JP6958352B2

JP6958352B2 - 摩擦材用充填材

Info

Publication number: JP6958352B2
Application number: JP2017515607A
Authority: JP
Inventors: 伸介丸山; 耕三渡部; 一光島根; 藤井　泰彦
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: WO2016175284A1; JPWO2016175284A1

Description

本発明は、摩擦材用の充填材に関するものである。

自動車などの制動装置のブレーキパッドに用いられている摩擦材は、各種の繊維状基材、摩擦調整剤などの充填材、及びそれらを結合するための各種熱硬化性高分子を主成分とする結合材などからなる。摩擦材は、これらの各成分の混和物を、型に充填した後、加圧、加熱して結合材を硬化することにより製造される。

そして前記の繊維状基材には、ポリアミド繊維、アラミド繊維などの有機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウムなどの合成無機化合物繊維が用いられ、充填材には、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの各種無機化合物粉末や、金属粉末などが用いられる。また、摩擦調整を目的として、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤や、カシューダストなどが添加される。

摩擦材に要求される特性としては、制動力が大きいこと、耐磨耗性を有すること、温度、圧力などの変化による制動力の変化が小さくて安定していること、機械的強度が大きいことなどがある。

従来より、摩擦材用の充填材としてマグネタイトが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００９−２９８８４７号公報特開２０１１−２３６３３２号公報

特許文献１には、摩擦調整材として平均粒径３．５μｍ以上の酸化鉄を用いることが記載されているが、実施例に開示されている酸化鉄の平均粒径は３．５μｍであり、より大きな粒径の酸化鉄は具体的に開示されていない。特許文献２には、酸化鉄と樹脂とを複合化することが記載されているが、樹脂成分が多いためマグネタイト特性、研磨性等を十分に発揮できない点で好ましくない。

本発明は、研磨性に優れるとともに、樹脂への分散性向上が期待できる摩擦材用の充填材を提供するものである。

前記目的は、次の通りの本発明によって達成できる。

即ち、本発明は、マグネタイトを主成分として含有し、平均粒径が１０〜１００μｍであることを特徴とする摩擦材用充填材である（本発明１）。

また、本発明は、真比重が４．８ｇ／ｃｍ^３以上である本発明１記載の摩擦材用充填材である（本発明２）。

また、本発明は、炭素量が０．４ｗｔ％以下である本発明１又は２記載の摩擦材用充填材である（本発明３）。

また、本発明は、ＢＥＴ比表面積が４ｍ^２／ｇ以下である本発明１〜３のいずれかに記載の摩擦材用充填材である（本発明４）。

また、本発明は、圧壊強度が０．２〜１００ＭＰａである本発明１〜４のいずれかに記載の摩擦材用充填材である（本発明５）。

本発明に係る摩擦材用充填材は、粒径が大きく研磨性に優れるので、摩擦材用の充填材として好適である。また、粒径が大きいので樹脂への分散性向上も期待できる。さらに造粒物の圧壊強度コントロールすることで、摩擦材の諸特性の最適化に貢献できる。

本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。

先ず、本発明に係る摩擦材用充填材について述べる。

本発明に係る摩擦材用充填材は、結晶相としてマグネタイトを主成分とするものであり、少なくとも５０ｗｔ％含有することが好ましい。マグネタイトの含有量を前記範囲に制御することによって研磨性に優れたものとすることができる。マグネタイトの含有量の上限値は１００％であり、より好ましくは９９．８％である。他の構成相として、ＦｅＯを５０ｗｔ％以下含有することが好ましく、より好ましくは４０ｗｔ％以下である。さらに、ヘマタイトを１０ｗｔ％以下含有してもよい。

本発明に係る摩擦材用充填材は平均粒径（Ｄ５０）が１０〜１００μｍである。平均粒径を前記範囲に制御することによって、研磨性に優れるともに、樹脂への分散性向上も期待できる。好ましい平均粒径（Ｄ５０）は１５〜９８μｍであり、より好ましくは２０〜９５μｍである。

