WO2007114284A1 - 摩擦材およびその製造方法 - Google Patents

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WO2007114284A1
WO2007114284A1 PCT/JP2007/056939 JP2007056939W WO2007114284A1 WO 2007114284 A1 WO2007114284 A1 WO 2007114284A1 JP 2007056939 W JP2007056939 W JP 2007056939W WO 2007114284 A1 WO2007114284 A1 WO 2007114284A1
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WO
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titanium dioxide
friction material
flakes
material according
titanium
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/056939
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ltd. Nagase & Co.
Kaoru Isobe
Masaki Iida
Teppei Ishikawa
Masaya Kimura
Teiji Takagi
Hiroshi Ogawa
Original Assignee
Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. filed Critical Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/027Compositions based on metals or inorganic oxides

Definitions

  • the present invention relates to a friction material and a method for manufacturing the same, and more specifically, a friction material used for brake pads, brake linings, clutch linings, etc. for automobiles, heavy trucks, railway vehicles, aircrafts, various industrial machines and the like. And a manufacturing method thereof.
  • the friction material is manufactured by molding a composition mainly composed of a fiber base material, a binder, a friction modifier, and the like, and then heat-curing.
  • a composition mainly composed of a fiber base material, a binder, a friction modifier, and the like In order to obtain excellent friction performance and squeal characteristics.
  • Various inorganic fibers such as asbestos and potassium titanate fiber have been used.
  • asbestos has been limited in its carcinogenicity, and other inorganic fibers can be inhaled with a length of 5 ⁇ m or more, a diameter of 3 ⁇ m or less, and an aspect ratio exceeding 3.
  • inorganic fibers have a low bulk density, they have the effect of improving the porosity of the friction material, which is effective for fading performance and high-speed effect, but when not used, the porosity decreases, fading performance, high speed The problem is that the effectiveness of is reduced.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-70765
  • the porosity of the friction material can be made 5 to 15% by containing a plate-like titer, thereby reducing the hardness of the friction material,
  • friction coefficient, fading performance, high-speed efficacy, etc. will be improved, but further improvement of friction coefficient is desired.
  • the present inventors In order to improve the characteristics such as the friction coefficient of the friction material, the present inventors have excellent thermal stability as a material contained in the friction material, and various crystal forms exist.
  • the inclusion of dioxide-titanium flakes containing anatase-type crystals Compared to those containing potassium titanate fiber, granular rutile-type titanium dioxide pigment, and plate-like rutile-type titanium dioxide, it has been found that the friction coefficient can be improved, effective for high-speed effect, and wear resistance can be improved.
  • the present invention has been completed.
  • the present invention is a friction material containing a titanium dioxide thin film containing anatase type crystals.
  • the friction material of the present invention has the following excellent effects.
  • the friction material having a high friction coefficient can be made smaller and lighter.
  • the porosity of the friction material can be made higher than that of granular rutile titanium dioxide pigment and plate-like rutile titanium dioxide, and the frictional heat generated during braking can be dispersed.
  • the friction material of the present invention specifically includes brake pads, brake linings, disk pads, clutch facings, paper clutch facings, brake pads, etc. for automobiles, large trucks, railway vehicles, aircraft, various industrial machines, etc. It can be used widely for various applications.
  • the friction material of the present invention contains titanium dioxide flakes and the titanium dioxide flakes. It is important that the tan flakes contain anatase-type titanium dioxide crystals. Titanium dioxide flakes have the effect of substituting fiber base materials and friction modifiers (including friction modifiers, hardness, porosity and other properties improving agents, and fillers) in friction materials.
  • the titanium dioxide flake used in the present invention has a flat surface on at least a part of the particle shape of titanium dioxide, and the coral has a curved surface, and is said to have a flaky, layered, or plate-like structure. Including things. In the case where the titanium dioxide flakes are secondary particles formed by aggregation of titanium dioxide particles, those having a flat surface or a curved surface on at least a part of the secondary particles are included. Also
  • Titanium dioxide flakes are made by reacting a layered titanic acid compound with an amine compound and Z or an ammonia compound and then baking, or laminating a sheet of titanium dioxide titanium oxide. It is more preferred to be synthesized. By containing such anatase-type titanium dioxide flakes, the porosity of the friction material can be adjusted to preferably 15% or more, more preferably 16% or more.
  • the titanium dioxide flakes can be hollow titanium dioxide or a crushed product of compacted and granulated titanium dioxide, and the surface condition of the titanium dioxide flakes can be uneven or porous. ,.
  • the size of the titanium dioxide flakes is preferably in the range of l-lOO ⁇ m as the average cross diameter, more preferably in the range of 5-30 / ⁇ ⁇ . If the size of the titanium dioxide flake is at least in the above range, the bulk density can be further reduced, the porosity of the friction material can be improved, and the fade performance, high-speed efficacy, and wear resistance can be further improved.
  • the thickness of the titanium dioxide flakes can be set as appropriate, but a range of 0.01 to 5.0 m is preferred, a range force of 0.01 to 1.0 m is preferred, and a range of 0.01 to 0.5 m Is more preferable. It is preferable that the thickness of the titanium dioxide flakes is at least in the above range because the ratio of the average crossed diameter Z thickness is increased and stable friction characteristics can be obtained.
  • the average cross diameter Z thickness ratio is preferably about 10 or more, more preferably about 50 to 200.
  • the shape, size (crossover diameter), and thickness of the titanium dioxide flakes can be observed with an electron microscope.
  • the average crossover diameter is 100 or more thin pieces (longest crossover diameter + shortest crossover diameter) Number of Z2 values It is specified by the average value, and the thickness is specified by the number average thickness of 100 or more slices.
  • the longest span diameter of all the flakes is defined by the number average value of the shortest span diameter Z, and the value is 3 or less, more preferably 1-2.
  • the titanium dioxide titanium flakes used in the present invention have crystals belonging to anatase-type titanium dioxide-titanium.
  • the anatase-type crystal has a Mohs hardness of 5.5 to 6, which can be adjusted moderately when the friction material is lower than a rutile-type crystal (Mohs hardness is 6 to 7).
  • the diacid-titanium flakes contain more anatase-type titanium dioxide crystals.
  • other metals than titanium which may contain rutile-type crystals, brookite-type crystals, and amorphous titanium dioxide that does not have a clear peak in X-ray diffraction.
  • An element may be contained. The content of anatase, rutile and brookite titanium dioxide can be determined by X-ray diffraction.
  • the titanium dioxide titanium flakes contain at least 50% by weight of anatase-type titanium dioxide crystals, more preferably at least about 60% by weight, and more preferably at least about 70% by weight. Most preferably, almost all of at least about 90% by weight is anatase-type crystal titanium dioxide.
  • at least one element selected from the group power consisting of sodium, potassium, lithium, copper, magnesium, calcium, zinc, aluminum, gallium, manganese, iron, nickel and cobalt should be contained in a solid solution or doped state. Therefore, it is possible to adjust heat resistance and hardness.
  • the content of such an element can be appropriately set according to the effect, but is preferably about 0.01 to 20% by weight, more preferably about 0.1 to 5% by weight with respect to titanium dioxide.
  • the content of the titanium dioxide flakes in the friction material can be set as appropriate, but about 1 to 50% by weight of the total friction material composition is preferable, and about 3 to 45% by weight is more preferable 5 to 40% by weight The degree is further preferred.
  • the titanium dioxide flakes are porous or bulky. Furthermore, it is preferable that the titanium dioxide flakes have pores with a radius of 100 to 1000 nm, particularly a radius of 10 to 100 nm because the strength of the friction material can be increased and the wear resistance can be increased by strongly binding with the binder.
  • the pore volume is large! In terms of the specific surface area of the titanium dioxide flakes as a porous index, it is preferably in the range of about 2 to 50 m 2 Zg, more preferably about 10 to 30 m 2 Zg.
