CN115943192A

CN115943192A - 摩擦副

Info

Publication number: CN115943192A
Application number: CN202180042863.3A
Authority: CN
Inventors: 舩元聪太; 栗本健太
Original assignee: Nisshinbo Brake Inc
Current assignee: Nisshinbo Brake Inc
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2023-04-07
Also published as: US20230341020A1; JPWO2021256336A1; EP4166621A1; WO2021256336A1

Abstract

[问题]本发明提供一种摩擦副，其具有优异的制动效能稳定性和摩擦材料的抗磨损性，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维。[解决方案]本发明使用一种摩擦材料组合物，其还不含铁系金属纤维以外的金属纤维，并且含有相对于摩擦材料组合物总量为10～15重量％的碳质类润滑材料作为摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，并且，所述摩擦材料的热导率为1.2～3.0W/m·K。

Description

摩擦副

技术领域

本发明涉及摩擦副，特别是涉及用于乘用车等交通工具的摩擦副。

背景技术

以往，作为乘用车的盘式制动器的摩擦部件，使用在金属制的基座部件上粘贴有摩擦材料的盘式制动衬块。

近年来，由于要求制动的静音性，逐渐广泛使用产生较少制动噪音、使用了被称作NAO材料的摩擦材料的盘式制动衬块。

NAO材料的摩擦材料是将含有粘合材料、钢纤维和/或不锈钢纤维等钢类纤维以外的纤维基材、摩擦调整材料的摩擦材料组合物成型而成的，是与含有钢类纤维作为纤维基材的半金属摩擦材料和/或低钢摩擦材料并列分类的摩擦材料。而且，近年来，在美国也有关于铜成分的含量的法律规定，一般开发只含有5重量％以下的铜、或者完全不含铜的摩擦材料。

专利文献1中记载了一种摩擦材料组合物和将该摩擦材料组合物成型得到的摩擦材料，该摩擦材料组合物含有纤维基材、摩擦调整材料和粘合材料，该摩擦材料组合物中的铜的含量以铜元素换算为0.5质量％以下，作为所述摩擦调整材料，含有将钛酸盐制成颗粒状的颗粒状钛酸盐，该颗粒状钛酸盐的平均粒径为100～250μm。

专利文献2中记载了一种摩擦材料组合物，其为含有纤维基材、无机填充材料、有机填充材料和粘合材料、并且铜量为0.5质量％以下的摩擦材料，作为所述无机填充材料，含有平均粒径为3～5μm的研磨材料，和平均粒径为9～13μm的研磨材料，同时作为所述无机填充材料，含有平均粒径为1.5～4.5μm的钛酸盐，和平均粒径为15～45μm的钛酸盐。

作为具备这种几乎不含铜成分的摩擦材料的盘式制动衬块的对磨材料，使用专利文献3所述的铸铁制的盘式转子。这种铸铁制的盘式转子的耐腐蚀性低，存在使用过程中生锈的问题，因此需要在摩擦材料方面寻求对策。

例如，专利文献4中公开了一种摩擦材料，其为含有粘合材料、摩擦调整材料和纤维基材的摩擦材料，通过不含铜成分，而含有10～20体积％的具有多个凸起形状的钛酸化合物的至少一种，以及1～20体积％的生物可溶性无机纤维，从而改善了对磨材料的除锈性。

然而，若通过电动汽车、混合动力汽车的普及促进再生制动器的装载，以往的油压制动器的摩擦材料的制动负荷降低，因此即使使用专利文献4这样的技术，也存在不能获得充分的除锈性的问题。

因此，越来越多地使用耐锈性优异的不锈钢制的盘式转子。

专利文献5中公开了由马氏体组织、或马氏体相和铁素体相的混合组织构成的不锈钢板制造的四轮用盘式转子。

专利文献6中记载了含有马氏体和碳氮化物、可选地含有铁素体的组织的汽车用盘式转子。

专利文献7中记载了由不锈钢板构成的汽车用的盘式转子，所述不锈钢板的特征在于，以质量％计，含有C:0.005～0.100％、Si:0.01～1.00％、Mn:0.010～3.00％、P:0.040％以下、S:0.0100％以下、Cr:10.0～14.0％、N:0.005～0.100％、V:0.03～0.30％、Al:0.001～0.050％、B:0.0002～0.0050％、Ni:0～2.00％、Cu:0～2.00％、Mo:0～1.00％、W:0～1.00％、Ti:0～0.40％、Nb:0～0.40％、Zr:0～0.40％、Co:0～0.400％、Sn:0～0.40％、REM:0～0.050％以下、Mg:0～0.0100％、Ca:0～0.0100％、Sb:0～0.50％、Ta:0～0.3000％、Hf:0～0.3000％、Ga:0～0.1000％，剩余部分由Fe和杂质构成，金属组织由铁素体相构成，在任意截面以10～50个/100μm²存在相当于圆的直径计为0.3μm以上的碳氮化物。

