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JPS6028293B2 - 耐摩耗性繊維および摩擦材 - Google Patents
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JPS6028293B2 - 耐摩耗性繊維および摩擦材 - Google Patents

耐摩耗性繊維および摩擦材

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JPS6028293B2
JPS6028293B2 JP55081557A JP8155780A JPS6028293B2 JP S6028293 B2 JPS6028293 B2 JP S6028293B2 JP 55081557 A JP55081557 A JP 55081557A JP 8155780 A JP8155780 A JP 8155780A JP S6028293 B2 JPS6028293 B2 JP S6028293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明はアラミド繊維を含む新規な耐摩耗性繊維、更に
詳しくはこれら繊維で形成されるディスクブレーキ板、
クラッチ板、ブレーキラィニング等に用いられる摩擦材
に関する。
従来より自動車工業界は、自動車、トラック及びその他
の動力乗物に使用される改善された摩擦物質の探索を広
く行ってきている。
改善された摩擦材が特に要求される部分の一つとしてク
ラッチ板が挙げられる。クラッチ板の製造上特に重要な
ことは、乗物の駆動チェィンの回転速度を従来の速度よ
りも更に高くしても破壊強度に耐えること、また高い摩
擦係数を有し且つ通常のクラッチ板の疲労を減少せしめ
その使用寿命を増大せしめることにある。クラッチ板が
熱破壊強度試験に於いて好成績を納め得ることは主要な
自動車製造者の強く望むところである。
この試験はクラッチ板の受ける最も苛酷な試験であって
、通常この試験を実施するとクラッチ板を形成している
繊維状の物質や樹脂やゴムなどのバインダーが高温に耐
えられずこの結果強度が低下し従って比較的低い回転速
度で破壊してしまうのである。外径が11インチで内径
が6.5インチの石綿繊維で構成される通常のクラッチ
板は、加熱破壊強度試験により約8000から900仇
.p.m.の回転速度で破壊することが知られている。
このようなクラッチ板の欠点を改善するために、石綿繊
維を摩擦物質として繊維する一方、この補強材としてガ
ラス繊維が用いられてきた。
近年、熱破壊強度を改善するために、ガラス長繊維東を
螺旋状又はランダムに巻いて環状の板とし、これを熱凝
固性のセメントに含浸せしめてクラッチ板が、米国特許
第374306計号及び第3756910号に開示され
ている。米国特許第4130$7号の記載によれば、摩
擦材の摩擦成分としてのガラスは、ガラスからなる摩擦
材と他の板の表面とを摩擦せしめるとき騒音や振動その
他の異常な摩擦による影響が現れるため実用に供するに
に致らず、これらの欠点を克服するために、前記特許で
は約4000Fから8000Fの分解温度を有する不溶
性の有機質繊維、即ち例えばノメツクスという名のデュ
ポンより発売されているアラミド繊維の使用を提案して
いる。
従釆より使用されている石綿繊維からなるクラッチ板は
従釆の熱破壊強度試験に対しては限界であり、例えば約
0.22から約0.44程度の摩擦係数を有しているが
、10000回の試験により約0.01一0.012イ
ンチ程度の高い摩擦性能を示す。
一方、ガラス繊維クラッチ板は改善された熱破壊強度を
示すのであるが、石綿繊維クラッチ板に比較すれば耐疲
労性が低い。しかしながら両者に於ける改善はなお続け
らているのが現状である。本発明の目的は、自動車クラ
ッチ板及びブレーキラィニングに特に適するアラミド繊
維を含む新規な耐摩耗性繊維を提供することにある。本
発明の他の目的は、アラミド繊維からなり高い熱破壊強
