CN107001915A

CN107001915A - 摩擦材料组合物、使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件

Info

Publication number: CN107001915A
Application number: CN201580064628.0A
Authority: CN
Inventors: 海野光朗; 光本真理
Original assignee: Japan Brake Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Brake Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-08-01
Also published as: EP3225674A1; KR20170087492A; US20170284492A1; WO2016084628A1; US20180216686A1; EP3225674A4

Abstract

本发明提供：摩擦材料组合物，将其用于汽车用盘式刹车垫等摩擦材料时，在该摩擦材料组合物不含环境负荷高的铜、或者即使含铜时铜含量也少至0.5质量%以下的情况下，在高温制动中的刹车振动少；以及将该摩擦材料组合物成型而获得的摩擦材料。含有粘合剂、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材的摩擦材料组合物，该摩擦材料组合物中不含作为元素的铜、或者铜的含量为0.5质量%以下，含有2～5质量%的纤维长度为2500μm以下的钢纤维。

Description

摩擦材料组合物、使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件

技术领域

本发明涉及适合于汽车等的制动中所使用的盘式刹车垫等摩擦材料的摩擦材料组合物和使用了摩擦材料组合物的摩擦材料。

背景技术

在汽车等中，为了车的制动而使用盘式刹车垫、闸片等摩擦材料。摩擦材料通过与圆盘转子、刹车鼓等对接(対面)材料摩擦，起到制动的作用。因此，对摩擦材料要求良好的摩擦系数、耐磨耗性(摩擦材料的寿命长)、强度、音振性(不易产生刹车鸣叫或异常噪音)等。要求摩擦系数稳定，不依赖于车速、减速度或刹车温度。

另外，近年来，摩擦材料中使用的铜以刹车磨耗粉的形式飞散，导致河流、湖泊或海洋的污染等，限制其使用的动向日益高涨。铜以纤维或粉末的形态掺混在摩擦材料中，是对赋予导热率或改善耐磨耗性有效的成分。若摩擦材料的导热率降低，则因此在不含铜的组成中导热率会降低，从而存在着如下问题：在高温下制动时摩擦界面的热无法扩散，因摩擦材料的磨耗量增加或不均匀的温度上升而引起的刹车振动的发生等会增加。

为了应对这个问题，改善不含铜的摩擦材料组成中的导热率或耐磨耗性，有人提出了添加导热高的石墨或氧化镁的方法(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-322183号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1的摩擦材料组合物虽然不含铜，但在抑制由不均匀的温度上升引起的刹车振动方面效果不充分，具有高温制动中的刹车振动增加的问题。

本发明鉴于上述情况而提出，其课题在于：在不含环境有害性高的铜、或者即使含铜时铜含量也少至0.5质量%以下的摩擦材料组合物中，获得能够抑制高温制动中的刹车振动的摩擦材料组合物和将其成型而得到的摩擦材料。

用于解决课题的手段

本发明人发现了：通过在摩擦材料组合物中含有纤维长度短的钢纤维，在不含环境有害性高的铜的组成中可以有效地减少高温制动中的刹车振动。即，纤维长度短的钢纤维不仅在摩擦界面扩散摩擦热、抑制不均匀的温度上升，还可适度地清除在摩擦界面生成的有机分解物，其结果，制动中产生的刹车转矩的变动减小，不易发生刹车振动，并且该效果在不含铜的组成中显著地体现。

另外，发现了：通过除了含有短的钢纤维以外还含有层状晶体结构的钛酸盐，已劈开的钛酸盐所产生的润滑性和短的钢纤维所产生的加固效果在摩擦界面有效地发挥作用，不仅进一步降低刹车振动，还能够提高低温下的耐磨耗性，因此优选。

而且，发现了：除了含有特定纤维长度的钢纤维以外，还组合含有隧道结构的晶体结构的钛酸盐和层状结构的晶体结构的钛酸盐，从而使硬度不同的两种钛酸盐在摩擦界面有效地起作用，除了上述效果以外，还降低了转子的磨耗量，因此更优选。

