摩擦材料

摘要

本发明提供一种摩擦材料，其含有纤维基材、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，在所述摩擦材料中，相对于摩擦材料整体，作为元素的铜的含量为0.5重量％以下，并且，含有粒子或纤维状的铝合金和氧化锌作为所述无机填充材料。

权利要求

1.一种摩擦材料，含有纤维基材、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，所述摩擦材料的作为元素的铜的含量相对于摩擦材料整体为0.5重量％以下，含有粒子或纤维状的铝合金和氧化锌作为所述无机填充材料，相对于摩擦材料整体，含有0.3～3.0重量％的所述铝合金，相对于摩擦材料整体，含有1～10重量％的所述氧化锌，所述氧化锌的含量大于所述铝合金的含量，并且，含有氧化铁作为所述无机填充材料，相对于摩擦材料整体，含有2～15重量％的所述氧化铁。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中，所述铝合金含有70～85重量％的铝成分。

说明书

摩擦材料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在车辆用的制动器装置等使用的摩擦材料。

背景技术

[0002] 以往，对于车辆等的制动片或制动蹄等中所使用的摩擦材料要求防止蠕滑噪音等噪音的发生、高效(高摩擦系数)以及高寿命(耐磨损性)等各种特性。

[0003] 以往，以保持摩擦系数以及赋予耐磨损性为目的，使摩擦材料含有具有高导热系数和优异的伸长性的铜成分。然而，现今，在全球范围内对环境的关注在增加，因此，迫切需
要开发一种减少了对环境负荷高的铜成分的摩擦材料(无铜)。因此，正在尝试构建一种摩
擦材料，该摩擦材料不会导致伴随铜成分的消减带来的高速高负荷制动时的制动效果和高
温耐磨性劣化，并且可以减少蠕滑噪声的产生。

[0004] 例如，专利文献1中报告了如下的摩擦材料。为了改善因铜成分的减少而导致的高速高负荷制动时的制动效果和耐磨损性的下降，相对于摩擦材料原料整体，作为无机摩擦
调整剂，含有1～10重量％的选自铝粒子、铝纤维、以铝为主要成分的合金粒子以及以铝为
主要成分的合金纤维中的1种或2种以上，并且相对于摩擦材料原料整体，含有5～20重量％
的平均粒径为1～20μm且莫氏硬度为4.5以上的硬质无机粒子。此外，作为以铝为主要成分
的合金，含有90重量％以上的铝。专利文献1是利用铝的粘着磨损只限在高速负荷制动时发
生这一特性的技术。

[0005] 此外，为了补偿伴随铜成分的减少的耐磨损性的劣化，提出有配合大量钛酸钾(例如，10～40重量％)的摩擦材料。已知，当大量含有钛酸钾时虽然在高温下的耐磨损性优异，
但另一方面，对配对件(例如，转子)的粘着被摸的形成增多，伴随此粘滑现象增加，导致发
生蠕滑噪音。

[0006] 因此，在专利文献2中作为即使在实质上不含有铜成分的组成中也能兼得高温下的耐磨损性和减少蠕滑噪音的发生的摩擦材料，报道了除了含有多个具有凸起形状的钛酸
钾，还含有平均粒径0.1～1.0μm的四氧化三铁(Fe3O4)的摩擦材料。该技术是通过四氧化三
铁的小粒子适度清洁在摩擦材料与转子的摩擦界面上过度形成的被膜，从而具有减少由钛
酸钾引起的粘滑现象的效果，由此减少蠕滑噪音的发生。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开2015‑59125号公报

[0010] 专利文献2：日本特开2016‑79248号公报

发明内容

[0011] 发明所要解决的课题

[0012] 然而，专利文献1的技术是通过铝系材料来弥补因铜成分的消减而导致的高温高速负荷时的摩擦特性的劣化，但由于以往的铝系材料与铜相比柔软且强度低，因此存在与
作为配对件的转子的粘着力过强的倾向。因此，存在摩擦材料容易磨损且无法抵抗制动器
效力的降低这样的问题。

