摩擦材の製造方法
【課題】
摩擦性に優れた摩擦材を提供すること。
【解決手段】
繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化して摩擦材を製造する。
摩擦性に優れた摩擦材を提供すること。
【解決手段】
繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化して摩擦材を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材の製造方法に関し、特にクラッチ板やブレーキ部材の表層に設けられる摩擦材（ライニング）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しいトランスミッションシステムおよびブレーキシステムが自動車業界において開発されつつあり、これに伴って車両用の摩擦材も、より高性能な特性の開発が行われている。合わせてもペーパー型の摩擦材、表面の摩擦特性や耐熱性の向上に関して開発が行われてきている。摩擦材としては、焼結金属などの金属摩擦材と、有機繊維などから構成される有機質摩擦材とに大別される。自動車用自動変速機の湿式多板クラッチの摩擦材には、有機質摩擦材が多く使用されている。有機質摩擦材としては、例えば、高配向性繊維のひとつである全芳香族ポリアミド繊維のパルプに無機粒子等の摩擦調整剤などを配合し、不織布や抄紙とし、続いて、例えば熱硬化性樹脂のフェノール樹脂などを含浸させそして硬化後に加熱プレス成形することにより製造されている。
【０００３】
速度向上、輸送量増大、トランスミッションの軽量化の目的から分野では摩擦力、摩擦耐久性、摩擦発熱抑制性に優れた摩擦材が要求されていた。
【０００４】
次に、本発明で使用する繊維への処理について従来技術を説明する。衣料用織物等の繊維集合体にドライアイス粒等を吹き付け新規な表面効果を付与する表面加工方法が開示されている（特許文献１，２）。これらの文献には、微細な金属粉やセラミック粉、ドライアイス粒を含む圧送気体を、繊維や布の表面に吹き付ける加工法を開示するが、この方法によれば、表面を荒らすことで布地を柔らかくするものである。すなわち、織物表面の短繊維を起毛させたり、あるいは逆に表面の余分な短繊維を取り除くといった表面加工が目的であり、短繊維を分裂させて細くすることを狙った技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０５４２５５号公報
【特許文献２】特開平１０−２１９５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、摩擦性に優れた摩擦材の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
【０００８】
（１）繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化することを特徴とする摩擦材の製造方法、
（２）摩擦材用基材が液晶性高分子繊維を含むことを特徴とする前記摩擦材の製造方法、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動摩擦係数、静摩擦係数の高い摩擦材が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図２】実施例１におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図３】実施例４におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図４】実施例４におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図５】比較例１におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図６】比較例１におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず繊維を含有する摩擦材用基材を説明する。当該基材は繊維を必須とする。当該基材はペーパー状のものであることが好ましい。ペーパー状とすることによりディスク本体に貼り付けることができる。ペーパーは抄紙法や積み重ねた後プレスすることに製造することができる。
【００１２】
含まれる繊維としては高機能・高性能繊維、なかでも液晶性高分子繊維であることが好ましい。液晶性高分子とは液晶を形成しうる高分子であり、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維（例：株式会社クラレ製、商品名「ベクトラン」）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（例：東洋紡株式会社製、商品名「ザイロン」）、などが挙げられる。なかでも、本発明の狙いとするフィブリル化し易い点から、アラミド繊維が好ましい。アラミド繊維にはメタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維とがある。メタ系アラミド繊維としては例えば、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維（デュポン社製、商品名「ノーメックス」）などのメタ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。また、パラ系アラミド繊維としては例えば、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商品名「ケブラー」）およびコポリパラフェニレン−３，４−ジフェニールエーテルテレフタールアミド繊維（帝人株式会社、商品名「テクノーラ」）などのパラ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。
