CN105849433B - 摩擦材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种盘式制动器垫用摩擦材料，其既能满足涉及铜成分含量的法规，又能抑制在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂，进一步能确保在高速高载荷时的刹车效力的要求性能。作为解决手段，使用一种摩擦材料组合物，其含有0.5～10重量％的弹性石墨化碳颗粒作为碳质类润滑材料，并且摩擦材料组合物中所含的铜成分的总量小于5重量％。进一步，向摩擦材料组合物中添加1～15重量％的硫化亚铁作为金属硫化物类润滑材料，并且/或者，添加1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒、以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上作为无机摩擦调整材料。

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无石棉有机(NAO，Non-Asbestos-Organic)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，人们使用了盘式刹车作为汽车的制动装置，作为其摩擦构件，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而言30重量％以上且小于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而言小于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类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，越来越广泛使用的是使用了不包含钢纤维、钢类纤维、且由结合材料、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、填充材料等构成的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，为了确保人们所要求的性能，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，该排出的铜流入河川、湖泊、海洋而污染水域。
在这样的背景下，在美国的加利福尼亚州、华盛顿州通过了如下的法案：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产生的各种各样的问题、特别是在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂成为了课题。
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而言为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而言为0.001～4.999重量％的铜。
然而，专利文献1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，但是还没有解决在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂的问题。
专利文献2中记载了一种无石棉类摩擦材料，其为使用了纤维基材、摩擦调整材料以及结合材料的非石棉类摩擦材料，其特征在于，配混了0.5体积％～2.5体积％的部分石墨化焦炭；在专利文献3中记载了一种摩擦材料，其特征在于，其为包含纤维基材、结合剂、填充材料的摩擦材料，其中，含有弹性石墨作为前述填充材料，且不含有机粉尘。但是在任一篇专利文献中都没有讨论因削减铜成分而产生的在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂的问题。
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2007-326999号公报
专利文献3：日本特开2009-155439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，又能抑制在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂。
用于解决问题的方案
本发明人等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从而可解决上述课题，其为在盘式制动器垫中使用的通过将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而言为小于5重量％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，含有特定量的弹性石墨化碳颗粒作为碳质类润滑材料；进一步，通过添加特定量的硫化亚铁作为金属硫化物类润滑材料，通过添加特定量的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒、以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上作为无机摩擦调整材料，从而能抑制在添加了弹性石墨化碳颗粒时发生的高速高载荷时的刹车的效力降低，从而完成了本发明。
本发明是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，以以下的技术为基础。
(1)一种摩擦材料，其特征在于，其为使用于盘式制动器垫，通过将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而言为小于5重量％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含有相对于摩擦材料组合物总量而言为0.5～10重量％的弹性石墨化碳颗粒作为碳质类润滑材料。
(2)根据(1)的摩擦材料，其特征在于，前述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量而言为1～15重量％的硫化亚铁作为金属硫化物类润滑材料。
(3)根据(2)的摩擦材料，其特征在于，前述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量而言为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒、以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上作为无机摩擦调整材料。
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，又能抑制在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂，进一步，能确保在高速高载荷时的刹车效力的要求性能。
具体实施方式
在本发明中使用一种摩擦材料组合物，其为在盘式制动器垫中使用的通过将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而言为小于5重量％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，含有相对于摩擦材料组合物总量而言为0.5～10重量％的弹性石墨化碳颗粒作为碳质类润滑材料。
弹性石墨化碳颗粒具有在施加了压缩载荷之后去除了载荷时的体积复原率大这样的特性，其通过将包含碳质中间相或焦炭的碳原材料进行膨胀、发泡处理，然后按照基于X射线衍射的测定而得到的石墨化度成为80～95％的方式在1900℃～2700℃的温度进行石墨化处理从而制造。
