JP2009024153A - 摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来品と同量の鉱物繊維配合量で、鉱物繊維による補強効果を従来品に対して向上させ、接着強度に優れた摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材を提供する。
【解決手段】 繊維基質、結合材、有機充填材及び向き重点材を含む摩擦材組成物において、前記繊維基質として平均繊維長の異なる少なくとも２種類以上の鉱物繊維を含有し、該鉱物繊維各々の平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上である摩擦材組成物とする。また、前記摩擦材組成物を加熱加圧成形してなる摩擦材並びに前記摩擦材組成物を加熱加圧成形して得られる下張り材を摩擦面と裏金の間に介在させた摩擦材とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、自動車等の制動に用いられる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に適した摩擦材組成物及び摩擦材組成物を用いた摩擦材に関する。

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。

前記摩擦材は、制動のために相手材、例えばディスクローター、ブレーキドラム等と摩擦することにより制動の役割を果たしている。そのため高い摩擦係数と摩擦係数の安定性だけでなく、十分な強度が求められる。

前記摩擦材は、繊維基質、結合材、充填材等を配合した組成物を成形加工することにより製造される。特に、前記繊維基質は、摩擦材の骨格を形成するものであり、摩擦材のせん断強度に関わる特性を付与する成分である。

従来、摩擦材において繊維基質にアスベスト材（石綿）が用いられてきたが、人体へ悪影響を及ぼす物質として認知されて以来、各国法規制等によりこれに替わるものが製造されている。

アスベスト材に替わる繊維基質として、無機繊維、金属繊維、有機繊維等の複数の繊維を配合した摩擦材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なかでも代替品として挙げられる鉱物繊維は、摩擦材における強度増加に優れることが知られている。

しかし、一般的に鉱物繊維は溶融紡糸法で製造されるが、溶融紡糸法で製造される鉱物繊維のうち、繊維長の長い鉱物繊維は分散性が悪く、未解繊の繊維は摩擦材の強度向上に寄与しない。一方、分散性に優れた繊維長の短い繊維は補強効果に劣る傾向がある。また、鉱物繊維の配合量を増加させると分散性が悪化するだけでなく対面材攻撃性が悪化する等の弊害が生じる傾向がある。
特許第２８７９３６４号公報

本発明は上記事情を鑑みなされたもので、本発明の課題は、鉱物繊維による補強効果を従来品に対して向上させ、被着体に対する接着強度に優れた摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材を提供することを目的とするものである。

本発明の別の課題は、従来品と同量の鉱物繊維配合量で、鉱物繊維による補強効果を従来品に対して向上させ、被着体に対する接着強度に優れた摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記目標を達成するため、鉱物繊維の繊維長と繊維の分散性、補強効果について鋭意検討した結果、平均繊維長の異なる鉱物繊維を２種類以上組み合わせることにより、鉱物繊維の分散性が改善されること、また摩擦材組成物中に分散した鉱物繊維の繊維長分布が広くなることで、１種類の鉱物繊維を用いるよりも被着体に対する接着強度が向上することを見出した。具体的には、繊維長の異なる鉱物繊維の組み合わせにおいて、各々の鉱物繊維の平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上とすることにより、鉱物繊維の分散性がよくなることから接着強度向上の効果が発現することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の通りである。

（１）繊維基質、結合材、有機充填材及び無機充填材を含む摩擦材組成物において、前記繊維基質として平均繊維長の異なる少なくとも２種類以上の鉱物繊維を含有し、該鉱物繊維各々の平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上である摩擦材組成物。

（２）前記鉱物繊維は、Ａｌ元素を含む上記（１）に記載の摩擦材組成物。

（３）前記鉱物繊維は、全体の平均繊維長が５００μｍ以下である上記（１）又は（２）に記載の摩擦材組成物。

（４）前記鉱物繊維が、生体溶解性の鉱物繊維である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の摩擦材組成物。

（５）前記鉱物繊維は、摩擦材全体に対して５〜２５質量％である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の摩擦材組成物。

（６）前記繊維基質は、鉱物繊維以外に非鉄金属繊維を５質量%以上及び／又はフィブリル化有機繊維を１質量％以上含有してなる上記（１）〜（５）のいずれかに記載の摩擦材組成物。

（７）上記（１）〜（６）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。

（８）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形して得られる下張り材を、摩擦面となる摩擦部材と裏金との間に介在させた摩擦材。

本発明によれば、鉱物繊維による補強効果を従来品に対して向上させ、被着体に対する接着強度に優れた摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材を提供することができる。

また本発明により、従来品と同量の鉱物繊維配合量で、鉱物繊維による補強効果を従来品に対して向上させ、被着体に対する接着強度に優れた摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材を提供することができる。

