(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層又は下層に結合した第２層又は上層を含む非アスベスト摩擦材料に用いるための二層繊維質基材であって、第１層がポリエチレンテレフタレート繊維と、綿繊維と、充填材とを含み；第２層が多孔質活性炭又は多孔質炭素（多孔質活性炭を除く）と、綿繊維と、アラミド繊維と、任意の合成グラファイトと、任意の充填材と、任意の加工助剤とを含む二層繊維質基材。
【請求項２】
第２層が結合二層の総厚さの２％〜５０％を占める、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項３】
第１層が、第１層の重量に基づく重量％で、５％〜３０％のポリエチレンテレフタレート繊維と、０％を超えて６０％までの綿繊維と、１０％〜４０％の充填材と、０％〜２０％の摩擦粒子と、０％〜３％のラテックス型加工助剤とを含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項４】
第２層が、第２層の重量に基づく重量％で、０％を超えて５５％までの綿繊維と、５％〜４５％のアラミド繊維と、０％を超えて４０％までの多孔質活性炭又は多孔質炭素（多孔質活性炭を除く）と、０％〜４０％の充填材と、０％〜２０％の合成グラファイトとを含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項５】
フェノール樹脂若しくは改質フェノール樹脂、シリコーン若しくは改質シリコーン樹脂、又はフェノール樹脂若しくは改質フェノール樹脂とシリコーン若しくは改質シリコーン樹脂とのブレンドを含浸させた、請求項１記載の二層繊維質基材を含む非アスベスト摩擦材料。
【請求項６】
エポキシフェノール改質樹脂を含浸させた、請求項５記載の二層繊維質基材を含む非アスベスト摩擦材料。
【請求項７】
摩擦材料が３０重量％〜６５重量％の樹脂を含む、請求項５記載の摩擦材料。
【請求項８】
クラッチフェーシングの形状の摩擦要素である、請求項６記載の非アスベスト摩擦材料。
【請求項９】
ブレーキ片ライニングの形状の摩擦要素である、請求項６記載の非アスベスト摩擦材料。
【請求項１０】
ポリエチレンテレフタレート繊維と、綿繊維と、充填材とを含む第１層を形成する工程と；多孔質活性炭又は多孔質炭素（多孔質活性炭を除く）と、綿繊維と、アラミド繊維と、任意の充填材と、任意の合成グラファイトとを含む第２層を第１層に接着させる工程とを含む、非アスベスト摩擦材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は高性能二層繊維質基材(fibrous base material)に関する。繊維質基材は、湿式製紙プロセス中に接合する第１層と第２層とを有する。二層繊維質基材は摩擦材料用途に有用である。
【０００３】
本発明の二層摩擦材料は増強された動摩擦と耐摩耗性の特性を有する。本発明の二層摩擦材料は高い耐久性を有し、慣用的な単層摩擦材料よりも製造に費用がかからない。
【背景技術】
【０００４】
新規な、進歩した伝動系と制動系が自動車産業によって開発中である。これらの新規な系はしばしば、高いエネルギー必要量を伴う。それ故、これらの進歩した系の増加するエネルギー必要量を満たすための摩擦材料テクノロジーも開発されなければならない。
【０００５】
特に、新規な高エネルギー型摩擦材料が必要である。この新規な高エネルギー型摩擦材料は、表面速度が約６５ｍ／秒までになる高速度に耐えることができなければならない。また、摩擦材料は約１５００ｐｓｉまでの高いフェーシングライニング圧力(facing lining pressure)に耐えることができなければならない。摩擦材料が限定された潤滑条件下で有用であることも重要である。
【０００６】
摩擦材料は、進歩した伝動系と制動系とにおいて有用であるためには、耐久性であり、高度な耐熱性を有さなければならない。摩擦材料は高温において安定に留まるのみでなく、運転状態中に発生される高熱を迅速に消散させることもできなければならない。
【０００７】
新規な伝動系と制動系の係合及び分離(engagement and disengagement)中に生ずる高速度は、係合全体を通して比較的定常な摩擦を維持することができなければならないことを意味する。１つのギヤーから他のギヤーへの力シフト中の制動又は伝動系の材料の“震動(shuddering)”を最小にするために、広範囲な速度及び温度にわたって摩擦係合が比較的定常であることが重要である。
【０００８】
以前には、温度安定性のためにアスベスト繊維が摩擦材料中に含まれた。例えば、Ａｒｉｅｄｔｅｒ等の米国特許第３，２７０，８４６号はフェノール樹脂及びフェノール改質樹脂と、アスベストとの併用を述べている。しかし、現在では、健康と環境の問題のために、アスベストはもはや用いられていない。さらに最近の摩擦材料は、含浸用の紙又は繊維材料をフェノール樹脂又はフェノール改質樹脂によって改質することによって摩擦材料中のアスベストの欠如を克服しようと試みている。しかし、これらの摩擦材料は高い発生熱を消散させず、必要な耐熱性を有さず、現在開発中の高速度系中に用いるために現在必要とされる高摩擦係数の性能を満たしていない。
【０００９】
摩擦材料が使用中に例えばブレーキ液又は自動伝動液(automatic transmission fluid)のような液体によって“湿潤される”又は含浸されるような“湿式(wet)”用途に、摩擦材料はしばしば用いられる。“湿式”摩擦材料はそれらの組成及び物理的特性において“乾式”摩擦材料とは非常に異なる。
【００１０】
摩擦材料が“湿式”用途に有用であるためには、摩擦材料は非常に多様な許容される特性を有さなければならない。摩擦材料は弾力性又は弾性であり、しかも圧縮残留歪み(compression set)、摩耗及び応力に対して耐性であり；高度な耐熱性を有し；熱を迅速に消散させることができ；長時間持続する、安定で、一貫した摩擦性能を有さなければならない。これらの特性のいずれかが満たされないならば、摩擦材料の最適性能は満たされない。
【００１１】
したがって、高エネルギー用途の摩擦材料を形成するために適当な摩擦ライニング又は繊維質基材を用いることも重要である。摩擦材料は含浸中に湿潤樹脂によって飽和されるとき及び使用中にブレーキ液又は伝動液によって飽和されるときの両方において良好な剪断強度を有さなければならない。
【００１２】
ある一定の用途においては、摩擦材料が使用中に高い流体透過容量(fluid permeation capacity)が存在するような、高い多孔度を有することも重要である。
したがって、摩擦材料が多孔質であることのみが重要ではなく、摩擦材料は圧縮可能でなければならない。摩擦材料中に浸透した流体は制動又は伝動の操作中に加えられる圧力下で摩擦材料から迅速に圧搾されるか又は放出されることができなければならず、しかもライニング材は圧潰してはならない。摩擦材料が、制動又は伝動の操作中に発生される熱を迅速に消散させるためにも、高い熱伝導性を有することも重要である。
【００１３】
これらの要求される特性を満たす摩擦材料はしばしば、アラミド型繊維を有する繊維質基材を包含する。しかし、繊維質基材に用いられる、これらの繊維及びその他の成分は高価であり、これらが摩擦材料のコストを高める。
【００１４】
知られているかぎり、高エネルギー用途において有用であるほど充分な強度を有する二層（two-plies or layers)繊維質基材を包含する、伝動系に用いるための摩擦材料は開示されていない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、先行技術の摩擦材料に比べて信頼できるかつ改良された性質を有する改良された摩擦材料を提供することが、本発明の目的である。
高い熱伝導性、多孔度及び強度を有する摩擦材料を提供することが、本発明の他の目的である。
【００１６】
より良好な摩擦材料の必要性を考慮した広範囲な研究の結果として、改良された特性を有する摩擦材料が今回開発された。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記必要性を満たすために、操作中に経験される条件と同様な条件下で、多くの材料を摩擦特性と耐熱性特性とに関して評価した。商業的に入手可能なブレーキライニングと伝動材料(transmission material)の両方を研究して、これらの両方が高エネルギー用途に用いるために適切ではないことが判明した。本発明はブレーキ及びクラッチ用途において特に有用である。１態様では、本発明は二層材料を含む繊維質基材を提供する。