[0013] 专利文献2的技术是通过氧化铁刮掉粘着被摸而对转子表面适度进行清洁的技术。然而，在专利文献2的技术中，虽然将四氧化三铁的平均粒径设为0.1～1.0μm，但预计在
该平均粒径下无法发挥基于四氧化三铁的被膜清洁效果，无法有效地减少蠕滑噪音的发
生。

[0014] 因此，本发明的课题在于提供一种在不引起高速高负荷制动时的制动效果的降低的前提下确保优异的耐磨损性，并且能够减少在蠕滑现象期间发生的蠕滑噪音的摩擦材
料。

[0015] 为了解决上述课题，本发明人进行锐意的研究发现，通过在摩擦材料中含有粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌，从而能够在不引起高速高负荷制动时的制动效果的降低的
前提下确保优异的耐磨损性，并且能够有效地减少在蠕滑现象期间发生的被称为蠕滑噪音
的低频的令人不舒服的噪音。此外，发现通过在摩擦材料中含有氧化铁，从而能够提高高速
高负荷制动时的制动器效力特别是抗热衰减性(fade resistance)，进而完成了本发明。

[0016] 即，本发明具有以下特征构成。

[0017] 一种摩擦材料，是含有纤维基材、结合材料、有机填充材料和无机填充材料，

[0018] 所述摩擦材料中作为元素的铜的相对于摩擦材料整体的含量为0.5重量％以下，

[0019] 含有粒子或纤维状的铝合金和氧化锌作为所述无机填充材料。

[0020] 根据上述的摩擦材料，在不引起高速高负荷制动时的制动效果的降低的前提下确保优异的耐磨损性，并且能够减少在蠕滑现象期间发生的被称为蠕滑噪音的低频的令人不
舒服的噪音。以往，在为了弥补因铜成分减少导致的耐磨损性的劣化而含有大量钛酸钾等
钛酸盐的摩擦材料中，蠕滑噪音的发生成为问题。根据该构成，通过在摩擦材料中含有粒子
状或纤维状的铝合金，从而在摩擦材料与配对件的摩擦表面之间表达适度的粘着性，从而
能够有效地减少蠕滑噪音。与此同时，通过含有氧化锌，氧化锌可以有助于摩擦材料中的树
脂成分的分解，从而在高温条件下向摩擦材料赋予适度的润滑性，进而能够确保在高温条
件下的耐磨损性。由此，能够构建具有优异的高速高负荷制动时的制动效果、耐磨损性和减
少蠕滑噪音的发生特性的摩擦材料。

附图说明

[0021] 图1是对本实施方式的摩擦材料的实施例和比较例的摩擦材料原料的配合组成及其性能评价进行概括的图。

具体实施方式

[0022] 下面，对本发明的实施方式详细地进行说明，本发明只要不超过其宗旨，则不限定于以下的实施方式。

[0023] 本实施方式的摩擦材料含有后述的纤维基材、结合材料、有机填充材料和无机填充材料等，并且作为无机填充材料含有粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌。除此以外，还可
以含有制造摩擦材料时通常使用的材料。在这里，将制造本实施方式的摩擦材料时混合的
全部材料称为摩擦材料原料。

[0024] 本实施方式的摩擦材料为非石棉系摩擦材料(NAO材料)。此外，本实施方式的摩擦材料是实质上不含有环境负荷高的铜成分的材料(无铜)。具体而言，不含有铜成分，或者在
含有铜成分的情况下，相对于摩擦材料原料整体为0.5重量％以下。

[0025] 以往，在为了弥补因铜成分的减少导致的耐磨损性的劣化而含有大量钛酸钾等钛酸盐的摩擦材料中，蠕滑噪音的发生成为问题。本实施方式的摩擦材料通过含有粒子或纤
维状的铝合金和氧化锌，从而在代替铜成分含有大量钛酸盐的同时能够兼得优异的耐磨损
性和蠕滑噪音发生的减少。因此，本实施方式的摩擦材料能够充分应对无铜化趋势。

