JP6570167B2 - 摩擦材組成物、およびこれを用いた摩擦材および摩擦部材 - Google Patents
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Description
本発明の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有するとともに、アスベストを実質的に含まない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%以下または含有しないことを第1の特徴とする。すなわち、銅を含有しない、あるいは銅を含有する場合であっても0.5質量%以下と極微量であるため、制動時に発生する摩耗粉によって、河川、湖、および海洋などが汚染される虞がないものである。
摩擦材組成物中に含有させる酸化ジルコニウムは、硬く、かつ耐熱性が高いため、摩擦材の骨格として好適なものである。酸化ジルコニウムの含有量は35質量%以上とすることで、優れた摩擦係数、耐クラック性、および耐摩耗性が発現する。その一方で、75質量%を超えると、対面材(ディスクロータ)の攻撃性が増加することとなり、耐摩耗性が悪化することとなる。このため、酸化ジルコニウムの添加量を35〜75質量%とする。酸化ジルコニウムの含有量は、40〜70質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがさらに好ましい。
また、本発明摩擦材組成物においては、上記の酸化ジルコニウムとともに、チタン酸塩を必須成分として含有する。チタン酸塩は、酸化ジルコニウムとともに骨格を形成し、酸化ジルコニウムを補強して摩擦材の強化に寄与するとともに、対面材への攻撃性を低下させて、摩擦係数を安定化することに寄与する。チタン酸塩の含有量は、高温での耐摩耗性の向上および対面材攻撃性の低下の観点から、5〜30質量%とする。すなわち、チタン酸塩の含有量が5質量%未満の場合、耐摩耗性が悪化するとともに対面材への攻撃性が増加しやすい傾向がある。また、含有量が30質量%を超える場合、耐摩耗性の悪化および摩擦係数の低下、さらにメタルキャッチが生成しやすい傾向がある。チタン酸塩の含有量は、10〜25質量%であることが好ましく、15〜25質量%であることがより好ましい。
これらを単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。中でも、高温での耐摩耗性をより向上させることから、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウムが好ましい。
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材としては、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂であれば特に制限なく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、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等の各種変性フェノール樹脂などが挙げられ、これらを単独でまたは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、成形性およ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、これらを単独でまたは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。
本発明の摩擦材組成物には、上記酸化ジルコニウムおよびチタン酸塩以外の無機充填材を組み合わせて用いることができる。該無機充填材としては、通常、摩擦材に用いられる無機充填材であれば特に制限はない。上記酸化ジルコニウムおよびチタン酸塩以外の無機充填材としては、例えば、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、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、酸化鉄、バーミキュライト、硫酸カルシウム、板状チタン酸カリウム、黒鉛、マイカ、タルク、クレー、ゼオライト、ケイ酸ジルコニウム、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、γ−アルミナ等の活性アルミナなどが挙げられ、これらは単独でまたは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、摩擦材において補強作用を示すものである。
本発明の摩擦材組成物は、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、耐摩耗性の観点から、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素系ポリマー等の有機添加剤等を配合することができる。
また、本発明は、上述の摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材を提供する。
(1)摩擦材のみの構成。
(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、および、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。
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。
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。
ディスクブレーキパッドの作製
表2および表3に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例および比較例の摩擦材組成物を得た。なお、表2および表3の各成分の配合量の単位は、摩擦材組成物中の質量%である。この摩擦材組成物をレディーゲミキサー(株式会社マツボー社製、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(王子機械工業株式会社製)で予備成形し、得られた予備成形物を成形温度150℃、成形圧力30MPaの条件で5分間成形プレス(三起精工株式会社製)を用いて日立オートモティブシステムズ株式会社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2および表3に示す。
・チタン酸塩1:大塚化学株式会社製(商品名:テラセスL)
成分:チタン酸リチウムカリウム、形状:燐片状
メジアン径:25μm、比表面積:0.6m2/g
・チタン酸塩2:大塚化学株式会社製(商品名:テラセスJP)
成分:チタン酸カリウム、形状:アメーバ状
メジアン径:10μm、比表面積:7.5m2/g
・チタン酸塩3:大塚化学株式会社製(商品名:テラセスTF−S)
成分:チタン酸カリウム、形状 :燐片状
メジアン径:7μm、比表面積:3.5m2/g
・チタン酸塩4:株式会社クボタ製(商品名:TXAX−MA)
成分:チタン酸カリウム、形状:板状
比表面積:1.5m2/g
・チタン酸塩5:東邦マテリアル株式会社製(商品名:TOFIX−S)
成分:チタン酸カリウム、形状:柱状
メジアン径:6μm、比表面積:0.9m2/g
・酸化ジルコニウム1:第一稀元素化学工業株式会社製(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2:第一稀元素化学工業株式会社製 (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3:第一稀元素化学工業株式会社製(商品名:BR−12QZ)
平均粒子径8.5μm、最大粒子径45μm
Claims (7)
- 結合剤、有機充填剤、無機充填剤、および繊維基材を含有するとともに、アスベストを実質的に含まない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、または含有せず、
無機充填剤として、粒子径30μm以下の酸化ジルコニウムを35〜75質量%含有し、かつ、
チタン酸塩を5〜30質量%含有することを特徴とする摩擦材組成物。 - 前記酸化ジルコニウムの量とチタン酸塩の量が合計で40〜80質量%である請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 前記無機充填剤として、アンチモンを含有しない請求項1または2に記載の摩擦材組成物。
- 前記繊維基材として、鉄系繊維の含有量が5質量%以下または含有しない請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記チタン酸塩の形状が、繊維状、柱状、板状、粒子状、鱗片状、アメーバ状又は多孔質状である、請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなるノンアスベスト摩擦材組成物。
- 請求項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組成物と裏金とを用いて成型される摩擦部材。
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