JPH0711016A

JPH0711016A - 摩擦材の製造法

Info

Publication number: JPH0711016A
Application number: JP15505493A
Authority: JP
Inventors: 秀次 ▲くわ▼島; Hideji Kuwashima; Toichi Sakata; 淘一坂田; Masaaki Yasuda; 雅昭安田; Akitsugu Tashiro; 了嗣田代; Yoshihiro Miya; 好宏宮
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】製造時の安全と環境の改善が可能で、機械特
性、摩擦特性等が優れた摩擦材の製造法を提供する。【構成】連続ヤーンをほぐし、その連続ヤーンに、水
系摩擦材用組成物を含浸させることを特徴とする摩擦材
の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の動力伝達、制
動等に用いられる摩擦材の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や産業用に用いられる摩擦材とし
ては、一般にブレーキライニング、ディスクパッド及び
クラッチフェーシングがある。これらは従来石綿（アス
ベスト）を基材として使用していたが、アスベスト公害
の問題から非アスベスト系摩擦材の開発が望まれてい
る。また、近年地球環境、作業環境、製造時の安全性等
から有機溶媒の使用が見直されて来ている。現在、アス
ベストの代替材としてガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポ
リアミド繊維、ロックウール、セラミック繊維、各種の
スチールファイバー等を使用した摩擦材が開発され、一
部で使用されている。しかし、これらの材料はアスベス
トに比べて高弾性で硬く耐熱性が低いために、種々の摩
擦調整剤を加えて改善を図っているが、摩擦調整剤を基
材に均一に付着させるために、ゴム、熱硬化性樹脂等の
結合剤を有機溶媒に溶解した溶液に摩擦調整剤を分散さ
せた摩擦材用組成物が用いられている。そして有機溶媒
として、近年は製造作業時の燃焼爆発を防止するために
ハロゲン系の溶媒が多く使用されている。しかし、ハロ
ゲン系の溶媒はオゾン層の破壊や地下水汚染等から規制
が施かれ、その使用が制限又は禁止されるようになり、
代替材料が要求されている。これに対処するために溶媒
として水を使用することが考えられるが、水だけでは摩
擦材用組成物を均一に基材に付着させることは難しく、
摩擦調整剤や結合剤の偏りが生じたり、使用材料に制限
を受けることなどから、高性能の摩擦材を得ることが難
しいという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アスベスト代替材を使
用し、製造時に有機溶媒を用いない摩擦材の製造法とし
ては、基材の繊維状物質としてファイバー状のものを用
いた抄造法又はモールド法によるものがある（特開昭６
１−６３７９７号公報、特開平３−２１０３３８号公報
等）。この方法は繊維状物質と摩擦材用組成物とを混合
して製造する方法（一種のモールド法）であるため、機
械強度の低下や品質のバラツキが生じ易い。その他、水
溶媒を用いた摩擦材の製造法としては、摩擦調整剤を基
材に付着し易いように基材を表面処理したもの（特開平
３−６１７３２号公報）等があるが、前記した問題を解
決するまでには至らない。本発明は上記したこれらの問
題を解消し、製造時の安全と環境の改善が可能で、機械
特性、摩擦性能等が優れた摩擦材の製造法を提供するも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続ヤーンを
ほぐし、その連続ヤーンに、水系摩擦材用組成物を含浸
させることを特徴とする摩擦材の製造法に関する。

【０００５】本発明における連続ヤーンとは、既に公知
の材料であり、直径数μｍ〜数十μｍのフィラメントが
集束剤で集束されたストランドが数十本まとめられたも
のをいう。この連続ヤーンに用いられるフィラメントの
材質は、例えば、銅、鉄等の金属質、ガラス、炭素等の
無機質、芳香族ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリ
アクリロニトリル等の有機質のものがあげられ、これら
の材質は単独で又は組み合わせて使用される。加工が容
易であり、また、安価であることからガラスを主材料と
したフィラメントが好ましい。

