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技術 環境保全型摩擦材及びその製品

出願人 晋江凱燕新材料科技有限公司
発明者 王華南
出願日 2020年11月5日 (9ヶ月経過) 出願番号 2020-184965
公開日 2021年5月20日 (3ヶ月経過) 公開番号 2021-075712
状態 未査定
技術分野 ブレーキ装置 抗スリップ物質
主要キーワード 変質処理 恒温乾燥炉 平均摩耗量 自動車ブレーキ 大理石粉末 ブレーキ効力 無機繊維材料 全制動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年5月20日)のものです。
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課題

環境にやさしく、ブレーキ制動時の性能を有する摩擦材を提供する。

解決手段

摩擦材は、結合材8〜15質量部、有機繊維3〜8質量部、無機繊維3〜8質量部、潤滑材3〜8質量部、花崗岩粉末15〜25質量部、大理石粉末35〜40質量部、変性有機充填材6〜10質量部、pH調整剤5〜10質量部、及び非銅金属材料0.5〜4.5質量部を含む。変性有機充填材は、タイヤチップ20〜50質量部、靴底廃材15〜25質量部、海泡石繊維10〜15質量部、シランカップリング剤2〜3質量部、カシューダスト2〜5質量部、加硫促進剤0.5〜2質量部を含む。靴底廃材は15〜30質量%のPOEと5〜15質量%のEPDMを含有する。適切な摩擦係数、優れた安定性ノイズ低減効果高耐熱性相手材への攻撃性低減が実現され、廃棄物を資源化できる。

概要

背景

ブレーキパッドブレーキライニングというブレーキパーツは、ブレーキシステムにおいて最も重要な安全部品であり、すべての制動効果摩擦材が決定的な役割を果たす。ブレーキパーツは通常、鋼板接着性のある断熱層、及び摩擦材で構成されている。断熱層は熱伝達のない材料で構成されており、その目的は断熱を実現することである。ブレーキパーツは、摩擦材と接着剤で構成されており、自動車などの制動時にはブレーキディスクブレーキドラム押し付けられて摩擦を発生させ、それによって車両の減速・制動という目的を達成する。

摩擦材としては、主に以下の条件を満たすものが求められる。(1)適切かつ安定な摩擦係数を有し、動摩擦係数静摩擦係数との差が小さい。(2)高い強度と優れた物性を有する。(3)高耐熱性高耐摩耗性を有する。(4)適切な鳴き特性、適切な攻撃性を有し、環境汚染が少ない。

石材加工過程では大量の廃材が発生する。石材は、主に端材と切くずの粉を含み、切断過程微細石粉を大量に発生する。これらの石粉を収集固液分離して形成された固形物は一定の水分を含む石粉のかたまりであるが、これらの石粉にはまだ適切な処理方法がなく、それらを堆積するしかない。石粉のみを堆積処理すると、土地資源を浪費するだけでなく、水源汚染し、危害が大きい。そのため、大理石粉末花崗岩粉末を含むこれらの石粉をどのように処理して利用し、廃棄物を資源化するかは、石材企業が非常に注目している課題となっている。

また、靴底工場では生産や加工過程でも大量の靴底廃材が発生する。これらの靴底廃材はリサイクル可能である。回収せずに直接燃焼すると大気汚染が深刻となるが、リサイクルに用いられると環境を保護するだけでなく、生産コストを削減することができる。

中国特許公開公報(CN 109654144 A)には、自動車ブレーキ用の摩擦材が開示されている。その配合成分は、バライト粉10〜12質量%、鋼繊維10〜16質量%、還元鉄粉8〜14質量%、樹脂10〜15質量%、タイヤチップ1〜3質量%、ニトリルゴム粉1〜3質量%、摩擦粉ダスト2〜5質量%、カーボンブラック1〜5質量%、アルミナ1〜2質量%、バーミキュライト1〜7質量%、クロム鉱石粉末1〜5質量%、真鍮粉1〜5質量%、紙繊維1〜10質量%、鉱物繊維5〜15質量%である。上記先行技術では、タイヤチップを用いた摩擦材が提案されているが、従来技術において摩擦材にタイヤチップ、石材の廃材及び靴底廃材を添加することは開示されていない。

