專利名稱：摩擦材料組合物、使用該組合物的摩擦材料以及摩擦部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于在汽車等的制動中所使用的盤式制動塊、制動器襯片等的摩擦材料的摩擦材料組合物以及使用摩擦材料組合物的摩擦材料和摩擦部件。
背景技術(shù)：
在汽車等中，為了使其制動而使用盤式制動塊、制動器襯片、離合器襯片等的摩擦材料。上述摩擦材料通常含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料、有機填充材料等作為組成。目前，所使用的摩擦材料，例如盤式制動塊，考慮到對環(huán)境、人體的影響而不含石棉(asbest)作為纖維基材的無石棉有機(Non — Asberstos 一 Organic)(以下,稱為“ΝΑ0材料”)系的摩擦材料正成為主流(例如，參照專利文獻I和2)。而作為上述摩擦材料的結(jié)合材料，從耐熱性、強度等方面考慮，一直以來通常使用 酚醛樹脂。對于以往的摩擦材料而言，由于在摩擦滑動面達到300°C以上高溫的苛刻條件下(高負荷、高溫時等)，因酚醛樹脂熱分解所生成的液狀分解物等會作為潤滑成分存在于滑動面上，因此容易產(chǎn)生摩擦系數(shù)大幅降低的現(xiàn)象。因此，要求在高負荷、高溫時等摩擦系數(shù)的降低少(也稱作衰退特性)。但是，以往的NAO材料存在有無法獲得充分的衰退特性的傾向，要求衰退特性的
進一步提聞。迄今為止，作為嘗試改善NAO材料的衰退特性的例子，例如，可以列舉通過添加活性氧化鋁和氟系聚合物而進行改善的報告(參照專利文獻3)。另一方面，存在近年來對制動器的性能要求越來越提高的傾向，不僅要求上述衰退特性，而且要求不易產(chǎn)生雜音、鳴音(也稱作鳴音特性)等的進一步性能提高。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻I :日本特開平2 - 132175號公報專利文獻2 日本特開平6 - 184525號公報專利文獻3 W02004/069954號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，雖然對NAO材料的衰退特性進行了各種研究，但在考慮除了衰退特性以外，還要改善鳴音特性時，可以說這些研究并不充分，并未獲得滿意的結(jié)果。另外已知，當(dāng)摩擦材料組合物吸附較多空氣中的水分時，在加壓成型后容易產(chǎn)生龜裂。本發(fā)明人等獲得如下見解在使用專利文獻3中公開的比表面積高的活性氧化鋁時，隨著比表面積增大，吸水性也變大，加壓成型后容易產(chǎn)生龜裂。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，由于該龜裂的產(chǎn)生，對摩擦材料的強度下降有影響。本發(fā)明的課題是得到一種不會使高溫時的摩擦系數(shù)大幅降低，并且適合于改善鳴音特性的摩擦材料的摩擦材料組合物以及使用該摩擦組合物的摩擦材料和摩擦部件。
解決問題的方法本發(fā)明人等為了解決上述問題而對各種摩擦材料組合物的組合與衰退特性以及鳴音特性的關(guān)系進行了積極研究，并且通過使用特定的研磨材料而解決了問題。具體而言，發(fā)現(xiàn)了一種摩擦材料組合物,其含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料以及有機填充材料，并通過包含具有特定的比表面積、更優(yōu)選進一步具有特定硬度的硅酸鹽作為研磨材料，可以得到例如，即使在摩擦滑動面達到300°C以上高溫的苛刻條件下，摩擦系數(shù)的降低也少，并且在根據(jù)JASO C402的實車試驗中鳴音特性也優(yōu)異的摩擦材料組合物。也就是說，本發(fā)明如下所述。