JP4906691B2 - Friction material for automobile and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、高性能な自動車用摩擦材料およびその製造方法に関する。前記材料は単層の布帛に由来してなり、表裏フィブリル化の細かさが異なることにより自動車用摩擦材料として有用である。 The present invention relates to a high-performance automotive friction material and a method for producing the same. The material is derived from a single-layered fabric, and is useful as a friction material for automobiles due to the difference in fineness of front and back fibrillation.
本発明の高性能の自動車用摩擦材料は、機械的強度、熱伝導性，動摩擦係数、摩耗耐久性に優れた特性を有することから、従来の接着された複層からなる摩擦材料より、高い耐久性と形態維持ができる。 The high-performance automotive friction material of the present invention has excellent mechanical strength, thermal conductivity, dynamic friction coefficient, and wear durability, and therefore has higher durability than conventional multi-layered friction materials. Can maintain sex and form.
新しいトランスミッションシステムおよびブレーキシステムが自動車業界により開発されつつある。これにともない、摩擦材料もより高性能な特性の開発が行われている。 New transmission and brake systems are being developed by the automotive industry. Along with this, friction materials have been developed with higher performance characteristics.
特にスポーツ多目的車（ＳＵＶ車）やトラックなどは、高エネルギータイプの摩擦材料が必要であり、表面速度の高速化や高フェーシングライニング圧力に耐える摩擦材料でなければならない。さらに、摩擦材料は高温で長時間安定で有り続けなければならなく、また、優れた熱遮断性を有している必要がある。つまり、摩擦材料は運転時に発生する高熱を迅速に放散したり熱伝達を遅らせなければならない。 In particular, sports multipurpose vehicles (SUV vehicles), trucks, and the like require friction materials of high energy type, and must be friction materials that can withstand high surface speeds and high facing lining pressure. Furthermore, the friction material must remain stable for a long time at a high temperature and must have an excellent heat barrier property. In other words, the friction material must quickly dissipate the high heat generated during operation or delay the heat transfer.
特許文献１には、高性能２プライ摩擦材として２層を貼り合せた摩擦材料が開示されている。しかしながら、このような２層構造では、層間の接合部分が長時間の激しい摩擦下で剥がれて変形する可能性を完全に否定することが難しい。 Patent Document 1 discloses a friction material in which two layers are bonded as a high-performance two-ply friction material. However, in such a two-layer structure, it is difficult to completely deny the possibility that the joint portion between layers is peeled and deformed under a long period of intense friction.
また、特許文献２には、フィブリル化の少ないアラミド繊維と合成黒鉛とを含む摩擦ブレーキライニングが開示され、特許文献３には、アラミド繊維と熱硬化性樹脂とを含む摩擦材料が開示されている。しかしながら、このような材料は、要求される摩擦特性が高まっていることに鑑みれば、十分な特性を示すものとはいい難い。すなわち、熱分解温度の高いアラミド繊維を用いることで耐熱性が高くなるものの、表面摩擦特性については未だ改善の余地がある。
本発明は、長時間の激しい摩擦下でも層間剥離を起こすことがなく、また、摩擦面側の表層部では高い動摩擦係数、他方の面側の表層部では高い熱伝導抑制性などの特性を有する自動車用摩擦材料を提供することにある。 The present invention does not cause delamination even under intense friction for a long time, and has characteristics such as a high dynamic friction coefficient in the surface layer portion on the friction surface side and a high heat conduction suppression property in the surface layer portion on the other surface side. The object is to provide a friction material for automobiles.
すなわち本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するため、次の（１）〜（１０）のいずれかの構成を特徴とするものである。
（１） 液晶性高分子繊維を含んでなる単層の布帛に由来してなり、摩擦面側の表層部に、他方の面側の表層部よりも多くのフィブリルを有することを特徴とする自動車用摩擦材料。
（２）前記液晶性高分子繊維がアラミド繊維である、前記（１）に記載の自動車用摩擦材料。
（３） 前記摩擦面側の表層部が、フィブリル化されていない液晶性高分子繊維の繊維径の平方視野範囲内に、３〜２００本のフィブリルを有する、前記（１）または（２）に記載の自動車用摩擦材料。
（４） 前記他方の面側の表層部が、フィブリル化されていない液晶性高分子繊維の繊維径の平方視野範囲内に、０〜３０本のフィブリルを有する、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の自動車用摩擦材料。
（５） 請求項１〜４のいずれかに記載の前記自動車用摩擦材料を用いたクラッチ板。
（６） 請求項１〜４のいずれかに記載の前記自動車用摩擦材料を用いたブレーキ板。
（７） 液晶性高分子繊維を含んでなる単層の布帛の、摩擦面とする側の面に、流体噴射加工を施して、前記液晶性高分子繊維をフィブリル化する工程を含むことを特徴とする自動車用摩擦材料の製造方法。
（８） 液晶性高分子繊維を含んでなる単層の布帛の、摩擦面とする側の面に、他方の面側の表層部よりも大きな総エネルギー量の流体噴射加工を施して、前記液晶性高分子繊維をフィブリル化する工程を含むことを特徴とする自動車用摩擦材料の製造方法。
（９） 前記布帛が不織布である、前記（７）または（８）に記載の自動車用摩擦材料の製造方法。
（１０） 前記流体噴射加工の流体が水である、前記（７）〜（９）のいずれかに記載の自動車用摩擦材料の製造方法。
That is, the present invention is characterized by any one of the following configurations (1) to (10) in order to solve the problems of the prior art.
(1) An automobile characterized by being derived from a single-layered fabric comprising liquid crystalline polymer fibers and having more fibrils in the surface layer part on the friction surface side than in the surface layer part on the other surface side. Friction material.
(2) The automobile friction material according to (1), wherein the liquid crystalline polymer fiber is an aramid fiber.
(3) In the above (1) or (2), the surface layer portion on the friction surface side has 3 to 200 fibrils within a square field range of the fiber diameter of the non-fibrillated liquid crystalline polymer fiber. The friction material for automobiles as described.
(4) Said (1)-(3) whose surface layer part of said other surface side has 0-30 fibrils in the square visual field range of the fiber diameter of the liquid crystalline polymer fiber which is not fibrillated. The friction material for automobiles according to any one of the above.
