JP4388710B2

JP4388710B2 - Friction material filler and friction material using the same

Info

Publication number: JP4388710B2
Application number: JP2001055877A
Authority: JP
Inventors: 七生堀石; 辰雄菅原; 幹夫西村
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JP2002220582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両、産業用の各種機械などの制動装置に用いられる、ブレーキライニング、ブレーキパッドなどを構成する摩擦材に関し、特に耐フェード性に優れた摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの制動装置のブレーキパッドに用いられている摩擦材は、各種の繊維状基材、摩擦調整剤などの充填材、及びそれらを結合するための各種熱硬化性高分子を主成分とする結合材などからなる。摩擦材は、これらの各成分の混和物を、型に充填した後、加圧、加熱して結合材を硬化することにより製造される。
【０００３】
そして前記の繊維状基材には、ポリアミド繊維、アラミド繊維などの有機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウムなどの合成無機化合物繊維が用いられ、充填材には、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの各種無機化合物粉末や、金属粉末などが用いられる。また、摩擦調整を目的として、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤や、カシューダストなどが添加される。
【０００４】
摩擦材に要求される特性としては、制動力が大きいこと、耐磨耗性を有すること、温度、圧力などの変化による制動力の変化が小さくて安定していること、耐水性や耐油性を有すること、機械的強度が大きいことなどがある。そして、摩擦材が組み込まれる装置によって、どの特性を重要視するか異なり、それによって、前記各原材料の配合処方も異なる。
【０００５】
前記の制動力の変化には、フェードという現象が含まれ、特に車両においては、これが原因となった暴走事故が発生した例がある。この現象は、摩擦材の高温化によって、摩擦材中の有機化合物成分が熱分解してガスや液体となり、ディスクブレーキなどのブレーキの摩擦面と摩擦材との間に介在して、摩擦を極端に低減し、車両の制動距離を著しく伸長するものである。
【０００６】
具体的には、長距離の下り勾配での車両の走行などにおいては、ブレーキを作動させたまま走行することがあり、摩擦材及びブレーキの摩擦面の温度が上昇して、前記のような現象が発生する。
【０００７】
前記のようにフェード現象の主な原因は、摩擦材中の有機物成分の熱分解であることから、摩擦材に含まれる有機物成分に着目すると、熱分解を起こす成分の一つとして、カシューダストが挙げられる。カシューダストは、熱帯地方に産するカシューナッツの、種子を覆う殻に含まれる反応性に富んだオイル（カシューナッツシェルリキッド、以下ＣＮＳＬと称する）を、重合反応などで樹脂状物質とした後、粉砕して得られる。
【０００８】
そして、カシューダストの摩擦材における機能は、熱分解で生成するタール状の成分が、摩擦材表面を被覆することで適度の潤滑性を付与し、摩擦材の耐磨耗性を向上したり、制動時に発生する不快な音、即ち「鳴き」を防止したりすることである。
【０００９】
このため、カシューダストは、摩擦材には必須の成分であるが、高温における熱分解で揮発分、タール分、粉末を生成し、前記のフェード現象を助長する可能性がある。特にタール分は、潤滑作用が著しく、生成量を一定以下に抑制する必要がある。
【００１０】
これを目的として、フェノール樹脂やキシレン樹脂などの、耐熱性樹脂を与える成分を混合して硬化したり、これらの成分とＣＮＳＬの混合物を硬化したりすることで、樹脂粉末を得る方法が行なわれている。しかし、これらの樹脂は従来のカシューダストに比較して耐熱性に優れるものの、カシューダストの重要な特長である柔軟性を損なう結果となる。
【００１１】
また、カシューダストの中に酸化物などの無機化合物の粉末を多量に充填することも行なわれていて、これにより高温での揮発分やタール分の生成量が減少できるが、この場合も、カシューダストの柔軟性を損なうことが避けられない。つまり、従来の方法では、カシューダストの柔軟性を維持したまま、高温における揮発分、タール分の生成量を抑制することは不可能であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、カシューダストの特性を維持したまま、高温における揮発分やタール分の生成量を抑制し、これによってカシューダストを含む摩擦材の耐フェード性を向上することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題の解決策として、高温におけるタール分の生成を抑えるよりも、生成したタール分を速やかに摩擦材表面から除去できれば、カシューダスト本来の特性を損なわず、耐フェード性を向上し得ると考え、具体的な方法を検討した結果、本発明をなすに至ったものである。
【００１４】
即ち、本発明は、ＣＮＳＬを主成分とする硬化物からなり、鉄化合物を含むことを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１５】
また、本発明は、前記の摩擦材用充填材において、前記鉄化合物は、ゲータイト（α−ＦｅＯＯＨ）、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１６】
また、本発明は、前記の摩擦材用充填材において、前記鉄化合物の含有量は、０．１重量％〜３０重量％であることを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１７】
また、本発明は、繊維状基材と、結合材と、充填材を含む摩擦材において、充填材として前記の摩擦材用充填材を含むことを特徴とする摩擦材である。
【００１８】
【作用】
一般に遷移金属の１種である鉄の酸化物は、酸化状態の変化に起因する触媒作用を発現し、工業的に利用されている。特に燃焼反応における触媒能については、酸化鉄が高い酸化状態であるＦｅ（ＩＩＩ）と、低い酸化状態であるＦｅ（ＩＩ）との間で酸化還元を繰り返すことによると推定されている。
【００１９】
従って、酸化鉄をカシューダストに添加することにより、フェードが生じる高温において、カシューダストやその他の有機物に起因するタール分を、速やかに熱分解もしくは燃焼してガス化し、摩擦材表面から除去することができる。
【００２０】
本発明に用いられる鉄化合物は、基本的に鉄イオンを含むか、鉄イオンを生成するものであれば、特に制限されるものでなく、例えば鉄の粉末であってもよい。しかし、取り扱いの容易性や、コストを考慮すると、前記のゲータイト（α−ＦｅＯＯＨ）、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）が望ましい。
【００２１】
また、摩擦材に混合するという使用方法や、触媒活性という観点からは、粉末状で、かつなるべく比表面積が大きいことが望ましい。従って、粉末の粒子形状は、球状であるよりも、平板状もしくは針状である方が望ましく、前記の鉄化合物の中ではゲータイトなどがそれに該当する。
【００２２】
また、カシューダストの鉄化合物の含有量を、０．１重量％〜３０重量％に限定したのは、この範囲以下では、鉄化合物の触媒としての効果が不十分であり、この範囲以上では、鉄化合物の効果が、その含有量を３０重量％近傍とした場合と差がなく、しかもカシューダストの柔軟性を損なうからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態につき、具合的な例を挙げ詳しく説明する。ここでは、原料に鉄化合物を添加したものと、添加しないものを準備し、その他は通常と同じ方法でカシューダストを製造して、それぞれについて特性を評価した。
【００２４】
まず、ＣＮＳＬに酸を加えて重合反応して得られるポリマー（以下、カシューポリマーと称する）と、ヘキサメチレンテトラミンと、ゲータイト粉末を表１に示した３種類の組成となるように秤量した。これを均一となるまで攪拌した後、ステンレスの容器に注入し、温度を２００℃とした恒温槽で２４時間保持し硬化した。これを粉砕機で所定の粒度に粉砕し、３種類のカシューダストを得た。
【００２５】
【表１】

