CN106085356A - 摩擦材料组合物、摩擦材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种摩擦材料组合物，包含作为摩擦调整材料的碱金属盐。所述碱金属盐是球形多孔的。所述碱金属盐的平均粒径为20μm～240μm。使用所述摩擦材料组合物制造摩擦材料。

Description

摩擦材料组合物、摩擦材料及其制造方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2015年4月27日提交的日本专利申请号2015-090699的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一方面涉及摩擦材料组合物、使用该摩擦材料组合物的摩擦材料及其制造方法。

背景技术

用于盘式制动器和鼓式制动器等的摩擦材料由用于给予强化作用的纤维基材、用于赋予摩擦作用及调整其摩擦性能的摩擦调整材料和用于粘合这些组分的粘合剂组成。根据预期的用途、需要的性能等，恰当地调整这些成分。

例如，JP-A-10-139894公开了在用于制动器的非石棉摩擦材料中，使用热固性树脂作为粘合组分并且包含纤维基材、填料和添加剂，其中添加了通过粘合钛酸化合物的晶粒形成的多孔球形颗粒作为摩擦调整材料。根据此技术，能够提高耐衰减性而不损害摩擦材料的强度或耐磨性。在JP-A-10-139894中，作为摩擦调整材料添加的钛酸化合物是通过湿式混合并喷雾干燥原材料制备粒状粉末并且烧制粒状粉末来制造的。

在用于制动器的摩擦材料中，摩擦材料的多孔度一般调整至大约10～30％的范围内，以增强耐衰减性或高速有效性。因此，在雨中穿过泥潭、洗车或在夜间将车停在室外的情况下，摩擦材料变成吸湿状态。在这种吸湿状态下，当车辆速度降低至大致5km/h以下时，即，通过 制动而即将停止之前，或者在自动车辆启动时当放松制动器后制动器完全松开时，会发生归因于蠕变扭矩(creep torque)的低频异常噪音。此低频异常噪音也称为蠕变噪音(creep noise)，并且伴随着不适，因此需要将其减小。

为了解决此问题，JP-A-2000-191800公开了将具有防水性的氟系聚合物与包含纤维基材、摩擦调整材料、润滑剂和粘合剂的摩擦材料相掺混。在这样的摩擦材料中，具有防水性的氟系聚合物散布在具有亲水性的常规基体中，因此即使当摩擦材料因为洗车等导致吸收大量水时，也能够降低蠕变噪音。

然而已有报道，即使通过此文献中记载的技术，当在轻负载下制动之后摩擦材料处于吸湿状态时，仍会产生蠕变噪音。因此，需要开发具有进一步提高的防止蠕变噪音产生的性质(噪音特性)的摩擦材料。

专利文献1：JP-A-10-139894

专利文献2：JP-A-2000-191800

发明概述

考虑到上述问题，本发明的一个方面的目标是提供一种摩擦材料组合物，使其可以进一步改善处于吸湿状态下的噪音特性，而且不损害诸如耐衰减性的性能。除此之外，本发明的一个方面的目标是提供一种使用所述摩擦材料组合物的摩擦材料及其制造方法。

本发明的一个方面的摩擦材料组合物包含碱金属盐，所述碱金属盐是球形且多孔的，并且所述碱金属盐的平均粒径为20μm～240μm。

在所述摩擦材料组合物中，所述碱金属盐优选包含烧结体，该烧结体中熔合了多个100nm级别的颗粒。

在所述摩擦材料组合物中，所述碱金属盐优选为钛酸钾。

在所述摩擦材料组合物中，优选地以5质量％～30质量％的量包含所述碱金属盐。

在所述摩擦材料组合物中，所述碱金属盐的所述平均粒径优选为90μm～240μm。

优选的是，所述摩擦材料组合物不包含包含铜的纤维基材、包含铜的金属粉末、包含铜合金的纤维基材以及包含碳纤维的金属粉末。

本发明的一个方面的摩擦材料的制造方法包括：

压力成型上述摩擦材料组合物，从而获得预成型体；

将所述预成型体放入热成型模具进行热压成型，从而获得热压成型体；以及

热处理所述热压成型体。

本发明的一个方面的摩擦材料能够通过上述制造方法获得。

在本发明的一个方面中，提供一种摩擦材料组合物，使得该摩擦材料组合物可以进一步改善处于吸湿状态下的噪音特性，而且不损害诸如耐衰减性的性能。除此之外，本发明的一个方面能够提供一种使用所述摩擦材料组合物的摩擦材料及其制造方法。因此，本发明的一个方面具有重大的工业意义。