(5) A clutch plate using the automobile friction material according to any one of claims 1 to 4.
(6) The brake board using the said friction material for motor vehicles in any one of Claims 1-4.
(7) including a step of fibrillating the liquid crystalline polymer fiber by subjecting the surface of the single-layered fabric comprising the liquid crystalline polymer fiber to a surface to be a friction surface, and subjecting the surface to a frictional surface. A method for manufacturing a friction material for automobiles.
(8) The liquid crystal having a total energy amount larger than that of the surface layer portion on the other surface side is applied to the surface of the single layer fabric including the liquid crystalline polymer fiber as the friction surface, and the liquid crystal The manufacturing method of the friction material for motor vehicles characterized by including the process of fibrillating a conductive polymer fiber.
(9) The manufacturing method of the friction material for motor vehicles as described in said (7) or (8) whose said fabric is a nonwoven fabric.
(10) The manufacturing method of the friction material for motor vehicles in any one of said (7)-(9) whose fluid of the said fluid injection process is water.
本発明の自動車用摩擦材料によれば、摩擦面側の表層部が、他方の面側の表層部よりも多くのフィブリルを有することで高摩擦係数を有するものとなる。また、他方の面側の表層部は、摩擦面側の表層部に比べてフィブリルが少なく空隙部が多いので、熱伝導抑制性に優れたものとなる。そして接着面を有しない単層の布帛に由来しているため、長時間の激しい摩擦下でも層間剥離を起こすおそれがなく、形態維持性等に優れた効果を発揮する。 According to the friction material for automobiles of the present invention, the surface layer portion on the friction surface side has a higher friction coefficient by having more fibrils than the surface layer portion on the other surface side. In addition, since the surface layer portion on the other surface side has less fibrils and more voids than the surface layer portion on the friction surface side, it has excellent thermal conductivity suppression. And since it originates in the single-layered fabric which does not have an adhesive surface, there is no possibility of delamination even under intense friction for a long time, and an effect excellent in form maintainability and the like is exhibited.
またかかる自動車用摩擦材料は、液晶性高分子繊維を含んだ単層の布帛に流体噴射加工を施し、該液晶性高分子繊維をフィブリル化することで効率的に製造することができる。このとき、摩擦面側のみに流体噴射加工を施したり、摩擦面側に、他方の面側よりも大きな総エネルギー量の流体噴射加工を施すことで、摩擦面側の表層部を他方の面側の表層部よりもフィブリル化することができる。 Such a friction material for automobiles can be efficiently produced by subjecting a single-layer fabric containing liquid crystalline polymer fibers to fluid injection processing and fibrillating the liquid crystalline polymer fibers. At this time, the surface layer portion on the friction surface side is changed to the other surface side by performing fluid injection processing only on the friction surface side or performing fluid injection processing on the friction surface side with a larger total energy amount than the other surface side. It can be made more fibrillated than the surface layer portion.
本発明の自動車用摩擦材料は、液晶性高分子繊維を含んでなる単層の布帛に由来してなり、摩擦面側の表層部は他方の面側の表層部よりも多くのフィブリルを有することを特徴とする。 The automobile friction material of the present invention is derived from a single-layer fabric comprising liquid crystalline polymer fibers, and the surface layer portion on the friction surface side has more fibrils than the surface layer portion on the other surface side. It is characterized by.
前記布帛は液晶性高分子繊維を含んでなる単層から構成されている。これは、接着面を有しないので、長期使用によっても、また長時間の激しい摩擦下でも、接着面の剥離が生じず、接着剤との相性などによる不具合の発生もないので、形態維持性に優れるものである。 The fabric is composed of a single layer containing liquid crystalline polymer fibers. Because it does not have an adhesive surface, the adhesive surface will not peel off even under long-term use or under intense friction, and there will be no problems due to compatibility with the adhesive. It is excellent.
前記布帛の摩擦面側の表層部は、図２（ａ）に示すよう、細かいフィブリルを多く有している。該フィブリルが蜘蛛の巣状になっていることにより、摩擦面どうしの密着性を上げることができるので、摩擦係数を高くすることができるのである。これに対して、他方の面側の表層部は、図２（ｂ）に示すように、フィブリルが少ないので、空隙部が多くなる。この空隙部に例えばオイル等の冷却流体や気体等が流通することにより、発生した摩擦熱を冷却したり本体への熱伝達を抑制するが、空隙部が多くなることでかかる冷却流体等が空隙部に流れやすくなり、熱伝達率を抑制することができる。 The surface layer portion on the friction surface side of the fabric has many fine fibrils as shown in FIG. Since the fibrils are in the form of spider webs, the adhesion between the friction surfaces can be increased, so that the friction coefficient can be increased. In contrast, the surface layer portion on the other surface side has a small number of fibrils as shown in FIG. For example, a cooling fluid such as oil or a gas circulates in the gap, thereby cooling the generated frictional heat or suppressing heat transfer to the main body. It becomes easy to flow to a part and a heat transfer rate can be controlled.
布帛を構成する前記液晶性高分子繊維としては、例えば、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維(例えば株式会社クラレ製、商標名「ベクトラン」)、ポリパラフェニレンベンゾビスオキザゾール繊維（例えば東洋紡株式会社製、商標名「ザイロン」)などが挙げられる。 Examples of the liquid crystalline polymer fibers constituting the fabric include aramid fibers, wholly aromatic polyester fibers (for example, Kuraray Co., Ltd., trade name “Vectran”), and polyparaphenylene benzobisoxazole fibers (for example, Toyobo Co., Ltd.). And trade name "Zylon").
なかでも、本発明の狙いとするフィブリル化し易い点から、アラミド繊維が好ましい。 Among these, an aramid fiber is preferable from the viewpoint of easy fibrillation targeted by the present invention.
