CN105722941B - 摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
一种摩擦材料，包含纤维基材、摩擦改良剂和粘合剂。摩擦材料中的以铜元素计的铜含量0.5质量％以下，并且粘合剂的含量至少为10质量％。另外，摩擦材料包含氢氧化钙和锌，并且pH至少为11.7。
Description
技术领域
本发明涉及用于一种乘用车辆、轨道车辆和工业机械等的摩擦材料，更具体地，涉及一种提高了由于腐蚀的咬合耐性并且因为实质上不使用铜金属及铜金属化合物而对环境友好的摩擦材料。
背景技术
传统来说，用于制动器等的摩擦材料通过使用纤维基材、摩擦改良剂、填料、和粘合剂，将其掺混，并且进行包括诸如预成形、热成形和精整的步骤的制造过程来制造。在用于制动器等的摩擦材料中，使用了：纤维基材，诸如诸如芳纶纤维的有机纤维、诸如玻璃纤维的无机纤维、或诸如铜纤维的金属纤维；有机/无机摩擦改良剂，诸如橡胶粉尘、腰果粉尘、金属颗粒、陶瓷颗粒、或石墨；填料诸如碳酸钙、或硫酸钡；以及粘合剂诸如酚醛树脂。
但是，例如，在盘式垫的情况下，有可能在停车期间由于水的存在而在盘式垫的与摩擦材料接触的转子侧上部分生成锈蚀。转子和盘式垫由于在转子上部分地生成的锈蚀而相互咬合，并且由于腐蚀产生的咬合力在启动时导致噪音的发生。
导致锈蚀生成的原因是转子处于酸性环境下，并且从摩擦材料的材料的观点来看，认为包含了低pH原料。关于从摩擦材料中消除这种腐蚀加速物质的影响的方法，出于控制pH的目的，有时掺混氢氧化钙等。
例如，专利文献1描述了一种通过成形并固化主要包含纤维基材、粘合剂、和填料的摩擦材料组合物而获得的摩擦材料，其中加入了pH为11.0以上的碱性原料诸如熟石灰来控制整个摩擦材料的pH，根据JIS K 0127测量的从摩擦材料洗脱的硫酸根离子的量为0.2mg/g以下，并且摩擦材料的pH为10.0以上且小于13.0。
另外，专利文献2公开了与由铝系金属复合材料制成的滑动部件组合使用的摩擦材料，其中摩擦材料的氢离子浓度为pH从6～10，并且其电阻值为300kΩ以上。但是，提及了为了将摩擦材料的pH控制在上述范围内，关于无机填料，优选地以1体积％以下的量掺混例如氢氧化钙的pH为12以上的无机填料。
另外，专利文献3描述了在用于小型制动衬片(小型BL)的摩擦材料中，通过使摩擦材料包含至少7体积％～30体积％的熟石灰作为填料和2体积％～3.5体积％的铝颗粒，同时防止了在高温热经历之后放置于高湿环境下之后的ME现象(Morning Effect)和“吱嘎声”噪音发生两者。
专利文献4描述了摩擦材料的高效制造方法，包括搅拌摩擦材料的原材料的混合步骤，其中在混合包含酚醛树脂、氢氧化钙、和水的摩擦材料原材料期间抑制粘度的快速增加，以及将混合步骤获得的混合粉末成形为所需形状的成形步骤。
另一方面，在非石棉摩擦材料的情况下，为了改善耐衰减性，在一些情况下加入了具有高热导率的金属，特别是铜纤维或铜颗粒。
衰减现象是由摩擦材料中包含的有机物质在高温高负载下分解生成的分解气体导致的，通过向摩擦材料加入具有高热导率的铜，改善了摩擦材料自身的热辐射性质，因此能够抑制分解气体的生成。
但是，近年来，由于对诸如河流或海洋污染以及对人体有着不利影响的环境污染的担忧，期望开发不包含诸如铜的重金属的摩擦材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2005-15576
专利文献2：JP-A-2006-290938
专利文献3：JP-A-2007-84643
专利文献4：JP-A-2013-129801
发明概述
本发明待解决的问题
当去除铜时，失去了铜纤维的增强效果，所以有摩擦材料强度下降的担忧。由于摩擦的强度下降，摩擦材料贴附于转子上，导致容易在转子表面生成锈蚀。但是，在不包含铜组分的摩擦材料中，难以在确保摩擦材料的强度和抑制锈蚀之间实现兼容。
因此，本发明的目标在于提供一种抑制由于摩擦材料的贴附导致的锈蚀生成的摩擦材料，摩擦材料具有足够的强度而不使用铜纤维作为增强材料，并且实质上不包含铜组分。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明人进行了深入的研究。作为结果，发现了通过将粘合剂的含量调整为10质量％以上、掺混氢氧化钙和锌并且将摩擦材料的pH设定为11.7以上，即使实质上不包含铜组分，也能够确保摩擦材料的强度以抑制由于摩擦材料导致的锈蚀生成，从而完成本发明。
