JP2008291108A - Friction material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車両のブレーキ、クラッチ等に使用される摩擦材に関し、詳しくは、耐摩耗性に優れ、相手材への攻撃性が小さく、広い温度域において高い摩擦係数を有する摩擦材に関する。 The present invention relates to a friction material used for brakes, clutches, and the like of vehicles such as automobiles, and more specifically, a friction material that has excellent wear resistance, low aggressiveness to a counterpart material, and has a high friction coefficient in a wide temperature range. About.
従来、アスベスト繊維に代えてチタン酸カリウム繊維(特許文献1)やその板状複合繊維(特許文献2)を繊維基材に有する摩擦材が知られている。特許文献1に記載の摩擦材のように、チタン酸カリウム繊維を有する摩擦材は耐摩耗性に優れており、しかも300℃以上の高温域においても高い摩擦係数を有するという利点を有している。耐摩耗性に優れる理由は、制動時にチタン酸カリウム繊維がトランスファーフィルムを形成するからであると知られている。しかしこのような摩擦材は、低温域、とりわけ20〜70℃程度の常温域での摩擦係数が低いという問題があった。 Conventionally, a friction material having a fiber base material including potassium titanate fibers (Patent Document 1) and plate-like composite fibers (Patent Document 2) instead of asbestos fibers is known. Like the friction material described in Patent Document 1, the friction material having potassium titanate fibers is excellent in wear resistance and has an advantage of having a high friction coefficient even in a high temperature range of 300 ° C. or higher. . It is known that the reason why the wear resistance is excellent is that potassium titanate fibers form a transfer film during braking. However, such a friction material has a problem that the coefficient of friction is low in a low temperature range, particularly in a normal temperature range of about 20 to 70 ° C.
その対策として、例えばモース硬度6.5〜8程度の高硬度の充填材を増量させる方法が考えられる。しかし高硬度の充填材を増量させると、ディスクロータやドラム等のような相手材への攻撃性が高くなる(相手材が摩耗してしまう)という問題が生じる。また、100〜200℃程度の一般使用温度域における摩擦係数が高くなりすぎると、いわゆるブレーキ鳴きが生じたり、高い耐摩耗性が得られなくなったりするなどの問題も生じる。高い耐摩耗性が得られなくなる原因は、チタン酸カリウム繊維によるトランスファーフィルムの生成が、高硬度の充填材によって阻害されるためであると考えられる。 As a countermeasure, for example, a method of increasing the amount of filler having a high hardness of about Mohs hardness of about 6.5 to 8 can be considered. However, when the amount of the high-hardness filler is increased, there is a problem that the aggression against the mating material such as the disk rotor and the drum becomes high (the mating material wears). Moreover, when the friction coefficient in a general use temperature range of about 100 to 200 ° C. becomes too high, problems such as so-called brake squealing and high wear resistance cannot be obtained. The reason why high wear resistance cannot be obtained is thought to be because the formation of a transfer film with potassium titanate fibers is hindered by a high-hardness filler.
そこで特許文献2に記載の摩擦材では、繊維基材として六チタン酸カリウム結晶とチタニア結晶からなる複合多結晶繊維を含有することによって、高い耐摩耗性を維持しつつ、低温域においても高い摩擦係数を得るものである。しかしこの摩擦材は、モース硬度7.5の硬いチタニア結晶が存在するために相手材への攻撃性が高くなることが懸念される。 Therefore, in the friction material described in Patent Document 2, by containing a composite polycrystalline fiber composed of potassium hexatitanate crystal and titania crystal as a fiber base material, high friction is maintained even in a low temperature range while maintaining high wear resistance. A coefficient is obtained. However, there is a concern that this friction material is highly aggressive against the mating material due to the presence of a hard titania crystal having a Mohs hardness of 7.5.
また、摩擦材は大きく分けて繊維基材、充填材、および繊維基材と充填材とを結着する結合剤とで構成されているが、特許文献1や特許文献2に記載の摩擦材では、充填材の1つとして酸化カルシウム(CaO)化合物である炭酸カルシウム(CaCO3)を含有している。一般的に充填材は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、摩擦調整剤とも呼ばれることもある。例えば上記高硬度の充填材も相当する。しかし、ここでの炭酸カルシウムは摩擦材の特性を直接向上させることを目的として添加されているものではなく、当該炭酸カルシウムの作用については特に言及されていない。そのため、特許文献2では具体的な含有量は記載されていない。一方、特許文献1では炭酸カルシウムを17重量%含有しているが、CaO化合物の配合量が多すぎると摩擦材に悪影響を及ぼすこともある。 The friction material is roughly composed of a fiber base material, a filler, and a binder that binds the fiber base material and the filler. In the friction material described in Patent Document 1 and Patent Document 2, As a filler, calcium carbonate (CaCO 3 ), which is a calcium oxide (CaO) compound, is contained. Generally, the filler is included for adjusting the friction coefficient, adjusting the abnormal noise, preventing rust, and the like, and is sometimes called a friction modifier. For example, the above-mentioned high-hardness filler also corresponds. However, calcium carbonate here is not added for the purpose of directly improving the characteristics of the friction material, and the action of the calcium carbonate is not particularly mentioned. Therefore, the specific content is not described in Patent Document 2. On the other hand, Patent Document 1 contains 17% by weight of calcium carbonate, but if the amount of the CaO compound is too large, the friction material may be adversely affected.
そこで本発明は、充填材を的確に選定・配合することで、耐摩耗性に優れ、相手材への攻撃性が小さく、かつ広い温度域において高い摩擦係数を有する摩擦材を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has an object to provide a friction material that is excellent in wear resistance, has a low aggressiveness to the counterpart material, and has a high coefficient of friction in a wide temperature range by appropriately selecting and blending the filler. And
本発明者らは、摩擦材について鋭意検討の結果、繊維基材のみで摩擦材の特性を向上させることには限界があり、繊維基材によらず充填材(摩擦調整剤)として使用する材料を好適に選定することで、摩擦材の特性の向上を達成できることを知見した。さらに、それらの配合量を的確に調合することによって、より摩擦材の特性を向上させることができることを知見し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明では上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
As a result of intensive studies on the friction material, the present inventors have a limit in improving the properties of the friction material using only the fiber base material, and a material used as a filler (friction modifier) regardless of the fiber base material. It was found that the characteristics of the friction material can be improved by suitably selecting. Furthermore, it discovered that the characteristic of a friction material could be improved more by mix | blending those compounding quantities accurately, and came to complete this invention.
