JP3154008B2 - 摩擦材料の製造方法 - Google Patents

摩擦材料の製造方法

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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は摩擦材料の製造法に関
し、主にブレーキ用摩擦材料およびクラッチ用摩擦材料
として、摩擦特性、耐摩耗性、耐熱性および耐フェード
性を大幅に向上させた高性能摩擦材料を製造する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】ブレーキ用摩擦材料やクラッチ用摩擦材
料等の摩擦材料は、摩擦調整材、充填材、補強材をフェ
ノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて結合、成形し、
製造されている。摩擦材料、特にブレーキ用摩擦材料で
は、摩擦特性、耐摩耗性、耐熱性、耐フェード性におい
てきわめて高い性能が要求されるが、その性能の大部分
が結合材であるバインダー樹脂の性能によって決定され
る。フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を結合材とした
従来の摩擦材料は、結合材の経時的変化や低耐熱性に起
因する摩擦特性の変化、摩耗、熱亀裂、フェード現象を
完全に解消することは不可能である。これに対し結合材
としてフラン樹脂や変性フェノール樹脂など様々な熱硬
化性樹脂を用いる研究がなされてきたが、従来の性能を
大きく越えるものは得られていないのが現状である。
【0003】一方、従来の熱硬化性樹脂を結合材とする
摩擦材料とは異なった、焼結金属や炭素/炭素複合材を
用いた摩擦材料も広く研究されている。しかし焼結金属
には高い熱伝導性に起因するベーパーロック現象や、高
負荷時の摩擦面溶着などの問題があり、炭素/炭素複合
材には、本来の摺動性による低中速時の不安定な摩擦特
性や低い摩擦抵抗と共に摩耗の問題がある。またいずれ
の摩擦材料も低生産性できわめて高価であるという不利
な点がある。このため焼結金属や炭素/炭素複合材の摩
擦材の使用用途はきわめて狭いものとなっている。
【0004】
【発明の解決しようとする課題】本発明者らは、このよ
うな問題点を解決すべく、先に結合材としてメソフェー
ズピッチを使用する摩擦材料の検討を行い、高負荷条件
下でも安定した摩擦性能を維持できる、きわめて高性能
な摩擦材料を開発した(特開昭63−219924
号)。しかしながらこの方法では、400〜650℃の
高温条件下での熱間成形を必要とし、高価なプレス装置
が必要であることから、工業的に製造する上での課題と
なっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、工業的に
有利な高性能摩擦材の製造方法について鋭意検討した結
果、低軟化点を有するメソフェーズピッチにイオウおよ
び/または芳香族ニトロ化合物を配合したピッチを結合
材に用いれば、低温条件で成形することができ、且つ極
めて優れた摩擦材料が得られることを見出し、本発明に
到達した。
【0006】すなわち本発明は、光学異方性相の含有量
が80%以上でかつ軟化点が270℃以下のメソフェー
ズピッチ70〜99%とイオウおよび/または芳香族ニ
トロ化合物30〜1%からなる配合ピッチを結合材とし
て用いることを特徴とする摩擦材料の製造方法である。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明において「光学異方性相」とは、常温近くで固化した
ピッチ塊の断面を研磨し、反射型光学顕微鏡で直交ニコ
ル下で観察したとき、試料または直交ニコルを回転して
光輝が認められ、すなわち光学異方性である部分を意味
し、「光学異方性相の含有量」とは、顕微鏡で観察した
際のこの光学異方性相の面積分率を意味する。「メソフ
ェーズピッチ」とは、このような光学異方性相を含むピ
ッチのことである。また「ピッチの軟化点」は、高化式
フローテスターにより測定された固−液転移温度を指
す。
【0008】本発明に用いられる芳香族ニトロ化合物と
