CN110300787A - 摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不含铜成分或减少铜成分的含量时也能够提高摩擦系数和耐磨性、能够减小压缩变形率、能够改善加热成型时的良品率的摩擦材料组合物。本发明的摩擦材料组合物的特征在于，该摩擦材料组合物含有由非纤维状的钛酸盐化合物颗粒构成的钛酸盐化合物粉末、硫酸钡粉末和热固性树脂，所述钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率为15.0质量％以下，所述硫酸钡粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为0.1μm～20.0μm，在所述摩擦材料组合物的合计量100质量％中，铜成分的含量以铜元素计为0.5质量％以下。
Description
技术领域
本发明涉及含有钛酸盐化合物粉末的摩擦材料组合物、以及使用该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦部件。
背景技术
对于构成各种车辆、工业设备等的制动装置的制动摩擦衬片、制动盘摩擦块、离合器摩擦片等的摩擦部件，要求摩擦系数高且稳定，耐衰退性优异，耐磨性优异，对转子(配对材料)的侵犯性低。
为了满足这些特性，使用了具有由树脂组合物形成的摩擦材料的摩擦部件，该树脂组合物含有纤维状的钛酸钾颗粒、无机填充材料、有机填充材料等、和将它们结合的酚醛树脂等热固性树脂(结合材料)。纤维状的钛酸钾颗粒能够不使转子(配对材料)受伤，摩擦特性也优异，但大多数是平均纤维径为0.1μm～0.5μm、平均纤维长为10μm～20μm的纤维，包含世界健康组织(WHO)所规定的WHO纤维(长径为5μm以上、短径为3μm以下并且长宽比为3以上的纤维状颗粒)。因此，作为替代品，提出并使用避免安全卫生上的隐患、并且能够实现作为摩擦材料的要求特性的非纤维状(片状、具有多个凸部的形状等)的钛酸盐化合物颗粒。另外，由钛酸盐化合物颗粒构成的粉末中的硫酸离子的含量变多时，摩擦材料容易生锈，因此，需求使用硫酸离子的含量少的钛酸盐化合物粉末(专利文献1)。
用于摩擦材料的树脂组合物中，为了提高耐磨性，还配合有铜纤维、铜粉末。这些被认为在摩擦材料与转子(配对材料)之间发生摩擦时，利用铜的延展性在转子表面形成粘附被膜，通过该粘附被膜作为保护膜发挥作用，能够维持高温下的高摩擦系数。然而，关于含有铜的摩擦材料而言，制动时所生成的磨损粉末中含有铜，被指出有可能成为河川、湖、海洋污染等的原因，因此，在北美开始限制铜的使用量。在此，为了不含铜成分或减少铜的含量，提出了含有钛酸锂钾和石墨的摩擦材料组合物(专利文献2)、含有2种以上钛酸盐化合物和陶瓷纤维的摩擦材料组合物(专利文献3)、含有隧道状结晶结构的钛酸盐化合物和层状结晶结构的钛酸盐化合物的摩擦材料组合物(专利文献4)、含有具有多个凸部的钛酸盐化合物和生物可溶性无机纤维的摩擦材料组合物(专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－145274号公报
专利文献2：国际公开第2012/066968号小册子
专利文献3：日本特开2015－59143号公报
专利文献4：日本特开2015－147913号公报
专利文献5：日本特开2013－76058号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献2～5的摩擦材料组合物那样不含铜成分或铜成分的含量少时，压缩变形率大，存在加热成型时的良品率变差的问题。
本发明的目的在于，提供一种即使在不含有铜成分或减少了铜成分含量的情况下也能够提高摩擦系数和耐磨性、能够减小压缩变形率、能够改善加热成型时的良品率的摩擦材料组合物和使用该摩擦材料组合物的摩擦部件。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的发明人经过锐意探讨，结果发现，在不含铜成分或减少铜成分的含量的情况下，通过使用使钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率在一定量以下、并含有特定形状的钛酸盐化合物颗粒和特定粒径的硫酸钡颗粒(粉末)的摩擦材料组合物，能够解决上述技术问题，以至于完成了本发明。
即，本发明提供以下的摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦部件。
项1一种摩擦材料组合物，其特征在于，
