この値で評価した。このサイクルを２００回繰り返した後、動摩擦係数を測定したところ０．１２７であった。このとき、摩擦板相手材の表面にヒートスポットと呼ばれる焼きつけは見られなかった。また、摩耗量も５μｍと少なかった。さらにサイクルを５０００回繰り返した後、動摩擦係数を測定したところ０．１２７であった。このときの摩耗量も９μｍと少なく、摩擦板相手材の表面にヒートスポットは見られなかった。

〔実施例２〕
繊維基材として市販のペーパークロマトグラム用ろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製５２６、目付け量３３０ｇ／ｍ^２、厚さ０．７ｍｍ）を用いた。気相成長炭素繊維（昭和電工製ＶＧＣＦ、平均繊維径８０ｎｍ、アスペクト比１３０、嵩密度０．０４ｇ／ｃｍ^３）１５重量部、粉末状充填材としての珪藻土３０重量部および活性炭１５重量部、フェノール樹脂エマルション（昭和高分子製ＢＲＥ−１７４を水で希釈して固形分濃度１９％にしたもの）４０重量部ならびに水１００重量部をミキサーで攪拌混合して得られた液状組成物をロールコーターで繊維基材の表面に塗布し、１５０℃で１０分乾燥させて中間製品を得た。このとき、気相成長炭素繊維の充填量は、繊維基材に対して０．２４９重量％であった。
この中間製品を用いて、実施例１と同様にして実施例２の湿式摩擦材板を作製した。得られた湿式摩擦材板について、実施例１と同様にして摩擦特性を評価した。結果を表２に示す。表２から明らかなように、２００サイクル後の動摩擦係数が０．１４５、５０００サイクル後の動摩擦係数が０．１４４であり、良好な動摩擦係数を保持していた。また、摩耗量が少なく、ヒートスポットも見られなかった。

〔実施例３および４〕
表２に示すように液状組成物の配合を変えた以外は実施例１と同様にして、実施例３および４の湿式摩擦材板を作製した。得られた湿式摩擦材板について、実施例１と同様にして摩擦特性を評価した。表２から明らかなように、実施例３および４のいずれにおいても、良好な動摩擦係数を保持し、且つ摩耗量が少なく、ヒートスポットも見られなかった。

〔比較例１〕
表２に示すように液状組成物の配合を変えた以外は実施例１と同様にして、比較例１の湿式摩擦材板を作製した。得られた湿式摩擦材板について、実施例１と同様にして摩擦特性を評価した。表２から明らかなように、２００サイクル後における動摩擦係数が０．１４７と高いものの、このとき、摩擦板相手材の表面には既にヒートスポットが見られ、摩耗量も４０μｍと多かった。

Claims

繊維基材に、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維およびこれらの混合物からなる群から選択され且つ２〜５００ｎｍの平均繊維径および２〜２５０００のアスペクト比を有する繊維状炭素とフェノール樹脂エマルションとを含む液状組成物を塗布して該繊維状炭素を該繊維基材に対して０．０１〜２重量％充填した後、フェノール樹脂を含浸させ加熱硬化して得られることを特徴とする湿式摩擦材。
前記繊維基材に対して、３〜５０重量％のフェノール樹脂が含浸されることを特徴とする請求項１に記載の湿式摩擦材。
繊維基材に、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維およびこれらの混合物からなる群から選択され且つ２〜５００ｎｍの平均繊維径および２〜２５０００のアスペクト比を有する繊維状炭素とフェノール樹脂エマルションとを含む液状組成物を塗布して該繊維状炭素を該繊維基材に対して０．０１〜２重量％充填した後、フェノール樹脂を含浸させ加熱硬化することを特徴とする湿式摩擦材の製造方法。