专利名称：摩擦材料组合物、使用该组合物的摩擦材料以及摩擦部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于在汽车等的制动中所使用的盘式制动块、制动器衬片等的摩擦材料的摩擦材料组合物以及使用摩擦材料组合物的摩擦材料和摩擦部件。
背景技术：
在汽车等中，为了使其制动而使用盘式制动块、制动器衬片、离合器衬片等的摩擦材料。上述摩擦材料通常含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料、有机填充材料等作为组成。目前，所使用的摩擦材料，例如盘式制动块，考虑到对环境、人体的影响而不含石棉(asbest)作为纤维基材的无石棉有机(Non — Asberstos 一 Organic)(以下,称为“ΝΑ0材料”)系的摩擦材料正成为主流(例如，参照专利文献I和2)。而作为上述摩擦材料的结合材料，从耐热性、强度等方面考虑，一直以来通常使用 酚醛树脂。对于以往的摩擦材料而言，由于在摩擦滑动面达到300°C以上高温的苛刻条件下(高负荷、高温时等)，因酚醛树脂热分解所生成的液状分解物等会作为润滑成分存在于滑动面上，因此容易产生摩擦系数大幅降低的现象。因此，要求在高负荷、高温时等摩擦系数的降低少(也称作衰退特性)。但是，以往的NAO材料存在有无法获得充分的衰退特性的倾向，要求衰退特性的
进一步提闻。迄今为止，作为尝试改善NAO材料的衰退特性的例子，例如，可以列举通过添加活性氧化铝和氟系聚合物而进行改善的报告(参照专利文献3)。另一方面，存在近年来对制动器的性能要求越来越提高的倾向，不仅要求上述衰退特性，而且要求不易产生杂音、鸣音(也称作鸣音特性)等的进一步性能提高。现有技术文献专利文献I :日本特开平2 - 132175号公报专利文献2 日本特开平6 - 184525号公报专利文献3 W02004/069954号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，虽然对NAO材料的衰退特性进行了各种研究，但在考虑除了衰退特性以外，还要改善鸣音特性时，可以说这些研究并不充分，并未获得满意的结果。另外已知，当摩擦材料组合物吸附较多空气中的水分时，在加压成型后容易产生龟裂。本发明人等获得如下见解在使用专利文献3中公开的比表面积高的活性氧化铝时，随着比表面积增大，吸水性也变大，加压成型后容易产生龟裂。本发明人还发现，由于该龟裂的产生，对摩擦材料的强度下降有影响。本发明的课题是得到一种不会使高温时的摩擦系数大幅降低，并且适合于改善鸣音特性的摩擦材料的摩擦材料组合物以及使用该摩擦组合物的摩擦材料和摩擦部件。
解决问题的方法本发明人等为了解决上述问题而对各种摩擦材料组合物的组合与衰退特性以及鸣音特性的关系进行了积极研究，并且通过使用特定的研磨材料而解决了问题。具体而言，发现了一种摩擦材料组合物,其含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料以及有机填充材料，并通过包含具有特定的比表面积、更优选进一步具有特定硬度的硅酸盐作为研磨材料，可以得到例如，即使在摩擦滑动面达到300°C以上高温的苛刻条件下，摩擦系数的降低也少，并且在根据JASO C402的实车试验中鸣音特性也优异的摩擦材料组合物。也就是说，本发明如下所述。(I) 一种摩擦材料组合物，其含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料以及有机填充材料，作为所述研磨材料，包含由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g的 硅酸盐。(2)如上述(I)所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g的硅酸盐的莫氏硬度为6以下。(3)如上述(2)所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g并且莫氏硬度为6以下的硅酸盐是选自硅酸镁、硅酸铝、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的I种以上。