JPH07247476A

JPH07247476A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH07247476A
Application number: JP4214994A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kobayashi; 勇小林; Kenji Otsubo; 憲司大坪
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車等のブレーキ装置を構成する摩擦材の
摩擦摩耗特性（摩擦係数，耐摩耗性）の改良。【構成】樹脂を結合剤とし基材繊維を配合した混合物
を結着成形してなる摩擦材における基材繊維として、下
式〔１〕もしくは〔２〕、Ｋ_2-XＢａ_X/2Ｔｉ₆Ｏ₁₃ …〔１〕Ｋ_2-XＢａ_XＴｉ_6-X/4Ｏ₁₃ …〔２〕〔式中、ｘは０．３〜１．８である〕で示される化合物
または両者の混合物である六チタン酸カリウムバリウム
の多結晶繊維を使用。配合量：３〜５０重量％。公知の
他種繊維を複合配合してよい。所望により摩擦調整剤
（硫酸バリウム等）、その他の添加剤（潤滑剤等）が適
量配合される。

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，鉄道車両，航
空機，産業機械類等の制動装置におけるブレーキライニ
ング，ディスクパッド，クラッチフェーシング等の摺動
面を構成する摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記制動装置の摩擦材として、従来より
アスベスト繊維を基材繊維とし、これを樹脂結合剤（フ
ェノール樹脂，エポキシ樹脂等）に分散させ、必要に応
じて摩擦・摩耗調整剤（硫酸バリウム等）を添加した混
合物を加熱・加圧下に結着成形した摩擦材が使用されて
きた。しかし、アスベスト繊維を基材繊維とする摩擦材
は、低温域では、良好な摩擦・摩耗特性を示すが、摩擦
面の高温化に伴つて繊維の補強効果を減じ、摩耗損傷が
著しく増大し、かつ約３００℃を越えると摩擦係数が急
激に低下するフェード現象を生じる等、高温域における
性能劣化が大きい。また、アスベスト繊維は発がん性の
問題も指摘され、環境衛生の見地からもその代替品の開
発が要請されている。かかる見地から、その基材繊維と
して、六チタン酸カリウム繊維〔Ｋ₂Ｔｉ₆Ｏ₁₃〕の使
用が試みられている。六チタン酸カリウム繊維は、耐熱
性、耐摩耗性、断熱性、補強性等にすぐれ、かつ吸湿性
がなく水と反応しない、等の好ましい性質を備えた合成
無機化合物繊維であり、これを基材繊維とする摩擦材に
ついて種々の提案がなされている（例えば、特開昭６１
−１９１５９９号公報，特開平１−２９４５５３号公報
等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】六チタン酸カリウムの
多結晶繊維を樹脂中に配合して製造される摩擦材は、ア
スベスト繊維を使用したものに比し、摩耗抵抗性が飛躍
的に向上し、かつ３００℃を越える高温度域においても
摩擦係数の急激な低下を生じない改良された摩擦・摩耗
特性を有している。しかし、低温度域における摩擦係数
や、摩耗抵抗性はアスベスト繊維を使用したものよりも
むしろ低い。自動車等の高速度化や、制動装置の小型化
・軽量化等に対処するには、摩耗抵抗性に優れると共
に、より高い摩擦係数を有し、その高摩擦係数が低温域
から高温域に亘る広い温度範囲において安定に維持し得
るものであることを要する。本発明はかかる要求を充足
し得る改良された摩擦・摩耗特性を備えた摩擦材を提供
することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦材は、樹脂
を結合剤とし基材繊維を含む混合物を結着成形してなる
摩擦材において、基材繊維として、下式〔１〕もしくは
〔２〕、Ｋ_2-XＢａ_X/2Ｔｉ₆Ｏ₁₃ …〔１〕Ｋ_2-XＢａ_XＴｉ_6-X/4Ｏ₁₃ …〔２〕〔式中、ｘは０．３〜１．８である〕で示される化合物
または両者の混合物であるトンネル構造を有する六チタ
ン酸カリウムバリウムの多結晶繊維が３〜５０重量％配
合されていることを特徴としている。

