JPH04292685A - アスベスト非含有摩擦材料 - Google Patents

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】

【０００１】本発明は、セルロースエステルフィブリル
（フィブレッツとも称される）は、ブレーキパッド、ク
ラッチプレートや同様の品のような摩擦材料の成形のた
めに使用される。

【０００２】従来の摩擦材料のアスベストの代替が、健
康上の疑いとアスベストの人体への接触についての安全
のために望まれている。摩擦材料におけるアスベストの
代替のために種々の試みがなされ、その技術は３種のア
スベスト非含有タイプの配合に類別にされる。それらは
、（１）半金属性配合（ｓｅｍｉ−ｍｅｔａｌｌｉｃｆ
ｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ）、（２）有機アスベスト非含
有配合、および（３）冷間成形炭化水素配合（ｃｏｌｄ
　　ｍｏｌｄｉｎｇ　　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｆｏｒ
ｍｕｌａｔｉｏｎｓ）の３種である。そのような類別は
、米国特許Ｎｏ．３，８５６，１２０；４，１３７，２
１４；および４，１２５，４９６号のそれぞれに概ね開
示されている。上記のアスベスト非含有配合のさらなる
例は、米国特許Ｎｏ．４，２７８，５８４；４，２２６
，７５８；４，２２６，７５９；および４，２１９，４
５２号に示されている。

【０００３】摩擦材料配合からのアスベストの脱離は実
質的に工業上の問題を発生させる。従来の摩擦材料製造
工業では、典型的には摩擦材料の成分が混合され、周囲
温度でプリフォーム（またはグリーンモールド）に成形
され、その後、同時に加圧・加熱され硬化され、最後に
オーブンで硬化し摩擦材料製品を得る。アスベストに基
づいた配合は、プリフォーム段階で、加熱成形前の通常
のハンドリングと貯蔵に耐えるに十分な構造保持能（ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒａｌ　　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を有する
。 しかし、アスベスト非含有配合では、破損することなく
ハンドリングや貯蔵できるだけの構造保持能を有しない
。

【０００４】米国特許Ｎｏ．４，３７４，２１１および
４，８６６，１０７は、アスベスト非含有配合摩擦材料
プリフォームの構造保持能を向上させて上記の問題の解
決を図っている。米国特許Ｎｏ．４，３７４，２１１で
は、プリフォームの構造保持能はパルプファイバーの形
でアラミドポリマーの添加により向上されている。米国
特許Ｎｏ．４，８６６，１０７では、繊維化されたアク
リルポリマーファイバーの使用により同様の結果を得て
いる。

【０００５】本発明は、バインダー、強化材料、および
構造を保持できる量のセルロースエステルフィブリルを
含む、摩擦要素としての使用に適するアスベスト非含有
摩擦材料組成物に関する。

【０００６】セルロースエステルフィブリルをアスベス
ト非含有摩擦材料配合に添加することにより、その配合
によるプリフォームの構造保持能を増加させることが見
いだされた。さらに、湿ったセルロースエステルフィブ
リルの添加はアスベストまたはアスベスト非含有摩擦材
料配合の「ダスティング」を減少させることができる。 　　セルロースエステルフィブリルは公知である。例え
ば、米国特許Ｎｏ．３，８４２，００７；４，０４７，
８６２；および４，４６０，６４７号の総てが本出願の
一部として本出願において参照される。これらのセルロ
ースエステルフィブリルの製造方法もまた公知である。 例えば、米国特許Ｎｏ．３，９６１，００７；４，０４
７，８６２；４，１９２，８３８；および４，４６０，
６４７も本出願の一部として本出願において参照される
。

