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CN101210595A - 非石棉摩擦材料 - Google Patents

非石棉摩擦材料 Download PDF

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CN101210595A
CN101210595A CNA2007103023734A CN200710302373A CN101210595A CN 101210595 A CN101210595 A CN 101210595A CN A2007103023734 A CNA2007103023734 A CN A2007103023734A CN 200710302373 A CN200710302373 A CN 200710302373A CN 101210595 A CN101210595 A CN 101210595A
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CN
China
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friction material
volume
friction
graphite
coke
Prior art date
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Pending
Application number
CNA2007103023734A
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English (en)
Inventor
北见琢也
矶部博司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akebono Brake Industry Co Ltd
Original Assignee
Akebono Brake Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Akebono Brake Industry Co Ltd filed Critical Akebono Brake Industry Co Ltd
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Abstract

一种不包含重金属和重金属化合物作为该摩擦材料的混合成分的非石棉摩擦材料，具有总共为该摩擦材料体积的5到25体积％的石墨和焦炭。该石墨/焦炭的体积比优选为从2/1到7/1。该焦炭的平均颗粒尺寸是从150到400μm。

Description

非石棉摩擦材料
本申请要求2006年12月27日提交的日本专利申请号2006-352304的外国优先权，其全部内容结合于此供参考。
技术领域
本发明涉及非石棉摩擦材料。具体说，本发明涉及用于工业装备、机动有轨车、行李车和客车的摩擦材料，该摩擦材料在耐磨性、防止金属捕获(metal catch)的能力、抗裂纹性和制动性之间改进平衡控制性能。特别是，本发明涉及由于不含金属和金属化合物而能够防止环境污染的摩擦材料。更具体地说，本发明涉及用于上述用途的制动衬块、制动衬片(lining)和离合器摩擦片(clutch facing)。
背景技术
用于诸如盘式制动器和鼓式制动器的制动器或离合器的摩擦材料包括用于提供摩擦能力和控制该摩擦能力的摩擦改良剂、用于增强的纤维材料、以及使这些组分成为一体的粘结剂。在这些材料中，纤维材料可以包括各种金属纤维、无机纤维和有机纤维。这些纤维具有各自的特性，并且单独一种不能满足所有的要求，所以通常两种或更多种结合使用。
另一方面，作为用于控制摩擦材料的摩擦特性的材料，有摩擦改良剂和固体润滑剂。这些材料也包括无机和有机材料，并且它们具有各自的特性，并且单独一种不能满足所有的要求，所以它们通常两种或更多种结合使用。作为摩擦改良剂的例子，举出无机摩擦改良剂和有机摩擦改良剂作为例子，无机摩擦改良剂有，例如：氧化铝(alumina)、二氧化硅(silica)、氧化镁(magnesia)、氧化锆(zirconia)、氧化铬、石英等，以及有机摩擦改良剂有，例如，合成橡胶、漆酚树脂(cashewresin)等。作为固体润滑剂举出，例如，石墨、二硫化钼等作为例子。