【０００５】

【作用】上記〔１〕および〔２〕式で示される六チタン
酸カリウムバリウムは、六チタン酸カリウム結晶繊維
〔ＴｉＯ₆八面体の連鎖により形成されたトンネル骨格
の内部にＫイオンが配位した構造を有する〕のＫイオン
の一部がＢａイオンで置換された構造（〔２〕式では、
ＴｉＯ₆のＴｉの一部も置換されている）を有してい
る。この多結晶繊維を基材繊維とする本発明の摩擦材
は、六チタン酸カリウム繊維を基材繊維とする摩擦材を
凌ぐ高度の摩擦係数を有し、その高摩擦係数は低温度か
ら高温度の広い温度範囲に亘つて安定に保持される。こ
の改良された摩擦摩耗特性は、樹脂（結着剤）に対する
基材繊維の「アルカリアタック」が、六チタン酸カリウ
ム繊維のそれに比し小さいことによる。アルカリアタッ
クは、基材繊維の結晶中からＫイオンが遊離して樹脂と
反応し、樹脂を分解変質させる現象である。本発明にお
ける基材繊維である六チタン酸カリウムバリウム繊維
は、上記のように六チタン酸カリウム繊維と異なってト
ンネル枠内のＫイオンの一部がＢａで置換されているこ
とにより、遊離Ｋイオン量がそれだけ少なく、従って高
面圧が作用する実使用過程での摩擦面の極薄い表皮層
（約１００〜２００μｍの領域）に生じるアルカリアタ
ックが、六チタン酸カリウム繊維の場合に比べて抑制緩
和され、その効果として広い温度域に亘る高摩擦係数の
安定な維持が実現される。

【０００６】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明の摩擦材の基材繊維である六チタン酸カリウムバリ
ウム繊維を示す前記〔１〕および〔２〕式におけるｘを
０．３〜１．８としているのは、０．３より低いと、遊
離カリウム量の低減効果に乏しく、他方１．８を超える
と、繊維形態の確保が困難となるからである。〔１〕式
または〔２〕式で示される六チタン酸カリウムバリウム
多結晶繊維は、そのいずれか一方のみからなる単相繊維
であってよく、また両者の混相繊維であってもよい。混
相繊維における両相の量比は任意である。六チタン酸カ
リウムバリウム多結晶繊維の配合割合を３〜５０重量％
の範囲に限定したのは、３重量％より少ないと、その配
合効果が不足するからであり、５０重量％を上限とした
のは、それを越えると摩擦・摩耗特性の改善効果は飽和
し、それ以上に増量する利益がないからである。また、
六チタン酸カリウムバリウム繊維を多結晶繊維に限定し
たのは、ウィスカのごとき極微細繊維の使用を排除する
趣旨であり、多結晶繊維の使用により、ウィスカ状の繊
維を使用する場合の原料組成物の混合および摩擦材の実
使用上の困難や不具合が回避される。六チタン酸カリウ
ムバリウム多結晶繊維のサイズは、樹脂中への混合分散
の均一性、補強作用の点から、長さ約７０〜３００μ
ｍ、幅約２０〜５０μｍ，厚さ約５〜１０μｍ，アスペ
クト比（長さ／幅）約５〜１０のものが好適に使用され
る。

【０００７】本発明の摩擦材は、基材繊維として、上記
六チタン酸カリウムバリウム多結晶繊維と共に、公知の
他種繊維、例えばポリアミド（ナイロン）繊維，アラミ
ド繊維，スチール繊維，ステンレス繊維，銅繊維，黄銅
繊維，炭素繊維，ガラス繊維，セラミックス繊維，ロッ
クウール，木質パルプ等から選ばれる１種〜２種以上の
繊維を複合的に（例えば、上記六チタン酸カリウムバリ
ウム多結晶繊維との合計量で約１０〜６５重量％）使用
してよい。これらの基材繊維は、必要に応じ、分散性、
結合剤樹脂との結着性の向上等を目的として、シラン系
カップリング剤（アミノシラン，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）、また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（カップリング処理）が常法に従って施されて使用
される。

