JP2009030018A - 摩擦材組成物及びこれを用いた摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦材組成物中のカシューダストの偏析に起因する成形後の接着面積低下が生じ難い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、結合剤、無機充填材及び有機充填材を含む摩擦材組成物において、有機充填材はカシューダストを含み、該カシューダストは４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下であり、且つ摩擦材組成物の個々の材料が粘度平均分子量４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆され、前記液状イソプレンゴムは、前記摩擦材組成物全体に対して０．５〜２０．０質量％であり、前記カシューダストは、前記摩擦材組成物全体に対して１０質量％以下である摩擦材組成物とする。また、この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た下張り材を摩擦面と裏金と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これ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おり、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、その中でもカシューダスト等に代表される有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性を向上させるために添加される。

しかしながら、一般的に摩擦材に用いられるカシューダストは他の配合材料に対して粒度が大きいため、配合材料の混合後でも混合物中に偏って存在する（以下、偏析ともいう）ことがあり、混合物中でカシューダストの偏析が多い場合、裏金と接着する面で成形後に凝集したカシューダスト部分が接着に関与しないため、接着面積が小さくなる傾向がある。

上記の問題を解決する方法として、カシューダストのみを液状ゴムで被覆したのち、次いで摩擦材組成物中に前記カシューダストのみを液状ゴムで被覆したものを添加、混合し分散性を高める方法（例えば、特許文献１参照）やカシューダストの表面に繊維を付着する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。

しかしながら、これらの方法においても、カシューダストとそれ以外の配合材料との粒度の差が大きい場合には分散性が十分でない、液状ゴムを多く添加しなければ効果が小さい、工程が複雑である等の問題点がある。

特許第３８０９９２４号公報 特開２００５−０２９５８９号公報

本発明は、上記事情を鑑みなされたもので、摩擦材組成物中のカシューダストの偏析に起因する成形後の接着面積低下が生じ難い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、摩擦材組成物中のカシューダストの分散性を向上させるために、偏析し易いカシューダストの粒度分布等について鋭意検討した結果、液状イソプレンゴムで摩擦材組成物を被覆することによりカシューダストの偏析が防止できることを見出した。詳細には、４２５μｍ以上の粒径が１質量％を超えて含有されるカシューダストを用いた場合に摩擦材組成物中のカシューダストが偏析しやすく、裏金上に成形して摩擦材とした際の接着面積を低下させる要因となり易いことに着目し、摩擦材組成物全体を液状イソプレンゴムで被覆することで摩擦材組成物中のカシューダストと他の配合材料との凝集力を高め、カシューダストの偏析が効果的に防止でき得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）繊維基質、結合材、無機充填材及び有機充填材を含む摩擦材組成物において、前記有機充填材はカシューダストを含み、該カシューダストは、４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下であり、且つ前記摩擦材組成物の個々の原料が、粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆され、
前記液状イソプレンゴムは、前記摩擦材組成物全体に対して０．５〜２０．０質量％であり、
前記カシューダストは、前記摩擦材組成物全体に対して１０質量％以下である摩擦材組成物。

（２）上記（１）に記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
（３）上記（１）又は（２）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、摩擦材組成物中のカシューダストの分散性や成形後の裏金との接着面積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、本発明の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。
本発明の摩擦材組成物は、繊維基質、結合材、無機充填材及び有機充填材を含む摩擦材組成物において、前記有機充填材はカシューダストを含み、該カシューダストは、４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下であり、且つ前記摩擦材組成物の個々の原料が、粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆され、前記液状イソプレンゴムは、前記摩擦材組成物全体に対して０．５〜２０．０質量％であり、前記カシューダストは、前記摩擦材組成物全体に対して１０質量％以下であることを特徴とする。
本発明の摩擦材組成物は、粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで摩擦材組成物の個々の材料を被覆することによってカシューダストと他の配合材料との凝集力が高くなるため、カシューダストの偏析が効果的に防止される。
なお、ここで「液状イソプレンゴムで摩擦材組成物の個々の材料を被覆する」とは、繊維基質、結合材、無機充填材、カシューダストを含む有機充填材の個々の材料が液状イソプレンゴムでコーティングされている状態となることである。
液状イソプレンゴムが摩擦材組成物の個々の材料を被覆していることの確認は、混合時に、目視によって、「しっとり」した状態になっている、また、混合時に粉塵が舞わなくなる等で被覆されていると判断して行う。
ここでいう液状イソプレンゴムは、通常、軟化剤、粘着付与剤等として用いる粘度平均分子量が４０，０００以下の液状のイソプレン重合体であれば特に制限されない。本発明における液状イソプレンゴムは、より好ましくは、粘度平均分子量が２５０００〜３００００である。液状イソプレンゴムの粘度平均分子量が４０，０００を超えると、液状イソプレンゴムの粘度が高くなり、摩擦材組成物の個々の材料を液状イソプレンゴムで被覆しづらくなることから、カシューダストの偏析が防止できない傾向がある。
液状イソプレンゴムの粘度平均分子量は、以下のように測定できる。例えば、３０℃、トルエン中での極限粘度より算出できる。
粘度平均分子量４０，０００以下の液状イソプレンゴムは、例えば、（株）クラレ製のクラプレン（登録商標）に代表される液状のイソプレン重合体のうち、粘度平均分子量４０，０００以下のものを用いる。

