CN114483843A

CN114483843A - 摩擦材料

Info

Publication number: CN114483843A
Application number: CN202111231853.2A
Authority: CN
Inventors: 大泽悠花
Original assignee: Nisshinbo Brake Inc
Current assignee: Nisshinbo Brake Inc
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-05-13
Also published as: JP2022068940A; US20220128109A1

Abstract

提供了一种用于盘式制动衬块的摩擦材料，其通过将含有粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料和润滑材料且不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到，该摩擦材料无蠕滑异常音或锈粘连的发生，并且具有足够的制动效果和耐磨性。解决方案：使用这样的摩擦材料组合物，其含有：相对于摩擦材料组合物总量为2～10重量％的硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料、相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料、1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料、和3～10％重量的石墨作为润滑材料。

Description

摩擦材料

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，并且通过将包含粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料和润滑材料且不含铜组分的无石棉有机物(Non-Asbestos-Organic，NAO)材料的摩擦材料组合物成型而获得。

背景技术

以往，作为乘用车的制动装置，使用盘式制动器，作为其摩擦部件，使用在金属基体部件上粘贴摩擦材料的盘式制动衬块。

近年来，要求制动器的静音性，使用不含作为纤维基材的钢纤维、不锈钢纤维等钢类纤维的NAO材料的摩擦材料的盘式制动衬块被广泛使用。

为了确保所需的性能，在常规的NAO材料的摩擦材料中，以摩擦材料组合物总量的约5～20重量％添加铜或铜合金的纤维或颗粒等铜组分作为必需组分。

然而，近年来，提出这种摩擦材料在制动过程中会释放出铜作为磨屑，释放的铜可能流入河流、湖泊和海洋而污染水体。已开发出如专利文献1中所述的减少铜组分的NAO材料的摩擦材料。

另一方面，需要低频噪声，即所谓的蠕滑异常音得到改善的摩擦材料。

在自动(AT)车辆中，蠕滑异常音是由蠕滑现象在行驶方向产生扭矩进而由摩擦材料与其对象部件盘式转子之间相对速度的变化而产生的振动传输到底盘、车身并辐射而产生的令人不快的低频噪声。

蠕滑异常音被认为是通过以下机制产生的。

由于反复的制动器制动，摩擦材料与盘式转子摩擦产生的磨屑和磨屑的分解产物形成薄膜，附着在转子表面。如果薄膜增涨到过大的厚度或尺寸，则薄膜破裂时制动扭矩将大大释放。由此导致粘着滑动现象变大，产生低频异常音。

专利文献2记载了至少含有纤维基材、摩擦调整材料和重金属材料的铜的摩擦材料，其包含至少一种羟基磷灰石、1～10体积％的沸石，并且进一步含有0.5～2体积％的硬硅钙石型合成水合硅酸钙。

根据专利文献2的发明，提供了通过含有吸附金属铜离子的羟基磷灰石使摩擦材料中的金属铜对环境的污染得到抑制，并且通过提高孔隙率而具有优异的制动失效(fade)特性和噪声产生较少的摩擦材料。

但是，专利文献2的摩擦材料中含有铜，即使羟基磷灰石吸附铜金属离子，但如果羟基磷灰石与铜金属离子一起作为磨屑放出，则有可能污染环境。

尽管专利文献2没有描述硬硅钙石型合成水合硅酸钙的具体形状，但是硬硅钙石型合成水合硅酸钙通常具有纤维形状，并且在专利文献2中描述的硬硅钙石型合成水合硅酸钙也可以理解为纤维状物质。

专利文献3描述了含有平均粒径为25～300μm、细孔容积为30～300mm³/g的造粒赤铁矿煅烧颗粒并且铜组分含量为0.5质量％以下的摩擦材料。

根据专利文献3的发明，能够提供一种在降低了铜组分含量的摩擦材料中，即使在重复轻载制动一定次数以上的情况下，蠕滑异常音也能够降低，并确保充分的耐制动失效性，能够抑制对象部件的攻击性的摩擦材料。

但是，由于专利文献3中所述的造粒赤铁矿煅烧颗粒中含有铁组分，因此如果在摩擦材料中大量添加，则在汽车以驻车制动状态长时间放置后，赤铁矿的铁组分作为起点，含有盘式转子的磨屑和摩擦材料的磨屑的磨屑组分在摩擦材料与盘式转子的界面处形成含锈的薄膜，造成摩擦材料与盘式转子被锈粘连的所谓锈粘连现象。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-88727号公报

