专利名称：摩擦材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦材料，特别涉及一种用于工业机械、铁路车辆、行礼车辆和乘客车辆、更具体地是上述应用中使用的制动垫、制动衬里和离合器衬片的摩擦材料。
背景技术：
主要用在制动等中的摩擦材料用纤维增强改进强度。就增强纤维而言，可以使用石棉取代的纤维、玻璃纤维、钢纤维、芳族聚酰胺纤维和钛酸钾纤维。由于这些具有各自的特性，这些可以以它们的几种组合地使用。
在这些纤维中，钛酸钾纤维被高度地评价为研磨无机纤维，其不仅能改进摩擦材料整体强度、抗热性和抗磨损性，而且由于其磨损性改进了摩擦材料的摩擦系数，特别是能保证高负荷例如高速制动的高摩擦系数。
意图提供一种抗衰减性和抗尖叫性极好的摩擦材料，专利文献1(JP-A-2000-272978)公开了一种其中复合有具有高抗热性和合适的硬度的钛酸钾须晶的制动摩擦材料。
但是，由于须晶是针状单晶，直径在0.5-1μm的范围内，长度在10-20μm的范围内，即高的纵横比，从工作环境健康的角度，使用它是不理想的。
作为这个对策，为了得到这样的摩擦材料，即不使用从工作环境健康角度看并不适用的须晶样的钛酸钾就能提供相同的摩擦功能和强度并且能抑制加工成本上升的摩擦材料，专利文献2(JP-A-2001-172612)公开了一种其中复合了纵横比为3或更低的粉末或鳞状钛酸钾的摩擦材料，专利文献3(JP-A-2001-020986)公开了一种复合了钛酸钾粉末的摩擦材料，专利文献4(JP-A-2003-082331)公开了一种其中复合了纵横比不超过3的鳞状或平面的钛酸钾的摩擦材料。
但是，如上述专利文献2-4，当代替钛酸钾须晶，非须晶样的钛酸钾例如柱形、平面或鳞状钛酸钾被复合在摩擦材料中时，存在由于空隙率降低，结果衰减特性(fading characteristics)变坏和高速有效性(high speedeffectiveness)降低的问题。例如专利文献4的表1中实例1、3、6和10的衰减特性的试验结果用标记△表示，表示minμ＞0.20的令人不满意的结果。
并且除了上述目的，另一个目的是得到一种这样一种摩擦材料，其中在使用过程中因和配合件摩擦产生的粉末中，细纤维没有被混合，专利文献5(JP-B-08-032601)公开了一种复合了钛化合物的薄片多晶纤维的摩擦材料。
但是，专利文献1中公开的钛酸钾须晶和专利文献2、3、4和5公开的非须晶样的钛酸钾例如柱形、平面、鳞状和薄片的钛酸钾在熔点上都比配合件材料普通铸铁高。因此，特别地，在摩擦表面温度升高如在高负荷制动期间的情况中，存在上述物质转移到配合件、发生摩擦材料的尖叫声和磨损的问题。
发明内容
为了这些情况完成了本发明。本发明的第一个目的是提供一种能抑制当柱形、平面或鳞状的非须晶样的钛酸钾和摩擦材料复合时产生的空隙率下降发生的摩擦材料，和提供一种不引起衰减特性变坏和高速有效性降低的摩擦材料。
并且作为其第二个目的，本发明旨在提供这样一种摩擦材料，其能赋予与既使用现有钛酸钾须晶又使用柱形、平面、鳞状或薄片的非须晶样钛酸钾的情况相当的摩擦特性，并且能抑制高负荷制动时尖叫声和不规则摩擦发生。
本发明人努力研究以达到第一个目的，结果发现，为了得到一种摩擦材料，它不使用从工作环境健康角度不理想的须晶样的钛酸钾系统，不产生当柱形、平面或鳞状的非须晶样的钛酸钾和摩擦材料复合时发生的空隙率降低，可以有效地一起使用无机多孔填充物例如沸石、硅藻土和活性炭，即可以抑制衰减特性和高速有效性变坏。本发明人注意到这个发现，实现了本发明。
并且发明人努力研究以实现第二个目的，发现为了得到一种摩擦材料，它具有与使用现有须晶样和非须晶样的钛酸钾时相当的摩擦特性，不损坏配合件(制动转子、制动鼓等)，能抑制高负荷制动时尖叫声和不规则摩擦的发生，如果使用熔点比普通铸铁(配合件材料)低的非须晶样的钛酸盐，可以得到理想的摩擦材料。发明人注意到这个发现，实现了本发明。