  • 5gZcm 3 about range A range of about 0.05-0.2 gZcm 3 is more preferable.
  • the specific surface area is measured by the BET method.
  • the pore volume is measured by the nitrogen gas adsorption method, and the pore volume of radius 10 ⁇ : LOO nm is preferably 40mm 3 Zg or more 40 ⁇ : the range of L00mm 3 Zg is more preferred, .
  • porous diacid-titanium flakes As the porous diacid-titanium flakes, a layered diacid-titanium having a large amount of pores between layers is preferred. Further, aminic compounds and amorphous compounds are added to the layered titanate. These are swelled between layers after being acted on and then synthesized by baking, or those synthesized by laminating sheet-like titanium dioxide and titanium are more preferred in size and thickness. preferable. Layered titanium dioxide has a discontinuous Ti-O bond in the direction perpendicular to the surface, and sheet-like titanium dioxide has a continuous Ti-O bond in the direction perpendicular to the surface.
  • Both the layered titanium dioxide and the sheet-like titanium dioxide include those in which each layer or each sheet is displaced in the surface direction or having a turbostratic structure.
  • the thickness of each sheet of sheet-like titanium dioxide titanium is preferably in the range of about 0.5 to 15 nm, and it is preferable to use those in which about 5 to 100 layers are laminated.
  • a diacid synthesized by applying an amine compound or an ammonium compound to layered titanic acid to swell the layers and then firing and synthesizing or laminating sheeted titanium dioxide The layered or sheeted titanium dioxide is the source of the titanium flakes, even when the layers between the sheets are fused and the majority of the layered structure is not maintained during drying and firing. As a result, pores, steps, and fluff remain on the surface. For this reason, it is possible to increase the porosity or to strongly bond with the binder to increase the wear resistance.
  • the bulky titanium dioxide flakes are preferred because they are synthesized by laminating the above-mentioned layered titanium dioxide and thin sheet-like titanium dioxide, since the bulk density is high. What is obtained by pulverizing hollow titanium dioxide, which will be described later, is preferably more bulky because curved portions remain.
  • the titanium dioxide titanium flake used in the present invention can be produced by a known method, and for example, the method described in W099Z11574 can be optimally used. Specifically, (1) a layered metal titanate such as cesium titanate, lithium potassium titanate or potassium magnesium titanate was synthesized, and then the obtained layered metal titanate was dissolved in water. After suspending in the medium, acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid is added, metal ions are extracted to form layered titanic acid, and then layered titanic acid is baked at a temperature of about 400 ° C or higher to form a layered structure.
  • a layered metal titanate such as cesium titanate, lithium potassium titanate or potassium magnesium titanate was synthesized, and then the obtained layered metal titanate was dissolved in water. After suspending in the medium, acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid is added, metal ions are extracted to form layered titanic acid, and then layered titanic acid is baked at
  • a basic compound such as an amine compound or an ammonium compound is prepared. After adding and swelling the layers, the layer is baked at a temperature of about 400 ° C. or more to form titanium dioxide slices having a layered structure, and the layer thickness is adjusted by adjusting the interlayer distance by this method.
  • the layers are peeled off to obtain a sheet-like titanate compound, and then dried. A method of firing titanium dioxide flakes by baking at a temperature of about 400 ° C or higher.
  • a sheet-like titanate compound having a thickness of about 0.5 to 15 nm can be obtained, and a laminate in which about 5 to: LOO layer is laminated can be produced by drying and firing (4)
  • the suspension of the sheet-like titanium dioxide-titanium suspension obtained by the above method (3) is spray-dried to obtain a hollow fine powder in which the sheet-like titanate-acid compound is bonded, and then dried. Crushing and baking at a temperature of about 400 ° C or more to make titanium dioxide flakes, (5) Freeze-drying the sheet-like titanium dioxide suspension obtained by method (3) above To obtain a porous gel in which the sheet-like titanate compound is bonded, and then dry pulverizing and firing at a temperature of about 400 ° C. or more to form titanium dioxide flakes. be able to.
  • the titanium dioxide obtained in this way may be dry pulverized as necessary to adjust the particle size of the titanium dioxide flakes. Or it may be granulated. In addition, after suspending titanium dioxide in a solvent as necessary, it may be filtered, washed and dried to remove impurities. May be performed.
  • the surface of the titanium dioxide flake is covered with at least one inorganic compound or organic compound. It is preferable to perform the covering treatment because the affinity with the binding material is improved and the titanium dioxide titanium flakes are easily dispersed in the binding material, and the strength of the friction material can be improved. It is particularly preferable to coat the outermost part of the titanium dioxide flakes with an organic compound that can be coated with a combination of an inorganic compound and an organic compound because the dispersibility improvement effect is particularly large.
  • the coating amount of the inorganic compound or organic compound is preferably about 0.1 to 30% by weight with respect to the titanium dioxide flakes. 0.3 to: About LO weight% is more preferred 1.0. About 5% by weight is more preferable.
  • inorganic compounds include oxides of silicon, zirconium, aluminum, titanium, and hydrated oxides. These may be used alone, or two or more of them may be laminated or mixed. Can be used together.
  • organic compound include (I) an organic ketone compound, (ii) an organometallic compound, (III) a polyol, (IV) an alanol alcohol or a derivative thereof, and (V) a higher fatty acid or a metal salt thereof. And (VI) higher hydrocarbons or derivatives thereof.
  • the organic compound can be used alone or in combination by laminating or mixing two or more kinds. More specifically, organic compounds that can be used are:
  • Organosilicon compounds include (1) organopolysiloxanes ((a) straight polysiloxane (dimethylpolysiloxane, methylhydrogenpolysiloxane, methylmethoxypolysiloxane, methylphenol polysiloxane, etc.), ( b) Modified polysiloxane (dimethylpolysiloxane diol, dimethylpolysiloxane dinoidogen, side-chain or both-end amino-modified polysiloxane, side-chain or both-end or one-end epoxy-modified polysiloxane, both-end or one-end methacryl Modified polysiloxane, side-chain or both-end carboxyl-modified polysiloxane, side-chain or both-end or one-end carbinol-modified polysiloxane, both-end phenol-modified polysiloxane, side-chain or both-end mercapto-modified
  • Organometallic compounds include (1) organic titanium compounds ((a) aminoalkoxytitanium (isopropyltri (N-aminoethyl-aminoethyl) titanate etc.), (b) ester titanium phosphate ( Isopropyl tris (dioctyl pyrophosphate) titanate, bis (dioctyl pyrophosphate) oxyacetate titanate, bis (dioctyl pyrophosphate) ethylene titanate), ( c ) carboxylic acid ester titanium (isopropyl triiate) (S) stearoyl titanate), (d) sulfonated titanium (isopropyl-n-dodecylbenzene sulfo-titanate, etc.), (e) titanium chelate (titanium diisopropoxybisacetylenoacetonate, titanium diisopropoxy) Visechinoleacetate, o
  • polyols examples include trimethylolpropane, trimethylolethane, pentaerythritol and the like.
  • alkanolamines include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monopropanolamine, dipropanolamine, and tripropanolamine.
  • organic acid salts such as acetate, oxalate, tartrate, formate and benzoate.
  • Examples of higher fatty acids include stearic acid, lauric acid, and oleic acid, and examples of metal salts thereof include aluminum salts, zinc salts, magnesium salts, calcium salts, and norlium salts. .
  • Higher hydrocarbons include norafine wax, polyethylene wax and the like, and derivatives thereof include perfluorinated products thereof.
  • the friction material of the present invention contains the above-mentioned titanium dioxide flakes and a binder, and in addition, a fiber base material and other friction modifiers (fillers, lubricants, fenders, abrasives) as necessary. Etc. can be appropriately contained.
  • binder known materials generally used for friction materials can be used.