即，本发明的目标能够通过下列(1)～(3)来实现。
(1)一种摩擦材料，包含纤维基材、摩擦改良剂和粘合剂，其中，以铜元素计的铜含量为0.5质量％以下，粘合剂的含量为10质量％以上，并且摩擦材料包含氢氧化钙和锌并且pH为11.7以上。
(2)根据(1)的摩擦材料，其中，氢氧化钙的含量为2质量％～6质量％。
(3)根据(1)或(2)的摩擦材料，其中，锌的含量为1质量％～5质量％。
本发明的有利效果
本发明的摩擦材料，通过将粘合剂的树脂量调整为基于全部摩擦材料的10质量％以上，即使在实质上不包含铜时，也能够确保摩擦材料的强度。另外，通过向摩擦材料中加入氢氧化钙和锌，以及将pH控制为11.7以上，摩擦材料的抗锈蚀性能获得了显著提高。作为结果，通过本发明的摩擦材料，即使在不包含铜纤维时，也能够实现由于腐蚀引起的咬合力(贴附性质)的下降和噪音的减少。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施方式。但是，下列实施方式仅为实例，本发明不应被理解为局限于这些实施方式。
在本说明书中，“质量％”和“重量％”具有相同的含义。
在本发明的摩擦材料中，摩擦材料中实质上不包含铜组分。此处，“实质上不包含铜组分”意指不包含作为展现诸如耐磨性的功能的活性物质的铜组分，而不意指不包含例如作为摩擦材料中不可避免地少量包含的杂质等的铜组分。具体地，意指其含量为基于摩擦材料的总量0.5质量％以下。铜组分的实例还包括铜本身；铜与其他金属诸如锌、镍、镁、铝、或锡的铜合金；以及诸如氧化铜和硫化铜的铜化合物。
在摩擦材料的掺混中，使用常用的材料，只要其符合本发明的精神即可。关于用于增强的纤维基材，其实例包括有机纤维、无机纤维、和金属纤维等。但是，不使用含铜组分的铜纤维、青铜纤维、和黄铜纤维。
关于有机纤维，其实例包括芳香聚酰胺(芳纶)纤维、耐火丙烯酸纤维、和纤维素纤维等，并且可以单独使用或者组合使用其中两种以上。
无机纤维的实例包括诸如钛酸钾纤维和氧化铝纤维的陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、和岩棉等，并且金属纤维的实例包括钢纤维等。这些可以单独使用或者组合使用其中两种以上。
关于用于本发明的无机纤维，从对人体影响小的观点来看，优选为生物可溶性无机纤维。本文中提及的生物可溶性无机纤维意指具有即使在导入人体后也在短时间内分解并排出体外的特征的无机纤维。具体地，其指代满足下列的无机纤维：在其化学组成中碱金属氧化物和碱土金属氧化物的总量(钠、钾、钙、镁和钡的氧化物的总量)为18质量％以上，在呼吸短期生物耐久性测试中20μm以上的纤维的质量半衰期在40天之内，并且在腹腔测试中没有过度致癌性的证据，或者在长期呼吸测试中没有相关的致病性或肿瘤形成(欧盟指令97/69/EC的Note Q(排除致癌性的应用))。
这样的生物可溶性无机纤维的实例包括生物可溶性陶瓷纤维和生物可溶性岩棉，诸如SiO2-CaO-MgO系纤维、SiO2-CaO-MgO-Al2O3系纤维、和SiO2-MgO-SrO系纤维等。
为了确保足够的机械强度，纤维基材的含量基于摩擦材料的总量优选为5质量％～50质量％，并且更优选为5质量％～30质量％。
本发明中使用的粘合剂使摩擦材料中包含的摩擦改良剂和纤维基材等一体化从而赋予强度。对本发明的摩擦材料中包含的粘合剂没有特别限定，并且能够使用摩擦材料中通常用作粘合剂的热固性树脂。
上述热固性树脂的实例包括直线型酚醛树脂；各种弹性体等改性的酚醛树脂诸如丙烯酸橡胶改性的酚醛树脂、硅酮橡胶改性的酚醛树脂、和NBR橡胶改性的酚醛树脂；各种改性的酚醛树脂诸如腰果改性的酚醛树脂、环氧改性的酚醛树脂和烷基苯改性的酚醛树脂、密胺树脂、环氧树脂和聚酰亚胺树脂等，并且可以单独使用或者组合使用其中两种以上。
为了确保足够的机械强度和耐磨性，粘合剂的含量基于摩擦材料的总量优选为10质量％以上。另外，关于其上限，更优选为15质量％以下。
在本发明的摩擦材料中，掺混了能够预计为具有防锈蚀功能的锌作为摩擦改良剂。
