CN106574169A - 摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其既能满足涉及铜成分含量的法规，又能抑制在停止时产生异音。使用一种摩擦材料组合物，其不包含铜成分与铁成分，而是包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的非晶须状的钛酸盐作为钛酸盐，包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆作为无机摩擦调整材料，并且包含劈开性矿物颗粒。作为非晶须状的钛酸盐，优选为无定形的钛酸钾，摩擦材料组合物进一步包含相对于摩擦材料组合物总量而言2～4重量％的薄片状石墨颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及在盘式制动器垫中使用的摩擦材料，其通过将NAO(Non-Asbestos-Organic，无石棉有机)材料的摩擦材料组合物进行成型而得到。
背景技术
以往，人们使用盘式制动器作为轿车的制动装置，作为其摩擦构件，使用通过在金属制的基体构件上贴附摩擦材料而得到的盘式制动器垫。
摩擦材料分类为：含有相对于摩擦材料组合物总量为30重量％以上不足60重量％的钢纤维作为纤维基材的半金属摩擦材料；在纤维基材的一部分中包含钢纤维、且含有相对于摩擦材料组合物总量不足30重量％的钢纤维的少金属摩擦材料；以及不包含钢纤维和不锈钢纤维等钢系纤维作为纤维基材的NAO材料。
近年来人们要求开发出刹车噪音产生少的摩擦材料，越来越广泛地应用着使用了NAO材料的摩擦材料的盘式制动器垫，该NAO材料的摩擦材料不包含钢系纤维，而是包含粘合材料、纤维基材、润滑材料、钛酸金属盐、无机摩擦调整材料、有机摩擦调整材料、pH调整材料、填充材料等。
在盘式制动器垫中使用的NAO材料的摩擦材料中，为了确保在高速高载荷制动时的刹车的效力与耐磨耗性，因而添加了相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％左右的铜和/或铜合金的纤维或颗粒等铜成分作为必需成分。
然而近年来有人揭示出存在有如下的可能性：这样的摩擦材料在制动时以磨耗粉的方式将铜排出，这些被排出的铜流入河川、湖泊、海洋中，因而导致水域污染。
在这样的背景下，在美国的加利福尼亚州和华盛顿州通过了如下的法案：在2021年及其后，禁止使用了含有5重量％以上的铜成分的摩擦材料的摩擦构件的销售以及向新车中的组装，在2023年或2025年及其后，禁止使用了含有0.5重量％以上的铜成分的摩擦材料的摩擦构件的销售以及向新车中的组装。
而且，可预期今后这样的管制将波及全世界，因而削减NAO材料的摩擦材料中所含的铜成分成为当务之急，改善因削减NAO材料的摩擦材料中所含的铜成分而导致降低的高速高载荷制动时的刹车的效力与耐磨耗性成为了课题。
另外，虽然NAO材料的摩擦材料不易产生被称作“振鸣”的高频振动的刹车噪音，但是存在有容易产生被称作“低频异音”的低频振动的刹车噪音这样的问题。
在专利文献1中记载了一种摩擦材料，其为通过将包含纤维基材、粘合材料、填充材料的摩擦材料组合物进行成型、固化而成的摩擦材料，其含有合计为12体积％以上的从氧化锌、氧化镁、四氧化三铁、四氧化三锰、氧化锡、氧化钛中选出的三种以上金属氧化物，可抑制低频异音的产生，可减少转子、盘式制动器垫的磨耗量，在高速时摩擦系数μ稳定为高，因而取得了平衡。
另外，在专利文献2中记载了一种摩擦材料，其为至少包含纤维基材、粘合材料以及摩擦调整材料的摩擦材料，其包含通过将氧化铁一次颗粒与树脂进行复合化而成的复合物颗粒作为该摩擦调整材料的一部分，缓和了异音产生。
如专利文献1和专利文献2中记载那样，氧化铁具有抑制低频异音的效果，这成为本领域中的技术性常识。
然而明显可知，为了减低环境负担而从含有具有抑制低频异音的效果的氧化铁的NAO材料的摩擦材料中排除铜和/或铜合金的纤维或颗粒等铜成分时，则相反地低频异音的产生变显著，特别是，反复进行轻负荷的制动之后，水浸入了摩擦材料与对磨材料的滑动面之后，车辆将要停车时的异音产生变显著。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-008865号公报
专利文献2：日本特开2009-298847号公报
发明内容
发明想要解决的课题
