JP3694336B2 - 粉末フェノール樹脂を含む摩擦材料およびそれを製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、摩擦材料を製造するための方法およびそれによって製造される摩擦材料に関する。特に、非アスベスト摩擦材料は、材料を形成する原料紙パルプ、少なくとも一種の粒状フェノール樹脂、および、ある種の実施態様において、窒化ケイ素粒子、ならびに、要すれば、その他の材料、例えば、珪藻土およびカシューナッツオイル粒子を含む水性システムから形成されるシリコーン樹脂含浸紙を含む。しかし、摩擦紙配合物に有効なその他の成分が、本発明で共存可能であることを理解すべきである。摩擦材料は、高エネルギー用途において有用であり、従来の摩擦材料に優る大きな動摩擦係数を有する。
【０００２】
【従来の技術】
新規かつ進歩した伝達システムおよびブレーキシステムが、自動車工業によって開発されつつある。これらの新規なシステムには、高エネルギー要件が要求されることが多い。したがって、これらの進歩したシステムの増大するエネルギー要件に合致するために、摩擦材料技術を開発することもまた必要である。
摩擦材料は、新規な伝達およびブレーキシステムにおいて有効であるために、、高熱抵抗を有する必要がある。摩擦材料は、高温で安定なままである必要があるばかりでなく、運転条件中に発生する高熱を迅速に放散することができる必要もある。
【０００３】
上記新規な伝達およびブレーキシステムの係脱中に発生する高速は、摩擦材料が係脱中ずっと比較的一定の摩擦係止を維持することができる必要があることを意味する。一つのギアからもう一つのギアへとパワーシフトする間のブレーキ中の材料の“把持性(grabbing)”または伝達システムにおける材料の“震動(shuddering)"を最小にするために、摩擦係止は、広範な速度および温度範囲にわたって、比較的一定であることが重要である。
特に、新規な高エネルギー摩擦材料は、表面速度が約１２，０００フィート／分までの高速に耐えることが必要である。また、摩擦材料は、約７００psiまでの高エネルギー圧力に耐えることができる必要である。また、摩擦材料は、限られた潤滑条件下で有効であり、使用中の加わる高圧および高速に耐えることができることが重要である。
【０００４】
従来、アスベスト繊維が摩擦材料中に配合されていた。例えば、Arledter et al.の米国特許No. 3,270,846は、アスベスト充填摩擦材料中のフェノールおよびフェノール改質樹脂を記載している。しかし、現在では、健康かつ環境上の問題ゆえに、アスベストは、もはや使用できなくなりつつある。しかし、アスベストの存在しない摩擦材料は、加工中に構造的な結合性の問題を生ずるばかりでなく、アスベストが付与する熱安定性をも欠く。さらに最近、フェノール改質樹脂およびその他の新規な樹脂を紙または繊維材料に含浸させることによって、摩擦材料中にアスベストを存在させる必要性をなくす摩擦材料が試みられている。しかし、これらの摩擦材料は、発生した高熱を迅速に放散することができず、これは、熱抵抗性を低下させるとともに、高摩擦係数を不満足なものとしてしまう。
【０００５】
フェノール樹脂は、湿式クラッチ用途(wet clutch applications)に対する湿式摩擦材料において、含浸剤として従来使用されているが、フェノール樹脂は、種々の制限を有する。フェノール樹脂摩擦材料は、新規な高エネルギー伝達システムでの使用に必要とされる高熱抵抗性を有しない。特に、フェノール樹脂は、温度約４５０℃で炭化するが、これは、高エネルギー用途において有効であるためには、余りに低すぎる。また、フェノール樹脂は、硬質材料であり、フェノール樹脂を摩擦材料に使用する時、均一な接触が達成されないと、むらのある摩擦ライニング摩耗およびセパレータプレートの“ホットスポット(hot spots)”を生ずる。
【０００６】
フェノール樹脂摩擦材料の限界および欠点を克服しようとする試みとしては、フェノール樹脂のその他の熱硬化性含浸樹脂による代替が挙げられる。摩擦材料を製造する一つの試みとしては、フェノール樹脂の種々の合成改質剤による改質が挙げられる。
摩擦材料が有効であるためには、摩擦材料は、多種多様の許容可能な特性を有する必要がある。摩擦材料は、弾性的であり、圧縮抵抗、摩耗および応力に対してなお抵抗性であり；高熱抵抗性を有し、熱を迅速に放散することができる必要があり；長期にわたり持続し、安定で、かつ、不変の摩擦性能を有する必要がある。これらの特性のいずれかに見合わない場合には、摩擦材料の最適性能に合致しない。
【０００７】
高エネルギー用途の摩擦材料を得るためには、適当な含浸樹脂を摩擦材料と使用することも重要である。湿式摩擦材料は、均一な吸収性を有する必要があり、含浸中に、湿潤樹脂で飽和された時も、使用中、ブレーキ流体または伝達オイルで飽和された時も、良好な引張強度および剪断強度を有する必要がある。選ばれた用途において、摩擦材料が、低密度と高多孔度とを有し、使用中、高流体吸収性であることが重要である。かくして、摩擦材料が多孔質であることが重要であるばかりでなく、柔軟で、かつ、圧縮可能であることも重要である。摩擦材料に吸収された流体は、ブレーキまたは伝達動作中に加えられた圧力下、迅速に、摩擦材料から絞り出されるかまたは放出されることが可能である必要がある。また、ブレーキまたは伝達動作中に発生した熱を迅速に放散することを補助するために、摩擦材料が高熱伝導性を有することも重要である。
