JPS6317872B2 - - Google Patents
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- JPS6317872B2 JPS6317872B2 JP54051937A JP5193779A JPS6317872B2 JP S6317872 B2 JPS6317872 B2 JP S6317872B2 JP 54051937 A JP54051937 A JP 54051937A JP 5193779 A JP5193779 A JP 5193779A JP S6317872 B2 JPS6317872 B2 JP S6317872B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/025—Compositions based on an organic binder
- F16D69/026—Compositions based on an organic binder containing fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本発明は、自動車のブレーキ、クラツチ、鉄道
車両の制輪子等に用いられる結合材が樹脂である
いわゆる有機摩擦材料に関わるものである。 従来、有機摩擦材料は一般にクリソタイルアス
ベスト（以下アスベストと略す）を補強基材とし
フエノール樹脂を結合材とし各種の摩擦調整剤が
添加された系より成つており、いわばアスベスト
系有機摩擦材料と称されるものがその主流となつ
ている。 しかしながらアスベストはその優れた種々の特
性を有するものの、近年その粉塵の人体への有害
性が指摘されているばかりでなく、埋蔵量にも限
界が見えはじめてきており、そのため資源・環境
問題の見地からその使用は規制されつつある。 一方、近年自動車や電車などの交通機関の高速
化に伴つてブレーキ材料に対する要求特性が一段
と高まつてきている。特に安全性の面から過酷の
条件下でもブレーキの効きが良く、安定すること
が要求され、また保守の面から長寿命化の要求が
強くなつてきている。 この様な背景の下にアスベストを含まない摩擦
材料の開発が進められてきている。これまでには
金属を基材としフエノール樹脂を結合材とするい
わゆるセミメタリツク材料が開発され注目されて
きている。 しかしながらセミメタリツク材料は金属を多量
に含むものであり、摩擦性能はさておき、重い及
び熱伝導性が高過ぎるという欠点を有することが
知られている。 本発明は、炭素繊維を補強基材とし、フエノー
ル樹脂を結合材とする有機摩擦材料において良好
な摩擦性能を得る方法に関るものであり、上記ア
スベストの規制に対処することは勿論であるが、
さらに近年高まつてきている種々の要求特性に応
える摩擦材料を提供するものである。 炭素繊維は一般にアスベストやガラス繊維に比
較して摩擦係数は低いとされているが、一方耐摩
耗性、力学特性、耐熱性等には優れる材料であ
る。この比較的摩擦係数の低い点をカバーし、固
有の優れた特性を発現せしめるべく鋭意検討した
結果本発明に到達したものである。 すなわちフエノール樹脂を結合材とする複合材
料において、炭素繊維と鋼繊維との組合わせが優
れた摩擦性能を示すことを見い出したものである
が、さらに炭素繊維により形成される三次元的に
ランダムな網目組織の中に鋼繊維を分散、包み込
むことにより得られる複合組織が特異的に優れた
摩擦性能を発現するために極めて有効であること
を見い出したものである。 本発明の有機摩擦材料は、フエノール樹脂10〜
30容量％(A)を結合材とし、炭素繊維15〜50容量％
(B)、鋼繊維７〜20容量％(C)、無機ないし有機充填
剤10〜50容量％(D)を含む系からなり、さらに炭素