作为填充物，用硫酸钡、碳酸钙、金属粉末、蛭石、云母等。
由于通过混合这些成分得到的摩擦材料能够抑制配合部件上的侵蚀，并且改进抗衰减性和耐磨损性，提出各种混合的非石棉摩擦材料。
通过以金属纤维或金属粉末的形式将金属混合到摩擦材料中，能够获得很多优点，例如可以实现结构增强，可以获得传输给配合部件的粘性摩擦力，可以保证高导热性和热辐射，因此，已经对其应用了各种金属。
但是，现在已经提出由这些金属引起的各种环境问题，例如河流和海洋的污染、对人体的有害影响等，并且现在需要防范措施。
作为防范措施的一个例子，JP-A-2004-155843公开了一种通过模制非石棉摩擦材料组分(composition)而制造的非石棉摩擦材料，主要包括含有除去石棉之外的至少一种钢纤维、粘结剂和填充物，并且固化该模制产品，其中包含平均颗粒尺寸从50至150μm的石油焦炭和平均颗粒尺寸从5至30μm的硬无机颗粒。JP-A-2004-155843公开了非石棉摩擦材料，它能够回应消费者的要求，即最新的摩擦材料性能提高、重量轻、小型化，并且成本低，并且该非石棉摩擦材料在耐磨损和摩擦系数方面很好地平衡，而且，在制动时很少伴有发尖叫声的噪声和异样的声音。但是，正如在JP-A-2004-155843的表1中的实例1至5中清楚地表明的，由于该非石棉摩擦材料包含10体积％的铜粉末，具有对人体和环境引起有害影响的可能性。
同样，JP-A-58-061169公开了一种适合用作摩擦元件的非石棉摩擦材料组分，其主要包括热固性粘结剂、纤维加强材料、以及有效量的芳族聚酰胺浆状物纤维(pulp fiber)，以形成由该摩擦材料制造的预型件(preform)的良好结构整体性，该摩擦材料是在混合强度、摩擦系数和耐磨性方面改进的摩擦材料。但是，该摩擦材料组分包含铜纤维和黄铜纤维或作为金属粉末的铜和黄铜，因此，具有类似于JP-A-2004-155843的对人体和环境引起有害影响的可能性。
而且，为了确保在高温高负载情况下的可靠的耐磨性的目的，该摩擦材料包含金属硫化物。
但是，已经查明一些类型的金属硫化物对人体和环境有影响，而且还昂贵，从在制造成本方面是不利的。
为了提供用于制动器的不含有包括诸如铜、锑等的重金属材料的摩擦材料，JP-A-2002-123273公开了一种制造用于制动器的摩擦材料的方法，该摩擦材料包含纤维成分、粘结成分和摩擦控制成分，其中氧化镁(MgO)和石墨包含在摩擦材料中，其量为从45％到80％体积，并且氧化镁对石墨的体积比(氧化镁/石墨)为从1/1到4/1。
JP-A-2002-1 23273公开了该发明能够提供用于制动器的摩擦材料，即便在不包含诸如铜纤维、铜粉末和Sb2S3粉末的重金属或重金属化合物时，该摩擦材料也具有等同于或高于常规的非石棉摩擦材料的高温摩擦性能以及机械特性。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供一种非石棉摩擦材料，除了在JP-A-2002-138273中公开的用于制动器的摩擦材料的高温摩擦性能和机械特性之外，其还具有诸如良好的制动效果的安全性的摩擦特性、防止金属捕获以及抗裂纹性，并且不包含有害金属和金属化合物。
通过理解到即便在不使用有害金属和金属化合物时，也能够确保在高温下的耐磨性，并且对配合部件的侵蚀能够被抑制到很低的程度，同时通过将适量的石墨和焦炭混合在一起作为摩擦材料的摩擦改良剂的一部分而保持高摩擦系数，而实现本发明。而且，在本发明的说明书和权利要求中，该“有害金属”是指“重金属”，并且“有害金属化合物”是指“重金属化合物”，因为重金属或重金属化合物是有害的。
根据本发明一个或多个实施例，提供一种不含有重金属和重金属化合物的作为该摩擦材料的混合成分，并且包含占摩擦材料总体积的5到25体积％的石墨和焦炭的非石棉摩擦材料。
在该非石棉摩擦材料中，石墨对焦炭的体积比可以为从2/1到7/1。
在该非石棉摩擦材料中，焦炭的平均颗粒尺寸可以是从150到400μm。
非石棉摩擦材料可以包括颗粒直径为3μm至20μm、总体积为整个摩擦材料体积的3％至10体积％的硅酸锆和氧化锆中的至少一种。