附图说明

图1是示出组成本发明的一个方面的摩擦材料组合物的碱金属盐(钛酸钾)的SEM图像。

图2是示出图1的碱金属盐的表面状态的放大SEM图像。

具体实施方式

鉴于上述目标，本发明人进行了许多深入的研究，以进一步改进摩擦材料组合物和使用该摩擦材料组合物的摩擦材料的性能，特别是处于吸湿状态下的噪音特性。关注的焦点是粘附于摩擦材料表面的磨损碎片的性质和状态。从而发现，在摩擦材料产生大声的蠕变噪音的情形中，磨损碎片的粒径小，吸湿量大，并且磨损碎片包含大量的源自摩擦调整材料的钛(Ti)或钡(Ba)。

注意到这一点，本发明人在改变摩擦材料成分的类型或含量的同时制造出摩擦材料，并且为评价其性能进行了重复实验。作为结果已经发现，当添加球形多孔的、并且平均粒径为20μm～240μm的碱金属盐时，能够改善吸湿状态下的噪音特性，而且不损害诸如耐衰减性的性能。基于此发现，完成本发明的一个方面。

1.摩擦材料组合物

与常规技术类似，本发明的一个方面的摩擦材料组合物包含纤维基材、摩擦调整材料和粘合剂。特别地，本发明的一个方面的摩擦材料组合物包括球形多孔的碱金属盐作为摩擦调整材料，所述碱金属盐的平均粒径为20μm～240μm。

本发明的一个方面的摩擦材料组合物是通过均匀混合各个组分获得的。此时，对混合方法没有特别限定，并且可以采用诸如爱立许混合机(Eirich mixer)、罗地格混合机(Loedige mixer)和压力捏合机的常规技术。

(1)纤维基材

对纤维基材没有特别限定，只要其不包含石棉即可，并且可以使用常规的纤维基材。具体地，能够使用有机纤维、无机纤维和非铁金属纤维。关于有机纤维，其实例包括芳香族聚酰胺(芳纶)纤维、耐 火型丙烯酸纤维等。关于无机纤维，其实例包括诸如钛酸钾纤维或氧化铝纤维的陶瓷纤维、生物可溶性无机纤维、玻璃纤维、碳纤维、岩棉等。关于非铁金属纤维，其实例包括铝纤维、锌纤维等。

在这些纤维基材中，可以适当地使用生物可溶性无机纤维，因为其对人体几乎没有影响。这样的生物可溶性无机纤维的实例包括诸如SiO₂-CaO-MgO系纤维、SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃系纤维和SiO₂-MgO-SrO系纤维的生物可溶性陶瓷纤维，以及生物可溶性岩棉等。上述纤维基材也可以两种以上组合使用。

纤维基材的含量优选为5质量％～40质量％，更优选为5质量％～25质量％。

(2)摩擦调整材料

关于摩擦调整材料，可以使用诸如碱金属盐、蛭石和云母的无机填料、有机填料、磨料、润滑剂等。

a)有机填料

关于有机填料，各种橡胶粉末(例如，橡胶粉尘、轮胎粉末)、腰果粉尘、三聚氰胺粉尘等可以单独使用或者以两种以上组合使用。

有机填料的含量优选为1质量％～15质量％，更优选为4质量％～15质量％。

b)无机填料

b-1)碱金属盐

本发明的一个方面的摩擦材料组合物包括作为摩擦调整材料的球形多孔的碱金属盐，所述碱金属盐的平均粒径为20μm～240μm。由于此构造，能够改善噪音特性，而且不损害耐衰减性。

[配方]

关于碱金属盐，其实例包括钛酸碱金属盐，诸如钛酸钾、钛酸钠和钛酸锂钾。其中，优选使用钛酸钾，因为其作为碱金属离子的洗脱量小，并且更优选地使用由式：K₂Ti_nO_2n+1(其中n是2～8的整数)表示的钛酸钾。

[形状和结构]