これらの中でも、高強度および高弾性率であり、耐熱性、耐摩耗性に優れるとともに、フィブリル化し易いという観点から、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維が特に好ましい。一方、耐熱性を要求される場合は、ポリメタフェニレンイソフールアミド繊維を用いることが好ましい。
【００１３】
摩擦材用としては、液晶高分子繊維の一種類を単独で用いたものであってもよいし、素材や品種、繊維構成が異なる２種以上が混繊したものであってもかまわない。
【００１４】
液晶性高分子繊維の中でも、摩擦抵抗が高く、一方相手材料を損傷させにくいという観点から、パラ系アラミド繊維が好ましく、パラ系アラミド繊維の中でもさらにフィブリル化しやすいポリパラペニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。
【００１５】
パラ系アラミド繊維などの高配向繊維から形成される該摩擦繊維基材においては、繊維軸方向にアラミド分子鎖が強く配向しており、繊維軸に垂直な方向は分子間力や水素結合等の弱い結合力で結合していると推定される。そのため、後述の衝突作用により、繊維の長さ方向の分裂がより繊維の内部まで進行し、ナノメートルオーダーのレベルまでフィブリル化することができるものと考えられる。
【００１６】
摩擦材用基材には繊維の他、摩擦材を薄くかつ強度を維持するための形態安定としてバインダー樹脂で固めることができる。樹脂としては耐熱性に優れたフェノール樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。さらに、摩擦抵抗を調整するために、該摩擦用基材には無機粒子を添加することができる。たとえば、酸化ケイ素、酸化チタン、カーボンなどが例示され、適当量配合することにより摩擦抵抗が調整される。添加する場合の好ましい配合量は摩擦用基材における樹脂の好ましい配合量は上の量としては４０以下、さらには３０％以下、下のほうの量としては、１％以上、さらには２％以上である
このように形成された該摩擦用基材は車種によって異なるが一般乗用車では厚さ０．５〜３ｍｍ程度の厚さにスライスカットしたペーパー状の形態をクラッチ板などの金属ディスクに貼り付けられる。該金属ディスクが数枚重ねられクラッチとして使用されるのである。
【００１７】
本発明では高速でドライアイス等を衝突させることから摩擦材用基材に含まれる繊維は固定されていることが好ましい。ニードルパンチなどの絡み合いでもいいが、繊維が移動しやいため、例えば加熱プレスを行い繊維間同士をある程度接着させていることや、樹脂溶液を含浸させ、乾燥させることにより固着させていることが好ましい。
摩擦材用基材には一般的に摩擦調整剤などを加えることができる。その他にフェノール樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂を含浸させ、固化している場合は、該ドライアイス粒等を強く衝突させフィブリル化させることができる。該基材は樹脂とともに細かな表面効果を有する形態を形成することができる。しかし、樹脂の含浸量が多くなるとフィブリル化が起こりにくくなるので、３％以上５０％以下であって、より好ましくは５％以上３０％以下である。
本発明では摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させる。
ドライアイス粒を衝突させる場合は、固体状のドライアイス塊を刃物で薄く切断し、ドライアイスを高圧空気と共にノズルから該摩擦繊維基材に直接衝突させて繊維をフィブリル化させることができる。一方、液化炭酸を衝突させる場合は、液化炭酸をスプレーにより霧状にして大気中に一旦放出させ、空気中の水分を核に粉雪のように見える粒子状のドライアイスを形成させる。そして気と共にノズルから該粉雪状ドライアイスを連続衝突させて繊維をフィブリル化させるのである。いずれであっても繊維にはドライアイスの粒子が衝突するわけである。
本発明において、ドライアイス粒を該摩擦繊維基材に衝突させることで該摩擦繊維基材を構成する繊維がフィブリル化する作用は、ジルコニウムなどの無機粒子による衝撃力とは異なる作用によりもたらされるのである。
