CN108495905B - 摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦构件 - Google Patents
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Abstract
一种摩擦材料组合物，其含有粘结材料、有机填充材料、无机填充材料和纤维基体材料，以元素计的铜的含有率为0.5质量％以下，作为所述无机填充材料，含有合计为3质量％～9质量％的金云母和黑云母中的至少1种，并含有2质量％～6质量％的石墨，所述金云母和所述黑云母中的至少1种的平均粒径为340μm～1500μm，所述石墨的平均粒径为450μm～1100μm。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦构件。
背景技术
一般来说汽车等所搭载的制动器主要采用盘式制动器或鼓式制动器。另外，在盘式制动器或鼓式制动器上，作为摩擦材料，使用盘式制动器制动衬块、制动衬片等。作为盘式制动器制动衬块、制动衬片等所使用的摩擦材料，可以列举出使用含有粘结材料、纤维基体材料、金属粉、无机填充材料、有机填充材料等的摩擦材料组合物而形成的摩擦材料。已经知道这种摩擦材料具有优异的摩擦系数的稳定性，令人不快的噪音、振动等较低，低噪音污染性优异。因此，在除欧州以外的日本、北美、南美、亚洲等主要地域，都广泛采用使用上述摩擦材料组合物而形成的摩擦材料。盘式制动器制动衬块、制动衬片等摩擦材料通过与盘状转子、制动鼓等对置材料摩擦，从而将其动能转换为热能，由此起到制动的作用。
然而，伴随着从运动能向热能的转换，有时发生一部分转换成振动能的情况。这种情况下，振动能会变为由制动器所产生的振动、声响等，所以给使用者带来不快感，摩擦材料的商品性下降。因此，对于摩擦材料来说，不仅要求具有高的摩擦系数、摩擦系数的稳定性和耐磨损性，还要求其不容易发生声响、振动等。进而，对于摩擦材料还要求具有制动时不会发生开裂的充分的强度、制动衬块寿命较长、不易削刮对置材料、轮尘较少等。
另外，近年来，作为汽车使用者的需求，舒适性(乘坐舒适感、减振性等)的提高变得更加强烈，从这一点来看，声响、振动等较低成为非常重要的要件。特别是，声响大致分为：制动中发生的高频声响的鸣叫声(千Hz以上)；和在制动后期的汽车正要停止之时、刚停止后，释放刹车踏板时等发生的低频带(数十Hz～数百Hz)的声响即低频异响。这种声响对于使用者来说很刺耳，带给使用者不快感。进而，使人联想到汽车故障的低频异响有可能被看作汽车有毛病。因此，低频异响的抑制是作为制动器的重要的要求特性被提出来，为了满足该特性，需要进一步改善摩擦材料。
一般的摩擦材料含有粘结材料、纤维基体材料、金属粉、无机填充材料、有机填充材料等，为了使其显示上述特性，各个成分可以单独1种或将2种以上组合使用。作为纤维基体材料，使用有机纤维、金属纤维、无机纤维等，特别是，为了提高耐磨损性、经受热过程后的摩擦系数的稳定性、耐开裂性等，可大量使用铜、铜合金等纤维作为金属纤维。
可是，近年来发现，如果使用这些含有铜和铜合金的摩擦材料，则由制动所产生的磨损粉由于含有大量铜，所以它会引起河川、湖、海洋等的污染等。因此，限制摩擦材料中的铜成分的使用量的法律以加利福尼亚和华盛顿为中心已经开始实施。因此，为了提供在不含铜、铜合金等金属的情况下，摩擦系数、耐磨损性和耐旋转磨损性就良好的摩擦材料，在日本特开2002-138273号公报中提出了下述的制动器用摩擦材料：在摩擦材料中含有45体积％～80体积％的氧化镁和石墨，并且氧化镁和石墨的体积比率(氧化镁/石墨)设定为1/1～4/1。
发明内容
发明所要解决的课题
可是，日本特开2002-138273号公报中记载的制动器用摩擦材料难以满足经受热过程后的摩擦系数的稳定性、低频异响、耐磨损性和耐开裂性这些所有所要求的特性。
另一方面，作为摩擦材料中所含的铜以外的金属纤维，钢铁纤维、铸铁纤维等铁系纤维有可能是为了制动器效力的改善和摩擦材料增强的目的而使用。可是，由于铁系纤维对对置材料的攻击性高，所以在摩擦系数的稳定性方面存在问题，变得容易发生轮尘。另外，如果在摩擦材料中过量添加铁系纤维，则有使耐磨损性恶化的缺点。另外，铜系纤维以外的一般在摩擦材料中使用的锌纤维、铝纤维等非铁金属纤维与铜系纤维和铁系纤维比较，多数耐热温度较低，存在下述问题：在达到大约300℃以上的高温状态的情况下，会使摩擦材料的耐磨损性恶化。
如前所述，减少了铜的含有率的摩擦材料的耐磨损性、耐开裂性、摩擦系数的稳定性等变差，难以获得全部满足以往的摩擦材料性能的优异摩擦材料。
从上述情况出发，本发明的一个实施方式的目的是提供摩擦材料组合物、以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件，所述摩擦材料组合物能够提供下述的摩擦材料：即使铜和铜合金的含有率较少，摩擦系数的稳定性、耐开裂性和耐磨损性也优异、并且低频异响得到了抑制。