【０００８】本発明の摩擦材は、所望により、公知の摩
擦摩耗調整剤、例えば、加硫もしくは未加硫の天然・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、天然・人造黒鉛，二硫化モリブ
デン，三硫化アンチモン，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，酸化銅，三酸
化アンチモン，酸化チタン，酸化鉄等の酸化物粉末等か
ら選ばれる１種ないし２種以上の成分が、摩擦摩耗特性
（摩擦係数，摩耗抵抗性，振動特性，ナキ等）の改善を
目的として適量（例えば２０〜７０重量％）配合され
る。また、各種添加剤、例えば防錆剤、潤滑剤、研削剤
等が、その用途・使用態様等に応じて適量配合（例えば
５０重量％以下）されることも通常の摩擦材と異ならな
い。

【０００９】結合剤である樹脂成分は、通常使用される
材種、例えばフェノール樹脂，ホルムアルデヒド樹脂，
エポキシ樹脂，シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、また
はこれらの変性（カシュー油変性，乾性変性等）熱硬化
性樹脂、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム，ニトリル
ゴム等のゴム系樹脂等が挙げられる。

【００１０】本発明の摩擦材を製造するための原料混合
物の調製は、基材繊維として六チタン酸カリウムバリウ
ム多結晶繊維が使用される点を除いて、従来一般の摩擦
材と異ならず、またその製造工程にも特別の条件ないし
制限は課せられない。すなわち、基材繊維を結合剤樹脂
中に分散し、必要に応じて配合される摩擦摩耗調整剤、
および防錆剤，潤滑剤，研削剤等を添加し、均一に混合
して原料組成物を調製し、予備成形についで金型成形等
により、加熱・加圧下（加圧力約１０〜４０ＭＰａ，温
度約１５０〜２００℃）に結着成形を行い、型から取り
出した後、所望により加熱炉内で熱処理（温度約１５０
〜２００℃，保持時間約１〜１２Ｈｒ）を施し、しかる
後その成形体に機械加工、研磨加工を加えて所定の形状
を有する摩擦材に仕上げる。別法として、原料組成物
を、水等に分散懸濁させ、抄き網で抄きあげ、搾水して
シートを抄造し、その適当枚数を重ね、加熱・加圧下に
結着成形する工程を経由し、その成形体を機械加工，研
磨加工して所定の摩擦材を得ることもできる。

【００１１】

【実施例】

〔実施例１〕〔供試摩擦材の製作〕六チタン酸カリウムバリウム多結
晶繊維「Ｋ_1.0Ｂａ_0.5Ｔｉ₆Ｏ₁₃（式〔１〕において
ｘ＝1.0 」（後記参考例１による）を基材繊維として下
記の原料組成物を調製し、予備成形（加圧力：14.7ＭＰ
ａ＝150Kg /cm ²，温度：常温，時間：1 分間）の後、
金型による結着成形（加圧力：14.7ＭＰａ＝150Kg/c
m²，温度：170 ℃, 加圧保持時間：5 分間）を行い、
成形後、離型して乾燥炉で熱処理（180 ℃に3 時間保
持) を施す。その後、所定寸法に切断し、研磨加工を加
えて供試摩擦材( ディスクパッド) を得た。この摩擦材
をＡ１とする。基材繊維（六チタン酸カリウムバリウム多結晶繊維） …３０重量％結合剤樹脂（フェノール樹脂） …２０重量％摩擦調整剤（硫酸バリウム） …５０重量％

【００１２】〔実施例２〕六チタン酸カリウムバリウム
多結晶繊維「Ｋ_1.2Ｂａ_0.8Ｔｉ_5.8Ｏ₁₃（式〔２〕に
おいてｘ＝0.8 」（後記参考例２による）を基材繊維と
して使用した点を除いて、実施例１と同一の条件および
製造工程により供試摩擦材（ディスクパッド）を得た。
この摩擦材をＡ２とする。

