(57)【要約】【課題】フェード抑制、高温摩擦に優れ、低温域まで摩擦係数が安定化し、ブレーキ鳴きを抑制し、高強度、高熱伝導率、高減衰率を摩擦材に付与できる有機系摩擦調整材、及び前記有機系摩擦材を含有する、優れた性能を有する摩擦材を提供する。【解決手段】摩擦材に用いられる有機系摩擦調整材であって、該摩擦調整材がアラミド樹脂中に薄層化された黒鉛粒子が分散されてなる複合材粒子からなるものであることを特徴とする有機系摩擦調整材、及びアラミド樹脂中に黒鉛粒子が薄層化されて分散された複合材粒子からなる有機系摩擦調整材を含有すること特徴とする摩擦材。前記アラミド樹脂が、ポリパラフェニレンテレフタルアミドであること、前記アラミド樹脂に対する黒鉛粒子の配合比率が、５〜５０質量％であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦材に用いられる有機系摩擦調整材であって、該摩擦調整材がアラミド樹脂中に薄層化された黒鉛粒子が分散されてなる複合材粒子からなるものであることを特徴とする有機系摩擦調整材。
【請求項２】
前記アラミド樹脂が、ポリパラフェニレンテレフタルアミドであることを特徴とする請求項１記載の有機系摩擦調整材。
【請求項３】
前記アラミド樹脂に対する黒鉛粒子の配合比率が、５〜５０質量％であることを特徴とする請求項１記載の有機系摩擦調整材。
【請求項４】
前記摩擦調整材の平均粒径が５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の有機系摩擦調整材。
【請求項５】
アラミド樹脂中に薄層化された黒鉛粒子が分散された複合材粒子からなる有機系摩擦調整材を含有すること特徴とする摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに用いられる摩擦材に関するものであり、特に摩擦材に配合される有機系摩擦調整材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、あるいはクラッチなどに使用される摩擦材は、摩擦作用を与え、かつその摩擦性能を調整する摩擦調整材、補強作用をする繊維基材、これらを一体化し強度を与える結合材などの材料からなっている。
その中で、摩擦材の摩擦特性を調整する材料としては摩擦調整材及び固体潤滑材があるが、これらにも無機系と有機系とがあり、それぞれの特徴があって、１種類ではすべての要求を満足することが難しいので、通常２種類以上のものが組み合わされて使用されている。そして、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、銅、アルミニウム、亜鉛等の無機系摩擦調整材、ゴム粉や樹脂粉等の有機系摩擦調整材を、また固体潤滑材としては、例えば黒鉛や二硫化モリブデン等を挙げることができる。ところで、従来のブレーキ用摩擦材には、有機系摩擦調整材としてカシューダストなどが用いられてきた（特許文献１及び２参照）。カシューダストなどの有機系摩擦調整材は、相手材温度約２００〜２５０℃で摩擦面で液化し、潤滑作用をすることによって、摩擦材・相手材の摩耗防止や、摩擦係数の安定化、ノイズ防止などに寄与する。
【０００３】
また、特許文献３では、有機系摩擦調整材としてアラミド樹脂粉末を用いて、高温での摩耗特性を改良する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１１２３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９６５３号公報
【特許文献３】特開２００２−２９４２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カシューダストは熱分解開始温度が低いため、３００℃以上の高温時においてフェード現象による摩擦係数の低下や摩耗の増大が起こる一因となっている。また、上記に挙げたカシューダスト又はアラミド樹脂粉末からなる有機系摩擦調整材は、いずれも静摩擦係数が大きいためにスティックスリップ現象が起こりやすく、ブレーキ鳴きの原因となりやすいという問題点を有している。
【０００５】
従って、本発明の第一の課題は、フェード抑制、高温摩擦に優れ、低温域まで摩擦係数が安定化し、ブレーキ鳴きを抑制し、高強度、高熱伝導率、高減衰率を摩擦材に付与できる有機系摩擦調整材を提供することである。
又、本発明の第二の課題は、上述の特性を備えた有機系摩擦調整材を含有することにより、上記の優れた性能を有する摩擦材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）摩擦材に用いられる有機系摩擦調整材であって、該摩擦調整材がアラミド樹脂中に薄層化された黒鉛粒子が分散されてなる複合材粒子からなるものであることを特徴とする有機系摩擦調整材。
（２）前記アラミド樹脂が、ポリパラフェニレンテレフタルアミドであることを特徴とする前記（１）記載の有機系摩擦調整材。
（３）前記アラミド樹脂に対する黒鉛粒子の配合比率が、５〜５０質量％であることを特徴とする前記（１）記載の有機系摩擦調整材。
（４）前記摩擦調整材の平均粒径が５０〜５００μｍであることを特徴とする前記（１）記載の有機系摩擦調整材。
