(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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層の一方の面は、二層繊維質基材の総複合厚さの２％〜５０％を占める第２層に結合しており、第１層の他方の面は、金属ブレーキ又はクラッチ支持体に結合され、第１層は、油吸収性繊維及びフィラーを含み、第２層が耐高温性のアラミド繊維、フィラー、シリカ粒子、摩擦調節粒子及び所望によりガラス繊維を含む二層繊維質基材において、第１層は、第２層よりも低い密度を有している、前記二層繊維質基材。
【請求項２】
第１層が前記支持体の層とは異なる、組成、密度、又は組成と密度を有する、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項３】
第１層が、第１層の重量に基づいて、５０％〜７５％の綿と、約２５％〜５０％のフィラー物質とを含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項４】
第１層が第１層の重量に基づいて４０％〜５０％の綿と、３０％〜５０％のフィラー物質と、１０％〜２０％のガラス繊維とを含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項５】
第２層が任意にアラミドパルプと組合されたアラミド繊維と窒化ケイ素粒子；又は任意にアラミドパルプと組合されたアラミド繊維と炭素繊維から選択される、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項６】
第２層が、第２層の重量に基づいた重量％で、２０％〜４０％のアラミド繊維又はパルプ又はこれらの組合せと；１５％〜３５％のフィラー物質と；１０％〜３０％のシリカ粒子と；５％〜５％の弾性ポリマー粒子と；約３％〜２０％のガラス繊維とを含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項７】
第１層と第２層とがそれぞれ、各層の重量に基づいた重量％で、３０％〜５０％の綿と；３％〜１０％のアラミド繊維又はパルプ又は繊維とパルプとの組合せと；１０％〜約２０％のフィラー物質と；３％〜１０％の窒化ケイ素粒子と；１５％〜２５％の摩擦粒子と；０％〜２０％のガラス繊維と；０％〜２５％のノボロイド繊維又は粒子又はこれらの組合せとを含み；第１層が約５２５以上のカナダ標準ろ水度を有する綿繊維を含み、第２層が４７５以下のカナダ標準ろ水度を有する綿繊維を含む、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項８】
摩擦粒子が３％〜５％の弾性ポリマー粒子と、１０〜２０％のカシューシェルナッツ液体粒子とを含む、請求項７記載の二層繊維質基材。
【請求項９】
ノボロイド繊維が５〜１５％の、３ｍｍの平均長さを有する繊維と、５〜１５％の、０．２ｍｍの平均長さを有する繊維とを含む、請求項７記載の二層繊維質基材。
【請求項１０】
第１層と第２層とが２０％〜４０％のアラミド繊維又はパルプ又は繊維とパルプとの組合せと；１５％〜３５％のフィラー物質と；１０％〜３０％のシリカ粒子と；５％〜２５％の弾性ポリマー粒子と；３％〜２０％のガラス繊維とを含み；第１層が７０〜９０ポンド／３０００平方フィートの基本重量を有し、第２層が３０〜５０ポンド／３０００平方フィートの基本重量を有する、請求項１記載の二層繊維質基材。
【請求項１１】
フェノール樹脂若しくは改質フェノール樹脂、エポキシフェノール改質樹脂、シリコーン樹脂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樹脂若しくは改質シリコーン樹脂とのブレンドによって含浸された、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であって、３５重量％〜６５重量％の樹脂を含む摩擦材料。
【請求項１２】
油吸収性繊維及びフィラーを含む第１層を形成する工程と；耐高温性のアラミド繊維、フィラー、シリカ粒子、摩擦調節粒子及び所望によりガラス繊維を含む第２層を第１層に接着させる工程とを含む、請求項１記載の非アスベスト摩擦材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は二層繊維質基材に関する。繊維質基材(fibrous base)は湿式製紙プロセス中に一緒に結合される、第１層と第２層とを有する。この二層繊維質基材は摩擦材料用途に有用である。
【０００２】
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徴を有する。本発明の二層摩擦材料は高度な耐久性を有し、従来の単層摩擦材料よりも製造するために費用がかからない。
【０００３】
【従来の技術】
新規な及び進歩したトランスミッション系とブレーキ系とが自動車産業によって開発されている。これらの新規な系は高いエネルギー必要量を含むことがしばしばである。それ故、これらの進歩した系の増大するエネルギー必要量を満たすために摩擦材料テクノロジーも開発されなければならない。
【０００４】
特に、新規な高エネルギー型摩擦材料が必要とされる。この新規な高エネルギー摩擦材料は、表面速度が約６５ｍ／秒までであるような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までの高いフェイシング  ライニング圧力(facing lining pressure)に耐えなければならない。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。
【０００５】
摩擦材料は、進歩したトランスミッション系及びブレーキ系に有用であるためには、耐久性であり、高い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らなければならないのみでなく、運転条件下で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。
【０００６】
新規なトランスミッション系及びブレーキ系のかみ合いと分離(engagement and disengagement)中に発生する高速度は、摩擦材料がかみ合い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。ギヤーからギヤーへの動力シフト中のブレーキ系又はトランスミッション系の材料の“震動(shuddering)"を最小にするために、摩擦かみ合いが広範囲な速度と温度とにわたって比較的定常であることが重要である。
【０００７】
以前には、温度安定性のために摩擦材料中にアスベスト繊維が包含されていた。例えば、Ａｒｉｅｄｔｅｒ等の米国特許第３，２７０，８４６号はアスベストと共に用いるためのフェノール樹脂とフェノール改質樹脂を述べている。しかし、現在、健康と環境問題殿ために、アスベストはもはや用いられていない。最近の摩擦材料は、含浸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修飾することによって、摩擦材料中にアスベストが存在しないことを克服しようと試みている。しかし、これらの摩擦材料は発生する高熱を消散させず、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必要とされる高い摩擦係数の性能を満たしていない。
