JPS5830351B2 - 多孔性、可撓性，インタ−フェルト型繊維シ−ト状の摩擦材 - Google Patents

多孔性、可撓性，インタ−フェルト型繊維シ−ト状の摩擦材

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JPS5830351B2
JPS5830351B2 JP55175274A JP17527480A JPS5830351B2 JP S5830351 B2 JPS5830351 B2 JP S5830351B2 JP 55175274 A JP55175274 A JP 55175274A JP 17527480 A JP17527480 A JP 17527480A JP S5830351 B2 JPS5830351 B2 JP S5830351B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、支承部材に接着され、クラッチ、バンド、ブ
レーキ及びこれらに類似の油中で操作されるものに用い
られるとき、特に高度の全エネルギー吸収（ｔｏｔａｌ
ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ） の
状態下及び（又は）低冷却油循環下に於てより耐用年数
の長い摩擦要素又は装置を提供する耐温性を向上せしめ
た紙基体摩擦材に関するものである。
アスベスト繊維は、その有する耐熱性と強度特性の故に
、液中にて操作される自動トランスミッション・クラッ
チ板とそのバンド、油圧ブレーキ及び操縦クラッチ用の
紙基体摩擦材として古くから使用されている。
米国特許第３２７０８４６号には約５乃至３５パーセン
トのアスベスト繊維を含有するこのような摩擦材が開示
されている。
他に類似の紙基体摩擦材には４０乃至６０パーセントも
のアスベスト繊維を含有するものがある。
ごく最近では、アスベストを用いない紙基体摩擦材が提
案された。
米国特許第４０４５６０８号によれば、このような紙基
体摩擦材は、セルロース繊維、吸収性無機質充填材及び
所謂「保持剤」の混合物より成り、そのシートは、最初
に樹脂バインダーを含浸させた後、珪酸エチルバインダ
ー含浸剤で外装を施される。
上述のような摩擦材が湿潤摩擦のもとに相当大きな摩擦
係数を得る為には、多孔性構造とレジリエンスに大きく
左右される。
冷却油の適切な循環を施す斯かる機械的工夫を行なえば
、冷媒即ち遊動油の摩擦材内孔への浸透が円滑になり、
ここで加熱油との置換が起り、多孔性が、発生する熱の
消散に寄与する。
このようにして摩擦面における過熱を防止する事により
摩擦材の耐久性及び減退（ｆａｄｅ ）に対する抵抗性
が改善される。
しかしながら、典型例として約６０パーセントの有孔度
を有し、且比較的低い熱容量と低い熱伝導度を有するこ
のような紙基体摩擦材は、しばしば体験する比較的高い
全エネルギー吸収状態及び（又は）比較的低い冷却油循
環状態の駆動条件のもと、例えば成る種の多層ディスク
湿潤ホイールブレーキやクラッチの設計のもとでは早期
に働かなくなってしまう。
前述に類する摩擦材も、耐久性を実質的に損なうことな
く圧接可能なメイト部材表面仕上げの度合と種類に関し
ては限度がある。
一般に、ノ ０．０００３８ミリメートル（１５マイクロインチ）を
越えない転磨若しくは研削されたメイト部材表面仕上げ
は低摩砕損耗率とか使用時の摩擦率のもとでは許容でき
るものと考えられる。
既存の紙基体摩擦材を高密度に作り直せばより粗な表面
仕上げになる可能性があるが、一般に、有孔度とレジリ
エンスの低下により、その摩擦係数が低下する。
従って、支承部材に接合され、クラッチ、バンド、ブレ
ーキ及びこれらに類似の油中で操作されるものに用いら
れるとき、特に高度の全エネルギー吸収の状態下及び（