在这样的背景下，需要一种由不含铜成分的摩擦材料组合物制成的摩擦材料，其适用于具有优异耐锈性的不锈钢制盘式转子，但已明确，摩擦材料达到高温时，摩擦材料中含有的粘合材料和有机摩擦调整材料等的有机物容易发生热分解，分解后的有机物夹存于摩擦面处，导致制动效能稳定性下降，另外，粘合材料发生热分解，使得摩擦材料的强度显著下降，从而降低摩擦材料的抗磨损性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-57312号公报

专利文献2：日本特开2018-162385号公报

专利文献3：日本特开平2-134425号公报

专利文献4：日本特开2017-149971号公报

专利文献5：日本特开2016-117925号公报

专利文献6：日本特开2019-173086号公报

专利文献7：日本特开2019-178419号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的是提供一种摩擦副，其具有优异的制动效能稳定性和摩擦材料的抗磨损性，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维。

用于解决问题的手段

作为本发明的发明人深入研究的结果，发现了一种摩擦副，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维，所述摩擦材料组合物不含铁系金属纤维以外的金属纤维，在使用含有特定量的碳质类润滑材料作为摩擦调整材料、特定量的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料的摩擦材料组合物的同时，将摩擦材料的热导率设定在特定范围内，可以得到具有优异的制动效能稳定性和摩擦材料的抗磨损性的摩擦副，从而完成了本发明。

本发明涉及一种摩擦副，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维，本发明以以下技术为基础。

(1)一种摩擦副，其包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维，其特征在于，该摩擦材料组合物还不含铁系金属纤维以外的金属纤维，并且含有相对于摩擦材料组合物总量为10～15重量％的碳质类润滑材料作为所述摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，并且所述摩擦材料的热导率为1.2～3.0W/m·K。

(2)根据(1)所述的摩擦副，其中所述碳质类润滑材料是从人造石墨、天然石墨、石墨片粉碎粉、石油焦炭、煤焦炭、弹性石墨化碳、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉中选出的一种以上。

(3)根据(2)所述的摩擦副，其中所述碳质类润滑材料包含石墨片粉碎粉、石油焦炭和弹性石墨化碳。

(4)根据(1)至(3)所述的摩擦副，其中含有相对于摩擦材料组合物总量为13～28重量％的平均粒径为0.5～8.0μm的氧化锆作为所述莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料的一部分。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种摩擦副，其具有优异的制动效能稳定性和摩擦材料的抗磨损性，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维。

具体实施方式

与铸铁制的盘式转子相比，不锈钢制的盘式转子的热导率和热扩散率较低，而且与铸铁相比，不锈钢的比重略高，但强度略高。因此，假设不锈钢制的盘式转子与铸铁制的盘式转子具有相同的重量和强度，则盘式转子的厚度会设计得较薄。由此，盘式转子的热容量变小，盘式转子更容易蓄热，摩擦材料的温度也更容易达到高温。

当摩擦材料达到高温时，包含在摩擦材料中的粘合材料和有机摩擦调整材料等有机物容易发生热分解，分解后的有机物夹存于摩擦面处，导致制动效能稳定性下降。而且，粘合材料发生热分解，使得摩擦材料的强度显著下降，从而降低摩擦材料的抗磨损性。

因此，本发明涉及一种摩擦副，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维，使用了这样一种摩擦材料组合物，其还不含铁系金属纤维以外的金属纤维，并且含有相对于摩擦材料组合物总量为10～15重量％的碳质类润滑材料作为摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，并且所述摩擦材料的热导率为1.2～3.0W/m·K。

通过添加相对于摩擦材料组合物的总量为相对大量的碳质类润滑材料作为摩擦调整材料，并将摩擦材料的热导率设定在特定范围内，能够赋予摩擦材料散热性。

在本说明书中，摩擦材料的热导率是通过从作为最终产品的盘式制动衬块上切出摩擦材料部分并通过基于快速热导率测量的热线法测量而获得的数值。

通过将碳质类润滑材料的含量和摩擦材料的热导率设定在上述范围内，能够提高摩擦材料的散热性，抑制摩擦材料的温度上升。结果，抑制了摩擦材料中所含的有机物的热分解，并且通过碳质类润滑材料的润滑作用提高了抗磨损性。