以下、本発明になる摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材について詳述する。

摩擦組成物の繊維基質としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維等が用いられるが、本発明の摩擦材組成物は、前記無機繊維として、平均繊維長の異なる少なくとも２種類以上の鉱物繊維を含有し、該鉱物繊維各々の平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上であることを特徴とする。この差が５０μｍより小さいと接着強度が向上しない傾向がある。より好ましくは、５０〜６００μｍである。

なお、ここでいう鉱物繊維とは、スラグウール等の高炉スラグ、バサルトファイバー等の玄武岩、その他の天然岩石等を主成分として溶融紡糸した人造無機繊維であり、Ａｌ元素を含む天然鉱物であることがより好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ等が含まれるもの、又はこれら化合物が１種又は２種以上含有されるものを用いることができ、より好ましくはこれらのうちＡｌ元素を含むものが、鉱物繊維として用いることができる。

また、ここでいう平均繊維長の異なる２種以上の鉱物繊維とは、繊維長分布に１つのピークを有する繊維を１種類とし、繊維長分布において２つ以上のピークを有する鉱物繊維を示し、本発明における鉱物繊維は、そのピークの最小と最大の差が５０μｍであるものとする。

平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上となるよう鉱物繊維を調整する方法としては、例えば、平均繊維長の差が５０μｍ以上の２種の鉱物繊維を混合する方法が挙げられる。また、平均繊維長の差が最小と最大のもので５０μｍ以上となれば、その間の平均繊維長を有する鉱物繊維を２種以上混合してもよい。

摩擦材組成物中に含まれる鉱物繊維全体の平均繊維長が大きくなるほど接着強度は低下する傾向があるため、鉱物繊維全体の平均繊維長は５００μｍ以下が好ましい。より好ましくは、１００〜４００μｍである。

鉱物繊維全体の平均繊維長を５００μｍ以下になるよう鉱物繊維を調整する方法としては、例えば、平均繊維長の長い繊維と平均繊維長の短い繊維の配合量を適宜調整する方法が挙げられる。

なお、本発明において「平均維維長」とは、該当する全ての繊維の長さの平均値を示した数平均繊維長のことをいう。例えば２００μｍの平均繊維長とは、摩擦材組成物原料として用いる鉱物繊維を無作為に５０個選択し、光学顕微鏡で繊維長を測定し、その平均値が２００μｍであることを示す。

本発明で用いる鉱物繊維は、人体有害性の観点で生体溶解性であることが好ましい。ここでいう生体溶解性の鉱物繊維とは、人体内に取り込まれた場合でも短時間で一部分解され体外に排出される特徴を有する鉱物繊維である。具体的には、化学組成がアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物総量（ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムの酸化物の総量）が１８質量％以上で、且つ呼吸による短期バイオ永続試験で、２０μｍ以上の繊維の質量半減期が４０日以内又は腹膜内試験で過度の発癌性の証拠がないか又は長期呼吸試験で関連の病原性や腫瘍発生がないことを満たす繊維を示す（ＥＵ指令９７／６９／ＥＣのＮｏｔａ Ｑ（発癌性適用除外））。

このような生体溶解性の鉱物繊維として、より具体的には、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＦｅＯ−Ｎａ_２Ｏ系繊維等が挙げられ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏを任意の組み合わせで含有した繊維が挙げられる。具体的にＲｏｘｕｌ（登録商標）（Lapinus Fibres社製）等を用いることができる。「Ｒｏｘｕｌ」は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ等が含まれる。

本発明の摩擦材組成物におけるより好ましい態様として、分散性と補強効果の観点で鉱物繊維の総量が摩擦材全体に対して５〜２５質量％であることが好ましい。鉱物繊維の総量が５質量％より少ないと十分な補強効果が得られない傾向があり、鉱物繊維の総量が２５質量％を超えると分散性が極端に悪化するだけでなく、対面材攻撃性や耐摩耗性が悪化する傾向がある。より好ましい鉱物繊維の総量は、１０〜２０質量％である。

本発明の摩擦材組成物において、前記鉱物繊維の組み合わせによる補強効果を更に高めるためのさらに好ましい態様として、摩擦材組成物中に非鉄金属繊維を５質量％以上及び／又は有機繊維としてフィブリル化有機繊維を１質量％以上含有することが好ましい。さらには、非鉄金属繊維を５〜１５質量％含有し、及び／又はフィブリル化繊維を１〜１０質量％含有することが好ましい。非鉄金属繊維の含有量が５質量％より少ないと耐クラック性が悪化する傾向がある。また、フィブリル化有機繊維の含有量が１質量％より少ないと成形時のハンドリング性や耐クラック性が悪化する傾向がある。