つまり、本発明で用いるドライアイス粒の硬度は２．０ｍｏｈｓ（モース硬度）程度といわれており、ジルコニウムなどの無機粒子に比べて硬度が低く、遥かに対象物を傷つけない粒子である。したがって、ドライアイスの働きは、該摩擦繊維基材と衝突する時の衝撃力によりもたらされるのではなく、むしろ、ドライアイスが該摩擦繊維基材と衝突して昇華することで、固体状態の８８０倍まで体積が膨張することにより、気化した炭素ガスが繊維間隙あるいはさらに分子間に入り込んでゆくことで、繊維軸に対して垂直方向の力が掛かり、その結果、繊維が長さ方向に分裂してフィブリル化するものと考えられている。またドライアイス、液化炭酸を使用することにより衝突したところの極めて浅い表層部分のみがフィブリル化するため、内部の繊維構造はほとんど変質しておらず、もとの基材の力学特性が高く保持できるという効果も有する。
【００１８】
本発明の有機繊維布帛を用いた場合の噴射条件について、ドライアイス粒の大きさは、例えばドライアイスや液化炭酸の粒径は高性能分解能ビデオカメラ撮影により、噴射直後のドライアイス粒の大きさを計測したものであって、数平均の粒径としては０．０１μｍ以上２．０μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下がさらに好ましい。小さすぎるとフィブリル化の効果が弱く、大きすぎるとフィブリル化斑が生じ易く、またノズル詰まりを起こし易くなる。
【００１９】
ドライアイスまたは液化炭酸の供給量は供給中のドライアイスや液化炭酸の重量減により計測したものであって、噴射孔の面積により左右されるが、例えば、噴射孔の面積が４０ｍｍ２では１分間当たり０．０１ｋｇ以上２．０ｋｇ以下が好ましく、０．０５ｋｇ以上、０．３ｋｇ以下が更に好ましい。０．０１ｋｇ以下ではフィブリル化の効果が弱く、２．０ｋｇ以上では、フィブリル化斑や空気中の水分を凍結させノズル付着するなどの問題が生じる。よって、ドライアイスの噴射量はフィブリル化の度合いおよび噴射孔の面積などによって適宜決めることである。
【００２０】
ドライアイス粒を発生させる装置は、炭酸ガスを冷却しキューブ状に固めたドライアイス塊を用いる場合は、複数枚の回転刃により極薄に削りとる。削り取られたドライアイス粉体を高圧空気とともにノズルから噴射させる装置である。一方、液化炭酸の発生装置では、ボンベイから液化炭酸を大気中の筒内のじゃま板に一旦衝突させ、再反射させて得られた粉雪状のドライアイスを高圧空気とともにノズルから噴射させる装置である。いずれの装置においても噴射させるノズルの噴射形状により処理部分が左右されるので、丸型や角型を適宜選択することである。
【００２１】
次に、衝突させる時間について言えば衝突時間は被衝体の形状や硬さあるいは用途によって異なるので適宜設定することである。厚さが厚く、硬さが硬い被衝体であれば一般的には衝突時間は長く設定されるが、逆に薄く柔らかい被衝体であれば、破壊され易くなるので衝突時間は十分調整することが好ましい。０．１秒以上３０秒以下、さらには１秒以上２０秒以下が例示される。連続的に衝突させフィブリル化度合いを多く発生させるには、該摩擦繊維基材を移動させるより固定したままの状態で衝突させる方が適している。合理化狙いとして基材を移動させる場合においても１分間に０．１ｍ以上、１ｍ以下の低速移動が望ましい。具体的な方法例として、予め成形された基材を全面覆う形状のノズルからドライアイスを一定時間衝突させ、衝突が完了すれば、処理が施されていない新しい該繊維基材の中間製品体にドライアイスを衝突させることができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、好ましい実施例および比較例を挙げてさらに詳しく説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
[測定方法]
・ 繊維の平均繊維径（μｍ）
走査型電子顕微鏡（通称ＳＥＭ）にて３０〜１０００倍に拡大し撮影した写真を用いて、写真中無作為に選出した１０箇所についてフィブリル化した繊維径を実測し、平均値（ｄ）を算出した。
【００２４】
（２）フィブリル化繊維の平均繊維数（ｎ本／１平方視野）
走査型電子顕微鏡（通称ＳＥＭ）にて３０〜１０００倍に拡大して撮影した写真を用いて、無作為に選出した１平方視野（５０μｍ×５０μｍ）当たりのフィブリル化した繊維本数のみを測定し、平均値（ｎ）を算出した。
【００２５】
（３）目付（ｇ／ｍ２）
ＪＩＳ Ｌ １９１３（１９９８） ６．２（単位面積当たりの質量）に基づき、２０ｃｍ×２０ｃｍの試験片を３枚採取し、標準状態（室温２０℃、相対湿度６５％）における質量（ｇ）を量り、１ｍ２当たりの質量（ｇ／ｍ２）に換算し、Ｎ＝３の平均値で表した。
【００２６】
（３）摩擦係数
上用試験片としてタテ１５ｃｍ、ヨコ５ｃｍを、下用試験片としてタテ１７ｃｍ、ヨコ６．８ｃｍを採取した。フィブリル化させる面同士を擦るように上下の両面を合わせた。上用試験片に荷重を載せＵゲージに繋げ、上用試験片の下に、下用布試験片を敷き紐で引張りながら、移動速度を４．８ｃｍ／分距離で動かした。荷重は、６００ｇｆとし、動かし始めの最大抵抗値（Ｄ１）、移動中の平均抵抗値（Ｄ２）を読み取った。次式にてＮ数３の平均値から摩擦係数を算出した。
静摩擦係数(荷重600gｆ)＝Ｄ１／６００（ｇｆ）
動摩擦係数(荷重600gｆ)＝Ｄ２／６００（ｇｆ） 。
【００２７】
（４）ドライアイス粒の大きさ（μｍ）
高性能分解能ビデオカメラ撮影により、噴射直後のドライアイス粒の大きさ（直径μｍ）を計測し、数平均の値を求めた。
