JPS63218739A - 摩擦材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は摩擦材、特に主として繊維と樹脂からなる複
合材料摩擦材の製造方法に関する。

摩擦材はブレーキライニング、ディスクパッド。

タラッヂフェーシング等の主要部分として自動車。

軌道車両、自転車、その伯の各種巾両、航空機の車輪等
、遠心分離機、その伯の産業用回転機器。

緩降装置等の安全器具・装置、エレベータ−、エスカレ
ータ−等の移動機器、電気洗濯機その他の家庭用品に至
るまで広く使われている。

本発明はこのような１９擦材一般に適用可能なものであ
る。

［従来の技術及びその問題点］ 近年、小雨の大型化、高速化といった使用条件の苛酷化
に伴ってブレーキライニング、ディスクパッドやクラツ
ヂフエーシング等に要求される性能もますま１高度なも
のになりつつある。これは単に自動車等の車両に留まら
ず、航空機の大型化。

高速化従って着陸速度の増加、離島等での滑走路の短縮
への要求等による制動装置の高性能化や産業・家庭用機
器の安全装置としてのブレーキの高性能化への希求など
も広がっている。従って摺動時に単に高い摩擦係数を有
することだけでなく、１′Ｉｉ動向の温度、速度、汁力
等の変化に対応して安定した値をもつことが必要であり
、更には寿命の長いこと、耐熱性の良いことなどが要求
される。

用柱、摩擦材を構成する繊維成分としては依然石綿が主
として使われているが、石綿を主体として製造された摩
擦材は高温時の摩擦係数の低下（フェード現象）や、摩
耗率の上昇という大きな欠点があり、前記のような高度
な要求に応えられなくなっている。

また、近年、石綿粉末の人体に及ぼす悲影響等から公害
問題、労働環境、衛生問題が発生し、石綿を主体として
使用しない、従来の摩擦材よりも優れた摩擦材を提供す
ることは重要、かつ、急務となっている。

このため、既に各種の新素材摩擦材が提案されている。

例えば特開昭５４−１２５２３９号、同５７−８５８７
７号、同５７−１１７５７２号、同５７−１４７５７３
号各公報記載のもの等が挙げられる。これ等は素材構成
としては無機繊維又は／及び粒子、有機ｌＩｉ維又はパ
ルプ。

耐熱性樹脂からなり、巧みに配合し、加工すれば所期無
いしは所期に近い優れた結果が得られるものである。

しかしながら、これらは実用化という観点からは、性能
とは別に加工法の問題が存在し、素材の性能を十分に発
揮させ、且つコストパーフＡ−マンスを有利なものにす
るとは言い難く、従って、好んで、常に採用されるもの
とは言い難い。

摩擦材の在来の加工法は大別して以下の二つになる。一
つは摩擦材の原料素材、つまり石綿・ウオーラストナイ
トその伯の無機材料、カシュー粉末その仙の有機粉末、
綿糸・石綿その他の繊維をフェノール樹脂等の樹脂と共
に混合して成形し、樹脂を硬化して摩擦材とするもので
あり、もう一つは石綿等の長繊維を紐に編み上げてこれ
を巻き上げ、樹脂等を加えて摩擦材とするものである。

その後開発された方法、例えば特開昭５６−１０３２７
０号や前記の特開昭５４−１２５２３９号等に記載され
た方法では、摩擦材組成物を抄造して積層し、これを成
形して摩擦材とする考えを踏まえている。

これらの旧来の方法、及びこの追加された方法でし摩擦
材としては極めて優秀であっても、強度。

剛性が不足し、実用に際してしばしば補強用の金属線が
追加されている。殊にタラッヂフエーシングの場合には
駆動軸の高速回転の場合にはしばしば遠心力で破断して
しまい、金属線の補強はほぼ不可避である。