度と改善された耐疲労特性を有する摩擦材を提供するこ
とにある。
本発明のこれらの目的は、本発明の詳細な説明及び添付
の図面に於いて明確に示されるものである。
本発明の詳細な記述 本発明は主要成分としてアラミド繊維及び熱凝固性バイ
ンダー又はセメントからなる摩擦材を提供するものであ
る。
バインダーは熱硬化時に摩擦材中のアラミド繊維に対す
るマトリックスとなるものである。本発明に使用するア
ラミド繊維は、商標名“ケラー”で市販されている糸で
ある。
アラミドとは芳香族ジアシツド(djacid)ク。
ラィドと芳香族ジアミンの反応生成物からなる繊維の総
称であってジアシッドクロラィドの酸基とジアンのアミ
ン基は、100℃以下の低温に於いて相互にメタ又はパ
ラの位置にあるものである。アラミド繊維は、次に示す
循環構造単位の高分子重合体からなるものである。ここ
に、R,は水素又は低アルキルであり、〜,及びAr2
は同種又は異種、置換されない二価の芳香族ラジカルで
あり、二価芳香族ラジカルの鎖は結合手は相互にメタ又
はパラの位置にあって、芳香族分子についている置換基
としては低ァルキル、低アルコキシ、ハロゲン、ニトロ
、低カルバルコキシ又は重合時にポリアミドを生成しな
いような他の基の、1個或いは複数個の混合物等が挙げ
られる。
本発明の摩擦材成分として用いられるアラミド繊維のポ
リマーについては、米国特許第3094511号に記載
されている。
アラミド繊維は、少くとも約8500F、好ましくは約
9000Fの分解温度を有していなければならない。本
発明の摩擦材に用いることのできるアラミド繊維は、テ
レフタル酸とpーフェニレンジアミンの縮重合物である
重合体からなるものが望ましい。
一例として、約9300Fの分解温度、1.44夕/地
の密度、約0.0005インチの繊維直径、21夕/デ
ニ−ルの強度及び約40000蛇siの引張強度等の繊
維特性を有するものが好ましい。摩擦材及びその用途に
望まれる繊維の形態は、長繊維又は短繊維或いは切断繊
維であり、短繊維の場合は約1/8から2インチ長の繊
維が用いられる。
切断繊維の場合は捲縮があってもよい。例えば、本発明
記載のクラッチ板に於いては、アラミド長繊維で構成さ
れる糸を用いることが好ましい。短繊維と切断繊維はデ
ィスクブレーキ板の製造上特に有用である。本発明の摩
擦材には、アラミド繊維の他に熱硬化性樹脂、硫化性弾
性体及び摩擦緩和剤が含まれる。
熱硬化性樹脂としては、フェノールホルムアルデヒド、
レゾルシノールホルムアルデヒド、フエノールークレゾ
ールホルムアルデヒド、及びフェノールフルフラル樹脂
等のフェノールアルデヒド類の如きフェノール系樹脂が
挙げられる。
望むならば、これらの樹脂をリンシード油或はカシュー
ナッツ油で反応せしめて油溶性にすることができる。
フェノール系樹脂はフェノールホルムアルデヒド樹脂が
好ましい。他の好ましい熱硬化性樹脂としてはェポキシ
樹脂、ェポキシ化フェノール樹脂、メラミンホルムアル
デヒド樹脂、その他の樹脂が挙げられる。セメント中に
含まれる熱硫化性弾性体としては、天然ゴム又はネオプ
レン、ブタジェンースチレソ、ブタジエンーアクリロニ
トリル、イソプレン、アクリルレートゴム、エチレンの
共重合体やプロピレンやジシクロベンタジェンの如き第
三単体量を含む、キュアリング(Cming)で不飽和
状となる炭水化物の弾性体、その他の弾性体が挙げられ
、特にこれらの弾性体物質は、固着の段階でパーオキサ
ィド又は硫黄結合反応して熱硬化性となるものである。
セメント組成分は、粘士、けし、素、アルミナ、氷晶石
、一酸化鉛及び重晶石などの粒子状無機物、或いは黒鉛
、カーボンブラック及びカシューナット油で重合した粒
子の如き有機物質などからなる摩擦緩和剤を含んでいる
ことが好ましい。
第1表に本発明記載のアラミド繊維を固着せしめるセメ
ント組成分を示す。第1表 セメント組成物には通常硫化性弾性体固形分を約20か
ら80%と熱固定樹脂固形分を約80から20%が含ま
れるが、両者が等重量部含まれているものが好ましい。
