CN113366082A - 摩擦材料组合物、摩擦材料和摩擦构件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦材料组合物，即使是不含作为元素的锑，且不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，即环境有害性和人体有害性低的组成，也获得高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数高、高温下的耐磨损性优异、且不易发生锈固着的摩擦材料。具体地说，提供一种摩擦材料组合物，其为含有结合材料、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，不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，不含作为元素的锑，含有铁纤维且该铁纤维的含量小于或等于5质量％，含有1～5质量％的锌粉，含有2.5～6质量％的氢氧化钙，含有0.7～1.5质量％的碳酸钠，并且含有含硅氧烷的酚醛树脂。
Description
技术领域
本发明涉及适于在汽车等的制动中使用的盘式制动衬块、制动衬片等摩擦材料的摩擦材料组合物、使用了该摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦构件。上述摩擦材料组合物特别是涉及不含石棉的摩擦材料组合物、即所谓的无石棉摩擦材料。
背景技术
汽车等为了制动而使用盘式制动衬块或制动衬片等摩擦材料。盘式制动衬块和制动衬片等摩擦材料通过与作为对置材料的盘状转子或制动鼓等发生摩擦而发挥制动的作用。因此，摩擦材料不仅要求适应于使用条件的适当摩擦系数(效力特性)，还要求不易产生制动噪声(噪声特性)、摩擦材料的寿命长(耐磨损性)等。
摩擦材料大致分为：(1)半金属材料，其含有30～60质量％的钢纤维作为纤维基材；(2)低钢材，其含有小于30质量％的钢纤维；(3)NAO(无石棉有机物，Non-Asbestos-Organic)材料，其基本不含钢纤维和不锈钢纤维等钢系纤维。其中，含有微量钢纤维的摩擦材料也有时被分类为NAO材料。
NAO材料由于不含上述钢系纤维、或上述钢系纤维的含有率极低，因此与半金属材料和低钢材相比，具有对作为对置材料的盘状转子的攻击性低的特征。从这样的优点出发，目前在日本和美国，效力、噪声和耐磨损性的均衡优异的NAO材料成为了主流。另外，在欧洲，从保持高速制动时的摩擦系数的观点考虑，大多使用低钢材，但近年来，为了适应市场的高端化，使用不易产生轮胎的车轮脏污和制动噪声的NAO材料的情况也不断增加。
进一步，作为半金属材料和低钢材的缺点，可列举耐锈性。一般而言，作为摩擦材料的对置材料的盘状转子为铸铁制，因此会由于雨水和融雪剂的影响而生锈。其结果，由于在摩擦界面产生的过多锈的影响，有时会产生制动噪声等、盘状转子与摩擦材料固着(锈固着)、汽车无法启动、以及启动时摩擦材料脱落。在摩擦材料中含有大量钢纤维的半金属材料和低钢材无疑会对上述问题不利。
另外，在制动衬块被用于汽车的后轮的情况下，不仅在汽车行驶时使用，也有时用于停车时的车辆保持(停车制动)。在这种情况下，要求例如即使在坡道上停车也能够保持车辆的高静摩擦系数，这是在今后进一步普及的电动停车制动时更加重要的特性。作为使该静摩擦系数上升的因素，可列举具有研磨力的硬质粒子、以及具有金属凝结力的铁纤维和铜纤维等。但是，硬质粒子存在制动时会过度研磨盘状转子的问题。另外，通过添加大量铁纤维，会产生上述锈固着等问题。
以往，作为NAO材料中一直广泛用作必须成分的原材料，可列举铜纤维。铜纤维由于熔点、热导率和延展性高，因此具有在摩擦界面形成皮膜的性质，这大大有助于高速高温制动时的摩擦系数保持和磨损抑制。但是，含有铜或铜合金的摩擦材料由于在制动时产生的磨损粉中包含铜，因此暗示了有可能污染河流和湖泊。其结果，美国的加利福尼亚州和华盛顿州等通过了在2021年以后禁止含有大于或等于5质量％的铜的摩擦材料、在2025年以后禁止含有大于或等于0.5质量％的铜的摩擦材料的销售和对新车安装的法案，为了应对该法案，开发不含铜、或铜的含量少的NAO材料成了当务之急。