该摩擦材料组合物含有由非纤维状的钛酸盐化合物颗粒构成的钛酸盐化合物粉末、硫酸钡粉末和热固性树脂，上述钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率为15.0质量％以下，上述硫酸钡粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为0.1μm～20.0μm，在上述摩擦材料组合物的合计量100质量％中，铜成分的含量以铜元素计为0.5质量％以下。
项2如项1所述的摩擦材料组合物，其特征在于，上述硫酸钡粉末的体积基准累积90％粒径(D90)为0.1μm～20.0μm。
项3如项1或2所述的摩擦材料组合物，其特征在于，上述钛酸盐化合物粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为1.0μm～150.0μm。
项4如项1～3中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于，上述钛酸盐化合物粉末为选自A2TinO(2n+1)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，n为4～11的数〕、A(2+y)Ti(6－x)MxO(13+y/2－(4－z)x/2)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，z为元素M的价数且为1～3的整数，0.05≤x≤0.5，0≤y≤(4－z)x〕、AxMyTi(2－y)O4〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，x为0.5～1.0，y为0.25～1.0的数〕、A0.5～0.7Li0.27Ti1.73O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.2～ 0.7Mg0.40Ti1.6O3.7～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.5～0.7Li(0.27－x)MyTi(1.73－z)O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上(其中，为2种以上的情况下不包括不同价数的离子的组合)，x和z在M为2价金属时，x＝2y/3、z＝y/3，在M为3价金属时，x＝y/3、z＝2y/3，y为0.004≤y≤0.4〕中的至少1种化合物的粉末。
项5如项1～4中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于，上述钛酸盐化合物粉末的硫酸离子溶出率为0.2质量％以下。
项6如项1～5中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于，相对于上述摩擦材料组合物的合计量100质量％，上述硫酸钡粉末的含量为1质量％～50质量％。
项7如项1～6中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于，相对于上述摩擦材料组合物的合计量100质量％，上述钛酸盐化合物粉末的含量为1质量％～40质量％。
项8一种摩擦材料，其特征在于，其为项1～7中任一项所述的摩擦材料组合物的成型体。
项9一种摩擦部件，其特征在于，具有项8所述的摩擦材料。
发明效果
本发明的摩擦材料组合物即使在不含铜成分或减少了铜成分的含量的情况下，也能够提高摩擦系数、耐磨性，能够减小压缩变形率，能够改善加热成型时的良品率。
本发明的摩擦材料和摩擦部件即使在不含铜成分或减少了铜成分的含量的情况下，也具有高的摩擦系数，耐磨性优异，而且压缩变形率小，加热成型时的良品率优异。
具体实施方式
下面，对实施本发明的优选实施方式的一例进行说明。但是，后述的实施方式仅为例示。本发明不受后述实施方式的任何限定。
＜摩擦材料组合物＞
本发明的摩擦材料组合物的特征在于，该摩擦材料组合物含有由非纤维状的钛酸盐化合物颗粒构成的钛酸盐化合物粉末、硫酸钡粉末和热固性树脂，钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率为15.0质量％以下，硫酸钡粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为0.1μm～20.0μm，在摩擦材料组合物的合计量100质量％中，铜成分的含量以铜元素计为0.5质量％以下，可以根据需要还含有其他材料。
在摩擦材料组合物的合计量100质量％中，铜成分的含量以铜元素计为0.5质量％以下，优选不含有铜成分，由此，与现有的摩擦材料相比，能够制成环境负荷更小的材料。需要说明的是，在本发明中，“不含铜成分”是指：铜纤维、铜粉以及含铜的合金(黄铜或青铜等)和化合物中的任一种都不作为摩擦材料组合物的原材料配合。
(钛酸盐化合物粉末)
