CN105531496B - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种盘式制动器垫用摩擦材料，其既可满足涉及铜成分含量的法规，又可确保高速高负荷时的刹车的效力、耐磨耗性。解决手段是提供如下的摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的NAO材料的摩擦材料，其通过将包含纤维基材、结合材料、摩擦调整材料的摩擦材料组合物进行成型而成，在该摩擦材料中使用一种摩擦材料组合物，其中，作为无机摩擦调整材料，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒以及以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上，并且含有5～20重量％的平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量小于0.5重量％。

Description

摩擦材料

技术领域

本发明涉及在汽车等的盘式制动器垫中使用的通过将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的摩擦材料。

背景技术

以往，人们使用盘式刹车作为汽车的制动装置，作为盘式刹车的摩擦构件，使用了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。

摩擦材料分类为如下材料：含有相对于摩擦材料组合物总量为30重量％以上小于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并且含有相对于摩擦材料组合物总量小于30重量％的钢纤维的少金属摩擦材料；以及不包含钢纤维以及不锈钢纤维等钢系纤维作为纤维基材的NAO材料。

在要求开发出刹车噪音产生少的摩擦材料的近些年来，越来越广泛使用的是使用了不包含钢纤维、钢系纤维且包含结合材料、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、填充材料等的NAO材料的摩擦材料的盘式制动器垫。

在盘式制动器垫中使用的NAO材料的摩擦材料中，为了确保在高速高负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、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排出铜，这些排出了的铜流入河川、湖、海洋而污染水域。

在这样的背景下，美国的加利福尼亚州、华盛顿州通过了如下的法案：在2021年及其后，禁止使用含有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，在其数年后，禁止使用含有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，可预期今后这样的规定会波及到全世界，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的在高速高负荷制动时的刹车效力与耐磨耗性的降低成为课题。

专利文献1中记载了一种摩擦材料，其通过将摩擦材料组合物进行成型而成，所述摩擦材料组合物含有：相对于摩擦材料组合物总量为0.5～50重量％的金属锡或锡合金、以及相对于摩擦材料组合物总量为0.001～4.999重量％的铜。

专利文献2中记载了一种无石棉摩擦材料组合物以及将该无石棉摩擦材料组合物进行成型而成的摩擦材料，该无石棉摩擦材料组合物为包含结合材料、有机填充材料、无机填充材料以及纤维基材的摩擦材料组合物，其中，该摩擦材料组合物中的铜的含量按铜元素计为5质量％以下，除了铜以及铜合金以外的金属纤维的含量为0.5质量％以下，含有钛酸盐以及粒径为30μm以下的氧化锆，并且该钛酸盐的含量为10～35质量％，实质上不含粒径超过30μm的氧化锆。

然而，专利文献1和/或专利文献2中记载的摩擦材料在铜成分的含量方面虽然满足了上述的法规，但是不能说充分确保了在高速高负荷制动时的刹车的效力与耐磨耗性的要求性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利公开2010/0331447号公报

专利文献2：日本特开2012-255052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，其既可满足涉及铜成分含量的法规，又可确保在高速高负荷制动时的刹车的效力与耐磨耗性的要求性能。

用于解决问题的方案

本发明人反复进行了深入研讨，结果发现通过使用如下的摩擦材料组合物可解决上述课题，从而完成了本发明：该摩擦材料组合物在盘式制动器垫中使用的将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，在所述摩擦材料组合物中，作为无机摩擦调整材料，含有特定量的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒以及以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上、以及特定量的特定的硬质无机颗粒，并且摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％。

本发明是在盘式制动器垫中使用的将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NAO材料的摩擦材料，并且通过将包含纤维基材、结合材料、摩擦调整材料的摩擦材料组合物进行成型而成，其特征在于，在前述摩擦材料组合物中，作为无机摩擦调整材料，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒以及以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上，且，含有相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％的平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％。

(2)根据(1)所述的摩擦材料，其特征在于，前述铝颗粒或以铝为主要成分的合金颗粒的平均粒径为50～300μm。

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，其既可满足涉及铜成分含量的法规，又可确保在高速高负荷制动时的刹车的效力与耐磨耗性。

具体实施方式

在本发明中，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中，使用一种摩擦材料组合物，其中，作为无机摩擦调整材料，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒以及以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上，且，含有相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％的平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％。