本発明に係る摩擦材用充填材は真比重が４．８ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。真比重を前記範囲に制御することによって、摩擦材用として緻密な粒子となり、研磨性に優れたものとなる。より好ましい真比重は４．９ｇ／ｃｍ^３〜５．６ｇ／ｃｍ^３であり、更により好ましくは５．０ｇ／ｃｍ^３〜５．５ｇ／ｃｍ^３である。

本発明に係る摩擦材用充填材は炭素量が０．４ｗｔ％以下であることが好ましい。炭素量を前記範囲に制御することによって、マグネタイト等の鉄化合物を多量に含有することになり研磨性に優れるものである。より好ましい炭素量は０〜０．３５ｗｔ％であり、更により好ましくは０〜０．３ｗｔ％である。

本発明に係る摩擦材用充填材はＢＥＴ比表面積が４．０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積値を前記範囲に制御することによって、研磨性に優れたものとなる。より好ましい比表面積値は０．０１〜３．９ｍ^２／ｇであり、更により好ましくは０．０２〜３．８ｍ^２／ｇである。

本発明に係る摩擦材用充填材の形状は、球状が好ましい。球状であるほど樹脂となじみやすく、また、流動性にも優れて成型しやすいためである。

本発明に係る摩擦材用充填材は黒色で無彩色であることが好ましく、色相のうちａ^＊は±３以内が好ましく、ｂ^＊は±３以内が好ましい。

本発明に係る摩擦材用充填材は圧壊強度０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。本発明に係る摩擦材用充填材は、炭素量が少なくても高い強度を維持できるので、摩擦材用として好適である。摩擦材用充填材の圧壊強度が０．１ＭＰａ未満では球状の形態を維持することが困難である。より好ましい圧壊強度は０．２〜１００ＭＰａであり、更により好ましくは０．３〜９９ＭＰａである。本発明においては、粒子の大きさや圧壊強度は、研磨・摩擦性能に影響を及ぼすので、粒子サイズや圧壊強度をコントロールし、研磨・摩擦性能に調整できる。

また、本発明に係る摩擦材用充填材は、各種原料由来の不純物が不可避的に混入してもよい。

次に、本発明に係る摩擦材用充填材の製造方法について述べる。

本発明に係る摩擦材用充填材は、例えば、下記のようにして製造することができる。

一次粒子の平均粒径が０．０５〜５．０μｍのマグネタイト粒子粉末、ヘマタイト粒子粉末及びゲータイト粒子粉末から選ばれる一種以上を用いて所定の大きさの造粒物とし、得られた造粒物を５００〜１２００℃の温度範囲で焼成することにより、摩擦材用充填材を製造する。

必要により、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｏから選ばれる１種以上の酸化物、水酸化物、蓚酸塩、炭酸塩等を併用しても良い。

また、前記各種原料粉末の粒子形態としては、立方体状、多面体状、針状、板状等のいずれの形態の粒子であってもよい。この原料粉末の一次粒子の平均粒径としては、０．０５〜５．０μｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜３．０μｍの範囲である。すなわち、一次粒子の平均粒径が０．０５μｍ未満では、スラリー粘度が高くなり噴霧乾燥する際に支障が生ずる傾向がみられ、５．０μｍを超えると、焼結体の表面粗度が大きくなり、比表面積が大きくなりすぎて、充填率が上がらなくなる傾向がみられるからである。

造粒物は、常法に従って製造すればよいが、造粒物の粒径制御などの点から原料を含有するスラリーの噴霧乾燥が好ましい。スラリーの固形分濃度を調整することにより造粒物の粒径を調整することができる。

本発明に係る摩擦材用充填材の製造過程においてスラリー化する際に樹脂成分を用いてもよい。樹脂成分としては、セルロース、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アクリル酸、ポリアクリル酸アミド，ウレタン、でんぷん類などを用いることができ、この後の熱処理において焼失するものが好ましい。樹脂成分の添加量は出発原料を１００重量部として、０．３〜５重量部が好ましい。