用于本发明的钛酸盐化合物粉末中，碱金属离子溶出率为15.0质量％以下即可，优选为0.01质量％～15.0质量％，更优选为0.05质量％～10.0质量％，更加优选为0.1质量％～5.0质量％，特别优选为0.1质量％～2.5质量％。在本发明中，碱金属离子溶出率，是指在80℃的水中从钛酸盐化合物粉末溶出到水中的碱金属离子的质量比例。
作为用于摩擦材料组合物的热固性树脂的一例的线型酚醛树脂的固化反应中，通过作为固化促进剂的例如六亚甲基四胺开环，与线型酚醛树脂中的羟基结合，使固化反应开始。然而，此时，如果存在碱金属离子，与线型酚醛树脂的羟基中的氢离子发生离子交换反应，被认为阻碍六亚甲基四胺(固化促进剂)与线型酚醛树脂(热固性树脂)的结合(阻碍固化)。
另外，用于现有摩擦材料组合物的铜由于导热性高，在摩擦材料组合物的加热成型时，具有将热固性树脂的热固化所需的热量迅速传导至摩擦材料组合物的中心部的功能。然而，在不含铜成分或减少了铜成分含量的情况下，摩擦材料组合物的加热成型时，由于热量至摩擦材料组合物的中心部的传导变慢，容易导致所得到的成型体的中心部的热固性树脂未固化的情况。
与此相对，在本发明中，由于钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率为15.0质量％以下，难以发生如上所述的热固性树脂与固化促进剂的固化阻碍，能够促进热固性树脂的固化。因此，即使在不含铜成分或减少了铜成分含量的情况下，也能够促进直至成型体的中心部的热固性树脂的热固化。
从以上的理由，在不含铜成分或减少了铜成分的含量的情况下，使用碱金属离子溶出率在上述范围的钛酸盐化合物粉末。
本发明中所使用的钛酸盐化合物粉末，例如可以举出选自除Li以外的碱金属中的1种或2种以上的元素(下面，将这些统称并缩写为“A元素”)的钛酸盐化合物(颗粒)的粉末。这样的钛酸碱金属盐化合物中，存在TiO6八面体、TiO5三角两锥体共用棱线并连在一起的层状结构、隧道结构等结晶结构。A元素的离子配位在层状结构的层间、隧道结构的隧道内。在层状结构的层间、隧道结构的隧道内，除A元素的离子以外，还可以配位有碱土金属的离子。
作为A元素，例如可以举出Na、K、Rb、Cs、Fr，优选为Na、K。其中，Li与其他的碱金属相比，离子半径小且具有不同的性质，因此不包括在A元素中。作为碱土金属，例如可以举出Ca、Sr、Ba、Ra。
本发明中使用的上述钛酸盐化合物中，Ti位的一部分可以被选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上(下面，将这些统称并缩写为“M元素”)取代。作为M元素，从对于环境的观点出发，优选为Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Fe、Al、Mn。另外，从进一步提高摩擦特性的观点出发，更优选为Li、Mg。M元素由于其离子具有与Ti4+相同程度的离子半径，因此能够将Ti取代为M元素。
作为上述钛酸盐化合物，例如可以举出通式以A2TinO(2n+1)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，n为4～11的数〕、A(2+y)Ti(6－x)MxO(13+y/2－(4－z)x/2)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，z为元素M的价数且为1～3的整数，0.05≤x≤0.5，0≤y≤(4－z)x〕等所示的隧道结晶结构的钛酸盐化合物。
另外，可以举出通式以AxMyTi(2－y)O4〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，x为0.5～1.0，y为0.25～1.0的数〕、A0.5～0.7Li0.27Ti1.73O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.2～0.7Mg0.40Ti1.6O3.7～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.5～ 0.7Li(0.27－x)MyTi(1.73－z)O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上(其中，为2种以上的情况下不包括不同价数的离子的组合)，x和z在M为2价金属时，x＝2y/3，z＝y/3，在M为3价金属时，x＝y/3，z＝2y/3，y为0.004≤y≤0.4〕等所示的层状结晶结构的钛酸盐化合物等。