（５）アラミド樹脂中に薄層化された黒鉛粒子が分散された複合材粒子からなる有機系摩擦調整材を含有すること特徴とする摩擦材。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機系摩擦調整材は、空気中熱分解温度が、アラミド樹脂において高く、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）の場合が５５０℃であり、またそれに分散させる黒鉛が６００℃であるため、ともに熱分解開始温度が高く、それによりフェード抑制、高温摩耗改善に効果があり、低温域から高温域まで摩擦係数が安定化する。
また、ＰＰＴＡ中に分散した黒鉛の潤滑効果により静摩擦係数が小さくなるためブレーキ鳴きを抑制する。
更に、ＰＰＴＡ中に薄層化分散した黒鉛により高強度、高熱伝導率、高減衰率などの効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、アラミド樹脂としては各種のものを用いることができるが、中でも例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）が好ましく用いられる。好ましい具体例を挙げれば、ＰＰＴＡ中に黒鉛粒子が薄層化して分散している形態を特徴とする有機系摩擦調整材である。
黒鉛は、その構造からいって薄層化しやすいものではあるが、薄層化した黒鉛粒子を得るためには、黒鉛を処理することが必要であって、最も容易な方法は黒鉛を硫酸で処理する処理方法であるが、その他の方法も知られている。黒鉛を硫酸で処理した場合、硫酸黒鉛層間化合物（Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ＝  ＧＩＣ）が形成される、と言われている。
【０００９】
上記の硫酸−黒鉛層間化合物（ＧＩＣ）は、硫酸中に黒鉛を浸漬し酸化剤を加えることで合成し、黒鉛層間に硫酸分子が挿入された構造を有し、黒鉛層間距離が拡大しているため、ＰＰＴＡ分子が黒鉛層間に挿入しやすくなっている。前記ＧＩＣは他の方法によっても製造することができる。
そして、上記有機系摩擦調整材は、ＰＰＴＡの硫酸溶液と硫酸黒鉛層間化合物（ＧＩＣ）の硫酸溶液とを混合後、混合液を水中またはアルカリ溶液中に滴下中和、固化した後に乾燥して合成する。ＰＰＴＡは硫酸に可溶であるために、この性質を利用して、ＰＰＴＡの硫酸溶液としてＧＩＣの硫酸溶液ないしスラリとよく混合させることができる。
【００１０】
アラミド樹脂には、パラ型、メタ−パラ型及びメタ型の３種類あることが知られている。
・パラ型アラミド樹脂
パラ型アラミド樹脂（ＰＰＴＡ）から作られるＰＰＴＡ繊維の代表であるケブラーは、デュポン社が製造しており、トワロンはケブラーと同種構造のアラミドで、トワロンプロダクツ社が製造している。
【００１１】
・メタ−パラ型アラミド樹脂
テクノーラは、ケブラーの主鎖に第３成分を共重合して溶解性を向上させたもので、ジアミン成分の約５０モル％が３，４−ジアミノジフェニルエーテルとなっている共重合体である。テクノーラは共重合型であるため、熱的性質はホモポリマーのＰＰＴＡ樹脂には及ばない。
【００１２】
・メタ型アラミド樹脂
メタフェニレン基を構成単位とするメタ型アラミド樹脂は、分子構造が曲がっているため、パラ型アラミド樹脂と較べて強度と弾性率の点で劣るが、防炎性、耐熱性、耐候性、耐薬品性などが優れている。メタ型アラミド樹脂からなる繊維の市販品の一つであるノーメックスは、１９６０年にデュポン社により開発された代表的なメタ型アラミド繊維である。主原料はメタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドである。また、コーネックスは帝人社が製造しているもので主原料はメタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドで、脱塩酸縮重合でポリマーを製造しており、石綿代替、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などに使用されている。
【００１３】
アラミド樹脂粉末としては、平均粒径１０〜２０００μｍ、好ましくは３０〜５００μｍの物を用いることができる。
また、有機摩擦調整材であるアラミド樹脂中に黒鉛粒子が薄層化されて分散されてなる複合材粒子中の、前記アラミド樹脂に対する黒鉛粒子の配合比率が５〜５０質量％であることが好ましい。ここで、黒鉛粒子の配合比率が５質量％未満では静摩擦系数が大きいままになり、スティックスリップ現象が起こりやすく、ブレーキ鳴きの原因となりやすい欠点を生じる。一方、５０質量％を超えると、平均摩擦係数が小さくなりブレーキが効き難くなるという欠点を生じる。
【００１４】
本発明の有機系摩擦調整材は、先に記述したように、ＰＰＴＡの硫酸溶液とＧＩＣの硫酸溶液を混合後、混合液を水中またはアルカリ溶液中に滴下中和、固化した後に加熱乾燥して硬化する。最後に得られた硬化物を粉砕して有機系摩擦調整材とする。粉砕された有機系摩擦調整材の粒径は特に限定されたものではなく、摩擦材に要求される特性などに応じて適宜定めることができるが、摩擦材原料混合時の分散性の悪化を避けるため、５０〜５００μｍであることが望ましく、平均粒径を１４０〜２６０μｍ程度にそろえることが更に望ましい。
【００１５】
また、本発明は、上記の有機系摩擦調整材を含有する摩擦材に関するものである。