アラミド繊維にはメタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維とがある。メタ系アラミド繊維としては例えば、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維（デュポン社製、商標名「ノーメックス」）などのメタ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。また、パラ系アラミド繊維としては例えば、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商標名「ケブラー」）およびコポリパラフェニレン−３，４−ジフェニールエーテルテレフタールアミド繊維（帝人株式会社製、商標名「テクノーラ」）などのパラ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。 Aramid fibers include meta-aramid fibers and para-aramid fibers. Examples of the meta-aramid fiber include meta-type wholly aromatic polyamide fibers such as polymetaphenylene isophthalamide fiber (manufactured by DuPont, trade name “NOMEX”). Examples of para-aramid fibers include polyparaphenylene terephthalamide fibers (trade name “Kevlar” manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) and copolyparaphenylene-3,4-diphenyl ether terephthalamide fibers (Teijin Ltd.). Para-type wholly aromatic polyamide fibers manufactured by the company and trade name “Technola”).
これらの中でも、高強度および高弾性率であり、耐熱性、耐摩耗性に優れるとともに、本発明の狙いとするフィブリル化がし易い点から、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維が特に好ましい。一方、特に耐熱性を要求される用途では、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維を用いることも好ましい。用途によって、適宜使い分けることができる。 Among these, polyparaphenylene terephthalamide fibers are particularly preferable because they have high strength and high elastic modulus, are excellent in heat resistance and wear resistance, and are easy to be fibrillated as a target of the present invention. On the other hand, it is also preferable to use polymetaphenylene isophthalamide fiber for applications that require heat resistance. Depending on the application, it can be properly used.
また、布帛は、液晶性高分子繊維の１種類を単独で用いたものであってもよいし、素材や繊維構成が異なる２種以上を混繊したものであっても構わない。 The fabric may be a single type of liquid crystalline polymer fiber, or may be a mixture of two or more types having different materials and fiber configurations.
本発明の自動車用摩擦材料は、前記摩擦面側の表層部が、フィブリル化されていない液晶性高分子繊維の繊維径の平方視野範囲内に、３本以上、２００本以下のフィブリルを有することが好ましい。 In the automobile friction material of the present invention, the surface layer portion on the friction surface side has 3 or more and 200 or less fibrils within a square field of view of the fiber diameter of the non-fibrillated liquid crystalline polymer fiber. Is preferred.
摩擦面側の表層部のフィブリル本数が３本を下回る場合、摩擦係数が低くなり易く、例えばエンジンから車輪への伝達力やブレーキの制動力が低下しやすくなるのである。一方、かかる本数が２００本を超える場合、摩擦面の平滑性が良過ぎて摩擦係数は逆に低くなる場合がある。摩擦面側の表層部のフィブリル本数としては５本〜１００本がより好ましい範囲である。 When the number of fibrils in the surface layer portion on the friction surface side is less than 3, the friction coefficient tends to be low, for example, the transmission force from the engine to the wheel and the braking force of the brake are likely to decrease. On the other hand, if the number exceeds 200, the smoothness of the friction surface may be too good and the friction coefficient may be low. The number of fibrils in the surface layer on the friction surface side is more preferably 5 to 100.
また、前記他方の面側の表層部においては、フィブリル化されていない液晶性高分子繊維の繊維径の平方視野範囲内に、３０本以下のフィブリルを有することが好ましい。かかる領域において、フィブリルは、３０本以下であれば０本であってもよい。 Moreover, it is preferable that the surface layer part on the other surface side has 30 or less fibrils within the range of the square field of the fiber diameter of the non-fibrillated liquid crystalline polymer fiber. In this region, the number of fibrils may be zero as long as it is 30 or less.
前記他方の面側の表層部のフィブリル本数を３０本以下にすることで、繊維間の空隙が粗くなり熱伝達が抑制されるので、前記摩擦面側で起こる発熱が摩擦材料の断面方向に通じにくくなり、かかる他方の面側に配置される金属板や本体装置に熱伝達されにくくなる。 By setting the number of fibrils in the surface layer portion on the other surface side to 30 or less, voids between the fibers become rough and heat transfer is suppressed, so that heat generated on the friction surface side leads to the cross-sectional direction of the friction material. It becomes difficult to transfer heat to the metal plate or the main body device disposed on the other surface side.
次に本発明の製造方法について説明する。上記のような自動車用摩擦材料は、液晶性高分子繊維を含んでなる単層の布帛の、摩擦面とする側の面に、流体噴射加工を施し、該液晶性高分子繊維をフィブリル化することで得られる。このとき、摩擦面側のみに流体噴射加工を施したり、摩擦面側に、他方の面側よりも大きな総エネルギー量の流体噴射加工を施すことで、摩擦面側の表層部を他方の面側の表層部よりもフィブリル化することができる。 Next, the manufacturing method of this invention is demonstrated. The above-mentioned friction material for automobiles is fibrillated by subjecting the surface of the single-layered fabric comprising liquid crystalline polymer fibers to fluid friction processing on the surface to be the friction surface. Can be obtained. At this time, the surface layer portion on the friction surface side is changed to the other surface side by performing fluid injection processing only on the friction surface side or performing fluid injection processing on the friction surface side with a larger total energy amount than the other surface side. It can be made more fibrillated than the surface layer portion.
本発明において、フィブリル化前の布帛としては、長繊維や短繊維からなる編織物や、ニードルパンチ加工、軽い熱プレス加工、樹脂加工などが施された不織布を挙げることができる。これらのうち、フィブリル化し易くかつ後述するような流体噴射加工の繰り返し処理が可能である不織布を用いるのが好ましい。不織布は、短繊維がランダムに配列し、方向性のない均一な摩擦作用を形成しやすいという点でも好ましい。その中でもニードルパンチ加工によって製造した不織布がより好ましい。 In the present invention, examples of the fabric before fibrillation include a knitted fabric composed of long fibers and short fibers, and a nonwoven fabric subjected to needle punch processing, light heat press processing, resin processing, and the like. Among these, it is preferable to use a non-woven fabric that can be easily fibrillated and can be repeatedly subjected to fluid injection processing as described later. Nonwoven fabrics are also preferred in that short fibers are randomly arranged and a uniform frictional action without directionality is easily formed. Among these, a nonwoven fabric manufactured by needle punching is more preferable.