また、各種の合成パルプを加えて抄造して積層して摩擦
材に成形する方法にあっては、摩擦材として有効な短繊
維又はウィスカー等を層状に配置し得、従って層と直角
に摩擦を行わせればこれ等の末端が摩擦面に現れ易く、
従って物理的に摩擦効果を得易い利点はあるが、特殊な
パルプの製造。

（艮）繊維の切断、これ等と無機物質の混合・抄紙く比
重差があり、極めて難しい）、積層、成形・硬化と極め
て複雑且つ厄介な工程になってしまう。

［問題を解決するための手段］ 上記の問題点は、本発明に従って、無機物質を分散させ
た耐熱性樹脂又はその前駆体を無機繊維。

と有機耐熱性繊維に含浸させ、それをフィラメントワイ
ンディング法でマンドレルに巻き上げ、硬化さ′ぜ、切
断して摩擦材を製造することにより解決される。

特に当該繊維の巻き上げ角度内の少なくと５一つを巻き
上げ軸方向に対して±８０’以上９０°未満とし、更に
は伯の一つを±１０°以下にすることによりより好まし
い態様で解決される。

本発明において無機物質とは、無機繊維例えばガラス繊
維や無機のウィスカー、粒子例えばつＡ−ラストナイト
やチタン酸カリウム繊維（実際にはウィスカー）、カル
シウムシリケートウィスカー、ＳｉＣが挙げられ、摩擦
材として有効に利用できる。炭素繊維、カーボンブラッ
ク等の炭素製品も有効に使用できる。これらには、カシ
ュー粉末等の有機物を更に加えてもよい。

耐熱性樹脂としては耐熱性の他に接着性がおることが好
ましく、従って熱硬化性樹脂が好ましい。

このような樹脂には、フェノール樹脂の他、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられ
る。これらは組合せて使用でき、好ましくはＦＷ法に用
いる際の粘度調整をするのに溶媒を用いなくてもよいも
の、若しくは少量の溶媒で済むものである。前駆体とは
、上記ポリマーの低分子量物又はモノマーをざす。

無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊
維等が挙げられ、摩擦調整作用を目的に金属繊維も用い
ることができる。場合によってはアルミナ繊維、ホウ素
繊維等も用いられる。

有機繊維としては、アラミド繊維、芳香族エーテルアミ
ド繊維、イミダゾール繊維、フェノール繊Ｍ等の合成耐
熱繊維のほか、綿等の併用もある。

通常ＦＷ法で複合材料を作るに当っては繊維に樹脂を含
浸し、マンドレルに巻き上げる。繊維と樹脂、巻き上げ
角度はほぼ任意に選択出来、樹脂と繊維の比率はその工
法及び構造上、一般には繊維が仝休の６０〜７５％（Ｖ
＋＝６０〜７５％と称する）になるが、本発明ではかな
り下げることができる。

ｖｌ　の制約の解決法の一つに、摩擦材効果の調整があ
り、これは繊維の素材の組合せと巻き上げ角度で変えら
れることが解った。つまり巻き上げ角度は補強効果とと
もに摩擦材及び調整剤としての繊維の巻き上げ角度とで
定められる。実施してみると実用上は最外周部を巻き上
げ軸方向に直角に近く即ち±８０”以上９０’未満にし
、内周部を軸方向に幾らかでも近付けること即ち±７０
°以下にすることが好ましいことがわかった。

また、実用する場合、摩擦材として好適なチタン酸カリ
ウム繊維等は実際にはウィスカーであり、従って樹脂に
分散させて用いられるが、実施してみると、この方法は
単に摩擦材としての効果を増すのみならず安定に樹脂率
を変えることにも倹立っている。

最近の新規の耐熱性樹脂と耐熱性繊維の改良・開発は単
に分解温度を上げるのみならず、接着性。

高温時の物性の改善にも役立て得る選択があることが判
り、従来専ら用いられていたフェノール樹脂のみならず
、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の採用ないしは併用
による高度化も可能であることが解った。