【００２８】
（実施例１）
単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維としてポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる摩擦繊維基材となる中間製品体を製造した。該中間製品体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａ、正方形（一辺が７ｍｍ）の噴射ノズルで約３秒間ドライアイス粒を衝突させた。該短繊維が細かくフィブリル化したクラッチ板用の摩擦材を得ることができた。評価結果を表１に衝突前の表面形態を図１、衝突後の表面形態を図２に示した。
【００２９】
（実施例２、３、４）
実施例1と同様に単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維であるポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる不織布を得た。該不織布に温度１５０℃、線圧５０ｋｇｆ／ｃｍで加熱プレスを行い表面を滑らかにさせた摩擦材用基材となる中間製品体を製造した。該中間製品体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａ、にてそれそれ１秒間(実施例２)、３秒間(実施例３)、１０秒間(実施例４)衝突させた。短繊維が細かくフィブリル化したクラッチ板用の摩擦材を得ることができた。評価結果を表１に、衝突前の表面形態を図３、衝突後の実施例４の表面形態を図４に示した。
【００３０】
（実施例５）
実施例1と同様に単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維としてポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる不織布とし、さらにエポキシ樹脂と無機物質である酸化チタンを繊維基材全質量に対して合計３０ｗｔ％（エポキシ樹脂は２５ｗｔ％、酸化チタンは５ｗｔ％）の割合で配合し含浸させた後、加熱・プレスを施し平板を製造した。該平板の目付けが５０ｇ／ｍ２程度になるよう、薄くスライスカットし基材を製造した。
該中間体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａで、ドライアイス粒を３秒間衝突させ車用の摩擦材を製造した。評価結果を表１に、衝突前の表面形態を図５、衝突後の表面形態を図６に示した。
【００３１】
（比較例１）
ポリエチレンテレフタレート（東レ（株）「テトロン」（登録商標））の短繊維繊度１．６ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのウエブにニードルパンチを施し、「テトロン」１００％からなる不織布を製造した。該不織布にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａにて３秒間衝突させた。表１に評価結果を示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例1はアラミド繊維からなる不織布の摩擦材用基材にドライアイス粒を衝突させた改質方法である。改質後のフィブリル本数は改質前に比べて増加し、摩擦係数が高くなり表面摩擦特性が改質された。実施例２，３，４はアラミド繊維の不織布に加熱プレスを施し表面を硬化させた摩擦材用基材に、ドライアイス粒を衝突させたものである。衝突量を多くするとフィブリル化本数は増加し、その結果、摩擦係数も高くなり表面摩擦特性が改質された。実施例５はアラミド繊維の不織布に樹脂および無機物質を含有させ、加熱プレスにより表面を硬化させた摩擦材用基材にドライアイス粒を衝突させたものである。改質後のフィブリル化本数は改質前に比べてやや増加し、得られた摩擦材で実施例１と同様に摩擦特性が改質された。
ドライアイス粒を衝突させた表面は改質されるが、ドライアイスが衝突していない表面は全く
フィブリル化の影響を受けることがないので、摩擦材用基材の構成がほとんどそのままの状態で残る。その結果、中間製品体の密度に変化がないので例えばオイル循環性などが損なわれることはない。
【００３４】
本発明によって改質された摩擦材の断面構造は、ドライアイス粒の衝突によるフィブリル化が表層に集中するので、断面の大半は基材の構造のままである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、クラッチ板やブレーキ部材等に有用な摩擦材に利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材の製造方法に関し、特にクラッチ板やブレーキ部材の表層に設けられる摩擦材（ライニング）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しいトランスミッションシステムおよびブレーキシステムが自動車業界において開発されつつあり、これに伴って車両用の摩擦材も、より高性能な特性の開発が行われている。合わせてもペーパー型の摩擦材、表面の摩擦特性や耐熱性の向上に関して開発が行われてきている。摩擦材としては、焼結金属などの金属摩擦材と、有機繊維などから構成される有機質摩擦材とに大別される。自動車用自動変速機の湿式多板クラッチの摩擦材には、有機質摩擦材が多く使用されている。有機質摩擦材としては、例えば、高配向性繊維のひとつである全芳香族ポリアミド繊維のパルプに無機粒子等の摩擦調整剤などを配合し、不織布や抄紙とし、続いて、例えば熱硬化性樹脂のフェノール樹脂などを含浸させそして硬化後に加熱プレス成形することにより製造されている。