【０００６】連続ヤーンは、市販されているものを用い
られることができる。連続ヤーンをほぐす（開繊ともい
われる）とは、連続ヤーンをストランド単位にまで分解
する操作をいう。

【０００７】連続ヤーンをほぐす方法としては、特に制
限はないが、例えば連続ヤーンに圧縮空気を吹きつける
方法、連続ヤーンに振動を与える方法、連続ヤーンをロ
ールでしごく方法等がある。連続ヤーンをロールでしご
くことは、水系摩擦材用組成物中で行うことが好まし
い。すなわち図１に示すように、２本のほぐし（開繊）
用第１ロール４及びほぐし（開繊）用第２ロール５を水
系摩擦材用組成物槽８中に設置して連続ヤーン１をしご
いてやれば、連続ヤーン１がほぐれるとともに、水系摩
擦材用組成物３を連続ヤーンのほぐれたストランド間に
均一に含浸させる（開繊含浸）ことができるので好まし
い。このときの連続ヤーンの張力（１本あたり）は、
０．１〜２０kgf（０．１〜１９６Ｎ）とすることが好
ましく、１〜１０kgf（９．８〜９８Ｎ）とすることが
より好ましく、１．５〜５kgf（１４．７〜４９Ｎ）と
することが特に好ましい。張力が小さすぎても大きすぎ
てもほぐしが不充分となる傾向がある。なお、張力、塗
工速度を周期的に変化させることもほぐしに有効であ
る。さらに２本のロールを図１に示す方向に周期的に数
cm〜１０cm移動させればほぐされた連続ヤーンが水系摩
擦材用組成物をせん断するように移動し、ストランド間
への水系摩擦材用組成物の均一な含浸がさらに良好とな
る。なお、移動方向は図１において上下方向でもよく、
紙面と垂直方向でもよい。

【０００８】本発明における水系摩擦材用組成物は、水
を主成分とする溶媒を用いた摩擦材組成物である。溶媒
には有機溶媒が含まれていないことが好ましい。この水
系摩擦材用組成物には、特に制限はないが、（ａ）結合
剤、（ｂ）摩擦調整剤、（ｃ）分散剤及び（ｄ）水を含
んでなる水系摩擦材用組成物が好ましい。

【０００９】（ａ）結合剤としては、特に制限はない
が、水溶性若しくは水分散性の樹脂及び／又は水溶性若
しくは水分散性のゴムが好ましく、樹脂では熱硬化性樹
脂がより好ましく、ゴムではラテックスがより好まし
い。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、
メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ
イミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。この中でフ
ェノール樹脂（中でもレゾール型フェノール樹脂）及び
メラミン樹脂（中でもメチル化メラミン樹脂）が好まし
い。ラテックスとしては天然ゴム、クロロプレンゴム、
ニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、スチレンブタ
ジエンゴム等がある。これらゴムたるラテックスを使用
する場合は、通常、その重量の０．１〜０．４倍重量の
硫黄等の加硫剤が用いられる。

【００１０】耐熱性、機械特性、摩擦特性等の点から熱
硬化性樹脂とゴムとを組み合わせて使用することが好ま
しい。

【００１１】（ａ）結合剤の使用量は、水系摩擦材用組
成物の固形分の総量１００重量部に対して１５〜７０重
量部の範囲とすることが好ましい。（ａ）結合剤の使用
量が少なすぎても多すぎても基材と（ｂ）摩擦調整剤と
の結合が弱くなり、耐熱性、機械特性、摩擦特性等が劣
る傾向がある。

【００１２】（ｂ）摩擦調整剤としては、特に制限なく
公知のものを用いることができるが例えば、炭酸カルシ
ウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、クレー、タル
ク、黒鉛、カーボンブラック、アルミナ、マイカ、蛍
石、ジルコニア、ヘマタイト、マグネタイト、シリカ、
硫化アンチモン、硫化鉄、硫化モリブデン等の無機物の
粉末、鉄、鉛等の金属の粉末、カシューダスト、ゴムダ
スト、各種樹脂硬化物の粉末等の有機物の粉末などが使
用される。

