本发明涉及汽车等的制动中使用的盘式制动器制动衬块等摩擦构件、以及利用于该摩擦构件的底层材用摩擦材料组合物和摩擦材料。
背景技术：
一般来说汽车等所搭载的制动器主要大致分为盘式制动器和鼓式制动器这两大类。盘式制动器是在行驶中用制动衬块夹住与车轮成为一体地旋转的盘状转子并通过这时发生的摩擦力而产生制动力的装置。另外，鼓式制动器例如是在车轮的内侧设置的鼓的内部安装了制动衬片(也称作制动蹄)，并通过从内侧向外侧按压该制动衬片而发挥制动力的装置。
在盘式制动器的制动衬块和鼓式制动器的制动衬片上设置有摩擦材料，该摩擦材料与盘状转子、鼓等对置材料进行摩擦，并通过将汽车等的动能转换为热能而进行制动。因此，要求摩擦材料具有良好的摩擦系数、耐磨损性(摩擦材料的寿命长)、强度、减振性(不易发生制动尖叫声)等。
近年来，从提高对制动器的要求性能出发，一般采用由2层摩擦材料构成的制动衬块，在该制动衬块中，将具有摩擦系数、耐磨损性等摩擦性能的摩擦材料作为“贴面材”配置于滑动面侧，并将具有与背板的粘接强度和耐开裂性的摩擦材料作为“底层材”配置于背板侧。
于是，摩擦材料通常含有粘结材料、纤维基体材料、无机填充材料和有机填充材料等，但为了提高摩擦材料的强度，已知使其含有铜纤维、黄铜纤维、铁纤维等金属纤维的方法(例如参照专利文献1)。
可是，上述这些含有铜或铜合金的摩擦材料由于在因制动而产生的磨损粉中含有大量的铜，所以意味着它会成为河流、湖、海洋等的污染的原因，以美国、特别是加利福尼亚和华盛顿为中心，限制摩擦材料中的铜成分的使用量的法律已经实施。因此，为了制成能够在美国等各外国使用的摩擦材料，要求不含有铜或大幅降低铜的含量，含有铜作为必要成分的摩擦材料目前变得缺乏商业价值了。
另一方面，为了提高强度，已知有使用晶须状硅酸钙纤维等无机纤维的方法(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-184525号公报
专利文献2：日本特开平9-316209号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
可是，根据本发明者们的研究判明，专利文献2中记载的以晶须状硅酸钙纤维为代表的硅酸钙纤维(也称作纤维状硅灰石)中，有的硅酸钙纤维难以同时满足常温和高温下的剪切强度和耐开裂性，其中还包括组合物中的分散性有问题的硅酸钙纤维。进而，本发明者们深入研究的结果判明：在含有硅酸钙纤维(纤维状硅灰石)的摩擦材料与盘状转子接触的情况下，盘状转子磨损量有可能变大。
因此，本发明的课题是提供一种能够同时满足常温和高温下的剪切强度和耐开裂性、盘状转子攻击性低、并且减振性高、不易发生制动尖叫声的摩擦构件，以及能够形成该摩擦构件的底层材用摩擦材料组合物和摩擦材料。
用于解决课题的手段
本发明者们为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，在依次具有贴面材、底层材和里衬的摩擦构件中，通过使用由含有特定的平均纤维长度和特定的长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)的纤维状硅灰石的底层材用摩擦材料组合物制成的底层材，可以解决上述课题，从而完成了本发明。本发明是根据上述认识而完成的。
本发明涉及下述[1]～[11]。
[1]一种摩擦构件，其是依次具有贴面材、底层材和里衬的摩擦构件，其中，所述底层材含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8以上。
[2]根据上述[1]所述的摩擦构件，其中，所述纤维状硅灰石的长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8～20。
[3]根据上述[1]或[2]所述的摩擦构件，其中，所述底层材进一步含有选自有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料中的至少1种。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的摩擦构件，其中，所述底层材进一步含有所述纤维状硅灰石以外的无机纤维。
[5]根据上述[4]所述的摩擦构件，其中，所述无机纤维是选自玻璃纤维、金属纤维、人造矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、海泡石、凹凸棒石(attapulgite)、钛酸钾纤维、硅铝纤维和阻燃化纤维(也称为耐火化纤维)中的至少1种。
[6]一种底层材用摩擦材料组合物，其含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8以上。
[7]根据上述[6]所述的底层材用摩擦材料组合物，其中，所述纤维状硅灰石的长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8～20。
[8]根据上述[6]或[7]所述的底层材用摩擦材料组合物，其进一步含有选自有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料中的至少1种。
[9]根据上述[6]～[8]中任一项所述的底层材用摩擦材料组合物，其进一步含有所述纤维状硅灰石以外的无机纤维。