【００１８】
二層繊維質基材は第１層又は下層と、第１層に隣接した第２層又は上層とを含む。第２層は耐高温性かつ高強度繊維と、例えば充填材及び／又は摩擦調節粒子(friction modifying particle)のような摩擦製紙材料とを含む。ある一定の好ましい実施態様では、第１層は第２層よりも大きく弾性かつ吸油性である。
【００１９】
本発明の１態様では、第１層は高度に多孔質、非線形弾性であり、低い圧縮残留歪みを有するが、第２層は高温特性、高エネルギー特性及び低い圧縮残留歪み配合物(formulation)を有する。
【００２０】
本発明の他の態様は、摩擦材料を形成するために少なくとも１種の適当な樹脂を含浸させた二層繊維質基材に関する。この二層摩擦材料はクラッチ摩擦プレート、バンド、シンクロナイザーリング及び関連伝動摩擦製品用の摩擦材料として特に有用である。
【００２１】
繊維質基材に種々な樹脂系を用いて含浸させることができる。ある一定の実施態様では、繊維質基材にフェノール樹脂又はフェノール改質樹脂を含浸させることができる。ある一定の実施態様では、シリコーン樹脂に適合する溶媒中のフェノール樹脂をブレンド又は混合して、このシリコーン−フェノール樹脂ブレンドを用いて本発明の繊維質基材を含浸させると、高エネルギー摩擦材料が形成されることが現在判明している。このような高エネルギー摩擦材料は高度な摩擦安定性と高度な耐熱性とを有する。
【００２２】
本発明の摩擦材料は、摩擦材料の有効寿命中の不均一なライニング摩耗とそれによるセパレータープレート“ホットスポット”の形成との発生を防止する。摩擦材料上に不均一な摩耗が殆ど存在しない場合には、クラッチ又はブレーキ要素の“定常状態”が維持され、それによってクラッチ及びブレーキのより一定な性能が維持される可能性が大きい。さらに、本発明の摩擦材料は、使用中の離層に耐えるような、良好な剪断強度を示す。
【００２３】
二層繊維質基材の層は湿式製紙プロセス中に接合される。繊維及び／又は充填材及び／又は摩擦粒子を含む、摩擦材料の第１層又は下層が形成される。繊維及び／又は充填材及び／又は摩擦粒子を含む、摩擦材料の第２層又は上層は第１層上に形成される。第２層は使用中に最適の性能特性を与える摩擦材料配合物を有する。ある一定の実施態様では、第２層は結合二層繊維質基材の総厚さの約２％から約５０％までを占めることができる。ある一定の実施態様では、第２層は第１層とは異なる組成を有することができる、及び／又は同じ組成であるが、異なる密度を有することができる。
【００２４】
本発明によると、第２層は特定の末端用途の性能必要条件を満たすように選択された成分を含有する。第１層成分は第１層の性能を与えるように選択される。結合した第２層と第１層の成分の適当な選択は摩擦材料の特性に影響を与える。例えば耐久性、摩擦摩耗、減摩性、透過性、弾性のような性能特性とその他の関連性能特性は、本発明の二層材料を用いて強化される。
【００２５】
本発明の二層摩擦材料は単層摩擦材料からは得られない物理的特性を有する。さらに、本発明の二層摩擦材料を二層材料の摩擦特性を強化するように選択された樹脂によって飽和する。本発明の二層材料は、単層摩擦材料に比べて、増強された耐久性と高い摩擦性能を有する。
【００２６】
本発明は、１態様では、二層繊維質基材を提供する。繊維質基材は、１種類の組成及び／又は密度を有する第１層と、異なる組成及び／又は密度を有する、第１層に隣接する第２層とを有する。各層の厚さと組成は、末端用途が変化を必要とするときに、変化することができる。二層繊維質基材は末端使用の摩擦用途のために最適結果を与える成分を含有する。第２層はクラッチ又は摩擦ライニング用途において接触面積に隣接する。第２層における種々な成分の使用は費用効果的な摩擦材料を生成し、さもなくば高コストのために除外されたと考えられるような成分の最適使用を可能にする。さらに、第２層は高エネルギー用途に特に有用である構造を与える。さらに、二層摩擦材料が増強された摩擦特性と低下した摩耗とを有することが、意外にも発見される。さらに、二層摩擦材料は慣用的な摩擦材料よりも耐久性である。
【００２７】
本発明の種々な実施態様では、第１層又は下層は例えば１種類の繊維と少なくとも１種類の充填材とを含む組成を有する。第２層又は上層は、第１層とは異なる組成を有する。第２層は例えば耐高温性及び高強度繊維、充填材及び摩擦粒子を含む。第２層の成分は最適の性能特性を与える。
【００２８】
本発明の他の実施態様では、第１層と第２層は同じ組成を含み、異なる基本重量及び／又は密度を有することができる。特に好ましい実施態様では、第１層は低密度を有し、第２層は高密度を有する。このような実施態様では、第１層と第２層は両方は１種類以上の繊維、充填材及び摩擦粒子を含むことができる。
【００２９】
種々な種類の繊維質又は未加工パルプ材料が本発明に有用である。特に有用な繊維質材料は綿繊維、ガラス繊維、炭素繊維及び／又は、一般に芳香族ポリカーボンアミド(polycarbonamide)物質と呼ばれている、例えばアラミドフロック及び／又はパルプ繊維のような、アラミドポリアミド繊維から成ることができる。種々な紙配合物(paper formulation)が本発明に有用であること及び他の繊維質材料が繊維質基材配合物中に存在しうることを理解すべきである。例えば、綿は約３５０℃の比較的低い温度で燃える。それ故、摩擦材料は製紙プロセス中に繊維質基材に用いられる成分に基づいて予想されるある範囲の熱安定性を有する。比較的高い割合の炭素を含む繊維質基材は、例えばアラミドパルプのようなより大きく熱安定性の成分を含有する繊維質基材に比べて、低く熱安定性である。このような成分の範囲と割合とは、摩擦材料の末端使用と、このような摩擦材料が中程度のエネルギー要求条件又は高エネルギー要求条件のいずれにさらされるかとに依存する。
【００３０】
本発明の二層繊維質基材に種々な充填材が有用であることを理解すべきである。特に、例えばケイソウ土及び／又はシリカのようなシリカ充填材が特に有用である。しかし、他の種類の充填材が本発明における使用に適切であること及び充填材の選択が二層摩擦材料の特定の末端用途要求条件に依存することが考えられる。
【００３１】
好ましい実施態様では、第２層は例えばアラミドパルプ、炭素繊維及びガラス繊維のような繊維、例えばケイソウ土及び／又はシリカのような充填材、並びに例えば窒化ケイ素及び摩擦粒子のような加工助剤を含む。窒化ケイ素粉末を繊維質基材配合物に混入すると、得られる摩擦材料の動摩擦係数(dynamic coefficient of friction)特性が改良されることが意外にも発見されている。このことは、窒化ケイ素繊維はそれらがクラッチ又はブレーキ部品に与える摩耗のために摩擦材料に加えることに不適切であるので、特に意外である。好ましい実施態様では、窒化ケイ素粒子は約０．５〜約１．５ミクロンの平均粒度を有する。ある一定の実施態様では、約１ミクロンの平均粒度を有する窒化ケイ素粒子が極めて良好に機能することが判明している。１種類の窒化ケイ素粒子はＳｉ3Ｎ4として入手可能である。窒化ケイ素粒子は約３％〜約１５％の低レベルで用いられる場合に、動摩擦係数を高める。種々な好ましい実施態様では、窒化ケイ素組成物は約４％〜約６％を占めることができる。
【００３２】
初期摩擦係数が低い場合には、摩擦材料の多数回使用又はサイクル後まで、摩擦材料がその望ましい一定の摩擦係数値に達しないことを理解すべきである。本発明は高い初期摩擦係数を有する二層摩擦材料を提供する。さらに、動摩擦係数が静摩擦係数に接近する場合には、クラッチ操作において１つのギャーから他のギヤーからへの滑らかな転移が生ずる。本発明は摩擦材料への窒化ケイ素粒子の添加によって意外に良好な静摩擦係数対動摩擦係数比に達する。
【００３３】
さらに、例えば摩擦粒子と加工助剤のような他の成分が繊維質基材中に有用であることも考えられる。これらの摩擦粒子成分は、例えば、カシューナッツ殻(cashew nut shell)液体粒子及び／又はゴム型若しくはエラストマーポリマー粒子を包含する。特に好ましい実施態様では、エラストマーポリマー粒子は約７０％〜約７５％の弾性物質（例えば、イソプレン及び／又は窒化物ゴム物質）を含み、残部は加工助剤である。エラストマー粒子は付加的な摩擦ライニング耐摩耗性を与えるために有用である。ゴム型粒子は摩擦材料がマッチイング部品(matching part)（例えば、セパレータープレート及びクラッチ）により密接に適合させるので、セパレータープレート間の接触の“実(real)”面積対“見かけ(apparent)”面積を高めることができる。摩擦粒子は二層摩擦材料のエネルギー容量を高める。
