JPH02264075A

JPH02264075A - 摩擦材用補強材

Info

Publication number: JPH02264075A
Application number: JP1294396A
Authority: JP
Inventors: Takako Fujiyoshi; 藤吉　貴子; Takeo Matsunase; 武雄松名瀬; Takashi Takada; 高田　貴
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1990-10-26

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、摩擦材用補強材に関する。

さらに詳しくは、摩擦材のマトリックスを構成する樹脂
及びその他充填材などの粉体への分散性に優れた摩擦材
用補強材に関する。

〔従来の技術〕

従来、自動車のブレーキなどの摩擦材用補強材としては
、アスベストが広く使用されてきた。

しかしながら、このアスベストを補強材とする摩擦材は
製造工程あるいは使用中に粉塵化し、人体の健康を阻害
することが明らかとなった。このような環境衛生上の面
から、その代替繊維に対する要望が強まってきている。

そこで、このアスベストに代わる摩擦材用補強材繊維と
して、ガラス繊維、炭素繊維、スチール繊維、アラミド
繊維、フェノール繊維及び耐炎化繊維などが提案されて
いる。

ところで、先に本発明者らは、特開昭６３−８４２４号
公報において高強度のアクリル系繊維を亜硫酸ガスのよ
うな硫黄含有雰囲気中で加熱硫化することによって得ら
れる高強度で、耐摩耗性および耐熱性に優れた硫黄含有
アクリル系耐炎化繊維を基材とする摩擦材を提案した。

しかしながら、上記硫黄含有アクリル系耐炎化繊維は、
アスベストに比較すると、繊維径が著しく大きく真の意
味でのアスベスト代替にはなり得ず、やはり種々の問題
が指摘されている。

一般に摩擦材は、補強材繊維、結合剤、各種摩擦特性向
上剤などを配合し、所定の形状に賦形したものが用いら
れている。ところで、上記硫黄含有アクリル系耐炎化繊
維を１〜１０ｍｍに切断したものを補強繊維とし、結合
材である粉末フェノール樹脂およびその他充填剤とを混
合した場合、該補強繊維は粉体への分散性が悪く、混合
中に繊維が偏在しやす（均一性にかけ、その結果摩擦材
の機械的強度及び摩擦性能において十分なものが得られ
ないという問題があった。

他方、特開昭５８−１１３６４１号公報には上記粉体へ
の分散性を改善する方法として、５重量％以上の酸素結
合量を有するアクリル系耐炎化繊維にフェノール樹脂を
付着させた後切断し、次いで粉末フェノール樹脂、充填
材とともに高速撹拌して、該繊維の切断と混合を同時に
行ない、次いで圧縮成形するブレーキ材の製造法が開示
されている。しかし、製造工程が複雑で必ずしも十分な
ものではなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明者らは、摩擦材のマトリックスを構成す
る各種粉体への分散性を改善するため、硫黄含有アクリ
ル系耐炎化繊維に付着させる表面処理剤について検討し
た結果、本発明をなすに至った。

本発明の目的は、機械的強度、耐摩耗性および耐熱性に
優れた摩擦材を得るために摩擦材のマトリックスを構成
する粉体への分散性に優れた摩擦材用補強材を提供する
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上述した本発明の目的は、前記特許請求の範囲に記載し
たように、硫黄含有アクリル系耐炎化繊維にシリコーン
系処理剤が付着されてなる摩擦材用補強材によって達成
することができる。

〔作用〕

以下、さらに詳しく本発明について説明をする。

本発明の硫黄含有アクリル系耐炎化繊維（以下、単に耐
炎化繊維と略す）は、その耐熱性、耐摩耗性が、酸素結
合の導入によるものではなく、硫黄結合の導入に起因す
る点が特徴であり、かつその硫黄含有量が、０．５重量
％以上、好ましくは１重量％以上、さらに好ましくは３
重量％以上であることが必要である。この硫黄含有量が
０．５重量％より少なくなると耐炎化繊維の耐摩耗性や
耐熱性などの特性を十分に付与できなくなり、摩擦材に
用いた場合、高温での摩擦性能が低下する。

次に、本発明に用いる耐炎化繊維は、以下に詳述するよ
うにアクリル系繊維を使用し、かつ特定の硫化工程およ
び条件を採用することによって初めて製造することがで
きる繊維である。