上述钛酸盐化合物中，从对于环境的观点出发，优选为不含铜元素的组成。作为这样的钛酸盐化合物，例如，优选为选自A2TinO(2n+1)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，n为4～11的数〕、A(2+y)Ti(6－x)MxO(13+y/2－(4－z)x/2)〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，z为元素M的价数且为1～3的整数，0.05≤x≤0.5、0≤y≤(4－z)x〕、AxMyTi(2－y)O4〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，x为0.5～1.0，y为0.25～1.0的数〕、A0.5～0.7Li0.27Ti1.73O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.2～0.7Mg0.40Ti1.6O3.7～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上〕、A0.5～ 0.7Li(0.27－x)MyTi(1.73－z)O3.85～3.95〔式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Mg、Zn、Ga、Ni、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上(其中，为2种以上的情况下不包括不同价数的离子的组合)，x和z在M为2价金属时，x＝2y/3，z＝y/3，在M为3价金属时，x＝y/3，z＝2y/3，y为0.004≤y≤0.4〕中的至少1种。
作为本发明中使用的上述钛酸盐化合物的具体例，可以举出K2Ti4.8O10.6(4.8钛酸钾)、K2Ti6O13(6钛酸钾)、K2Ti6.1O13.2(6.1钛酸钾)、K2Ti7.9O16.8(7.9钛酸钾)、K2Ti8O17(8钛酸钾)、K2Ti10.9O22.8(10.9钛酸钾)、Na2Ti6O13(6钛酸钠)、Na2Ti8O17(8钛酸钠)、K0.8Li0.27Ti1.73O4(钛酸锂钾)、K2.15Ti5.85Al0.15O13.0(钛酸铝钾)、K2.20Ti5.60Al0.40O12.9(钛酸铝钾)、K2.21Ti5.90Li0.10O12.9(钛酸锂钾)、K0.8Li0.27Ti1.73O4(钛酸锂钾)、K0.7Li0.27Ti1.73O3.95(钛酸锂钾)、K0.8Mg0.4Ti1.6O4(钛酸镁钾)、K0.7Mg0.4Ti1.6O3.95(钛酸镁钾)、K0.7Li0.13Mg0.2Ti1.67O3.95(钛酸锂镁钾)、K0.7Li0.24Mg0.04Ti1.72O3.95(钛酸锂镁钾)、K0.7Li0.13Fe0.4Ti1.47O3.95(钛酸锂铁钾)等。
关于本发明中使用的上述钛酸盐化合物，从进一步降低碱金属离子溶出率的观点出发，优选结晶结构为隧道结构，从进一步提高在高温域的耐磨性的观点出发，优选结晶结构为层状结构。
在本发明中，在碱金属离子溶出率为上述范围内的条件下，可以依据作为目的的摩擦材料的特性，适当选择上述钛酸盐化合物中的1种或2种以上。另外，能够将隧道结构的上述钛酸盐化合物与层状结构的上述钛酸盐化合物组合使用。
构成本发明中使用的钛酸盐化合物粉末的钛酸盐化合物颗粒可以是球状、粒状、板状、柱状(包括棒状、圆柱状、方柱状、短带状、大致圆柱形状、大致短带形状等整体的形状为大致柱状的情况)、块状、多孔状、具有多个凸部的形状(阿米巴状、回旋镖状、十字架状、金平糖状等)等非纤维状颗粒。这些之中，从进一步提高在高温域的摩擦材料强度的观点出发，优选柱状或具有多个凸部的颗粒形状的颗粒。这些各种颗粒形状能够通过制造条件、特别是原料组成、烧制条件等来任意地进行控制。其中，具有多个凸部，是指对于平面的投影形状至少不同于普通的多边形、圆、椭圆等的、可以形成在2个方向以上具有凸部的形状的、所谓不定形状。具体而言，该凸部，是指：对利用扫描型电子显微镜(SEM)的照片(投影图)套用多边形、圆、椭圆等(基本图形)时，对应于对于基本图形突出的部分的部分。
上述钛酸盐化合物颗粒的形状例如能够通过扫描型电子显微镜(SEM)观察来进行解析。
在本发明中，纤维状颗粒，是指：将与颗粒外切的长方体中具有最小体积的长方体(外切长方体)的最长边作为长径L、将第二长的边作为短径B、将最短边作为厚度T(设为B＞T)时，L/B和L/T均在5以上的颗粒。另外，非纤维状颗粒，意指除纤维状颗粒以外的颗粒，是指L/B低于5的颗粒。
钛酸盐化合物粉末的平均粒径例如为1.0μm～150.0μm，优选为2.0μm～120.0μm，更优选为3.0μm～100.0μm，更加优选为3.0μm～40.0μm。平均粒径在上述范围内时，能够进一步提高摩擦材料的摩擦特性。钛酸盐化合物颗粒中还包括由于1次颗粒难以单分散而形成二次颗粒的颗粒、将其进行造粒的造粒物。