[0026] 纤维基材可以例示有机纤维或金属纤维、天然或人造的无机纤维等。关于纤维基材的具体例，作为有机纤维，可举出芳香族聚酰胺纤维(芳纶纤维)、丙烯酸纤维、纤维素纤
维和碳纤维等，作为金属纤维，可举出基于钢、不锈钢、铝、锌和锡等的单独金属以及它们的
合金的纤维，作为无机纤维，可举出石棉和玻璃纤维等。纤维基材可以单独使用一种，也可
以并用多种。此外，纤维基材的含量没有特别限定，优选相对于摩擦材料原料整体可以含有
3～15重量％。

[0027] 结合材料是具有使摩擦材料原料结合的功能的材料。作为结合材料的具体例，可举出酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂和酰亚胺树脂等，还可以使用各自的弹性体、烃树
脂和环氧等改性的树脂。结合材料可以单独使用1种或者并用多种。此外，结合材料的含量
没有特别限定，优选为相对于摩擦材料原料整体可以含有3～10重量％。

[0028] 有机填充材料可以含有腰果粉、橡胶粉、轮胎粉和含氟聚合物等，它们可以单独使用1种，或者也可以并用多种。然而，并不限定于上述具体例，优选可以使用该技术领域中公
知的有机填充材料。有机填充材料的含量也没有特别限定，可以使用该技术领域中通常使
用的含量。

[0029] 作为无机填充材料，含有粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌。

[0030] 含有粒子状或纤维状的铝合金主要是为了对摩擦材料赋予减少蠕滑噪音的发生的功能。摩擦材料通过含有粒子状或纤维状的铝合金，从而在摩擦材料与配对件的摩擦表
面之间表达适度的粘着性，从而能够有效地减少蠕滑噪音。铝合金是以铝为主要成分的合
金，是在铝中添加了其它元素的材料。通过将铝制成合金，从而能够提高铝的强度或硬度等
特性。铝合金中的铝成分优选为70～85重量％。通过调节成该范围，能够在不降低铝合金的
熔点的前提下发挥适度的粘着性。

[0031] 铝合金只要能够发挥上述功能则没有特别限定，可以使用该技术领域中使用的公知的铝合金。例如，可举出铝和其它元素，例如，选自锌、锰、镁、硅、铁、钛、铬和钼等中的一
种或多种元素的合金。作为具体例，可举出铝‑锌合金、铝‑锰合金、铝‑镁合金、铝‑锌‑镁合
金、铝‑硅合金等，优选为铝‑锌合金或铝‑锰合金。

[0032] 关于粒子状或纤维状的铝合金的大小，只要能够发挥上述功能且能够与其它摩擦材料原料均匀混合则没有特别限定，可以使用该技术领域中使用的公知的尺寸的材料。例
如，铝合金粒子的平均粒径优选为50～300μm，铝纤维的平均纤维径优选为20～100μm，平均
纤维长度优选为0.5～10mm。

[0033] 粒子状或纤维状的铝合金的含量是相对于摩擦材料原料整体优选为0.3～3重量％。当粒子状或纤维状的铝合金含量超过3重量％时，因摩擦热而在摩擦表面之间向配对
件过度粘着，存在磨损进展显著的倾向，从高温耐磨损性的观点出发不优选。另一方面，当
小于0.3％重量％时，由于无法期待上述蠕滑噪音发生的降低的效果，因此优选以上述范围
含有。

[0034] 主要为了向摩擦材料赋予在高温下的耐磨损性功能而含有氧化锌。通过在摩擦材料中含有氧化锌，由于氧化锌有助于摩擦材料中的树脂成分的分解，在高温条件下向摩擦
材料赋予适度的润滑性，从而能够确保在高温条件下的耐磨损性。