That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
本発明は、繊維基材と充填材とを結合剤によって結着させた摩擦材であって、前記充填材として、モース硬度4.5以下のCaO化合物と、非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩および非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属・第2属元素塩から選ばれる少なくとも1種のチタン酸化合物塩と、Fe2O3とを含有していることを特徴とする。なお、詳細は後述するが、本発明におけるCaO化合物とは、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)を含まない概念である。 The present invention is a friction material in which a fiber base material and a filler are bound with a binder, and the filler includes a CaO compound having a Mohs hardness of 4.5 or less, a non-whisker-like alkali metal titanate, and It contains at least one titanic acid compound salt selected from non-whisker-like alkali metal titanate / group 2 element salts and Fe 2 O 3 . In addition, although mentioned later for details, the CaO compound in this invention is the concept which does not contain calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ).
摩擦材に充填材としてチタン酸化合物塩を配合していれば、繊維基材によらずともトランスファーフィルムを形成することができ、当該トランスファーフィルムによって高い耐摩耗性を得ることができる。また、本発明の摩擦材は充填材としてCaO化合物も含有しているが、当該CaO化合物のモース硬度が4.5以下なので、ディスクロータ等の摩耗を抑制することが出来、相手材攻撃性(対面攻撃性)が低い。さらに、本発明の摩擦材は充填材としてFe2O3を含有していることで、20〜70℃程度の低温域でも高い摩擦係数を維持できる。そのうえ、Fe2O3のモース硬度は6.0程度であって、ZrO2(モース硬度6.5)やZrSiO4(モース硬度7.5)などの一般的な摩擦調整剤(充填材)に比べて低い。そのため、Fe2O3を添加してもトランスファーフィルムが破壊される心配が少なく、高い耐摩耗性も維持することができる。また、比較的低温な100〜200℃程度の一般使用温度域において摩擦係数が高くなりすぎることもないので、ブレーキ鳴きが発生することも抑制できる。また、Fe2O3は同じ酸化鉄であるFe3O4に比べて不定形であり、熱的に安定している。また、本摩擦材によると、特許文献2に記載するようなモース硬度7.5の硬いチタニア結晶を含むような繊維等を必要としないために、対面攻撃性が高くなる懸念もない。 If a titanate compound salt is blended in the friction material as a filler, a transfer film can be formed regardless of the fiber base material, and high wear resistance can be obtained by the transfer film. Moreover, although the friction material of the present invention also contains a CaO compound as a filler, since the Mohs hardness of the CaO compound is 4.5 or less, it is possible to suppress wear of the disk rotor and the like, and to attack the counterpart material ( Low face-to-face attack). Furthermore, since the friction material of the present invention contains Fe 2 O 3 as a filler, a high friction coefficient can be maintained even in a low temperature range of about 20 to 70 ° C. In addition, the Mohs hardness of Fe 2 O 3 is about 6.0, and it can be used as a general friction modifier (filler) such as ZrO 2 (Mohs hardness 6.5) or ZrSiO 4 (Mohs hardness 7.5). Low compared. Therefore, even if Fe 2 O 3 is added, there is little fear that the transfer film is broken, and high wear resistance can be maintained. Moreover, since a friction coefficient does not become too high in a general use temperature range of about 100 to 200 ° C. at a relatively low temperature, it is possible to suppress the occurrence of brake squeal. Fe 2 O 3 is indefinite and thermally stable compared to Fe 3 O 4 which is the same iron oxide. Moreover, according to this friction material, since the fiber etc. which contain the hard titania crystal of Mohs hardness 7.5 which are described in patent document 2 are not required, there is no fear that a face-to-face attack property becomes high.
このとき、前記CaO化合物の含有量は、0.5〜11重量%であることが好ましい。CaO化合物の含有量をこのような範囲に調整することで、CaO化合物が摩擦材に悪影響を及ぼすことなく、耐摩耗性等に対して好適に寄与させることができる。 At this time, the content of the CaO compound is preferably 0.5 to 11% by weight. By adjusting the content of the CaO compound in such a range, the CaO compound can favorably contribute to wear resistance and the like without adversely affecting the friction material.
また、前記チタン酸化合物塩の含有量は、5〜40重量%であることが好ましい。チタン酸化合物塩の含有量が5重量%以上であれば、耐摩耗性を大きく確保することができる。 Moreover, it is preferable that content of the said titanic acid compound salt is 5 to 40 weight%. When the content of the titanic acid compound salt is 5% by weight or more, the wear resistance can be largely ensured.
また、前記チタン酸化合物塩は、板状、フレーク状または粉状であることが好ましい。チタン酸化合物塩が板状、フレーク状または粉状のような非ウィスカー状であれば、環境衛生上好ましくない長さ5μm以上、直径3μm以下、アスペクト比(長さ/直径)が3を超えるウィスカー状繊維を含んでいない。したがって人体に対する発ガン性の心配もない。 Moreover, it is preferable that the said titanic acid compound salt is plate shape, flake shape, or powder form. If the titanic acid compound salt is a non-whisker shape such as a plate shape, flake shape or powder shape, the whisker has an unfavorable environmental hygiene length of 5 μm or more, a diameter of 3 μm or less, and an aspect ratio (length / diameter) exceeding 3. Does not contain fiber. Therefore, there is no concern about carcinogenicity to the human body.