【００１３】

【比較例１】六チタン酸カリウム多結晶繊維「Ｋ₂Ｔｉ
₆Ｏ₁₃」（繊維サイズは実施例の基材繊維と同じ）を基
材繊維として下記の原料混合物を調製し、前記実施例と
同一の製造工程により供試摩擦材を得た。この摩擦材を
Ｂとする。基材繊維（六チタン酸カリウム多結晶繊維） …３０重量％結合剤樹脂（フェノール樹脂） …２０重量％摩擦調整剤（硫酸バリウム） …５０重量％

【００１４】

【比較例２】アスベスト繊維（６クラス）を基材繊維と
して下記の原料混合物を調製し、前記実施例と同一の製
造工程により供試摩擦材を得た。この摩擦材をＣとす
る。基材繊維（アスベスト繊維，６クラス） …３０重量％結合剤樹脂（フェノール樹脂） …２０重量％摩擦調整剤（硫酸バリウム） …５０重量％

【００１５】〔摩擦摩耗試験〕上記発明例の摩擦材Ａ１
（実施例１），摩擦材Ａ２（実施例２）、および比較例
の摩擦材Ｂ（比較例１）、摩擦材Ｃ（比較例Ｃ）のそれ
ぞれについて、JIS D4411 「自動車用ブレーキライニン
グ」に規定の定速度摩擦摩耗試験により、摩擦係数およ
び摩耗率（ｃｍ³／Ｎ・ｍ）を測定し、図１および図２
に示す結果を得た〔図１：摩擦係数，図２：摩耗率〕。ディスク摩擦面：ＦＣ25ねずみ鋳鉄、面圧：10Kg/cm ²、摩擦速度：7m/s。

【００１６】図１（摩擦係数）および図２（摩耗率）に
示したように、摩擦材Ｃ（基材繊維：アスベスト繊維）
は、低温域および高温域での摩擦係数が低く、特に３０
０℃を越える高温域での低下が顕著であり、耐摩耗性
も、高温化に伴なって急激に低下している。この摩擦材
Ｃに比べ、摩擦材Ｂ（基材繊維：六チタン酸カリウム多
結晶繊維）は、高温度域においても摩耗損傷が軽微で、
高温化に伴う摩擦係数の低下も少ないが、低温域での摩
擦係数は摩擦材Ｃよりも低い。これに対し、発明例の摩
擦材Ａ１およびＡ２は、いずれも摩擦係数の温度依存性
が極めて小さく、低温から高温に亘る広い温度域におい
て高い摩擦係数が安定に維持され、また耐摩耗性も、低
温域はむろんのこと、３００℃を越える高温域でも極め
て軽微であり、摩擦・摩耗特性の改善効果は歴然であ
る。

【００１７】

【参考例１】（Ｋ_1.0Ｂａ_0.5Ｔｉ₆Ｏ₁₃多結晶繊維の製造）（１）出発原料の調製炭酸カリウム粉末( Ｋ₂ＣＯ₃）、炭酸バリウム粉末
（ＢａＣＯ₃）、および精製アナターゼ粉末（Ｔｉ
Ｏ₂）を使用し、下記の組成に調製。Ｋ₂Ｏ／ＢａＯのモル比：４／１（Ｋ₂Ｏ＋ＢａＯ／ＴｉＯ₂のモル比：１／１．８（２）加熱溶融および一方向凝固処理出発原料を白金るつぼに入れ、１１５０℃に１Ｈｒ加熱
保持した後、溶融生成物を冷却皿（銅製）に流し込み、
一方向凝固を行わせて繊維塊（二チタン酸カリウムバリ
ウム繊維「Ｋ_1.6Ｂａ_0.2Ｔｉ₂Ｏ₅」の束状集合体）
を得る。