【０００８】
摩擦材料は、摩擦材料が使用中にブレーキ液又は自動トランスミッション液のような液体によって“濡らされる”又は含浸される“湿式”用途にしばしば用いられる。“湿式”摩擦材料の使用中に、流体(fluid)は最後に摩擦材料から絞り出されるか又は摩擦材料を含浸している。湿式摩擦材料はそれらの組成と物理的特徴の両方において、“乾式”摩擦材料から非常に異なる。
【０００９】
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受容される特徴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、さらに圧縮永久歪み、摩耗及び応力に耐性でなければならず；高度な耐熱性を有し、かつ熱を迅速に消散することができるべきであり；長期間持続する、安定で、一定した摩擦性能を有さなければならない。これらの特徴のいずれでも満たされなければ、摩擦材料の最適性能は満たされないことになる。
【００１０】
したがって、高エネルギー用途の摩擦材料の形成に適当な摩擦ライニング又は繊維質基材が用いられることも重要である。摩擦材料は、含浸中に湿潤樹脂(wet resin)で飽和される場合とブレーキ液若しくはトランスミッションオイルで飽和される場合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。
【００１１】
ある一定の用途では、使用中に高い流体透過容量が存在するように、摩擦材料が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が重要であるのみでなく、摩擦材料は圧縮可能でもなければならない。摩擦材料中に侵入した流体は、ブレーキ又はトランスミッションの操作中に加えられる圧力下で迅速に、摩擦材料から絞り出されるか又は放出されなければならない、さらにライニング材料は崩壊してはならない。ブレーキ又はトランスミッションの操作中に発生される熱の迅速な消散を容易にするためにも、摩擦材料が高い熱伝導度を有することも重要である。
【００１２】
これらの必要な特徴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その他の成分は高価であり、摩擦材料の費用を高める。
【００１３】
高エネルギー用途に有用であるほど充分な強度を有する二層状の(two-plies or layers)繊維質基材を包含するトランスミッション系に用いるための摩擦材料は、知るかぎりでは、開示されていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、先行技術の摩擦材料に比べて、信頼できる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。
【００１５】
本発明の他の目的は、高い熱伝導度、多孔度及び強度を有する摩擦材料を提供することである。
【００１６】
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、改良された特徴を有する摩擦材料が今回開発された。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記要求を満たすために、操作中に遭遇される条件に類似した条件下で多くの物質を摩擦抵抗と耐熱性の特性に関して評価した。商業的に入手可能なブレーキライニングとトランスミッション材料の両方を研究して、高エネルギー用途に用いるために適さ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特に有用である。１態様では、本発明は二層状の物質を含む繊維質基材を提供する。
【００１８】
この二層状繊維質基材は第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層は耐熱性で高強度の繊維と、例えばフィラー及び／又は摩擦調節粒子のような、摩擦製紙材料(friction paper-making material)とを含む。ある種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油吸収性である。
【００１９】
本発明の他の態様は、摩擦材料を形成するために適した少なくとも１種の樹脂を含浸させた二層繊維質基材に関する。二層摩擦材料はクラッチ摩擦板、バンド、シンクロナイザーリング及び関連トランスミッション摩擦要素(transmission friction products)のための摩擦材料に特に有用である。
【００２０】
繊維質基材に異なる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改質フェノール系(modified phenolic-based) 樹脂を含浸させることが有用である。ある一定の実施態様において、シリコーン樹脂を相容性溶媒中でフェノール樹脂とブレンド又は混合し、このシリコーン−フェノール樹脂ブレンドを本発明の繊維質基材を含浸させるために用いる場合に、高エネルギー摩擦材料が形成されることが今回発見された。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。
【００２１】
本発明の摩擦材料は、摩擦材料の有効寿命(useful life)中に不均一なライニング摩耗が生じ、そのため、セパレータプレート“ホットスポット”が発生することを防止する。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”を維持し、それ故、する可能性がクラッチ及びブレーキのいっそう一定した性能を維持する可能性が大きくなる。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、良好な剪断強度を有する。
【００２２】
二層繊維質基材の層は湿式製紙プロセス中に一緒に結合される。繊維及び／又はフィラー及び／又は摩擦粒子を含む第１層又は下層が形成される。繊維及び／又はフィラー及び／又は摩擦粒子を含む、摩擦材料の第２層又は上層が第１層の上部に形成される。第２層は、使用中に最適性能特徴を与える摩擦材料配合物(formulation)を有する。ある一定の実施態様では、第２層は、結合された二層繊維質基材の全体厚さの約２％から約５０％までを構成することができる。ある一定の実施態様では、第２層は第１層の組成とは異なる組成を有することができる及び／又は同じ組成を、但し異なる密度で有することができる。
【００２３】
本発明によると、第２層は特定の末端用途の性能要求を満たすように選択された成分を含有する。第１層成分は上層の性能を与えるように選択される。結合される第２層成分と第１層成分との適当な選択は摩擦材料の特徴に影響を与える。耐久性、摩擦、摩耗、減摩性、透過性、弾性のような性能特徴及びその他の関連性能特徴は、本発明の二層材料を用いると強化される。