つまり、無機ｆｆ１ｗＬ、耐熱性有機繊維に、無機物を
分散させた樹脂を含浸し、フィラメントワインデング法
で巻き上げ、半硬化させたのちマンドレルからはずし、
硬化成形して切断する方法で作った摩擦材は、従来の摩
擦材より強度、殊に高速回転時のバースト強度（破壊強
度）が大に出来、摩擦係数を任意に選べ（必要あれば従
来以上の摩擦係数となし得）、耐磨耗性を改善出来、フ
ェード現象を抑え得、耐熱性を向上させ得る。

［作用］ 上記方法においては、無機繊維、有機耐熱性繊維、耐熱
性樹脂又は／及びその前駆体、及びその伯の無機・有機
物からなる高性能・安全・無公害の摩擦材が安価に得ら
れる。高性能とは強度・耐熱性・摩擦係数・フェード減
少・摩耗率等を基準に、従来製品に比べて優れているか
又は劣らないことを意味し、安全とは製造において従来
の摩擦材の一部には製造従事者に害を与えかねない問題
をもっていたのが低下若しくは無くなることであり、同
時にこの摩擦材を装備した機器、例えば車両を使用する
ものに対する危害の発生を低下させることであり、無公
害とは摩擦材を用いることにより社会一般に有害物質を
まき散らすことが著しく低下することを意味する。安価
とは、製造工程が自動化し易く、大事生産に適し、既存
組成でも従来の製ｊ告方法によるよりも加工費が低下す
ること、新規組成にしても安価な素材を組合せて有効な
性能を持たせ得ることを意味している。

具体的には、近年開発されている新規繊維を補強材と摩
擦材を兼ねて採用し、特別に金属線等で補強しなくとも
十分な強度の摩擦材で摩擦材効果を十分に発揮できるよ
うに製造し得ること、従来考えられていた以上に摩擦材
素材能力を発揮出来ること、素材の選択に自由度が増え
、従ってその選択にもよるが耐熱性、耐摩耗性、フェー
ド現象等で優れたものとなし得、従来ＦＷ法として考え
られていた以上に樹脂率を調整することが可能になって
いることがこれらの特徴を更に発揮させている。これは
また、ＦＷ法で摩擦材を作ることを現実的なものとして
おり、ＦＷ法を用いることが新規開発の諸繊維の活用と
その機能発揮につながっている。

ＦＷ法で摩擦材、特にクラッチフェーシング等の素材を
作り、硬化、切断、成形硬化させて摩擦材とすることに
より加工工程として自動化し易くなり、連続化に近付Ｇ
′ｊ得、従って安価に、作業従事者に安全になし得てお
り、巻き上げ角度等で素材機能の発揮を増ヤし得るので
安価な素材を選択し易くなっている。

本発明方法はかかる思想から成り立っているので摩擦材
、摩擦調整剤の役割を果たし得る、少なくともその一つ
は強度の大な複数の繊維を用いる。

無機繊維と有機繊維であることが望ましく、一般には前
者に強度と硬さを、後者に調整作用を持たせることが多
いが、逆に、両者に夫々の特性の分担をさせることも出
来る。従って、無１１１１ｉ＃ｆｔにはガラス繊維、炭
素繊維、炭化珪素ｍｍ等が挙げられ、摩擦調整作用を目
的に金属繊維を用いることも出来る。場合によってはア
ルミナ繊維、ホウ素繊維等も用いられる。有機繊維とし
てはアラミド繊維、芳香族エーテルアミド繊維、イミダ
ゾール繊維、フェノールＭＡＲ等の合成耐熱４ｆｉ紺の
ほか綿等の併用もある。また、例えば有機繊維を強力な
長繊維として無機繊維は摩擦効果の大きな短繊維のみと
することも出来る。このような場合にはパラ配位アラミ
ドｍｌ（ケブラー等）や芳香族エーテルアミド繊維（テ
クノーラ等）とチタン酸カリウム繊維（ティスモ等）を
組合せる例がある。