  • phenol resin novolac straight phenol resin, NBR rubber-modified high-orthophenol resin, NBR rubber-modified phenol resin,
  • rubber-modified phenolic resin such as acrylic rubber-modified phenolic resin, melamine resin, epoxy resin, NBR (Atari mouth-tolyl butadiene rubber), nitrile rubber, acrylic rubber, etc. Or in combination of two or more.
  • the content of the binder can be appropriately set, and is preferably about 5 to 50% by weight, more preferably about 10 to 40% by weight, based on the entire friction agent composition.
  • fiber base material inorganic fibers and organic fibers that are usually used for friction materials can be used.
  • fiber base materials include metal fibers such as iron, copper, brass, bronze, and aluminum, ceramic fibers, potassium titanate fibers, glass fibers, rock unole, wollastonite, sepiolite, attapulgite, and artificial mineral fibers.
  • Inorganic fibers such as carbon fiber, aramid fiber, aramid pulp, polyimide fiber, polyamide fiber, phenol fiber, cellulose, acryl fiber, etc., and one of these may be used alone or in combination of two or more It is preferable not to include inorganic fibers having a length of 5 ⁇ m or more, a diameter of 3 ⁇ m or less, and an aspect ratio exceeding 3.
  • This fiber base material can be used in the form of short fibers, powders, etc., and the amount added can be adjusted as appropriate, but is preferably about 1 to 60% by weight with respect to the entire friction material composition. More preferably, it is about 5 to 40% by weight.
  • the friction modifier has an effect of adjusting friction and improving characteristics such as hardness and porosity, and an organic friction modifier and an inorganic friction modifier that are usually used for friction materials are used as necessary. be able to.
  • organic friction modifiers include cash dust, tire liquor, rubber dust (rubber powder, granules), nitrile rubber dust (vulcanized product), acrylic rubber dust (vulcanized product), resin dust, friction dust, etc. One of these can be used alone or in combination of two or more.
  • the addition amount of the organic friction modifier is preferably about 1 to 30% by weight, more preferably about 10 to 25% by weight, based on the entire force friction material composition that can be adjusted as appropriate.
  • an inorganic friction modifier barium sulfate, baryta (barium oxide), calcium carbonate, my strength, coatas, graphite, and other metal powders such as iron, copper, and aluminum can be used.
  • the content of this inorganic friction modifier can be adjusted as appropriate, but the total amount with the titanium dioxide flakes is preferably about 1 to 80% by weight of the total friction material composition. % Is more preferable. Of these, the content of titanium dioxide flakes is preferably about 1 to 50% by weight, more preferably about 3 to 45% by weight, and more preferably about 5 to 40% by weight of the entire friction material composition.
  • the friction material of the present invention can be appropriately produced according to a conventionally known method for producing a friction material.
  • a conventionally known method for producing a friction material titanium dioxide flakes and binders containing at least anatase-type crystals, preferably at least titanium dioxide flakes containing at least anatase-type crystals, binders and fiber base materials are mixed and then molded and heat-cured. can get.
  • Henschel mixer, rede A mixer such as a Siege mixer or Eilich mixer can be used, and after uniform mixing, it is preformed in a molding die as necessary, and the preform is molded at a molding temperature of about 130 to 200 ° C.
  • Molding is performed at a pressure of about 100 to 1000 kgfZcm 2 (9.8 to 98 MPa) for 2 to 15 minutes, and then the resulting molded product is heat-treated at a temperature of about 140 to 250 ° C for 2 to 48 hours (heating hardness). To manufacture. Thereafter, spray coating, baking, and polishing can be performed as necessary. Also, when manufacturing disc pads for automobiles, etc., preforms are placed on an iron or aluminum plate that has been cleaned, surface-treated, and coated with adhesive in advance, and in this state, molding, heat treatment, spray coating, baking, It can be manufactured by polishing.
  • K CO Potassium carbonate
  • Li CO lithium carbonate
  • TiO titanium dioxide
  • the Ti molar ratio was mixed at 3Z1Z6.5 and thoroughly ground. This is transferred to a platinum crucible, calcined at 800 ° C. for 5 hours to obtain an alkali metal titanate powder, and then the obtained powder lg is contacted with 100 cm 3 of 1N hydrochloric acid for 1 day. The reaction was allowed to proceed with stirring at room temperature. Thereafter, filtration, washing with water and drying were performed to obtain a layered titanic acid compound powder (sample A).
  • the viscosity was measured using a BL type viscometer.
  • the flaky titasol was dried with a disk-type spray dryer (a mobile minor spray dryer manufactured by Futaguchi).
  • the disk was a pin type, sprayed by rotating at 24000 rpm, and contacted with hot air at a temperature of 200 ° C. to obtain a hollow fine powder.
  • it was pulverized by a pin mill (Stud Mill 63Z manufactured by ISI Co., Ltd.) and heat-treated at a temperature of 670 ° C. for 1 hour to obtain a flaky titanium dioxide powder (Sample B).
  • This sample B is a flaky titanium dioxide powder with a thickness of about 3 Onm and an average diameter of about 10 m, as observed by scanning electron micrograph (Fig. 1) and X-ray diffraction measurement.
  • Sample B is a laminate of about 30 layers of about 1 nm of sheet-like titanium dioxide, with a specific surface area of 23 m 2 / g, bulk density of 0.10 g / cm 3 , radius 10: The pore volume of LOOnm was 65 mm 3 Zg.
  • Example C 6 g of the layered titanic acid compound powder (sample A) was added to 0.1 dm 3 (concentration: 150 mol-m " 3 ) of an aqueous ethylamine solution and stirred for 1 hour to swell the layers and peel off some of the layers. Then, washing with water, drying, and firing at a temperature of 700 ° C., a flaky titanium dioxide powder (sample C) was obtained.
  • This sample C is a flaky titanium dioxide powder with a thickness of about 3 OOnm and an average span diameter of about 10 m as observed by scanning electron micrograph (Fig. 2) and X-ray diffraction measurement. It was found that 98% by weight of the titanium oxide crystal was contained, and the remainder was a rutile-type titanium dioxide crystal. Sample C had a specific surface area of 8 m 2 Zg, a bulk density of 0.35 g Zc m 3 , and a pore volume force of 6 mm 3 Zg with a radius of 10 to 1 OOnm.
  • Test Example 1 (Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 to 4)
  • the friction material composition having the composition shown in Table 1 was uniformly mixed using a Redige mixer, and pre-molded by pressing for 3 seconds at 300 kgfZcm 2 (29.4 MPa) in a pressure mold. This preform was molded for 300 seconds at a molding temperature of 150 ° C and a molding pressure of 300kgfZcm 2 (29.4MPa), then heat-treated at 160 ° C for 1 hour, and then heat-treated at 210 ° C for 5 hours.
  • the brake pads for passenger cars of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were produced.
  • the bulk density, particle size, specific surface area, radius 10 ⁇ : LOOnm pore volume of the friction modifier samples subjected to these tests are summarized in Table 2.
  • the granular rutile type titanium dioxide pigment of Comparative Example 3 and the plate-like rutile type titanium dioxide titanium oxide of Comparative Example 4 did not contain anatase type crystals.
  • Example 2 Regarding the friction performance of Example 2, the effectiveness was slightly higher than that of Comparative Example 1, and the recoverability was almost the same as Comparative Example 1. As a result, the friction performance of the friction material of the present invention has a high friction coefficient even though it does not contain inorganic fibers having a length of 5 m or more, a diameter of 3 m or less and an aspect ratio exceeding 3. The fact that it is relatively stable with respect to various braking conditions proved powerful. Further, the porosity of Example 2 can disperse the frictional heat generated during braking, which is higher than Comparative Examples 2, 3, and 4.
  • Friction performance test A PD51 disc brake was used, and the test was conducted with a moment of inertia of 44. lkg'm 2 and JASO C 406 test code.