本発明に用いられるアクリル系繊維は、特に限定される
ものではないが、引張強度が高く、靭性（タフネス）に
優れた耐炎化繊維を得るために、アクリル系繊維として
も高強度高弾性率であることが望ましい。例えば重合度
が極限粘度で少なくとも１．５、好ましくは２．０〜５
．０の高重合度アクリロニトリル（以下ＡＮと略す）系
ポリマを使用し、引張強度が少なくとも７ｇ／ｄ、好ま
しくは９ｇ／ｄ以上、さらに好ましくは１０ｇ／ｄ以上
のアクリル系繊維を形成させることが望ましい。

ここで、アクリル系繊維の製造に用いられるＡＮ系ポリ
マとしては、ＡＮ単独または少なくとも９０モル％のＡ
Ｎと１０モル％以下の該ＡＮに対して共重合性を有する
モノマ、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸
などのカルボン酸およびそれらの低級アルキルエステル
類、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチル
アクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリレートなど
のカルボン酸の水酸基を含有するヒドロキシアルキルア
クリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、α−
クロルアクリロニトリル、ヒドロキシエチルアクリル酸
、アリルスルホン酸、′メタクリルスルホン酸などの共
重合モノマを例示することができるが、これらの共重合
モノマのうち硫化反応が速く、酸素による酸化劣化が少
なく、強度の高い耐炎化繊維が得られるアクリルアミド
類が特に望ましい。

これらのＡＮ系ポリマは、ジメチルスルホキシド（ＤＭ
ＳＯ）　、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチル
アセトアミド（ＤＭＡｃ）などの有機溶剤、塩化カルシ
ウム、塩化亜鉛、ロダンソーダなどの無機塩濃厚水溶液
、硝酸などの無機系溶剤に溶解して、溶液粘度が２００
０ポイズ以上、好ましくは３０００〜１００００ボイズ
、ポリマ濃度が５〜２０％の紡糸原液を作成する。

かくして得られた前記高重合度ＡＮ系ポリマの溶剤溶液
（紡糸原液）から、できる限り高強度高弾性率で、内外
構造差の少ない緻密な繊維を製造するためには、この高
重合度ＡＮ系ポリマの紡糸原液を紡糸口金を通していっ
たん空気などの不活性雰囲気中に吐出した後、吐出され
た該紡糸原液を凝固浴中に導いて凝固を完結させる、い
わゆる乾湿式紡糸法を採用し、高度に延伸することが望
ましい。

この乾湿式紡糸の具体的条件としては、紡糸原液を紡糸
口金面と凝固浴液面との距離が１〜２０ｍ　ｍ　、好ま
しくは３〜ｌＱｍｍの範囲内に設定された該紡糸口金面
と凝固浴液面とで形成される微小空間に吐出した後、凝
固浴へ導いて凝固させ、次いで得られた繊維糸条を常法
により、水洗、脱溶媒、−次延伸、乾燥・緻密化、二次
延伸、熱処理などの後処理工程を経由せしめて延伸繊維
糸条とする。この乾湿式紡糸によって得られる繊維糸条
は、延伸性が極めて優れているが、好ましくは２次延伸
方法として、１５０〜２７０℃の乾熱下に少なくとも１
．１倍、好ましくは１．５倍以上に延伸し、全有効延伸
倍率が少なくとも１０倍、好ましくは１２倍以上になる
ように延伸し、その繊度を０．　５〜７デニール（ｄ）
、好ましくは１〜５ｄの範囲内とするのがよい。

この繊度が０．５ｄよりも小さいと、得られる耐炎化繊
維の強力が小さく、耐摩耗性の良好な摩擦材を得ること
が難しくなるし、７ｄよりも大きいと、硫化処理時に繊
維断面における硫化が不均一になるため好ましくない。

かくして得られる繊維は、通常引張強度が７ｇ／ｄ以上
、引張弾性率が１３０ｇ／ｄ以上の機械的物性を有する
が、より好ましくは特に極限粘度２．５以上の高重合度
ＡＮ系ポリマからなる引張強度がＬｏｇ／ｄ以上、引張
弾性率が１８０　ｇ／ｄ以上、結節強度２．２ｇ／ｄ以
上の機械的物性を有する繊維を使用するのがよい。

