用於剎車的摩擦材料的製作方法

2023-06-12 14:54:16 3

專利名稱：用於剎車的摩擦材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無石棉的摩擦材料，更具體地涉及一種用於剎車片的摩擦材料，該剎車片被用於車輛或工業用機 器的剎車。
背景技術：
無石棉基的摩擦材料中的銅具有很多有用的性能特性和工作特性，包括優良的增強強度，在高溫條件下的提高的摩擦係數和優良的熱傳遞性能。此外，銅具有其他很多的優良品質增強摩擦材料和與摩擦材料配合的組件的壽命，同時降低剎車灰塵。鋼纖維有時被用來代替一些銅，但是鋼纖維並不具有銅的很多優良的屬性並且更容易被磨損，從而提高了轉子上的磨損量，摩擦材料抵靠在該轉子上與其配合。鋼纖維還可能產生灰塵，該灰塵可能迅速地且永久地汙染車輛的車圈的表面光潔度。

發明內容
本發明涉及一種無石棉的摩擦材料，該材料中不含銅和銅合金。本發明的組成是特定的，因為它們提供了與通常的無石棉NAO或者使用了銅基的材料相同水平的摩擦，剎車片壽命，噪音和其他工作特性，但是本發明的組成中不含銅，也不含有含銅材料。該組成提供一類優良的摩擦材料，該摩擦材料具有含銅摩擦材料所具有的理想性能，但是不需要使用銅或銅合金。根據本發明的另一個方面，用於剎車的摩擦材料具有體積比約為12-24%的至少一種粘合劑，體積比為2-10%的至少一種纖維，體積比小於5%的至少一種潤滑劑，體積比為15-30%的至少一種研磨劑，體積比為10-24%的至少一種鈦酸鹽，且該材料基本不含任何形式的銅。根據本發明的另一個方面，粘合劑包括一種或多種直的或修飾的酚醛樹脂(straight or modified phenolic resin)系統的混合物,包括未經修飾的酹醒樹脂。根據本發明的另一個方面，至少一種纖維選自由芳香族聚醯胺，聚丙烯腈(PAN)和纖維素纖維組成的組。該纖維可僅選自芳香族聚醯胺纖維族。根據本發明的又一個方面，至少一種潤滑劑包括金屬硫化物，有機潤滑劑和金屬潤滑劑中的至少一種。該潤滑劑可選自基本由硫化錫，三硫化銻，三氧化銻，硫化鋅，硫化銅，硫化鐵，酞菁染料，錫粉和鋅粉組成的組。該潤滑劑可以是潤滑劑的混合體，例如金屬硫化物和三硫化銻的混合體。根據本發明的又一個方面，至少一種研磨劑主要包括硬質礦物纖維，氧化鋯，鋯石，矽酸鋯，雲母(mica)，氧化鋁，陶瓷纖維，矽酸鈣鎂，矽酸鈣鎂鋯，矽酸鈣鎂鋁，矽酸鎂鋁，諸如硬棉，渣棉和石棉的合成礦物纖維，矽土，二氧化矽，沙子，碳化矽，氧化鐵和氧化鎂中的至少一種。摩擦材料還包括平衡量的其他材料。該其他材料包括選自由石灰，氧化鈣，滑石(talc),碳酸鈣，矽酸鈣，鈣矽石，重晶石，諸如石墨和石油焦的炭，諸如粉末橡膠或回收橡膠碎屑的橡膠以及各種摩擦灰塵組成的組中的至少一種。上面列舉的材料也可以組合使用，例如石灰，硫酸鋇，石墨，鈣矽石和摩擦灰塵的混合物。


結合隨後的詳細說明，權利要求書和附圖，本發明將更容易被理解，其中圖I是結合到示例性的剎車片內的示例性的摩擦材料的透視圖。
具體實施例方式公開的是一種用於剎車片的無石棉的摩擦材料和其他剎車材料，該材料包括至少一種粘合劑，至少一種纖維，至少一種潤滑劑，至少一種研磨劑，至少一種鈦酸鹽，該摩擦材料基本不含銅，該銅包括黃銅和青銅。 如圖I所示，摩擦材料20可被用於示例性的剎車片10。圖I所示出的剎車片10僅是一種示例性的剎車片，其可以具有任何尺寸、形狀和構型。用於剎車片10的摩擦材料20通常被粘合或其他方式固定於背板30上。現有技術通常都集中於試圖從摩擦片的組成中至少部分地移除銅或銅合金，但是在不犧牲所需特性的情況下獲得成功似乎是不可能的。本發明的無石棉的摩擦材料包括至少一種粘合劑，該粘合劑包括直的或修飾的酚醛樹脂形式的酚醛樹脂。修飾的粘合劑的例子包括矽樹脂，腈綸，環氧樹脂和丁腈樹脂。該粘合劑佔總組成體積的約12-24%。該粘合劑的作用是在摩擦材料中作為基質將其他成分連接在一起。該粘合劑系統還可以包括兩種或多種粘合劑的混合物，如果需要的話，至少一種粘合劑是酚醛樹脂型的粘合劑以在特定的應用中實現所需的工作特性。該至少一種纖維佔總摩擦材料組成體積的約2_10%。該纖維可以選自芳香族聚醯胺纖維，聚丙烯腈(PAN)纖維和纖維素纖維。芳香族聚醯胺纖維優選的平均長度為