(4)如上述(2)或(3)所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g并且莫氏硬度为6以下的硅酸盐相对于所述组合物全体含有I 10wt%o(5) 一种摩擦材料，将上述(I) (4)中任一项所述的摩擦材料组合物成型而成。(6)—种摩擦部件，将上述(I) (4)中任一项所述的摩擦材料组合物成型而成的摩擦材料与背衬进行一体化而形成。发明效果根据本发明，可以得到一种不会使高温时的摩擦系数大幅降低，并且改善了鸣音特性的摩擦材料组合物以及使用其的摩擦材料和摩擦部件。本申请的公开与2010年8月9日申请的日本特愿2010 — 178690号所记载的主题相关，并且其公开内容通过引用而被援用至本发明中。
具体实施例方式以下，对于本发明的摩擦材料组合物、使用该组合物的摩擦材料以及摩擦部件进行详细说明。本发明的摩擦材料组合物的特征在于，含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料以及有机填充材料，作为上述研磨材料，包含由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g、更优选进一步莫氏硬度为6以下的硅酸盐。通过包含具有上述比表面积的硅酸盐，因热分解而产生的液状热分解物等容易吸附在具有上述比表面积的硅酸盐的细孔中，从而可以抑制摩擦系数大幅降低。另外，如上所述，已知当摩擦材料组合物吸附较多空气中的水分时，在加压成型后容易产生龟裂。在使用专利文献3中公开的比表面积高的活性氧化铝时，随着比表面积增大，吸水性也变大，在加压成型后容易产生龟裂。但是，在使用硅酸盐时，即使是对于活性氧化铝而言过高的比表面积，也较难受到水分的影响。可以认为，该性质即使在使用具有大比表面积的材质时，也抑制了龟裂的产生，但本发明并不限制于该推定理论。另外，本发明人发现，使用具有特定比表面积的硅酸盐作为研磨材料的情况与使用活性氧化铝的情况相比，鸣音特性、衰退特性都优异。此外，上述比表面积的范围为400 800m2/g，更优选为500 750m2/g，并进一步优选为600 700m2/g。如果上述比表面积超过800m2/g，则有摩擦材料的粘接强度下降，同时摩擦性能下降的情况。如果上述比表面积不到400m2/g，则高温时等的摩擦系数下降。另外，本发明中的比表面积是通过采用氮气吸附的BET法所测定的值。
具有所希望的比表面积的硅酸盐可以通过选择市售商品而得到。此外，例如，还可以通过调整粒径、进行热处理、实施机械处理、实施化学处理等而调制具有所希望比表面积的硅酸盐。上述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g的硅酸盐的莫氏硬度优选为6以下。如果上述莫氏硬度为6以下，则不易对鸣音特性产生不良影响。此外，“莫氏硬度为6以下的硅酸盐”的形状没有特别限制，例如，从可以在摩擦材料组合物和摩擦材料中均匀分散的观点考虑，优选以粉末状使用。本发明中的具有上述比表面积的硅酸盐是包含氧化硅和金属氧化物的化合物，由xMmOn · ySi02 · ZH2O表示。此处,M表示金属元素,并且满足(Μ的价数)Xm=2n。此外，x和y由超过O的自然数表示，z表示O或超过O的自然数。此外，作为上述硅酸盐，例如，可以列举硅酸镁(例如，2MgO WSiO2 (任意结晶水))、硅酸铝(例如，Al2O3 *9Si02 (任意结晶水))、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等。它们可以使用I种或将2种以上组合使用。上述硅酸盐通过具有硅酸并且含有结合水或结晶水，从而可以抑制摩擦材料组合物的温度上升，并且有耐磨耗性优异的倾向。另外，上述举例的硅酸盐的莫氏硬度都为6以下。此外，硅酸盐的平均粒径优选为I 300 μ m,更优选为10 250 μ m,并进一步优选为20 50 μ m。如果上述平均粒径为300 μ m以下，则较难对鸣音特性产生不良影响。平均粒径的测定设为激光衍射粒度分布测定中的D50 (中值粒径)。