WO2018168980A1 - 摩擦材の製造方法及び摩擦材 - Google Patents

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friction
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拓央 吉田
勇太 小池
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    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a friction material and a friction material used for a brake device or the like for a vehicle.
  • Patent Document 1 if the negative gradient ( ⁇ -V negative gradient) of ⁇ (friction coefficient) with respect to V (vehicle speed) is reduced, occurrence of brake noise after leaving in a low temperature and high humidity environment It is disclosed to reduce.
  • the friction material contains zirconium oxide having a 50% particle diameter in the range of 0.1 to 5.0 ⁇ m as an abrasive at 15 to 35% by mass based on the total amount of the friction material composition, and other than zirconium oxide
  • the content of the abrasive having a Mohs hardness of 7.0 or more is 2.0 mass% or less with respect to the total amount of the friction material composition.
  • slaked lime is converted to quicklime (calcium oxide) when subjected to a heat history, and utilizes the feature of absorbing moisture to create cream under humid environment, and using slaked lime as a filler in a friction material It contains a large amount (at least 7 to 30% by volume) and contains a small amount (2.0 to 3.5% by volume) of aluminum particles.
  • quicklime calcium oxide
  • ME morning effect
  • Patent Document 3 describes that a friction material containing hydrophilic activated carbon as a friction modifier has a function of adsorbing sulfate ion and water.
  • the hydrophilic activated carbon is contained in an amount of 0.4 to 5.0% by weight based on the total amount of the friction material composition, and the average particle diameter thereof is 80 to 200 ⁇ m.
  • Patent Document 1 is highly aggressive to the rotor because the content of zirconium oxide in the friction material is as large as 15 to 35% by mass, and the wear of the rotor and disk thickness variation The deterioration of the brake vibration (shudder) due to the growth of the disc thickness deviation) is assumed.
  • the technique disclosed in Patent Document 2 contains a large amount of slaked lime, the flow inhibition of a binder such as a phenol resin becomes remarkable, and a decrease in the strength of the friction material is assumed.
  • Patent Document 3 uses activated carbon, the adsorption of water in a high humidity environment and the adsorption of liquid water such as condensed water become insufficient, and the occurrence of a brake noise phenomenon is effective. It is assumed that it can not be suppressed.
  • this invention makes it a subject to provide the manufacturing method and friction material of a friction material which can reduce generation
  • the inventors of the present invention conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and by incorporating a powdery water-absorbing polymer at the time of production of the friction material, the influence of moisture at the time of braking after leaving in a high humidity environment. We focused on being able to minimize As a result, it has been found that the aggregation of the wear powder is suppressed, the increase in the true contact area with the rotor which is the opposite material of the friction material can be suppressed, and the occurrence of the squeal phenomenon can be reduced.
  • the method of manufacturing the friction material and the friction material relate to the following [1] and [2].
  • [1] A method of manufacturing a friction material, wherein the content of copper as an element is 0.5% by weight or less based on the entire friction material, A mixing step of mixing a friction material material containing a fibrous base material, a binder, an organic filler containing a powdery water-absorbing polymer, and an inorganic filler containing calcium hydroxide to obtain a friction material mixture , Forming the friction material raw material mixture obtained in the mixing step into a predetermined shape.
  • the friction material manufactured by the method of the above [1] can reduce the occurrence of the noise phenomenon at the time of initial brake operation in a high humidity environment. This is because the presence of the water absorbing polymer efficiently removes the water on the friction surface of the friction material and the rotor as the counterpart material, thereby suppressing the aggregation of the wear powder, and the true contact area between the friction material and the counterpart material. This is because the increase can be suppressed. Furthermore, by mixing a powdery water-absorbing polymer as a raw material of the friction material, the water-absorbing polymer easily remains without forming an irreversible ionic cross-link with a divalent metal ion derived from calcium hydroxide. As a result, the water absorbing polymer is present in the friction material while maintaining its water absorbing performance well, the water in the friction surface is effectively absorbed, and the occurrence of the squeal phenomenon can be reliably reduced. .
  • the method of manufacturing the friction material according to the present embodiment includes a mixing step of mixing the friction material raw material and a forming step of molding the mixed friction material raw material into a predetermined shape.
  • the friction material raw material is weighed, and these are uniformly mixed.
  • the friction material raw material is all the materials to be mixed in carrying out the method of manufacturing the friction material according to the present embodiment, and includes the fiber base material, the binder, the organic filler, the inorganic filler and the like described later. .
  • it contains a water absorbing polymer as an organic filler, and contains calcium hydroxide having a function of a pH adjusting material as an inorganic filler.
  • materials generally used in manufacturing friction materials correspond to friction material raw materials.
  • the friction material manufactured by the method of manufacturing a friction material according to the present embodiment is a non-asbestos-based friction material (NAO material). Moreover, it does not substantially contain a copper component with high environmental impact as a friction material raw material (copper free). Specifically, the copper component is not contained, or even when contained, it is 0.5% by weight or less with respect to the entire friction material raw material.
  • the friction material manufactured by the method of manufacturing a friction material according to the present embodiment sufficiently corresponds to the movement of copper freeing.
  • the fiber base can be exemplified by organic fibers, metal fibers, natural or man-made inorganic fibers, and the like.
  • Specific examples of the fiber base include aromatic polyamide fibers (aramid fibers), acrylic fibers, cellulose fibers, carbon fibers and the like as organic fibers, and metal fibers such as steel, stainless steel, aluminum, zinc, And, single metals such as tin, fibers of respective alloy metals, and the like can be mentioned, and as inorganic fibers, rock wool, glass fibers, etc. can be mentioned.
  • the fiber substrate may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the fiber base is not particularly limited, it is preferably contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the whole of the friction material raw material.
  • the bonding material has a function of bonding the friction material raw material and gives strength to the friction material.
  • the binder include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, and imide resin, and it is also possible to use modified resins such as estramer, hydrocarbon resin, and epoxy. .
