WO2016121748A1 - 摩擦材組成物、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a friction material composition, and relates to a non-asbestos friction material composition which is composed of a friction material composition including a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber base material and substantially does not contain asbestos.
- the present invention also relates to a friction material and a friction member using the friction material composition.
- friction materials such as disc brake pads and brake linings are used for braking.
- the friction material plays a role of braking by friction with facing materials such as a disc rotor and a brake drum. Therefore, the friction material is required to have a good coefficient of friction, wear resistance (the friction material has a long life), strength, sound vibration performance (not easily generate brake noise and abnormal noise), and the like.
- the friction coefficient is required to be stable regardless of the vehicle speed, deceleration and brake temperature.
- the friction material adheres to the facing material due to rust generated at the friction interface, which may cause problems such as generation of abnormal noise at the time of departure and surface separation (rust separation) of the friction material.
- rust separation a friction material composition
- Patent Documents 1 and 2 a friction material composition such as zinc that acts as a sacrificial anode and an alkali metal salt that raises the pH
- a friction material composition including a binder, a fiber base material, an inorganic filler, an organic filler, and the like is used. Generally, one or two of each component is used in order to develop the above characteristics.
- a friction material composition combining the above is used.
- copper is blended into the friction material in the form of fibers and powders, and is an effective component for maintaining the friction coefficient under high-temperature braking conditions (fading resistance), improving wear resistance at high temperatures, and improving the strength of friction materials. It is.
- the friction material containing copper contains copper in the abrasion powder generated during braking, and it is suggested that it may cause pollution of rivers, lakes and oceans. .
- Patent Document 3 discloses potassium titanate having a plurality of convex shapes and biosolubility as a technique for improving strength and wear resistance in a composition not containing copper.
- a friction material characterized by containing inorganic fibers has been proposed.
- Friction materials that do not contain copper which is highly harmful to the environment, have low material strength, and rust peeling becomes a problem.
- the rust prevention effect proposed in Patent Documents 1 and 2 and the strength improvement measures for friction materials with the composition not containing copper proposed in Patent Document 3 improve the rust peeling of friction materials that do not contain copper. Was not enough.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a friction material with little rust fixation and rust peeling in a friction material that does not contain copper with a high environmental load or has a copper content of 0.5% by mass or less. It is for the purpose.
- the present inventors include a specific amount of calcium hydroxide and sodium carbonate in combination, thereby rusting. It has been found that the fixing force can be effectively reduced and the rust peeling can be effectively suppressed.
- calcium hydroxide has a high pH and not only has a rust-preventing effect on friction facing materials, but also acts as a phenol resin curing catalyst during molding of friction materials, improving the strength of the friction material, but when added excessively, it becomes fibrillated It has been found that the strength of aramid fibers is reduced.
- the friction of the present invention can be improved by adding a specific amount of steel fiber that improves the strength of the friction material and reduces the amount of rusting, and potassium titanate having a plurality of convex shapes that also improve the strength of the friction material. It has been found that improvement effects such as reduction of rust fixing force and suppression of rust peeling in the material composition can be further improved.
- the friction material composition of the present invention is a friction material composition including a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber substrate, and the friction material composition It contains no copper as an element or has a copper content of 0.5 mass% or less, contains fibrillated aramid fibers as the fiber base material, and 0.2 to 0.2 sodium carbonate as the inorganic filler. It contains 2% by mass and 2.5 to 10% by mass of calcium hydroxide.
- the friction material composition of the present invention is a friction material composition containing a binder, an organic filler, an inorganic filler and a fiber base material, and does not contain copper as an element in the friction material composition.
- the copper content is 0.5% by mass or less
- fibrillated aramid fibers are contained as the fiber base material
- powdery zinc and calcium hydroxide are contained as the inorganic filler
- the calcium hydroxide The content of is 2.5 to 10% by mass.
- the content of the powdery zinc is preferably 1 to 10% by mass, and the particle diameter of the powdery zinc is preferably 10 to 500 ⁇ m. Furthermore, it is preferable to contain sodium carbonate as the inorganic filler.
- the friction material composition of each of the present invention preferably contains 2 to 8% by mass of steel fiber as the fiber base material, and contains potassium titanate having a plurality of convex shapes as the inorganic filler. It is preferable.
- the friction material of the present invention is formed by molding the friction material composition of each of the present invention.
- the friction member of the present invention is formed using a friction material formed by molding the friction material composition of each of the present invention and a back metal.
- a friction material composition, a friction material, and a friction member having a small rust fixing force and a small amount of rust peeling without using high environmental load copper when used for a friction material such as an automobile disc brake pad. Can be provided.
- (A) is a top view which shows an example of the brake pad (friction member) which concerns on one Embodiment of this invention, (b), (c) is each AA cross section of (a), (b) Shows the case without an adhesive layer having a predetermined thickness, and (c) shows the case with an adhesive layer having a predetermined thickness.
- the friction material composition of the present invention is a non-asbestos friction material composition substantially free of asbestos.
- the friction material composition of the present invention is characterized by not containing copper as an element or containing copper in an amount of 0.5% by mass or less. That is, it is a friction material composition that does not substantially contain copper and a copper alloy having high environmental hazards, has a copper content of 0.5% by mass or less, and preferably has a content of 0% by mass. is there. For this reason, even when worn powder is generated during braking when used in a disc brake pad, it does not cause river, lake or marine pollution.
- said "copper as an element” shows the content rate in the total friction material composition of the copper element contained in copper, copper alloy, and a copper compound, such as fibrous form and a powder form.
- the friction material composition of the present invention is a friction material composition including a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber base material, and copper as an element is contained in the friction material composition. It is not contained or the copper content is 0.5% by mass or less, fibrillated aramid fiber is contained as a fiber base, 0.2 to 2% by mass of sodium carbonate, and calcium hydroxide is added in an amount of 2. It is characterized by containing 5 to 10% by mass.
- the friction material composition of the present invention is a friction material composition including a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber base material as described above, and the friction material composition contains an element as an element in the friction material composition. Copper is not contained or the copper content is 0.5% by mass or less, fibrillated aramid fiber is contained as a fiber base material, powdery zinc and calcium hydroxide are contained as inorganic fillers, water The calcium oxide content is 2.5 to 10% by mass.
- the friction material composition of the present invention contains 2 to 8% by mass of steel fiber as a fiber base material, and contains potassium titanate having a plurality of convex shapes as an inorganic filler. This is the preferred form. Hereinafter, the said component is demonstrated.
- the fibrillated aramid fiber to be contained as a fiber base material in the friction material composition of the present invention is characterized by having a plurality of branches and a BET specific surface area of 5 to 15 m 2 / g. Examples include Twaron 1099, 1095, and 3091 manufactured by Teijin Limited, and Kevlar 1F538 and 1F1710 manufactured by Toray DuPont.
