CN114174420A - 摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供一种摩擦材料，其用于汽车等的盘式制动器，由NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，其能够抑制高温制动时的制动振动。为达成该目的，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到的摩擦材料使用一种摩擦材料组合物，在该摩擦材料组合物中，含有相对于摩擦材料组合物总量为5～9重量％的粘合材料，同时，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，进而含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料，相对于摩擦材料组合物总量为0.5～3重量％的平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅作为无机摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为0.1～2重量％的平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠作为无机摩擦调整材料。
Description
技术领域
本发明提供一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO(Non-Asbestos-Organic：无石棉有机)材料的摩擦材料组合物成型得到。
背景技术
以往，使用盘式制动器作为轿车的制动装置，作为其摩擦构件，使用通过将摩擦材料粘贴于金属制的基体构件得到的盘式制动衬块。
盘式制动衬块中使用的摩擦材料主要分类为下面的三种。
＜半金属摩擦材料＞
含有相对于摩擦材料组合物总量而言30重量％以上不足60重量％的钢纤维作为纤维基材的摩擦材料。
＜少金属摩擦材料＞
在纤维基材的一部分中包含钢纤维，并且含有相对于摩擦材料组合物总量而言不足30重量％的钢纤维的摩擦材料。
＜NAO(无石棉有机)材料＞
不包含钢纤维和/或不锈钢纤维等钢类纤维作为纤维基材的摩擦材料。
此外，为了确保所需的性能，在常规摩擦材料中添加相对于摩擦材料组合物总量为5～20重量％左右的铜成分如铜或铜合金纤维或颗粒等作为必需成分。
但是，近年来提出，此类摩擦材料在制动时会以磨耗粉形式排出铜，这些排出的铜有通过流入河流、湖泊和海洋而污染水域的可能性。
在此背景下，美国加利福尼亚州和华盛顿州通过了下述法案：从2021年开始，禁止使用含有5重量％以上铜成分的摩擦材料的摩擦构件的销售以及向新车中的组装，在其数年后，禁止使用含有0.5重量％以上铜成分的摩擦材料的摩擦构件的销售以及向新车中的组装。
由于预计未来此类法规将遍布全世界，因此减少摩擦材料中所含的铜成分已成为当务之急。
但是，如果摩擦材料中所含的铜成分减少，则摩擦材料的热传导率降低，摩擦材料的摩擦面的热量在高温制动时不扩散，摩擦材料的磨损量增加，并且会产生制动振动的问题，其原因来自于摩擦面温度不均匀的上升。
作为现有技术，可例举下述专利文献1和2。
专利文献1记载了摩擦材料组合物以及将该摩擦材料组合物成形得到的摩擦材料，该摩擦材料组合物含有粘合材料、有机填充材料、无机填充材料、纤维基材，该摩擦材料组合物不含铜作为元素，或铜的含量为0.5质量％以下，并含有2～5质量％的纤维长度为2500μm以下的钢纤维。
专利文献2记载了摩擦材料组合物以及将该摩擦材料组合物成形得到的摩擦材料，该摩擦材料组合物含有粘合材料、有机填充材料、无机填充材料、纤维基材，该摩擦材料组合物不含铜作为元素，或铜的含量为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，并以作为钛酸盐的具有隧道结构的晶体结构的钛酸盐和具有层状结构的晶体结构的钛酸盐为必需成分。
根据专利文献1和2的发明，在不含有环境负荷高的铜的情况下，也能够抑制高温制动时的制动振动。
但是，专利文献1和2中记载的摩擦材料是包含钢纤维作为纤维基材的所谓低钢摩擦材料，存在容易产生车轮锈污和制动噪声的问题。
在专利文献3等中，已知不含有钢纤维、不锈钢纤维等钢类纤维作为纤维基材的摩擦材料，即所谓的NAO材料的摩擦材料，NAO材料的摩擦材料中车轮锈污和制动噪声的发生虽然很少，但目前还没有建立解决高温制动时制动振动问题的手段。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-98362号公报
专利文献2：日本特开2016-121243号公报
专利文献3：日本特开2017-193612号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明提供一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，能够抑制高温制动时的制动振动。
用于解决问题的手段
推测高温制动时的制动振动是通过以下机制产生的。
为了保证制动效能，摩擦材料中加入了腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料。
当盘式转子的摩擦面因高速制动而温度升高时，摩擦材料中所含的腰果壳油摩擦粉受热分解，生成焦油状物质。这种焦油状物质不均匀地转移并附着到盘式转子的摩擦面，形成覆膜。而且，重复进行的高速制动使盘式转子摩擦面的温度进一步升高。
此时，盘式转子的摩擦面中，转移并附着的焦油状物质的覆膜的特别厚的部分变为高温而热膨胀，导致盘式转子的摩擦面上的厚度差。