用于解决课题的手段
用于实现上述课题的具体的手段如下所述。
<1>一种摩擦材料组合物，其含有粘结材料、有机填充材料、无机填充材料和纤维基体材料，其中，
以元素计的铜的含有率为0.5质量％以下，
作为所述无机填充材料，含有合计为3质量％～9质量％的金云母和黑云母中的至少1种，并含有2质量％～6质量％的石墨，
所述金云母和上述黑云母中的至少1种的平均粒径为340μm～1500μm，
所述石墨的平均粒径为450μm～1100μm。
<2>根据<1>所述的摩擦材料组合物，其含有1质量％～9质量％的金属硫化物。
<3>根据<2>所述的摩擦材料组合物，其中，所述金属硫化物是选自由硫化锡、三硫化锑、硫化铋、硫化锌和二硫化钼组成的组中的至少1种。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的摩擦材料组合物，其中，作为所述纤维基体材料含有的金属纤维的含有率为1.0质量％以下。
<5>一种摩擦材料，其是使用<1>～<4>中任一项所述的摩擦材料组合物来形成的。
<6>一种摩擦构件，其使用了<5>所述的摩擦材料。
发明效果
根据本发明的一个实施方式，可以提供摩擦材料组合物、以及使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件，所述摩擦材料组合物能够提供下述的摩擦材料：即使铜和铜合金的含有率较少，摩擦系数的稳定性、耐开裂性和耐磨损性也优异、并且低频异响得到了抑制。
具体实施方式
以下，对本发明的摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦构件的实施方式进行详述。不过，本发明并不限于以下的实施方式。在以下的实施方式中，其构成要素除了特别明示的情况以外，并不是必需的。数值及其范围也是同样的，并不限制本发明。
此外，本发明的摩擦材料组合物是不含石棉的摩擦材料组合物，即所谓的非石棉摩擦材料组合物。
本说明书中，使用“～”表示的数值范围分别包含“～”的前后记载的数值作为最小值和最大值。
本说明书中分级记载的数值范围中，一个数值范围所记载的上限值或下限值也可以替换成其它的分级记载的数值范围的上限值或下限值。另外，本说明书中记载的数值范围中，该数值范围的上限值或下限值也可以替换成实施例中所示的值。
本说明书中，关于组合物中的各成分的含有率，在组合物中符合各成分的物质存在多种的情况下，只要没有特别说明，则是指组合物中存在的该多种物质的合计含有率。
本说明书中，关于组合物中的各成分的粒径，在组合物中符合各成分的粒子存在多种的情况下，只要没有特别说明，则是指组合物中存在的该多种粒子的混合物的值。
本说明书中，“层”的用语不仅包括在观察该层存在的区域时在整个该区域上形成的情况，还包括仅在该区域的一部分上形成的情况。
[摩擦材料组合物]
本实施方式的摩擦材料组合物含有粘结材料、有机填充材料、无机填充材料和纤维基体材料，其中，以元素计的铜的含有率为0.5质量％以下，作为上述无机填充材料，含有合计为3质量％～9质量％的金云母和黑云母中的至少1种，并含有2质量％～6质量％的石墨，上述金云母和上述黑云母中的至少1种的平均粒径为340μm～1500μm，上述石墨的平均粒径为450μm～1100μm。
此外，上述的“以元素计的铜”是指铜、铜合金和铜化合物中所含的铜元素在整个摩擦材料组合物中的含有率。铜、铜合金和铜化合物中所含的铜元素可以以任何形态存在于摩擦材料组合物中，也可以以纤维状、粉末状等状态存在。
整个摩擦材料组合物中的“以元素计的铜”的含有率是指根据国际自动机工程师学会(汽车工程师学会：SAE International，Society of Automotive Engineers)的SAEJ2975：制动摩擦材料中的铜和其它元素的测量方法(Measurement of Copper and OtherElements in Brake Friction Materials)来测定的值。
据推测，如果在摩擦材料组合物中含有云母作为无机填充材料，则低频异响可得到抑制。另外据推测，作为云母，通过使用特定种类的云母，并将云母的粒径设定为特定的范围，可以抑制高频声响。进而据推测，通过并用特定种类的云母和特定粒径的石墨，可以抑制低频异响，同时可提高摩擦系数的稳定化、耐磨损性和耐开裂性。
本实施方式的摩擦材料组合物由于以元素计的铜的含有率为0.5质量％以下，所以使用本实施方式的摩擦材料组合物形成的摩擦材料即使因制动而产生磨损粉，也能够抑制铜对河川、湖、海洋等的污染。
(无机填充材料)