【００３４】
さらに、炭素繊維は種々な実施態様に有用である。炭素繊維は摩擦材料マトリックスの補強要素として作用する。炭素繊維は耐摩耗性とライニングの耐圧縮性(compression resistance)とを高める。摩擦ライニング材料がこれらの２つの特性を示す場合には、摩擦材料を通る流体の毛管流を改良する。耐圧縮性の増強は、毛管流が維持され、時には改良されるように、摩擦材料の圧潰可能性を防止する又は低下させる。種々な実施態様では、炭素繊維は約２０％〜約４０％の範囲で、好ましくは約３０％で存在することができ、残りの上層又は第２層は約６０％〜約８０％、好ましくは約７０％のアラミド繊維を含む。
【００３５】
種々な実施態様では、例えば、架橋したフェノール−ホルムアルデヒドポリマーを含むノボロイド繊維のような、他の成分を包含することが有用である。ある一定の実施態様では、１つの繊維種類が約０．２ｍｍの平均長さの比較的短い長さをを有し、他の繊維種類が約３ｍｍの平均長さの比較的長い長さを有するノボロイド繊維の組合せが特に有用であることが判明している。如何なる理論に縛られることも望むわけではないが、比較的短い繊維が繊維のように作用するよりも粒子のように作用するので、摩擦材料中で結合剤型物質のように作用すると考えられる。短い粒子様ノボロイド繊維は摩擦紙(friction paper)に改良された強度を与える。比較的長い繊維は、摩擦材料が圧力下にあるときに摩擦材料の圧潰を防止することによって、摩擦材料に強度と構造とを与える。如何なる理論に縛られることも望むわけではないが、摩擦材料中に存在するフェノール樹脂に化学的に類似するノボロイド繊維はフェノール樹脂物質に結合して、摩擦材料に機械的強度と化学的強度の両方を与えるのを助成する。
【００３６】
繊維質基材への合成グラファイトの使用は他の種類のグラファイトよりも多次元の三次元構造を繊維質基材に与える。高い熱伝導性を有する合成グラファイトは摩擦材料に、他の種類のグラファイトよりも迅速に熱を消散させる能力を与える。種々な種類の適当な合成グラファイトが本発明に対して有用であると考えられる。例えば、石油コークス及び石炭タールピッチ結合剤のような原料ストック物質のグラファイト化によって、合成グラファイトを製造することができる。原料物質を混合し、約２８００〜約３０００℃の温度に加熱する、特定のグラファイト形成炉が焼成炭素体を多結晶グラファイト粒子に転化させる。ある一定の実施態様では、合成グラファイトのサイズと形状が約２０〜約５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。これらのある一定の実施態様では、グラファイト粒子が大きすぎても小さすぎても、最適の三次元構造が得られず、したがって、耐熱性は最適の耐熱性ではないことが判明している。種々な実施態様では、第１層及び／又は第２層を含む成分が適当な樹脂物質を包含することができると考えられる。
【００３７】
ある一定の実施態様では、第１層又は下層は綿繊維と、例えばケイソウ土のような充填材とを含む。好ましい実施態様では、第１層は、第１層の重量に基づく重量％で、約５０％〜約７５％の綿繊維と約２５％〜約５０％の充填材とを含む。特に好ましい実施態様では、第１層は約６０％の綿繊維と約４０％の充填材とを含む。
【００３８】
他の好ましい実施態様では、第１層は綿繊維と、ガラス繊維と、充填材とを含む。このような好ましい実施態様では、第１層は、第１層の重量に基づく重量％で、約４０％〜約５０％、最も好ましくは約４５％の綿繊維と、約１０％〜約２０％、最も好ましくは約１５％のガラス繊維と、約３０％〜約５０％、最も好ましくは約４０％の充填材とを含む。
【００３９】
ある一定の他の実施態様では、二層繊維質基材の第２層又は上層のための水性スラリー配合物の重量に基づいたおおよその重量％で、４〜約９０％のアラミドフロック又は繊維と；約０〜約５０％の綿繊維と；約０〜約７０％の炭素繊維と；約０〜約１０％のガラス繊維と；約５〜約７０％の充填材と；約３〜約５０％の窒化ケイ素粉末粒子と；約０〜約３０％のエラストマーポリマー摩擦粒子と；約０〜約４０％のシリカ粒子と；約０〜約３％のラテックス加工助剤とから、二層繊維質基材の第２層を形成することができる。
【００４０】
ある一定の他の実施態様では、繊維質基材の第２層は好ましくはおおよその重量％で：２０〜約４０％のアラミドフロック又は繊維と；１５〜約３５％のケイソウ土物質と；１０〜約３０％のシリカ粒子と；５〜約２５％のエラストマーポリマー摩擦粒子と；約３〜約２０％のガラス繊維とを含む。
【００４１】
ある一定の他の実施態様では、二層繊維質基材の第２層は好ましくはおおよその重量％で：３０〜約５０％の綿繊維と；３％〜約１０％のアラミドフロック又は繊維と；１０〜約２０％の充填材と；３〜約１０％の窒化ケイ素粒子と；１５〜約２５％のエラストマーポリマー摩擦粒子と；０〜約２０％のガラス繊維と；０〜約２５％のノボロイド繊維とを含む。
【００４２】
二層繊維質基材の第２層を、繊維質基材の第２層のための水性スラリー配合物の重量に基づいたおおよその重量％で、約１０〜約４０％の多孔質活性炭粒子と、約１０〜約３０％の綿繊維と、約５〜約３０％の、約０．５〜約６ｍｍの範囲の好ましい長さを有する精密切断繊維と、約０〜約２０％の合成グラファイトと、約０〜約４０％の、例えばケイソウ土のような充填材と、約０〜約２０％の、例えばカシューシェルナッツ液体粒子等のような摩擦調節剤(friction modifier)とを含む水性スラリーから形成することができることが、本発明の１態様である。
【００４３】
二層繊維質基材の第１層又は下層は、繊維質基材の下層又は第１層のための水性スラリー配合物の重量に基づいたおおよその重量％で、約０〜約６０％、最も好ましくは約５５％の綿繊維と；約１０〜約４０％、最も好ましくは約３５％の充填材と；約５〜約３０％、最も好ましくは約１０％の非線形弾性粒子と；約０〜約３％、最も好ましくは約２％のラテックス加工助剤から形成することができる。
【００４４】
特に好ましい実施態様では、非線形弾性繊維はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維及びシリケート型物質を含むことができる。
ある一定の実施態様では、第２層は好ましくは約１０〜約５５％の綿繊維と、約５〜約４５％の精密切断アラミド繊維と、約０〜約４０％のセライト(celite)又はケイソウ土充填材と、約０〜約２０％の合成グラファイトと、約０〜約４０％の多孔質炭素とを含む。
【００４５】
第２層又は上層を構成する成分を実質的に均質なブレンドになるまで一緒に混合し、第１層の上部に付着させる。第２層を第１層の上部に付着させるための種々な方法が本発明によって組み立てられうることを理解すべきである。
【００４６】
本発明の二層繊維質基材の製造方法は、第１層又は下層材料の成分を加えて、実質的に均質なブレンドを形成することを含む。紙が均質なブレンドから繊維質基材に形成される。
【００４７】
図１は二層繊維質基材を形成するための１方法の概略線図を示す。第１分配手段１０は二層繊維質基材２４の第１層又は下層１２を形成するための成分を供給する。第１層１２を形成する成分は、第１層１２を保持又は運搬する適当な面１１上に供給される。種々な面１１が本発明によって使用可能であることを理解すべきである。第２分配手段２０は一般に、第２層又は上層２２を形成するための成分を第１層１２上に供給して、二層材料２４を形成する。適当な分配手段１０と２０が、第１層１２と第２層２２との一般的に均一な層を供給して二層材料２４を形成するために、ヘッダーボックス(header box)ローラー手段又はその他の適当な装置を含むことができることを理解すべきである。
【００４８】
種々な実施態様では、第１層及び／又は第２層を構成する成分は適当な樹脂物質を包含することができると考えられる。このような実施態様では、二層材料２４を適当な乾燥手段３０によって乾燥させて、二層材料から過剰な水分を除去する及び／又は二層材料中に存在する樹脂を硬化させる。ある一定の実施態様では、乾燥手段３０がヒートロール、赤外線加熱手段又は適当な加熱手段を含むことができると考えられる。第１層又は第２層を構成する成分が樹脂を含まない実施態様では、二層繊維質基材を形成してから、図１のファントム(phantom)に示すように、適当な含浸手段４０によって適当な樹脂又は樹脂組合せによって飽和させる又は含浸させることができることを理解すべきである。含浸済みの二層材料を次に他の適当な乾燥手段５０によって乾燥させて、過剰な水分を除去する及び／又はこの樹脂を硬化させることができる。
