JP6753650B2 - 摩擦材および摩擦部材 - Google Patents
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本実施形態の摩擦材は、銅を含有しない、もしくは銅を含有する場合において銅の含有量が0.5質量%以下であることを特徴とする摩擦材である。すなわち、環境有害性の高い銅および銅合金を実質的に含有せず、元素としての銅の含有量が0.5重量%以下であり、好ましくは含有量0質量%の摩擦材である。このため、制動時に摩耗粉が生成しても、河川、湖や海洋汚染の原因とならない。
本発明の摩擦材は、フィブリル化アラミド繊維を含む。フィブリル化アラミド繊維は、複数の枝分かれを有し、BET比表面積が5〜15m2/gであることが特徴であり、帝人株式会社製Twaron1099、1095、3091、東レ・デュポン株式会社製ケブラー1F538、1F1710などが挙げられる。これらのフィブリル化アラミド繊維は、繊維強度が高く多数の枝分かれを有するため、銅を含有しない組成においても効果的に摩擦材強度を向上させため、摩擦材の繊維基材として好適なものである。
本発明の摩擦材は、その製造工程でスコーチ処理を行わないことを特徴とする。通常、ディスクブレーキパッドに用いられる摩擦材は、高温でのブレーキ効きの改善を主な目的として、摩擦材表面をフェノール樹脂の分解温度以上の高温で処理するスコーチ処理を行う。しかしながら、スコーチ処理を行うと摩擦材表面のフェノール樹脂が分解するため、摩擦材表面の気孔率が増加して錆が気孔を通じて摩擦材内部に浸入しやすくなるとともに、フェノール樹脂が熱分解して生じる有機酸により錆が発生しやすいものとなる。このため、本発明の摩擦材においては、このスコーチ処理を行わないことで、摩擦材表層のフェノール樹脂の熱分解物由来の有機酸による錆発生が抑制される。また、摩擦材表面の気孔率がスコーチ処理で増加することを防ぎ、錆固着力および錆剥離を効果的に抑制する。このように本発明の摩擦材はスコーチ処理を廃止したため、摩擦材の内部だけでなく表面まで同等の気孔率を有するものとなり、極めて錆が発生しにくいものとなる。
本発明の摩擦材においては、油含浸法で測定される気孔率が15%以下とすることが好ましい。ここでいう油含浸法で測定される気孔率とは、JIS D4418に準じて測定される気孔率であり、閉気孔を含まない開気孔率のことをいう。本発明の摩擦材は、気孔率を小さくすることで、銅を含有しない組成においても摩擦材の強度を十分なものとするとともに、気孔を通じての摩擦材への錆の取り込みを少なくして、錆固着力を小さくすることで錆剥離を防止する。摩擦材の気孔率は、製造工程で調整が可能であり、特に成形工程における成形圧力、成形温度、成形時間による調整が容易である。具体的には、成形圧力、成形温度を高くし、成形時間を長くすることで気孔率を低減することができる。
上記のフィブリル化アラミド繊維を含有するとともに気孔率を15%以下とした上でスコーチ処理を行わない本発明の摩擦材においては、亜鉛粉末を含有させることが好ましい。粉末状の亜鉛は、制動により摩擦材の摩擦界面に延展して摩擦界面を被覆する状態となるが、亜鉛は酸化しやすいことから摩擦界面を被覆した亜鉛が、犠牲陽極作用により選択的に酸化されることで、摩擦材中の他の成分の酸化すなわち発錆を防止して摩擦界面全体の防錆を行う。このため、摩擦材中に亜鉛粉末を含有させると、錆固着力がよりいっそう低減するとともに、錆剥離を抑制する効果がより大きくなる。粉末状の亜鉛としては、アトマイズなどで製造される通常摩擦材に用いられる粉末状の亜鉛を用いることができるが、摩擦材表面での延展による防錆効果の観点で粒径は細かいほどよく、10〜500μmが好ましく、10〜100μmがより好ましい。また、亜鉛の添加量は、防錆効果の観点で1質量%以上が好ましく、2質量%がより好ましい。しかしながら、亜鉛の過剰添加は、高温使用時における摩擦材の耐摩耗性の悪化を引き起こすため、10質量%以下の添加量で用いることが好ましく、8質量%がより好ましい。
本発明の摩擦材においては、無機充填材として、水酸化カルシウムおよび/または炭酸ナトリウムを含有させることが好ましい。水酸化カルシウムや炭酸ナトリウムは、通常の摩擦材に用いられる粉末状の水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムを用いることができるが、水溶性の観点で、粒径の細かいもの、特に100μm以下の粉末が好ましい。水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムは摩擦対面材の防錆効果があるだけでなく摩擦材の成形時にフェノール樹脂の硬化触媒として作用し、摩擦材強度を向上させる。しかし、過度に添加しすぎるとフィブリル化アラミド繊維の強度を低下させる。そのため、本発明の摩擦材においては水酸化カルシウムの含有量は2.5〜10質量%が好ましく、炭酸ナトリウムの含有量は0.2〜2質量%が好ましい。このような水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムは、上記の摩擦材に一方のみを添加しても良く、両方を同時に添加しても良い。
本発明の摩擦材においては、繊維基材として、スチール繊維を含有させることが好ましい。スチール繊維は、びびり振動切削法などで得られるストレート繊維と、長繊維のカットなどで得られるカール状繊維がある。ストレート繊維が直線状の繊維形状なのに対し、カール状繊維は繊維が曲がった形状をしている。カール状繊維のほうが摩擦界面において摩擦材からの脱落が少なく、高温制動における摩擦特性保持の観点で好ましい。カール状のスチール繊維は、日本スチールウール株式会社製カットウールなど、市販されているものを使用することができる。スチール繊維は、摩擦材の強度を向上させ錆剥離を抑制するが、スチール繊維自体が錆びることで、多量の添加により錆固着力を増加させてしまう。スチール繊維の含有量を2〜8質量%とすることで、本発明の摩擦材において、錆固着力と錆剥離を両立して抑制することができる。スチール繊維の繊維径は、高温における耐摩耗性の観点で100μm以下が好ましい。スチール繊維の繊維長は、高温における耐摩耗性の観点で2500μm以下が好ましい。
本発明の摩擦材においては、無機充填材として、複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを含有させることが好ましい。複数の凸形状を有するチタン酸カリウムとは、不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムのことで、摩擦調整剤として用いることができることが知られている(特許文献3)。例えば、大塚化学株式会社製「テラセスJP」が挙げられる。このような不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムは、凸部が摩擦材の強度向上に効果的であり、特に本発明の摩擦材の錆剥離の抑制に効果的である。本発明の摩擦材中における複数の凸形状を有するチタン酸カリウムの含有量は、錆剥離抑制の観点で1〜30質量%が好ましく、1〜20質量%であることがより好ましい。