在这样的动向中，作为不含铜、或铜的含量少的摩擦材料，提出了如下摩擦材料，即：(i)包含纤维成分、结合成分和摩擦调节成分的制动用摩擦材料，其为在摩擦材料中含有45～80体积％的氧化镁和石墨，且上述氧化镁与石墨的体积比率(MgO/石墨)为1/1～4/1的制动用摩擦材料(参照专利文献1)；(ii)用于盘式制动衬块的摩擦材料，在将摩擦材料组合物成型而成的摩擦材料中，上述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量为1～15重量％的硫化亚铁粒子作为润滑材料，且摩擦材料组合物所含的铜成分的总量相对于摩擦材料组合物总量小于5重量％的摩擦材料(参照专利文献2)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-138273号公报
专利文献2：日本特开2015-004037号公报
发明内容
发明要解决的课题
另外，近年来，从与上述铜限制不同的观点出发，产生了重要的课题。那就是对近年来正进行普及的再生协调制动的适合性。如上所述，盘状转子通常为铸铁制，因此会由于雨水和融雪剂的影响而生锈。如果是以往的油压制动系统，则制动时利用与制动衬块的摩擦能够在一定程度上除去盘状转子表面的锈。但是，对于再生协调制动，由于再生制动会承担制动的一部分，因此利用制动衬块与盘状转子的摩擦而进行制动的比例降低。其结果，有时不能充分除去在盘状转子表面所产生的锈。
作为锈引起的问题，可列举制动时的噪声和振动、以及锈固着。特别是在制动衬块被用作停车制动的情况下，由于在被按压于盘状转子的状态下长时间放置，因此锈固着特别容易发生。因此，对于今后进一步进行普及的再生协调制动，迫切期望不易发生锈固着的制动衬块。
专利文献1和2仅以利用其他成分来补充由铜的高热导率和高温润滑性引起的高速制动时或高温制动时的摩擦特性为课题，关于静摩擦系数的提高和锈固着的降低，并未考虑。
在专利文献1中，作为磨削材料的氧化镁的添加量和作为润滑材料的石墨的添加量的合计必须为45～80体积％，极其多，难以均衡地改善各种摩擦特性。
另外在专利文献2中，以高温润滑性的补充为目的，通过含有1～15质量％的硫化亚铁来代替铜，同时含有0.3～5质量％的平均粒径为1～100μm的薄片状石墨，从而改良了高速高负荷制动时的摩擦系数和耐磨损性，但难以实现静摩擦系数的提高和锈固着的降低。
另外，作为与铜不同的高温润滑材料，通常也使用三硫化锑和三氧化锑等锑化合物，但从人体有害性的观点考虑，优选不添加至摩擦材料中。
因此，本发明的课题在于提供一种摩擦材料组合物，即使是不含作为元素的锑，且不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，即环境有害性和人体有害性低的组成，也获得高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数高、高温下的耐磨损性优异、且不易发生锈固着的摩擦材料。
用于解决课题的方法
本发明人等反复进行了深入研究，结果发现：通过制成含有预定量的铁纤维、含有1～5质量％的锌粉、含有2.5～6质量％的氢氧化钙、含有0.7～1.5质量％的碳酸钠、且含有含硅氧烷的酚醛树脂的摩擦材料组合物，能够解决上述课题。
即，本发明涉及下述[1]～[8]。
[1]一种摩擦材料组合物，其为含有结合材料、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，不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，
不含作为元素的锑，
含有铁纤维，且该铁纤维的含量小于或等于5质量％，
含有1～5质量％的锌粉，
含有2.5～6质量％的氢氧化钙，
含有0.7～1.5质量％的碳酸钠，
含有含硅氧烷的酚醛树脂。
[2]根据上述[1]所述的摩擦材料组合物，上述铁纤维的含量为0.5～5质量％。
[3]根据上述[1]或[2]所述的摩擦材料组合物，其含有腰果颗粒作为上述有机填充材料。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的摩擦材料组合物，其含有橡胶成分作为上述有机填充材料。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的摩擦材料组合物，其含有选自由钛酸盐、氧化锆、石墨和金属硫化物组成的组中的至少一种作为上述无机填充材料。
[6]一种摩擦材料，将上述[1]～[5]中任一项所述的摩擦材料组合物成形而成。
[7]根据上述[6]所述的摩擦材料，气孔率为5～18％。
[8]一种摩擦构件，其具有上述[7]所述的摩擦材料和背衬。
发明效果
