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JPH0625438A - 複合摩擦要素およびその製造方法 - Google Patents

複合摩擦要素およびその製造方法

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Publication number
JPH0625438A
JPH0625438A JP4024493A JP4024493A JPH0625438A JP H0625438 A JPH0625438 A JP H0625438A JP 4024493 A JP4024493 A JP 4024493A JP 4024493 A JP4024493 A JP 4024493A JP H0625438 A JPH0625438 A JP H0625438A
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JP
Japan
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adhesive material
thermosetting adhesive
thermosetting
substrate
friction element
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Application number
JP4024493A
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English (en)
Inventor
Thomas W Hayward
トーマス・ダブリュー・ヘイワード
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BorgWarner Automotive Transmission and Engine Component Corp
Original Assignee
BorgWarner Automotive Transmission and Engine Component Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by BorgWarner Automotive Transmission and Engine Component Corp filed Critical BorgWarner Automotive Transmission and Engine Component Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶剤を含まない粉末熱硬化性接着剤を金属基
体に塗布する複合摩擦要素の製造方法とそれによって製
造された製品の開発。 【構成】 粉末熱硬化性接着材料の皮膜を基体に施し、
熱硬化性物質が実質的に架橋しないように接着材料の熱
硬化温度より低い温度に熱硬化性接着材料が加熱される
ように、粉末熱硬化性接着材料を施された基体を加熱し
て、接着材料を流動化させ、ゲル化させ、該接着材料を
施された基体の少なくとも1面に摩擦材料を施して、複
合摩擦要素を形成し、任意に加圧下で、複合摩擦要素を
加熱して、熱硬化性接着材料を架橋させ、摩擦材料を基
体に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明は、摩擦材料が(液体溶液型
接着剤を用いずに)付着した金属基体を含む複合摩擦要
素と、摩擦材料を金属基体に結合させる方法とに関す
る。さらに詳しくは、本発明は熱硬化性接着材料の粉末
塗料を用いて金属基体に摩擦材料を結合させる方法に関
する。ヒトの健康と環境とに有意な脅威を与えることな
く摩擦材料を金属基体に便利にかつ安全に結合させる。
【0002】
【従来の技術】金属基体への摩擦材料の結合に用いられ
る、典型的な先行技術接着剤は全てフェノールを基剤と
する(phenolic based)又はn−ブチル
改質ニトリルゴムを基剤とする(nitrile ru