より良好な摩擦材料に対する需要を考慮して、鋭意研究の結果、改良された特性を有する新規な摩擦材料が、開発された。知る限りにおいて、粉末フェノール樹脂と窒化ケイ素とを紙パルプ混合物に加え、紙摩擦材料を形成し、ついで、フェノール樹脂紙摩擦材料にシリコーン材料を含浸することによって製造される摩擦材料を伝達システムに使用するという開示は存在しない。
【０００８】
本発明がなされるまで、粉末フェノール樹脂材料および粉末窒化ケイ素が原料紙パルプと首尾よく配合されて、摩擦紙材料を形成し、ついで、これにシリコーン材料を含浸させて、摩擦ブレーキライニング材料を形成するという開示も示唆もなかった。対照的に、摩擦材料にシリコーン樹脂を使用する従来の試みは、摩擦ブレーキライニング工業において、良好には受け入れられていない。シリコーン樹脂を含浸させるか、または、シリコーン樹脂で飽和した摩擦ブレーキライニングは、典型的には、剪断強度および離層抵抗性に乏しい。さらに、シリコーン樹脂は、摩擦ブレーキライニングを過度に弾性的としやすく、これは、望ましくない摩擦特性を生ずる［例えば、潜在的に大きい摩擦フェード(friction fade)］。フェノール−ホルムアルデヒドまたはポリシロキサン樹脂で形成される過去の摩擦ブレーキライニング組成物を使用しても成果を上がらなかったことは驚くほどのことはない。このような組成物は、必要とされる一定の摩擦係数を有せず、かくして、高エネルギーおよび高熱条件下で破損する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、従来技術の摩擦材料に比べて、信頼性と改良された性質とを有する改良摩擦材料を提供することである。
本発明のさらなる目的は、高熱伝導性、高多孔度および高強度を有する摩擦材料を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記考察した要件を達成するために、多数の摩擦材料について、運転中に遭遇するのと同一の条件下で、摩擦および熱抵抗特性を評価した。市販されているブレーキライニングおよび伝達材料を調べたが、現在の自動車工業によって開発された新規高エネルギー用途における使用には適当でないことが判明した。
本発明は、湿式摩擦用途、例えば、摩擦材料が流体（例えば、ブレーキ流体または自動伝達流体）を使用中に吸収するブレーキおよびクラッチ用途において、特に、有効である新規な非アスベスト摩擦材料に係る。本発明に従えば、繊維質材料の水性スラリーと均一に配合または混合した粉末フェノールまたは改質フェノール樹脂（および、ある種の実施態様において、窒化ケイ素粒子）を含む多孔質繊維質基材が形成される。この多孔質繊維基材に、ついで、シリコーン基体樹脂を含浸させて、高エネルギー摩擦材料を形成する。フェノール樹脂およびシリコーン樹脂が溶剤相溶性である場合には、フェノール樹脂は、シリコーン樹脂と配合することができ、繊維質基材を含浸または飽和するのに使用される。一つの例は、エタノール中に液体フェノール樹脂を、イソプロパノール中に液体シリコーン樹脂を含む。このような高エネルギー摩擦材料は、驚くべきことに、高摩擦安定性と高熱抵抗性とを有する。
【００１１】
本発明の摩擦材料は、弾性で、熱抵抗性の摩擦材料を含む。本発明の摩擦材料は、摩擦材料の有効寿命中に、むらのある摩耗または“ホットスポット(hot spot)が拡大するのを防止する。摩擦材料にむらのある摩耗がほとんど存在しない時には、クラッチまたはブレーキ“定常状態”をより維持しやすく、したがって、クラッチまたはブレーキのより一定な性能を維持しやすい。さらに、本発明の摩擦材料は、摩擦材料が使用中離層に耐えるように、良好な剪断強度を示す。
【００１２】
溶剤基体フエノール樹脂を含浸剤として使用する代わりに、本発明は、固体粉末のフェノールまたはフェノール改質樹脂を水性紙スラリーまたはパルプ配合物に加える。紙パルプ配合物における粉末フェノール樹脂のこの添加は、驚くべきことに、摩擦材料中に存在するフェノール樹脂を有するという長所を付与するともに、フェノール樹脂を分散する溶剤を除去する必要性がない。さらに、本発明に従えば、固体フェノール樹脂粉末を含有する摩擦紙がシリコーン樹脂で含浸される場合には、驚くべきことに、良好な摩擦材料を生ずることが判明した。この摩擦材料は、従来の摩擦材料に比べて、より高いエネルギー容量およびより高い摩擦係数を有する。さらに驚くべきことには、窒化ケイ素粉末を粉末フェノール樹脂とともに、水性紙スラリー配合物に配合する場合、得られる摩擦材料の動摩擦係数特性が改良されることが判明した。粉末窒化ケイ素が摩擦材料の摩擦係数特性を改良することは、特に、驚くべきことである。何故ならば、窒化ケイ素の繊維は、研磨性であり、したがって、最終使用製品の研磨性に対するそれらの潜在性ゆえに、摩擦材料に含まれるのは不適当であるからである。
【００１３】
種々のタイプの繊維質または原料パルプ材料が、本発明では有効である。特に有効な繊維質材料は、綿繊維、ガラス繊維、カーボン繊維および／またはアラミドポリマー繊維、例えば、登録商標ケブラー(Kevlar)フロックおよび／または一般に、芳香族ポリカーボンアミド材料と称されるパルプ繊維を含む。種々の紙配合物が、本発明において、有効であり、その他の材料も紙配合物に存在させることができることを理解すべきである。例えば、綿は、比較的低温ほぼ３５０℃で燃焼する。したがって、摩擦材料は、紙形成工程中に繊維質基材に使用される原料成分に基づき予想される範囲の熱安定性を有する。繊維質基材は、比較的高パーセンテージの綿を含み、より熱的に安定な成分、例えば、黒鉛を含有する繊維質基材よりも熱的により不安定である。このような成分の範囲およびパーセンテージは、摩擦材料の最終用途に依存し、このような摩擦材料は、通常のエネルギー要件に付されるか、または、高エネルギー要件に付されるかによる。