セメントは溶剤混合物状にしてァラミド繊維に供する。
溶剤としてはトルェン及びその他の比較的無毒性の周知
の揮発性有機溶剤が用いられる。本発明の摩擦村中に使
用するアラミド繊維と熱凝固性セメントの割合は、摩擦
材の構成条件に依存し、摩擦材の場合は、セメントと繊
維の総重量(乾燥時)に対して約40から約95%の熱
凝固性セメントが含まれるが、約60から80%が好ま
しい。ディスクブレーキ板及びその他の板の形状の摩擦
材の場合は、希望するブレーキ板に依存するが、セメン
トと繊維の総量に対し約65から約90%のセメントを
含む。本発明の摩擦材はディスクブレーキ板及びブレー
キラィニングの製造にも適用できる。
本発明記載のディスクブレーキ板を製造するには、例え
ば切断繊維のような短繊維と熱凝固性セメントを通常の
翼刃付の混合機で均一に混合する。
混合機から取出した混合物は約1500Fの温度で熱風
循環乾燥器中にて約4から6%の揮発成分になるまで乾
燥して揮発成分を除去する。得られたべレット状の乾燥
混合物をディスクブレーキ板状に冷却成型し次いであら
かじめ加熱してある成型機中で成型し後熱処理を行い研
磨する。別の手法として、ディスクブレーキ板は図面に
塞いて次に記載する方法で作製した環状のクラッチ板に
する。
得られたディスクブレーキ板はあらかじめ加熱した成型
機に入れて加圧し、後キュアリングしてから研磨する。
本発明の摩擦材を構成するアラミド繊維は、例えばその
約3の重量%程度以下を他の繊維、例えば綿、麻、大麻
、ナイロン、レーヨン、ガラス、石綿等の繊維に代替使
用することができる。図面における数字1川ま、クラッ
チ板の如き円板状の摩擦材を形成する環状物を示すもの
である。
該クラッチ板は、前記の如く熱硬化性の樹脂と熱凝固性
弾性体からなる熱凝固性セメントで被覆された通常アラ
ミド長繊維東或いはテープ12を、第1図及び第2図に
示すように波形状に巻き付け円板状物に形成した後、加
熱及び加圧処理を行ってセメントを凝固せしめることに
よって形成される。
第1図は、該長繊維テープ12を、回転軸2川こ波形状
に巻きつけ、且つ巻かれているときにその半径が刻々変
化してゆくようにして巻きつける態様を示すものである
。第2図は、クラッチ板10の製造工程を、1,0,m
の区分に分けて図示するものであり、1はクラッチ板の
完成部、川ま中間過程を、そしてmはクラッチ板部材の
初期の形成段階を示す。
テープ12はアラミド長繊維或いはアラミド繊維の糸を
、通常2から15本、好ましくは5本から10本を櫛通
しして形成される。ァラミド繊維は、適宜の手段によっ
て熱凝固性のセメントで被覆することが出来る。
この手段としては、スプレー式によるもの或は繊維東を
開綾せしめて、全繊維にセメントが接触し且つ繊維長方
向にセメント固形物が付着するようにして、繊維東中に
分散液を更に容易に浸透せしめるような手段を用いるこ
とが好ましい。各種被覆物質を繊維東にスプレー或いは
付着させるためには各種の装置が用いられる。
例えば通常、ローラータイプの被覆処理装置に入れる前
に樹状の装置に繊維東を通過させて被覆組成物が繊維全
面にわたって付着するように開綾する。セメントにて繊
維を被覆して後、通常は糸状のまま、例えば一個の赤外
線による加熱で熱風循環している乾燥機中を通過せしめ
て乾燥する。熱凝固性セメントを被覆する前の段階で、
例えばフェノールホルムアルデヒド樹脂の如きフェノー
ル系樹脂で被覆前処理をすることが好ましい。この前処
理は、フェノール系樹脂のアルコールと水の混合液に繊
維東を通過させればよい。この溶液には樹脂固形物約1
0から12%を含んでおり水と、アルコールとの重量比
は約60:40から40:60である。アラミド繊維に
付着する樹脂量は、樹脂と繊維の総重量の約10から1
2%である。熱凝固性セメントの被覆処理と溶剤の除去
処理を行った後、糸は複数本集東してテープ状となし、
例えば糸を加熱せしめる回転ローラその他の装置で5本
から10本の糸を集東させる。得られたテープは僅かに