  • Example 1 Example 2 Comparative school example 1 Comparative example 2 Comparative example 3 Comparative example 4 Friction dust 6 6 6 6 6
  • the friction material of the present invention has a high coefficient of friction, is relatively stable with respect to various braking conditions, and improves safety and hygiene at the time of manufacturing the friction material, so that automobiles, large trucks, railway vehicles, It can be widely used for various applications such as brake pads, brake linings, disc pads, clutch facings, paper clutch facings, and brake pads for aircraft and various industrial machines.
  • FIG. 1 is a scanning electron micrograph of Sample B.
  • FIG. 2 is a scanning electron micrograph of Sample C.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of wear tests according to temperature.

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Abstract

 高摩擦係数であり、各種の制動条件に対し比較的安定しているとともに、摩擦材製造時の安全衛生性が向上し、自動車、大型トラック、鉄道車両、航空機、各種産業機械等のブレーキパッド、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、ペーパークラッチフェーシング、制輪子などの各種用途に幅広く用いることができる摩擦材を提供する。  本発明の摩擦材はアナタース型結晶を含む二酸化チタン薄片を含有する。好ましくはアナタース型結晶を少なくとも50重量%含む。二酸化チタン薄片は、好ましくは、厚みが0.5~15nmのシート状二酸化チタンを貼り合わせて合成されたものであり、その比表面積は2~50m2/g、嵩密度は0.05~0.5g/cm3である。

Description

明 細 書
摩擦材およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は摩擦材およびその製造方法に関し、より詳しくは自動車、大型トラック、鉄 道車両、航空機、各種産業用機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング及びクラ ツチフ ーシング等に使用される摩擦材およびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 摩擦材は、繊維基材、結合材、摩擦調整剤等を主成分とする組成物を成形し、加 熱硬化して製造されるが、優れた摩擦性能や鳴き特性を得るために、アスベスト、チ タン酸カリウム繊維などの各種無機繊維が用いられてきた。し力しながら、近年、ァス ベストはその発癌性により使用が制限され、また、その他の無機繊維についても、長 さ 5 μ m以上、直径 3 μ m以下かつアスペクト比が 3を超え吸入可能なものは安全性 に懸念があるとして、使用を避ける傾向にある。このため、このような無機繊維を使用 しない摩擦材が開発されている。無機繊維は嵩密度が小さいため、フェード性能、高 速の効きに有効である摩擦材の気孔率を向上させる効果を有するのに対して、使用 しないことにより気孔率が低下し、フェード性能、高速の効きが低下するという問題を 生じている。
この問題を改善するために例えば、粒径が約 5 μ m、厚さが約 0. 5 μ mの板状チタ 二了 (酸化チタン)を無機充填材として用いることが提案されて ヽる (特許文献 1参照)
[0003] 特許文献 1 :特開平 5— 70765号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 前記の特許文献 1には、板状チタ-ァを含有することにより摩擦材の気孔率を 5〜1 5%とすることができ、それによつて摩擦材の硬度が低下し、初期摩擦係数、フェード 性能、高速効力等が改善されるとの記載があるが、摩擦係数等のさらなる改善が望 まれている。 課題を解決するための手段
[0005] 本発明者らは、摩擦材の摩擦係数等の特性を改善するために、摩擦材に含有する 材料として熱安定性に優れ、種々の結晶形のものが存在し、しカゝも、粒子形状、多孔 性、嵩密度等について異なる性状を持つものがある二酸ィ匕チタンに着目して、研究 を行った結果、アナタース型結晶を含む二酸ィ匕チタン薄片を含有することによりチタ ン酸カリウム繊維、粒状ルチル型二酸化チタン顔料、板状ルチル型二酸化チタンを 含有したものに比べ、摩擦係数が改善でき、高速の効きに有効であること、耐摩耗性 が改善できることなどを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、アナタース型結晶を含む二酸ィ匕チタン薄片を含有した摩擦 材である。
発明の効果
[0006] 本発明の摩擦材は、以下の優れた効果を奏するものである。
(1)低温から高温までの領域で摩擦係数が安定する。
(2)低温から高温までの領域で、汎用されているチタン酸カリウム繊維に比べて、高 ぃ耐摩耗性が得られる。
(3)摩擦材の生産時に混合特性が向上し、均質な摩擦材を得ることができる。
(4)摩擦係数が高ぐ摩擦材の小型化および軽量ィ匕ができる。
(5)粒状ルチル型二酸化チタン顔料、板状ルチル型二酸化チタンに比べ摩擦材の 気孔率も高くでき、制動時に発生する摩擦熱を分散することができる。
(6)安全性に懸念があるとされる長さ 5 μ m以上、直径 3 μ m以下かつアスペクト比が 3を超える無機繊維を使用せず、あるいはその使用量を削減できるため、摩擦材製 造時の安全衛生性を向上することができる。
このため、本発明の摩擦材は具体的に、 自動車、大型トラック、鉄道車両、航空機、 各種産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフエ 一シング、ペーパークラッチフエ一シング、制輪子などの各種用途に幅広く用いること ができる。
発明を実施するための最良の形態
[0007] 本発明の摩擦材においては、二酸化チタン薄片を含有するとともに、その二酸化チ タン薄片がアナタース型ニ酸ィ匕チタン結晶を含むことが重要である。二酸化チタン薄 片は、摩擦材において繊維基材、摩擦調整剤 (摩擦係数、硬度、気孔率等の特性改 良剤、充填材を含む)の代替となる作用を有するものである。本発明で用いる二酸ィ匕 チタン薄片は、二酸化チタンの粒子形状の少なくとも一部に平らな面ある ヽは湾曲し た面を有するものであり、薄片状、層状、板状等の構造といわれるものを含む。二酸 化チタン薄片が、二酸ィ匕チタン粒子が集合してなる二次粒子である場合には、この 二次粒子の少なくとも一部に平らな面あるいは湾曲した面を有するものを含む。また
、二酸化チタン薄片が、層状チタン酸ィ匕合物にアミンィ匕合物および Zまたはアンモ- ァ化合物を作用させた後、焼成して合成したもの、或いはシート状二酸ィ匕チタンを貼 り合わせて合成されたものがより好まし 、。このようなアナタース型ニ酸ィ匕チタン薄片 を含有することにより、摩擦材とした際の気孔率を好ましくは 15%以上、より好ましく は 16%以上に調整することができる。
