JP7041430B2 - 環境保全型摩擦材及びその製品 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦材の技術分野に属し、具体的には、環境保全型摩擦材及びその製品に関する。

ブレーキパッド、ブレーキライニングというブレーキパーツは、ブレーキシステムにおいて最も重要な安全部品であり、すべての制動効果に摩擦材が決定的な役割を果たす。ブレーキパーツは通常、鋼板、接着性のある断熱層、及び摩擦材で構成されている。断熱層は熱伝達のない材料で構成されており、その目的は断熱を実現することである。ブレーキパーツは、摩擦材と接着剤で構成されており、自動車などの制動時にはブレーキディスクやブレーキドラムに押し付けられて摩擦を発生させ、それによって車両の減速・制動という目的を達成する。

摩擦材としては、主に以下の条件を満たすものが求められる。（１）適切かつ安定な摩擦係数を有し、動摩擦係数と静摩擦係数との差が小さい。（２）高い強度と優れた物性を有する。（３）高耐熱性と高耐摩耗性を有する。（４）適切な鳴き特性、適切な攻撃性を有し、環境汚染が少ない。

石材の加工過程では大量の廃材が発生する。石材は、主に端材と切くずの粉を含み、切断過程で微細な石粉を大量に発生する。これらの石粉を収集、固液分離して形成された固形物は一定の水分を含む石粉のかたまりであるが、これらの石粉にはまだ適切な処理方法がなく、それらを堆積するしかない。石粉のみを堆積処理すると、土地や資源を浪費するだけでなく、水源を汚染し、危害が大きい。そのため、大理石粉末と花崗岩粉末を含むこれらの石粉をどのように処理して利用し、廃棄物を資源化するかは、石材企業が非常に注目している課題となっている。

また、靴底工場では生産や加工過程でも大量の靴底廃材が発生する。これらの靴底廃材はリサイクル可能である。回収せずに直接燃焼すると大気汚染が深刻となるが、リサイクルに用いられると環境を保護するだけでなく、生産コストを削減することができる。

中国特許公開公報（ＣＮ １０９６５４１４４ Ａ）には、自動車ブレーキ用の摩擦材が開示されている。その配合成分は、バライト粉１０～１２質量％、鋼繊維１０～１６質量％、還元鉄粉８～１４質量％、樹脂１０～１５質量％、タイヤチップ１～３質量％、ニトリルゴム粉１～３質量％、摩擦粉ダスト２～５質量％、カーボンブラック１～５質量％、アルミナ１～２質量％、バーミキュライト１～７質量％、クロム鉱石粉末１～５質量％、真鍮粉１～５質量％、紙繊維１～１０質量％、鉱物繊維５～１５質量％である。上記先行技術では、タイヤチップを用いた摩擦材が提案されているが、従来技術において摩擦材にタイヤチップ、石材の廃材及び靴底廃材を添加することは開示されていない。

中国特許公開公報（ＣＮ１０９６５４１４４Ａ）

上記課題に鑑み、本発明は、タイヤチップ、花崗岩粉末、大理石粉末及び他の機能性成分で作製され、環境保全型でかつブレーキ制動性能を有する摩擦材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明で採用される技術的解決手段は、以下のとおりである。

すなわち、本発明の摩擦材は、結合材８～１５質量部、有機繊維３～８質量部、無機繊維３～８質量部、潤滑材３～８質量部、花崗岩粉末１５～２５質量部、大理石粉末３５～４０質量部、変性有機充填材６～１０質量部、ｐＨ調整剤５～１０質量部、非銅金属材料０．５～４．５質量部を含むことを特徴とする。

上記変性有機充填材は、タイヤチップ２０～５０質量部、靴底廃材１５～２５質量部、海泡石繊維１０～１５質量部、シランカップリング剤２～３質量部、カシューダスト２～５質量部、加硫促進剤０．５～２質量部から成る。靴底廃材は１５～３０質量％のポリオールエステル（ＰＯＥ）と５～１５質量％のエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を有する。