加撚されている。本発明書及び特許請求の範囲に記載の
“糸”とは、アラミド長繊維をほぼ並列に集東したもの
である。
この糸は100本から2000本好ましくは1500本
から2000本の繊維からなり、周知の集東装置で集東
する。通常は加燃されていないか、1フィートにつき1
ケ程度の僅かの撚りを有していてもよい。糸を形成する
アラミド繊維は、極めて細く、例えば約0.0005イ
ンチの繊維直径を有している。この糸は、また短繊維か
らなる糸でもよく、約500から10000デニール、
又は4000から6000デニ−ルの糸が好ましい。前
記の如く、アラミド長繊維又はもし望むならば短繊維か
らなるテープを、熱硬化性樹脂で前被覆処理し且つ熱凝
固性セメントを被覆せしめ、回転軸上に、好ましくは波
形状態で、半径上に巻きつけて環状板となるようにする
巻き付けの態様は第2図に示す。しかしながら、このテ
ープはランダムに巻いてもよく螺旋状に巻いて環状摩擦
板としてもよい。アラミド糸からなるテープを使用する
他に、縞織物又は縁布からなるテープを使用してもよい
例えば、ァラミド繊維を含む織布で軸の周囲を包み、こ
れを約1/2から5′8インチ程度の中に切り込みテー
プとすることができる。
また、この織物の中にナイロン系、ポリエステル又はそ
の他の有機繊維を縦糸及び横糸としたアラミド繊維を含
む織布テープも使用できる。この糸を次いで熱硬化性樹
脂で被覆し、乾燥せしめ、波形状又は螺旋状に巻いて環
状の板を得る。得られた円板状の摩擦板は、次いで成型
機に入れて約3500から3750Fにて約3500か
ら500のsiの圧力で例えば2一3分間成型し板を固
着せしめ少くとも部分的にセメントをキュアリングする
而して、得られた板を約400oから4500Fの温度
で乾燥器中で数時間乾燥し、この間に接着剤を不熔性、
不溶性のものに変質せしめる。次いで耐久性確認のため
の研磨の如き機械工程を経たのち、摩擦板を内燃機関の
動力伝達系統に取付けるための穴を穿孔成形する。(第
3図及び4図)本発明を実施例に基いて更に詳細に説明
する。
実施例 1本発明の摩擦材によりクラッチ板を製造した
ァラミド重合体からなる長繊維(ケプラー29)の15
00デニールの糸8本を第2表に示す組成の熱凝固性セ
メントで被覆した。第2表 セメントを含む浸溝タンク中に糸を通過せしめて連続的
に糸に被覆処理を行い、次いで2480Fの乾燥器中で
乾燥した。
この結果、繊維と被覆剤総重量に対して、乾燥セメント
が75から83%付着した。この糸4本を集東してテー
プとなし、回転軸上に渦巻状テープが半径上に刻々変化
しゆくようにして波形状に巻きつけた。得られた板は3
90夕の重量があり、これをクラッチ板成型機中で40
0仮siの圧力下で3200Fの温度で3分間成型した
。次いでこのクラッチ板を更に4000−4500Fに
数時間加熱して、接着剤を不熔性、不溶性に変質せしめ
た。このクラッチ板は外径が11インチ、内径が6.5
インチ、厚さが0.137インチになるように研磨し、
摩擦、疲労性、熱破壊強度等の試験が行い得るよう穿孔
した。
実施例 2 実施例1記載のクラッチ板を次の方法によって熱破壊強
度試験を行った。
クラッチ板を駆動部に鋲止めし5000Fに一定にした
乾燥機中で18分間加熱した。
乾燥緩から取り出した後、円心力破壊機の回転軸にとり
つけた。直ちに駆動部村を約350比pmで約2秒間回
転させた。次いで、この回転速度を約138pm/秒の
平均速度に増大せしめクラッチ板が破壊した時の回転速
度を記録した。実施例1により得られたアラミド繊維か
らなるクラッチ板は前記速度を最大1000仇pmにし
ても破壊しなかった。
従ってこのクラッチ板の熱破壊強度は1000比pmを
越えるものであることがわかつた。実施例 3 実施例1記載のクラッチ板をロングのクラッチ動力計を
用いて、次のような方法で制御トルク試験を行った。
クラッチ板の厚さを外径及び内径の1の固所につき測定
した後次の方法で摩擦係数を測定した。
1 クラッチ板を110仇pmで4秒間239b.ft