无机填充材料是作为用于避免摩擦材料的耐热性、耐磨损性、摩擦系数等的恶化的摩擦调节剂而被含有在摩擦材料组合物中的。本实施方式的摩擦材料组合物含有金云母和黑云母中的至少1种和石墨作为无机填充材料。
(云母)
已经知道，在摩擦材料组合物中含有云母的情况下，对于低频异响的抑制有效果。在本实施方式的摩擦材料组合物中，通过使其含有具有上述效果的云母，可抑制低频异响。本实施方式中，作为云母，使用金云母(phlogopite)和黑云母(biotite)中的至少1种。本实施方式中，根据需要还可以含有金云母和黑云母以外的其它云母。作为其它云母，可以列举出例如白云母和合成云母。不过，在并用白云母、合成云母等其它云母时，云母含有率优选不超过10质量％，更优选为9质量％以下，进一步优选为8质量％以下。
通过含有金云母和黑云母中的至少1种作为云母，也可以抑制高频声响。
作为云母使用的金云母和黑云母，可以单独使用金云母，也可以作为黑云母(金云母与铁云母的连续固溶体)来使用。另外，也可以将两者混合使用。
金云母是作为软质云母而为人所知的，组成式是KMg3AlSi3O10(OH)2。另外，金云母的一部分Mg置换成Fe后得到的是黑云母(组成式：K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2)，是金云母与铁云母(annite、组成式：KFe3AlSi3O10(OH)2)的连续固溶体。金云母和黑云母具有下述特征：莫氏硬度为2.0～2.5，即使在云母内部也是比较软质的。
黑云母中的Mg与Fe的摩尔比(Mg/Fe)没有特别限定，优选为50/50以上，更优选为60/40以上，进一步优选为80/20以上。此外，由于摩尔比(Mg/Fe)为100/0时是金云母，所以摩尔比(Mg/Fe)的优选范围的上限为低于100/0。
与之对照，作为硬质云母而被知道的白云母(muscovite、组成式：KAl2AlSi3O10(OH)2)的莫氏硬度为2.5～3.5，另外，合成云母(Synthetic Mica、作为一个例子的组成式：KMg3(AlSi3)O10F2)的莫氏硬度为3.4，它们即使在云母内部也是硬质的。
本实施方式的摩擦材料组合物中，通过将金云母和黑云母中的至少1种的合计量设定为3质量％～9质量％，并将金云母和黑云母中的至少1种的平均粒径设定为特定的范围，可以抑制低频异响。云母的粒径越大，则对于低频异响的抑制越有效果。另一方面，云母的粒径如果变得粗大，则摩擦材料的强度下降，容易发生磨损、开裂等。从这一点来看，如果将摩擦材料组合物中含有的金云母和黑云母中的至少1种的平均粒径设定为340μm～1500μm，则可以制成低频异响得到了有效抑制、而且不易发生磨损、开裂等的摩擦材料。金云母和黑云母中的至少1种的平均粒径优选为450μm～1300μm，更优选为600μm～1100μm。
本实施方式中，关于所谓金云母和黑云母中的至少1种的平均粒径，当单独使用金云母时是指金云母的平均粒径，当单独使用黑云母时是指黑云母的平均粒径，当并用金云母和黑云母时是指金云母和黑云母的混合物的平均粒径。
粒径为340μm～1500μm的范围的金云母和黑云母在所有的金云母和黑云母中所占的比例优选为10个数％～90个数％，更优选为15个数％～85个数％，进一步优选为20个数％～80个数％。
这里，平均粒径可以使用例如激光衍射/散射式粒径分布测定装置LA-920(株式会社堀场制作所制)来测定。另外，平均粒径是指从得到的粒度分布的体积分布求出的50％(中值)直径。
另外，作为从摩擦材料组合物中抽取出云母的方法，可以列举出使用一般的显微镜(光学显微镜)和耳用镊子来抽取出云母的方法。作为显微镜，可以使用例如基恩士公司制的VHX-700F等。
本实施方式中，金云母和黑云母的各个粒径被设定为：基于电子显微镜照片上拍摄的图像，具有与投影面积相同的面积的圆的直径即“当量圆直径”。另外，粒径为340μm～1500μm的范围的金云母和黑云母在所有的金云母和黑云母中所占的比例是测定至少100个金云母和黑云母的各个粒径而得到的比例。
为了获得金云母和黑云母的低频异响的抑制效果，需要将摩擦材料组合物中的金云母和黑云母中的至少1种的合计含有率设定为某个程度以上。另一方面，金云母和黑云母中的至少1种的合计含有率如果过多，则摩擦材料的强度下降，容易发生磨损和开裂。这里，通过将摩擦材料组合物中的金云母和黑云母中的至少1种的合计含有率设定为3质量％～9质量％，可以制成低频异响得到了抑制、进而具有良好的耐磨损性和耐开裂性的摩擦材料。摩擦材料组合物中的金云母和黑云母中的至少1种的合计含有率优选为4质量％～8质量％，更优选为5质量％～7质量％。
(石墨)
