CN1748015A - 摩擦材料组合物及使用摩擦材料组合物的摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摩擦材料组合物及使用摩擦材料组合物的摩擦材料，摩擦材料组合物含有除了石棉以外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，其中，无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及适合于汽车、铁路车辆、各种产业用机械等的制动所用的盘形制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材料的摩擦材料组合物及使用摩擦材料组合物的摩擦材料。
背景技术
在汽车、铁道车辆、各种产业用机械等中，使用用于制动的盘形制动器摩擦块、制动摩擦衬片等摩擦材料。
现在所使用的摩擦材料，例如盘形制动器摩擦块多数采用在使用芳族聚酰胺纤维、矿物纤维等纤维状物质、槚如树粉、石墨等摩擦调整剂制动时，很少产生鸣叫或杂音的非石棉有机(Non-Asbestos-Organic)(以下，称为“NAO材料”)类的盘形制动器摩擦块(参照特开平6-184525号公报，第1～3页)。
但是，近年对制动的性能要求日益提高，对历来的NAO材料特别要求提高有效的性能，但是，如上述所述的历来的盘形制动器摩擦块，存在耐热性不够且在高负荷、高速、高温时等效力容易下降(含有衰退现象)这些缺点。
本发明提供在高负荷、高速、高温时等效力下降少，而且适合于抑制车辆放置后的首次制动时的急剧的摩擦系数上升的摩擦材料的摩擦材料的组合物。
另外，本发明提供在高负荷、高速、高温时等效力下降少，而且可抑制车辆放置后的首次制动时的急剧的摩擦系数上升的摩擦材料。
发明内容
本发明涉及一种摩擦材料组合物，其含有除了石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，其中，无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝是用BET法计算出的比表面积为150m2/g或以上的活性氧化铝。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝是γ-氧化铝。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的1～15重量％。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的3～13重量％。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的5～11重量％。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物是聚四氟乙烯(以下，称为“PTFE”)的粉末。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的0.3～6重量％。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的1～5重量％。
另外，本发明涉及一种前述摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的2～4重量％。
另外，本发明涉及一种摩擦材料，其由含有前述摩擦材料组合物的加热加压成型物组成。
而且，本发明涉及一种使用摩擦材料组合物的摩擦材料，所述摩擦材料组合物含有除了石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，该摩擦材料的特征在于，无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物，依照以JASO C406-87为标准的乘用车制动装置测功计试验方法进行动力试验，而且使用FF(前置发动机、前轮驱动)乘用车(排气量1800～2500cc级)的制动装置进行高速、高减速条件(180km/h、0.6G)的制动试验，进而在试验后于室温下放置2小时，放置后进行低速条件(20km/h、0.2G)下的制动试验时，显示出盘形制动器摩擦块的磨损量在2.0mm或以下，并且盘形转子的磨损量在50μm或以下的范围。
具体实施方式
本发明的摩擦材料组合物，含有除了石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，其特征在于：无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物。所述活性氧化铝的含量优选占整个组合物的1～15重量％，更优选3～13重量％，更加优选5～11重量％的范围。如果活性氧化铝的含量不足1重量％，在高负荷、高速、高温时有效力下降的倾向，如果超过15重量％，则对对象材料(盘形转子)的攻击性有增大的倾向。活性氧化铝优选以粉末的方式使用。另外，所述含氟聚合物的含量优选0.3～6重量％，更优选1～5重量％，更加优选2～4重量％的范围。如果含氟聚合物的含量不足0.3重量％，在高负荷、高速、高温时有效力下降的倾向，而且，抑制车辆放置后首次制动时急剧的摩擦系数上升的效果有变得不够的倾向。如果超过6重量％，则通常的效力有下降的倾向。而且，盘形制动器摩擦块的磨损量有增多的倾向。其中，含氟聚合物优选以粉末方式使用，但是，即使作为乳液使用，并通过湿式混合包含在摩擦材料组合物中，也能期待同样的效果。
作为本发明的摩擦材料组合物的无机摩擦调整剂所含的活性氧化铝的比表面积，利用BET法计算出的值为150m2/g或以上，优选为180m2/g或以上，更加优选为200～300m2/g的范围。如果比表面积不足150m2/g，则在高温等时效力有下降的倾向。另外，比表面积的测定，例如，可以使用基于氮气吸附的BET法进行。