本发明的课题在于提供一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其既能满足涉及铜成分含量的法规，又能抑制在停止时产生异音。
用于解决问题的方案
推定出该停止时的异音的产生机理如以下那样。
(a)将铜成分添加于摩擦材料时，则在对磨材料表面形成的铜的移附覆膜(移着被膜)与摩擦材料表面之间的铜成分的黏着磨耗占据支配性，因而不易产生对磨材料的磨耗粉，但是排除铜成分时，则基于摩擦材料中所含的磨削类的无机摩擦调整材料而导致的磨蚀(abrasive erosion)占据支配性，容易产生对磨材料的磨耗粉。而且，在对磨材料的磨耗粉的作用下也将摩擦材料的表面进行磨削，因而促进摩擦材料的磨耗粉的产生。
(b)通过反复进行轻负荷的制动，使得不从摩擦材料与对磨材料的滑动面排出的磨耗粉受到剪切力而微细化。
(c)在这样的状态下水分进入于摩擦材料与对磨材料的滑动面，进一步反复进行轻负荷制动时，则微细化了的磨耗粉利用水进行掺和，生成磨耗粉凝集体。
(d)以该磨耗粉凝集体中存在的对磨材料的磨耗粉、摩擦材料的磨耗粉中所含的氧化铁作为起点而产生锈，使得磨耗粉凝集体的凝集力变得强固。
(e)在这样的磨耗粉凝集体存在于摩擦材料与对磨材料的滑动面(摺動面)的状态下进行制动时，则在剪切力的作用下磨耗粉凝集体崩塌，引起摩擦材料与对磨材料的滑动，因其振动而产生低频异音。
本发明人等基于上述机理，进行了深入研讨，结果发现如下事实从而完成了发明：在摩擦组合物中不添加导致锈的产生的原料，为了抑制对磨材料的磨耗而添加特定量的特定的钛酸盐以及特定的无机摩擦调整材料，且，为了抑制磨耗粉凝集体的生成而添加特定量的特定的无机摩擦调整材料，为了在轻负荷制动中使得磨耗粉容易从摩擦材料与对磨材料的滑动面排出而添加特定量的特定的碳质类润滑材料，由此可抑制停止时的异音。
本发明是在盘式制动器垫中使用的、通过将不包含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，以以下的技术为基础。
(1)一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将不包含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其中，前述摩擦材料组合物实质上不包含铁成分，而是包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的非晶须状的钛酸盐作为钛酸盐，包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆作为无机摩擦调整材料，包含相对于摩擦材料组合物总量而言4～6重量％的劈开性矿物颗粒作为无机摩擦调整材料。
(2)(1)的摩擦材料，其中，前述非晶须状的钛酸盐为无定形的钛酸钾。
(3)(1)或者(2)的摩擦材料，其中，前述摩擦材料组合物包含相对于摩擦材料组合物总量而言2～4重量％的薄片状石墨颗粒作为碳质类润滑材料。
发明的效果
本发明可提供一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其既能满足涉及铜成分含量的法规，又可抑制在反复进行轻负荷的制动之后，水浸入了摩擦材料与对磨材料的滑动面之后，车辆将要停止时的异音的产生。
具体实施方式
在本发明中，为了抑制对磨材料的磨耗，因而在摩擦材料组合物中，添加相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的非晶须状的钛酸盐作为钛酸盐，添加相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆作为无机摩擦调整材料。
在本发明中，非晶须状的钛酸盐是指不是长径比3以上的针状形状(晶须状)的钛酸盐，具体表示的是呈多边形、圆、椭圆等形状的板状钛酸盐，国际公开第2008/123046号中记载的那样的阿米巴虫状的形状或者呈拼图玩具的片体的形状的无定形的钛酸盐。
通过在摩擦材料组合物中比较大量地添加非晶须状的钛酸盐与粒径小的氧化锆，从而在对磨材料的滑动面形成包含钛酸盐与氧化锆的覆膜。
利用该覆膜，使得摩擦材料中所含的磨削类的无机摩擦调整材料不会直接将对磨材料的滑动面进行磨削，因而可抑制对磨材料的磨耗粉的产生。
非晶须状的钛酸盐与氧化锆的含量过少时，则出现无法获得充分的抑制对磨材料磨耗的效果这样的问题，非晶须状的钛酸盐与氧化锆的含量过多时，则出现效力变得不稳定这样的问题。