本实施方式的摩擦材料组合物含有石墨作为无机填充材料。粒径为某个程度大小的石墨有利于摩擦系数的稳定性，进而对低频异响的抑制有效果。另一方面，石墨的粒径如果变得粗大，则容易发生磨损。进而，摩擦材料变得容易发生开裂。从这些方面考虑，通过将本实施方式的摩擦材料组合物中含有的石墨的平均粒径设定为450μm～1100μm，可以防止摩擦系数的下降而实现摩擦系数的稳定化，进而可抑制低频异响，并且使耐磨损性和耐开裂性变得良好。石墨的平均粒径优选为500μm～1000μm，更优选为600μm～900μm。
粒径为450μm～1100μm的范围的石墨在所有石墨中所占的比例优选为10个数％～90个数％，更优选为20个数％～80个数％，进一步优选为25个数％～75个数％。
另外，作为从摩擦材料组合物中抽取出石墨的方法，可以列举出使用一般的显微镜(光学显微镜)和耳用镊子来抽取出石墨的方法。作为显微镜，可以使用例如基恩士公司制的VHX-700F等。
本实施方式中，石墨的各个粒径被设定为：基于电子显微镜照片上拍摄的图像，具有与投影面积相同的面积的圆的直径即“当量圆直径”。另外，粒径为450μm～1100μm的范围的石墨在所有石墨中所占的比例是测定至少100个石墨的各个粒径而得到的比例。
另外，石墨的添加量如果过大，则摩擦材料的强度下降，容易发生磨损，进而摩擦材料变得容易发生开裂。因此，摩擦材料组合物中的石墨的含有率设定为2质量％～6质量％。摩擦材料组合物中的石墨的含有率优选设定为3质量％～5质量％，更优选设定为3.5质量％～4.5质量％。
此外，石墨可以是凝聚物，也可以是块状物，从抑制石墨脱落的观点出发，石墨优选为块状物。
石墨是凝聚物还是块状物，可以通过观察扫描型电子显微镜拍摄的800倍的电子显微镜照片来判断。
作为本实施方式中使用的石墨，可以列举出石油沥青系、煤炭沥青系等人造石墨、天然石墨等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
从耐低频异响性和耐磨损性的观点出发，优选使用表示石墨的结晶性的G带与D带的强度比(G/D比)为2.0～6.0的石墨。G/D比更优选为2.5～5.5，进一步优选为3.0～5.0。
这里，G/D比被用作石墨的结晶性的指标，值越大，表示石墨的结晶性越高。G/D比可以使用例如激光拉曼分光光度计NRS-1000(日本分光株式会社制)来测定。
另外，G带表示拉曼光谱中的1580cm-1附近的峰，D带表示拉曼光谱中的1360cm-1附近的峰。
通过将本实施方式的摩擦材料组合物设定成上述构成，与以往产品比较，由于制动时生成的磨损粉中的铜较少，所以对环境友好，能够实现优异的摩擦系数的稳定性、耐开裂性和耐磨损性、以及低频异响的抑制。
本实施方式的摩擦材料组合物中，优选含有以下的金属硫化物作为无机填充材料。作为本实施方式中使用的金属硫化物，可以列举出三硫化锑、硫化锡、二硫化锡、二硫化钼、硫化铁、二硫化铁、硫化铋、硫化锌、二硫化钨等，它们可以单独使用1种或将2种以上组合使用。其中，优选为选自由硫化锡、三硫化锑、硫化铋、硫化锌和二硫化钼组成的组中的至少1种。摩擦材料组合物中的金属硫化物的含有率优选为1质量％～9质量％，更优选为3质量％～8质量％，进一步优选为3.5质量％～7质量％，特别优选为4质量％～6质量％。通过将摩擦材料组合物中的金属硫化物的含有率设定为1质量％～9质量％的范围，可以防止摩擦系数的下降，改善耐开裂性。
本实施方式的摩擦材料组合物可以进一步含有云母、石墨、根据需要使用的金属硫化物以外的其它无机填充材料。作为该其它无机填充材料，只要是通常用于摩擦材料的无机填充材料就行，没有特别限制。
作为该其它无机填充材料的材质，可以列举出钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸钠、钛酸镁钾等钛酸盐、焦炭、氢氧化钙、氧化钙、碳数钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、白云石、氧化铁、蛭石、硫酸钙、粒状钛酸钾、板状钛酸钾、滑石、粘土、沸石、硅酸锆、氧化锆、莫来石、铬铁矿、氧化钛、氧化镁、二氧化硅、氧化铁、石榴石、α-氧化铝、γ-氧化铝、碳化硅等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
摩擦材料组合物中的无机填充材料的含有率优选为30质量％～80质量％，更优选为40质量％～78质量％，进一步优选为50质量％～75质量％。这里所说的无机填充材料包括上述的云母、石墨、根据需要使用的金属硫化物等。通过将摩擦材料组合物中的无机填充材料的含有率设定为30质量％～80质量％的范围，可以避免耐热性的下降。
(粘结材料)
粘结材料是将摩擦材料组合物中所含的有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料等粘结而一体化并赋予规定的形状和强度的材料。本实施方式的摩擦材料组合物中所含的粘结材料没有特别限制，可以使用一般作为摩擦材料的粘结材料而使用的热固性树脂。