然而，由于碳质类润滑材料的润滑作用，简单地添加相对大量的碳质类润滑材料会降低制动效能稳定性。因此，为了抵消由于添加碳质类润滑材料所产生的润滑作用，添加了相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料作为摩擦调整材料。

通过将摩擦材料组合物中所含的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料的含量设定在上述范围内，能够获得对盘式转子的磨削作用，在相对大量地添加碳质类润滑材料的情况下，能够获得优异的制动效能稳定性。

在本发明中，对于莫氏硬度，适用“1.滑石、2.石膏、3.方解石、4.萤石、5.磷灰石、6.正长石、7.水晶、8.黄玉、9.刚玉、10.钻石”表示的旧的莫氏硬度。

作为碳质类润滑材料，可以组合使用从人造石墨、天然石墨、石墨片粉碎粉、石油焦炭、煤焦炭、弹性石墨化碳、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉中选出的一种以上，特别优选使用石墨片粉碎粉、石油焦炭和弹性石墨化碳这三种的组合。

石墨片粉碎粉是将天然石墨经酸处理后热膨胀，将得到的膨胀石墨通过辊压成型为片状，将石墨片粉碎而得到的原料。弹性石墨化碳是在1900℃～2700℃下使碳质原料石墨化时使石墨化度停止在80～95％而得到的原料。

作为莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，可以单独使用从四氧化三铁、氧化镁、氧化锆、二氧化硅、硅酸锆、γ-氧化铝、α-氧化铝、碳化硅、玻璃纤维、生物可溶性陶瓷纤维、岩棉、玄武岩纤维等中选出的单独一种或将两种以上组合使用。

作为相对于摩擦材料组合物总量以15～30重量％添加的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料的一部分，优选添加平均粒径为0.5～8μm的氧化锆，其含量相对于摩擦材料组合物总量优选为13～28重量％。

另外，在本说明书中，平均粒径是通过激光衍射粒度分布测定法测定的50％粒径的数值。

＜摩擦材料组合物＞

本发明的摩擦副中使用的摩擦材料由摩擦材料组合物构成，该摩擦材料组合物中，除了上述碳质类润滑材料和上述莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料之外，还包含在摩擦材料中通常使用的粘合材料、纤维基材和摩擦调整材料。

作为粘合材料，可以列举直链酚醛树脂、丙烯酸橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、腰果油改性酚醛树脂、使酚类、芳烷基醚类和醛类反应制得的芳烷基改性酚醛树脂(苯酚芳烷基树脂)、丙烯酸橡胶分散的酚醛树脂、硅橡胶分散的酚醛树脂、氟聚合物分散的酚醛树脂等摩擦材料中常用的粘合材料，它们可以单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

相对于摩擦材料组合物的总量，粘合材料含量优选为4～9重量％，更优选为6～8重量％。

作为纤维基材，例如可以列举芳纶纤维、丙烯酸纤维、纤维素纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑纤维等摩擦材料中常用的有机纤维，它们可以单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

相对于摩擦材料组合物的总量，纤维基材的含量优选为1～5重量％，更优选为2～4重量％。

作为摩擦调整材料，可以使用润滑材料、无机摩擦调整材料和有机摩擦调整材料。

作为润滑材料，除了上述碳质类润滑材料以外，还可以列举硫化锡、二硫化钼、硫化铁、硫化铋、硫化锌、复合金属硫化物等金属硫化物类润滑材料，它们可以单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

相对于摩擦材料组合物的总量，润滑材料与上述碳质类润滑材料合计的含量优选为10～18重量％，更优选为11～16重量％。

作为无机摩擦调整材料，除了莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，还可以列举氢氧化钙、碳酸钙、硫酸钡、滑石、白云石、沸石、硅酸钙水合物、柱状钛酸盐、板状钛酸盐、颗粒状钛酸盐、鳞片状钛酸盐、具有多个突起的不定形形状的钛酸盐(钛酸盐包括钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾、钛酸钠等)、硅灰石、海泡石等，它们可以单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

相对于摩擦材料组合物的总量，无机摩擦调整材料与莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料合计的含量优选为60～82重量％，更优选为65～76重量％。

作为有机摩擦调整材料，可以列举腰果壳油摩擦粉、轮胎胎面橡胶粉碎粉、聚四氟乙烯粉，或丙烯酸橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等硫化橡胶粉或未硫化橡胶粉等摩擦材料中常用的有机摩擦调整材料，它们可以单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。

