JPH01294553A

JPH01294553A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH01294553A
Application number: JP12680388A
Authority: JP
Inventors: Isao Makido; 牧戸　勲; Yasuji Morita; 森田　保治; Katsutoshi Noda; 克敏野田; Yuji Aramaki; 荒巻　裕二
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1988-05-23
Publication date: 1989-11-28
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0832601B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車、鉄道車輪、航空機、産業機械類等に
おける制動装置を構成するブレーキライニング、ディス
クパッド、クラッチフェーシング等の摺動部材として有
用な摩擦材に関する。

〔従来の技術〕

上記制動装置における代表的な摺動部材として、従来よ
りアスベスト繊維を基材とし、これを有機系または無機
系結合剤に分散させて結着成型した摩擦材が使用されて
きた。しかし、その摩擦特性は必ずしも十分とは言えず
、耐熱性等の性能向上に関する自動車業界等の要請も多
く、更に発ガン問題などの環境衛生上の見地からアスベ
スト繊維の使用が抑制される趨勢にあること等により、
代替品の開発が強く要請されている。

その要請に応えるものとして、アスベスト繊維に代えて
チタン酸カリウム繊維を基材繊維とする摩擦材が提案さ
れている（例えば、特開昭５９−５４６４４号公報等）
。チタン酸カリウム繊維は、六チタン酸カリウム繊維（
ＫｚＴ　ｔ　６０１：ｌ）、四チタン酸カリウム繊維（
Ｋ、Ｔｉ　４０．）等で代表される合成無機繊維である
。チタン酸カリウム繊維を基材とする摩擦材は耐熱性に
すぐれ、約３５０″Ｃ付近までフェード現象がなく、安
定した摩擦効果が維持されること、繊維の硬さがモース
硬度４付近であり相手材攻撃性が小さいこと、吸湿性が
なく水と反応しないので、ブレーキの異常効き等が解消
されること等のすぐれた特性を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにチタン酸カリウム繊維を基材とする摩擦材
はすぐれた摩擦特性を有しているが、耐摩耗性等の点で
、チタン酸カリウム繊維の特性が十分に発揮されている
とは言い難い。また、相手材との摩擦により生じる粉塵
中には、基材繊維の微細片が混在し、周囲に飛散する。

アスベスト繊維、その他の繊維状粉塵の繊維サイズと発
ガン力との関係についてのＰ　ｏｔｔの仮説によれば、
断面径０．０３〜１１１ｍ、長さ５μｍ以上の微細サイ
ズが危険領域とされており（’　Ｓｏｍｅ　ａｓｐｅｃ
ｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅｄｏｓｉｍｅｔｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ
　ｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｉｃ　ｐｏｔｅｎｃｙ　ｏｆ　
ａｓ−ｂｅｓｔｏｓ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｉｂｒｏ
ｕｓ　ｄｕｓｔｓ」１９７８）　、そのような危険域と
される微細繊維片の飛散を生じさせないことが望ましい
。

本発明は、上記に鑑み、チタン酸カリウム繊維等のチタ
ン化合物繊維を基材とする摩擦材の耐摩耗性の向上・摩
擦特性の安定化を図り、併せて使用時の相手材との摩擦
により生じる粉塵中に、微細な繊維片が混在することの
ない摩擦材を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の摩耗
材は、基材繊維を有機系または無機系結合剤で結着成型
してなる摩擦材において、基材繊維として、断面径５μ
ｍ以上、長さ５０μｍ以上の繊維の占める割合が５０重
量％以上である断面径・長さ分布を有するフレーク状チ
タン化合物多結晶繊維が３〜５０重量％配合されている
ことを特徴としている。