作为上述热固性树脂，可以列举出酚醛树脂(甲阶型酚醛树脂和酚醛清漆型酚醛树脂)、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。另外，还可以列举出丙烯酸改性酚醛树脂、硅酮改性酚醛树脂、腰果改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂等各种改性酚醛树脂等，它们可以单独使用1种，也可以将2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观点出发，优选使用选自由酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硅酮改性酚醛树脂和烷基苯改性酚醛树脂组成的组中的至少1种。
摩擦材料组合物中的粘结材料的含有率优选为5质量％～20质量％，更优选为6质量％～14质量％，进一步优选为7质量％～10质量％。通过将摩擦材料组合物中的粘结材料的含有率设定为5质量％～20质量％的范围，可以进一步抑制摩擦材料的强度下降，另外，摩擦材料的气孔率减少，可以进一步抑制因弹性模量增高而引起的声响等音振性能的恶化。
(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、耐磨损性等的摩擦调节剂来含有的。
本实施方式的摩擦材料组合物可以使用通常在摩擦材料中用作有机填充材料的腰果颗粒、橡胶粒子等作为有机填充材料。
腰果颗粒只要是通常用于摩擦材料的腰果颗粒即可。作为腰果颗粒，可以列举出例如使腰果壳油固化后粉碎而成者。
作为橡胶粒子的橡胶成分，可以列举出轮胎橡胶、天然橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、丙烯酸类橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、硅橡胶等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。另外，也可以并用腰果颗粒和橡胶粒子，也可以使用将腰果颗粒用橡胶成分覆盖而成者。
摩擦材料组合物中的有机填充材料的含有率优选为1质量％～20质量％，更优选为1质量％～10质量％，进一步优选为4质量％～8质量％。通过将有机填充材料的含有率设定为1质量％～20质量％的范围，摩擦材料的振动衰减性变高，可以避免声响等音振性能的恶化。另外，可以避免耐热性的恶化和热过程所引起的强度下降。
在并用腰果颗粒和橡胶粒子的情况下，腰果颗粒与橡胶粒子的质量比(腰果颗粒：橡胶粒子)优选为1：4～10：1的比例，更优选为1：3～9：1的比例，进一步优选为1：2～8：1的比例。
(纤维基体材料)
纤维基体材料是在摩擦材料中为了发挥补强作用而含有的物质。
本实施方式的摩擦材料组合物可以使用在摩擦材料组合物的领域中通常用作纤维基体材料的无机纤维、金属纤维、有机纤维、碳系纤维等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
作为无机纤维，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、钛酸钾纤维、硅酸盐纤维、硅灰石等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
此外，这里所说的碳系纤维，可以使用耐燃化纤维、沥青系碳纤维、PAN(聚丙烯腈)系碳纤维、活性碳纤维等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
另外，这里所说的矿物纤维是指以渣棉等高炉炉渣、玄武岩纤维等玄武岩、其它天然岩石等为主成分进行熔融纺丝而得到的人造无机纤维。作为矿物纤维，更优选为来自含有Al元素的天然矿物的纤维。具体而言，可以使用含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等的单独1种或2种以上的纤维，更优选的是，可以将它们之中含有Al元素的纤维优选用作矿物纤维。
摩擦材料组合物中所含的矿物纤维的平均纤维长变得越小，则粘接强度有提高的倾向，因此矿物纤维的平均纤维长优选为500μm以下。更优选为100μm～400μm，进一步优选为110μm～350μm。
这里，平均纤维长是指表示矿物纤维的长度的平均值的数均纤维长。平均纤维长是指任意地选择50个矿物纤维，用光学显微镜测定纤维长时的算数平均值。例如200μm的平均纤维长是表示任意地选择50个作为摩擦材料组合物原料使用的矿物纤维，用光学显微镜测定纤维长，其平均值为200μm。