人们已知，用作无机摩擦调整材料的锌、锡、铝等金属以及其合金具有如下的效果：与作为刹车盘转子的原材料的铸铁的亲和性高，在制动时，在摩擦材料的摩擦面上存在的上述金属及合金与铸铁制的刹车盘转子之间，会产生凝着摩擦并且提高摩擦系数。

向摩擦材料中添加锌、锡以及以这些金属为主要成分的合金时，则起到在广泛的使用领域中产生凝着摩擦、提高摩擦系数的效果，但是也存在有因凝着摩擦的进行而导致摩擦材料变得容易磨耗的问题。

然而，关于铝，产生凝着磨耗的情况仅限为在高速高负荷制动时，因而不会产生上述那样的问题。

推定出这是因为，铝所具有的在表面容易形成氧化皮膜这样的特性而造成的。

在铝的表面形成的氧化皮膜阻碍铝与铸铁的凝着摩擦，因而在维持该氧化皮膜的负荷比较少的使用领域中，铝作为提高摩擦系数的摩擦调整材料并不起作用。

然而，在高速高负荷制动时，铝发生塑性变形或者熔融，对凝着摩擦的起阻碍作用的氧化皮膜会被破坏。其结果，产生铝与铸铁的凝着摩擦，从而提高刹车的效力。

予以说明，在以铝为主要成分的合金中也确认出该作用效果。

铝颗粒以及以铝为主要成分的合金颗粒的平均粒径优选为50～300μm，关于铝纤维以及以铝为主要成分的纤维，优选使用平均纤维直径为20～100μm、平均纤维长为0.5～10mm的纤维。考虑到向摩擦材料中的均匀的分散性时，则更优选使用铝颗粒以及以铝为主要成分的合金颗粒。

作为以铝为主要成分的合金，可使用含有90重量％以上的铝的铝-锌系合金、铝-铜系合金、铝-锰系合金、铝-硅系合金、铝-镁系合金、铝-镁-硅系合金、铝-锌-镁系合金等。

使用铝-铜系合金的情况下，按照铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％的方式设定。

予以说明，从降低环境负担的观点考虑，更优选在摩擦材料组合物中不包含铜成分。

关于莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，作为如下摩擦调整材料而起作用：提高了在铝以及以铝为主要成分的合金不发生作用的负荷比较少的通常使用领域中的摩擦系数的摩擦调整材料。

关于莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，使用平均粒径为1～20μm的硬质无机颗粒，将含量设为相对于摩擦材料组合物总量的5～20重量％，从而可确保在负荷比较少的通常的使用领域的刹车效力和噪音特性。

作为莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，列举出活性氧化铝(γ-氧化铝)、氧化镁、硅酸锆、氧化铝(α-氧化铝)、碳化硅等，但是不限于这些，可使用通常添加于摩擦材料的莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒。

予以说明，在本发明中，关于莫氏硬度，适用的是“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.金刚石”中表示的旧莫氏硬度。

另外在本发明中，关于平均粒径，使用了通过激光衍射粒度分布法测定出的50％粒径的数值，关于平均纤维直径以及平均纤维长，使用了由光学显微镜测定随机选择了50个样品而得到的数值的平均值。

本发明的摩擦材料由如下的摩擦材料组合物构成，其包含上述的铝颗粒、以铝为主要成分的合金颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金纤维、平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，此外还包含通常在摩擦材料中使用的结合材料、纤维基材、钛酸盐、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。

作为结合材料，列举出：直链酚醛树脂(Straight phenolic resin)、用腰果油和/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、通过使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中而得到的热固性树脂等通常在摩擦材料中使用的结合材料，它们可单独使用一种或者将两种以上组合而使用。结合材料的含量相对于摩擦材料组合物总量优选设为4～12重量％，更优选设为5～8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1～7重量％，更优选设为2～4重量％。

作为钛酸盐，优选的是制成为板状的形状、具有多个凸部的无定形的形状的钛酸盐，列举出钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸钾镁等在摩擦材料中通常使用的钛酸盐，它们可单独使用一种或者将两种以上组合而使用。关于钛酸盐的含量，相对于摩擦材料组合物总量优选设为7～35重量％，更优选设为17～25重量％。

作为润滑材料，列举出二硫化钼、硫化锌、硫化锡、硫化铁、复合金属硫化物等金属硫化物系润滑材料、人造石墨、天然石墨、石油焦炭、活性炭、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉等碳质系润滑材料等等在摩擦材料中通常使用的润滑材料，它们可单独使用一种或者将两种以上组合而使用。润滑材料的含量相对于摩擦材料组合物总量优选设为2～21重量％，更优选设为10～16重量％。