根据本发明的实施例，在该非石棉摩擦材料中，包含用于加强的纤维材料、摩擦改良剂和用于使这些材料成为一体的粘结剂，通过组合使用石墨和焦炭作为部分摩擦改良剂，而不使用从环境保护的观点看来引起问题的有害的金属和金属化合物，可以使得在高温(300℃和400℃)下、在滑动时的磨损损耗与利用金属硫化物的常规的摩擦材料相当，能够减小环境载荷的材料，并且能够减少材料成本。
此外，通过以特定的量(体积百分比)和特定的体积比来组合地利用润滑性质比石墨差的石墨和焦炭，能够控制摩擦和润滑的关系。结果，能够提高在耐磨性、防止金属捕获的能力、抗裂纹性和制动能力之间的平衡。具体说，可以显示出在高温下的耐磨性和防止金属捕获的特性，而不必使用金属硫化物。
而且，通过混合颗粒直径为3μm至20μm、整个摩擦材料的总体积的3体积％至10体积％的硅酸锆和氧化锆中的至少一种，能够减少DTV(盘厚度变化)发展，提高制动效果，并且具有良好的NVH特性(噪声、振动、粗糙性)。
从下面的描述和所附权利要求中，本发明其他方面和优点将是显而易见的。
具体实施方式
下面将描述本发明的示例性实施例。
在一个示例性实施例的非石棉摩擦材料中，通过将石墨和焦炭混合在一起作为该摩擦材料的摩擦改良剂的一部分，其中该石墨和焦炭的总量为5到25体积％，并且石墨与焦炭的体积比为从2/1到7/1，可以使得该非石棉摩擦材料在高温下(300℃和400℃)的摩擦、耐磨性、防止金属捕获的能力、以及抗裂纹性与利用金属硫化物和铜纤维的常规摩擦材料一样。
当混合的石墨和焦炭的量少于5体积％时，该量太少而没有显示出在高温下的足够的摩擦和耐磨性。而当该量大于25体积％时，没有展现出较高的摩擦和耐磨性，这是不经济的并且制动效果降低，因为润滑特性增加。因此，考虑到制动效果和磨损的兼容性，该含量优选从5到25体积％，并且更优选从12到18体积％。
在该示例性实施例中的摩擦材料可以通过下述方式制造：混合该摩擦材料的各种成分，包括纤维材料、摩擦改良剂、润滑剂、填充物、以及粘结剂，预成形该混合的产品，并且热成形。在上述材料中，作为纤维材料，例如，举出诸如聚芳酰胺纤维、阻燃的丙烯纤维等的有机纤维，以及诸如钛酸钾纤维、Al2O3-SiO2系列陶瓷纤维等的无机纤维作为例子。作为无机填充物，例如，举出诸如蛭石、云母等的鳞状无机物质、硫酸钡、碳酸钙等作为例子。
在本发明中，用于摩擦材料的上述各种成分不包含重金属和重金属化合物是必需的。
重金属在这里是指，除了诸如铁、铜和锌这样的延展性和柔韧性(ductility)大的物质外，还指密度为4.0或5.0g/cm3或以上的重金属，例如铁、铜、铅、锰和铬。
作为粘结剂，热固性树脂，例如，举出酚醛树脂(包括净酚醛树脂、用橡胶等改性的各种改性的酚醛树脂)、三聚氰胺树脂(melamineresin)、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等作为例子。此外，作为摩擦改良剂，举出金属氧化物，例如，氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化铬等，以及诸如合成橡胶、漆酚树脂等的有机摩擦改良剂作为例子。作为固体润滑剂，例如，举出石墨、二硫化钼等作为例子。作为摩擦材料组分的例子，可以采用各种比例的组分。即，根据产品所需要的摩擦特性，例如，摩擦系数、耐磨性、防止金属捕获的能力等等，这些复合物(compounds)可以单独使用，或者，两种或两种以上组合地使用。
在摩擦材料中通常使用的石墨可以被用作用在本发明中使用的石墨，并且可以使用天然石墨或人造石墨。石墨的平均颗粒尺寸优选地从5到500μm(微米)，更优选从50到150μm。
作为在该示例性实施例中的焦炭，可以使用平均颗粒尺寸从150到400μm的焦炭。当平均颗粒尺寸小于150μm时，不能改善在高温区域的耐磨性，而当平均颗粒尺寸大于400μm时，发生离析。基于非石棉摩擦材料的总量，焦炭的添加量与石墨一起优选总共为3到30体积％。在这个量的范围内，改善了高温区的耐磨性，并且摩擦系数也稳定地保持在令人满意的水平。
焦炭的种类有煤焦炭和石油焦炭，并且任何一种都可以用于该示例性实施例中。利用精煤作为成分所制造的煤焦炭是昂贵的，并且很难使用，而石油焦炭在质量上变化小、不昂贵并且容易得到，所以用石油焦炭是优选的。