[10]根据上述[9]所述的底层材用摩擦材料组合物，其中，所述无机纤维是选自玻璃纤维、金属纤维、人造矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、海泡石、凹凸棒石、钛酸钾纤维、硅铝纤维和阻燃化纤维中的至少1种。
[11]一种摩擦材料，其含有将上述[6]～[10]中任一项所述的底层材用摩擦材料组合物进行成型而形成的底层材。
发明效果
本发明提供一种能够同时满足常温和高温下的剪切强度和耐开裂性、盘状转子攻击性低、并且减振性高、不易发生制动尖叫声的摩擦构件，以及能够形成该摩擦构件的底层材用摩擦材料组合物和摩擦材料。
附图说明
图1是表示本发明的摩擦构件的一个形态的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。不过，在以下的实施方式中，除了特别明示的情况以外，其构成要素并不是必需的。数值及其范围也是同样的，并不限制本发明。
本说明书中记载的数值范围中，该数值范围的上限值或下限值也可以置换成实施例中示出的值。另外，本说明书中，摩擦材料组合物中的各成分的含有率在与各成分对应的物质存在多种的情况下，只要没有特别说明，就是指摩擦材料组合物中存在的该多种物质的总含有率。
另外，将本说明书中的记载事项任意地组合而得到的形态也包含在本发明中。
本发明是一种摩擦构件，其是依次具有贴面材、底层材和里衬的摩擦构件，其中，上述底层材含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8以上。
以下，对底层材中使用的材料(以下称作底层材用摩擦材料组合物)进行详述。该“底层材用摩擦材料组合物”能够含有的各成分就是“底层材”能够含有的成分。
[底层材用摩擦材料组合物]
本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8以上。
本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物的优选形态是：在含有上述纤维状硅灰石的同时，还含有选自有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料中的至少1种的底层材用摩擦材料组合物，更优选的形态是：在含有上述纤维状硅灰石的同时，还含有有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料的底层材用摩擦材料组合物。另外，如后所述，进一步含有上述纤维状硅灰石以外的无机纤维的形态也是优选的。
另外，该底层材用摩擦材料组合物不含铜或者即使含有铜则其含有率以铜元素计也低于0.5质量％，优选这种情况。
在本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物中，尽管没有特定限制，但优选不含铜，在含有铜的情况下，通过将底层材用摩擦材料组合物中的铜的含有率设定为以铜元素计低于0.5质量％，从而即使作为磨损粉向环境中排放出来，也不会引起河流等的污染。需要说明的是，铜的含有率表示纤维状和粉末状等的铜、铜合金和铜化合物中所含的铜元素(cu)在底层材用摩擦材料组合物整体中的含有率。底层材用摩擦材料组合物中的铜的含有率以铜元素计更优选为0.2质量％以下、进一步优选为0.05质量％以下。
另外，如果从底层材中除去铁纤维等铁系金属，则倾向于不会发生由在与里衬的粘接界面处的生锈引起的耐久性下降等问题。因此，进行了不使用金属纤维而代之使用无机纤维的尝试，但判明：在这种情况下，会新发生无法获得金属纤维那样的韧性、常温或高温下的剪切强度下降的问题、以及耐开裂性下降等问题。这里，铁系金属是指以铁为主成分的金属、即是指一般的钢铁，铁的含有率表示铁、铁合金和铁化合物中所含的铁元素(fe)在底层材用摩擦材料组合物整体中的含有率。
因此，从避免由生锈所引起的耐久性下降等的观点出发，在本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物中，优选不含铁系金属，但即使在含有铁系金属的情况下，通过将底层材用摩擦材料组合物中的铁系金属的含有率以铁元素计设定为低于0.5质量％，也能够使耐锈性变得良好，可以抑制由在与里衬的粘接界面处的生锈引起的耐久性下降。本发明中，即使将铁系金属的含有率抑制为上述范围也具有充分的韧性，常温或高温下的剪切强度也高，并且耐开裂性也良好。底层材用摩擦材料组合物中的铁系金属的含有率以铁元素计更优选为0.2质量％以下、进一步优选为0.05质量％以下。
此外，本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物被分类为nao(无石棉有机物；non-asbestos-organic)材，即所谓的无石棉摩擦材料组合物(不含石棉的摩擦材料组合物或者即使含有石棉则石棉的含量也极微量的摩擦材料组合物)。在底层材用摩擦材料组合物中，石棉的含量为0.2质量％以下，实质上为0质量％。
以下，对底层材用摩擦材料组合物可以含有的各成分依次进行说明。
(有机填充材料)
有机填充材料是能够表现出作为用于提高减振性和耐磨损性等的摩擦调整材料的功能的材料。这里，本发明中，该有机填充材料不含纤维形状的有机填充材料(例如后述的有机纤维)。有机填充材料可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