本発明において基材繊維として使用されるフレーク状チ
タン化合物多結晶繊維は、チタン酸カリウム繊維の一般
的形状である針状繊維と異なって、柱状ないし板状等の
粗大な形態を有する繊維である。その典型的な繊維形態
を第５図〔Ｉ〕（倍率５００）に示す（繊維組成は六チ
タン酸カリウム）。これと対比される同図〔■〕（倍率
１０００）は、プラスチック補強繊維、耐火シート、濾
材等に使用されている微細針状繊維（繊維組成は六チタ
ン酸カリウム）であり、その断面径は約０．２〜１μｍ
、長さは約５〜１５μｍ）である。両者の比較から、本
発明に使用されるフレーク状多結晶繊維は極めて特異な
形態的ｖＦ＠を有していることがわかる。

本発明に使用されるフレーク状多結晶繊維は、チタン酸
カリウム繊維、またはチタニア繊維等であり、チタン酸
カリウム繊維の例としては、六チタン酸カリウム（Ｋｇ
Ｔ　ｉ　６０　＋ｆｆ）、四チタン酸カリウム（ＫｚＴ
　ｉ　４０９）、結晶質チタン酸（ＨｚＴＬＯｓ）、プ
リプライト（ＫｚＴｉｅｏ＋ｂ）等が挙げられ、またチ
タニア繊維（ＴｉＯｚ）には、結晶構造の異なるルチル
繊維とアナターゼ繊維とが挙げられる。

これらの繊維は、いずれか１種を単独で使用してもよく
、また任意の２種以上を複合使用することもできる。

フレーク状チタン化合物多結晶繊維の断面径・長さ分布
について、前記のように、断面径が５μｍ以上で、長さ
が５０μｍ以上の繊維の占める割合の下限を５０重量％
と規定したのは、摩擦材としてすぐれて安定した摩擦特
性を損なうことなく、摩擦抵抗性の改善効果を十分なら
しめるためである。

また、上記フレーク状チタン化合物多結晶繊維の配合割
合を３ｉｔ１％以上としたのは、それより少ないと、摩
擦特性や耐摩耗性改善効果が十分に得られないからであ
る。配合割合を高める程、効果を増すが、５０重量％ま
でで十分であり、それを越える必要はない。

なお、基材繊維として、上記フレーク状チタン化合物多
結晶繊維と共に、他種繊維、例えばアラミド繊維等の樹
脂繊維、スチール繊維、炭素繊維、ガラス繊維等を摩擦
材の補強等のために複合的に使用することができる。こ
れらの他種繊維の配合量は、約１〜６０ｉ！量％の範囲
内が適当である。

上記各基材繊維は、原料組成物の調製に先立って、必要
に応じ、分散性および結合剤との接着性の向上環を目的
として、シラン系カップリング剤（ビニルシラン、エポ
キシシラン、メタアクリロキシラン、メルカプトキシラ
ン等）、あるいはチタネート系カップリング剤（イソプ
ロピルトリイソステアロイルチタネート、ジ（ジオクチ
ルパイロホスフェート）エチレンチタネート等）による
表面処理が施される。

本発明の摩擦材は、上記フレーク状チタン化合物多結晶
繊維、またはこれと他種繊維の混合物を基材繊維として
使用する点を除き、特別の条件や工程の付加を必要とし
ない。すなわち、まず基材繊維を、結合剤中に分散し、
必要に応じ摩擦・摩耗調整剤、あるいは防錆剤、潤滑剤
、研削剤等を適量配合して原料組成物を調製し、ついで
金型成形等により加熱加圧下に結着成型を行い、または
、原料組成物を、水等に分散懸濁させ、抄き網上に抄き
上げ、搾水して紙状体ないしシート状に抄造したのち、
加熱加圧下に結着成型し、しかるのち、結着成形物に適
宜機械加工、研に加工を加えて目的とする摩擦材を得る
。

上記原料組成物の調製における結合剤の例として、フェ
ノール樹脂、ホルムアルデビド樹脂、エポキシ樹脂等の
熱硬化性樹脂、またはこれらの変性（カシュー油、乾性
変性など）熱硬化性樹脂、天然ゴム、スチレンブタジェ
ンゴム、ニトリルゴム等のゴム系樹脂等が挙げられる。