上述平均粒径能够通过激光衍射法测定。上述平均粒径，是指利用激光衍射法测得的粒度分布中的体积基准累积50％时的粒径(体积基准累积50％粒径)、即D50(中值粒径)。该体积基准累积50％粒径(D50)是：求得体积基准的粒度分布，在将总体积作为100％的累积曲线中，从小的颗粒大小开始对颗粒数进行计数，累积值达到50％的点的粒径。
同样地，体积基准累积10％粒径(D10)和体积基准累积90％粒径(D90)，是指将求得的粒度分布的总体积作为100％的累积曲线中，从小的颗粒大小开始对颗粒数进行计数，累积值分别达到10％和90％的点的粒径。因此，D90与D10的比(D90/D10)能够被称为表示粒度分布的幅度的指标。D90/D10的值越大，越具有宽的粒度分布。另外，D90/D10的值越接近1，越表示具有接近单分散的粒度分布。
本发明中使用的钛酸盐化合物粉末的D90/D10的值例如为30.0以下，优选为1.0～15.0的范围。D90/D10的值在上述范围内的情况下，能够进一步提高摩擦材料的摩擦特性。
本发明中使用的钛酸盐化合物粉末的比表面积优选为0.3m2/g～7.0m2/g，更优选为0.3m2/g～3.0m2/g。比表面积能够参照JIS Z8830进行测定。比表面积变得过大时，与热固性树脂的湿润面积变得过大，存在涉及摩擦材料整体的强度的热固性树脂的量变少的情况。另外，将摩擦材料用于制动块的情况下，由于热固性树脂的配合量少，钛酸盐化合物粉末的比表面积变得过大时，摩擦材料的机械强度有时降低。通过将钛酸盐化合物粉末的比表面积设为上述范围，能够制成机械强度与摩擦特性的平衡进一步优异的摩擦材料。
然而，摩擦材料的硫酸离子浓度增高时，摩擦材料容易生锈。在钛酸盐化合物粉末的原料的制造工序、钛酸盐化合物粉末的制造工序等中，由于会有硫酸离子残留，钛酸盐化合物粉末的硫酸离子溶出率优选为0.2质量％以下，更优选为0.1质量％以下。
如此，在摩擦材料组合物中，不仅要求不含铜成分或减少铜成分的含量，还要求硫酸离子少，在这样的情况下，可以认为钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率显著地影响热固性树脂的固化反应。在本发明中，硫酸离子溶出率，是指在室温(20℃)从钛酸盐化合物粉末溶出至水中的硫酸离子的质量比例。
本发明中使用的钛酸盐化合物粉末可以为了进一步提高分散性、进一步提高与热固性树脂的密合性而利用硅烷偶联剂(氨基硅烷偶联剂等)、钛酸盐系偶联剂等并通过通常方法实施表面处理。
相对于摩擦材料组合物的合计量100质量％，摩擦材料组合物中的钛酸盐化合物粉末的含量优选为1质量％～40质量％，更优选为5质量％～35质量％，更加优选为10质量％～30质量％。通过使钛酸盐化合物粉末的含量在上述范围内，能够得到进一步优异的摩擦特性。
(硫酸钡粉末)
本发明中所使用的由硫酸钡颗粒构成的硫酸钡粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为0.1μm～20.0μm，优选为0.1μm～10.0μm，更优选为0.3μm～5.0μm，更加优选为0.5μm～3.0μm。硫酸钡颗粒中，还包括因1次颗粒难以单分散而形成二次颗粒的颗粒、将其进行造粒而成的造粒物。
通过使用体积基准累积50％粒径(D50)小的硫酸钡粉末，在加热成型时容易填充于构成摩擦材料组合物的各颗粒的间隙，摩擦材料组合物变得紧密。因此，减少构成摩擦材料组合物的颗粒间的空隙，提高摩擦材料组合物从成型模具的导热性。而且，通过组合碱金属离子溶出率在上述范围的钛酸盐化合物粉末，由于与抑制阻碍酚醛树脂等热固性树脂的热固化反应的叠加效果，即使在不含铜成分或减少了铜成分含量的情况下，也能够改善摩擦材料组合物的成型时的良品率。另外，能够降低所得到的摩擦材料的压缩变形率，提高摩擦材料的摩擦系数，降低摩擦材料的磨损量。
另外，利用所得到的摩擦材料能够减小压缩变形率，因而在用于制动系统时，能够减小施加制动时活塞加压方向上的摩擦材料的变形量。由于能够减小摩擦材料的变形量，不易发生制动系统的应答性的降低、以及伴随于此的制动有效感的降低。另外，不易造成燃料经济性的降低、以及磨损的增大。
因此，本发明的摩擦材料组合物能够适合用于制动系统。
本发明中使用的硫酸钡粉末的体积基准累积90％粒径(D90)优选为0.1μm～20.0μm，更优选为0.1μm～10.0μm，更加优选为1.0μm～5.0μm。通过将D90设为上述范围，硫酸钡粉末中的粗大颗粒的量减少，能够更进一步减小压缩变形率。
本发明中使用的硫酸钡粉末的D90/D10的值例如为20.0以下，优选为1.0～10.0的范围。D90/D10的值在上述范围内时，能够进一步提高摩擦材料的摩擦特性。
硫酸钡粉末中，有将被称作重晶石的矿物进行粉碎并进行脱铁洗涤、淘析而得到的淘析硫酸钡粉末(重晶石粉)、和人工合成的沉降性硫酸钡粉末。沉降性硫酸钡粉末能够根据合成时的条件来控制颗粒的大小，能够制造作为目的的、粗大颗粒含量少的、细微的硫酸钡粉末。从进一步减少杂质并使硫酸钡颗粒的粒度分布更加均匀的观点出发，优选使用沉降性硫酸钡粉末。