作为上述有机填充材料，可以使用摩擦材料组合物中一般使用的有机填充材料，例如可以列举出腰果颗粒、橡胶、三聚氰胺颗粒等。其中，从使摩擦系数的稳定性和耐磨损性变得良好的观点以及抑制尖叫声的观点出发，优选腰果颗粒、橡胶。
另外，作为有机填充材料，也可以并用腰果颗粒和橡胶，也可以使用用橡胶被覆腰果颗粒而得到的填充材料。
上述腰果颗粒可以通过使腰果壳油固化后的产物进行粉碎而得到，一般也有可能称作腰果粉。
腰果颗粒一般来说根据固化反应中使用的固化剂的种类而被分类为茶色系、深棕色系、黑色系等。腰果颗粒通过调整分子量等，就能够容易控制耐热性和音振性以及向作为对置材料的转子上的被膜形成性等。
从分散性的观点出发，腰果颗粒的平均粒径优选为850μm以下、更优选为750μm以下、进一步优选为600μm以下。腰果颗粒的平均粒径的下限值没有特别限制，可以为200μm以上、也可以为300μm以上、也可以为400μm以上。此外，在本说明书中，平均粒径是指使用激光衍射粒度分布测定的方法测定的d50的值(体积分布的中值粒径、累积中央值)，以下同样。例如，可以使用激光衍射/散射式粒径分布测定装置、商品名：la·920(株式会社堀场制作所制)来测定。
作为腰果颗粒，可以使用市售品。
腰果颗粒可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
在底层材用摩擦材料组合物含有有机填充材料的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为1～20质量份、更优选为1～10质量份、进一步优选为1～8质量份、特别优选为1～5质量份。通过将有机填充材料的总含量设定为上述范围，倾向于能够提高摩擦材料的弹性模量以及能够避免尖叫声等减振性的恶化和耐磨损性的恶化，另外，倾向于能够避免耐热性的恶化和热过程造成的强度下降。
作为上述橡胶，可以列举出摩擦材料组合物中通常使用的橡胶，例如可以列举出天然橡胶、合成橡胶，作为合成橡胶，可以列举出例如丙烯腈-丁二烯橡胶(nbr)、丙烯酸酯橡胶、异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶(br)、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、硅橡胶、轮胎胎面橡胶的粉碎粉等。其中，从耐热性、柔软性和制造成本的均衡的观点出发，优选丙烯腈-丁二烯橡胶(nbr)、轮胎胎面橡胶的粉碎粉。在含有上述橡胶的情况下，其含量在摩擦材料组合物中优选为1～30质量份、更优选为2～15质量份。通过将上述橡胶的含量设定为上述范围，倾向于能够提高摩擦材料的弹性模量以及能够避免尖叫声等减振性的恶化，另外，倾向于能够避免耐热性的恶化和热过程造成的强度下降。
(无机填充材料)
无机填充材料是能够表现出作为用于避免摩擦材料的耐热性、耐磨损性、摩擦系数的稳定性等恶化的摩擦调整材料的功能的材料。这里，本发明中，该无机填充材料不含纤维形状的无机填充材料(例如后述的无机纤维)。无机填充材料可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
作为该无机填充材料，没有特别限制，摩擦材料中通常使用的无机填充材料即可。作为无机填充材料，可以列举出例如三硫化锑、硫化锡、二硫化钼、硫化铋、硫化锌等金属硫化物；钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸钠、钛酸镁钾等钛酸盐；云母、石墨、焦炭、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、白云岩、焦炭、云母、蛭石、硫酸钙、粒状钛酸钾、板状钛酸钾、滑石、粘土、沸石、硅酸锆、氧化锆、莫来石、铬铁矿、氧化钛、氧化镁、二氧化硅、四氧化三铁、氧化锌、石榴石、α-氧化铝、γ-氧化铝、碳化硅；铁粉末、铸铁粉末、铝粉末、镍粉末、锡粉末、锌粉末、和含有上述金属中的至少1种金属的合金粉末等金属粉末等。尽管没有特别限制，但作为无机填充材料，优选不含铜和铁系金属的无机填充材料。其中，优选为选自金属硫化物、钛酸盐、云母、石墨、氢氧化钙、硫酸钡、氧化锆中的至少1种，更优选为选自石墨、氢氧化钙和硫酸钡中的至少1种，进一步优选并用石墨、氢氧化钙和硫酸钡。
此外，上述无机填充材料中，从抑制摩擦材料生锈的观点出发，优选氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠和氧化锌。不过，氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠由于使摩擦材料的ph增加，芳族聚酰胺纤维有变得容易分解的倾向，所以优选在使用时要注意使用量以避免ph变得过高，例如，在含有氢氧化钙作为无机填充材料的情况下，氢氧化钙的含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为0.5～10质量份、更优选为1～8质量份、进一步优选为1～5质量份。