在本发明的一个方面的摩擦材料组合物中，必须使用如图1和图2的SEM图像所示的球形多孔的碱金属盐。本发明中使用的术语“球形”不仅包括所谓的真正的球形形状，也包括椭圆的球形形状。另外，术语“多孔”意指在烧结体表面存在多个孔，并且这些孔可以呈连续结构或独立结构。在图2的SEM图像中，深灰色或黑色部分对应多孔体的孔部分。碱金属盐的这种形状或结构能够通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察来确认。

在JP-A-10-139894描述的技术中，与本发明的一个方面相同，使用球形多孔的碱金属盐(六钛酸钾)作为摩擦调整材料。但是，此文献中的碱金属盐通过烧制粒状粉末来制造，并且由长轴方向长度为μm级别的纤维状一次颗粒聚集而成的二次颗粒组成。因此，碱金属盐自身的强度低，并且由于在制动期间在松动一次颗粒的聚集同时颗粒磨损，所以认为磨损碎片变得非常细小。

另一方面，在本发明的一个方面中，可以使用碱金属盐，该碱金属盐是例如，通过机械化学研磨钛源和碱金属源获得磨碎的混合物，通过烧结该磨碎的混合物制备钛酸盐，并且对此钛酸盐进行酸处理和烧结制造的。这样的碱金属盐包括烧结体，该烧结体中熔合了多个颗粒，每个颗粒的长轴方向和短轴方向的尺寸为100nm级别，优选为100nm～500nm。因此，与JP-A-10-139894中描述的碱金属盐相比，强度更高，并且磨损碎片能够具有较大的粒径。换句话说，本发明的一个方面的碱金属盐在此角度与JP-A-10-139894中描述的碱金属盐极其不 同。

[平均粒径]

如上所述，为了改善处于吸湿状态下的噪音特性，使用平均粒径为20μm～240μm的碱金属盐是有效的。但是，在使用平均粒径为20μm以上的碱金属盐的情况下，由于摩擦材料的多孔度的减少，耐衰减性会恶化，特别地，这一趋势在不包含铜的、具有优秀导热性的无铜摩擦材料中是明显的。

本发明人在此角度进行了许多深入的研究，并且发现在使用球形多孔的碱金属盐时，即使其平均粒径为20μm以上，也能够保证摩擦材料的多孔度，并且能够抑制耐衰减性的下降。

具体地，在本发明的一个方面的摩擦材料中，必须使用平均粒径为20μm～240μm，优选为90μm～240μm的碱金属盐。如果碱金属盐的平均粒径小于20μm，磨损碎片变得太细小，并且不能改善处于吸湿状态下的噪音特性。另一方面，根据本发明人的研究，确认了当碱金属盐的平均粒径为约240μm时，摩擦材料的多孔度没有很大的降低，并且能够充分确保耐衰减性。

本发明的一个方面中使用的平均粒径是指中值直径(D50)，并且能够通过例如激光衍射粒度分布分析仪来测量平均粒径。

[含量]

碱金属盐的含量总计优选为5质量％～30质量％，更优选为10质量％～28质量％，还更优选为15质量％～28质量％。如果碱金属盐少于5质量％，不能获得上述效果。另一方面，如果碱金属盐的含量超过30质量％，其他成分的含量下降，并且会显著降低诸如强度和耐久度的性能。

b-2)其他无机填料

关于除碱金属盐之外的无机填料(其他无机填料)，可以使用诸如蛭石和云母的矿物粉末，或者诸如铝、锡和锌的金属粉末。也可以使用包括平均粒径小于20μm的碱金属盐或碱土金属盐的粉末。另外，其中两种以上可以组合使用。

其他无机填料的含量优选为1质量％～60质量％，更优选为1质量％～50质量％。

c)磨料

关于磨料，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)等可以单独使用或者组合使用其中两种以上。

磨料的含量优选为5质量％～20质量％，更优选为10质量％～20质量％。

d)润滑剂

关于润滑剂，石墨、二硫化钼、硫化锡、聚四氟乙烯(PTFE)等可以单独使用或者组合使用其中两种以上。

润滑剂的含量总计优选为1质量％～20质量％，更优选为3质量％～15质量％。

(3)粘合剂

关于粘合剂，能够使用能够通常采用的各种粘合剂。其具体实例包括热固性树脂，例如直链酚醛树脂、各种弹性体等改性的酚醛树脂或类似物、三聚氰胺树脂、环氧树脂和聚酰亚胺树脂。其中，从赋予摩擦材料柔性、减小匹配材料的冲击性和改善噪音特性的观点来看，优选使用弹性体改性的酚醛树脂。弹性体改性的酚醛树脂的实例包括丙烯酸橡胶改性的酚醛树脂、硅橡胶改性的酚醛树脂、NBR橡胶改性 的酚醛树脂等，并且优选使用丙烯酸橡胶改性的酚醛树脂和硅橡胶改性的酚醛树脂。这些粘合剂可以单独使用或者组合使用其中两种以上。

