JP5071604B2 - ノンアスベスト摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材 - Google Patents
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Description
しかし、銅や銅合金を含有する摩擦材は、制動時に生成する摩耗粉に銅を含み、河川、湖、及び海洋などの汚染の原因となる可能性が示唆されているため、使用を抑制する動きが高まっている。そこで、銅及び銅合金などの金属を含まずに、摩擦係数、耐摩耗性、耐ローター摩耗性が良好な摩擦材を提供するために、繊維基材、結合材及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材において、重金属や重金属化合物を含有せず、酸化マグネシウムと黒鉛を摩擦材中に45〜80体積%含有し、酸化マグネシウムと黒鉛の比を1/1〜4/1とすることが提案されている(特許文献1参照)。
一方、摩擦材に含まれる銅以外の金属繊維として、スチール繊維や鋳鉄繊維などの鉄系繊維が耐クラック性改善の目的で用いられるが、鉄系繊維は対面材への攻撃性が高いという欠点がある。また、銅以外の金属繊維として一般的に摩擦材に用いられる、亜鉛繊維やアルミニウム繊維などの非鉄金属繊維は、銅や鉄系繊維と比較して耐熱温度が低いものが多く、摩擦材の耐摩耗性を悪化させるという問題がある。
また、摩擦材の耐クラック性を向上するための方法として無機繊維を用いる方法がある。しかし十分な耐クラック性を得るためには、多量の無機繊維を添加する必要があり、多量の無機繊維を用いれば耐クラック性は改善できるものの、耐摩耗性が悪化してしまうという問題が生じる。
前述したように、銅の含有量を少なくした摩擦材は、剪断強度、耐摩耗性及び耐クラック性が悪く、剪断強度、耐クラック性及び耐摩耗性の全てを満足させる優れた摩擦材を得ることは困難であった。
(1)結合材、有機充填材、無機充填材、及び繊維基材を含有するノンアスベスト摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として0.5質量%以下であり、銅及び銅合金以外の金属の含有量が0.5質量%以下であり、結合材としてアクリルエラストマー分散フェノール樹脂を7〜15質量%含有し、及び、無機充填材としてCa(OH)2及び/又はCaOを合計で1〜5質量%含有するノンアスベスト摩擦材組成物。
(2)上記(1)に記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
(3)上記(1)に記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
[ノンアスベスト摩擦材組成物]
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材、及び繊維基材を含有する摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として0.5質量%以下であり、銅及び銅合金以外の金属の含有量が0.5質量%以下であり、結合材としてアクリルエラストマー分散フェノール樹脂を7〜15質量%含有し、及び、無機充填材としてCa(OH)2及び/又はCaOを合計で1〜5質量%含有することを特徴とする。
上記構成により、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材は、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境への負荷が少なく、かつ優れた剪断強度、耐クラック性、及び耐摩耗性を発現する。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、銅及び銅合金以外の金属の含有量が0.5質量%以下であることを要し、実質的に含有しないこと(含有量0質量%)が好ましい。これにより、摩擦材の耐摩耗性の悪化を防ぐことができる。
なお、本発明において、「銅及び銅合金以外の金属の含有量」には、金属酸化物や金属硫化物、金属錯体などにおける金属元素の含有量は含まれない。
(結合材)
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材及び繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、剪断強度、耐クラック性、及び耐摩耗性などの向上の観点から、結合材として、7〜15質量%のアクリルエラストマー分散フェノール樹脂を必須成分として含有する。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物において、上記アクリルエラストマー分散フェノール樹脂の含有量を7質量%以上とすることで、優れた剪断強度、耐クラック性、及び耐摩耗性が発現し、15質量%以下とすることで摩擦材の気孔率が減少し、弾性率が高くなることによる鳴きなどの音振性能の悪化を避けることができる。上記アクリルエラストマー分散フェノール樹脂の含有量は、剪断強度を向上させる観点から、好ましくは8〜15質量%であり、より好ましくは10〜15質量%である。
アクリルエラストマー分散フェノール樹脂とは、アクリルエラストマーをフェノール樹脂中に分散させたものである。上記アクリルエラストマー分散フェノール樹脂としては、例えば、三井化学(株)製ミレックスRN−2830MR、RN−2830MB、RN−2410MB等が挙げられ、これらは商業的に入手できる。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂/シリコーンエラストマー分散フェノール樹脂等の各種エラストマー分散フェノール樹脂/アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂などの各種変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。特に、良好な耐熱性、成形性及び摩擦係数を与えることから、アクリルエラストマー分散フェノール樹脂以外の結合材を併用する場合には、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性などを向上させるための摩擦調整剤として含まれるものである。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮できるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられる、カシューダストやゴム成分などを用いることができる。