また、前記Fe2O3の含有量は、5〜23重量%であることが好ましい。Fe2O3の含有量をこのような範囲に調整することで、Fe2O3と相手材との接触面積が十分に広くなり、かつトランスファーフィルムを傷つけて耐摩耗性が低減することもないので、20〜70℃の常温域(低温域)における摩擦係数が有意に高くなる。 The content of the Fe 2 O 3 is preferably from 5 to 23 wt%. By adjusting the content of Fe 2 O 3 in such a range, the contact area between Fe 2 O 3 and the counterpart material is sufficiently widened, and the transfer film is not damaged and wear resistance is not reduced. Therefore, the friction coefficient in a normal temperature range (low temperature range) of 20 to 70 ° C. is significantly increased.
また、前記Fe2O3の平均粒径(メジアン径)は、0.3〜4.5μmであることが好ましい。Fe2O3の平均粒径が0.3〜4.5μmであれば、耐摩耗性等の特性を高い状態で維持したままFe2O3の添加量を多くすることができる。Fe2O3の添加量を多くすることができれば、黒鉛等の潤滑性が高い20〜70℃の低温域においても、高い摩擦係数を得ることができる。 Moreover, it is preferable that the average particle diameter (median diameter) of the Fe 2 O 3 is 0.3 to 4.5 μm. When the average particle size of Fe 2 O 3 is 0.3 to 4.5 μm, the amount of Fe 2 O 3 added can be increased while maintaining characteristics such as wear resistance in a high state. If the amount of Fe 2 O 3 added can be increased, a high friction coefficient can be obtained even in a low temperature range of 20 to 70 ° C. where the lubricity of graphite or the like is high.
本発明によれば、充填材を的確に調合することで、耐摩耗性に優れ、相手材への攻撃性が小さく、かつ広い温度域において高い摩擦係数を有する摩擦材を得ることができる。 According to the present invention, by appropriately blending the filler, it is possible to obtain a friction material that is excellent in wear resistance, has a low aggressiveness to the counterpart material, and has a high friction coefficient in a wide temperature range.
本発明にかかる摩擦材は、繊維基材と充填材(摩擦調整剤)と結合剤を主体に有している。充填材(摩擦調整剤)は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、本発明に係る摩擦材は、充填材としてモース硬度4.5以下の酸化カルシウム(CaO)化合物と、非ウィスカー状のチタン酸化合物塩と、酸化第二鉄(Fe2O3)とを含んでいる。 The friction material according to the present invention mainly includes a fiber base material, a filler (friction modifier), and a binder. The filler (friction modifier) is included for adjusting the coefficient of friction, adjusting abnormal noise, preventing rust, etc., and the friction material according to the present invention is an oxide having a Mohs hardness of 4.5 or less as a filler. It contains a calcium (CaO) compound, a non-whisker-like titanate compound salt, and ferric oxide (Fe 2 O 3 ).
CaO化合物は、摩擦材に適量含有させることによって、特に耐摩耗性が向上する。その理由は必ずしも明らかではないが、摩擦材とディスクロータ等が摺接するとき、主にチタン酸化合物塩によってトランスファーフィルムが生成されるが、CaO化合物の存在によって当該トランスファーフィルムの性状が良くなるからと考えられる。その配合量としては、摩擦材全量基準で0.5〜11重量%であることが好ましく、2〜9重量%がより好ましく、3〜7重量%がさらに好ましい。CaO化合物の含有量が0.5重量%よりも少ないと、CaO化合物を添加することの効果を有効に得難くなる。一方、CaO化合物の含有量が11重量%より多いと、逆に耐摩耗性が低下する傾向にある。CaO化合物の含有量多すぎると耐摩耗性が低下する傾向にあるのは、余剰のCaO化合物がトランスファーフィルムの生成を阻害するからと考えられる。 The wear resistance is particularly improved by adding a proper amount of the CaO compound to the friction material. The reason for this is not necessarily clear, but when the friction material and the disk rotor or the like are in sliding contact, a transfer film is mainly produced by the titanate compound salt, but the presence of the CaO compound improves the properties of the transfer film. Conceivable. The blending amount is preferably 0.5 to 11% by weight based on the total amount of the friction material, more preferably 2 to 9% by weight, and further preferably 3 to 7% by weight. When the content of the CaO compound is less than 0.5% by weight, it is difficult to effectively obtain the effect of adding the CaO compound. On the other hand, when the content of the CaO compound is more than 11% by weight, the wear resistance tends to decrease. The reason why the wear resistance tends to be lowered when the content of the CaO compound is too large is considered that the excess CaO compound inhibits the formation of the transfer film.
このようなCaO化合物としては、ディスクロータ等の相手材への攻撃性を考慮してモース硬4.5以下のものであれば特に限定されることはなく、例えば珪酸カルシウム(CaO・SiO2、モース硬度4.0),ドロマイト(CaMg(CO3)2、モース硬度3.5〜4.0),硫酸カルシウム(硬石膏、CaSO4、モース硬度0.3〜3.5),炭酸カルシウム(CaCO3、方解石のモース硬度3.0、あられ石のモース硬度3.5〜4.0)などを挙げることができる。中でも、珪酸カルシウムが好ましい。珪酸カルシウムとしては、ウォラストナイト(CaSiO3)やこれの水和物の形態をとるゾノライト(6CaO・6SiO2・H2O)等がある。これらのCaO化合物は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なお、従来からも充填材として使用されることがあった水酸化カルシウム(Ca(OH)2)も、正確にはCaO化合物に含まれる。しかし、水酸化カルシウムは、摩擦材を加熱加圧して成形する際に、繊維基材と充填材とを結着する合成樹脂からなる結合剤(バインダー樹脂)と反応して結合剤の機能を阻害するおそれがあるので、本発明においてCaO化合物というときは、水酸化カルシウムを含まない概念として使用する。但し、水酸化カルシウムをその他の充填材として摩擦材に添加することを否定するものではない。 Such a CaO compound is not particularly limited as long as it has a Mohs hardness of 4.5 or less in consideration of the aggressiveness to a counterpart material such as a disk rotor. For example, calcium silicate (CaO.SiO 2 , Mohs hardness 4.0), dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 , Mohs hardness 3.5 to 4.0), calcium sulfate (anhydrite, CaSO 4, Mohs hardness 0.3 to 3.5), calcium carbonate (CaCO 3 , Moss hardness of calcite 3.0, moor hardness of aragonite 3.5-4.0). Of these, calcium silicate is preferred. Examples of calcium silicate include wollastonite (CaSiO 3 ) and zonorite (6CaO · 6SiO 2 · H 2 O) in the form of hydrates thereof. These CaO compounds may be used alone or in combination of two or more. In addition, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) that has been conventionally used as a filler is also accurately included in the CaO compound. However, when calcium hydroxide is molded by heating and pressing the friction material, it reacts with a binder (binder resin) made of a synthetic resin that binds the fiber base material and filler, thereby inhibiting the function of the binder. In the present invention, the term CaO compound is used as a concept that does not include calcium hydroxide. However, it does not deny adding calcium hydroxide to the friction material as another filler.