【００４９】
図２は一般的に、第１層又は下層と第２層又は上層とから成る二層繊維質基材２４の断面図を示す。図２に示す実施態様は一般的な説明のために表示するものである。第２層が好ましくは二層繊維質基材の厚さの約２％〜約５０％を占めることができることを理解すべきである。好ましい実施態様では、第２層は二層繊維質基材の厚さの約１０％〜約５０％を占め、ある一定の好ましい実施態様では、約１０％〜約２０％を占める。
【００５０】
本発明の二層材料の使用中に離層問題が本質的に生じないほど、第２層が第１層に充分に結合することが、意外にも発見されている。
本発明の摩擦材料は充分な界面強度を有し、例えばクラッチプレートのような適当な基体に容易に結合するか又はブレーキライニング材として用いられる。
【００５１】
本発明によると、二層繊維質基材を飽和させるために種々な種類の樹脂が有用である。繊維質基材を飽和させるために用いられる樹脂の種類が、得られる摩擦材料の性能に影響することができる。樹脂が示す靭性度は、試験時に摩擦材料がその結合性を維持することができることによって表すことができる。摩擦材料の物理的特性と摩擦的特性の両方が末端使用製品の予想耐用期間(expected service period)中に完全な状態で留まることが重要である。脆い樹脂で含浸された摩擦材料は、摩擦材料マトリックスの開放気泡構造(open porous structure)を圧壊させるように作用する重い荷重下では亀裂を生じる可能性がある。他方では、エラストマー樹脂で含浸された摩擦材料は所望の摩擦係数及びトルクを与えるが、摩擦材料マトリックスを完全な状態に維持するために必要な耐摩耗性及び強度を有さないと考えられる。したがって、理想的な樹脂配合物は高い強度を有し、しかも可撓性である。高い靭性を有する樹脂は最適の摩擦性能を与える。
【００５２】
本発明に有用な種々な樹脂は、フェノール樹脂及びフェノール系樹脂を包含する。例えばエポキシ、ブタジエン、シリコーン、桐油、ベンゼン、カシューシェルナッツ油等のような、他の改質成分を樹脂ブレンド中に包含する種々なフェノール系樹脂が本発明に有用であると考えられることを理解すべきである。フェノール改質樹脂中には、フェノール樹脂が一般に樹脂ブレンドの約５０重量％以上（存在する溶媒は除く）で存在する。しかし、含浸剤樹脂(impregnant resin)ブレンドが、シリコーン−フェノール混合物の重量（溶媒及び他の加工助剤を除外する）に基づいて、ある一定の実施態様では、約５〜約８０重量％、ある種の目的のためには約１５〜約５５重量％、ある特定の実施態様では約１５〜約２５重量％のシリコーン樹脂を含有する場合に、摩擦材料が改良されうることが判明している。
【００５３】
本発明に有用なシリコーン樹脂は例えば熱硬化性シリコーンシーラント及びシリコーンゴムを包含する。種々なシリコーン樹脂が本発明によって有用である。ある種類の樹脂は特にキシレンとアセチルアセトン（２，４−ペンタンジオン）とを含む。シリコーン樹脂は約３６２゜Ｆ（１８３℃）の沸点、６８゜Ｆ（２０℃）における蒸気圧、２１ｍｍＨｇ、４．８の蒸気密度（空気＝１）、無視できる水中溶解度、約１．０９の比重、揮発性物質％(percent volatile)  ５重量％、０．１未満の蒸発率（エーテル＝１）、Ｐｅｎｓｋｙ−Ｍａｒｔｅｎｓ方法による引火点約１４９゜Ｆ（６５℃）を有する。他のシリコーン樹脂も本発明によって使用可能であることを理解すべきである。他の有用な樹脂ブレンドは例えば適当なフェノール樹脂を包含し、この適当なフェノール樹脂は（重量％で）、約５５〜約６０％のフェノール樹脂と；約２０〜約２５％のエチルアルコールと；約１０〜約１４％のフェノールと；約３〜約４％のメチルアルコールと；約０．３〜約０．８％のホルムアルデヒドと；約１０〜約２０％の水とを包含する。他の適当なフェノール系樹脂は（重量％で）、約５０〜約５５％のフェノール／ホルムアルデヒド樹脂と；約０．５％のホルムアルデヒドと；約１１％のフェノールと；約３０〜約３５％のイソプロパノールと；約１〜約５％の水とを包含する。
【００５４】
他の有用な樹脂が、約５〜約２５重量％、好ましくは約１０〜約１５重量％のエポキシ化合物を含有し、残部（溶媒及び他の加工助剤を除外する）がフェノール樹脂であるエポキシ改質フェノール樹脂であることも判明している。ある一定の実施態様では、エポキシ−フェノール樹脂化合物はフェノール樹脂単独よりも大きい耐熱性を摩擦材料に与える。
【００５５】
さらに、樹脂ブレンドの製造と含浸用の繊維質に基づく物質(impregnating fibrous-based material)の製造の両方に有用であると分かっている、他の成分と加工助剤とを摩擦材料に含めることができると考えられる。
【００５６】
特に、フェノール樹脂とシリコーン樹脂とを用いる実施態様では、シリコーン樹脂とフェノール樹脂とを一緒にブレンドする場合に、新規な化合物が形成されない。これらの樹脂は別々に硬化し、新規な化合物が形成されない。
【００５７】
シリコーン樹脂とフェノール樹脂の両方は、相互に相容性である溶媒中に存在する。これらの樹脂を一緒に混合して（ある一定の好ましい実施態様では）均質なブレンドを形成して、繊維質基材を含浸させるために用いる。繊維質基材にフェノール樹脂を含浸させ、次にその後にシリコーン樹脂を加える場合には又はこの逆の場合にも、同じ効果が得られない。シリコーン−フェノール樹脂溶液の混合物と、シリコーン樹脂粉末及び／又はフェノール樹脂粉末のエマルジョンとの間にも相違がある。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とが溶液状態で存在する場合には、それらは完全に硬化しない。これに反して、シリコーン樹脂とフェノール樹脂との粉末粒子は不完全に硬化する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂の不完全な硬化は繊維質基材の良好な含浸を妨げる。
【００５８】
繊維質基材に、フェノール樹脂とその溶媒とに相容性である溶媒中のシリコーン樹脂のブレンドを含浸させる。１実施態様では、イソプロパノールが特に適した溶媒であることが判明している。しかし、例えばエタノール、メチル−エチルケトン、ブタノール、イソプロパノール、トルエン等のような、他の種々な適当な溶媒を本発明の実施に用いることができることを理解すべきである。フェノール樹脂とブレンドし、種々な繊維質基材を含浸させるために用いる場合に、シリコーン樹脂の存在は、得られた摩擦材料をフェノール樹脂のみを含浸させた繊維質基材よりも弾性にさせる。ブレンドされたシリコーン−フェノール樹脂を含浸させた本発明の摩擦材料に圧力を加える場合には、よりいっそう均一な圧力分布が得られ、これは不均一なライニング摩耗が生じる可能性を減ずる。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とを一緒に混合した後に、この混合物を繊維質基材を含浸させるために用いる。
【００５９】
物質を含浸させるための種々な方法を本発明によって実施することができる。好ましくは、含浸用樹脂物質が摩擦材料１００重量部につき約３０〜約６５重量部を成すように、繊維質基材にフェノール樹脂又は改質フェノール樹脂を含浸させる。繊維質基材が樹脂によって含浸された後に、含浸済み繊維質基材を所定の長さの時間、望ましい温度に加熱して、摩擦材料を形成する。この加熱はフェノール樹脂を約３００〜３５０゜Ｆ（１４８．９〜１７６．７℃）の温度において硬化させる。例えばシリコーン樹脂のような他の樹脂が存在する場合には、加熱は約４００゜Ｆ（２０４．４℃）の温度においてシリコーン樹脂を硬化させる。その後に、含浸され、硬化された摩擦材料を望ましい基体に適当な手段によって付着させる。
【００６０】
下記実施例は、本発明の二層繊維質基材と二層摩擦材料とが慣用的な摩擦材料を凌駕する改良であるというさらなる証拠を提供する。本発明の種々な好ましい実施態様を下記実施例に述べるが、これらは本発明の範囲を限定することを意味しない。
【００６１】