しては、例えばニトロベンゼン、ジニトロベンゼン、ジ
ニトロトルエン、ジニトロクレゾール、ニトロナフタレ
ン、ジニトロナフタレン、ニトロアントラセン、ジニト
ロアントラセン等が挙げられるが、特に限定されない。
これら芳香族ニトロ化合物の一ないし二種以上の混合物
であってもよく、また異性体を含有していても良い。工
業的規模で安価に入手でき取扱も容易であるという点
で、ジニトロナフタレンが好適に用いられる。
【0009】本発明は、摩擦材料の結合材として上記で
定義された光学異方性相の含有量が80%以上でかつ軟
化点が270℃以下のメソフェーズピッチ70〜99%
とイオウおよび/または芳香族ニトロ化合物30〜1%
配合したピッチを用いるものである。本発明におけるピ
ッチ中のイオウおよび/または芳香族ニトロ化合物の配
合量が1%以下の場合には、低温での良好な含浸性が得
られず、また30%以上の場合には、未反応状態で成形
物中に残存してしまい、いずれの場合も強度が低下す
る。軟化点が270℃より高いメソフェーズピッチを使
用した場合も低温での良好な含浸性が得られず、成形不
良となる。
【0010】本発明は上記の配合ピッチを結合材として
用いて摩擦材料を製造するものであるが、この摩擦材料
は金属繊維、有機繊維および無機繊維等の補強材料が用
いられる。金属繊維としてはスチールファイバー、銅繊
維などを、有機繊維としてはアラミド繊維、アラミドパ
ルプ繊維などを、また無機繊維としてはガラス繊維、A
2 3 −SiO2 繊維、チタン酸カリウム繊維、ロッ
クウールなどを具体例として挙げることができる。
【0011】また補強材以外に摩擦調整材や充填材等を
同時に用いることが好ましい。摩擦調整材および充填材
とは、金属質、無機質、有機質の粉体や短繊維を指し、
具体的には、銅粉、鉄粉、亜鉛粉、BaSO4 、Sb2
3 、Fe3 4 、ZrSiO4 などが挙げられるが、
その他粉体や短繊維を目的により制限なく使用すること
ができる。
【0012】本発明において結合材の添加量に特に制限
はないが、極端な結合材の過不足状態では、摩擦材の強
度低下をきたすので、3〜40%の範囲で用いることが
好ましい。各成分の混合方法には、湿式、乾式を問わ
ず、一般の摩擦材料の製造に適用される混合方法を利用
することができる。本発明における摩擦材料の成形方法
には、熱間型締め成形のほか一般の摩擦材料の成形に適
用される熱間成形方法が利用できる。
【0013】本発明の配合ピッチは、一方の成分である
メソフェーズピッチの軟化点よりも5〜80℃も低い軟
化点を有し、例えば200℃以下の低温においても結合
材として良好な流動性、含浸性を示す。更に配合成分で
あるイオウあるいは芳香族ニトロ化合物は、このメソフ
ェーズピッチとの反応性により、おおよそ180℃を超
える温度において盛んに反応し、240℃以上の熱処理
後には、熱安定性に優れた実質上緻密な炭素質に変換さ
れる。
【0014】またこの配合ピッチによる炭素質は、常温
から1000℃付近までの温度域において、重量減少も
少なく、且つ非常に安定した結合材として作用するの
で、例えば180〜400℃程度の低温でも成形するこ
とができる。従って本発明の摩擦材料は、比較的低温で
成形されたにも拘らず常温から1000℃付近までの温
度域において、重量減少も僅かで且つ高強度を示し、摩
擦特性、耐摩耗性、耐熱性および耐フェード性において
もきわめて高い性能を示す。なおこのように成形された
摩擦材料は、必要に応じて1000℃以下の熱処理に供
してから用いることもできる。
【0015】
【実施例】本発明を実施例および比較例により具体的に
説明する。但し本発明は、以下の実施例により制限され
るものではない。
【0016】比較例1 スチールファイバー 45部、BaSO4 10部、Sb
23 3部、ZrSiO4 10部、黒鉛粉 30部、Z
n粉 2部および軟化点245℃で光学的異方性相含有
率100%のメソフェーズピッチ 9部をミキサーにて
5分間乾式混合した。混合した原料を予備成形後金型に
納め、600℃で熱間成形しブレーキ用パッドを調製し
た。次にパッドの摩擦特性をブレーキ用ダイナモメータ