基于摩擦材料组合物的总量，有机摩擦调整材料的含量优选为3～8重量％，更优选为5～7重量％。

＜盘式制动衬块的制造方法＞

根据本发明的盘式制动衬块通常通过以下工序制造：

使用混合机将按预定量配合的摩擦材料组合物(摩擦材料原料)均匀混合以获得摩擦材料原料混合物的混合工序，

将所获得的摩擦材料原料混合物与另外预先进行了清洗、表面处理、涂布了粘接材料的背板叠合，放入到热成型模具中进行加热加压成型的加热加压成型工序，

对所获得的成型品进行加热，以完成粘合材料的固化反应的热处理工序，

采用喷涂或静电粉末涂装以涂敷涂料的涂装工序，

烘烤涂料的涂装烘烤工序，和

用旋转磨石形成摩擦面的研磨工序。

在加热加压成型工序之后，可以依次进行涂装工序、兼作涂料烘烤的热处理工序和研磨工序来进行制造。

根据需要，在加热加压成型工序之前，可以实施：

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在造粒工序中得到的造粒物和在混炼工序中得到的混炼物放入到预成型模具中以形成预成型物的预成型工序，

也可以在加热加压成型工序之后进行焦烧工序。

＜不锈钢制的盘式转子＞

作为不锈钢制的盘式转子，例如可以使用由马氏体类不锈钢或铁素体类不锈钢制成的盘式转子。

实施例

以下示出实施例和比较例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于以下的实施例。

[实施例1～14、比较例1～5的摩擦材料的制造方法]

将具有表1和表2所示组成的摩擦材料组合物放入到

混合机中混合5分钟，得到摩擦材料组合物混合物。将该摩擦材料组合物混合物在成型模具中以30MPa加压10秒，得到摩擦材料预成型物。将该摩擦材料预成型物放在预先进行了清洗、表面处理、涂布了粘接材料的钢铁制背板上，在热成型模具中在成型温度150℃、成型压力40MPa的条件下进行10分钟的成型，得到摩擦材料成型物。将该摩擦材料成型物在200℃下热处理(后固化)5小时后，研磨形成摩擦面，制作出乘用车用盘式制动衬块。

表1

表2

进而，将盘式制动衬块的摩擦材料切成25mm×15mm×15mm的大小，得到实施例1～14和比较例1～5的试验片。

表3示出了使用这些试验片检测制动效能稳定性和摩擦材料的抗磨损性时采用的“试验条件”、“对磨材料的材质”、“评价项目”和“评价标准”。

表3

表4示出了这些试验片的“产品外观”的“评价项目”和“评价标准”。这里所说的“产品”就是最终产品“盘式制动衬块”。

表4

表5和表6示出了对于每个实施例和每个比较例进行的表3和表4所示的“制动效能稳定性”、“摩擦材料的抗磨损性”和“产品外观”的评价结果。

表5

表6

从表5和表6可以看出，满足本发明条件的摩擦材料在制动效能稳定性、摩擦材料的抗磨损性以及产品外观方面均良好。

工业适用性

根据本发明，能够提供一种摩擦副，其具有优异的制动效能稳定性、摩擦材料的抗磨损性和产品外观，所述摩擦副包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，且不含铜成分和铁系金属纤维，该摩擦副具有极高的实用价值。

Claims

1.一种摩擦副，其包括具备由摩擦材料组合物构成的摩擦材料的盘式制动衬块，和不锈钢制的盘式转子，所述摩擦材料组合物含有粘合材料、纤维基材、摩擦调整材料，并且不含铜成分和铁系金属纤维，其特征在于，该摩擦材料组合物还不含铁系金属纤维以外的金属纤维，并且含有相对于摩擦材料组合物总量为10～15重量％的碳质类润滑材料作为所述摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料，并且所述摩擦材料的热导率为1.2～3.0W/m·K。

2.根据权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，所述碳质类润滑材料是从由人造石墨、天然石墨、石墨片粉碎粉、石油焦炭、煤焦炭、弹性石墨化碳、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉中选出的一种以上。

3.根据权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，所述碳质类润滑材料包含石墨片粉碎粉、石油焦炭和弹性石墨化碳。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的摩擦副，其特征在于，含有相对于摩擦材料组合物总量为13～28重量％的平均粒径为0.5～8.0μm的氧化锆作为所述莫氏硬度为6以上的无机摩擦调整材料的一部分。