CN102947407A - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦材料，该摩擦材料抑制在高温高负荷下制动失效时的摩擦系数下降，且抑制热史之后即刻的与盘式转子的粘着，并且具有在高温区间下提高的强度。该摩擦材料含有纤维基材、粘结剂以及摩擦改良剂；该摩擦改良剂包含平均粒径为1000-3000μm的人造石墨和具有多个凸部的无机填料。

Description

摩擦材料

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料，特别是诸如用于汽车、铁路车辆、工业机械等的盘式制动衬块、制动衬片等的摩擦材料。

背景技术

近来，随着车辆的高性能化、高速化，对制动器要求的功能变得越来越苛刻。

专利文献1公开了一种包含纤维材料、粘结剂、润滑剂以及其他填料的无石棉摩擦材料。该摩擦材料含有全部摩擦材料4至6体积%的量的作为充填剂的焦磷酸钙，以及全部摩擦材料3至5体积%的的量的冰晶石。在该无石棉摩擦材料中，在失效的发生期间保持摩擦系数，并且即使当在高温区间失效发生后维持在压力下停止状态时，摩擦材料的一部分不会脱落并且粘着到其他配合件。

引用列表

专利文献1：JP-A-2009-132816

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，由于最近的车辆轻量化的趋势，要求在高温高负荷的条件下发生失效期间抑制摩擦材料的摩擦系数的下降。而且，在对应于失效的发生的热史之后立即将摩擦材料置于加压状态时发生的摩擦材料粘着到盘式转子产生例如摩擦材料的偏心磨损和振动的问题，所以防止粘着非常重要。

另外，由于车辆轻量化的趋势，迫切需要提高摩擦材料的高温强度。

现有的摩擦材料中，为提高摩擦材料的强度一直使用增强填料，但这些填料中，鉴于环境卫生，晶须状填料是不需要的。为代替晶须状填料而使用了板状或鳞片状填料，但与使用晶须状填料相比，在高温高负荷时，由于摩擦材料的强度不足，可能导致磨损增大、断裂或剥落，并且制动机能下降。特别期待在转子温度到达400℃以上的高温区间能够充分确保保持其强度的摩擦材料。

本发明的目的是提供一种摩擦材料，该摩擦材料确保抑制在高温高负荷下失效的发生期间的摩擦系数下降，且抑制热史之后立即粘着到盘式转子，并且提高在高温区间的摩擦材料强度。

本发明涉及如下的摩擦材料。

（1）一种摩擦材料，该摩擦材料包含：

纤维材料；

粘结剂；以及

摩擦改良剂；

其中，该摩擦改良剂包含平均粒径为1000至3000μm的人造石墨和具有多个凸部的无机填料。

（2）根据（1）所述的摩擦材料，其中，所述摩擦改良剂还包含锌粉。

（3）根据（1）或（2）所述的摩擦材料，其中，所述人造石墨的含量为全部摩擦材料的1至9体积%，所述具有凸部的无机填料的含量为全部摩擦材料的2至35体积%。

（4）根据（2）或（3）所述的摩擦材料，其中，所述锌粉的含量为全部摩擦材料的0.2至3体积%。

（5）根据（1）至（4）中任意一项所述的摩擦材料，其中，所述具有凸部的无机填料是从由硫酸钡、碳酸钙及钛酸钾所组成的组中选取的至少一个。

发明效果

根据本发明，能够抑制高温高负荷下失效的发生期间的摩擦系数下降以及热史之后立即粘着到盘式转子，并且不仅增强在转子温度到达400℃以上的高温区间的摩擦材料强度，也降低在相同温度下的摩擦材料磨损量。

附图说明

图1是用于说明本发明所使用的具有多个凸部的无机填料的实例的投影图。

参考标记列表

1具有多个凸部的无机填料

2凸部

具体实施方式

本发明的摩擦材料的特征在于含有平均粒径为1000至3000μm的人造石墨和具有多个凸部的无机填料。

在本发明中，具有上述规定尺寸的人造石墨被用作摩擦改良剂的一部分，由于高温下的润滑效果及生成的该组分的膜覆盖在摩擦片表面而保护摩擦材料，并且该组分有助于改善高温高负荷下失效的发生期间转子与摩擦材料的界面状态。另外，具有多个凸部的无机填料被用作该摩擦改良剂的一部分，该组分主要有助于提高摩擦材料在高温区间的强度。本发明的上述效果被认为能够由这两种组分带来。除了这两中组分之外，进一步一同使用锌粉，能够更加改善此效果。

以下将对本发明的摩擦材料的每个组分进行描述。

[摩擦改良剂]

（人造石墨）

本发明所使用的人造石墨平均粒径为1000至3000μm，优选为1000至2000μm，更优选为1000至1500μm。如果平均粒径小于1000μm，则与转子的接触面积变大，并且在高温高负荷条件下失效的发生期间发生摩擦片粘着于转子。如果平均粒径超过3000μm，则作为混合材料的分散性显著恶化，并且无法获得均匀混合。平均粒径是由激光衍射式粒度分布仪所测定的数值。其他的粉末的平均粒径也是由同样的方法测定。