概要

環境にやさしく、ブレーキ制動時の性能を有する摩擦材を提供する。摩擦材は、結合材8〜15質量部、有機繊維3〜8質量部、無機繊維3〜8質量部、潤滑材3〜8質量部、花崗岩粉末15〜25質量部、大理石粉末35〜40質量部、変性有機充填材6〜10質量部、pH調整剤5〜10質量部、及び非銅金属材料0.5〜4.5質量部を含む。変性有機充填材は、タイヤチップ20〜50質量部、靴底廃材15〜25質量部、海泡石繊維10〜15質量部、シランカップリング剤2〜3質量部、カシューダスト2〜5質量部、加硫促進剤0.5〜2質量部を含む。靴底廃材は15〜30質量%のPOEと5〜15質量%のEPDMを含有する。適切な摩擦係数、優れた安定性ノイズ低減効果、高耐熱性、相手材への攻撃性低減が実現され、廃棄物を資源化できる。なし

目的

断熱層は熱伝達のない材料で構成されており、その目的は断熱を実現することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

結合材8〜15質量部、有機繊維3〜8質量部、無機繊維3〜8質量部、潤滑材3〜8質量部、花崗岩粉末15〜25質量部、大理石粉末35〜40質量部、変性有機充填材6〜10質量部、pH調整剤5〜10質量部、及び非銅金属材料0.5〜4.5質量部を含み、前記変性有機充填材は、タイヤチップ20〜50質量部、靴底廃材15〜25質量部、海泡石繊維10〜15質量部、シランカップリング剤2〜3質量部、カシューダスト2〜5質量部、及び加硫促進剤0.5〜2質量部を含み、前記靴底廃材は15〜30質量%のポリオールエステル(POE)と5〜15質量%のエチレンプロピレンゴム(EPDM)を含有する、ことを特徴とする摩擦材

請求項2

前記変性有機充填材は、フェノール樹脂ホウ変性フェノール樹脂カシュー変性フェノール樹脂、及び天然ゴムのうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の摩擦材。

請求項3

前記有機繊維はアラミド繊維及びポリアクリル繊維の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の摩擦材。

請求項4

前記無機繊維は、チタン酸カリウム繊維ガラス繊維セラミック繊維、及び玄武岩繊維のうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の摩擦材。

請求項5

前記潤滑材は、グラファイト硫化スズ及び二硫化モリブデンのうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の摩擦材。

請求項6

前記pH調整剤は、水酸化カルシウム石膏粉石灰、及び消石灰のうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の摩擦材。

請求項7

前記非銅金属材料は、チタン、鉄、ニッケル亜鉛、及び耐熱デュルミンのうちから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載の摩擦材。

請求項8

乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比1:5でシリカ分散剤に加え、1500r/min〜1800r/minで5分間撹拌して分散させ、シランカップリング剤を添加し、回転速度を2500r/minに上げて60分間撹拌して分散させ、調製したスラリー恒温乾燥炉で乾燥させ、さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミル粉砕する工程を含む、海泡石繊維の変性処理テップ1と、タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度70r/min−100r/minで高速ミキサーにより5分〜10分混合し、続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより回転速度70r/min〜100r/min、温度120℃〜160℃で5分〜30分変性して変性タイヤチップを得、自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却する工程を含む、タイヤチップの活性化処理ステップ2と、異物を剥がして取り除き、EVミッドソールを残し、破砕機送り込んで物理的な破砕洗浄、乾燥を行い、靴底廃材を得る工程を含む、靴底廃材の前処理ステップ3と、前記ステップ1で得られた海泡石繊維、前記ステップ2で得られたタイヤチップ、及び前記ステップ3で得られた靴底廃材を混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒するステップ4と、を含む、請求項1に記載の摩擦材の製造方法。

請求項9

請求項1−7の何れか一項に記載の摩擦材で作製された摩擦層を含む摩擦材製品

技術分野

0001

本発明は、摩擦材の技術分野に属し、具体的には、環境保全型摩擦材及びその製品に関する。

背景技術

0002

ブレーキパッドブレーキライニングというブレーキパーツは、ブレーキシステムにおいて最も重要な安全部品であり、すべての制動効果に摩擦材が決定的な役割を果たす。ブレーキパーツは通常、鋼板接着性のある断熱層、及び摩擦材で構成されている。断熱層は熱伝達のない材料で構成されており、その目的は断熱を実現することである。ブレーキパーツは、摩擦材と接着剤で構成されており、自動車などの制動時にはブレーキディスクブレーキドラム押し付けられて摩擦を発生させ、それによって車両の減速・制動という目的を達成する。