二酸化チタン薄片は中空状二酸化チタンや成形、造粒した二酸化チタンを粉砕し た破砕体でもよぐまた二酸ィ匕チタン薄片の表面状態は凹凸を有していても多孔質 であってもよ 、。二酸化チタン薄片の大きさは平均わたり径として l-lOO ^ mの範 囲であるのが好ましぐ 5〜30 /ζ πιの範囲がより好ましい。二酸化チタン薄片の大きさ が少なくとも上記範囲であれば、嵩密度をより小さくすることができ、摩擦材の気孔率 が向上し、フェード性能、高速効力、耐摩耗性をより改善することができる。二酸化チ タン薄片の厚みは適宜設定できるが、 0. 01-5. 0 mの範囲が好ましぐ 0. 01〜 1. 0 mの範囲力より好ましく、 0. 01〜0. 5 mの範囲がさらに好ましい。二酸化チ タン薄片の厚みが少なくとも前記範囲であると、平均わたり径 Z厚みの比が大きくなり 、安定した摩擦特性が得られるため好ましい。平均わたり径 Z厚みの比は 10以上程 度が好ましぐ 50〜200程度がより好ましい。二酸化チタン薄片の形状、大きさ(わた り径)、厚みは電子顕微鏡により観察でき、平均わたり径は 100個以上の薄片につい ての (薄片の最長わたり径 +最短わたり径) Z2の値の個数平均値で規定し、厚みは 100個以上の薄片についての個数平均厚みで規定する。好ましくは、 100個以上の 薄片につ 、ての薄片の最長わたり径 Z最短わたり径の個数平均値で規定して、その 値は 3以下、より好ましくは 1〜2である。 本発明で用いる二酸ィ匕チタン薄片は、アナタース型ニ酸ィ匕チタンに帰属する結晶 を有するものである。アナタース型結晶のモース硬度は 5. 5〜6であり、ルチル型結 晶(モース硬度は 6〜7)等より低ぐ摩擦材とした際の硬度を適度に調整することが でき、対面攻撃性が良好でブレーキ制動時の鳴き、ジャダ一の発生を抑制する。そ のため、二酸ィ匕チタン薄片には、アナタース型ニ酸ィ匕チタン結晶がより多く含まれる のが好ましい。アナタース型ニ酸化チタン結晶以外には、ルチル型結晶、ブルツカイ ト型結晶や X線回折では明確なピークを有さないアモルファス状の二酸ィ匕チタンが含 まれていてもよぐチタン以外の金属元素が含まれていてもよい。アナタース型、ルチ ル型、ブルッカイト型の二酸ィ匕チタンのそれぞれの含有量は X線回折によって求める ことができる。好ましくは二酸ィ匕チタン薄片には、アナタース型ニ酸化チタン結晶が 少なくとも 50重量%、さらに好ましくは少なくとも 60重量%程度、さらに好ましくは少 なくとも 70重量%程度含まれる。最も好ましくは少なくとも 90重量%程度のほぼすベ てがアナタース型結晶の二酸ィ匕チタンである。また、ナトリウム、カリウム、リチウム、銅 、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、マンガン、鉄、ニッケル及 びコバルトから成る群力 選ばれる少なくとも 1種の元素を固溶又はドープした状態 で含有させることにより、耐熱性や硬度を調整することが可能である。このような元素 の含有量はその効果に応じて適宜設定することができるが、二酸化チタンに対して 0 . 01〜20重量%程度が好ましぐ 0. 1〜5重量%程度がより好ましい。
摩擦材における二酸ィ匕チタン薄片の含有量は適宜設定できるが、摩擦材組成物 全体の 1〜50重量%程度が好ましぐ 3〜45重量%程度がより好ましぐ 5〜40重量 %程度がさらに好ましい。
摩擦材の硬度をより適度に調整し気孔率をより高くできることから、二酸化チタン薄 片が多孔質であることあるいは嵩が高いことが好ましい。さらに、結合材と強く結着す ることで摩擦材の強度を上げ耐摩耗性をより高くできることから、二酸化チタン薄片が 半径 100〜1000nmの細孔を有することが好ましぐ特に半径 10〜100nmの細孔 の容積が大き!/、ものが好ま 、。多孔質の指標として二酸化チタン薄片の比表面積 で表すと 2〜50m2Zg程度の範囲であるのが好ましぐ 10〜30m2Zg程度がさらに 好ましい。二酸ィ匕チタン薄片の嵩を嵩密度で表すと 0. 05〜0. 5gZcm3程度の範 囲であるのが好ましぐ 0. 05-0. 2gZcm3程度がより好ましい。比表面積は BET法 により測定する。そして、細孔容積は窒素ガス吸着法により測定して、半径 10〜: LOO nmの細孔容積が 40mm3Zg以上であることが好ましぐ 40〜: L00mm3Zgの範囲が より好まし 、。
多孔性を有する二酸ィ匕チタン薄片としては、層間に多量の空孔ゃ細孔を持つ層状 二酸ィ匕チタンが好ましぐさらに、層状チタン酸にアミンィ匕合物やアンモ-ゥム化合物 などを作用させて層間を膨潤させた後に焼成して合成したり、シート状二酸ィ匕チタン を貼り合わせて合成されたものがより好ましぐそれらの大きさ、厚みは前記した範囲 力 り好ましい。層状二酸ィ匕チタンは面と垂直な方向に Ti—O結合が不連続なもの を 、 、、シート状二酸ィ匕チタンは面と垂直な方向に Ti—O結合が連続したものを 、う 。このような層状二酸ィ匕チタン、シート状二酸ィ匕チタンのいずれも、各層または各シー トが面方向にずれたものやターボストラティック構造を有するものを含む。シート状二 酸ィ匕チタンの各シートの厚みは約 0. 5〜15nm程度の範囲が好ましぐそれらが約 5 〜100層程度積層されたものを用いるのが好ましい。層状チタン酸にアミンィ匕合物や アンモ-ゥム化合物などを作用させて層間を膨潤させた後に焼成して合成したり、シ 一ト状ニ酸ィ匕チタンを貼り合わせて合成された二酸ィ匕チタン薄片は、乾燥、焼成する 際に各シート間の層間が融着して大部分の層状構造が保たれていない場合でも、層 状またはシート状二酸ィ匕チタンが構成源であったために、表面に細孔やステップ、毛 羽立ちが残存する。このため、気孔率を高めたり、結合材と強く結着して耐摩耗性を 高めることができる。
嵩の高い二酸化チタン薄片は、前記の層状二酸化チタン、薄いシート状二酸化チ タンを貼り合わせて合成されたものであれば嵩密度が高 ヽため好ま 、。後述する中 空状二酸化チタンを粉砕して得られるものは湾曲した部分も残存することから、より嵩 高く好ましい。
本発明に用いる二酸ィ匕チタン薄片は、公知技術の方法を用いて製造することがで き、例えば W099Z11574公報に記載の方法を最適に用いることができる。具体的 には、(1)チタン酸セシウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸カリウムマグネシウム などの層状チタン酸金属塩を合成し、次いで、得られた層状チタン酸金属塩を水溶 媒に懸濁した後、塩酸、硫酸、硝酸などの酸を添加し、金属イオンを抽出して層状チ タン酸とし、次いで、層状チタン酸を 400°C程度以上の温度で焼成して層状構造を 有する二酸化チタン薄片とする方法、 (2)前記の(1)の方法で製造した層状チタン酸 を水溶媒に懸濁した後、アミンィ匕合物、アンモニゥム化合物などの塩基性ィ匕合物を 添加し、層間を膨潤させた後に 400°C程度以上の温度で焼成して層状構造を有す る二酸ィ匕チタン薄片とする方法、この方法により層間距離を調整して層の厚みを調 整することができる、(3)前記の(2)の方法で層間を膨潤させたチタン酸を振とうなど により、層間を剥離して、シート状のチタン酸化合物を得、次いで、乾燥し、 400°C程 度以上の温度で焼成して二酸化チタン薄片とする方法、この方法により約 0. 5〜15 nm程度のシート状チタン酸ィ匕合物を得ることができ、乾燥'焼成により約 5〜: LOO層 程度が積層した積層体を製造することができる、(4)前記の(3)の方法で得たシート 状の二酸ィ匕チタンの懸濁液を噴霧乾燥して、シート状チタン酸ィ匕合物を貼り合わせ た中空状微粉末を得、次いで、乾式粉砕と 400°C程度以上の温度で焼成を行って 二酸ィ匕チタン薄片とする方法、(5)前記の(3)の方法で得たシート状の二酸化チタン の懸濁液を凍結乾燥して、シート状チタン酸ィ匕合物を貼り合わせた多孔質ゲルを得 、次いで、乾式粉砕と 400°C程度以上の温度で焼成を行って二酸ィ匕チタン薄片とす る方法などを用いることができる。
