CN1572857A - 摩擦材组合物及使用摩擦材组合物的摩擦材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在高负荷、高速、高温时等情况下制动有效性低下的情况很少、摩擦系数(μ)的稳定性、耐衰减性和μ瞬间增大制动效应优良、并且可以通过抑制车辆放置后μ的提高使冷鸣音很少发生的摩擦材所适用的摩擦材组合物和μ的稳定性、耐衰减性和μ瞬间增大制动效应优良、冷鸣音很少发生的摩擦材。本发明的摩擦材组合物含有除石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂和粘合剂，其中无机摩擦调整剂的一部分组合使用α氧化铝和γ氧化铝，该α氧化铝和γ氧化铝的重量比例α氧化铝∶γ氧化铝是1∶20～1∶5，且粘合剂的一部分或者全部使用含硅酮的酚醛树脂。本发明的摩擦材通过对上述摩擦材组合物进行加热加压成型而制成。

Description

摩擦材组合物及使用摩擦材组合物的摩擦材
技术领域
本发明涉及适用于汽车等制动所用的盘式制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材的摩擦材组合物及使用摩擦材组合物的摩擦材。
背景技术
在汽车等中，其制动使用盘式制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材，目前所使用的摩擦材，例如盘式制动器摩擦块，以使用芳族聚酰胺纤维、矿物纤维等纤维状物质、漆酚粉剂(Cashew dust)、石墨等摩擦调整剂，制动时很少发生鸣音或怪音的非石棉有机(以下称NAO材料)系的盘式制动器摩擦块为主流(例如：参照特开平2-132175号公报(第1-3页)及特开平6-184525号公报(第1-3页))。
然而，近年对制动器的性能要求有日益增高的倾向，特别是要求进一步提高制动有效性和音振(怪音、鸣音、振动等)的性能。如上所述的以往的NAO材系的盘式制动器摩擦块就有必要提高其在高负荷、高速、高温时等情况下的制动有效性。
另外，优选的是，驾驶员踩制动踏板使车辆减速时，即使保持恒定的踏板踩踏力，也有随着制动时间的延长，制动有效性增高的倾向(以下称为摩擦系数(μ)瞬间增大制动效应)，使驾驶员得到安心感。
但是，例如对车速从50km/h以恒定的踩踏力制动的状况加以考虑时，在车速50km/h→大约20km/h的制动过程中，最好具有瞬间增大制动效应的倾向，而在车速20km/h→0km/h的即将停止之前，希望最好抑制怪音或鸣音的发生，从而使μ瞬间增大制动效应缓解或是没有。
在此，在以往的NAO材系的盘式制动器摩擦块中，为得到μ瞬间增大制动效应，以添加高莫氏硬度的磨削剂为手段，而此时，由于μ瞬间增大制动效应一直持续到即将停止之前，就会有容易发生怪音或鸣音的倾向。
并且，作为针对于上述音振的近年来的课题之一，把车辆放置数小时以上的时间，制动器在冷却至周围环境温度并吸湿后制动(breaking)时，会发现开始几次的制动中容易提高制动有效性(以下称放置后μ提高)，但此时会发生制动鸣音的事例(以下称为冷鸣音)，要求对其进行改善。
在图1及图2中以制动时间和摩擦系数μ的关系表示μ瞬间增大制动效应。其中图1表示了以往产品的μ瞬间增大制动效应，图2表示了理想型的μ瞬间增大制动效应，图1和图2都可以看出，μ相对于制动时间的提高，但图1中具有μ瞬间增大制动效应持续到即将停止前、容易发生怪音或鸣音的倾向。与此相反，图2中表示了车速在大约20km/h→0km/h的即将停止前，减缓了μ瞬间增大制动效应，减少了怪音或鸣音的发生。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种摩擦材组合物，其在高负荷、高速、高温时等情况下制动有效性低下的情况少、μ的稳定性、耐衰减性及μ瞬间增大制动效应优良、并且可以抑制车辆放置后μ瞬间增大制动效应的提高从而使冷鸣音很少发生，且所述摩擦材组合物适用于摩擦材。
本发明的另一个目的是提供一种μ的稳定性、耐衰减性及μ瞬间增大制动效应特别优良且适用于摩擦材的摩擦材组合物。
本发明的又一个目的是提供一种μ的稳定性、耐衰减性及μ瞬间增大制动效应优良、很少发生冷鸣音的摩擦材。