0003

摩擦材としては、主に以下の条件を満たすものが求められる。(1)適切かつ安定な摩擦係数を有し、動摩擦係数静摩擦係数との差が小さい。(2)高い強度と優れた物性を有する。(3)高耐熱性高耐摩耗性を有する。(4)適切な鳴き特性、適切な攻撃性を有し、環境汚染が少ない。

0004

石材加工過程では大量の廃材が発生する。石材は、主に端材と切くずの粉を含み、切断過程微細石粉を大量に発生する。これらの石粉を収集固液分離して形成された固形物は一定の水分を含む石粉のかたまりであるが、これらの石粉にはまだ適切な処理方法がなく、それらを堆積するしかない。石粉のみを堆積処理すると、土地資源を浪費するだけでなく、水源汚染し、危害が大きい。そのため、大理石粉末花崗岩粉末を含むこれらの石粉をどのように処理して利用し、廃棄物を資源化するかは、石材企業が非常に注目している課題となっている。

0005

また、靴底工場では生産や加工過程でも大量の靴底廃材が発生する。これらの靴底廃材はリサイクル可能である。回収せずに直接燃焼すると大気汚染が深刻となるが、リサイクルに用いられると環境を保護するだけでなく、生産コストを削減することができる。

0006

中国特許公開公報(CN 109654144 A)には、自動車ブレーキ用の摩擦材が開示されている。その配合成分は、バライト粉10〜12質量%、鋼繊維10〜16質量%、還元鉄粉8〜14質量%、樹脂10〜15質量%、タイヤチップ1〜3質量%、ニトリルゴム粉1〜3質量%、摩擦粉ダスト2〜5質量%、カーボンブラック1〜5質量%、アルミナ1〜2質量%、バーミキュライト1〜7質量%、クロム鉱石粉末1〜5質量%、真鍮粉1〜5質量%、紙繊維1〜10質量%、鉱物繊維5〜15質量%である。上記先行技術では、タイヤチップを用いた摩擦材が提案されているが、従来技術において摩擦材にタイヤチップ、石材の廃材及び靴底廃材を添加することは開示されていない。

先行技術

0007

中国特許公開公報(CN109654144A)

発明が解決しようとする課題

0008

上記課題に鑑み、本発明は、タイヤチップ、花崗岩粉末、大理石粉末及び他の機能性成分で作製され、環境保全型でかつブレーキ制動性能を有する摩擦材を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するために、本発明で採用される技術的解決手段は、以下のとおりである。

0010

すなわち、本発明の摩擦材は、結合材8〜15質量部、有機繊維3〜8質量部、無機繊維3〜8質量部、潤滑材3〜8質量部、花崗岩粉末15〜25質量部、大理石粉末35〜40質量部、変性有機充填材6〜10質量部、pH調整剤5〜10質量部、非銅金属材料0.5〜4.5質量部を含むことを特徴とする。

0011

上記変性有機充填材は、タイヤチップ20〜50質量部、靴底廃材15〜25質量部、海泡石繊維10〜15質量部、シランカップリング剤2〜3質量部、カシューダスト2〜5質量部、加硫促進剤0.5〜2質量部から成る。靴底廃材は15〜30質量%のポリオールエステル(POE)と5〜15質量%のエチレンプロピレンゴム(EPDM)を有する。

0012

ここで、上記結合材は、フェノール樹脂ホウ変性フェノール樹脂カシュー変性フェノール樹脂、及び天然ゴムのうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記有機繊維は、アラミド繊維及び/又はポリアクリル繊維であることが好ましい。前記無機繊維は、チタン酸カリウム繊維ガラス繊維セラミック繊維、及び玄武岩繊維のうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記潤滑材には、グラファイト硫化スズ二硫化モリブデンなどが含まれることが好ましい。pH調整剤は、水酸化カルシウム石膏粉石灰、及び消石灰のうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。上記非銅金属材料は、チタン、鉄、ニッケル亜鉛耐熱デュルミンのうちから選択される1種又は複数の組み合わせであることが好ましい。