湿式摩擦環境で用いられる潤滑剤の種類が二層摩擦材料の特性に影響することも理解すべきである。静摩擦、動摩擦（したがって、静摩擦／動摩擦比）、粘度、粘度指数(viscosity index)、酸化安定性、極限圧力容量(extreme pressure capacity)等を包含する、生成二層摩擦材料の種々な特性の性能に、潤滑剤は影響を与える。二層摩擦材料と望ましい基体との界面と、機械的及び化学的ファクターとが摩擦材料の性能に影響を及ぼす。本発明の二層摩擦材料は種々な潤滑剤と共に使用可能である。最適成分と、成分の範囲との選択は摩擦材料が暴露される条件とこのような系に用いられる潤滑剤の種類とを評価することによって決定することができる。
【実施例】
【００６２】
参考例Ｉ
二層繊維質摩擦材料の種々な組成物を形成し、約３０％〜３５％ピックアップ(pickup)レベルまでフェノール樹脂で飽和させ、硬化させて、二層摩擦材料を形成した。下記物質を以下の表１に示すように参考例１に用いた。
【００６３】
【表１】
0004074364.tif 000002
【００６４】
物質の相対潤滑剤透過特性(relative lubricant penetration characteristics)についての情報を得るために、油滴下時間(oil drop time)を記録した。これらの時間は、一般的に物質の油吸収特性を表す。これらの試験に関してプレート当たり、Ｅｘｘｏｎ１９７５Ｔｙｐｅ“Ｈ”自動伝動液の３〜４滴を用いた。
【００６５】
下記に述べる摩擦試験において不充分に機能した材料は、約２００秒以上の高い油滴下時間を有する傾向があった。第２セットのサンプルは、アセンブリの中へ及びアセンブリを通して低い潤滑剤流動を示す第１セットサンプルに比較して、やや高い油滴下時間を有する。第２セットのサンプルは、異なる繊維及び粒子の配合物で処理した。この改良された第２層配合物は、またアセンブリ中への油流動をやや減じた。選択した材料に関する特定の油滴下時間は、以下の表２に示す。
【００６６】
【表２】
0004074364.tif 000003
【００６７】
試験物質の第１セット（比較例１、参考例ＡとＢ）は繊維と、繊維と粒子との組合せとを比較する。対照の単層紙（比較例１）は綿とセライトのみから構成した。これらの２成分は、これらの油吸収容量と経済的利点とから選択された。
【００６８】
参考例Ａの材料は綿とセライトの基材を上層としてのアラミド繊維と共に用い、このかなり高価な繊維を接触点に集中させたものである。アラミド繊維を用いる利点は、固有の高い耐熱性と、プレート当たりのコスト軽減と、油保持を可能にする開放構造(open structure)を有する二層紙の上層の形成とを包含する。
【００６９】
参考例Ｂは、摩擦係数の増大に寄与する窒化ケイ素の好ましい性能特徴に加えて、上記アラミド繊維の利点を利用するための繊維と粒子との組合せを含む。第２層用途へのこの成分の使用は、その比較的高いコストのために特に適当である。下記の表３に示す低速度摩擦装置(Low Velocity Friction Apparatus)（ＬＶＦＡ）試験を実施して、二層材料の摩擦性能を評価し、等級付けした。参考例Ｂは参考例Ａに比べて摩擦の規模を僅かに変化させたのみで実施した。この試験は種々な材料を用いて性能の変化を本質的に明らかにした。しかし、参考例ＡとＢは比較例２よりもやや低いライニング摩耗を生じた。
【００７０】
【表３】
0004074364.tif 000004
【００７１】
完全パック試験から得られたデータは、窒化ケイ素粒子を含有する二層摩擦材料の使用に関連した性能改良を示す。第２層への窒化ケイ素粒子添加は動摩擦を０．１１９から０．１２８へ高めるが、ライニング摩耗を増加させない。完全パック摩擦と摩耗結果の要約を下記表４に示す。
【００７２】
【表４】
0004074364.tif 000005
【００７３】
ＬＶＦＡ試験を実施して、二層材料の摩擦性能を評価し、等級付けした。摩擦及び摩耗データの要約を以下の表５に示す。
【００７４】
【表５】
0004074364.tif 000006
【００７５】
アラミド繊維の上層を有する参考例Ｃと参考例Ａ（表３を参照）サンプルは、それぞれ、０．１３４と０．１４７の動摩擦係数で機能した。参考例Ｃに示すように、より高い、より均一なアラミド繊維濃度は比較例２サンプルよりも低い動摩擦係数を生じる。この第２層配合物に窒化ケイ素粒子を混入すると、動摩擦は０．１３４から０．１３９へやや上昇した。窒化ケイ素を添加した試験と炭素繊維を添加した試験とを同様に実施した。参考例Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦの紙の全てに関して、ライニング摩耗は低かった。
【００７６】
以下の表６に示す完全パック試験では、参考例Ｃが全１０５０サイクルを実施した。全ての物質が摩耗した。
【００７７】
【表６】
0004074364.tif 000007
【００７８】
費用節約の見地から、カストマイズド紙(customized paper)を製造するためのツールとして二層摩擦材料を用いることが有利である。飽和された二層摩擦材料は離層の問題を示さなかった。二層摩擦材料は上層に配置された特定成分の摩擦及び摩耗性能を評価するための手段を提供する。
【００７９】
窒化ケイ素の存在は動摩擦係数を高めるが、アセンブリ摩耗を増大させなかった。ＬＶＦＡデータは、配合物＃１による上層が比較例２材料よりも軽度なライニング摩耗及び低い摩擦で機能することを示す。
【００８０】
参考例ＩＩ
参考例ＩＩは、二層摩擦材料が湿式製紙プロセス中に一緒に結合される異なる組成の２層によって形成されることができることを示す。各層の成分が絡み合って、摩擦材料として使用するために充分な界面強度を有する二層繊維質基材を形成することが判明している。以下の表７に示すように、下記参考例はフェノール樹脂によって飽和させた。
【００８１】
【表７】
0004074364.tif 000008
【００８２】
全ての試験サンプルは、特に記載した以外は、フェノール樹脂によって４０％ピックアップレベルまで飽和させた。クラッチ型アセンブリを用いた摩擦及び摩耗評価を行った。完全パック試験を方法５２８Ａ又は４２８Ｃに従って実施した。５２８Ａ方法は図面(drawing)＃９５４０７において定義された４５度方法による、静摩擦値の記録を規定しない。他の点では、２つの完全パック方法は同じである。
【００８３】
（ａ）装置方向と（ｂ）装置横断方向とにおける原紙を用いた湿式及び乾式引張り試験を行った。クロスヘッド(cross head)速度は０．５インチ／分に設定し、チャート(chart)速度は１インチ／分に設定した。
【００８４】
摩擦材料に関して、毛管流動試験と液体透過試験とを実施した。これらの測定値は、潤滑剤を含有し、熱を伝達する摩擦材料の能力を表す。
（Ａ）二層摩擦材料  対  単層摩擦材料：
動摩擦評価（２００ポンド基本重量）
完全パック試験＃５２８
【００８５】
単層アセンブリと二層アセンブリとによる試験から同様な摩擦及び摩耗性能が生じる。１０５０サイクル後に動摩擦は約０．１４の平均値であった。実験動摩擦係数を以下の表８に記載する。試験した３種類の物質の全てに関してサイクル数２００から１０５０までの摩擦消失(friction fade)％は平均約８％であった。下層に綿とセライトとを有する参考例Ｇは、動摩擦消失の最低％（５．３％）を有する。綿とセライトの下層に加えたガラス繊維を含むアセンブリ（参考例Ｈ）はやや高い摩擦消失（８．６％）を生じた。最高消失は比較例３サンプルによって測定された（１０．５％）。図３は、比較例３、参考例Ｇ及び参考例Ｈに関してサイクル数が増加するときの動摩擦の変化を示す。
【００８６】
アセンブリパック摩耗（２００ポンド基本重量）
完全パック試験＃５２８
以下の表８に見られるように、二層材料によるアセンブリはやや高いライニング摩耗を示した。比較例３（単層材料）は＋０．７ｍｉｌ摩耗値を生じた。下層にガラス繊維を含む及び含まない二層紙（参考例ＧとＨ）の摩耗は、それぞれ７．５ｍｉｌと１２．０ｍｉｌである。下層中のガラス繊維は紙マトリックスをやや剛性にした。圧縮に対する摩擦材料除去度はまだ測定されていない。しかし、試験後に、単層アセンブリと二層アセンブリとは同様な物理的外観を有する。
【００８７】
摩滅(abrasion)、ブレークアウト、グレージング(glazing)及び離層の外観等級を下記表９に示す。３種類の摩擦材料の全てが“１”のグレージング等級を与えられた。下層にガラス繊維を包含する参考例Ｈによるアセンブリはやや高い表面摩滅を生じた。
【００８８】
【表８】
0004074364.tif 000009