本発明の摩擦材組成物を被覆するために用いられる液状イソプレンゴムの添加量は、摩擦材組成物の総量に対して０．５〜２０．０質量％が好ましい。より好ましくは１〜１５質量％である。液状イソプレンゴムの添加量が摩擦材組成物の総量に対して０．５質量％より少ないとカシューダストの偏析が防止できない傾向があり、２０．０質量％を超えると加熱加圧成形において液状イソプレンゴムが摩擦材組成物中の結合材の結合効果を抑制し、接着強度が低下する傾向がある。

本発明の摩擦材組成物の有機充填材としてのカシューダストを用いるが、本発明におけるカシューダストは、４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下とする。より好ましくは、４２５μｍ以上の粒径のものはできるだけ少ないのが好ましい。４２５μｍより大きい粒径が１質量％を超えて含有されるカシューダストを用いた場合には、液状イソプレンゴムによるカシューダストと他の配合材料との凝集力を高める効果が小さくなる傾向がある。
なお、カシューダスト中の４２５μｍ以上の粒径の含有量については、以下の方法により測定できる。例えば、カシューダスト材料を目開き４２５μｍの篩により篩分けし、篩上に残ったカシューダストの質量％を算出することにより測定可能である。４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下のカシューダストを得るには、目開き４５２μｍのふるいにより篩分けすればよい。
液状イソプレンゴム被覆によるカシューダストの偏析防止効果を効果的に発現するために、カシューダストの添加量は摩擦材全体に対して１０質量％以下が好ましい。より好ましくは２〜１０質量％である。カシューダストの添加量が１０質量％を超えると液状イソプレンゴムによる被覆効果及びカシューダストの粒径が小さいことによる偏析防止効果が低下し、本発明の目的を達成できない傾向がある。

本発明の摩擦材組成物は、前記カシューダスト以外の有機充填材を含んでいてもよい。本発明に用いられる有機充填剤としては摩擦材組成物に通常用いられる有機充填材が挙げられ、例えばタイヤゴム粉、アクリルゴム粉、ポリイソプレンゴム、ＮＢＲ、ＳＢＲ等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。

カシューダスト以外の前記有機充填材の含有量は、摩擦材組成物中に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繊維基質は、摩擦材組成物に通常用いられる繊維基質が挙げられる。例えば、鉱物繊維、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が挙げられるが、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、ガラス繊維を含有しないことが好ましい。

また、上述した無機繊維以外の繊維基質としては、セルロース繊維、炭素繊維、フェノール樹脂繊維、ポリイミド繊維等の有機繊維、またスチール繊維、銅繊維、黄銅繊維、アルミ繊維等の金属繊維が挙げられる。

本発明の摩擦材組成物に含まれる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。５質量％より少ないと摩擦材の強度低下の傾向があり、５０質量％を超えると対面材（相手材）への攻撃性が高くなる傾向がある。

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。
なお、これら結着材は、液状イソプレンゴムで被覆されやすくするため、軟化点が７０〜１００℃以上のものを用いること好ましい。

本発明になる摩擦材組成物に含まれる結合材の含有量は、摩擦材組成物において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、２０〜５０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。
摩擦材組成物が液状イソプレンゴムで被覆されるには、本発明における液状イソプレンゴム以外の摩擦材組成物の配合材料をレディーゲミキサー等で均一に混合した混合物に、液状イソプレンゴムを添加し、加圧ニーダー等で０．３〜１ＭＰａ加圧の条件下で、１〜１０分間混練することにより得られる。