繊維と鋼繊維の両者の合計（Ｂ＋Ｃ）が25〜60容
量％でかつフエノール樹脂量との比（（Ｂ＋
Ｃ）／Ａ）が1.8〜3.5の範囲にあることを特徴と
するものである。 炭素繊維は上記の如き複合組織を形成するため
に平均繊維長0.2〜10mm、直径３〜30μのチヨツプ
ドフアイバーを用いることが好ましく、その含有
量は少なくとも15容量％以上であることが必要で
ある、但し50容量％以上であると成形性に難が生
ずるため好ましくない。又、炭素繊維が0.2mm以
下では補強効果が少なく10mm以上では成形が困難
となる。 鋼繊維としては炭素含有量が0.05〜1.0％の範
囲にあり、ウール状の炭素鋼繊維またはステンレ
ス鋼繊維を用いることが好ましい。なお鋼繊維は
平均繊維長0.1〜10mm、直径５〜1000μの範囲にあ
るものが使用される。その含有量は少なくとも７
容量％以上であることが重要である。但し20容量
％を越えると摩擦性能としては優れるものが得ら
れるが、重量が重くなり過ぎて得られる摩擦材料
は実用的には不適なものとなる。 さらに、前述した如く優れた摩擦性能を発現す
るための複合組織を形成するために、炭素繊維と
鋼繊維の両者の合計が25〜60容量％の範囲にある
ことが必要であり、かつフエノール樹脂量との比
が1.8以上であることが極めて重要であることが
判明した。但し3.5を越えると成形性に難があり
好ましくない。 充填剤としてはアスベスト系摩擦材料に一般的
に用いられている公知の物質が用いられる。たと
えばカシユーダスト、ラバーダスト等の有機化合
物、硫酸バリウム等の無機化合物、銅、黄銅等の
金属が使用される。本発明においてはこれらの無
機ないし有機充填剤10〜50容量％を使用するが、
特にその半量以上の硫酸バリウムを使用すること
が好ましい。炭素繊維と鋼繊維に硫酸バリウムを
添加することにより組織がちみつとなり、特に耐
摩耗性が向上することが判つた。 本発明の上記に示した特徴および利点は実施例
に例示したいくつかの具体例でより明確にするも
のであるが、例えば本発明の特徴とする複合組織
は炭素繊維以外の繊維状補強物質、ガラス繊維等
によつても同様に形成されるものであるが、その
場合炭素繊維を使用した時と比較すると優れた摩
擦性能を示すものでなかつた。 これは炭素繊維の固有の優れた特性、耐摩耗
性、耐熱性等が重要な働きをしていることを物語
るものであり、炭素繊維と鋼繊維との組合わせに
よる複合組織によつてはじめて優れた摩擦性能を
有する摩擦材料が得られたものである。 炭素繊維の摩擦材料への応用については既に特
公昭38−26574号、特公昭48−15127号、特開昭48
−33272号、特開昭52−132269号、特開昭51−
133351号、特開昭48−14801号、特開昭49−
128049号、特開昭54−14459号等、さらに本発明
者らによる特願昭53−155497号が開示されてい
る。 これらの先行技術に対して本発明は炭素繊維と
鋼繊維を補強基材とし両者を組合わせることによ
り得られる複合組織が優れた摩擦性能を発現する
ことを見い出し、新規なる摩擦材料を提供するも
のであり、技術思想的にもまた内容的にも異なる
全く独自の発明である。 一方、本発明者らの一部は特願昭53−77270号
にて新規な工程を導入することにより耐摩耗性に
優れる炭素繊維系摩擦材料を開示したが、本発明
の摩擦材料は従来の製造工程によつても容易に優
れた摩擦性能を有するものを得ることが出来るも
のであり勿論該工程の方法も適用出来る。 上記本発明により得られた摩擦材料はアスベス
トを用いず炭素繊維と鋼繊維を補強基材とするも
ので世の中のアスベスト規制に対処するものであ
り、かつ近年高まりつつある種々の要求特性に応
える優れた摩擦材料を提供するものであり、産業
界に寄与するところ大であるといえる。 以下実施例により本発明を詳細に説明する。 実施例 表１に示される各種組成物をヘンシエル混合機