作为上述石墨，没有特别限制，可以使用公知的石墨，即天然石墨、人造石墨中的任一种。石墨的平均粒径优选为1～50μm、更优选为2～40μm、进一步优选为5～30μm、特别优选为10～20μm。石墨的平均粒径为1μm以上时，可以抑制底层材的热导率过度上升，容易抑制摩擦热向背板侧传热而发生汽塞。另外，如果石墨的平均粒径为20μm以下，则有下述的倾向：底层材的热导率提高，可以促进成型时的粘结材料的固化，显示优良的强度。此外，也可以使用平均粒径为上述范围外的石墨。
在底层材用摩擦材料组合物含有石墨的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为2～20质量份、更优选为3～15质量份、进一步优选为5～15质量份。石墨的含量的上限值也可以为10质量份。如果石墨的含量为2质量份以上，则容易提高底层材的热导率，如果石墨的含量为20质量份以下，则可以抑制底层材的热导率的过度上升，与此同时容易抑制摩擦系数的下降。
在底层材用摩擦材料组合物含有硫酸钡的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为20～70质量份、更优选为20～60质量份、进一步优选为30～60质量份。硫酸钡的含量的上限值也可以为55质量份，也可以为50质量份。如果硫酸钡的含量为20质量份以上，则底层材用摩擦材料组合物的体积密度变大，操作处理性变得良好；如果硫酸钡的含量为70质量份以下，则可以避免底层材用摩擦材料的剪切强度、耐开裂性的下降。
在底层材用摩擦材料组合物含有无机填充材料的情况下，其含量(总含量)相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为20～75质量份、更优选为30～70质量份、进一步优选为40～65质量份、特别优选为40～60质量份。通过将无机填充材料的含量设定为上述范围，容易避免耐热性的恶化。无机填充材料的含量的上限值也可以为55质量份。
(纤维基体材料；有机纤维和无机纤维)
纤维基体材料是在摩擦材料中显示增强作用的材料。底层材用摩擦材料组合物中，作为纤维基体材料，优选除了含有上述特定的纤维状硅灰石(无机纤维)以外，还含有有机纤维，还优选含有上述特定的纤维状硅灰石以外的无机纤维。纤维基体材料可以单独使用1种，也可以并用2种以上。无机纤维能够表现提高摩擦材料的机械强度和耐磨损性的效果。有机纤维是以有机物为主成分的纤维状的材料。另外，无机纤维是以金属和金属合金以外的无机物为主成分的纤维状的材料。
-有机纤维-
作为上述有机纤维，可以列举出麻、棉、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、丙烯腈系纤维、酚醛树脂纤维(具有交联结构)等。有机纤维可以单独使用1种，也可以并用2种以上。作为有机纤维，从耐热性的观点出发，优选芳族聚酰胺纤维。另外，从摩擦材料的强度提高的观点出发，作为有机纤维，优选含有原纤化有机纤维，更优选含有原纤化芳族聚酰胺纤维。原纤化有机纤维是进行了开纤、具有起毛的有机纤维，可以从商业途径获得原纤化芳族聚酰胺纤维、原纤化丙烯腈系纤维、原纤化纤维素纤维等。当然，底层材用摩擦材料组合物在含有原纤化有机纤维的同时还可以含有其它的有机纤维。
在底层材用摩擦材料组合物含有有机纤维、特别是原纤化有机纤维的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为1～8质量份、更优选为2～7质量份、进一步优选为1～5质量份。如果上述含量为1质量份以上，则倾向于表现出良好的剪切强度、耐开裂性和耐磨损性；如果上述含量为8质量份以下，则能够有效抑制因底层材用摩擦材料组合物中的有机纤维(原纤化有机纤维)和其它材料的偏向存在(不均匀地存在)而引起的剪切强度和耐开裂性的恶化。
-无机纤维-
另外，本发明中，作为上述无机纤维，至少含有下述特定的纤维状硅灰石。
纤维状硅灰石是指将以casio3为主成分的天然产出的硅酸盐矿物进行粉碎分级并加工成纤维状而得到的产物。
从对摩擦材料赋予强度的观点和底层材用摩擦材料组合物中的分散性的观点出发，本发明中使用的纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、优选为130～850μm。通过将纤维状硅灰石的平均纤维长度设定为100～850μm，在底层材用摩擦材料组合物的混合过程中纤维状硅灰石的分散性变得良好，能够有效提高底层材在常温和高温下的剪切强度和耐开裂性。
另外，从对摩擦材料赋予强度的观点出发，该纤维状硅灰石的平均纤维直径优选为70μm以下、更优选为60μm以下。平均纤维直径的下限值没有特别限制，但优选为5μm以上、更优选为8μm以上。
此外，在本说明书中，平均纤维长度和平均纤维直径是表示分别任意地选择50个所使用的无机纤维、用光学显微镜测定纤维长和纤维直径并由它们求出的平均值，如果是市售品，则可以参照商品目录。此外，在本说明书中，纤维直径是指纤维的直径。
本发明中使用的纤维状硅灰石的平均长径比(平均纤维长度/平均纤维直径)为8以上、优选为8～20、更优选为9～20、进一步优选为10～18、特别优选为12～17。通过将平均长径比设定为8以上，可以有效提高摩擦材料在常温和高温下的剪切强度和耐开裂性。
为了提高与粘结材料的亲和性，上述纤维状硅灰石的表面也可以用氨基硅烷、环氧硅烷等处理过。
