JP3782243B2

JP3782243B2 - ブレーキ用摩擦材

Info

Publication number: JP3782243B2
Application number: JP30888498A
Authority: JP
Inventors: 勝男新井
Original assignee: 株式会社曙ブレーキ中央技術研究所
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP2000129002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、鉄道車両、産業機械等のブレーキに使用されるブレーキ用摩擦材に関し、特に結合材の量が従来と同程度か、あるいは少ない目に抑えながら摩擦材の強度・耐摩耗性を向上させたブレーキ用摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブレーキ用摩擦材の製造プロセスにおいては、原料をただ一括投入することや一括混合処理法によっては、その混合物内に成分を均一に存在するようにすることが困難であり、その混合物内における各成分の存在状態を希望する状態にあるように任意に制御することは困難である。また、繊維あるいはバルクの粉体（例えば炭酸カルシウム、硫酸バリウムのような充填材）中に保持されにくい材料、例えば黒鉛、ゴムなどは、混合処理後の操作により、混合状態から離脱して偏在するようになりやすい。
また、アラミド繊維は現在のところ構造物の補強材として用いられているが、アラミド繊維は解繊性が悪く、単純に攪拌処理しただけでは、原料繊維塊を均一な状態まで分散させることは非常に困難であり、攪拌物内に微細な塊として残留する場合がある。
【０００３】
このため、アラミド繊維をはじめ、繊維基材を摩擦材用材料として用いる場合には、繊維基材を予め解繊するのが普通に行われており、特開平７−１６７１８１号公報では、高速ミキサーなどで解繊する際に電荷を帯びた空気流を吹きつけることで静電気を除去することにより、解繊を促進することが提案されている。
更に、アラミド繊維については、それに対する各原料の付着性の違いから混合物内で各成分がそれぞれが均一に分散した状態を得ることは難しく、均質な攪拌物、安定した品質の製品を得ることは困難である。
【０００４】
繊維基材として優れたものを得るために、繊維基材の１種であるアラミド繊維に合成樹脂を含浸し、乾燥して得られる複合物を解繊してなる合成樹脂アラミド繊維複合物を配合してなる摩擦材も提案されている（特開平８−３０２３３７号公報）。この合成樹脂アラミド繊維複合物を配合したものは、強度も増し、耐熱性も大きくなるから耐フェード性も向上する利点がある。
しかしながら、この技術では、アラミド繊維に合成樹脂を含浸し、乾燥して得られる複合物を解繊するという工程を余分に必要とし、また摩擦材全体に使用する合成樹脂量も多くなるという問題を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この技術は、摩擦材の強度を高くし、耐フェード性も向上する利点があるが、アラミド繊維を合成樹脂で結合してしまったものを解繊することは、アラミド繊維を単に解繊する場合よりも困難であって、合成樹脂アラミド繊維複合物を得ることは難しいことである。また、また摩擦材全体に使用する合成樹脂量が多くなると、気孔率が低下し、ノイズの発生率も高くなる。
本発明は、摩擦材に使用する結合材の熱硬化性樹脂量を従来と同じか、同程度でノイズ発生率が低い摩擦材を得ることを目的とするものである。
また、本発明は、摩擦材に用いた繊維基材に対して結合材の熱硬化性樹脂が均一に結合して、強度が高く、かつ十分な気孔率を持つ摩擦材を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決することができた。
（１）配合すべき熱硬化性樹脂粉末の一部を、解繊中又は解繊後のアラミド繊維に混合・付着させておき、次いでそれを残りの熱硬化性樹脂及び他の配合材料とともに攪拌・混合して得られた摩擦材用材料を予備成形し、この予備成形物をプレッシャー・プレートに加熱・加圧して一体化したことを特徴とするブレーキ用摩擦材。
（２）解繊中又は解繊後のアラミド繊維に配合・付着させる熱硬化性樹脂の割合を摩擦材全体の３〜１２ｗｔ％とし、次いで配合する残りの熱硬化性樹脂を摩擦材全体の３〜１２ｗｔ％として、他の配合材料とともに攪拌・混合して得られる摩擦材用材料が、繊維基材を１５〜４０ｗｔ％（ただしアラミド繊維以外の補強繊維を１２〜３５ｗｔ％）、充填材を３５〜７０ｗｔ％、摩擦調整材を１０〜２５ｗｔ％で、ただし全体で１００ｗｔ％としたことを特徴とする前記（１）記載のブレーキ用摩擦材。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、摩擦材に使用される結合材の熱硬化性樹脂量をその配合の際に一度に添加するのではなく、その熱硬化性樹脂の一部を粉末として解繊中、又は解繊後のアラミド繊維に混合させて付着させる点を特徴とするものである。
アラミド繊維を摩擦材に使用する場合、アラミド繊維は他の繊維基材を異なって繊維同士が非常に絡み合っているため、そのまま使用すると補強効果が小さくて強度が低下するという問題があるので、本発明では使用前にアラミド繊維を解繊するようにしているものであり、その解繊中、又は解繊後に熱硬化性樹脂の一部を混合・付着させるものである。なお、解繊中というのは、解繊前も含む意味である。
この解繊中、又は解繊後に熱硬化性樹脂の一部を混合・付着させることにより、解繊されたアラミド繊維中に熱硬化性樹脂が均一に分散した状態で存在することになる。
そして、他の配合材料を配合した後でも、その状態が維持されるので、熱成形された際に、均一に分散した状態で存在する熱硬化性樹脂がアラミド繊維と結合し、さらにはアラミド繊維相互や、他の配合材料と結合するために、摩擦材全体の強度を高くすることができる。
【０００８】
技術的には結合材の熱硬化性樹脂の全量をアラミド繊維と混合することもできるが、その場合には他の配合材料に対する熱硬化性樹脂の分散が偏ることになるため、摩擦材全体の強度が低下するおそれがあるので好ましくない。
アラミド繊維が解繊される際に混合する熱硬化性樹脂の量は、摩擦材全体の３〜１２ｗｔ％とすることが好ましく、これよりも多くしてもよい。この場合に添加される熱硬化性樹脂の量は、摩擦材に配合される結合材の熱硬化性樹脂の全量に対しては、その２０〜８０ｗｔ％とすることが好ましい。
さらに、このアラミド繊維が解繊される際に混合する熱硬化性樹脂の材質としては、アラミド繊維に混合・付着しやすい性質をもつものが好ましい。具体的には、例えばフェノール樹脂やメラニン樹脂である。
【０００９】
アラミド繊維の解繊及び熱硬化性樹脂の混合においては、周知の攪拌機を用いて行うことができる。
例えば、次に示す操作の順序で製造を行うことができる。
▲１▼ 攪拌装置内にアラミド繊維を投入し、攪拌する。