  • a binder can also be used individually by 1 type or in combination of multiple types. Although the content of the binder is not particularly limited, it is preferably contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the whole of the friction material raw material.
  • the organic filler contains a water absorbing polymer.
  • the water-absorbing polymer is a polymer having a large number of hydrophilic groups in its molecule, and exhibits a three-dimensional network structure by polymerizing monomers and, if necessary, crosslinking them.
  • the hydrophilic group can be exemplified by a carboxy group, a sulfo group, a hydroxy group, an amino group, an amido group, a phosphoric acid group, an ether and the like, and is preferably a proton-dissociated hydrophilic group.
  • polyacrylic acid (salt) type polysulfonic acid (salt) type, maleic anhydride (salt) type, polyaspartic acid (salt) type, polyglutamic acid (salt) type, polyalginic acid (salt) type
  • Starch- and cellulose-based water-absorbing polymers by graft polymerization or carboxymethylation such as polyvinyl alcohol type, polyacrylamide type, polyoxyethylene type, polyethylene imine type, polyvinyl pyrrolidone type, and acrylonitrile, and derivatives thereof
  • the salt is a salt that can be dissociated by the presence of water molecules, preferably a salt with a monovalent ion such as an alkali metal salt.
  • a salt with a monovalent ion such as an alkali metal salt.
  • alkali metal salts of polyacrylic acid such as sodium polyacrylate and potassium polyacrylate
  • polyacrylate-based water absorbent polymers such as ammonium polyacrylate.
  • the water-absorbing polymer is preferably in a water-free state.
  • the property of the water absorbing polymer can be, for example, a solid such as powder, particles, and fibers. From the viewpoint of retention of the water absorption performance of the water absorbent polymer and uniform mixing with other friction material raw materials, it is preferable to use powder form.
  • the substantially water-free powdered water-absorbing polymers have hydrophilic groups that can contribute to their water absorption performance without forming irreversible ionic crosslinks. It becomes easy to remain and can exhibit its water absorption performance effectively.
  • the water-absorbing polymer may or may not be cross-linked with a suitable crosslinker in the polymer backbone.
  • the crosslinking agent is not particularly limited, and any compound known in the art that can be used for crosslinking the water-absorbing polymer can be used, for example, N, N'-methylenebisacrylamide or N, N '.
  • bisacrylamide compounds such as ethylene bis acrylamide
  • diglycidyl ether compounds such as (poly) ethylene glycol diglycidyl ether and (poly) propylene glycol diglycidyl ether
  • dimethacrylate compounds such as ethylene glycol dimethacrylate and the like be able to.
  • crosslinking can be carried out by copolymerizing with a crosslinking monomer.
  • the amount of the crosslinking agent used is also not particularly limited, and can be appropriately set according to the desired crosslinking density.
  • sodium polyacrylate (Toagosei, ARON (registered trademark) A-20P-X: powder type, viscosity 400 to 600 mPa ⁇ s / 30 ° C. (0.2% aqueous solution) ), Molecular weight 5,000,000
  • polyacrylic acid Toagosei, Jurimer (registered trademark): powder type, viscosity 500 to 1000 mPa ⁇ s / 25 ° C. (10% aqueous solution)
  • crosslinked sodium polyacrylate (Leodic (registered trademark)) Powder type, viscosity 1500 to 3000 mPa ⁇ s / 25 ° C. (0.5% aqueous solution), viscosity 7000 to 13000 mPa ⁇ s / 25 ° C. (0.5% aqueous solution), etc.
  • Toagosei, ARON (registered trademark) A-20P-X powder type, viscosity 400 to 600 mPa ⁇ s /
  • the water absorbent polymer has a water absorption performance as high as several hundred times its own weight. Such water absorption performance will be described by taking a salt of a proton dissociative hydrophilic group such as polyacrylate as an example.
  • a salt of a proton dissociative hydrophilic group such as polyacrylate
  • intermolecular chains are tightly intertwined to form a three-dimensional network structure at the time of drying, but water molecules enter inside by capillary action. Due to the presence of the water molecule, the metal ion is dissociated from the salt of the hydrophilic group on the water absorbing polymer molecule, and the hydrophilic group becomes an anion.
  • the hydrophilic groups have the same charge, they are electrically repelled from each other, spread the network structure, and have a structure with many gaps.
  • the ion concentration of the inside of the network structure is increased by the dissociated metal ions, and a difference in ion concentration occurs between the inside and the outside of the water absorbing polymer.
  • an osmotic pressure is generated, water molecules are taken into the inside of the network structure, and the water absorbing polymer is swelled to exhibit high water absorption performance.
  • the water-absorbing polymer is preferably contained in an amount of 0.1 to 4.0% by weight, particularly preferably 0.1 to 3.0% by weight.
  • the content of the water-absorbing polymer exceeds 4.0% by weight, the strength of the friction material is lowered, and the abrasion resistance is unfavorably deteriorated.
  • the content is 3.0% by weight or less, the general efficacy and the wear characteristics become good.
  • the content is less than 0.1% by weight, the water absorption performance of the water-absorbing polymer can not be exhibited.
  • the organic filler can contain cashew dust, rubber powder, tire powder, fluorine polymer and the like in addition to the water absorbing polymer, and one or more of these can be used alone or in combination.
  • the present invention is not limited to the above specific example, and organic fillers known in the art can be preferably used.
  • the content of the organic filler is also not particularly limited, and may be a content generally used in the relevant technical field.
  • the inorganic filler contains calcium hydroxide having a function as a pH adjusting material.
  • Calcium hydroxide is a hydroxide of calcium and is ionized into calcium ions and hydroxide ions which are divalent metal ions, and exhibits strong alkalinity.
  • an inorganic friction modifier in addition to calcium hydroxide, an inorganic friction modifier, titanate, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, mica, talc, calcium silicate and the like can be contained.
  • titanates include alkali metal titanates and alkali metal titanate / second group salts. Specific examples thereof include potassium titanate, sodium titanate, lithium titanate, lithium potassium titanate, and magnesium titanate. Potassium and the like can be mentioned.