底层材用摩擦材料组合物中的上述纤维状硅灰石的含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为3～30质量份、更优选为5～30质量份、进一步优选为5～20质量份。如果为3质量份以上，则纤维状硅灰石能够良好地分散于摩擦材料中，摩擦材料的强度提高。如果为30质量份以下，则能够有效抑制因底层材用摩擦材料组合物中的纤维状硅灰石和其它材料的偏向存在而引起的剪切强度和耐开裂性的恶化。
上述特定的纤维状硅灰石可以单独使用1种，也可以并用2种以上。另外，在不损害本发明的效果的范围内，也可以并用上述特定的纤维状硅灰石以外的纤维状硅灰石。
作为无机纤维，可以并用上述纤维状硅灰石以外的无机纤维。作为该无机纤维，可以使用例如选自玻璃纤维、金属纤维、人造矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、海泡石(α型海泡石和β型海泡石)、凹凸棒石、钛酸钾纤维、硅铝纤维、阻燃化纤维等中的至少1种。特别是作为该无机纤维，优选至少含有玻璃纤维的形态。
上述玻璃纤维是指通过将玻璃进行熔融和纺丝而制造的纤维。玻璃纤维可以使用原料为e玻璃、c玻璃、s玻璃、d玻璃等的玻璃纤维，其中，特别是从高强度的观点出发，优选使用含有e玻璃或s玻璃的玻璃纤维。另外，为了提高与粘结材料的亲和性，优选用氨基硅烷或环氧硅烷等处理玻璃纤维的表面而得到的玻璃纤维。另外，从提高原料和底层材用摩擦材料组合物的操作处理性的观点出发，可以使用用聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或酚醛树脂等将玻璃纤维集束而成的纤维束，集束根数优选为50～1000根，从分散性和操作处理性的均衡的观点出发，更优选为50～500根。
上述玻璃纤维的平均纤维长度没有特别限制，但优选为80～6000μm、更优选为150～5000μm、进一步优选为300～5000μm、特别优选为1000～5000μm、最优选为2000～4000μm。平均纤维长度如果为80μm以上，则底层材的强度有提高的倾向，如果为6000μm以下，则分散性的下降有得到抑制的倾向。另外，上述玻璃纤维的平均纤维直径优选为5～20μm、更优选为7～15μm。如果平均纤维直径为5μm以上，则在底层材用摩擦材料组合物的混合时能够抑制玻璃纤维的折损，如果平均纤维直径为20μm以下，则底层材的强度有提高的倾向。
底层材用摩擦材料组合物中的玻璃纤维的含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为0～15质量份、更优选为0～12质量份。该含量的下限值也可以为0.1质量份，也可以为0.5质量份、也可以为1质量份。通过将玻璃纤维的含量设定为该范围，则有下述的倾向：在不会损害混合后的底层材用摩擦材料组合物的操作处理性的情况下能够赋予韧性，摩擦材料的强度容易提高。
作为上述金属纤维，可以列举出铝、铁、锌、锡、钛、镍、镁等金属单质或合金形态的纤维、以铸铁等金属为主成分的纤维等。作为合金形态的纤维(合金纤维)，可以列举出铁合金纤维、铝合金纤维等。金属纤维可以单独使用1种，也可以并用2种以上。本发明中，也可以是不含金属纤维的底层材用摩擦材料组合物。
从提高耐开裂性和耐磨损性观点出发，一般优选铜纤维、铜合金纤维、铁纤维和铁合金纤维。
可是，在含有铜或铜合金的纤维的情况下，基于上述的理由，底层材用摩擦材料组合物中的铜的含量以铜元素计优选为低于0.5质量％、更优选为0.3质量％以下、进一步优选为0.1质量％以下、特别优选为实质上不含铜的形态。此外，作为铜合金纤维，可以列举出铜纤维、黄铜纤维、青铜纤维等。
另外，在含有铁纤维或铁合金纤维的情况下，从抑制由在与里衬的粘接界面处的生锈引起的耐久性下降的观点出发，底层材用摩擦材料组合物中的铁的含量优选设定为以铁元素计低于0.5质量％、更优选为0.3质量％以下、进一步优选为0.1质量％以下、特别优选为实质上不含铁的形态。
上述人造矿物纤维是指以渣棉等高炉炉渣、玄武岩纤维等玄武岩、其它天然岩石等为主成分来进行熔融纺丝而得到的人造无机纤维。作为人造矿物纤维，可以列举出例如含有sio2、al2o3、cao、mgo、feo、na2o等的人造矿物纤维、或含有1种或2种以上的上述化合物的人造矿物纤维等。作为人造矿物纤维，优选含有铝元素的人造矿物纤维，更优选含有al2o3的人造矿物纤维，进一步优选含有al2o3和sio2的人造矿物纤维。
底层材用摩擦材料组合物中所含的人造矿物纤维的平均纤维长度变得越大，剪切强度越倾向于下降。因此，人造矿物纤维的平均纤维长度优选为500μm以下、更优选为100～400μm、进一步优选为120～340μm。另外，人造矿物纤维的平均纤维直径(直径)没有特别限制，但通常为1～20μm，也可以为2～15μm。
从人体有害性的观点出发，人造矿物纤维优选为生物溶解性的。这里所说的生物溶解性的人造矿物纤维是指具有下述特征的人造矿物纤维：即使在进入人体内的情况下，在短时间内也可部分分解并排出到体外。具体地指作为化学组成的碱金属氧化物和碱土类金属氧化物的总量(钠、钾、钙、镁和钡的氧化物的总量)为18质量％以上，并且满足下述条件中的任一项的纤维(参照(eu指令97/69/ec的notaq(排除致癌性适用))：(a)在基于短期吸入暴露进行的生物内耐久试验中，长度超过20μm的纤维的半衰期为少于10天、(b)在基于短期气管内注入进行的生物内耐久试验中，长度超过20μm的纤维的半衰期为少于40天、(c)在腹膜内投与试验中无有意的致癌性、或者(d)在长期吸入暴露试验中无与致癌性相关的病理所见或肿瘤形成。作为上述这样的生物分解性人造矿物纤维，可以列举出sio2-al2o3-cao-mgo-feo(-k2o-na2o)系纤维等，可以列举出以任意的组合含有sio2、al2o3、cao、mgo、feo、k2o和na2o等中的至少2种的人造矿物纤维。