另外，中值粒径是指通过激光衍射粒度分布测定所测定的、由体积分布所求出的50%粒径。上述硅酸盐的添加量相对于组合物全体优选为I 10wt%。如果上述硅酸盐的添加量多于lwt%，则容易获得衰退特性。此外，如果上述硅酸盐的添加量相对于组合物全体为10wt%以下，则可以得到在摩擦材料的成型时不易产生龟裂，耐磨耗性也优异，并且强度优异的摩擦材料。此外，从进一步抑制摩擦材料成型时产生龟裂的观点考虑，更优选为I 7wt%,进一步优选为2 7wt%。在本发明中，如上所述，作为硅酸盐，优选使用比表面积为400 800m2/g，更优选为500 750m2/g,进一步优选为600 700m2/g,并且进一步莫氏硬度为6以下的娃酸盐。但是，只要是不损害发明效果的程度，则除了上述硅酸盐以外，还可以含有其他的研磨材料。作为其它的研磨材料，例如，可以列举硅酸锆、氧化锆、莫来石、亚铬酸盐、氧化钛、氧化镁、二氧化硅、氧化铁等，并且可以使用I种或将2种以上组合使用。此外，上述其它研磨材料的含量在摩擦材料组合物中优选为10 45wt%，并更优选为15 40wt%。通过设定为该范围，可以使制动器的效力、耐磨耗性、鸣音特性良好。本发明的摩擦材料组合物中所含有的结合材料是将摩擦材料组合物中所含的有机填充材料、无机填充材料以及纤维基材等进行一体化，并赋予强度的材料。本发明的摩擦材料组合物中所含有的结合材料可以使用通常用于摩擦材料的热固性树脂。作为热固性树月旨，例如，可以列举酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、腰果改性酚醛树月旨、环氧改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂等各种改性酚醛树脂等。特别是从赋予良好的耐热性、成型性和摩擦系数的观点考虑，优选酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂，它们可以单独使用或将2种以上组合使用。此外，结合材料在全部组合物中优选含有5 20wt%，更优选含有5 15wt%，并进一步优选含有5 10wt%。通过设定为该范围，可以避免摩擦材料的强度下降，并且可以抑制由于摩擦材料的气孔率减少、弹性模量变高所引起的鸣音等音振性能恶化。作为本发明中所用的纤维基材，可以列举金属纤维、无机纤维、有机纤维、碳系纤维等。纤维基材是在摩擦材料中显示出补强作用的材料。 作为金属纤维，可以使用铜纤维、黄铜纤维、青铜纤维、钛纤维、铝纤维、钢纤维或不锈钢纤维等铁系纤维等，并且可以使用I种或将2种以上组合使用。作为无机纤维，可以使用陶瓷纤维、生物分解性陶瓷纤维、矿物纤维、玻璃纤维、钛酸钾纤维、硅酸盐纤维、硅灰石纤维等，并且可以使用I种或将2种以上组合使用。从减少环境物质的观点考虑，优选不含可吸入性的钛酸钾纤维、陶瓷纤维。另外，此处所谓的矿物纤维是渣棉等高炉渣、玄武岩纤维等以玄武岩、其它的天然岩石等为主成分并进行熔融纺丝所得的人造无机纤维，并且更优选为含有Al元素的天然矿物。具体来说，可以使用含有Si02、Al203、Ca0、Mg0、Fe0、Na20等的物质，或含有I种或2种以上这些化合物的物质。可以更优选使用这些物质中含有Al元素的物质作为矿物纤维。摩擦材料组合物中所含的矿物纤维全体的平均纤维长度越大，则越存在与摩擦组合物中各成分的粘接强度下降的倾向，因此，矿物纤维全体的平均纤维长度优选为500 μ m以下，并更优选为100 400 μ m。此处，平均纤维长度是指表示该全部纤维长度的平均值的数均纤维长度。例如，200 μ m的平均纤维长度表示随机选择50个用作摩擦材料组合物原料的矿物纤维，用光学显微镜测定纤维长度，其平均值为200 μ m。本发明中所用的矿物纤维，从人体有害性的观点考虑，优选为生物体溶解性的。此处所谓的生物体溶解性的矿物纤维是指具有下述特征的矿物纤维，即，即使在进入到人体内时，也可在短时间内部分分解并排出至体外。