0013

加硫促進剤としては、特に限定されず、例えば、チアゾール系加硫促進剤チウラム系加硫促進剤スルフェンアミド系加硫促進剤グアニジン系加硫促進剤等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記変性有機充填材の製造方法は、具体的には、以下のステップを含むことが好ましい。

0014

ステップS1海泡石繊維の変性処理
乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比1:5でシリカ分散剤に加え、1500r/min〜1800r/minで5分間撹拌して分散させた。次にシランカップリング剤を上記質量部添加し、回転速度を2500r/minに上げて60分間撹拌して分散させた。調製したスラリーを110℃の恒温乾燥炉で乾燥させ、さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミル粉砕する。
シリカ用分散剤として、例えばアミン系化合物シラン系化合物エポキシ系化合物グアニジン系化合物、等を挙げることができる。好ましくは、アミン系化合物、シラン系化合物、グアニジン系化合物から選ばれる少なくとも1つを用いるとよい。

0015

ステップS2:タイヤチップの活性化処理
タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度70r/min−100r/minで高速ミキサーを用いて5分〜10分混合し、続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより、回転速度70r/min〜100r/min、温度120℃〜160℃で、活性化変性を行う。5分〜30分変性処理して変性タイヤチップを得、最後に自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却しする。

0016

ステップS3:靴底廃材の前処理
異物を剥がして取り除き、エチレン酢酸ビニル(Ethylene−vinyl acetate、EVA)ミッドソールを残し、破砕機送り込んで物理的な破砕洗浄、乾燥を行い、靴底廃材を得る。

0017

ステップS4:
ステップS1で得た変性海泡石繊維、ステップS2で得た変性タイヤチップ、及びステップS3で得た靴底廃材をと定量量り取り、十分に均一に混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒する。

0018

本発明はさらに、環境保全型摩擦材で作製された摩擦層を含む環境保全型摩擦材製品を提供する。

発明の効果

0019

従来技術と比較して、本発明は、以下の有益な効果を有する。

0020

本発明は、摩擦材の成分として花崗岩粉末及び大理石粉末を添加し、タイヤチップ及び靴底廃材を主材料とする変性有機充填材に、結合材、有機繊維材料無機繊維材料、および非銅金属材料などの組成物を配合する。合理的な配合で、適切な摩擦係数を有し、かつ安定性が確保される。さらに、鳴き特性、耐熱性を有し、かつ相手材への攻撃性が低く相手材の摩耗量を低減する特性を備え、廃棄物を資源化でき環境に優しい。

0021

本発明は、カシューダストと加硫促進剤によりタイヤチップを活性化・変性処理し、タイヤチップの表面に活性化基団(活性官能基)を増加させ、靴底廃材との結合密着性を向上させ、靴底廃材中のPOEと協働して強靭化する。一方、タイヤチップ表面の架橋ネットワークを断ち切り、一定の粘着性を有する低分子セグメントを形成し、その内部に弾性ゴム粒子を含有させて、内外構造を結合させる。「コアシェル構造」のように、変性タイヤチップの総合性能は更に優れ、耐熱性が得られる。変性タイヤチップと海泡石繊維の表面には比較的に多くの孔が存在し、比表面積が比較的大きく、変性タイヤチップ、靴底廃材と海泡石繊維との間の結合に有利であり、また振動を低減させ、一定の波長ノイズを吸収することができる。さらに、相手材との貼り合わせをより良くすることができる。また、相手材への攻撃性を低減し相手材の摩耗量を少なくできる。

実施例

0022

本発明の環境保全型摩擦材の効果を示すため、以下の実施例1〜8及び比較例1〜4の実験を行った。ここで、比較例1は、実施例1の対照実験である。実施例1との相違点は比較例1で用いた靴底廃材は化学成分のPOE含有量が12%であることである。比較例2も実施例1の対照実験である。実施例1との相違点は、比較例2の変性有機充填材は、同じ質量分率のタイヤチップと靴底廃材の混合物のみを使い変質処理が実施されていないことである。比較例3もまた実施例1の対照実験である。実施例1及び比較例3とも変性有機充填材の製造方法は同じであるが、比較例3の変性有機充填材の5質量部である。比較例4も実施例1の対照実験である。比較例4では、変性有機充填材、花崗岩粉末及び大理石粉末を使用せず、代わりにケイ酸ジルコニウム、アルミナ、炭酸カルシウム雲母ポリテトラフルオロエチレンとカシューダストを使用した点が異なる。実施例1〜8と比較例1〜4のそれぞれの組成物の構成については、表1、2、3、と4に示す。