石墨与焦炭的体积比优选为从2/1到7/1，并且在这个体积比的范围内，可以控制摩擦和润滑之间的关系。
[实例]
下面参考实例更具体地描述本发明，但是本发明不被解释为限制于这些实例。
实例1至6，比较例1至3，和参考例1至3
通过下面的方式制造摩擦材料，即在混合器中将具有如下面表1所示的组分的摩擦材料的成分混合5分钟、将彻底搅拌并混合的材料置于模具中、预成形并且热成形。预成形是通过施加10MPa的压力10秒钟而被预成形。该预成形的产品在150℃的模制温度下，52.9MPa的模制压力下，模制5分钟，并且在250℃的温度下热处理(后固化)20到100分钟、涂敷、烘干并且抛光，由此得到基础材料、实例、比较实例和参考实例的摩擦材料。用测力计对这些摩擦材料进行JASO性能测试和抗裂纹测试。所得到的性能的评价结果示于表1中。
(1)摩擦系数、耐磨性
在对这些摩擦材料进行JASO性能测试(JASO，C406)之后，测量每种材料的磨损损耗。
转子的材料：铸铁(FC200)
制动的初始速度：20、50、100、130km/h
制动减速度：2.94m/s2
在初始制动速度为100km/h，减速度为4.4m/s2下，在上述条件进行10次制动之后，进行制动测试，用10次制动作为一个循环重复衰减部分(fade section)的两个循环，并且将两种材料的表面磨平之后，再一次制动的初始速度为20、50、100、130km/h，并且减速度2.94m/s2。测试结束后，测量摩擦材料和配合部件(转子)的磨损。
(2)防止金属捕获的性能
在进行上述(1)项所描述的JASO性能测试(JASO，C406)之后，观察摩擦材料的滑动表面。
(3)抗裂纹性
转子的材料：铸铁(FC200)
制动的初始速度：50km/h
制动的减速度：2.94m/s2
转子的初始温度：95℃
制动次数：3次
在上述条件下确定基线之后，在制动的初始速度为100km/h，制动的减速度为4.41m/s2，并且在间隔为35秒的从65℃的第一次的转子的初始温度，并且再产生衰减(fade)现象。(10次制动后由于车辆的各种因素转子的温度变化，但是大约从550到650℃左右)。
此后，通过在初时制动速度为50km/h，减速度为2.94m/s2，并且间隔为120秒进行15次制动，重现了从衰减恢复。将这个过程作为一次循环，总共进行4个循环的测试，并且在测试结束后，视觉观察到摩擦材料的碎屑和裂纹。
在表1所示的摩擦材料的成分中，热塑性酚醛树脂(novolak typephenolic resin)用作粘结剂树脂，并且分别使用纤维素纤维作为有机纤维，并且硫化锡作为金属硫化物。
表1  混合的成分和试验结果
实例1 实例2 实例3 实例4 实例6 实例6
  粘结剂树脂     15     15     15     15     15     15
  漆酚粉末(cashewdust)     10     10     10     10     10     10
  硫酸钡     34     28     25     22     19     16
  碳酸钙     13     13     13     13     13     13
  氢氧化钙     2     2     2     2     2     2
  金云母     5     5     5     5     5     5
  有机纤维     10     10     10     10     10     10
  硅酸锆     5     5     5     5     5     5
  石墨     4     8     10     12     14     16
  石油焦炭     2     4     5     6     7     8
  硫化锡     -     -     -     -     -     -
  铜纤维     -     -     -     -     -     -
  石墨+石油焦炭     6     12     15     18     21     24
  摩擦系数，20km/h     C     B     A     B     C     C
  摩擦系数，130km/h     B     A     B     B     B     C