  • the titanate can be contained preferably in an amount of 10 to 30% by weight based on the entire friction material raw material. This makes it possible to compensate for the deterioration of the wear resistance due to the reduction of the copper component.
  • silica such as silicon dioxide, zirconium silicate, zirconium oxide (zirconia), magnesium oxide, aluminum oxide (alumina), chromium oxide (chromium (II) etc.), iron oxide (iron trioxide tetraoxide, etc. Ferric oxide etc., and ceramic powder etc.
  • the inorganic friction modifier is an inorganic substance having a Mohs hardness of 6.5 or more and an average particle diameter of 5 to 250 ⁇ m, preferably 10 to 200 ⁇ m, and is not limited to the above specific example and is preferably an inorganic substance known in the art. Although it can be used, it is preferably zirconium oxide, chromium oxide or aluminum oxide.
  • the content of the inorganic friction modifier is preferably 0.1 to 1.5% by weight, particularly preferably 0.1 to 1.0% by weight, based on the total weight of the friction material.
  • the inorganic friction modifier exceeds 1.0% by weight, the contradiction of the attack on the rotor, which is the opposite material, becomes a problem.
  • adjusting to the said range is preferable.
  • a single metal such as iron, aluminum, zinc or tin and a metal such as a metal powder of each alloy metal can be contained.
  • inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the inorganic filler is not particularly limited, and may be a content generally used in the relevant technical field.
  • a lubricant can be contained, and specific examples thereof include coke, graphite, carbon black, graphite, metal sulfide and the like.
  • metal sulfides include tin sulfide, antimony trisulfide, molybdenum disulfide, tungsten sulfide and the like.
  • the lubricants may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the lubricant is not particularly limited, and may be a content generally used in the relevant technical field.
  • the mixing method is not particularly limited as long as the friction material can be uniformly mixed, and can be carried out by methods known in the art. It is preferable to mix the friction material in powder form, which facilitates uniform mixing of the friction material.
  • the friction material raw material is preferably mixed in a water-free state or in a very small amount even when water is contained, and in particular, the water-absorbent polymer is mixed in a water-free state to maintain its water absorption performance. It is preferable to do. Therefore, the water content is preferably 1.0% by weight or less with respect to the entire friction material raw material.
  • the mixing method is not particularly limited as long as the friction material raw materials can be uniformly mixed, and can be mixed by methods known in the art. Specifically, mixing can be performed using a mixer such as a Fenshell mixer or a Loedige mixer, and for example, mixing is performed for about 10 minutes at normal temperature. At this time, the mixture of the raw materials for the friction material may be mixed while being cooled by a known cooling method so that the temperature does not rise.
  • a mixer such as a Fenshell mixer or a Loedige mixer
  • the forming step can be performed by pressing the friction material material with a press or the like, and can be performed based on methods known in the relevant technical field.
  • any of a hot press method in which the friction material material is heated, pressed and solidified, and a normal temperature pressing method in which the friction material material is pressed and solidified at normal temperature without heating may be used.
  • the molding temperature is 140 ° C. to 200 ° C. (preferably 160 ° C.)
  • the molding pressure is 10 MPa to 30 MPa (preferably 20 MPa)
  • the molding time is 3 minutes to 15 minutes Preferably, it can be 10 minutes.
  • molding can be performed by setting the molding pressure to 50 MPa to 200 MPa (preferably 100 MPa) and setting the molding time to 5 seconds to 60 seconds (preferably 15 seconds). Subsequently, clamp processing (for example, 180 ° C., 1 MPa, 10 minutes) is performed. After that, heat treatment (preferably 230 ° C., 3 hours) can be performed at 150 ° C. to 250 ° C. for 5 minutes to 180 minutes.
  • a polishing process may be provided to polish the surface of the friction material to form a friction surface.
  • the friction material manufactured by the method of manufacturing the friction material according to the present embodiment can be applied to a disc brake pad for a vehicle etc.
  • the present invention is not limited thereto, and a conventionally known friction material such as a brake shoe can be applied. It can be applied to things.
  • the said friction material can be integrated with plate-shaped members, such as a metal plate as a back plate, for example, and can be used as a pad for brakes.
  • the friction material according to the present embodiment contains a fibrous base material, a binder, an organic filler, and an inorganic filler, and does not contain copper as an element, or the content of copper is zero with respect to the entire friction material. .5% by weight or less, containing a powdery water-absorbing polymer as an organic filler and calcium hydroxide as an inorganic filler.
  • the friction material is manufactured by the method of manufacturing the friction material according to the above-described embodiment. In addition, about the kind of each friction material raw material, and content, it is as having mentioned above.
  • the generation of the squeal phenomenon is suppressed in the high humidity environment by suppressing the increase of the real contact area of the friction material with the mating material at the time of initial braking operation. It can be reduced.
  • the wear powder is taken in because it spreads and spreads within the friction surface between the friction material and the rotor which is the opposite material while taking in some wear powder. It is repeated that copper is discharged from within the friction surface while appropriately roughening the mating material.
  • the presence of the powdery water absorbing polymer efficiently removes the water on the friction surface between the friction material and the mating material, and the aggregation of the wear powder is caused.
  • the increase in the true contact area between the friction material and the mating material can be suppressed.
  • the occurrence of the noise phenomenon at the time of the initial brake operation in a high humidity environment can be effectively reduced.
  • the powdery water-absorbing polymer has good water absorption performance by mixing the powdery water-absorbing polymer as a friction material raw material It will exist in a friction material in the state hold
  • the hydrophilic groups of the water absorbing polymer including the carboxy group are derived from calcium hydroxide or the like of the pH adjusting material contained in the friction material raw material. The formation of irreversible ionic crosslinks with divalent metal ions etc. reduces the water absorption performance.
  • since the water-absorbing polymer in powder form is easily left without forming the ionic crosslinks irreversibly, Water can be absorbed effectively.