かかる不織布は、たとえば、液晶性高分子短繊維をカード機を用いてウエブとし、これを積層したシートの上から、幅方向および長さ方向に植えた例えば９バーブ型の針を、前記積層したシートに向かって１分間に数百回打ち込みながら、前記シートを移動させ、繊維同士を互いに絡めるニードルパンチ加工を行うことによって製造することができる。 Such a nonwoven fabric is, for example, formed by laminating liquid crystal polymer short fibers into a web using a card machine and, for example, 9 barb type needles planted in the width direction and the length direction from above the laminated sheets. It can be manufactured by moving the sheet while driving it toward the sheet several hundred times per minute and performing a needle punching process in which the fibers are entangled with each other.
液晶性高分子繊維の布帛をフィブリル化する工程を詳細に説明する。前記液晶性高分子繊維の布帛にウオータージェットパンチ等の流体噴射加工を施すことにより、液晶性高分子繊維を効率よくまた面方向に均一にフィブリル化させることができ、さらに片面のみに施すことにより、フィブリルを実質的に摩擦面側の表層部にのみ形成させることができる。また、流体噴射加工を施すことにより布帛を厚さ方向に圧縮させ、前記布帛の厚みを薄くし、さらにフィブリル化させた短繊維を緻密に絡ませることができるので、摩擦面側の表層部の摩擦特性や硬さを目的に沿って改質することができる。 The process of fibrillating the liquid crystalline polymer fiber fabric will be described in detail. By applying fluid jet processing such as a water jet punch to the liquid crystalline polymer fiber fabric, the liquid crystalline polymer fiber can be fibrillated efficiently and uniformly in the surface direction, and by applying to only one side. The fibrils can be formed substantially only on the surface layer portion on the friction surface side. Further, the fabric can be compressed in the thickness direction by applying fluid injection processing, the fabric thickness can be reduced, and the fibrillated short fibers can be closely entangled. The friction characteristics and hardness can be modified according to the purpose.
流体噴射加工の流体圧力としては５〜３０ＭＰａが好ましく、安全性や製造コストおよび均一性などから、１５〜２０ＭＰａがより好ましい。５ＭＰａ未満ではフィブリル化の度合いが不十分となり易く、フィブリル化繊維どうしの絡みも不十分となり易い。一方、３０ＭＰａを超えると、短繊維あるいはフィブリル化繊維が飛散したり、噴射孔筋が生じやすくなるので品質上好ましくない。 The fluid pressure in the fluid jet processing is preferably 5 to 30 MPa, and more preferably 15 to 20 MPa from the viewpoint of safety, manufacturing cost, and uniformity. If it is less than 5 MPa, the degree of fibrillation tends to be insufficient, and the entanglement between the fibrillated fibers tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 30 MPa, short fibers or fibrillated fibers are scattered or injection hole streaks are likely to occur, which is not preferable in terms of quality.
流体噴射孔の孔径としては、０．０５〜２．０ｍｍが好ましい。流体噴射孔の孔間隔としては、０．３〜１０ｍｍが好ましい。このような間隔で並べたものを一列に、あるいは複数列に配列した流体噴射加工装置を用いるとよい。 The hole diameter of the fluid ejection hole is preferably 0.05 to 2.0 mm. The interval between the fluid ejection holes is preferably 0.3 to 10 mm. It is preferable to use a fluid jet machining apparatus in which the elements arranged at such intervals are arranged in a line or in a plurality of lines.
噴射孔と処理対象の布帛との間隔としては、１〜１０ｃｍが好ましい。処理対象の布帛を相対的に移動させる加工速度としては、０．１〜１０ｍ／ｍｉｎが好ましく、より好ましくは１〜３ｍ／ｍｉｎである。加工速度が遅い方がフィブリル化の効果は大きくなるが、０．１ｍ／ｍｉｎ未満では短繊維あるいはフィブリル化繊維の脱落や噴射孔筋が生じやすく、１０ｍ／ｍｉｎを超えるとフィブリルが少なくなるので適宜設定することである。 The distance between the spray hole and the fabric to be treated is preferably 1 to 10 cm. The processing speed for relatively moving the fabric to be treated is preferably 0.1 to 10 m / min, more preferably 1 to 3 m / min. The slower the processing speed, the greater the effect of fibrillation, but if it is less than 0.1 m / min, short fibers or fibrillated fibers are likely to drop off or injection hole streaks, and if it exceeds 10 m / min, the fibrils are reduced. Is to set.
液晶性高分子繊維を含む布帛には流体噴射加工を複数回繰り返し施すことが好ましい。そうすることで容易に目標のフィブリル化を達成することができる。１回のみの高圧流体噴射加工では、前述のように短繊維あるいはフィブリル化の脱落や噴射孔筋が発生しやすく、均一なフィブリル化は達成し難いので、望ましくは複数回の流体噴射加工を施すことが好ましい。２回〜７回程度片面に繰り返すことが好ましいが、多くすれば製造コスト高になることから、適宜設定することである。 It is preferable that the fluid jet processing is repeated a plurality of times on the fabric containing the liquid crystalline polymer fiber. By doing so, the target fibrillation can be easily achieved. In one-time high-pressure fluid injection processing, as described above, short fibers or fibrillation drops and injection hole streaks are likely to occur, and uniform fibrillation is difficult to achieve. It is preferable. Although it is preferable to repeat on one side about 2 to 7 times, if it increases, it will raise manufacturing cost, It is setting suitably.
また、流体噴射加工は、摩擦面のみに行うことが好ましいが、短繊維の脱落防止、形状維持などの理由から、摩擦面と他方の面の両方に施してもよい。その場合、摩擦面側に、他方の面側よりも大きな総エネルギー量の流体噴射加工を施すことが必要である。具体的には、たとえば摩擦面側を高圧流体で、他方の面側を低圧流体で処理する。 Moreover, although it is preferable to perform the fluid jet processing only on the friction surface, it may be performed on both the friction surface and the other surface for the purpose of preventing the short fibers from falling off and maintaining the shape. In that case, it is necessary to perform fluid injection processing of a larger total energy amount on the friction surface side than on the other surface side. Specifically, for example, the friction surface side is treated with a high pressure fluid and the other surface side is treated with a low pressure fluid.