.の−定トルクにして実施した。
トルク試験機構をリリースしてクラッチ板の接触を限定
させることによりクラッチの出力トルクを制御した。こ
の4秒間の試験中、試験機を平均出力トルクになるよう
調整した。
2 クラッチ板は再実施により5母砂間リリースした。
3 10の副実施後、全圧で熱フェード試験を15秒間
行った。4 無冷却下で、圧力を直ちに239t.lb
s.一定トルクに調整した。
5 全圧下で19秒間の熱フェード試験を実施し、無冷
却下、一定トルクで更に0山団繰返した。
第1、第2、第3図のフェードテスト中のそれぞれの摩
擦係数を測定し第3表の様な結果を得た。第3表 上記テスト後のクラッチ板の厚さを測定したところ、僅
か0.002インチの摩耗がみられた。
実施例 4本実施例に於いて、熱硬化性フェノールホル
ムァルデヒド樹脂による前処理したアラミド長繊維から
なるクラッチ板を製造した。
1500デニールのアラミド糸(ケプラー29)の糸6
本を10%の樹脂固形分を含むアルコール/水溶液に浸
潰して、水溶性、熱硬化性のフェノールホルムアルデヒ
ド樹脂を、処理後の繊維の総重量に対し固形樹脂が1%
付着するように、被覆させた。
このように前処理せしめた糸を乾燥し、第2表記載の組
成のセメント液を被覆させ、次いで6本の糸を集東して
テープ状に形成した。このテープは後処理後のテープの
重量に対し乾燥セメント分を75%含有していた。この
テープを用いて、クラッチ板に成型せしめて実施例1記
載の後熱処理を行った。
実施例 5 実施例4記載の方法でクラッチ板を製造し、実施例3記
載の制御トルク試験を行い次のような結果を得た。
第4表 クラッチ板の平均摩耗は0.0045インチであった。
実施例 6実施例4記載の方法でクラッチ板を製造し、
これを4段可変連装置のある1978年型フオードF−
5項庭用車に取付けて実用試験を行ったところ、本クラ
ッチ板に異常はなく通常に作動した。
1000の司の実施後、クラッチ板の摩耗を調べたとこ
ろ、第5表のような結果が得られた。
第5表 最初の10000回実施後の摩耗値は比較的高かったが
、これはクラッチ板の研磨表面と、クラッチ組立部の合
せ板との接触が部分的に不均一であったために生じたも
のである。
・袋鹿碗 7 実施例1記載のテープにより、実施例1記載の条件で成
型、熱処理、後熱処理を行って2インチx3インチの多
数のテープ試料を作り、これらをチニアスオルセン引張
強度試験器により引張試験を実施した。
試験時に試料はさみ部分がスリップすることがあったが
16000から2800$piの範囲の引張強度が得ら
れた。実施例 8 実施例1記載のクラッチ板を、但し2/1アラミド紡績
糸(ケプラー)を、アラミド長繊維の代りに使用して、
製造した。
被覆後の繊維重量の10%量のフェノール系樹脂を付着
せしめた後約85%のセメントを付着させたものである
。得られたクラッチ板を実施例3記載の制御トルク試験
を実施し第6表に示す結果を得た。
第6表 クラッチ板の平均摩耗は0.003インチであった。
実施例 9 実施例4記載のクラッチ板を、但し2/1アラミド紡績
糸(ケプラー)をアラミド長繊維の代りに使用して、製
造した。
被覆後の繊維重量の約10%のフェノール系樹脂を付着
せしめた後、約75%のセメントを付着せしめたもので
ある。得られたクラッチ板を実施例3記載の制御トルク
試験を実施し第7表に示す結果を得た。
第7表 クラッチ板の平均摩耗は0.004インチであった。
次に本発明の実施態様を列挙する。
m 熱凝固性セメントを含浸させた螺旋又は波形状のテ
ープを加熱、加圧してセメントを凝固せしめて得られる
内径と外径を有する円板状の摩擦板において、前記テー
プが少くとも約8500Fの分解温度を有するアラミド
繊維の複数本の糸からなり、熱硬化性樹脂と熱硫化性弾
性体を含む熱凝固性セメントで被覆せしめてなり、前記
熱凝固性セメントが摩擦板中の繊維とセメントの総重量
に対し約40から約95%である摩擦板。
【2ー 前項の糸がアラミド長繊維からなり且つ前記テ