  磨损损耗     B     B     A     A     A     A
  防金属捕获的能力     C     B     B     A     A     A
  抗破裂性     B     B     B     B     B     B
*混合的成分是按照体积百分比的
A：很好，B：好，C：极限，D：差
表1(续)  混合的成分和试验结果
比较实例1 比较实例2 比较实例3
粘结剂树脂 15  15  15
漆酚粉末 10  10  10
硫酸钡 30  37  13
碳酸钙 13  13  13
氢氧化钙 2  2  2
金云母 5  5  5
有机纤维 10  10  10
硅酸锆 5  5  5
石墨 10  2  18
石油焦炭 -  1  9
硫化锡 -  -  -
铜纤维 -  -  -
石墨+石油焦炭 10  3  27
摩擦系数，20km/h C  D  D
摩擦系数，130km/h C  C  D
磨损损耗 C  C  A
防金属捕获的能力 D  D  A
抗破裂性 D  D  B
*混合的成分是按照体积百分比的
A：很好，B：好，C：极限，D：差
表1(续)  混合的成分和试验结果
基础材料 参考实例1 参考实例2 参考实例3
粘结剂树脂 15  15  15  15
漆酚粉末 10  10  10  10
硫酸钡 20  25  25  20
碳酸钙 13  13  13  13
氢氧化钙 2  2  2  2
金云母 5  5  5  5
有机纤维 10  10  10  10
硅酸锆 5  5  5  5
石墨 10  10  10  10
石油焦炭 -  -  -  -
硫化锡 5  5  -  2
铜纤维 5  -  5  5
石墨+石油焦炭 10  10  10  13
摩擦系数，20km/h B  C  C  B
摩擦系数，130km/h B  C  B  B
磨损损耗 A  B  D  B
防金属捕获的能力 A  B  C  A
抗破裂性 B  C  C  B
*混合的成分是按照体积百分比的
A：很好，B：好，C：极限，D：差
作为基础材料，使用作为固化剂的糠醛(furfural)形成的漆酚粉末，并且包含金属硫化物和铜纤维。除了上述之外，硫酸钡、碳酸钙、和pH调节剂(氢氧化钙)、云母、有机纤维、硅酸锆和石墨被混合作为基础材料。通过从该基础材料中除去铜纤维制备作为参考例1的比较材料，去掉金属硫化物作为参考实例2，以及除去铜纤维和金属硫化物两者作为比较实例1。
实例7至10和比较实例4至6
作为实例和比较实例，通过改变两者的量，检查石墨与焦炭的比。通过混合具有下面表2所示的组分的该摩擦材料的混合成分、并且以与实例1相同的方式模制，来制备摩擦材料。
表2
石墨与焦炭的比
实例7 实例8 实例9 实例10
粘结剂树脂 15  15  15  15
漆酚粉末 10  10  10  10
硫酸钡 25  24  25  24
碳酸钙 13  13  13  13
氢氧化钙 2  2  2  2
金云母 5  5  5  5
有机纤维 10  10  10  10
硅酸锆 5  5  5  5
石墨 10  12  12  14
石油焦炭 5  4  3  2
石墨/石油焦炭 2/1  3/1  4/1  7/1
摩擦系数，20km/h A  B  B  B
摩擦系数，130km/h B  A  A  A
磨损损耗 A  A  A  B
防金属捕获的能力 B  A  A  A
抗破裂性 B  B  B  B
*混合的成分是按照体积百分比的
A：很好，B：好，C：极限，D：差
表2(续)
石墨与焦炭的比
比较实例4 比较实例5 比较实例6
粘结剂树脂 15  15  15
漆酚粉末 10  10  10
硫酸钡 25  24  22
碳酸钙 13  13  13
氢氧化钙 2  2  2
金云母 5  5  5
有机纤维 10  10  10
硅酸锆 5  5  5
石墨 5  8  16
石油焦炭 10  8  2
石墨/石油焦炭 1/2  1/1  8/1
摩擦系数20km/h C  C  D
摩擦系数130km/h D  D  C
磨损损耗 C  C  B
防金属捕获的能力 C  B  C
抗破裂性 C  B  C