流体噴射加工の流体としては、噴射エネルギーや流体コスト面あるいは安全性から、水が最も好ましい。 As the fluid for fluid ejection processing, water is most preferable from the viewpoint of ejection energy, fluid cost, or safety.
上記したように得られる本発明の自動車用摩擦材料は、クラッチ板やブレーキ板に好適に用いられる。すなわち、従来、自動車のクラッチ板やブレーキ板の金属板に貼り付ける摩擦材料は、不織布やペーパーあるいはパルプなど表層部に黒鉛、炭素粒子、ケイソウ土（セライト）などの粉体をシリコーン系樹脂やフェノール系樹脂などで接着させたものであり、かかる黒鉛、炭素粒子、ケイソウ土（セライト）などを接着した面を摩擦面として用い、他方の面を前記金属板に直接張り付けて用いられていた。本発明の自動車用摩擦材料は、このような従来の摩擦材料に代わり、クラッチ板あるいはブレーキ板に用いることができる。
具体的には、本発明の自動車用摩擦材料の摩擦面側の表層部にカーボン粒子をフェノール系樹脂で微量ドット接着させ、ドーナツ状または扇状に切断し、この小片の他方の面側の表層部をクラッチ板やブレーキ板の金属板に接着させてブレーキ板やクラッチ板を製造することができる。本発明の自動車用摩擦材料は、上述したように形態安定性に優れ、摩擦面側の表層部が高摩擦係数を有し、他方の面側が熱伝導抑制性に優れているので、エンジンが高速回転したりエンジンに大きな負荷抵抗が加わるスポーツタイプの自動車やトラックに特に効果的である。
The friction material for automobiles of the present invention obtained as described above is suitably used for clutch plates and brake plates. In other words, conventionally, friction materials to be attached to metal plates of automobile clutch plates and brake plates are made of non-woven fabric, paper, pulp, etc. with graphite, carbon particles, diatomaceous earth (celite) powder, etc. A surface bonded with such a resin is used as a friction surface, and the other surface is directly attached to the metal plate. The friction material for automobiles of the present invention can be used for a clutch plate or a brake plate in place of such a conventional friction material.
Specifically, carbon particles are adhered to the surface layer portion on the friction surface side of the friction material for automobiles of the present invention by a small amount of dots with a phenol-based resin, cut into a donut shape or a fan shape, and the surface layer portion on the other surface side of this small piece Can be bonded to the metal plate of the clutch plate or brake plate to produce a brake plate or clutch plate. As described above, the friction material for automobiles of the present invention is excellent in form stability, the surface layer portion on the friction surface side has a high coefficient of friction, and the other surface side is excellent in heat conduction suppression, so that the engine has a high speed. It is particularly effective for sports-type automobiles and trucks that rotate or have a large load resistance on the engine.
なお、断熱効果が特に必要な車種、例えばトッラク，特殊車両などにおけるクラッチ板あるいはブレーキ板に用いる場合には、本発明の自動車用摩擦材料と金属板との間に、断熱材料として、メタ系アラミドの布帛（不織布、スクリムなど）を配置することも好ましい。 In addition, when used for a clutch plate or a brake plate in a vehicle type particularly requiring a heat insulation effect, such as a truck or a special vehicle, a meta-aramid is used as a heat insulation material between the friction material for automobile of the present invention and the metal plate. It is also preferable to arrange a fabric (nonwoven fabric, scrim, etc.).
［測定方法］
（１）フィブリルの本数
自動車用摩擦材料表面を、走査型電子顕微鏡（日立製作所製 Ｓ−３５００Ｎ）にて１０００〜３０００倍に拡大して撮影し、フィブリル化されていない繊維の繊維径を実測する。測定は１０本の繊維について行い、それらの平均値ｄ０（μｍ）を算出し、フィブリル化されていない繊維の繊維径とする。
[Measuring method]
(1) Number of fibrils The surface of a friction material for automobiles is photographed with a scanning electron microscope (S-3500N, manufactured by Hitachi, Ltd.) at a magnification of 1000 to 3000 times, and the fiber diameter of fibers that are not fibrillated is measured. . The measurement is performed on 10 fibers, and an average value d0 (μm) thereof is calculated and set as the fiber diameter of the fibers that are not fibrillated.
撮影した写真からフィブリル化されていない繊維の繊維径の平方視野を無作為に１０抽出し、当該平方視野範囲内に有するフィブリルの数を測定し、１０の視野の平均値を算出した。図１に平方視野範囲内におけるフィブリルの数え方の例を示す。 Ten square fields of the fiber diameter of fibers that were not fibrillated were randomly extracted from the photographed photographs, the number of fibrils in the square field range was measured, and the average value of the 10 fields of view was calculated. FIG. 1 shows an example of how to count fibrils within the square field range.
（２）目付（ｇ／ｍ２）
ＪＩＳ Ｌ １９０６：２０００ ５．２に基づき、２０ｃｍ×２５ｃｍの試験片を３枚採取し、標準状態におけるそれぞれの質量（ｇ）を量り、その平均値を１ｍ２当たりの質量（ｇ／ｍ２）で表す。
(2) Weight per unit (g / m 2 )
In accordance with JIS L 1906: 2000 5.2, three test pieces of 20 cm × 25 cm were collected, each mass (g) in a standard state was measured, and the average value was the mass per 1 m 2 (g / m 2 ). Represented by
（３）厚さ（ｍｍ）
ＪＩＳ Ｌ １９０６：２０００ ８．５に基づき、２０ｃｍ×２０ｃｍの試験片を３枚採取し、ＮＡＫＡＹＡＭＡ ＥＲＥＣＴＯＲＩＣ ＩＮＤ Ｌｔｄ．製の圧縮弾性率測定機を用いて、２４０ｇｆ／ｃｍ２の（２３．５３５ＫＰａ）加圧下で１０秒後における各試験片の厚さを５箇所測り、その平均値を厚さ（ｍｍ）で表す。
(3) Thickness (mm)
In accordance with JIS L 1906: 2000 8.5, three 20 cm × 20 cm test pieces were collected, and NAKAYAMA ERECTRIC IND Ltd. The thickness of each test piece after 10 seconds was measured under a pressure of 240 gf / cm 2 (23.535 KPa) using a compression modulus measuring device manufactured by the manufacturer, and the average value was expressed in thickness (mm). .