0023

表1 実施例1〜8及び比較例1〜3の変性有機充填剤の組成物構成

0024

表2 実施例1〜4の摩擦材の組成物構成

0025

表3 実施例5〜8の摩擦材の組成物構成

0026

表4:比較例1〜4の摩擦材の組成物構成

0027

上記実施例1〜8及び比較例1と3の変性有機充填材の製造方法はすべて、以下ステップを含む製法を用いた。

0028

ステップS1:海泡石繊維の変性処理
乾燥した海泡石繊維と脱イオン水を固液比1:5でシリカ用分散剤に加え、1500r/min〜1800r/minで5分間撹拌して分散させた。次にシランカップリング剤を前記質量部で添加し、回転速度を2500r/minに上げて60分間撹拌して分散させ、調製したスラリーを110℃の恒温乾燥炉で乾燥させ、さらに乾燥した変性海泡石繊維をボールミルで粉砕した。

0029

ステップS2:タイヤチップの活性化処理
タイヤチップ、カシューダスト、加硫促進剤を回転速度70r/min−100r/minで高速ミキサーを用いて、5分〜10分混合し、続いて予混合粉末をトルクレオメーターにより、回転速度70r/min〜100r/min、温度120℃〜160℃で5分〜30分で変性処理して変性タイヤチップを得た。その後、自然条件下で上記変性タイヤチップを室温まで冷却した。

0030

ステップS3:靴底廃材の前処理
異物を剥がして取り除き、EVAミッドソールを残し、破砕機に送り込んで物理的な破砕、洗浄、乾燥を行い、靴底廃材を得た。

0031

ステップS4:
ステップS1で得た変性海泡石繊維、ステップS2で得た変性タイヤチップ、及びステップS3で得た靴底廃材を量り取り、十分に均一に混合し、二軸スクリュー押出機に送り込んで溶融し、押出し、造粒した。

0032

さらに、上記実施例1−8の摩擦材で摩擦層を調製した。

0033

表1〜4に示される配合で、摩擦材用の各成分を攪拌機で10分間混合し、均一に混合した摩擦材混合物を得、その後、摩擦材混合物を温度160℃圧力16MPaで5秒間加圧した後に5秒間排気した。5回循環させてプレス成形製品を得た。次にプレス成形した製品を温度190℃で2時間熱処理し、最後に熱処理した製品を保護塗料スプレーし、温度160℃で20分間硬化した。

0034

次に、JASOC406−2000の自動車ブレーキ装置ベンチテスト方法により、第2効力、第3効力と第4効力のブレーキ効力試験を行った。またJASO C427−2009の自動車部品ドラム型ブレーキライニングとディスク型ブレーキライニング−ベンチ摩擦試験方法によってパッドディスク平均摩耗量試験を実施した。試験結果は、表5−6に示す。

0035

ノイズの発生頻度は、JASOC 406−2000の乗用車ブレーキ装置ダイナモで試験を行う際に発生した人体では耐えられないノイズ(≧55 dB)の発生回数を計算し、発生音で割って百分率として評価し、ノイズ発生率とした。

0036

次に実車の鳴き特性テストを行った。条件は、初速度30km/h、50km/h、減速度0.49−1.96m/s2、温度50−200℃、繰り返し回数200回として実車試験を行った。全制動回数のノイズ(≧55 dB)発生率は、以下の基準によって評価した。

0037

良好:ノイズ発生率が1%以下
合格:ノイズ発生率が1%を超えかつ30%以下
不合格:ノイズ発生率が30%を超える

0038

表5 実施例2〜7の摩擦層の物性試験結果

0039

表6 比較例1−4及び実施例1の摩擦材で作製された摩擦層の物性試験結果

0040

以上本発明の基本原理と主な特徴及び本発明のメリットを示して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。上記実施形態と本明細書に記載されている事項は、本発明の原理のみを説明したものである。本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、様々な変更と改良が可能であるが、これらの変更と改良は、いずれも本発明の技術的範囲に属する。本発明の技術的範囲は添付の特許請求の範囲とその等価物によって定義されるものである。

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