(I) 一種摩擦材料組合物，其含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料以及有機填充材料，作為所述研磨材料，包含由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g的 硅酸鹽。(2)如上述(I)所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g的硅酸鹽的莫氏硬度為6以下。(3)如上述(2)所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g并且莫氏硬度為6以下的硅酸鹽是選自硅酸鎂、硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鋰中的I種以上。(4)如上述(2)或(3)所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g并且莫氏硬度為6以下的硅酸鹽相對于所述組合物全體含有I 10wt%o(5) 一種摩擦材料，將上述(I) (4)中任一項所述的摩擦材料組合物成型而成。(6)—種摩擦部件，將上述(I) (4)中任一項所述的摩擦材料組合物成型而成的摩擦材料與背襯進行一體化而形成。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以得到一種不會使高溫時的摩擦系數(shù)大幅降低，并且改善了鳴音特性的摩擦材料組合物以及使用其的摩擦材料和摩擦部件。本申請的公開與2010年8月9日申請的日本特愿2010 — 178690號所記載的主題相關(guān)，并且其公開內(nèi)容通過引用而被援用至本發(fā)明中。
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明的摩擦材料組合物、使用該組合物的摩擦材料以及摩擦部件進行詳細說明。本發(fā)明的摩擦材料組合物的特征在于，含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料以及有機填充材料，作為上述研磨材料，包含由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g、更優(yōu)選進一步莫氏硬度為6以下的硅酸鹽。通過包含具有上述比表面積的硅酸鹽，因熱分解而產(chǎn)生的液狀熱分解物等容易吸附在具有上述比表面積的硅酸鹽的細孔中，從而可以抑制摩擦系數(shù)大幅降低。另外，如上所述，已知當(dāng)摩擦材料組合物吸附較多空氣中的水分時，在加壓成型后容易產(chǎn)生龜裂。在使用專利文獻3中公開的比表面積高的活性氧化鋁時，隨著比表面積增大，吸水性也變大，在加壓成型后容易產(chǎn)生龜裂。但是，在使用硅酸鹽時，即使是對于活性氧化鋁而言過高的比表面積，也較難受到水分的影響?？梢哉J為，該性質(zhì)即使在使用具有大比表面積的材質(zhì)時，也抑制了龜裂的產(chǎn)生，但本發(fā)明并不限制于該推定理論。另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用具有特定比表面積的硅酸鹽作為研磨材料的情況與使用活性氧化鋁的情況相比，鳴音特性、衰退特性都優(yōu)異。此外，上述比表面積的范圍為400 800m2/g，更優(yōu)選為500 750m2/g，并進一步優(yōu)選為600 700m2/g。如果上述比表面積超過800m2/g，則有摩擦材料的粘接強度下降，同時摩擦性能下降的情況。如果上述比表面積不到400m2/g，則高溫時等的摩擦系數(shù)下降。另外，本發(fā)明中的比表面積是通過采用氮氣吸附的BET法所測定的值。