根据本发明，能够提供一种获得如下摩擦材料的摩擦材料组合物，该摩擦材料在用作例如汽车用盘式制动衬块和制动衬片等摩擦材料时，环境有害性和人体有害性低，高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数高，高温下的耐磨损性优异，且不易发生锈固着。另外，能够提供使用了该摩擦材料组合物的具有上述特性的摩擦材料和摩擦构件。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。但是，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都不是必须的。关于树脂及其范围也同样，并不限制本发明。
本说明书中记载的数值范围中，其数值范围的上限值或下限值可以替换成实施例中示出的值。进一步，本说明书中，关于摩擦材料组合物中的各成分的含有率，在相当于各成分的物质存在多种的情况下，只要没有特别说明，就是指在摩擦材料组合物中存在的该多种物质的合计含有率。
另外，将本说明书中的记载事项任意组合的方式也包含在本发明中。
以下，对本发明的摩擦材料组合物、使用其的摩擦材料和摩擦构件进行详细描述。需要说明的是，本发明的摩擦材料组合物是不含石棉的摩擦材料组合物、即所谓的无石棉摩擦材料组合物。
[摩擦材料组合物]
本发明的摩擦材料组合物是含有结合材料、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，该摩擦材料组合物不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，不含作为元素的锑，含有铁纤维，且该铁纤维的含量小于或等于5质量％，含有1～5质量％的锌粉，含有2.5～6质量％的氢氧化钙，含有0.7～1.5质量％的碳酸钠，含有含硅氧烷的酚醛树脂。
需要说明的是，上述“作为元素的铜”是指纤维状和粉末状等的铜、铜合金和铜化合物中所含的铜元素，铜元素的含量表示在总摩擦材料组合物中的含有率。另外，上述“作为元素的锑”是指硫化物和氧化物等锑化合物中所含的锑元素，其含量表示在总摩擦材料组合物中的含有率。
本发明的摩擦材料组合物即使是不含作为元素的锑，且不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，即环境有害性和人体有害性低的摩擦材料组合物，也获得高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数高、高温下的耐磨损性优异、且不易发生锈固着的摩擦材料。这里，“高速高温制动时”是指以200～300km/h这样的速度行驶、且在制动开始时的盘状转子温度为300～600℃这样的温度条件下实施了制动时。另外，“高温下的耐磨损性”是指例如在300～600℃程度(更详细地说，350～450℃)这样的温度下的耐磨损性。
以下，对本发明的摩擦材料组合物可含有的各成分进行详述。
(结合材料)
结合材料具有将摩擦材料组合物中所含的有机填充材料和纤维基材等一体化来赋予强度的功能。本发明中，作为结合材料，至少使用含硅氧烷的酚醛树脂。作为该含硅氧烷的酚醛树脂，优选使用分散了硅油或硅橡胶的酚醛树脂。通过使用含硅氧烷的酚醛树脂，能够提高摩擦界面的拒水性，由此能够使在多湿环境下放置后的摩擦系数稳定化。
作为结合材料，可以单独使用上述含硅氧烷的酚醛树脂，也可以与其他结合材料并用。作为其他结合材料，例如可列举含丙烯酸橡胶的酚醛树脂、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酚醛树脂。其他结合材料中，可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
摩擦材料组合物中的结合材料的含量优选为5～20质量％，更优选为5～15质量％，进一步优选为5～10质量％。特别是摩擦材料组合物中的含硅氧烷的酚醛树脂的含量为上述范围的方式也是优选的。如果结合材料的含量大于或等于上述下限值，则存在能够更加抑制摩擦材料的强度降低的倾向，另外，如果小于或等于上述上限值，则存在能够抑制因摩擦材料的气孔率减少、弹性模量变高而引起的噪声等音振性能恶化的倾向。
(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和耐磨损性等的摩擦调节剂而包含的。
作为有机填充材料，可以使用摩擦材料组合物中通常使用的有机填充材料，例如可列举腰果颗粒、橡胶成分、三聚氰胺粉末等。其中，从使摩擦系数的稳定性和耐磨损性良好的观点以及抑制噪声的观点考虑，优选腰果颗粒、橡胶成分。
