CN101679838A - 摩擦材料组合物及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦材料组合物，其含有纤维基质、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，其中作为上述纤维基质，含有平均纤维长度不同的至少2种以上的矿物纤维，所述矿物纤维的各自的平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上。而且，本发明还提供一种通过对上述摩擦材料组合物进行加热加压成形而得到的摩擦材料、以及在摩擦面与里衬之间夹有衬里材料的摩擦材料，其中所述衬里材料是通过对上述摩擦材料组合物进行加热加压成形而得到的。
Description
技术领域
本发明涉及适用于汽车等的制动中所使用的盘式制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材料的摩擦材料组合物及使用了摩擦材料组合物的摩擦材料。
背景技术
在汽车等中，使用盘式制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材料来用于其制动。
上述摩擦材料为了制动而与配合材料例如圆盘转子、制动鼓等进行摩擦来发挥制动效果。因此，不仅需要高摩擦系数和摩擦系数的稳定性，而且还需要充足的强度。
上述摩擦材料通过对配合了纤维基质、结合材料、填充材料等的组合物进行成形加工来制造。特别是，上述纤维基质是形成摩擦材料的骨架的材料，而且是赋予涉及到摩擦材料的剪切强度的特性的成分。
以往，在摩擦材料中使用石棉材料作为纤维基质，但自从其被认为是对人体产生不良影响的物质以来，根据各国法律限制等制造了其替代物。
作为代替石棉材料的纤维基质，提出有配合了无机纤维、金属纤维、有机纤维等多种纤维的摩擦材料(例如参照专利文献1)。其中，已知作为替代品所列举的矿物纤维在摩擦材料的强度增加方面优异。
但是，一般而言，矿物纤维是通过熔融纺丝法而制造的，但在通过熔融纺丝法制造的矿物纤维中，纤维长度长的矿物纤维的分散性差，未开纤的纤维无助于摩擦材料的强度提高。另一方面，分散性优异的纤维长度短的纤维具有增强效果变差的倾向。另外，如果增加矿物纤维的配合量，则具有产生下述弊端的倾向，即：不仅分散性变差，而且对面材料的攻击性也变差等。
专利文献1：日本专利第2879364号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的是提供一种矿物纤维产生的增强效果比以往品有所提高、而且与被粘着体的接合强度优异的摩擦材料组合物以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料。
本发明的另一个目的是提供一种以与以往品相同量的矿物纤维配合量来使矿物纤维产生的增强效果比以往品有所提高、而且与被粘着体的接合强度优异的摩擦材料组合物以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料。
本发明者等为了实现上述目标，对矿物纤维的纤维长度和纤维的分散性、增强效果进行了锐意的研究，结果发现：通过组合两种以上的平均纤维长度不同的矿物纤维，可以改善矿物纤维的分散性；以及通过使摩擦材料组合物中分散的矿物纤维的纤维长度分布变宽，与使用1种矿物纤维相比，与被粘着体的接合强度有所提高。具体地说，发现在纤维长度不同的矿物纤维的组合中，通过使各矿物纤维的平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上，由于矿物纤维的分散性变好，因此显现出接合强度提高的效果，从而完成了本发明。
即，本发明如下所述。
(1)一种摩擦材料组合物，其含有纤维基质、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，其中上述纤维基质含有平均纤维长度不同的至少2种以上的矿物纤维，所述矿物纤维的各自的平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上。