【０００７】セルロースエステルには、例えばセルロー
スフォルメート、セルロースブチレート、セルロースプ
ロピオネート、セルロースアセテートプロピオネート、
セルロースアセテート、セルローストリアセテート、セ
ルロースアセテートブチレート、ベンジルセルロース、
およびこれらの混合物が含まれる。セルロースアセテー
トが好ましく、以下においても詳細に述べられる。大き
な表面積を有するセルロースエステルフィブリル、５ｍ
２／ｇ以上の表面積のもの、１０００ミクロン以下の長
さ、約０．２から９０ミクロンの直径を有するものが注
目される。フィブリル材料の表面積は、本出願の一部と
して参照される、Ｎｅｌｓｏｎ，Ｆ．およびＥｇｇｅｒ
ｔｍｅｎｔ，Ｆ．Ｔ．，”Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
　　ｏｆＳｕｒｆａｃｅ　　Ａｒｅａ　　ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ　　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｂｙ　　ａ　　
Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　　Ｆｌｏｗ　　Ｍｅｔｈｏｄ”
，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏ
ｌ．３０，Ｎｏ．３，ｐｐ　　１３８７−１３９０，１
９５８，８月、に従って測定された。セルロースエステ
ルフィブリルは、好ましくは２０ｍ２／ｇの表面積、約
２０−２００ミクロンの長さ、約０．５−５ミクロンの
直径を有する。商標名”フィブレット（Ｆｉｂｒｅｔｓ
）”としてＨｏｅｃｈｓｔ　　Ｃｅｌａｎｅｓｅ　　Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ
，Ｎ．Ｃ．より市販されているセルロースエステルフィ
ブリルが商業的に利用できる。フィブレットは通常固形
分約１５％で供給され、以下に述べるアスベスト非含有
摩擦材料配合において、ウェットまたはドライで使用す
ることができる。

【０００８】湿ったセルロースエステルフィブリルが摩
擦材料のドライ配合、すなわちアスベスト非含有および
アスベスト含有配合、に加えられた時には、ダスティン
グを減少させることができる。アスベスト含有配合にお
いては、製造環境の大気を汚染するアスベストはより少
ないか、またはほとんどない。すべての摩擦材料の配合
において、ダスティングの減少は製造工程の清浄化を意
味する。

【０００９】以下においては、製造時のプリフォーム段
階における、種々のアスベスト非含有摩擦材料配合中の
セルロースエステルフィブリルの代表的な特性について
述べられる。以下は種々のアスベスト非含有摩擦材料配
合についての説明である。

【００１０】本発明にかかるアスベスト非含有摩擦材料
組成物は、一般にバインダー、強化材料、および構造保
持に寄与できるほどの量のセルロースエステルフィブリ
ルを含む。前記バインダーと強化材料は公知のものが使
用でき、代表的なアスベスト非含有摩擦材料組成物につ
いての参照として以下に示される。セルロースエステル
フィブリルの構造保持に寄与できる量とは、組成物の少
なくとも約０．５重量％以上の量である。その上限は、
３０重量％またはそれ以上である。この上限は経済的理
由または最終製品に要求される物理的特性の点から決定
される。約０．５重量％から約８重量％の範囲が好まし
い範囲である。

【００１１】有機アスベスト非含有配合においては、プ
リフォームが構造保持能を有するためには、最低限約３
重量％のセルロースエステルフィブリルが必要とされる
。３重量％を投入した時には、セルロースエステルフィ
ブリルを使用して作成されたプリフォームは許容される
構造保持能を有し、セルロースアセテートフィブリルを
含有するプリフォームはピーク強度において１．２ポン
ド、ケブラー（１．９ポンド）およびアクリリック（２
．４ポンド）ベースのプリフォームよりも弱いとはいえ
、ケブラーパルプ（ケブラーはデュポン社の登録商標で
ある）およびアクリリックパルプと同様の構造保持能を
有する。しかし、セルロースアセテートフィブリルの含
有量が３％から８％へ増大された時には、プリフォーム
強度は１．２ポンドから８．６ポンドに増加する。 一般に、湿ったセルロースアセテートフィブリル（例え
ばフィブレットは典型的には１５％固形分で提供される
）の使用は、２重量％でさえも、プリフォームの曲げ強
度をドライセルロースアセテートフィブリル、ドライケ
ブラーパルプ、およびドライアクリリックパルプの場合
以上に改良する。

【００１２】有機アスベスト非含有プリフォームの製造
に際してもダスティングが問題となる。湿ったセルロー
スアセテートフィブリルの使用は、２重量％の濃度レベ
ルの使用であってもダスティングを大きく減少させる。 ドライセルロースアセテートフィブリルの使用は、混合
時のダストコントロールについてはドライケブラーパル
プおよびアクリリックパルプと同様の効果を有するが、
セルロースアセテートフィブリル濃度が５重量％または
それ以上の場合にはダスティングが除去される。