【００８９】
【表９】
0004074364.tif 000010
【００９０】
（Ｂ）高基本重量材料  対  低基本重量材料
低基本重量紙（１３５ポンド基本重量）
上記表８に見られるように、低い基本重量（１３５ポンド）の単層摩擦材料（比較例４と比較例５）による試験は５２８方法によって実施された試験の６００サイクル後に中断された。３５％と４０％の樹脂ピックアップレベルの低基本重量紙は異常な摩擦係数のために停止した。図４は、比較例３、比較例４、比較例５及び参考例Ｉの２００ポンドと１３５ポンド基本重量の摩擦材料の摩擦対サイクル数の性能変化を示す。
【００９１】
１３５ポンドの基本重量の二層摩擦材料も製造した。この物質は上層に配合物＃１を有し、綿とセライトとの下層を有する（参考例Ｉ）。この物質は０．１３１動摩擦係数と９ｍｉｌの摩耗で試験を完了することができた。低基本重量摩擦材料は低い動摩擦係数で機能した。
【００９２】
１３５ポンド基本重量と２００ポンド基本重量の両材料の密度を下記式を用いて算出した。低基本重量材料と高基本重量材料とを最終密度４３を有するアセンブリに形成した。
Ｄ＝ＢＷ*１／ＦＬＴ*（１＋ＰＵ）*０．００４
式中、Ｄ＝ライニングの密度
ＢＷ＝ポンド／３０００平方フィートでの原料物質の基本重量
ＦＬＴ＝インチでの最終ライニング厚さ
（飽和され、硬化され、圧縮された後）
ＰＵ＝樹脂ピックアップ
【００９３】
（Ｃ）紙毛管流動
原紙を樹脂飽和し、硬化した後に、全ての摩擦材料は増加する平均孔度直径(pore size diameter)を有する、下記表１０を参照。二層材料は単層材料よりも大きい平均孔度直径を有する。この大きい平均孔度直径は接触領域における潤滑剤利用可能性(availability)を高めることを助ける。
【００９４】
高基本重量（２００ポンド）材料は、未加工時又は樹脂飽和及び硬化時に、低基本重量（１３５ポンド）の同じ材料に比べて比較的大きい平均孔度直径を有する。未加工の２００ポンド基本重量の比較例３材料は３．００１６μ平均孔径を有する。基本重量が１３５ポンド材料（比較例４）に減少すると、平均孔度は２．６１７０μに減少する。しかし、ひと度圧縮されたならば、両方の基本重量材料は同じ２．４５μ平均孔度直径を有するようになる。
【００９５】
下層にガラス繊維を有する及び有さない二層材料（それぞれ、参考例ＧとＨ）は一致して単層材料よりも大きい平均孔径を有する。下層組成物中のガラス繊維濃度を変化させることは孔径に影響を及ぼさない。しかし、個々に異なる平均孔径を有する２層を種々に配置することは、一緒にした二層平均孔度を変化させる有効な方法である。
【００９６】
毛管流動のデータは（ａ）材料を樹脂で飽和させ、硬化させたときに、及び（ｂ）二層材料を用いるときに、単層材料に比べて平均孔度が増加することを示す。材料を樹脂で飽和させ、硬化させた後に、圧縮すると、平均孔度は減少する。
【００９７】
【表１０】
0004074364.tif 000011
【００９８】
（Ｄ）ガラス繊維を含む及び含まない下層
圧縮残留歪み試験
圧縮残留歪み試験を実施して、実験材料中の“ｋ”ファクターの存在を実証した。“ｋ”ファクターは式Ｆ（ｘ）＝−ｋｘで定義される力定数(force constant)であり、式中、ｘはばねが圧縮される又は伸長される距離である。Ｄ．ＨａｌｌｉｄａｙとＲ．Ｒｅｓｎｉｃｋ、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ社，１９７４。下層組成物中にガラス繊維を用いると、二層材料の“ｋ”ファクターは変化する。
原紙−インストロンに関する引張り試験
摩擦材料の乾式及び湿式引張り強度は取り扱い及び樹脂飽和中に重要である。低引張り強度の摩擦材料は樹脂飽和浴中で細断される。下記表１１は単層材料と二層材料との相対的強度を示す。摩擦材料がアルコールで濡れると、３０％〜４０％の引張り強度低下が測定される。
【００９９】
２００ポンド基本重量比較例３摩擦材料は、装置及びＸ−装置方向引張り強度において、１３５ポンド基本重量材料に比べて５０％高い。下層に綿とセライトとを含む二層２００ポンド基本重量材料（参考例Ｇ）は、単層生成材料と同じ引張り強度を示す。
【０１００】
二層材料が下層に含まれたガラス繊維を有する場合には（参考例Ｈ）、引張り強度が４０％低下する。この材料は装置方向に比べてＸ−装置方向においてかなり低い引張り強度（６６％）を有する。
【０１０１】
【表１１】
0004074364.tif 000012
【０１０２】
（Ｅ）原紙の層接着力
２層紙の層接着力は、シート面に対して直角に力を加えるときの層間剥離に対する層の抵抗として定義される。このパラメータは未加工摩擦材料の等級付けに特に有用である。層接着力は殆ど任意のポリマー物質によってシートを飽和させることによって高められることができる。３ファクターがラテックス飽和紙の層接着力に影響を及ぼすことができる：（１）シート中のポリマーの量と種類、（２）繊維に対するポリマーの接着力、及び（３）シート中の繊維の配置。フェノール樹脂が硬化されるまで、ラテックスが二層材料への付加的な層接着力を与えることができる。
【０１０３】
上記参考例ＩＩは、単層材料と二層材料とが同じような完全パック摩擦性能を生じることを示す。しかし、低基本重量摩擦材料は低い動摩擦係数を生じる。
摩擦材料の基本重量を減ずると、ライニング耐久性が低下する。低基本重量で試験するときに、二層材料は単層材料よりも耐久性である。
【０１０４】
摩擦材料組成が変化すると、平均孔度直径も変化する。二層材料の第１層の組成を変化させると、孔度が増大して、クラッチアセンブリの潤滑が改良される。
二層材料を用いることによって単層材料に比べて費用節約が生じる。好ましい実施態様では比較的薄くすることができる第２層に、よりエキゾチックで高価な物質を用いることができる。クラッチの摩擦及び／又は摩耗性能を顕著に改良する成分を第２層に濃縮させることができる。
【０１０５】
参考例ＩＩＩ
ある種のクラッチ用途では、高エネルギー容量を有する材料が要求される。通常、高い摩擦係数はこのような材料からの高度な耐熱性ほどは重要ではない。配合物にエラストマー粒子を用いることによって摩擦材料のエネルギー容量を高めることができる。飽和された樹脂としてのシリコーンと共に二層摩擦材料を用いると、摩擦係数は増大し、摩耗は減少する。比較例と参考例Ｉの配合物を下記表１２に示す。
【０１０６】
【表１２】
0004074364.tif 000013
【０１０７】
比較例７配合物はフェノール樹脂（比較例７ａ、７ｂ）と、シリコーン樹脂（比較例７ｃ）とによって、別々に飽和させた。比較例３と参考例ＩａとＩｂはシリコーン樹脂によって飽和させた。
【０１０８】
３種類の異なる摩擦粒子を含有する高エネルギー摩擦材料比較例６を製造した。この物質はフェノール樹脂によって飽和させた。
全ての物質は１３５ポンド基本重量であり、クラッチアセンブリの製造に用いた。これらのアセンブリを方法５２８Ｃ又は５２７Ｃによって摩擦及び摩耗特性に関して評価した。
【０１０９】
完全パック試験−中等度エネルギー方法５２８Ｃ
（Ａ）フェノール樹脂
イソプレン型摩擦粒子の代わりにニトリル摩擦粒子を用いて（比較例７と同様に）単層材料を製造すると、耐久性はやや増強される。３５％ピックアップにおける比較例３材料（イソプレン型粒子を有する）は６００サイクルに耐えたが、同じピックアップレベルの比較例７材料は８５０サイクルに耐えた。摩擦及び摩耗データの要約を下記表１３に示す。表面外観データと動摩擦％データとは下記表１４に見いだすことができる。
【０１１０】
【表１３】
0004074364.tif 000014
【０１１１】
【表１４】
0004074364.tif 000015
【０１１２】
高い４５％ピックアップレベルにおいて比較例７材料によって製造したアセンブリは５２８Ｃ型試験を上首尾に完了することができた。ニトリル型エラストマー摩擦粒子を包含するこの材料は０．１２３の最終動摩擦を有し、僅か４．０ｍｉｌのパック損失を示した。比較例７材料は８．１％動摩擦消失を示して試験された。摩滅とグレージングとは“２”に評価され、ブレークアウトは“１”であり、離層は“０”であった。これに比べて、４４％フェノール樹脂ピックアップによる単層材料（比較例３）は５５０サイクル後に停止された。単層材料では樹脂ピックアップが３５％から４４％に増加しても、本質的に改良は生じない。イソプレンエラストマー粒子を配合物＃１Ａにおいてニトリルエラストマー粒子と置換し、樹脂ピックアップを増大させると、材料に付加的なエネルギー容量が与えられる。