另外，由于摩擦材料蓄热，摩擦材料的摩擦面也不均匀地膨胀，盘片转子与摩擦材料的接触变得不均匀，产生制动振动。
本发明人经过深入研究，发现对于用于盘式制动衬块的、由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物的成型得到的摩擦材料而言，在摩擦材料组合物中含有特定量的粘合材料，同时，含有特定量的硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，进而，含有特定量的腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料，含有特定量的具有特定平均粒径的熔融二氧化硅作为无机摩擦调整材料，并且含有特定量的具有特定平均粒径的电熔硅酸锆珠作为无机摩擦调整材料，可以控制高温制动时焦油状物质的覆膜形成，并有效地减少制动振动。
本发明涉及一种用于盘式制动衬块的、由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到的摩擦材料，其以如下技术为基础。
(1)一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，其特征在于，上述摩擦材料组合物中，含有相对于摩擦材料组合物总量为5～9重量％的粘合材料，同时，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，进而含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料，相对于摩擦材料组合物总量为0.5～3重量％的平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅作为无机摩擦调整材料，和相对于摩擦材料组合物总量为0.1～2重量％的平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠作为无机摩擦调整材料。
(2)根据上述(1)所述的摩擦材料，其特征在于，上述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的弹性石墨化碳作为润滑材料。
发明效果
根据本发明，提供一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，能够抑制高温制动时的制动振动。
具体实施方式
本发明涉及一种含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物，其含有相对于摩擦材料组合物总量为5～9重量％的粘合材料，相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料，相对于摩擦材料组合物总量为0.5～3重量％的平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅作为无机摩擦调整材料，以及相对于摩擦材料组合物总量为0.1～2重量％的平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠作为无机摩擦调整材料。
<粘合材料——硅橡胶改性酚醛树脂>
通过添加硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，可以使摩擦材料的压缩应变量增加。而且，即使盘式转子的摩擦面上产生厚度差，如果摩擦材料的压缩应变量大，摩擦材料也会跟随该厚度差，因此接触变均匀，可以抑制制动振动。
相对于摩擦材料组合物总量，粘合材料的含量为5～9重量％，同时，相对于摩擦材料组合物总量，硅橡胶改性酚醛树脂的含量为1～4重量％，优选为，相对于摩擦材料组合物总量，粘合材料的含量为6～8重量％，相对于摩擦材料组合物总量，硅橡胶改性酚醛树脂的含量为2～3重量％。
如果粘合材料的含量不足5重量％，无法获得充分的抗磨损性，如果粘合材料的含量超过9重量％，无法获得充分的抗热衰退性。
另外，如果硅橡胶改性酚醛树脂的含量不足1重量％，无法获得制动振动的抑制效果，如果硅橡胶改性酚醛树脂的含量超过4重量％，会产生抗热衰退性降低的问题。
作为硅橡胶改性酚醛树脂以外的粘合材料，可例举直链酚醛树脂、腰果油改性酚醛树脂、丙烯酸橡胶改性酚醛树脂、丁腈橡胶(NBR)改性酚醛树脂、苯酚芳烷基树脂(芳烷基改性的酚醛树脂)、氟聚合物分散的酚醛树脂等在摩擦材料中通常使用的粘合材料，它们可以单独使用一种或将两种以上组合使用。
<腰果壳油摩擦粉>
通过将作为有机摩擦调整材料的腰果壳油摩擦粉的添加量减少为相对小的量，可以在将高速制动时焦油状物质的产生抑制在最低程度的同时，获得良好的制动效能。
相对于摩擦材料组合物总量，腰果壳油摩擦粉的添加量为1～4重量％，优选1.5～2重量％。
腰果壳油摩擦粉的添加量不足1重量％时，制动效能不充分，腰果壳油摩擦粉的添加量超过4重量％时，高速制动时，焦油状物质向盘式转子摩擦面不均匀地转移并附着，容易发生制动振动。
<熔融二氧化硅——电熔硅酸锆珠>
通过添加特定量的作为无机摩擦调整材料的平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅、平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠，不会过度磨削对磨侧的摩擦面，可以适度清洁摩擦面上形成的焦油状物质的覆膜，并且可以防止由于焦油状物质的不均匀转移并附着而引起的制动振动的发生。