また、硫黄含有雰囲気とは、二酸化硫黄、硫黄ガス、二
硫化炭素、硫化水素及び硫化カルボニル等の単独あるい
はそれらの混合ガスからなる硫黄含有ガスあるいは上記
硫黄含有ガスと不活性ガスとの混合ガスであって、特に
、二酸化硫黄はアクリル系繊維に対する反応性に優れ、
かつ繊維断面に均一に硫化することができるので好まし
く用いられる。

また、不活性ガスとしては、アクリル系繊維と化学反応
を起こさないガスであって、例えば窒素、アルゴン、ヘ
リウム、二酸化炭素、水蒸気などを例示することができ
る。

さらに本発明のもうひとつの重要な特徴は、粉体への分
散性を向上させる目的で、上記耐炎化繊維にシリコーン
系処理剤を付着させることにある。

すなわち、シリコーン系処理剤を付着させると、繊維が
側面で３本〜３００本程度の範囲で接着した状態を構成
でき、すなわち、耐炎化繊維に収束性を付与することが
できるのである。さらに、シリコーン系処理剤の非粘着
な性質により、繊維どうしや繊維と粉体との滑りを良く
する、すなわち、耐炎化繊維に潤滑性も付与することが
できる。

したがって、本発明の効果は、耐熱性および耐摩耗性に
優れた耐炎化繊維に加えて、シリコーン系処理剤による
収束性と潤滑性によって、耐炎化繊維を粉末フェノール
樹脂および各種摩擦特性向上剤などの粉体と混合した場
合、繊維どうしがからみ合って塊状物を形成することが
なく分散性に優れ、また粉体とのなじみも良く嵩密度の
高い混合物を得ることができる。また、分散性にも優れ
るため、繊維の配合比を高めることもできる。

さらに、上記混合物は成形性にも優れ、その結果として
、機械的強度および摩擦性能に優れた摩擦材が得られる
。

さらに、耐熱性に優れるシリコーン系処理剤を使用する
ことによって初めて、前述の耐炎化繊維製造での加熱硫
化工程中にも分解することなく、その効果を発揮するこ
とが可能となるのである。

またこの耐熱性は、高温での摩擦特性にも効果を奏する
。

ここで、耐炎化繊維に付着させるシリコーン系処理剤と
しては、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリ
シロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、お
よびジメチルポリシロキサンの変性シリコーンオイル、
例えば、エポキシ変性、アミノ変性、ポリエーテル変性
、アルキル変性、アルコール変性、フッ素変性およびカ
ルボキシル変性のもの等があるが、特に限定されるもの
ではなく、いわゆるシリコーン系油剤（オイル）、柔軟
剤、撥水剤などの各種処理材を用いることができる。

次に、シリコーン系処理剤をアクリル繊維に付着させる
方法として、例えば該処理剤の中に浸漬する方法、該処
理剤をスプレーで噴霧する方法などがあるが、均一に付
着させる方法として浸漬するのが望ましい。なお、シリ
コーン系処理剤の耐炎化繊維への付着は、アクリル系繊
維にシリコーン系処理剤を付着した後、加熱硫化して耐
炎化繊維としてもよく、あるいはアクリル系繊維を加熱
硫化して得られた耐炎化繊維にシリコーン系処理剤を直
接付与してもかまわないが、加熱硫化する前に、シリコ
ーン系処理剤を付与する方が、次の加熱硫化工程で乾燥
も同時に行なえるのでコスト的に有利である。

シリコーン系処理剤の付着量としては、０．０５〜５重
量％に、好ましくは０．５〜２重量％である。このとき
、シリコーン系処理剤の付着量が０．０５重量％より少
ないと目的とする効果が一般に得られにくくなる。また
、５重量％以上であると耐炎化繊維がべたついた状態に
なってきて、逆に分散性において悪くなってくる。

かくして得られたシリコーン系処理剤が付着された耐炎
化繊維は、通常のカッターで０．１〜ＩＱｍｍに切断さ
れるか、あるいは各種粉砕機で繊維長分布を持った粉砕
糸にされるか、あるいは各種フィブリル化装置を用いて
フィブリル化せしめてパルプ状物にされる。パルプ状物
の場合、シリコーン系処理剤を均一に付与する上で、フ
ィブリル化した後に、シリコーン系処理剤を付着させる
のが望ましい。