为实现以上目的，本发明提供一种摩擦材组合物，含有除石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂和粘合剂，其中无机摩擦调整剂的一部分组合使用α氧化铝和γ氧化铝，该α氧化铝和γ氧化铝的重量比例α氧化铝∶γ氧化铝是1∶20～1∶5，并且粘合剂的一部分或者全部使用含硅酮的酚醛树脂。
另外，本发明的摩擦材组合物中，α氧化铝和γ氧化铝的总含量占整个组合物的1～10重量％。
此外，本发明提供对上述的摩擦材组合物进行加热加压成型而得到的摩擦材。
并且，本发明的上述摩擦材是盘式制动器摩擦块和制动摩擦衬片。
本发明的摩擦材组合物，在高负荷、高速、高温时等情况下制动有效性低下的情况很少、μ的稳定性、耐衰减性和μ瞬间增大制动效应优良、并且通过抑制车辆放置后μ的提高从而使冷鸣音很少发生，且所述摩擦材组合物适用于摩擦材。
本发明提供的摩擦材组合物，μ的稳定性、耐衰减性及μ瞬间增大制动效应特别优良且适用于摩擦材。
另外，本发明的摩擦材，μ的稳定性、耐衰减性及μ瞬间增大制动效应优良、很少发生冷鸣音、工业适用性很好。
附图说明
图1是以制动时间和μ的关系表示以往产品的μ瞬间增大制动效应的图表。
图2是以制动时间和μ的关系表示理想型的μ瞬间增大制动效应的图表。
具体实施方式
本发明的摩擦材组合物含有除石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂和粘合剂，其中无机摩擦调整剂的一部分含有α氧化铝和γ氧化铝。
本发明中，无机摩擦调整剂的一部分所使用的α氧化铝和γ氧化铝的重量比例α氧化铝∶γ氧化铝是1∶20～1∶5的范围，优选1∶17～1∶8的范围，更优选1∶15～1∶10的范围。α氧化铝的比例多于1∶5时，μ的瞬间增大制动效应持续到即将停止前，容易发生制动鸣音或低频怪音，另一方面，α氧化铝的比例低于1∶20时，μ的瞬间增大制动效应不充分。
此外，α氧化铝和γ氧化铝的总含量优选占整个组合物的1～10重量％的范围，更优选2～9重量％的范围，再优选3～8重量％的范围。总含有量低于1重量％时，有会产生在高负荷、高速、高温时等情况下制动有效性低下，耐衰减性恶化的倾向，超过10重量％时，有会容易产生鸣音或怪音的倾向。本发明中使用的α氧化铝是氧化铝磨料等，晶格常数a＝5.14，本发明中使用的γ氧化铝是活性氧化铝等，是具有晶格缺陷的尖晶石型结构，晶格常数a＝7.75～8.08。
并且，本发明的进一步特征是：粘合剂的一部分或者全部使用了含有硅酮的酚醛树脂。不使用含硅酮的酚醛树脂的情况下，例如如果所得的摩擦材为盘式制动器摩擦块，放置后的低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)的摩擦系数大幅上升，冷鸣音的发生频率增高。作为该含硅酮的酚醛树脂，优选使硅酮油分散或者改性的酚醛树脂、含有硅酮橡胶的酚醛树脂。含硅酮的酚醛树脂优选含量占整个组合物的2～15重量％的范围，较优选含有4～13重量％的范围。作为该含硅酮的酚醛树脂，如可以列举三井化学工业(株)制的商品名RX2325C等。向酚醛树脂中添加硅酮油时，其量对于含硅酮的酚醛树脂的总量为1～20重量％，向酚醛树脂中添加硅酮橡胶时，其量对于含硅酮的酚醛树脂的总量为1～30重量％。
本发明中所用的材料除上述的α氧化铝、γ氧化铝及含硅酮的酚醛树脂之外，可使用一般公知的材料，如：铜纤维、黄铜纤维、磷青铜纤维、芳族聚酰胺纤维、丙烯酸纤维、碳纤维、陶瓷纤维、矿毛纤维(rock wool)、钛酸钾纤维、碳酸钙须晶、碳酸镁须晶等纤维状物质，硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、氢氧化钙、蛭石、云母、硅灰石、α及γ以外的氧化铝、二氧化硅、氧化锆、锆石、氧化镁、氧化铁、硫化铁、硫化锡、三硫化锑、二硫化钼、石墨、焦炭等无机摩擦调整剂，各种橡胶粉、漆酚粉剂等有机摩擦调整剂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂、呋喃树脂等热固性树脂和弹性体改性酚醛树脂等粘合剂，并根据需要使用铜粉、黄铜粉、锌粉等金属粉。