专利文献2：日本特开2010-285558号公报

专利文献3：日本特开2019-31616号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供一种用于盘式制动衬块的通过将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料，该摩擦材料无蠕滑异常音或锈粘连的发生，并且具有足够的制动效果和耐磨性。

用于解决课题的手段

作为潜心研究的结果，本发明人发现，通过在用于盘式制动衬块的将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料中使用含有相对于摩擦材料组合物总量为2～10重量％的硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料、相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料、1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料、和3～10％重量的石墨作为润滑材料的摩擦材料组合物，获得了抑制蠕滑异常音和锈粘连的发生的同时实现足够的制动效果和耐磨性的摩擦材料，并完成了本发明。

本发明是用于汽车的盘式制动衬块的通过将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料，并且基于以下技术。

(1)一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，并且其通过将包含粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料和润滑材料且不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而获得，所述摩擦材料组合物含有相对于摩擦材料组合物总量为2～10重量％的硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料、相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料、1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料、和3～10％重量的石墨作为润滑材料。

(2)根据(1)所述的摩擦材料，其中，所述非晶须状钛酸盐是六钛酸钾和/或钛酸锂钾。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种用于盘式制动衬块的通过将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料，该摩擦材料无蠕滑异常音或锈粘连的发生，并且具有足够的制动效果和耐磨性。

具体实施方式

在本发明中，在用于盘式制动衬块的将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料中，使用了含有相对于摩擦材料组合物总量为2～10重量％的硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料、相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料、1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料、和3～10％重量的石墨作为润滑材料的摩擦材料组合物。

基于摩擦材料组合物的总量，以2～10重量％的量添加硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料。

工业上使用的硅酸钙的示例包括硬硅钙石(Xonotlite)型和雪硅钙石(Tobermorite)型。

硬硅钙石的示构式以Ca₆(Si₆O₁₇)(OH)₂表示，是其内部存在针状晶体的多孔颗粒，具有在其表面吸附物质的性质。

雪硅钙石型的示构式由Ca₅(Si₆O₁₈H₂)·8H₂O或Ca₅(Si₆O₁₈H₂)·4H₂O表示，它是具有被称为卡屋(card house)形状的板状晶体结构的多孔颗粒，同样具有在其表面吸附物质的性质。

通过在摩擦材料组合物中加入这样的硅酸钙颗粒，摩擦材料的摩擦面存在的硅酸钙颗粒吸附形成盘式转子表面的膜的物质，可以抑制膜过度生长。由此抑制了蠕滑异常音的产生。硅酸钙颗粒不会引起如含有铁组分的造粒赤铁矿煅烧颗粒以赤铁矿颗粒的铁成分为起点造成的锈粘连现象，而是吸附了引起生锈的水分，因此，优选添加量以不影响盘式制动器生锈的程度为宜。

作为硅酸钙颗粒，可以使用由PROMAT制造的“Promaxon”(商品名，平均粒径35～85μm)，其是硬硅钙石型合成含水硅酸钙颗粒。

将相对大量的硅酸钙颗粒添加到摩擦材料组合物中以改善蠕滑异常音，由此摩擦材料的孔隙率增大，摩擦材料的耐磨性有降低的倾向。

因此，在本发明中，与硅酸钙颗粒一起加入相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料，并加入1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料，和3～10重量％的石墨作为润滑材料。

通过将非晶须状钛酸盐、金属硫化物和石墨的添加量设定在上述范围内，可以获得良好的耐磨性。

非晶须状钛酸盐的例子包括六钛酸钾、八钛酸钾、钛酸镁钾和钛酸锂钾，它们可以单独使用或两种以上组合使用。

其中，从提高制动效果和耐磨性的观点来看，优选单独使用六钛酸钾和钛酸锂钾，或将六钛酸钾和钛酸锂钾组合使用。

当钛酸盐的含量低于15重量％时，盘式转子上形成的钛酸盐转移膜容易不均匀，摩擦材料的摩擦系数变得不稳定，影响制动效果。可能会影响。

此外，当钛盐的含量超过30重量％时，盘式转子上形成的钛盐转移膜增多，钛酸盐形成的膜过厚，制动器制动时，膜可能会破裂并部分剥落。因此，摩擦材料与对象部件的接触不稳定，摩擦材料的摩擦系数变得不稳定，可能会产生蠕滑异常音。