チタン酸化合物塩としては、チタン酸アルカリ金属塩およびチタン酸アルカリ金属・第2属元素塩を使用することができるが、非ウィスカー状のものを使用する。非ウィスカー状とは、ウィスカーを含んでいないことを意味し、具体的には板状,フレーク状(薄片状,魚鱗状),粉状などであることを意味する。したがって、本発明のチタン酸化合物塩には、環境衛生上および人体への影響上好ましくない、長さ5μm以上、直径3μm以下、アスペクト比(長さ/直径)3を超えるウィスカー(針状結晶、ひげ結晶)は含まれない。チタン酸化合物塩はトランスファーフィルム生成の主体成分であることから、その配合量が多いほど摩擦材の各特性が向上する傾向にある。したがって、チタン酸化合物塩の配合量は、摩擦材全量基準で5重量%以上であることが好ましく、10重量%以上がより好ましく、15重量%以上がさらに好ましい。チタン酸化合物塩の配合量が5重量%未満であると、チタン酸化物塩を配合することの効果を有効に得難くなる。チタン酸化合物塩の配合量の上限は、概ね40重量%程度とすればよい。 As the titanic acid compound salt, alkali metal titanate and alkali metal titanate / group 2 element salt can be used, but non-whiskers are used. The non-whisker shape means that no whisker is included, and specifically means a plate shape, flake shape (flaky shape, fish scale shape), powder shape, and the like. Therefore, the titanic acid compound salt of the present invention has a whisker (needle crystal, which has a length of 5 μm or more, a diameter of 3 μm or less, and an aspect ratio (length / diameter) of 3 which is undesirable for environmental hygiene and human influence. (Whisker crystal) is not included. Since the titanic acid compound salt is a main component for producing a transfer film, the amount of the friction material tends to improve as the blending amount increases. Therefore, the blending amount of the titanic acid compound salt is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and further preferably 15% by weight or more based on the total amount of the friction material. When the blending amount of the titanic acid compound salt is less than 5% by weight, it is difficult to effectively obtain the effect of blending the titanium oxide salt. The upper limit of the amount of the titanic acid compound salt may be about 40% by weight.
チタン酸アルカリ金属塩としては、代表的にはチタン酸カリウム,チタン酸リチウム,チタン酸リチウム・カリウム等を挙げることができる。他にナトリウム(Na)などのアルカリ金属塩でも良い。中でも、チタン酸カリウムとして、6チタン酸カリウムや8チタン酸カリウム、例えば、板状の6チタン酸カリウム(K2Ti6O13)やフレーク状の8チタン酸カリウム(K1.88〜2.13Ti8O16.94〜17.07)などを好適に利用することができる。チタン酸リチウム・カリウムとしては、フレーク状のチタン酸リチウム・カリウム(K0.5〜0.7Li0.27Ti1.6O3.85〜3.95)などを使用することができる。 Typical examples of the alkali metal titanate include potassium titanate, lithium titanate, lithium / potassium titanate, and the like. In addition, an alkali metal salt such as sodium (Na) may be used. Among them, as potassium titanate, potassium hexatitanate or potassium titanate, for example, plate-like potassium titanate (K 2 Ti 6 O 13 ) or flaky potassium potassium titanate (K 1.88 to 2.13 Ti 8 O). 16.94-17.07 ) can be preferably used. As lithium lithium potassium titanate, flaky lithium potassium potassium titanate (K 0.5 to 0.7 Li 0.27 Ti 1.6 O 3.85 to 3.95 ) or the like can be used.
チタン酸アルカリ金属・第2属元素塩としては、代表的にはチタン酸マグネシウム・カリウム等をあげることができる。ここでも、カリウムに代えてリチウムなどの他のアルカリ金属と、マグネシウムに代えてベリリウム(Be),カルシウム(Ca),ストロンチウム(Sr),バリウム(Ba)等の他の第2属元素との金属塩でも良い。これらのチタン酸化合物塩は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。 Typical examples of alkali metal titanate / group 2 element salts include magnesium titanate and potassium. Here again, other alkali metals such as lithium instead of potassium and metals of other second group elements such as beryllium (Be), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) instead of magnesium It can be salt. These titanic acid compound salts may be used alone or in combination of two or more.