bber based)熱硬化性接着剤を用いる。これ
らの接着剤は例えばメチルエチルケトン(MEK)、エ
タノール、メタノール、又はアセトンのような溶剤を含
む。溶剤は典型的に約20容量%から80容量%を越え
るまでの範囲の量で存在し、残部は熱硬化性接着材料で
ある。溶剤の存在は接着剤を薄めて、金属基体上に均一
な塗膜として分配させる。
【0003】これらの溶液型接着剤は例えば金属もしく
は摩擦紙上へのロール塗布法、金属もしくは紙への流れ
塗り、金属へのノズルからの湿式スプレー、金属の浸漬
等のような種々な方法を用いて施される。接着剤を基体
(金属又は紙)に湿式状態で施し、溶剤をその後に留去
して、接着剤を固体形として表面に残す。接着剤から蒸
発する溶剤は、EPA必要条件を満たすために、空気汚
染制御装置を用いて捕捉し、回収又は焼却しなければな
らない。
【0004】これらの溶液型接着剤は健康上の危険性が
考えられ、溶液型接着剤の一部は発癌物質を含む。それ
故、接着材料から溶剤を回収するために、精密な空気汚
染制御装置が必要とされる。
【0005】溶液型接着剤は、例えば、不規則な形状を
有する伝導バンドとコアプレート(core plat
e)を含む、種々な金属基体に施される。従って、不規
則な形状の金属基体を溶液型接着剤中に浸漬することに
よって金属基体に溶液型接着剤を施すことが好まれてい
た。しかし、この浸漬方法はしばしば、接着材料の滴
下、垂れ又はラン(run)を金属基体上に生じさせ
る。滴下又はランとしての余分な接着材料は摩擦材料の
貼付前に基体から除去しなければならない。余分な接着
材料を除去しない場合には、滴下が摩擦材料の出っ張り
(bump)又は隆起を生ずることになる。隆起又は不
規則性はその存在が複合摩擦要素を不均一に摩耗させる
又は一様に係合させないので、完全に許容されない。さ
らに、金属基体上に付着する接着剤の厚さを制御するこ
とは困難である。溶剤の蒸発中に接着剤の粘度が変化
し、これが次に金属基体に塗布される接着剤の厚さを変
化させることになる。それ故、接着剤塗布と接着剤粘度
とのプロセス制御を維持することは困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】それ故、溶液型接着剤
を用いずに金属基体に摩擦材料を結合させる方法を提供
することが、本発明の目的である。
【0007】液体溶液型接着剤を用いずに摩擦材料が付
着した金属基体を含む複合摩擦要素を提供することが、
本発明の他の目的である。
【0008】液体溶液型接着剤の必要性を除去すること
によって、ヒトの健康と環境とに有意な脅威を与えるこ
となく摩擦材料を金属基体に便利にかつ安全に結合させ
る方法を提供することが、本発明のさらに他の目的であ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を、熱
硬化性接着剤の粉末塗料を用いて金属基体に摩擦材料を
結合させる方法を提供することによって達成する。本発
明はまた、固体熱硬化性接着剤を用いて摩擦材料が付着
した金属基体を含む複合摩擦要素にも関する。金属クラ
ッチプレート、伝導バンド、ブレーキシュー、シンクロ
ナイザーリング、摩擦ディスク又はピストンプレートを
含む種々な種類の金属基体材料を本発明によって用いる
ことができる。
【0010】さらに、例えば伝導技術分野で用いられる
フェノール含浸紙を含む、種々な公知の種類の摩擦材料
が本発明によって有用である。例えばブレーキ技術分野
で用いられる摩擦材料のような、他の種類の摩擦材料も
本発明に用いることができる。
【0011】本発明に有用な粉末熱可塑性接着材料は溶
剤を含まない。むしろ、該接着材料は100%固体であ
る。それ故、溶剤が用いられないので、複合摩擦要素の
製造の容易さが非常に増大する。
【0012】本発明は接着剤のより効果的な利用を提案
する。粉末接着材料の回収に回収系を用いる場合には、
粉末熱硬化性接着材料の約98%が用いられる。これに
反して、溶液型系では液体接着剤の利用効率は約65%
未満から約80%までの範囲である。
【0013】本発明によると、溶剤を含まない熱硬化性