非晶须状钛酸盐包括大塚化学株式会社制造的Terracess TF-S(板状六钛酸钾)、Terracess JP(具有多个突起的不定形六钛酸钾)、Terracess L(鳞片状钛酸锂钾)、Terracess PS(鳞片状钛酸镁)，株式会社久保田制造的TXAX-MA(板状六钛酸钾)、TXAX-A(板状六钛酸钾)，东邦钛株式会社制造的TOFIX-S(颗粒状六钛酸钾)、TOFIX-SNR(颗粒状六钛酸钾)等。

作为金属硫化物，优选使用选自硫化锌、二硫化钼、三硫化锑、硫化铁和硫化锡中的一种或两种以上的组合。

作为石墨，可以单独使用天然石墨和人造石墨或两者组合使用。

本发明的摩擦材料由除上述硅酸钙颗粒、非晶须状钛酸盐、金属硫化物和石墨外通常还包含粘合材料、纤维基材、润滑材料、无机摩擦调整材料、有机摩擦调整材料、pH调整材料、填充材料等的摩擦材料组合物构成。

作为粘合材料，可以提及直链酚醛树脂、腰果油改性酚醛树脂、丙烯酸橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶改性酚醛树脂、丁腈橡胶(NBR)改性酚醛树脂、苯酚/芳烷基树脂(芳烷基改性酚醛树脂)、含氟聚合物分散酚醛树脂、硅橡胶分散酚醛树脂等在摩擦材料中通常使用的粘合材料，它们可以单独使用或两种以上组合使用。粘合材料的含量优选为摩擦材料组合物总量的4～9重量％，更优选为5至8重量％。

纤维基材的例子包括芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑纤维和丙烯酸纤维等通常用于摩擦材料的有机纤维，它们可以单独使用或两种以上组合使用。纤维基材的含量优选为摩擦材料组合物总量的1～7重量％，更优选为2～4重量％。

作为润滑材料，除了上述金属硫化物、石墨以外，还可以使用弹性石墨化碳、石油焦、活性炭、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉等碳质类润滑材料等通常用于摩擦材料的润滑材料。它们可以单独使用或两种以上组合使用。润滑材料的含量优选为连同上述金属硫化物和石墨的合计量为摩擦材料组合物总量的5～20重量％，更优选7～16重量％。

除上述的硅酸钙颗粒、非晶须状钛酸外，无机摩擦调整材料的例子包括金云母、白云母、四氧化三铁、玻璃珠、氧化硅、氧化镁、稳定氧化锆、硅酸锆、γ-氧化铝、α-氧化铝、碳化硅、锡颗粒、锌颗粒、铝颗粒等颗粒状无机摩擦调整材料、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、岩棉等纤维状无机摩擦调整材料，它们可以单独使用或两种以上组合使用。无机摩擦调整材料的含量优选为连同上述硅酸钙和非晶须状钛酸盐的合计量为摩擦材料组合物总量的40至70重量％，优选45至65重量％。

有机摩擦调整材料的例子包括腰果壳油摩擦粉、轮胎胎面橡胶粉碎粉、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、硅橡胶、丁基橡胶等硫化橡胶粉或未硫化橡胶粉等通常用于摩擦材料的有机摩擦调整材料，它们可以单独使用或两种以上组合使用。有机摩擦调整材料的含量优选为摩擦材料组合物总量的2至8重量％，更优选为3至7重量％。

作为pH调整材料，可以使用氢氧化钙等通常用于摩擦材料的pH调整材料。pH调整材料优选为摩擦材料组合物的总量的1～7重量％，更优选为2～4重量％。

作为摩擦材料组合物的余量，使用硫酸钡、碳酸钙等填充材料。

本发明的盘式制动器中使用的摩擦材料是经过以下工序制造的：使用混合器将按规定量配制的摩擦材料组合物均匀混合的混合工序，将得到的摩擦材料原料混合物分别进行预清洗和表面处理，并与涂有粘合材料的背板叠放在一起，放入热成型模具中，加热加压以进行成型的加热加压成型工序，将得到的成型品加热以完成粘合材料的固化反应的热处理工序，涂覆粉末涂料的静电粉末涂覆工序，烘烤涂料的涂料烘烤工序、用旋转磨石形成摩擦面的抛光工艺。在加热加压成型工序后，可以按照涂覆工序和涂料烘烤兼用的热处理工序和抛光工序的顺序制造。