(2)根据上述(1)所记载的摩擦材料组合物，其中上述矿物纤维含有Al元素。
(3)根据上述(1)或(2)所记载的摩擦材料组合物，其中上述矿物纤维整体的平均纤维长度为500μm以下。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中上述矿物纤维是生物可溶性的矿物纤维。
(5)根据上述(1)～(4)中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中上述矿物纤维的含量相对于摩擦材料组合物的总量为5～25质量％。
(6)根据上述(1)～(5)中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中上述纤维基质除矿物纤维以外还含有5质量％以上的有色金属纤维和/或1质量％以上的原纤化有机纤维。
(7)一种摩擦材料，其是通过对上述(1)～(6)中任一项所记载的摩擦材料组合物进行成形而得到的。
(8)一种摩擦材料，其在成为摩擦面的摩擦部件与里衬之间夹有衬里材料，所述衬里材料是通过对上述(1)～(6)中任一项所记载的摩擦材料组合物进行成形而得到的。
附图说明
图1是表示接合强度与平均纤维长度的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明的摩擦材料组合物以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料进行详细描述。
作为摩擦材料组合物的纤维基质，可以使用无机纤维、有机纤维、金属纤维等，但本发明的摩擦材料组合物的特征在于，含有平均纤维长度不同的至少2种以上的矿物纤维作为上述无机纤维，该矿物纤维的各自的平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上。该差值如果比50μm小，则具有接合强度下降的倾向。更优选为50～600μm。
另外，这里所说的矿物纤维是指，矿渣棉等高炉矿渣、玄武岩纤维等玄武岩、以其它天然岩石为主成分的经过熔融纺丝而得到的人造无机纤维，含有Al元素的天然矿物是更优选的。具体地说，可以使用含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等的纤维、或含有这些化合物中的1种或2种以上的纤维，但更优选的是：这些之中含有Al元素的材料可以作为矿物纤维使用。
而且，这里所说的平均纤维长度不同的2种以上的矿物纤维是指，将在纤维长度分布中具有1个峰的纤维作为1种，即表示纤维长度分布中具有2个以上峰的矿物纤维，本发明中的矿物纤维是其峰的最小和最大之差为50μm。
作为调整矿物纤维以使其平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上的方法，可以列举出例如将平均纤维长度差在50μm以上的2种矿物纤维混合的方法。另外，如果平均纤维长度差以最小值和最大值计为50μm以上的话，还可以混合2种以上的具有该最小值和最大值之间的平均纤维长度的矿物纤维。
由于摩擦材料组合物中所含有的矿物纤维整体的平均纤维长度越大，具有接合强度越下降的倾向，因此，矿物纤维整体的平均纤维长度优选为500μm以下。更优选为100～400μm。
作为调整矿物纤维以使矿物纤维整体的平均纤维长度达到500μm以下的方法，可以列举出例如适当调整平均纤维长度长的纤维与平均纤维长度短的纤维的配合量的方法。
另外，在本发明中，“平均纤维长度”是指，表示所符合的全部纤维的长度的平均值的数均纤维长度。例如200μm的平均纤维长度表示，任意地选择50个作为摩擦材料组合物原料使用的矿物纤维，通过光学显微镜测定纤维长度，其平均值为200μm。
对于本发明中所使用的矿物纤维，优选从人体有害性的观点出发是生物可溶性的。这里所说的生物可溶性的矿物纤维是指，具有即使在进入人体内的情况下，也会在短时间内部分分解并排出体外的特征的矿物纤维。具体地说，其表示满足下述条件的纤维(EU指令97/69/EC的Nota Q(致癌性适用除外))，上述条件是：化学组成是碱金属氧化物、碱土金属氧化物总量(钠、钾、钙、镁、钡的氧化物的总量)为18质量％以上、且利用呼吸的短期生物持久性试验中，20μm以上的纤维的质量半衰期为40天以内、或者腹膜内试验中没有过度的致癌性证据或长期呼吸试验中没有相关的病原性或肿瘤发生。