人造石墨的实例包括将通过形成焦炭粉末或类似物与沥青或类似物的混合物、在大约1000至1300℃下准烧结所得混合物并其通过在大约3000℃下的石墨化工序进行人工结晶成长所获得的石墨。此外，人造石墨的生产方法没有特别限定。人造石墨的肖氏硬度优选为17至27。优选地，人造石墨的结晶结构为六方结构。

本发明中所使用的人造石墨占全部摩擦材料的含量优选为1至9体积%，更优选为2至6体积%。如果含量小于1体积%，则人造石墨的润滑性能不足，并且摩擦材料的磨损量增大。如果超过9体积%，则润滑性能过剩，摩擦系数（效果）下降。

关于本发明中的人造石墨，通过采用上述范围之外的具体优选范围，能够更有效地发挥本发明的效果，特别是抗粘着性能以及制动性能。

（具有多个凸部的无机填料）

本发明的摩擦材料含有具有多个凸部的无机填料。具有凸部的无机填料用于获得主要在高温区间的摩擦材料强度改善的摩擦材料更为有效，并且能够维持对在高温高负荷条件下失效的发生期间摩擦系数下降的抑制，以及对热史之后立即粘着到盘式转子的抑制。以下，该具有多个凸部的无机填料也称为“本申请的无机填料”。

在本发明中，所谓本申请无机填料，意味着颗粒的三维几何形状具有多个凸部。用在此处的所谓“具有多个凸部”，意味着本申请无机填料的投影几何形状至少与通常的多边形、圆形、椭圆形等不同，并且在两个以上方向上具有凸部。具体而言，所谓凸部表示对应于从多边形、圆形、椭圆形等（基本图形）凸出的部分，所述多边形、圆形、椭圆形等（基本图形）应用于通过光学或电子显微镜等获得的照片（投影图）。本申请的无机填料1的投影图包括，例如，如图1所示的投影图，其中凸部以符号2表示。本申请的无机填料的具体三维形状包括，例如，回力镖形状、十字形状、变形虫形状、各种动植物的部分（例如手、角或叶）或者整体的形状、与其类似的形状、以及糖果（confetto）形状。

本申请的无机填料的平均粒径优选为1至50μm，更优选为5至20μm。

本申请的无机填料的实例包括硫酸钡、碳酸钙、钛酸钾。例如，能够使用专利国际公开WO-2008-123046号记载的钛酸钾。

本申请的无机填料的生产方法包括：当本申请的无机填料为盐类的情况下，将构成具有通常形状的无机填料的原子的氧化物、盐类等进行物理粉碎，然后利用振动碾磨机施加剪切应力获得具有高反应活动性的混合物，此后烘烤该混合物以使其晶体结构变为与通常几何形状不同构成，从而生产本申请的无机填料的方法。

本申请的无机填料的含量优选为全部摩擦材料2至35体积%，更优选为10至20体积%。如果含量小于2体积%，则不能期望本申请的无机填料产生增强效果。如果含量超过35体积%，衬块的压缩变形量变小，振动特性恶化。

关于本申请无机填料，通过采用上述范围之外的具体优选范围，能够更有效地发挥本发明的效果，特别是机械强度及耐磨损性。

本发明中，认为本申请的无机填料将其凸部固定到粘结剂，从而促进了上述效果。

（锌粉）

本发明中所用的锌粉所具有的平均粒径优选为1至20μm，更优选为1至10μm，还更优选2至6μm。

对锌粉的生产方法没有特别限定。

本发明所用的锌粉的含量优选为全部摩擦材料的0.2至3体积%，更优选为0.2至1.5体积%。如果含量小于0.2体积%，无法在转子表面形成锌的保护膜，并且在高温高负荷条件下失效的发生期间会发生衬块粘着到转子的情况。如果含量超过3体积%，作为低熔点金属的锌向转子的转移量明显增加，并且高温高负荷条件下失效的发生期间的摩擦系数（效果）下降。

关于用于本发明的锌粉，通过采用上述范围之外的特定的优选范围，能够更为有效地发挥本发明的效果，特别是抗粘着性能及制动特性。

（其他摩擦调节剂）

用于本发明的摩擦调节剂包括：除本申请的无机填料之外的金属氧化物，例如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化铬、二氧化钼、硅酸锆；有机粉末，例如合成橡胶和漆酚树脂；金属，例如铜、铝和锡；矿物，例如蛭石和云母；以及除本申请的无机填料之外的盐类，例如硫酸钡、钛酸钾和碳酸钙。可以单独使用这些材料中的一种，或者可以组合使用其中的两种以上。这些调节剂都以粉状等形式使用，对粒径等进行各种选定。

本发明中，摩擦调节剂的用量通常为全部摩擦材料的30至80体积%，优选为60至80体积%。这里，摩擦调节剂包括本申请的人造石墨、锌粉及本申请的无机填料。

[纤维材料]