- the fibrillated aramid fiber used in the present invention has a high fiber strength and has a large number of branches, so that it effectively improves the friction material strength even in a composition not containing copper, but it is exposed to a high pH aqueous solution for a long time. Thus, the strength decreases due to hydrolysis.
- the friction material composition of the present invention contains a specific amount of calcium hydroxide as an inorganic filler.
- Calcium hydroxide not only has a high pH and has a rust-preventing effect on the friction facing material, but also acts as a phenolic resin curing catalyst during molding of the friction material, thereby improving the strength of the friction material.
- calcium hydroxide is contained in an amount of 2.5% by mass or more.
- content of calcium hydroxide shall be 10 mass% or less.
- powdered calcium hydroxide and sodium carbonate used in ordinary friction material compositions can be used.
- the powdered calcium hydroxide and sodium carbonate are preferably those having a small particle diameter from the viewpoint of water solubility, and it is particularly preferable to use a powder having a particle size of 100 ⁇ m or less.
- the powdery zinc contained as an inorganic filler in the friction material composition of the present invention extends to the friction interface of the friction material by braking and covers the friction interface. However, since zinc is easily oxidized, the friction interface Is selectively oxidized by the sacrificial anodic action, so that oxidation of other components in the friction material, that is, rusting, is prevented and the entire friction interface is rust-prevented.
- the powdery zinc powdery zinc usually used in friction materials manufactured by atomization or the like can be used, but the particle size is finer from the viewpoint of the rust prevention effect by spreading on the friction material surface. It is preferably 10 to 500 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
- Step fiber / fiber substrate Preferred steel fibers when incorporated in the friction material composition of the present invention as a fiber base include straight fibers obtained by chatter vibration cutting and the like, and curled fibers obtained by cutting long fibers.
- a straight fiber has a straight fiber shape, whereas a curled fiber shows a shape having a curved portion, including a simple arc shape, a wavy shape, a spiral shape or a spiral shape. .
- This type of steel fiber not only diffuses frictional heat at the frictional interface and suppresses uneven temperature rise, but also decomposes organically produced at the frictional interface. Since it has an effect of appropriately cleaning the object, it is possible to reduce the fluctuation of the brake torque generated during braking and to suppress the occurrence of brake vibration.
- the curled fibers are less likely to fall off the friction material at the friction interface, and are preferable from the viewpoint of maintaining the friction characteristics in high temperature braking. Further, it is more preferable that the curled fiber includes a portion having a radius of curvature of 100 ⁇ m or less because the adhesion to the friction material becomes stronger, and the friction material is less dropped at the friction interface.
- the curled steel fiber commercially available products such as cut wool manufactured by Nippon Steel Wool Co., Ltd. can be used.
- the fiber diameter of the steel fibers is preferably 100 ⁇ m or less from the viewpoint of wear resistance at high temperatures.
- the fiber length of the steel fiber is preferably 2500 ⁇ m or less from the viewpoint of wear resistance at high temperatures.
- titanate used in a normal friction material composition can be used as the inorganic filler. Titanate contributes to the reduction of brake vibration and the amount of rotor wear during high-temperature braking in a composition containing no copper.
- potassium titanate having a plurality of convex shapes is preferably used. It is known that the potassium titanate having a plurality of convex shapes of the present invention is an amorphous potassium titanate having a shape in which a plurality of convex portions extend in an irregular direction, and can be used as a friction adjusting material.
- Patent Document 3 Specific examples include “Terrases JP” manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.
- Irregular potassium titanate having a shape in which a plurality of convex portions extend in such an irregular direction is effective for improving the strength of the friction material, and the rust peeling of the friction material composition of the present invention is particularly effective. It is effective for suppression.
- the content of potassium titanate having a plurality of convex shapes in the friction material composition of the present invention is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 1 to 20% by mass from the viewpoint of suppressing rust peeling.
- binders organic fillers, inorganic fillers other than those described above, and fiber base materials included in the friction material composition of the present invention are listed below.
- the binding material integrates an organic filler, an inorganic filler, a fiber base material, and the like contained in the friction material composition to give strength.
- a binder contained in the friction material composition of this invention Usually, the thermosetting resin used as a binder of a friction material can be used.
- thermosetting resin examples include phenol resins; various elastomer-dispersed phenol resins such as acrylic elastomer-dispersed phenol resins and silicone elastomer-dispersed phenol resins; acrylic-modified phenol resins, silicone-modified phenol resins, cashew-modified phenol resins, and epoxy-modified phenols.
- Various modified phenol resins such as resins and alkylbenzene-modified phenol resins can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
- a phenol resin an acrylic-modified phenol resin, a silicone-modified phenol resin, or an alkylbenzene-modified phenol resin because it provides good heat resistance, moldability, and a friction coefficient.
- the content of the binder in the friction material composition of the present invention is preferably 5 to 20% by mass, and more preferably 5 to 10% by mass.
- the content of the binder in the range of 5 to 20% by mass it is possible to further suppress a decrease in strength of the friction material, and to reduce the porosity of the friction material and increase the elastic modulus, that is, hard It is possible to further suppress deterioration in sound vibration performance such as squealing.
- Organic filler is included as a friction modifier for improving the sound vibration performance and wear resistance of the friction material.
- the organic filler contained in the friction material composition of the present invention is not particularly limited as long as it can exhibit the above performance, and usually uses cashew dust, a rubber component, etc. used as an organic filler. Can do.
- the cashew dust is obtained by pulverizing a hardened cashew nut shell oil, and may be any one that is normally used for a friction material.
- the rubber component examples include acrylic rubber, isoprene rubber, NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), SBR (styrene butadiene rubber), chlorinated butyl rubber, butyl rubber, silicone rubber, and the like.
- the obtained tire rubber can be used as a rubber component. These rubber components are used alone or in combination of two or more.
- the content of the organic filler in the friction material composition of the present invention is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, and particularly preferably 3 to 8% by mass. preferable.
- the content of the organic filler in the range of 1 to 20% by mass, the friction material becomes hard and it is possible to avoid deterioration of sound vibration performance such as squealing. Also, deterioration of heat resistance, strength due to thermal history Degradation can be avoided.
- the inorganic filler is included as a friction modifier that is added for the purpose of improving the friction coefficient in order to avoid deterioration of the heat resistance of the friction material or to improve the wear resistance. If the friction material composition of this invention is an inorganic filler normally used for a friction material, there will be no restriction
- the inorganic filler examples include mica, tin sulfide, molybdenum disulfide, iron sulfide, antimony trisulfide, bismuth sulfide, zinc sulfide, calcium oxide, barium sulfate, coke, graphite, mica, vermiculite, calcium sulfate, talc, Clay, zeolite, mullite, chromite, titanium oxide, magnesium oxide, silica, dolomite, calcium carbonate, magnesium carbonate, ⁇ alumina, zirconium silicate, manganese dioxide, zinc oxide, cerium oxide, zirconia, iron oxide, etc. can be used, These can be used alone or in combination of two or more.