具有所希望的比表面積的硅酸鹽可以通過選擇市售商品而得到。此外，例如，還可以通過調(diào)整粒徑、進行熱處理、實施機械處理、實施化學(xué)處理等而調(diào)制具有所希望比表面積的硅酸鹽。上述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g的硅酸鹽的莫氏硬度優(yōu)選為6以下。如果上述莫氏硬度為6以下，則不易對鳴音特性產(chǎn)生不良影響。此外，“莫氏硬度為6以下的硅酸鹽”的形狀沒有特別限制，例如，從可以在摩擦材料組合物和摩擦材料中均勻分散的觀點考慮，優(yōu)選以粉末狀使用。本發(fā)明中的具有上述比表面積的硅酸鹽是包含氧化硅和金屬氧化物的化合物，由xMmOn · ySi02 · ZH2O表示。此處,M表示金屬元素,并且滿足(Μ的價數(shù))Xm=2n。此外，x和y由超過O的自然數(shù)表示，z表示O或超過O的自然數(shù)。此外，作為上述硅酸鹽，例如，可以列舉硅酸鎂(例如，2MgO WSiO2 (任意結(jié)晶水))、硅酸鋁(例如，Al2O3 *9Si02 (任意結(jié)晶水))、硅酸鈣、硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰等。它們可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。上述硅酸鹽通過具有硅酸并且含有結(jié)合水或結(jié)晶水，從而可以抑制摩擦材料組合物的溫度上升，并且有耐磨耗性優(yōu)異的傾向。另外，上述舉例的硅酸鹽的莫氏硬度都為6以下。此外，硅酸鹽的平均粒徑優(yōu)選為I 300 μ m,更優(yōu)選為10 250 μ m,并進一步優(yōu)選為20 50 μ m。如果上述平均粒徑為300 μ m以下，則較難對鳴音特性產(chǎn)生不良影響。平均粒徑的測定設(shè)為激光衍射粒度分布測定中的D50 (中值粒徑)。另外，中值粒徑是指通過激光衍射粒度分布測定所測定的、由體積分布所求出的50%粒徑。上述硅酸鹽的添加量相對于組合物全體優(yōu)選為I 10wt%。如果上述硅酸鹽的添加量多于lwt%，則容易獲得衰退特性。此外，如果上述硅酸鹽的添加量相對于組合物全體為10wt%以下，則可以得到在摩擦材料的成型時不易產(chǎn)生龜裂，耐磨耗性也優(yōu)異，并且強度優(yōu)異的摩擦材料。此外，從進一步抑制摩擦材料成型時產(chǎn)生龜裂的觀點考慮，更優(yōu)選為I 7wt%,進一步優(yōu)選為2 7wt%。在本發(fā)明中，如上所述，作為硅酸鹽，優(yōu)選使用比表面積為400 800m2/g，更優(yōu)選為500 750m2/g,進一步優(yōu)選為600 700m2/g,并且進一步莫氏硬度為6以下的娃酸鹽。但是，只要是不損害發(fā)明效果的程度，則除了上述硅酸鹽以外，還可以含有其他的研磨材料。作為其它的研磨材料，例如，可以列舉硅酸鋯、氧化鋯、莫來石、亞鉻酸鹽、氧化鈦、氧化鎂、二氧化硅、氧化鐵等，并且可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。此外，上述其它研磨材料的含量在摩擦材料組合物中優(yōu)選為10 45wt%，并更優(yōu)選為15 40wt%。通過設(shè)定為該范圍，可以使制動器的效力、耐磨耗性、鳴音特性良好。本發(fā)明的摩擦材料組合物中所含有的結(jié)合材料是將摩擦材料組合物中所含的有機填充材料、無機填充材料以及纖維基材等進行一體化，并賦予強度的材料。本發(fā)明的摩擦材料組合物中所含有的結(jié)合材料可以使用通常用于摩擦材料的熱固性樹脂。作為熱固性樹月旨，例如，可以列舉酚醛樹脂、丙烯酸改性酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、腰果改性酚醛樹月旨、環(huán)氧改性酚醛樹脂、烷基苯改性酚醛樹脂等各種改性酚醛樹脂等。特別是從賦予良好的耐熱性、成型性和摩擦系數(shù)的觀點考慮，優(yōu)選酚醛樹脂、丙烯酸改性酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、烷基苯改性酚醛樹脂，它們可以單獨使用或?qū)?種以上組合使用。