【００１３】半金属性配合の場合には、ドライセルロー
スアセテートフィブリルの最低限約０．５重量％の添加
により、プリフォームが十分な構造保持能を有する。約
２重量％を添加した時に、セルロースエステルフィブリ
ルを含有するプリフォームはケブラーパルプおよびアク
リリックパルプを含むプリフォームと同様のプリフォー
ムを与える。しかし、セルロースアセテートフィブリル
プリフォームはケブラーパルプ（６．６ポンド）および
アクリリックパルプ（６．８ポンド）よりも大きなピー
ク強度を有する。さらに、セルロースアセテートフィブ
リルの含有量が３％から８％へ増大された時には、プリ
フォーム強度は１．２ポンドから４６．５ポンドに増加
する。ウェットまたはドライのセルロースアセテートフ
ィブリルのどちらも使用できるが、ウェットなセルロー
スアセテートフィブリルを使用した方が曲げ強度が大き
く改善される。

【００１４】ドライセルロースアセテートフィブリルが
半金属性配合に使用された時には、ダスティングが大幅
に減少されるが、濃度の５重量％から８重量％への増大
によってはダスティングは除去されない。ウェットセル
ロースアセテートフィブリルは、２重量％の濃度でダス
ティングの問題を除去できる。

【００１５】アスベスト非含有タイプの摩擦材料につい
て３種の一般的なカテゴリーが従来知られている。それ
らは、半金属性材料、有機アスベスト非含有材料、およ
び冷間成形炭化水素材料である。

【００１６】半金属性システムは、典型的にはフェノー
ル樹脂、グラファイトおよび炭素粒子のような炭素質粒
子、スチール、セラミック、および炭素ファイバーのよ
うなアスベスト非含有ファイバー、酸化マグネシウム、
ジルコン、ムライト、およびアルミニウム粉末のような
セラミック粉末、鉄、銅、真ちゅう、およびステンレス
鋼のような金属粉末、およびエラストマーおよび無機摩
耗性フィラーのような他の改質材を含む。

【００１７】半金属性システムは典型的には上記の成分
を以下のような量で含む。

【００１８】 成分　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　重量％フェノール樹脂　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　４−１３グラファイ
トまたは炭素粒子　　　　　　　　　　１５−４０ファ
イバー（１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　０−２５セラミック粉末（２）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　２−１０金属粉末（３）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１５−４０他の
改質材（４）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　０−２０（１）スチール、セラミックまたは炭素
ファイバー（２）酸化マグネシウム、ジルコン、ムライ
ト、アルミナ （３）鉄、銅、真ちゅう、ステンレス鋼（４）エラスト
マー、無機摩耗性フィラー摩擦材料の製造において、半
金属性摩擦材料の成分は混合され、均一な混合物を形成
する。該混合物はプレスされプリフォームにされる。プ
リフォームは第二のプレスに供され、同時に加圧・加熱
され、樹脂を溶融し、他の構成要素を保持して連続的な
マトリックスを形成する部分全体に流れる。ライニング
パッドは硬化オーブンに移され、３００−６００°Ｆの
温度で硬化され、樹脂はさらに硬化させられる。

【００１９】有機アスベスト非含有システムは典型的に
は、熱可塑性樹脂、カシュー粒、非アスベストファイバ
ー、２０重量％以上のモース硬度が２から５の間で化学
的または物理的性質の変化を伴うことなく約４２５℃以
上の温度に供することができる無機質粉末を含む。その
ような組成物は米国特許Ｎｏ．４，１３７，２１４によ
り詳細に開示され、上記特許は本出願の一部として参照
される。有機アスベスト非含有システムは典型的には上
記成分を以下の量で含む。

【００２０】 成分　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　重量％熱可塑性樹脂　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１０−３０カシューナッツ粒　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５−２５非ア
スベストファイバー　　　　　　　　　　　　　　５−
１５無機質成分　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２０−６０他のいわゆる有機アスベスト非
含有摩擦材料は米国としてＮｏ．４，２７８，５８４に
開示されている。この特許は以下の一般的な配合を開示
している。

【００２１】 　　　　　　　　　　　　　　成分　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重量％　　フ
ェノールーホルムアルデヒド樹脂　　　　　　　　　　
　　６−１２　　炭素繊維　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０−４
０　　スチール繊維　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　３０−６０　　無機およ
び／または有機繊維　　　　　　　　　　　　　　　　
１０−２０摩擦材料は典型的には有機アスベスト非含有
混合物を型内に置き、１２００ｐｓｉに加圧して１０秒
間の滞留時間でプリフォームを作成し、その後３００°
Ｆで、４０００ｐｓｉで、１５分間に加熱し、最後の１
分と２．５分にガス抜きをすることにより製造される。 硬化されたプリフォームはトリミングされ、過剰の材料
を除去し、膨張を防ぐためにフォーミングコンテナー中
で束縛を与えながら８時間、後硬化される。温度は１．
５時間で４００°Ｆまで直線的に昇温され、その後はそ
の温度で保持される。