- granular or plate-like titanates can be used in combination.
- potassium 6 titanate, 8 potassium titanate, lithium potassium titanate, magnesium potassium titanate, sodium titanate or the like can be used as the granular or plate-like titanate.
- the content of the inorganic filler in the friction material composition of the present invention is preferably 30 to 80% by mass, more preferably 40 to 70% by mass, and particularly preferably 50 to 60% by mass. preferable.
- the content of the inorganic filler in the range of 30 to 80% by mass deterioration of heat resistance can be avoided and the content balance of other components of the friction material is also preferable.
- the fiber base material exhibits a reinforcing action in the friction material.
- inorganic fibers, metal fibers, organic fibers, carbon fibers, etc. which are usually used as fiber base materials can be used, and these are used alone or in combination of two or more. be able to.
- a ceramic fiber, a biodegradable ceramic fiber, a mineral fiber, glass fiber, a silicate fiber etc. can be used, These can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
- biodegradable mineral fibers containing SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, MgO, FeO, Na 2 O and the like in any combination are preferable, and commercially available products are manufactured by LAPINUS FIBERS BV Examples include the Roxul series.
- the metal fiber is not particularly limited as long as it is usually used for a friction material.
- copper and copper such as aluminum, iron, tin, titanium, nickel, magnesium, silicon, etc.
- examples thereof include a single metal other than an alloy or a fiber in the form of an alloy and a fiber mainly composed of a metal such as cast iron fiber.
- an aramid fiber having no branching such as a chopped aramid fiber, a cellulose fiber, an acrylic fiber, a phenol resin fiber, or the like can be used.
- the above can be used in combination.
- carbon fiber flameproof fiber, pitch carbon fiber, PAN carbon fiber, activated carbon fiber and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the fiber base material in the friction material composition of the present invention is preferably 5 to 40% by mass, more preferably 5 to 20% by mass in the friction material composition, and 5 to 15% by mass. It is particularly preferred.
- the friction material of the present invention is obtained by molding the friction material composition, and can be employed as a friction material for disc brake pads and brake linings of automobiles, for example.
- the friction material of the present invention can be produced by molding the friction material composition of the present invention by a generally used method, and is preferably produced by hot pressing.
- the friction material composition of the present invention is uniformly applied using a mixer such as a Laedige mixer (“Laedige” is a registered trademark), a pressure kneader, an Eirich mixer (“Eirich” is a registered trademark), or the like.
- the mixture is preformed with a molding die, and the obtained preform is molded in a molding temperature of 130 to 160 ° C. and a molding pressure of 20 to 50 MPa in 2 to 10 minutes.
- the product is heat treated at 150-250 ° C. for 2-10 hours. Further, painting, scorch treatment, and polishing treatment are performed as necessary.
- the friction member of this invention uses the said friction material as a friction material used as a friction surface.
- Examples of the friction member of the present invention include the following configurations. (1) Configuration of friction material only. (2) The structure which has a back metal and the said friction material which consists of the said friction material composition of this invention fixed on this back metal and becomes a friction surface. (3) In the configuration of (2) above, between the back metal and the friction material, a primer layer for the purpose of surface modification for enhancing the adhesion effect of the back metal, and for the purpose of bonding the back metal and the friction material A configuration in which an adhesive layer is further interposed.
- the backing metal is usually used as a friction member in order to improve the mechanical strength of the friction member.
- the material is metal or fiber reinforced plastic, specifically iron, stainless steel, inorganic fiber reinforced plastic. And carbon fiber reinforced plastics.
- the primer layer and the adhesive layer may be those used for friction members such as brake shoes.
- the friction material composition of the present invention is particularly useful as an overlay material for disc brake pads and brake linings for automobiles and the like because it has a small rust fixing force and little rust peeling, but it is molded as an undercoat material for friction members. Can also be used.
- the “upper material” is a friction material that becomes the friction surface of the friction member
- the “underlay material” is a friction material that is interposed between the friction material that becomes the friction surface of the friction member and the back metal. It is a layer for the purpose of improving the shear strength, crack resistance, etc. in the vicinity of the bonded portion with the back metal.
- FIG. 1 shows a brake pad 1 of an automotive disc brake which is a friction member according to an embodiment of the present invention.
- the brake pad 1 is configured by adhering a plate-shaped friction material 2 to one surface of a plate-shaped back metal 3 made of cast iron, and a disk rotor in which a surface 21 of the friction material 2 is a facing material. A friction surface that is pressed against (not shown) is configured.
- the brake pad 1 as a whole is formed in an arc shape along the circumferential direction of the disk rotor, and a slit 22 extending in the radial direction is formed at the circumferential central portion on the surface 21 side of the friction material 2, and both circumferential ends.
- a chamfer 23 is formed on the front side.
- the friction material 2 is formed by molding the friction material composition described above, and the brake pad 1 has, for example, the above-described configuration (2) or (3) of [Friction member].
- FIG.1 (b) is sectional drawing which shows the structure of (2).
- FIG. 1C is a cross-sectional view showing the configuration of (3), and reference numeral 4 denotes an adhesive layer provided at a predetermined thickness between the friction material 2 and the back metal 3.
- the brake pad 1 is pre-molded with the friction material 2 obtained by preparing and mixing the above-mentioned various materials as a raw material, and is heated and pressed together with the back metal 3 while the preform is adhered to the back metal 3. After the molding, necessary processes (heat treatment, painting, scorch process, polishing process, etc.) are performed, and the friction material 2 is manufactured by forming the slit 22 and the chamfer 23.
- Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 6 (Production of disc brake pad) The materials were blended according to the blending ratios shown in Tables 1 and 2, and the friction material compositions of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4 were obtained. Further, the materials were blended according to the blending ratios shown in Table 3 and Table 4, and the friction material compositions of Examples 13 to 20 and Comparative Examples 5 and 6 were obtained. The unit of the amount of each component in Tables 1 to 4 is mass% in the friction material composition. Note that Comparative Examples 1 and 2 are shown in both Tables 2 and 4.
- the obtained friction material compositions of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 6 were mixed by a Laedige mixer (manufactured by Matsubo Co., Ltd., trade name: Ladige mixer M20), and this mixture was molded using a molding press ( Oji Machine Industry Co., Ltd.). Next, the obtained preform was formed using a molding press (manufactured by Sanki Seiko Co., Ltd.) under the conditions of a molding temperature of 140 to 160 ° C., a molding pressure of 30 MPa, and a molding time of 5 minutes (Hitachi Automotive Systems, Ltd.). And press-molding. Next, the molded product thus obtained was heat treated at 200 ° C.