【００２６】
次に、これらの３種類のカシューダストを用いて、表２に示す配合で各成分を秤量し、Ｖブレンダーで十分に混合した。そして、これらの混合物を予備成形金型に充填し、常温下で２０ＭＰａの圧力で１分間加圧し、その後この成形体を加熱成形金型に入れて１６０℃で４０ＭＰａの圧力で１０分間加圧し、更に１８０℃で３時間保持して摩擦材の試料を得た。
【００２７】
【表２】

【００２８】
次にこれらの試料について、ＪＩＳ−Ｄ−４４１１に準拠した摩擦試験を行なった。表３は、それらの結果を示したものである。表３から明らかなように、ゲータイトをそれぞれ１重量部、５重量部、添加したカシューダストを用いた摩擦材である、試料２及び試料３では、ゲータイトをまったく添加していないカシューダストを用いた摩擦材である、試料１に比較して、高温における摩擦係数の変動が殆ど認められない。
【００２９】
【表３】

【００３０】
また、前記３種類のカシューダストについて、アセトン抽出率、即ちカシューダストのアセトンへの可溶成分の重量分率、４００℃揮発損失率、即ちカシューダストを４００℃で２時間熱処理した場合の重量減少率、４００℃アセトン抽出率、即ち４００℃揮発損失率を測定した試料についてのアセトン抽出率をそれぞれ測定した。その結果を表４に示した。
【００３１】
【表４】