另外，氧化锆的平均粒径过小时，则出现成型性变差并且容易在摩擦材料中产生裂纹这样的问题，氧化锆的平均粒径过大时，则出现效力变得不稳定这样的问题。
在本发明中平均粒径使用了通过激光衍射粒度分布法测定出的50％粒径的数值。
而且，在本发明中，为了抑制磨耗粉凝集体的生成，因而添加相对于摩擦材料组合物总量而言4～6重量％的劈开性矿物颗粒。
推定出这是因为，从摩擦材料排出的劈开性矿物颗粒的磨耗粉是呈板状的颗粒，该板状颗粒被组入于磨耗粉的凝集体时，则在板状颗粒的附近在磨耗粉之间发生滑动，磨耗粉凝集体变得容易崩溃。
劈开性矿物颗粒的含量少时，则出现无法充分地获得抑制磨耗粉凝集体生成的效果这样的问题，劈开性矿物颗粒的含量多时，则出现对磨材料的摩擦面发生镜面化，在吸湿时摩擦系数急剧地升高，容易产生振鸣这样的问题。
作为劈开性矿物颗粒，列举出云母、蛭石，它们可单独地使用一种或者将两种组合而使用。
劈开性矿物颗粒优选使用平均粒径为50～700μm的范围的劈开性矿物颗粒，更优选使用300～600μm的范围的劈开性矿物颗粒。
而且，本发明的摩擦材料组合物由于实质上不含铁成分，因而可抑制成为磨耗粉凝集体的凝集力提高的主要原因的锈的产生。此处实质上不含铁成分是指，在摩擦材料组合物中不添加铁、铁合金、铁化合物等以铁为主要成分的原料。
作为非晶须状的钛酸盐，列举出钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾等，可将它们单独使用或者组合两种以上而使用，但是优选单独使用无定形的钛酸钾。
使用无定形的钛酸钾时，则在钛酸钾复杂地互相重叠了的状态下，在对磨材料的摩擦面形成与氧化锆的复合覆膜。该覆膜相比于在使用了板状的钛酸盐的情况下形成的覆膜而言强度高，可获得更良好的抑制对磨材料的磨耗的效果。
进一步，在本发明中，为了在轻负荷制动中使得磨耗粉容易从摩擦材料与对磨材料的滑动面排出，因而在摩擦材料组合物中，添加相对于摩擦材料组合物总量而言2～4重量％的薄片状石墨颗粒作为碳质类润滑材料。
薄片状石墨颗粒是，通过使得天然鳞片状石墨、漂浮石墨(Kish graphite)、热分解石墨等的颗粒进行发热膨胀数十～数百倍而得到膨胀石墨颗粒，将该膨胀石墨颗粒进行微粉碎从而获得的石墨颗粒。
磨耗粉自身不具有润滑性时，则磨耗粉在不从摩擦材料与对磨材料的滑动面排出的状态下积存为摩擦材料的滑动面的微细的凹凸，容易生成导致异音的磨耗粉凝集体，但是通过将薄片状石墨颗粒适量添加于摩擦材料组合物，从而在所产生出的磨耗粉中也组入薄片状石墨颗粒，赋予磨耗粉自身以润滑性，因而磨耗粉在不积存为前述凹凸的状态下容易排出。
本发明的摩擦材料由摩擦材料组合物形成，该摩擦材料组合物除了包含上述的非晶须状的钛酸盐、平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆、劈开性矿物颗粒、薄片状石墨颗粒之外，还包含通常在摩擦材料中使用的粘合材料、纤维基材、润滑材料、无机摩擦调整材料、有机摩擦调整材料、pH调整材料、填充材料等。
作为粘合材料，列举出直链酚醛树脂、利用腰果油或硅油、丙烯酸类橡胶等各种弹性体将酚醛树脂进行改性而得到的树脂、将酚醛类与芳烷基醚类与醛类进行反应而获得的芳烷基改性酚醛树脂、将各种弹性体、氟聚合物等分散于酚醛树脂而得到的热固性树脂等等在摩擦材料中通常使用的粘合材料，它们可单独使用一种或者将两种以上组合而使用。粘合材料的含量相对于摩擦材料组合物总量优选设为5～8重量％，更优选设为6～7重量％。
作为纤维基材，列举出芳纶纤维、纤维素纤维、聚-对亚苯基苯并二噁唑纤维、丙烯酸类纤维等在摩擦材料中通常使用的有机纤维，它们可单独使用一种或者将两种以上组合而使用。纤维基材的含量相对于摩擦材料组合物总量优选设为1～4重量％，更优选设为2～3重量％。
作为润滑材料，除了列举出上述的薄片状石墨颗粒之外，还列举出石油焦炭、人造石墨颗粒、天然石墨颗粒等碳质类润滑材料，二硫化钼、硫化锌、硫化锡、复合金属硫化物等金属硫化物类润滑材料，它们可单独地使用一种或者也可将两种以上组合而使用。关于润滑材料，与上述的薄片状石墨颗粒一起，相对于摩擦材料组合物总量而言优选设为4～8重量％，更优选设为5～7重量％。