上述的纤维状物质的含有量，从机械强度等方面出发，优选设定为占整个组合物的5～40重量％，更优选设定为10～35重量％，再优选设定为15～30重量％。无机摩擦调整剂的含有量，根据特性优选设定为占整个组合物的20～80％重量，更优选设定为30～70重量％，再优选设定为40～60重量％。有机摩擦调整剂的含有量，从对象材料磨耗量考虑，优选设定为占整个组合物的2～25重量％，更优选设定为4～23重量％，再优选设定为6～21重量％。从耐磨耗性等方面出发，粘合剂的含有量优选设定为占整个组合物的2～15重量％，更优选设定为3～14重量％，再优选设定为4～13重量％。
将这些材料进行掺混，使得整个组合物为100重量％。
本发明的摩擦材是通过均一混合上述材料(摩擦材组合物)，将该混合物预成型、然后在模具中插设金属衬里和预成型体后，通过加热加压成型法进行成型，然后进行加热处理，根据需要进行焦烧处理(scorch treatment)以除去表面的有机材料从而形成的。
此外，成型时的加热温度优选130～170℃，更优选140～160℃。压力优选20～60MPa，更优选30～50Mpa。加热处理温度优选180～300℃，较优选200～250℃。此外，焦烧处理可采用将摩擦部件放在加热板上的方法、通过气体火焰等直接火进行加热的加热方法、远红外线等的辐射热的加热方法，并不特别局限于此。关于焦烧处理的条件最好选定适合其材质的条件进行处理。
(实施例)
以下以实施例说明本发明。
实施例1～5、比较例1～5
混合表1及表2所示的材料，在混合机中以3000r/min的转速混合4分钟而得到摩擦材组合物。然后将摩擦材组合物预成型为规定的形状后，在模具中插设金属衬里和预成型体，在140±5℃和50MPa的条件下加热加压成型10分钟，进而在230℃加热处理5分钟，冷却后抛光从而得到盘式制动器摩擦块。
                                            表1                                          (单位：重量％)
                    项目   实施例1   实施例2 实施例3   实施例4   实施例5
  粘合剂 含硅酮的酚醛树脂、三井化学工业(株)制、商品名：RX2325C     9     9     9     9     4
酚醛树脂、日立化成工业(株)制、商品名：HP-491UP - - - - 5
纤维状物质 芳族聚酰胺纤维、东レ·デユポン(株)制、kevlar纤维     3     3     3     3     3
钛酸钾纤维     7     7     7     7     7
矿毛纤维     7     7     7     7     7
铜纤维     17     17     17     17     17
无机摩擦调整剂 三硫化锑     4     4     4     4     4
石墨、(株)中越黑铅工业所制、商品名G-70 6 6 6 6 6
锆砂     8     8     8     8     8
硫酸钡     18.5     14     18     23     18.5
云母     7     7     7     7     7
α氧化铝粉末、昭和电工(株)制、最大粒径50μm以下 0.5 0.5 1 0.1 0.5
γ氧化铝粉末、水泽化学工业(株)制、最大粒径150μm以下 5 9.5 5 0.9 5
有机摩擦调整剂 漆酚粉剂、カシユ-(株)制、商品名H101 5 5 5 5 5
橡胶粉、NBR粉     3     3     3     3     3
                                                            表2                                                  (单位：重量％)
                    项目   比较例1   比较例2 比较例3   比较例4   比较例5   参考例1   参考例2
  粘合剂 含硅酮的酚醛树脂、三井化学工业(株)制、商品名：RX2325C     -     -     9     9     -     9     9
酚醛树脂、日立化成工业(株)制、商品名：HP-491UP 9 9 - - 9 - -
纤维状物质 芳族聚酰胺纤维、东レ·デユポン(株)制、kevlar纤维 3 3 3 3 3 3 3
钛酸钾纤维     7     7     7     7     7     7     7