腰果颗粒只要是对使腰果壳油聚合和固化所得到的物质进行粉碎而得到的通常用于摩擦材料的腰果颗粒即可。
在本发明的摩擦材料组合物含有腰果颗粒的情况下，其含量优选为1～10质量％，更优选为1～8质量％，进一步优选为3～7质量％。如果腰果颗粒的含量大于或等于上述下限值，则存在能够避免因摩擦材料的弹性模量变高而引起的噪声等音振性能恶化的倾向，另外，如果小于或等于上述上限值，则存在能够避免耐热性恶化、由热历程引起的强度降低的倾向。
作为上述橡胶成分，例如可列举轮胎橡胶、丙烯酸橡胶、异戊二烯橡胶、NBR(丁腈橡胶)、SBR(丁苯橡胶)等。橡胶成分可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
在本发明的摩擦材料组合物含有橡胶成分的情况下，其含量优选为0.1～5质量％，更优选为0.5～3质量％。
另外，在并用腰果颗粒和橡胶成分的情况下，可以使用由橡胶成分被覆腰果颗粒而得到的材料，也可以分别使用。
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1～15质量％，进一步优选为2～10质量％。如果有机填充材料的含量大于或等于上述下限值，则存在能够避免因摩擦材料的弹性模量变高而引起的噪声等音振性能恶化的倾向，另外如果小于或等于上述上限值，则能够避免耐热性恶化、由热历程引起的强度降低。
(无机填充材料(氢氧化钙、碳酸钠))
本发明的摩擦材料组合物含有无机填充材料。无机填充材料具有调节摩擦材料的摩擦系数、使耐热性和防止锈固着效果提高的功能，成分、粒径、硬度、形状等多样。本发明的摩擦材料组合物至少含有2.5～6质量％的氢氧化钙和0.7～1.5质量％的碳酸钠作为无机填充材料。氢氧化钙的含量优选为2.8～6质量％，更优选为3～5质量％，进一步优选为3～4质量％。碳酸钠的含量优选为0.8～1.2质量％，更优选为0.8～1.0质量％。通过将氢氧化钙的含量和碳酸钠的含量分别设为上述范围，能够兼顾保持高速高温制动时的摩擦系数和防止锈固着。
(其他无机填充材料)
作为除上述氢氧化钙和碳酸钠以外的其他无机填充材料，例如可以使用钛酸盐、氧化锆、氧化镁、硅酸锆、硅酸钙、金属硫化物、氧化钙、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、白云石、石墨、焦炭、云母、氧化铁、蛭石、硫酸钙、滑石、粘土、沸石、α-氧化铝、γ-氧化铝、莫来石、铬铁矿、氧化钛、二氧化硅等，可以将它们单独使用或组合两种以上来使用。
其中，作为其他无机填充材料，优选含有选自由钛酸盐、氧化锆、石墨和金属硫化物组成的组中的至少一种。
(钛酸盐)
钛酸盐的莫氏硬度低至约4，熔点较高，达到大于或等于1,000℃，因此，通过在高速高温制动时介入摩擦界面，能够提高摩擦材料的耐磨损性。另外，钛酸盐具有提高摩擦系数的稳定性的效果。
作为钛酸盐，例如优选包含选自由钛酸钾(6-钛酸钾、8-钛酸钾)、钛酸锂钾、钛酸镁钾和钛酸钠组成的组中的至少一种，更优选包含选自由钛酸钾和钛酸锂钾组成的组中的至少一种，进一步优选钛酸钾。
作为钛酸盐的形状，没有特别限制，从避免人体有害性的观点考虑，优选为非针状。所谓非针状的钛酸盐，是指呈多边形、圆、椭圆等形状的板状钛酸盐；鳞片状钛酸盐；柱状钛酸盐；不定形状的钛酸盐等，其中优选鳞片状钛酸盐。
钛酸盐的形状例如可以通过扫描型电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope；SEM)观察进行解析。
钛酸盐的平均粒径没有特别限制，优选为1～50μm，更优选为1.5～40μm，进一步优选为2.0～30μm。
需要说明的是，本说明书中，平均粒径是指使用激光衍射粒度分布测定的方法测定的d50的值(体积分布的中位径，累积中央值)，以下同样。平均粒径例如可以使用激光衍射/散射式粒径分布测定装置、商品名：LA·920(株式会社堀场制作所制)来测定。
在本发明的摩擦材料含有钛酸盐的情况下，其含有率相对于摩擦材料总量优选为0.5～30质量％，更优选为1～20质量％，进一步优选为5～20质量％，特别优选为10～20质量％。如果钛酸盐的含有率大于或等于上述下限值，则存在耐磨损性变得良好的倾向，如果小于或等于上述上限值，则存在能够抑制摩擦系数降低的倾向。
(氧化锆)
由于氧化锆的莫氏硬度为7左右，因此作为磨削材料发挥作用。
氧化锆的平均粒径没有特别限制，优选为1～14μm，更优选为5～10μm。