【００２４】
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徴を有する。次に、本発明の二層摩擦材料を二層材料の摩擦特徴を強化するように選択された樹脂で飽和させる。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度な摩擦性能とを有する。
【００２５】
本発明の１実施態様では、二層繊維質基材を提供する。この繊維質基材は１種類の組成及び／又は密度の第１層と、第１層に隣接した、異なる組成及び／又は密度を有する第２層とを有する。各層の厚さ(caliper)と組成は末端用途が変化を必要とするのに応じて、変化することができる。二層繊維質基材は末端摩擦用途のために最適の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領域に隣接する。第２層における種々な成分の使用は費用効果的摩擦材料を与え、他の場合には高いコストのために配合物から除外されたと思わ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体を形成する。さらに、意外なことには、二層摩擦材料が、増強された摩擦特徴と低下した摩耗とを有することが判明している。その上、二層摩擦材料は慣用的な摩擦材料よりも耐久性である。
【００２６】
本発明の種々な実施態様において、第１層又は下層は例えば少なくとも１種類の繊維と少なくとも１種類のフィラー物質とを含む組成物を含む。第２層又は上層は第１層とは異なる組成物を有する。第２層は例えば耐熱性で高強度の繊維と、フィラー及び摩擦粒子を有する。第２層の成分は最適性能の特徴を与える。
【００２７】
本発明の他の実施態様では、第１層と第２層とは同じ組成物を含むことができるが、但し、異なる基本重量及び／又は密度を有する。特に好ましい実施態様では、第１層は低い密度を有し、第２層は高い密度を有する。このような実施態様では、第１層と第２層とは両方とも１種類以上の繊維、フィラー及び摩擦粒子を含むことができる。
【００２８】
種々な好ましい実施態様では、約７０〜９０（より好ましくは７５〜８５）ポンド／３０００平方フィートの範囲内の基本重量を有する繊維質基材の層は一般に低密度を有し、約３０〜５０（より好ましくは３５〜４５）ポンド／３０００平方フィートの範囲内の基本重量を有する繊維質基材の層は一般に高密度を有する。他の好ましい実施態様では、約５２５以上（好ましくは約５５０以上）のカナダ標準ろ水度（ＣＦＮ）を有する繊維（例えば、綿及び／又はアラミド繊維又はパルプ）を含む繊維質基材の層が一般に低密度を有する。これに反して、約４７５以下（好ましくは約４５０以下）のＣＦＮを有する繊維を含む層は一般に高密度を有する。
【００２９】
種々な種類の繊維質又は未加工パルプ物質が本発明に有用である。適当に(partially)に有用な繊維質物質は綿繊維、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)物質と呼ばれる、例えばアラミドフロック(aramid floc)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構成することができる。種々な紙配合物が本発明に有用であり、その他の繊維質物質も繊維質基材配合物に存在することができると理解すべきである。例えば、綿は約３５０℃の比較的低い温度で燃焼する。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熱安定性の範囲を有する。比較的高い割合の綿を含む繊維質基材は、例えばアラミドパルプのような比較的高い熱安定性成分を含有する繊維質基材よりも熱安定性でないと考えられる。このような成分の範囲と割合は摩擦材料の末端用途と、このような摩擦材料が中程度のエネルギー必要条件又は高エネルギー必要条件のいずれにさらされるかに依存する。
【００３０】
本発明の二層繊維質基材には種々なフィラーが有用であると理解すべきである。特に、例えば珪藻土及び／又はシリカのようなシリカフィラーが特に有用である。しかし、他の種類のフィラーが本発明に用いるために適しており、フィラーの選択は二層摩擦材料の特定の末端用途の必要条件に依存すると考えられる。
【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、炭素及びガラス繊維のような繊維と、例えば珪藻土及び／又はシリカのようなフィラーと、例えば窒化ケイ素及びその他の摩擦粒子のような加工助剤とを含む。窒化ケイ素を繊維質基材中に混入すると、得られる摩擦材料の摩擦特性の動学的係数が改良されることが、意外にも判明した。このことは、窒化ケイ素の繊維はクラッチ又はブレーキ部品に対して破壊性(abrasiveness)であるため摩擦材料中に含めるの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１．５μのサイズの平均粒径を有する。ある一定の実施態様では、約１μの平均粒径を有する窒化ケイ素粒子が格別に良好に作用することが判明している。窒化ケイ素粒子の１種類はＳｉ3Ｎ4として得られる。窒化ケイ素粒子は約３％〜約１５％の低いレベルで用いた場合にも動力学的摩擦係数を高める。種々な好ましい実施態様において、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、摩擦材料の多くの使用回数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近い場合には、クラッチ運転において１つのギヤーから他のギヤーへの滑らかな転移が生じる。本発明は摩擦材料に窒化ケイ素粒子を添加すること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、例えば摩擦粒子及び加工助剤のような他の成分が繊維質基材に有用であることが考えられる。これらの摩擦粒子成分は例えばカシューシェルナッツ液（ＣＳＮＬ）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％のエラストマー物質（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適合部品(mating part)（例えば、セパレータプレートやクラッチ）により密接に密着することを可能にし、それ故、セパレータプレート間の“見かけの(apparent)”接触面積に対して“実際の(real)"接触面積を増加させる。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おいて有用である。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耐圧縮性とを強化する。摩擦ライニング材がこれらの２特性を示すときに、摩擦材料を通しての流体キャピラリー流動が改良される。