作为本发明使用的活性氧化铝，可以列举出γ-氧化铝、ρ-氧化铝、η-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝等。其中，从高负荷、高速、高温时等的效力、对盘形转子的攻击性方面来看，优选使用γ-氧化铝。γ-氧化铝，例如可以通过在低温下干燥氢氧化铝得到氧化铝凝胶后，在500～800℃的温度下焙烧(活性化处理)该凝胶而得到。另外，活性氧化铝优选具有细孔，上述活性氧化铝的平均细孔孔径优选在10～150的范围，更优选在50～100的范围。另外，平均细孔孔径的测定，例如可以使用基于氮气吸附的BET法进行。
作为本发明的摩擦材料组合物的有机摩擦调整剂所含的含氟聚合物，可以列举出PTFE、四氟乙烯-全氟代烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等。其中，从效力、盘形制动器摩擦块的磨损量方面来看，优选使用PTFE的粉末。
本发明的摩擦材料的材质，例如，适合使用半金属类、低钢类、非钢类等。
另外，本发明的摩擦材料组合物，除了含有上述活性氧化铝及含氟聚合物以外，还含有纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂、粘合剂、根据需要添加的金属粉等。作为纤维状物质，可以列举出例如，钢纤维、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、石毛、钛酸钾纤维、碳酸钙单结晶体短纤维、碳酸镁单结晶体短纤维等。它们可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。摩擦调整剂用于适当调整与转子的摩擦系数、磨损等，可以列举出无机或有机材料。作为活性氧化铝以外的无机摩擦调整剂，可以列举例如，硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、氧化钙、氢氧化钙、蛭石、云母、硅灰石、α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。它们可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。作为含氟聚合物以外的有机摩擦调整剂，可以列举例如，各种橡胶粉、槚如树粉等。它们可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。粘合剂是在混合纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂以及金属粉等以制备摩擦材料时作为粘接剂使用的，可以列举例如，酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、进而使用槚如树油、硅油、各种弹性体等对这些树脂改性后的热固性树脂或分散各种弹性体、含氟聚合物等而得到的热固性树脂，它们可以单独使用，也可以两种或更多种组合使用。另外，还可以进-步根据需要，单独使用、或组合两种或更多种使用铜粉、黄铜粉、锌粉等金属粉。
上述纤维状物质的含量，从机械强度等方面来看，优选占整个组合物的5～40重量％，更优选10～35重量％，更加优选15～30重量％。无机摩擦调整剂的含量，根据特性，优选占整个组合物的20～80重量％，更优选30～70重量％，更加优选40～60重量％。有机摩擦调整剂的含量，从对象材料的磨损量等方面来看，优选占整个组合物的2～25重量％，更优选4～23重量％，更加优选6～21重量％。粘合剂的含量从机械强度、耐磨损性等方面来看，优选占整个组合物的2～15重量％，更优选3～14重量％，更加优选4～13重量％。混合这些组分，使得整个组合物为100重量％。
构成本发明的摩擦材料可以这样得到：例如，添加含有上述所示的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂、以及根据需要添加的金属粉的材料，然后均匀地混合，对该混合物预成型，接着在模具内注入里衬金属和预成型体后，通过加热加压成型法成型，然后进一步进行加热处理，根据需要，进行除去表面的有机材料的焦烧处理。
另外，加热加压成型时的加热温度优选130～170℃，更加优选140～160℃。另外，加热加压成型时的压力优选20～60Mpa，更加优选30～50MPa。加热加压成型后进行的加热处理的温度优选180～300℃，更加优选200～250℃。另外，焦烧处理可以通过例如把热盘放到摩擦构件上的方法、利用气体火焰等直接火进行加热的方法、利用远红外线等的辐射热进行加热的方法等进行。对于焦烧处理的条件，可以选择适合该材质的条件进行处理。
实施例
以下，通过实施例说明本发明。
实施例1～12，比较例1～2
混合表1及表2所示的材料，利用混合机在3000r/min转数下混合4分钟，得到摩擦材料组合物。接着，将摩擦材料组合物预成型为预定的形状，然后在模具内注入里衬金属和预成型体，在140±5℃及50MPa的条件下加热加压成型10分钟，然后在250℃下进行5小时的加热处理，冷却后研磨得到盘形制动器摩擦块。
接着，对构成本发明的实施例的盘形制动器摩擦块和比较例的盘形制动器摩擦块，进行效力(摩擦系数)及盘形制动器摩擦块和盘形转子的磨损量的比较试验。表3表示该试验结果。另外，试验条件如下述。
(1)效力
依照基于JASO C406-87的乘用车制动装置测功计试验方法进行动力试验，而且还进行高速、高减速条件(180km/h、0.6G)的制动试验，进而将试验设备在室温下放置2小时，放置后在低速、低减速条件(20km/h、0.2G)下进行制动试验。由此比较正常行驶条件(50km/h、0.3G)的平均摩擦系数(平均μ值)；高速、高减速条件(180km/h、0.6G)的平均摩擦系数(平均μ值)；第一次衰退试验时的最低摩擦系数及放置后的低速、低减速条件(20km/h、0.2G)的首次制动时平均摩擦系数。
(2)盘形制动器摩擦块和盘形转子的磨损量
在上述效力试验中，测定试验前后的盘形制动器摩擦块和盘形转子的厚度，算出各个磨损量。
另外，上述试验全部使用FF(前置发动机·前轮驱动)乘用车(排气量1800～2500cc级)用的制动单元来进行。