（４）通気量(cｍ３/cｍ２/s)
ＪＩＳ Ｌ １０９６：１９９９ ８.２７．１ Ａ法（フラジール形法）に準じて測定する。すなわち、試料から２０ｃｍ×２０ｃｍの試験片を５枚採取し、フラジール形試験機を用いて、円筒の一端（吸気側）に試験片を取り付ける。試験片の取り付けに際し、円筒の内径と同一の内径を有する平面状ゴム製リングパッキン（厚さ１ｍｍ）を円筒の試験片取り付け側に設置し、その上に試験片を置き試験片上から吸気部分を塞がないように均等に約９８Ｎ（１０ｋｇｆ）の荷重を加え試験片の取り付け部におけるエアーの漏れを防止する。試験片を取り付けた後、加減抵抗器によって傾斜形気圧計が１２５Ｐａの圧力を示すように吸込みファンを調整し、そのときの垂直形気圧計の示す圧力と、使用した空気孔の種類とから、試験機に付属の表によって試験片を通過する空気量を求め、５枚の試験片についての平均値を算出する。
(4) Aeration rate (cm 3 / cm 2 / s)
Measured according to JIS L 1096: 1999 8.27.1 Method A (Fragile Form Method). That is, five test pieces of 20 cm × 20 cm are taken from the sample, and the test piece is attached to one end (intake side) of the cylinder using a Frazier type tester. When mounting the test piece, place a flat rubber ring packing (thickness 1 mm) having the same inner diameter as the inner diameter of the cylinder on the cylindrical test piece mounting side, place the test piece on it, and place the suction part on the test piece. Apply a load of approximately 98 N (10 kgf) evenly so as not to block the air to prevent air leakage at the test piece attachment. After attaching the test piece, the suction fan was adjusted so that the inclination type barometer showed a pressure of 125 Pa by an adjusting resistor, and from the pressure indicated by the vertical type barometer and the type of air hole used, The amount of air passing through the test piece is obtained from the table attached to the test machine, and the average value for the five test pieces is calculated.
（５）摩擦係数
上用布試験片としてタテ１５ｃｍ、ヨコ５ｃｍを、下用布試験片としてタテ１７ｃｍ、ヨコ６．８ｃｍを採取する。フィブリル化した面どうしを擦るように上下の両面を合わせる。上用布試験片に荷重を載せＵゲージに繋げ、上用布試験片の下に、下用布試験片を敷き紐で引張りながら移動速度を４．８ｃｍ／分距離で動かす。荷重は３００ｇ、６００ｇとし、動かし始めのピーク抵抗値（Ｄ１）、移動中の平均抵抗値（Ｄ２）を読み取る。
上記で測定した抵抗値から、次式によって算出する。
(5) Friction coefficient Vertical 15 cm and horizontal 5 cm are collected as the upper cloth test piece, and vertical 17 cm and horizontal 6.8 cm are collected as the lower cloth test piece. Match the upper and lower sides so that the fibrillated surfaces rub against each other. A load is put on the upper cloth test piece and connected to the U gauge, and the moving speed is moved at a distance of 4.8 cm / min while the lower cloth test piece is pulled with a laying string under the upper cloth test piece. The load is set to 300 g and 600 g, and the peak resistance value (D1) at the start of movement and the average resistance value (D2) during movement are read.
From the resistance value measured above, it is calculated by the following equation.
静摩擦係数 μ１３＝Ｄ１（ｇ）／３００（ｇ）
μ１６＝Ｄ１（ｇ）／６００（ｇ）
動摩擦係数 μ２３＝Ｄ２（ｇ）／３００（ｇ）
μ２６＝Ｄ２（ｇ）／６００（ｇ）
（６）見掛け密度
次式により算出する。
見掛け密度（ｇ／ｃｍ３）＝目付け（ｇ／ｍ２）／厚さ（ｍｍ）×面積１（ｍ２）
ここに、Ａｇ：見掛け比重
Ｓｍ：目付け（ｇ／ｍ２）
ｔ ：厚さ（ｍｍ）
（７）熱伝導率
試験機にはＫＥＳ−Ｆ７（サーモラボII型）／カトーテック株式会社製を用い、サンプルをタテ５ｃｍ×ヨコ５ｃｍの２５ｃｍ２にカットし４枚採取する。ＢＴ−ＢＯＸを皮膚温相当の温度３２℃に、室温ヒータ温度を２２℃にそれぞれ設定し、カットしたサンプル１枚を室温ヒータ台に載せ、その上にＢＴ−ＢＯＸを載せて、ＢＴ−ＢＯＸが９０秒後に失われた電力量（Ｗ）を測定する。その後、次式により熱伝導率を算出する。これを４枚のサンプルそれぞれについて行い、平均値を算出する。
ΔＴ：皮膚温度−室温＝３２−２２＝１０（℃）
Ｄ ：サンプルの厚み（ｃｍ）
Ａ ：熱板面積（２５ｃｍ２）
Ｗ ：電力量（Ｗ）
熱伝導率ｋ（Ｗ／ｃｍ・℃）＝（Ｗ×Ｄ）／（Ａ×ΔＴ）にて算出した。
Coefficient of static friction μ 13 = D1 (g) / 300 (g)
μ 16 = D1 (g) / 600 (g)
Coefficient of dynamic friction μ 23 = D2 (g) / 300 (g)
μ 26 = D2 (g) / 600 (g)
(6) Apparent density Calculated by the following formula.
Apparent density (g / cm 3 ) = Weight (g / m 2 ) / Thickness (mm) × Area 1 (m 2 )
Here, Ag: apparent specific gravity Sm: basis weight (g / m 2 )
t: thickness (mm)
(7) KES-F7 (Thermo Lab II type) / manufactured by Kato Tech Co., Ltd. is used for the thermal conductivity tester, and samples are cut into 25 cm 2 of 5 cm x 5 cm, and four samples are collected. Set BT-BOX to a temperature equivalent to the skin temperature of 32 ° C and the room temperature heater temperature to 22 ° C, place one cut sample on the room temperature heater stand, place BT-BOX on it, and BT-BOX The amount of power (W) lost after 90 seconds is measured. Thereafter, the thermal conductivity is calculated by the following formula. This is performed for each of the four samples, and the average value is calculated.