  • an inorganic filler having a Mohs hardness of 6.5 or more and an average particle diameter of 10 to 200 ⁇ m is preferably added to the friction material as 0.1.
  • an inorganic filler having a Mohs hardness of 6.5 or more and an average particle diameter of 10 to 200 ⁇ m is preferably added to the friction material as 0.1.
  • Example 1 to 31 and Comparative Examples 1 to 3 the friction material prepared by blending the friction material raw material according to the compounding amount shown in FIGS. 1 and 2 is used as a brake pad, and general efficacy, wear resistance, vibration and brake noise I made an evaluation.
  • the unit of the compounding quantity of each friction material raw material in a figure is weight% with respect to the whole friction material raw material.
  • the average friction number at an initial speed of 50 km / h and 100 km / h of the second efficacy test was evaluated in three stages based on the following criteria. :: Average friction coefficient 0.37 or more and 0.43 or less ⁇ : Average friction coefficient 0.34 or more and less than 0.37, or more than 0.43 and less than 0.46 ⁇ : Average friction coefficient less than 0.34 or 0 More than .46
  • the fade coefficient of friction was evaluated in three stages according to the following criteria. ⁇ : fade coefficient of friction 0.3 or more ⁇ : fade coefficient of friction 0.2 or more and less than 0.3 ⁇ : fade coefficient of friction less than 0.2
  • the friction material of this example contains, in particular, 0.1 to 3.0% by weight of a water absorbing polymer, and an inorganic filler having an average particle diameter of 10 to 200 nm and a Mohs hardness of 6.5 or more and 0.1.
  • a water absorbing polymer contains, in particular, 0.1 to 3.0% by weight of a water absorbing polymer, and an inorganic filler having an average particle diameter of 10 to 200 nm and a Mohs hardness of 6.5 or more and 0.1.
  • ⁇ 1.0% by weight Examples 7 to 17 and 19 to 21
  • Comparative Examples 1 to 3 which do not contain powdery sodium polyacrylate, the occurrence of the squeal was confirmed, and therefore the reduction effect of the squeal phenomenon occurrence confirmed in the present example is the powdery water absorption. It is clear that it is due to the polymer. Further, it was also confirmed that the powdery water-absorbing polymer can exert its effect regardless of the crosslinked and non-crosslinked types.

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Abstract

元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下である摩擦材の製造方法であって、繊維基材、結合材、粉体状の吸水性ポリマーを含有する有機充填材、及び、水酸化カルシウムを含有する無機充填材を含む摩擦材原料を混合して摩擦材原料混合物を得る混合工程と、混合工程で得られた摩擦材原料混合物を所定の形状に成形する成形工程とを含む摩擦材の製造方法。

Description

摩擦材の製造方法及び摩擦材
 本発明は、車両用のブレーキ装置等に使用される摩擦材の製造方法及び摩擦材に関する。
 従来から、梅雨期や早朝等の比較的低温で高湿環境下に放置した後に、ブレーキを制動すると、効きが異常に高くなることが知られていた。その結果、ブレーキ時の衝撃が大きくなり、カックンブレーキやブレーキ鳴きを発生したりする。これらの現象は、摩擦材の摩耗粉が水分を吸湿して凝集することにより、摩擦材とロータとの間の真実接触面積を増大させていることに起因する。特に、環境負荷の観点から銅成分の使用を制限する動きが高まる中、銅が有する展延性により摩耗粉を取り混みながらロータ面を適度に粗らして摩耗粉を排出する真実接触面積の低減効果が期待できないので、効きの異常上昇によってブレーキ鳴きが発生し易い。