又は）低冷却油循環下に於て、より耐用年数の長い摩擦
要素又は装置を提供する耐温性を向上せしめた紙基体摩
擦材を提供する事が本発明の主要な目的である。
本発明のもう一つの目的は低摩砕損耗率及び使用摩耗率
を維持し乍らも０．０００３８ミＩＪメートル（１５マ
イクロインチ）より粗なメイト部材表面に対して使用可
能な改善された紙基体摩擦材を提供する事にある。
更に本発明の目的は、既存の紙基体摩擦材の有する幾つ
かの利点を損なわずして、低費用、高摩擦係数、低（静
止摩擦／運動摩擦）比、高摩耗抵抗、高レジリエンス及
び通常の加圧負荷に耐え得る機能のような上に列挙した
改善項目を提供することにある。
本発明のこれらの及びこれら以外の目的は、本明細書と
特許請求の範囲から明らかになろう。
本発明によれば、上述の改善項目を有する紙基体摩擦材
がシート形成を目的として、炭素繊維、難燃性有機質繊
維、或種の充填材及び耐油性ニジストマーサイズを組み
合わせ、該シートに熱硬化性合成樹脂を含浸させること
により得られる事を見出した。
更に明確に言えば、本発明による紙基体摩擦材は、これ
迄既存の紙基体摩擦材には厳し過ぎると考えられていた
湿潤摩擦に適用可能であり、焼結金属や鋳造グラファイ
ト組成物のようなより高価な摩擦材の使用を要した箇所
にも使用可能である。
本発明の摩擦材が示す耐用年数の向上により、既存の紙
基体摩擦材と比較し、特に高度の全エネルギー吸収下及
び（又は）低冷却油循環状態（ここでは摩擦材のバルク
の温度が高くなっている）下では、使い古した摩擦材の
取り換え時間を短縮して装置の休止時間を短かくし、湿
潤クラッチやブレーキ部の供用年数の向上を図ることが
可能になる。
同時に本発明の摩擦材は、粗メイト表面に対する耐用度
が改善されているので、従来からの紙基体摩擦材を使っ
た市販品と比較すると、設計者のメイト板製作の仕上げ
操作費用を軽減することが可能である。
本発明の紙基体摩擦材を作る為の枢要な成分と夫々の割
合を以下の表−■に示す。
上の表−１を参照して分かる如く、本発明の摩擦材には
、重量にして約２５乃至６５パーセントのセルロース繊
維が存在する。
供用可能な典型的セルロース繊維には、アルファセルロ
ース、亜硫酸セルロース、硫酸セルロース、綿糸、リン
ネル、ぼろきれ及びこれらの類似物が含まれる。
本発明による摩擦材に使用される炭素繊維は、通常炭素
含量が約９２重量パーセント以上の細糸状炭素であり、
可撓性、電気伝導性、熱伝導性、酸化以外の化学不活性
及び耐火性の特徴を有する。
このような繊維は多結晶グラファイトの三次元構造の特
徴を有する所謂「グラファイト繊維」と好対照をなす。
炭素繊維は炭（素）化したレーヨン布やフェルトから得
られた比較的低強度の低モジユラス型、レーヨン基材の
炭素紡ぎ糸から同様に得られた高強度の高モジュラス塑
成いは炭（素）化ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）基材
の紡ぎ糸から得られた中モジュラスの高強度型であるこ
とが出来る。
高モジュラスで中間強度の炭素繊維も準結晶（液晶）ピ
ッチの前駆物質からつくることが可能で、低強度で低モ
ジユラス炭素繊維は通常の（非準結晶）ピッチより作成
する事が可能である。
本発明の摩擦材に包含され得る種々の炭素繊維はエンサ
イクロペディア・オブ・ケミカル・テクノロジー（Ｅｎ
ｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ）の第３版（１９７８年）（
７） Ｖｏｌ、 ４ ノロ ２２乃至６２８頁に詳述
されている。
好ましい炭素繊維はピッチ前駆物質から得られたもので
ある。
炭素繊維は、直径が約５乃至２０ミクロンの範囲で良く
、好ましくは約９乃至１６ミクロンを有するものである
。