【００１３】（ｂ）摩擦調整剤の使用量は水系摩擦材用
組成物の固形分の総量１００重量部に対して３０〜７０
重量部の範囲とすることが好ましい。（ｂ）摩擦調整剤
の量が多すぎると摩擦特性のバランスが悪くなる傾向が
あり、摩擦調整剤の量が少なすぎると摩擦特性のバラツ
キが大きくなる傾向がある。

【００１４】（ｃ）分散剤としては、例えば、メチルセ
ルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピ
ロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエ
ーテル、ポリビニルエチルエーテル等の水溶性高分子樹
脂が挙げられる。

【００１５】（ｃ）分散剤の使用量は、水系摩擦材用組
成物の固形分の総量１００重量部に対して０．１〜１０
重量部の範囲とすることが好ましい。（ｃ）分散剤の量
が多すぎると摩擦材の摩擦係数及び高温での機械強度が
低下する傾向があり、少なすぎると水系摩擦材用組成物
の安定性が低下し、ゴムの成分が凝集する傾向がある。

【００１６】（ｄ）水は溶媒として用いられるが、イオ
ン交換水を使用することが好ましい。（ｄ）水の使用量
は、水系摩擦材用組成物の固形分濃度が３０〜７０重量
％となるような量とすることが好ましい。（ｄ）の使用
量は、少なすぎても多すぎても生産性、作業性、摩擦特
性、機械強度等を低下させる傾向がある。

【００１７】本発明における、水系摩擦材用組成物に
は、上記（ａ）〜（ｄ）成分以外にも、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等
の可撓化剤、アニオン系又はノニオン系の界面活性剤、
密着性向上剤などの添加剤を含有させることができる。

【００１８】含浸させる方法としては、ドクターブレー
ド法、ロールコーター法、吹付法、定量ポンプによる押
出塗工法、浸漬含浸法等があるが、浸漬含浸法が好まし
く用いられる。

【００１９】摩擦材を得るには、例えば、次のような方
法による。まず、分散剤の水溶液に結合剤たる熱硬化性
樹脂、必要に応じて用いる界面活性剤及び必要に応じて
用いる可撓化剤を加え、よく撹拌して均一溶液とする。
次いで摩擦調整剤及び硫黄（結合剤たるゴムの加硫剤）
等を添加して均一な分散液を作製し、更に結合剤たるゴ
ムと固形分濃度調整用の水を加えて撹拌混合して水系摩
擦材用組成物を得る（固形分濃度は、２０〜７０重量％
の範囲が好ましい）。得られた水系摩擦材用組成物を、
連続ヤーンをほぐし、その連続ヤーンに含浸させ塗工し
て紐状の塗工物を得、この塗工物の水分を乾燥等により
除去した後、環状に巻き上げる等して予備成形品を得、
これを金型等に入れて熱圧成形を行い成形品を得、次い
でこの成形品を加熱条件下熱処理して硬化させる。

