(57)【要約】  本発明は、被覆された繊維であって、前記繊維は鉱物繊維であり、前記被覆はゴム及び黒鉛を含有する被覆繊維に関する。本発明は、さらに、前記被覆繊維を含有するブレーキパッド及びクラッチフェーシングに関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆された繊維であって、前記繊維は鉱物繊維であり、前記被覆はゴム及び黒鉛を含有することを特徴とする、被覆繊維。
【請求項２】
前記ゴムは、アクリル、ＮＢＲ、ＰＵＣ、ＳＢＲ、及びエポキシゴムからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の被覆繊維。
【請求項３】
前記被覆の厚さは０．１〜２０μｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の被覆繊維。
【請求項４】
前記繊維は、珪灰石繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、ストーンウール繊維、玄武岩繊維、連続玄武岩繊維、及び鉱物綿から加工した鉱物繊維、又はそれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の被覆繊維。
【請求項５】
前記繊維は、酸化物の含有量が重量で以下の範囲内であるストーン繊維であることを特徴とする、請求項４に記載の被覆繊維。
ＳｉＯ２  ２５〜５０％、好ましくは３８〜４８％
Ａｌ２Ｏ３  ４〜３０％、好ましくは１５〜２８％
ＴｉＯ２  ６％以下
Ｆｅ２Ｏ３  ２〜１５％
ＣａＯ  ５〜３０％、好ましくは５〜１８％
ＭｇＯ  ２０％以下、好ましくは１〜８％
Ｎａ２Ｏ  １５％以下
Ｋ２Ｏ  １５％以下
【請求項６】
前記繊維は、酸化物の含有量が重量で以下の範囲内であるストーン繊維であることを特徴とする、請求項４に記載の被覆繊維。
ＳｉＯ２  ３７〜４２％
Ａｌ２Ｏ３  １８〜２３％
ＣａＯ＋ＭｇＯ  ３４〜３９％
Ｆｅ２Ｏ３  １％以下
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ  ３％以下
【請求項７】
前記繊維の長さの平均は１００〜７５０μｍであることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の被覆繊維。
【請求項８】
前記繊維のアスペクト比は２０：１〜１５０：１であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の被覆繊維。
【請求項９】
前記黒鉛粒子サイズの平均は０．０１〜１５μｍであることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１０】
前記繊維は個々に被覆された遊離繊維の形状であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の被覆繊維。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の被覆繊維を含有する摩擦材。
【請求項１２】
ブレーキパッドであることを特徴とする、請求項１１に記載の摩擦材。
【請求項１３】
クラッチフェーシングであることを特徴とする、請求項１１に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆された繊維であって、前記繊維は鉱物繊維であり、前記被覆はゴム及び黒鉛を含有する被覆繊維に関する。本発明は、さらに、前記被覆繊維を含有するブレーキパッド及びクラッチフェーシングに関する。このような被覆鉱物繊維及びその製品は、熱伝導性を増加させ、摩擦／摩耗特性を改善させる。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブレーキパッドやクラッチフェーシングのような摩擦材に、良好な熱伝導性、亀裂抵抗、及び望ましい摩擦／摩耗特性を備えるために、銅がしばしば添加剤として使用されていた。特に、摩擦材の熱伝導性を改善することは、ブレーキをかけている間に熱を摩擦表面から取り除くために重要である。摩擦表面に熱が蓄積すると、これはブレーキが効かなくなるという問題を引き起こす可能性がある。さらに、熱の蓄積は、摩擦表面が過剰に劣化して、ブレーキパッドの摩耗が増加する可能性がある。
【０００３】
しかし、銅の使用についてのさらなる規制の観点から、銅を、「より環境に優しい」又はより環境に配慮すると同時に、こうした摩擦材に必要とされる独特な性質の組み合わせを維持する他の材料に置き換えて使用することが有益であろう。
【０００４】