此外，結(jié)合材料在全部組合物中優(yōu)選含有5 20wt%，更優(yōu)選含有5 15wt%，并進一步優(yōu)選含有5 10wt%。通過設(shè)定為該范圍，可以避免摩擦材料的強度下降，并且可以抑制由于摩擦材料的氣孔率減少、彈性模量變高所引起的鳴音等音振性能惡化。作為本發(fā)明中所用的纖維基材，可以列舉金屬纖維、無機纖維、有機纖維、碳系纖維等。纖維基材是在摩擦材料中顯示出補強作用的材料。 作為金屬纖維，可以使用銅纖維、黃銅纖維、青銅纖維、鈦纖維、鋁纖維、鋼纖維或不銹鋼纖維等鐵系纖維等，并且可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。作為無機纖維，可以使用陶瓷纖維、生物分解性陶瓷纖維、礦物纖維、玻璃纖維、鈦酸鉀纖維、硅酸鹽纖維、硅灰石纖維等，并且可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。從減少環(huán)境物質(zhì)的觀點考慮，優(yōu)選不含可吸入性的鈦酸鉀纖維、陶瓷纖維。另外，此處所謂的礦物纖維是渣棉等高爐渣、玄武巖纖維等以玄武巖、其它的天然巖石等為主成分并進行熔融紡絲所得的人造無機纖維，并且更優(yōu)選為含有Al元素的天然礦物。具體來說，可以使用含有Si02、Al203、Ca0、Mg0、Fe0、Na20等的物質(zhì)，或含有I種或2種以上這些化合物的物質(zhì)?？梢愿鼉?yōu)選使用這些物質(zhì)中含有Al元素的物質(zhì)作為礦物纖維。摩擦材料組合物中所含的礦物纖維全體的平均纖維長度越大，則越存在與摩擦組合物中各成分的粘接強度下降的傾向，因此，礦物纖維全體的平均纖維長度優(yōu)選為500 μ m以下，并更優(yōu)選為100 400 μ m。此處，平均纖維長度是指表示該全部纖維長度的平均值的數(shù)均纖維長度。例如，200 μ m的平均纖維長度表示隨機選擇50個用作摩擦材料組合物原料的礦物纖維，用光學(xué)顯微鏡測定纖維長度，其平均值為200 μ m。本發(fā)明中所用的礦物纖維，從人體有害性的觀點考慮，優(yōu)選為生物體溶解性的。此處所謂的生物體溶解性的礦物纖維是指具有下述特征的礦物纖維，即，即使在進入到人體內(nèi)時，也可在短時間內(nèi)部分分解并排出至體外。具體來說，表示滿足如下特征的纖維化學(xué)組成中堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物總量(鈉、鉀、鈣、鎂、鋇的氧化物的總量)為18質(zhì)量％以上，并且在通過呼吸進行的短期生物持久性試驗中20 μ m以上的纖維的質(zhì)量半衰期在40天以內(nèi)、或者在腹膜內(nèi)試驗中沒有過度致癌性的證據(jù)、或者在長期呼吸試驗中沒有相關(guān)的病原性或腫瘤產(chǎn)生(EU指令97/69/EC的NotaQ (致癌性適用除外))。作為這種生物體分解性礦物纖維，可以列舉SiO2 - Al2O3 - CaO — MgO — FeO — Na2O系纖維等,并且可以列舉以任意組合含有Si02、Al203、Ca0、Mg0、Fe0、Na20等的纖維。作為市售商品，可以列舉LAPINUSFIBERS B. V 制的 Roxul 系列等。“Roxul ” 包括 Si02、A1203、CaO、MgO、FeO、Na2O 等。作為有機纖維，可以使用芳綸纖維、丙烯酸纖維、酚醛樹脂纖維、纖維素纖維等，并且可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。從耐磨耗性的觀點考慮，優(yōu)選使用芳綸纖維作為有機纖維。作為碳系纖維，可以使用耐燃化纖維、浙青系碳纖維、PAN系碳纖維、活性碳纖維等，并且可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。全部纖維基材在全部組合物中優(yōu)選含有5 40wt%，更優(yōu)選含有10 30wt%，并進一步優(yōu)選含有10 20wt%。