耐圧縮性の強化は摩擦材料が圧壊する機会を防止又は減少するので、キャピラリー流動は維持され、時には改良される。種々な実施態様では、炭素繊維は約２０％〜約４０％の範囲内で、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種類の繊維が比較的短い長さ（平均長さ約０．２ｍｍ）を有し、他の種類の繊維は比較的長い長さ（平均繊維長さ約３ｍｍ）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。如何なる理論によっても縛られることを望むわけではないが、比較的短い繊維が繊維としてよりも粒子として作用し、それ故、結合剤型物質のように作用すると考えられる。ノボロイド繊維のような短い粒子が摩擦紙(friction paper)に改良された強度を与える。比較的長い繊維は、加圧下での摩擦時に摩擦材料の圧壊を防止することによって、摩擦材料に強度と構造を与える。何らかの特定の理論に固定されることを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が摩擦材料中に存在するフェノール樹脂と結合して、摩擦材料に機械的かつ化学的強度を与えることを助けると考えられる。
【００３６】
ある一定の実施態様では、第１層又は下層は綿繊維と、例えば珪藻土のようなフィラー物質とを含む。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％のフィラー物質とを含む。特に好ましい実施態様では、第１層は約６０％の綿と約４０％のフィラー物質とを含む。
【００３７】
他の好ましい実施態様では、第１層は綿、ガラス繊維及びフィラー物質を含む。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％ののフィラー物質とを含む。
【００３８】
ある一定の他の実施態様では、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％のフィラー物質と；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層が形成されることができる。
【００３９】
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％の珪藻土と；１０〜約３０％のシリカ粒子と；５〜約２５％のエラストマーポリマー粒子と；約３〜約２０％のガラス繊維とを含む。
【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：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％のフィラー物質と；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。
【００４１】
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。
【００４２】
第２層又は上層を構成する成分を一緒に混合して、実質的な均質なブレンドを形成し、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を本発明によって用いることができると理解すべきである。
【００４３】
第１図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混合又は分配手段１０が繊維質基材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を形成するための成分は、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層又は下層１２上に供給する。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。
【００４４】
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を次に適当な乾燥手段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他の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場合には、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で飽和させる又は含浸させることができると理解すべきである。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／又はこの樹脂を使用することができる。
【００４５】
第２図は一般的に、第１層又は下層と第２層又は上層とを含む二層繊維質基材２４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、ある一定の実施態様では、好ましくは約１０％〜約２０％を占める。
【００４６】
本発明の二層材料の使用中に本質的に離層問題が生じないほど、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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か否かによって表すことができる。摩擦材料の物理的及び摩擦的特徴が末端使用製品の予想耐用期間(expected service period)中に完全に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に維持するために必要な耐摩耗性及び強度を有することができない。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。本発明に有用な種々な樹脂は、フェノール樹脂とフェノール系樹脂を含有する。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（存在する溶媒は含まず）で存在する。しかし、含浸剤樹脂ブレンドが、シリコーン−フェノール混合物（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。
【００４９】
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）、無視できる水溶性、約１．０９の比重、揮発性物質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。
【００５０】
他の有用な樹脂は、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。樹脂は別々に硬化し、新規な化合物が形成されない。
【００５３】
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。
【００５４】