粘合剂的含量优选为5质量％～20质量％，更优选为5质量％～15质量％。

(4)铜

本发明的一个方面的摩擦材料组合物包含上述组分，但是优选为不含包含铜或铜合金的纤维基材或金属粉末。更具体地，摩擦材料组合物中的铜含量优选为0.5质量％以下。由这样的无铜摩擦材料组合物形成的摩擦材料能够减少对环境或人体的负担，因为在制动期间产生的磨损碎片中的含铜量也非常小。

2.摩擦材料

(1)摩擦材料的制造方法

关于本发明的一个方面的摩擦材料的制造方法，除了使用上述摩擦材料组合物之外，能够以与常规技术相同的方式获得摩擦材料。具体地，本发明的一个方面的摩擦材料的制造方法包括：

a)压力成型上述摩擦材料组合物，从而获得预成型体的预成型步骤，

b)将所述预成型体放入热成型模具进行热压成型，从而获得热压成型体的热压成型步骤，以及

c)热处理所述热压成型体的热处理步骤。各个步骤中的条件等与常规技术相同，因此此处省略对其的描述。

(2)摩擦材料

本发明的一个方面的摩擦材料通过上述制造方法获得，并且该摩擦材料能够适当地用作盘式制动器垫或鼓式制动器衬片。

如上所述，本发明的一个方面的摩擦材料包含平均粒径为20 μm～240μm的碱金属盐，但是由于此碱金属盐是球形多孔的，所以能够充分地确保摩擦材料的多孔度。具体地，摩擦材料的多孔度能够优选地控制在10％～25％的范围内，更优选地控制在15％～25％的范围内，使得能够保证本发明的一个方面的摩擦材料的耐衰减性与常规摩擦材料相当。摩擦材料的多孔度能够通过水银测孔计测量。

实施例

以下通过参考实施例和比较例，非常详细的描述了本发明的一个方面。

(实施例1～6和比较例1～5)

a)摩擦材料的制造

制备表1中示出的原材料粉末，并且以表2中示出的比率均匀混合这些原材料粉末，从而获得摩擦材料组合物。将此摩擦材料组合物放入成型模具，随后在室温和15MPa下对其进行压力成型1秒，从而获得预成型体。将此预成型体置于热成型模具中，在其上覆盖预先涂布胶粘剂的金属板(压板)，在150℃和40MPa下进行热压成型5分钟，从而获得热压成型体。在250℃下将此热压成型体热处理3小时，然后冷却至室温，研磨成预定形状和厚度，并涂漆，从而制造摩擦材料(摩擦垫)。在无机填料a～f中，实施例1～6中使用的无机填料a～c属于本发明的一个方面的碱金属盐的范围之内。

[表1]

b)摩擦材料(摩擦垫)的评价

[静/动μ减小测试]

在温度为30℃、湿度为80％的环境中，通过使用全尺寸测力计，在制动初始速度为40km/h、制动减速度为1.96m/s²、摩擦材料的初始制动温度为70℃以下、并且制动次数为5,200次的条件下，使摩擦垫经历摩擦接触，然后将其静置于温度为25℃、湿度为100％的环境中15小时。随后，在液体压力为2MPs、减压速度为0.5MPa/s、蠕变扭矩为200Nm、并且制动次数为5次的条件下进行静/动μ减小测试，并且通过扭矩下降量评价静/动μ的减小。

[噪音特性]

将静/动μ减小测试之后的摩擦垫安装在具有FC150制的盘式制动器转子的车辆上，随后在制动初始速度为40km/h、制动减速度为1.96m/s²、摩擦材料的初始制动温度为70℃以下、并且制动次数为130次的条件下进行抛光摩擦接触，然后将其静置于温度为20℃、湿度为95％的环境中15小时。随后，通过在2MPa的液体压力下松开制动时蠕变噪音的响度进行感官评价。具体地，进行5级的评价，将完全未听到蠕变噪音的情况指定为“1”，并且将清楚地听到蠕变噪音的情况指定为“5”。