炭素繊維の長さは相当変わっても良いが、約０．４乃至
３ミリメートルを有するものが好ましＬ・。
本発明の摩擦材の必須の成分である難燃性有機質繊維は
、連邦取引委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ ＴｒａｄｅＣｏ
ｍｍｉｓｓｉｏｎ ） により通称「ノボロイド」繊
維として分類された交差結合したフェノール繊維である
。
該繊維の直径は約９乃至３５ミクロンの範囲にわたって
おり、其の強さく ｔｅｎａｃｉｔｙ ）（Ｓ’／ｄｅ
ｎ、）、伸び（％）及び係数（？ ／ ｄｅｎ 、）は
繊維の直径に大きく依存し、其の数値は直径の増大と共
に減少する。
ノボロイド繊維は２００℃の大気中で徐々に劣化する傾
向に有るが、不活性雰囲気では高温度下で素晴しい安定
性を示す。
本発明の摩擦物質に於ては、使用中に油が摩擦材の内部
空孔がら空気を追い出し、フェノール繊維も含めた全て
の有機組成物の耐熱限界が増大する雰囲気が作り出され
る。
ノボロイド繊維は又、他の有用な繊維よりも優れた燃焼
抵抗及び断熱特性を備えた特異な難燃抵抗を示す。
本発明の摩擦物質に使用するより好ましい難燃性有機質
繊維は少なく共、８５重量パーセントの交差結合したノ
ボラック樹脂を含有して成るフェノール繊維である。
このような繊維は好ましくは、直径約３０乃至３５ミク
ロンで且長さが約０．２乃至２ミリメートルのものであ
る。
本発明の摩擦材には固有の特性値を示す変性材を含む。
例えば、摩擦材は、摩擦の制御と摩耗の改善を図る薄片
状のグラファイト及び最小の費用で運動摩擦抵抗と摩耗
抵抗を改善する機能をも果す珪藻土の如き鉱物を含むこ
とが出来る。
薄片状グラファイトは、表−１を参照して分かる如く、
重量にして摩擦材の３０パーセントを越えない、好まし
くは２０乃至３０パーセント量含有しなげればならない
。
粒子の大きさは相当変わっても良いが、一般に３０メツ
シユ以下である（タイラー篩分析）。
珪藻土も同様にその量が３０パーセントを越えなげれば
良く、好ましくは５乃至１５パーセント含有される。
珪藻土の粒子の大きさは相当変わっても良いが、一般に
１５０メツシユ以下である（タイラー篩分析）。
摩擦材には、非研摩性型及び研摩性の他の特性変成材を
少量含有する事が出来る。
前者の例としてカシューの摩耗粉や破砕ゴムが有る。
研摩性のものにはアルミナやシリコンカーバイドの如き
硬い材料が含まれる。
一般に、このような添加用変成物は摩擦材の約５パーセ
ント以下で良い。
シート状の本発明の摩擦材は、フォアドリニエール（Ｆ
ｏｕｄｒｉｎｉｅｒ ）型砂紙機Ｊｐｏトフオーマース
クリーン（ｒｏｔｏｆｏｒｍｅｒ ５ｃｒｅｅｎ ）
の如き通常の水浸型抄紙機や方法にて製造することが可
能である。
このような方法が一般的方法である故、シート中にシー
トの湿潤強度を増すサイズを添加混入することが可能で
ある。
好ましいサイズは、アクリルニトリルラテックスやクロ
ロプレンラテックスの如き耐油性のエラストマー状ラテ
ックスであり、これらはシートに対して重量で（固形分
換算で）約１５パーセントを越えないのが良い。
このようなラテックスは繊維及び固有の特性値を示す変
成物の水溶状スラリーを含む紙製造ストックに添加する
。
かくして出来上がった混合物は固形分濃度にして２乃至
３パーセントに希釈し、標準型抄紙機のヘッドボックス
に導入する。
摩擦材を抄紙機にてシートに形成し乾燥させる。
本発明の好ましい具体的製造方法によれば、乾燥シート
材を切断して例えば環状のウエーノ・のような適当なブ
ランクにし、溶媒中にて熱硬化性樹脂で飽和させる。
そうすれば樹脂を含浸せしめる前の摩擦材シートの初期
重量を基にして乾燥、残留樹脂の除去を行なうことによ
り、支承部材へのシート圧着後の最終有孔度、約４０乃
至５５パーセントを有するシートを最終的に得る。