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。フェノール樹脂にブレンドし、種々な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。シリコーン−フェノール樹脂をブレンドし、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。
【００５５】
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重量部につきの約３０〜約６５重量部を占めるように、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、所望の温度に加熱して、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所望の基体に適当な手段によって付着させる。
【００５６】
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言うさらなる証拠を提供する。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ように意図されない。
【００５７】
湿式(wet)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、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。二層摩擦材料と所望の基体との界面と、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。
【００５８】
【実施例】
実施例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に示すように実施例１に用いた。
【００５９】
【表１】
0004166844.tif 000002
【００６０】
物質の相対潤滑剤透過特性についての情報を得るために、油透過時間を記録した。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”自動トランスミッション液の３〜４滴を用いた。
【００６１】
下記に述べる摩擦試験において不充分に機能した物質は、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、アッセンブリの中へ及びアッセンブリを通して不良な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形態で処理した。この改良された第２層の形態は、またアッセンブリ中への油流動をやや減じた。選択した物質に関する特定の油滴下時間は、以下の表２に示す。
【００６２】
【表２】
0004166844.tif 000003
【００６３】
試験物質の第１セット（比較例１、比較例Ａと参考例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）は綿のみとセライトとから構成された。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。
【００６４】
比較例Ａの物質は綿とセライトのベース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、高い耐熱性と、プレートあたりのコスト軽減と、油保持を可能にする開放構造を有する二層紙の形成とを包含する。
【００６５】
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に、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）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は比較例Ａに比べて摩擦の規模を僅かに変化させて実施した。この試験は種々な物質を用いて性能の変化を本質的に明らかにした。しかし、比較例Ａと参考例Ｂは比較例２よりもやや低いライニング摩耗を生じた。
【００６６】
【表３】
0004166844.tif 000004
【００６７】
完全充填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。完全充填摩擦と摩耗結果の要約を下記表４に示す。
【００６８】
【表４】
0004166844.tif 000005
【００６９】
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。
【００７０】
【表５】
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【００７１】
アラミド繊維の上層を有する比較例Ｃと比較例Ａ（表３と表５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。比較例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は同様に機能した。比較例Ａ、参考例Ｂ、比較例Ｃ、参考例Ｄ、参考例Ｅ及び参考例Ｆの紙の全てに関して、ライニング摩耗は低かった。
【００７２】
以下の表６に示す完全充填試験では、比較例Ｃが全１０５０サイクルを実施した。全ての物質が摩耗した。
【００７３】
【表６】
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【００７４】
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。
【００７５】
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を含む上層が比較例２物質よりも軽度なライニング摩耗及び軽度な摩擦で機能することを示す。
【００７６】
実施例ＩＩ
実施例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物の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、下記実施例にフェノール樹脂を飽和させた。
【００７７】
【表７】
0004166844.tif 000008
【００７８】
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。完全充填試験を方法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。さもなくば、２つの完全充填方法が同じであることになる。
【００７９】
（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。
【００８０】
摩擦材料に関して、キャピラリー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。
【００８１】
（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）
完全充填試験＃５２８