相对于摩擦材料组合物的合计量100质量％，硫酸钡粉末的含量优选为1质量％～50质量％，更优选为5质量％～40质量％，更加优选为10质量％～30质量％。通过使硫酸钡粉末的含量在上述范围内，能够得到进一步优异的摩擦特性。
(热固性树脂)
热固性树脂是作为与钛酸盐化合物颗粒等一体化、赋予强度的结合材料而使用的物质。因此，能够从作为结合材料使用的公知的热固性树脂中适当选择任意的树脂来使用。
作为热固性树脂，例如可以举出：酚醛树脂；丙烯酸弹性体分散酚醛树脂、硅酮弹性体分散酚醛树脂等弹性体分散酚醛树脂；丙烯酸改性酚醛树脂、硅酮改性酚醛树脂等改性酚醛树脂；甲醛树脂；三聚氰胺树脂；环氧树脂；丙烯酸树脂；芳香族聚酯树脂；尿素树脂等。能够单独使用这些中的1种或组合2种以上使用。这些之中，从能够进一步提高耐热性、成型性、摩擦特性的方面出发，优选酚醛树脂(未改性酚醛树脂)、改性酚醛树脂。
相对于摩擦材料组合物的合计量100质量％，摩擦材料组合物中的热固性树脂的含量优选为5质量％～20质量％。通过将热固性树脂的含量设为上述范围内，能够在配合材料的间隙中填充适当量的结合材料，能够得到进一步优异的摩擦特性。
(其他材料)
本发明的摩擦材料组合物中，除钛酸盐化合物粉末、硫酸钡粉末、热固性树脂以外，还可以根据需要配合其他材料。作为其他材料，例如可以举出以下的纤维基材、摩擦调整材料等。
作为纤维基材，可以举出：芳香族聚酰胺(芳纶)纤维、原纤维化芳纶纤维、丙烯酸纤维(以丙烯腈作为主原料的均聚物或共聚物的纤维)、原纤维化丙烯酸纤维、纤维素纤维、原纤维化纤维素纤维、酚醛树脂纤维等有机纤维；铝、铁、锌、锡、钛、镍、镁、硅等的铜和铜合金以外的金属单质或合金状态的纤维、铸铁纤维等以金属为主成分的直线形状或弯曲形状的金属纤维；玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、生物降解性矿物纤维、生物可溶性纤维、硅灰石纤维、硅酸盐纤维、矿物纤维等钛酸盐纤维以外的无机纤维；耐火焰化纤维、PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、活性碳纤维等碳纤维等。可以单独使用这些中的1种，也可以组合2种以上使用。
作为摩擦调整材料，可以举出：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)、氯丁基橡胶、丁基橡胶、硅酮橡胶等未加硫或加硫橡胶粉末；腰果壳粉、三聚氰胺粉等有机填充材料；碳酸钙、碳酸钠、碳酸锂、氢氧化钙(消石灰)、蛭石(vermiculite)、粘土、云母、滑石、白云石、铬铁矿、莫来石等无机粉末；铝、锌、铁、锡等的铜和铜合金以外的金属单质或合金状态的金属粉末等无机填充材料；碳化硅(碳化硅)、氧化钛、氧化铝(氧化铝)、二氧化硅(二氧化硅)、氧化镁(氧化镁)、氧化锆(氧化锆)、硅酸锆、氧化铬、氧化铁、铬铁矿、石英等磨料；合成或天然石墨(石墨)、磷酸盐包覆石墨、炭黑、焦炭、三硫化锑、二硫化钼、硫化锡、硫化铁、硫化锌、硫化铋、二硫化钨、聚四氟乙烯(PTFE)等固体润滑材料等。可以单独使用这些中的1种，也可以组合2种以上使用。
相对于摩擦材料组合物的合计量100质量％，摩擦材料组合物中的其他材料的含量优选为44质量％～93质量％。
(摩擦材料组合物的制造方法)
本发明的摩擦材料组合物能够通过(1)利用罗地格混合机(“LOEDIGE”是注册商标)、加压捏合机、艾氏混合机(“EIRICH”是注册商标)等混合机将各成分混合的方法；(2)制备所期望的成分的造粒物，并根据需要将其他成分使用罗地格混合机、加压捏合机、艾氏混合机等混合机进行混合的方法等来制造。
本发明的摩擦材料组合物的各成分的含量能够根据所期望的摩擦特性来适当选择，能够通过上述制造方法制造。
另外，本发明的摩擦材料组合物可以通过制作以高浓度含有特定构成成分的母料、并将该母料添加至热固性树脂等进行混合来制备。
＜摩擦材料和摩擦部件＞
在本发明中，将上述摩擦材料组合物在常温(20℃)进行临时成型，将所得到的临时成型体进行加热加压成型(成型压力10MPa～40MPa，成型温度150℃～200℃)，根据需要在加热炉内对所得到的成型体实施热处理(150℃～220℃，保持1小时～12小时)，之后对该成型体进行机械加工、研磨加工，由此能够制造具有规定形状的摩擦材料。
本发明的摩擦材料能够作为以将该摩擦材料作为摩擦面的方式形成的摩擦部件使用。作为能够使用摩擦材料形成的摩擦部件，例如可以举出：(1)仅由摩擦材料的构成，(2)具有背衬等基材、和设置在该基材上并成为摩擦面的本发明摩擦材料的构成等。
上述基材为了进一步提高摩擦部件的机械强度而使用，作为其材质，能够使用金属或纤维强化树脂等。例如可以举出铁、不锈钢、玻璃纤维强化树脂、碳纤维强化树脂等。
