JPH07190115A

JPH07190115A - 摩擦材用バインダー組成物

Info

Publication number: JPH07190115A
Application number: JP33421893A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Kakegawa; 宏弥掛川; Tokugen Shiyuu; 徳元周; Yoshio O; 祥生王
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の設備においても容易に製造でき、しかも
高温作動時における耐フェード性、耐摩耗性などに優れ
た摩擦材用のバインダーを提供することにある。【構成】１．ピッチと有機金属化合物とからなることを
特徴とする摩擦材用バインダー組成物。２．ピッチが、芳香族炭化水素を原料とする合成ピッチ
である上記項１に記載の摩擦材用バインダー組成物。３．有機金属化合物が有機ケイ素オリゴマーあるいはポ
リマーである上記項１に記載の摩擦材用バインダー組成
物。４．ピッチ５０〜９９質量％と有機金属化合物５０〜１
質量％とからなる上記項１に記載の摩擦材用バインダー
組成物。５．ピッチ６０〜９５質量％と有機金属化合物４０〜５
質量％とからなる上記項４に記載の摩擦材用バインダー
組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦材用バインダー組
成物に関する。本発明によるバインダー組成物を自動車
などの各種車両用のブレーキ、クラッチなどにおける摩
擦材の製造に使用する場合には、摩擦材の耐フェード
性、耐摩耗性などを大幅に改善することができる。

【０００２】

【従来技術とその問題点】近年、エンジンの出力が高く
なり、また同時に車体重量の軽量化に対する要求も強く
なりつつあることなどの理由で、自動車などの車両類に
おけるブレーキ、クラッチなどの高性能化および小型化
が強く求められている。

【０００３】一方、高温作動時に摩擦係数が低下するフ
ェード現象および摩擦係数が急激に変動するジャダー現
象などは、これらの車両用部品において解消ないし軽減
が求められている長年の技術課題である。J.M.Herring
Jr. （SAE Paper,670146(1967 ））、井上らの研究報告
（トライボロジスト，第３７巻第６号（１９９２）４
９３頁）には、フェード現象の直接の原因物質として、
これらの部品においてバインダー或いは摩擦調整材とし
て用いられている熱硬化性樹脂硬化体の熱分解生成物で
あるガス、タール状物質などが挙げられている。

【０００４】従来から、この様なガス、タール状物質な
どの発生を抑制する目的で、１）摩擦材組成物中にター
ルピッチを添加する（特開昭６０−２２８５８７号公
報）、２）摩擦材組成物中の繊維成分をピッチで被覆す
る（特開平５−１５６２３６号公報）などの手法が提案
されている。これの手法は、ピッチの高い炭素化収率
（分解生成物の低い発生率）を利用するものである。ま
た、本来熱可塑性であるピッチに熱硬化性を与え、摩擦
材のバインダーとして用いる例として、３）メソフェー
ズピッチに硫黄および／または芳香族ニトロ化合物を添
加したバインダーを用いる方法（特開平５−１１７６３
４号公報）、シアン酸エステル樹脂と多環芳香族ピッチ
とからなるバインダーを用いる方法（特開平５−２１５
１６４号公報）なども提案されている。

【０００５】しかしながら、上記１）、２）の様に熱可
塑性のピッチを摩擦材へ添加する場合には、熱分解生成
物の発生が促進されるという問題点がある。また、３）
の方法では、硫黄および／または芳香族ニトロ化合物の
反応性が低いので、硬化速度が遅いばかりでなく、硬化
時に硫化水素などの有害ガスが発生するという難点があ
る。さらに、４）の方法では、分解生成物の発生は抑制
できるものの、製造に３００〜５００℃という高温を要
するばかりでなく、フィブリル化することによって他の
構成成分との混合を容易にする有機補強繊維、例えばア
ラミド繊維などが使用できないという欠点を有してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
従来の設備においても容易に製造でき、しかも高温作動
時における耐フェード性、耐摩耗性などに優れた摩擦材
用のバインダーを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
従来技術の問題点に留意しつつ、種々研究を重ねた結
果、石油系、石炭系ピッチ或いはナフタレンなどの芳香
族炭化水素を原料とする合成ピッチに有機金属化合物、
特に少なくともＳｉ−Ｓｉ結合を有する有機珪素化合物
を混合しておく場合には、本来熱可塑性であり、高い炭
素化収率（低いガス，タールの発生率）を有するピッチ
を熱硬化性に変えることができること、また、この様な
ピッチをバインダーとして使用する場合には、耐フェー
ド性、耐摩耗性などに優れた摩擦材摩擦材を得ることが
できることを見出し、本発明を完成するにいたった。

