制動裝置的帶塗層摩擦墊的製作方法

2023-07-09 05:38:16 3

專利名稱：制動裝置的帶塗層摩擦墊的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及摩擦材料，具體而言涉及制動裝置的帶塗層摩擦墊。
背景技術：
汽車或其它機動車輛的制動裝置通常包括摩擦材料和反摩擦材料如轉子或鼓筒。轉子或鼓筒通常為鋼或其它金屬材料，其上面具有適於與摩擦材料接觸的表面。制動墊通常為鋼或其它基底，其上面帶有摩擦材料，摩擦材料的表面適於與轉子或鼓筒的表面相接觸。
金屬轉子和鼓筒的一個問題是它們易於發生氧化或鏽蝕。如果制動裝置經常使用，這個問題還並不嚴重，因為轉子或鼓筒與制動墊之間的摩擦通常足以除去氧化層或鏽蝕層的薄膜。然而，如果制動裝置在相當長的時間內不使用，例如在保存於賣主處的新車上，轉子或鼓筒的摩擦表面上所形成的氧化層或鏽蝕層的累積就將會給制動裝置的性能帶來不利影響。鏽蝕可能會特別嚴重以致於導致轉子或鼓筒表面上產生點蝕或疤痕，這可能會致使轉子不適於達到理想的制動性能。在某些情況下，鏽蝕作用可能會使轉子或鼓筒粘結於摩擦墊上，這就會導致摩擦墊的粘結破壞或者導致摩擦墊與其基底分離。
這個問題的一種解決辦法是使用帶塗層或者進行過表面處理以防止轉子鏽蝕的轉子。這些處理手段包括油或油脂等，電沉積塗層、例如可與異氰酸鹽交聯劑固化的胺鹽環氧樹脂的陰極電沉積，其它可固化塗層、如密胺固化的OH官能的丙烯酸塗層，熱塑塗層、如高分子重丙烯酸或聚氨酯膠乳或油基醇酸塗層，可形成一氧化膜薄層而無點蝕的金屬氧化物塗層，以及無機物塗層、如分散於矽酸鉀溶液中的鋅粒子。
已處理過的轉子所帶有的一個問題是儘管它們耐鏽蝕，但已處理過的表面通常不能提供充分的制動性能，特別是當與制動墊的摩擦材料相配合時尤其如此，其中該制動墊其自身設計成與製造轉子的底層金屬一起使用。
已經有人提出在制動墊上提供一種研磨塗層，它具有在制動裝置的最初跑合期間(如在最早的200次制動操作應用期間)除去轉子上的保護漆塗層的效果。例如，有人提出利用制動墊上的一種研磨碳化矽微粒塗層來實現這個目的。然而這種塗層在制動裝置發生新摩擦時會使摩擦意外增大，從而產生無法預料的、帶噪聲或粘滯的制動動作。另外，使用這種包含高級侵蝕性研磨微粒的塗層時，嵌入摩擦墊表面中的粒子足以導致並不需要的性能特點延長。
因此本發明的一個目的是提供一種制動墊，它能在制動裝置的最初跑合期間從轉子上除去耐蝕塗層。本發明的另一個目的是提供一種制動墊，它能在跑合期間內及隨後時間中保持良好的制動性能。
發明概述根據本發明，提供了一種用於制動裝置的摩擦墊。摩擦墊包括具有一個適於與制動轉子或鼓筒接觸的表面的摩擦材料。該表面上有塗層，它包括莫氏硬度為5.5至7.5的研磨微粒和莫氏硬度為8.0至9.5的研磨微粒。
因此本發明提供了一種制動墊，它能在制動裝置的最初跑合期間內從轉子或鼓筒上除去耐蝕塗層，並在跑合期間內及隨後時間中保持良好的制動性能。優選實施方案描述本發明的摩擦墊包括一種摩擦材料，該摩擦材料具有一個適於與制動轉子或鼓筒接觸的表面和該表面上的一個研磨塗層。摩擦材料實際上可以為可用於制動系統中的任一類型材料，如半金屬摩擦材料、低金屬摩擦材料、石棉有機材料、陶瓷金屬、以及其它本領域中所熟知的材料。
可用於本發明實際應用中的摩擦材料通常包括一種或多種熱固性樹脂粘合劑(例如，酚醛樹脂如苯酚甲醛樹脂、環氧樹脂)、加強纖維(例如芳族聚醯胺、鋼、丙烯酸以及不再廣泛使用的石棉)、金屬粉末(例如鐵、銅、黃銅、鋅、鋁、銻及類似金屬)、固態潤滑劑(例如二硫化鉬、石墨、焦炭、硫化錫、三硫化銻)、研磨劑(例如氧化錫、氧化鎂、二氧化矽、氧化鐵、氧化鋁、金紅石等)、有機填料(例如橡膠粒、 如堅果殼粒、丁腈橡膠粒)、以及無機填料(如重晶石、石膏、雲母、鈦酸鹽等)。也可加入其它材料和添加劑，對此本領域中已經熟知。