Fe2O3(酸化第二鉄)としては、平均粒径(メジアン径)が0.3〜4.5μmのものを使用することが望まれる。Fe2O3は低温域での摩擦係数を維持するためのものであるが、平均粒径が大きいとトランスファーフィルムや相手材に対する攻撃性が大きくなる。したがって、Fe2O3の平均粒径はできるだけ細かい方が好ましく、具体的には平均粒径4.2μm以下、3.5μm以下、2.5μm以下が、これの順で好ましい。但し、Fe2O3の平均粒径が0.3未満であると、低温域での摩擦係数を良好に維持できなくなる。Fe2O3は、マグヘマタイト(γ型)であっても良いが、へマタイト(α型、赤鉄鋼)であることが好ましい。Fe2O3の配合量は、摩擦材全量基準で5〜23重量%であることが好ましく、8〜20重量%がより好ましい。Fe2O3の配合量が5重量%未満であること、Fe2O3を配合することの効果を有効に得難くなる。また、Fe2O3の配合量が23重量%を超えると、その硬度により相手材攻撃性が高まると共に耐摩耗性が低下する傾向にある。 As Fe 2 O 3 (ferric oxide), it is desirable to use one having an average particle diameter (median diameter) of 0.3 to 4.5 μm. Fe 2 O 3 is for maintaining the coefficient of friction in a low temperature range, but if the average particle size is large, the attacking property against the transfer film and the counterpart material increases. Therefore, the average particle size of Fe 2 O 3 is preferably as fine as possible, and specifically, the average particle size is 4.2 μm or less, 3.5 μm or less, and 2.5 μm or less in this order. However, if the average particle size of Fe 2 O 3 is less than 0.3, the friction coefficient in the low temperature region cannot be maintained well. Fe 2 O 3 may be maghematite (γ type), but is preferably hematite (α type, red iron steel). The blending amount of Fe 2 O 3 is preferably 5 to 23% by weight and more preferably 8 to 20% by weight based on the total amount of the friction material. The blending amount of Fe 2 O 3 is less than 5% by weight, and it is difficult to effectively obtain the effect of blending Fe 2 O 3 . Further, if the amount of Fe 2 O 3 exceeds 23 wt%, the hardness wear resistance together with the counterpart material increases tend to be reduced.
摩擦材には、モース硬度4.5以下のCaO化合物、チタン酸化合物塩、およびFe2O3以外にも、その他種々の無機充填材,有機充填材,潤滑剤などを充填材(摩擦調整剤)として配合していてもよい。例えば、無機充填材として硫酸バリウム,水酸化カルシウム,酸化ジルコニウム,珪酸ジルコニウム,雲母(マイカ),カオリン,タルク,ゾノトライト,バーミキュライト,硫化物などがある。有機充填材としては、ゴム,カシューダスト,レジンダストなどがある。潤滑剤としては、黒鉛(グラファイト),三硫化アンチモン,二硫化モリブデン,二硫化亜鉛などがある。これらを、要求される摩擦係数や耐摩耗性などに応じて1種または2種以上を適宜配合すればよい。中でも、モース硬度が6.5以上の高硬度の摩擦調整剤は、例えば10重量%以下としておくことが好ましい。 In addition to CaO compounds having a Mohs hardness of 4.5 or less, titanic acid compound salts, and Fe 2 O 3 , the friction material includes various other inorganic fillers, organic fillers, lubricants, and the like (friction modifier). ). Examples of the inorganic filler include barium sulfate, calcium hydroxide, zirconium oxide, zirconium silicate, mica (mica), kaolin, talc, zonotlite, vermiculite, and sulfide. Examples of organic fillers include rubber, cashew dust, and resin dust. Examples of the lubricant include graphite (graphite), antimony trisulfide, molybdenum disulfide, and zinc disulfide. One or more of these may be appropriately blended depending on the required coefficient of friction and wear resistance. Especially, it is preferable that the high-hardness friction modifier having a Mohs hardness of 6.5 or more is, for example, 10% by weight or less.
摩擦材は、上記充填材の他に繊維基材を含んでいる。繊維基材としては無機繊維、有機繊維、および粉末体を適宜使用することができる。具体的には、無機繊維としては、銅繊維や鉄繊維等の金属繊維,炭素繊維,ガラス繊維,セラミックス繊維などがある。有機繊維としては、アラミド繊維等の合成樹脂繊維やパルプ等の天然繊維などがある。粉末体としては、銅粉等の金属粉などがある。これらの繊維基材は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。その繊維基材の配合量としては、本発明の充填材として重要となるCaO化合物,チタン酸化合物塩,およびFe2O3の配合量とのバランスを考えながら、摩擦材全量基準で5〜40重量%程度の範囲で適宜調整すればよい。 The friction material includes a fiber base material in addition to the filler. As the fiber substrate, inorganic fibers, organic fibers, and powders can be used as appropriate. Specifically, examples of inorganic fibers include metal fibers such as copper fibers and iron fibers, carbon fibers, glass fibers, and ceramic fibers. Examples of organic fibers include synthetic resin fibers such as aramid fibers and natural fibers such as pulp. Examples of the powder body include metal powder such as copper powder. These fiber base materials may be used alone or in combination of two or more. The amount of the fiber base is 5 to 40 on the basis of the total amount of the friction material while considering the balance with the amounts of CaO compound, titanic acid compound salt, and Fe 2 O 3 that are important as the filler of the present invention. What is necessary is just to adjust suitably in the range of about weight%.
また、摩擦材は繊維基材や充填材の他に結合剤も含んでいる。この結合剤は繊維基材と充填材を結着させるものであって、合成樹脂やゴムが使用される。例えばフェノール樹脂,イミド樹脂,ゴム変性フェノール樹脂,メラミン樹脂,エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、NBR,ニトリルゴム,アクリルゴムなどを挙げることができる。これらの結合剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合せて使用することもできる。結合剤の配合量は、摩擦材全量基準で5〜30重量%程度を目安とし、充填材や繊維基材の配合量とのバランスを図りながら適宜調整すればよい。 The friction material also contains a binder in addition to the fiber base material and the filler. This binder binds the fiber base material and the filler, and synthetic resin or rubber is used. For example, thermosetting resins such as phenol resin, imide resin, rubber-modified phenol resin, melamine resin, and epoxy resin, NBR, nitrile rubber, and acrylic rubber can be used. These binders can also be used individually by 1 type, and can also be used in combination of 2 or more type. The blending amount of the binder may be appropriately adjusted while maintaining a balance with the blending amount of the filler and the fiber base material, with 5 to 30% by weight as a guide based on the total amount of the friction material.