により均一な混合物となるように混合した。 該混合物を成形用金型を用いて170℃、200Kg／
cm2の条件で圧縮加熱成形した。さらに該成形物を
180℃にて４時間後硬化処理することにより摩擦
材料を得た。 得られた各摩擦材料よりそれぞれ25mm角、厚さ
６mmの試験片を２枚切り出しJIS−Ｄ−4411に準
拠した定速式摩擦試験機により摩擦・摩耗特性を
評価した。 評価法はJASO−Ｃ−418に準拠する断続試験
法によつた。 試験条件はすべり速度８ｍ／秒、面圧20Kg／cm2
で断続サイクルを加圧５秒間、除圧５秒間とし、
試験温度が室温から350℃まで連続的に昇温する
いわゆるフエード試験を実施した。 尚、本試験条件は面圧20Kg／cm2で通常の６〜13
Kg／cm2の条件に比しかなり過酷な条件といえる。 各温度における摩擦係数の値およびフエード試
験を通じての摩耗による減量（摩耗量）を表２に
示す。 実施例１〜７は本発明による摩擦材料である。 表２に現在市販されている摩擦材料（デイスク
パツド材）の評価結果を併せて示すが、本発明の
摩擦材料は摩擦係数の水準でほぼ同等であり、摩
耗量に関しては一段と少なく耐摩耗性に優れる。
すなわち長寿命の摩擦材料であることが明らかで
ある。 さらに高温領域（300℃、350℃）における摩擦
係数の低下（フエード現象）が全く観察されず安
定した摩擦係数を示すものであつた。 比較例１、２は本発明の組成を満足しない系か
らなる摩擦材料であるが、この場合は摩耗量は本
発明品と同等であるが、摩擦係数の水準が0.2前
後の低目の値を示し、摩擦材料としては好ましく
ないものであつた。 比較例３、４は実施例２の組成において炭素繊
維の代りにそれぞれアスベストおよびガラス繊維
を用いた系からなる摩擦材料であるが、本発明の
実施例２の摩擦材料に比較して摩擦係数の水準は
ほぼ同等であるが、摩耗量が異状に多く摩擦材料
としては好ましいものではなかつた。 以上の如く本発明の摩擦材料は比較的過酷の条
件下にても摩擦係数の水準が高く、かつ安定性に
富み、さらに耐摩耗性に優れることが明らかとな
つたものである。
車両の制輪子等に用いられる結合材が樹脂である
いわゆる有機摩擦材料に関わるものである。 従来、有機摩擦材料は一般にクリソタイルアス
ベスト（以下アスベストと略す）を補強基材とし
フエノール樹脂を結合材とし各種の摩擦調整剤が
添加された系より成つており、いわばアスベスト
系有機摩擦材料と称されるものがその主流となつ
ている。 しかしながらアスベストはその優れた種々の特
性を有するものの、近年その粉塵の人体への有害
性が指摘されているばかりでなく、埋蔵量にも限
界が見えはじめてきており、そのため資源・環境
問題の見地からその使用は規制されつつある。 一方、近年自動車や電車などの交通機関の高速
化に伴つてブレーキ材料に対する要求特性が一段
と高まつてきている。特に安全性の面から過酷の
条件下でもブレーキの効きが良く、安定すること
が要求され、また保守の面から長寿命化の要求が
強くなつてきている。 この様な背景の下にアスベストを含まない摩擦
材料の開発が進められてきている。これまでには
金属を基材としフエノール樹脂を結合材とするい
わゆるセミメタリツク材料が開発され注目されて
きている。 しかしながらセミメタリツク材料は金属を多量
に含むものであり、摩擦性能はさておき、重い及
び熱伝導性が高過ぎるという欠点を有することが
知られている。 本発明は、炭素繊維を補強基材とし、フエノー
ル樹脂を結合材とする有機摩擦材料において良好
な摩擦性能を得る方法に関るものであり、上記ア
スベストの規制に対処することは勿論であるが、
さらに近年高まつてきている種々の要求特性に応
える摩擦材料を提供するものである。 炭素繊維は一般にアスベストやガラス繊維に比