また、 Ti以外の元素を固溶又はドープさせた薄片状二酸ィ匕チタンを得る方法として は、前記(1)の層状チタン酸金属塩として、 Journal of Solid State Chemistry 32, 289 -296, 1980に記載の、ホスト層中に Ti以外の元素を含有するものを使用する方法、あ るいは、前記(3)〜(5)における乾燥の前に、 Ti以外の元素をチタン酸ィ匕合物にイン ター力レートしたり、吸着させる方法を用いることができる。
このようにして得られた二酸ィ匕チタンを必要に応じて、乾式粉砕して二酸化チタン 薄片の粒度を調整してもよぐ前記の乾式粉砕の前に二酸ィ匕チタンを予め成形しあ るいは造粒してもよい。また、二酸ィ匕チタンを必要に応じて溶媒に懸濁した後、ろ過、 洗浄し、乾燥して不純物を除去してもよぐ前記の懸濁の際に湿式粉砕して十分な粉 砕を行ってもよい。
また、二酸ィ匕チタン薄片の表面を無機化合物や有機化合物の少なくとも一種で被 覆処理しておくと、結合材との親和性が良くなり二酸ィ匕チタン薄片が結合材に分散し やすくなり、摩擦材の強度を向上させることができるため、好ましい。無機化合物と有 機化合物を組み合わせて被覆してもよぐ有機化合物を二酸化チタン薄片の最外部 に被覆すると、特に分散性の改良効果が大きくより好ましい。無機化合物や有機化 合物の被覆量は、二酸ィ匕チタン薄片に対して 0. 1〜30重量%程度が好ましぐ 0. 3 〜: LO重量%程度がより好ましぐ 1. 0〜5重量%程度がさらに好ましい。
無機化合物としては、例えば、ケィ素、ジルコニウム、アルミニウム、チタニウムの酸 化物、水和酸ィ匕物が挙げられ、これらを単独で用いてもよぐ 2種以上を積層させたり 、混合させたりして併用することもできる。有機化合物としては、例えば、(I)有機ケィ 素化合物、(Π)有機金属化合物、(III)ポリオール類、(IV)アル力ノールアミン類又 はその誘導体、(V)高級脂肪酸類又はその金属塩、(VI)高級炭化水素類又はその 誘導体等が挙げられる。有機化合物も単独でも、 2種以上を積層又は混合するなど して併用することができる。用いることができる有機化合物をより具体的に挙げると、
(I)有機ケィ素化合物としては、(1)オルガノポリシロキサン類 ((a)ストレート型ポリシ ロキサン(ジメチルポリシロキサン、メチル水素ポリシロキサン、メチルメトキシポリシ口 キサン、メチルフエ-ルポリシロキサン等)、(b)変性型ポリシロキサン(ジメチルポリシ口 キサンジオール、ジメチルポリシロキサンジノヽイドロジェン、側鎖又は両末端アミノ変 性ポリシロキサン、側鎖又は両末端又は片末端エポキシ変性ポリシロキサン、両末端 又は片末端メタクリル変性ポリシロキサン、側鎖又は両末端カルボキシル変性ポリシ ロキサン、側鎖又は両末端又は片末端カルビノール変性ポリシロキサン、両末端フエ ノール変性ポリシロキサン、側鎖又は両末端メルカプト変性ポリシロキサン、両末端又 は側鎖ポリエーテル変性ポリシロキサン、側鎖アルキル変性ポリシロキサン、側鎖メチ ルスチリル変性ポリシロキサン、側鎖カルボン酸エステル変性ポリシロキサン、側鎖フ ルォロアルキル変性ポリシロキサン、側鎖アルキル ·カルビノール変性ポリシロキサン 、側鎖アミノ '両末端カルビノール変性ポリシロキサン等)等、又は、それらの共重合 体、(2)オルガノシラン類 ((a)アミノシラン (ァミノプロピルトリエトキシシラン、 N— β (ァ ミノェチル) Ί—ァミノプロピルトリエトキシシラン、 Ν フエ-ル一 γ—ァミノプロピ ルトリメトキシシラン等)、(b)エポキシシラン(γ グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 、 j8 - (3, 4—エポキシシクロへキシル)ェチルトリメトキシシラン等)、(c)メタクリルシラ ン (メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等)、(d)ビュルシラン(ビュルトリエトキシシ ラン等)、(e)メルカプトシラン(3—メルカプトプロピルトリメトキシシラン等)、(Dクロロア ルキルシラン(3—クロ口プロピルトリエトキシシラン等)、(g)アルキルシラン(n—ブチル トリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、 n—へキシルトリメトキシシラン、 n— へキシルトリエトキシシラン、シクロへキシルメチルジェトキシシラン、 n—ォクチルトリメ トキシシラン、 n—ォクチルトリエトキシシラン、 n—デシルトリメトキシシラン、 n—へキサ デシルトリエトキシシラン、 n—ォクタデシルトリメトキシシラン、 n—ォクタデシルメチル ジメトキシシラン等)、(h)フエ-ルシラン(フエ-ルトリエトキシシラン等)、(0フルォロア ルキルシラン(トリフルォロプロピルトリメトキシシラン、トリデカフルォロォクチルトリメト キシシラン等)等、又は、それらの加水分解生成物、(3)オルガノシラザン類 (へキサ メチルシラザン、へキサメチルシクロトリシラザン等)等が挙げられる。
(II)有機金属化合物としては、 (1)有機チタニウム化合物 ((a)アミノアルコキシチタ -ゥム (イソプロピルトリ(N—アミノエチル—アミノエチル)チタネート等)、(b)リン酸ェ ステルチタニウム(イソプロピルトリス(ジォクチルピロホスフェート)チタネート、ビス(ジ ォクチルピロホスフェート)ォキシアセテートチタネート、ビス(ジォクチルピロホスフエ ート)エチレンチタネート等)、(c)カルボン酸エステルチタニウム (イソプロピルトリイソス テアロイルチタネート等)、(d)スルホン酸エステルチタニウム(イソプロピル— n—ドデ シルベンゼンスルホ-ルチタネート等)、(e)チタニウムキレート(チタニウムジイソプロ ポキシビスァセチノレアセトネート、チタニウムジイソプロポキシビスェチノレアセトァセテ ート、ォクチレンダルコールチタネート等)等)、(£)亜リン酸エステルチタニウム錯体 (テ トラオクチルビス (ジトリデシルホスフアイト)チタネート、テトラ(2, 2—ジァリルォキシメ チル— 1—ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、テトライソプロピルビス ( ジォクチルホスフアイト)チタネート等)、 (2)有機ジルコニウム化合物((a)カルボン酸 エステルジルコニウム(ジルコニウムトリブトキシステアレート等)、(b)ジルコニウムキレ ート(ジルコニウムトリブトキシァセチルァセトネート等)等)、(3)有機アルミニウム化合 物(アルミニウムキレート(アルミニウムァセチルァセトネートジイソプロピレート、アルミ -ゥムェチルァセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムビスェチルァセトァセ テートモノァセチルァセトネート、ォクタデシレンァセトアセテートアルミニウムジィソプ ロピレート等)等が挙げられる。
(ΠΙ)ポリオール類としては、トリメチロールプロパン、トリメチロールェタン、ペンタエ リスリトール等が挙げられる。
(IV)アルカノールァミン類としては、モノエタノールァミン、ジエタノールァミン、トリ エタノールァミン、モノプロパノールァミン、ジプロパノールァミン、トリプロパノールアミ ン等が挙げられ、その誘導体としては、これらの酢酸塩、シユウ酸塩、酒石酸塩、ギ酸 塩、安息香酸塩等の有機酸塩等が挙げられる。