【０００３】
速度向上、輸送量増大、トランスミッションの軽量化の目的から分野では摩擦力、摩擦耐久性、摩擦発熱抑制性に優れた摩擦材が要求されていた。
【０００４】
次に、本発明で使用する繊維への処理について従来技術を説明する。衣料用織物等の繊維集合体にドライアイス粒等を吹き付け新規な表面効果を付与する表面加工方法が開示されている（特許文献１，２）。これらの文献には、微細な金属粉やセラミック粉、ドライアイス粒を含む圧送気体を、繊維や布の表面に吹き付ける加工法を開示するが、この方法によれば、表面を荒らすことで布地を柔らかくするものである。すなわち、織物表面の短繊維を起毛させたり、あるいは逆に表面の余分な短繊維を取り除くといった表面加工が目的であり、短繊維を分裂させて細くすることを狙った技術ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０５４２５５号公報
【特許文献２】特開平１０−２１９５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、摩擦性に優れた摩擦材の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
【０００８】
（１）繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化することを特徴とする摩擦材の製造方法、
（２）摩擦材用基材が液晶性高分子繊維を含むことを特徴とする前記摩擦材の製造方法、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動摩擦係数、静摩擦係数の高い摩擦材が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図２】実施例１におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図３】実施例４におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図４】実施例４におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図５】比較例１におけるドライアイス粒衝突前の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【図６】比較例１におけるドライアイス粒衝突後の繊維の形態を示す電子顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず繊維を含有する摩擦材用基材を説明する。当該基材は繊維を必須とする。当該基材はペーパー状のものであることが好ましい。ペーパー状とすることによりディスク本体に貼り付けることができる。ペーパーは抄紙法や積み重ねた後プレスすることに製造することができる。
【００１２】
含まれる繊維としては高機能・高性能繊維、なかでも液晶性高分子繊維であることが好ましい。液晶性高分子とは液晶を形成しうる高分子であり、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維（例：株式会社クラレ製、商品名「ベクトラン」）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（例：東洋紡株式会社製、商品名「ザイロン」）、などが挙げられる。なかでも、本発明の狙いとするフィブリル化し易い点から、アラミド繊維が好ましい。アラミド繊維にはメタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維とがある。メタ系アラミド繊維としては例えば、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維（デュポン社製、商品名「ノーメックス」）などのメタ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。また、パラ系アラミド繊維としては例えば、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商品名「ケブラー」）およびコポリパラフェニレン−３，４−ジフェニールエーテルテレフタールアミド繊維（帝人株式会社、商品名「テクノーラ」）などのパラ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。
これらの中でも、高強度および高弾性率であり、耐熱性、耐摩耗性に優れるとともに、フィブリル化し易いという観点から、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維が特に好ましい。一方、耐熱性を要求される場合は、ポリメタフェニレンイソフールアミド繊維を用いることが好ましい。