基于这些认知的本发明的摩擦材料组合物的特征在于：包含粘合剂、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材，其中，该摩擦材料组合物中不含作为元素的铜、或者铜的含量为0.5质量%以下，含有2～5质量%的纤维长度为2500μm以下的钢纤维。

在本发明的摩擦材料组合物中，优选上述钢纤维的纤维形状为卷曲状，上述钢纤维的平均纤维径优选为100μm以下。

另外，优选含有层状结构的晶体结构的钛酸盐作为钛酸盐，更优选含有隧道结构的晶体结构的钛酸盐和层状结构的晶体结构的钛酸盐作为钛酸盐。而且，上述层状结构的晶体结构的钛酸盐优选为钛酸锂钾或钛酸镁钾，上述隧道结构的晶体结构的钛酸盐优选为六钛酸钾或八钛酸钾或者钛酸钠。

本发明的摩擦材料的特征在于：其是将上述摩擦材料组合物成型而形成的，本发明的摩擦构件的特征在于：其是使用将上述摩擦材料组合物成型而形成的摩擦材料和里衬金属形成的。

发明效果

根据本发明，可以提供在用于汽车用盘式刹车垫等摩擦材料时不使用环境负荷高的铜、且高温制动中的刹车振动少的摩擦材料组合物；摩擦材料；和摩擦构件。

具体实施方式

以下，对本发明的摩擦材料组合物、使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件进行详述。需要说明的是，本发明的摩擦材料组合物是不含石棉的、所谓的无石棉摩擦材料组合物。

[摩擦材料组合物]

本实施方式的摩擦材料组合物是以不含铜、或者即使是含有铜时铜含量也少至0.5质量%以下为特征的摩擦材料组合物。即，实质上不含环境有害性高的铜和铜合金，作为元素的铜的含量为0.5质量%以下，优选铜含量为0质量%。因此，即使在制动时产生磨耗粉，也不会导致河流、湖泊或海洋的污染。

(钢纤维)

本发明的摩擦材料组合物含有2～5质量%的纤维长度为2500μm以下的钢纤维。钢纤维是指通过颤振切削法等获得的直纤维和通过切割长纤维等获得的卷曲状纤维。直纤维具有直线状的纤维形状，相对于此，卷曲状纤维显示出具有曲线部分的形状，包含单纯的圆弧状纤维、弯曲的纤维、以及弯曲成螺旋状或旋涡状的纤维等。即使纤维长度为2500μm以下的钢纤维是直纤维或卷曲状纤维中的任一种，但也具有如下效果：不仅在摩擦界面扩散摩擦热、抑制不均匀的温度上升，还适度清除在摩擦界面生成的有机分解物，因此制动中产生的刹车转矩的变动减小，可使刹车振动不易发生而得到抑制。但是，卷曲状纤维在摩擦界面从摩擦材料中脱落少，能够更有效地进行高温制动中的摩擦特性保持，因此优选。而且，作为卷曲状纤维，当其包含曲率半径为100μm以下的部分时，在摩擦材料中的固定变得更强固，摩擦界面中的摩擦材料的脱落变得更少，因此更优选。卷曲状钢纤维例如可以使用日本スチールウール株式会社制造的カットウール等市售的钢纤维。

从高温下的刹车振动的角度考虑，摩擦材料组合物中的钢纤维的平均纤维径优选为100μm以下。钢纤维的纤维长度和平均纤维径可以使用显微镜等来确认。摩擦材料中所含的钢纤维的纤维长度和平均纤维径可以如下确认：将摩擦材料在空气气流中、800℃下加热，利用电子射线微量分析仪(EPMA)等对来自残留的灰分中的铁纤维观察Fe成分来进行确认。另外，还可以通过从灰分中进行磁选而进一步区分，再利用显微镜或电子射线微量分析仪(EPMA)等进行观察。