【００２２】アスベスト非含有の冷間成形炭化水素摩擦
材料には、少なくとも２つのシステムがある。第一のシ
ステムは、非アスベスト無機繊維、セルロース繊維、任
意に炭素および／またはグラファイト粒子、および下式
の水酸基末端ブタジエンコポリマーを含む熱硬化性有機
バインダーを含む。

【００２３】

【００２４】ＸはフェニルまたはＣＮ、ａは０．０５か
ら０．９５であり、ｂは０．００５から０．５であり、
ｎは約１０から１４０の間の整数である。

【００２５】バインダーは約０．１から約５％の過酸化
物触媒により硬化される。

【００２６】第二のアスベスト非含有冷間成形炭化水素
摩擦材料の製造システムは、金属材料とグラファイト粒
子を含み、それらはともに下式の熱硬化性水酸化ブタジ
エンコポリマーと結合している。

【００２７】

【００２８】ＸはフェニルまたはＣＮ、ａは０．５から
０．９５であり、ｂは０．００５から０．５であり、ｎ
は約１０から１４０の間の整数である。

【００２９】バインダーは約０．０２から約１２．５％
の過酸化物触媒により硬化される。

【００３０】上記の２つの組成物は米国特許Ｎｏ．４，
１２５，４９６により詳細に開示されており、この特許
は本出願の一部として参照される。

【００３１】上記のシステムは典型的には上記の成分を
以下の量で含む。

【００３２】 　　　　　　　　第一のシステムの成分　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　重量％　　　　　
　　　　　無機繊維　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　２０−７０　　　　
　　　　　　セルロース繊維　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　５−２５　　　　　
　　　　　コークス粒子　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　０−１５　　　　　
　　　　　グラファイト粒子　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　０−１０　　　　　　　
　　　カーボンブラック　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　０−１５　　　　　　　　　
　熱硬化性有機バインダー　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１０−６０　　　　　　　　第二のシステム
の成分　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　重量％　　　　　　　　　　金属材料（１）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１５
−７５　　　　　　　　　　グラファイト粒子　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５−２
０　　　　　　　　　　熱硬化性有機バインダー　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　２−５０（１）金
属繊維、金属粉末混合物 摩擦材料の製造に際して、冷間成形炭化水素配合は典型
的には均一に混合され、２０００から５０００ｐｓｉの
オーダーの圧力下で冷間成形され、プリフォームに成形
される。

【００３３】プリフォームの硬化は約３５０から６００
°Ｆで数時間加熱することによりなされる。

【００３４】実施例 以下の実施例において、それぞれの成分はリトルフォー
ドミキサーで１５分ドライブレンドされ、すべての成分
が完全に混合された。それぞれの配合物は、液圧プレス
により、４０００ｐｓｉの圧力下で４秒間、周囲温度で
成形されディスクブレーキパッドの形に成形された。

【００３５】最後にプリフォーム化された摩擦材料配合
の曲げ強度が測定された。曲げ強度の測定はＡＳＴＭ−
Ｄ−７９０−８０を改良した３点荷重システムにより行
われた。使用された装置は、ＴＥＳＴＷＯＲＫＳ　　Ｐ
ｒｏｇｒａｍ　　１３５を備えたＳｉｎｔｅｃｈ　　Ｍ
ｏｄｅｌ　　２０　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　　Ｓ
ｙｓｔｅｍｓ　　ｆｏｒ　　Ｍａｔｅｒｉａｌ　　Ｔｅ
ｓｔｉｎｇである。 ローディングノーズとサポートは、ノーズの直下におけ
る応力集中による同一化（ｉｄｅｎｔａｔｉｏｎ）また
は失敗を避けるために、直径１インチの円筒形状表面と
された。手順は以下の通りである。測定されるそれぞれ
の試料の幅と厚さが０．０１インチまで精密に測定され
、サポートスパンは一定値の２．５インチにされ、クロ
スヘッド速度は毎分０．２０インチにされ、ローディン
グノーズとサポートは円筒形状表面が平行になりローデ
ィングノーズがサポートの中間になるように配置され、
その後荷重が所定の速度で試料に加えられ、たわみデー
タがクロスヘッドの位置変化との関係において記録され
る。最終的な位置は試料が破壊した時の位置である。