- the brake pad thus produced has a back metal thickness of 6 mm, a friction material thickness of 11 mm, and a friction material projection area of 52 cm 2 .
- Rust Fixing Strength A rust fixing test is performed in accordance with JIS D4414 “Rust Fixing Test Method”. A rust fixing strength of less than 50 N is “ ⁇ ”, a rust fixing strength of 50 N or more and less than 100 N. Evaluation was made with “ ⁇ ” for those having a rust adhesion strength of 100 N or more and “X” for those having a rust adhesion strength of 100 N or more. The evaluation results are also shown in Tables 1 to 4.
- Example 1 to 12 of the present invention as in Comparative Example 2 containing copper, rust peeling did not occur and a small rust adhesion was shown. Further, the friction material composition of the present invention has a small rust fixing force compared to Comparative Examples 1, 3, and 4 in which the content of sodium carbonate and calcium hydroxide does not satisfy the specific amount of the present invention without containing copper. It is clear that rust peeling hardly occurs.
- the friction material composition of the present invention has a low rust fixing force and suppresses rust peeling even without using copper, which has a high environmental load, compared to conventional products, so that friction materials such as brake pads for passenger cars and friction members can be used. It is suitable for. *
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Abstract
環境負荷の高い銅を含有しない、または銅の含有量が０．５質量％以下であって、錆固着力が小さく、錆剥離の生じにくい摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材を提供する。 結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、炭酸ナトリウムを０．２～２質量％含有するとともに、水酸化カルシウムを２．５～１０質量％含有するものとする。
Description
本発明は、摩擦材組成物に係り、結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物からなり、アスベストを実質的に含まないノンアスベスト摩擦材組成物に関する。また、本発明は、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材に関する。
自動車等には、その制動のためにディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材が使用されている。摩擦材は、ディスクロータ、ブレーキドラム等の対面材と摩擦することにより、制動の役割を果たしている。そのため、摩擦材には、良好な摩擦係数、耐摩耗性（摩擦材の寿命が長いこと）、強度、音振性能（ブレーキ鳴きや異音が発生しにくいこと）等が要求される。摩擦係数は車速、減速度やブレーキ温度によらず安定であることが要求される。また、摩擦界面で発生した錆によって摩擦材が対面材と固着し、発車時の異音発生や摩擦材の表面剥離（錆剥離）などの問題が生じる場合がある。錆固着の問題を改善するために、犠牲陽極として作用する亜鉛やｐＨを上げるアルカリ金属塩を添加するなどの摩擦材組成物が提案されている（特許文献１～２）。
摩擦材には、結合材、繊維基材、無機充填材および有機充填材等を含む摩擦材組成物が用いられ、前記特性を発現させるために、一般的に、各成分を１種または２種以上を組み合わせた摩擦材組成物が用いられる。中でも銅は繊維や粉末の形態で摩擦材に配合され、高温での制動条件下での摩擦係数の保持（耐フェード性）や高温での耐摩耗性改善、摩擦材の強度向上に有効な成分である。しかし、銅を含有する摩擦材は、制動時に発生する摩耗粉に銅を含み、河川、湖や海洋汚染等の原因となる可能性が示唆されているため、使用を制限する動きが高まっている。
このような銅の使用量を制限する動きの中、特許文献３には、銅を含有しない組成における強度、耐摩耗性を改善する手法として、複数の凸形状を有するチタン酸カリウムと生体溶解性無機繊維とを含有させることを特徴とする摩擦材が提案されている。
環境有害性の高い銅を含まない摩擦材は材料強度が低く、錆剥離が問題となる。特許文献１～２で提案されている防錆効果や、特許文献３で提案されている銅を含有しない組成での摩擦材の強度向上策では、銅を含有しない摩擦材の錆剥離に対する改善効果は充分ではなかった。
本発明は上記事情を鑑みなされたもので、環境負荷の高い銅を含有しない、または銅の含有量が０．５質量％以下の摩擦材において、錆固着や錆剥離の少ない摩擦材を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、銅を含有せず、摩擦材の材料強度を向上するためにフィブリル化アラミド繊維を含有する組成において、特定量の水酸化カルシウムと炭酸ナトリウムを組み合わせて含有することで、錆固着力の低減ならびに錆剥離の抑制が効果的になされることを見出した。すなわち、水酸化カルシウムはｐＨが高く、摩擦対面材の防錆効果があるだけでなく摩擦材の成形時にフェノール樹脂の硬化触媒として作用し、摩擦材強度を向上させるが、過度に添加するとフィブリル化アラミド繊維の強度を低下させることを見出した。また、この水酸化カルシウムについて、錆固着力低減と錆剥離抑制の効果が最大となる添加量範囲を検討するとともに、水酸化カルシウムに対し水溶時のｐＨが低いが易溶性である炭酸ナトリウムを特定量添加することで、水酸化カルシウムのｐＨ、摩擦材強度向上効果との相乗効果で、銅を含有しない組成における錆固着力の低減ならびに錆剥離の抑制といった効果が大幅に達成されることが可能であることを見出した。
また、水酸化カルシウムとともに粉末状の亜鉛を摩擦材中に分散させると、亜鉛が制動により摩擦界面に延展し、摩擦界面に延展した亜鉛の犠牲陽極作用により摩擦界面全体の防錆効果を示すとともに、水酸化カルシウムのｐＨ、摩擦材強度向上効果との相乗効果で、銅を含有しない組成における錆固着力の低減ならびに錆剥離の抑制といった効果が大幅に達成されることが可能であることを見出した。
さらに、摩擦材強度を向上させ、かつ、発錆量が少なくなる特定量のスチール繊維や、同じく摩擦材強度を向上させる複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを添加することにより、本発明の摩擦材組成物における錆固着力の低減ならびに錆剥離の抑制といった改善効果をさらに向上させることができることを見出した。
本発明はこれらの知見に基づくものであり、本発明の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、前記無機充填材として炭酸ナトリウムを０．２～２質量％、水酸化カルシウムを２．５～１０質量％含有することを特徴とする。
また、本発明の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有するとともに、前記無機充填材として粉末状の亜鉛および水酸化カルシウムを含有し、前記水酸化カルシウムの含有量が２．５～１０質量％であることを特徴とする。
この発明においては、前記粉末状の亜鉛の含有量が１～１０質量％であることが好ましく、また、前記粉末状の亜鉛の粒子径が１０～５００μｍであることが好ましい。さらに、前記無機充填材として炭酸ナトリウムを含有することが好ましい。