另外，通过将钢纤维的含量设为2～5质量%，可有效地抑制刹车振动。若钢纤维的含量低于2质量%，则摩擦界面中的摩擦热的扩散变得不充分，若钢纤维的含量超过5质量%，则钢纤维与作为对接材料的铸铁之间的粘附摩擦变大，刹车振动变大。摩擦材料组合物中或者摩擦材料中的钢纤维的含量例如可通过利用电子射线微量分析仪(EPMA)等对摩擦材料的任意剖面进行Fe成分的定量分析而求出。这种情况下，当摩擦材料除了含有钢纤维以外不含Fe成分时，定量分析值直接就是钢纤维的含量。而当摩擦材料除了含有钢纤维以外还含有Fe成分(铁粉等)时，虽然测定在进行观察的任意剖面视野中的钢纤维和除其以外的Fe成分的总Fe量作为定量分析值，但这种情况下，在测定该观察视野中的钢纤维与钢纤维以外的Fe成分的面积比的同时，求出钢纤维的面积比相对于钢纤维和钢纤维以外的Fe成分的总面积比的比例与定量分析的总Fe量之积，从而可以简易地求出钢纤维的含量。

(层状晶体结构的钛酸盐)

在本发明中，为了减小不含铜的组成中的高温制动下的刹车振动和改善低温下的耐磨耗性，优选除上述钢纤维以外还含有层状晶体结构的钛酸盐。作为层状晶体结构的钛酸盐，可以使用纤维状、鳞片状、柱状、板状的钛酸盐，但从人体有害性的角度考虑，优选鳞片状、柱状、板状的钛酸盐。作为层状晶体结构的钛酸盐，优选使用钛酸锂钾和钛酸镁钾中的至少一种。另外，层状晶体结构的钛酸盐的含量优选为3～30质量%，特别优选为5～10质量%。若层状晶体结构的钛酸盐的含量低于3质量%，则低温下的耐磨耗性恶化，若层状晶体结构的钛酸盐的含量超过30质量%，则摩擦系数降低。

(隧道状晶体结构的钛酸盐)

在本发明中，除上述层状晶体结构的钛酸盐以外还组合含有隧道状晶体结构的钛酸盐和层状晶体结构的钛酸盐时，可以降低作为对手材料的转子的磨耗量，因此更优选。隧道状晶体结构的钛酸盐也和层状晶体结构的钛酸盐一样，可以使用纤维状、鳞片状、柱状、板状的钛酸盐，但从人体有害性的角度考虑，优选鳞片状、柱状、板状的钛酸盐。

作为隧道状晶体结构的钛酸盐，可以使用八钛酸钾、六钛酸钾、钛酸钠，含量优选为3～30质量%，特别优选为5～10质量%。若隧道状晶体结构的钛酸盐的含量低于3质量%，则转子磨耗量增大，若超过30质量%，则摩擦系数降低。

(粘合剂)

粘合剂是将摩擦材料用组合物中所含的有机填充材料、无机填充材料和纤维基材等一体化、并赋予强度的物质。对本发明的摩擦材料用组合物中所含的粘合剂没有特别限定，可以使用通常被用作摩擦材料的粘合剂的热固化性树脂。

作为上述热固化性树脂，例如可以列举：酚醛树脂；丙烯酸弹性体分散酚醛树脂和有机硅弹性体分散酚醛树脂等各种弹性体分散酚醛树脂；丙烯酸改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、腰果改性酚醛树脂、环氧基改性酚醛树脂和烷基苯改性酚醛树脂等各种改性酚醛树脂等，这些树脂可以单独使用或者将两种以上组合使用。特别是，从赋予良好的耐热性、成型性和摩擦系数的角度考虑，优选使用酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂。

本发明的摩擦材料组合物中的粘合剂的含量优选为5～20质量%，更优选为5～10质量%。通过将粘合剂的含量设为5～20质量%的范围，可以进一步抑制摩擦材料的强度降低，另外，还可以进一步抑制因摩擦材料的气孔率减少、弹性模量变高而引起的鸣叫等音振性能的恶化。

(有机填充材料)

有机填充材料是作为用于提高摩擦材料的音振性能或耐磨耗性等的摩擦调整剂而含有的。作为本发明的摩擦材料组合物中所含的有机填充材料，只要是可以发挥上述性能的有机填充材料即可，没有特别限定，可以使用通常被用作有机填充材料的腰果粉或橡胶成分等。