作为上述碳纤维，可以列举出阻燃化纤维、沥青系碳纤维、pan系碳纤维、活性炭纤维等。碳纤维可以单独使用1种，也可以并用2种以上。碳纤维的平均纤维长度没有特别限制，优选为0.1～6.0mm、更优选为0.1～3.0mm。平均纤维长度如果为上述范围，摩擦材料不易损伤，容易保持强度。另外，碳纤维的平均纤维直径没有特别限制，但优选为5～20μm。
在底层材用摩擦材料组合物含有纤维基体材料的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为5～50质量份、更优选为10～40质量份、进一步优选为15～40质量份。通过将纤维基体材料的含量设定为上述范围，则有下述的倾向：可以得到作为摩擦材料的最佳的气孔率，可以防止尖叫声，获得合适的材料强度，提高耐磨损性，进而能够提高成型。
(粘结材料)
粘结材料具有下述功能：将有机填充材料、无机填充材料和纤维基体材料等粘结而一体化并赋予规定的形状和强度。底层材用摩擦材料组合物中所含的粘结材料没有特别限制，作为摩擦材料的粘结材料，可以使用一般使用的热固性树脂。
作为该热固性树脂，例如可以列举出酚醛树脂、改性酚醛树脂、弹性体分散酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂等。这里，作为改性酚醛树脂，可以列举出丙烯酸改性酚醛树脂、硅氧烷改性酚醛树脂、腰果改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂和烷基苯改性酚醛树脂等。作为弹性体分散酚醛树脂，可以列举出丙烯酸酯弹性体分散酚醛树脂、硅氧烷弹性体分散酚醛树脂等。
特别是从赋予良好的耐热性、成型性和摩擦系数的观点出发，优选酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硅氧烷改性酚醛树脂、烷基苯改性酚醛树脂，更优选酚醛树脂。
热固性树脂可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
在底层材用摩擦材料组合物含有粘结材料的情况下，其含量相对于底层材用摩擦材料组合物100质量份优选为5～25质量份、更优选为5～20质量份、进一步优选为6～18质量份、特别优选为8～16质量份。通过将粘结材料的含量设定为上述范围，可以保持摩擦材料的强度，容易进一步抑制因弹性模量变高而引起的尖叫声等减振性的恶化。
(其它材料)
底层材用摩擦材料组合物中除了含有上述的有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料和粘结材料以外，根据需要还可以配合其它材料。
作为其它的材料，例如从提高耐磨损性和热衰减特性的观点出发，可以列举出锌粉和铝等金属粉末；聚四氟乙烯(ptfe)等氟系聚合物、等有机添加剂。
在底层材用摩擦材料组合物含有上述的其它材料的情况下，作为其含量，相对于有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料和粘结材料的总量100质量份分别优选为20质量份以下、更优选为10质量份以下、进一步优选为5质量份以下、特别优选为3质量份以下，也可以不含其它材料。
[摩擦材料]
本发明还提供一种摩擦材料，该摩擦材料含有通过将上述底层材用摩擦材料组合物进行成型而形成的底层材。更具体而言，通过采用一般使用的方法、优选采用加热加压成型方法将贴面材用摩擦材料组合物和上述底层材用摩擦材料组进行成型而获得摩擦材料。若使用图1进行说明，则含有贴面材1和底层材2的部位相当于摩擦材料5。
作为贴面材用摩擦材料组合物，可以利用公知的摩擦材料组合物、特别是贴面材用摩擦材料组合物，没有特别限制。作为贴面材用摩擦材料组合物，具体而言，优选含有有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料和粘结材料的贴面材用摩擦材料组合物，该贴面材用摩擦材料组合物中，更优选使用不含铜、或即使含有铜则该铜的含有率也以铜元素计低于0.5质量％的贴面材用摩擦材料组合物。另外，该贴面材用摩擦材料组合物优选不含纤维状硅灰石，即使含有纤维状硅灰石则其含量在贴面材用摩擦材料组合物中也优选为2质量％以下、更优选为1质量％以下、进一步优选为0.1质量％以下、特别优选为实质上不含有。有关有机填充材料、无机填充材料、纤维基体材料和粘结材料，可以使用与在底层材用摩擦材料组合物中所说明的那些材料相同的材料。
从摩擦面往垂直方向看时，底层材的厚度相对于整个摩擦材料的厚度的比例优选为3～70％、更优选为5～60％、进一步优选为6～50％。