也就是说，本发明按照下列方法解决了上述问题。
(1)在包括增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的非石棉基摩擦材料中，复合具有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的碱金属钛酸盐和无机多孔填充物。
(2)在(1)的摩擦材料中，相对于非须晶样的碱金属钛酸盐，无机多孔填充物以5-30％体积的范围复合。
(3)在(1)或(2)的摩擦材料中，非须晶样的碱金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
(4)在包括增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的非石棉基摩擦材料中，复合有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐和无机多孔填充物。
(5)在(4)的摩擦材料中，相对于非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐，无机多孔填充物在5-30％体积的范围内复合。
(6)在(4)或(5)的摩擦材料中，非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
(7)在包括增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂和不包含须晶样的钛酸钾的非石棉基摩擦材料中，复合有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的钛酸锂·钾。
(8)在(7)的摩擦材料中，非须晶样的钛酸锂·钾用硅烷偶联剂进行表面处理。
(9)在(7)或(8)的摩擦材料中，非须晶样的钛酸钾以等于或低于非须晶样的钛酸锂·钾的重量比复合。
具体实施例方式
摩擦材料包括增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂。在本发明中，就增强纤维而言，既不使用石棉纤维也不使用从工作环境健康角度看不理想的须晶样钛酸钾，而是使用有和须晶样钛酸钾相同或类似的原料的非须晶样的碱金属钛酸盐或非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐。
就碱金属钛酸盐而言，可以举例钛酸钾、钛酸钠和钛酸锂·钾。就钛酸钾的化学成分而言，可以列举八钛酸钾(K2O·8TiO2)、六钛酸钾(K2O·6TiO2)和四钛酸钾(K2O·4TiO2)，其中，前两个是优选的，八钛酸钾是特别优选的。
并且，就碱金属·碱土金属钛酸盐而言，可以列举钛酸镁·钾。此后碱金属钛酸盐和碱金属·碱土金属钛酸盐共同地简称为钛酸盐。
非须晶样的钛酸盐必需具有0.1-100μm的平均颗粒直径和3或更低的纵横比。当颗粒直径小于0.1μm时，成型性能变差。另一方面当颗粒直径大于100μm时，由于分散性能变差，配合件被损坏太多，因此必需小于这个值。并且当纵横比超过3时，就不是非须晶样例如柱形、平面或鳞状，而是性能变得接近纤维。结果，由于致癌性(carcinorgenicity)的问题变得令人担忧，因此应该避免使用它。
相对于摩擦材料的总体积，摩擦材料中使用的非须晶样的钛酸盐的量优选在1-30％体积的范围内。当它低于1％体积时，由于在混合时得到均匀的分散存在困难，不能得到改进摩擦特性的理想效果。另一方面，当它高于30％体积时，其它性能例如成型性能变坏。