在本发明的摩擦材料含有氧化锆的情况下，其含量相对于摩擦材料总量100质量％优选为5～20质量％，更优选为10～18质量％。如果氧化锆的含量大于或等于上述下限值，则存在高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数优异的倾向，如果小于或等于上述上限值，则存在容易抑制作为对置材料的盘状转子磨损的倾向。
(石墨)
本发明的摩擦材料优选含有石墨。石墨作为润滑剂发挥作用，通过摩擦材料含有石墨，从而摩擦材料的耐磨损性提高。进一步，利用石墨也能够提高摩擦材料的热导率。作为石墨，没有特别限制，可以使用公知的石墨即天然石墨、人造石墨中的任一种。
石墨的平均粒径没有特别限制，优选为50～1,000μm，更优选为80～800μm，进一步优选为100～800μm。石墨也可以将两种以上具有不同平均粒径的石墨组合使用。如果石墨的平均粒径大于或等于上述下限值，则存在可抑制热导率过度上升，容易抑制摩擦热向背板侧传热而产生汽塞的倾向。另外，如果小于或等于上述上限值，则存在热导率提高、可促进成形时的结合材料固化、摩擦材料的强度提高的倾向。
在本发明的摩擦材料含有石墨的情况下，其含有率相对于摩擦材料总量优选为0.5～20质量％，更优选为1～15质量％，进一步优选为1～10质量％，特别优选为2～7质量％。如果石墨的含有率大于或等于上述下限值，则存在耐磨损性提高而且容易提高热导率的倾向，如果小于或等于上述上限值，则存在抑制热导率过度上升，而且容易抑制摩擦系数降低的倾向。
(金属硫化物)
作为金属硫化物，例如可列举硫化铋、硫化锡、二硫化钼、硫化铁、硫化锌、硫化钨和硫化锰等，优选为选自由它们组成的组中的至少一种。需要说明的是，本发明中，该金属硫化物不含三硫化锑。
作为金属硫化物，从耐磨损性的观点考虑，优选硫化锡。
在本发明的摩擦材料含有金属硫化物的情况下，相对于摩擦材料总量，其含量优选为0.1～10质量％，更优选为0.5～6质量％，进一步优选为1～5质量％，特别优选为2～4质量％。如果金属硫化物的含量大于或等于上述下限值，则存在能够抑制转子磨损的倾向，如果小于或等于上述上限值，则存在能够抑制摩擦系数降低的倾向。
无机填充材料的合计含量在摩擦材料用组合物中优选为20～80质量％，更优选为30～80质量％，进一步优选为40～80质量％。通过将无机填充材料的合计含量设为上述范围，从而存在可避免耐热性恶化的倾向。
(纤维基材)
纤维基材在摩擦材料中显示增强作用。作为纤维基材，可列举有机纤维、无机纤维、金属纤维等。
作为有机纤维，可列举芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、纤维素纤维、酚醛树脂纤维等。有机纤维可以单独使用一种，也可以并用两种以上。其中，从耐热性和增强效果的观点考虑，优选使用芳族聚酰胺纤维。
作为无机纤维，可以使用硅灰石、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、矿物纤维、碳纤维、玻璃纤维、钛酸钾纤维、铝硅酸盐纤维等。无机纤维可以单独使用一种，也可以并用两种以上，从对人体的有害性的观点考虑，优选不含吸入性的钛酸钾纤维等。
需要说明的是，上述矿物纤维是以矿渣棉等高炉炉渣、玄武岩纤维等玄武岩、其他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，更优选为包含Al元素的天然矿物。具体地说，可以将含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、Na2O等的物质、或含有一种或两种以上这些化合物的物质用作矿物纤维。作为矿物纤维，优选为包含铝元素的矿物纤维，更优选为含有Al2O3的矿物纤维，进一步优选为含有Al2O3和SiO2的矿物纤维。
从避免人体有害性的观点考虑，矿物纤维优选为生物体溶解性的。这里所说的生物体溶解性的矿物纤维是具有即使在进入人体内的情况下也可在短时间内部分分解并排出到体外的特征的矿物纤维。具体地说，示出化学组成为碱金属氧化物和碱土金属氧化物的总量(钠、钾、钙、镁和钡的氧化物的总量)大于或等于18质量％，并且满足以下条件中的任一项的纤维(参照EU指令97/69/EC的Nota Q(排除致癌性适用))：(a)在基于短期吸入暴露的生物体内耐久试验中，长度超过20μm的纤维的半衰期小于10天；(b)在基于短期气管内注入的生物体内耐久试验中，长度超过20μm的纤维的半衰期小于40天；(c)在腹腔内投药试验中无有意的致癌性；或(d)在长期吸入暴露试验中无与致癌性相关的病理结果或肿瘤形成。作为这样的生物体分解性矿物纤维，可列举SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO(-K2O-Na2O)系纤维等，可列举以任意的组合含有选自SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、K2O和Na2O等中的至少两种的矿物纤维。