ここで、上記結合材は、フェノール樹脂、ホウ素変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、及び天然ゴムのうちから選択される１種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記有機繊維は、アラミド繊維及び／又はポリアクリル繊維であることが好ましい。前記無機繊維は、チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、及び玄武岩繊維のうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記潤滑材には、グラファイト、硫化スズ、二硫化モリブデンなどが含まれることが好ましい。ｐＨ調整剤は、水酸化カルシウム、石膏粉、石灰、及び消石灰のうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記非銅金属材料は、チタン、鉄、ニッケル、亜鉛、耐熱デュラルミンのうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。

加硫促進剤としては、特に限定されず、例えば、チアゾール系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記変性有機充填材の製造方法は、具体的には、以下のステップを含むことが好ましい。

ステップＳ１海泡石繊維の変性処理
乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比１：５でシリカ用分散剤に加え、１５００ｒ／ｍｉｎ～１８００ｒ／ｍｉｎで５分間撹拌して分散させた。次にシランカップリング剤を上記質量部添加し、回転速度を２５００ｒ／ｍｉｎに上げて６０分間撹拌して分散させた。調製したスラリーを１１０℃の恒温乾燥炉で乾燥させ、さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミルで粉砕する。
シリカ用分散剤として、例えばアミン系化合物、シラン系化合物、エポキシ系化合物、グアニジン系化合物、等を挙げることができる。好ましくは、アミン系化合物、シラン系化合物、グアニジン系化合物から選ばれる少なくとも１つを用いるとよい。

ステップＳ２：タイヤチップの活性化処理
タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度７０ｒ／ｍｉｎ－１００ｒ／ｍｉｎで高速ミキサーを用いて５分～１０分混合し、続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより、回転速度７０ｒ／ｍｉｎ～１００ｒ／ｍｉｎ、温度１２０℃～１６０℃で、活性化変性を行う。５分～３０分変性処理して変性タイヤチップを得、最後に自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却しする。

ステップＳ３：靴底廃材の前処理
異物を剥がして取り除き、エチレン酢酸ビニル（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ)ミッドソールを残し、破砕機に送り込んで物理的な破砕、洗浄、乾燥を行い、靴底廃材を得る。

ステップＳ４：
ステップＳ１で得た変性海泡石繊維、ステップＳ２で得た変性タイヤチップ、及びステップＳ３で得た靴底廃材をと定量量り取り、十分に均一に混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒する。

本発明はさらに、環境保全型摩擦材で作製された摩擦層を含む環境保全型摩擦材製品を提供する。

従来技術と比較して、本発明は、以下の有益な効果を有する。

本発明は、摩擦材の成分として花崗岩粉末及び大理石粉末を添加し、タイヤチップ及び靴底廃材を主材料とする変性有機充填材に、結合材、有機繊維材料、無機繊維材料、および非銅金属材料などの組成物を配合する。合理的な配合で、適切な摩擦係数を有し、かつ安定性が確保される。さらに、鳴き特性、耐熱性を有し、かつ相手材への攻撃性が低く相手材の摩耗量を低減する特性を備え、廃棄物を資源化でき環境に優しい。

本発明は、カシューダストと加硫促進剤によりタイヤチップを活性化・変性処理し、タイヤチップの表面に活性化基団（活性官能基）を増加させ、靴底廃材との結合密着性を向上させ、靴底廃材中のＰＯＥと協働して強靭化する。一方、タイヤチップ表面の架橋ネットワークを断ち切り、一定の粘着性を有する低分子セグメントを形成し、その内部に弾性ゴム粒子を含有させて、内外構造を結合させる。「コア－シェル構造」のように、変性タイヤチップの総合性能は更に優れ、耐熱性が得られる。変性タイヤチップと海泡石繊維の表面には比較的に多くの孔が存在し、比表面積が比較的大きく、変性タイヤチップ、靴底廃材と海泡石繊維との間の結合に有利であり、また振動を低減させ、一定の波長のノイズを吸収することができる。さらに、相手材との貼り合わせをより良くすることができる。また、相手材への攻撃性を低減し相手材の摩耗量を少なくできる。

