JP6799364B2 - 摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材 - Google Patents
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本実施形態の摩擦材組成物は、銅を含有しない、もしくは銅を含有する場合において銅の含有量が0.5質量%以下であることを特徴とする摩擦材組成物である。すなわち、環境有害性の高い銅および銅合金を実質的に含有せず、元素としての銅の含有量が0.5重量%以下であり、好ましくは含有量0質量%の摩擦材である。このため、制動時に摩耗粉が生成しても、河川、湖や海洋汚染の原因とならない。
本発明の摩擦材組成物は、フィブリル化アラミド繊維を含む。本発明のフィブリル化アラミド繊維とは、複数の枝分かれを有し、BET比表面積が5〜15m2/gであることが特徴であり、帝人株式会社製Twaron1099,1095,3091、東レ・デュポン株式会社製ケブラー1F538,1F1710などが挙げられる。本発明におけるフィブリル化アラミド繊維は、繊維強度が高く多数の枝分かれを有するため、銅を含有しない組成においても効果的に摩擦材強度を向上させるが、高いpHの水溶液に長時間曝露することで、加水分解により強度が低下する。
本発明の摩擦材組成物は、特定量の水酸化カルシウムを含む。水酸化カルシウムは、pHが高く、摩擦対面材の防錆効果があるだけでなく摩擦材の成形時にフェノール樹脂の硬化触媒として作用し、摩擦材の強度を向上させる効果がある。この効果を得るため水酸化カルシウムを2.5質量%以上含有させる。その一方で、水酸化カルシウムを過度に添加すると、フィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなる。このため、水酸化カルシウムの含有量は10質量%以下とする。水酸化カルシウムは、通常摩擦材に用いられる粉末状の水酸化カルシウムを用いることができるが、水溶性の観点で、粒径の細かいもの、特に100μm以下の粉末が好ましい。
本発明の摩擦材組成物は、粉末状の亜鉛を含む。粉末状の亜鉛は、制動により摩擦材の摩擦界面に延展して摩擦界面を被覆する状態となるが、亜鉛は酸化しやすいことから摩擦界面を被覆した亜鉛が、犠牲陽極作用により選択的に酸化されることで、摩擦材中の他の成分の酸化すなわち発錆を防止して摩擦界面全体の防錆を行う。粉末状の亜鉛としては、アトマイズなどで製造される通常摩擦材に用いられる粉末状の亜鉛を用いることができるが、摩擦材表面での延展による防錆効果の観点で粒径は細かいほどよく、10〜500μmが好ましく、10〜100μmがより好ましい。また、亜鉛の添加量は、防錆効果の観点で1質量%以上が好ましく、2質量%がより好ましい。また、亜鉛の過剰添加は、高温使用時における摩擦材の耐摩耗性の悪化を引き起こすため、10質量%以下の添加量で用いることが好ましく、8質量%がより好ましい。
本発明の摩擦材組成物は、スチール繊維を含むことが好ましい。スチール繊維は、びびり振動切削法などで得られるストレート繊維と、長繊維のカットなどで得られるカール状繊維がある。ストレート繊維が直線状の繊維形状なのに対し、カール状繊維は曲線部を有する形状を示すものであり、単純な円弧状のものや、うねったもの、螺旋状あるいは渦巻き状に曲がったもの等を含む。スチール繊維は、ストレート繊維やカール状繊維のいずれのものであっても、摩擦界面で摩擦熱を拡散し、不均一な温度上昇を抑制するだけでなく、摩擦界面で生成する有機分解物を適度にクリーニングする効果を有するため、制動中に発生するブレーキトルクの変動が小さくなり、ブレーキ振動を発生しにくくして抑制することができる。ただし、カール状繊維のほうが摩擦界面において摩擦材からの脱落が少なく、高温制動における摩擦特性保持の観点で好ましい。さらに、カール状繊維としては、曲率半径が100μm以下の部分を含むものであると、摩擦材への固着がより強固となり、摩擦界面における摩擦材の脱落がより少なくなるので、より好ましい。カール状のスチール繊維は、日本スチールウール株式会社製カットウールなど、市販されているものを使用することができる。
本発明の摩擦材組成物は、通常の摩擦材組成物において用いられるチタン酸塩を用いることができる。チタン酸塩は、銅を含有しない組成における高温制動におけるブレーキ振動低減とロータ摩耗量の低減に寄与する。このようなチタン酸塩としては、複数の凸形状を有するチタン酸塩を含むことが好ましい。本発明の複数の凸形状を有するチタン酸カリウムとは、不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムのことで、摩擦調整剤として用いることができることが知られている(特許文献3)。例えば、大塚化学株式会社製「テラセスJP」が挙げられる。このような不規則な方向に複数の凸部が延びる形状を有する不定形のチタン酸カリウムは、凸部が摩擦材の強度向上に効果的であり、特に本発明の摩擦材組成物の錆剥離の抑制に効果的である。本発明の摩擦材組成物中における複数の凸形状を有するチタン酸カリウムの含有量は、錆剥離抑制の観点で1〜30質量%が好ましく、1〜20質量%であることがより好ましい。
本発明の摩擦材組成物は炭酸ナトリウムを含むことが好ましい。炭酸ナトリウムは、pHが水酸化カルシウムより低いが、易溶性であるため、水酸化ナトリウムと併用することで、水酸化カルシウムによる防錆効果および摩擦材の強度向上効果をより高め、銅を含有しない組成における錆固着力を大幅に低減し、錆剥離を効果的に抑制することができるようになる。炭酸ナトリウムを併用する場合、上記効果を得るため炭酸ナトリウムの含有量は0.2質量%以上とすることが好ましい。その一方で、炭酸ナトリウムの含有量が過多となると、pHが高くなって、フィブリル化アラミド繊維の強度が低下することとなるため、炭酸ナトリウムの含有量は2質量%以下とすることが好ましい。炭酸ナトリウムは、通常摩擦材に用いられる粉末状の炭酸ナトリウムを用いることができるが、水溶性の観点で、粒径の細かいもの、特に100μm以下の粉末が好ましい。