 かかる高湿環境放置後のブレーキ制動時における異常効きや鳴き現象の発生を抑制するための種々の方策が提案されている。例えば、特許文献1には、V(車速)に対するμ(摩擦係数)の負の勾配(μ-V負勾配)を低減させれば、低温、高湿環境下に放置後のブレーキ鳴きの発生が低減することが開示されている。詳細には、摩擦材において、研削材として50%粒子径が0.1~5.0μmの範囲の酸化ジルコニウムを摩擦材組成物全量に対して15~35質量%で含有し、かつ酸化ジルコニウム以外のモース硬度7.0以上の研削材の含有量を摩擦材組成物全量に対して2.0質量%以下としている。その結果、ロータとの擦り合わせ後の摩擦材摺動面が平滑となり、低温、高湿環境下に放置後の一制動中の摩擦材表面とロータの真実接触面積の増大が抑制されるので、μ-V負勾配が低減され、ブレーキ鳴きが低減すると記載されている。
 また、特許文献2には、消石灰が熱履歴を受けると生石灰(酸化カルシウム)に変化し、多湿環境下では水分を吸収してクリーム化する特徴を利用し、摩擦材に充填材としての消石灰を多量(少なくとも7~30体積%)に含有し、且つアルミニウム粒子を少量(2.0~3.5体積%)含有している。その結果、効きの上昇抑制(すなわち、朝効き(ME)現象の防止)に一定の効果が認められたことが開示されている。
 特許文献3には、摩擦調整材として親水性活性炭を含有する摩擦材が、硫酸イオンと水分を吸着する機能を有すると記載されている。この親水性活性炭は摩擦材組成物全量に対して0.4~5.0重量%で含有するものであり、その平均粒子径が80~200μmである。また、結合材として親水性フェノール樹脂を摩擦材組成物全量に対して8~12重量%で含有するものであることが好ましいことが開示されている。当該摩擦材が吸着する硫酸イオンと水分は発錆の要因となるものであり、これによりロータや摩擦材の錆固着を抑制することができると記載されている。
特開2010-24429号公報 特開2007-84643号公報 特開2014-12766号公報
 しかしながら、特許文献1で開示された技術は、摩擦材において酸化ジルコニウムの含有量が15~35質量%と多量であることから、ロータへの攻撃性が高く、ロータの摩耗及びDTV(disk thickness variation、ディスク厚偏差)成長によるブレーキ振動(シャダー)の悪化が想定される。特許文献2で開示された技術は、消石灰を多量に含有するため、フェノール樹脂等の結合材のフロー阻害顕著となり、摩擦材の強度の低下が想定される。特許文献3で開示された技術は、活性炭を用いているので、高湿度環境下における水分の吸着や、結露した水分等の液状の水分の吸着が不十分となり、ブレーキ鳴き現象の発生を効果的に抑制できないことが想定される。
 そこで、本発明は、高湿環境下において鳴き現象の発生を効果的に低減することができる摩擦材の製造方法及び摩擦材を提供することを課題とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行い、摩擦材の製造時に粉体状の吸水性ポリマーを含有させることにより、高湿度環境下に放置後のブレーキ制動時における水分の影響を最小限に抑えられることに着目した。その結果、摩耗粉同士の凝集が抑制され、摩擦材の相手材であるロータとの真実接触面積の増大を抑制し、鳴き現象の発生を低減することができることを見出した。また、無機充填材としてモース硬度が6.5以上で特定の平均粒子径を有する無機物を所定量含有させることにより、相手材に対する適度な面粗し効果が得られ、効果的に摩耗粉を排出することができることも見出した。これにより、摩擦材の相手材との真実接触面積の増大を抑制による鳴き現象の発生を更に効果的に低減することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 即ち、摩擦材の製造方法及び摩擦材は、以下の〔1〕及び〔2〕に関する。〔1〕元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下である摩擦材の製造方法であって、
 繊維基材、結合材、粉体状の吸水性ポリマーを含有する有機充填材、及び、水酸化カルシウムを含有する無機充填材を含む摩擦材原料を混合して摩擦材原料混合物を得る混合工程と、
 前記混合工程で得られた前記摩擦材原料混合物を所定の形状に成形する成形工程と、を含む摩擦材の製造方法。
 上記〔1〕の方法で製造された摩擦材は、高湿環境下において、初期ブレーキ操作時の鳴き現象の発生を低減することができる。これは、吸水性ポリマーの存在により、摩擦材と相手材であるロータとの摩擦面における水分が効率よく除去されて摩耗粉同士の凝集が抑制され、摩擦材と相手材との真実接触面積の増大を抑制することができるからである。更に、粉体状の吸水性ポリマーを摩擦材原料として混合することで、この吸水性ポリマーが水酸化カルシウムに由来する二価金属イオンと不可逆的なイオン架橋を形成することなく残存し易くなる。その結果、吸水性ポリマーはその吸水性能を良好に保持した状態で摩擦材中に存在することとなり、摩擦面内の水分が効果的に吸収され、鳴き現象の発生を確実に低減させることができる。
 〔2〕繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有し、
 元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下であり、前記有機充填材として粉体状の吸水性ポリマーを含有し、前記無機充填材として水酸化カルシウムを含有する摩擦材。
 上記〔2〕の摩擦材によれば、高湿環境下において、初期ブレーキ操作時の摩擦材の相手材との真実接触面積の増大を抑制して、鳴き現象の発生を低減することができる。
本実施形態に係る摩擦材の実施例の摩擦材原料の配合組成とその性能評価を要約した図である。 本実施形態に係る摩擦材の実施例及び比較例の摩擦材原料の配合組成とその性能評価を要約した図である。
 以下、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、本実施形態は本発明を具体的に説明するための例示に過ぎず、したがって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
(摩擦材の製造方法)
 本実施形態に係る摩擦材の製造方法は、摩擦材原料を混合する混合工程と、混合された摩擦材原料を所定の形状に成形する成形工程とを備えている。
 本実施形態に係る摩擦材の製造方法は、混合工程において、摩擦材原料を秤量し、これらを均一に混合する。摩擦材原料は、本実施形態に係る摩擦材の製造方法を実施する上で混合する全ての材料であり、後述する繊維基材、結合材、有機充填材、及び無機充填材等が含有される。特に、有機充填材として吸水性ポリマーを含有し、無機充填材としてpH調整材の機能を有する水酸化カルシウムを含有する。更に、これらの他にも摩擦材を製造する際に一般に使用される材料が摩擦材原料に該当する。
 本実施形態に係る摩擦材の製造方法で製造される摩擦材は、非石綿系摩擦材(NAO材)である。また、摩擦材原料として環境負荷の高い銅成分を実質的に含有するものではない(銅フリー化)。具体的には、銅成分は含有しないか、含有する場合であっても摩擦材原料全体に対して0.5重量%以下である。本実施形態に係る摩擦材の製造方法で製造される摩擦材は、銅フリー化の動きに十分に対応するものである。