矿毛纤维     7     7     7     7     7     7     7
铜纤维     17     17     17     17     17     17     17
无机摩擦调整剂 三硫化锑     4     4     4     4     4     4     4
石墨、(株)中越黑铅工业所制、商品名G-70 6 6 6 6 6 6 6
锆砂     8     8     8     8     8     8     8
硫酸钡     23.1     13     19     15.8     18.5     23.1     13
云母     7     7     7     7     7     7     7
α氧化铝粉末、昭和电工(株)制、最大粒径50μm以下 0.1 1 1 0.2 0.5 0.1 1
γ氧化铝粉末、水泽化学工业(株)制、最大粒径150μm以下 0.8 10 4 8 5 0.8 10
有机摩擦调整剂 漆酚粉剂、カシユ-(株)制、商品名H101 5 5 5 5 5 5 5
橡胶粉、NBR粉     3     3     3     3     3     3     3
然后，测定本发明实施例的盘式制动器摩擦块(摩擦材)和比较例的盘式制动器摩擦块(摩擦材)的制动有效性、μ瞬间增大制动效应和冷鸣音。其结果如表2所示。此外试验条件如下。
(1)制动有效性、冷鸣音
按照JASO C406-87的乘用车制动装置动力计试验方法进行动力试验，比较在通常条件(50km/h、0.3G)、高速、高减速度条件(180km/h、0.6G)的平均μ及第一次衰减试验时的最低μ。
并且，JASO C406-87的试验结束后，将试验机在5℃和40％RH的环境中放置2小时，放置后在低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)下进行15次制动试验。以其初次制动时的μ和通常条件(50km/h、0.3G)的μ的差比较放置后的μ的提高量，并比较冷鸣音的发生频率。
(2)μ瞬间增大制动效应
使用日产自动车(株)制的FF车(排气量2500CC级)，进行实车试验。在车速50km/h，初期减速度以0.2G为目标的恒定踩踏力制动试验中，根据相对制动时间的减速度的提高计算出μ瞬间增大制动效应量。此时，计算出车速50km/h→20km/h的μ瞬间增大制动效应量与车速20km/h→0km/h的μ瞬间增大制动效应量。
                                                                            表3
                                             动力试验结果            实车试验结果
   通常制动有效性水平   高速制动有效性水平     高温制动有效性水平   放置后制动有效性水平     冷鸣音 μ瞬间增大制动效应 μ瞬间增大制动效应
(50km/h、0.3G)(平均μ值) (180km/、0.6G)(平均μ值)   (第一次衰减)(平均μ的最低值)   (20km/h、0.2G)(初次制动时平均μ值) 鸣音发生频度(％) 50→20km/h(μ提高量) 20→0km/h(μ提高量)
实施例1     0.46     0.43     0.41     0.56      0     0.026     0.014
实施例2     0.49     0.45     0.43     0.54      0     0.022     0.012
实施例3     0.49     0.43     0.40     0.57      0     0.035     0.026
实施例4     0.45     0.40     0.38     0.58      0     0.018     0.005
实施例5     0.47     0.42     0.40     0.59     6.7     0.022     0.013
比较例1     0.45     0.37     0.35     0.68     26.7     0.017     0.006