【０１１３】
比較例７材料を４７％ピックアップレベルでシリコーン樹脂によって飽和させた。この材料は０．１５１の最終動摩擦係数を有し、１６．１％の動摩擦消失を示した。パック損失は０．０ｍｉｌであった。試験後に、表面外観は良好であった。摩滅、ブレークアウト及び離層は全て“０”に評価され、グレージングは“１”であった。配合物＃１Ａにおいてニトリルエラストマー摩擦粒子と共にシリコーン樹脂を用いると、ライニングの耐摩耗性と摩擦係数は増強され、アセンブリ表面外観の等級は改良される。
【０１１４】
１３５ポンド基本重量の単層材料（比較例３）は、上記表１３に見られるように、４０％又は３５％のフェノール樹脂ピックアップによっても５２８Ｃ試験を上首尾に完成することができなかった。これらの試験は大体６００サイクル後に停止された。
【０１１５】
しかし、上層として配合物＃１を有し、４１％フェノール樹脂ピックアップした二層材料（参考例Ｉ）は、上記表１３に見られるように、最終動摩擦係数０．１３１、５．８％の摩擦消失及び９．０ｍｉｌのパック損失を示して、試験を上首尾に完成することができた。
【０１１６】
単層材料（比較例３）をフェノール樹脂によって４５％ピックアップで飽和させる場合には、上記表１３に見られるように、最終動摩擦は０．１５５に増大し、１０．４％の摩擦消失及び０ｍｉｌのパック損失が生じた。アセンブリ表面グレージングは“１”に評価され、摩滅、ブレークアウト及び離層は全て“０”に評価された。シリコーン樹脂の使用は、これらの試験条件下で、単層摩擦材料の摩擦及び摩耗性能を改良した。
【０１１７】
上層に配合物＃１を有する二層材料（参考例Ｉ）に４３％と５６％のピックアップレベルでシリコーン樹脂を飽和させた。両方の試験が約５．５ｍｉｌのパック損失と８．２％の摩擦消失と共に約０．１７４の最終動摩擦レベルを示した。試験後に、ライニングの表面状態は良好であった。グレージングのみが“１”に評価され、摩滅、ブレークアウト及び離層は全て“０”に評価された。この二層材料は単層材料よりも大きい摩擦を生じた。この場合にも、シリコーンを含む配合物＃１材料はフェノール樹脂飽和材料よりも大きい摩擦を示して機能した。
【０１１８】
図５は比較例３と参考例Ｉとに関して耐久性と摩擦とを高めるように変更を加えた配合物のサイクル数  対  摩擦曲線を示す。曲線の相違は、エラストマー４１９８粒子、シリコーン樹脂及び二層材料の効果を示す。
【０１１９】
参考例ＩＶ
摩擦材料密度の変化はアセンブリの摩擦及び摩耗性能に影響する。単層材料と、異なる密度の組合せによる二層材料とを評価した。評価した二層材料の密度組合せは、以下の表１５に示すように、第１層と第２層とが同じ密度を有する（参考例Ｊ）、第１層が高い密度を有し、第２層が低い密度を有する（参考例Ｋ）、及び第１層が低い密度を有し、第２層が高い密度を有する（参考例Ｌ）であった。
【０１２０】
二層摩擦材料の第１層（下層）と第２層（上層）の両方に同じ物質の配合物を用いた。但し、高密度層を含む参考例はより高度に“機械的に”精製された綿材料を含有する。綿繊維の精製は繊維のフィブリル化を高め、カナダ標準ろ水度(Canadian Standard Freeness Number)（ＣＦＮ）を低下させる。ＣＦＮ（ＴＡＰＰＩによって認可されたＴ２２７ｏｍ−９４試験方法によって試験した）は、繊維材料の精製度又はフィブリル化が増加するにつれて、低くなる。密度はフィブリル化度が増加すると（即ち、ＣＦＮが低下すると）増大する。“標準”又は基準の綿繊維が約５５０の平均ＣＦＮを有し、特別な“精製”綿繊維が約４５０の平均ＣＦＮを有することを理解すべきである。したがって、標準綿繊維（５５０ＣＦＮ）は繊維質基材のかなり低密度のシート又は層を生成し、精製綿繊維（約４５０ＣＦＮ）は繊維質基材のかなり高密度のシート又は層を生成する。
【０１２１】
あらゆる場合に、紙の総基本重量は約２００ポンドを目標とし、このうち、第１層と第２層とはそれぞれ１６０ポンドと４０ポンドであった。フェノール飽和用樹脂(saturating resin)は５０〜５５％ピックアップになるように用いた。全ての試験は方法４９８に従い、Ｅｘｘｏｎ１９７５型“Ｈ”で潤滑して実施した。
【０１２２】
下記摩擦材料は配合物＃３：綿３６．８％、アラミドパルプ４．８％、セライト１３．６％、窒化ケイ素粒子４．８％、摩擦粒子：ニトリルエラストマーポリマー粒子４．０％、ＣＮＳＬ４．０％、非常に硬質なＣＮＳＬ１２．０％；ノボロイド繊維；３ｍｍ長さ１０％、０．２０ｍｍ長さ１０％を含有する。
【０１２３】
下記表１５に記載した多孔度データはＧｕｒｌｅｙ  Ｄｅｎｓｏｍｅｔｅｒを用いて１枚の紙に空気の比容(specific volume of air)を通過させるために要する時間の長さの尺度であった。
【０１２４】
下記表１５に示したＭｕｌｌｅｎデータは、試験標本によって覆われた標準オリフィス下のゴムダイヤフラム(rubber diaphragm)によって制御された液体に一定速度で圧力を加えた場合の紙の破裂強さを測定する試験方法である。この試験方法はＴＡＰＰＩ方法Ｔ−４０３の補外(extrapolation)である。
【０１２５】
【表１５】
0004074364.tif 000016
【０１２６】
両層において同じ密度と同じ物質の配合物を有する二層材料は、２０００ｒｐｍ（０〜１００サイクル）と４８００ｒｐｍ（１０１〜２１００サイクル）の両方のかみ合い(engagement)速度で同じ動摩擦値を生じる（参考例Ｊ）。図６は、参考例Ｊの二層アセンブリによる試験からの摩擦対サイクル数曲線を説明する。総パック損失は２．８ｍｉｌであった。
【０１２７】
図７と８は、密度変化を有する二層材料を示す。図７は参考例Ｋの静摩擦係数と動摩擦係数とを示す。総パック損失は０．２ｍｉｌであった。
図８は参考例Ｌの静摩擦係数と動摩擦係数とを示す。総パック損失は２．２ｍｉｌであった。二層材料の第１層又は第２層の密度の変化は摩擦及び摩耗性能を変化させる。多孔度データによって示される、最も好ましい性能は、図８に示すように、それぞれ、低密度と高密度の第１層と第２層とによって得られる（参考例Ｌ）。
【０１２８】
参考例Ｌは２０００ｒｐｍかみ合い中の改良された静摩擦係数と動摩擦係数及びやや高い摩擦係数を示す。この材料によると、アセンブリの耐摩耗性も非常に良好である。図６〜８は、評価した３種類の二層材料密度組合せ（参考例Ｊ、Ｋ及びＬ）の摩擦対サイクル数曲線を示す。
【０１２９】
二層材料は単層材料よりも良好に機能する。最良の二層材料は低密度の第１層と高密度の第２層との組合せを有する。この二層材料は単層材料よりもやや大きい耐摩耗性を示した。二層材料による試験からの動摩擦係数は、単層材料からの動摩擦係数に比べて、異なるかみ合い速度における変動が少なかった。
【０１３０】
参考例Ｖ
摩擦及び摩耗試験を方法５００４Ａに従ってＥｘｘｏｎ１９７５型“Ｈ”ＡＴＦによって実施した。全ての結果は単層摩擦材料又は二層摩擦材料を用いて得られた。選択した改質シリコーン樹脂と非改質シリコーン樹脂とをこれらの２種類の摩擦材料によって評価した。試験した材料は下記表１６に示す。参考例ＭとＮの両方は下記のような配合物＃４：アラミドパルプ３２％、セライト２６％、シリカ１６％、摩擦粒子：ニトリル型エラストマー粒子１６％、ガラス繊維１０％を含有する。
【０１３１】
【表１６】
0004074364.tif 000017
【０１３２】
改質シリコーン樹脂で飽和されたサンプルは、非改質シリコーン樹脂で飽和されたサンプルに比べて、ほぼ２倍の剪断強度を有する。改質シリコーン樹脂で飽和されたサンプルは、フェノール樹脂又は他の“脆い”種類の樹脂を混合された場合に、増強する(increase)。
【０１３３】
改質シリコーン樹脂が非改質樹脂よりも高い剪断強度を有するとしても、改質シリコーン樹脂は非改質シリコーン樹脂に比べて同じか又はやや高い残留歪み値(set value)を生じる。これらの摩擦材料配合物に関して高い剪断強度と高い非改質シリコーン耐圧縮残留歪み性との間に相関関係は殆ど存在しないと思われる。平均孔度直径は低架橋樹脂で飽和されたサンプルでは、高架橋樹脂に比べてやや大きくなる傾向がある。
【０１３４】
４５０゜Ｆ（２３２．２℃）硬化を受けたシリコーン樹脂で飽和された二層材料によって印象的な摩擦及び摩耗性能が示された。この材料は僅か０．８ｍｉｌのパック損失と９％の摩擦消失とを示した。しかし、４００゜Ｆ（２０４．４℃）において硬化された同じ材料は、２１．０ｍｉｌのパック摩耗と１３％の摩擦消失とを示して試験された。したがって、シリコーン樹脂を用いた場合には、良好なパック損失性能と摩擦性能とが存在し、これは樹脂の適切な硬化を表す。
