JP5987539B2 - 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
例えば、鳴き特性を改善するために、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用いる方法が提案されている(特許文献1)。しかし、アクリルエラストマー分散フェノール樹脂を用いた摩擦材は、圧縮変形量が大きくなるため、ペダルフィーリング性が悪化する。また、アクリルエラストマー分散フェノール樹脂を用いた摩擦材は、高温での耐クラック性が低下する傾向があった。
このような背景を鑑みて、本発明では、鳴き特性、耐摩耗性、耐クラック性、ペダルフィーリング性の全てに優れる摩擦材を与える摩擦材組成物を提供することを課題とする。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
上記結合材として耐熱温度が異なる2種以上のフェノール樹脂を含有し、かつ上記フェノール樹脂の少なくとも1種がアクリルエラストマー分散フェノール樹脂であり、
上記無機充填材として粒子径が90μm以下の黒鉛を含有し、かつ粒子径が90μmを超える黒鉛を実質的に含有しない摩擦材組成物。
<2>前記黒鉛の平均粒子径が1〜20μmである前記1に記載の摩擦材組成物。
<3>前記黒鉛の含有量が1〜10質量%である前記1又は2に記載の摩擦材組成物。
<4>前記無機充填材として、粒子径が30μm以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ粒子径が30μmを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しない前記1〜3のいずれかに記載の摩擦材組成物。
<5>前記粒子径が30μm以下の酸化ジルコニウムの含有量が5〜20質量%である前記4に記載の摩擦材組成物。
<6>前記1〜5のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
<7>前記1〜5のいずれかに記載の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。
なお、本発明において摩擦材組成物及び摩擦材とは、アスベストを含まないノンアスベスト摩擦材組成物及びノンアスベスト摩擦材を指す。
本発明の摩擦材組成物は、結合材、無機充填材及び繊維基材を含み、結合材として耐熱温度が異なる2種以上のフェノール樹脂を含有し、かつフェノール樹脂の少なくとも1種がアクリルエラストマー分散フェノール樹脂であり、無機充填材として粒子径が90μm以下の黒鉛を含有し、かつ粒子径が90μmを超える黒鉛を実質的に含有しない摩擦材組成物である。
上記構成により、従来品と比較して良好な鳴き特性、耐摩耗性、耐クラック性、ペダルフィーリング性を発現する。
結合材は、一般的に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等を一体化し、強度を与えるものである。本発明の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2種以上のフェノール樹脂全てを混合した樹脂の耐熱温度は、450℃以上であることが好ましく、480℃以上であることがより好ましく、500℃以上であることが更に好ましい。一般路上走行で行う車両の制動において、前記混合した樹脂の耐熱温度を450℃以上にすることで、良好な耐クラック性、耐摩耗性を発現できる。
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。本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として粒子径が90μm以下の黒鉛を含有し、かつ粒子径が90μmを超える黒鉛を実質的に含有しない。
また、本発明の摩擦材組成物は、耐摩耗性の観点から、粒子径が90μmを超える黒鉛を実質的に含有しない。
「実質的に含有しない」とは、本発明の摩擦材組成物に含有される黒鉛のうち、粒子径が90μmを超える黒鉛の割合が1.0質量%以下、好ましくは0.5質量%以下であることをいう。特に好ましくは粒子径が90μmを超える黒鉛を含有しないことである。
また、粒子径が90μm以上の黒鉛を実質的に含有するかどうかは、レーザー回折粒度分布測定などの方法を用いて、粒子径の分布を測定することでも求めることができる。具体的には、粒子径分布積算曲線を描いた時に粒子径の最も小さい粒子から順次積算して全体の99%に達するところの粒子径が90μmより小さければ、粒子径が90μm以上の黒鉛を実質的に含有しないといえる。
粒子径分布は例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置 LA・920(堀場製作所製)で測定することができる。
なお、黒鉛の粒子径及び平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定等の方法を用いて測定することができる。例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置 LA・920((株)堀場製作所製)で測定することができる。
また、粒子径が30μm以上の酸化ジルコニウムを実質的に含有するかどうかは、レーザー回折粒度分布測定などの方法を用いて、粒子径の分布を測定することでも求めることができる。具体的には、粒子径分布積算曲線を描いた時に粒子径の最も小さい粒子から順次積算して全体の99%に達するところの粒子径が30μmより小さければ、粒子径が30μm以上の酸化ジルコニウムを実質的に含有しないといえる。
酸化ジルコニウムの粒子径を30μm以下とすることで、良好な摩擦係数が発現し、耐摩耗性の悪化を避けることができる。酸化ジルコニウムの粒子径は、28μm以下であることが好ましく、26μm以下であることがより好ましい。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。本発明の摩擦材組成物は、通常、繊維基材として用いられ、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維等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、か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 FIBERS B.V製のRoxulシリーズ等が挙げられる。「Roxul」には、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等が含まれる。
また、本発明の摩擦材組成物は、前記の材料以外に、必要に応じてその他の材料を配合することができる。その他の材料としては例えば、有機充填材、金属粉末、有機添加剤が挙げられる。