本発明に従えば、少なくとも一種のフェノールまたはフェノール改質樹脂が、水性紙パルプまたはスラリーに配合される。本発明に有効な種々のフェノールおよびフェノール改質樹脂としては、例えば、水不溶性固体粒状フェノールホルムアルデヒド樹脂であるフェノールノボラック樹脂が挙げられる。
【００１４】
本発明に有効なフェノール樹脂としては、Ashland Chemical Inc. Columbus, Ohioからの以下のノボラック樹脂が挙げられる。ＰＢ−２００Ａ，遊離のフェノール約３〜４％を含む粉砕されたノボラックフェノール樹脂；ＰＢ−２００Ｂ，ヘキサメチレンテトラミン架橋剤と遊離のフェノール約３〜４％とを含む粉砕されたノボラックフェノール樹脂；ＰＢ２０６，遊離のフェノール約１〜２％（典型的には、遊離のフエノール約１％）を有する高分子量粉末または粉砕された熱可塑性ノボラックフェノールホルムアルデヒド縮合物樹脂；および、ＰＢ−２０７，ヘキサメチレンテトラミン架橋剤と遊離のフェノール１〜２％（典型的には、遊離のフエノール１％）とを有する高分子量粉末または粉砕されたノボラックフェノールホルムアルデヒド縮合物樹脂。種々のその他のフェノールノボラック樹脂を使用することができることを理解すべきであり、本発明で有効であると考えられる。
【００１５】
高い静摩擦係数および高い動摩擦係数には、新たな摩擦材料の使用を必要とする。摩擦材料の摩擦性能および摩耗性能は、紙配合中に、窒化ケイ素粒子の原料紙スラリーへの配合によって改良される。好ましい実施態様において、窒化ケイ素粒子は、平均径寸法約０．５〜約１．５ミクロンを有する。ある種の実施態様において、平均径寸法約１ミクロンを有する窒化ケイ素は、非常に優れた機能をする。適当な窒化ケイ素粒子の一つのタイプは、Ube Industires Inc. からＳｉ₃Ｎ₄等級SN-E-03として入手可能である。窒化ケイ素粒子は、約５％の低レベルで使用する時、動摩擦係数を増大させる。静摩擦係数は、約１５％における窒化ケイ素粒子の高レベル濃度が紙配合に使用される時、増大する。
初期摩擦係数が低い場合、摩擦材料は、摩擦材料を多数回または多数サイクル使用しないと、摩擦係数の所望の一定値に達しない。本発明は、高い初期摩擦係数を有する摩擦材料を提供する。さらに、動摩擦係数が静摩擦係数に近い時には、クラッチ操作において、一つのギアからもう一つのギアへと滑らかに伝達される。本発明は、驚くべきことに、摩擦紙に窒化ケイ素粒子を添加することにより、良好な静摩擦係数対動摩擦係数の比を達成する。
【００１６】
摩擦係数を飽和するために使用される樹脂は、摩擦材料の性能に劇的に影響を及ぼす。樹脂が示す靭性の度合いは、試験する時に、その結合性を維持することのできる摩擦材料によって反映させることができる。摩擦材料の物理的および摩擦的特性は、その最終使用製品、例えば、クラッチプレートまたはブレーキライニングの予想される使用期間中、無傷のままであることが重要である。脆い樹脂を含浸させた摩擦材料は、重い負荷の下で割れることもあり、摩擦紙マトリックスの開放構造を圧潰する。他方、弾性樹脂を含浸させた摩擦材料は、所望の摩擦係数とトルクとを付与するが、摩擦紙マトリックスを無傷のままに保持するのに必要とされる摩耗抵抗性と強度とに欠ける。かくして、理想的な樹脂は、高強度と柔軟性とを有する必要がある。かくして、高靭性を有する樹脂は、また、最適の摩擦性能を付与する。
【００１７】
紙配合物における成分としてのフェノール樹脂粒子の使用および紙配合物のシリコーン樹脂による飽和は、飽和シリコーン樹脂との反応を惹起し、冷却後、最終目的製品として新たな樹脂種を生ずると考えられる。驚くべきこと、飽和樹脂としてのシリコーン樹脂の使用が、摩擦材料性能に影響を及ぼすことが判明した。多孔質繊維質基材にシリコーン樹脂を含浸させると、含浸樹脂がレゾールフェノール液体樹脂である時よりも、摩擦材料により高い動摩擦係数を付与する。しかし、本発明は、このような理論的または機構的な考察によって限定されるものではない。ポイントは、プロセスが機能することであり、かつ、十分に機能することであり、実際にどのように機能するかは正確には無関係である。
飽和のために有効なシリコーン樹脂としては、例えば、熱硬化性シリコーンシーラント、シリコーンゴムが挙げられる。一つの適当な樹脂としては、Wacker Silicones Corporation of Adrain, Michigan製のＭＴＶシリコーンゴムＴ４０があり、これは、一部熱硬化性システムであり、キシレンとアセチルアセトン（２，４−ペンタンジオン）を含む。Ｔ４０シリコーン樹脂は、沸点約３６２°Ｆ（１８３℃）；６８°Ｆにおける蒸気圧２１mmHg；蒸気密度（空気＝１）４．８；水に対する無視できる溶解度；２５℃における比重約１．０９；％揮発性５重量％；蒸発速度（エーテル＝１）０．１未満；ペンスキー−マーテンス法(Pensky-Martens method)を用いての引火点１４９°Ｆ（６５℃）；および、２５℃におけるｃＰ約９００の粘度を有する。
【００１８】
もう一つの適当なシリコーン樹脂は、Wacker Silicones Corporation製のＴ−１０３シリコーン樹脂であり、これは一部熱硬化性のシステムであり、パーセント固体約５０；２０℃における粘度約６０cps；２５℃における比重０．８０；硬化またはゲル化時間約１０（２００℃において分）；フル硬化時間約６０（２００℃における分）；および硬化した硬度ショーＤ(Shore D）約９０を有する。
【００１９】