并且非须晶样的钛酸盐优选在其表面用硅烷偶联剂处理后使用。在摩擦材料生产过程中表面处理的钛酸盐可以容易和其它材料混合；因此可以有利地使热成型的产品的强度更大。相对于非须晶样的钛酸盐，使用的硅烷偶联剂的量优选在0.3-5％重量的范围内。
就和非须晶样的钛酸盐一起使用增加空隙率的无机多孔填充物而言，可以举例沸石、硅藻土、活性炭和蛭石。相对于非须晶样的钛酸盐以体积比计，复合的量优选在5-30％的范围内。当它稍微过量地添加时，空隙率的增加变小。另一方面，当它过量地添加时，由于衰减特性和高速有效性的改进的比例变小。其颗粒直径优选在0.1-500μm的范围内。当颗粒直径低于0.1μm时，成型性能变坏；另一方面，当它大于500μm时，可分散性变坏。
就不损坏配合件的非须晶样的钛酸盐而言，可以列举钛酸锂·钾。由于钛酸锂·钾在熔点方面比作为配合件的普通铸铁低，特别是在高负荷制动期间摩擦表面的温度变得更高的情况下，它既不损坏配合件也不转移到其上，结果可以抑制摩擦材料的尖叫声和不规则磨损发生。
非须晶样的钛酸锂·钾可以和重量比等于或低于钛酸锂·钾的量的非须晶样的钛酸钾一起使用。在这种情况中，在高负荷制动期间，可以得到类似于仅使用非须晶样的钛酸锂·钾的情况的性能。
现有钛酸钾纤维、本发明的非须晶样的钛酸锂·钾、非须晶样的钛酸钾、和作为配合件材料的普通铸铁的物理特性列于表1。
表1钛酸钾的熔点和硬度
为了生产本发明的摩擦材料，在包括增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的摩擦材料中，混合所述一种或多种原材料，根据普通的生产方法，将其混合物进行预成型和热成型加工。
在本发明的摩擦材料中，就增强纤维而言，例如可以列举有机纤维例如芳香聚酰胺纤维和耐火丙烯酸纤维、和金属纤维例如铜纤维和钢纤维。
就无机填充物而言，例如可以列举金属颗粒例如铜、铝和锌、和硫酸钡和碳酸钙。
就粘合剂而言，可以列举热固树脂例如酚醛树脂(包括未改性的酚醛树脂和被橡胶等改性的各种酚醛树脂)、三聚氰胺甲醛树脂和环氧树脂。
并且就摩擦改性剂而言，可以列举金属氧化物例如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化铬和石英、和有机摩擦改性剂例如合成橡胶和漆酚树脂，就固体润滑剂而言，例如可以列举石墨和二硫化钼。
就摩擦材料的组分而言，可以采用各种组分比例。
也就是说，根据产品需要的特性例如摩擦系数、抗磨性、抗振动性和抗尖叫性，这些可以单个地使用或以两或更多类组合地使用。
在加工盘式制动器的摩擦衬垫的过程中，根据金属片加工将压力板成型为预定形状，接着进行脱脂过程和底漆过程，进一步涂布粘合剂，通过复合粉末原材料例如增强纤维如抗热有机纤维和金属纤维、无机/有机填充物、摩擦改性剂和热固树脂粘合剂，彻底地混合使原材料均匀，进一步在预定压力和常温下成型(预成型)，在热成型过程中两个构件都在预定温度和压力进行热成型以坚硬地固定到一个体内，接着进行后固化，然后进一步进行修整。上述过程和现有方法相同。
<实施例>
下面参照实施例具体地解释本发明。但是本发明不仅仅局限于这些实施例。
实施例1-8和对比例1-3首先，解释一种能抑制空隙率下降和能抑制衰减特性和高速有效性变坏的摩擦材料的生产过程。
(摩擦材料样品的原料)就加工摩擦材料样品时的摩擦材料的原料而言，使用下列原料。当加工样品时，原料选自这些并变化样品的组成。
粘合剂酚醛树脂有机摩擦改性剂腰果粉(cashew dust)填充物硫酸钡研磨材料氧化锆固体润滑剂石墨增强纤维铜纤维/芳族聚酸胺浆体研磨剂表面处理或没有表面处理的平面八钛酸钾、没有表面处理的柱形六钛酸钾无机多孔填充物沸石/硅藻土(摩擦材料样品的组分)就制备摩擦材料样品时的摩擦材料的组分而言，以下面的表2所示的设定的复合比例制备实施例1-8。
为了对比，制备不使用无机多孔填充物、使用非须晶样的钛酸钾的样品(对比例1-3)。