【００１８】（３）溶出・解繊処理塊状物を、その１００倍量（重量比）の水に浸漬し、一
夜放置した後、工業用硫酸（濃度62.5Wt％）を添加して
酸濃度を０．２％に調整したうえ、プロペラ攪拌下に、
５Ｈｒを要して可溶成分の溶出と繊維塊の解繊を行う。（４）焼成処理処理液から回収した繊維を脱水乾燥の後、１２００℃に
て２Ｈｒ加熱処理して下記の六チタン酸カリウムバリウ
ム多結晶繊維を得た。繊維組成：Ｋ_1.0Ｂａ_0.5Ｔｉ₆Ｏ₁₃（〔１〕式におい
てｘ＝１．０）（Ｘ線粉末回折および蛍光Ｘ線分析によ
る）繊維サイズ：長さ７０〜３００μｍ、幅２０〜５０μ
ｍ、厚さ５〜１０μｍ，アスペクト比（長さ／幅）５〜１０。（走査型電子顕微
鏡による）

【００１９】

【参考例２】（Ｋ_1.2Ｂａ_0.8Ｔｉ_5.8Ｏ₁₃多結晶繊維の製造）（１）出発原料の調製前記参考例１のそれと同じ原料粉末を使用し、下記の組
成に調製。Ｋ₂Ｏ／ＢａＯのモル比：２／１（Ｋ₂Ｏ＋ＢａＯ）／ＴｉＯ₂のモル比：１／１（２）加熱溶融および一方向凝固処理参考例１のそれと同じ加熱溶融、および一方向凝固を行
い、繊維塊（二チタン酸カリウムバリウム繊維「Ｋ_1.73
Ｂａ_0.27Ｔｉ_1.93Ｏ₅」の束状集合体）を得る。

【００２０】（３）溶出・解繊処理参考例１と同じ条件で実施。（４）焼成処理処理液から回収した繊維を脱水乾燥の後、１２００℃に
て２Ｈｒ加熱処理して下記の六チタン酸カリウムバリウ
ム多結晶繊維を得た。繊維組成：Ｋ_1.2Ｂａ_0.8Ｔｉ_5.8Ｏ₁₃（〔２〕式にお
いてｘ＝０．８）（Ｘ線粉末回折および蛍光Ｘ線分析に
よる）繊維サイズ：長さ７０〜３００μｍ、幅２０〜５０μ
ｍ、厚さ５〜１０μｍ，アスペクト比（長さ／幅）５〜１０。（走査型電子顕微
鏡による）

【００２１】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、低温から高温の広い
温度域に亘つて、高い摩擦係数と耐摩耗性とを有する。
従って、自動車，車両，航空機，各種産業機械類の制動
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として有用であり、制動装置の
小型化・軽量化等への対応を可能とし、制動機能の向上
・安定化、耐久性の改善に奏効するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩擦摩耗試験による摩擦係数の測定結果を示す
グラフである。

【図２】摩擦摩耗試験による摩耗率の測定結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

Ａ１：発明例（基材繊維：六チタン酸カリウムバリウム
多結晶繊維）、Ａ２：発明例（基材繊維：六チタン酸カリウムバリウム
多結晶繊維）、Ｂ：比較例（基材繊維：六チタン酸カリウム多結晶繊
維）、Ｃ：比較例（基材繊維：アスベスト繊維，６クラス）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂を結合剤とし基材繊維を含む混合物
を結着成形してなる摩擦材において、基材繊維として、
下式〔１〕もしくは〔２〕、Ｋ_2-XＢａ_X/2Ｔｉ₆Ｏ₁₃ …〔１〕Ｋ_2-XＢａ_XＴｉ_6-X/4Ｏ₁₃ …〔２〕〔式中、ｘは０．３〜１．８である〕で示される化合物
または両者の混合物であるトンネル構造を有する六チタ
ン酸カリウムバリウムの多結晶繊維が３〜５０重量％配
合されていることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】基材繊維が、式〔１〕で示されるトンネ
ル構造を有する六チタン酸カリウムバリウムの多結晶繊
維であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】基材繊維が、式〔２〕で示されるトンネ
ル構造を有する六チタン酸カリウムバリウムの多結晶繊
維であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
【請求項４】六チタン酸カリウムバリウム多結晶繊維
の繊維サイズが、長さ７０〜３００μｍ，幅２０〜５０
μｍ，厚さ５〜１０μｍ，アスペクト比（長さ／幅）５
〜１０であることを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれか１つに記載の摩擦材。