この繊維は摩擦材の強度発揮と摩擦効果の発揮を満足す
る角度で巻き上げる。一般的には複数の巻き上げ角度を
採用し、二つの効果を発揮させることが好ましい。実質
的に回転円盤状又はそのように配置された摩擦材の場合
、構造上、補強層は最外周にあることが好ましい。強度
層としては巻き上げ軸に対して８０”以上９０”未満、
摩擦効果層は繊維・樹脂の組合せ等によるが１０℃以下
が好ましい。このような摩擦材の場合、内周の摩擦係数
を大きく、外周の摩擦係数を小さくすることは実用上好
ましいことが多い。回転を抑える又は伝達する摩擦材で
あって、実質的にディスク状で用いられる場合摩擦係数
が一定であると、同じ力でこの摩擦材を抑えると軸中心
に近い位置では回転を抑えるトルクが小さく、遠い位置
では大きくなる。

従って強度段別を行う場合、外に近い所に大きなトルク
が係り、内側より壊れ易くなる。これを補うには内側の
摩擦係数を上げることが好ましい場合があり、ＦＷ法で
はかかる摩擦材が作り易い。

実施例１ 市販のフェノール樹脂にチタン酸カリウムウィスカー（
商品名テイスモ）を１部、カシュー粉末を１部の割合で
分散させ、原料樹脂とした。

テクノーラ（芳香族ポリエーテルアミド）繊維を２部、
長繊維のコーネツクス繊維を２部、市販の炭素繊維を１
部、市販のガラス繊維を２部の割合で、個々の繊維スト
ランドに個々に上記の樹脂を含浸させて、並べてマンド
レルに巻き上げた。

巻き上げ角度は６０’　と８８°とし、数層おきに角度
を変更し、この変更操作の間に樹脂を乾燥さけ、部分硬
化させた。

図１によりこれを説明する。

（１）はテクノーラ繊維群、（２）はコーネツクス繊維
群、（３）は炭素繊維群、（４）はガラス繊維群である
。（５）で表面処理され樹脂槽（６）に入っている上記
の樹脂を含浸し、巻き上げリング（又はバー）（７）を
通してマンドレル（８）に巻き上げる。

得られた中間素材をマンドレルから外せる程度に追加硬
化し、マンドレルから外したのち輪切りにし、金型に入
れてリング状にプレス成形した。

成形条件は１８０　’Ｃ，２００Ｋａ　／ｃｍ２　、７
分である。

図２により説明すると巻き上げられた中間素材は（１）
の様に筒状であり、取り外した俊、（２）のように輪切
りにして硬化する。この際、Ｖンプル片の断面は（３）
の通り軸に直角に近く主として強度を求める繊維（イ）
と摩擦効果を発揮する繊Ｉｆｆ（Ｃ１）を含む。このＩ
ｌｉＭｔ角度はこの例では全ての繊維に対して共通だが
、繊維の特質に応じて区別することも出来る。

得られた摩擦材サンプル片の摩擦係数（μ）は０．４２
．摩耗率は０．１　ｘｌＯ−７ｃｍ３　／にｇ−ｍであ
った。

尚、摩耗率と摩擦係数の温度変化は図３の通りであった
。

摩擦材サンプルの分析結果は、この組成が次のようなも
のであることを示した。

ガラスＭ［ｔａ％ 炭素ｍ帷　　　　　　　　　　　　９ テクノーラ繊１１ｔ１８ コーネツクス繊維　　　　　　　　１８チータン酸カリ
ウムウイスカー　　　　９カシユー粉末　　　　　　　
　　　９ フエノール樹脂　　　　　　　　　１９リンプルの破断
強度は約１５０Ｋ（１／ｃｍ２であった。