 繊維基材は、有機繊維や金属繊維、天然又は人造の無機繊維等を例示することができる。繊維基材の具体例は、有機繊維としては芳香族ポリアミド繊維(アラミド繊維)、アクリル繊維、セルロース繊維、及び、炭素繊維等を挙げることができ、金属繊維としてはスチール、ステンレス、アルミ、亜鉛、及び、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属の繊維等を挙げることができ、無機繊維としてはロックウール、及び、ガラス繊維等を挙げることができる。繊維基材は、1種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、繊維基材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは3~15重量%で含有する。
 結合材は、摩擦材原料を結合させる機能を有し、摩擦材に強度を与えるものである。結合材の具体例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、及び、イミド樹脂等を挙げることができ、それぞれのエストラマー、炭化水素樹脂、及び、エポキシ等の変性した樹脂を使用することもできる。結合材は、1種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、結合材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは3~10重量%で含有する。
 有機充填材は、吸水性ポリマーを含有する。ここで、吸水性ポリマーは、その分子内に多数の親水基を有したポリマーであり、モノマーを重合、及び、必要に応じて架橋することにより三次元の網目構造を示す。親水基は、カルボキシ基、スルホ基、ヒドロキシ基、アミノ基、アミド基、リン酸基、及びエーテル等が例示でき、好ましくは、プロトン解離型の親水基である。
 吸水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸(塩)系、ポリスルホン酸(塩)系、無水マレイン酸(塩)系、ポリアスパラギン酸(塩)系、ポリグルタミン酸(塩)系、ポリアルギン酸(塩)系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリルアミド系、ポリオキシエチレン系、ポリエチレンイミン系、ポリビニルピロリドン系、及び、アクリロニトリル等のグラフト重合若しくはカルボキシメチル化によるデンプン系及びセルロース系の吸水性ポリマー、並びに、これらの誘導体を例示できるが、これらに限定するものではなく、公知の吸水性ポリマーを使用することができる。ここで、塩は水分子の存在により解離可能な塩であり、好ましくはアルカリ金属塩等の一価イオンとの塩が好ましい。特に好ましくは、ポリアクリル酸ナトリウムやポリアクリル酸カリウム等のポリアクリル酸のアルカリ金属塩、及び、ポリアクリル酸アンモニウム等のポリアクリル酸塩系の吸水性ポリマーである。
 吸水性ポリマーは、好ましくは水を含まない状態であることが好ましい。吸水性ポリマーの性状は、例えば、粉体状、粒子状、及び繊維状等の固体とすることができる。吸水性ポリマーの吸水性能の保持、及び、他の摩擦材原料との均一な混合の観点から、粉体状とすることが好ましい。実質的に水分を含まない粉体状の吸水性ポリマーは、水溶液状又はエマルジョン状態の吸水性ポリマーに比べて、その吸水性能に貢献し得る親水基が、不可逆的なイオン架橋を形成せずに残存しやすくなり、その吸水性能を効果的に発揮することができる。
 吸水性ポリマーは、ポリマー主鎖が適当な架橋剤で架橋されていても、架橋されていなくてもよい。架橋剤としては特に制限はなく、吸水性ポリマーの架橋のために使用できる当該技術分野で公知の化合物を何れも使用することができ、例えば、N,N´-メチレンビスアクリルアミドやN,N´-エチレンビスアクリルアミド等のビスアクリルアミド系化合物、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテルや(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル等のジグリシジルエーテル系化合物、エチレングリコールジメタクリレート等のジメタクリレート系化合物等を使用することができる。例えば、架橋性モノマーと共重合することによって架橋を行うことができる。架橋剤の使用量についても特に制限はなく、所望の架橋密度に応じて適宜設定することができる。
 市販品も好適に使用でき、具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム(東亜合成、アロン(登録商標)A-20P-X:粉末タイプ、粘度400~600mPa・s/30℃(0.2%水溶液)、分子量500万)、ポリアクリル酸(東亜合成、ジュリマー(登録商標):粉末タイプ、粘度500~1000mPa・s/25℃(10%水溶液))、架橋ポリアクリル酸ナトリウム(レオジック(登録商標):粉末タイプ、粘度1500~3000mPa・s/25℃(0.5%水溶液)、又は、粘度7000~13000mPa・s/25℃(0.5%水溶液))等を使用することができる。
 吸水性ポリマーは、自重の数百倍の高い吸水性能を有する。かかる吸水性能を、ポリアクリル酸塩等のプロトン解離性の親水基の塩を例にとって説明する。吸水性ポリマーは、乾燥時において分子間鎖が密に絡みあい三次元の網目構造を形成しているが、毛細管現象で内部に水分子が入り込む。水分子の存在により、吸水性ポリマー分子上の親水基の塩から金属イオンが解離し、親水基はアニオンとなる。すると、親水基同士が、同じ電荷を有することから電気的に反発し網目構造を広げ隙間の多い構造をとる。網目構造の内部は解離した金属イオンによりイオン濃度が上昇し、吸水性ポリマー内外でイオン濃度差が生じる。これにより、浸透圧が生じ、網目構造内部に水分子が取り込まれ吸水性ポリマーが膨潤され、高い吸水性能を発揮する。
 吸水性ポリマーは、好ましくは0.1~4.0重量%、特に好ましくは0.1~3.0重量%で含有させる。吸水性ポリマーの含有量は4.0重量%を超えると摩擦材の強度が低下し、耐摩耗性が悪化するため好ましくない。特に、3.0重量%以下であると、一般効力や摩耗特性が良好となる。一方、0.1重量%より少なくなると、吸水性ポリマーの吸水性能を発揮することができないことから、上記範囲で含有することが好ましい。
 有機充填材は、吸水性ポリマーの他に、カシューダスト、ゴム粉、タイヤ粉、及び、フッ素ポリマー等を含有させることができ、これらを1種類単独で、又は、複数種類を併用することもできる。しかしながら、上記具体例に限定するものではなく、当該技術分野で公知の有機充填材を好ましく使用することができる。有機充填材の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使われる含有量とすることができる。