上記各本発明の摩擦材組成物においては、前記繊維基材としてスチール繊維を２～８質量％含有することが好ましく、また、前記無機充填材として複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを含有することが好ましい。
次に、本発明の摩擦材は、上記各本発明の摩擦材組成物を成形してなることを特徴とする。また、本発明の摩擦部材は、上記各本発明の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金を用いて形成されることを特徴とする。
本発明によれば、自動車用ディスクブレーキパッド等の摩擦材に用いた際に、環境負荷の高い銅を用いなくとも、錆固着力が小さく錆剥離の少ない摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材を提供することができる。
１…ブレーキパッド（摩擦部材）
２…摩擦材
２２…スリット
２３…チャンファー
３…裏金
４…接着層
２…摩擦材
２２…スリット
２３…チャンファー
３…裏金
４…接着層
以下、本発明の摩擦材組成物、これを用いた摩擦材および摩擦部材について詳述する。なお、本発明の摩擦材組成物は、アスベストを実質的に含まないノンアスベスト摩擦材組成物である。
［摩擦材組成物］
本発明の摩擦材組成物は、元素としての銅を含まない、もしくは銅を含有する場合においてはその含有量が０．５質量％以下であることを特徴とするものである。すなわち、環境有害性の高い銅および銅合金を実質的に含有せず、元素としての銅の含有量が０．５質量％以下であり、好ましくは含有量が０質量％の摩擦材組成物である。このため、ディスクブレーキパッドに採用された場合において制動時に摩耗粉が発生しても、河川、湖や海洋汚染の原因とならない。なお、上記の「元素としての銅」とは、繊維状や粉末状等の銅、銅合金および銅化合物に含まれる銅元素の、全摩擦材組成物中における含有率を示す。
本発明の摩擦材組成物は、元素としての銅を含まない、もしくは銅を含有する場合においてはその含有量が０．５質量％以下であることを特徴とするものである。すなわち、環境有害性の高い銅および銅合金を実質的に含有せず、元素としての銅の含有量が０．５質量％以下であり、好ましくは含有量が０質量％の摩擦材組成物である。このため、ディスクブレーキパッドに採用された場合において制動時に摩耗粉が発生しても、河川、湖や海洋汚染の原因とならない。なお、上記の「元素としての銅」とは、繊維状や粉末状等の銅、銅合金および銅化合物に含まれる銅元素の、全摩擦材組成物中における含有率を示す。
本発明の摩擦材組成物は、上記のように、結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、炭酸ナトリウムを０．２～２質量％含有するとともに、水酸化カルシウムを２．５～１０質量％含有することを特徴としている。
また、本発明の摩擦材組成物は、上記のように、結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有するとともに、無機充填材として粉末状の亜鉛および水酸化カルシウムを含有し、水酸化カルシウムの含有量が２．５～１０質量％であることを特徴としている。
また、本発明の摩擦材組成物においては、上記のように、繊維基材としてスチール繊維を２～８質量％含有すること、および無機充填材として複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを含有することを、好ましい形態としている。
以下、上記含有成分について説明する。
以下、上記含有成分について説明する。
（フィブリル化アラミド繊維／繊維基材）
本発明の摩擦材組成物に繊維基材として含有させるフィブリル化アラミド繊維は、複数の枝分かれを有し、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇであることが特徴であり、具体的には、例えば、帝人株式会社製Ｔｗａｒｏｎ １０９９、１０９５、３０９１や、東レ・デュポン株式会社製ケブラー１Ｆ５３８、１Ｆ１７１０等が挙げられる。本発明で使用するフィブリル化アラミド繊維は、繊維強度が高く多数の枝分かれを有するため、銅を含有しない組成においても摩擦材強度を効果的に向上させるが、高いｐＨの水溶液に長時間曝露することで、加水分解により強度が低下する。
本発明の摩擦材組成物に繊維基材として含有させるフィブリル化アラミド繊維は、複数の枝分かれを有し、ＢＥＴ比表面積が５～１５ｍ２／ｇであることが特徴であり、具体的には、例えば、帝人株式会社製Ｔｗａｒｏｎ １０９９、１０９５、３０９１や、東レ・デュポン株式会社製ケブラー１Ｆ５３８、１Ｆ１７１０等が挙げられる。本発明で使用するフィブリル化アラミド繊維は、繊維強度が高く多数の枝分かれを有するため、銅を含有しない組成においても摩擦材強度を効果的に向上させるが、高いｐＨの水溶液に長時間曝露することで、加水分解により強度が低下する。
（水酸化カルシウム／無機充填材）
本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として特定量の水酸化カルシウムを含む。水酸化カルシウムは、ｐＨが高く、摩擦対面材の防錆効果があるだけでなく摩擦材の成形時にフェノール樹脂の硬化触媒として作用し、摩擦材の強度を向上させる効果がある。この効果を得るため水酸化カルシウムを２．５質量％以上含有させる。その一方で、水酸化カルシウムを過度に添加すると、フィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなる。このため、水酸化カルシウムの含有量は１０質量％以下とする。
本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として特定量の水酸化カルシウムを含む。水酸化カルシウムは、ｐＨが高く、摩擦対面材の防錆効果があるだけでなく摩擦材の成形時にフェノール樹脂の硬化触媒として作用し、摩擦材の強度を向上させる効果がある。この効果を得るため水酸化カルシウムを２．５質量％以上含有させる。その一方で、水酸化カルシウムを過度に添加すると、フィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなる。このため、水酸化カルシウムの含有量は１０質量％以下とする。
（炭酸ナトリウム／無機充填材）
上記水酸化カルシウムに加えて、ｐＨが水酸化カルシウムより低いが、易溶性である炭酸ナトリウムを含有させることで、水酸化カルシウムによる防錆効果および摩擦材の強度向上効果をより高め、銅を含有しない組成において錆固着力を大幅に低減し、錆剥離を効果的に抑制することができるようになる。この効果を得るため、炭酸ナトリウムの含有量は０．２質量％以上とする。その一方で、炭酸ナトリウムの含有量が過多となると、ｐＨが高くなってフィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなる。このため、炭酸ナトリウムの含有量は２質量％以下とする。
上記水酸化カルシウムに加えて、ｐＨが水酸化カルシウムより低いが、易溶性である炭酸ナトリウムを含有させることで、水酸化カルシウムによる防錆効果および摩擦材の強度向上効果をより高め、銅を含有しない組成において錆固着力を大幅に低減し、錆剥離を効果的に抑制することができるようになる。この効果を得るため、炭酸ナトリウムの含有量は０．２質量％以上とする。その一方で、炭酸ナトリウムの含有量が過多となると、ｐＨが高くなってフィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなる。このため、炭酸ナトリウムの含有量は２質量％以下とする。
上記の水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムは、通常の摩擦材組成物に用いられる粉末状の水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムを用いることができる。また、粉末状の水酸化カルシウムおよび炭酸ナトリウムは、水溶性の観点から、粒径の細かいものが好ましく、特に１００μｍ以下の粉末を用いることが好ましい。
（亜鉛粉／無機充填材）
本発明の摩擦材組成物に無機充填材として含有させる粉末状の亜鉛は、制動により摩擦材の摩擦界面に延展して摩擦界面を被覆する状態となるが、亜鉛は酸化しやすいことから摩擦界面を被覆した亜鉛が、犠牲陽極作用により選択的に酸化されることで、摩擦材中の他の成分の酸化すなわち発錆を防止して摩擦界面全体の防錆を行う。粉末状の亜鉛としては、アトマイズなどで製造される通常摩擦材に用いられる粉末状の亜鉛を用いることができるが、その粒径は、摩擦材表面での延展による防錆効果の観点から細かいほどよく、１０～５００μｍが好ましく、１０～１００μｍがより好ましい。また、亜鉛の添加量は、防錆効果の観点から１質量％以上が好ましく、２質量％がより好ましい。また、亜鉛の過剰添加は、高温使用時における摩擦材の耐摩耗性の悪化を引き起こすため、１０質量％以下の添加量で用いることが好ましく、８質量％がより好ましい。