相对于摩擦材料组合物总量，平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅的添加量为0.5～3重量％，相对于摩擦材料组合物总量，平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠的添加量为0.1～2重量％。优选为，相对于摩擦材料组合物总量，平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅的添加量为1～2重量％，相对于摩擦材料组合物总量，平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠的添加量为0.2～1重量％。
在本发明中，平均粒径是通过激光衍射粒度分布法测得的50％颗粒直径的数值。
另外，熔融二氧化硅是将粉碎的原料硅石在高温火焰中熔融，通过表面张力球形化而得到的二氧化硅颗粒。作为熔融二氧化硅，可以使用デンカ株式会社(Denka CompanyLimited)制造的球状熔融二氧化硅FB系列等。
又，电熔硅酸锆珠是通过电熔法将结晶氧化锆和无定形二氧化硅熔化制成的珠状硅酸锆。作为电熔硅酸锆珠，可以使用サンゴバン公司(Saint-Gobain)制造的マイクロブラスト(Microblast)系列等。
<弹性石墨化碳>
此外，在本发明中，优选相对于摩擦材料组合物总量添加1至4重量％的弹性石墨化碳作为润滑材料。
通过相对于摩擦材料组合物总量添加1～4重量％的弹性石墨化碳，进一步增大了摩擦材料的压缩应变，进一步提高了制动振动的抑制效果。
弹性石墨化碳是由碳质中间相或焦炭制成的碳原材料膨胀、发泡后，按照通过X射线衍射测定的石墨化度成为80～95％的方式，在1900℃～2700℃的温度下进行石墨化处理得到的，具有在施加了压缩载荷之后，去除荷载时的体积恢复率大的特性。作为弹性石墨化碳，可以使用Superior Graphite公司的RGC系列等。
<其他成分>
本发明的摩擦材料除上述粘合材料、腰果壳油摩擦粉、平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅、平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠、弹性石墨化碳外，还由包含通常用于摩擦材料的纤维基材、润滑材料、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、pH调整材料、填充材料等的摩擦材料组合物制成。
作为纤维基材，可以列举芳纶纤维、纤维素纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑纤维、腈纶纤维等在摩擦材料中通常使用的有机纤维，铝纤维、铝合金纤维、锌纤维等在摩擦材料中通常使用的金属纤维，它们可以单独使用一种或者将两种以上组合使用。
相对于摩擦材料组合物总量，纤维基材的含量优选为1～5重量％，更优选为1.5～3重量％。
作为有机摩擦调整材料，除上述腰果壳油摩擦粉外，还可以列举轮胎胎面橡胶粉碎粉以及丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、氟橡胶等硫化橡胶粉或未硫化橡胶粉等在摩擦材料中通常使用的有机摩擦调整材料，它们可以单独使用一种或者将两种以上组合使用。
有机摩擦调整材料的含量与上述腰果壳油摩擦粉合计，相对于摩擦材料组合物总量优选为2～7重量％，更优选为3～5重量％。
作为无机摩擦调整材料，除了上述平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅、平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠之外，还可以列举滑石、粘土、白云石、金云母、白云母、蛭石、四氧化三铁、水合硅酸钙、玻璃珠、沸石、莫来石、铬铁矿、氧化钛、氧化镁、稳定的氧化锆、单斜相氧化锆、电熔硅酸锆珠之外的硅酸锆、γ-氧化铝、α-氧化铝、碳化硅、铝颗粒、铁颗粒、锌颗粒、锡颗粒、非晶须状(板状、柱状、鳞片状、具有多个突起的不定形形状)的钛酸盐(六钛酸钾、八钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾)等在摩擦材料中通常使用的颗粒状无机摩擦调整材料，和硅灰石、海泡石、玄武岩纤维、玻璃纤维、生物可溶性人造矿物纤维和岩棉等在摩擦材料中通常使用的纤维状无机摩擦调整材料，它们可以单独使用一种或者将两种以上组合使用。
相对于摩擦材料组合物总量，无机摩擦调整材料的含量与上述平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅、平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠的合计优选为40～70重量％，更优选50～60重量％。
作为润滑材料，除上述弹性石墨化碳外，还可以列举二硫化钼、硫化锡、硫化锌、硫化铋、硫化钨、复合金属硫化物等在摩擦材料中通常使用的金属硫化物类润滑材料，以及人造石墨、天然石墨、鳞片状石墨、石油焦炭、活性炭、氧化聚丙烯腈纤维粉状粉末等在摩擦材料中通常使用的碳质润滑材料等润滑材料，它们可以单独使用一种或者将两种以上组合使用。
相对于摩擦材料组合物总量，润滑材料的含量与上述弹性石墨化碳合计，优选为5～13重量％，更优选为7～11重量％。
作为pH调整材料，可以使用氢氧化钙等在摩擦材料中通常使用的pH调整材料。
相对于摩擦材料组合物总量，pH调整材料的含量优选为1～5重量％，更优选为2～4重量％。