*混合的成分是按照体积百分比的
A：很好，B：好，C：极限，D：差
考虑到粘结剂树脂的浸湿性和抗裂纹性，焦炭的平均颗粒尺寸优选为从150到400μm，更优选为从250到350μm。考虑到制动效果和耐磨性的兼容性，石墨和焦炭的总和优选为从5到25体积％，并且更优选从12至18体积％。考虑到制动效果、磨损损耗、防止金属捕获的能力和耐裂纹性，石墨与焦炭的体积比优选为从2/1到7/1。
与基础材料一起进行由温度引起的的磨损测试，比较实例1不包含铜和硫化锡，而实例2包含石墨和焦炭，测试结果示于下面的表3中。
表3
由于温度的磨损试验的结果
温度(℃) 基础材料 比较实例1 实例2
 体积磨损率  平均μ  体积磨损率  平均μ  体积磨损率  平均μ
 100  0.12  0.38  0.13  0.39  0.12  0.37
 150  0.09  0.41  0.10  0.40  0.10  0.42
 200  0.17  0.47  0.22  0.48  0.17  0.48
 300  0.28  0.46  0.52  0.50  0.30  0.46
 400  0.25  0.43  0.76  0.52  0.28  0.45
*体积磨损率用(D10-4mm3/Nm)表示
通过全尺寸的测力计，对于每个用于制动器的制造的摩擦材料和下面所示的转子，进行磨损损耗测试用。测试条件如下。
转子材料：铸铁(FC200)
用全尺寸的测力计在下述条件下进行测试：转子初始温度为100、150、200、300和400℃，制动减速度为1.47m/s2，初始制动速度为50km/h，制动次数为1000次。在每种温度下测量磨损损耗和摩擦系数。
在比较实例1中的摩擦材料在300和400℃的高温区处磨损损耗增加。与此相反，实例2中的摩擦材料能够获得与基础材料同样的磨损特性。并且制动效果也与该基础材料几乎相同。
根据本发明，即便在不使用重金属和重金属化合物的情况下，也能够获得高温下的耐磨性，并且相对于互相矛盾的制动效果，能够获得良好的结果，因此能够提供不昂贵的并且考虑到环保的摩擦材料。
[试验1]
(考虑到硅酸锆等的颗粒直径)
考虑到混合在示例性实施例的摩擦材料中的硅酸锆和氧化锆的颗粒直径的影响，进行试验。
作为混合的硅酸锆和氧化锆的颗粒直径，制备四种尺寸。即，3μm以下，从3μm到13μm，从13μm到20μm，和20μm以上。以摩擦材料总体积的5体积％混合硅酸锆和/或氧化锆。
通过在混合器中混合具有表4中所示的组分的摩擦材料的混合成分5分钟、将充分搅拌的所混合材料放入模具中、预成形并且热成形，来制造样品。所述预成形在10MPa的压力下进行10秒钟。预成形产品在150℃的模制温度和52.9MPa的模制压力下模制5分钟，并且在250℃温度下进行热处理(后固化)20至100分钟、涂覆、烘干并抛光，由此获得基础材料和实例A至H的摩擦材料。用测力计对这些摩擦材料进行JASO性能测试和抗破裂性测试。获得的性能的评估结果示于表4中。
表4
成分 基础 A B C D
粘合剂树脂 15  15  15  15     15
摩擦尘土 10  10  10  10     10
硫酸钡 20  27  27  27     27
碳酸钙 13  13  13  13     13
氢氧化钙 2  2  2  2     2
石墨 10  10  10  10     10
焦炭 3  3  3  3     3
金云母 5  5  5  5     5
有机纤维 10  10  10  10     10
硅酸锆(μm) 3μm以下 5  5
3-13μm  5
13-20μm  5
20μm以上     5
氧化锆(μm) 3μm以下
3-13μm
13-20μm
20μm以上
铜纤维 5
硫化亚锡 2
总量 100  100  100  100     100
摩擦特性JASO性能 摩擦系数50kph 4MP 0.42  0.40  0.42  0.44     0.48
摩擦系数130kph 4MP 0.35  0.25  0.30  0.35     0.40
转子的磨损 5  4  6  8     15
测试1 摩擦系数60km/h 0.42  0.40  0.42  0.44     0.48