在摩擦材料中，通常在内部形成有多数细微的气孔，成为高温时分解生成物(气体、液状物)的逃逸通道，谋求防止摩擦特性的降低，并且降低摩擦材料的刚性以提高减衰性，由此防止发出声响。在通常的摩擦材料中，以使气孔率达到5％～30％的方式，进行材料的配合、管理成型条件。
本发明的摩擦部件由上述本发明的摩擦材料组合物构成，因此即使在不含铜成分或减少了铜成分含量的情况下，也摩擦系数高，压缩变形率小，耐磨性优异。因此，本发明的摩擦部件能够适合用于构成各种车辆、工业设备等的制动装置的制动摩擦衬片、制动盘摩擦块、离合器摩擦片等制动系统的全部。特别是，能够更加适合用于再生制动系统等电动化的制动系统中。
实施例
下面，对于本发明基于具体的实施例进行更详细的说明。
本发明不受以下实施例的任何限定，在不改变其宗旨的范围内能够适当变更后实施。
其中，将作为实施例和比较例中使用的钛酸盐化合物粉末的钛酸盐化合物1～11示于表1，将作为硫酸钡粉末的硫酸钡1～2示于表2。另外，在实施例和比较例中使用的热固性树脂和其他添加材料如下。
[表1]
[表2]
·酚醛树脂：六亚甲基四胺配合线型酚醛树脂粉末
·腰果壳粉
·人造石墨
·云母
·氧化铁
·氧化锆
·硫化锑
·氢氧化钙
·原纤维化芳纶纤维
·铜纤维
(实施例1～10、比较例1～6)
依据表3所记载的配合比率配合各材料，使用艾氏混合机混合3分钟。将所得到的混合物在常温(20℃)以15MPa的压力加压5秒，制作临时成型体。在加热至150℃的加热成型用模具的模腔部嵌入上述临时成型体，在其上载置涂布有粘接剂的背板(材质：钢)的状态下，以20MPa的压力加压300秒。从开始加压起进行测量，在60～90秒之间进行5次抽气处理。通过将所得到的摩擦材料部件放入加热至220℃的恒温干燥机中保持2小时，进行完全固化，由此得到摩擦部件。
＜钛酸盐化合物粉末和硫酸钡粉末的评价＞
(碱金属离子溶出率)
测定测试样品的质量(X)，接着向测试样品中加入蒸馏水，制备1质量％的浆料，在80℃搅拌4小时后，使用孔径大小0.2μm的膜滤器去除固体成分，得到萃取液。将所得到的萃取液的碱金属(Y)利用离子色谱(DIONEX公司制造，型号“ICS－1100”)进行测定。接着，使用上述(X)和(Y)的值，基于式〔(Y)/(X)〕×100计算碱金属离子溶出率(质量％)。
(水分散pH)
向测试样品1g中加入蒸馏水100mL，制备1质量％的浆料，将所得到的浆料的pH(温度20℃)利用pH测定仪(堀场制作所公司制造，型号“F21”)进行测定，得到水分散pH。
(硫酸离子溶出率)
测定测试样品的质量(X)，接着向测试样品加入蒸馏水，制备1质量％的浆料，在20℃搅拌24小时后，利用孔径大小0.2μm的膜滤器去除固体成分，得到萃取液。将所得到的萃取液的硫酸离子(Y)利用离子色谱(Thermo Fisher Scientific公司制造，型号“INTEGRIPNHPIC”)进行测定。接着，使用上述(X)和(Y)的值，基于式〔(Y)/(X)〕×100计算硫酸离子溶出率(质量％)。
(颗粒形状)
利用扫描型电子显微镜(日立高新科技公司制造，型号“S－4800”)观察颗粒形状。
(粒径)
利用激光衍射式粒度分布测定装置(岛津公司制造，型号“SALD－2100”)测定粒径。
具体而言，求出利用激光衍射式粒度分布测定装置测量的粒度分布中的体积基准累积50％时的粒径，即D50(中值粒径)。
求出利用激光衍射式粒度分布测定装置测量的粒度分布中的体积基准累积10％时的粒径，即D10。
求出利用激光衍射式粒度分布测定装置测量的粒度分布中的体积基准累积90％时的粒径，即D90。
另外，由D90与D10之比，求得D90/D10。
(比表面积)
利用自动比表面积测定装置(micromeritics公司制造，型号“TriStarII3020”)测定比表面积。
＜摩擦部件的评价＞
(成型良品率)
在150℃的加热成型时，通过目测确认热成型后的摩擦部件的膨胀、因开裂导致的成型异常，将未发生成型异常的个数相对于热成型的个数的比例作为成型良品率。
(气孔率)
依据JIS D4421的方法测定气孔率。
(压缩变形率)
基于ISO6310(汽车部件－制动摩擦衬片和盘式制动块压缩形变测试方法)进行测试。测定摩擦部件的由摩擦材料组合物构成的部分的厚度(t)、在4MPa压缩时的摩擦部件的变形量(h)，另外测定在4MPa压缩时的背板的变形量(h’)，将式〔(h－h’)/(t)〕×100作为压缩变形率。
(洛氏硬度)
依据JIS D4421的方法测定洛氏硬度。硬度的标尺使用S标尺。
(摩擦特性)
将在实施例1～10、比较例1～6中制作的摩擦部件的表面(摩擦面)研磨1.0mm，基于SAE J2522进行制动效果测试，求得平均摩擦系数。