本发明的摩擦材料组合物含有铁纤维作为金属纤维，且该铁纤维的含量小于或等于5质量％。由于盘状转子通常为铸铁制，因此通过在摩擦材料中也添加铁纤维，能够得到金属凝结效果，能够提高高速高温制动时的动摩擦系数和静摩擦系数。铁纤维的含量优选为0.5～5质量％，更优选为1～5质量％，进一步优选为1.5～4.5质量％，特别优选为2～4质量％。通过将铁纤维的含量设为大于或等于0.5质量％，从而存在容易表现出静摩擦系数的提高效果、和高速高温制动时的动摩擦系数的提高效果的倾向。如果铁纤维的含量大于上述范围的上限值，则锈固着增加，且对对置材料的攻击性会极端恶化。
需要说明的是，通过在摩擦材料组合物中以上述含量含有铁纤维，虽然能够提高高速高温制动时的动摩擦系数和静摩擦系数，但一般而言，存在由于含有铁纤维而容易发生锈固着这样的弊病。本发明中，通过进一步含有预定量的锌粉和氢氧化钙以及含硅氧烷的酚醛树脂，从而在提高了高速高温制动时的动摩擦系数和静摩擦系数的状态下成功地使锈固着不易发生。如后所述，通过也将摩擦材料的气孔率设为预定范围，从而不易发生锈固着的效果增强。
作为除铁纤维以外的金属纤维，例如可列举钛纤维、锌纤维、铝纤维等。它们可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
纤维基材在摩擦材料组合物中优选含有5～40质量％，更优选含有5～35质量％，进一步优选含有6～30质量％，特别优选含有6～20质量％。如果将纤维基材的含量设为上述范围，则有下述效果：在不会带来效力特性显著降低等弊病的情况下对摩擦材料赋予适度的增强效果。
(金属粉(锌粉))
本发明的摩擦材料组合物至少含有1～5质量％的锌粉作为金属粉。锌与铁相比离子化倾向大，因此比铁更容易氧化。因此，通过含有锌粉，从而摩擦材料中的铁纤维、盘状转子、或盘状转子的磨损粉不易在摩擦界面生锈，会减轻锈固着。摩擦材料组合物中的锌粉的含量优选为1～4.5质量％，更优选为1～4质量％，进一步优选为1～3质量％。通过将锌粉的含量设为上述范围，能够兼顾锈固着防止效果和高温(例如大于或等于300℃)下的耐磨损性。
作为除锌粉以外的金属粉，可列举铁粉、锡粉、铝粉等、以及含有选自由铁、锡和铝组成的组中的至少一种金属的合金粉等。除锌粉以外的金属粉可以单独使用一种，也可以并用两种以上。本发明的摩擦材料组合物可以含有除锌粉以外的金属粉，也可以不含有。在本发明的摩擦材料组合物含有除锌粉以外的金属粉的情况下，其含量只要不损害本发明的效果就没有特别限制，但优选小于或等于5质量％，更优选小于或等于3质量％，进一步优选小于或等于1质量％，特别优选小于或等于0.5质量％。
另外，金属粉只要不会导致特性的极端恶化，则不受粒度、形状等的限制。例如，作为形状，无论是通过一般的雾化法等制造的球状还是通过一般的切削法等制造的柱状等都没有问题。另外，作为金属的纯度优选大于或等于90％，但即使由于金属粉、和摩擦材料组合物的长期保管等而导致金属粉表面变化为金属氧化物等，也没有问题。
(其他成分)
另外，本发明的摩擦材料组合物除了上述材料以外还可以根据需要配合其他材料。
[摩擦材料和摩擦构件]
本发明的摩擦材料组合物可以作为汽车等的盘式制动衬块、制动衬片等摩擦材料使用，通过对本发明的摩擦材料组合物实施向目标形状的成形、加工、贴附等工序，从而也可以作为离合器衬片、电磁制动器、保持制动器等摩擦材料使用。
本发明也提供将本发明的摩擦材料组合物成形而成的摩擦材料。该摩擦材料可以作为摩擦面。作为本发明的摩擦构件，例如可列举下述的构成等。
所列举的构成有：
(1)仅有摩擦材料的构成，
(2)具有背衬和形成于该背衬上的上述摩擦材料的构成，
(3)在上述(2)的构成中，在背衬与摩擦材料之间进一步介入了底漆层和粘接层中的至少一方的构成，其中所述底漆层是以用于提高背衬的粘接效果的表面改性为目的，所述粘接层是以背衬与摩擦构件的粘接为目的，等。其中，优选上述(2)或(3)的构成[也就是说，具有本发明的摩擦材料和背衬的摩擦构件]，更优选上述(3)的构成。