作为这样的生物可溶性的矿物纤维，更具体地可以列举出SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO-Na2O系纤维等；并可以列举出任意组合含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O的纤维。具体地说，可以使用Roxul(注册商标)(Lapinus Fibres公司制造)等。“Roxul”含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等。
作为本发明的摩擦材料组合物中的更优选的形态，从分散性和增强效果的观点出发，矿物纤维的总量相对于摩擦材料整体为5～25质量％是优选的。如果矿物纤维的总量低于5质量％，则具有不能得到充分的增强效果的倾向，如果矿物纤维的总量超过25质量％，则具有不仅分散性极度变差、而且对面材料的攻击性或耐磨损性也变差的倾向。更优选的矿物纤维的总量是10～20质量％。
在本发明的摩擦材料组合物中，作为用于进一步提高上述矿物纤维的组合物产生的增强效果的更优选的形态，优选在摩擦材料组合物中含有5质量％以上的有色金属纤维和/或1质量％以上的作为有机纤维的原纤化有机纤维。更优选的是，含有5～15质量％的有色金属纤维和/或1～10质量％的原纤化纤维。如果有色金属纤维的含量低于5质量％，则具有耐裂纹性变差的倾向。另外，如果原纤化有机纤维的含量低于1质量％，则具有成形时的操作性和耐裂纹性变差的倾向。
作为有色金属(也称为非铁金属)纤维，可以列举出铜纤维、黄铜纤维、青铜纤维、铝纤维等。有色金属纤维的长度优选为1～10μm。
而且，作为原纤化有机纤维，可以列举出芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维等。作为原纤化有机纤维，具体可以列举出帝人株式会社制造的トワロン(注册商标)、DU PONT-TORAY株式会社制造的ケブラ一(注册商标)等。
作为本发明的摩擦材料组合物中所含有的上述矿物纤维之外的无机纤维，可以包含生物可溶性的陶瓷纤维、钛酸钾纤维、玻璃纤维、硅灰石等无机纤维；钢纤维等。但是，从降低环境负荷物质的观点出发，优选为生物可溶性；而且优选不含有对肺等具有吸收性的钛酸钾纤维或玻璃纤维的纤维。
而且，作为上述原纤化有机纤维以外的有机纤维，纤维素纤维、碳纤维、酚醛树脂纤维、聚酰亚胺纤维等也可以作为纤维基质使用。
以上，本发明的摩擦材料组合物中所含有的上述无机纤维和有机纤维等纤维基质的含量优选为在本发明的摩擦材料组合物中为5～50质量％，更优选为10～30质量％。
本发明的摩擦材料组合物中所含有的结合材料可以使用通常在摩擦材料组合物中使用的热固性树脂。作为热固性树脂，可以列举出例如酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硅酮改性酚醛树脂、漆酚(也称作腰果，cashew)改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂、氨基树脂改性酚醛树脂等，特别优选为酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硅酮改性酚醛树脂等，可以将它们单独或组合2种以上使用。
本发明的摩擦材料组合物中所含有的结合材料的含量在摩擦材料组合物中优选为5～20质量％，更优选为5～15质量％。如果低于5质量％，则有摩擦材料的强度下降的倾向；如果超过20质量％，则摩擦材料的气孔率减少，弹性模量增高，因而有鸣音等音振性能变差的倾向。
作为本发明的摩擦材料组合物中所含有的有机填充材料，可以列举出例如漆酚粉(cashew dust)、轮胎橡胶粉、丙烯酸橡胶粉、异戊橡胶、NBR、SBR等，它们可以单独或组合2种以上使用。