【０００８】即ち、本発明は、下記の摩擦材用のバイン
ダーを提供するものである；１．ピッチと有機金属化合物とからなることを特徴とす
る摩擦材用バインダー組成物。

【０００９】２．ピッチが、芳香族炭化水素を原料とす
る合成ピッチである上記項１に記載の摩擦材用バインダ
ー組成物。

【００１０】３．有機金属化合物が有機ケイ素オリゴマ
ーあるいはポリマーである上記項１に記載の摩擦材用バ
インダー組成物。

【００１１】４．ピッチ５０〜９９質量％と有機金属化
合物５０〜１質量％とからなる上記項１に記載の摩擦材
用バインダー組成物。

【００１２】５．ピッチ６０〜９５質量％と有機金属化
合物４０〜５質量％とからなる上記項４に記載の摩擦材
用バインダー組成物。

【００１３】以下に本発明の構成成分について、詳細に
説明する。

【００１４】（１）ピッチ石油系ピッチ、石炭系ピッチおよびナフタレン、アセナ
フチレンなどの芳香族炭化水素を原料とする合成ピッ
チ、これらピッチの改質品などのいずれも使用でき、ま
た、等方性および異方性のいずれをも使用できる。

【００１５】ピッチの性状としては、軟化点（Ｒ＆Ｂ
法）４０〜３５０℃程度、より好ましくは６０〜１５０
℃程度で、炭素化収率４０質量％以上のものが好適であ
る。この様なピッチは、有機ケイ素化合物との共存状態
下に２５０〜３５０℃程度の温度で有機ケイ素化合物と
反応して、硬化する。

【００１６】なお、ピッチには、熱硬化性樹脂を配合し
ておいても良い。この様な熱硬化性樹脂としては、ノボ
ラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、
フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ビスマレイミ
ド樹脂、コプナ樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化
性樹脂の配合量は、ピッチ質量の２０％程度を上限とす
る。

【００１７】（２）有機金属化合物本発明では、有機金属化合物としては、有機ケイ素化合
物、有機硼素化合物などを使用することができる。これ
らの有機金属化合物の中では、昇華乃至蒸発温度よりも
ラジカル発生（分解）温度の低い有機ケイ素化合物がよ
り好ましい。有機ケイ素化合物としては、下記の様な構
造を有するものが例示される。

【００１８】式（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）_nで示されるポ
リシロキサン式（−ＳｉＲ₂−Ｃ・Ｒ₂−）_nで示されるポリカルボ
シラン式（−Ｓi Ｒ₂−ＳｉＲ₂−）_nで示されるポリシラン（但し、上記の式において、Ｒは、同一または相異なっ
て、フェニル基、メチル基、ネットワークフェニル基、
エチル基、水素原子などである。また、ｎは、通常３〜
２０程度、より好ましくは５〜１５程度である。）有機ケイ素化合物としては、より具体的に、ジメチルポ
リシラン、ジエチルポリシラン、フェニルエチルポリシ
ラン、フェニルメチルポリシラン、ジフェニルポリシラ
ン、ネットワークフェニルポリシラン、ポリボロシロキ
サンなどが例示され、フェニルエチルポリシラン、フェ
ニルメチルポリシラン、ジフェニルポリシラン、ネット
ワークフェニルポリシランなどのフェニル基を有するも
のがより好ましい。

【００１９】（３）ピッチと有機金属化合物との配合割
合ピッチ（熱硬化性樹脂を配合する場合には、これをもピ
ッチの一部として扱う）と有機金属化合物との配合割合
は、前者９９〜５０質量％に対し後者１〜５０質量％程
度、より好ましくは前者９５〜７５質量％に対し後者５
〜２５質量％程度とする。

【００２０】（４）ピッチと有機金属素化合物との混合
方法両者の混合は、ピッチを加熱溶融した後、有機金属化合
物を混合する方法、両者の粉末を混合する方法、溶媒中
で両者を混合する方法などにより行なうことができる。