通過設(shè)定為該范圍，可以獲得作為摩擦材料的最佳氣孔率，并且可以防止鳴音，可得到適當(dāng)?shù)牟牧蠌姸?，可使成型性變好。本發(fā)明的摩擦材料組合物含有無機填充材料作為用于避免摩擦材料的耐熱性惡化的摩擦調(diào)整劑。作為本發(fā)明中所用的無機填充材料，可以使用通常用于摩擦材料的無機填充材料。例如，可以使用三硫化銻、硫化錫、二硫化鑰、硫化鐵、硫化鉍、硫化鋅、氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鋇、白云石、焦炭、石墨、云母、氧化鐵、蛭石、粒狀鈦酸鉀、硫酸鈣、板狀鈦酸鉀、滑石、粘土、沸石等，它們可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。其 中，從對接觸材料的攻擊性下降的觀點考慮，優(yōu)選含有石墨、硫酸鋇。 此外，上述無機填充材料的含量在摩擦材料用組合物中優(yōu)選為10 50wt%，更優(yōu)選為10 40wt%，并進一步優(yōu)選為15 35wt%。通過設(shè)定為該范圍，可以避免耐熱性變差，并且在摩擦材料的其它成分的含量均衡性方面也是優(yōu)選的。本發(fā)明的摩擦材料組合物含有有機填充材料作為用于提高摩擦材料的音振性能、耐磨耗性等的摩擦調(diào)整劑。作為本發(fā)明中所用的有機填充材料，例如，可以列舉腰果粉、輪胎橡膠粉、丙烯酸橡膠粉、異戊二烯橡膠、NBR (腈丁二烯橡膠)粉、SBR (苯乙烯丁二烯橡膠)粉等，并且它們可以使用I種或?qū)?種以上組合使用。上述腰果粉只要是將使腰果殼油固化所得的物質(zhì)粉碎所得的、通常用于摩擦材料的材料即可。上述有機填充材料的含量在摩擦材料用組合物中優(yōu)選為I 20wt%，更優(yōu)選為I 10wt%,并進一步優(yōu)選為3 8wt0L·通過設(shè)定為該范圍，摩擦材料的彈性模量升高，可以避免鳴音等音振性能變差，并且可以避免耐熱性變差、因熱過程而導(dǎo)致的強度下降。此外，本發(fā)明的摩擦材料組合物，除了上述材料以外,還可以根據(jù)需要配合其它材料，例如，可以配合銅粉、黃銅粉、青銅粉、鋅粉、錫粉、鋁粉等金屬粉末，PTFE (聚四氟乙烯)等氟系聚合物等有機添加材料等。特別是在使用PTFE時，可以改善衰退特性。PTFE的含量在摩擦材料組成中優(yōu)選為O. 3 6wt%,更優(yōu)選為I 5wt%,并進一步優(yōu)選為2 4wt%的范圍。氟系聚合物優(yōu)選以粉末狀使用，但即使以乳液的形式使用，并通過濕式混合而包含在摩擦材料組合物中，也可以期待同樣的效果。本發(fā)明的摩擦材料組合物可以用作汽車等的盤式制動塊、制動器襯片等的摩擦材料，或者還可以通過對本發(fā)明的摩擦材料組合物實施成型為目標(biāo)形狀、加工、粘附等工序而用作離合器襯片、電磁制動器、吸持制動器等的摩擦材料。此外，本發(fā)明的摩擦材料組合物可以作為成為摩擦面的摩擦材料本身使用而得到摩擦部件。作為使用該摩擦材料組合物的摩擦部件，例如，可以列舉下述結(jié)構(gòu)等。( I)僅摩擦材料的結(jié)構(gòu)。(2)具有背襯和形成在該背襯上的、由成為摩擦面的本發(fā)明的摩擦材料組合物所形成的摩擦材料的結(jié)構(gòu)。
(3)在上述(2)的結(jié)構(gòu)中，在背襯與摩擦材料之間，進一步夾有以用于提高背襯的粘接效果的表面改性為目的的底漆層、以粘接背襯和摩擦材料為目的的粘接層的結(jié)構(gòu)。上述背襯是用于提高摩擦部件的機械強度并通常用作摩擦部件的材料。作為材質(zhì)，可以使用金屬或纖維增強塑料等，例如，作為金屬，可以列舉鐵、不銹鋼等，作為纖維增強塑料，可以列舉無機纖維增強塑料、碳纖維增強塑料等。作為上述底漆層和上述粘接層，只要是通常用于制動片等摩擦部件的材料即可。本發(fā)明的摩擦材料可以使用通常所用的方法進行制造，可以將本發(fā)明的摩擦材料組合物成型，優(yōu)選進行加熱加壓成型而制造。詳細而言，使用Lodige混合機、加壓捏合機、Eirich混合機等混合機將本發(fā)明的摩擦材料組合物均勻混合，通過成型模具將該混合物預(yù)成型，并在成型溫度為130°C 160°C、成型壓力為20 50MPa的條件下用2 10分鐘對所得的預(yù)成型物進行成型，再在150 250°C對所得的成型物進行熱處理2 10小時。此夕卜，根據(jù)需要進行涂裝、焦化處理、研磨處理。