转子的磨损(μm) 1.5  0.5  6.5  8.5     20.0
测试2 DTV(μm) 4.0  3.0  5.0  7.0     15.0
实际车辆NVH特性的测试 好  好  好  好     差
测试1：速度：V＝60km/h，转子振动100μm，减速度α＝0.3G，总制动次数N＝1000次
测试2：V＝100→80，α＝0.3G，V＝100km/h，空转时间16小时
表4(续)
成分 E  F  G  H
粘合剂树脂 15  15  15  15
摩擦尘土 10  10  10  10
硫酸钡 27  27  27  27
碳酸钙 13  13  13  13
氢氧化钙 2  2  2  2
石墨 10  10  10  10
焦炭 3  3  3  3
金云母 5  5  5  5
有机纤维 10  10  10  10
硅酸锆(μm)  3μm以下
 3-13μm
 13-20μm
 20μm以上
氧化锆(μm)  3μm以下 5
 3-13μm  5
 13-20μm  5
 20μm以上  5
铜纤维
硫化亚锡
总量 100  100  100  100
摩擦特性JASO性能 摩擦系数50kph 4MP 0.40  0.42  0.44  0.48
摩擦系数130kph4MP 0.25  0.30  0.35  0.40
转子磨损 4  6  8  15
测试1 摩擦系数60km/h 0.40  0.42  0.44  0.48
转子磨损(μm) 1.0  5.5  8.5  19.0
测试2 DTV(μm) 3.0  5.0  6.0  14.0
实际车辆NVH特性的测试 好  好  好  差
测试1：速度：V＝60km/h，转子振动100μm，减速度α＝0.3G，总制动次数N＝1000次
测试2：V＝100→80，α＝0.3G，V＝100km/h，空转时间16小时
结果示出，在实际颗粒直径范围在3μm以下的范围内，制动效果差。在实际颗粒直径范围在20μm以上的范围内，转子磨损增加，使得对转子的破坏变高。因此，优选粒子直径设置为从3至20μm。
[试验2]
(考虑到硅酸锆等的混合量)
考虑到在该示例性的实施例的摩擦材料中的硅酸锆和氧化锆的混合量的影响，进行试验。
颗粒直径设被置为在试验1中优选确定的3μm到20μm。准备四种硅酸锆和/或氧化锆的混合量。即，摩擦材料总体积的1体积％、3体积％、10体积％和15体积％。当使用硅酸锆和氧化锆两者时，混合量备设置为：1体积％+1体积％、3体积％+3体积％、和7％+7体积％。在试验1中已经检查过只用5体积％的硅酸锆，并且只用5体积％的氧化锆。
通过在混合器中混合具有表5中所示的组分的摩擦材料的混合成分5分钟、将充分搅拌和混合的材料放入模具中、预成形并且热成形，来制造样品。所述预成形在10MPa的压力下进行10秒钟。预成形的产品在150℃的模制温度和52.9MPa的模制压力下模制5分钟，并且在250℃温度下进行热处理(后固化)20至100分钟，涂覆、烘干并抛光，由此获得基础材料和实例a至k的摩擦材料。用测力计对这些摩擦材料进行JASO性能测试和抗破裂性测试。所获得的性能的评估结果示于表5中。
表5
成分 基础  a  b  c  d  e
粘合剂树脂 15  15  15  15  15  15
摩擦尘土 10  10  10  10  10  10
硫酸钡 20  31  29  22  17  31
碳酸钙 13  13  13  13  13  13
氢氧化钙 2  2  2  2  2  2
石墨 10  10  10  10  10  10
焦炭 3  3  3  3  3  3
金云母 5  5  5  5  5  5
有机纤维 10  10  10  10  10  10
硅酸锆从3至20μm 5  1  3  10  15
氧化锆从3至20μm  1
铜纤维 5
硫化亚锡 2
总量 100  100  100  100  100  100
摩擦特性JASO性能 摩擦系数50kph4MPa 0.42  0.40  0.42  0.45  0.49  0.40
摩擦系数130kph4MPa 0.35  0.25  0.30  0.36  0.42  0.25
转子的磨损 5  4  6  8  15  4