特開平５−２４７４４６号公報に開示されるように、黒鉛はこのような代替品の一例である。特開平５−２４７４４６号公報は、例えば黒鉛のような充填材を含有する摩擦材を、ブレーキパッド、ブレーキライニング、及びクラッチフェーシングに使用することを開示している。このような摩擦材は、耐衝撃性を改善し、ブレーキの鳴きを低減する。しかし、黒鉛を充填材として摩擦材に単純に混合することは、良好な熱伝導性の提供にはしばしば不十分である。
【０００５】
国際公開２００７／１３６５５９号は、次のような外表面を有する電気的に絶縁された繊維、及び前記電気的に絶縁された繊維の外表面上に、カチオン性又はアニオン性のポリマー又はそれらの混合物と共に被覆された、剥離及び粉砕された黒鉛小板を含有する黒鉛被覆繊維を開示している。しかし、その繊維は、熱安定性に欠けることから、高温での使用に適しているとは考えられないであろう。
【０００６】
ゴムで被覆されたストーン繊維は、摩擦材の形成に使用されることで知られている。ゴムは、例えば車のブレーキに伴う鳴きの減少など、音響特性の改善の機能を果たす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の欠点のいくつかを克服するような、改良された実施形態の提供が望ましい。従って、本発明は、様々な用途、特にブレーキパッド及びクラッチフェーシングのような摩擦材において使用するために、熱伝導性を高めた被覆鉱物繊維を提供する。本発明は、これらの問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の側面によれば、被覆された繊維であって、前記繊維は鉱物繊維であり、前記被覆はゴム及び黒鉛を含有する被覆繊維が提供される。
本発明の第二の側面によれば、本発明の第一の側面による被覆繊維を含有する摩擦材が提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜鉱物繊維＞
鉱物繊維には、結晶質の材料と人造ガラス質繊維などの溶解工程によって形成される非晶質の材料が含まれる。繊維の例は、炭化ケイ素繊維、炭化ホウ素繊維、炭化ニオブ繊維などの炭化物繊維；窒化ケイ素繊維などの窒化物繊維；ホウ素繊維、ホウ化物繊維などのホウ素含有繊維；ケイ素繊維、アルミナ−ホウ素−シリカ繊維、Ｅ−ガラス（非アルカリ性アルモボロシリケート）繊維、鉱物ガラス繊維、非アルカリ性マグネシアアルモシリケート繊維、石英繊維、ケイ酸塩繊維、シリカ繊維、高シリカ繊維、アルミナ高シリカ繊維、アルモシリケート繊維、ケイ酸アルミニウム繊維、マグネシアアルモシリケート繊維、ホウケイ酸ソーダ繊維、ケイ酸ソーダ繊維、ポリカルボシラン繊維、ポリチタノカルボシラン繊維、ポリシラザン繊維、ヒドリドポリシラザン繊維、トバモライト繊維、ケイ酸サマリウム繊維、珪灰石繊維、ケイ酸アルミニウムカリウム繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、木炭繊維、などのケイ素含有繊維；ストーン繊維、玄武岩繊維、玄武岩長繊維；鉱物綿から加工した鉱物繊維；アパタルガイト繊維；等；それらが化学的又は物理的処理によって改質されたもの；ならびにそれらの混合物が挙げられる。
【００１０】
このような鉱物繊維の好ましい例は、Ｅ−ガラス繊維、鉱物ガラス繊維、珪灰石繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、ストーンウール繊維；玄武岩繊維、連続玄武岩繊維、及び鉱物綿から加工した鉱物繊維である。このような鉱物繊維のさらに好ましい例は、珪灰石繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、ストーンウール繊維；玄武岩繊維、連続玄武岩繊維、及び鉱物綿から加工した鉱物繊維である。ストーン繊維は、その高温耐性の点から、ブレーキパッドやクラッチフェーシングの用途に適しており、特に好ましい。
【００１１】
鉱物繊維の混合物として得られる主なものは、遊離した鉱物繊維からなる。ストーン繊維の混合物などの鉱物繊維の混合物は、典型的には、ショットなどの非繊維状の材料を一定量含み、その含有量は、用いられた製造工程によって変わる可能性がある。このような鉱物繊維の混合物は、市販されている。
【００１２】
鉱物繊維は、その繊維がブレーキパッドの形成に使用される場合には特に、ショットの含有量を減らすように加工される。好ましくは、組成物中に鉱物繊維と共に存在するショットは、繊維の総重量に対して重量で２０％以下である。最も好ましくは、ショットは重量で５％以下であり、最も好ましくは、生成される鉱物繊維中に存在するショットは重量で１％以下であり、さらにより好ましくは、鉱物繊維中に存在するショットは重量で０．２％以下である。ショットは、粒子の直径が１２５μｍよりも大きな固体装入物である。得られる鉱物繊維中のショットの量の減少は、鉱物繊維の混合物のうち、繊維からなる割合が増加することを意味する。さらに、生成される製品に存在するショットが少なく、従って高品質の製品が得られる。