本实施方式中使用的矿物纤维优选为生物溶解性的矿物纤维。这里所说的生物溶解性的矿物纤维是指具有下述特征的矿物纤维：即使在进入人体内的情况下，在规定的时间内也可部分分解并排出到体外。具体地指满足下述条件的纤维：作为化学组成的碱金属氧化物和碱土类金属氧化物的总量(钠、钾、钙、镁和钡的氧化物的总量)为18质量％以上，并且在基于呼吸的短期生物持续试验中，20μm以上的纤维的质量半衰期为40天以内，或者在腹膜内试验中无过度的致癌性的证据，或者在长期呼吸试验中无相关的病原性和肿瘤发生(EU指令97/69/EC的Nota Q(排除致癌性适用)。作为这样的生物溶解性矿物纤维，可以列举出SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO-Na2O系纤维等，可以列举出以任意的组合含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等的纤维。作为市售品，可以列举出LAPINUS FIBERS B.V制的Roxul系列等。“Roxul”中包含SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等。
作为金属纤维，为了提高耐开裂性和耐磨损性，可以使用铜或铜合金的纤维。不过，在含有铜或铜合金的纤维的情况下，若考虑到对环境的影响，则摩擦材料组合物中的铜或铜合金的纤维的含有率优选为0.5质量％以下。
作为铜或铜合金的纤维，可以使用铜纤维、黄铜纤维、青铜纤维等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
另外，作为金属纤维，还可以使用铜和铜合金以外的其它金属纤维。摩擦材料组合物中的其它金属纤维的含有率优选为0.5质量％以下。从摩擦系数的提高和耐开裂性的观点出发，可以含有铜和铜合金以外的其它金属纤维，通过含有率为0.5质量％以下，就可以避免耐磨损性的下降。
作为铜和铜合金以外的其它金属纤维，可以列举出铝、铁、锌、锡、钛、镍、镁、硅等金属单质或合金形态的纤维、铸铁纤维等以金属为主成分的纤维等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。
本实施方式的摩擦材料组合物中，作为纤维基体材料含有的金属纤维的含有率优选为1.0质量％以下，更优选为0.5质量％以下，进一步优选为0质量％。
作为有机纤维，可以使用芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、丙烯腈系纤维、可以具有交联结构的酚醛树脂纤维等，它们可以单独使用1种，也可以将2种以上组合使用。作为有机纤维，从耐热性的观点出发，优选使用芳族聚酰胺纤维。
摩擦材料组合物中的纤维基体材料的含有率优选为5质量％～40质量％，更优选为5质量％～20质量％，进一步优选为5质量％～15质量％。通过将纤维基体材料的含有率设定为5质量％～40质量％的范围，则有下述的倾向：获得作为摩擦材料的最适合的气孔率，声响防止变为可能，能够获得合适的材料强度，显示耐磨损性，成型性提高。
(其它材料)
本实施方式的摩擦材料组合物除了含有上述的粘结材料、有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料以外，根据需要还可以含有其它材料。
作为其它材料，从耐磨损性的观点出发，可以列举出PTFE(聚四氟乙烯)等氟系聚合物之类的有机添加剂等。
[摩擦材料]
本实施方式的摩擦材料是使用本实施方式的摩擦材料组合物来形成的。本实施方式的摩擦材料可以作为汽车等中所使用的盘式制动器制动衬块、制动衬片等摩擦材料来使用。本实施方式的摩擦材料由于显示优异的摩擦系数的稳定性、耐低频异响性和耐开裂性，所以适用于制动时负荷较大的盘式制动器制动衬块的摩擦材料。
本实施方式的摩擦材料可以通过将本实施方式的摩擦材料组合物用一般使用的方法成型来制造。优选通过加热加压成型来制造。详细而言可以使用下述方法获得：将本实施方式的摩擦材料组合物使用勒迪格混合机(Loedige Mixer)、加压捏合机、爱立许混合机(Eirich Mixer)等混合机进行混合，将该混合物用成型模具进行预成型，再将得到的预成型物在成型温度为140℃～160℃、成型压力为20MPa～50MPa的条件下加热成型4分钟～10分钟，然后将得到的成型物在180℃～250℃下热处理2小时～10小时。另外，根据需要进行涂装、焦烧处理、研磨处理等。
[摩擦构件]
本实施方式的摩擦构件使用了本实施方式的摩擦材料。本实施方式的摩擦构件中，优选由本实施方式的摩擦材料构成摩擦构件中的摩擦面。
作为本实施方式的摩擦构件，例如可以列举出下述的构成：
(1)仅有摩擦材料的构成
(2)如下构成：具有里衬和设置于该里衬上的作为摩擦面的本实施方式的摩擦材料
(3)如下构成：在上述(2)的构成中，在里衬和摩擦材料之间，进一步设置了底涂层和粘接层，其中所述底涂层的目的在于用于提高里衬对摩擦材料的粘接效果的表面改性，所述粘接层的目的是使里衬与摩擦材料粘接。