也就是说，对比例1-3的样品是仅使用钛酸钾(没有硅烷偶联剂的表面处理的平面和柱形的那些、和用硅烷偶联剂表面处理的平面状钛酸钾)，以及不一起使用无机多孔填充物来改进多孔性的摩擦材料。
在实施例1-4中，以相对于实施例1-3的钛酸钾的20％体积的比例一起使用无机多孔填充物，为了那部分减少作为填充物的硫酸钡。
在实施例5和6中，相对于实施例2的钛酸钾的无机多孔填充物的比例改变为5和30％。
在实施例7和8中，无机多孔填充物相对于实施例2中的钛酸钾的比例维持在20％，钛酸钾的体积比例改变为5和30％，硫酸钡的体积比例改变为40和10％。
(摩擦材料样品的制备)根据现有加工方法制备有上述组分的样品的衬垫。
表2
(摩擦材料的评价)采用使用转子的盘式制动器，进行下列试验。
(1)空隙率依照JIS D4418测定浸油空隙率。
(2)高速有效性和衰减最小值μ依照JASO C402进行JASO性能试验。
(试验结果)
试验结果表示在表3中。
表3
*1；在0.6G的JASO第二有效性μ*2；JASO第一次衰减最小值μ*3；○在高速有效性和衰减最小值μ方面优于对比例×在高速有效性和衰减最小值μ方面劣于对比例从表3所示结果，发现得到下列效果。
(1)当一起使用柱形、平面、鳞状非须晶样的碱金属钛酸盐或碱金属·碱土金属钛酸盐和无机多孔填充物时，和对比例相比，空隙率增加，高速有效性和衰减最小值μ改进。
(2)甚至当钛酸盐未进行表面处理时，也表现出这些效果。
(3)当无机多孔填充物的量相对于钛酸盐的量在5-30％体积的范围内时，它是有效的。
(4)当和摩擦材料复合的钛酸盐的量相对于摩擦材料在5-30％体积的范围内时，它是有效的。
实施例9-15和对比例4-5下面解释能抑制高负荷制动时的尖叫声和过度磨损发生的摩擦材料的制备。
(摩擦材料样品的原料)
除了为了抑制空隙率下降，代替摩擦材料样品的原料中一起使用的无机多孔填充物，添加作为钛酸盐的钛酸锂·钾(用硅烷偶联剂进行或不进行表面处理)作为研磨剂，使用相同的原料。
(摩擦材料样品的组成)就制备摩擦材料的样品时摩擦材料的组成而言，如下面的表4所示而设定的复合比例制备实施例9-15。
为了对比，也制备了使用平面八钛酸钾的样品(对比例4)和使用柱状六钛酸钾的样品(对比例5)。
也就是说，对比例4和5的样品是其中使用非须晶样的钛酸钾的现有摩擦材料(依照专利文献3的实施例2的摩擦材料)。
在实施例9中，用钛酸锂·钾代替对比例4的组成中的现有平面八钛酸钾。
在实施例10中，实施例9的钛酸锂·钾用1％重量的硅烷偶联剂进行表面处理。
在实施例11-13中，和实施例9中复合的钛酸锂·钾的量(15％重量)相比，其复合的量在1-30％重量的范围内变化。
在实施例14和15中，复合的钛酸锂·钾的量的50％被非须晶样的钛酸钾代替。
(摩擦材料样品的制备)根据现有方法加工有上述组成的样品的衬垫。
表4
(摩擦材料的评价)采用使用转子的盘式制动器，进行下列试验。
(评价项目)1)依据JASO性能试验(JASO C402)的有效性评价。
2)衰减之后转移到配合件○不转移，×转移(视觉观察到)3)衰减之后衬垫的磨损量试验之后，按照mm单位对比磨损量。
4)依据噪声试验的尖叫声的评价○无尖叫声，×有尖叫声(试验方法)
·有效性评价依照JASO性能试验(JASO C402)测定摩擦系数。
·衰减试验在JASO性能试验(JASO C402)的第一次衰减恢复和第二次衰减恢复的两个循环之后，检查向配合件的转移，测定衬垫的磨损量。
·尖叫声用实际汽车进行尖叫声试验。
(试验结果)试验结果列于表5。
表5
从表5所示结果，发现得到下列结果。
(1)当使用非须晶样的钛酸锂·钾(有表面处理和没有表面处理)代替现有钛酸钾须晶和柱形、平面、鳞状非须晶样的钛酸钾，没有牺牲摩擦性能，可以抑制到配合件的转移、高负荷制动时尖叫声和过度磨损的发生。
(2)在1-30％重量的范围内得到非须晶样的钛酸锂·钾的复合效果。