[0035] 关于氧化锌的性状和大小，只要能够与其它摩擦材料原料均匀混合且能够有效地发挥上述功能，则没有特别限定，可以设为粉体状、粒子状和纤维状。此外，氧化锌的含量相
对于摩擦材料原料整体优选为1～10重量％，通过调节在该范围内而能够有效地发挥耐磨
损性功能。当氧化锌少于1重量％时无法发挥高温时的耐磨损性，当超过10重量％时抗热衰
减性劣化。

[0036] 作为无机填充材料，在粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌的基础上，还可以含有氧化铁。主要为了向摩擦材料赋予制动效果的提高功能而含有氧化铁。氧化铁通过高温摩
擦被还原，从而在摩擦材料与配对件的摩擦表面之间表达适度的粘着性，能够提高制动效
果，特别是能够提高抗热衰减性。

[0037] 作为氧化铁，三氧化二铁：Fe2O3和四氧化三铁：Fe3O4均可以使用。

[0038] 关于氧化铁的性状和大小，只要能够与其它摩擦材料原料均匀混合且能够有效地发挥上述功能则没有特别限定，可以为粉体状、粒子状和纤维状。此外，氧化铁的含量相对
于摩擦材料原料整体优选为1～15重量％，通过调节在该范围内而能够有效地提高制动效
果、特别是抗热衰减性。当氧化铁少于1重量％时抗热衰减性劣化，当超过15重量％时高温
时的耐磨损性劣化。

[0039] 作为无机填充材料，除了粒子状或纤维状的铝合金、氧化锌和氧化铁以外，还有pH调节剂、无机摩擦调整剂、钛酸盐、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、云母、滑石和硅酸钙等。作为钛
酸盐可例示钛酸碱金属盐、钛酸碱金属·ⅡA族盐等，作为具体例，可举出钛酸钾、钛酸钠、
钛酸锂、钛酸锂钾、钛酸镁钾等。钛酸盐相对于摩擦材料原料整体优选为含有10～30重
量％。由此，能够弥补因铜成分消减导致的耐磨损性劣化。

[0040] 另外，作为pH调节剂，可以含有氢氧化钙等。

[0041] 作为无机摩擦调整剂，可以含有二氧化硅等二氧化硅、硅酸锆、氧化锆(氧化锆)、氧化镁、氧化铝(氧化铝)、氧化铬(氧化铬(Ⅱ)等)、和陶瓷粉等。优选无机摩擦调整剂可以
使用莫氏硬度为6.5以上的物质，但不限于上述具体例，还可以使用该技术领域中公知的无
机物。

[0042] 另外，可以含有基于铁、铝、锌、锡等的单独金属以及它们的合金的金属粉等金属。

[0043] 这些无机填充材料可以单独使用一种或者并用多种。无机填充材料的含量也没有特别限定，可以设为该技术领域中通常使用的含量。

[0044] 另外，本实施方式的摩擦材料中可以含有润滑材料，作为具体例，可举出焦炭、石墨、炭黑、石墨和金属硫化物等。金属硫化物可例示硫化锡、三硫化锑、二硫化钼、硫化钨等。
润滑材料可以单独使用一种，或者还可以并用多种。润滑剂的含量也没有特别限定，可以设
为该技术领域中通常使用的含量。

[0045] 本实施方式的摩擦材料可以通过该技术领域中公知的方法进行制造，可以通过将摩擦材料原料配合而混合的混合工序以及将被混合的摩擦材料原料以期望的形状成型的
成型工序进行制造。

[0046] 在这里，混合工序优选为将摩擦材料原料以粉体状进行混合，由此容易将摩擦材料原料均匀地混合。只要是能够将摩擦材料原料均匀地混合则混合方法没有特别限定，可
以通过该技术领域中公知的方法进行。优选为在混合时可以使用亨息尔混料机(Henschel 
Mixer)或罗地格混合机(Loedige Mixer)等混合机进行混合，例如在常温混合10分钟左右。
这时，还可以通过公知的冷却方法一边冷却一边混合以免摩擦材料原料的混合物升温。