【００２０】連続ヤーンへの水系摩擦材用組成物の含浸
は、紐状の塗工物における重量比率の連続ヤーン／水系
摩擦材用組成物（固形分）が、３０／７０〜７０／３０
の範囲となるように行われれることが好ましい。この重
量比率が小さすぎると摩擦材の機械強度が低下する傾向
があり、大きすぎると摩擦特性が不安定になり摩耗が増
大すると共に摩擦の経日熱変化により機械強度が低下す
る傾向がある。なお、前記した重量比率の連続ヤーン／
水系摩擦材用組成物（固形分）において、水系摩擦材用
組成物（固形分）の重量は、得られる紐状の塗工物を乾
燥、硬化したものの単位長さ当りの重量Ａを測定し、こ
れから単位長さ当りの連続ヤーンの重量Ｂを差し引いた
値Ａ−Ｂとして確認することができる。この重量比率の
調整は、水系摩擦材用組成物の固形分濃度を増減するこ
と、含浸塗工の速度を増減すること等により容易に行う
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下実施例により本発明を説明する。実施例
１及び比較例１〜２に用いる各材料は次のものを使用し
た。連続ヤーンとしてガラスロービング（富士ファイバ
ーグラス製、ＦＥＲ２３１０、２．３ｇ／ｍ）を用い
た。摩擦調整剤として酸化亜鉛（和光純薬工業製、化学
用）２．１重量％、硫酸バリウム（堺化学製ＢＣ）４
２．１重量％、カーボンブラック（三菱カーボン製、＃
４４）６．３重量％、黒鉛（英国ＡＢＲＡＭＷＥＬＬ
製）３．２重量％、シリカ粉（龍森製、クリスタライ
ト）１０．５重量％、珪酸カルシウム短繊維（米国ＮＹ
ＣＯ社製、商品名ウォラストナイト）２１．１重量％、
カシュー変性フリクションダスト（カシュー製、ＷＤ−
１３５０）１４．７重量％をＶ型ブレンダーで均一に混
合したものを使用した。結合剤たる熱硬化性樹脂として
ノボラックフェノール樹脂（日立化成工業製、ＨＤ−４
９１、ヘキサミン７重量％含有）５０重量％及びメチル
化メラミン樹脂（日本カーバイド製、Ｓ−２６０）５０
重量％をＶ型ブレンダーで混合して均一にしたものを使
用した。結合剤たるゴムとしてＮＢＲラテックス（日本
ゼオン製、ＬＸ５１３、固形分４５重量％）を使用し
た。また、加硫剤として微粉硫黄（細井化学製）を使用
した。分散剤としてポリビニルアルコール（和光純薬工
業製、重合度１５００）の１０重量％水溶液を用いた。
可撓化剤としてエチレングリコール（和光純薬工業製、
化学用）を用いた。界面活性剤としてポリエチレングリ
コールノニルフェノール（花王化学製、エマルゲン９１
０）を用いた。溶媒としての水はイオン交換水を用い
た。なお、比較例２ではＮＢＲラテックスの代わりにＭ
ＥＫ（メチルエチルケトン）及びトリクレン（トリクロ
ロエチレン）の混合溶媒に１５重量％の濃度で溶解した
固形ゴム（日本ゼオン製、Ｎｉｐｏｏｌ１０４１）を
用いた。

【００２２】上記した材料を表１に示す配合となるよう
に次の順序で混合し、摩擦材用組成物を作製した。即
ち、実施例１と比較例１は、分散剤の水溶液に結合剤た
る樹脂、可撓化剤及び界面活性剤を添加し高速ミキサー
で撹拌混合し、均一な溶液とした。次いで加硫剤及び摩
擦調整剤を加えて撹拌し、均一に分散させた。その後撹
拌をプロペラ撹拌に替え、結合剤たるゴムを加えて撹拌
し、固形分濃度調整用の溶媒としての水を加えて撹拌し
て水系摩擦材用組成物（固形分濃度５０重量％）を得
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例１においては、図１に示した装置を
使用して連続ヤーン（１本）をほぐして、その連続ヤー
ンに、水系摩擦材用組成物を含浸させた（このとき、最
終的に得られる摩擦材における連続ヤーン（基材）Ａと
水系摩擦材用組成物（固形分）Ｂとの重量比Ａ／Ｂが５
０／５０となるように塗工速度を調整した）。すなわ
ち、連続ヤーン１はロール２を経由して水系摩擦材用組
成物３に入り、ほぐし（開繊）用第１ロール４及びほぐ
し（開繊）用第２ロール５でほぐされる（開繊される）
とともに水系摩擦材用組成物が含浸される。次いでロー
ル６を経て乾燥機に向かう。なお、ロール２とほぐし
（開繊）用第１ロール４との間及びほぐし（開繊）用第
１ロール４とほぐし（開繊）用第２ロール５の間の連続
ヤーンの張力（連続ヤーン１本当たり）は２〜３kgf
（１９．６〜２９．４Ｎ）となるようにし、また、ロー
ル４とロール５を図１に示した方向に１０cmの距離を１
往復／秒で移動させた。乾燥機においては１１０℃で１
５分間乾燥し、塗工紐を得た。一方、比較例１及び比較
例２においては図１のような装置を用いて連続ヤーンを
ほぐすことはせずに、単に連続ヤーンを水系摩擦材用組
成物に浸漬塗工し（前記Ａ／Ｂが５０／５０となるよう
に）、次いで比較例１では、１１０℃で１５分間乾燥
し、比較例２では１１０℃で１０分間乾燥して塗工紐を
得た。