もう一つの適当なシリコーン樹脂は、Wacker Silicones Corporation製のＭＴＶシリコーンゴムＴ−１０７シリコーン樹脂であり、これは、一部熱硬化性のシステムであり、パーセント固体約１００；２５℃における粘度約８０cps；２５℃における比重１．００；硬化時間約１５（１５０℃において秒）；硬化時間１０（２００℃における秒）を有する。さらにもう一つの適当な樹脂は、Wacker Silicones Corporation製のＥＲ−８４００２ポリジメチルシロキサンシリコーン樹脂であり、これは、高反応性、高熱抵抗性を有する一部固体の樹脂であり、融点範囲約５０〜１００℃を有し、典型的には、粒子寸法＜１００ミクロンを有し、エーテル類、アルコール類および芳香族炭化水素類に可溶である。しかし、他のシリコーン樹脂も本発明では使用することができることを理解すべきである。
【００２０】
さらに、樹脂配合物の製造に有用なその他の成分および繊維質基材物質への含浸に使用される種々の樹脂を摩擦材料に含有させることができることも考えられる。これらの成分としては、例えば、黒鉛粒子、弾性体（ポリマー）粒子、および、固体カシューシェルオイル粒子が挙げられる。例えば、弾性体物質約７０〜約７５％で、残りが処理酸、例えば、Palmer International, Worcester, Pennsylvania製の製品4198を含む弾性体ポリマー粒子は、追加の摩擦ブレーキライニング摩耗抵抗性を付与するにに有効である。ゴムタイプの粒子を、例えば、摩擦材料をクラッチの片方のセパレータプレートに密着させると、セパレータプレート間の“実際(real)"の接触面積対“見かけ(apparent)"の接触面積が増大する。
【００２１】
種々の充填剤も、また、本発明の摩擦材料に使用することができる。特に、シリカ充填剤、例えば、珪藻土［セライト(celite)]が有効である。しかし、その他のタイプの充填剤も、本発明における使用に対して適当であり、充填剤の選択は、摩擦材料の個々の要件に依存する。
ある種の実施態様において、繊維質基材は、繊維質基材用の水性スラリー配合物の重量基準で、アラミドフロックまたは繊維約３〜７０重量％；綿繊維約０〜７０重量％；充填剤物質約５〜７０重量％；フエノール樹脂物質約３〜８０重量％；窒化ケイ素約３〜５０重量％；黒鉛および／または炭素粒子約０〜５０重量％；弾性体ポリマー粒子約０〜４０重量％；カシューナッツシェル液体粒子約０〜４０重量％；シリカ粒子約０〜４０重量％およびガラス繊維約０〜２０重量％を含む水性スラリーから形成することができる。
【００２２】
ある種の実施態様において、繊維質基材は、好ましくは、アラミドフロックまたは繊維約５〜３５重量％；綿繊維約１５〜５５重量％；充填剤物質約１５〜３５重量％；フエノール樹脂物質約３〜１５重量％；窒化ケイ素約３〜１０重量％；黒鉛および／または炭素粒子約０〜３５重量％；弾性体ポリマー粒子約２〜２５重量％；カシューナッツシェル液体粒子約２〜２５重量％を含む。
ある種の実施態様において、繊維質基材は、最も好ましくは、アラミドフロックまたは繊維約３〜７重量％；綿繊維約４０〜５５重量％；充填剤物質約１５〜３０重量％；フエノール樹脂物質約５〜１５重量％；弾性体粒子約０〜５重量％；カシューナッツシェル液体粒子約２〜７重量％；窒化ケイ素粒子約４〜６重量％を含む。
【００２３】
本発明に従えば、シリコーン樹脂の存在は、繊維質基材に含浸するために使用すると、摩擦材料を柔軟または弾性とする。本発明の摩擦材料に圧力を加えると、圧力がより均一に分布し、ひいては、むらのない摩耗を生じやすい。好ましい実施態様において、繊維質基材は、含浸量約４５〜５５％樹脂含浸において、シリコーン樹脂で飽和される。摩擦材料に含浸させるための種々の方法を本発明で行うことができる。摩擦材料にシリコーン樹脂を含浸させた後、含浸させた摩擦材料を加熱する。加熱すると、フエノール樹脂は、温度約３５０°Ｆで硬化し、シリコーン樹脂は、温度約４００°Ｆで硬化する。また、加熱は、含浸シリコーン樹脂を分散するために使用した溶剤が存在する時には、この溶剤を蒸発させる。ついで、これらの溶剤は、収集され、環境を損なわないように廃棄される。しかる後、含浸および硬化された摩擦材料は、所望の基板、例えば、クラッチプレートまたはブレーキシューに、適当な手段によって接着される。摩擦材料の最終密度は、結合中に、さらに、制御または適合させることができる。
以下の例は、本発明の繊維質基材および摩擦材料が従来の摩擦材料よりも改良されているさらなる証拠を示す。本発明の種々の好ましい実施態様は、以下の例において説明するが、これは、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【００２４】
【実施例】
実施例 １
樹脂の高飽和レベルおよび低飽和レベルにおいて、摩擦粒子としての窒化ケイ素粉末および固体カシューシェルオイル粒子の有効性を比較するために、一連の低速摩擦装置［Low Velocity Friction Apparatus(LVFA)］試験を行った。全ての試験は、潤滑剤としてTexaco ＴＬ８５７０ ＡＴＦで１２０ psiの下でタンブル したスチールセパレター板を用いて行つた。
【００２５】
実施例 １Ａ
窒化ケイ素粉末約５％とカシューシェルオイル粒子約５％とのレベルを飽和フエノール樹脂約３５〜約４０％のレベルと合わせた時、動摩擦係数は、大きくなる。窒化ケイ素粉末と固体カシューシェルオイル粒子との相互作用効果が、実質的に動摩擦係数に寄与するものの、窒化ケイ素粒子の存在は、固体カシューシェルオイル粒子よりも、動摩擦係数の大きさを実質的により大きくする。かくして、窒化ケイ素粉末は、静摩擦係数および動摩擦係数の大きさを変える寄与をする。また、摩擦材料における飽和フエノール樹脂含量は、静摩擦の増大を変化させる主要な効果であることが見いだされた。高濃度の窒化ケイ素粉末（約１５％）と飽和フエノール樹脂（約４８％）とは、静摩擦係数の大きさを大きくすることができ、他方、低濃度の窒化ケイ素／固体カシューシェルオイル（約５％）と低濃度のフエノール樹脂（３８％）とは、動摩擦係数を大きくすることができる。