【００２１】（５）摩擦材製造用材料ブレーキ、クラッチなどにおける摩擦材を製造するため
には、上記のバインダー組成物、公知の摩擦調整材、補
強繊維などの原料を配合し、常法に従って成形し、熱処
理する。

【００２２】バインダー組成物の使用量は、原料配合物
中の５〜２５質量％程度とする。

【００２３】摩擦調整材としては、銅、黄銅、青銅、
鉄、ステンレス鋼などの金属の粉および粒、黒鉛、Ｂａ
ＳＯ₄、ＣａＣＯ₃、ＭｇＣＯ₃、シリカ、アルミナ、
マグネシア、酸化クロム、ウォラストナイト、珪藻土、
ドロマイト、硫化モリブデン、フッ素カルシウムなどの
無機物質の粉および粒、カシューダスト、ラバーダスト
などの有機物質の粉および粒などを用いることができ
る。また、熱可塑性樹脂硬化物、有機ケイ素化合物を含
む熱硬化性樹脂を２００〜４００℃程度で硬化させたも
の、有機ケイ素化合物を含むピッチの硬化物、カシュー
樹脂に有機ケイ素化合物を添加し、硬化させたものもの
なども使用できる。これらは、摩擦材に要求される性能
に応じて、単独でもしくは２種以上を混合して使用す
る。摩擦調整材の粒径は、特に限定されるものではな
く、摩擦材に要求される特性などに応じて適宜定めるこ
とができる。例えば、金属を使用する場合には、１０μ
ｍ〜５ｍｍ程度、無機物質を使用する場合には、１μｍ
〜１ｍｍ程度、有機物質を使用する場合には、１μｍ〜
１ｍｍ程度の粒径範囲から選択すれば良い。

【００２４】摩擦調整材として金属粉および／または粒
を使用する場合には、金属の種類などにもよるが、添加
量は、摩擦材原料中の５〜８０質量％程度とすることが
好ましく、１０〜５０質量％程度とすることが特に好ま
しい。

【００２５】摩擦調整材として黒鉛を使用する場合に
は、添加量は、摩擦材原料中の０．５〜３０質量％程度
とすることが好ましく、３〜２０質量％程度とすること
が特に好ましい。

【００２６】摩擦調整材としてカシューダスト、ラバー
ダストなどの有機物質を使用する場合には、添加量は、
摩擦材原料中の１〜３０質量％程度とすることが好まし
く、３〜１０質量％程度とすることが特に好ましい。添
加量が１質量％未満である場合には、摩擦係数が安定し
にくいのに対し、３０質量％を上回る場合には、摩耗量
が大きくなり過ぎる。

【００２７】摩擦調整材としては、本発明によるバイン
ダー組成物を予め硬化させたものを使用することもでき
る。このような硬化体からなる摩擦調整材は、ピッチ９
９〜５０質量％（より好ましくは９０〜６０質量％）と
有機金属化合物１〜５０質量％（より好ましくは１０〜
４０質量％）とからなる組成物を２００〜４５０℃程度
（より好ましくは２５０〜４００℃程度）で硬化させた
後、２５０〜４５０℃程度で６〜３０時間程度後硬化
（ポストキュアー）させることにより得られる。硬化体
は、粉砕し、１μｍ〜１ｍｍ程度に整粒して使用するこ
とが好ましい。摩擦調整材としてこのような硬化体は、
通常使用されているフェノール樹脂硬化物、カシュー樹
脂硬化物などよりも、ガス、タールなどの発生率が低下
させ、耐フェード性を向上させる。

【００２８】或いは、通常のフェノール樹脂或いはカシ
ュー樹脂に有機金属化合物を添加した後、硬化させ、こ
れを摩擦調整材として使用することもできる。このよう
な硬化体からなる摩擦調整材は、フェノール樹脂或いは
カシュー樹脂９９〜８０質量％（より好ましくは９８〜
８５質量％）と有機金属化合物１〜２０質量％（より好
ましくは２〜１５質量％）とからなる組成物を１３０〜
３００℃程度（より好ましくは１５０〜２５０℃程度）
で硬化させた後、２００〜３５０℃程度（より好ましく
は２２０〜３００℃程度）で６〜３０時間程度後硬化
（ポストキュアー）させることにより得られる。この硬
化体も、粉砕し、１μｍ〜１ｍｍ程度に整粒して使用す
ることが好ましい。