表1
(单位...重量％)
| 材料名 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 粘合剂 | 酚醛树脂，日立化成工业株式会社制造，商品名HP-491UP | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| 纤维状物质 | 芳族聚酰胺纤维，东丽-杜邦株式会社制造，凯普勒(kepler)纤维 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 石毛 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
| 铜纤维 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | |
| 有机摩擦调整剂 | 槚如树粉 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 橡胶粉(NBR) | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| PTFE粉末，住友3M株式会社制造 | 0.3 | 3 | 6 | 3 | 3 | 0.3 | 6 | 3 | |
| 无机摩擦调整剂 | 三硫化锑 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 石墨，(株)中越石墨工业所制造，商品名G-70 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 锆砂 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | |
| 硫酸钡 | 24.7 | 22 | 19 | 29 | 15 | 31.7 | 12 | 22 | |
| 云母 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
| γ氧化铝，水泽化学工业株式会社制造，平均细孔孔径50 | 8 | 8 | 8 | 1 | 15 | 1 | 15 | 8 | |
| γ氧化铝的比表面积(m2/g) | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 150 | |
表2
(单位...重量％)
| 材料名 | 比较例1 | 实施例9 | 比较例2 | 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | |
| 粘合剂 | 酚醛树脂，日立化成工业株式会社制造，商品名HP-491UP | 9 | 9 | 9 | 9 | 11 | 8 |
| 纤维状物质 | 芳族聚酰胺纤维，东丽-杜邦株式会社制造，凯普勒(kepler)纤维 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 | 3 |
| 石毛 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 9 | |
| 铜纤维 | 14 | 14 | 14 | 14 | 13 | 14 | |
| 有机摩擦调整剂 | 槚如树粉 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 橡胶粉(NBR) | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| PTFE粉末，住友3M株式会社制造 | 0 | 7 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| 无机摩擦调整剂 | 三硫化锑 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 石墨，(株)中越石墨工业所制造，商品名G-70 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 锆砂 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | |
| 硫酸钡 | 25 | 18 | 30 | 14 | 22 | 22 | |
| 云母 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | |
| γ氧化铝，水泽化学工业株式会社制造，平均细孔孔径50 | 8 | 8 | 0 | 16 | 8 | 8 | |
| γ氧化铝的比表面积(m2/g) | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | |
表3
| 效力特性 | 摩擦特性 | |||||
| 正常效力水平(50km/h，0.3G)(平均μ值) | 高速效力水平(180km/h，0.6G)(平均μ值) | 高温效力水平(第一次衰退)(平均μ的最低值) | 放置后效力水平(20km/h，0.2G)(首次制动时平均μ值) | 盘形制动器摩擦块磨损量(mm) | 盘形转子磨损量(μm) | |
| 实施例1 | 0.46 | 0.42 | 0.38 | 0.53 | 1.05 | 15 |
| 实施例2 | 0.48 | 0.43 | 0.40 | 0.54 | 1.10 | 16 |
| 实施例3 | 0.48 | 0.44 | 0.42 | 0.50 | 1.48 | 18 |
| 实施例4 | 0.45 | 0.40 | 0.38 | 0.47 | 0.96 | 11 |
| 实施例5 | 0.50 | 0.45 | 0.43 | 0.55 | 1.33 | 21 |
| 实施例6 | 0.44 | 0.40 | 0.37 | 0.50 | 0.85 | 10 |
| 实施例7 | 0.50 | 0.45 | 0.43 | 0.54 | 1.42 | 23 |