【００２６】
実施例 １Ｂ
摩擦粒子としての固体樹脂のタイプを評価するために、一連の低速摩擦装置試験を行った。以下の表１は、飽和するために使用したシリコーン樹脂を示し、これは、試験した全ての潤滑剤貯留槽温度における静摩擦係数および動摩擦係数を大きくした。シリコーン樹脂で飽和した時に得られる動摩擦係数の増大は、紙配合物に低濃度のフエノールノボラック固体粒子を含有させた時に、さらに、増大した。しかし、フエノール樹脂、例えば、登録商標アロフェン２９５(Arophene 295)を飽和樹脂として使用しても、高濃度（約１５％）のフエノールノボラック固体粒子は、動摩擦性能において、改良を示さなかった。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例 ２
シリコーン樹脂で飽和した摩擦材料は、高摩擦係数と最大熱容量とを付与する。さらに、ライニング摩耗を低減し、高摩擦係数を維持するために、種々のタイプの弾性体樹脂について調べた。特に、Wacker Silicone Corp.のＴ−４０およびＴ−１０３シリコーン樹脂シリーズを幾つかのフエノール樹脂と比較した。これらの実験において、フエノール樹脂粉末０％、５％および１５％を有する摩擦材料は、フエノール粉末を原料紙配合物に加えることによって製造した。これらの紙は、シリコーンＴ−１０３またはＴ−４０樹脂で飽和させた。摩擦材料は、普通のエネルギー操作５２８Ｃに従い、フルパック(Full Pack)試験に付した。摩擦および摩耗データを表にし、市販されている摩擦材料と比較した。
【００２９】
表ＩＩに示したデータ用に使用した材料は、
摩擦材料： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／固体カシューシェルオイル粒子／Ｓｉ₃Ｎ₄粒子／０％ＰＢ２００Ｂフエノール樹脂粉末２００lb基本重量／０．０３０インチキャリパー
実施例１： 含浸量(P.U.)４２．８％におけるＴ１０３樹脂／F.L.T.（最終ライニング厚さ）＝０．０２５インチ
実施例４： P.U.４３．７％におけるＴ４０樹脂／F.L.T.＝０．０２５インチ
摩擦材料： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／固体カシューシェルオイル粒子／Ｓｉ₃Ｎ₄粒子／５％PB200Bフエノール樹脂粉末２００lb基本重量／０．０３０インチキャリパー
実施例２： P.U.４２．０％におけるＴ１０３樹脂／F.L.T.＝０．０２５インチ
実施例５： P.U.３９．０％におけるＴ４０樹脂／F.L.T.＝０．０２５インチ
摩擦材料： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／固体シェルオイル粒子／Ｓｉ₃Ｎ₄粒子／１５％ＰＢ２００Ｂフエノール樹脂粉末２００lb基本重量／０．０３０インチキャリパー
実施例３： P.U.４２．０％におけるＴ１０３樹脂／F.L.T.＝０．０２５インチ
実施例６ P.U.３９．８％におけるＴ４０樹脂／F.L.T.＝０．０２５インチ
を含んだ。
【００３０】
フエノール粉末樹脂の原料紙配合物への添加は、合わせた樹脂配合物を変化させる。フエノール粉末の摩擦紙パルプへの添加および得られるシリコーン樹脂を有する摩擦紙の飽和は、それぞれ、別個に樹脂を含む摩擦材料によっては示されない優れた性能を摩擦材料に付与する。ある種の実施態様において、必要とされるフエノール粉末の量は、使用されるシリコーン樹脂のタイプ、また、材料を構成する原料紙に使用される成分に応じて変化させることができる。例えば、Ｔ−４０シリコーン樹脂で飽和されたアセンブリの摩耗特性をＴ１０３シリコーン樹脂で飽和したアセンブリに比べて増強するためには、大量のフエノール樹脂粉末が所望される。
【００３１】
以下の表ＩＩを参照すると、紙配合物への少量のフエノール樹脂粉末（５％）の添加は、摩擦および摩耗抵抗性を有利とする。実施例１および実施例２を比較すると、動摩擦係数は、０．１６３から０．１７０に、４．３％増大し；充填損失(pack loss)は、７ミルから５ミルに低下し；パーセント摩擦フェード(friction fade)は、５．２％から４．５％に低下した。
最終静摩擦の読みは、０％および５％フエノール樹脂粉末濃度レベルの摩擦材料への添加に対して約０．１４５〜０．１４９であった。より高い１５％フエノール樹脂粉末濃度レベルでは、静摩擦レベルは、０．１３７であり、このレベルは、全てのフエノール樹脂飽和比較材料に対して同一である。
【００３２】
約１５％より高いパーセンテージでのフエノール樹脂粉末の原料への添加では、摩擦材料は、全てのフエノールシステムから同一の性能に近づき始める逆の性能特徴を示した。図１は、Ｔ１０３飽和物質と比較製造物とに含まれる表ＩＩに記載した試料についての高速度摩擦対サイクル数を示すグラフである。摩擦材料の５段階外観ランキングは、５段階目安で、耐摩耗性ランキングが、“２”から“０”に低下し、グレージング(grazing)ランキングは、“３”から“１”に低下し、改良された。ここで、数値が低いと、より良好または好ましいランキングを反映する。これら全ての性能の合わさった効果は、フエノール粉末の原料紙配合物への添加の長所利点を明瞭に示す。