上述腰果粉只要是将腰果壳油固化后的固化物粉碎而得到的、通常用于摩擦材料的腰果粉即可。

作为上述橡胶成分，例如可以列举：轮胎橡胶、丙烯酸橡胶、异戊二烯橡胶、NBR(丁腈橡胶)、SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、氯化丁基橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等，这些橡胶可以单独使用或者将两种以上组合使用。

本发明的摩擦材料组合物中的有机填充材料的含量优选为1～20质量%，更优选为1～10质量%，特别优选为3～8质量%。通过将有机填充材料的含量设为1～20质量%的范围，可使摩擦材料的弹性模量变高，可以避免鸣叫等音振性能的恶化，还可以避免耐热性的恶化、以及由热历程引起的强度降低。

(无机填充材料)

无机填充材料是用于避免摩擦材料的耐热性的恶化、或者用于提高耐磨耗性、以提高摩擦系数为目的而添加的作为摩擦调节剂而含有的成分。本发明的摩擦材料用组合物只要是通常用于摩擦材料的无机填充材料即可，没有特别限定。

作为上述无机填充材料，例如可以使用：硫化锡、硫化铋、二硫化钼、硫化铁、三硫化锑、硫化锌、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、硫酸钡、焦炭、云母、蛭石、硫酸钙、滑石粉、粘土、沸石、莫来石、铬铁矿、氧化钛、氧化镁、二氧化硅、白云石、碳酸钙、碳酸镁、粒状或板状的钛酸盐、硅酸锆、γ氧化铝、二氧化锰、氧化锌、四氧化三铁、氧化铈、氧化锆、石墨等，这些材料可以单独使用或者将两种以上组合使用。作为粒状或板状的钛酸盐，可以使用六钛酸钾、八钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾、钛酸钠等。

本发明的摩擦材料组合物中的无机填充材料的含量优选为30～80质量%，更优选为40～70质量%，特别优选为50～60质量%。通过将无机填充材料的含量设为30～80质量%的范围，可以避免耐热性的恶化，在摩擦材料的其他成分的含量均衡方面也优选。

(纤维基材)

纤维基材是在摩擦材料中显示出加固作用的基材。

本发明的摩擦材料组合物可以使用通常被用作纤维基材的无机纤维、金属纤维、有机纤维、碳系纤维等，这些纤维可以单独使用或者将两种以上组合使用。

作为上述无机纤维，可以使用：陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、矿物纤维、玻璃纤维、硅酸盐纤维等，可以使用一种或者将两种以上组合使用。在这些无机纤维中，优选以任意的组合含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、FeO、Na₂O等的生物降解性矿物纤维，作为市售品，可以列举：LAPINUS FIBERS B.V制造的Roxul系列等。

作为上述金属纤维，只要是通常用于摩擦材料的金属纤维即可，没有特别限定，例如可以使用以铝、铁、铸铁、锌、锡、钛、镍、镁、硅、铜、黄铜等金属或合金作为主要成分的纤维。另外，这些金属或合金除纤维形状以外还可以以粉末的形状含有。但是，从环境有害性的角度考虑，优选不含有铜和含铜合金。

作为上述有机纤维，可以使用：芳纶纤维、纤维素纤维、丙烯酸纤维、酚醛树脂纤维等，这些纤维可以单独使用或者将两种以上组合使用。

作为上述碳系纤维，可以使用：耐燃性(耐火性)纤维、沥青系碳纤维、PAN系碳纤维、活性碳纤维等，这些纤维可以单独使用或者将两种以上组合使用。

本发明的摩擦材料组合物中的纤维基材的含量如下：在摩擦材料组合物中优选为5～40质量%，更优选为5～20质量%，特别优选为5～15质量%。通过将纤维基材的含量设为5～40质量%的范围，可获得作为摩擦材料的最适气孔率，可以防止鸣叫，获得适当的材料强度，体现出耐磨耗性，可以使成型性变好。