較して摩擦係数は低いとされているが、一方耐摩
耗性、力学特性、耐熱性等には優れる材料であ
る。この比較的摩擦係数の低い点をカバーし、固
有の優れた特性を発現せしめるべく鋭意検討した
結果本発明に到達したものである。 すなわちフエノール樹脂を結合材とする複合材
料において、炭素繊維と鋼繊維との組合わせが優
れた摩擦性能を示すことを見い出したものである
が、さらに炭素繊維により形成される三次元的に
ランダムな網目組織の中に鋼繊維を分散、包み込
むことにより得られる複合組織が特異的に優れた
摩擦性能を発現するために極めて有効であること
を見い出したものである。 本発明の有機摩擦材料は、フエノール樹脂10〜
30容量％(A)を結合材とし、炭素繊維15〜50容量％
(B)、鋼繊維７〜20容量％(C)、無機ないし有機充填
剤10〜50容量％(D)を含む系からなり、さらに炭素
繊維と鋼繊維の両者の合計（Ｂ＋Ｃ）が25〜60容
量％でかつフエノール樹脂量との比（（Ｂ＋
Ｃ）／Ａ）が1.8〜3.5の範囲にあることを特徴と
するものである。 炭素繊維は上記の如き複合組織を形成するため
に平均繊維長0.2〜10mm、直径３〜30μのチヨツプ
ドフアイバーを用いることが好ましく、その含有
量は少なくとも15容量％以上であることが必要で
ある、但し50容量％以上であると成形性に難が生
ずるため好ましくない。又、炭素繊維が0.2mm以
下では補強効果が少なく10mm以上では成形が困難
となる。 鋼繊維としては炭素含有量が0.05〜1.0％の範
囲にあり、ウール状の炭素鋼繊維またはステンレ
ス鋼繊維を用いることが好ましい。なお鋼繊維は
平均繊維長0.1〜10mm、直径５〜1000μの範囲にあ
るものが使用される。その含有量は少なくとも７
容量％以上であることが重要である。但し20容量
％を越えると摩擦性能としては優れるものが得ら
れるが、重量が重くなり過ぎて得られる摩擦材料
は実用的には不適なものとなる。 さらに、前述した如く優れた摩擦性能を発現す
るための複合組織を形成するために、炭素繊維と
鋼繊維の両者の合計が25〜60容量％の範囲にある
ことが必要であり、かつフエノール樹脂量との比
が1.8以上であることが極めて重要であることが
判明した。但し3.5を越えると成形性に難があり
好ましくない。 充填剤としてはアスベスト系摩擦材料に一般的
に用いられている公知の物質が用いられる。たと
えばカシユーダスト、ラバーダスト等の有機化合
物、硫酸バリウム等の無機化合物、銅、黄銅等の
金属が使用される。本発明においてはこれらの無
機ないし有機充填剤10〜50容量％を使用するが、
特にその半量以上の硫酸バリウムを使用すること
が好ましい。炭素繊維と鋼繊維に硫酸バリウムを
添加することにより組織がちみつとなり、特に耐
摩耗性が向上することが判つた。 本発明の上記に示した特徴および利点は実施例
に例示したいくつかの具体例でより明確にするも
のであるが、例えば本発明の特徴とする複合組織
は炭素繊維以外の繊維状補強物質、ガラス繊維等
によつても同様に形成されるものであるが、その
場合炭素繊維を使用した時と比較すると優れた摩
擦性能を示すものでなかつた。 これは炭素繊維の固有の優れた特性、耐摩耗
性、耐熱性等が重要な働きをしていることを物語
るものであり、炭素繊維と鋼繊維との組合わせに
よる複合組織によつてはじめて優れた摩擦性能を
有する摩擦材料が得られたものである。 炭素繊維の摩擦材料への応用については既に特
公昭38−26574号、特公昭48−15127号、特開昭48
−33272号、特開昭52−132269号、特開昭51−
133351号、特開昭48−14801号、特開昭49−
128049号、特開昭54−14459号等、さらに本発明
者らによる特願昭53−155497号が開示されてい
る。 これらの先行技術に対して本発明は炭素繊維と