上記カシューダストは、カシューナッツシェルオイルを硬化させたものを粉砕して得られる、通常、摩擦材に用いられるものであればよい。
上記ゴム成分としては、例えば、天然ゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、カシューダストとゴム成分とを併用してもよく、カシューダストをゴム成分で被覆したものを用いてもよい。有機充填材としては、音振性能の観点から、カシューダストとゴム成分とを併用することが好ましい。
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるための摩擦調整剤として含まれるものである。
また、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、無機充填材として、Ca(OH)2及び/又はCaOを合計で1〜5質量%の範囲で必須成分として含有する。上記Ca(OH)2及び/又はCaOの含有量を合計で1質量%以上とすることで優れた剪断強度、耐クラック性、及び耐摩耗性が発現し、5質量%以下とすることで耐摩耗性の悪化を防ぐことができる。
上記Ca(OH)2及びCaO以外の無機充填材としては、例えば、三硫化アンチモン、硫化スズ、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ドロマイト、コークス、黒鉛、マイカ、酸化鉄、バーミキュライト、粒状チタン酸カリウム、硫酸カルシウム、板状チタン酸カリウム、タルク、クレー、ゼオライト、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、酸化鉄、γ−アルミナなどの活性アルミナ等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。対面材への攻撃性低下の観点から、黒鉛、硫酸バリウムを含有することが好ましい。
繊維基材は、摩擦材において機械的強度の向上などの補強作用を示すものである。
本発明で用いられる繊維基材としては、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、環境負荷物質低減の観点からは、これら無機繊維のうち、人体に経口吸引されやすい、チタン酸カリウム繊維やセラミック繊維を含有しないことが好ましく、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2Oなどを任意の組み合わせで含有した生分解性セラミック繊維や生分解性鉱物繊維が好ましい。
本発明で用いられる鉱物繊維は、人体有害性の観点で生体溶解性であることが好ましい。ここでいう生体溶解性の鉱物繊維とは、人体内に取り込まれた場合でも短時間で一部分解され体外に排出される特徴を有する鉱物繊維である。具体的には、化学組成がアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物総量(ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムの酸化物の総量)が18質量%以上で、且つ呼吸による短期バイオ永続試験で、20μm以上の繊維の質量半減期が40日以内又は腹膜内試験で過度の発癌性の証拠がないか又は長期呼吸試験で関連の病原性や腫瘍発生がないことを満たす繊維を示す(EU指令97/69/ECのNota Q(発癌性適用除外))。このような生体分解性鉱物繊維としては、SiO2−Al2O3−CaO−MgO−FeO−Na2O系繊維等が挙げられ、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等を任意の組み合わせで含有した繊維が挙げられる。市販品としてはLAPINUS FIBRES B.V社製のRoxulシリーズなどが挙げられる。「Roxul」は、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等が含まれる。
ただし、銅又は銅合金の繊維を含有させる場合、環境への負荷を考慮すると、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物における銅全体の含有量が、銅元素として0.5質量%以下の範囲となることを要する。
耐摩耗性の観点から、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物中の銅及び銅合金以外の金属の含有量は、0.5質量%以下となる範囲であることを要する。耐摩耗性向上の観点からは、銅及び銅合金以外の金属繊維を含有しないこと(含有量0質量%)が好ましい。
上記有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維(架橋構造を有する)等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。有機繊維としては、耐摩耗性の観点から、アラミド繊維を用いることが好ましい。
また、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物には、前記の結合材、有機充填材、無機充填材、及び繊維基材以外に、必要に応じてその他の材料を配合することができる。
例えば、耐摩耗性の向上のために、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素系ポリマーなどの有機添加剤を配合することができる。
また、本発明は、上述のノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、これを成形することにより、自動車などのディスクブレーキパッドやブレーキライニングなどの摩擦材として使用することができる。本発明の摩擦材は良好な摩擦係数、耐クラック性及び耐摩耗性を示すため、制動時に負荷の大きいディスクブレーキパッドの摩擦材に好適である。
さらに、上記摩擦材を用いることにより、該摩擦材が摩擦面となるように形成した摩擦部材を得ることができる。該摩擦材を用いて形成することができる本発明の摩擦部材としては、例えば、下記の構成などが挙げられる。
(2)裏金と、該裏金の上に摩擦面となる本発明のノンアスベスト摩擦材組成物からなる摩擦材とを有する構成。