本發(fā)明的摩擦材料組合物由于具有高補強效果，因此可以用作摩擦材料的“外層材料”，此外，還可以進行成型而用作摩擦部件的“襯里材料”。另外，“外層材料”是成為摩擦部件的摩擦面的摩擦材料，“襯里材料”是介于成為摩擦部件的摩擦面的摩擦材料與背襯之間的、用于提高摩擦材料與背襯的剪切強度的層。實施例對于本發(fā)明的摩擦材料組合物，使用實施例進一步進行說明。(盤式制動塊的制作)根據(jù)表I所示的配合比率配合材料，得到實施例I 6和比較例I 2的摩擦材料組合物。使用Lodige混合機(株式會社MATSUB0制,商品名=Lodige混合機M20)混合該摩擦材料組合物，用成型壓機(王子機械工業(yè)株式會社制造)將該混合物預(yù)成型，并使用成型壓機(三起精工株式會社制造)在成型溫度145°C、成型壓力30MPa的條件下對所得的預(yù)成型物進行5分鐘加熱加壓成型，再將所得的成型品在200°C下熱處理4. 5小時，使用旋轉(zhuǎn)研磨機進行研磨，并進行500°C的焦化處理，得到盤式制動塊。另外，在本實施例和比較例中，制作摩擦材料投影面積為52cm2的盤式制動塊。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種摩擦材料組合物，其含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料以及有機填充材料， 作為所述研磨材料，含有由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g的硅酸鹽。
2.如權(quán)利要求I所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g的硅酸鹽包含莫氏硬度為6以下的硅酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g并且莫氏硬度為6以下的硅酸鹽是選自硅酸鎂、硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鋰中的I種以上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的摩擦材料組合物，其中，所述由BET法所算出的比表面積為400 800m2/g并且莫氏硬度為6以下的娃酸鹽相對于所述組合物全體含有I 10wt%。
5.一種摩擦材料,將權(quán)利要求I 4中任一項所述的摩擦材料組合物成型而成。
6.一種摩擦部件,將權(quán)利要求I 4中任一項所述的摩擦材料組合物成型而成的摩擦材料與背襯進行一體化而形成。
全文摘要
在含有結(jié)合材料、纖維基材、研磨材料、無機填充材料以及有機填充材料的摩擦材料組合物中，作為前述研磨材料，含有由BET法所算出的比表面積為400～800m2/g、更優(yōu)選進一步莫氏硬度為6以下的硅酸鹽。通過使用由此所得的摩擦材料組合物，可以提供一種在制成小汽車用制動塊時，與以往制品相比，高溫時的摩擦系數(shù)不會大幅降低，并且能夠改善衰退特性，同時抑制雜音、鳴音產(chǎn)生的摩擦材料和摩擦部件。
文檔編號F16D65/092GK102858903SQ20118002071
公開日2013年1月2日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者菊留高史, 海野光朗 申請人:日立化成工業(yè)株式會社