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使用され、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ミック繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が使用され、また金属繊維としては例えば銅繊維やスチール繊維が使用される。無機充填材としては、硫酸バリウムや炭酸カルシウム等の粒子が使用される。
【００１６】
結合材としては、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、エポキシ樹脂等が使用される。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、銅、アルミニウム、亜鉛等の無機系摩擦調整材や、ゴム粉、樹脂粉等の有機系摩擦調整材が使用される。固体潤滑材としては、例えばグラファイトや二硫化モリブデン等が使用される。
補強用の繊維基材は、摩擦材全体の１５〜４０質量％、摩擦調整材が１０〜２５質量％、充填材が３５〜７０質量％、結合材が６〜２４質量％とするのが好ましい。
【００１７】
上記したように本発明の摩擦材においては、摩擦調整材が２〜１５質量％含有されることが好ましい。
【００１８】
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ドの製造工程の場合においては、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、摩擦調整材及び結合材等の粉末原料とを配合し、撹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を加え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。
【実施例】
【００１９】
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。
【００２０】
実施例１〜３、比較例１〜４
（有機系摩擦調整材の合成）
１）ビーカーに天然鱗状黒鉛、濃硫酸、酸化剤として濃硝酸を投入して常温で２４時間撹拌し硫酸−黒鉛層間化合物のスラリを作製した。
２）ビーカーにＰＰＴＡ（商品名ケブラー）と濃硫酸を投入して撹拌後、硫酸−黒鉛層間化合物のスラリを加えて３０分撹拌し混合溶液を得た。
３）ステンレス容器に蒸留水１０リットルを準備し、撹拌しながら上記２）の混合溶液を滴下して直径２ｍｍ程度のＰＰＴＡと黒鉛が複合化した粒子を回収した。
４）回収した粒子をオーブン中で１２０℃で８時間乾燥した後、粉砕・分級して平均粒径２００μｍの有機系摩擦調整材を得た。
５）第１表に示す配合内容で上記操作を行い、ＰＰＴＡと黒鉛の複合比率の異なる５種類の有機系摩擦調整材Ａ〜Ｅを合成した。
【００２１】
【表１】
2008274089.tif 000002
【００２２】
（摩擦材の製造）
実施例１〜３及び比較例１〜４の摩擦材は、第２表に示す配合により製造した。
第２表に示す配合をミキサーで混合後、混合物を予備成形型に投入し常温、３０Ｍｐａで圧縮成形して予備成形を行った。次いで、予備成形体と、予め接着剤を塗布したプレッシャプレートとを熱成形型にセットし、１５０℃、４０Ｍｐａで５分間加熱圧縮成形を行った。得られた熱成形体を２２０℃で３時間熱処理し摩擦材を得た。
【００２３】
【表２】
2008274089.tif 000003
【００２４】
（摩擦材の評価）
実施例１〜３及び比較例１〜４で得られた摩擦材を下記項目について評価した。
１）温度別摩擦試験
実施例１〜３及び比較例１〜４の摩擦材からテストピースを切出し、テストピース用摩擦試験機を用いて下記条件で試験を行い平均摩擦係数と摩耗率を比較した。
相手材：ＦＣ２５０
摩擦温度（相手材温度）：１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、
摩擦回数：５００回
初速度：１５ｍ／ｓｅｃ
減速度：２．９４ｍ／ｓｅｃ２
２）フェード試験
実施例１〜３及び比較例１〜４の摩擦材からテストピースを切出し、テストピース摩擦試験機でＪＡＳＯ−Ｃ４０６−８２に準拠して試験を行い、第１フェードの最小摩擦係数を比較した。
３）ブレーキ鳴き試験
実施例１〜３及び比較例１〜４の摩擦材を実車に装着し、ＪＡＳＯ−Ｃ４０６に準拠して摺り合せを行い、車速：５〜６０ｋｍ／ｈ、減速度：０．４９〜７．８４ｍ／ｓｅｃ２、摩擦温度：２０℃〜２００℃、絶対湿度：５〜１５ｇ／ｍ３を組合せた試験コードで試験を行い、ブレーキ鳴きの発生の有無を比較した。
（試験結果）
これらの試験結果を第３表に示す。
【００２５】
【表３】
2008274089.tif 000004
【００２６】
第３表の結果から、本発明の実施例１〜３の摩擦材は摩擦温度による摩擦係数の変化が少なく、耐摩耗性にも優れていることが確かめられた。
フェード試験での摩擦係数の低下やブレーキ鳴きの発生もなく、顕著な摩擦材性能の改良効果が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の有機系摩擦調整材は、構成素材の空気中での熱分解開始温度が従来のカシューダストに比べて格段に高い。従って、この摩擦調整材を含有する摩擦材は、フェード抑制、高温摩耗改善効果が大きく、低温域から高温域まで摩擦係数が安定化し、しかもＰＰＴＡ中に分散した黒鉛により静摩擦係数が小さくなるのでブレーキ鳴きが抑制され、高強度、高熱伝導率、高減衰率などの改良効果が認められ、摩擦材の製造工程に本発明により製造された有機系摩擦調整材が採用される可能性は大きい。