JP5979003B2 - 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、湖や海洋汚染などの原因となる可能性が示唆されている。
そこで、銅や銅合金などの金属を含まずに、摩擦係数、耐摩耗性、ローター摩耗が良好な摩擦材を提供する目的で、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として、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とする方法が提案されている(特許文献1)。
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、鉄系繊維は対面材の攻撃性が高いという欠点があり、また亜鉛繊維やアルミニウム繊維などの銅以外で一般的に摩擦材に用いられる非鉄金属繊維は、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が用いられる。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、耐摩耗性や耐クラック性が悪く、摩擦係数、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。
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
2. 前記摩擦材組成物中の前記鉄粉の含有量が1〜4質量%である、上記1に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
3. 上記1又は2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。
4. 上記1又は2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む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5質量%以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が0.5質量%以下であり、無機充填剤として鉄粉及び錫粉を含有し、該鉄粉及び該錫粉の含有量が合計で1〜12質量%であることを特徴とする。
上記構成により、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汚染が少なく、かつ優れた摩擦係数、耐クラック性、耐摩耗性を発現することができる。
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に含まれる結合材としては特に制限はなく、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂;アクリルエラストマー分散フェノール樹脂及びシリコーンエラストマー分散フェノール樹脂など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及び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などが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。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、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)などが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。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。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。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、無機充填剤として鉄粉及び錫粉を含有する。
上記鉄粉としては、耐摩耗性の観点から平均粒径が0.1〜100μmのものが好ましく、0.1〜90μmのものがさらに好ましく、0.1〜80μmのものが特に好ましい。耐摩耗性の観点から形状が粒子状のものが好ましい。
また、上記錫粉としては、耐摩耗性の観点から平均粒径が0.1〜100μmのものが好ましく、0.1〜90μmのものがさらに好ましく、0.1〜80μmのものが特に好ましい。耐摩耗性の観点から形状が粒子状のものが好ましい。
また、ノンアスベスト摩擦材組成物中の鉄粉の含有量は、1〜4質量%であることが好ましい。含有量を1質量%以上とすることでより良好な摩擦係数、耐クラック性、耐摩耗性が発現し、4質量%以下とすることで耐摩耗性の悪化をより抑制することができる。
上記無機充填材としては、例えば、三硫化アンチモン、硫化錫、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、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、硫酸カルシウム、粒状チタン酸カリウム、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などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。本発明のノンアスベスト摩擦材組成物に含まれる繊維基材としては、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、繊維基材として用いられる、金属繊維、無機繊維、有機繊維、炭素系繊維などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
銅又は銅合金の繊維としては、銅繊維、黄銅繊維、青銅繊維などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
銅及び銅合金以外の金属繊維としては、例えば、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコンなどの金属単体又は合金形態の繊維や、鋳鉄繊維などの金属を主成分とする繊維が挙げられ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
なお、環境物質低減の観点で、肺などに吸引されるような吸引性の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い。
上記炭素系繊維としては、耐炎化繊維、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、活性炭繊維などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、前記の結合材、有機充填材、無機充填材、繊維基材、鉄粉及び錫粉の材料以外に、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、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物中における、銅全体の含有量が、銅元素として5質量%を超えない範囲で、銅粉、黄銅粉、青銅粉などの金属粉末などを配合することができる。また、耐摩耗性の観点から、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素系ポリマーなどの有機添加剤など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、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、該摩擦材を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。摩擦材を用いて形成することができる摩擦部材としては、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、摩擦部材として用いるものであり、材質としては、金属または繊維強化プラスチックなど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などが挙げられる。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など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。
なお、実施例及び比較例に示す評価は次のように行った。
摩擦係数は、自動車技術会規格JASO C406に基づき測定し、第2効力試験における摩擦係数の平均値を算出した。
(2)耐クラック性の評価
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。
(3)耐摩耗性の評価
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。
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、実施例及び比較例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、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)を用いて日立オートモティブシステムズ(株)製の裏金と共に加熱加圧成形し、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、ディスクブレーキパッド(摩擦材の厚さ11mm、摩擦材投影面積52cm2)を得た。
作製したディスクブレーキパッドについて、前記の評価を行った結果を表1に示す。
また、耐摩耗性評価の結果から、100℃又は300℃での、鉄粉と錫粉の合計量(質量%)に対する制動1000回相当の摩耗量のグラフを図1に示した。
(結合材)
・フェノール樹脂:日立化成工業(株)製(商品名 HP491UP)
(有機充填剤)
・カシューダスト:東北化工(株)製(商品名 FF−1056)
・SBR粉
(無機充填剤)
・硫酸バリウム:堺化学(株)製(商品名 BA)
・チタン酸カリウム:(株)クボタ製(商品名 TXAX−MA、板状チタン酸カリウム)
・マイカ
・黒鉛:TIMCAL製(商品名 KS75)
・コークス:TIMCAL製(商品名 FC250−1500)
・水酸化カルシウム
・酸化ジルコニウム
(鉄粉・錫粉)
・鉄粉:福田金属箔粉工業(株)製(商品名 Fe−S−350、粒径<50μm、形状:粒子)
・錫粉:北京有研粉末(株)製(商品名 FSn−2、粒径<74μm、形状:粒子)
(繊維基材)
・アラミド繊維(有機繊維):東レ・デュポン(株)製(商品名 1F538)
・鉄繊維(金属繊維):GMT社製(商品名 #0)
・銅繊維(金属繊維):Sunny Metal社製(商品名 SCA−1070)
・鉱物繊維(無機繊維):LAPINUS FIBERS B.V製(商品名 RB240 Roxul 1000、平均繊維長300μm)
また、鉄粉を1〜4質量%の範囲で含有することにより、耐摩耗性がさらに向上することが、実施例1及び2と実施例3〜6との比較により分かる。
Claims (4)
- 結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に銅を含まない、又は該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として5質量%以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が0.5質量%以下であり、無機充填剤として鉄粉及び錫粉を含有し、該鉄粉及び該錫粉の合計含有量が1〜12質量%であることを特徴とするノンアスベスト摩擦材組成物。
- 前記摩擦材組成物中の前記鉄粉の含有量が1〜4質量%である、請求項1に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
- 請求項1又は2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又は2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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