作为无机摩擦调整材料，列举出上述铝颗粒、以铝为主要成分的合金颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金纤维、平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒，此外还列举出滑石、云母、蛭石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，将上述的铝颗粒、以铝为主要成分的合金颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金纤维、平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机颗粒合组合在一起，相对于摩擦材料组合物总量，优选设为15～50重量％，更优选设为20～45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(tire treadrubber)的粉碎粉、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优选设为3～8重量％，更优选设为4～7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优选设为2～6重量％，更优选设为2～3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。

本发明的在盘式刹车中使用的摩擦材料经由如下工序而制造：混合工序，通过使用混合机均匀地混合按规定量配混了的摩擦材料组合物；加热加压成型工序，将所获得的摩擦材料原料混合物与另行预先进行了洗涤、表面处理并且涂布了粘接材料的衬板进行重叠，并投入于热成型模型，进行加热加压从而成型；热处理工序，将所获得的成型品加热而完结结合材料的固化反应；静电粉体涂装工序，将粉体涂料进行涂装；涂装烧结工序，将涂料烧结；研磨工序，利用旋转磨石形成摩擦面。予以说明，也存在有按照如下方式而制造的情况：在加热加压成型工序之后，以涂装工序、兼作涂料烧结的热处理工序、研磨工序的顺序的方式。

根据需要，在加热加压成型工序之前，可实施：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混炼的混炼工序；预备成型工序，将摩擦材料原料混合物或由造粒工序获得的造粒物、由混炼工序获得的混炼物投入于预备成型模型，从而成型出预备成型物；在加热加压成型工序之后可实施焦化(scorch)工序。

实施例

以下，示出实施例和比较例来具体说明本发明，但是本发明不限于下述的实施例。

[实施例1～11、比较例1～4的摩擦材料的制造方法]

利用Loedige混合机将表1、表2所示的组成的摩擦材料组合物混合5分钟，在成型模具内在30MPa下加压10秒从而进行了预备成型。将该预备成型物重叠在预先进行了洗涤、表面处理并且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的条件下成型10分钟，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1～11、比较例1～4)。

表1

表2

在所获得的摩擦材料中，对高速高负荷时的刹车的效力、耐磨耗性进行了评价。评价结果示于表3、在表4中，评价基准示于表5。

表3

表4

表5

根据评价结果(表3、4)可知，在实施例的摩擦材料方面，尽管使用了完全不包含铜成分的、或即使包含铜成分也是极少量(小于0.5重量％)的组合物，但还是在广泛的使用领域中的刹车的效力、耐磨耗性、振鸣方面，获得了充分的特性，特别是在实施例2、5～7方面，也获得了与使用了铜纤维的比较例4相比并不逊色的效果。

产业上的可利用性

本发明提供一种在盘式制动器垫中使用的将NAO材料的摩擦材料组合物进行成型而得到的摩擦材料，其既可满足涉及铜成分含量的法规，又可确保在包含高速、高负荷制动时在内的广泛的使用领域中的刹车效力、耐磨耗性以及噪音特性的要求性能，实用价值也极高。

Claims (2)

1.一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的NAO材料的摩擦材料，并且通过将包含纤维基材、结合材料、摩擦调整材料的摩擦材料组合物进行成型而成，其特征在于，

在所述摩擦材料组合物中，作为无机摩擦调整材料，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～10重量％的从金属铝颗粒以及以铝为主要成分的合金颗粒中选出的一者或两者，

且，仅平均粒径为1～20μm的硬质无机颗粒以相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％的量包含在该摩擦材料中，

所述硬质无机颗粒仅为从γ-氧化铝、氧化镁、硅酸锆中选出的一种或两种以上，

所述金属铝颗粒或以铝为主要成分的合金颗粒的平均粒径为50～300μm，

摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％。

2.一种摩擦材料，其为在盘式制动器垫中使用的NAO材料的摩擦材料，并且通过将包含纤维基材、结合材料、摩擦调整材料的摩擦材料组合物进行成型而成，其特征在于，

在所述摩擦材料组合物中，作为无机摩擦调整材料，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～10重量％的从金属铝纤维以及以铝为主要成分的合金纤维中选出的一者或两者，

且，仅平均粒径为1～20μm的硬质无机颗粒以相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％的量包含在该摩擦材料中，

所述硬质无机颗粒仅为从γ-氧化铝、氧化镁、硅酸锆中选出的一种或两种以上，

摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于0.5重量％。