【００１３】
適切なストーン繊維中の酸化物の含有量は、重量で以下の通りである。
ＳｉＯ２  ２５〜５０％、好ましくは３８〜４８％
Ａｌ２Ｏ３  ４〜３０％、好ましくは１５〜２８％
ＴｉＯ２  ６％以下
Ｆｅ２Ｏ３  ２〜１５％
ＣａＯ  ５〜３０％、好ましくは５〜１８％
ＭｇＯ  ２０％以下、好ましくは１〜８％
Ｎａ２Ｏ  １５％以下
Ｋ２Ｏ  １５％以下
【００１４】
本発明で使用される好ましい繊維中の酸化物含有量は、重量で以下の範囲内である。
ＳｉＯ２  ３７〜４２％
Ａｌ２Ｏ３  １８〜２３％
ＣａＯ＋ＭｇＯ  ３４〜３９％
Ｆｅ２Ｏ３  １％以下
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ  ３％以下
【００１５】
本発明で使用される繊維の平均直径は、通常２〜５０μｍ、好ましくは２〜２５μｍ、さらにより好ましくは２〜１０μｍである。好ましい他の実施形態では、繊維の平均直径は５〜６μｍである。本発明によれば、繊維の直径の平均は、走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡を用いて少なくとも５００の繊維の直径を計測することにより、代表的なサンプルとして決定される。
【００１６】
本発明で使用される繊維の平均の長さは１００〜７５０μｍであってよく、好ましくは１００〜５００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍ、さらにより好ましくは１００〜２００μｍである。繊維の長さの平均は、走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡を用いて少なくとも５００の繊維の長さを計測することにより、代表的なサンプルとして決定される。
【００１７】
繊維のアスペクト比は１０：１〜１５０：１の範囲であってよく、好ましくは２０：１〜７５：１、さらにより好ましくは２０：１〜５０：１である。ここで使われるアスペクト比とは、繊維の直径に対する長さの比を言う。
【００１８】
本発明で使用される市販の鉱物繊維の例は、Lapinus Fibres（オランダ）製のCoatForce（登録商標）CF10、Lapinus Fibres BV（オランダ）製のCoatForce（登録商標）CF30、Lapinus Fibres BV（オランダ）製のCoatForce（登録商標）CF50、Lapinus Fibres BV（オランダ）製のRockforce（登録商標）MS603-Roxul（登録商標）1000、Lapinus Fibres BV（オランダ）製のRockforce（登録商標）MS610-Roxul（登録商標）1000、Lapinus Fibres BV（オランダ）製のRockBrake（登録商標）RB215-Roxul（登録商標）1000が挙げられる。
【００１９】
その他の繊維としては、Vitrostrand 1304及び1320K、PMF（登録商標）204（Isolatek）、Perwolle（Isola Mineralwolle）、Thermafiber FRF（Thermafiber）でもよい。
【００２０】
繊維は、カスケードスピナ又はスピニングカップのような標準的な方法により製造できる。しかし、所望の長さの分布の繊維を得るため、通常は、標準的に製造された繊維をさらに処理する必要がある。
【００２１】
好ましい実施形態では、繊維は、生理的状況下、特に哺乳類の呼吸器組織（肺）において、さらに特に哺乳類がヒトの場合に、生分解性がある。生分解性の程度は、国際公開９６／１４４５４号に記載されるように試験された場合、少なくとも２０ｎｍ／日、例えば少なくとも３０ｎｍ／日が好ましく、少なくとも５０ｎｍ／日が特に好ましい。適切な生分解性繊維の例は、国際公開９６／１４４５４号及び国際公開９６／１４２９４号に記載されているものが挙げられる。その具体例は、市販されているLapinus Fibres BV（オランダ）製のRockBrake（登録商標）RB215-Roxul（登録商標）1000である。
【００２２】
＜黒鉛＞