可以通过下述方法制造摩擦材料：将贴面材用摩擦材料组合物和上述底层材用摩擦材料组合物分别使用勒迪格混合机(“loedige”为注册商标)、加压捏合机、爱立许混合机(“eirichmixer”为注册商标)等混合机进行混合，将贴面材用混合物和底层材用混合物用成型模具一体地进行预成型，然后将得到的预成型物在例如成型温度为130℃～160℃、成型压力为20～50mpa的条件下成型2～10分钟，将得到的成型物在例如150℃～250℃下热处理2～10小时。另外，根据需要也可以进行涂装、焦烧处理、研磨处理。在上述工序中，也可以省略预成型工序而将混合物进行直接热成型。
摩擦材料可以作为汽车等的盘式制动器制动衬块的摩擦材料、汽车等的制动衬片的摩擦材料来使用。另外，也可以通过对贴面材用摩擦材料组合物和底层材用摩擦材料组合物实施成型、加工、贴付成目标形状等工序后作为离合器摩擦片、电磁制动器、保持制动器等摩擦材料来使用。
摩擦材料的底层材由于减振性高(压缩形变大)、并且能够同时满足常温和高温下的剪切强度和耐开裂性，所以特别适合作为汽车用的摩擦材料。
[摩擦构件]
下面参照着图1进行说明，本发明中使用的底层材用摩擦材料组合物由于具有高的剪切强度和高的耐开裂性，所以用作摩擦构件的底层材2。这里，贴面材1是指成为摩擦构件的摩擦面的摩擦材料，底层材2是指介于贴面材1与里衬3之间且目的是提高摩擦材料与里衬的粘接部附近的剪切强度和耐开裂性的层。
具体而言，本发明提供摩擦构件6，其具有贴面材1、里衬3和在上述贴面材1与上述里衬3之间的将底层材用摩擦材料组合物进行成型而形成的底层材2。
本发明的摩擦构件是通过使用上述摩擦材料按照使该摩擦材料的贴面材成为摩擦面的方式形成的摩擦构件，即，其是底层材位于摩擦面的相反侧的摩擦构件。作为本发明的摩擦构件，不限于上述形态，例如还可以列举出下述的摩擦构件：在摩擦构件6中，在上述里衬3上，在具有上述底层材2的一侧的相反侧上具有垫片4。该垫片4一般来说是为了提高摩擦构件的减振性而使用的隔离件。
上述里衬是为了提高摩擦构件的机械强度而通常作为摩擦构件来使用的，作为材质，可以使用金属或纤维增强塑料等。作为里衬，例如可以列举出铁、不锈钢、无机纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等。作为底涂层和粘接层，只要是通常用于制动块和制动衬片等摩擦构件的那些底涂层和粘接层即可。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些例子的任何限制。
对实施例和比较例的各摩擦材料试样按照以下的评价方法进行评价。
[评价方法]
(1)凝聚物的有无
用sem观察混合后的底层材用混合物，观察1mm2上有无纤维状硅灰石的凝聚物，将确认到100μm以上的纤维状硅灰石凝聚物的情况评价为凝聚物“有”，将未确认到100μm以上的纤维状硅灰石凝聚物的情况评价为凝聚物“无”。
(2)减振性的评价
根据jisd4413(2005年)测定160巴(16mpa)下的压缩形变量，作为减振性的指标。压缩形变越大，则减振性越高，越不易发生制动尖叫声。
(3)剪切强度的测定
根据jisd4422(2007年)测定常温(20℃)和高温(300℃)下的剪切强度。此外，高温下的剪切强度是通过将盘式制动器制动衬块在300℃下加热1小时后，在1分钟以内进行剪切试验来测定。
(4)耐开裂性的评价
耐开裂性如下测定：反复进行jasoc427“汽车-制动衬片和盘式制动器制动衬块-测力计磨损试验方法”中所示的制动温度为400℃的制动(初速度为50km/小时、终速度为0km/小时、减速度为0.3g、制动前制动器温度为100℃)直到摩擦材料的厚度变为一半为止，测定摩擦材料的摩擦面和底层材侧的面的开裂的发生，并按照下述评价基准进行评价。
a：无开裂的发生。
b：摩擦材料的摩擦面或底层材侧的面上发生了0.1mm的厚度计无法进入的程度的开裂。
c：摩擦材料的摩擦面或或底层材侧的面上发生了0.1mm的厚度计可以进入的程度的开裂。
此外，在摩擦材料的摩擦面和底层材侧的面中的一者发生了厚度计无法进入的程度的开裂、而另一者发生了厚度计可以进入的程度的开裂的情况下，评价为c。
(5)盘状转子攻击性的评价
根据汽车技术会标准“jasoc406”实施一般效力试验，测定试验前后的盘状转子的厚度，由试验前后的盘状转子的厚度之差测定磨损量，作为盘状转子攻击性的指标。磨损量越少，表示盘状转子攻击性越小，摩擦性能越优秀。
此外，上述耐开裂性和盘状转子攻击性的评价是使用测力计、在惯量为70kgf·m·s2下进行评价。另外，使用通风盘式转子(kiriu株式会社制、材质fc190)和一般的铰链滑动式的弹簧筒夹型制动钳来实施。
[盘式制动器制动衬块的制作]
在盘式制动器制动衬块的制作时，准备下述的摩擦材料组合物的成分。表1和表2中记载的各成分与以下的物质相同。
(粘结材料)
·酚醛树脂
(有机填充材料)
·腰果颗粒
·轮胎胎面橡胶的粉碎粉
(无机填充材料)
·钛酸钾
·氧化锆
·云母
·硫化锡
·硫酸钡
·氢氧化钙
·石墨
(纤维基体材料)
·芳族聚酰胺纤维(有机纤维)：原纤化芳族聚酰胺纤维
(无机纤维)
·人造矿物纤维：平均纤维长度为150μm
·玻璃纤维：纤维长为3000μm、纤维直径为10μm、集束根数为200根
·纤维状硅灰石a：平均纤维长度为150μm、平均纤维直径为12μm、平均长径比为13
·纤维状硅灰石b：平均纤维长度为825μm、平均纤维直径为55μm、平均长径比为15
·纤维状硅灰石c：平均纤维长度为13μm、平均纤维直径为1μm、平均长径比为13