また、本発明に係る摩擦材用充填材の製造過程においてスラリー化する際に分散剤を用いてもよい。この分散剤としては、一般の界面活性剤を使用することができ、酸化鉄などの各種原料の粒子表面に有する水酸基と結合可能な官能基を有するものが好ましく、具体的には、ポリカルボン酸ナトリウム塩、アニオン性ポリカルボン酸アンモニウム塩、リグニンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ナトリウム塩、リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、アミン類、ポリアクリル酸の金属塩またはアンモニウム塩等があげられる。そして、焼成後のイオン性不純物の残渣を考慮すると、ポリカルボン酸アンモニウム塩を用いることが好ましい。分散剤の添加量は出発原料を１００重量部として０．１〜５重量部が好ましい。

本発明に係る摩擦材用充填材の製造に際しては、上記噴霧乾燥はスラリー濃度４０〜８０重量％にて行うことが好ましく、より好ましくは５０〜７０重量％である。すなわち、４０重量％未満では、スラリー粘度が低くなり、粒度分布の調整が困難になる傾向がみられ、また８０重量％を超えると、スラリー粘度が高くなり、球形の形状の確保が困難となる傾向がみられるからである。

噴霧乾燥の条件は、特に限定されるものではなく、スラリー濃度、粘度等によって適宜選択すればよい。

さらに、本発明においては、酸化鉄原料によって異なるが、５００〜１２００℃程度の温度で、１〜８時間の焼成を行う。すなわち、５００℃未満では、粒子が成長しないため、強度がなく球状を維持することができない。１２００℃を超えると、焼結粒子同士が融着し、雪だるま状の形状粒子が増加する傾向がみられるからである。好ましくは６００〜１１８０℃である。

焼成雰囲気は、不活性ガス雰囲気が好ましく、窒素雰囲気が好ましく、一部、水素を混合しても良い。

得られた摩擦材用充填材は、常法によって水洗しても良い。

本発明に係る摩擦材用充填材は、フェノール樹脂などの結合材、チタン酸塩など調整剤、研磨剤、充填材などともに用いて、摩擦材とすることができる。

本発明の代表的な実施例は、次の通りである。

摩擦材用充填材の平均粒径（Ｄ５０）は、「レーザー回析式粒度分布計ＨＥＬＯＳ」（ＳＹＭＰＡＴＥＣ社製）により計測した値で示した。

一次粒子の平均粒径は「走査型二次電子顕微鏡」（（株）日立ハイテクノロジーズ製）の画像分析により算出した。

摩擦材用充填材の比表面積は、「モノソーブＭＳ−１１」（カンタクロム（株）製）を用いて、ＢＥＴ法により測定した値で示した。

摩擦材用充填材の真比重は、「乾式自動密度計アキュピックＩＩ−１３４０」（マイクロメリティクス製）で測定した値で示した。

摩擦材用充填材の炭素量は、「炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ−９２０Ｖ２」（ＨＯＲＩＢＡ製）で測定した値で示した。

摩擦材用充填材を構成する各結晶相の含有量は、「ＢｒｕｋｅｒＡＸＳＫ．Ｋ」（ブルカー・エイエックスエス（株）製）のＴＯＰＡＳソフトウェアを用いて測定した。

摩擦材用充填材の色相（ａ^＊値、ｂ^＊値）は、試料０．５ｇとヒマシ油０．５ｍｌとをフーバー式マーラーで練ってペースト状とし、このペーストにクリアラッカー４．５ｇを加え、混練、塗料化してキャストコート紙上に１５０μｍ（６ｍｉｌ）のアプリケーターを用いて塗布した塗布片（塗膜厚み：約３０μｍ）を作製した。塗膜片について、「色彩色差計ＣＲ−４００」（コニカミノルタセンシング株式会社製）を用いて測定を行い、ＪＩＳＺ８７２９に定めるところに従って表色指数（ａ^＊値、ｂ^＊値）で示した。

摩擦材用充填材の圧壊強度は、単一粒子の圧縮試験（ＪＩＳＲ１６３９−５）によって求めた。微小圧縮試験機（島津製作所ＭＣＴ−Ｗ）を用いて、任意の粒子２０個の単独粒子の圧縮試験を行い、破壊試験力と粒径より圧懐強度を求め、算術平均した。