(3)当使用非须晶样的钛酸锂·钾时，可以以同样的效果一起使用柱形、平面、鳞状非须晶样的钛酸钾。
根据本发明，一起使用无机多孔填充物例如沸石、硅藻土和活性炭可以抑制当将柱形、平面和鳞状非须晶样的碱金属钛酸盐和非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐应用到非石棉基摩擦材料时空隙率的降低，导致抑制抗衰减性和高速有效性变坏。
并且根据本发明，当具有合适的耐热性和硬度以及比作为配合件材料的普通铸铁低的熔点的钛酸锂·钾和摩擦材料一起复合时，在维持与现有钛酸钾须晶和柱形、平面、鳞状非须晶样的钛酸钾复合的摩擦材料相当的摩擦性能的情况下，可以抑制高负荷制动时尖叫声和过度磨损。
权利要求
1.一种有增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的非石棉基摩擦材料，包括具有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的碱金属钛酸盐；和无机多孔填充物。
2.根据权利要求1的摩擦材料，其中无机多孔填充物以相对于非须晶样的碱金属钛酸盐的5-30％体积的范围复合。
3.根据权利要求1的摩擦材料，其中非须晶样的碱金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
4.根据权利要求2的摩擦材料，其中非须晶样的碱金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
5.一种有增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的非石棉基摩擦材料，包括有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶碱金属·碱土金属钛酸盐；和无机多孔填充物。
6.根据权利要求5的摩擦材料，其中无机多孔填充物以相对于非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐的5-30％体积的范围复合。
7.根据权利要求5的摩擦材料，其中非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
8.根据权利要求6的摩擦材料，其中非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐用硅烷偶联剂进行表面处理。
9.一种有增强纤维、摩擦改性剂和粘合剂的非石棉基摩擦材料，不包括须晶样的钛酸钾，包括具有0.1-100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的钛酸锂·钾。
10.根据权利要求9的摩擦材料，其中非须晶样的钛酸锂·钾用硅烷偶联剂进行表面处理。
11.根据权利要求9的摩擦材料，其中非须晶样的钛酸钾以等于或低于非须晶样的钛酸锂·钾的重量比复合。
12.根据权利要求10的摩擦材料，其中非须晶样的钛酸钾以等于或低于非须晶样的钛酸锂·钾的重量比复合。
全文摘要
在摩擦材料中，复合有0.1－100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的碱金属钛酸盐或非须晶样的碱金属·碱土金属钛酸盐，和一种复合有0.1－100μm范围的平均颗粒直径和3或更低的纵横比的非须晶样的钛酸锂·钾的摩擦材料。
文档编号F16D69/02GK1576637SQ20041006990
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月19日 优先权日2003年7月18日
发明者日下聪, 菱沼英俊 申请人:曙制动器工业株式会社