また、上記の有機系結合剤に代え、無機系結合剤として
自己硬化性を有するマグネシウムのイノ珪酸塩鉱物であ
るセピオライト（ＭｇｓＨｚ（Ｓ　ｉｎｏ□）３・ｘＨ
ｚｏ］は適当な結合剤として使用される。

摩擦・摩耗調整剤としては、加硫または未加硫の天然・
合成ゴム粉末、カシュー樹脂粉粒体、レジンダスト、ゴ
ムダスト等の有機物粉末、または天然・人造黒鉛、二硫
化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の無機
質粉末、銅、アルミニウム、亜鉛、鉄等の金属粉末、ア
ルミナ、シリカ、酸化クロム、酸化チタン、酸化鉄等の
酸化物粉末等が挙げられる。これらは、製品に要求され
る摩擦特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、
ナキ等に応じて、単独でまたは二種以上を組み合わせて
配合してよい。

上記原料組成物におけるそれぞれの添加剤の配合量は、
摩擦材の用途、要求性能等に応じて適宜法められるが、
例えば、結合剤は１０〜４０重四％、摩擦・摩耗調整剤
は、２０〜８０重量％、その他の補助剤は０〜６０重量
％とすることができる。

第１図は、基材繊維としてチタン化合物繊維のフレーク
状多結晶繊維を使用した本発明の摩擦材と、微細な針状
繊維を使用した比較摩擦材について、ＪＩＳ　Ｄ　４４
１１　ｒ自動車用ブレーキライニング」の規定の摩擦性
能試験（但し、面圧５ｋｇ／ａａ、回転速度：　５００
ｒｐｍ、ディスク：Ｆｅ１２）による摩耗測定結果を示
している（供試発明材および比較材はそれぞれ後記実施
例１および比較例１参照、いずれも基材繊維組成は六チ
タン酸カリウム）。両者の比較から、フＬ・−り状多結
晶繊維を基材繊維とする本発明のＦ′ＦＸ擦材は低温度
から高温度の広範囲に亘って、微細針状繊維を基材繊維
とする摩擦材を凌ぐ高耐摩耗性を有していることがわか
る。

第２図は本発明の摩擦材と、アスベスト繊維を基材繊維
とする従来のＦｌ擦材とについて、ＪＩＳ　Ｄ４４１１
　ｒ自動車用ブレーキライニング」の摩擦性能試験（但
し、面圧１０ｋｇ／ｃ＋ｆｌ、回転速度：　５００ｒｐ
ｍ。

ディスク材質：Ｆｅ１２）による摩擦係数測定結果を示
している（供試発明材は実施例１、比較材は比較例２参
照）。図から、アスベスト繊維を基材繊維とする比較材
は約２５０°Ｃで摩擦係数の急激な減少（フェード現象
）が生じているのに対し、本発明のＦＪ擦材は低温から
約３５０°Ｃの高温度域に亘って、高位安定な摩擦効果
を維持している。

第３図は、フレーク状多結晶繊維を基材繊維とする本発
明の摩擦材（供試材：実施例１）と微細針状結晶繊維を
基材繊維とする摩擦材（供試材：比較例１）の前記摩擦
性能試験（ＪＩＳ　Ｄ　４４１１．面圧：５ｋｇ、回転
速度：　５００ｒｐｍ）を行った後の摩擦面を示してい
る（図〔１〕：発明材５倍率１０００．図〔■〕：比較
材２倍率１０００）。図（ＩＩ）の比較摩擦材には、微
細針状繊維の凝集体（分散不完全）が混在し、その凝集
体は摩擦面から脱落して凹陥部を呈している。他方、図
（１）に示す本発明のＩｇ擦材では、微細針状繊維の場
合のような凝集と脱落はなく、比較的粗大なフレーク状
多結晶繊維形態を保持したま＼摩擦面に露出している。

このように本発明の摩擦材は、その摩擦面に基材繊維が
比較的多量に露出保持されており、このことが、第１図
や第２図に示したように、低温から高温の広い範囲に亘
るすぐれた耐熱性と、微細針状繊維を基材とする摩擦材
では得られぬ良好な耐摩耗性をもたらしているものと考
えられる。