具体来说，表示满足如下特征的纤维化学组成中碱金属氧化物、碱土金属氧化物总量(钠、钾、钙、镁、钡的氧化物的总量)为18质量％以上，并且在通过呼吸进行的短期生物持久性试验中20 μ m以上的纤维的质量半衰期在40天以内、或者在腹膜内试验中没有过度致癌性的证据、或者在长期呼吸试验中没有相关的病原性或肿瘤产生(EU指令97/69/EC的NotaQ (致癌性适用除外))。作为这种生物体分解性矿物纤维，可以列举SiO2 - Al2O3 - CaO — MgO — FeO — Na2O系纤维等,并且可以列举以任意组合含有Si02、Al203、Ca0、Mg0、Fe0、Na20等的纤维。作为市售商品，可以列举LAPINUSFIBERS B. V 制的 Roxul 系列等。“Roxul ” 包括 Si02、A1203、CaO、MgO、FeO、Na2O 等。作为有机纤维，可以使用芳纶纤维、丙烯酸纤维、酚醛树脂纤维、纤维素纤维等，并且可以使用I种或将2种以上组合使用。从耐磨耗性的观点考虑，优选使用芳纶纤维作为有机纤维。作为碳系纤维，可以使用耐燃化纤维、浙青系碳纤维、PAN系碳纤维、活性碳纤维等，并且可以使用I种或将2种以上组合使用。全部纤维基材在全部组合物中优选含有5 40wt%，更优选含有10 30wt%，并进一步优选含有10 20wt%。通过设定为该范围，可以获得作为摩擦材料的最佳气孔率，并且可以防止鸣音，可得到适当的材料强度，可使成型性变好。本发明的摩擦材料组合物含有无机填充材料作为用于避免摩擦材料的耐热性恶化的摩擦调整剂。作为本发明中所用的无机填充材料，可以使用通常用于摩擦材料的无机填充材料。例如，可以使用三硫化锑、硫化锡、二硫化钥、硫化铁、硫化铋、硫化锌、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、白云石、焦炭、石墨、云母、氧化铁、蛭石、粒状钛酸钾、硫酸钙、板状钛酸钾、滑石、粘土、沸石等，它们可以使用I种或将2种以上组合使用。其 中，从对接触材料的攻击性下降的观点考虑，优选含有石墨、硫酸钡。 此外，上述无机填充材料的含量在摩擦材料用组合物中优选为10 50wt%，更优选为10 40wt%，并进一步优选为15 35wt%。通过设定为该范围，可以避免耐热性变差，并且在摩擦材料的其它成分的含量均衡性方面也是优选的。本发明的摩擦材料组合物含有有机填充材料作为用于提高摩擦材料的音振性能、耐磨耗性等的摩擦调整剂。作为本发明中所用的有机填充材料，例如，可以列举腰果粉、轮胎橡胶粉、丙烯酸橡胶粉、异戊二烯橡胶、NBR (腈丁二烯橡胶)粉、SBR (苯乙烯丁二烯橡胶)粉等，并且它们可以使用I种或将2种以上组合使用。上述腰果粉只要是将使腰果壳油固化所得的物质粉碎所得的、通常用于摩擦材料的材料即可。上述有机填充材料的含量在摩擦材料用组合物中优选为I 20wt%，更优选为I 10wt%,并进一步优选为3 8wt0L·通过设定为该范围，摩擦材料的弹性模量升高，可以避免鸣音等音振性能变差，并且可以避免耐热性变差、因热过程而导致的强度下降。此外，本发明的摩擦材料组合物，除了上述材料以外,还可以根据需要配合其它材料，例如，可以配合铜粉、黄铜粉、青铜粉、锌粉、锡粉、铝粉等金属粉末，PTFE (聚四氟乙烯)等氟系聚合物等有机添加材料等。特别是在使用PTFE时，可以改善衰退特性。PTFE的含量在摩擦材料组成中优选为O. 3 6wt%,更优选为I 5wt%,并进一步优选为2 4wt%的范围。氟系聚合物优选以粉末状使用，但即使以乳液的形式使用，并通过湿式混合而包含在摩擦材料组合物中，也可以期待同样的效果。本发明的摩擦材料组合物可以用作汽车等的盘式制动块、制动器衬片等的摩擦材料，或者还可以通过对本发明的摩擦材料组合物实施成型为目标形状、加工、粘附等工序而用作离合器衬片、电磁制动器、吸持制动器等的摩擦材料。此外，本发明的摩擦材料组合物可以作为成为摩擦面的摩擦材料本身使用而得到摩擦部件。作为使用该摩擦材料组合物的摩擦部件，例如，可以列举下述结构等。( I)仅摩擦材料的结构。(2)具有背衬和形成在该背衬上的、由成为摩擦面的本发明的摩擦材料组合物所形成的摩擦材料的结构。