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実施例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（実施例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。
【００８２】
アセンブリ充填摩耗（２００ポンド基本重量）
完全充填試験＃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（単層物質）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（実施例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。加圧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。
【００８３】
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。
【００８４】
【表８】
0004166844.tif 000009
【００８５】
【表９】
0004166844.tif 000010
【００８６】
（Ｂ）高基本重量材料  対  低基本重量材料
低基本重量（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。
【００８７】
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。
【００８８】
１３５ポンド基本重量と２００ポンド基本重量の両物質の密度を下記式を用いて算出した。低基本重量物質と高基本重量物質とを最終密度４３を有するアセンブリに形成した。
【００８９】
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、原料物質から飽和済み物質への重量増加％
【００９０】
（Ｃ）紙キャピラリー流動
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孔径(pore sizediameter)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孔度直径を有する。この大きい平均孔径は接触領域における潤滑剤利用可能性を高めることを助ける。
【００９１】
高基本重量（２００ポンド）物質は、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）の同じ物質に比べて比較的大きい平均孔径を有する。未加工の２００ポンド基本重量の比較例３物質は３．００１６μ平均孔径を有する。基本重量が１３５ポンド物質（比較例４）に減少すると、平均孔度は２．１６７０μに減少する。しかし、ひと度圧縮されたならば、両方の基本重量物質は同じ２．４５μ平均孔径を有するようになる。
【００９２】
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層を種々に一緒にすることは、一緒にした２層平均孔度を変化させる有効な方法である。
【００９３】
キャピラリー流動のデータは（ａ）物質を樹脂で飽和させ、硬化させたときに、及び（ｂ）２層材料を用いるときに、単層材料に比べて平均孔径が増加することを示す。物質を樹脂で飽和させ、硬化させた後に、圧縮すると、平均孔径は減少する。
【００９４】
【表１０】
0004166844.tif 000011
【００９５】
（Ｄ）ガラス繊維を含む及び含まない下層
圧縮永久歪み試験
圧縮永久歪み試験を実施して、実験物質中の“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。
【００９６】
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ずたずたになる。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。
【００９７】
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ポンド基本重量物質に比べて５０％高い。下層に綿とセライトとを含む二層２００ポンド基本重量物質（参考例Ｇ）は、単層生成物質と同じ引張り強度を示す。
【００９８】
二層物質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。この物質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。
【００９９】
【表１１】
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【０１００】
（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）シート中の層の量と種類、（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、カ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。
【０１０１】
上記実施例ＩＩは、単層物質と二層物質とが同じような完全充填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。
【０１０２】
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、二層物質は単層物質よりも耐久性である。
【０１０３】
摩擦材料組成が変化すると、平均孔径も変化する。二層物質の第１層の組成を変化させると、孔径が増大して、クラッチアセンブリの潤滑が改良される。
【０１０４】
二層物質を用いることによって単層物質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層に集中させることができる。
【０１０５】
実施例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物質が要求される。通常、高い摩擦係数はこのような物質からの高い耐熱性ほど重要ではない。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。飽和される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】
0004166844.tif 000013
【０１０７】
比較例７配合物にはフェノール樹脂（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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
完全充填試験−中程度エネルギー方法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）単層物質を製造すると、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物質（イソプレン型粒子を有する）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物質は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。