熱硬化性樹脂は、変性アルコールとした一段階フエノー
ルホルムアルデヒドレゾール型、水中油滴型エマルジョ
ンとした一段階フエノールホルムアルデヒドレゾール型
、粉体状一段階レゾール型、或いはノボラック樹脂とへ
キサメチレンテトラアミン触媒より成る粉体状の二段階
型樹脂であることが出来る。
このような樹脂は、摩擦材の所望の特性を得る為に特別
な時間／温度条件下にて乾燥しても良い。
好ましい含浸材は変性アルコールとした一段階フェノー
ルホルミアルデヒド樹脂の溶液であり、固形樹脂分を重
量で約３７パーセント含有して成る溶液がその典型的な
ものである。
または、ビータ−を使用して、紙ストックに樹脂をシー
ト中に混入させても良い。
次いで含浸せしめたブランクは、例えば溶媒の少なく共
約８５パーセントの大半を除去するために、一定の条件
を定めて乾燥する。
次いで乾燥したブランクを空気循環炉にて間隔を置いて
吊す。
該炉では大気温度から約１７７℃（３５０”Ｆ）に迄約
半時間かげて加熱し、当該温度にて樹脂を硬化せしめる
為に、例えば約１時間ブランクを放置しておく。
硬化したブランクを炉から取り出して冷却した後、該ブ
ランクを所望の形状を有する支承部材に加熱、加圧して
圧着する前に、標準仕上げ段階に供する。
このように接着せしめた摩擦材は最終有孔度が約４０乃
至５５パーセントでなげればならない。
次いで最終研摩操作を行ない、出来上がった摩擦要素に
対して標準溝をつげ加えても良い。
以下に、本発明の紙基体摩擦材を更に詳しく開示した特
定の具体例を挙げる。
例１ 以下の表−■に記述する配合量を有する成分は、以下に
詳述する如く、紙製造方式に供された。
上記組成物は、水中に綿屑を分散せしめ、炭素繊維、フ
ェノール繊維、フレーク状グラファイト、珪藻土及びス
テアリン酸亜鉛を添加してスラリーを作り、次いで完全
に混合して調製したものである。
かくして出来上がったスラリーは固形分２．５パーセン
トに進水で希釈し、ニトリルラテックスを添加して混合
した。
水に溶解した硫酸アルミニウム溶液も最後のストックを
作成する為に添加した。
斯くして出来たストックを多価電解質の保持を目的とし
た水溶液と共に標準型フオアドリニエール抄紙機のヘッ
ドボックスに導入した。
上述の組成物より成る紙シートは機械により作られ乾燥
された。
かくして乾燥シートより作成したウェーハを変性アルコ
ールとした一段階型フエノールホルムアルデヒド樹脂の
３７．５重量パーセント溶液で飽和せしめ、残留アルコ
ールを最低８７パーセント除去するべく一定の条件を設
けて乾燥した。
予め乾燥したウェー・・を間隔を置いて棒に吊し半時間
かげて周囲の温度から１７７℃に迄加熱した空気循環炉
に設置した。
１７７℃にて更に時間をかげてウェーハを放置した。
炉から取り出し冷却した後、硬化したウェー・・は、表
面研削を含む標準仕上げ段階に供せられ、次いで、様々
な形状を有すスプラインを付けた金属芯の両側に加熱、
加圧して融着した。
接着した摩擦材は最終有孔度が約４７パーセントであっ
た。
最終研削操作に引き続き個々の摩擦部材の両側に機械に
より標準溝を切り込んだ。
例２ 例１に述べた如く調製した摩擦部材を試験し、試験用の
検力計としてインターナショナル・ノ・−★★ベスター
型１０８６農耕用トラクターを使って、多層ディスク湿
潤車輪ブレーキに関する実験室規模の耐久性試験を行な
った。
変形したブレーキ耐摩耗試験は以下の工程に則り行なっ
た。
； 第１段階：定格動力出力（ｐｏｗｅｒ ｔｒａ
ｉ−ｎｏｕｔｐｕｔ −ＰＴＯ）の３０パーセントを吸
収するトルク水準でテスト用ブレーキを１００回回紙回
転る。
ブレーキ軸の速度を約３．４ＭＰＨの地上速度を模擬す
るように設定する。
ブレーキを１０秒間９かげっばなしにし、次いで８０秒
間解放する。