塗層包含莫氏硬度為5.5至7.5、優選為6.0至7.0的研磨微粒和莫氏硬度為8.0至9.5、優選為8.5至9.5的研磨微粒。莫氏硬度為5.5至7.5的有用微粒的實例包括金紅石、浮石粉、氧化錫、氧化鎂、二氧化矽和氧化鐵。莫氏硬度為8.0至9.5的有用微粒的實例包括碳化矽、氧化鋁、石英、碳化矽、剛玉、鋯砂等。這些微粒的平均直徑均值為2μm至300μm，優選為2μm至75μm(微粒的平均直徑定義為質量與所述微粒相同的球形微粒的直徑，而平均直徑均值為一組微粒中的平均直徑的統計均值)。
在本發明的一個優選實施方案中，這些微粒與聚合物或樹脂粘合劑一起加入一種塗層混合物中，該混合物可塗覆於摩擦材料的表面上。這種塗層混合物可以包括重量百分比為5％至75％、優選為5％至60％、更優選為5％至50％的莫氏硬度為5.5至7.5的研磨微粒，以及重量百分比為5％至85％、優選為5％至50％、更優選為10％至50％的莫氏硬度為8.0至9.5的研磨微粒，以上數字均是根據塗層的乾重計算。
根據本發明，在研磨塗層混合物中可以選用多種粘合劑，優選地，粘合劑在低於350℃的溫度下保持穩定，但在高於350℃的溫度下緩慢降解和/或焦化。這有助於確保研磨層在制動裝置的所需跑合期間內使用。粘合劑還應當能夠粘附於摩擦材料上，儘管當塗層混合物包含有其它粘合添加劑或者當在塗敷研磨塗層混合物之前已將粘合劑底漆塗於摩擦材料上時並不必需如此。可用的粘合劑包括環氧樹脂(例如酚醛清漆、Epon樹脂(殼牌化學公司生產))、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂、改良型酚醛樹脂如腈類/酚醛樹脂，矽酮、醇酸樹脂及其它已知的可用於塗層混合物中的樹脂。其它已知的塗層添加劑，如表面活性劑、染料或顏料、粘度或流變能力改良劑、流動控制劑、穩定劑等也可包括在塗層混合物中，對此本領域內已經熟知。
所塗敷的塗層混合物可形成一個乾燥或固化層，其厚度為0.025至1.3mm，優選為0.025至0.13mm。塗層混合物可通過任意一種已熟知的方法塗敷於摩擦材料上。這些方法包括絲網法、滾塗法、刷塗法、浸塗法和噴塗法(只要研磨微粒的大小與噴塗設備相適即可)。
還存在其它的塗敷方法。例如，摩擦材料可以塗上一薄層粘結劑，隨後將研磨微粒塗於溼潤或尚未固化的粘結劑上，而不是將研磨微粒混合在用以塗於摩擦材料表面上的塗層混合物中。
在本發明的一個優選實施方案中，帶塗層的摩擦墊與一種反摩擦構件如制動轉子或鼓筒一起用於制動裝置中，該制動轉子或鼓筒具有一個適於與該摩擦墊相接觸的表面，其中反摩擦構件表面上具有能防止轉子或鼓筒氧化或鏽蝕的保護塗層。圓盤制動轉子要比其它制動鼓筒更易於發生鏽蝕，因此在本發明的優選實施方案中，反摩擦構件為圓盤制動轉子。
可用做反摩擦構件主體的材料在本領域內眾所周知，包括鑄鐵、不鏽鋼等，或者為複合材料(例如鋁金屬基體複合材料)。用於轉子和鼓筒的保護塗層在本領域內眾所周知，包括油或油脂等，電沉積塗層、如可與異氰酸鹽交聯劑固化的胺鹽環氧樹脂的陰極電沉積、其它可固化塗層、如密胺樹脂固化的OH官能的聚酯、聚氨酯或丙烯酸塗層，熱塑塗層、如高分子重丙烯酸或聚氨酯膠乳或油基醇酸塗層、可在轉子或鼓筒的表面上形成一薄層氧化物而不發生點蝕的金屬氧化物塗層，以及無機物塗層、例如分散於矽酸鹽溶液如矽酸鉀溶液中的鋅、鎂和/或鋁微粒。
本發明在以下實例中進一步進行描述。製劑1製備一種塗層混合物，成分如下表1