上述有机填充材料的含量优选为在摩擦材料组合物中为2～30质量％，更优选为5～15质量％。如果低于2质量％，则摩擦材料的弹性模量提高，有鸣音等音振性能变差的倾向；如果超过30质量％，则耐热性变差，热过程产生的强度降低有被发现的倾向。
作为本发明的摩擦材料组合物中所含有的无机填充材料，可以列举出例如三硫化锑、硫化锡、二硫化钼、硫化铁、硫化铋、硫化锌、氮化硼、氧化镁、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、焦炭、石墨、云母、氧化铁、蛭石、粒状钛酸钙、硫酸钙、氧化锆、锆砂、氧化铝、板状钛酸钙、硅藻土、滑石、粘土、莫来石、沸石等，它们可以单独或组合2种以上使用。
所述无机填充材料的含量优选为在摩擦材料组合物中为20～80质量％，更优选为30～60质量％。如果低于20质量％，则耐热性有变差的倾向；如果超过80质量％，则从摩擦材料之外的其它成分的含量平衡的观点出发，是优选的。
本发明的摩擦材料组合物可以用作成为摩擦面的摩擦部件而获得摩擦材料。作为使用其的摩擦材料，可以列举出下述构成，即，例如：(1)仅为摩擦部件的构成；(2)具有背衬、和在该背衬上形成且由成为摩擦面的本发明的摩擦材料组合物构成的摩擦部件的构成；或者(3)上述(2)的构成中，在背衬和摩擦部件之间进一步夹着以用于提高背衬的接合效果的表面改性为目的的基底层、以背衬和摩擦部件的接合为目的的接合层的构成等。
作为这样的摩擦材料，具体地说，可以作为汽车等的盘式制动器摩擦块、制动摩擦衬片等的摩擦材料使用，或者也可以通过对本发明的摩擦材料组合物以目标形状实施成形、加工、贴合等工序而作为离合器衬片、电磁制动器、保持制动器等的摩擦材料使用。
本发明的摩擦材料组合物可以使用通常所使用的方法来形成摩擦材料，可以对本发明的摩擦材料组合物进行成形来制造。详细而言，例如，使用Lodige混合机、加压捏合机、艾里奇逆流式混合机等混合机进行均匀混合，通过成形模具将该混合物预备成形，将所得到的预备成形物在成形温度为130～160℃、成形压力为20～50MPa的条件下成形2～10分钟，并将所得到的成形物在150～250℃下热处理2～10小时，从而得到本发明的摩擦材料。而且，根据需要可以进行涂装、焦化处理、研磨处理。
对于本发明的摩擦材料组合物，由于具有高增强效果，因此可以成形为摩擦材料的衬里材料来使用。所谓“衬里材料”是指，介于摩擦材料的成为摩擦面的摩擦部件和背衬之间、以提高摩擦部件和背衬的剪切强度为目的的层。
另外，在将把本发明的摩擦材料组合物作为为衬里材料时，对于使用其的摩擦材料，可以列举出下述构成，即，例如：(1)具有背衬、形成在该背衬上的衬里材料和形成在衬里材料上的成为摩擦面的摩擦部件的构成；或者(2)在背衬和衬里材料之间，进一步夹着以用于提高背衬的接合效果的表面改性为目的的基底层、以背衬和衬里材料的接合为目的的接合层的构成等。
在将本发明的摩擦材料组合物作为衬里材料时，成为摩擦面的摩擦部件可以使用由本发明的摩擦材料组合物成形而得到的构件。
另外，背衬、基底层、接合剂层可以使用摩擦材料中通常使用的那些。
通过设置由本发明的摩擦材料组合物构成的、且与被粘着体的接合强度高的衬里材料，可以强化摩擦部件与背衬的剪切强度。而且，摩擦部件由于使用导致摩擦减少，因此与摩擦部件同样需要具有摩擦材料性能，因此将本发明的摩擦材料组合物作为用于强化与背衬的接合强度的衬里材料是优选的形态。
作为将本发明的摩擦材料组合物制造成衬里材料的方法，可以列举出例如以下的方法。具体而言，使用Lodige混合机、加压捏合机、艾里奇逆流式混合机等混合机进行均匀混合，通过成形模具将该混合物预备成形为相对于摩擦材料成为背衬侧的面，将所得到的预备成形物在成形温度为130～160℃、成形压力为20～50MPa的条件下处理2～10分钟，将所得到的成形物在150～250℃下热处理2～10小时，从而可以获得衬里材料。
之后，通过在衬里材料上成形适当的摩擦部件，可以获得摩擦材料。所得到的摩擦材料可以根据需要进行涂装、焦化处理、研磨处理。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明。本发明并不受它们的任何限定。
<实施例1～8和比较例1～6>
(盘式制动器摩擦块的制造)