作为无机摩擦调整材料，除了列举出上述的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆、平均粒径为300～600μm的劈开性矿物颗粒之外，还列举出硅酸钙、氧化镁、γ氧化铝、硅酸锆等颗粒状无机摩擦调整材料，硅灰石、海泡石、玄武岩纤维、玻璃纤维、生物可溶性人造矿物纤维、岩棉等纤维状无机摩擦调整材料，它们可单独使用一种或者组合两种以上而使用。
关于无机摩擦调整材料的含量，与上述的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆、平均粒径为300～600μm的劈开性矿物颗粒一起，相对于摩擦材料组合物总量而言优选设为25～40重量％，更优选设为30～35重量％。
作为有机摩擦调整材料，列举出腰果壳油摩擦粉、轮胎胎面橡胶的粉碎粉和/或、腈橡胶、丙烯酸类橡胶、硅橡胶、丁基橡胶等硫化橡胶粉末或未硫化橡胶粉末等在摩擦材料中通常使用的有机摩擦调整材料，它们可单独使用一种或者组合两种以上而使用。
有机摩擦调整材料的含量相对于摩擦材料组合物总量而言优选设为4～8重量％，更优选设为5～7重量％。
作为pH调整材料，可使用氢氧化钙等通常在摩擦材料中使用的pH调整材料。
关于pH调整材料，相对于摩擦材料组合物总量而言优选设为1～5重量％，更优选设为2～4重量％。
作为摩擦材料组合物的剩余部分，使用硫酸钡、碳酸钙等填充材料。
本发明的盘式制动器中使用的摩擦材料经由如下工序而制造：使用混合机将按规定量配混的摩擦材料组合物均匀地进行混合的混合工序，将获得了的摩擦材料原料混合物与、另行预先进行洗涤、表面处理、涂布了粘接材料的衬板进行重叠而投入于热成型模具，进行加热加压从而进行成型的加热加压成型工序，将所获得的成型品加热而完结粘合材料的固化反应的热处理工序，涂装涂料的涂装工序，将涂料进行烧结的涂装烧结工序，形成摩擦面的研磨工序。
根据需要，在加热加压成型工序之前，实施将摩擦材料原料混合物进行造粒的造粒工序、将摩擦材料原料混合物进行混炼的混炼工序、将摩擦材料原料混合物或通过造粒工序获得的造粒物、通过混炼工序获得的混炼物投入于预备成型模具，成型出预备成型物的预备成型工序，在加热加压成型工序之后实施焦化工序。
实施例
以下示出实施例和比较例，具体说明本发明，但是本发明不受限于下述的实施例。
[实施例1～20、比较例1～8的摩擦材料的制造方法]
利用Loedige混合机将表1、表2中所示的组成的摩擦材料组合物混合5分钟，在成型模具内以30MPa加压10秒而进行了预备成型。将该预备成型物重叠于预先进行了洗涤、表面处理、涂布了粘接材料的钢铁制的衬板上，在热成型模具内在成型温度150℃、成型压力40MPa的条件下进行10分钟的成型，然后在200℃进行热处理(后固化)5小时，进行研磨而形成摩擦面，制作出轿车用盘式制动器垫(实施例1～20、比较例1～8)。
表1
表2
对于所获得的摩擦材料的异音、效力的稳定性、振鸣、制品外观进行了评价。将评价结果示于表3、表4中，将评价基准示于表5、表6。
表3
表4
表5
表6
产业上的可利用性
本发明可提供一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其既能满足涉及铜成分含量的法规，又能抑制在停止时产生异音，具有极高的实用价值。
Claims (3)
1.一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的、通过将不包含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其特征在于，前述摩擦材料组合物实质上不包含铁成分，而是包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的非晶须状的钛酸盐作为钛酸盐，包含相对于摩擦材料组合物总量而言15～25重量％的平均粒径为1.0～4.0μm的氧化锆作为无机摩擦调整材料，包含相对于摩擦材料组合物总量而言4～6重量％的劈开性矿物颗粒作为无机摩擦调整材料。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，前述非晶须状的钛酸盐为无定形的钛酸钾。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于，前述摩擦材料组合物包含相对于摩擦材料组合物总量而言2～4重量％的薄片状石墨颗粒作为碳质类润滑材料。
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