黒鉛は、高結晶質の炭素の一種である。ここで使用できる黒鉛は、実質的には米国特許第５，１３９，６４２号に記載されているようなものである。本発明で使用される黒鉛は、合成物でも天然産でもよい。合成黒鉛は、特に好ましく、高圧及び高温で炭素を処理することによって作成された黒鉛を言う。剥離黒鉛、膨張黒鉛、又は層間黒鉛のような特殊な黒鉛は、本発明で使用される黒鉛の目的には好ましくない。黒鉛は、粉末形状又は分散体形状のいずれの形状で供給されても良い。従って、本発明に有用と考えられる市販の黒鉛及び黒鉛の分散体のうち適切なものは、日本、東京の昭和電工（株）が販売しているULTRAFINE GRAPHITE；AQUADAGE E；ニュージャージー州アスベリーのAsbury Graphite Mills Inc.が販売しているMICRO 440；同じくAsburyが販売しているGRAPHITE 850；イリノイ州、ハーベイのMetal Lubricants Companyが販売しているGRAFO 1204B；ニュージャージー州、レイクハーストのDixon Productsが販売しているGRAPHOKOTE 90；日本、石山の日本黒鉛工業株式会社が販売しているNIPPON AUP (0.7μm)；米国、オハイオ州のTIMCAL Graphite & Carbonが販売しているTIMREX（登録商標）E-LB 2053；及びその他同様の電気的及び分散特性を有するものを含む。
【００２３】
黒鉛は、好ましくは粒子サイズの平均が０．０１〜１５μｍの範囲内であり、より好ましくは０．１〜５μｍであり、さらにより好ましくは０．１５〜３μｍである。性能と分散しやすさの観点から、このサイズの範囲内ではより小さな粒子が好ましい。適切な粒径の黒鉛粒子は、５０μｍよりも大きな粒径の原料黒鉛を湿式粉砕又は製粉して、より細かい粒子のスラリーを形成することによって調製できる。適切なサイズの黒鉛粒子は、既に微細な炭素含有粒子を黒鉛化することによって形成されてもよい。
【００２４】
ゴム被覆内の黒鉛粒子が一定な分散体を得るため、黒鉛はゴム被覆内に均一に分布していることが好ましい。このような均一な分布は、生成される被覆の熱伝導性の増加に寄与する。
【００２５】
被覆された繊維の総重量に対して、黒鉛は０．１〜１０重量％存在することが好ましく、０．２〜５重量％が好ましく、０．５〜３重量％がさらにより好ましい。
【００２６】
黒鉛：ゴムの比は、好ましくは１：１〜１：１５であり、より好ましくは１：２〜１：８である。
【００２７】
＜ゴム＞
本発明で使用されるゴムは、ラテックス組成物に由来するものを用いてもよい。つまり、“ラテックス”の単語は、水の存在下で形成されるポリマー粒子の分散体又は乳濁液を含む組成物を言う。
【００２８】
繊維上への被覆の形成には、当業者に既知の任意のゴムを使用して良い。ゴムは、天然ゴムでも合成ゴムでも良い。本発明の好ましい態様において、ゴムは架橋されており、アクリル、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＰＵＣ（ポリウレタンカーボネート）、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）及びエポキシゴムからなる群より選択される。従って、本発明に有用と考えられる適切な市販のゴムは、米国テキサス州のCelanese Corporationが販売しているVinacryl 4025を含む。
【００２９】
ゴム被覆の厚さは、好ましくは０．１〜２０μｍであり、さらに好ましくは０．１〜１０μｍである。
【００３０】
＜他の成分＞
本発明で使用される被覆組成物には、他の成分がさらに存在していても良い。特に、黒鉛が分散体の形状で供給される場合には、１又は複数の安定剤及び／又は分散剤が使用されても良い。
【００３１】
＜被覆繊維＞
本発明の被覆繊維は、個々に被覆された遊離繊維であることが好ましく、すなわち、凝集体の形状ではなく、繊維が互いに接着しないような方法で被覆されていることが好ましい。このような被覆繊維は、ブレーキパッドの基材などの摩擦材に使用するための組成物に混合される。
【００３２】
このようなブレーキパッド基材の組成物は、被覆繊維以外に、他の成分を含んでも良い。このような成分としては、バライト、樹脂、フリクションダスト、アラミド、ストーン繊維及び／又は金属繊維などの他の繊維、酸化鉄、アルミナ、二酸化ジルコニウム、及び二硫化モリブデンのうち、１または複数を含んでよい。
【００３３】
＜被覆方法＞
繊維は、ゴム及び黒鉛を含有する被覆組成物を用いて、当業者に既知の任意の方法により被覆されてよい。被覆組成物は、ラテックスの形状で繊維に塗布されることが好ましい。
【００３４】
例えば、被覆繊維は、次のように形成できる：
ａ）黒鉛を液体溶媒中のゴムの分散体の中に混合する。分散体は、溶液であってもよいが、ラテックス、すなわち水が連続相であって、浮遊液を形成することが好ましい；
ｂ）前記浮遊液を用いて、流体、例えば気体中に浮遊させた鉱物繊維を被覆する；
ｃ）２相系、例えば気体中に浮遊させた状態で、被覆を硬化させ、ゴム及び黒鉛の固形被覆を形成する。
【００３５】
液体溶媒は、水、水性の液体、又は有機溶媒、例えばアルコールが好ましい。最も好ましくは、液体溶媒は水である。