按照表1和表2的配合比例配合材料，得到摩擦材料组合物。将这些摩擦材料组合物用Lodige混合机(MATSUBO株式会社制造，商品名为Lodige混合机M20)进行混合，将该混合物通过压型机(王子机械工业株式会社制造)进行预备成形，将所得到的预备成形物在成形温度为145℃、成形压力为30MPa的条件下使用压型机(三起精工株式会社制造)加热加压成形6分钟，将所得到的成形品在200℃下热处理4.5小时，使用旋转研磨机研磨，进行500℃的焦化处理，从而得到了各盘式制动器摩擦块。另外，在本实施例中，制造了摩擦材料投影面积为51.7cm2的盘式制动器摩擦块。
矿物纤维A：RB250 Roxul 1000(Lapinus Fibres公司制造)平均纤维长度为125μm
矿物纤维B：RB215 Roxul 1000(Lapinus Fibres公司制造)平均纤维长度为150μm
矿物纤维C：RB220 Roxul 1000(Lapinus Fibres公司制造)平均纤维长度为230μm
矿物纤维D：RB240 Roxul 1000(Lapinus Fibres公司制造)平均纤维长度为300μm
矿物纤维E：RB280 Roxul 1000(Lapinus Fibres公司制造)平均纤维长度为650μm
(接合强度的测定)
接下来对所制作的实施例1～8和比较例1～5的盘式制动器摩擦块按照JIS D4422的接合强度试验方法进行接合强度即破坏载重的评价。将其结果一并示于表1和表2中。另外，接合强度与平均纤维长度的关系示于图1中。
(转子磨损量(对面材料攻击性)和制动器摩擦块磨损量(耐磨损性)的评价)
用发电机试验机按照JASO C406(轿车用制动器装置功率计试验方法)来进行试验，并进行了评价。对于转子和摩擦块磨损量，从上述JASO C406试验前后的圆盘转子和制动器摩擦块的厚度之差测定各自的磨损量。结果示于表1和表2中。
如表1和表2以及图1所示，显然使用了本发明的摩擦材料组合物的盘式制动器摩擦块以与以往品相同量的矿物纤维配合量获得了与被粘着体的接合强度高的摩擦材料。
根据本发明，可以提供一种由矿物纤维产生的增强效果比以往品有所提高、且与被粘着体的接合强度优异的摩擦材料组合物以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料。
而且，根据本发明，可以提供一种以与以往品相同量的矿物纤维配合量、由矿物纤维产生的增强效果比以往品有所提高、且与被粘着体的接合强度优异的摩擦材料组合物以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料。
Claims (8)
1.一种摩擦材料组合物，其含有纤维基质、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，其中所述纤维基质含有平均纤维长度不同的至少2种以上的矿物纤维，所述矿物纤维的各自的平均纤维长度的最小值与最大值之差为50μm以上。
2.根据权利要求1所记载的摩擦材料组合物，其中所述矿物纤维含有Al元素。
3、根据权利要求1或2所记载的摩擦材料组合物，其中所述矿物纤维整体的平均纤维长度为500μm以下。
4、根据权利要求1～3中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中所述矿物纤维是生物可溶性的矿物纤维。
5、根据权利要求1～4中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中所述矿物纤维的含量相对于摩擦材料组合物的总量为5～25质量％。
6、根据权利要求1～5中任一项所记载的摩擦材料组合物，其中所述纤维基质除矿物纤维以外还含有5质量％以上的有色金属纤维和/或1质量％以上的原纤化有机纤维。
7、一种摩擦材料，其是通过对权利要求1～6中任一项所记载的摩擦材料组合物进行成形而得到的。
8、一种摩擦材料，其在成为摩擦面的摩擦部件与里衬之间夹有衬里材料，所述衬里材料是通过对权利要求1～6中任一项所记载的摩擦材料组合物进行成形而得到的。
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