【００３２】
表４に示した結果によると、アセトン抽出率、４００℃揮発損失率については、３種類のカシューダストの間に大きな差異が認められないが、４００℃アセトン抽出率については、ゲータイトを添加したカシューダストの方が少ない結果となっている。
【００３３】
通常、カシューダストを高温で処理すると、熱分解により、比較的低分子量のタール分が生成する。タール分は、アセトンに可溶であるため、熱処理前に比べアセトン抽出率が増加する。表４に示した結果から、前記のようにゲータイトの添加により、高温処理した場合のタール分の生成量が抑えられ、それに伴ってアセトン抽出率の増加が抑えられていることがわかる。
【００３４】
以上は、鉄化合物としてゲータイトを用いた例について記したが、次に鉄化合物として、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を用いた例について述べる。
【００３５】
ここでは、カシューポリマー１００重量部に対し、前記５種類の鉄化合物を１重量部、ヘキサメチレンテトラミンを８重量部、それぞれ秤量し、ゲータイトを用いた場合とまったく同じ条件で、５種類のカシューダストを作製した。得られた５種類のカシューダストを用いて、表２に示した組成で各成分を秤量し、やはりゲータイトを用いた場合とまったく同じ条件で、５種類の摩擦材の試料を作製した。
【００３６】
これらの試料についても、ＪＩＳ−Ｄ−４４１１に準拠した摩擦試験を行なった。表５には、これらの結果をまとめて示した。表５から、これらの試料も、カシューポリマーにゲータイトを添加した場合と同様に、高温における摩擦係数の変動が殆ど認められないことがわかる。
【００３７】
【表５】

【００３８】
また、これら５種類のカシューダストについても、アセトン抽出率、４００℃揮発損失率、４００℃アセトン抽出率を測定した。これらの結果を表６にまとめて示したが、やはりゲータイトを用いた場合同様に、タール分の生成が抑えられていることがわかる。
【００３９】
【表６】