本发明中所用的纤维基体材料可用是有机或无机类。有机类的实例包括芳香族聚酰胺（芳香族聚酰酩）纤维和聚丙烯酸纤维；无机类的实例包括金属纤维例如铜和钢、钛酸钾纤维、Al₂O₃-SiO₂-基陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维以及石棉。单独使用这些材料中的一种，或组合使用其中两种以上。

本发明中，纤维材料的用量通常为全部摩擦材料的2至40体积%，优选为5至20体积%。

[粘结剂]

本发明所用的粘结剂包括热固树脂，例如酚醛树脂（包括纯酚醛树脂和由橡胶等进行改性的各种改性酚醛树脂）、三聚氰胺树脂、环氧树脂以及聚酰亚胺树脂。

本发明中，纤维材料的用量通常为全部摩擦材料的10至30体积%，优选为14至20体积%。

[摩擦材料的生产]

在本发明的摩擦材料的生产中，将上述各组分混合，所述混合按照通常的生产方法进行，并且进行处理，例如热成形、加热、研磨，从而能够生产所述摩擦材料。

通过热成型压板的热成型步骤和执行后固化的步骤并且最后实施最终处理，从而能够生产具有上述摩擦材料的制动衬块，所述压板通过金属板压型而形成为预定形状，然后进行脱脂处理和前处理，最后在预定温度和压力下覆以黏合剂以及摩擦材料的预成型体，以整体固定两个膜。

实例

以下通过实施例对本发明进行具体描述。但是，本发明并非仅局限于这些实例。

<实施例1至15、比较例1至11>

根据表1至3中所示的配方（体积%）的摩擦材料的混合材料通过搅拌机均匀混合，得到摩擦材料混合物。接下来将摩擦材料混合物在室温、压力6MPa下预成形，之后，在温度150℃、压力9MPa下进行6.5分钟的加热加压成形，在温度250℃、压力3920N下热处理3.5小时，得到摩擦材料。将所得的摩擦材料通过以下方法进行评价。顺便提及，实施例7和实施例14为相同的摩擦材料。

1）第10次制动失效，摩擦系数以及粘着

通过电动试验机实施基于JASO C406标准的抛光和仅仅第1失效的发生的组合，测定摩擦系数，并且目视确认是否粘着到转子。抛光次数设定为200次，设定条件使得失效的发生测试时的减速度为9.8m/s²并且第10次时转子最终温度达到650℃。在第10次制动时，留下10MPa压力作用在摩擦材料上的同时保持停止状态2分钟，压力释放后使转子旋转，确认粘着。评价如下：

摩擦系数：

当摩擦系数的值为0.30以上时，评价指示为“是”。

粘着：

目视确认摩擦材料是否由于高温高负荷制动而部分地从衬块上脱落，并粘着在转子上。

2）400℃剪切强度：

制作上述摩擦材料的试件（30×10×4.8mm厚度），按照JIS（日本工业标准）D4422进行测定。

3）400℃摩擦材料磨损量：

按照JASO C427，在电动试验机上进行400℃的磨损测试。

[表1]

[表2]

[表3]

在表中，钛酸钾（本申请）是平均粒径为10μm的本申请的无机填料（大塚化学株式会社制商品名称：TERRACESS JP）。另外，钛酸钾（片状）是平均粒径为10μm的片状粒子，并且与本申请的无机填料不同。顺便提及，人造石墨的粒度与平均粒径为相同含义。另外，除钛酸钾（本申请）之外的上述摩擦改良剂，不是本申请的无机填料。

从上述表中可知，当使用具有本申请的平均粒径的人造石墨时，第10次制动失效发生时的摩擦系数大，并且没有导致粘着，而且因为400℃时的剪切强度高且相同温度下的摩擦材料磨损量小，不仅能够提高转子温度达到400℃以上的高温区间的强度，而且耐久性也优异。另外，从实施例13至15与比较例9至11的比较中可知，当本申请的无机填料是使用人造石墨与锌粉的组合来替代片状填料时，400℃时的剪切强度及摩擦材料磨损量进一步改善。

尽管参照具体实施例对本发明进行了详细地说明，但对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围可进行各种变更和修改是显而易见的。本申请基于2010年6月18日提出的日本专利申请（JP-A-2010-139517），其内容作为参照并入于此。

工业实用性

本发明的摩擦材料是具有实用性的，特别是作为用于汽车、铁路车辆、工业机械等的盘式制动衬块和制动衬片的摩擦材料。

Claims (5)

1.一种摩擦材料，该摩擦材料包含：

纤维材料；

粘结剂；

以及摩擦改良剂；

其中，该摩擦改良剂包含平均粒径为1000至3000μm的人造石墨和具有多个凸部的无机填料。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述摩擦改良剂还包含锌粉。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其中，

所述人造石墨的含量为全部摩擦材料的1至9体积%，所述具有凸部的无机填料的含量为全部摩擦材料的2至35体积%。

4.根据权利要求2或3所述的摩擦材料，其中，

所述锌粉的含量为全部摩擦材料的0.2至3体积%。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的摩擦材料，其中，

所述具有凸部的无机填料是从由硫酸钡、碳酸钙和钛酸钾所组成的组中选取的至少一个。

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