【００３３】
飽和樹脂として、Ｔ４０シリコーン樹脂を使用する時には、原料紙配合物中のフエノール粉末がより高いパーセントである程、、最適の性能長所を達成するために有効である。１５％フエノール樹脂粉末濃度では、パーセント摩擦フェード(friction fade)は、低濃度における１０．２％および１３．２％と比較して、３．９％に低下する。Ｔ４０シリコーン樹脂のＴ１０３シリコーン樹脂と比べてのより弾性的である性質は、紙配合物における約１５％のフエノール樹脂粉末が摩擦材料に最適の結果を付与するという事実に寄与する。最終動摩擦係数は、１５％のフエノール樹脂濃度を有する試料に対して０．１７０である。摩擦および摩耗値は、フエノール樹脂粉末が原料紙配合物に添加される時に、改良される。
【００３４】
ライニング表面状態のランキングは、１５％フエノール樹脂粉末濃度レベルで優れている。グレージングは、低い“１”ランキングである。耐摩耗性、ブレークアウトおよび離層は、全て、“０”にランクされる。これらは、５％フエノール樹脂粉末濃度レベルで、Ｔ１０３シリコーン樹脂により飽和された試料と同一のランキングである。
【００３５】
Ｔ４０およびＴ１０３シリコーン飽和材料の両方に対する静摩擦係数は、約０．１４９で同様である。図２はＴ４０飽和材料と比較製造物とに対する高速度摩擦対サイクル数を示すグラフである。平均摩擦係数は、全ての試験について、サイクル数に対してプロットされている。
【００３６】
フエノール樹脂を含有しシリコーンＴ１０３およびＴ４０樹脂で飽和された材料は、比較製造物と比べて、より高い（約８〜約９％）の静摩擦係数と動摩擦係数（約２０〜約２４％）で行った。
パック損失データは、Ｔ１０３樹脂で飽和された摩擦材料が比較製造物の摩耗量の約半分を示したことを示す。
フエノール粉末の繊維質基材配合物への添加およびシリコーン樹脂での飽和は、動摩擦係数を増大させ、高速度動摩擦フェードに対する抵抗性を改良し、表面損傷に対する抵抗性を改良し、アセンブリの摩耗抵抗性を改良する。
【００３７】

【００３８】
実施例 ３
さて、以下の表ＩＩＩを参照すると、フェノール樹脂単独と、水性紙配合物中の成分として窒化ケイ素粒子を含むフェノール樹脂とを比較した。最終的に得られる樹脂混合物は、ＰＢ２０６フェノール樹脂粉末約５％を含んだ。５つの異なる原料紙配合物ＸＰ１１６，ＸＰ１２１，９４１６，ＲＨＳ３０およびＨＳ９５（参考例）を調製した。
配合物は、
ＸＰ１１６： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／黒鉛粒子／炭素粒子／ＰＢ２０６フェノール樹脂
ＸＰ１２１： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／黒鉛粒子／ＰＢ２０６フェノール樹脂
９４１６： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／固体力シューシェルオイル粒子／弾性体（ポリマー）粒子／Ｓｉ_３Ｎ_４粒子／ＰＢ２０６フェノール樹脂
ＲＨＳ−３０： ケブラー繊維／セライト／シリカ粒子／弾性体（ポリマー）粒子／ガラス繊維／ＰＢ２０６フェノール樹脂
ＨＳ９５（参考例）： 綿繊維／ケブラー繊維／セライト／固体力シューシェルオイル粒子／Ｓｉ_３Ｎ_４粒子／ＰＢ２０６フェノール樹脂
を含んだ。
以下の表ＩＩＩおよびＩＶ中のデータは、繊維質基材中の粉末フェノール樹脂とシリコーン樹脂との間の共働効果を支持する。このデータは、最終生成物中に存在する２つの樹脂を有するものの性能を効果的に示す。フェノール粉末とフェノール飽和樹脂とを用いる時には、同タイプの好ましい共働効果を示さない。
【００３９】
実施例 ３Ａ
上記ハンドシート配合物を液体シリコーン樹脂で飽和し、シリコーン樹脂含浸約５０〜５５％を達成し、ついで、４００°Ｆで１２０分間硬化させ、摩擦材料を形成した。摩擦材料は、全て、２００lbの基本重量とし、結合し、ワイヤーサイドアップ(wire side up)し、アセンブリの部品を形成した。摩擦材料は、操作５２８および５２７に従い、クラチパック試験に付した。試験は、全て、Exxon 1975タイプの“Ｈ”潤滑で行った。結果は、以下の表ＩＩＩに示す。
摩擦材料の大部分は、試験後、パックゲイン(pack gain)を生じた。試験した全ての材料は、表面外観ランキング“０”または“１”を有した。Ｔ１０３シリコーン樹脂で飽和した材料は、Ｓ／Ｄ比０．９５〜１．２５を有した。表ＩＩに掲示した個々の材料についての平均摩擦対サイクルのグラフは図３に示した。
【００４０】 ＸＰ１２１（６−１１８７）および９４１６（６−１１９０）タイプの材料から構成される摩擦材料は、それぞれ、約６％および１０％のフェード後、動摩擦係数０．１６０を生じた。
シリコーンＴ１０３Ｂ（６−１１８９）で飽和したＸＰ１１６タイプの材料は、１９％フェード後、最低動摩擦係数０．０１０５を生じた。この材料は、上昇曲線（１．２５Ｓ／Ｄ比）で試験した。
ＲＨＳ３０タイプの材料（６−１１８８）は、１３％フェード後、動摩擦係数０．１４２を生じた。ＨＳ９５タイプ（参考例）の材料（６−１１７７）は、５５０サイクル後、試験に不合格であった。
【００４１】
【表ＩＩＩ】

【００４２】
実施例 ３Ｂ
以下の表ＩＶを参照すると、上記紙配合物の試料は、フエノール性アロフェン２９５［登録商標Arophene295]樹脂で飽和した。９４１６紙配合物を除いて、アロフェン２９５フエノール樹脂で飽和された摩擦材料は、全て、試験に不合格であった。９４１６タイプの材料（試験６−１１８２）は、１５％のフェード後、動摩擦係数０．１１５を有した。この試験は、好ましくない上昇（Ｓ／Ｄ比）曲線を生じたが、表面外観ランキングは、好ましかった。ただ、グレージングランキング“３”は、高かった。以下の表ＩＶは、摩擦および摩耗データの要約を掲示する。図４は、フエノール性アロフェン２９５飽和材料についての合わせた摩擦対サイクルを示す。