トルク出力を保持するようかげた圧力が変動して２５パ
ーセントを越える様なことが有れば試験は中止しなげれ
ばならない。
１００サイクルの後、ブレーキを解体して検査を行なう
。
摩擦面の摩耗ｉについて摩擦要素を測定する。
第２段階；試験ブレーキを再び据え付け、定格出力ＰＴ
Ｏの吸収するトルク水準で更に２６００回回転させる。
ブレーキ軸の速度と回転割合は第１段階に述べた如く同
じである。
トルクの出力を；保持するようにかげた圧力が変動して
２５パーセントを越′えるようなことが有れば試験は中
止しなげればならな（・。
２６００サイクルの後、ブレーキを解体して検査を行な
う。
ライニング摩耗について摩擦要素を測定する。
第３段階：試験ブレーキが依然使用に耐える状態に有る
ならば、定格出力ＰＴＯの８０パーセントを吸収するト
ルクレベルで回転するよう再度据え付ける。
ブレーキ軸の速度を上げて、約５．８ＭＰＨの速度を模
擬し、ブレーキを１５秒間かげ７５秒間解放するように
サイクル比を変化させる。
該サイクル比とブレーキの馬力を２６００サイクルにて
若しくはブレーキが摩滅する迄持続する。
ブレーキを解体して検査を行なう。
ライニング摩耗について摩擦要素を測定する。
以上述べた工程に続いて、得られた試験結果を以下の表
−■に示す。
比較の為に、アスベスト繊維を含有する市販の紙基体摩
擦材を同様な方法で試験した。
得られた★★結果を表−■に示す。
表■と表■の資料を対して分かるように本発明による摩
擦材は市販型よりも実質的に大きな耐久性を示し、摩滅
する迄に、市販型のものは僅か２２サイクルしか持続し
なかったのに対して、表−■の如（８４７サイクル持続
した。
更に本発明の摩擦材の摩耗割合は、以上述べた三段階の
試験の各々について市販型のものより小さかった。
本発明による摩擦材は、又、安定な連動摩擦係数を表示
する圧力特性に対して使用に耐え得るトルクを保持した
。
本発明の摩擦材の摩耗割合は表−■の試験の高全エネル
ギ一部分を通じて市販のものより４０倍も小さい値を示
した。
これは大きな改善点となっている。
例３ 例１に従って調整した摩擦要素につ（・て慣性型検力計
にて２５００サイクルにて耐久性試験を行なった。
ここで摩擦材は回転フライホイールの慣性質量を止める
ブレーキとして使われ、以下に述べる手法に依った。
エネルギー ２０１８．５２３ｋｇ・ｍ（
１４，６００ｆｔ −１ｂｓ、） 保合回数 ２５００回 以下の項目に対する資料を記録した。
その記録資料を表−■に示す。
１、停止時刻からの運動摩擦 ２、 「ロックアツプ」のトルクからの静止摩擦２、係
合回数、１００及び２５００回後のライニング摩耗 初めに述べたように、既存の紙基体摩擦材を改変して密
度を高めることにより運動摩擦係数が逆に低下するが、
粗メイト部材表面に対する抵抗が改善される。
上述の如（本発明では、最終有孔度が約４７パーセント
になり、これを最終有孔度約３０パーセントを有する有
用な標準の高密度型のものと対比せしめた。
高密度材に対する結果を以下衣−■に示す。
明による摩擦材は、摩砕損耗割合については約５０パー
セント少な（、使用時の摩耗割合に就いては酪匹敵する
値を示した。
上述の耐久性試験による運動及び静止摩擦係数の測定値
について、本発明による摩擦材は平均値が０．１５５と
０．１８３、より高密度化した基準材では平均値が０．
０９８と０．１９１であった。
このような高運動摩擦係数と粗メイト部材表面に対する
耐久性の向上との組み合わせも重要な改善項目である。
本発明の利点を要約すれば、本紙基体摩擦材と最もすぐ
れている標準の市販紙基体摩擦材の性能特性を対比させ
た上述の耐久性試験に於て、後者が２２サイクル（第３
段階）で摩滅したのに対して、本摩擦材は摩滅する迄に
８４７サイクル持続した。
本発明による摩擦材の摩耗度は、高エネルギー負荷をか