[摩擦材料的磨损量和表面粗糙度]

通过使用数字测微仪(1/1000Digital Micrometer，由Mitutoyo Corporation制造)，在进行噪音特性评价之后在摩擦垫的外圆周和内圆周的各4个位置处测量磨损量，并且计算其平均值，从而评价磨损量。另外，通过使用非接触式三维粗糙度仪(Profile Scanner PS200，由Tokyo Seimitsu Co.,Ltd.制造)，在摩擦垫表面的6个位置处测量算术平均粗糙度Ra，并且计算其平均值，从而评价表面粗糙度。

[磨损碎片的平均粒径]

在噪音特性的评价之后，收集摩擦垫上积累的磨损碎片，并且通 过使用粒径分布测量装置(SALD-7100，由Shimadzu Corporation制造)测量其平均粒径(D50)。

[磨损碎片的吸湿量]

首先，将100mg噪音特性评价之后的磨损碎片在105℃下干燥2小时，然后测量质量w₀。接下来，将磨损碎片静置于装有水的容器内，使其在温度为25℃、湿度为100％的环境中放置15小时，然后测量质量w₁。从由此获得的质量w₀和w₁，计算磨损碎片的吸湿量Δw(＝w₁-w₀)。

[多孔度]

通过水银测孔计(Autopore IV9500系列，由Shimadzu Corporation制造)的方式，测量进行各项评价测试之前的摩擦垫的多孔度。

[有效性和耐衰减性]

通过使用全尺寸测力计测试设备进行摩擦试验(依照JASO C406:2000)，以评价各个摩擦材料的有效性和耐衰减性(制动初始速度为100km/h下的第二有效性测试中的平均摩擦系数μ_avg和第一衰减测试中的最小摩擦系数μ_min)。

c)综合评价

从表1～3中可以确认，在实施例1～6的摩擦材料的情况下，噪音特性良好，并且扭矩下降量小。此外，从这些实施例确认了随着本发明的一个方面的碱金属盐的平均粒径越大，摩擦碎片倾向于具有较大的平均粒径和较小的吸湿量。另外，与使用了平均粒径小于20μm的碱金属盐的比较例1～5的摩擦材料相比较，显示了实施例1～6的摩擦材料具有等同的耐衰减性。从这些结果应该理解，根据本发明的一个方面，能够改善处于吸湿状态下的噪音特性，而且不损害耐衰减性。

尽管已详细地并参考具体实施方式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。

Claims (13)

1.一种摩擦材料组合物，该摩擦材料组合物包含碱金属盐，所述碱金属盐是球形多孔的，并且所述碱金属盐的平均粒径为20μm～240μm。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中所述碱金属盐包含烧结体，该烧结体中熔合了多个100nm级别的颗粒。

3.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中所述碱金属盐是钛酸钾。

4.根据权利要求2所述的摩擦材料组合物，其中所述碱金属盐是钛酸钾。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的摩擦材料组合物，其中以5质量％～30质量％的量包含所述碱金属盐。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的摩擦材料组合物，其中所述碱金属盐的所述平均粒径为90μm～240μm。

7.根据权利要求5所述的摩擦材料组合物，其中所述碱金属盐的所述平均粒径为90μm～240μm。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物不包含包含铜的纤维基材、包含铜的金属粉末、包含铜合金的纤维基材以及包含铜合金的金属粉末。

9.根据权利要求5所述的摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物不包含包含铜的纤维基材、包含铜的金属粉末、包含铜合金的纤维基材以及包含铜合金的金属粉末。

10.根据权利要求6所述的摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物不包含包含铜的纤维基材、包含铜的金属粉末、包含铜合金的纤维基材以及包含铜合金的金属粉末。

11.根据权利要求7所述的摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物不包含包含铜的纤维基材、包含铜的金属粉末、包含铜合金的纤维基材以及包含铜合金的金属粉末。

12.一种摩擦材料的制造方法，包括：

压力成型如权利要求1至6任意一项所述的摩擦材料组合物，从而获得预成型体；

将所述预成型体放入热成型模具进行热压成型，从而获得热压成型体；以及

热处理所述热压成型体。

13.一种摩擦材料，该摩擦材料通过如权利要求12所述的方法获得。