第４図は、フレーク状多結晶繊維を基材繊維とする発明
材（供試材：実施例１）のブレーキ粉塵試験（実施例１
、（ｒＶ）ブレーキ粉塵試験参照）において捕集した粉
塵を示している（倍率５００）。

その粉塵中に混在する繊維片は、フレーク状多結晶繊維
形態を有する比較的粗大な繊維片である。

すなわち、基材繊維として使用されたフレーク状多結晶
繊維は摩擦面のつよい加圧力による剪断作用をうけるに
も拘らず、針状繊維に解束されることなく、もとのフレ
ーク状多結晶繊維形態を保持した粗大な繊維片として粉
塵中に混在しており、Ｐｏｔｔの仮説の危険領域とされ
ている微細繊維片（断面径：約０．０３〜１　ｉｔ　ｍ
、長さ：約５μｍ以上）は殆ど存在しない。

〔実施例〕

各実施例のチタン化合物繊維は後記参考例により製造し
たフレーク状多結晶繊維であり、その断面径・長さ分布
において断面径５μｍ以上・長さ５０μｍ以上の繊維の
占める割合は５５重量％である。

裏施拠土（Ｉ）摩擦材の製造六チタン酸カリウム繊維　　　　　・・・５０重量％フ
ェノール樹脂　　　　　　　　　・・・２５重量％硫酸
バリウム　　　　　　　　　　・・・２５重量％上記原
料組成物を金型成形により、温度１６０°Ｃ加圧力１０
０ｋｇ／ｃａの加熱加圧下に１０分間を要して硬化させ
、更に同温度で４時間熱処理した。結着成形物を金型か
ら取出したのち、研磨加工を加えた。

（ＩＩ）摩擦試験ＪＩＳ−０４４１１ｒ自動車用ブレーキライニングＪの
規定による摩擦性能試験を行い次の結果を得た。

第１図は下記摩耗率（摩耗重量の厚さ換算値、Ｘｌ０−
’ｃｆｆｌ／ｋｇ　−ｍ　）　、第２図は下記摩擦係数
の各測定結果をそれぞれ示している。

（ａ）摩耗率：　１．７　（１００”Ｃ）、３．０　（
１５０°Ｃ）、７．１（２００°Ｃ）、１０．５（２５
０°Ｃ）（ｂ）摩擦係数７０．３９（１００°Ｃ）、０
．４（１５０’Ｃ）、０．３９（２００’Ｃ）、０．３
８　（２５０’Ｃ）、０．３７（３００°Ｃ）　　、０
．３６（３５０°Ｃ）。

〔■〕摩擦試験後の表面状況第３図〔■〕（倍率１０００）に示すように、摩擦面に
粗大なフレーク状多結晶繊維が多数露出している。同図
（［）は後記比較例１　（基材繊維二六チタン酸カリウ
ムの微細針状繊維）の摩擦材について同じ摩擦試験を行
った後の表面状況（倍率１０００）であり、基材繊維の
凝集とその凝集体の脱落した凹陥部が観察される。

（ＩＶ）ブレーキ粉塵試験第６図のブレーキ粉塵試験装置において、回転するブレ
ーキディスク（１）の盤面に、シリンダ（２）を介して
試験片（ＴＰ）を押圧しく加圧カニ５ｋｇ／ｃｎｆ）、
ディスク（１）との摩擦面に生じる粉塵を、粉塵捕集用
スリーブ（３）を介して吸引捕集した。第４図（倍率５
００）に示すように、その粉塵中に混在する繊維片は、
フレーク状多結晶繊維の粗大な形状を有している。

１施１六チタン酸カリウム繊維２５重量％、アラミド繊維２５
重量％、フェノール樹脂１８重里％、カシュー油１５重
量％、炭酸カルシウム１７重量％からなる組成物を使用
し、実施例１と同様の工程を経て摩擦材を得た。