【００４０】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明によれば、フェードを防止し得るカシューダストと、それを用いた摩擦材を、容易にかつ低コストで得ることができる。これによって、フェード現象による車両の暴走事故を未然に防止することが可能となり、安全に資するところは非常に大きいと言える。
【００４１】
なお、ここでは、鉄化合物をそれぞれ単独でカシューポリマーに添加した例のみを挙げたが、前述の結果から、複数の鉄化合物を用いた場合でも、その効果を発現し、フェード現象を防止し得ることは明らかである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction material that constitutes a brake lining, a brake pad, and the like used in a braking device for a vehicle such as an automobile and various industrial machines, and particularly relates to a friction material having excellent fade resistance.
[0002]
[Prior art]
Friction materials used for brake pads of braking devices such as automobiles are mainly composed of various fibrous base materials, fillers such as friction modifiers, and various thermosetting polymers for bonding them. It consists of a binder. The friction material is produced by filling the mixture of these components into a mold and then pressurizing and heating to cure the binder.
[0003]
And, for the fibrous base material, organic fibers such as polyamide fibers and aramid fibers, ceramic fibers, glass fibers, rock wool, synthetic inorganic compound fibers such as potassium titanate are used, and the filler is barium sulfate, Various inorganic compound powders such as calcium carbonate, metal powders and the like are used. For the purpose of adjusting friction, solid lubricants such as graphite and molybdenum disulfide, cashew dust, and the like are added.
[0004]
Properties required for friction materials include high braking force, wear resistance, small and stable changes in braking force due to changes in temperature, pressure, etc., water resistance and oil resistance. And having high mechanical strength. Then, depending on the apparatus in which the friction material is incorporated, which characteristic is regarded as important, the blending recipe of each raw material is also different.
[0005]
The change in the braking force includes a phenomenon called fading, and particularly in a vehicle, there is an example of a runaway accident caused by this. This phenomenon is caused by the high temperature of the friction material, and the organic compound components in the friction material are thermally decomposed into gases and liquids, which are interposed between the friction surface of a brake such as a disc brake and the friction material, causing extreme friction. To significantly increase the braking distance of the vehicle.
[0006]
Specifically, when the vehicle is traveling on a long distance downhill, the brake may be operated and the temperature of the friction material and the friction surface of the brake may rise, resulting in the phenomenon described above. Will occur.
[0007]
As described above, the main cause of the fade phenomenon is the thermal decomposition of the organic component in the friction material. Therefore, when attention is paid to the organic component contained in the friction material, cashew dust is one of the components causing the thermal decomposition. Can be mentioned. Cashew dust is a cashew nut produced in the tropics, which is made from a highly reactive oil (cashew nut shell liquid, hereinafter referred to as CNSL) contained in the shell that covers the seeds. Obtained.
[0008]
And the function in the friction material of cashew dust, the tar-like component generated by pyrolysis gives moderate lubricity by covering the friction material surface, improving the wear resistance of the friction material, It is to prevent an unpleasant sound generated during braking, that is, “squeal”.
[0009]
For this reason, cashew dust is an essential component for the friction material, but may generate volatile components, tar components, and powders by thermal decomposition at high temperatures, and may promote the fade phenomenon. In particular, the tar content has a remarkable lubricating effect, and it is necessary to suppress the generation amount below a certain level.
[0010]
For this purpose, a method of obtaining a resin powder by mixing a component that gives a heat-resistant resin such as a phenol resin or a xylene resin and curing, or by curing a mixture of these components and CNSL is performed. ing. However, although these resins are superior in heat resistance as compared with conventional cashew dust, they result in the loss of flexibility, which is an important feature of cashew dust.
[0011]
In addition, a large amount of powders of inorganic compounds such as oxides are filled in cashew dust, which can reduce the amount of volatiles and tars generated at high temperatures. It is inevitable that the flexibility of the dust is impaired. That is, in the conventional method, it was impossible to suppress the generation amount of volatile components and tar components at high temperatures while maintaining the flexibility of cashew dust.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the technical problem of the present invention is to suppress the generation amount of volatile components and tar components at high temperatures while maintaining the properties of cashew dust, thereby improving the fade resistance of the friction material containing cashew dust. It is in.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
As a solution to the above problem, the present inventors, as long as the generated tar content can be quickly removed from the friction material surface rather than suppressing the generation of the tar content at high temperatures, the original properties of cashew dust are not impaired, and the fade resistance is reduced. As a result of studying a specific method, the present invention has been achieved.
[0014]
That is, the present invention is a filler for a friction material that is made of a cured product mainly containing CNSL and contains an iron compound.
[0015]
In the friction material filler according to the present invention, the iron compound may be goethite (α-FeOOH), akagenite (β-FeOOH), lepicrosite (γ-FeOOH), hematite (α-Fe ₂ O ₃ ). , A filler for a friction material, which is at least one selected from maghemite ( γ- Fe ₂ O ₃ ) and magnetite (Fe ₃ O ₄ ).
[0016]
In addition, the present invention provides the friction material filler, wherein the content of the iron compound is 0.1 wt% to 30 wt%.
[0017]
Moreover, this invention is a friction material characterized by including the said filler for friction materials as a filler in the friction material containing a fibrous base material, a binder, and a filler.
[0018]
[Action]
In general, an oxide of iron, which is a kind of transition metal, exhibits a catalytic action resulting from a change in oxidation state and is industrially used. In particular, the catalytic ability in the combustion reaction is estimated to be due to repeated oxidation-reduction between Fe (III) in which iron oxide is in a high oxidation state and Fe (II) in a low oxidation state.
[0019]
Therefore, by adding iron oxide to cashew dust, the tar content caused by cashew dust and other organic substances can be quickly pyrolyzed or burnt and gasified and removed from the friction material surface at high temperatures where fade occurs. Can do.
[0020]
The iron compound used in the present invention is not particularly limited as long as it basically contains iron ions or generates iron ions, and may be, for example, iron powder. However, in view of ease of handling and cost, the above-mentioned goethite (α-FeOOH), akagenite (β-FeOOH), lepicrosite (γ-FeOOH), hematite (α-Fe ₂ O ₃ ), maghemite ( γ − Fe ₂ O ₃ ) and magnetite (Fe ₃ O ₄ ) are desirable.
[0021]
In addition, from the viewpoint of the usage method of mixing with a friction material and the viewpoint of catalytic activity, it is desirable that the powder is in the form of a specific surface area as much as possible. Accordingly, the particle shape of the powder is preferably a flat plate shape or a needle shape rather than a spherical shape, and among these iron compounds, goethite corresponds to this.
[0022]
In addition, the content of the iron compound in the cashew dust is limited to 0.1% by weight to 30% by weight below this range, the effect of the iron compound as a catalyst is insufficient, and above this range, This is because the effect of the iron compound is not different from the case where its content is set to around 30% by weight, and the flexibility of cashew dust is impaired.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the embodiment of the present invention will be described in detail with specific examples. Here, what added the iron compound to the raw material and what did not add it were prepared, cashew dust was manufactured by the same method as usual, and the characteristic was evaluated about each.
[0024]
First, a polymer (hereinafter referred to as a cashew polymer) obtained by adding an acid to CNSL and a polymerization reaction, hexamethylenetetramine, and goethite powder were weighed so as to have three types of compositions shown in Table 1. The mixture was stirred until it was uniform, poured into a stainless steel container, and kept in a thermostatic bath at a temperature of 200 ° C. for 24 hours to be cured. This was pulverized to a predetermined particle size by a pulverizer to obtain three types of cashew dust.
[0025]
[Table 1]