鋼繊維を補強基材とし両者を組合わせることによ
り得られる複合組織が優れた摩擦性能を発現する
ことを見い出し、新規なる摩擦材料を提供するも
のであり、技術思想的にもまた内容的にも異なる
全く独自の発明である。 一方、本発明者らの一部は特願昭53−77270号
にて新規な工程を導入することにより耐摩耗性に
優れる炭素繊維系摩擦材料を開示したが、本発明
の摩擦材料は従来の製造工程によつても容易に優
れた摩擦性能を有するものを得ることが出来るも
のであり勿論該工程の方法も適用出来る。 上記本発明により得られた摩擦材料はアスベス
トを用いず炭素繊維と鋼繊維を補強基材とするも
ので世の中のアスベスト規制に対処するものであ
り、かつ近年高まりつつある種々の要求特性に応
える優れた摩擦材料を提供するものであり、産業
界に寄与するところ大であるといえる。 以下実施例により本発明を詳細に説明する。 実施例 表１に示される各種組成物をヘンシエル混合機
により均一な混合物となるように混合した。 該混合物を成形用金型を用いて170℃、200Kg／
cm2の条件で圧縮加熱成形した。さらに該成形物を
180℃にて４時間後硬化処理することにより摩擦
材料を得た。 得られた各摩擦材料よりそれぞれ25mm角、厚さ
６mmの試験片を２枚切り出しJIS−Ｄ−4411に準
拠した定速式摩擦試験機により摩擦・摩耗特性を
評価した。 評価法はJASO−Ｃ−418に準拠する断続試験
法によつた。 試験条件はすべり速度８ｍ／秒、面圧20Kg／cm2
で断続サイクルを加圧５秒間、除圧５秒間とし、
試験温度が室温から350℃まで連続的に昇温する
いわゆるフエード試験を実施した。 尚、本試験条件は面圧20Kg／cm2で通常の６〜13
Kg／cm2の条件に比しかなり過酷な条件といえる。 各温度における摩擦係数の値およびフエード試
験を通じての摩耗による減量（摩耗量）を表２に
示す。 実施例１〜７は本発明による摩擦材料である。 表２に現在市販されている摩擦材料（デイスク
パツド材）の評価結果を併せて示すが、本発明の
摩擦材料は摩擦係数の水準でほぼ同等であり、摩
耗量に関しては一段と少なく耐摩耗性に優れる。
すなわち長寿命の摩擦材料であることが明らかで
ある。 さらに高温領域（300℃、350℃）における摩擦
係数の低下（フエード現象）が全く観察されず安
定した摩擦係数を示すものであつた。 比較例１、２は本発明の組成を満足しない系か
らなる摩擦材料であるが、この場合は摩耗量は本
発明品と同等であるが、摩擦係数の水準が0.2前
後の低目の値を示し、摩擦材料としては好ましく
ないものであつた。 比較例３、４は実施例２の組成において炭素繊
維の代りにそれぞれアスベストおよびガラス繊維
を用いた系からなる摩擦材料であるが、本発明の
実施例２の摩擦材料に比較して摩擦係数の水準は
ほぼ同等であるが、摩耗量が異状に多く摩擦材料
としては好ましいものではなかつた。 以上の如く本発明の摩擦材料は比較的過酷の条
件下にても摩擦係数の水準が高く、かつ安定性に
富み、さらに耐摩耗性に優れることが明らかとな
つたものである。
【表】
【表】
Claims (1)
- １ フエノール樹脂10〜30容量％(A)を結合材と
し、平均繊維長が0.2〜10mmの炭素繊維15〜50容
量％(B)、炭素含有量が0.05〜1.0％の鋼繊維７〜
20容量％(C)、無機ないし有機充填剤10〜50容量％
(D)を含む系からなり、前記充填剤の少なくとも
Ｄ／２容量％が硫酸バリウムであり、前記炭素繊
維と前記鋼繊維の両者の合計（Ｂ＋Ｃ）が25〜60
容量％でかつ前記フエノール樹脂量との比（（Ｂ
＋Ｃ）／Ａ）が1.8〜3.5の範囲にあることを特徴
とする有機摩擦材料。
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