【００１３】
摩擦材用としては、液晶高分子繊維の一種類を単独で用いたものであってもよいし、素材や品種、繊維構成が異なる２種以上が混繊したものであってもかまわない。
【００１４】
液晶性高分子繊維の中でも、摩擦抵抗が高く、一方相手材料を損傷させにくいという観点から、パラ系アラミド繊維が好ましく、パラ系アラミド繊維の中でもさらにフィブリル化しやすいポリパラペニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。
【００１５】
パラ系アラミド繊維などの高配向繊維から形成される該摩擦繊維基材においては、繊維軸方向にアラミド分子鎖が強く配向しており、繊維軸に垂直な方向は分子間力や水素結合等の弱い結合力で結合していると推定される。そのため、後述の衝突作用により、繊維の長さ方向の分裂がより繊維の内部まで進行し、ナノメートルオーダーのレベルまでフィブリル化することができるものと考えられる。
【００１６】
摩擦材用基材には繊維の他、摩擦材を薄くかつ強度を維持するための形態安定としてバインダー樹脂で固めることができる。樹脂としては耐熱性に優れたフェノール樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。さらに、摩擦抵抗を調整するために、該摩擦用基材には無機粒子を添加することができる。たとえば、酸化ケイ素、酸化チタン、カーボンなどが例示され、適当量配合することにより摩擦抵抗が調整される。添加する場合の好ましい配合量は摩擦用基材における樹脂の好ましい配合量は上の量としては４０以下、さらには３０％以下、下のほうの量としては、１％以上、さらには２％以上である
このように形成された該摩擦用基材は車種によって異なるが一般乗用車では厚さ０．５〜３ｍｍ程度の厚さにスライスカットしたペーパー状の形態をクラッチ板などの金属ディスクに貼り付けられる。該金属ディスクが数枚重ねられクラッチとして使用されるのである。
【００１７】
本発明では高速でドライアイス等を衝突させることから摩擦材用基材に含まれる繊維は固定されていることが好ましい。ニードルパンチなどの絡み合いでもいいが、繊維が移動しやいため、例えば加熱プレスを行い繊維間同士をある程度接着させていることや、樹脂溶液を含浸させ、乾燥させることにより固着させていることが好ましい。
摩擦材用基材には一般的に摩擦調整剤などを加えることができる。その他にフェノール樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂を含浸させ、固化している場合は、該ドライアイス粒等を強く衝突させフィブリル化させることができる。該基材は樹脂とともに細かな表面効果を有する形態を形成することができる。しかし、樹脂の含浸量が多くなるとフィブリル化が起こりにくくなるので、３％以上５０％以下であって、より好ましくは５％以上３０％以下である。
本発明では摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させる。
ドライアイス粒を衝突させる場合は、固体状のドライアイス塊を刃物で薄く切断し、ドライアイスを高圧空気と共にノズルから該摩擦繊維基材に直接衝突させて繊維をフィブリル化させることができる。一方、液化炭酸を衝突させる場合は、液化炭酸をスプレーにより霧状にして大気中に一旦放出させ、空気中の水分を核に粉雪のように見える粒子状のドライアイスを形成させる。そして気と共にノズルから該粉雪状ドライアイスを連続衝突させて繊維をフィブリル化させるのである。いずれであっても繊維にはドライアイスの粒子が衝突するわけである。
本発明において、ドライアイス粒を該摩擦繊維基材に衝突させることで該摩擦繊維基材を構成する繊維がフィブリル化する作用は、ジルコニウムなどの無機粒子による衝撃力とは異なる作用によりもたらされるのである。
つまり、本発明で用いるドライアイス粒の硬度は２．０ｍｏｈｓ（モース硬度）程度といわれており、ジルコニウムなどの無機粒子に比べて硬度が低く、遥かに対象物を傷つけない粒子である。したがって、ドライアイスの働きは、該摩擦繊維基材と衝突する時の衝撃力によりもたらされるのではなく、むしろ、ドライアイスが該摩擦繊維基材と衝突して昇華することで、固体状態の８８０倍まで体積が膨張することにより、気化した炭素ガスが繊維間隙あるいはさらに分子間に入り込んでゆくことで、繊維軸に対して垂直方向の力が掛かり、その結果、繊維が長さ方向に分裂してフィブリル化するものと考えられている。またドライアイス、液化炭酸を使用することにより衝突したところの極めて浅い表層部分のみがフィブリル化するため、内部の繊維構造はほとんど変質しておらず、もとの基材の力学特性が高く保持できるという効果も有する。
【００１８】
本発明の有機繊維布帛を用いた場合の噴射条件について、ドライアイス粒の大きさは、例えばドライアイスや液化炭酸の粒径は高性能分解能ビデオカメラ撮影により、噴射直後のドライアイス粒の大きさを計測したものであって、数平均の粒径としては０．０１μｍ以上２．０μｍ以下が好ましく、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下がさらに好ましい。小さすぎるとフィブリル化の効果が弱く、大きすぎるとフィブリル化斑が生じ易く、またノズル詰まりを起こし易くなる。