接着剤は空気汚染制御を必要としない。該接着剤は10
0%固体であるので、接着材料の廃棄物が少ない。該接
着剤粉末は接着剤を必要とする部分にのみ施すことがで
きる。必要な場合には、該金属基体を安価で除去可能な
遮蔽材料によって遮蔽することができる。
【0014】粉末接着剤は金属基体に、金属基体上に粉
末接着材料の均一な付着を保証する、例えば静電スプレ
ーガン塗布方法又は流動床を含む種々な方法を用いて施
すことができる。従って、粉末接着材料の使用は溶液型
接着材料よりも良好な厚さ制御を可能にする。
【0015】特に適切であると判明している、種々な熱
硬化性接着材料はペンシルバニヤ州、リーディングのM
orton Internationalによって製造
されている。粉末接着剤塗料はイミダゾール触媒によっ
て促進されるエポキシーフェノール型又はエポキシ芳香
族アミン型硬化化学である。粉末接着材料はまた好まし
くは、例えば下記GT−7226樹脂のような、流れ調
整剤を含み、任意に少なくとも1種の触媒とフィラー物
質とを含むことができる。適切なフィラー物質には、長
石及び他の同様なフィラー物質がある。
【0016】粉末塗料熱硬化性接着剤は標準加工条件下
で製造される。有用な熱硬化性粉末接着材料の組成物は
樹脂の重量%を基準にして、Ciba Geigyから
入手可能である下記樹脂の少なくとも1種を含むことが
できる(WPE=エポキシあたりの重量): ・ 改質されないGT−7013樹脂−ビスフェノール
ーAエポキシ樹脂約0〜70重量%、ある一定の実施態
様では、30〜65重量%;WPE=650〜725; ・ ノボラックエポキシによって改質されたGT−72
20樹脂−ビスフェノールーAエポキシ約0〜70重量
%、ある一定の実施態様では、30〜65重量%;WP
E=500〜560; ・ ECN−9699樹脂−多官能価エポキシO−クレ
ゾールノボラック樹脂約0〜95重量%、ある一定の実
施態様では、30〜95重量%;WPE=235; ・ Acranol 4F流れ調整剤を含むGT−72
26樹脂−ビスフェノールーAエポキシ樹脂約5〜10
重量%、ある一定の実施態様では、約7〜9重量%;W
PE=800〜860; 下記補充成分も、樹脂組成物のpphを基準にして、熱
硬化性接着材料組成物中に任意に存在する: ・ 例えばHT−9690フェノールO−クレゾールノ
ボラック樹脂(ヒドロキシル型)のような硬化剤約0〜
30、ある一定の実施態様では約10〜25; ・ 例えばHT−976芳香族アミン4,4’−ジアミ
ノジフェニルスルホン約0〜25、ある一定の実施態様
では約18〜22; ・ 例えばMB−2イミダゾールのようなイミダゾール
触媒約0.050〜0.5、ある一定の実施態様では約
0.075〜0.4;及び ・ 例えばMinspar#3のような、少なくとも1
種のフィラー物質約0〜150、ある一定の実施態様で
は約115〜125、0〜80又は0〜50。
【0017】下記表1は粉末接着材料組成物の種々な例
を示す。
【0018】
【表1】 本発明は下記のように実施することができる。金属基体
は、金属基体を製造するための製造プロセス中に金属基
体に施される薄い油膜をしばしば有する。金属基体に粉
末熱硬化性接着材料を施す前に、接着材料を受容するよ
うに金属基体の表面を調製する。例えば表面のグリット
ブラスト仕上げ、洗浄、電食及び/又は酸腐食のような
種々の方法によって、金属基体の表面を浄化又は調製す
ることができる。ある一定の実施態様では、金属基体を
技術上公知のように、例えば1/8”〜1/2”サイズ
の範囲内のサイズのノズルを用いる60グリット〜12
0グリットの範囲内のサイズのグリットを用いて、グリ
ットブラスト仕上げすることが好ましい。グリットは約
90psi空気で供給する。
【0019】酸腐食浄化は金属基体を約71℃(約16
0゜F)においてアルカリ性スプレー洗浄機中で洗浄
し、次に約70℃(約160゜F)において熱水すすぎ
洗いするグリットブラスト仕上げ方法の代替え策であ
る。次に金属基体部品を約71〜82℃(160〜18
0゜F)において15〜25%硫酸中に浸漬する。次
に、金属基体部品を例えばソーダ灰の冷飽和溶液のよう