【００３６】
工程ａ）において目的とする浮遊液を提供するために、超音波を用いて黒鉛粒子を液体溶媒中のゴムの分散体と混合しても良い。
【００３７】
被覆工程ｂ）は、鉱物繊維に黒鉛の浮遊液を吹き付ける又は浸漬して塗ることによって実行されてもよい。鉱物繊維が浸漬法を用いて被覆される場合、過剰な黒鉛浮遊液を除去するために、繊維は任意で水に浸漬されても良い。被覆の時間は、好ましくは２〜１００秒であり、さらに好ましくは５〜５０秒であり、さらにより好ましくは５〜２０秒である。
【００３８】
硬化の工程は、例えばゴムの乾燥による液体の除去を含んでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の被覆繊維は、熱伝導性の向上が必要とされる用途において特に有用である。これは、ゴムの被覆内に黒鉛を混合することに起因する。
好ましい実施形態では、被覆繊維は、ブレーキパッドやクラッチフェーシングのような様々な摩擦材に組み込まれる。
【００４０】
本発明の被覆鉱物繊維を使用することの利点は、被覆により黒鉛が確実に鉱物繊維に近接して位置するので、より効果的な熱伝導性が得られることである。このことは、被覆繊維はブレーキパッドやクラッチフェーシングのような摩擦材において特に有用であることを意味している。摩擦材に使用される場合、本発明の繊維は、非被覆繊維及び黒鉛を摩擦材に使用する場合に比べて、より効果的な熱伝導を有する。これは、被覆繊維が摩擦材の内部にネットワークを形成することによって効果的な熱伝導性を与える一方で、非被覆繊維及び黒鉛は、摩擦材の内部にネットワークを形成しないことに起因する。従って、本発明の摩擦材は、非被覆繊維及び黒鉛が使用された場合と比較して、熱伝導を得るために銅などの他の伝導材料の必要性が低い。
【実施例】
【００４１】
以下の本発明の実施例は単なる例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００４２】
＜実施例１＞
被覆に使用される黒鉛は、黒鉛の含有量が２５〜２９％である高純度合成黒鉛の分散体の形状である。粒子サイズは、０．１〜２．１ミクロンである。
ラテックスは、５０％の固形ゴムを含むＳＢＲゴム系であり、粒子サイズは０．１５〜０．２５ミクロンである。
繊維は、長さが１２５〜１７５ミクロン、ショットの含有量（＞１２５ミクロン）が０〜０．５％のストーン繊維である。
【００４３】
黒鉛の浮遊液は、さらに水で分散され、このときの水と黒鉛浮遊液の比は１：１である。次いで、ラテックスと黒鉛は混合され、得られた混合物は繊維の表面に分散される。被覆繊維は、続いて、水分含有量が１％以下となるように乾燥される。
【００４４】
各被覆繊維は、繊維の全重量に対して、約４重量％のゴム及び１重量％の黒鉛を含有する。
【００４５】
熱伝導性を計測するために、被覆繊維は一般的にブレーキパッドに使用される樹脂と混合され、次いで、４回のガス抜きサイクルを伴って１６５℃で１０ＭＰａの条件下で７分間圧縮される。その後、ブレーキパッドは均等な厚さ及び気孔率に圧縮され、平面度が確認される。
【００４６】
計測のため、被覆繊維及び樹脂を含むパッドは加熱プレート上に設置される。プレートは５００℃の一定温度である。計測の間、加熱プレート上に設置されたパッドは絶縁されている。熱電対及びサーモロガーを用いて、ブレーキパッドの上側の温度が計測及び記録される。
【００４７】
データより、加熱曲線の１００〜３００℃の間の傾きが決定される。そして、熱伝導性は、この温度範囲内での温度の増加率として定義される。熱伝導性の計測の結果は下の表に示される。
【００４８】
＜実施例２＞
実施例１の方法を用いて、被覆繊維の作成及びその繊維を使用したブレーキパッドの形成が行われた。実施例２においては、ラテックスは５０％の固形ゴムを含むアクリルゴム系であり、粒子サイズは０．２０〜０．２５ミクロンである。黒鉛は、実施例１のものである。実施例１の方法と同様にして、ブレーキパッドの熱伝導性が計測された。熱伝導性の計測の結果は下の表に示される。
【００４９】
＜比較データ＞
実施例１の方法を用いて、非被覆繊維を使用したブレーキパッドが形成された。実施例１の方法と同様にして、ブレーキパッドの熱伝導性が計測された。熱伝導性の計測の結果は下の表に示される。
【００５０】
熱伝導性の計測の結果は下の表に示される。
【００５１】
【表１】
2015532665.tif 000002
【００５２】
表より、被覆繊維を含むブレーキパッドは、非被覆繊維を含むブレーキパッドと比較して、熱伝導性が約３０％増加したことがわかる。
【国際調査報告】
2015532665.tif 000003
2015532665.tif 000004
2015532665.tif 000005