固體成分根據表1被加入五加侖的混合筒中，並在精度為1克的秤上稱重。液體成分利用另一種適當的容器稱重，以便使固體和液體組分的總質量為4.0kg。在十分鐘的混合周期內，利用一種攪拌用傾斜混合器將液體組分加入盛有固體組分的混合筒中。塗層混合物的具體重量被記錄下來，其目標值為1.55g/cm3。混合物的粘度也要測量以便保證對於下面在例1和例2中所述的絲網印製法，粘度值在5000-9000cps這一可接受的範圍內。注意對於下面的採用傳料輥法的例3和例4，理想粘度約為6000cps。例1製劑1中所述的塗層利用絲網印製法在摩擦墊上塗成均勻的一層，並使該層只覆蓋於摩擦墊的表面上，而不會滴落、不會流入槽中或流出的邊緣之外。然後摩擦墊有10分鐘的閃蒸時間，隨後在標準工業對流加熱爐中進入固化周期，它將摩擦墊表面置於235℃至250℃之間的溫度下經受60-70秒鐘，溫度由置於摩擦墊中心與該表面平齊的熱電偶測定。在固化之後，帶塗層的摩擦墊的表面上只允許出現微小的不連續如條紋或斷裂。例2製劑1中所述的塗層按例1中的方法塗敷，只是加熱爐固化周期由產生相同表面溫度分布的紅外線爐固化周期代替。例3製劑1中所述的塗層利用一種傳送輥裝置塗敷，輥子與摩擦墊表面間的間隙設為0.010至0.012之間。間隙可以調節以便產生最佳的塗層外觀和重量。利用這種方法不需要閃蒸時間，利用紅外線爐使這些部分如例1中所述固化。例4製劑1中所述的塗層利用如例3中的傳送輥裝置塗敷，而按例2中所述方法固化。製劑2製備一種塗層混合物，成分如下
表2
固體成分根據表2加入五加侖的混合筒中，並在精度為1克的秤上稱重。液體成分利用另一種適當的容器稱重，以便使固體和液體組分的總質量為4.0kg。在十分鐘的混合周期內，利用一種攪拌用傾斜混合器將液體組分加入盛有固體組分的混合筒中。塗層混合物的具體重量被記錄下來，其目標值為1.55g/cm3。混合物的粘度也要測量以便保證對於下面在例5和例6中所述的絲網印製法，粘度值處於5000-9000cps這一可接受的範圍之內。注意對於下面採用傳料輥法的例7和例8，理想粘度約為6000cps。例5製劑2中所述的塗層利用絲網印製法在摩擦墊上塗成均勻的一層，並使該層只覆蓋於摩擦墊的表面上，而不會滴落、不會流入槽中或流出邊緣之外。然後摩擦墊有10分鐘的閃蒸時間，隨後在標準工業對流加熱爐中進入固化周期，它將摩擦墊表面置於235℃至250℃之間經受60-70秒鐘，溫度由置於摩擦墊中心的與該表面平齊的熱電偶測定。在固化之後，帶塗層的摩擦墊表面上只允許出現微小的不連續如條紋或斷裂。例6製劑2中所述的塗層按例5中的方法塗敷，只是加熱爐固化周期由產生相同表面溫度分布的紅外線爐固化周期代替。例7製劑2中所述的塗層利用一種傳送輥裝置塗敷，輥子與摩擦墊表面間的間隙設為0.010至0.012之間。間隙可以調節以便產生最佳的塗層外觀和重量。利用這種方法不需要閃蒸時間，而是利用紅外線爐使這些部分如例5中所述固化例8製劑1中所述的塗層利用如例7中的傳送輥裝置塗敷，而按例6中所述方法固化。比較製劑A為了顯示此處所述本發明的性能特點，製備一種塗層混合物，成分如下表1<
與根據本發明製備的塗層不同，比較塗層混合物不含任何莫氏硬度在5.5至7.5之間的研磨微粒。
固體成分根據配置表加入五加侖的混合筒中，並在精度為1克的秤上稱重。液體成分利用另一種適當的容器稱重，以便使固體和液體組分的總質量為4.0kg。在十分鐘的混合周期內，利用一種攪拌用傾斜混合器將液體組分加入盛有固體組分的混合筒中。塗層混合物的具體重量被記錄下來，其目標值為1.55g/cm3。混合物的粘度也要測量以便保證對於下面在例1和例2中所述的絲網印製法，粘度值處於5000-9000cps這一可接受的範圍之內。注意對於下面採用傳料輥法的例2和例4，理想粘度約為6000cps。比較例A製劑A中所述的塗層利用絲網印製法在摩擦墊上塗成均勻的一層，並使該層只覆蓋於摩擦墊的表面上，而不會滴落，不會流入槽中或流出邊緣之外。然後摩擦墊有10分鐘的閃蒸時間，隨後在標準工業對流加熱爐中進入固化周期，它將摩擦墊表面置於235℃至250℃之間經受60-70秒鐘，溫度由置於摩擦墊中心的與該表面平齊的熱電偶測定。在固化之後，帶塗層的摩擦墊表面上只允許出現微小的不連續如條紋或斷裂。比較例B