（ａ）摩耗率：　（Ｘ　１０−’ｃ＋＋１／　ｋｇ−ｍ
）：１．０　（１００”Ｃ）、１、２　（２００°Ｃ）
、２．１．　（３００°Ｃ）（ｂ）摩擦係数：　０．４
０　（１００’Ｃ）、０．４１　（２００’Ｃ）、０．
４１（３００″Ｃ）災施■主ルチル−六チタン酸カリウムープリプライトの多結晶繊
維４５重量％、フェノール樹脂２５重里％、二硫化モリ
ブデン３０重量％からなる組成物を使用し、実施例１と
同様の工程を経て摩擦材を得た。

（ａ）摩耗率：　（ＸＩＯ−’ｃ＋ｆｌ／ｋｇ−ｍ）：
１．２　（１００°Ｃ）、ｉ、　ｉ　（２００°Ｃ）、
２．４　（３００°Ｃ）。

（ｂ）摩擦係数：　０．３４（１００℃）、０．４０（
２００℃）、０．４２（３００’Ｃ）炎施斑土六チタン酸カリウム繊維３５重量％、炭素繊維（平均長
さ２ｍ）１５重量％、フェノール樹脂２０重量％、硫酸
バリウム３０重量％からなる組成物を使用し、実施例１
と同様の工程を経て摩擦材を得た。

（ａ）摩耗率：　（Ｘ　１Ｏ−７ｃＩＩＴ／ｋｇ−ｍ）
：１．　Ｏ（１００°Ｃ）、１、１　（２００°Ｃ）、
１．９　（３００’Ｃ）。

（ｂ）摩擦係数：　０．４３（１００°Ｃ）、０．４２
（２００°Ｃ）、０．４５（３００°Ｃ）裏庭１六チタン酸カリウム繊維６０重量％、繊維状セビオライ
ト（３〜１０μｍ）１０重量％、二硫化モリブチン３０
重蛋％とからなる組成物を、１２０°Ｃの金型に充填し
、１２０ｋｇ／ｃＩＭの加圧力にて結着成型したのち、
研磨し摩擦材を得た。

（ａ）摩耗率：　（ＸＩＯ−’ｃｆｆｌ／ｋｇ　Ｈｍ）
：０．７　（１００°Ｃ）、０、７　（２００°Ｃ）、
１．２　（３００°Ｃ）。

（ｂ）摩擦係数Ｆ　０．５１　（１００°Ｃ）、０．５
０（２００”ｃ）、０．５０（３００°Ｃ）北較斑土基材繊維として第５図〔■〕に示す針状微細繊維である
六チタン酸カリウム繊維（断面径０．２〜０．５μｍ・
長さ５〜１０μｍ）を使用した点を除いて実施例１と同
一の条件で加熱加圧下に結着成形し、研磨して摩擦材を
得た。

（ａ）摩耗率：　（Ｘ　１０−’ｃ４／　ｋｇ　・ｍ）
：２．９　（１００’Ｃ）、５、７　（１５０℃）、８
．７　（２００“Ｃ）、１５．７（２５０°Ｃ）。

（ｂ）ＦＪ擦係数：　０．３５（１００°Ｃ）、０．４
１　（２００″Ｃ）、０．４２（３００″Ｃ）ル較１アスベスト繊維（６クラス）５５重量％、フェノール樹
脂２０重量％、硫酸バリウム２５重量％からなる配合物
を実施例１と同じ条件で、結着成形し、研磨して摩擦材
を得た。

（ａ）摩耗率：　（ＸＩＯ−’ｃｎｌ／ｋｇ　−ｍ）：
１．２　（１００″Ｃ）、１、３　（２００°Ｃ）、３
．５　（３００°Ｃ）。

（ｂ）ｆｆ擦係数：　０．２９（１００°Ｃ）、０．３
０　（１５０’Ｃ）、０．２４（２００″Ｃ）、０．３
０（２５０°Ｃ）、０．１２（３００°Ｃ）参　　　　　チ　　ン　　八　　　　上目　　　の　１
・止（１）溶融反応天然ルチルサンド（Ｔ　ｔ　Ｏ２９５，５％）と工業用
炭酸カリウムとをＴｉ０ｔ／に、Ｏのモル比が１．５と
なるように混合し、これを白金るつぼ中１２００°Ｃで
加熱溶融する。