【００２９】摩擦調整材としては、さらに、摩擦材の摩
擦係数を高め且つ強度を高めるために、銅、黄銅、鉄、
ステンレス鋼などの金属の繊維体、炭素繊維、ロックウ
ール、アスベスト、セラミックス繊維、ガラス繊維など
の無機繊維、アラミド繊維などを併用することができ
る。これらの繊維類は、摩擦材の補強材料としての機能
をも発揮する。

【００３０】摩擦材原料の混合方法は、特に限定され
ず、乾式混合方法、原料を造粒した後、湿式混合する方
法、抄紙方法などが採用できる。

【００３１】（６）摩擦材原料の成形および硬化原料混合物は、特に限定されるものではないが、例え
ば、ホットプレスを使用して、温度１５０〜４００℃程
度、好ましくは１８０〜３００℃程度で、成形圧１０〜
５０Ｍｐａ程度で、１〜１０分程度の条件下に行なう。
成形の過程では、適宜ガス抜きを行なうために、型締め
−開放を２〜６回程度繰り返すことが好ましい。また、
成形前に高周波、マイクロ波などによる予熱を行なうこ
とも好ましい。

【００３２】成形後、後硬化（ポストキュアー）として
空気中２００〜４５０℃程度で６〜３０時間程度の熱処
理を行なう。また、従来から行なわれている５００〜６
００℃以上でのスコーチ処理などの高温での熱処理も、
勿論有効である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、本来熱可塑性であり、
高い炭素化収率（低いガス、タールの発生率）を有する
ピッチに有機金属化合物を配合することにより、これを
熱硬化性に変え、かつ架橋によりさらに高い炭素化収率
を実現したバインダーが得られる。このバインダーを用
いて得られた摩擦材においては、ピッチ中の有機金属化
合物は、制動時の摩擦熱でポリラジカルを発生し、本来
ならば揮発する成分を架橋によって高分子化するととも
に、Ｓｉ−Ｃ結合が導入されることにより、摩擦材のフ
ェード性が向上するのみならず、耐熱性および耐摩耗性
も、大幅に改善される。

【００３４】

【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。

【００３５】なお、実施例および比較例（但し、比較例
３および実施例８を除く）における測定は、以下の様に
して行なった。

【００３６】ＴＧ−ＤＴＡ測定条件：（株）島津製作所
製「ＴＧＡ５０」を用いて、試料１０ｍｇを白金製試料
皿に精秤し、５０ｍｌ／分の窒素気流中１０℃／分の昇
温速度で常温から８００℃まで昇温させ、その間の質量
減少（％）を測定した。

【００３７】ＴＭＡによる針入度測定条件：セイコー電
子工業（株）製「ＴＭＡ３０」を用いて、約５ｍｍ角に
切りだした試料塊を熱処理温度より５０℃高い温度に１
０分間保持した後、直径０．５ｍｍ×長さ１ｍｍの石英
製の針を５ｇの荷重で押しつけ、針入の有無を確認し
た。

【００３８】比較例１市販のコールタール系ピッチ（大阪ガス（株）製、軟化
点＝８４．２℃、ＱＩ＝５．４％、ＢＩ＝２２．７％）
を空気中３００℃で３時間熱処理した後、揮発分測定
（ＴＧ−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭＡ
による針入度）を行なった。

【００３９】その結果を比較例２〜３および実施例１〜
８の結果とともに表１に示す。

【００４０】比較例２比較例１と同様の市販のピッチを空気中３５０℃で３時
間熱処理した後、揮発分測定（ＴＧ−ＤＴＡ）熱硬化性
の有無の判定（ＴＭＡによる針入度）を行なった。

【００４１】比較例３比較例１と同様の市販のピッチを空気中２４０℃で１２
時間熱処理した後、５０ｍｌ／分の窒素気流中揮発分測
定（ＴＧ−ＤＴＡ）を行なった。

【００４２】実施例１比較例１と同様のピッチ１００質量部にジメチルポリシ
ラン（日本ソーダ（株）製、ＴＨＦ不溶、熱分解温度２
９６℃）１０質量部を加え、十分に混合し、空気中３０
０℃で３時間熱処理した後、揮発分測定（ＴＧ−ＤＴ
Ａ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭＡによる針入
度）を行なった。