[0026]
Next, using these three types of cashew dust, each component was weighed according to the formulation shown in Table 2 and thoroughly mixed with a V blender. Then, the mixture is filled in a preforming mold and pressurized at a pressure of 20 MPa at room temperature for 1 minute, and then the molded body is put in a heating mold and pressurized at 160 ° C. and a pressure of 40 MPa for 10 minutes. The sample was further maintained at 180 ° C. for 3 hours to obtain a friction material sample.
[0027]
[Table 2]

[0028]
Next, a friction test based on JIS-D-4411 was performed on these samples. Table 3 shows the results. As is apparent from Table 3, in the samples 2 and 3, which are friction materials using cashew dust added with 1 part by weight and 5 parts by weight of goethite, cashew dust without any addition of goethite was used. Compared to Sample 1 which is a friction material, there is almost no variation in the coefficient of friction at a high temperature.
[0029]
[Table 3]

[0030]
In addition, for the three types of cashew dust, the acetone extraction rate, that is, the weight fraction of the soluble component of the cashew dust in acetone, the 400 ° C. volatilization loss rate, that is, the weight reduction when the cashew dust is heat treated at 400 ° C. for 2 hours. Rate, 400 ° C. acetone extraction rate, that is, the acetone extraction rate of the sample for which the 400 ° C. volatilization loss rate was measured. The results are shown in Table 4.
[0031]
[Table 4]

[0032]
According to the results shown in Table 4, there is no significant difference between the three types of cashew dust in terms of acetone extraction rate and 400 ° C. volatilization loss rate, but for 400 ° C. acetone extraction rate, cashew added with goethite. The result is less dust.
[0033]
Usually, when cashew dust is treated at a high temperature, a tar component having a relatively low molecular weight is generated by thermal decomposition. Since the tar content is soluble in acetone, the acetone extraction rate is increased compared with that before the heat treatment. From the results shown in Table 4, it can be seen that by adding goethite as described above, the amount of tar produced in the case of high-temperature treatment is suppressed, and the increase in the acetone extraction rate is suppressed accordingly.
[0034]
The above is an example using goethite as an iron compound. Next, as iron compounds, acagenite (β-FeOOH), lepicrosite (γ-FeOOH), hematite (α-Fe ₂ O ₃ ), maghemite ( γ − An example using Fe ₂ O ₃ ) and magnetite (Fe ₃ O ₄ ) will be described.
[0035]
Here, with respect to 100 parts by weight of the cashew polymer, 1 part by weight of the five types of iron compounds and 8 parts by weight of hexamethylenetetramine are weighed, and under the same conditions as when goethite is used, Was made. Using the obtained five types of cashew dust, each component was weighed with the composition shown in Table 2, and samples of five types of friction materials were produced under exactly the same conditions as when goethite was used.
[0036]
These samples were also subjected to a friction test in accordance with JIS-D-4411. Table 5 summarizes these results. From Table 5, it can be seen that in these samples, as well, when the goethite is added to the cashew polymer, the coefficient of friction at high temperature is hardly changed.
[0037]
[Table 5]

[0038]
Moreover, about these 5 types of cashew dust, the acetone extraction rate, the 400 degreeC volatilization loss rate, and the 400 degreeC acetone extraction rate were measured. These results are summarized in Table 6, and it can be seen that the generation of tar is suppressed as in the case of using goethite.
[0039]
[Table 6]

[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, cashew dust that can prevent fading and a friction material using the same can be obtained easily and at low cost. This makes it possible to prevent vehicle runaway accidents due to the fade phenomenon, and it can be said that the place contributing to safety is very large.
[0041]
In addition, although only the example which added each iron compound to the cashew polymer was given here, even when a plurality of iron compounds are used, the effect can be expressed and the fade phenomenon can be prevented. It is clear.

Claims

It is a filler for a friction material comprising a hardened material containing cashew nut shell liquid as a main component and containing an iron compound, and the iron compound includes goethite (α-FeOOH), akagenite (β-FeOOH), lepicrosite (γ-FeOOH). ), Hematite (α-Fe ₂ O ₃ ), maghemite (γ-Fe ₂ O ₃ ), magnetite (Fe ₃ O ₄ ), and the content of the iron compound is 0.1% by weight friction material filler, wherein the Dearuko 30 wt%.

A fibrous substrate, the binder and, in the friction material containing a filler, and said friction modifier comprises a friction material filler according to claim 1 Symbol placement as a filler.