上述背衬可以使用为了提高摩擦构件的机械强度而通常作为摩擦构件来使用的背衬。作为背衬的材质，可列举金属、纤维增强塑料等，更具体地说，例如可列举铁、不锈钢、无机纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等。作为上述底漆层和上述粘接层，以通常用于制动片等摩擦构件的底漆层和粘接层为佳。
本发明的摩擦材料可以使用一般使用的方法来制造。具体地说，可以通过将本发明的摩擦材料组合物加热加压成形来制造摩擦材料。详细而言，例如可以如下得到摩擦材料，即：使用罗迪格混合机(“Loedige”为注册商标。)、加压捏合机、爱立许混合机(“EIRICH”为注册商标。)等混合机将本发明的摩擦材料组合物充分混合，将该混合物用成形模具进行预成形，将得到的预成形物在成形温度130～160℃、成形压力20～50MPa、成形时间2～10分钟的条件下进行成形，将得到的成形物在150～250℃进行2～10小时热处理。需要说明的是，也可以根据需要进行涂装、焦烧处理、研磨处理等。
(气孔率)
本发明的摩擦材料的气孔率优选为5～18％，更优选为8～18％，进一步优选为8～13％。如果摩擦材料的气孔率在上述范围内，则存在不易发生锈固着的倾向。该气孔率是依据JIS D4418(1996年)测定的值。需要说明的是，气孔率可以通过调节上述摩擦材料的制造条件来改变。特别是基于成形工序中的成形压力、成形温度和成形时间，容易调节气孔率。具体地说，通过提高成形压力和成形温度，延长成形时间，能够降低气孔率，相反，通过降低成形压力和成形温度，缩短成形时间，能够增大气孔率。
本发明的摩擦材料组合物由于高速高温制动时的摩擦系数和高温(例如大于或等于300℃)下的耐磨损性等优异，因此作为盘式制动衬块和制动衬片等摩擦构件的“贴面材”是有用的，进一步也可以成形为摩擦构件的“底层材”来使用。
需要说明的是，“贴面材”是指成为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料，“底层材”是指介于成为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料与背衬之间、且以提高摩擦材料与背衬的粘接部附近的剪切强度、耐开裂性为目的的层。
实施例
以下，通过实施例进一步详细地说明本发明。但本发明不受这些例子的任何限定。
＜实施例1～7、比较例1～10和参考例1＞
[盘式制动衬块的制作]
按照表1和表2所示的配合量配合材料，得到各例的摩擦材料组合物。
用“Loedige(注册商标)Mixer M20”(商品名，株式会社Matsubo制)将各例中得到的摩擦材料组合物混合，将该混合物用成形压机(王子机械株式会社制)进行预成形，在成形温度145℃、成形压力35MPa、成形时间5分钟的条件下使用成形压机(三起精工株式会社制)，将得到的预成形物与日立Automotive Systems株式会社制的背衬(铁制)一起进行加热加压成形，并将得到的成形品在200℃热处理4.5小时，使用旋转式研磨机进行研磨，得到盘式制动衬块(摩擦材料的厚度为8.5mm，摩擦材料投影面积为25cm2)。
需要说明的是，各例中使用的各种材料如下所述。
[结合材料]
·树脂A(含硅氧烷的酚醛树脂)；三井化学株式会社制，RX2325C(商品名)
·树脂B(酚醛树脂)；日立化成株式会社制，HP491UP(商品名)
[有机填充材料]
·腰果颗粒
·橡胶成分：轮胎橡胶粉
[无机填充材料]
·钛酸钾
·石墨
·氧化锆
·三硫化锑
·硫化锡
·氢氧化钙
·碳酸钠
·硫酸钡
[纤维基材]
·铜纤维(金属纤维)
·铁纤维(金属纤维)
·芳族聚酰胺纤维(有机纤维)
·矿物纤维(无机纤维)
[金属粉]
·锌粉
使用制动发电机试验机(新日本特机株式会社制)对通过上述方法制作的各例的盘式制动衬块进行各种性能的评价。各种性能的评价(其中，不包括气孔率的评价)在日产汽车株式会社制“Murano”(注册商标)的Z51型的车辆部件和车辆条件下进行。将结果示于表1和表2中。
(1.气孔率)
气孔率依据JIS D4418(1996年)进行测定。
(2.高速高温制动时的摩擦系数)
试验在环境温度25℃、湿度30％下实施，并依据JASO C406来实施。其中，在第2效力试验中追加245km/h、0.6G的制动(制动开始时的盘状转子温度为500℃)，将其作为高速高温制动时的摩擦系数进行测定。
关于高速高温制动时的摩擦系数，将大于或等于0.25记为优秀并评价为“A”，将大于或等于0.20且小于0.25记为可容许并评价为“B”，将小于0.20记为不适合并评价为“C”。