[摩擦材料]

本实施方式的摩擦材料可以将本发明的摩擦材料组合物按照通常采用的方法进行成型来制造，优选进行加热加压成型来制造。详细而言，例如，使用レーディゲ混合器(“レーディゲ”为注册商标)、加压捏合机、アイリッヒ混合器(“アイリッヒ”为注册商标)等混合机将本发明的摩擦材料组合物均匀地混合，再利用成型模具将该混合物进行预成型，将所得的预成型物在成型温度130～160℃、成型压力20～50MPa、成型时间2～10分钟的条件下进行成型，将所得的成型物在150～250℃下进行2～10小时的热处理，即可制得。另外，根据需要，还可以通过进行涂饰、焦烧处理、研磨处理来制造。

[摩擦构件]

本实施方式的摩擦构件是将上述本实施方式的摩擦材料用作作为摩擦面的摩擦材料而形成的。作为上述摩擦构件，例如可以列举下述的构成。

构成(1)：只有摩擦材料。

构成(2)：具有里衬金属和在该里衬金属上作为摩擦面的由本发明的摩擦材料组合物构成的摩擦材料。

构成(3)：在上述构成(2)中，进一步使以用于提高里衬金属的接合效果的表面改质为目的的底涂层和以里衬金属与摩擦材料的接合为目的的接合层介于里衬金属与摩擦材料之间。

为了提高摩擦构件的机械强度，上述里衬金属通常是被用作摩擦构件的材料，作为材质，可以列举：金属或纤维强化塑料等，具体而言，可以列举：铁、不锈钢、无机纤维强化塑料、碳纤维强化塑料等。底涂层和接合层只要是通常用于刹车片(brake-shoe)等摩擦构件的层即可。

本实施方式的摩擦材料组合物由于导热率及耐磨耗性、摩擦系数优异，因此作为汽车等的盘式刹车垫或闸片等的复面材料特别有用，但也可以将其作为摩擦构件的垫底材料进行成型后使用。需要说明的是，“复面材料”是指作为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料，“垫底材料”是指介于作为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料与里衬金属之间、且以提高摩擦材料与里衬金属的接合部附近的剪切强度、耐开裂性等为目的的层。

实施例

以下，利用实施例和比较例，对本发明的摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦构件进行详细地说明，但本发明并不受这些例子的任何限定。

[实施例1～17和比较例1～3]

(盘式刹车垫的制作)

将材料按照表1～3所示的掺混比例进行掺混，得到了实施例1～17和比较例1～3的摩擦材料组合物。表中的掺混比例为质量%。实施例和比较例中使用的钢纤维使用了SINOMA公司制造的“Q0-160”(卷曲状、纤维长度为300～2500μm、平均纤维径为58μm)。需要说明的是，纤维长度是使用株式会社キーエンス制造的显微镜测定100根纤维的纤维长度而测得的。平均纤维径是使用株式会社キーエンス制造的显微镜计测50根纤维的纤维径，以其平均值作为平均纤维径。

使用レーディゲ混合器(株式会社マツボー制造、商品名：レーディゲ混合器M20)混合该摩擦材料组合物，将所得混合物利用压模机(王子机械工业株式会社制造)进行了预成型。使用压模机(三起精工株式会社制造)将所得的预成型物和铁制的里衬金属(日立オートモティブシステムズ株式会社制造)一起在成型温度140～160℃、成型压力30MPa、成型时间5分钟的条件下进行了加热加压成型。将所得成型品在200℃下进行4.5小时的热处理，使用旋转研磨机进行研磨，再进行500℃的焦烧处理，获得了实施例1～17和比较例1～3的盘式刹车垫。需要说明的是，在实施例和比较例中，制作了里衬金属的厚度为6mm、摩擦材料的厚度为11mm、摩擦材料投影面积为52cm²的盘式刹车垫。

[表1]

[表2]

[表3]

(刹车振动)

根据汽车技术会标准JASO C406进行试验，评价了在第2效力试验的车速为245km/小时、减速度为0.3G下的一次制动中的转矩变动。转矩变动计测了在一次制动中转矩变动达到最大的位置。