【０１１１】
【表１３】
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【０１１２】
【表１４】
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【０１１３】
高い４５％ピックアップにおいて比較例７物質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、この物質は０．１２３の最終動摩擦を有し、僅か４．０ｍｉｌの充填損失を示した。比較例７物質は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物質（比較例３）は５５０サイクル後に停止された。単層物質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、物質に付加的なエネルギー容量が与えられる。
【０１１４】
比較例７物質を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。この物質は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。充填損失は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。
【０１１５】
１３５ポンド基本重量の単層物質（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。
【０１１６】
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物質（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の充填損失を示して、試験を上首尾に完成することができた。
【０１１７】
単層物質（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の充填損失が生じた。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。
【０１１８】
上層に配合物＃１を有する二層物質（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の充填損失と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。この二層物質は単層物質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物質はフェノール樹脂飽和物質よりも大きい摩擦を示して機能した。
【０１１９】
図５は比較例３と実施例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物質の効果を示す。
【０１２０】
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。単層物質と、異なる密度の組合せによる二層物質とを評価した。評価した二層物質の密度組合せは、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（比較例Ｊ）、第１層が高い密度を有し、第２層が低い密度を有する（比較例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（実施例Ｌ）であった。
【０１２１】
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、高密度層を含む実施例はより高度に“機械的に”精製された綿物質を含有する。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（ＣＦＮ）を低下する。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、繊維物質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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
下記の比較例Ｊ、比較例Ｋ及び実施例Ｌにおける摩擦材料は次のような配合物＃３を含有する：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％、０．２ｍｍ長さ１０％。
【０１２４】
下記表１５に記載した多孔度データはＧｕｒｌｅｙデンシトメータを用いて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。
【０１２５】
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アグラム(rubber diagram)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。
【０１２６】
【表１５】
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【０１２７】
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物質は、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（比較例Ｊ）。図６は、比較例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。総充填損失は２．８ｍｉｌであった。
【０１２８】
図７と８は、密度変化を示す二層物質を示す。図７は比較例Ｋの静摩擦係数と動摩擦係数とを示す。総充填損失は０．２ｍｉｌであった。
【０１２９】
図８は実施例Ｌの静摩擦係数と動摩擦係数とを示す。総充填損失は２．２ｍｉｌであった。二層物質の第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（実施例Ｌ）。
【０１３０】
実施例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。この物質によると、アセンブリの耐摩耗性も非常に良好である。図６〜８は、評価した二層物質密度組合せ（比較例Ｊ、比較例Ｋ及び実施例Ｌ）の摩擦対サイクル数曲線を示す。
【０１３１】
二層物質は単層物質よりも良好に機能する。最良の二層物質は低密度の第１層と高密度の第２層との組合せを有する。この二層物質は単層物質よりもやや大きい耐摩耗性を示した。二層物質による試験からの動摩擦係数は、単層物質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。
【０１３２】