关于膨胀、发泡处理的方法，列举出：利用硝酸或者硝酸与硫酸的混酸对碳材料进行处理，然后使碳原材料溶解于碱水溶液中，接着将利用酸水溶液进行析出而获得的水性中间相在约300℃进行加热处理的方法；使碳原材料接触于硝酸而急速地加热的方法；使碳原材料接触于二氧化氮气体的方法等。
将添加了弹性石墨化碳颗粒的摩擦材料组合物进行加热加压成型时，则在对弹性石墨化碳颗粒施加了压缩载荷的状态下，使得在摩擦材料组合物中作为结合材料而包含的热固性树脂发生固化而形成摩擦材料的外壳。
其结果，在摩擦材料的内部，弹性石墨化碳颗粒维持残留了想要复原的力的状态。
推定在高速高载荷制动时的摩擦材料的端部的崩裂通过如下而产生：因高速高载荷制动而产生摩擦热，该摩擦热使得摩擦材料自身变为高温，摩擦材料中所含的有机物发生分解而形成气孔，从该气孔生成微细的龟裂，以该龟裂为起点从而产生。
可认为，关于包含弹性石墨化碳颗粒的摩擦材料，想要复原的弹性石墨化碳颗粒显示出填埋周围的气孔的作用，抑制着导致崩裂的龟裂的产生。
弹性石墨化碳颗粒是碳质类润滑材料，显示出高的润滑性，因此为了抑制崩裂而大量地添加于摩擦材料组合物时，则产生在高速高载荷时的刹车的效力降低这样的问题。
因此在本发明中，为了确保在高速高载荷时的刹车的效力的要求性能，因而添加相对于摩擦材料组合物总量而言为1～15重量％的硫化亚铁作为金属硫化物类润滑材料，并且/或者，添加相对于摩擦材料组合物总量而言为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒、以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上作为无机摩擦调整材料。
硫化亚铁在通常的使用领域中作为润滑材料而起作用，但是在高速高载荷制动时作为提高刹车效力的摩擦调整材料而起作用。
另外，关于铝、以铝为主要成分的合金，也在高速高载荷制动时作为产生凝着摩擦并且提高刹车效力的摩擦调整材料而起作用。
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。
在使用铝-铜系合金的情况下，使铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量而言为小于5重量％。
予以说明，从减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。
本发明的摩擦材料由如下的摩擦材料组合物构成，所述摩擦材料组合物除了包含上述的弹性石墨化碳颗粒、硫化亚铁、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之外，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，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而得到的热固性树脂等在摩擦材料中通常使用的结合材料；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，优选为制成为板状的形状、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。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，除了列举出上述的弹性石墨化碳颗粒、硫化亚铁之外，还列举出二硫化钼、硫化锌、硫化锡、复合金属硫化物等金属硫化物类润滑材料、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类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4～17重量％。
予以说明，作为弹性石墨化碳颗粒，可使用Superior Graphite CO.的RGC14A等。
作为无机摩擦调整材料，除了列举出上述的铝颗粒、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之外，还列举出滑石、云母、蛭石、四氧化三铁、硅酸钙水合物、玻璃珠、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、γ-氧化铝、α-氧化铝、碳化硅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一并地，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。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，使得所获得的摩擦材料原料混合物与另行预先进行了洗涤、进行了表面处理并且涂布了粘接材料的衬板进行重叠，并投入于热成型模具，进行加热加压而成型；热处理工序，将所获得的成型品加热而结束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制造。
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型，从而成型出预备成型物；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，但是本发明不限于下述的实施例。
[实施例1～14、比较例1～3的摩擦材料的制造方法]
利用Loedige混合机将表1、表2所示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、进行了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5小时热处理(后固化)，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1～14、比较例1～3)。
表1
表2
在所获得的摩擦材料方面，对高速高载荷时的刹车的效力、耐磨耗性进行了评价。将评价结果示于表3、在表4中，将评价基准示于表5。
表3
表4
表5
根据表3以及表4略知，关于本发明的摩擦材料，即使铜成分的含量少，特别是即使在不包含铜成分的实施例2～14中，也获得了充分的评价结果。结果是在实用上没有问题。
产业上的可利用性
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，又能抑制在高速高载荷制动时发生的摩擦材料端部的崩裂，进一步，能确保在高速、高载荷时的刹车效力的要求性能，实用价值也极其高。

Claims (3)

1.一种摩擦材料，其为使用于盘式制动器垫，通过将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而言为小于5重量％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，
所述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量而言为0.5～10重量％的通过X射线衍射的测定石墨化度为80～95％的弹性石墨化碳颗粒作为碳质类润滑材料。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量而言为1～15重量％的硫化亚铁作为金属硫化物类润滑材料。
3.根据权利要求2所述的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量而言为1～10重量％的从铝颗粒、铝纤维、以铝为主要成分的合金颗粒、以铝为主要成分的合金纤维中选出的一种或两种以上作为无机摩擦调整材料。
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