（ＩＴ）冷却固化処理上記溶融物を鉄製容器に流し出して冷却（冷却速度的５
°（：／５ｅｃ）することにより、初生相としてのチタ
ン酸カリウム繊維の束状集合体である塊状物を得る。

（ＩＩＩ）溶出解繊化処理および二次処理灰の（１）〜
（６）の６通りの処理により各種チタン化合物繊維を得
る。

（１）前記塊状物を冷水（常温）で処理し、可溶性物質
を溶出させるとともに、繊維同志を分離（解繊化）した
のち、９００℃で焼成し、フレーク状四チタン酸カリウ
ム多結晶繊維（ＫｚＴ　ｊ４０Ｍ）を得る。

（２）上記冷水による処理において更に脱アルカリを進
めたのち、１０００°Ｃで焼成し、フレーク状六チタン
酸カリウム多結晶繊維（Ｋ　ｚ　Ｔ　ｌ　＆　０１３　
）を得る。

（３）塊状物を沸騰水で１時間浸漬（２ｇ／ｌ処理した
のち、水洗し、１０００℃で焼成することによりフレー
ク状ルチル−ブリプライト−六チタン酸カリウム複合多
結晶繊維（Ｔ　ｉ　Ｏ２ＫｚＴ　ｉａＯ＋６ＫｚＴ　ｉ
　、ｏ＋ｓ）を得る。

（４）塊状物を０．５Ｍ塩酸水溶液に２４時間浸漬（２
ｇ／２）処理したのち、十分に水洗し、風乾することに
より、フレーク状チタン酸多結晶繊維〔Ｈ２Ｔｉ、Ｏ，
）を得る。

（５）塊状物を上記（３）と同じ酸溶液での処理に付し
、十分に水洗したのち、９００°Ｃで焼成し、フレーク
状アナターゼ多結晶繊維（ＴｉＯｇ）を得る。

（６）塊状物を上記（３）と同じ酸溶液での処理に付し
、十分に水洗する後、１１５０°Ｃで焼成し、フレーク
状ルチル多結晶繊維（ＴｉＯｚ）を得る。

〔発明の効果〕

本発明の摩擦材は、低温から高温の広い温度域に亘って
、すぐれて安定した摩擦効果と耐摩耗性を有している。

従って、自動車、車輌、航空機、各種産業機械類の制動
装置におけるブレーキライニング、クラッチフィーシン
グ、ディスクパッド等として使用することにより、制動
機能の向上・安定化、耐用寿命の改善効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は摩擦材の摩擦性能試験による摩耗
量、および摩擦係数測定結果をそれぞれ示すグラフ、第
３図（Ｉ　）（ＩＩ　）は摩擦材の摩擦性能試験後の摩
擦面の繊維形態を示す図面代用顕微鏡写真、第４図は摩
擦材の粉塵中に混在する繊維の形態を示す図面代用顕微
鏡写真、第５図（１）（ＩＩ）は基材である繊維の形態
を示す図面代用顕微鏡写真、第６図は摩擦材のブレーキ
粉塵試験要領を示す断面説明図である。１：ディスク、２：加圧シリンダ、３：粉塵捕集用スリ
ーブ。

Claims

【特許請求の範囲】１、基材繊維を有機系または無機系結合剤で結着成型し
てなる摩擦材において、基材繊維として、断面径５μｍ以上、長さ５０μｍ以上
の繊維の占める割合が５０重量％以上である断面径・長
さ分布を有するフレーク状チタン化合物多結晶繊維が３
〜５０重量％配合されていることを特徴とする摩擦材。