【０１３５】
二層繊維質基材を下記に挙げる種々なシリコーン樹脂で飽和させた。図９に見られるように、この材料は約５９２℃においてその第１ＴＧＡピークを有し、５５．４６重量％残渣を有する。全てが、下記表１７に示すような樹脂によって６０重量％〜６５重量％ピックアップまで飽和された材料であった。
【０１３６】
【表１７】
0004074364.tif 000018
【０１３７】
耐熱性摩擦材料：参考例Ｍ−配合物＃４の単層と参考例Ｎ−配合物４の二層（種々なシリコーンとシリコーン／フェノール樹脂ブレンドとで飽和された）の物理的試験データを下記表１８に示す。
【０１３８】
【表１８】
0004074364.tif 000019
【０１３９】
摩擦及び摩耗データはＳＡＥ方法５００４Ａに従って、Ｅｘｘｏｎ１９８７５型“Ｈ”ＡＴＦ潤滑を用いて得られたものである。結果の要約は下記表１９に記載する。
【０１４０】
【表１９】
0004074364.tif 000020
【０１４１】
二層材料試験を種々な樹脂、シリコーン樹脂及びシリコーン／フェノール樹脂を用いて評価した。４００゜Ｆ（２０４．４℃）ではなく４５０゜Ｆ（２３２．２℃）で硬化させたシリコーン材料は、４００゜Ｆ（２０４．４℃）に硬化させた同じ材料による２１．０ｍｉｌのパック損失に比べて、０．８ｍｉｌのパック損失を生じた。シリコーン／フェノール樹脂混合物で飽和させた二層材料は５．９ｍｉｌの摩耗を生じた。
【０１４２】
２種類のＴＭＡ（熱機械的分析）試験を実施した：第１試験は寸法のずれ(dimensional displacement)を測定しながら、１０℃／分で加熱して７５０゜Ｆ（３９８．９℃）まで加熱することを含み（方法“Ａ”）、第２試験は周囲温度から５００℃までの５回の熱サイクルと、次に７５０℃までの最終温度上昇とを包含した（方法“Ｂ”）。
【０１４３】
【表２０】
0004074364.tif 000021
【０１４４】
図９は、参考例Ｎの熱重量分析（ＴＧＡ）を示す。ＴＧＡ曲線は耐熱性強化(increase heat resistance)を示す高温を表示する。重量変化％は３５．１５％であった。重量損失が迅速でなければないほど、摩擦材料は大きい耐熱性を有する。
【０１４５】
実施例１
高性能二層紙複合体湿式クラッチフェーシング摩擦材料は高温、高エネルギー、低圧縮残留歪み特性の材料配合物を含む第２層と、非線形弾性多孔質配合物を含有する第１層とを含む。この二層複合材料は高度に多孔質、非線形弾性であり、低い圧縮残留歪みを有する。例えば二層複合湿式クラッチフェーシングを包含する摩擦材料は、摩擦性能において、単独で用いた場合の第２層材料の単層材料を凌駕するかなりの改良を示す。
【０１４６】
第２層は、約１０％〜約４０％の多孔質活性炭粒子と、約１０％〜約３０％の綿繊維と、約５％〜約３０％の精密切断アラミド繊維と、約０〜２０％の合成グラファイトと、約０〜４０％の充填材とを含有する配合物＃５を含む。第１層は約５％〜約３０％の非線形弾性ＰＥＴ繊維と、約２０％〜約６０％の綿繊維と、約１０％〜約４０％の充填材とを含有する配合物＃６を含む。好ましい実施態様では、第１層は約５５％の綿と、約１０％の非線形弾性ＰＥＴ繊維と、３５％のセライトと、約２％のラテックス加工助剤とを含み、第２層は約３０％の活性炭粒子と、約２５％の綿と、約１０％のアラミド繊維と、約１０％のアラミドパルプと、約２５％のセライトと、約２％のラテックス加工助剤とを含む。第２層は二層複合材料の総厚さの約５％〜約３０％、最も好ましくは約２０％を占める。得られる二層複合材料は高度に多孔質かつ非線形弾性である。この二層複合材料は、湿式クラッチフェーシングに用いた場合に摩擦性能において、単層耐熱性材料を凌駕するかなりの改良を示す。
【０１４７】
【表２１】
0004074364.tif 000022
【０１４８】
サンプルは指定ピックアップレベルにおいてフェノール樹脂によって飽和させた。表２２に示すデータは比較例８、比較例９及び実施例Ｏの平均孔径（μ）を表す。実施例Ｏの二層材料が比較例８又は比較例９のいずれよりも大きい平均孔径（μ）を有することが見られる。全てのサンプルは４５〜４７  ｌｂ／ｆｔ3（７２０．８〜７５２．８ｋｇ／ｍ3）の最終密度まで硬化させ、圧縮した。
【０１４９】
【表２２】
0004074364.tif 000023
【０１５０】
圧縮−緩和試験は比較例８、比較例９及び実施例Ｏを用いておこなった。圧縮可能性は、材料が圧縮された後にその本来のサイズに戻る能力の尺度である。
完全パック試験（５２７Ｃ）、高エネルギー試験を用いた比較例８と実施例Ｏの高速度動摩擦係数  対  サイクルデータを図１３に示す。
【０１５１】
この二層摩擦材料は高度に多孔質で、非線形弾性である。単層の比較例８及び比較例９に比べて摩擦性能のかなりの改良が見られる。動摩擦係数の１０〜２５％の増加と、耐摩耗性の約２０〜５０％の増加が生ずる。
【０１５２】
さらに、耐熱性が増強し、静摩擦／動摩擦比が低下する。この二層摩擦材料は増大した孔度、低い圧縮−緩和挙動、さらに単層材料に比べて樹脂ピックアップの全体的な増加を示す。
【０１５３】
図１０は比較例８の圧縮と、圧縮残留歪みとを示す。図１１は比較例９の圧縮と、圧縮残留歪みデータを示す。図１２は実施例Ｏの圧縮と、圧縮残留歪みとを示す。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明はクラッチプレート、伝動帯、ブレーキシュー、シンクロナイザーリング、摩擦ディスク又は系プレート及びトルクコンバーターに用いるためのエネルギー摩擦材料として有用である。
【０１５５】
好ましい実施態様及び代替え実施態様についての上記説明は、例示であるように意図され、特許請求の範囲及び内容を限定するようには意図されないものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】  二層摩擦材料の形成方法を示す一般的概略図。
【図２】  二層摩擦材料を一般的に示す、図１のライン２−２に沿った断面図。
【図３】  比較例３と、参考例ＧとＨに関してサイクル数が増加するときの動摩擦係数を比較するグラフ。
【図４】  比較例３、４及び５と参考例１とに関してサイクル数が増加するときの動摩擦係数を比較するグラフ。
【図５】  比較例３と、参考例Ｉとに関してサイクル数が増加するときの動摩擦係数を比較するグラフ。
【図６】  参考例Ｊに関してサイクル数が増加するときの静摩擦係数と動摩擦係数とを比較するグラフ。
【図７】  参考例Ｋに関してサイクル数が増加するときの静摩擦係数と動摩擦係数とを比較するグラフ。
【図８】  参考例Ｌに関してサイクル数が増加するときの静摩擦係数と動摩擦係数とを比較するグラフ。
【図９】  参考例Ｎに関して、温度が上昇するときの重量損失％、派生的重量(derivative weight)の変化（％／℃）、及び残留量と％を示すＴＧＡグラフ。
【図１０】  フェノール樹脂を含浸させた比較例８を含む非圧縮摩擦材料の圧縮永久歪みを示すグラフ。
【図１１】  フェノール樹脂を含浸させた比較例９を含む非圧縮摩擦材料の圧縮永久歪みを示すグラフ。
【図１２】  フェノール樹脂を含浸させた実施例Ｏを含む非圧縮摩擦材料の圧縮永久歪みを示すグラフ。
【図１３】  比較例８と実施例Ｏとに関するサイクル数が増加するときの摩擦係数を比較するグラフ。
【符号の説明】
【０１５７】
１０．混合及び分配手段
１２．第１層
２０．第２手段
２２．第２層
２４．二層繊維質基材
３０．乾燥手段
４０．含浸手段
５０．乾燥手段
【図１】
0004074364.tif 000024
【図２】
0004074364.tif 000025
【図３】
0004074364.tif 000026
【図４】
0004074364.tif 000027
【図５】
0004074364.tif 000028
【図６】
0004074364.tif 000029
【図７】
0004074364.tif 000030
【図８】
0004074364.tif 000031
【図９】
0004074364.tif 000032
【図１０】
0004074364.tif 000033
【図１１】
0004074364.tif 000034
【図１２】
0004074364.tif 000035
【図１３】
0004074364.tif 000036