【００２５】これら塗工紐から次のようにして円環状の
摩擦材を得た。塗工紐に対して３kgf／本（２９．４Ｎ
／本）の圧力をかけながら金型内で巻回してタブレット
状に成形し、次いでこれを円環状の金型内に入れ、温度
１００℃で圧力３０６kgf/cm²（３０ＭＰａ）で２分間
保持して外形２２５mm、内径１５０mm及び厚さ４mmの予
備成形体とし、次いで成形用金型内に入れ圧力１０２kg
f/cm²（１０ＭＰａ）で１７０℃で２０分間成形して成
形体を得、これを２４０℃で１０時間熱処理したのち
３．５mm厚さに研磨して摩擦材とした。

【００２６】実施例１及び比較例１〜２で得られた塗工
紐を別途１７０℃の乾燥機で３０分間乾燥し、残存する
揮発分を求めてこれを乾燥性として評価すると共に塗工
紐の外観を目視で観察した。また、実施例１及び比較例
１〜２で得られた塗工紐約１ｍを縦に裂き表面部と内部
の水系摩擦材用組成物の分布を目視で調べ評価した。円
環状の摩擦材から一部を切り出して試験片を作り、ＪＩ
Ｓ−Ｄ４４１１に定める定速度摩耗試験機に取り付けて
運転し、押し付け圧力４．９×１０⁵Ｐａ（５kgf/cm²）
で３５０℃における摩耗率（cm³/kgf・ｍ×１０^-7）を
測定した。また、円環状の摩擦材を回転破壊強度試験機
に取り付け、雰囲気温度２００℃で５分間２５００min
^-1（rpm）で回転し、次いで毎秒１００回転の速さで回
転数を上昇し、破壊時の回転数（rpm）を調べてバース
ト強度を求めた。これらの結果をまとめて表２に示し
た。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示されるように、実施例１は乾燥性
も良好で、また、塗工紐内の水系摩擦材用組成物が均一
に分散しており、バースト強度が高く、また、摩耗率も
低い。これに比べて、比較例１は均一に含浸されていな
いため成形品に白化部分が生じており、バースト強度が
低く、摩耗率も高い結果となっている。なお有機溶媒を
用いた比較例２は乾燥性は優れているものの、含浸が不
均一であり、成形品の外観、バースト強度、摩耗率が実
施例１に比べて劣っている。

【００２９】

【発明の効果】本発明の製造法によれば、安全性と環境
の改善が可能で、機械特性、摩擦特性等が優れた摩擦材
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における連続ヤーンをほぐす機構を備え
た装置の模式図。

【符号の説明】

１連続ヤーン２ロール３水系摩擦材用組成物４ほぐし（開繊）用第１ロール５ほぐし（開繊）用第２ロール６ロール７含浸された連続ヤーン８水系摩擦材用組成物槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田代了嗣茨城県日立市東町四丁目13番１号日立化成工業株式会社茨城研究所内 (72)発明者宮好宏茨城県日立市東町四丁目13番１号日立化成工業株式会社茨城研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続ヤーンをほぐし、その連続ヤーン
に、水系摩擦材用組成物を含浸させることを特徴とする
摩擦材の製造法。
【請求項２】水系摩擦材用組成物が、（ａ）結合剤、
（ｂ）摩擦調整剤、（ｃ）分散剤及び（ｄ）水を含んで
なる請求項１記載の摩擦材の製造法。