【００４３】
実施例 ３Ｃ
成分を混合して、繊維質基材を形成した後、成分をスクリーン上に置き、重力および減圧を用いて、水を除去した。繊維質基材のワイヤーサイドは、使用したスクリーンの特徴と同じ特徴を反映しやすい。また、個々の成分、密度および水抽出の速度に応じて、より小さくより軽量の粒子が、繊維質基材のフェルトサイドに向けてよりも幾分多くスクリーンサイドに向けて、堆積しやすい。繊維質基材のフェルトサイドは、流動水スラリーによって生じる特徴に近い特徴を有しやすい。典型的には、摩擦材料のワイヤーサイドは、見かけ上、幾分対称的なタイプのパターンを有し、他方、フェルトサイドは、もっとランダムな水流または恐らくはスワールドタイプ(swirled-type)のパターンを反映する。
【００４４】
上記配合物の材料表面の輪郭を、アセンブリの“ワイヤー”および“フェルト”サイドについて比較した。表面組織の結果の要約は、以下の表Ｖに示す。シリコーン樹脂で飽和されたＸＰ１１６およびＸＰ１２１材料が首尾よくフルパック試験(Full Pack test)を完了したことは、上記表ＩＩＩにおいて明らかである。なお、これらの材料は、それぞれ、７５０および３００サイクル以内にフエノール樹脂で飽和された時、破損した。フエノール材料のこのワイヤーサイドの破損は、表面の特徴とクラッチ性能との間の関係を示す。９４１６材料は、その算術平均（Ｒａ）に関して最も荒い。配合物に使用した成分は、摩擦材料の生ずる特徴に影響を及ぼす。摩擦材料のワイヤーサイドは、フェルトサイドよりもより荒くなりやすい。
【００４５】
【表ＩＶ】

【００４６】
【表Ｖ】

【００４７】
実施例 ４
ＰＢ２０６フエノール樹脂粉末を、０％、５％および１５％濃度レベルで含有する９４１６紙配合物から摩擦材料を製造し、ついで、シリコーン樹脂で飽和した。
実施例 ４Ａ
５％粉末を含有する摩擦材料がシリコーン樹脂で飽和された時、パック摩耗(pack wear)は、最低で、摩擦は、最高であった。初期摩擦および中点摩擦は、試験６−１１８６および６−１１９０において、以下の表ＶＩに示したように、０．１５２から０．１５８へと幾分増大した。５％フエノール樹脂に対する摩耗抵抗性は、−３．０ミル（試験６−１１８６）からゼロ（試験６−１１９０）へと向上した。しかし、フエノール樹脂粉末のより高い１５％濃度（試験６−１１９１）を使用した時には、材料は、７５０サイクル以内で試験に不合格となった。
【００４８】
［例えば、Ｔ４０シリコーン（試験６−１１５４）対Ｔ１０３シリコーン（試験６−１１８６）］において示したように、種々のタイプのシリコーン樹脂で繊維質基材を飽和すると、異なる摩擦および摩耗結果（以下の表ＶＩに示すように）を有する摩擦材料を生ずる。Ｔ４０シリコーン樹脂で飽和された摩擦材料は、より高い摩擦係数およびより高い摩耗抵抗性を有した。しかし、これらＴ４０シリコーン飽和摩擦材料の表面外観は、Ｔ１０３シリコーンで飽和した摩擦材料で飽和した同じ材料に比べて、実質的に、より大きい耐摩耗性を示した。
図５は、表ＶＩに記載したＴ１０３シリコーン樹脂（試験６−１１８６，６−１１９０および６−１１９１）で飽和した繊維質基材に対して、フエノール樹脂粉末を紙配合物に添加することによって得られる摩擦性能の改良を示す。
【００４９】
【表ＶＩ】

【００５０】
実施例 ４Ｂ
フエノール樹脂粉末のフエノール樹脂で飽和された材料への添加によってよくなる性能があるか否かを決定するために、３つの追加試験を行った。９４１６配合物の摩擦材料は、フエノール樹脂粉末の濃度を０％、５％および１５％濃度とし、ついで、フエノール性アロフェン２９５樹脂で飽和した。以下の表ＶＩＩから明らかなように、繊維質基材にフエノール樹脂粉末を加えて、フエノール樹脂で飽和させても長所利点はない。繊維質基材へのフエノール樹脂の量が高くなると、幾分低い動摩擦係数を生じ、幾分低い摩耗抵抗性を生じる。１５％のフエノール樹脂粉末を加えると、摩擦は、０．１１３から０．０９７に低下する。充填損失(pack loss)も、また、粉末添加により、おおよそゼロからほぼ９ミルまで増加した。
図６は、繊維質基材配合物中に、異なる量のフエノール樹脂粉末を含有し、フエノール樹脂で飽和した摩擦材料についての摩擦性能を示す。
【００５１】
【表ＶＩＩ】

【００５２】
本発明は、クラッチプレート、伝達バンド、ブレーキシュー、シンクロナイザーリング、摩擦デイスクまたはシステムプレートに使用する高エネルギー摩擦材料として有用である。
本発明の上記好ましい実施例および変形例の記載は、本発明を例示するものであって、特許請求の範囲に記載した範囲および内容を何ら限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコーンＴ−１０３樹脂を含浸させた表ＩＩに示す種々の摩擦ブレーキライニング材料（実施例１、２および３）と比較摩擦材料（実施例７および８）についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。
【図２】シリコーンＴ−４０樹脂を含浸させた表ＩＩに示す種々の摩擦ブレーキライニング材料（実施例４、５および６）と比較摩擦材料（実施例７および８）についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。