·纤维状硅灰石d：平均纤维长度为35μm、平均纤维直径为7μm、平均长径比为5
[实施例1～4和比较例1～5](盘式制动器制动衬块的制作)
按照表1所示的配合量配合各成分，得到贴面材用摩擦材料组合物。另外，按照表2所示的配合量配合各成分，得到底层材用摩擦材料组合物。
将该贴面材用摩擦材料组合物和底层材用摩擦材料组合物分别用勒迪格混合机(株式会社matsubo制、商品名：loedigemixerm20)进行混合，得到贴面材用混合物和底层材用混合物。将得到的贴面材用混合物和底层材用混合物采用成型压力机(王子机械工业株式会社制)一体地进行预成型(不过，比较例1中由于在底层材用摩擦材料组合物中生成了凝聚物，所以未进行预成型以后的操作。另外，比较例4中只将贴面材用混合物进行了预成型，比较例5中只将底层材用混合物进行了预成型)。将得到的预成型物在成型温度为140～160℃、成型压力为30mpa、成型时间为5分钟的条件下，使用成型压力机(三起精工株式会社制)与铁制的里衬(hitachiautomotivesystems株式会社制)一起进行加热加压成型。将得到的成型品在200℃下热处理4.5小时，使用旋转式研磨机进行研磨，进行500℃的焦烧处理来得到盘式制动器制动衬块。此外，实施例和比较例中得到的盘式制动器制动衬块的里衬的厚度为6mm、贴面材的厚度为9mm、底层材的厚度为2mm、摩擦材料的投影面积为52cm2。
使用得到的盘式制动器制动衬块，按照上述方法进行各测定和评价。结果示于表2中。
表1
表2
实施例与比较例相比，减振性为相同程度以上(压缩形变大)，并且常温和高温下的剪切强度高，耐开裂性优良，并且盘状转子攻击性也降低。特别是，通过各实施例与比较例4～5的对比可知，通过设定成并用贴面材和底层材的2层结构的摩擦材料，与没有底层材的1层结构的摩擦材料的情况相比，剪切强度、耐开裂性和盘状转子攻击性优良。在如比较例4那样不设置底层材而制成1层结构的摩擦材料的情况下，剪切强度和耐开裂性下降。另外，在如比较例5那样制成仅由与实施例1中使用的底层材用摩擦材料组合物相同的组合物构成的摩擦材料的情况下(即，在摩擦材料-里衬的构成中，将摩擦材料制成仅由底层材构成的1层结构的摩擦材料的情况下、即相当于底层材-里衬的情况下)，尽管剪切强度和耐开裂性良好，但发生了盘状转子攻击性变高的问题。根据该比较例5的结果可知，即使是本发明中使用的特定的纤维状硅灰石，如果用于由底层材-里衬的构成形成的摩擦材料，则也不能解决本发明要解决的课题。
此外，上述实施例中使用的底层材用摩擦材料组合物由于不含铜和铁系金属(例如铜纤维、铁纤维等)，所以可以成为环境危害性低、生锈抑制效果较高的摩擦材料和摩擦构件。
产业上的可利用性
本发明的摩擦构件由于其底层材具有高的减振性(压缩形变大)、并且能够同时满足常温和高温下的剪切强度、耐开裂性以及盘状转子攻击性的降低，所以特别是适合作为汽车用的摩擦构件。
符号说明
1贴面材
2底层材
3里衬
4垫片
5摩擦材料
6摩擦构件
1.一种摩擦构件，其是依次具有贴面材、底层材和里衬的摩擦构件，其中，所述底层材含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比即平均纤维长度/平均纤维直径为8以上。
2.根据权利要求1所述的摩擦构件，其中，所述纤维状硅灰石的长径比即平均纤维长度/平均纤维直径为8～20。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦构件，其中，所述底层材进一步含有选自有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料中的至少1种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摩擦构件，其中，所述底层材进一步含有所述纤维状硅灰石以外的无机纤维。
5.根据权利要求4所述的摩擦构件，其中，所述无机纤维是选自玻璃纤维、金属纤维、人造矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、海泡石、凹凸棒石、钛酸钾纤维、硅铝纤维和阻燃化纤维中的至少1种。
6.一种底层材用摩擦材料组合物，其含有纤维状硅灰石，该纤维状硅灰石的平均纤维长度为100～850μm、并且长径比即平均纤维长度/平均纤维直径为8以上。
7.根据权利要求6所述的底层材用摩擦材料组合物，其中，所述纤维状硅灰石的长径比即平均纤维长度/平均纤维直径为8～20。
8.根据权利要求6或7所述的底层材用摩擦材料组合物，其进一步含有选自有机填充材料、无机填充材料、有机纤维和粘结材料中的至少1种。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的底层材用摩擦材料组合物，其进一步含有所述纤维状硅灰石以外的无机纤维。
10.根据权利要求9所述的底层材用摩擦材料组合物，其中，所述无机纤维是选自玻璃纤维、金属纤维、人造矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维、生物降解性陶瓷纤维、海泡石、凹凸棒石、钛酸钾纤维、硅铝纤维和阻燃化纤维中的至少1种。
11.一种摩擦材料，其含有将权利要求6～10中任一项所述的底层材用摩擦材料组合物成型而成的底层材。
技术总结