本発明の環境保全型摩擦材の効果を示すため、以下の実施例１～８及び比較例１～４の実験を行った。ここで、比較例１は、実施例１の対照実験である。実施例１との相違点は比較例１で用いた靴底廃材は化学成分のＰＯＥ含有量が１２％であることである。比較例２も実施例１の対照実験である。実施例１との相違点は、比較例２の変性有機充填材は、同じ質量分率のタイヤチップと靴底廃材の混合物のみを使い、変質処理が実施されていないことである。比較例３もまた実施例１の対照実験である。実施例1及び比較例３とも変性有機充填材の製造方法は同じであるが、比較例３の変性有機充填材の５質量部である。比較例４も実施例１の対照実験である。比較例４では、変性有機充填材、花崗岩粉末及び大理石粉末を使用せず、代わりにケイ酸ジルコニウム、アルミナ、炭酸カルシウム、雲母、ポリテトラフルオロエチレンとカシューダストを使用した点が異なる。実施例１～８と比較例１～４のそれぞれの組成物の構成については、表１、２、３、と４に示す。

表１ 実施例１～８及び比較例１～３の変性有機充填剤の組成物構成

表２ 実施例１～４の摩擦材の組成物構成

表３ 実施例５～８の摩擦材の組成物構成

表４：比較例１～４の摩擦材の組成物構成

上記実施例１～８及び比較例１と３の変性有機充填材の製造方法はすべて、以下ステップを含む製法を用いた。

ステップＳ１：海泡石繊維の変性処理
乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比１：５でシリカ用分散剤に加え、１５００ｒ／ｍｉｎ～１８００ｒ／ｍｉｎで５分間撹拌して分散させた。次にシランカップリング剤を前記質量部で添加し、回転速度を２５００ｒ／ｍｉｎに上げて６０分間撹拌して分散させ、調製したスラリーを１１０℃の恒温乾燥炉で乾燥させ、さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミルで粉砕した。

ステップＳ２：タイヤチップの活性化処理
タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度７０ｒ／ｍｉｎ－１００ｒ／ｍｉｎで高速ミキサーを用いて、５分～１０分混合し、続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより、回転速度７０ｒ／ｍｉｎ～１００ｒ／ｍｉｎ、温度１２０℃～１６０℃で５分～３０分で変性処理して変性タイヤチップを得た。その後、自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却した。

ステップＳ３：靴底廃材の前処理
異物を剥がして取り除き、ＥＶＡミッドソールを残し、破砕機に送り込んで物理的な破砕、洗浄、乾燥を行い、靴底廃材を得た。

ステップＳ４：
ステップＳ１で得た変性海泡石繊維、ステップＳ２で得た変性タイヤチップ、及びステップＳ３で得た靴底廃材を量り取り、十分に均一に混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒した。

さらに、上記実施例１－８の摩擦材で摩擦層を調製した。

表１～４に示される配合で、摩擦材用の各成分を攪拌機で１０分間混合し、均一に混合した摩擦材混合物を得、その後、摩擦材混合物を温度１６０℃圧力１６ＭＰａで５秒間加圧した後に５秒間排気した。５回循環させてプレス成形製品を得た。次にプレス成形した製品を温度１９０℃で２時間熱処理し、最後に熱処理した製品を保護塗料にスプレーし、温度１６０℃で２０分間硬化した。

次に、ＪＡＳＯ Ｃ４０６－２０００の自動車ブレーキ装置のベンチテスト方法により、第２効力、第３効力と第４効力のブレーキ効力試験を行った。またＪＡＳＯ Ｃ４２７－２００９の自動車部品－ドラム型ブレーキライニングとディスク型ブレーキライニング－ベンチ摩擦試験方法によってパッドとディスクの平均摩耗量試験を実施した。試験結果は、表５－６に示す。

ノイズの発生頻度は、ＪＡＳＯ Ｃ ４０６－２０００の乗用車ブレーキ装置のダイナモで試験を行う際に発生した人体では耐えられないノイズ（≧５５ ｄＢ）の発生回数を計算し、発生音で割って百分率として評価し、ノイズ発生率とした。