| 实施例8 | 0.47 | 0.42 | 0.38 | 0.54 | 1.02 | 17 |
| 比较例1 | 0.46 | 0.37 | 0.34 | 0.59 | 1.02 | 14 |
| 实施例9 | 0.48 | 0.44 | 0.42 | 0.49 | 1.95 | 18 |
| 比较例2 | 0.44 | 0.37 | 0.34 | 0.46 | 0.90 | 9 |
| 实施例10 | 0.50 | 0.45 | 0.43 | 0.60 | 1.68 | 38 |
| 实施例11 | 0.47 | 0.40 | 0.37 | 0.55 | 0.85 | 8 |
| 实施例12 | 0.49 | 0.45 | 0.42 | 0.50 | 1.40 | 22 |
判断标准
·高速、高减速条件(180km/H，0.6G)的平均摩擦系数和第一次衰退试验时的最低摩擦系数的数字越大越好。
·放置后的低速、低减速条件(20km/h，0.2G)的摩擦系数，与正常条件(50km/h，0.3G)的平均摩擦系数比较，摩擦系数越不急剧地增大越好。
·盘形制动器摩擦块和盘形转子的摩擦量的数字越小越好。
如表3所示，可以看出：构成本发明的实施例的盘形制动器摩擦块在高速、高减速条件(180km/h、0.6G)及衰退条件下的效力高，放置后的低速、低减速条件(20km/h、0.2G)的摩擦系数与通常条件(50km/h、0.3G)比较，尽管增加了若干，但与比较例的盘形制动器摩擦块相比，摩擦系数的增加量更少。另外，可以看出：构成本发明的实施例的盘形制动器摩擦块及其对象材料盘形转子的磨损量也少。
与这些相比，比较例1的盘形制动器摩擦块产生了高速、高减速条件(180km/h、0.6G)及衰退条件的效力低，放置后的低速、低减速条件(20km/h、0.2G)的摩擦系数增加大的缺点，比较例2的盘形制动器摩擦块产生了高速、高减速条件(180km/h、0.6G)及衰退条件的效力低的缺点。
如上所述，上述实施例由使用摩擦材料组合物的摩擦材料所构成，其中摩擦材料含有除了石棉以外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，并经加热加压成型而得到摩擦材料，其中无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物，依照以JASO C406-87为标准的乘用车制动装置测功计试验方法进行动力试验，而且使用FF(前置发动机、前轮驱动)乘用车(排气量1800～2500cc级)的制动装置进行高速、高减速条件(180km/h、0.6G)的制动试验，进而试验后在室温下放置2小时，放置后进行低速条件(20km/h、0.2G)下的制动试验，这时显示出盘形制动器摩擦块的磨损量在1.48mm或以下，并且盘形转子的磨损量在23μm或以下。
本发明的摩擦材料组合物可提供在高负荷、高速、高温时等效力下降少，而且能够抑制车辆放置后的首次制动时的急剧的摩擦系数上升的摩擦材料。
本发明的实施例的摩擦材料，在高负荷、高速、高温时等效力下降少，因此非常适合工业应用。
Claims (13)
1、一种摩擦材料组合物，其含有除了石棉之外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂，其中，无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物。
2、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝是通过BET法计算出的比表面积为150m2/g或以上的活性氧化铝。
3、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝是γ-氧化铝。
4、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的1～15重量％。
5、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的3～13重量％。
6、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝的含量占整个组合物的5～11重量％。
7、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物是聚四氟乙烯的粉末。
8、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的0.3～6重量％。
9、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的1～5重量％。
10、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，含氟聚合物的含量占整个组合物的2～4重量％。
11、根据权利要求1所述的摩擦材料组合物，其中，活性氧化铝是γ-氧化铝，含氟聚合物是聚四氟乙烯。
12、由含有权利要求1～11任一项所述的摩擦材料组合物的加热加压成型物组成的摩擦材料。
13、一种使用摩擦材料组合物的摩擦材料，所述摩擦材料组合物是含有除了石棉以外的纤维状物质、无机摩擦调整剂、有机摩擦调整剂及粘合剂的权利要求1～11任一项所述的摩擦材料组合物，该摩擦材料的特征在于，无机摩擦调整剂含有活性氧化铝，有机摩擦调整剂含有含氟聚合物，依照以JASO C406-87为标准的乘用车制动装置测功计试验方法进行动力试验，而且使用FF(前置发动机、前轮驱动)乘用车(排气量1800～2500cc级)的制动装置进行高速、高减速条件(180km/h、0.6G)的制动试验，进而在试验后于室温下放置2小时，放置后进行低速条件(20km/h、0.2G)下的制动试验时，显示出盘形制动器摩擦块的磨损量在2.0mm或以下，并且盘形转子的磨损量在50μm或以下的范围。
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