結合剤は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材用組成物に含まれる結合材としては、特に制限は無く、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性などを向上させるための摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮できるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられる、カシューダストやゴム成分などを用いることができる。
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるため、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材用組成物は、通常、摩擦材に用いられる無機充填剤であれば特に制限はない。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。
本実施形態の摩擦材は、本発明の摩擦材組成物を一般に使用されている方法で成形して製造することができ、好ましくは加熱加圧成形して製造される。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレーディゲミキサー(「レーディゲ」は登録商標)、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー(「アイリッヒ」は登録商標)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にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度130〜160℃、成形圧力20〜50MPa、成形時間2〜10分間の条件で成形し、得られた成形物を150〜250℃で2〜10時間熱処理することで製造される。また更に、必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行うことで製造される。
本実施形態の摩擦部材は、上記の本実施形態の摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。上記摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
(1)摩擦材のみの構成。
(2)裏金と、該裏金の上に摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる摩擦材とを有する構成。
(3)上記(2)の構成において、裏金と摩擦材との間に、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、および、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層を更に介在させた構成。
表1および表2に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例1〜8および比較例1〜4の摩擦材組成物を得た。表中の配合比率は質量%である。
JIS D4414「さび固着試験方法」に準拠し、錆固着試験を行い、錆固着力を下記基準にて評価を行い、錆固着力50N未満のものを「◎」、錆固着力50N以上かつ100N未満のものを「○」、錆固着力100N以上のものを「×」として評価し、表1および表2に併せて記載した。
Claims (9)
- 結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、
該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が0.5質量%以下であり、
前記繊維基材としてフィブリル化アラミド繊維を含有するとともに、
無機充填材として、粉末状の亜鉛、水酸化カルシウム、および炭酸ナトリウムを含有し、
前記水酸化カルシウムの含有量が2.5〜10質量%であり、
前記炭酸ナトリウムの含有量が0.2〜4質量%であり、
さらにスチール繊維を2〜8質量%含有することを特徴とする摩擦材組成物。 - 前記粉末状の亜鉛の含有量が1〜10質量%であることを特徴とする請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 前記粉末状の亜鉛の粒子径が10〜500μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦材組成物。
- 前記スチール繊維の含有量が2〜4質量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記無機充填材として、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記炭酸ナトリウムの含有量が0.2〜2.0質量%である請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- さらに硫化錫を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 請求項1〜7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。
- 請求項1〜7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と裏金を用いて形成される摩擦部材。
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