【００１９】
ドライアイスまたは液化炭酸の供給量は供給中のドライアイスや液化炭酸の重量減により計測したものであって、噴射孔の面積により左右されるが、例えば、噴射孔の面積が４０ｍｍ２では１分間当たり０．０１ｋｇ以上２．０ｋｇ以下が好ましく、０．０５ｋｇ以上、０．３ｋｇ以下が更に好ましい。０．０１ｋｇ以下ではフィブリル化の効果が弱く、２．０ｋｇ以上では、フィブリル化斑や空気中の水分を凍結させノズル付着するなどの問題が生じる。よって、ドライアイスの噴射量はフィブリル化の度合いおよび噴射孔の面積などによって適宜決めることである。
【００２０】
ドライアイス粒を発生させる装置は、炭酸ガスを冷却しキューブ状に固めたドライアイス塊を用いる場合は、複数枚の回転刃により極薄に削りとる。削り取られたドライアイス粉体を高圧空気とともにノズルから噴射させる装置である。一方、液化炭酸の発生装置では、ボンベイから液化炭酸を大気中の筒内のじゃま板に一旦衝突させ、再反射させて得られた粉雪状のドライアイスを高圧空気とともにノズルから噴射させる装置である。いずれの装置においても噴射させるノズルの噴射形状により処理部分が左右されるので、丸型や角型を適宜選択することである。
【００２１】
次に、衝突させる時間について言えば衝突時間は被衝体の形状や硬さあるいは用途によって異なるので適宜設定することである。厚さが厚く、硬さが硬い被衝体であれば一般的には衝突時間は長く設定されるが、逆に薄く柔らかい被衝体であれば、破壊され易くなるので衝突時間は十分調整することが好ましい。０．１秒以上３０秒以下、さらには１秒以上２０秒以下が例示される。連続的に衝突させフィブリル化度合いを多く発生させるには、該摩擦繊維基材を移動させるより固定したままの状態で衝突させる方が適している。合理化狙いとして基材を移動させる場合においても１分間に０．１ｍ以上、１ｍ以下の低速移動が望ましい。具体的な方法例として、予め成形された基材を全面覆う形状のノズルからドライアイスを一定時間衝突させ、衝突が完了すれば、処理が施されていない新しい該繊維基材の中間製品体にドライアイスを衝突させることができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、好ましい実施例および比較例を挙げてさらに詳しく説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
[測定方法]
・ 繊維の平均繊維径（μｍ）
走査型電子顕微鏡（通称ＳＥＭ）にて３０〜１０００倍に拡大し撮影した写真を用いて、写真中無作為に選出した１０箇所についてフィブリル化した繊維径を実測し、平均値（ｄ）を算出した。
【００２４】
（２）フィブリル化繊維の平均繊維数（ｎ本／１平方視野）
走査型電子顕微鏡（通称ＳＥＭ）にて３０〜１０００倍に拡大して撮影した写真を用いて、無作為に選出した１平方視野（５０μｍ×５０μｍ）当たりのフィブリル化した繊維本数のみを測定し、平均値（ｎ）を算出した。
【００２５】
（３）目付（ｇ／ｍ２）
ＪＩＳ Ｌ １９１３（１９９８） ６．２（単位面積当たりの質量）に基づき、２０ｃｍ×２０ｃｍの試験片を３枚採取し、標準状態（室温２０℃、相対湿度６５％）における質量（ｇ）を量り、１ｍ２当たりの質量（ｇ／ｍ２）に換算し、Ｎ＝３の平均値で表した。
【００２６】
（３）摩擦係数
上用試験片としてタテ１５ｃｍ、ヨコ５ｃｍを、下用試験片としてタテ１７ｃｍ、ヨコ６．８ｃｍを採取した。フィブリル化させる面同士を擦るように上下の両面を合わせた。上用試験片に荷重を載せＵゲージに繋げ、上用試験片の下に、下用布試験片を敷き紐で引張りながら、移動速度を４．８ｃｍ／分距離で動かした。荷重は、６００ｇｆとし、動かし始めの最大抵抗値（Ｄ１）、移動中の平均抵抗値（Ｄ２）を読み取った。次式にてＮ数３の平均値から摩擦係数を算出した。
静摩擦係数(荷重600gｆ)＝Ｄ１／６００（ｇｆ）
動摩擦係数(荷重600gｆ)＝Ｄ２／６００（ｇｆ） 。
【００２７】
（４）ドライアイス粒の大きさ（μｍ）
高性能分解能ビデオカメラ撮影により、噴射直後のドライアイス粒の大きさ（直径μｍ）を計測し、数平均の値を求めた。
【００２８】
（実施例１）
単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維としてポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる摩擦繊維基材となる中間製品体を製造した。該中間製品体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａ、正方形（一辺が７ｍｍ）の噴射ノズルで約３秒間ドライアイス粒を衝突させた。該短繊維が細かくフィブリル化したクラッチ板用の摩擦材を得ることができた。評価結果を表１に衝突前の表面形態を図１、衝突後の表面形態を図２に示した。
【００２９】
（実施例２、３、４）