な中和剤中で低温すすぎ洗いし(cold rinse
d)、浸漬し、次に、約82℃(約180゜F)の熱水
によってすすぎ洗いし、風乾させる。
【0020】もう一つの一般的な表面調製方法はリン酸
鉄の使用を含み、約71℃(約160゜F)のアルカリ
性水洗浄において金属基体を洗浄した後に、約71℃
(約160゜F)において熱水すすぎ洗いすることから
成る。金属基体を約71℃(約160゜F)において通
常水中約17%リン酸のリン酸鉄中で洗浄し、約71℃
(約160゜F)においてさらにすすぎ洗いし、高温の
クロム又は非クロムシール溶液約71℃(約160゜
F)によってすすぎ洗いして、金属基体の錆を防止す
る。次に、基体を風乾し、約121℃(約250゜F)
において10〜15分間焼成して、乾燥させる。
【0021】その後に、熱硬化性粉末接着材料を金属基
体に施す。1実施態様では、粉末接着剤を流動化させ、
粉末接着剤を採取し、粉末接着剤を被塗布金属基体とは
相対的に帯電させ、金属基体に粉末接着剤をスプレーす
ることを含む静電方法を用いて金属基体に粉末接着剤を
施す。この場合に、粉末接着剤は静電引力によって均一
な厚さに部品に接着する。基体と接着材料とを加熱し
て、熱硬化性接着材料を流動化させ、ゲル化させる。熱
硬化性接着材料の加熱は熱硬化性接着材料を流動化さ
せ、金属基体上に均一な塗膜を形成するために充分であ
るが、熱硬化性接着材料を硬化させず、又は実質的に架
橋させない。このように金属基体に施し、約93〜23
2℃(約200〜450゜F)に、ある一定の実施態様
では177〜232℃(350〜450゜F)に、金属
基体のサイズに依存して、30秒間〜30分間、ある場
合には約30秒間〜40分間の範囲内の期間加熱する。
粉末熱硬化性接着材料のこのゲル化又はB−ステージン
グは金属基体を取り扱い易くすることができる。
【0022】付着した接着材料の好ましい厚さは金属基
体の形状、溶融状態における熱硬化性接着剤の粘度、及
び摩擦材料を金属基体に結合させるために用いる圧力に
依存する。金属基体上の熱硬化性接着剤の塗膜厚さは約
0.025〜0.05mm(約0.1mil〜20mi
l)、ある一定の実施態様では約0.0076〜0.2
mm(0.3mil〜8.0mil)の範囲でありう
る。
【0023】ある一定の実施態様では、ゲル化した又は
B状態化した熱硬化性接着材料が取り扱い易くなる点ま
で被覆基体を冷却させることが好ましい。複合摩擦要素
を形成するために、摩擦材料を金属基体に近接させて配
置する。熱(好ましくは約350゜〜600゜の範囲
内)と、任意に圧力(少なくとも約10〜1000ps
i)を摩擦材料と金属基体とに、10秒間〜約20分間
の範囲内の期間加える。高温と任意の圧力の条件下で、
ゲル化熱硬化性接着剤粉末は架橋し、摩擦要素を基体に
結合させる。
【0024】図1では、熱硬化性粉末接着剤の静電付着
の正面図の概略図を示す。頭上モノレールコンベヤー1
2が一般に、金属基体16を保持するためのブラケット
14を支える。静電粉末スプレーガン18が帯電熱硬化
性接着材料20を基体16上に分配する。
【0025】図2はブラケット14上の適所に保持され
た金属基体を全体的に示す側面図である。
【0026】図2aは図2のライン2a−2aに沿った
拡大断面図であり、金属基体16と、金属基体16の全
表面上に均一にゲル化した粉末接着材料20とを示す。
【0027】図3は金属基体の塗装の概略図である。金
属基体を粉末塗装ブース又は流動床に通すことができ
る。その後に、被覆金属基体をオーブンに通して、接着
材料を予備硬化させる又はB状態化する。その後に、被
覆金属基体を組み立てプロセスに通して、摩擦材料に圧
力と熱とを与えて、摩擦材料を付着させ、熱硬化性接着
剤を硬化させる。
【0028】実際に、溶液型接着剤と比べた場合に、熱
硬化性接着材料が高温において2〜3倍大きい接着凝集
力を有することが判明している。さらに、熱硬化性接着
材料のフレキシビリティを標準乾式曲げ、湿式曲げ及び
のみ(chisel)試験を用いて試験した。熱硬化性
接着剤は、溶液型接着剤と比べて、大きいフレキシビリ
ティを有し、硬化剤の少ない使用を必要とする。