摩擦材の製造方法は、先ず、摩擦材原料を混合機で混合して原料混合物を得る。混合機としては、アイリッヒミキサー,ユニバーサルミキサー,レーディゲミキサーなどを利用することができる。次に、原料混合物を予備金型によって予備成形し、予備成形品を成形用金型によって加熱加圧成形する。加熱加圧成形における成形温度は130〜200℃、成形圧力は10〜100MPa、成形時間は2〜15分である。次に、成形体を140〜400℃で2〜48時間熱処理して摩擦材を確実に硬化させることで得られる。 In the manufacturing method of the friction material, first, the friction material raw materials are mixed with a mixer to obtain a raw material mixture. As a mixer, an Eirich mixer, a universal mixer, a Ladige mixer, or the like can be used. Next, the raw material mixture is preformed by a preliminary mold, and the preform is heated and pressed by a molding mold. The molding temperature in the heat and pressure molding is 130 to 200 ° C., the molding pressure is 10 to 100 MPa, and the molding time is 2 to 15 minutes. Next, it is obtained by heat-treating the molded body at 140 to 400 ° C. for 2 to 48 hours to surely cure the friction material.
以下に、本発明に係る実施例1〜17および比較例1〜12を具体的な数字を用いて説明する。まず、これらの各実施例および比較例は、次のようにして製造した。各摩擦材原料をアイリッヒミキサーによって5分間乾式にて混合することで原料混合物を得た。この原料混合物を成形温度160℃、成形圧力20MPa、成形時間10分の条件において加熱加圧し成形した。最後に、この成形物を230℃、3時間の条件において硬化させた。各実施例および比較例は、特定の観点から充填材の種類や配合量を種々変更して作成している。その具体的な組成配合量を表1〜5の上段に示す。なお、各実施例および比較例では、チタン酸化合物塩としてメルト法によって生成した板状の6チタン酸カリウム(K2Ti6O13)(株式会社クボタ製のTXAX−A)を使用した。 Hereinafter, Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 12 according to the present invention will be described using specific numbers. First, each of these Examples and Comparative Examples was manufactured as follows. Each friction material raw material was mixed by an Eirich mixer for 5 minutes in a dry manner to obtain a raw material mixture. This raw material mixture was heated and pressed under the conditions of a molding temperature of 160 ° C., a molding pressure of 20 MPa, and a molding time of 10 minutes. Finally, the molded product was cured at 230 ° C. for 3 hours. Each Example and Comparative Example is created by changing the type and blending amount of the filler from a specific viewpoint. The specific composition amount is shown in the upper part of Tables 1-5. In each example and comparative example, plate-like potassium titanate (K 2 Ti 6 O 13 ) (TXAX-A manufactured by Kubota Corporation) produced by a melt method was used as the titanate compound salt.
このようにして得られた各実施例および比較例の摩擦材に対して種々の試験を行い、そのときの各特性を比較検討した。その結果を表1〜5の下段に示す。各試験内容は以下の通りである。
<摩擦性能試験>
JASO C406に従って摩擦性能試験を行い、一般使用温度域(100℃)と低温域(50℃)における平均摩擦係数を測定し、下記の基準によって判定した。
○:0.35以上、 ×:0.35未満
<鳴き性能試験>
JASO C427に従って温度別摩擦試験を行い、試験中に所定のレベル以上の高周波音(500Hz以上の音)の発生回数を測定し、鳴き発生が多い場合を×とし、少ない場合を○とした。
<耐摩耗性試験>
推定寿命:L.A.市街地の実車走行試験を台上試験機に落とし込んだ試験(通称LACT試験、LACTシミュレーション試験)を行って推定寿命を測定し、下記の基準によって判定した。
○:2.1万km以上、 ×:2.1万km未満
摩擦材摩耗量:ディスク温度100℃にて、車速50→0km/h、減速度2.9m/s2、制動回数200回実施後、ディスク温度300℃にて、車速50→0km/h、減速度2.9m/s2、制動回数1000回の摺り合わせ試験を実施した。そのときの摩擦材の厚みを6点測定した平均値を摩耗量として算出し、下記の基準によって判定した。
○:0.5mm未満、 ×:0.5mm以上
<対面攻撃性試験>
JIS D 4411に準じた試験方法により鋳鉄製のディスクロータに摩擦材を0.05MPaで押圧して摺動させ、規定時間試験後における相手材の摩耗量を測定した。
○:10μm未満、 ×:10μm以上
Various tests were performed on the friction materials of the examples and comparative examples thus obtained, and the characteristics at that time were compared and examined. The results are shown in the lower part of Tables 1-5. The contents of each test are as follows.
<Friction performance test>
A friction performance test was conducted according to JASO C406, and the average friction coefficient in a general use temperature range (100 ° C.) and a low temperature range (50 ° C.) was measured and determined according to the following criteria.
○: 0.35 or more, ×: less than 0.35 <squeal performance test>
A friction test according to temperature was performed according to JASO C427, and the number of high frequency sounds (sounds of 500 Hz or higher) generated at a predetermined level or higher was measured during the test.
<Abrasion resistance test>
Estimated life: L.A. An actual vehicle running test in an urban area was dropped into a bench test machine (commonly known as LACT test, LACT simulation test), and the estimated life was measured.
○: 21,000 km or more, ×: Less than 21,000 km Friction material wear amount: disc temperature 100 ° C, vehicle speed 50 → 0km / h, deceleration 2.9m / s 2 , braking frequency 200 times Thereafter, a sliding test was performed at a disk temperature of 300 ° C. with a vehicle speed of 50 → 0 km / h, a deceleration of 2.9 m / s 2 and a braking frequency of 1000 times. The average value obtained by measuring the thickness of the friction material at that time at six points was calculated as the amount of wear, and judged according to the following criteria.
○: Less than 0.5 mm, ×: 0.5 mm or more <face-to-face attack test>
The friction material was pressed against a cast iron disc rotor at 0.05 MPa and slid by a test method according to JIS D 4411, and the wear amount of the mating material after a specified time test was measured.
○: Less than 10 μm, ×: 10 μm or more
先ず、摩擦材中に充填材としてチタン酸化合物塩(板状6チタン酸カリウム)を含有しているが、CaO化合物は含有しておらず、かつFe2O3に代えて珪酸ジルコニウム(比較例1,2)やジルコニア(比較例3)を配合した場合の各種特性を測定した。その結果を表1に示す。 First, although the friction material contains a titanate compound salt (plate-like potassium titanate) as a filler, it does not contain a CaO compound, and instead of Fe 2 O 3 , zirconium silicate (comparative example) 1, 2) and zirconia (Comparative Example 3) were measured for various characteristics. The results are shown in Table 1.