(3)上記(2)の構成において、裏金と摩擦材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、及び、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成。
上記裏金は、摩擦部材の機械的強度の向上のために、通常、摩擦部材に用いるものである。材質としては、金属又は繊維強化プラスチック等を用いることができ、例えば、鉄、ステンレス、無機繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等が挙げられる。プライマー層及び接着層としては、通常、ブレーキシューなどの摩擦部材に用いられるものであればよい。
具体的には、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物を、レディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形金型にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度130〜160℃、成形圧力20〜50MPaの条件で2〜10分間で成形し、得られた成形物を150〜250℃で2〜10時間熱処理する。必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行うことによって摩擦材を製造することができる。
なお、「上張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材であり、「下張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材と裏金との間に介在する、摩擦材と裏金との接着部付近の剪断強度、耐クラック性向上を目的とした層のことである。
[実施例1〜5及び比較例1〜5]
(ディスクブレーキパッドの作製)
表1に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例1〜5及び比較例1〜5の摩擦材組成物を得た。この摩擦材組成物をレディーゲミキサー((株)マツボー製、商品名:レディーゲミキサーM20)で混合し、この混合物を成形プレス(王子機械工業(株)製)で予備成形した。得られた予備成形物を成形温度145℃、成形圧力30MPaの条件で5分間、成形プレス(三起精工(株)製)を用いて鉄製の裏金(日立オートモティブシステムズ(株)製)と共に加熱加圧成形した。得られた成形品を200℃で4.5時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、500℃のスコーチ処理を行って、実施例1〜5及び比較例1〜5のディスクブレーキパッドを得た。なお、実施例及び比較例では、裏金の厚さ6mm、摩擦材の厚さ11mm、摩擦材投影面積52cm2のディスクブレーキパッドを作製した。
剪断強度は、日本工業規格JIS D4422に基づき測定した。
耐クラック性は、JASO C427に示されるブレーキ温度400℃の制動(初速度50km/h、終速度0km/h、減速度0.3G、制動前ブレーキ温度100℃)を摩擦材が半分の厚みとなるまで繰り返し、摩擦材側面及び摩擦面のクラックの生成を測定した。クラックの生成は、下記に従い、3段階評点にて評価した。
水準1:クラックの発生無し
水準2:摩擦材の摩擦面又は側面に0.1mmのシックネスゲージが入らない程度のクラックが生成
水準3:摩擦材の摩擦面又は側面に0.1mmのシックネスゲージが入る程度のクラックが生成
なお、摩擦材の摩擦面及び側面の一方にシックネスゲージが入らない程度のクラックが生成し、他方にシックネスゲージが入る程度のクラックが生成した場合、水準3とする。
耐摩耗性は、自動車技術会規格JASO C427に基づき測定し、ブレーキ温度100℃及び300℃の制動1000回相当の摩擦材の摩耗量を評価した。
上記JASO C406、JASO C427準拠による摩擦係数、耐摩耗性、耐クラック性の評価は、ダイナモメータ(三起精工(株)製)を用い、イナーシャ7kgf・m・s2で評価を行った。また、上記評価は、ベンチレーテッドディスクロータ(材質:FC190、(株)キリウ製)及び、一般的なピンスライド式のコレットタイプのキャリパを用いて実施した。
なお、表1における、各構成成分の詳細は以下の通りである。
(結合材)
アクリルエラストマー分散フェノール樹脂:三井化学(株)製(商品名:ミレックスRN−2830MB、アクリルエラストマー量:30質量部)
(有機充填材)
カシューダスト:東北化工(株)製(商品名:FF−1056、最大粒子径500μm)
(無機充填材)
硫酸バリウム:堺化学(株)製(商品名:硫酸バリウムBA)
炭酸カルシウム:竹原化学工業(株)製(商品名:サンライト)
マイカ:イメリス社製(商品名:325HK)
黒鉛:TIMCAL社製(商品名:KS75)
チタン酸カリウム:(株)クボタ製(商品名:TAXA−MA、板状チタン酸カリウム)
Ca(OH)2:秩父石灰工業(株)製(商品名:SA−149)
CaO:近江化学工業(株)製(商品名:CML−31)
(有機繊維)
アラミド繊維:東レ・デュポン(株)製(商品名:1F538)
(金属繊維)
銅繊維:Sunny metal社製(商品名:SCA−1070)
鉄繊維:GMT社製(商品名:#0)
(無機繊維)
鉱物繊維:LAPINUS FIBRES B.V社製(商品名:RB240Roxul1000、平均繊維長300μm)
Claims (3)
- 結合材、有機充填材、無機充填材、及び繊維基材を含有するノンアスベスト摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として0.5質量%以下であり、銅及び銅合金以外の金属の含有量が0.5質量%以下であり、結合材としてアクリルエラストマー分散フェノール樹脂を7〜15質量%含有し、及び、無機充填材としてCa(OH)2及び/又はCaOを合計で1〜5質量%含有するノンアスベスト摩擦材組成物。
- 請求項1に記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
- 請求項1に記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
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