本实施方式的摩擦材料组合物由于摩擦系数的稳定性、耐低频异响性和耐开裂性优异，所以作为摩擦构件的“贴面材”的材料是有用的。进而，本实施方式的摩擦材料组合物由于具有高的耐开裂性，所以还可以用作摩擦构件的“底层材”的材料。
此外，“贴面材”是指成为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料，“底层材”是指介于作为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料与里衬之间且目的在于提高摩擦材料与里衬的粘接部附近的剪切强度和耐开裂性的层。
实施例
以下，通过实施例来更详细地说明本发明，但本发明不受这些例子的任何限制。
此外，实施例和比较例中所示的评价按照如下方法进行。
(1)摩擦系数、摩擦系数的稳定性和耐磨损性的评价
摩擦系数是根据国际自动机工程师学会的SAE J2522来测定，由断面5(特征校验)的平均值算出。
另外，耐磨损性是用本试验后的摩擦材料的磨损量来判断。
另外，摩擦系数的稳定性是由断面9的第一衰退效力前后的断面8和断面10的各断面的平均值的变化率来算出，按照以下的判定基准来评价。合格点为等级B。
等级A：变化率为100±5％以内
等级B：变化率超过100±5％但在±10％以内
等级C：变化率超过100±10％但在±15％以内
(2)耐低频异响性的评价
耐低频异响性是根据汽车技术会标准JASO C402试验，通过实车试验按照下述基准来评价制动时的低频异响的发生频率。合格点为等级B。
等级A：0％
等级B：多于0％但为15％以下
等级C：多于15％但为30％以下
等级D：多于30％
(3)耐开裂性的评价
耐开裂性如下测定：反复进行汽车技术会标准JASO C427中所示的制动温度为400℃的制动(初速度为50km/h、终速度为0km/h、减速度为0.3G、制动前制动温度为100℃)直到摩擦材料变为一半的厚度为止，测定摩擦材料侧面和摩擦面的开裂的发生。开裂的发生如下所述地分3个等级来评价。合格点为等级B。
等级A：无开裂的发生
等级B：摩擦材料的摩擦面或侧面上发生了0.1mm的厚度计无法进入的程度的开裂
等级C：摩擦材料的摩擦面或侧面上发生了0.1mm的厚度计可以进入的程度的开裂
此外，下述的两者情况都定为等级C：摩擦材料的摩擦面和侧面中的一者上发生了厚度计无法进入的程度的开裂，另一者上发生了厚度计可以进入的程度的开裂；或者摩擦材料的摩擦面和侧面中的一者上发生了厚度计可以进入的程度的开裂，另一者上发生了厚度计无法进入的程度的开裂。
此外，根据JASO C427进行的耐开裂性的评价是使用测力计，在惯量为70kgf·m2下进行。另外，使用通风盘式转子(Kiriu株式会社制、材质FC190)和一般的浮式的筒夹型的卡规来实施。另外，根据上述JASO C402进行的耐低频异响性的评价是使用一般的中型乘用车(CD级轿车)来实施。
[实施例和比较例]
盘式制动器制动衬块的制作
按照表1～表7所示的配合比率配合材料，得到实施例和比价例的摩擦材料组合物。此外，表1～表7的各成分的配合量的单位是在摩擦材料组合物中所占的质量％。另外，在表1～表7中，“-”表示不含该成分。
将该摩擦材料组合物用勒迪格混合机(Matsubo株式会社制、商品名：LoedigeMixer M20)混合，使用成型压力机(王子机械工业株式会社制)将该混合物进行预成型，将得到的预成型物使用成型压力机(三起精工株式会社制)在成型温度为145℃、成型压力为30MPa的条件下，与Hitachi Automotive Systems株式会社制的里衬一起加热加压成型5分钟，将得到的成型品在200℃下热处理5小时，使用旋转式研磨机进行研磨，在520℃下进行5分钟的焦烧处理，得到盘式制动器制动衬块(摩擦材料的厚度为11mm、摩擦材料投影面积为52cm2)。
对制作的盘式制动器制动衬块进行上述的评价，结果示于表8～表14中。
此外，在实施例和比较例中，使用的各种原材料如下所述。
(粘结材料)
·酚醛清漆型酚醛树脂：日立化成株式会社制(商品名：PR1950W)
(有机填充材料)
·腰果颗粒：东北化工株式会社制(商品名：FF-1090)
·NBR粉：拜耳公司制(商品名：Baymod NXL 38.20)
(无机填充材料)
·石墨：株式会社中越石墨工业所制(商品名：G40、块状物、G/D比：3.3)平均粒径为470μm
·石墨：Asbury公司制(商品名：4058、块状物、G/D比：3.0)平均粒径为890μm
·石墨：TIMICAL公司制(商品名：KS15、块状物、G/D比：7.3)平均粒径为10μm
·石墨：4058的分级品、平均粒径为1300μm、块状物、G/D比：3.0
·硫酸钡：竹原化学株式会社制(商品名：W10)