表1の試験結果から、充填材として板状6チタン酸カリウムと珪酸ジルコニウムとを含む比較例1では、一般使用温度域(100℃)において高い摩擦係数を得られている。しかし、低温域(50℃)における摩擦係数は低いままであった。これに対し、珪酸ジルコニウムやジルコニアの配合量が比較例1よりも多い比較例2や比較例3では、低温域(50℃)における摩擦係数が高くなっているが、逆に耐摩耗性、対面攻撃性、および鳴きの発生が悪化していた。したがって、Fe2O3に代えて珪酸ジルコニウムやジルコニアを使用しても、モース硬度が高いことから良好な結果が得られないことがわかった。 From the test results of Table 1, in Comparative Example 1 including plate-like potassium titanate and zirconium silicate as fillers, a high friction coefficient is obtained in the general use temperature range (100 ° C.). However, the coefficient of friction in the low temperature range (50 ° C.) remained low. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3 in which the amount of zirconium silicate or zirconia is larger than that of Comparative Example 1, the friction coefficient in the low temperature range (50 ° C.) is high, but conversely, the wear resistance and the facing Aggression and squealing were getting worse. Therefore, it was found that even if zirconium silicate or zirconia was used instead of Fe 2 O 3 , good results could not be obtained due to high Mohs hardness.
次に、摩擦材中に充填材としてチタン酸化合物塩およびFe2O3を配合したうえで、CaO化合物の種類やその配合量によってどのような特性が得られるかを検討した。その結果を表2に示す。 Next, after blending a titanate compound salt and Fe 2 O 3 as fillers in the friction material, what characteristics can be obtained depending on the type of CaO compound and its blending amount were examined. The results are shown in Table 2.
表2の試験結果から、充填材としてチタン酸化合物塩およびFe2O3を配合していても、CaO化合物を含有していない比較例4では、耐摩耗性が劣る(300℃摩擦材摩耗量が多い)ことがわかった。また、チタン酸化合物塩およびFe2O3に加えてCaO化合物を配合していても、モース硬度5.0と硬いCaO化合物を配合してある比較例5では、鳴きの発生、耐摩耗性、対面攻撃性がいずれも大きく悪化していることがわかる。これに対し、モース硬度4.5以下のCaO化合物、具体的にはモース硬度2.0の硫酸カルシウムやモース硬度4.0の珪酸カルシウムを使用している実施例1〜4および比較例6〜7では、対面攻撃性などにおいて問題がないことがわかる。 From the test results in Table 2, even though the titanate compound salt and Fe 2 O 3 are blended as fillers, the wear resistance is inferior in Comparative Example 4 that does not contain a CaO compound (300 ° C. friction material wear amount) There are many). Moreover, even if the CaO compound is blended in addition to the titanic acid compound salt and Fe 2 O 3 , the occurrence of squealing, wear resistance, It can be seen that the face-to-face aggression has greatly deteriorated. On the other hand, Examples 1-4 and Comparative Examples 6- using a CaO compound having a Mohs hardness of 4.5 or less, specifically, calcium sulfate having a Mohs hardness of 2.0 or calcium silicate having a Mohs hardness of 4.0. 7 shows that there is no problem in the face-to-face attack.
また、CaO化合物の配合量が適量の実施例1〜4であれば、各種特性において良好な結果が得られることがわかる。その理由は必ずしも明らかではないが、これは、比較例4と実施例1〜4とを対比すると、CaO化合物を配合することによって特に耐摩耗性が向上していることがわかる。このことから、CaO化合物の存在がトランスファーフィルムの良好な生成に寄与していることが推測される。但し、CaO化合物配合量の増大に伴い推定寿命が短くなる傾向にあり、CaO化合物の配合量の多い比較例6,7では、耐摩耗性に問題があった。以上の結果から、CaO化合物の配合量は0.5〜11重量%が好ましいことがわかった。 Moreover, if the compounding quantity of a CaO compound is an appropriate quantity of Examples 1-4, it turns out that a favorable result is obtained in various characteristics. The reason for this is not necessarily clear, but it can be seen that, when Comparative Example 4 and Examples 1 to 4 are compared, wear resistance is particularly improved by blending the CaO compound. From this, it is presumed that the presence of the CaO compound contributes to the good production of the transfer film. However, the estimated life tends to be shortened as the CaO compound content increases, and Comparative Examples 6 and 7 with a large amount of CaO compound have a problem in wear resistance. From the above results, it was found that the blending amount of the CaO compound is preferably 0.5 to 11% by weight.
次に、チタン酸化合物塩の配合量を種々変化させて、そのときの各種特性変化について検討した。その結果を表3に示す。 Next, various amounts of the titanic acid compound salt were changed, and changes in various properties at that time were examined. The results are shown in Table 3.
表3の試験結果を見ると、チタン酸化合物塩の配合量が多いほど摩擦材の耐摩耗性が良くなることがわかる。これは、トランスファーフィルムの生成主体がチタン酸化合物塩であることに由来する。したがって、チタン酸化合物塩の配合量が少ない比較例8では、耐摩耗性が劣ることがわかる。以上の結果から、チタン酸化合物塩の配合量はできるだけ多い方が好ましく、少なくとも5重量%以上であることが好ましいことがわかった。 When the test result of Table 3 is seen, it turns out that the abrasion resistance of a friction material improves, so that there are many compounding quantities of a titanic acid compound salt. This is because the transfer film is mainly produced from a titanic acid compound salt. Therefore, it can be seen that in Comparative Example 8 in which the amount of the titanic acid compound salt is small, the wear resistance is inferior. From the above results, it was found that the amount of titanic acid compound salt was preferably as large as possible, and preferably at least 5% by weight or more.
次に、Fe2O3の配合量を種々変化させて、そのときの各種特性の変化について検討した。その結果を表4に示す。 Next, the amount of Fe 2 O 3 was varied, and changes in various characteristics at that time were examined. The results are shown in Table 4.