 無機充填材は、pH調整材としての機能を有する水酸化カルシウムを含有する。水酸化カルシウムはカルシウムの水酸化物であり、二価金属イオンであるカルシウムイオンと水酸化物イオンに電離し、強アルカリ性を示す。
 無機充填材としては、水酸化カルシウムの他に、無機摩擦調整材、チタン酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、マイカ、タルク、及び、ケイ酸カルシウム等を含有させることができる。チタン酸塩は、チタン酸アルカリ金属塩、チタン酸アルカリ金属・第二族塩等が例示でき、具体例としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸リチウム、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等を挙げることができる。チタン酸塩は、摩擦材原料全体に対して好ましくは10~30重量%で含有することができる。これにより、銅成分の削減による耐摩耗性悪化を補填することができる。
 無機摩擦調整材として、二酸化ケイ素等のシリカ、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化クロム(酸化クロム(II)等)、酸化鉄(四三酸化鉄や酸化第二鉄等)、及び、セラミック粉等を含有することができる。無機摩擦調整材は、モース硬度6.5以上で平均粒子径が5~250μm、好ましくは10~200μmの無機物であり、上記の具体例に限定されることなく当該技術分野で公知の無機物を好ましく使用することができるが、好ましくは、酸化ジルコニウム、酸化クロム、又は酸化アルミニウムである。ここで、無機摩擦調整材の粒子径は200μmを超えると相手材であるロータへの攻撃の背反が問題となる。一方、10μmより小さくなると摩擦調整効果を得難いことから、上記範囲に調整することが好ましい。同様に無機摩擦調整材の含有量についても、摩擦材原料全体に対して、0.1~1.5重量%が好ましく、0.1~1.0重量%とすることが特に好ましい。ここで、無機摩擦調整材が1.0重量%を超えると相手材であるロータへの攻撃の背反が問題となる。一方、0.1重量%より小さくなると摩擦調整効果を得難いことから、上記範囲に調整することが好ましい。
 鉄、アルミ、亜鉛、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属による金属粉等の金属を含有させることができる。
 これら無機充填材は、1種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。無機充填材の含有量は特に制限はなく、当該技術分野で通常使われる含有量とすることができる。
 摩擦材原料としては、潤滑材を含有することができ、具体例としては、コークス、黒鉛、カーボンブラック、グラファイト、及び金属硫化物等を挙げることができる。金属硫化物は、硫化スズ、三硫化アンチモン、二硫化モリブテン、硫化タングステン等が例示できる。潤滑材は、1種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。潤滑材の含有量は特に制限はなく、当該技術分野で通常使われる含有量とすることができる。
 混合方法は、摩擦材原料を均一に混合できる限り特に制限はなく、当該技術分野で公知の方法により行うことができる。摩擦材原料を粉体状で混合することが好ましく、これにより摩擦材原料を均一に混合することが容易となる。摩擦材原料は水分を含まない状態で、又は、水分が含まれる場合にも極微量の状態で混合することが好ましく、特に、吸水性ポリマーはその吸水性能保持のため水分を含まない状態で混合することが好ましい。したがって、水分量は摩擦材原料全体に対して1.0重量%以下とすることが好ましい。
 混合方法としては、摩擦材原料を均一に混合できる限り特に制限はなく、当該技術分野で公知の方法により混合することができる。具体的には、フェンシェルミキサやレディーゲミキサ等の混合機を使用して混合することができ、例えば、常温で10分程度混合する。このとき、摩擦材原料の混合物が昇温しないように公知の冷却方法によって冷却しながら混合するようにしてもよい。
 成形工程は、摩擦材原料をプレス等で押し固めることにより行うことができ、当該技術分野で公知の方法に基づいて行うことができる。プレスによる成形に際しては、摩擦材原料を加熱して押し固めて成形するホットプレス工法と、摩擦材原料を加熱せずに常温で押し固めて成形する常温プレス工法の何れで行ってもよい。ホットプレス工法で成形する場合には、例えば、成形温度を140℃~200℃(好ましくは160℃)とし、成形圧力を10MPa~30MPa(好ましくは20MPa)とし、成形時間を3分~15分(好ましくは10分)とすることができる。常温プレス工法で成形する場合には、例えば、成形圧力を50MPa~200MPa(好ましくは100MPa)とし、成形時間を5秒~60秒(好ましくは15秒)とすることで成形することができる。続いて、クランプ処理(例えば、180℃、1MPa、10分)を行う。その後、150℃~250℃、5分~180分の熱処理(好ましくは、230℃、3時間)を行うことができる。
 更に、必要に応じて、摩擦材の表面を研磨し摩擦面を形成する研磨工程を設けてもよい。
 本実施形態に係る摩擦材の製造方法で製造される摩擦材は、車両等のディスクブレーキ用パッドに適用できるが、これに限られるものではなく、ブレーキシュー等、従来公知の摩擦材が適用できるものに適用することができる。当該摩擦材は、例えば、裏板としての金属板等の板状部材と一体化してブレーキ用パッドとして使用することができる。
(摩擦材)
 本実施形態に係る摩擦材は、繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有し、元素として銅を含有しない、又は、銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下であり、有機充填材として粉体状の吸水性ポリマーを、無機充填材として水酸化カルシウムを含有するものである。この摩擦材は、上記した実施形態に係る摩擦材の製造方法により製造されるものである。なお、各摩擦材原料の種類、及び、含有量については上記した通りである。
(作用効果)
 本実施形態に係る摩擦材の製造方法及び摩擦材によれば、高湿環境下において、初期ブレーキ操作時の摩擦材の相手材との真実接触面積の増大を抑制して、鳴き現象の発生を低減することができる。銅を含有する従来の摩擦材においては、銅がもつ展延性により、一部の摩耗粉を取り込みながら摩擦材と相手材であるロータとの摩擦面内で延び広がることから、摩耗粉を取り込んだ銅が相手材を適度に面粗ししながら摩擦面内から排出されることを繰り返す。これにより、摩擦材と相手材との真実接触面積を増大することなく、摩擦係数の上昇による異常効きや鳴き現象の発生を抑制していた。しかしながら、高湿度環境下に放置されると、摩耗粉が水分を吸湿し凝集することから、上記銅による面粗し作用のみでは真実接触面積の抑制、ひいては摩擦係数の上昇による異常効きや鳴き現象の発生を効果的に抑制することができない。特に、昨今の銅フリー化の動きの中では、銅による面粗し効果を期待することができず、高湿環境下における初期ブレーキ操作時の、効きの異常上昇に伴って、ブレーキフィーリングの悪化を招くと共に、鳴き現象が発生していた。