I.09mm，其範圍約在O. 92mm-l. 26mm之間。PAN纖維的長度範圍約在5. 0_7. 5mm之間。纖維素纖維的長度小於1mm。該纖維為摩擦材料提供整體性和結構強度。纖維還在製造過程中有助於預固化的預成型的穩定性。各種纖維和纖維長度因此可用於控制摩擦材料的生產和工作特性。纖維的來源可以是合成的或天然的，纖維的形式可以是純的或回收的。該至少一種潤滑劑被包含在摩擦材料中以降低片和盤在工作中的磨損。該至少一種潤滑劑佔總摩擦材料組成體積的5%或更少。可選的潤滑劑材料包括金屬硫化物，有機潤滑劑，金屬潤滑劑或其組合。金屬硫化物的例子包括，但不局限於硫化錫，三硫化銻，三氧化銻，硫化鋅和硫化鐵。有機潤滑劑的例子是酞菁染料，而金屬潤滑劑的例子包括錫粉和鋅粉。金屬硫化物包括金屬硫化物複合物，例如那些具有硫化錫作為主要成分的複合物。該至少一種研磨劑佔總摩擦材料組成體積的約15-30%。該研磨劑通常可根據它們的摩氏硬度進行分類。可選的研磨劑的例子包括礦物纖維，氧化鋯，氧化鋁，氧化鎂，矽酸鋯，矽土，二氧化矽，沙子，碳化矽，多鋁紅柱石(mul I ite )，氧化鐵，複合礦物矽酸鹽(例如矽酸鈣鎂，矽酸鈣鎂鋯，矽酸鈣鎂鋁，矽酸鎂鋁)，不同化學價的氧化鐵，其他金屬氧化物，合成礦物纖維(例如硬棉，渣棉和石棉)，以及一些天然存在的礦物。具有很高的摩氏硬度值的硬質研磨劑的使用濃度應當較低，而具有較低的摩氏硬度值的溫和研磨劑的使用濃度可以較高，以實現相同的所需摩擦水平。
該至少一種鈦酸鹽佔總摩擦材料組成體積的約10-24%。鈦酸鹽提供了與石棉型的材料類似的高溫穩定性。六鈦酸(hexatitanate)和八鈦酸(octatitanate)形式的鈦酸鹽材料塗覆到轉子表面形成均勻和一致的傳遞層。鈦酸鹽可包括例如鈦酸鉀，鈦酸鎂鉀，鈦酸鋰鉀，鈦酸I丐鉀，以及其他六 鈦酸鹽和八鈦酸鹽。在這兩類的鈦酸鹽中，優選六鈦酸鹽。該摩擦材料還可由有限量的氧化鎂(MgO)形成，通常體積比小於10%，優選為小於5%，更優選為基本不含氧化鎂。該摩擦材料還優選為基本不含鋼纖維。包含在摩擦材料中的其他成分構成平衡組分並可以基本分為填充劑和/或修飾齊U。該其他成分佔總摩擦材料組成的約7-61%。該其他成分通常為配方提供體積(bulk)，降低成本，降低噪音並有利於在轉子上塗覆均勻的傳遞層。合適的填充劑的例子包括石灰，氧化鈣，重晶石，包括硫酸鋇，石墨，石油焦，脫硫焦炭，矽酸鈣，橡膠(包括各種粉末橡膠和回收橡膠)，摩擦灰塵(包括褐色，黑色，直的，修飾的或其他級別的摩擦灰塵)。下面的表格給出了使用本發明製備的示例性的具有足夠的工作性能的摩擦材料。每個例子用於評估某個生產特性，包括混合，預成型，衝壓，物理硬度，物理壓縮，室溫下與背板的結合，在300°C與背板的結合；同時用於評估某個工作特性(包括摩擦片壽命，片磨損，轉子磨損特性和成本)。下面描述的所有組成均用體積百分比表示，為了簡單起見僅示出整數附近的數字。該例子中的摩擦材料通過混合，衝壓和固化操作進行加工和形成，該操作是工業上用於製造剎車片摩擦材料所通常採用的操作。這就需要甩幹地混合成分，可選的使用犁(plows)和砍刀(choppers)將各成分混合成均勻的混合物。該混合物在室溫衝壓操作中被衝壓為預成型件或圓片。該圓片被放置於熱模中，在其一側面附上金屬背板並將該金屬背板熱壓固化到摩擦材料上與背板連接以形成最終的剎車片。準備投入市場的用於測試片的樣品需要在打包進行商業銷售之前進行後烘烤操作和一次或多次的拋光操作。例子1-13的樣品被後烘烤。加工工藝的變形可以包括將混合物直接打散填充入壓膜中或者通過使用液體粘合劑系統填充入壓膜中。該摩擦材料可以被直接連接至背板或者通過使用工業上已知的下層材料將摩擦材料連接至背板。例子I