【0029】下記表2は上記表1に示した組成物、他の
粉末熱硬化性組成物及び比較例1〜3のディスク剪断試
験を示す。温度は℃(゜F)で示し、圧力はkg/cm
2(ポンド/平方インチ(PSI))で示す。比較例1
〜3では溶液型接着材料を用いる。組成物1〜7は上記
表1に記載した組成物である。実施例8と9は直鎖n−
ブチル改質フェノール樹脂組成物を含む粉末熱硬化性接
着材料である。表2から知ることができるように、粉末
熱硬化性接着材料は良好な結果を与え、組成物6と7で
は、自動伝送流体中でのディスク剪断力は溶液型熱硬化
性接着剤の場合よりも2〜3倍大きい。
【0030】
【表2】 図4は表1に示した組成物#7の示差走査カロリーメト
リーグラフである。このフラフから分かるように、接着
剤組成物の予備硬化又はB状態は約120℃〜220℃
(250゜F〜450゜F)において生ずる。然るに、
接着剤組成物の実際の熱硬化又は架橋は約220℃〜3
20℃(約450゜F〜600゜F)において生ずる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、溶液型接着剤を用いず
に金属基体に摩擦材料を結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属基体上の熱硬化性接着材料の付着を説明す
る概略図。
【図2】熱硬化性粉末接着材料が付着した金属基体の1
種類の側面図。図2aは図2のライン2a−2aに沿っ
た断面図。
【図3】複合摩擦要素の加工を示す概略図。
【図4】表1に記載した組成物7の示差走査カロリーメ
トリーグラフ。
フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ダブリュー・ヘイワード アメリカ合衆国イリノイ州60559,ウエス トモント,ノース・ワシントン 411

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体の形成工程と摩擦要素の形成工程と
    を含む複合摩擦要素の製造方法において、 粉末熱硬化性接着材料の皮膜を基体に施す工程と;熱硬
    化性物質が実質的に架橋しないように接着材料の熱硬化
    温度より低い温度に熱硬化性接着材料が加熱されるよう
    に、粉末熱硬化性接着材料を施された基体を加熱して、
    接着材料を流動化させ、ゲル化させる工程と;該接着材
    料を施された基体の少なくとも1面に摩擦材料を施し
    て、複合摩擦要素を形成する工程と;任意に加圧下で、
    複合摩擦要素を加熱して、熱硬化性接着材料を架橋さ
    せ、摩擦材料を基体に固定する工程とを含む改良を施し
    た方法。
  2. 【請求項2】 加熱された基体と熱硬化性接着材料とを
    熱硬化性接着材料が取り扱い易くなるような点にまで冷
    却させる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 熱硬化性接着材料を施す前にグリットブ
    ラスト仕上げ、電食、酸腐食又はリン酸鉄洗浄によって
    基体を浄化する請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 熱硬化性接着材料を基体に約0.002
    5〜約0.050mm(約0.1〜約20.0mil)
    の厚さに施す請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 熱硬化性接着材料を基体に約0.005
    〜約0.2mm(約0.2〜約8.0mil)の厚さに
    施す請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 基体と熱硬化性接着材料とを約93.3
    〜約315.6℃(約200〜約600゜F)の範囲内
    に、接着材料を流動化させ、ゲル化させるために充分な
    時間加熱する請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 基体と熱硬化性接着材料とを約121.