测试1 摩擦系数60km/h 0.42  0.40  0.42  0.44  0.48  0.40
转子的磨损(μm) 1.5  0.5  6.5  12  25.0  0.5
测试2 DTV(μm) 4  3  5  8  18  3
实际车辆NVH特性的测试 好  好  好  好  差  好
表5(续)
成分 f  g  h  i  j  k
粘合剂树脂 15  15  15  15  15  15
摩擦尘土 10  10  10  10  10  10
硫酸钡 29  22  17  26  22  18
碳酸钙 13  13  13  13  13  13
氢氧化钙 2  2  2  2  2  2
石墨 10  10  10  10  10  10
焦炭 3  3  3  3  3  3
金云母 5  5  5  5  5  5
有机纤维 10  10  10  10  10  10
硅酸锆从3至20μm  3  5  7
氧化锆从3至20μm 3  10  15  3  5  7
铜纤维
硫化亚锡
总量 100  100  100  100  100  100
摩擦特性JASO性能 摩擦系数50kph 4MPa 0.42  0.45  0.49  0.42  0.45  0.49
摩擦系数130kph4MPa 0.30  0.36  0.42  0.27  0.36  0.42
转子的磨损 6  8  15  5  8  15
测试1 摩擦系数60km/h 0.42  0.44  0.48  0.40  0.44  0.47
转子的磨损(μm) 6.5  12  25.0  0.5  12  25.0
测试2 DTV(μm) 5  8  17  3  8  14
实际车辆NVH特性的测试 好  好  差  好  好  差
结果表明，在1体积％，摩擦系数低。在15％体积，虽然摩擦系数高，但是转子的磨损增加，使得对转子的破坏变大。因此，优选地硅酸锆或氧化锆的混合量设置为从3％到10体积％。当使用硅酸锆和氧化锆两者时，优选为10体积％。但是，在14体积％，具有转子的磨损量增大等缺点。
通过以适当的体积比，将润滑性比石墨差的石墨和焦炭作为部分摩擦改良剂同时混合到摩擦材料的成分中，即便在不使用有害金属和有害金属化合物，特别是金属纤维时，也能够得到具有高温耐磨性的非石棉摩擦材料，能够抑制在保持高摩擦系数的同时的金属捕获，能够确保抗裂纹性，并且改善了与制动效果的平衡的控制。因此，本发明中的非石棉摩擦材料作为用于工业设备、有轨机动车、行李车和客车的摩擦材料，更具体地，用于上述用途的制动衬块、制动衬片和离合器摩擦片是特别实用的，并且是环境有利的。
虽然结合本发明的示例性实施例和实例描述了本发明，但是对于本领域的技术人员而言，显然的是在不脱离本发明的情况下能够进行各种变化和修改。因此目的在于在所附权利要求中覆盖属于本发明精神实质和范围内的各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种在混合成分中不包含重金属和重金属化合物的非石棉摩擦材料，所述摩擦材料包括：
在所述摩擦材料中的总量为从5到25体积％的石墨和焦炭。
2.根据权利要求1的非石棉摩擦材料，其中该石墨/焦炭的体积比为从2/1到7/1。
3.根据权利要求1的非石棉摩擦材料，其中该焦炭的平均颗粒尺寸是从150到400μm(微米)。
4.根据权利要求2的非石棉摩擦材料，其中该焦炭的平均颗粒尺寸是从150到400μm(微米)。
5.根据权利要求1的非石棉摩擦材料，还包括：
硅酸锆和氧化锆的至少其中之一，其颗粒直径为3μm到20μm，并且为整个摩擦材料总体积的3体积％到10体积％。
6.根据权利要求2的非石棉摩擦材料，还包括：
硅酸锆和氧化锆的至少其中之一，其颗粒直径为3μm到20μm，并且为整个摩擦材料总体积的3体积％到10体积％。
7.根据权利要求3的非石棉摩擦材料，还包括：
硅酸锆和氧化锆的至少其中之一，其颗粒直径为3μm到20μm，并且为整个摩擦材料总体积的3体积％到10体积％。
8.根据权利要求4的非石棉摩擦材料，还包括：
硅酸锆和氧化锆的至少其中之一，其颗粒直径为3μm到20μm，并且为整个摩擦材料总体积的3体积％到10体积％。
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