▲２▼ 攪拌中に熱硬化性樹脂を粉状で投入し、攪拌する。
▲３▼ 攪拌によりアラミド繊維が十分に解繊したら攪拌を停止する。その十分に解繊した状態では、熱硬化性樹脂の粉末が解繊したアラミド繊維内に良く分散した状態で存在し、かつ繊維に付着している。
▲２▼′又は攪拌によりアラミド繊維が十分に解繊したら、攪拌中に熱硬化性樹脂を粉状で投入し、攪拌する。
▲３▼′熱硬化性樹脂の粉末が解繊したアラミド繊維内に良く分散した状態になったら、攪拌を停止する。
【００１０】
摩擦材の配合に際しては、通常用いられるものが使用される。
補強用の繊維基材としては、耐熱性有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用される。前記した耐熱性有機繊維としては、例えば芳香族ポリアミド繊維、耐炎性アクリル繊維が挙げられ、無機繊維としては例えばチタン酸カリウム繊維やアルミナ繊維等のセラッミク繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられ、また金属繊維としては例えば銅繊維やスチール繊維が挙げられる。
無機充填材としては、例えば銅やアルミニウム、亜鉛等の金属粒子、バームキュライトやマイカ等の鱗片状無機物、硫酸バリウムや炭酸カルシウム等の粒子が挙げられ、有機充填材としては、例えば合成ゴムやカシューダスト等が挙げられる。
【００１１】
熱硬化性樹脂バインダとしては、例えばフェノール樹脂（ストレートフェノール樹脂、ゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂等を挙げることができる。
また、摩擦調整材としては、例えばアルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、石英等の金属酸化物等を、固体潤滑剤としては、例えばグラファイトや二硫化モリブデン等を挙げることができる。
【００１２】
摩擦材の組成としては、種々の組成割合をとることができるが、補強用の繊維基材が、摩擦材全体の１５〜４０ｗｔ％、摩擦調整材が１０〜２５ｗｔ％、充填材が３５〜７０ｗｔ％、結合材が６〜２４ｗｔ％とすることが好ましい。
具体的各成分についても、例えば充填材の場合を例にとっても、マイカが２〜８ｗｔ％、硫酸バリウム１５〜４０ｗｔ％、カシューダスト１〜１５ｗｔ％、ゴムダスト１〜１５ｗｔ％などのように、その摩擦材の特性を考慮して選択される。
【００１３】
摩擦材の製造においては、周知の製造工程により行うことができ、例えば、予備成形、熱成形、加熱、研磨等の工程を経て摩擦材を作製することができる。
ディスクブレーキ用摩擦パットの製造工程においては、板金プレスにより所定の形状に成形され、脱脂処理及びプライマー処理が施され、そして接着剤が塗布されたプレッシャープレートと、耐熱性有機繊維や無機繊維、金属繊維等の繊維基材と、無機・有機充填材、摩擦調整材及び熱硬化性樹脂バインダ等の粉末原料とを配合し、攪拌により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で成形（予備成形）して作製した予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着し、アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施す工程が行われており、このような工程により製造することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１５】
実施例
−摩擦材の製造例−
（摩擦材の組成）
本発明により配合した本発明例と比較のため配合した比較例を第１表に示す。なお、比較例１は従来配合の代表的な例で、比較例２は、強度、耐摩耗性を向上させる目的で結合材の量を増したものである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
（製造工程）
１．配合材料の攪拌
（１）本発明例
本発明例１、２では、まずフェノールレジンＡとアラミド繊維を攪拌機に投入して、アラミド繊維が十分解繊され、フェノールレジンＡがアラミド繊維の表面に十分付着するまで攪拌を行った。なお、このフェノールレジンＡとして、シリコン変性フェノールレジンを使用した。その後、残りのフェノールレジンＢ及び他の配合材料をさらに攪拌機に投入し、、各材料が十分分散するまで攪拌を行った。
ここでフェノールレジンＢは、フェノールレジンＡとは異なった種類のものを使用することができるが、この本発明例では、フェノールレジンＡと同一のシリコン変性フェノールレジンを使用し、投入時間が異なるため、便宜上フェノールレジンＡ、フェノールレジンＢと区別した。
【００１８】
（２）比較例１〜２の配合材料の攪拌
いずれの場合も製造工程では表に示す配合材料を攪拌機に一括して投入し、攪拌を行った。
（３）参考例
参考例では、予めエタノールにフェノールレジンＡを溶解した液にアラミド繊維を浸漬した後に乾燥させ、アラミド繊維の表面にフェノールレジンＡを被覆させた。その後、このフェノールレジンＡ被覆アラミド繊維を他の配合材料と一緒に攪拌機に投入し、攪拌を行った。
【００１９】
２．予備成形等
上記５種類の攪拌物を各々予備成形、熱成形、加熱、研磨等の工程を経て摩擦材完成品を作製した。
（１）予備成形
上記攪拌物を予備プレスの金型に投入し、常温にて２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で１分間加圧してブレーキパット形状に予備成形した。
（２）熱成形
得られた予備成形品をプレッシャープレートがセットされた熱プレスの金型内に移し、１５０℃、４５０ｋｇ／ｃｍ²の加熱加圧中に１０秒間隔で５回ガス抜きを行った後、１５０℃、４５０ｋｇ／ｃｍ²で４分間熱成形した。
（３）加熱
熱成形後、更に加熱炉内で、２５０℃で３時間加熱してアフタキュアした。
（４）研磨
アフタキュア後、平面研磨機にて所定厚さに研磨して摩擦材完成品（ブレーキパット）を得た。
【００２０】
（性能試験）
完成した各々の摩擦材について、気孔率測定、曲げ試験、摩擦試験、ノイズ試験を実施した。
（１）気孔率測定
水銀圧入法により気孔率を測定した。
（２）曲げ試験
三点曲げ試験にて曲げ強度を測定した。
（３）摩擦試験
慣性型小型ダイナモ試験機により行った。
（４）ノイズ試験
ノイズダイナモ試験機により行った。
【００２１】
（試験結果）
その結果は第２表に示す。
本発明例１の場合、従来の代表的な比較例１と比較して、気孔率はほぼ同じで、強度は高く、摩耗量は少なく、ノイズの発生は同等であった。
また、本発明例２は、強度、摩耗量は同等で、気孔率は大きく、ノイズの発生は少なかった。
一方、比較例２の場合、強度は高く、摩耗量も少なかったが、気孔率が小さくノイズの発生が多かった。
参考例の場合、比較例１と比較して、気孔率はほぼ同じで、強度は高く、摩耗量は少ないが、ノイズの発生がやや多かった。
【００２２】
【表２】