【図３】原料紙スラリー中に５％ＰＢ２０６フエノール樹脂を含有し、しかる後シリコーンＴ１０３樹脂を含浸させた紙配合物に対して、表ＩＩＩに示した種々の摩擦ブレーキライニング材料についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。
【図４】原料紙スラリー中に５％ＰＢ２０６フエノール樹脂を含有し、しかる後フエノール性アロフェン２９５樹脂を含浸させた紙配合物に対して、表ＩＶに示した種々の摩擦ブレーキライニング材料についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。
【図５】原料紙スラリー中に０％、５％および１５％濃度でＰＢ２０６フエノール樹脂粉末を含有し、しかる後シリコーンＴ１０３Ｂ樹脂を含浸させた紙配合物に対して、表ＶＩに示した種々の摩擦ブレーキライニング材料についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。
【図６】原料紙スラリー中に０％、５％および１５％濃度でＰＢ２０６フエノール樹脂粉末を含有し、しかる後フエノール性アロフェン２９５樹脂を含浸させた種々の紙配合物に対して、表ＶＩＩに示した種々の摩擦ブレーキライニング材料についてのサイクル数の増大につれての摩擦係数を比較するグラフである。

Claims (15)

1. 水性スラリーから製造された多孔質繊維質基材から生成した非アスベスト摩擦材料であって、この水性スラリーは、繊維質材料、少なくとも一種の粉末フェノール樹脂または粉末フェノール改質樹脂、および、多孔質繊維質基材に前記水性スラリーを形成するに十分な量の少なくとも一種の充填剤を含み、前記繊維質基材に、シリコーン樹脂を含浸させて、高熱抵抗性と均一な摩擦係数とを示す摩擦材料を形成し、前記摩擦材料の結合樹脂が粉末フェノール樹脂又は粉末フェノール改質樹脂、及びシリコーン樹脂のみからなる、摩擦材料。
2. 前記フェノールまたはフェノール改質樹脂が、前記繊維質基材の重量基準で、３〜８０重量％の量、粉末として前記繊維質基材に存在する請求項１に記載の摩擦材料。
3. 前記繊維質基材が、さらに、前記摩擦材料に摩擦安定性を付与するに十分な量の窒化ケイ素粒子を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
4. 前記繊維質基材が、さらに、前記摩擦材料に摩擦ライニング摩耗抵抗性を付与するに十分な量の黒鉛粒子を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
5. 前記繊維質基材が、前記繊維質基材用の水性スラリー配合物の重量基準で、アラミド繊維３重量％〜７０重量％；綿繊維０重量％〜７０重量％；充填剤物質５重量％〜７０重量％；フェノールまたはフェノール改質樹脂３重量％〜８０重量％；窒化ケイ素粉末３重量％〜５０重量％；弾性摩擦粒子０重量％〜４０．重量％；および、カシューシェルナッツ液体粒子０重量％〜４０重量％を含む水性スラリー配合物から形成される、請求項３に記載の摩擦材料。
6. 非アスベスト摩擦材料を製造するための方法であって、繊維質材料と少なくとも一種の充填剤物質とを含む水性スラリーに、少なくとも一種の粉末フェノール樹脂または粉末フェノール改質樹脂を加え、前記水性スラリーから多孔質繊維質基材を形成し、この多孔質繊維質基材にシリコーン樹脂を含浸させ、しかる後、前記含浸させた繊維質基材を加熱して、前記フェノール樹脂またはフェノール改質樹脂と前記シリコーン樹脂とを硬化させる各工程を含み、前記摩擦材料の結合樹脂が粉末フェノール樹脂又は粉末フェノール改質樹脂、及びシリコーン樹脂のみからなる、方法。
7. 前記フェノール樹脂が、フェノールノボラック樹脂であり、この存在するフェノールノボラック樹脂の量が、前記繊維質基材の重量基準で、３重量％〜８０重量％の範囲である、請求項６に記載の方法。
8. 窒化ケイ素粒子が、前記水性スラリーに加えられ、この存在する窒化ケイ素粒子の量が、前記繊維質基材の重量基準の、３重量％〜５０重量％の範囲である、請求項７に記載の方法。
9. 請求項７の方法によって製造される、非アスベスト摩擦材料。
10. 多孔質繊維質基材を形成し、この多孔質繊維質基材に樹脂を含浸させることを含む非アスベスト摩擦材料を形成するための方法であって、その改良が、所定量の少なくとも一種の粉末フェノール樹脂または粉末フェノール改質樹脂と所定量の窒化ケイ素粒子とを前記多孔質繊維質基材中に配合し、この多孔質繊維質基材にシリコーン樹脂を含浸させることによって、多孔質繊維質基材を形成し、前記シリコーン樹脂が、前記含浸樹脂がレゾールフェノール液体樹脂である時よりも、前記摩擦材料に、より大きな動摩擦係数を付与し、多孔質繊維質基材中へのフェノール粉末樹脂の配合が、前記摩擦材料の摩耗抵抗性を改良し、前記摩擦材料の結合樹脂が粉末フェノール樹脂若しくは粉末フェノール改質樹脂、及びシリコーン樹脂のみからなることを含む方法。
11. 静摩擦係数対動摩擦係数の比が、シリコーン樹脂を含浸剤として使用せず、レゾールフェノール樹脂を含浸剤として使用する場合よりも小さい、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１記載の摩擦材料を用いたクラッチフェーシング。
13. 請求項５記載の摩擦材料を用いたクラッチフェーシング。
14. 請求項１記載の摩擦材料を用いたブレーキシューライニング。
15. 請求項５記載の摩擦材料を用いたブレーキシューライニング。

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