本発明になる摩擦材組成物は、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。

本発明の摩擦材は、摩擦材組成物の配合材料を粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆する工程以外は、一般に使用されている方法を用いて製造することができ、詳細には、例えば、本発明における粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴム以外の摩擦材組成物の配合材料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、その後粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムを添加し、さらに加圧ニーダー等で０．３〜１ＭＰａ加圧の条件下、１〜１０分間混練し、個々の材料が液状イソプレンゴムで被覆された摩擦材組成物を得る。この摩擦材組成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の条件下２〜１０分間で成形し、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、成形において裏金との高い接着面積を有するため、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、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、摩擦材組成物の配合材料を粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆する工程以外は、一般に使用されている方法を用いることができる。具体的には粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴム以外の摩擦材組成物の配合材料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、その後液状イソプレンゴムを添加し、さらに加圧ニーダー等で０．３〜１ＭＰａ加圧の条件下、１〜１０分間混練し、個々の材料が液状イソプレンゴムで被覆された摩擦材組成物を得る。この摩擦材組成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の条件下２〜１０分間で成形し、得られた成形物を１５０〜２５０℃で２〜１０時間熱処理することにより裏金上に下張り材を得る。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１〜５及び比較例１〜６＞
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１の配合比率に従って、液状イソプレンゴム以外の配合材料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）で混合して均一とした混合物を得た。この混合物に表１の配合比率に従って粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムを添加し、加圧ニーダーを用い０．４９ＭＰａ加圧下で２分間混練して、個々の材料が液状イソプレンゴムで被覆された摩擦材組成物を得た。
液状イソプレンゴムが摩擦材組成物の個々の材料を被覆していることの確認は、混合時に、目視によって、「しっとり」した状態になっている、また、混合時に粉塵が舞わなくなる等で被覆されていると判断して行った。

個々の材料が液状イソプレンゴムで被覆された摩擦材組成物を成形プレス（王子機械工業（株）製）で予備成形した。また、裏金（ＳＡＰＨ４００）にフェノール・エポキシ系接着剤をスプレー塗布し、前記裏金状に約１５μｍの接着層を形成した。
得られた予備成形物を摩擦部材として用い、前記接着層を有する裏金とを成形温度１４５℃、成形圧力３０ＭＰａの条件で成形プレス（三起精工（株）製）を用いて６分間加熱加圧成形し一体化した。
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。

カシューダストＡ：東北化工製 ＦＦ１０５６、＋４２５μｍ ｍｅｓｈ：０質量％
カシューダストＢ：カシュー株式会社製 Ｈ９０４７、＋４２５μｍ ｍｅｓｈ：２質量％
カシューダストＣ：Ｃａｒｄｏｌｉｔｅ社製 ＣＡＲＤＯＬＩＴＥ ＮＣ−１０８、 ＋４２５μｍ ｍｅｓｈ：２０質量％
液状イソプレンゴムＡ：（株）クラレ製 クラプレンＬＩＲ−３０ 粘度平均分子量（Ｍｖ）２９，０００
液状イソプレンゴムＢ：（株）クラレ製 クラプレンＬＩＲ−５０ 粘度平均分子量（Ｍｖ）４７，０００
＜比較例７＞
実施例３において、カシューダストのみを先に液状イソプレンゴムで被覆し、その後の液状イソプレンゴムの添加をしないこと以外は、他の実施例と同様にディスクブレーキパッドを作製した。

（カシューダストの分散性の評価）
上記方法で混合した実施例１〜５及び比較例１〜７の摩擦材組成物の混合物を攪拌直後に目視により確認し、下記基準で評価した。その結果を合わせて表１に示す。
○： カシューダストは混合物中に均一に分散している。
△： カシューダストが偏析しているところが複数箇所みられる。
×： カシューダストが大きく偏析している。

（接着面積の測定）
前記の方法で作製した実施例１〜５及び比較例１〜７のディスクブレーキパッドを、ＪＩＳ Ｄ４４２２接着強度試験方法に従って評価し、摩擦部材と裏金の非接着面積すなわち、接着層と摩擦部材の間、接着層、接着層と裏金の間で破断した面積の合計の百分率（％）を評価した。その結果を合わせて表１に示す。
（接着強度の測定）
次に作製した実施例１〜５及び比較例１〜７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に示す。

配合量 ： 摩擦材組成物全体に対する質量％

表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、カシューダストの分散性や成形後の裏金との接着面積に優れた摩擦材が得られることが明らかである。

Claims (3)

1. 繊維基質、結合材、無機充填材及び有機充填材を含む摩擦材組成物において、前記有機充填材はカシューダストを含み、該カシューダストは、４２５μｍ以上の粒径が１質量％以下であり、且つ前記摩擦材組成物の個々の原料が、粘度平均分子量が４０，０００以下の液状イソプレンゴムで被覆され、
   前記液状イソプレンゴムは、前記摩擦材組成物全体に対して０．５〜２０．０質量％であり、
   前記カシューダストは、前記摩擦材組成物全体に対して１０質量％以下である摩擦材組成物。
2. 請求項１に記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
3. 請求項１又は２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。