(3.静摩擦系数)
试验在环境温度25℃、湿度30％下实施。从JASO C406的试验项目a(初期测定)实施至试验项目f(第1再相互摩擦)后，进行静摩擦系数的测定。静摩擦系数的测定是在停止状态下施加液压10MPa后，由沿与相互摩擦时相反方向(后退方向)以1rpm的速度使盘状转子旋转时的启动时转矩和液压算出(静摩擦系数＝启动时转矩/液压)。
关于静摩擦系数，将大于或等于0.34记为优秀并评价为“A”，将大于或等于0.30且小于0.34记为可容许并评价为“B”，将小于0.30记为不适合并评价为“C”。
(4. 400℃时的衬块磨损量)
试验依据JASO C427，分别测量制动前制动温度为400℃时的盘式衬块的磨损量，作为400℃这样的高温下的耐磨损性并根据下述评价基准进行评价。
也就是说，将小于1.00mm记为高温下的耐磨损性为优秀并评价为“A”，将1.00～1.49mm记为可容许并评价为“B”，将超过1.50mm记为不适合并评价为“C”。
(5.锈固着力)
试验在环境温度25℃、湿度30％的条件下实施JASO C406的试验项目d(相互摩擦)。将从试验机取下的盘式衬块在5％盐水中浸渍15分钟后，放置在固定于平坦的作业台上的盘状转子的滑动面。72小时后，使用推拉力计等沿滑动方向按压盘式衬块，将从盘状转子剥落时的最大载荷作为锈固着力进行测定。
将锈固着力为0(零)N的情况记为锈固着防止效果优秀并评价为“A”，将超过0～小于100N记为可容许并评价为“B”，将大于或等于100N记为不适合并评价为“C”。
[表1]
表1
·配合量的单位为质量份。
[表2]
表2
·配合量的单位为质量份。
实施例1～7显示出了与含有铜和三硫化锑的参考例1相同水准的高速高温制动时的摩擦系数、静摩擦系数、400℃时的耐磨损性和锈固着防止效果。另一方面，对于不使用含硅氧烷的酚醛树脂(树脂A)的比较例1、不含铁纤维的比较例2、铁纤维的含量超过5质量％的比较例3、不含锌粉的比较例4、锌粉的含量超过5质量％的比较例5和比较例6(比较例6中进一步气孔率超过了18％。)、氢氧化钙的含量小于2.5质量％的比较例7、氢氧化钙的含量超过6质量％的比较例8、碳酸钠的含量小于0.7质量％的比较例9、碳酸钠的含量超过1.5质量％的比较例10，在高速高温制动时的摩擦系数、静摩擦系数、高温下的耐磨损性和锈固着防止效果的任一项中，有C评价。
产业上的可利用性
本发明的摩擦材料组合物即使不使用环境负荷高的铜和锑化合物，与以往产品相比，高速高温制动时的摩擦系数和静摩擦系数也高，高温下的耐磨损性优异，且不易发生锈固着，因此适合于也要求作为停车制动器起作用的载客车用制动衬块等摩擦材料和摩擦构件。
Claims (8)
1.一种摩擦材料组合物，其为含有结合材料、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，不含作为元素的铜，或即使含有铜，铜的含量以铜元素计也小于0.5质量％，
不含作为元素的锑，
含有铁纤维，且该铁纤维的含量小于或等于5质量％，
含有1～5质量％的锌粉，
含有2.5～6质量％的氢氧化钙，
含有0.7～1.5质量％的碳酸钠，
并且含有含硅氧烷的酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，所述铁纤维的含量为0.5～5质量％。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料组合物，其含有腰果颗粒作为所述有机填充材料。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摩擦材料组合物，其含有橡胶成分作为所述有机填充材料。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的摩擦材料组合物，其含有选自由钛酸盐、氧化锆、石墨和金属硫化物组成的组中的至少一种作为所述无机填充材料。
6.一种摩擦材料，将权利要求1～5中任一项所述的摩擦材料组合物成形而成。
7.根据权利要求6所述的摩擦材料，气孔率为5～18％。
8.一种摩擦构件，其具有权利要求7所述的摩擦材料和背衬。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210907 |
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