次に実車の鳴き特性テストを行った。条件は、初速度３０ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈ、減速度０．４９－１．９６ｍ／ｓ^２、温度５０－２００℃、繰り返し回数２００回として実車試験を行った。全制動回数のノイズ（≧５５ ｄＢ）発生率は、以下の基準によって評価した。

良好：ノイズ発生率が１％以下
合格：ノイズ発生率が１％を超えかつ３０％以下
不合格：ノイズ発生率が３０％を超える

表５ 実施例２～７の摩擦層の物性試験結果

表６ 比較例１－４及び実施例１の摩擦材で作製された摩擦層の物性試験結果

以上本発明の基本原理と主な特徴及び本発明のメリットを示して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。上記実施形態と本明細書に記載されている事項は、本発明の原理のみを説明したものである。本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、様々な変更と改良が可能であるが、これらの変更と改良は、いずれも本発明の技術的範囲に属する。本発明の技術的範囲は添付の特許請求の範囲とその等価物によって定義されるものである。

Claims (9)

1. 結合材８～１５質量部、有機繊維３～８質量部、無機繊維３～８質量部、潤滑材３～８質量部、花崗岩粉末１５～２５質量部、大理石粉末３５～４０質量部、変性有機充填材６～１０質量部、ｐＨ調整剤５～１０質量部、及び非銅金属材料０．５～４．５質量部を含み、
   前記変性有機充填材は、タイヤチップ２０～５０質量部、靴底廃材１５～２５質量部、海泡石繊維１０～１５質量部、シランカップリング剤２～３質量部、カシューダスト２～５質量部、及び加硫促進剤０．５～２質量部を含み、
   前記靴底廃材は１５～３０質量％のポリオールエステル（ＰＯＥ）と５～１５質量％のエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を含有する、
   ことを特徴とする摩擦材。
   
2. 前記結合材は、フェノール樹脂、ホウ素変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、及び天然ゴムのうちから選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
   
3. 前記有機繊維はアラミド繊維及びポリアクリル繊維の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦材。
   
4. 前記無機繊維は、チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、及び玄武岩繊維のうちから選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
   
5. 前記潤滑材は、グラファイト、硫化スズ及び二硫化モリブデンのうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
   
6. 前記ｐＨ調整剤は、水酸化カルシウム、石膏粉、石灰、及び消石灰のうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
   
7. 前記非銅金属材料は、チタン、鉄、ニッケル、亜鉛、及び耐熱デュラルミンのうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
   
8. 乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比１：５でシリカ用分散剤に加え、
   １５００ｒ／ｍｉｎ～１８００ｒ／ｍｉｎで５分間撹拌して分散させ、
   シランカップリング剤を添加し、回転速度を２５００ｒ／ｍｉｎに上げて６０分間撹拌して分散させ、
   調製したスラリーを恒温乾燥炉で乾燥させ、
   さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミルで粉砕する工程を含む、海泡石繊維の変性処理ステップ１と、
   タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度７０ｒ／ｍｉｎ－１００ｒ／ｍｉｎで高速ミキサーにより５分～１０分混合し、
   続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより回転速度７０ｒ／ｍｉｎ～１００ｒ／ｍｉｎ、温度１２０℃～１６０℃で５分～３０分変性して変性タイヤチップを得、
   自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却する工程を含む、タイヤチップの活性化処理ステップ２と、
   異物を剥がして取り除き、ＥＶＡミッドソールを残し、破砕機に送り込んで物理的な破砕、洗浄、乾燥を行い、
   靴底廃材を得る工程を含む、靴底廃材の前処理ステップ３と、
   前記ステップ１で得られた海泡石繊維、前記ステップ２で得られたタイヤチップ、及び前記ステップ３で得られた靴底廃材を混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒するステップ４と、を含む、
   請求項１に記載の摩擦材の製造方法。
   
9. 請求項１－７の何れか一項に記載の摩擦材で作製された摩擦層を含む摩擦材製品。