[0047] 成型工序可以通过将摩擦材料原料用压力机等进行压固来进行，可以基于该技术领域中公知的方法进行。在通过压力机成型时，可以通过对摩擦材料原料进行加热并压固
成型的热压法和不对摩擦材料原料进行加热而在常温下压固成型的常温压制方法中的任
一个来进行。在通过热压法成型的情况下，例如可以将成型温度设为140℃～200℃(优选为
160℃)，将成型压力设为10MPa～30MPa(优选为20MPa)，将成型时间设为3分钟～15分钟(优
选为10分钟)。在通过常温压制方法成型的情况下，例如可以将成型压力设为50MPa～
200MPa(优选为100MPa)，将成型时间设为5秒～60秒(优选为15秒)来成型。接着，进行夹紧
处理(例如，180℃、1MPa、10分钟)。其后，可以进行150℃～250℃、5分钟～180分钟的热处理
(优选为230℃、3小时)。

[0048] 另外，还可以根据需要设置对摩擦材料的表面进行研磨而形成摩擦表面的研磨工序。

[0049] 本实施方式的摩擦材料可以适用于车辆等盘式制动器用片，但并不限定于此，可以适用于制动蹄等该技术领域中公知其使用摩擦材料的部件中。本实施方式的摩擦材料例
如可以作为制动器用垫片与属于背板的金属板等板状部件一体化而使用。

[0050] 根据本实施方式的摩擦材料，通过含有粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌，从而在不引起高速高负荷制动时的制动效果的降低的前提下确保优异的耐磨损性，并且能够减
少在蠕滑现象期间发生的被称为蠕滑噪音的低频的令人不舒服的噪音。以往，在为了弥补
因铜成分减少导致的耐磨损性的劣化而含有大量钛酸钾等钛酸盐的摩擦材料中，蠕滑噪音
的发生成为问题。根据该构成，通过在摩擦材料中含有粒子状或纤维状的铝合金，从而在摩
擦材料与配对件的摩擦表面之间表达适度的粘着性，能够有效地减少蠕滑噪音，并且通过
含有氧化锌而能够有助于摩擦材料中的树脂成分的分解。因此，在高温条件下向摩擦材料
赋予适度的润滑性，从而能够确保在高温条件下的耐磨损性，能够构建具有优异的高速高
负荷制动时的制动效果、耐磨损性和减少蠕滑噪音的发生特性的摩擦材料。

[0051] 另外，通过向本实施方式的摩擦材料加入粒子状或纤维状的铝合金和氧化锌，并且含有氧化铁，从而能够提高制动效果、尤其是抗热衰减性，进而能够构建高速高负荷制动
时的制动效果、耐磨损性和减少蠕滑噪音的发生特性进一步提高的摩擦材料。

[0052] 实施例

[0053] 下面，对根据本实施方式的摩擦材料的实施例进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

[0054] 作为实施例1～16和比较例1～3，将根据图1所示的配合量配合的摩擦材料原料进行配合而制作的摩擦材料用于制动片，对一般效力、耐磨损性、蠕滑噪音进行了评价。此外，
图中的各个摩擦材料原料组成的配合量的单位是相对于摩擦材料原料整体的重量％。

[0055] (一般效力)

[0056] 基于JASO C406测定了第2效力试验的初始速度50km/h和100km/h时的平均摩擦数(μ)和热衰减摩擦系数(μ)。

[0057] 在这里，第2效力试验的初始速度50km/h和100km/h时的平均摩擦数基于下述基准用3个级别进行评价。

[0058] 〇：平均摩擦系数0.37以上且0.43以下

[0059] △：平均摩擦系数0.34以上且小于0.37、或者大于0.43且小于0.46

[0060] ×：平均摩擦系数小于0.34、或者大于0.46

[0061] 热衰减摩擦系数基于下述的基准用3个级别进行评价。

[0062] 〇：热衰减摩擦系数0.3以上

[0063] △：热衰减摩擦系数0.2以上且小于0.3

[0064] ×：热衰减摩擦系数小于0.2

[0065] (耐磨损性)