実施例１
マグネタイト粒子粉末１ｋｇとポリビニルアルコール１０ｇとポリカルボン酸アンモニウム塩１０ｇと水１ｋｇをボールミルで２時間混合してマグネタイト粒子粉末を含有するスラリーを得た。このスラリーをスプレードライで造粒及び乾燥を行い、平均粒径５０．３μｍの複合体粒子を調整した。次に、該粒子を回転式加熱処理炉内に入れ、窒素雰囲気中、８５０℃で３時間加熱した。室温まで冷却した後、取り出して摩擦材用充填材を得た。その特性を表２に示す。

実施例２
マグネタイト粉末１ｋｇとポリビニルアルコール２０ｇとリグニンスルホン酸塩を５ｇと水１ｋｇをボールミルで２時間混合してマグネタイト粒子粉末を含有するスラリーを得た。このスラリーをスプレードライで造粒及び乾燥を行い、平均粒径５３．１μｍの複合体粒子を調整した。次に、該粒子を回転式加熱処理炉内に入れ、窒素雰囲気中、７５０℃で３時間加熱した。室温まで冷却した後、取り出して摩擦材用充填材を得た。その特性を表２に示す。

実施例３
マグネタイト粉末７５０ｇ、ゲータイト粉末２５０ｇとポリビニルアルコール１０ｇとポリアクリル酸アンモニウムを５ｇと水１ｋｇをボールミルで２時間混合してマグネタイト粉末とゲータイト粉末とを含有するスラリーを得た。このスラリーをスプレードライで造粒及び乾燥を行い、平均粒径４７．７μｍの複合体粒子を調整した。次に、該粒子をプッシャー式焼成炉に入れ、窒素雰囲気中、９５０℃で３時間加熱した。室温まで冷却した後、取り出して摩擦材用充填材を得た。その特性を表２に示す。

実施例４〜９
酸化鉄原料の配合割合、樹脂及び分散剤の添加量、焼成温度を種々変化させた以外は実施例１と同様にして、摩擦材用充填材を得た。このときの製造条件を表１に、得られた摩擦材用充填材の諸特性を表２に示す。

比較例１
実施例１で使用した、マグネタイト粉末１ｋｇとポリビニルアルコール１０ｇとポリカルボン酸アンモニウム塩１０ｇと水１ｋｇをボールミルで２時間混合したスラリーをスプレードライで造粒及び乾燥を行い、平均粒径５０．３μｍの複合体粒子とした。得られた複合体粒子の諸特性を表２に示す。

比較例２、３
酸化鉄原料の配合割合、樹脂及び分散剤の添加量を変化させた以外は比較例１と同様にして、摩擦材用充填材を得た。このときの製造条件を表１に、得られた摩擦材用充填材の諸特性を表２に示す。

比較例４
酸化鉄原料の配合割合、樹脂及び分散剤の添加量、焼成温度、焼成雰囲気を変化させた以外は実施例１と同様にして、摩擦材用充填材を得た。このときの製造条件を表１に、得られた摩擦材用充填材の諸特性を表２に示す。

本発明に係る摩擦材用充填材は、粒径が大きく研磨性に優れるので、摩擦材用の充填材として好適である。また、粒径が大きいので樹脂への分散性向上も期待できる。

Claims

マグネタイトを少なくとも５０ｗｔ％含有し、平均粒径が１０〜１００μｍであり、真比重が４．８ｇ／ｃｍ ^３以上であることを特徴とする摩擦材用充填材の製造方法であり、一次粒子の平均粒径が０．０５〜５．０μｍのマグネタイト粒子粉末、ヘマタイト粒子粉末及びゲータイト粒子粉末から選ばれる一種以上を用いて造粒物とし、得られた造粒物を窒素雰囲気中５００〜１２００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする摩擦材用充填材の製造方法。
炭素量が０．４ｗｔ％以下である請求項１に記載の摩擦材用充填材の製造方法。
ＢＥＴ比表面積が４ｍ ^２／ｇ以下である請求項１に記載の摩擦材用充填材の製造方法。
圧壊強度が０．２〜１００ＭＰａである請求項１又は２に記載の摩擦材用充填材の製造方法。