製劑A中所述的塗層按例A中的方法塗敷，只是加熱爐固化周期由產生相同表面溫度分布的紅外線爐固化周期代替。比較例C製劑A中所述的塗層利用一種傳送輥裝置塗敷，輥子與摩擦墊表面間的間隙設為0.010至0.012§之間。間隙可以調節以便產生最佳的塗層外觀和重量。利用這種方法不需要閃蒸時間，利用紅外線爐使這些部分如例A中所述固化。比較例D製劑1中所述的塗層利用如例C中的傳送輥裝置塗敷，而按例B中所述方法固化。比較試驗根據本發明帶有塗層的例1的摩擦墊、比較例A的摩擦墊、和不帶任何塗層的對照摩擦墊。這些摩擦墊與帶矽酸鋅塗層的鋼製轉子相匹配，從而使得摩擦材料與鋼之間的摩擦係數(μ)的目標值在0.3至0.4之間，而摩擦墊/轉子裝置在一臺測力計上進行重複制動試驗。試驗的結果如表4所示，該表給出了在制動次數為1、10、20、40、100和200期間所顯示出的摩擦係數平均值，其中制動次數示於每列標題中「μ」後面的圓括號中。
表4
如表4中的數據所示，由於轉子的矽酸鋅塗層對不帶塗層的摩擦墊的影響，在前20次制動中，對照例呈現出過低的摩擦係數。而例1的制動墊在整個試驗過程中呈現出在要求範圍內的穩定一致的摩擦性能。另一方面，比較例A的摩擦性能有一個激增，從而導致在200次制動中的前10次制動之後的試驗過程中摩擦係數高得難以接受。此外，儘管在表4的摩擦係數平均值並未示出，但就每次制動中摩擦係數的範圍而言，比較例A比例1高得過多，這是不希望的。
此處參照本發明的具體實施方案對本發明進行了詳細描述。但應當明白可在本發明的思想和範圍之內對這些實施方案進行改動和變型。
權利要求
1.一種用於制動裝置的摩擦墊，所述摩擦墊包括一種摩擦材料，摩擦材料具有一個適於與制動反摩擦構件接觸的表面，在所述表面上帶有塗層，所述塗層包括莫氏硬度為5.5至7.5的研磨微粒和莫氏硬度為8.0至9.5的研磨微粒。
2.權利要求1的摩擦墊，其特徵在於，所述塗層包括莫氏硬度為6.0至7.0的研磨微粒和莫氏硬度為8.5至9.0的研磨微粒。
3.權利要求2的摩擦墊，其特徵在於，所述研磨微粒的平均直徑為2μm至75μm。
4.權利要求1-3中任一項的摩擦墊，其特徵在於，所述塗層包括位於聚合物粘合劑中的研磨微粒。
5.權利要求4的摩擦墊，其特徵在於，所述粘合劑為一種酚醛樹脂。
6.權利要求1-5中任一項的摩擦墊，其特徵在於，所述反摩擦構件為圓盤制動轉子。
7.一種包括權利要求1-6中任一項所述的摩擦墊和一個反摩擦構件的制動裝置，該反摩擦構件具有一個適於與所述摩擦墊接觸的表面，所述反摩擦構件的表面上具有一層能防止反摩擦構件鏽蝕的塗層。
8.權利要求7的制動裝置，其特徵在於所述防鏽蝕塗層為一種無機物塗層。
9.權利要求8的制動裝置，其特徵在於，所述無機物塗層為矽酸鋅塗層。
10.權利要求7-9中任一項的制動裝置，其特徵在於，所述反摩擦構件為圓盤制動轉子。
全文摘要
公開了一種用於制動裝置的帶塗層摩擦墊。摩擦墊包括一種具有適於與制動構件如轉子或鼓筒接觸的表面的摩擦材料。該表面上帶有塗層,塗層包括莫氏硬度為5.5至7.5的研磨微粒和莫氏硬度為8.0至9.5的研磨微粒。
文檔編號F16D69/00GK1255189SQ98804783
公開日2000年5月31日 申請日期1998年3月3日 優先權日1997年3月10日
發明者S·K·凱斯阿萬, 小·D·W·賽義德爾 申請人:聯合訊號公司