锌可以为粉末状或纤维状的任一种。当其为粉末状时，从耐磨性的观点来看，其平均粒径优选为1μm～10μm，并且更优选为1μm～7μm。
锌的含量优选为1质量％～5质量％，并且更优选为2质量％～4质量％。由于防锈蚀功能，锌的掺混量优选为1质量％以上；为了确保有效性，优选为5质量％以下。
本发明的摩擦材料的pH为11.7以上，优选为11.8以上，并且特别优选为12以上。当摩擦材料的pH在此范围内时，能够进一步提高防锈蚀性能，并且能够获得抑制噪音发生的摩擦材料。
通过混合粉碎的摩擦材料和水，使所得混合物静置预定的时间段，随后过滤并测量滤液的pH，能够确定摩擦材料的pH。
在本发明中，为了将摩擦材料的整体pH控制为上述的11.7以上，期望的是，加入氢氧化钙作为pH控制材料。
另外，能够基于设定的pH，由本领域技术人员自行判断其掺混量。例如，当使用氢氧化钙时，基于摩擦材料的总量，其掺混量优选为1质量％～10质量％，并且更优选为2质量％～6质量％。
当使用氢氧化钙时，使用的粉末的平均粒径优选为5μm～100μm，更优选为5μm～50μm，从而能够持续地保持摩擦材料的pH。在此范围内时，能够控制整个摩擦材料的pH，并且能够防止匹配材料(转子)上锈蚀的部分生成。平均粒径是用激光衍射型粒度分析仪测量的值(中位值)。
除上述之外，能够恰当地混合下列无机填料、有机填料、磨料或固体润滑剂等作为本发明的摩擦材料中包含的摩擦改良剂。
磨料的实例包括氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、氧化铬、四氧化三铁(Fe3O4)、和亚铬酸盐等。固体润滑剂的实例包括石墨、焦炭、三硫化锑、二硫化钼、硫化锡和聚四氟乙烯(PTFE)等。无机填料的实例包括：无机化合物诸如碳酸镁、硫酸钡和碳酸钙；非晶须状钛酸化合物诸如钛酸钾、钛酸锂、钛酸锂钾、钛酸钠、钛酸钙、钛酸镁和钛酸镁钾；鳞片状无机物诸如云母和蛭石；以及诸如铝、锡和锌的金属的粉末等。这些可以单独使用或者组合使用其中两种以上。
取决于需要的摩擦性质，磨料的含量基于摩擦材料的总量优选为1质量％～20质量％，固体润滑剂的含量基于摩擦材料的总量优选为1质量％～15质量％，并且无机填料的含量基于摩擦材料的总量优选为40质量％～60质量％。
关于有机填料，能够使用腰果粉尘或橡胶组分等。上述橡胶组分的实例包括轮胎橡胶、天然橡胶、丙烯酸橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶和丁苯橡胶等，并且可以单独使用或者组合使用其中两种以上。另外，腰果粉尘和橡胶组分可以一起使用。
基于全部摩擦材料，有机填料的使用量优选为1质量％～15质量％，更优选为1质量％～10质量％。
关于本发明的摩擦材料的制造方法的具体实施方式，能够采用常规的生产流程。例如，能够通过掺混上述相应的组分，并且对所得掺混物按照普通的制造方法进行诸如预成形、热成形、加热和研磨的步骤，来制造摩擦材料。
生产包括摩擦材料的制动垫的常用步骤如下所示：
(a)通过板金冲压机，将压板成形为预定形状的步骤；
(b)对上述压板进行脱脂处理、化学转化处理和底漆处理的步骤；
(c)对通过掺混诸如纤维基材、摩擦改良剂和粘合剂的原材料，通过搅拌而使其充分均匀化，并且在室温和预定压力下进行成形，从而制备预成形坯的步骤；
(d)通过施加预定的温度和压力(成形温度：130℃～180℃，成形压力：30MPa～80MPa，成形时间：2分钟～10分钟)，将上述预成形坯与涂布了黏着剂的压板两个部件一体化固定的热成形步骤；以及
(e)进行后固化(150℃～300℃，1小时～5小时)，并且最终进行诸如研磨、灼烧和涂漆的精加工处理的步骤。
实施例
通过实施例更具体地描述本发明。然而，本发明不仅限于这些实施例。
(实施例1～4和比较例1～5)
<摩擦材料的制备>
摩擦材料的制备步骤如下：
1.原材料的混合
将掺混原料全部置于混合器内，其后在室温下混合搅拌5分钟。关于具体的原材料，使用了以下示出的原材料。各个具体的掺混率在表中示出。
酚醛树脂：由Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.制造
氢氧化钙：由Chichibu Lime Industry Co.,Ltd.制造
锌：由Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.制造