(低温的耐磨耗性)

根据汽车技术会标准JASO C427测定耐磨耗性，评价在刹车温度为100℃、车速为50km/小时、减速度为0.3G的1000次制动所相当的摩擦材料的磨耗量，作为低温下的耐磨耗性。

(转子磨耗量)

从摩擦材料表面切取25mm×25mm×8mm的试验片，用73.5kPa的压力将其按压在以130km·小时相当的线速度旋转的圆盘转子上，测定了拖拽22小时后的转子磨耗量。

这些评价使用测力计以7kgf·m·秒²的惯量进行了评价。另外，还使用通风式圆盘转子((株)キリウ制造、材质为FC190)、普通的销轴滑动式的筒夹式卡尺进行了实施。

不含铜、且含有特定量的特定纤维长度的钢纤维的实施例1～17显示出与含铜的比较例3同等以下的刹车振动。另外，明确：相对于不含纤维长度为2500μm以下的钢纤维的比较例1和纤维长度为2500μm以下的钢纤维的含量超过5质量%的比较例2而言刹车振动小。另外，可知：含有层状结构的晶体结构的钛酸盐的实施例2～16可进一步抑制刹车振动，还可降低转子磨耗量。

产业实用性

与既有品相比，本发明的摩擦材料组合物不含环境负荷高的铜、且高温制动中的刹车振动少，因此适合于轿车用刹车垫等的摩擦材料和摩擦构件。

Claims

1.摩擦材料组合物，其包含粘合剂、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材，

其中，该摩擦材料组合物中不含作为元素的铜、或者铜的含量为0.5质量%以下，

含有2～5质量%的纤维长度为2500μm以下的钢纤维。

2.权利要求1中所述的摩擦材料组合物，其中，上述钢纤维的纤维形状为卷曲状。

3.权利要求1或2中所述的摩擦材料组合物，其中，上述钢纤维的平均纤维径为100μm以下。

4.权利要求1～3的任一项中所述的摩擦材料组合物，其中，作为钛酸盐，含有层状结构的晶体结构的钛酸盐。

5.权利要求1～3的任一项中所述的摩擦材料组合物，其中，作为钛酸盐，含有隧道结构的晶体结构的钛酸盐和层状结构的晶体结构的钛酸盐。

6.权利要求4或5中所述的摩擦材料组合物，其中，上述层状结构的晶体结构的钛酸盐为钛酸锂钾或钛酸镁钾。

7.权利要求5中所述的摩擦材料组合物，其中，上述隧道结构的晶体结构的钛酸盐为六钛酸钾或八钛酸钾或者钛酸钠。

8.摩擦材料，其包含粘合剂、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材，

其中，该摩擦材料中不含作为元素的铜、或者铜的含量为0.5质量%以下，

该摩擦材料中包含钢纤维，同时不含钢纤维以外的Fe成分，

该钢纤维是：将摩擦材料在空气气流中、800℃下加热，利用电子射线微量分析仪EPMA等对来自残留的灰分中的铁纤维观察Fe成分，而求出的纤维长度的平均为2500μm以下，并且

利用电子射线微量分析仪对摩擦材料的任意10个剖面进行Fe成分的定量分析，结果Fe量的平均为2～5质量%。

9.摩擦材料，其包含粘合剂、有机填充材料、无机填充材料和纤维基材，

该摩擦材料中包含钢纤维，同时包含钢纤维以外的Fe成分，

利用电子射线微量分析仪对摩擦材料的任意10个剖面进行Fe成分的定量分析，同时该Fe成分的定量分析值、与该视野中的钢纤维的面积率相对于钢纤维的面积率和钢纤维以外的Fe成分的面积率的总面积率的比例之积的平均为2～5质量%。

10.摩擦材料，其是将权利要求1～7的任一项中所述的摩擦材料组合物成型而形成的。

11.摩擦构件，其是使用权利要求8～10的任一项中所述的摩擦材料和里衬金属而形成的。