粘合劑Γ^8
Irl5
潤滑劑I
總研磨劑23
鈦酸鹽16
填充劑37
銅和銅合金 O 總計100
例子I的成分在標準翻滾攪拌器(tumble mixer)中混合大約7分鐘後進行預成型，並如上所述熱衝壓固化到金屬背板上。例子I的摩擦材料被證實具有與含銅或銅合金的摩擦配方相類似的良好的所有生產和工作特性。下面的例子的加工過程與例I相同。例子權利要求
1.一種用於剎車的摩擦材料，包括 體積比約為12-24%的至少一種粘合劑； 體積比為2-10%的至少一種纖維； 體積比小於5%的至少一種潤滑劑； 體積比為15-30%的至少一種研磨劑； 體積比為10-24%的至少一種鈦酸鹽；以及 其特徵在於，所述材料基本不含石棉和銅。
2.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘合劑基本由修飾的酚醛樹脂組成。
3.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘合劑包括一種或多種直的或修飾的酚醛樹脂系統的混合物。
4.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘合劑不是酚醛樹脂。
5.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘合劑是酚醛樹脂和非酚醛樹脂的混合物。
6.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述纖維選自由芳香族聚醯胺，聚丙烯腈和纖維素纖維組成的組中。
7.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑基本由金屬硫化物，有機潤滑劑和金屬潤滑劑中的至少一種組成。
8.如權利要求7所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑選自基本由硫化錫，三硫化銻，三氧化銻，硫化鋅，硫化銅，硫化鐵，酞菁染料，錫粉和鋅粉組成的組中。
9.如權利要求7所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑包括金屬硫化物複合物。
10.如權利要求7所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑包括金屬硫化物和三硫化銻的組合。
11.如權利要求7所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑僅包括三硫化銻。
12.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述研磨劑選自由礦物纖維，氧化鋯，鋯石，矽酸鋯，雲母，氧化鋁，陶瓷纖維，矽酸鈣鎂，矽酸鈣鎂鋯，矽酸鈣鎂鋁，矽酸鎂鋁，諸如硬棉，渣棉和石棉的合成礦物纖維，矽土，二氧化矽，沙子，碳化矽，氧化鐵和氧化鎂組成的組中。
13.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述研磨劑基本由氧化鋯和矽酸鋯中的至少一種組成。