本発明の摩擦材組成物に無機充填材として含有させる粉末状の亜鉛は、制動により摩擦材の摩擦界面に延展して摩擦界面を被覆する状態となるが、亜鉛は酸化しやすいことから摩擦界面を被覆した亜鉛が、犠牲陽極作用により選択的に酸化されることで、摩擦材中の他の成分の酸化すなわち発錆を防止して摩擦界面全体の防錆を行う。粉末状の亜鉛としては、アトマイズなどで製造される通常摩擦材に用いられる粉末状の亜鉛を用いることができるが、その粒径は、摩擦材表面での延展による防錆効果の観点から細かいほどよく、１０～５００μｍが好ましく、１０～１００μｍがより好ましい。また、亜鉛の添加量は、防錆効果の観点から１質量％以上が好ましく、２質量％がより好ましい。また、亜鉛の過剰添加は、高温使用時における摩擦材の耐摩耗性の悪化を引き起こすため、１０質量％以下の添加量で用いることが好ましく、８質量％がより好ましい。
（スチール繊維／繊維基材）
本発明の摩擦材組成物に繊維基材として含有させると好ましいスチール繊維は、びびり振動切削法などで得られるストレート繊維と、長繊維のカットなどで得られるカール状繊維がある。ストレート繊維が直線状の繊維形状なのに対し、カール状繊維は曲線部を有する形状を示すものであり、単純な円弧状のものや、うねったもの、螺旋状あるいは渦巻き状に曲がったものなどを含む。
本発明の摩擦材組成物に繊維基材として含有させると好ましいスチール繊維は、びびり振動切削法などで得られるストレート繊維と、長繊維のカットなどで得られるカール状繊維がある。ストレート繊維が直線状の繊維形状なのに対し、カール状繊維は曲線部を有する形状を示すものであり、単純な円弧状のものや、うねったもの、螺旋状あるいは渦巻き状に曲がったものなどを含む。
この種のスチール繊維は、ストレート繊維やカール状繊維のいずれのものであっても、摩擦界面で摩擦熱を拡散し、不均一な温度上昇を抑制するだけでなく、摩擦界面で生成する有機分解物を適度にクリーニングする効果を有するため、制動中に発生するブレーキトルクの変動を小さくするとともに、ブレーキ振動を発生しにくくして抑制することができる。ただし、カール状繊維のほうが摩擦界面において摩擦材からの脱落が少なく、高温制動における摩擦特性保持の観点で好ましい。さらに、カール状繊維としては、曲率半径が１００μｍ以下の部分を含むものであると、摩擦材への固着がより強固となり、摩擦界面における摩擦材の脱落がより少なくなるので、より好ましい。カール状のスチール繊維は、日本スチールウール株式会社製カットウール等の、市販されているものを使用することができる。
スチール繊維は、摩擦材の強度を向上させ錆剥離を抑制するが、スチール繊維自体が錆びることで、多量の添加により錆固着力を増大させてしまう。このため、スチール繊維の含有量を２～８質量％とすることで、本発明の摩擦材組成物において、錆固着力の低減ならびに錆剥離の抑制をともに達成することができる。スチール繊維の繊維径は、高温における耐摩耗性の観点から１００μｍ以下が好ましい。また、スチール繊維の繊維長は、高温における耐摩耗性の観点から２５００μｍ以下が好ましい。
（複数の凸形状を有するチタン酸カリウム／無機充填材）
本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として、通常の摩擦材組成物において用いられるチタン酸塩を用いることができる。チタン酸塩は、銅を含有しない組成における高温制動におけるブレーキ振動低減とロータ摩耗量の低減に寄与する。このようなチタン酸塩としては、複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを用いることが好ましい。本発明の複数の凸形状を有するチタン酸カリウムとは、不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムのことで、摩擦調整材として用いることができることが知られている（上記特許文献３）。具体的には、例えば大塚化学株式会社製「テラセスＪＰ」が挙げられる。
本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として、通常の摩擦材組成物において用いられるチタン酸塩を用いることができる。チタン酸塩は、銅を含有しない組成における高温制動におけるブレーキ振動低減とロータ摩耗量の低減に寄与する。このようなチタン酸塩としては、複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを用いることが好ましい。本発明の複数の凸形状を有するチタン酸カリウムとは、不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムのことで、摩擦調整材として用いることができることが知られている（上記特許文献３）。具体的には、例えば大塚化学株式会社製「テラセスＪＰ」が挙げられる。
このような不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムは、凸部が摩擦材の強度向上に効果的であり、特に本発明の摩擦材組成物の錆剥離の抑制に効果的である。本発明の摩擦材組成物中における複数の凸形状を有するチタン酸カリウムの含有量は、錆剥離抑制の観点から１～３０質量％が好ましく、１～２０質量％であることがより好ましい。
次に、本発明の摩擦材組成物に含有される結合材、有機充填材、および上記以外の無機充填材、繊維基材を以下に挙げる。
（結合材）
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材等を一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材としては特に制限はなく、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材等を一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材としては特に制限はなく、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂；アクリルエラストマー分散フェノール樹脂およびシリコーンエラストマー分散フェノール樹脂等の各種エラストマー分散フェノール樹脂；アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂およびアルキルベンゼン変性フェノール樹脂等の各種変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。特に、良好な耐熱性、成形性および摩擦係数を与えることから、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。
本発明の摩擦材組成物中における結合材の含有量は、５～２０質量％であることが好ましく、５～１０質量％であることがより好ましい。結合材の含有量を５～２０質量％の範囲とすることで、摩擦材の強度低下をより抑制することができ、また、摩擦材の気孔率が減少し、弾性率が高くなる、すなわち硬くなることによる鳴きなどの音振性能の悪化をより抑制することができる。
（有機充填材）
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性等を向上させるための摩擦調整材として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮することができるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられるカシューダストやゴム成分等を用いることができる。
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性等を向上させるための摩擦調整材として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮することができるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられるカシューダストやゴム成分等を用いることができる。
上記カシューダストは、カシューナッツシェルオイルを硬化させたものを粉砕して得られるものであって、通常、摩擦材に用いられるものであればよい。
上記ゴム成分としては、例えば、アクリルゴム、イソプレンゴム、ＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、塩素化ブチルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等が挙げられる他、例えば廃タイヤを処分して得られるタイヤゴム等をゴム成分として利用することができる。ゴム成分としては、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用される。
本発明の摩擦材組成物中における有機充填材の含有量は、１～２０質量％であることが好ましく、１～１０質量％であることがより好ましく、３～８質量％であることが特に好ましい。有機充填材の含有量を１～２０質量％の範囲とすることで、摩擦材が硬くなって鳴きなどの音振性能の悪化を避けることができ、また、耐熱性の悪化、熱履歴による強度低下を避けることができる。