非鉄金属繊維としては、銅繊維、黄銅繊維、青銅繊維、アルミ繊維等が挙げられる。非鉄金属繊維の長さは、１〜１０μｍであることが好ましい。

また、フィブリル化有機繊維としてはアラミド繊維、アクリル繊維等が挙げられる。フィブリル化有機繊維として具体的には、帝人株式会社製のトワロン（登録商標）、東レ・デュポン株式会社製のケブラー（登録商標）等が挙げられる。

本発明の摩擦材組成物に含まれる前記鉱物繊維以外の無機繊維として、生体溶解性のセラミック繊維、チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、ウォラストナイト等の無機繊維、スチール繊維等を含んでいてもよい。しかし、環境負荷物質低減の点で、肺等への吸引性があるチタン酸カリウム繊維やガラス繊維を含有しないことが好ましい。

また、前記フィブリル化有機繊維以外の有機繊維として、セルロース繊維、炭素繊維、フェノール樹脂繊維、ポリイミド繊維等も繊維基質として用いられる。

以上、本発明の摩擦材組成物に含まれる上記無機繊維及び有機繊維等の繊維基質の含有量は、本発明の摩擦材組成物中に５〜５０質量％が好ましく、１０〜３０質量％であることがより好ましい。

本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材は、通常、摩擦材組成物に用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、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、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂、アミノ樹脂変性フェノール樹脂等が挙げられ、特にフェノール樹脂、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等が好ましく、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。

本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材の含有量は、摩擦材組成物中に５〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％であることがより好ましい。５質量％よりも少ないと摩擦材の強度が低下する傾向があり、２０質量％を超えると摩擦材の気孔率が減少し、弾性率が高くなることにより、鳴き等の音振性能が悪化する傾向がある。

本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、例えば、カシューダスト、タイヤゴム粉、アクリルゴム粉、イソプレンゴム、ＮＢＲ、ＳＢＲ等が挙げられ、単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。

前記有機充填材の含有量は、摩擦材組成物において２〜３０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％であることがより好ましい。２質量％よりも少ないと摩擦材の弾性率が高くなり、鳴き等の音振性能が悪化する傾向があり、３０質量％を超えると耐熱性が悪化し、熱履歴による強度低下がみられる傾向がある。

本発明の摩擦材組成物に含まれる無機充填材としては、例えば、三硫化アンチモン、硫化スズ、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、コークス、黒鉛、マイカ、酸化鉄、バーミキュライト、粒状チタン酸カルシウム、硫酸カルシウム、酸化ジルコニウム、ジルコンサンド、アルミナ、板状チタン酸カルシウム、珪藻土、タルク、クレー、ムライト、ゼオライト等が挙げられ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

前記無機充填材の含有量は、摩擦材組成物中に２０〜８０質量％が好ましく、３０〜６０質量％であることがより好ましい。２０質量％よりも少ないと耐熱性が悪化する傾向があり、８０質量％を超えると摩擦材のその他成分の含有量バランスの点で好ましくない。

本発明の摩擦材組成物は、摩擦面となる摩擦部材そのものとして用いて摩擦材を得ることができる。それを用いた摩擦材としては、例えば、（１）摩擦部材のみの構成、（２）裏金と、この裏金の上に形成させ、摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる摩擦部材とを有する構成や、（３）上記（２）の構成において、裏金と摩擦部材との間に、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、裏金と摩擦部材の接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成、等が挙げられる。

そのような摩擦材として具体的には、自動車等の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として、又は本発明の摩擦材用組成物を目的形状に成形、加工、貼り付け等の工程を施すことによりクラッチフェーシング、電磁ブレーキ、保持ブレーキ等の摩擦材としても使用することができる。

本発明の摩擦材組成物は、一般に使用されている方法を用いて摩擦材を製造することができ、本発明の摩擦材組成物を成形して製造することができる。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー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で予備成形し、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分間成形し、得られた成形物を１５０〜２５０℃で２〜１０時間熱処理することにより、本発明の摩擦材を得ることができる。また必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行ってもよい。

本発明の摩擦材組成物は、高い補強効果を有するため、摩擦材の下張り材として成形して用いることができる。「下張り材」とは、摩擦材の摩擦面となる摩擦部材と裏金との間に介在する、摩擦部材と裏金とのせん断強度向上を目的とした層のことである。

なお、本発明の摩擦材組成物を下張り材とする場合、それを用いた摩擦材としては、例えば、（１）裏金と、この裏金の上に形成させる下張り材と、下張り材の上に形成され、摩擦面となる摩擦部材とを有する構成や、（２）裏金と下張り材との間に、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、裏金と下張り材の接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成等が挙げられる。