[0066] 基于JASO C427，进行在200℃、300℃、400℃的各个温度的磨损试验，测定磨擦材料的厚度(mm)，计算出磨损量。换算为制动次数每1000次的磨损量，基于下述的基准用4个
级别来进行评价。

[0067] ◎：小于0.20mm

[0068] 〇：0.20mm以上且小于0.25mm

[0069] △：0.25mm以上且小于0.30mm

[0070] ×：0.30mm以上

[0071] (蠕滑噪音)

[0072] 使用实际车辆并实施相当于JASO C406的摩擦后，放置于室外过夜，第二天早晨在启动发动机后立即松开制动踏板，评价产生的蠕滑噪音的车内噪音。在这里，基于下述基准
用2个级别来进行评价。

[0073] 〇：没有发生噪音，或者一般驾驶人不会感到不舒服的程度发生噪音

[0074] ×：发生一般驾驶人感到不舒服的程度的噪音

[0075] 将结果示于图1。在实施例1～16中，一般效力、耐磨损性和蠕滑噪音得到了良好的结果。由此确认到了本实施例的摩擦材料确保摩擦材料的良好的制动器效力和耐磨损性，
并且能够有效地减少蠕滑噪音的发生。另一方面，在不含铝合金和氧化锌的比较例1中，高
温耐磨损性降低，并且无法减少蠕滑噪音的发生，在耐磨损性和蠕滑噪音发生方面存在问
题。另一方面，在含有氧化锌但未含有铝合金的比较例2中，无法减少蠕滑噪音的发生，在含
有铝合金但未含有氧化锌的比较例3中，确认到高温耐磨损性降低。从这些结果可以确认为
了提供使制动器效力、耐磨损性和蠕滑噪音全部满足的摩擦材料，需要含有铝合金和氧化
锌两者。

[0076] 在这里，虽然省略详细的实验结果，但在将铝成分80％的铝‑锌合金纤维相对于摩擦材料原料整体只含有0.1重量％的情况下，在制动器效力和耐磨损性的观点上良好，但确
认到减少蠕滑噪音发生的效果稍微降低。另一方面，在含有5重量％的该铝合金的情况下，
虽然在制动器效力和减少蠕滑噪音发生效果的观点上良好，但确认到在高温(400℃)下的
耐磨损性稍微降低。此外，当使用了在铝‑锌合金纤维中铝成分为65％的材料的情况下，以
及使用了铝成分为90％的材料的情况下，也确认出在高温(400℃)下的耐磨损性稍微降低。
因此判断出通过优化相对于摩擦材料整体的铝合金的含有率以及铝合金中的铝成分的含
有率，从而能够提供具有更优异的制动器效力、耐磨损性以及减少蠕滑噪音发生的效果的
摩擦材料。

[0077] 另外，当将氧化锌相对于摩擦材料原料整体含有15重量％的情况下，虽然在耐磨损性和减少蠕滑噪音发生效果的观点上良好，但确认出热衰减时的制动器效力稍微降低。
因此判断出通过优化相对于摩擦材料整体的氧化锌的含有率，从而能够提供具有更优异的
制动器效力、耐磨损性以及减少蠕滑噪音发生的效果的摩擦材料。

[0078] 此外，在不含有氧化铁的情况下，虽然对于耐磨损性和蠕滑噪音得到了良好的结果，但确认出热衰减时的制动器效力稍微减低。由此判断出通过含有氧化铁，能够提供具有
更良好的制动器效力、耐磨损性和减少蠕滑噪音发生特性的摩擦材料。另一方面，当将氧化
铁相对于摩擦材料原料整体含有20重量％的情况下，虽然从制动器效力和减少蠕滑噪音发
生效果的观点上良好，但确认出在高温(300℃和400℃)下的耐磨损性稍微降低。从这些结
果可以判断出当含有氧化铁的情况下，通过优化其含有率，从而能够提供具有更优异的制
动器效力、耐磨损性和减少蠕滑噪音发生的效果的摩擦材料。