(3)在上述(2)的结构中，在背衬与摩擦材料之间，进一步夹有以用于提高背衬的粘接效果的表面改性为目的的底漆层、以粘接背衬和摩擦材料为目的的粘接层的结构。上述背衬是用于提高摩擦部件的机械强度并通常用作摩擦部件的材料。作为材质，可以使用金属或纤维增强塑料等，例如，作为金属，可以列举铁、不锈钢等，作为纤维增强塑料，可以列举无机纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等。作为上述底漆层和上述粘接层，只要是通常用于制动片等摩擦部件的材料即可。本发明的摩擦材料可以使用通常所用的方法进行制造，可以将本发明的摩擦材料组合物成型，优选进行加热加压成型而制造。详细而言，使用Lodige混合机、加压捏合机、Eirich混合机等混合机将本发明的摩擦材料组合物均匀混合，通过成型模具将该混合物预成型，并在成型温度为130°C 160°C、成型压力为20 50MPa的条件下用2 10分钟对所得的预成型物进行成型，再在150 250°C对所得的成型物进行热处理2 10小时。此夕卜，根据需要进行涂装、焦化处理、研磨处理。
本发明的摩擦材料组合物由于具有高补强效果，因此可以用作摩擦材料的“外层材料”，此外，还可以进行成型而用作摩擦部件的“衬里材料”。另外，“外层材料”是成为摩擦部件的摩擦面的摩擦材料，“衬里材料”是介于成为摩擦部件的摩擦面的摩擦材料与背衬之间的、用于提高摩擦材料与背衬的剪切强度的层。实施例对于本发明的摩擦材料组合物，使用实施例进一步进行说明。(盘式制动块的制作)根据表I所示的配合比率配合材料，得到实施例I 6和比较例I 2的摩擦材料组合物。使用Lodige混合机(株式会社MATSUB0制,商品名=Lodige混合机M20)混合该摩擦材料组合物，用成型压机(王子机械工业株式会社制造)将该混合物预成型，并使用成型压机(三起精工株式会社制造)在成型温度145°C、成型压力30MPa的条件下对所得的预成型物进行5分钟加热加压成型，再将所得的成型品在200°C下热处理4. 5小时，使用旋转研磨机进行研磨，并进行500°C的焦化处理，得到盘式制动块。另外，在本实施例和比较例中，制作摩擦材料投影面积为52cm2的盘式制动块。[表 I]
权利要求
1.一种摩擦材料组合物，其含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料以及有机填充材料， 作为所述研磨材料，含有由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g的硅酸盐。
2.如权利要求I所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g的硅酸盐包含莫氏硬度为6以下的硅酸盐。
3.如权利要求2所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g并且莫氏硬度为6以下的硅酸盐是选自硅酸镁、硅酸铝、硅酸钙、硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的I种以上。
4.如权利要求2或3所述的摩擦材料组合物，其中，所述由BET法所算出的比表面积为400 800m2/g并且莫氏硬度为6以下的娃酸盐相对于所述组合物全体含有I 10wt%。
5.一种摩擦材料,将权利要求I 4中任一项所述的摩擦材料组合物成型而成。
6.一种摩擦部件,将权利要求I 4中任一项所述的摩擦材料组合物成型而成的摩擦材料与背衬进行一体化而形成。
全文摘要
在含有结合材料、纤维基材、研磨材料、无机填充材料以及有机填充材料的摩擦材料组合物中，作为前述研磨材料，含有由BET法所算出的比表面积为400～800m2/g、更优选进一步莫氏硬度为6以下的硅酸盐。通过使用由此所得的摩擦材料组合物，可以提供一种在制成小汽车用制动块时，与以往制品相比，高温时的摩擦系数不会大幅降低，并且能够改善衰退特性，同时抑制杂音、鸣音产生的摩擦材料和摩擦部件。
文档编号F16D65/092GK102858903SQ20118002071
公开日2013年1月2日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年8月9日
发明者菊留高史, 海野光朗 申请人:日立化成工业株式会社