【００４３】実施例２比較例１と同様のピッチ１００質量部にメチルフェニル
ポリシラン（日本ソーダ（株）製、数平均分子量７６
０、熱分解温度３９２℃）１０質量部を加え、十分に混
合し、空気中３００℃で３時間熱処理した後、揮発分測
定（ＴＧ−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭ
Ａによる針入度）を行なった。

【００４４】実施例３比較例１と同様のピッチ１００質量部にジフェニルポリ
シラン（大阪ガス（株）製、数平均分子量３７０、熱分
解温度３７３℃）１０質量部を加え、十分に混合し、空
気中３００℃で３時間熱処理した後、揮発分測定（ＴＧ
−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭＡによる
針入度）を行なった。

【００４５】実施例４比較例１と同様のピッチ１００質量部にジメチルポリシ
ラン（日本ソーダ（株）製、ＴＨＦ不溶、熱分解温度２
９６℃）１０質量部を加え、十分に混合し、空気中３５
０℃で３時間熱処理した後、揮発分測定（ＴＧ−ＤＴ
Ａ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭＡによる針入
度）を行なった。

【００４６】実施例５比較例１と同様のピッチ１００質量部にメチルフェニル
ポリシラン（日本ソーダ（株）製、数平均分子量７６
０、熱分解温度３９２℃）１０質量部を加え、十分に混
合し、空気中３５０℃で３時間熱処理した後、揮発分測
定（ＴＧ−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭ
Ａによる針入度）を行なった。

【００４７】実施例６比較例１と同様のピッチ１００質量部にジフェニルポリ
シラン（大阪ガス（株）製、数平均分子量３７０、熱分
解温度３７３℃）１０質量部を加え、十分に混合し、空
気中３５０℃で３時間熱処理した後、揮発分測定（ＴＧ
−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定（ＴＭＡによる
針入度）を行なった。

【００４８】実施例７比較例１と同様のピッチ１００質量部にネットワークフ
ェニルポリシラン（大阪ガス（株）製、数平均分子量２
７００、熱分解温度３５６℃）１０質量部を加え、十分
に混合し、空気中３５０℃で３時間熱処理した後、揮発
分測定（ＴＧ−ＤＴＡ）および熱硬化性の有無の判定
（ＴＭＡによる針入度）を行なった。

【００４９】実施例８比較例１と同様のピッチ１００質量部にジフェニルポリ
シラン（大阪ガス（株）製、数平均分子量３７０、熱分
解温度３７３℃）１０質量部を加え、十分に混合し、空
気中２４０℃で３時間熱処理した後、５０ｍｌ／分の窒
素気流中揮発分測定（ＴＧ−ＤＴＡ）を行なった。

【００５０】

【表１】

【００５１】注；熱硬化性の判定において、“○”とあ
るのは、針入度±０および＋（“＋”は、試料の膨張と
ともに針が上昇したことを表わす）を示し、“−”とあ
るのは、針入度−（“−”は、針が針入したことを表わ
す）を示す。比較例３および実施例８については、測定
しなかった。

【００５２】表１に示す結果から、本発明によれば、Ｓ
ｉ−Ｃ結合の導入により、ピッチの揮発性が抑制され
て、摩擦材の耐熱性および耐摩耗性が大幅に向上するこ
とが明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピッチと有機金属化合物とからなることを
特徴とする摩擦材用バインダー組成物。
【請求項２】ピッチが、芳香族炭化水素を原料とする合
成ピッチである請求項１に記載の摩擦材用バインダー組
成物。
【請求項３】有機金属化合物が有機ケイ素オリゴマーあ
るいはポリマーである請求項１に記載の摩擦材用バイン
ダー組成物。
【請求項４】ピッチ５０〜９９質量％と有機金属化合物
５０〜１質量％とからなる請求項１に記載の摩擦材用バ
インダー組成物。
【請求項５】ピッチ６０〜９５質量％と有機金属化合物
４０〜５質量％とからなる請求項４に記載の摩擦材用バ
インダー組成物。