ΔT: skin temperature−room temperature = 32−22 = 10 (° C.)
D: Sample thickness (cm)
A: Hot plate area (25 cm 2 )
W: Electric energy (W)
Thermal conductivity k (W / cm · ° C.) = (W × D) / (A × ΔT) was calculated.
［実施例１〜４］
（液晶性高分子繊維）
平均繊維長が５１ｍｍ、繊度が２．５ｄｔｅｘ(断面直径１５．１μｍ)のポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デユポン株式会社製「ケブラー」）短繊維を用いた。
[Examples 1 to 4]
(Liquid crystalline polymer fiber)
Polyparaphenylene terephthalamide (“Kevlar” manufactured by Toray Deyupon Co., Ltd.) short fibers having an average fiber length of 51 mm and a fineness of 2.5 dtex (cross-sectional diameter of 15.1 μm) were used.
（ウエブ加工）
カード機によりウエブを製造し積層したシートを得た。
(Web processing)
A web was produced by a card machine to obtain a laminated sheet.
（ニードルパンチ加工工程）
上記シートに、下記条件でニードルパンチ加工を施し、目付が３０５ｇ／ｍ２、見掛け密度が０．１４５ｇ／ｃｍ３の不織布を得た。
(Needle punching process)
The sheet was needle punched under the following conditions to obtain a nonwoven fabric having a basis weight of 305 g / m 2 and an apparent density of 0.145 g / cm 3 .
（ニードルパンチ加工条件）
有限会社大和機工製：上針間欠型装置
ニードル種類 ：９バーブニードル（オルガン社製 ＦＰＤ−１）
ニードル間隔 ：１０ｍｍ間隔１列に幅方向８０針、長さ方向に４０列
パンチング回数 ：１分間に２００回
シート移動速度 ：１分間に１．２ｍ
（フィブリル化する工程）
ニードルパンチ加工が施された不織布に、高圧流体噴射加工として下記条件でウオータージェットパンチ処理を施し、自動車用摩擦材料を得た。
(Needle punch processing conditions)
Limited company Yamato Kiko: Upper needle intermittent device Needle type: 9 barb needle (Organ Corp. FPD-1)
Needle interval: 80 rows in the width direction in a row of 10 mm intervals, 40 rows in the length direction Punching times: 200 times per minute Sheet movement speed: 1.2 m per minute
(Fibrilization process)
The nonwoven fabric subjected to needle punching was subjected to water jet punching under the following conditions as high-pressure fluid jetting to obtain a friction material for automobiles.
（ウオータージェットパンチ処理条件）
ＰＥＲＦＯＪＥＴ社製：商標登録名「ＪＥＴＬＡＣＥ」装置
ノズル孔径：０．１ｍｍ、ノズル列：１列、ノズルピッチ：０．６ｍｍ
ノズル噴射孔と不織布の距離：１．５ｃｍ
不織布移動速度 ：１ｍ／分
最大水圧 ：２０ＭＰａ
処理 ：実施例１（片面２回）
実施例２（片面３回）
実施例３（片面８回）
実施例４（片面１０回）
処理方法 ：片面のみ実施
［実施例５、６］
（液晶性高分子繊維）
平均繊維長が５１ｍｍ、繊度が２．５ｄｔｅｘ(断面直径１５．１μｍ)のポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デユポン株式会社製「ケブラー」）短繊維を用いた。
(Water jet punch processing conditions)
Made by PERFOJET: Trademark registered name “JETLACE” device
Nozzle hole diameter: 0.1 mm, nozzle row: 1 row, nozzle pitch: 0.6 mm
Distance between nozzle injection hole and nonwoven fabric: 1.5cm
Nonwoven fabric moving speed: 1 m / min Maximum water pressure: 20 MPa
Treatment: Example 1 (one side twice)
Example 2 (3 times on one side)
Example 3 (8 times on one side)
Example 4 (10 times on one side)
Treatment method: implemented on one side only [Examples 5 and 6]
(Liquid crystalline polymer fiber)
Polyparaphenylene terephthalamide (“Kevlar” manufactured by Toray Deyupon Co., Ltd.) short fibers having an average fiber length of 51 mm and a fineness of 2.5 dtex (cross-sectional diameter of 15.1 μm) were used.
（ウエブ加工）
カード機によりウエブを製造し積層したシートを得た。
(Web processing)
A web was produced by a card machine to obtain a laminated sheet.
（ニードルパンチ加工工程）
上記シートに、下記条件でニードルパンチ加工を施し、目付が３０５ｇ／ｍ２、見掛け密度が０．１４５ｇ／ｃｍ３の不織布を得た。
(Needle punching process)
The sheet was needle punched under the following conditions to obtain a nonwoven fabric having a basis weight of 305 g / m 2 and an apparent density of 0.145 g / cm 3 .
（ニードルパンチ加工条件）
有限会社大和機工製：上針間欠型装置
ニードル種類 ：９バーブニードル（オルガン社製 ＦＰＤ−１）
ニードル間隔 ：１０ｍｍ間隔１列に幅方向８０針、長さ方向に４０列
パンチング回数 ：１分間に２００回
シート移動速度 ：１分間に１．２ｍ
（フィブリル化する工程）
ニードルパンチ加工が施された不織布に、高圧流体噴射加工として下記条件でウオータージェットパンチ処理を施し、自動車用摩擦材料を得た。
(Needle punch processing conditions)
Limited company Yamato Kiko: Upper needle intermittent device Needle type: 9 barb needle (Organ Corp. FPD-1)
Needle interval: 80 rows in the width direction in a row of 10 mm intervals, 40 rows in the length direction Punching times: 200 times per minute Sheet movement speed: 1.2 m per minute
(Fibrilization process)
The nonwoven fabric subjected to needle punching was subjected to water jet punching under the following conditions as high-pressure fluid jetting to obtain a friction material for automobiles.