上記ゴム成分としては、例えば、タイヤゴム、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)、シリコーンゴム等が挙げられ、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。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。また、音振性能の観点から、ゴム成分としてSBRを含有させることが更に好ましい。
また、カシューダストとゴム成分とを併用する場合、カシューダストとゴム成分とは、質量比で1:4〜10:1の割合であることが好ましく、1:3〜9:1であることがより好ましく、1:2〜8:1であることが更に好ましい。
また、本発明は、上述の摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。
本発明の摩擦材組成物は、これを成形することにより、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等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。
更に、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、下記の構成等が挙げられる。
(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更に介在させた構成。
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、ブレーキシュー等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。
なお、実施例及び比較例に示す評価は次のように行った。
鳴き特性は、JASO C402に従って実車試験を行い、試験中のブレーキ鳴きと異音を測定し、70dB以上のブレーキ鳴きの発生率を下記式(1)より求めた。
鳴き発生率は値が小さいほど好ましく、5%未満であることが好ましい。
ペダルフィーリング性は、実車官能試験(車速50km/h、初期減速度0.3G狙いのペダル踏力)を行い、下記に従い、2段階評点にて評価した。
水準1 : ペダル踏力を一定にした場合、時間の経過とともに車両制動力が高まり、乗員が安心感を覚える。
水準2 : ペダル踏力を一定にした場合、時間の経過とともに車両制動力が変化せず、一定である。
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、2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 : 摩擦材の摩擦面及び/又は側面にクラックが生成する。
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。
耐摩耗性は、値が小さいほど好ましく、0.70未満であることが好ましい。
(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1〜7及び比較例1〜4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、実施例1〜7及び比較例1〜4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、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。
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。
(結合材)
・ストレートフェノール樹脂A:日立化成工業(株)製(商品名:HP491UP、耐熱温度:520℃)
・ストレートフェノール樹脂B:昭和電工(株)製(商品名:SPR8760、耐熱温度:540℃)
・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:RN−2830MB、アクリルエラストマー量:30質量%、耐熱温度:430℃)
(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)
・チタン酸カリウム:(株)クボタ製(商品名TAXA−MA)
・酸化カルシウム:近江化学工業(株)製(商品名:CML−31)
・ケイ酸ジルコニウム:第一稀元素化学工業(株)製(商品名:MZ1000B)
・黒鉛A:TIMCAL社製(商品名:KS15、平均粒子径8μm、最大粒子径30μm)
・黒鉛B:TIMCAL社製(商品名:KS44、平均粒子径19μm、最大粒子径80μm)
・黒鉛C:TIMCAL社製(商品名:KS75、平均粒子径23μm、最大粒子径120μm)
・酸化ジルコニウムA:第一稀元素化学工業(株)製(商品名:BR−3QZ、平均粒子径2.0μm、最大粒子径15μm)
・酸化ジルコニウムB:第一稀元素化学工業(株)製(商品名:BR−QZ、平均粒子径6.5μm、最大粒子径26μm)
・酸化ジルコニウムC:第一稀元素化学工業(株)製(商品名:BR−12QZ、平均粒子径8.5μm、最大粒子径45μm)
(繊維基材)
・アラミド繊維:東レ・デュポン(株)製(商品名:1F538)
・銅繊維:Sunny metal製(商品名SCA−1070)
・鉱物繊維:LAPINUS FIBERS B.V製(商品名:RB240Roxul 1000、平均繊維長300μm)
Claims (6)
- 結合材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、
上記結合材として耐熱温度が異なる2種以上のフェノール樹脂を含有し、かつ上記フェノール樹脂の少なくとも1種がアクリルエラストマー分散フェノール樹脂であり、
上記無機充填材として粒子径が90μm以下の黒鉛と粒子径が30μm以下の酸化ジルコニウムとを含有し、かつ粒子径が90μmを超える黒鉛と粒子径が30μmを超える酸化ジルコニウムとを実質的に含有しない摩擦材組成物。 - 前記黒鉛の平均粒子径が1〜20μmである請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 前記黒鉛の含有量が1〜10質量%である請求項1又は2に記載の摩擦材組成物。
- 前記粒子径が30μm以下の酸化ジルコニウムの含有量が5〜20質量%である請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の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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