作为摩擦材料组合物的其余部分，使用硫酸钡或碳酸钙等填充材料。
本发明的盘式制动器所使用的摩擦材料经由如下工序而制造：使用混合机将按预定量配混的摩擦材料组合物均匀地进行混合的混合工序；将所获得的摩擦材料原料混合物与另行预先进行了洗涤、表面处理、并且涂布了粘接材料的背板进行重叠而投入于热成型模具，进行加热加压从而进行成型的加热加压成型工序；将所获得的成型品加热以完成粘合材料的固化反应的热处理工序；进行粉体涂料涂装的静电粉体涂装工序；将涂料进行烧结的涂装烧结工序；利用旋转磨石形成摩擦面的研磨工序。予以说明的是，也存在如下的情况：在加热加压成型工序之后，按照涂装工序、兼作涂料烧结的热处理工序、研磨工序的顺序制造。
根据需要，在加热加压成型工序之前，实施将摩擦材料原料混合物进行造粒的造粒工序，将摩擦材料原料混合物进行混炼的混炼工序，将摩擦材料原料混合物或者通过造粒工序获得的摩擦材料原料造粒物、或通过混炼工序获得的摩擦材料原料混炼物投入于预备成型模具，成型出预备成型物的预备成型工序，在加热加压成型工序之后实施焦烧工序。
实施例
以下示出实施例和比较例来具体说明本发明，但是本发明不受限于下述的实施例。
[实施例1～19、比较例1～14的摩擦材料的制造方法]
利用
混合机将表1、表2、表3、表4中所示组成的摩擦材料组合物混合5分钟，在成型模具内以30MPa加压10秒进行了预备成型。将该预备成型物重叠于预先进行了洗涤、表面处理、并且涂布了粘接材料的钢铁制的背板上，在热成型模具内在成型温度150℃、成型压力40MPa的条件下进行10分钟的成型，然后在200℃进行5小时的热处理(后固化)，进行研磨而形成摩擦面，制作出轿车用盘式制动衬块(实施例1～19、比较例1～14)。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
对所得到的摩擦材料，对通常使用条件下的制动效能、抗热衰退性、高温制动时的制动振动、抗磨损性、鸣音进行了评价。
<制动效能>
根据JASO C406《轿车制动装置台架试验方法》，基于下述基准评价了第二效力试验的车速130km/h、减速度0.3G下的摩擦系数的平均值。
优：0.40以上
良：0.37以上且不足0.40
合格：0.34以上且不足0.37
不合格：不足0.34
<抗热衰退性>
根据JASO C406《轿车制动装置台架试验方法》，测量在第一热衰退试验下的最小摩擦系数，基于下述基准进行了评价。
优：0.30以上
良：0.25以上且不足0.30
合格：0.20以上且不足0.25
不合格：不足0.20
<高温制动时的制动振动>
根据JASO C402《轿车常规制动器车辆试验》，确认热衰退试验时的杂音、振动，并根据以下基准进行了评价。
优：没有发生
良：微弱发生
合格：虽有发生，但没有感觉到
不合格：发生较大
＜抗磨损性＞
依照JASO C427《汽车-制动衬片以及盘式制动衬块-台架磨损试验方法》，在制动初速度50km/h、制动减速度0.3G、制动次数适宜、制动前制动器温度200℃的条件下，测定摩擦材料的磨损量(mm)，换算为制动次数每1000次的磨损量后，基于下述基准进行了评价。
优：不足0.15mm
良：0.15mm以上且不足0.20mm
合格：0.20mm以上且不足0.50mm
不合格：0.50mm以上
＜鸣音＞
根据JASO C402《轿车常规制动器车辆试验方法》，进行车辆鸣音试验，确认制动器的鸣音发生率，并根据以下基准进行了评价。
优：0％
良：超过0％且不足5％
合格：5％以上且不足10％
不合格：10％以上
将评价结果表示在表5、表6、表7、表8中。
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
从各表中可以看出，满足本发明组成的组合物在制动效能、抗热衰退性、高温制动时的制动振动、抗磨损性、鸣音方面均取得了良好的评价结果。
产业上的利用可能性
根据本发明，提供一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，该摩擦材料在满足关于铜成分的含量的法规的同时，还能够抑制高温制动时的制动振动，为具有极高的实用价值的摩擦材料。
Claims (2)
1.一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，由含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、润滑材料且不含铜成分的NAO材料的摩擦材料组合物成型得到，其特征在于，
上述摩擦材料组合物中，
含有相对于摩擦材料组合物总量为5～9重量％的粘合材料，同时，含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的硅橡胶改性酚醛树脂作为粘合材料的一部分，进而
含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的腰果壳油摩擦粉作为有机摩擦调整材料，
相对于摩擦材料组合物总量为0.5～3重量％的平均粒径为15～40μm的熔融二氧化硅作为无机摩擦调整材料，和
相对于摩擦材料组合物总量为0.1～2重量％的平均粒径为10～30μm的电熔硅酸锆珠作为无机摩擦调整材料。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，上述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量为1～4重量％的弹性石墨化碳作为润滑材料。
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