（ウオータージェットパンチ処理条件）
ＰＥＲＦＯＪＥＴ社製：商標登録名「ＪＥＴＬＡＣＥ」装置
ノズル孔径：０．１ｍｍ、ノズル列：１列、ノズルピッチ：０．６ｍｍ
ノズル噴射孔と不織布の距離：１．５ｃｍ
不織布移動速度 ：１ｍ／分
最大水圧 ：表面２０ＭＰａ
裏面１０ＭＰａ
処理 ：実施例５（表３回／裏１回）
実施例６（表３回／裏２回）
処理方法 ：両面実施
［比較例１］
（液晶性高分子繊維）
平均繊維長が５１ｍｍ、繊度が２．５ｄｔｅｘ(断面直径１５．１μｍ)のポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デユポン株式会社製「ケブラー」）短繊維を用いた。
(Water jet punch processing conditions)
Made by PERFOJET: Trademark registered name “JETLACE” device
Nozzle hole diameter: 0.1 mm, nozzle row: 1 row, nozzle pitch: 0.6 mm
Distance between nozzle injection hole and nonwoven fabric: 1.5cm
Nonwoven fabric movement speed: 1 m / min Maximum water pressure: Surface 20 MPa
Back 10MPa
Treatment: Example 5 (table 3 times / back 1 time)
Example 6 (table 3 times / back 2 times)
Treatment method: Double-sided implementation [Comparative Example 1]
(Liquid crystalline polymer fiber)
Polyparaphenylene terephthalamide (“Kevlar” manufactured by Toray Deyupon Co., Ltd.) short fibers having an average fiber length of 51 mm and a fineness of 2.5 dtex (cross-sectional diameter of 15.1 μm) were used.
以下、（ウエブ加工）（ニードルパンチ加工工程）まで、実施例１〜６と同一条件で実施し得た不織布を自動車用摩擦材料とした。 Hereinafter, the nonwoven fabric which could be implemented on the same conditions as Examples 1-6 until (web processing) (needle punching process) was made into the friction material for motor vehicles.
［評価結果］
実施例１〜６および比較例１で得られた自動車用摩擦材料に対して、前記の方法により諸特性を測定し、表１、表２に各物性を示した。
[Evaluation results]
Various characteristics of the friction materials for automobiles obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were measured by the above-described methods. Tables 1 and 2 show physical properties.
これら実施例の結果から、摩擦面側の表層部のフィブリルが多くなると摩擦係数が高くなり、自動車摩擦材料として適したものとなることが確認できる。また、他方の面側の表層部がフィブリル化されていないほうが、材料密度が粗く空気層を多く含むので、熱伝導率が小さく、摩擦による発熱が本体装置に伝導されにくいことを確認できる。特に自動車用摩擦材料の摩擦面側の表層部で発生した摩擦熱が他方の面側の裏面部には伝達されにくくなるので、クラッチ板やブレーキ板に用いると効果的であるといえる。 From the results of these Examples, it can be confirmed that when the fibrils on the surface layer portion on the friction surface side increase, the friction coefficient increases and it becomes suitable as an automobile friction material. In addition, it can be confirmed that when the surface layer portion on the other surface side is not fibrillated, the material density is coarse and the air layer is included, so that the thermal conductivity is small and heat generated by friction is not easily conducted to the main body device. In particular, the frictional heat generated in the surface layer portion on the friction surface side of the friction material for automobiles is difficult to be transmitted to the back surface portion on the other surface side. Therefore, it can be said that it is effective when used for a clutch plate or a brake plate.
さらに、実施例１〜４では、ウオータージェットパンチの処理回数を増やし表面のフィブリル化数を変化させたが、フィブリル数が２００本超となる実施例４では、摩擦係数がやや低下する傾向が認められた。これは、フィブリル本数が多くなりすぎて、フィブリル化した細い短繊維が摩擦面側の表層部を覆い該面を滑らかにすることにより、摩擦係数が低下したためである。また、片面処理において、ウオータージェットパンチの処理回数が多くなると、他方の面側の空気層も次第に薄くなるので、熱伝導率が高くなる傾向にあることを確認できる。 Furthermore, in Examples 1 to 4, the number of water jet punch treatments was increased and the number of fibrils on the surface was changed, but in Example 4 where the number of fibrils exceeded 200, the friction coefficient tended to decrease slightly. It was. This is because the number of fibrils is too large, and the fibrillated thin short fibers cover the surface layer portion on the friction surface side and smooth the surface, thereby reducing the friction coefficient. Further, in the single-sided treatment, when the number of water jet punches is increased, the air layer on the other side is also gradually thinned, so that it can be confirmed that the thermal conductivity tends to increase.
本発明の自動車用摩擦材は、摩擦面側の表層部が高荷重下で摩擦係数が高いこと、他方の面側の表層部の短繊維交絡密度が粗く摩擦熱伝達抑制に優れることから、自動車用摩擦材のクラッチ板やブレーキ板に用いることが最適である。 The friction material for automobiles of the present invention has a high friction coefficient in the surface layer portion on the friction surface side under a high load, and the short fiber entanglement density in the surface layer portion on the other surface side is rough and excellent in suppressing frictional heat transfer. It is most suitable for use as a clutch plate or brake plate for friction materials.
その他、フィブリル本数が前記自動車用摩擦材の表裏で異なるため、フィブリル本数が少ない他方の面側の表層部からフィブリル本数が多い摩擦面側の表層部に向かって、気体や液体を濾過する濾材として用いることができる。 In addition, since the number of fibrils is different between the front and back of the friction material for automobiles, as a filter medium for filtering gas and liquid from the surface layer portion on the other surface side where the number of fibrils is small toward the surface layer portion on the friction surface side where the number of fibrils is large Can be used.
また、発癌性が高いとされているアスベス製ガスケットの代替として、本発明の自動車用摩擦材を安全に用いることもできる。 In addition, the friction material for automobiles of the present invention can also be used safely as an alternative to an Asbestos gasket that is considered to be highly carcinogenic.
Claims (10)
請求項１または２に記載の自動車用摩擦材料。 The surface portion on the friction surface side has 3 to 200 fibrils within a square field range of the fiber diameter of the non-fibrillated liquid crystalline polymer fiber,
The automobile friction material according to claim 1 or 2.
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