【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、補強繊維表面に結合材を多く存在するようにしたので、同じ量の結合材を使用していても、補強繊維と他の配合材料との間の界面強度が高くなり、結果として摩擦材全体の強度、耐摩耗性が向上した。
また、補強繊維以外の配合材料間に存在する結合材の量は従来と同程度か少な目に抑えられるので、耐ノイズ性は低下していない。
アラミド繊維の解繊と同時に結合材の熱硬化性樹脂粉末の混合を同時に行えば、工程数も少なく、製造を行うことができ、熱硬化性樹脂で被覆したアラミド繊維を後で解繊する面倒な作業をしなくてもすむ。
このため、本発明では耐ノイズ性を低下させることなく、強度、耐摩耗性に優れた摩擦材が得られる。

Claims

配合すべき熱硬化性樹脂粉末の一部を、解繊中又は解繊後のアラミド繊維に混合・付着させておき、次いでそれを残りの熱硬化性樹脂及び他の配合材料とともに攪拌・混合して得られた摩擦材用材料を予備成形し、この予備成形物をプレッシャー・プレートに加熱・加圧して一体化したことを特徴とするブレーキ用摩擦材。
解繊中又は解繊後のアラミド繊維に配合・付着させる熱硬化性樹脂の割合を摩擦材全体の３〜１２ｗｔ％とし、次いで配合する残りの熱硬化性樹脂を摩擦材全体の３〜１２ｗｔ％として、他の配合材料とともに攪拌・混合して得られる摩擦材用材料が、繊維基材を１５〜４０ｗｔ％（ただしアラミド繊維以外の補強繊維を１２〜３５ｗｔ％）、充填材を３５〜７０ｗｔ％、摩擦調整材を１０〜２５ｗｔ％で、ただし全体で１００ｗｔ％としたことを特徴とする請求項１記載のブレーキ用摩擦材。