(V)高級脂肪酸類としては、ステアリン酸、ラウリン酸、ォレイン酸等が挙げられ、そ の金属塩としては、これらのアルミニウム塩、亜鉛塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、 ノ リウム塩等が挙げられる。
(VI)高級炭化水素類としては、ノ ラフィンワックス、ポリエチレンワックス等が挙げら れ、その誘導体としては、これらのパーフルォロ化物等が挙げられる。
二酸ィ匕チタン薄片の表面に無機化合物や有機化合物を被覆するには、二酸化チ タンの乾式粉砕の際、溶媒に懸濁する際あるいは湿式粉砕する際などに公知の方 法を用いて行うことができる。
[0011] 本発明の摩擦材は、前記の二酸化チタン薄片及び結合材を含有し、そのほか必要 に応じて繊維基材、その他の摩擦調整剤 (充填材、潤滑材、防鲭材、研削材)等の 成分を適宜含有することができる。
結合材としては、通常摩擦材に用いられる公知のものを使用することができ、例え ばフエノール榭脂、ノボラック型のストレートフエノール榭脂、 NBRゴム変性ハイオル ソフエノール榭脂、 NBRゴム変性フエノール榭脂、アクリルゴム変性フエノール榭脂 等の各種ゴム変性フエノール榭脂、メラミン榭脂、エポキシ榭脂、 NBR (アタリ口-トリ ルブタジエンゴム)、二トリルゴム、アクリルゴムなどが挙げられ、これらの 1種を単独で 又は 2種以上を組み合わせて用いることができる。結合材の含有量は適宜設定する ことができ、好ましくは摩擦剤組成物全体に対して 5〜50重量%程度、より好ましくは 10〜40重量%程度である。
[0012] 繊維基材としては、通常摩擦材に用いられる無機繊維、有機繊維を使用できる。こ のような繊維基材としては、例えば鉄、銅、真鍮、青銅、アルミニウム等の金属繊維、 セラミック繊維、チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、ロックウーノレ、ウォラストナイト、セ ピオライト、ァタパルジャイト、人工鉱物質繊維等の無機繊維、炭素繊維、ァラミド繊 維、ァラミドパルプ、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維、フエノール繊維、セルロース、ァク リル繊維等の有機繊維が挙げられ、これらの 1種を単独で又は 2種以上を組み合わ せて用いることができる力 長さ 5 μ m以上、直径 3 μ m以下かつアスペクト比が 3を 超える無機繊維を含まないことが好ましい。この繊維基材は、短繊維状、粉末状等の 形態で使用することができ、その添加量は適宜調整することができるが、摩擦材組成 物全体に対して好ましくは 1〜60重量%程度、より好ましくは 5〜40重量%程度であ る。
[0013] 摩擦調整剤は、摩擦の調整や硬度や気孔率等の特性改良などの作用を有するも のであり、通常摩擦材に用いられる有機摩擦調整剤、無機摩擦調整剤を必要に応じ て用いることができる。有機摩擦調整剤としては、例えばカシュ一ダスト、タイヤリク、 ゴムダスト(ゴム粉末、粒)、二トリルゴムダスト (加硫品)、アクリルゴムダスト (加硫品)、 レジンダスト、フリクションダストなどが挙げられ、これらの 1種を単独で又は 2種以上を 組み合わせて用いることができる。この有機摩擦調整剤の添加量は適宜調整するこ とができる力 摩擦材組成物全体に対して好ましくは 1〜30重量%程度、より好ましく は 10〜25重量%程度である。一方、無機摩擦調整剤としては、硫酸バリウム、バライ タ(酸化バリウム)、炭酸カルシウム、マイ力、コータス、グラフアイト等のほか、鉄、銅、 アルミニウム等の金属粉を使用することができる。この無機摩擦調整剤の含有量は適 宜調整することができるが、二酸ィ匕チタン薄片との合量として、摩擦材組成物全体の 1〜80重量%程度が好ましぐ 10〜50重量%程度がより好ましい。そのうち二酸ィ匕 チタン薄片の含有量は、摩擦材組成物全体の 1〜50重量%程度が好ましぐ 3〜45 重量%程度がより好ましぐ 5〜40重量%程度がさらに好ましい。
[0014] 本発明の摩擦材は従来公知の摩擦材の製造方法に準じて適宜製造することがで きる。例えば、少なくともアナタース型結晶を含む二酸化チタン薄片及び結合材、好 ましくは少なくともアナタース型結晶を含む二酸ィ匕チタン薄片、結合材及び繊維基材 を混合した後、成形し、加熱硬化して得られる。混合には、ヘンシェルミキサー、レデ ィゲミキサー、アイリツヒミキサー等の混合機を用いることができ、均一に混合した後、 必要に応じて成形用金型内で予備成形し、この予備成形物を成形温度 130〜200 °C程度、成形圧力 100〜1000kgfZcm2 (9. 8〜98MPa)程度で 2〜15分間成形 し、次に、得られた成形品を 140〜250°C程度の温度で 2〜48時間熱処理 (加熱硬 ィ匕)して製造する。その後、必要に応じてスプレー塗装、焼き付け、研磨処理を施す ことができる。また、自動車等のディスクパッドを製造する場合には、予め洗浄、表面 処理、接着剤を塗布した鉄又はアルミニウム製プレート上に予備成形物を載せ、この 状態で成形、熱処理、スプレー塗装、焼き付け、研磨することにより製造することがで きる。
実施例
[0015] 以下に本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるもので はない。
[0016] 二酸化チタン薄片の製造例 1
炭酸カリウム (K CO )と炭酸リチウム (Li CO )とニ酸ィ匕チタン (TiO )を KZLiZ
2 3 2 3 2
Tiのモル比にして 3Z1Z6. 5で混合し、十分に摩砕した。これを白金るつぼに移し 、 800°Cの温度で 5時間焼成してチタン酸アルカリ金属塩の粉末とし、次いで得られ た粉末 lgに対して、 1規定の塩酸 100cm3を接触させるベぐ 1日間室温で撹拌しな 力 反応させた。その後、濾過、水洗、乾燥して、層状チタン酸化合物粉末 (試料 A) を得た。
次いで、得られた層状チタン酸化合物粉末 6gを、水酸ィ匕テトラプチルアンモ -ゥム 水溶液 0. 1dm3 (濃度 310mol'm_3)にカ卩え、シェーカーで 150回転 Z分程度の振 とうを 1日間行うことにより、 TiO濃度 5重量%,粘度 510mPa' sの薄片状チタ-ァゾ
2
ルを得た。なお、粘度は、 BL型粘度計を用いて測定した。
上記薄片状チタ-ァゾルをディスク式噴霧乾燥機 (二口社製モービルマイナースプ レードライヤー)により乾燥した。ディスクはピン型のものを用い、 24000rpmで回転さ せることにより噴霧し、 200°Cの温度の熱風と接触させて中空状微粉末を得た。次い で、ピンミル (アイ'ィー 'シ一社製スタッドミル 63Z)で粉砕し、 670°Cの温度で 1時間 熱処理することにより、薄片状二酸化チタン粉末 (試料 B)を得た。 この試料 Bは、走査型電子顕微鏡写真(図 1)の観察と X線回折測定により、厚み 3 Onm前後、平均わたり径 10 m前後の薄片状二酸ィ匕チタン粉末であり、アナタース 型二酸ィ匕チタン結晶を 92重量%含有し、残りはルチル型二酸ィ匕チタン結晶であるこ とがわかった。また、この試料 Bは、約 lnm程度のシート状二酸ィ匕チタンが約 30層程 度積層したものであり、比表面積は 23m2/gであり、嵩密度は 0.10g/cm3、半径 1 0〜: LOOnmの細孔容積が 65mm3Zgであった。
[0017] 二酸化チタン薄片の製造例 2
前記層状チタン酸化合物粉末 (試料 A) 6gを、ェチルァミン水溶液 0. 1dm3 (濃度 1 50mol-m"3)に加え、 1時間撹拌して層間を膨潤させるとともに一部の層間を剥離し 、濾過、水洗、乾燥、 700°Cの温度で焼成して薄片状二酸ィ匕チタン粉末 (試料 C)を 得た。
この試料 Cは、走査型電子顕微鏡写真(図 2)の観察と X線回折測定により、厚み 3 OOnm前後、平均わたり径 10 m前後の薄片状二酸ィ匕チタン粉末であり、アナター ス型ニ酸ィ匕チタン結晶を 98重量%含有し、残りはルチル型二酸ィ匕チタン結晶である ことがわかった。また、この試料 Cは、比表面積は 8m2Zgであり、嵩密度は 0.35gZc m3、半径 10〜 1 OOnmの細孔容積力 6mm3Zgであつた。