基于SAE J2707(分区磨损(blockware)测试)进行磨损测试，根据测试前后的摩擦部件的由摩擦材料组合物构成的部分的厚度的减少量求得摩擦材料磨损量，从转子的重量减少量求得转子磨损量。其中，转子使用ASTM标准中属于A型的铸铁转子。
将结果示于下述表3。
[表3]
从实施例1～10和比较例1～2的比较可知，在不含铜成分的配方中，通过组合具有特定碱金属离子溶出率的钛酸盐化合物粉末和具有特定粒径的硫酸钡粉末，能够增大成型良品率，减小压缩变形率。从实施例1～10和比较例3～5的比较可知，即使是在不含铜成分的配方中，通过组合特定碱金属离子溶出率的钛酸盐化合物粉末和特定粒径的硫酸钡颗粒，能够使摩擦磨损特性、成型良品率、压缩变形率得到与含有铜的配方同等以上的性能。
从比较例1和比较例6的比较可知，不含铜成分的配方中，显著受到钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出的影响。另外，还得知简单组合钛酸盐化合物粉末和硫酸钡粉末得不到本发明效果。
Claims (9)
1.一种摩擦材料组合物，其特征在于：
该摩擦材料组合物含有由非纤维状的钛酸盐化合物颗粒构成的钛酸盐化合物粉末、硫酸钡粉末和热固性树脂，所述钛酸盐化合物粉末的碱金属离子溶出率为15.0质量％以下，所述硫酸钡粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为0.1μm～20.0μm，在所述摩擦材料组合物的合计量100质量％中，铜成分的含量以铜元素计为0.5质量％以下。
2.如权利要求1所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
所述硫酸钡粉末的体积基准累积90％粒径(D90)为0.1μm～20.0μm。
3.如权利要求1或2所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
所述钛酸盐化合物粉末的体积基准累积50％粒径(D50)为1.0μm～150.0μm。
4.如权利要求1～3中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
所述钛酸盐化合物粉末为选自如下式中的至少1种化合物的粉末：
A2TinO(2n+1)，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，n为4～11的数；
A(2+y)Ti(6－x)MxO(13+y/2－(4－z)x/2)，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，z为元素M的价数且为1～3的整数，0.05≤x≤0.5，0≤y≤(4－z)x；
AxMyTi(2－y)O4，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Li、Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，x为0.5～1.0，y为0.25～1.0的数；
A0.5～0.7Li0.27Ti1.73O3.85～3.95，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上；
A0.2～0.7Mg0.40Ti1.6O3.7～3.95，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上；
A0.5～0.7Li(0.27－x)MyTi(1.73－z)O3.85～3.95，式中，A为除Li以外的碱金属中的1种或2种以上，M为选自Mg、Zn、Ga、Ni、Cu、Fe、Al、Mn中的1种或2种以上，其中，M为2种以上的情况下不包括不同价数的离子的组合，x和z在M为2价金属时，x＝2y/3，z＝y/3，在M为3价金属时，x＝y/3，z＝2y/3，y为0.004≤y≤0.4。
5.如权利要求1～4中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
所述钛酸盐化合物粉末的硫酸离子溶出率为0.2质量％以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
相对于所述摩擦材料组合物的合计量100质量％，所述硫酸钡粉末的含量为1质量％～50质量％。
7.如权利要求1～6中任一项所述的摩擦材料组合物，其特征在于：
相对于所述摩擦材料组合物的合计量100质量％，所述钛酸盐化合物粉末的含量为1质量％～40质量％。
8.一种摩擦材料，其特征在于：
其为权利要求1～7中任一项所述的摩擦材料组合物的成型体。
9.一种摩擦部件，其特征在于：
包括权利要求8所述的摩擦材料。
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