表4の試験結果を見ると、Fe2O3の配合量が多くなるにつれて、一般使用温度域(100℃)と低温域(50℃)における摩擦係数が高くなることがわかる。したがって、Fe2O3の配合量が少ない比較例9では、良好な低温域(50℃)における摩擦係数が得られていない。しかしその反面、Fe2O3の配合量の増大に伴い耐摩耗性と対面攻撃性が悪化することがわかる。したがって、Fe2O3の配合量が多すぎる比較例10では、推定寿命に劣る。これに対し、適度なFe2O3配合量を有する実施例11〜13では、各種特性において良好な結果が得られている。以上の結果から、Fe2O3の配合量は5〜23重量%が好ましいことがわかった。 Looking at the test results in Table 4, as the amount of Fe 2 O 3 is increased, the general use temperature range (100 ° C.) and low temperature region it is understood that the coefficient of friction (50 ° C.) is higher. Therefore, in Comparative Example 9 in which the blending amount of Fe 2 O 3 is small, a good friction coefficient in a low temperature range (50 ° C.) is not obtained. However, on the other hand, it can be seen that the wear resistance and the face-to-face attack are deteriorated as the blending amount of Fe 2 O 3 increases. Therefore, in Comparative Example 10 in which the amount of Fe 2 O 3 is too large, the estimated life is inferior. In contrast, in Examples 11 to 13 having appropriate Fe 2 O 3 amount, good results in various characteristics are obtained. From the above results, it was found that the blending amount of Fe 2 O 3 is preferably 5 to 23% by weight.
次に、Fe2O3の平均粒径を種々変化させて、そのときの各種特性の変化について検討した。その結果を表5に示す。 Next, the average particle diameter of Fe 2 O 3 was changed variously, and changes in various characteristics at that time were examined. The results are shown in Table 5.
表5の試験結果を見ると、平均粒径が最も小さい比較例11では、低温域(50℃)における摩擦係数をあまり向上できていないことがわかる。実施例14〜17と比較例11〜12とを通して比較すると、Fe2O3の平均粒径が大きくなるにつれて耐摩耗性や対面攻撃性が劣る傾向にあることがわかる。したがって、Fe2O3の平均粒径は所定の大きさ以上の範囲においてできるだけ小さい方が好ましく、Fe2O3の平均粒径が大きすぎる比較例12では、耐摩耗性(推定寿命)の結果が好ましくない。これに対し、適度な平均粒径を有する実施例14〜17では、各種特性において問題なく使用することができることがわかる。以上の結果から、Fe2O3の平均粒径は0.3〜4.5μmが好ましいことがわかった。 When the test result of Table 5 is seen, in the comparative example 11 with the smallest average particle diameter, it turns out that the friction coefficient in a low temperature range (50 degreeC) has not improved so much. Comparing Examples 14-17 and Comparative Examples 11-12, it can be seen that the wear resistance and the face-to-face attack tend to be inferior as the average particle size of Fe 2 O 3 increases. Therefore, as small as possible preferably in the average particle size is a predetermined size or more ranges of Fe 2 O 3, in Comparative Example 12 Average particle size of Fe 2 O 3 is too large, the abrasion resistance of the (estimated life) Result Is not preferred. On the other hand, in Examples 14-17 which have a moderate average particle diameter, it turns out that it can be used without a problem in various characteristics. From the above results, it was found that the average particle size of Fe 2 O 3 is preferably 0.3 to 4.5 μm.
なお試験結果の明示は省略しているが、板状6チタン酸カリウムに代えて、フレーク状の8チタン酸カリウム(大塚化学(株)製のTERRACESS TF−LまたはTERRACESS TF−S)、フレーク状のチタン酸リチウム・カリウム(大塚化学(株)製のTERRACESS L)、フレーク状のチタン酸マグネシウム・カリウム(大塚化学(株)製のTERRACESS PS)、粉末状チタン酸カリウム(JFEミネラル(株)製のTIBREX−AF)を利用しても同等の結果が得られた。 Although the test results are not clearly shown, instead of plate-like potassium titanate, flake-like potassium titanate (TERRACESS TF-L or TERRACESS TF-S manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.), flake-like Lithium Potassium Titanate (TERRACESS L manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.), Flake Magnesium Potassium Titanate (TERRESS PS manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.), Powdered Potassium Titanate (manufactured by JFE Mineral Co., Ltd.) The same results were obtained using TIBRX-AF).
Claims (6)
前記充填材として、モース硬度4.5以下のCaO化合物と、非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩および非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属・第2属元素塩から選ばれる少なくとも1種のチタン酸化合物塩と、Fe2O3とを含有していることを特徴とする摩擦材。 A friction material obtained by binding a fiber base material and a filler with a binder,
As the filler, a CaO compound having a Mohs hardness of 4.5 or less, and at least one titanate compound salt selected from a non-whisker-like alkali metal titanate salt and a non-whisker-like alkali metal titanate / group 2 element salt; And a friction material containing Fe 2 O 3 .
前記CaO化合物を、0.5〜11重量%含有していることを特徴とする摩擦材。 The friction material according to claim 1,
A friction material comprising 0.5 to 11% by weight of the CaO compound.
前記チタン酸化合物塩を、5〜40重量%含有していることを特徴とする摩擦材。 The friction material according to claim 1 or 2,
A friction material comprising 5 to 40% by weight of the titanate compound salt.
前記チタン酸化合物塩が、板状、フレーク状または粉状であることを特徴とする摩擦材。 The friction material according to any one of claims 1 to 3,
The friction material, wherein the titanate compound salt is plate-like, flake-like or powdery.
前記Fe2O3を、5〜23重量%含有していることを特徴とする摩擦材。 The friction material according to any one of claims 1 to 4,
A friction material containing 5 to 23% by weight of Fe 2 O 3 .
前記Fe2O3の平均粒径が、0.3〜4.5μmであることを特徴とする摩擦材。
The friction material according to any one of claims 1 to 5,
Friction material average particle size of the Fe 2 O 3, characterized in that it is 0.3~4.5Myuemu.
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