2.制备步骤
对由上述掺混材料组成的各个混合物进行诸如预成形、热成形、加热和研磨的步骤，从而制备摩擦材料
(1)预成形
将上述原材料的混合物置于预成形压机的模具中，其后在室温下在15MPa下成形10秒，从而制备预成形坯。
(2)热成形
将预成形坯置于热成形模具中，向其上层叠预先涂布黏着剂的金属板(压板：P/P)，其后在150℃和45MPa下热压成形5分钟。
(3)热处理
在将热压成形坯在250℃下热处理3小时之后，进行研磨使其具有15mm的预定厚度，并且进行涂漆，从而获得摩擦材料(垫面积：20cm2)。
通过使用上述摩擦材料，进行下列评价。
1.pH测试
(1)用钻子粉碎摩擦材料以制备粉末状样品。
(2)将6g样品和200mL蒸馏水加入烧杯，进行搅拌，并且使其静置16小时。
(3)在充分搅拌样品的同时进行过滤，并且用pH计测量滤液的pH。
2.由于腐蚀的咬合(贴附性质)
通过如下操作，在车辆中进行评价(在内建Rr中进行评价)。关于匹配材料(转子)，使用了铸铁材料(FC250)。
(1)抛光：速度：40km/h，减速度：1.96m/s2，垫IBT：50℃以下，施加制动的次数：30次
(2)供水：15L/min，3分钟
(3)在缓行(creeping)中制动3次
(4)放置在室外，并将停车制动器施加到11级
(5)确认贴附
(6)重复(2)～(5)的操作。
在测试的第一天、第二天和第三天以及放置三晚之后，测量车辆的声压。另外，计算了放置三晚后转子表面的锈蚀率(％)。
锈蚀率(％)＝与垫接触部分的转子锈蚀面积/垫面积×100
锈蚀率用A、B和C来评价，并且根据下列判断标准进行锈蚀率的判断。
A：锈蚀率(％)为小于50％。
B：锈蚀率(％)为50％以上且小于80％。
C：锈蚀率(％)为80％以上。
<评价结果>
摩擦材料的评价结果在表1中示出。
已经发现，与掺混了铜的常规摩擦材料的比较例1相比，即使未掺混铜的实施例1～4的摩擦材料也在贴附评价的锈蚀率中显示了等同于或优于比较例1的性能，并且因此降低了缓行启动(creep starting)时产生的声压。此外，特别地，在pH超过12的实施例2～4的摩擦材料中，锈蚀率显著降低至15％以下，这显示了通过本发明的掺混材料的组合带来了卓越的协同效果。
另外，从比较例5和实施例1的比较已经发现，粘合剂的含量增加1质量％提高了摩擦材料的强度，从而降低了转子的锈蚀率，因此粘合剂的含量也成为一个重要的条件。
尽管已参考具体实施方式并详细地对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，显然可以在不背离本发明的精神和范围时，在其中做出各种改变和修改。本发明基于2013年11月12日提交的日本专利申请号2013-234268，其内容通过引用并入本文。
工业实用性
本发明的摩擦材料通过将粘合剂的含量调整为10质量％以上、掺混氢氧化钙和锌并且保持摩擦材料的pH为11.7以上，能够减少由于因为不掺混铜纤维而易于产生的贴附导致锈蚀的生成。由此，能够抑制噪音发生，并且能够确保等同于掺混铜纤维的情况的摩擦性质，从而能够满足实质上不包含铜组分并且适合于诸如乘用车辆的各种类型车辆的摩擦材料的需求。
Claims (4)
1.一种摩擦材料，所述摩擦材料包含纤维基材、摩擦改良剂和粘合剂，其中，以铜元素计的铜含量为0.5质量％以下，所述粘合剂的含量为10质量％以上，并且所述摩擦材料包含氢氧化钙和锌，并且pH为11.7以上，
其中，所述摩擦改良剂包含非晶须状钛酸化合物，
其中，所述锌的平均粒径为1～10μm，并且所述氢氧化钙的平均粒径为5～100μm。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述氢氧化钙的含量为2质量％～6质量％。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其中，所述锌的含量为1质量％～5质量％。
4.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述纤维基材仅由有机纤维和无机纤维中至少一种构成。
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