 本実施形態に摩擦材の製造方法及び摩擦材によれば、粉体状の吸水性ポリマーの存在により、摩擦材と相手材との摩擦面における水分を効率よく除去されて摩耗粉同士の凝集が抑制され、摩擦材と相手材との真実接触面積の増大を抑制することができる。これにより、高湿環境下における初期ブレーキ操作時の鳴き現象の発生を効果的に低減できる。
 特に、本実施形態に係る摩擦材の製造方法及び摩擦材によれば、粉体状の吸水性ポリマーを摩擦材原料として混合することで、粉体状の吸水性ポリマーはその吸水性能を良好に保持した状態で摩擦材中に存在することとなる。一方、水溶液状やエマルジョン状で摩擦材原料と混合された場合には、カルボキシ基をはじめとする吸水性ポリマーの親水基は、摩擦材原料に含まれるpH調整材の水酸化カルシウム等に由来する二価金属イオン等と不可逆的なイオン架橋を形成することから吸水性能が低下する。本実施形態に係る摩擦材の製造方法及び摩擦材によれば、粉体状の吸水性ポリマーはその親水基が不可逆的なイオン架橋を形成せずに残存しやくすなるため、摩擦面内の水分を効果的に吸収することができる。
 更に、本実施形態に係る摩擦材の製造方法及び摩擦材によれば、好ましくはモース硬度6.5以上で平均粒子径が10~200μmである無機充填材を摩擦材原料に対して0.1~1.0重量%含有することにより、相手材に対する適度な面粗し効果を得ることができる。この面粗し効果により摩耗粉の排出が繰り返され、摩擦材の相手材との真実接触面積の増大が抑制される。かかる効果も相まって、本実施形態の摩擦材の製造方法及び摩擦材は、高湿環境下での放置後に初期ブレーキ制動時の鳴き現象の発生を確実に低減できる。
 以下に、本実施形態に係る摩擦材の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。
 実施例1~31及び比較例1~3として、図1~2に示す配合量に従って摩擦材原料を配合し作製した摩擦材をブレーキパッドに用い、一般効力、耐摩耗性、振動、ブレーキ鳴きについて評価を行った。なお、図中の各摩擦材原料の配合量の単位は、摩擦材原料全体に対する重量%である。
(一般効力)
 JASO C406に準じて、第2効力試験の初速50km/hと100km/h時の平均摩擦数(μ)、及び、フェード摩擦係数(μ)を測定した。
 ここでは、第2効力試験の初速50km/hと100km/h時の平均摩擦数を、下記の基準にて3段階で評価した。
 〇:平均摩擦係数0.37以上0.43以下
 △:平均摩擦係数0.34以上0.37未満、又は、0.43超え0.46未満
 ×:平均摩擦係数0.34未満、又は、0.46超える
 フェード摩擦係数は、下記の基準にて3段階で評価した。
 〇:フェード摩擦係数0.3以上
 △:フェード摩擦係数0.2以上0.3未満
 ×:フェード摩擦係数0.2未満
(耐摩耗性)
 JASO C427に準じて、100℃、200℃、400℃の各温度における摩耗試験を行い、摩耗材の厚み(mm)を測定し、摩耗量を算出した。制動回数1000回当たりの摩耗量に換算し、下記の基準にて4段階で評価した。
 ◎:0.20mm未満
 〇:0.20mm以上0.25mm未満
 △:0.25mm以上0.30mm未満
 ×:0.30mm以上
(振動)
 ブレーキ振動に影響するロータ摩耗量を評価した。サンプルとして、摩擦材25mm×25mmのテストピースを使用し、当該テストピースをロータに面圧0.05MPaで押し付けた状態で、速度100km/hで24時間空転した際のロータ摩耗量を計測した(低面圧攻撃性)。ここでは、下記の基準にて3段階で評価した。
 〇:ロータ摩耗量10μm未満
 △:ロータ摩耗量10μm以上20μm未満
 ×:ロータ摩耗量20μm以上
(鳴き)
 実車を使用しJASO C406相当の擦り合わせを実施後、一晩屋外で放置した。この実車を使用し、翌朝、初速5km/h、減速度0.1Gにて前後各10回制動し、発生したブレーキ鳴きの車内異音を評価した。ここでは、下記の基準にて2段階で評価した。
 〇:異音発生なし、又は、わずかに聞き取れるが、一般ドライバーが不快に感じない許容レベルでの異音の発生
 ×:周囲の音に関わらずはっきりと聞こえ、一般ドライバーが不快に感じるレベルの異音の発生
 結果を図1~2に示す。実施例1~31では、一般効力、耐摩耗性、振動、及び鳴き現象について、良好な結果が得られた。これにより、本実施例の摩擦材は、特に、吸水性ポリマーを0.1~3.0重量%含有し、モース硬度6.5以上で平均粒子径10~200nmの無機充填材を0.1~1.0重量%含有した場合(実施例7~17、19~21)、一般効力、耐摩耗性、振動、及び鳴き現象について、より良好な結果となった。一方、粉体状のポリアクリル酸ナトリウムを含有しない比較例1~3では、鳴きの発生が確認されたことから、本実施例で確認された鳴き現象発生の低減効果は粉体状の吸水性ポリマーによるものであることは明確である。また、粉体状の吸水性ポリマーは、架橋及び非架橋タイプを問わず、その効果を発揮し得ることも確認できた。

Claims (6)

  1.  元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下である摩擦材の製造方法であって、
     繊維基材、結合材、粉体状の吸水性ポリマーを含有する有機充填材、及び、水酸化カルシウムを含有する無機充填材を含む摩擦材原料を混合して摩擦材原料混合物を得る混合工程と、
     前記混合工程で得られた前記摩擦材原料混合物を所定の形状に成形する成形工程と、を含む摩擦材の製造方法。
  2.  前記混合工程において、前記摩擦材原料全体に対して水分含有量が1.0重量%以下である請求項1に記載の摩擦材の製造方法。
  3.  前記混合工程において、前記摩擦材原料全体に対して前記吸水性ポリマーを0.1~3.0重量%混合する請求項1又は2に記載の摩擦材の製造方法。
  4.  前記吸水性ポリマーが、ポリアクリル酸ナトリウムである請求項1~3の何れか一項に記載の摩擦材の製造方法。
  5.  前記混合工程において、前記摩擦材原料がモース硬度6.5以上で、平均粒子径10~200nmの前記無機充填材を前記摩擦材原料全体に対して0.1~1.0重量%含有する請求項1~4の何れか一項に記載の摩擦材の製造方法。
  6.  繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有し、
     元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して0.5重量%以下であり、前記有機充填材として粉体状の吸水性ポリマーを含有し、前記無機充填材として水酸化カルシウムを含有する摩擦材。
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