［実施例２］ 市販のエポキシ樹脂にチタン酸カリウムウィスカー１部
、カシュー粉末１部の割合で分散させ、原料樹脂とした
。

ガラス繊１１ｔ２部、コーネツクス繊維２部、テクノー
ラ繊［１部、綿紡績糸１部の割合で個々に繊維を準備し
、それぞれに上記の原料樹脂を含浸させ、マンドレルに
巻き上げた。これを半硬化させてマンドレルから外し、
輪切りにしてプレス成形で最終的に成形硬化した。この
１ノンプルの摩擦係数は０．４６であった。

また、このサンプルの分析結果は組成が次のようなもの
であることを示した。

ガラス繊維　　　　　　　　　　　２０％コーネツクス
繊帷　　　　　　　　２０テクノーラｌＩＡ帷　　　　
　　　　　１０綿糸　　　　　　　　　　　　　　１０
チタン酸カリウムウイスカー　　　１０カシユー粉末　
　　　　　　　　　１０エポキシ樹脂　　　　　　　　
　　２０ガラス繊維、コーネックス繊維、テクノーラ繊
維を破砕及び切断して短繊維とし、これ等と綿糸及びブ
タン酸カリウムウィスカー、カシュー粉末を混合してエ
ポキシ樹脂で固めて同様な組成のサンプルを成形した。

これらのサンプルでタラッヂフェーシングのモデルを作
って高速回転破壊テストを実施した。後者のＶンプルは
１２０ＯＲＰＭで破壊したが前者のり゛ンブルは破壊し
なかった。

［実施例３］ エポキシ樹脂溶液にウオラストナイト３部、カシュー粉
末２部の割合で分散させて原料樹脂とした。

ガラス繊Ｍ５部、コーネックス繊維１部、綿紡績糸１部
を個々に準備し、これ等を同時に原料樹脂を含浸させて
マンドレルに巻き上げた。

硬化後取り外して切断し、摩擦材サンプル片［効果］ この発明は以上のようなものであるから、優れた性質を
示す複合材料の摩擦材が容易に、安価に出来る。在来方
法のように石綿を用いずに摩擦材が作れるので公害問題
、労働環境問題を引きおこさず、新しい時代が要求する
摩擦係数、摩耗率。

耐熱性、フェード現象対応等を取ることが出来、従って
物性的に優れている。また、自動化し易く、大量生産に
適し、材料の選択が広範になり、従って安価に摩擦材を
提供出来る方法である。

即ち、工業的には生産性に優れた、高品質の、安価な摩
擦材を提供出来る価値ある方法である。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明を実施する方法を示す概要図でおる。 図２は中間素材から摩擦材を作る例を示す。 図３は実施例１で得られた摩擦材の性能を示すものでお
る。 図１　蓼人概墾 （！１？−＃Ｊ屏 図３　淳耗牟ヒ岸椋係枚 １００　　　　１５０　　　　　Ｚｏｏ　　　　　２５
０壜度　°Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機物質を分散させた耐熱性樹脂又はその前駆体を
   無機繊維と有機耐熱性繊維に含浸させて、フィラメント
   ワインデング法でマンドレルに巻き上げ、硬化させ、切
   断することからなる摩擦材の製造方法。 ２、当該繊維の巻き上げ角度の内の少なくとも一つを巻
   き上げ軸方向に対して±８０°以上９０°未満とする特
   許請求の範囲第１項記載の摩擦材の製造方法。 ３、当該繊維の巻き上げ角度の一つを巻き上げ軸に対し
   て±７０°以下とする特許請求の範囲第１項記載の摩擦
   材の製造方法。 ４、当該有機耐熱性繊維がアラミド繊維及び／又は芳香
   族エーテルアミド繊維である特許請求の範囲第１項記載
   の摩擦材の製造方法。 ５、当該無機繊維がガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊
   維、金属繊維の何れかを含むものである特許請求の範囲
   第１項記載の摩擦材の製造方法。 ６、当該耐熱性樹脂がエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
   フェノール樹脂の何れかである特許請求の範囲第１項記
   載の摩擦材の製造方法。