（無機充填材）
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるために、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整材として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物は、通常、摩擦材に用いられる無機充填材であれば特に制限はない。
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるために、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整材として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物は、通常、摩擦材に用いられる無機充填材であれば特に制限はない。
上記無機充填材としては、例えば、マイカ、硫化錫、二硫化モリブデン、硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化亜鉛、酸化カルシウム、硫酸バリウム、コークス、黒鉛、マイカ、バーミキュライト、硫酸カルシウム、タルク、クレー、ゼオライト、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、ドロマイト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、γアルミナ、珪酸ジルコニウム、二酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化セリウム、ジルコニア、酸化鉄等を用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。また、前述した複数の凸形状を有するチタン酸カリウムの他に、粒状または板状のチタン酸塩を組み合わせて用いることができる。粒状または板状のチタン酸塩としては、６チタン酸カリウム、８チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸ナトリウム等を用いることができる。
本発明の摩擦材組成物中における無機充填材の含有量は、３０～８０質量％であることが好ましく、４０～７０質量％であることがより好ましく、５０～６０質量％であることが特に好ましい。無機充填材の含有量を３０～８０質量％の範囲とすることで、耐熱性の悪化を避けることができ、また、摩擦材のその他成分の含有量バランスの点でも好ましい。
（繊維基材）
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。本発明の摩擦材組成物は、通常、繊維基材として用いられる、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維等を用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。本発明の摩擦材組成物は、通常、繊維基材として用いられる、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維等を用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
上記無機繊維としては、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、シリケート繊維等を用いることができ、これらを１種または２種以上組み合わせて用いることができる。これら無機繊維の中では、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ等を任意の組み合わせで含有した生分解性鉱物繊維が好ましく、市販品としては、LAPINUS FIBERS B.V製のRoxulシリーズ等が挙げられる。
上記金属繊維としては、通常、摩擦材に用いられるものであれば特に制限はないが、例えば、前述した亜鉛粉以外に、アルミニウム、鉄、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン等の銅および銅合金以外の金属単体または合金形態の繊維や、鋳鉄繊維等の金属を主成分とする繊維が挙げられる。
上記有機繊維としては、前述したフィブリル化アラミド繊維以外に、チョップドアラミド繊維等の枝分かれを持たないアラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維等を用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
上記炭素系繊維としては、耐炎化繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、活性炭繊維等を用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の摩擦材組成物における繊維基材の含有量は、摩擦材組成物において５～４０質量％であることが好ましく、５～２０質量％であることがより好ましく、５～１５質量％であることが特に好ましい。繊維基材の含有量を５～４０質量％の範囲とすることで、摩擦材としての最適な気孔率が得られ、鳴きを防止することができ、適正な材料強度が得られ、さらに、耐摩耗性を発現し、成形性をよくすることができる。
［摩擦材］
本発明の摩擦材は、上記摩擦材組成物を成形して得られるものであり、例えば、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材として採用することができる。
本発明の摩擦材は、上記摩擦材組成物を成形して得られるものであり、例えば、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材として採用することができる。
本発明の摩擦材は、本発明の摩擦材組成物を、一般に使用されている方法で成形して製造することができ、好ましくは加熱加圧成形により製造される。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレーディゲミキサー（「レーディゲ」は登録商標）、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー（「アイリッヒ」は登録商標）等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形金型にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１３０～１６０℃、成形圧力２０～５０ＭＰａの条件で２～１０分間で成形し、得られた成形物を１５０～２５０℃で２～１０時間熱処理する。また、さらに必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行う。
［摩擦部材］
本発明の摩擦部材は、上記摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。本発明の摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
（１）摩擦材のみの構成。
（２）裏金と、該裏金の上に固定されて摩擦面となる本発明の上記摩擦材組成物からなる上記摩擦材とを有する構成。
（３）上記（２）の構成において、裏金と摩擦材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、および、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成。
本発明の摩擦部材は、上記摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。本発明の摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
（１）摩擦材のみの構成。
（２）裏金と、該裏金の上に固定されて摩擦面となる本発明の上記摩擦材組成物からなる上記摩擦材とを有する構成。
（３）上記（２）の構成において、裏金と摩擦材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、および、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成。
上記裏金は、摩擦部材の機械的強度の向上のために、通常、摩擦部材として用いるものであり、材質としては、金属または繊維強化プラスチック等、具体的には、鉄、ステンレス、無機繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等が挙げられる。プライマー層および接着層は、通常、ブレーキシュー等の摩擦部材に用いられるものであればよい。