ーにより試験した。得られた結果を図1のcに示す。な
お試験終了後のパッドの総摩耗量は、0.35mmであ
った。この試験の結果から、本パッドは、摩擦特性、耐
摩耗性、耐熱性および耐フェード性において極めて高い
性能を示すが、600℃での熱間成形が必要である。
【0017】実施例1 スチールファイバー 45部、BaSO4 10部、Sb
23 3部、ZrSiO4 10部、黒鉛粉 30部、Z
n粉 2部およびイオウ 20%と軟化点が203℃で
光学的異方性相含有率99%のメソフェーズピッチ80
%からなる配合ピッチ 9部をミキサーにて5分間乾式
混合した。混合した原料を予備成形後金型に納め、25
0℃にて熱間成形した後、型から取り出して窒素雰囲気
中600℃にて熱処理を行い、ブレーキ用パッドを調製
した。次に比較例1と同様のダイナモ試験を行い、得ら
れた結果を図1のaに示す。なお試験終了後のパッドの
総摩耗量は、0.46mmであった。この試験の結果か
ら、本パッドは、低温で成形されたにも拘らず、比較例
1のパッドと同様に、摩擦特性、耐摩耗性、耐熱性およ
び耐フェード性において極めて高い性能を示すことが分
かる。
【0018】実施例2 スチールファイバー 45部、BaSO4 10部、Sb
23 3部、ZrSiO4 10部、黒鉛粉 30部、Z
n粉 2部およびジニトロナフタレン 15%と軟化点
232℃で光学的異方性相含有率100%のメソフェー
ズピッチ85%からなる配合ピッチ 9部をミキサーに
て5分間乾式混合した。混合した原料を金型に納め、3
00℃にて熱間成形した後、型から取り出し窒素雰囲気
中600℃にて熱処理を行い、ブレーキ用パッドを調製
した。次に比較例1と同様のダイナモ試験を行い、得ら
れた結果を図1のbに示す。なお試験終了後のパッドの
総摩耗量は、0.44mmであった。この試験の結果か
ら、本パッドは、低温で成形されたにも拘らず、比較例
1のパッドと同様に、摩擦特性、耐摩耗性、耐熱性およ
び耐フェード性において極めて高い性能を示すことが分
かる。
【0019】比較例2 スチールファイバー 45部、BaSO4 10部、Sb
23 3部、ZrSiO4 10部、黒鉛粉 30部、Z
n粉 2部および結合材としてヘキサミンを10%含有
したノボラック型フェノール樹脂 9部をミキサーにて
5分間乾式混合し、予備成形した。その後、予備成形体
を150℃に加熱された金型に納めて熱間成形を行なっ
た後、230℃で後硬化し、ブレーキ用パッドを調製し
た。次に比較例1と同様のダイナモ試験を行い、得られ
た結果を図1のdに示す。これより本パッドは耐熱性に
劣り、摩擦係数の大きなフェードが認められた。また試
験終了後のパッドの総摩耗量も、0.68mmと大き
く、耐摩耗性においても劣っていることが分かる。
【0020】
【発明の効果】本発明の方法によれば、広い温度域で安
定した摩擦特性を有する摩擦材料を、低温の成形条件下
で経済的に有利に製造できる。
【0021】
【図面の簡単な説明】
図1は実施例および比較例におけるブレーキダイナモ試
験の結果を示す図である。 a…実施例1 b…実施例2 c…比較例1 d…比較例2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳村 宏 埼玉県羽生市東5丁目4番71号 株式会 社曙ブレーキ中央技術研究所内 審査官 井上 千弥子 (56)参考文献 特開 平3−237182(JP,A) 特開 昭61−115987(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 3/14 C08J 5/14 F16D 69/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱硬化性樹脂を用いずに、光学的異方性相
    の含有量が80%以上でかつ軟化点が270℃以下のメ
    ソフェーズピッチ70〜99%とイオウおよび/または
    芳香族ニトロ化合物30〜1%からなる配合ピッチを結
    合材として用いることを特徴とする摩擦材料の製造方
    法。
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