次いで、上記カット糸、粉砕糸あるいはパルプ状物は、
粉末フェノール樹脂で代表される結合剤および摩擦特性
の改良を目的に、各種無機あるいは有機系充填剤、例え
ば、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、フェノール
繊維、スチール繊維などの繊維類、黒鉛、シリカ粉、ア
ルミナ粉、硫酸バリウム、金属粉、マイカ、クレー、炭
酸カルシウム、二硫化モリブデン、パライト、カシュダ
スト、ラバーダスト等の粉体と混合される。

混合方法は、特に限定されるものではな（、通常のブレ
ンダー　ミキサーによる混合等の手法が用いられる。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

なお、本発明において摩擦特性、曲げ強度は、次の方法
によって測定した値である。

（１）摩擦特性；耐炎化繊維を基材とする板状の摩擦材をＪＩＳ−Ｄ−４
４１１に規定されている方法に準じて測定した。

（２）曲げ強度；ＪＩＳ−に−６９１１に規定されている測定法に準じて
測定した。

実施例１および比較例１アクリロニトリル（ＡＮ）９９モル％とアクリルアミド
１モル％からなる極限粘度が３．２のＡＮ系共重合体を
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中で溶液重合し、得
られた紡糸原液を乾湿式紡糸した。凝固浴としては、２
０℃、５５％ＤＭＳＯ水溶液を使用した。

得られた未延伸繊維糸条を熱水中で５倍に延伸した後、
水洗し１８０℃〜２００℃の乾熱チューブ中で最高延伸
倍率の９０％で二次延伸し、強度１３．２ｇ／ｄ、伸度
１２．８％のアクリル繊維を得た。

次に、このアクリル繊維をアミノ変性シリコーン系油剤
に浸漬した後、１００℃、１０分間乾燥してシリコーン
系油剤の付着したアクリル系繊維を得た。

次いで、該アクリル系繊維を亜硫酸ガス２０％窒素８０
％の混合ガス中、２８０℃で１２０分間加熱硫化した。

得られた耐炎化繊維は、シリコーン系油剤の付着量約１
重量％で、かつ、硫黄含有量約８重量％で光沢性があり
収束性を有していた。

次に、上記耐炎化繊維をギロチンカッターで１ｍｍにカ
ットした耐炎化繊維、粉末フェノール樹脂、炭酸カルシ
ウム、銅粉を容積比で、１８：１５：６６：１の割合で
配合し、家庭用ミキサーを用いて、約１分間の撹拌混合
をした後、繊維の分散状態を目視で観察した。

この結果、繊維は塊状物を形成せず、粉体への分散性に
優れ、また嵩密度も高く均一な混合物であった。

次いで、得られた混合物を金型に入れ、２００℃、２０
０ｋｇ／ｃｍ２の条件下にホットプレスして成形し、２
５０℃オーブン中で５時間硬化反応させた後、得られた
成形品の表面を６００番のサンドペーパーで研磨した。

この成形品からサンプルを取り出し、曲げ強度と摩擦特
性を測定した。

その結果を第１表に示す。

一方、シリコーン系油剤の付着していない耐炎化繊維（
比較例１）は、収束性がなく、実施例１と同様にして各
種粉体と混合したところ、繊維間のからみが大きく塊状
物が発生し、分散性に劣る混合物であった。次いで、得
られた混合物を用いて実施例１と同様にして成形品を作
成し、曲げ強度と摩擦特性を測定した。その結果を、第
１表に示す。

第１表より本発明にかかる補強材は、摩擦材のマトリッ
クスである各種粉体への分散性に優れる結果、得られる
摩擦材の曲げ強度が大きい上に、高温での摩耗率が小さ
く耐摩耗性に非常に優れていることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる摩擦材用補強材は、耐熱性および耐摩耗
性に優れた硫黄含有アクリル系耐炎化繊維にシリコーン
系処理剤を付着させているので、摩擦材のマ）　ＩＪソ
ックス構成する各種粉体への分散性に優れ、その結果、
曲げ強度が高い上に、摩擦特性に優れた摩擦材が得られ
る。

また、本発明の補強材は、摩擦材のほか、ガスケット等
のシール材にも適用でき、アスベスト代替・材料として
その工業的意義は極めて大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硫黄含有アクリル系耐炎化繊維にシリコーン系処
理剤が付着されてなる摩擦材用補強材。