[0018] 試験例 1 (実施例 1および 2、比較例 1〜4)
表 1に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーを用いて均一に混合し、加圧 型内で 300kgfZcm2 (29. 4MPa)で 3秒間加圧して予備成形した。この予備成形 物を成形温度 150°C、成形圧力 300kgfZcm2 (29. 4MPa)の条件下で 300秒間 成形した後、 160°Cで 1時間熱処理後、 210°Cで 5時間熱処理を行い、実施例 1およ び 2、比較例 1〜4の乗用車用ブレーキパッドを作製した。これらの試験に供した摩擦 調整剤試料の嵩密度、粒子サイズ、比表面積、半径 10〜: LOOnmの細孔容積を表 2 にまとめた。尚、比較例 3の粒状ルチル型二酸化チタン顔料及び比較例 4の板状ル チル型二酸ィ匕チタンは 、ずれもアナタース型結晶を含まな 、ものであった。
[0019] 得られた実施例 1および 2、比較例 1〜4のブレーキパッドについて、下記評価方法 により、硬度、気孔率、摩擦性能試験結果について評価し、比較評価を行った。 この結果、実施例 1の硬度は、比較例 1と比較して低ぐ気孔率は比較例 1と同程度 であり、摩擦材として十分な物性を備えていることがわ力つた。また、実施例 1の摩擦 性能に関して、効力は比較例 1に比しやや高ぐ摩擦係数は安定しており、フェード 性、リカバリ性は比較例 1とほぼ同程度であった。実施例 2については、硬度が比較 例 1と比較して高いものの、気孔率は比較例 1と同程度である。実施例 2の摩擦性能 に関して、効力は比較例 1に比しやや高ぐフ ード性、リカバリ性は比較例 1とほぼ 同程度であった。この結果力も本発明の摩擦材の摩擦性能は、長さ 5 m以上、直 径 3 m以下かつアスペクト比が 3を超える無機繊維を含有していないにもかかわら ず、高摩擦係数を有し、各種の制動条件に対し比較的安定していることがわ力つた。 また、実施例 2の気孔率は、比較例 2、 3、 4よりも高ぐ制動時に発生する摩擦熱 を分散することができる。
(1)硬度:ロックウェル硬度計 (Sスケール)により測定した値
(2)気孔率: JIS D4418により測定した値
(3)摩擦性能試験: PD51ディスクブレーキを用い、慣性モーメント 44. lkg'm2、 J ASO C 406テストコードで試験を実施した。
比較評価…◎:比較例 1より優れる。〇:比較例 1と同程度。△:比較例 1より劣る。 [表 1]
実施例 1 実施例 2 比校例 1 比¾例 2 比較例 3 比較例 4 フリクションダスト 6 6 6 6 6 6
NBR粉末 3 3 3 3 3 3 フエノール榭脂 10 10 10 T O 10 1 0 硫酸バリウム 55 55 55 55 55 55 銅粉 8 8 8 成 二酸化チクン萍片(試料 B) 18 0 0 0 0 0 二酸化チタン薄片(試料 C) 0 18 0 0 0 0 ϊ チタン酸カリウム繊維 0 0 18 0 0 0
% 板状チタン酸カリウムマグネ
0 0 0 18 0 0 シゥム
粒状ルチル型二酸化チタン
顔料 (石原産業社製 CR— 5 0 0 0 0 18 η 0)
板状ルチル型二酸化チタン 0 0 0 0 0 18 物 硬度(HRS) (比較評価〕 66 (©] 88 (Δ) 70 (Ο) 88 (Δ) 75 (Δ) 72 ( ϋ) 性 気孔率(%) (比較評価) 16 (C) 15 (0 ) lS (O) 10 (Δ) ¾(Δ) 1ϋ〔Δ) 摩擦係数 (第 2効力試験の
常温効力の制動速度 50k © ◎ 〇 A △ Δ 時)
靡擦係数 (第 2効力試験の
^温 ¾力の制動速度 100k o Δ Δ Δ 摩 時)
フェード率(第 1フヱードリ力
性 〇 〇 〇 厶 Δ 〇 バリ試験時)
能 リカバリ率(第 1フェードリカ
〇 o Ο Δ 〇 バリ試験時)
リカバリ率(ウォータリ力バリ
〇 〇 〇 Δ Δ 〇 試験時)
冷却時効力(第 1フュードリ
〇 〇 〇 Δ Ο 力バリ試験時) [表 2]
Figure imgf000016_0001
試験例 2 (実施例 2および比較例 1)
試験例 1と同様にして、実施例 2および比較例 1の乗用車用ブレーキパッドを作製 した。作製したブレーキパッドについて、 PD51ディスクブレーキを用い、慣性モーメ ント 39. 2kg'm2、 JASO C 427テストコードで温度別磨耗試験を行った。試験結果 は図 3に示す通りであり、全試験温度領域において、実施例 2が比較例 1よりも摩耗 量が少なぐ即ち、耐摩耗性に優れてレ、ることが分力つた。
産業上の利用可能性
[0023] 本発明の摩擦材は、高摩擦係数であり、各種の制動条件に対し比較的安定してい るとともに、摩擦材製造時の安全衛生性が向上し、自動車、大型トラック、鉄道車両、 航空機、各種産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング、ディスクパッド、クラ ツチフエ一シング、ペーパークラッチフエ一シング、制輪子などの各種用途に幅広く 用 、ることができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]試料 Bの走査型電子顕微鏡写真である。
[図 2]試料 Cの走査型電子顕微鏡写真である。
[図 3]温度別摩耗試験の結果を示すグラフである。

Claims

請求の範囲
[I] アナタース型結晶を含む二酸ィ匕チタン薄片を含有する摩擦材。
[2] アナタース型結晶を少なくとも 50重量%含む請求項 1に記載の摩擦材。
[3] 二酸ィ匕チタン薄片が層状構造を有する請求項 1又は 2に記載の摩擦材。
[4] 二酸ィ匕チタン薄片がシート状二酸ィ匕チタンを貼り合わせて合成された請求項 1又は
2に記載の摩擦材。
[5] シート状二酸化チタンの厚みが 0. 5〜15nmである請求項 4に記載の摩擦材。
[6] 二酸ィ匕チタン薄片の平均わたり径が 1〜: LOO mの範囲である請求項 1に記載の 摩擦材。
[7] 二酸化チタン薄片の厚みが 0. 01-0. 3 μ mである請求項 1に記載の摩擦材。
[8] 二酸ィ匕チタン薄片の比表面積が 2〜50m2Zgの範囲である請求項 1に記載の摩擦 材。
[9] 二酸化チタン薄片の嵩密度が 0. 05-0. 5gZcm3の範囲である請求項 1に記載 の摩擦材。
[10] 二酸ィ匕チタン薄片を 1〜50重量%含有する請求項 1に記載の摩擦材。
[II] 二酸ィ匕チタン薄片が中空状二酸ィ匕チタンを粉砕したものである請求項 1に記載の 摩擦材。
[12] 二酸化チタン薄片の表面が有機化合物で処理されて 、る請求項 1に記載の摩擦 材。
[13] 二酸ィ匕チタン薄片がナトリウム、カリウム、リチウム、銅、マグネシウム、カルシウム、 亜鉛、アルミニウム、ガリウム、マンガン、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群力 選 ばれる少なくとも 1種の元素を固溶又はドープした状態で含有する請求項 1に記載の 摩擦材。
[14] 二酸化チタン薄片の、半径 10〜: LOOnmの範囲の細孔容積力 0mm3Zg以上で ある請求項 1に記載の摩擦材。
[15] 二酸ィ匕チタン薄片が、層状チタン酸にアミンィ匕合物および Zまたはアンモニア化合 物を作用させた後、焼成したものである請求項 1に記載の摩擦材。
[16] 少なくともアナタース型結晶を含む二酸ィ匕チタン薄片及び結合材を混合した後、成 形し、加熱硬化することを特徴とする摩擦材の製造方法。
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