比较例2     0.50     0.45     0.42     0.64     53.3     0.043     0.029
比较例3     0.48     0.42     0.40     0.56      0     0.032     0.040
比较例4     0.47     0.44     0.43     0.55      0     0.009     0.007
比较例5     0.46     0.42     0.40     0.68     66.7     0.020     0.010
参考例1     0.45     0.38     0.36     0.59     6.7     0.017     0.006
参考例2     0.50     0.45     0.42     0.61     33.3     0.043     0.029
表3的判断标准如下所示。
显示出在高速、高减速度条件(180km/h、0.6G)的平均摩擦系数、第一次的衰减试验时的最低摩擦系数及实车试验中，车速50km/h→20km/h的μ瞬间增大制动效应量越大越好，车速20km/h→0km/h的μ瞬间增大制动效应量、放置后μ提高量及冷鸣音的发生频率越小越好。
此外，通过下述数学式1求出冷鸣音的发生频率。
Figure A20041004564500121
数学式1
如表3所示，本发明实施例的盘式制动器摩擦块在高速、高减速度条件(180km/h、0.6G)及衰减条件下的制动有效性较好，并且在实车试验中，车速50km/h→20km/h的μ瞬间增大制动效应量明显很大。另外明显发现在车速20km/h→0km/h时的μ瞬间增大制动效应量与车速50km/h→20km/h的μ瞬间增大制动效应量相比较小，并且放置后的低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)下的摩擦系数提高也减小、冷鸣音的发生频率明显降低。
与此同时，比较例1的盘式制动器摩擦块在高速、高减速度条件(180km/h、0.6G)及衰减条件下的制动有效性较差，放置后的低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)的摩擦系数的提高较大。比较例2及比较例5的盘式制动器摩擦块在放置后的低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)下的摩擦系数的提高较大，冷鸣音的发生频率高，比较例3的盘式制动器摩擦块在车速20km/h→0km/h时的μ瞬间增大制动效应量与车速50km/h→20km/h的μ瞬间增大制动效应量相比较大，所以担心发生鸣音或怪音。并且，比较例4的盘式制动器摩擦块产生了在车速50km/h→20km/h时的μ瞬间增大制动效应量不充分的缺点。
此外，含有占整个组合物的0.9重量％的α氧化铝及γ氧化铝的参考例1的盘式制动器摩擦块，与本发明实施例的盘式制动器摩擦块相比，在高速、高减速度条件(180km/h、0.6G)及衰减条件下的制动有效性稍差，但与比较例1的盘式制动器摩擦块相比较高，另外含有占整个组合物的11重量％的α氧化铝及γ氧化铝的参考例2的盘式制动器摩擦块，与本发明实施例的盘式制动器摩擦块相比，放置后的低速、低减速度条件(20km/h、0.2G)的摩擦系数的提高稍大，但与比较例2的盘式制动器摩擦块相比，摩擦系数的提高较小。

Claims (4)

1.一种摩擦材组合物，含有除石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂和粘合剂，其中无机摩擦调整剂的一部分组合使用α氧化铝和γ氧化铝，该α氧化铝和γ氧化铝的重量比例α氧化铝：γ氧化铝是1∶20～1∶5，且粘合剂的一部分或者全部是使用含硅酮的酚醛树脂。
2.根据权利要求1所记载的摩擦材组合物，其中α氧化铝和γ氧化铝的总含量占整个组合物的1～10重量％。
3、对由权利要求1或2所记载的摩擦材组合物进行加热加压成型而得到的摩擦材。
4.根据权利要求3所记载的摩擦材，其是盘式制动器摩擦块和制动摩擦衬片。
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