    1〜約176.7℃(約250〜350゜F)の範囲内
    に、接着材料を流動化させ、ゲル化させるために充分な
    時間加熱する請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 複合摩擦要素を任意に約0.7〜70k
    g/cm2(約10〜1000psi)の圧力において
    約93.3〜約315.6℃(約200〜約600゜
    F)の温度に、熱硬化性物質が架橋し、摩擦材料を基体
    に結合させるために充分な時間加熱する請求項6記載の
    方法。
  9. 【請求項9】 静電荷を用いて、熱硬化性接着材料を基
    体に施す請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 熱硬化性接着材料の流動床に金属基体
    を通すことによって、熱硬化性接着材料を基体に施す請
    求項1記載の方法。
  11. 【請求項11】 熱硬化性接着材料が重量%で次の樹脂
    組成:非改質ビスフェノールAエポキシ樹脂0〜70重
    量%範囲;ノボラックエポキシによって改質されたビス
    フェノールAエポキシ樹脂0〜70重量%範囲;多官能
    価エポキシO−クレゾールノボラック樹脂0〜95重量
    %;流れ調整剤含有ビスフェノールAエポキシ樹脂5〜
    10重量%を含む請求項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物100
    部につき約0〜約30部のフェノールO−クレゾールノ
    ボラック樹脂(ヒドロキシル型)樹脂をさらに含む請求
    項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物100
    部につき約0〜約25部の4,4’−ジアミノジフェニ
    ルスルホン含有芳香族アミンをさらに含む請求項11記
    載の方法。
  14. 【請求項14】 接着材料がイミダゾール触媒をさらに
    含む請求項11記載の方法。
  15. 【請求項15】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物100
    部につき約0〜約80部のフィラー物質をさらに含む請
    求項11記載の方法。
  16. 【請求項16】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物の重量
    を基準にして約30〜約95重量%の多官能価エポキシ
    O−クレゾールノボラック樹脂と;樹脂組成物の重量を
    基準にして約7〜約9重量%範囲の流れ調整剤含有ビス
    フェノールAエポキシ樹脂と;樹脂組成物のpph(p
    arts per hundred)を基準にして約1
    8〜約22pphの4,4’−ジアミノジフェニルスル
    ホン含有芳香族アミンと;樹脂組成物のpphを基準に
    して約0.1〜約0.4pphのイミダゾール触媒と;
    樹脂組成物のpphを基準にして約115〜約125p
    phのフィラー物質とを含む請求項17記載の方法。
  17. 【請求項17】 次の要素: (a)基体; (b)摩擦材料; (c)基体と摩擦材料との間の有効量の接着材料 を含み、該接着材料が架橋して摩擦材料を該基体に結合
    させる粉末熱硬化性接着材料である複合摩擦要素。
  18. 【請求項18】 熱硬化性接着材料が重量%で次の樹脂
    組成:非改質ビスフェノールAエポキシ樹脂0〜70重
    量%範囲;ノボラックエポキシによって改質されたビス
    フェノールAエポキシ樹脂0〜70重量%範囲;多官能
    価エポキシO−クレゾールノボラック樹脂0〜95重量
    %;流れ調整剤含有ビスフェノールAエポキシ樹脂5〜
    10重量%を含む請求項17記載の複合摩擦要素。
  19. 【請求項19】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物のpp
    hを基準にして約0〜約30pphのフェノールO−ク
    レゾールノボラック樹脂(ヒドロキシル型)樹脂をさら
    に含む請求項18記載の複合摩擦要素。
  20. 【請求項20】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物のpp
    hを基準にして約0〜約25pphの4,4’−ジアミ
    ノジフェニルスルホン含有芳香族アミンをさらに含む請
    求項18記載の複合摩擦要素。
  21. 【請求項21】 接着材料がイミダゾール触媒をさらに
    含む請求項18の複合摩擦要素。
  22. 【請求項22】 熱硬化性接着材料がフィラー物質をさ
    らに含む請求項21記載の複合摩擦要素。
  23. 【請求項23】 熱硬化性接着材料が樹脂組成物の重量
    %を基準にして約30〜約95重量%範囲の多官能価エ
    ポキシO−クレゾールノボラック樹脂と;樹脂組成物の
    重量%を基準にして約7〜約9重量%範囲の流れ調整剤
    含有ビスフェノールAエポキシ樹脂と;樹脂組成物のp
    phを基準にして約18〜約22pphの4,4’−ジ
    アミノジフェニルスルホン含有芳香族アミンと;樹脂組
    成物のpphを基準にして約0.1〜約0.4pphの
    イミダゾール触媒と;樹脂組成物のpphを基準にして
    約115〜約125pphのフィラー物質とを含む請求
    項17記載の複合摩擦要素。
  24. 【請求項24】 基体が金属クラッチプレート、伝導バ
    ンド、ブレーキシュー、シンクロナイザーリング、摩擦
    ディスク又はピストンプレートである請求項17記載の
    複合摩擦要素。
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