·云母(金云母)：Imerys公司制(商品名：20S)平均粒径为1275μm
·云母(金云母)：Imerys公司制(商品名：40S)平均粒径为760μm
·云母(金云母)：Imerys公司制(商品名：60S)平均粒径为400μm
·云母(金云母)：Imerys公司制(商品名：200S)平均粒径为80μm
·云母(白云母)：Imerys公司制(商品名：30C)平均粒径为940μm
·云母(金云母)20S的分级品：平均粒径为1700μm
·硫化锡：TRIBOTECC公司制(商品名：Stannolube)
·三硫化锑：TRIBOTECC公司制(商品名：DBPC 2004)
·硫化锌：Sachtleben Chemie公司制(商品名：Sachtolith HD)
·硫化铋：TORIBOTECC公司制(商品名：BIS 83)
·二硫化钼：TORIBOTECC公司制(商品名：MOS XF)
·钛酸钾：东邦材料株式会社制(商品名：TOFIX-S)
·氧化锆：第一稀元素化学工业株式会社制(商品名：BR12QZ)
·氢氧化钙：秩父石灰工业株式会社制(商品名：SA-149)
(纤维基体材料)
·芳族聚酰胺纤维(有机纤维)：东丽杜邦株式会社制(商品名：1F538)
·铜纤维(金属纤维)：Sunny Metal公司制(商品名：SCA-1070)
·矿物纤维(无机纤维)：LAPINUS FIBERS B.V公司制(商品名：RB240 Roxul)
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表10
表11
表12
表13
表14
| 比较例9 | 比较例10 | |
| 以元素计的铜的含有率(质量％) | 0 | 0 |
| 铜和铜合金以外的金属纤维的含有率(质量％) | 0 | 0 |
| 摩擦系数 | 0.45 | 0.44 |
| 摩擦系数的稳定性 | 等级A | 等级C |
| 耐磨损性(mm) | 1.34 | 1.23 |
| 耐低频异响性 | 等级B | 等级D |
| 耐开裂性 | 等级C | 等级A |
从表8～表14可知，实施例1～18尽管以元素计的铜的含有率为0质量％，但显示了与以元素计的铜的含有率为10质量％的比较例1相同水平的摩擦系数、摩擦系数的稳定性、耐磨损性、耐低频异响性和耐开裂性。由此可知，作为无机填充材料，通过含有合计为3质量％～9质量％的金云母和黑云母中的至少1种，并含有2质量％～6质量％的石墨，金云母和黑云母中的至少1种的平均粒径为340μm～1500μm，石墨的平均粒径为450μm～1100μm，从而以元素计的铜的含有率即使少，也能够均衡地充分显示出上述的性能。另外还可知，含有金属硫化物的实施例13～18与不含金属硫化物的实施例1～12相比，耐磨损性(磨损量)变小。
另一方面，超出了本发明中的金云母或石墨的平均粒径或含有率的范围的比较例2～比较例10均显示出了摩擦系数的稳定性、耐低频异响性和耐开裂性等特性之中的1个以上特性的下降。
由以上结果确认了：本实施方式的摩擦材料组合物即使不含铜，也显示出与以往的含有大量的铜的摩擦材料组合物同等的摩擦系数、摩擦系数的稳定性、耐磨损性、耐低频异响性和耐开裂性。另外还确认了：摩擦材料组合物中如果进一步含有1质量％～9质量％的金属硫化物，则能够进一步减少磨损量，提高耐磨损性。
本说明书中记载的所有文献、专利申请和技术标准以参考的方式纳入本说明书中，以与具体地且分别地记载以参考的方式纳入各个文献、专利申请和技术标准的情况为相同程度。
Claims (6)
1.一种摩擦材料组合物，其含有粘结材料、有机填充材料、无机填充材料和纤维基体材料，其中，
以元素计的铜的含有率为0.5质量％以下，
作为所述无机填充材料，含有合计为3质量％～9质量％的金云母和黑云母中的至少1种，并含有2质量％～6质量％的石墨，
所述金云母和所述黑云母中的至少1种的平均粒径为340μm～1500μm，
所述石墨的平均粒径为450μm～1100μm。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其含有1质量％～9质量％的金属硫化物。
3.根据权利要求2所述的摩擦材料组合物，其中，所述金属硫化物是选自由硫化锡、三硫化锑、硫化铋、硫化锌和二硫化钼组成的组中的至少1种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摩擦材料组合物，其中，作为所述纤维基体材料含有的金属纤维的含有率为1.0质量％以下。
5.一种摩擦材料，其是使用权利要求1～4中任一项所述的摩擦材料组合物来形成的。
6.一种摩擦构件，其使用了权利要求5所述的摩擦材料。
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