本発明の摩擦材組成物を下張り材とする場合、摩擦面となる摩擦部材は、本発明の摩擦材組成物を成形したものを用いてもよい。

また、裏金、プライマー層、接着剤層は、摩擦材に通常用いられるものを使用できる。

本発明の摩擦材組成物からなる、被着体に対する接着強度の高い下張り材を設けることにより、摩擦部材と裏金とのせん断強度を強化することができる。また、摩擦部材は使用によりすり減っていくために、摩擦部材同様に摩擦材性能を有する必要があることから、裏金との接着強度強化のための下張り材を、本発明の摩擦材組成物を用いることは好ましい形態である。

本発明の摩擦材組成物を下張り材として製造する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。具体的には、本発明の摩擦材組成物をレディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を摩擦材に対して裏金側となる面に成形金型で予備成形し、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分間成形し、得られた成形物を１５０〜２５０℃で２〜１０時間熱処理することにより得ることができる。

その後、下張り材の上に、適当な摩擦部材を形成することで摩擦材を得ることができる。得られた摩擦材を必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行ってもよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明は何らこれらに限定されるものではない。

＜実施例１〜８及び比較例１〜６＞
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１及び表２の配合比率に従って材料を配合し、摩擦材組成物を得た。これらの摩擦材組成物をレディーゲミキサー（（株）マツボー製、商品名：レディーゲミキサーＭ２０）で混合し、この混合物を成形プレス（王子機械工業（株）製）で予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１４５℃、成形圧力３０ＭＰａの条件で６分間成形プレス（三起精工（株）製）を用いて加熱加圧成形し、得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、５００℃のスコーチ処理を行って各々のディスクブレーキパッドを得た。なお、本実施例では、摩擦材投影面積５１．７ｃｍ^２のディスクブレーキパッドを作製した。

鉱物繊維Ａ：RB250 Roxul 1000（Lapinus Fibres社製） 平均繊維長１２５μｍ
鉱物繊維Ｂ：RB215 Roxul 1000（Lapinus Fibres社製） 平均繊維長１５０μｍ
鉱物繊維Ｃ：RB220 Roxul 1000（Lapinus Fibres社製） 平均繊維長２３０μｍ
鉱物繊維Ｄ：RB240 Roxul 1000（Lapinus Fibres社製） 平均繊維長３００μｍ
鉱物繊維Ｅ：RB280 Roxul 1000（Lapinus Fibres社製） 平均繊維長６５０μｍ
（接着強度の測定）
次に作製した実施例１〜８及び比較例１〜５のディスクブレーキパッドを、ＪＩＳ Ｄ４４２２の接着強度試験方法に従って、接着強度、すなわち破壊荷重を評価した。その結果を合わせて、表１及び表２に示す。また接着強度と平均繊維長との関係を図１に示す。

（ロータ摩耗量（対面材攻撃性）及びブレーキパッド摩耗量（耐摩耗性）の評価）
ダイナモ試験機でＪＡＳＯ Ｃ４０６（乗用車用ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法）に準じて試験を行い、評価した。ロータ及びパッド摩耗量は上記ＪＡＳＯ Ｃ４０６試験前後のディスクロータおよびブレーキパッドの厚みの差からそれぞれの摩耗量を測定した。結果を表１及び表２に示す。

配合量：摩擦材組成物全体に対する質量％

配合量：摩擦材組成物全体に対する質量％
表１及び表２並びに図１に示されるように、本発明の摩擦材組成物を用いたディスクブレーキパッドは、従来品と同量の鉱物繊維配合量で、被着体に対して接着強度の高い摩擦材が得られることが明らかである。

接着強度と平均繊維長との関係を示すグラフである。

Claims (8)

1. 繊維基質、結合材、有機充填材及び無機充填材を含む摩擦材組成物において、
   前記繊維基質として、平均繊維長の異なる少なくとも２種類以上の鉱物繊維を含有し、該鉱物繊維各々の平均繊維長の最小のものと最大のものの差が５０μｍ以上である摩擦材組成物。
2. 前記鉱物繊維は、Ａｌ元素を含む請求項１に記載の摩擦材組成物。
3. 前記鉱物繊維は、全体の平均繊維長が５００μｍ以下である請求項１又は２に記載の摩擦材組成物。
4. 前記鉱物繊維が、生体溶解性の鉱物繊維である請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦材組成物。
5. 前記鉱物繊維は、摩擦材組成物全体に対して５〜２５質量％である請求項１〜４のいずれか一項に記載の摩擦材組成物。
6. 前記繊維基質は、鉱物繊維以外に非鉄金属繊維を５質量％以上及び／又はフィブリル化有機繊維を１質量％以上含有してなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の摩擦材組成物。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形して得られる下張り材を、摩擦面となる摩擦部材と裏金との間に介在させた摩擦材。

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