14.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述研磨劑基本由氧化鐵和氧化鎂中的至少一種組成。
15.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述研磨劑基本由礦物纖維和氧化鋁中的至少一種組成。
16.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述一種或多種研磨劑包括少於10%的氧化鎂。
17.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述一種或多種研磨劑包括少於5%的氧化鎂。
18.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述一種或多種研磨劑包括少於2.2%的氧化鎂。
19.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述材料基本不含氧化鎂。
20.如權利要求I所述的摩擦材料,其特徵在於,進一步包含佔所述材料體積約7-61%的其他材料。
21.如權利要求20所述的摩擦材料，其特徵在於，所述其他材料包括選自由石灰，氧化鈣，滑石，碳酸鈣，鈣矽石，重晶石，矽酸鈣，諸如石墨和石油焦的炭，諸如粉末橡膠或回收的橡膠碎屑的橡膠以及各種摩擦灰塵組成的組中的至少一種。
22.如權利要求20所述的摩擦材料，其特徵在於，基本由鈣矽石，石灰，硫酸鋇，石墨和摩擦灰塵的混合物組成。
23.如權利要求20所述的摩擦材料，其特徵在於，基本由鈣矽石，石灰，硫酸鋇，石墨，橡膠和摩擦灰塵的混合物組成。
24.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述材料不包含銅，黃銅，青銅和其他銅合金。
25.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘合劑是未經修飾的酚醛樹脂。
26.如權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述纖維僅是芳香族聚醯胺纖維族的纖維。
27.如權利要求I所述的摩擦材料,其特徵在於,該摩擦材料基本不含任何形式的銅。
28.一種用於剎車的摩擦材料，包括 體積比約為15-20%的至少一種粘合劑； 體積比為3-8%的至少一種纖維； 體積比為O. 5-3%的至少一種潤滑劑； 體積比為17-25%的至少一種研磨劑； 體積比為13-20%的至少一種鈦酸鹽；以及 其特徵在於，所述材料基本不含石棉和銅。
29.如權利要求28所述的摩擦材料，其特徵在於，所述材料基本不含氧化鎂。
30.如權利要求28所述的摩擦材料，其特徵在於，進一步包含佔所述材料體積約29-45%的其他材料。
31.如權利要求28所述的摩擦材料，其特徵在於，所述材料基本不含有氧化鎂。
32.如權利要求28所述的摩擦材料，其特徵在於，所述材料基本不含鋼纖維。
33.一種剎車片,包括 背板；以及 固定於所述背板上的摩擦片，該摩擦片由基本不含石棉，銅和氧化鎂的摩擦材料製成。
全文摘要
一種無石棉的摩擦材料，包括佔一定範圍的體積分數的至少一種粘合劑，纖維，潤滑劑，研磨劑和鈦酸鹽，還包括有諸如填充劑的其他材料，該摩擦材料基本不含銅和石棉。
文檔編號F16D69/02GK102713334SQ200980162762
公開日2012年10月3日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者維賈伊·蘇布拉瑪尼安 申請人:費德羅-莫格爾製品有限公司