実施例1と同様に単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維であるポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる不織布を得た。該不織布に温度１５０℃、線圧５０ｋｇｆ／ｃｍで加熱プレスを行い表面を滑らかにさせた摩擦材用基材となる中間製品体を製造した。該中間製品体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａ、にてそれそれ１秒間(実施例２)、３秒間(実施例３)、１０秒間(実施例４)衝突させた。短繊維が細かくフィブリル化したクラッチ板用の摩擦材を得ることができた。評価結果を表１に、衝突前の表面形態を図３、衝突後の実施例４の表面形態を図４に示した。
【００３０】
（実施例５）
実施例1と同様に単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのアラミド短繊維としてポリパラフェニレンテレフタールアミド（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」（登録商標））のウエブにニードルパンチを施し、「ケブラー」１００％からなる不織布とし、さらにエポキシ樹脂と無機物質である酸化チタンを繊維基材全質量に対して合計３０ｗｔ％（エポキシ樹脂は２５ｗｔ％、酸化チタンは５ｗｔ％）の割合で配合し含浸させた後、加熱・プレスを施し平板を製造した。該平板の目付けが５０ｇ／ｍ２程度になるよう、薄くスライスカットし基材を製造した。
該中間体にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａで、ドライアイス粒を３秒間衝突させ車用の摩擦材を製造した。評価結果を表１に、衝突前の表面形態を図５、衝突後の表面形態を図６に示した。
【００３１】
（比較例１）
ポリエチレンテレフタレート（東レ（株）「テトロン」（登録商標））の短繊維繊度１．６ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのウエブにニードルパンチを施し、「テトロン」１００％からなる不織布を製造した。該不織布にドライアイスブラスト機２Ａ０１０７型（昭和炭酸（株）製ＣＯＬＤ ＪＥＴ）を用いて、粒径１．０μｍのドライアイス粒を、空気圧０．３ＭPａにて３秒間衝突させた。表１に評価結果を示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例1はアラミド繊維からなる不織布の摩擦材用基材にドライアイス粒を衝突させた改質方法である。改質後のフィブリル本数は改質前に比べて増加し、摩擦係数が高くなり表面摩擦特性が改質された。実施例２，３，４はアラミド繊維の不織布に加熱プレスを施し表面を硬化させた摩擦材用基材に、ドライアイス粒を衝突させたものである。衝突量を多くするとフィブリル化本数は増加し、その結果、摩擦係数も高くなり表面摩擦特性が改質された。実施例５はアラミド繊維の不織布に樹脂および無機物質を含有させ、加熱プレスにより表面を硬化させた摩擦材用基材にドライアイス粒を衝突させたものである。改質後のフィブリル化本数は改質前に比べてやや増加し、得られた摩擦材で実施例１と同様に摩擦特性が改質された。
ドライアイス粒を衝突させた表面は改質されるが、ドライアイスが衝突していない表面は全く
フィブリル化の影響を受けることがないので、摩擦材用基材の構成がほとんどそのままの状態で残る。その結果、中間製品体の密度に変化がないので例えばオイル循環性などが損なわれることはない。
【００３４】
本発明によって改質された摩擦材の断面構造は、ドライアイス粒の衝突によるフィブリル化が表層に集中するので、断面の大半は基材の構造のままである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、クラッチ板やブレーキ部材等に有用な摩擦材に利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化することを特徴とする摩擦材の製造方法。
【請求項２】
摩擦材用が液晶性高分子繊維を含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦材の製造方法。
【請求項１】
繊維を含有する摩擦材用基材の表面に、ドライアイス粒または液化炭酸を衝突させ、含有する繊維の少なくとも一部をフィブリル化することを特徴とする摩擦材の製造方法。
【請求項２】
摩擦材用が液晶性高分子繊維を含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４９１５８（Ｐ２０１２−１４９１５８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４８８（Ｐ２０１１−８４８８）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【出願人】（０００２１９２６６）東レ・デュポン株式会社 (288)
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【出願人】（０００２１９２６６）東レ・デュポン株式会社 (288)
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