本発明の摩擦材においては、摩擦材のpHを高くすると、錆固着力をより低減できるとともに、錆剥離をより抑制できるため、摩擦材のpHを12以上とすることが好ましい。摩擦材のpHは、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなど、水溶時にアルカリ性を示す成分を含有させることで容易に増加させることができる。上記のフィブリル化アラミド繊維は、高いpHの水溶液に長時間曝露することで、加水分解により強度が低下するため、摩擦材のpHは13以下とすることが好ましい。摩擦材のpHは、JASO C458−86に準拠して測定することができる。
本発明の摩擦材においては、イオンクロマトグラフで測定される硫酸イオン濃度が500ppm以下であることが好ましい。摩擦材の硫酸イオン濃度が高くなると、その分、摩擦材に錆が発生しやすくなる。摩擦材中の硫酸イオン濃度の低減は、通常の摩擦材に用いられる素材のうち、製造工程で硫酸を使用することがあるチタン酸塩やカシューダストなどについて、硫酸イオンの少ない銘柄を使用することで、摩擦材の硫酸イオンを低減することが可能である。例えば、硫酸イオンの少ないチタン酸塩としては、具体的に東邦マテリアル株式会社製TOFIXなどが挙げられる。また、硫酸イオンの少ないチタン酸塩としては、東北化工株式会社製FF1700などが挙げられる。
検 出 器:電気伝導度検出器
カ ラ ム:無機陰イオン交換カラム(ダイオネクス製IonPac AS12Aなど)
溶 離 液:2.7mmol/l Na2CO3+0.3mmol/l NaHCO3
流 速:1.33ml/min
注 入 量:25μl
定量方法:硫酸イオン標準液のイオンクロマトグラムと保持時間の一致するピークについて、検量線法により検出量を計測する。
結合剤は、摩擦材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。本発明の摩擦材に含まれる結合材としては特に制限は無く、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。
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。
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるため、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材は、通常、摩擦材に用いられる無機充填剤であれば特に制限はない。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。
本実施形態の摩擦材は、本発明の摩擦材の組成物を一般に使用されている方法で成形して製造することができ、好ましくは加熱加圧成形して製造される。詳細には、例えば、レーディゲミキサー(「レーディゲ」は登録商標)、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー(「アイリッヒ」は登録商標)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、成形時間2〜10分間の条件で成形し、得られた成形物を150〜250℃で2〜10時間熱処理することで製造される。またさらに、必要に応じて塗装、研磨処理を行うことで製造される。
本実施形態の摩擦部材は、上記の本実施形態の摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。上記摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
(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。
表1に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例1〜9および比較例1〜4の摩擦材の組成物を得た。表中の配合比率は質量%である。
Claims (11)
- 結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材であって、
該摩擦材中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が0.5質量%以下であり、
前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、
前記無機充填材として、亜鉛粉末を含有し、
硬さの測定した値が50〜90の範囲内となるロックウェル硬さRスケール(HRR)もしくはロックウェル硬さSスケール(HRS)のいずれかのスケールを用い硬さを測定するとともに、該スケールで測定した摩擦材の表面の硬さの値と、摩擦材の表面から2mm除去した後の除去面の硬さの値の差が5ポイント以下であり、油含浸法で測定される気孔率が15%以下である、回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。 - 結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材であって、
該摩擦材中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が0.5質量%以下であり、
前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、
前記無機充填材として、亜鉛粉末を含有し、
表面から1mmの範囲から採取した表面試料の熱重量分析における質量の減少量と、表面から2〜3mmの範囲から採取した内部試料の熱重量分析における質量の減少量との差が5%以下であり、油含浸法で測定される気孔率が15%以下である、回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。 - 前記気孔率が8〜13%である、請求項1又は2に記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 前記有機充填材の含有量が1〜20質量%である、請求項1〜3のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 前記無機充填材として、水酸化カルシウム2.5〜10質量%を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 前記無機充填材として、炭酸ナトリウム0.2〜2質量%を含有する、請求項1〜5のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 前記繊維機材として、スチール繊維2〜8質量%を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 前記無機充填材として、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- pHが12〜13である、請求項1〜8のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- イオンクロマトグラフで測定される硫酸イオン濃度が1000ppm以下である、請求項1〜9のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の回生ブレーキ搭載自動車用摩擦材と裏金を用いて形成される、回生ブレーキ搭載自動車用摩擦部材。
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