【００３６】各数値は以下の式により計算された。

【００３７】曲げ強度（破壊点における最大応力）Ｓ＝
３ＰＬ／２ｂｄ２ Ｓは中間スパンにおける外側層の応力（ｐｓｉ）Ｐはピ
ーク荷重（ｌｂｆ） Ｌはサポートスパン（インチ） ｂはプリフォームの幅（インチ） ｄはプリフォームの厚さ（インチ） 曲げ弾性率（曲げ弾性のタンジェント弾性率）ＥＢ＝Ｌ
３ｍ／４ｂｄ３ ＥＢは曲げ弾性の弾性率（ｐｓｉ） Ｌはサポートスパン（インチ） ｂはプリフォームの幅（インチ） ｄはプリフォームの厚さ（インチ） ｍは荷重ー変位曲線の初期の直線部分のタンジェント傾
斜（ｌｂｆ／変位インチ） ミッドスパンにおける外側層の最大歪みｒ＝６Ｄｄ／Ｌ
２ ｒは外側層の最大歪み（インチ／インチ）Ｄはプリフォ
ーム中心での最大変位（インチ）Ｌはサポートスパン（
インチ） ｄはプリフォームの厚さ（インチ） 以下の表は本発明に関する実験結果を示す。

【００３８】表１には、非金属、非アスベストの摩擦材
料の配合（すなわち、有機アスベスト非含有配合）につ
いて、加工補助材のない場合（配合Ｎｏ．（ｔｆｎ）１
）；セルロースアセテートフィブレットの量を変えた場
合（ｔｆｎ’ｓ　　２−６，１９Ａ，１９Ｂ，２０，２
１，２１Ａ）、およびケブラーパルプの量を変えた場合
（ｔｆｎ７ｓ　　７，７Ａ）またはアクリリック繊維の
量を変えた場合（ｔｆｎ’ｓ　　８，８Ａ）の配合が示
される。

【００３９】表２には、半金属性、アスベスト非含有摩
擦材料の配合について、加工補助材のない場合（ｔｆｎ
’ｓ　　９）、セルロースアセテートフィブレットの量
を変えた場合（ｔｆｎ’ｓ　　１２−１６，２２，２２
Ａ）、ケブラーパルプの量を変えた場合（ｔｆｎ　　１
０）、アクリリック繊維の量を変えた場合（ｔｆｎ　　
１１）の配合が示される。

【００４０】表３には、表１に示された配合の試験結果
とプリフォームの観察結果が示される。

【００４１】表４には、表２に示された配合の試験結果
とプリフォームの観察結果が示される。

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　バインダー、強化材料、および構造を
   保持できる量のセルロースエステルフィブリルを含む、
   摩擦要素としての使用に適するアスベスト非含有摩擦材
   料組成物。
2. 【請求項２】　　前記のセルロースエステルフィブリル
   の構造を保持できる量が組成物の約０．５重量％以上で
   ある、請求項１記載の組成物。
3. 【請求項３】　　前記のセルロースエステルフィブリル
   の構造を保持できる量が組成物の約０．５重量％から約
   ８．０重量％である、請求項１記載の組成物。
4. 【請求項４】　　前記セルロースエステルフィブリルが
   、セルロースフォルメート、セルロースブチレート、セ
   ルロースプロピオネート、セルロースアセテートプロピ
   オネート、セルロースアセテート、セルローストリアセ
   テート、セルロースアセテートブチレート、ベンジルセ
   ルロース、およびこれらの混合物からなる群より選ばれ
   る請求項１記載の組成物。
5. 【請求項５】　　前記セルロースエステルフィブリルが
   、セルロースアセテートフィブリルである請求項１記載
   の組成物。
6. 【請求項６】　　前記セルロースエステルが約５．０ｍ
   ２／ｇ以上の表面積を有するセルロースエステルフィブ
   リル材料を含む、請求項１記載の組成物。
7. 【請求項７】　　組成物が半金属性配合、有機アスベス
   ト非含有配合、および冷間成形炭化水素配合からなる群
   より選ばれる請求項１記載の組成物。
8. 【請求項８】　　前記半金属性配合が、少なくとも約０
   ．５重量％の、構造を保持できる量のセルロースエステ
   ルフィブリルを含む請求項７記載の組成物。
9. 【請求項９】　　前記有機アスベスト非含有配合が、少
   なくとも約３．０重量％の、構造を保持できる量のセル
   ロースエステルフィブリルを含む請求項７記載の組成物
   。