ープが波形状である摩擦板。‘31 熱凝固性セメント
を約60%から約80%を含む‘1’項記載の摩擦板。
{4’前記セメントが、熱硬化性樹脂を約20から80
重量%と熱凝固性弾性体を約80から約2の重量%を含
む‘1}項記載の摩擦板。
‘5} 前記熱凝固性セメントが樹脂を約50%とゴム
を約50%を含む‘4}項記載の摩擦板。
‘61 少くとも約9000Fの分解温度を有するアラ
ミド繊維からなる‘1}項記載の摩擦板。
‘7’前記熱凝固性セメントがフェノールホルムアルデ
ヒド樹脂と天然ゴムからなる‘11項記載の摩擦板。
‘8’前記アラミド繊維がテレフタール酸とp−フェニ
レンジアミンの縮重合体からなる{1ー項記載の摩擦板
‘9} 前記アラミド繊維が約9300Fの分解温度を
有する棚項記載の摩擦板。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱凝固性セメントを付着せしめたアラミド繊維
或いはガラス繊維からなるテープを、波形状に巻いて円
板状のクラッチ坂部材を製造する態様を示す。 第2図は、熱凝固性セメントを付着せしめたアラミド繊
維或いはガラス繊維でクラッチ坂部材を形成する段階を
三段階に分けて示す。第3図は本発明によるクラッチ板
の正面図である。第4図は第3図に示すクラッチ板の側
面図である。10・・・・・・クラッチ板環状部材、1
2・…“ナープ、20・・・・・・回転軸。 FIG.l FIG.3 FIG.2 FIG.4

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 少くとも850°Fの分解温度を有するアラミド繊
    維に、熱硬化性樹脂及び熱硫化性弾性体を含む熱凝固性
    セメントを被覆してなり、該繊維とセメントの総重量に
    対して前記アラミド繊維が約5から約60重量%、前記
    熱凝固性セメントが約95から40重量%である耐摩耗
    性繊維。 2 前記繊維が熱凝固性セメントを約60から80%含
    む特許請求の範囲第1項記載の繊維。 3 前記アラミド繊維がテレフタル酸とp−フエニレン
    ジアミンの縮重合体からなる特許求の範囲第1項記載の
    繊維。 4 前記熱凝固性セメントがフエノールホルムアルデヒ
    ド樹脂を約20から80重量%、天然ゴムを約80から
    20重量%含む特許請求の範囲第1項記載の繊維。 5 前記熱凝固性セメントが約50%の樹脂と約50%
    のゴムからなる特許請求の範囲第1項記載の繊維。 6 前記アラミド繊維が少くとも約900°Fの分解温
    度を有する特許請求の範囲第1項記載の繊維。 7 前記アラミド繊維が約930°Fの分解温度を有す
    る特許請求の範囲第3項記載の繊維。 8 少くとも約850°Fの分解温度を有するアラミド
    繊維を熱硬化性樹脂と熱硫化性弾性体とからなる熱凝固
    性セメントで相互に接着せしめ、前記繊維とセメントの
    総量に対してアラミド繊維が約5から約60重量%、セ
    メントが約95から約40重量%であり、前記接着せし
    めた繊維を加熱、加圧して固着せしめ、前記セメントを
    熱凝固させてなる耐摩耗性摩擦材。 9 前記アラミド繊維がテレフタル酸とp−フエニレジ
    アミンの縮重合体からなる特許請求の範囲第8項載の摩
    擦材。 10 前記熱凝固性セメントがフエノールホルムアルデ
    ヒド樹脂を約20から約80重量%と天然ゴムを約80
    から約20重量%含む特許請求の範囲第8項記載の摩擦
    材。 11 前記熱凝固性セメントが約50%の樹脂と約50
    %のゴムを含む特許請求の範囲第10項記載の摩擦材。 12 前記アラミド繊維が少くとも約900°Fの分解
    温度を有する特許請求の範囲第8項記載の摩擦材。13
    前記アラミド繊維が約900°Fの分解温度を有する
    特許請求の範囲第9項記載の摩擦材。
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