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造粒的造粒工序、捏合摩擦材料原料混合物的捏合工序、将摩擦材料原料混合物或造粒工序获得的造粒产物、捏合工序中获得的捏合产物放入预成型模具中，使预成型物成型的预成型工序，在加热加压成型工序后实施焦烧工序。

实施例

在下文中，将参考实施例和比较例具体描述本发明，但本发明不限于以下实施例。

[实施例1～15和比较例1～8的摩擦材料的制造方法]

将具有表1至3所示组成的摩擦材料组合物用

混合器混合5分钟，并通过在成型模具中以30MPa加压10秒来预成型。将该预成型物叠放在经过预清洗、表面处理并涂有粘合材料的钢背板上，在热成型模具中在成型温度为150℃，成型压力为40MPa的条件下成型10分钟后，抛光形成摩擦面，在摩擦面以外的部分涂覆涂料，在200℃下热处理5小时，完成热固性树脂的固化反应，同时烘烤在涂覆工序中涂覆的涂料，由此制造乘用车的盘式制动衬块。

表1

表2

表3

评价所得摩擦材料的蠕滑异常音、抗锈粘连性、制动效果和耐磨性。

<蠕滑异常音>

使用实际车辆进行相当于JASO C406的磨合，在室外放置一夜后，进行蠕滑异常音声压级的对比试验。蠕动异常音的评价是通过以下方式进行：以1.0MPa的衬块表面压力在车辆停止状态下缓慢地松开制动器踏板，保持车辆开始行驶时制动器踏板的踩踏力，用声级计测定这时产生的蠕滑异常音。该过程重复10次。

评价标准如下。

优：完全没有产生异常音

良：有异常音，但声压级为57dB以下

通过：有异常音，但声压级高于57dB且低于73dB

未通过：有异常音，声压级为73dB以上

<耐锈粘连性>

根据JIS D4414“锈粘连试验方法”进行锈粘连试验，根据以下基准评价锈粘连力。

评价标准如下。

优：小于50N

良：50N以上且小于150N

通过：150N以上且小于250N

未通过：250N以上

评价所得摩擦材料在正常使用范围内的制动效果和耐磨性。

<制动效果>

按照JASO C406“乘用车-制动装置-测功机试验方法”，进行5次一般性能中规定的第二功效试验的从50km/h的初始速度开始以4MPa的液压制动的试验，求出平均值μ。

评价标准如下。

优：0.42以上且小于0.45

良：0.39以上且小于0.42

通过：0.36以上且小于0.39

未通过：小于0.36

<耐磨性>

按照JASO C427“汽车-制动衬片和盘式制动衬块-测功机磨损试验方法”，载制动初始速度50km/h，制动减速度0.3G，制动次数适当，制动前制动温度为200℃的条件下，测定摩擦材料的磨损量(mm)，换算成每1000次制动的磨损量，进行评价。

评价标准如下。

优：小于0.15mm

良：0.15mm以上且小于0.20mm

通过：0.20mm以上且小于0.50mm

未通过：0.50mm以上

评价结果如表4、表5、表6所示。

表4

表5

表6

从各表中可以看出，满足本发明的组成的组合物得到了良好的评价结果，即无蠕滑异常音或锈粘连的发生，且具有足够的制动效果和耐磨性。

工业适用性

根据本发明，根据本发明，可以提供一种用于盘式制动衬块的通过将不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而得到的摩擦材料，该摩擦材料无蠕滑异常音或锈粘连的发生，并且具有足够的制动效果和耐磨性，具有极高的实用价值。

Claims

1.一种摩擦材料，其用于盘式制动衬块，并且其通过将包含粘合材料、纤维基材、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料和润滑材料且不含铜组分的NAO材料的摩擦材料组合物成型而获得，所述摩擦材料组合物含有：

相对于摩擦材料组合物总量为2～10重量％的硅酸钙颗粒作为无机摩擦调整材料，

相对于摩擦材料组合物总量为15～30重量％的非晶须状钛酸盐作为无机摩擦调整材料，

1～9重量％的金属硫化物作为润滑材料，和

3～10％重量的石墨作为润滑材料。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述非晶须状钛酸盐为六钛酸钾和/或钛酸锂钾。