本発明の摩擦材組成物は、錆固着力が小さく、錆剥離が少ないため、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の上張り材として特に有用であるが、摩擦部材の下張り材として成形して用いることもできる。なお、「上張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材であり、「下張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材と裏金との間に介在する、摩擦材と裏金との接着部付近のせん断強度、耐クラック性向上等を目的とした層のことである。
［摩擦部材の一実施形態／ブレーキパッド］
図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦部材である自動車用ディスクブレーキのブレーキパッド１を示している。このブレーキパッド１は、板状に成形された摩擦材２が鋳鉄からなる板状の裏金３の片面に接着されて構成されたものであり、摩擦材２の表面２１が対面材であるディスクロータ（図示せず）に圧接させられる摩擦面を構成する。ブレーキパッド１は全体がディスクロータの周方向に沿った弧状に形成されており、摩擦材２の表面２１側の周方向中央部には、径方向に延びるスリット２２が形成され、周方向両端部にはチャンファー２３が形成されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦部材である自動車用ディスクブレーキのブレーキパッド１を示している。このブレーキパッド１は、板状に成形された摩擦材２が鋳鉄からなる板状の裏金３の片面に接着されて構成されたものであり、摩擦材２の表面２１が対面材であるディスクロータ（図示せず）に圧接させられる摩擦面を構成する。ブレーキパッド１は全体がディスクロータの周方向に沿った弧状に形成されており、摩擦材２の表面２１側の周方向中央部には、径方向に延びるスリット２２が形成され、周方向両端部にはチャンファー２３が形成されている。
摩擦材２は上記した摩擦材組成物を成形してなるものであり、ブレーキパッド１は、例えば上記［摩擦部材］の（２）または（３）の構成を有するものである。図１（ｂ）は（２）の構成を示す断面図である。図１（ｃ）は（３）の構成を示す断面図であって、符合４は摩擦材２と裏金３との間に所定厚さに設けられた接着層である。
ブレーキパッド１は、上記各種材料を調製・混合して得た摩擦材組成物を原料として摩擦材２を予備成形し、その予備成形物を裏金３に接着させた状態で裏金３とともに加熱加圧成形し、この後、必要な処理（熱処理、塗装、スコーチ処理、研磨処理等）を行うとともに、スリット２２およびチャンファー２３を形成する加工を摩擦材２に施して製造される。
以下、本発明の摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材について、実施例および比較例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。
［実施例１～２０および比較例１～６］
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１および表２に示す配合比率にしたがって材料を配合し、実施例１～１２および比較例１～４の摩擦材組成物を得た。また、表３および表４に示す配合比率にしたがって材料を配合し、実施例１３～２０および比較例５，６の摩擦材組成物を得た。表１～表４の各成分の配合量の単位は、摩擦材組成物中の質量％である。なお、表２、表４の双方に比較例１，２を記載している。
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１および表２に示す配合比率にしたがって材料を配合し、実施例１～１２および比較例１～４の摩擦材組成物を得た。また、表３および表４に示す配合比率にしたがって材料を配合し、実施例１３～２０および比較例５，６の摩擦材組成物を得た。表１～表４の各成分の配合量の単位は、摩擦材組成物中の質量％である。なお、表２、表４の双方に比較例１，２を記載している。
得られた実施例１～２０および比較例１～６の摩擦材組成物を、レーディゲミキサー（株式会社マツボー製、商品名：レーディゲミキサーＭ２０）で混合し、この混合物を成形プレス（王子機械工業株式会社製）で予備成形した。次いで、得られた予備成形物を成形温度１４０～１６０℃、成形圧力３０ＭＰａ、成形時間５分間の条件で、成形プレス（三起精工株式会社製）を用いて鉄製の裏金（日立オートモティブシステムズ株式会社製）とともに加熱加圧成形した。次いで、得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理した後、ロータリー研磨機を用いて研磨し、実施例１～２０および比較例１～６のディスクブレーキパッドを得た。このように作製したブレーキパッドは、裏金の厚さ６ｍｍ、摩擦材の厚さ１１ｍｍ、摩擦材投影面積５２ｃｍ２である。
上記のようにして作製した実施例１～２０および比較例１～６のディスクブレーキパッドについて、以下の評価を行った。それらの結果を表１および表２に併記する。
（１）錆固着力の評価
ＪＩＳ Ｄ４４１４「さび固着試験方法」に準拠して錆固着試験を行い、錆固着力が５０Ｎ未満のものを「◎」、錆固着力が５０Ｎ以上、かつ、１００Ｎ未満のものを「○」、錆固着力が１００Ｎ以上のものを「×」として評価した。この評価結果を表１～表４に併記した。
ＪＩＳ Ｄ４４１４「さび固着試験方法」に準拠して錆固着試験を行い、錆固着力が５０Ｎ未満のものを「◎」、錆固着力が５０Ｎ以上、かつ、１００Ｎ未満のものを「○」、錆固着力が１００Ｎ以上のものを「×」として評価した。この評価結果を表１～表４に併記した。
（２）錆剥離の評価
上記錆固着試験後、摩擦材の表面が剥離してディスクロータ表面に転移している錆剥離が生じているか否かを確認し、錆剥離が生じていないものを「○」、錆剥離が生じているものを「×」として評価した。この評価結果を表１～表４に併記した。
上記錆固着試験後、摩擦材の表面が剥離してディスクロータ表面に転移している錆剥離が生じているか否かを確認し、錆剥離が生じていないものを「○」、錆剥離が生じているものを「×」として評価した。この評価結果を表１～表４に併記した。
本発明の実施例１～１２は、銅を含有する比較例２と同様、錆剥離は発生せず、小さい錆固着力を示した。また、銅を含有せず炭酸ナトリウムと水酸化カルシウムの含有量が本発明の特定量を満足しない比較例１，３，４に比べて、本発明の摩擦材組成物は、錆固着力が小さく、錆剥離が発生しにくいことは明らかである。
本発明の実施例１３～２０は、銅を含有する比較例２と同様、錆剥離は発生せず、小さい錆固着力を示した。また、銅を含有せず水酸化カルシウムの含有量が本発明の特定量を満足しない比較例１，５，６に比べて、本発明の摩擦材組成物は、錆固着力が小さく、錆剥離が発生しにくいことは明らかである。
本発明の摩擦材組成物は、従来品と比較して、環境負荷の高い銅を用いなくとも、錆固着力が小さく、錆剥離も抑えられるため、乗用車用ブレーキパッド等の摩擦材および摩擦部材に好適である。
Claims (9)
- 結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、
該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、
前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有し、
前記無機充填材として炭酸ナトリウムを０．２～２質量％、水酸化カルシウムを２．５～１０質量％含有する摩擦材組成物。 - 結合材、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、
該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、
前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有するとともに、
前記無機充填材として粉末状の亜鉛および水酸化カルシウムを含有し、
前記水酸化カルシウムの含有量が２．５～１０質量％である摩擦材組成物。 - 前記粉末状の亜鉛の含有量が１～１０質量％である請求項２に記載の摩擦材組成物。
- 前記粉末状の亜鉛の粒子径が１０～５００μｍである請求項２または３に記載の摩擦材組成物。
- 前記無機充填材として炭酸ナトリウムを含有する請求項２～４のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記繊維基材としてスチール繊維を２～８質量％含有する請求項１～５のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記無機充填材として複数の凸形状を有するチタン酸カリウムを含有する請求項１～６のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 請求項１～７のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
- 請求項１～７のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金を用いて形成される摩擦部材。
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