げた試験においては、標準型よりも４０倍も少なかった
。
これは重要な改善項目である。
上述の耐久性試験（例３参照）では、本摩擦材は最終有
孔度が約４７パーセントに成り、約５０パーセント少な
い摩砕損耗及びより高密度（空隙率３０パーセント）の
基準材に匹敵する摩耗度を示した。
初めに論じたように、既存の紙基体摩擦材の高密度改変
物は粗メイト部材表面に対する抵抗が改善されるが、一
方では運動摩擦係数を低下せしめる代価を払わなければ
ならない。
高運動摩擦係数と粗メイト部材表面に対する耐久性の向
上との組み合わせも本発明により可能ならしめられた重
要な改善項目である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 多孔性、可撓性、インターフェルト型繊維シート状
    の摩擦材であって、約２５乃至６５パーセントのセルロ
    ース繊維、約５乃至２０パーセントの炭素繊維、約５乃
    至２０パーセントの交差結合したフェノール繊維、約３
    ０パーセントを越えないグラファイト粒子、約３０パー
    セントを越えない珪藻土粒子及び該シートの抗張力を高
    める効果を有する約５パーセント以下のサイズの混合物
    からなり、前記パーセントは該シートの全重量に対する
    重量比であるところの摩擦材。 ２ 約４０乃至６５パーセントのセルロース繊維、約５
    乃至１５パーセントの炭素繊維、約５乃至１５パーセン
    トの交差結合したフェノール繊維、約２０乃至３０パー
    セントのグラファイト粒子、約５乃至１５パーセントの
    珪藻土粒子、及び約５乃至１０パーセントの固形サイズ
    から成り、前記パーセントは該シートの全重量に対する
    重量比であるところの特許請求の範囲第１項記載の摩擦
    材。 ３ 該グラファイト粒子がフレーク状グラファイト粒子
    であり、且該サイズが耐油性エラストマーから成る特許
    請求の範囲第１項記載の摩擦材。 ４ 該交差結合したフェノール繊維がノボロイド繊維が
    ち成る特許請求の範囲第１項記載の摩擦材。 ５ 該シートを支承部材に圧着せしめた後、該シート材
    が約４０乃至５５パーセントの最終有孔度を有するよう
    な量の熱硬化性合成樹脂で該シートを含浸させて成る特
    許請求の範囲第１項記載の摩擦材。 ６ 該熱硬化性合成樹脂が一段階型フエノールホルムア
    ルデヒド樹脂より成る特許請求の範囲第５項記載の摩擦
    材。 ７ 該炭素繊維が約５乃至２０ミクロンの直径、及び約
    ０．４乃至３ミリメートルの長さを有し、該交差結合し
    たフェノール繊維が約９乃至３５ミクロンの直径存び約
    ０．２乃至２ミリメートルの長さを有して成る特許請求
    の範囲第１項記載の摩擦材。 ８ 約４０パーセントのセルロース繊維、約５パーセン
    トの炭素繊維、約５パーセントの交差結合したフェノー
    ル繊維、約３０パーセントのグラファイト、約１３パー
    セントの珪藻土及び約５パーセントの固形サイズより成
    る特許請求の範囲第１項記載の摩擦材。 ９ 該シートを支承部材に圧着せしめた後、該シートが
    約４７パーセントの最終有孔度を有するような量の熱硬
    化性合成樹脂で該シートを含浸させて成る特許請求の範
    囲第８項記載の摩擦材。 １０ 該交差結合したフェノール繊維がノボロイド繊
    維より成り、該サイズが耐油性アクリルニトリルエラス
    トマーよりなる特許請求の範囲第９項記載の摩擦材。 １１ 該樹脂が一段階フエノールホルムアルデヒド樹
    脂よりなる特許請求の範囲第１０項記載の摩擦材。
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