実施例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。試験した物質は下記表１６に示す。実施例ＭとＮの両方は次のような配合物＃４を含有する：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％。
【０１３３】
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【０１３４】
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、強化する(increase)。
【０１３５】
改質シリコーン樹脂は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永久歪み値(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圧縮永久歪み抵抗(compression set resistance)との間に相関関係は殆ど存在しないと思われる。平均孔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。
【０１３６】
４５０゜Ｆ（２３２．２℃）硬化にさらされたシリコーン樹脂で飽和された二層物質によって印象的な摩擦及び摩耗性能が示された。この物質は僅か０．８ｍｉｌの充填損失と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物質は、２１．０ｍｉｌの充填摩耗と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、良好な充填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。
【０１３７】
二層繊維質基材を下記の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、この物質は約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物質であった。
【０１３８】
表１７
樹脂（１）ＭＴＶシリコーンゴム、樹脂／ポリマー比＝５０：５０−３０分間．
＠４００゜Ｆ（２０４．４℃）−シリコーン
樹脂（２）３０分間＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−改質シリコーン重量平均分
子量＝１０，０００、架橋度＝１．３
樹脂（３）３０分間＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−改質シリコーン重量平均分
子量＝１０，０００、架橋度＝１．４
樹脂（４）３０分間＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−２０：８０−シリコーン／フェノール樹脂ブレンド
樹脂（５）ＭＴＶシリコーンゴム、樹脂／ポリマー比＝５０：５０〜３０分間。
＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−シリコーン
樹脂（６）３０分間＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−改質シリコーン重量平均分
子量＝１０，０００、架橋度＝１．４
樹脂（７）３０分間＠４００゜Ｆ（２０４．４℃）−改質シリコーン重量平均分
子量＝５０００，０００、架橋度＝１．４
樹脂（８）３０分間＠４５０゜Ｆ（２３２．２℃）−改質シリコーン重量平均分
子量＝５０００，０００、架橋度＝１．４
樹脂（９）シリコーンゴム、樹脂／ポリマー比＝７０：３０
樹脂（１０）シリコーンゴム、樹脂／ポリマー比＝９０：１０
樹脂（１１）シリコーンゴム、樹脂／ポリマー比＝５：９５
【０１３９】
耐熱性摩擦材料：実施例Ｍ−配合物＃４の単層と実施例Ｎ−配合物４の２層（これらは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せた）の物理的試験データを下記表１８に示す。
【０１４０】
0004166844.tif 000018
0004166844.tif 000019
【０１４１】
摩擦及び摩耗データはＳＡＥ方法５００４Ａに従って、Ｅｘｘｏｎ１９８７５型“Ｈ”ＡＴＦ潤滑し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。
【０１４２】
0004166844.tif 000020
0004166844.tif 000021
【０１４３】
二層物質試験を種々な樹脂、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℃）に硬化させたシリコーン物質は、４００゜Ｆ（２０４．４℃）に硬化させた同じ物質による２１．０ｍｉｌの充填損失に比べて、０．８ｍｉｌの充填損失を生じた。シリコーン／フェノール樹脂混合物で飽和させた二層物質は５．９ｍｉｌの摩耗を生じた。
【０１４４】
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”）。
【０１４５】
0004166844.tif 000022
0004166844.tif 000023
【０１４６】
図９は、実施例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。
【０１４７】
【産業上の利用可能性】
本発明はクラッチプレート、トランスミッション帯、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に用いるためのエネルギー摩擦材料として有用である。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、特許請求項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】
【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、実施例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と実施例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、実施例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】実施例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】実施例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】実施例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】実施例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。
【符号の説明】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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