用於制動襯片的無銅摩擦材料的製作方法
2023-12-09 05:59:26
專利名稱：用於制動襯片的無銅摩擦材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及低碳鋼摩擦材料，並尤其涉及用於車輛的盤式制動器的盤式制動襯片的摩擦材料。在沒有任何銅基材料的情況下形成摩擦材料，同時維持含銅低碳鋼摩擦材料的跨較寬溫度範圍的優良摩擦性能和高機械強度。
背景技術：
傳統上使用石棉基的摩擦材料來製造諸如制動襯片的摩擦材料。隨著與石棉的使用相關聯的某些負面因素變得眾所周知，許多製造商轉向非-石棉基的摩擦材料。對盤式制動襯片而言，鋼纖維也用於摩擦材料，從而改進基體強度(matrix strength)。低碳鋼摩擦材料中的銅提供許多有用的屬性和性能特徵，如同在高溫下增強的摩擦係數和優良的熱傳遞屬性。另外，銅提供了摩擦材料的壽命的改進，並降低了制動器灰塵 (brake dust)。雖然銅和銅合金提供了許多用於低碳鋼盤式制動襯片時的積極屬性，但出於經濟原因在摩擦材料中限制銅的使用是有益的。銅是最重要的工業金屬之一。其用於電力電纜、數據電纜、電子設備、汽車散熱器、冷卻和製冷管、熱交換器等。由於銅是有限資源，銅的價格基於經濟條件、根據銅的消費需求戲劇性波動。同樣有益的是，限制銅從摩擦材料排放到環境中。銅對海水環境和淡水環境中的許多水生生物是有毒的；例如其損害鮭魚的感覺系統，降低它們躲避捕食者的能力並阻礙它們返回產卵流。至於在聖弗朗西斯科灣的水研究中，銅洩漏到水生環境中後潛在的有害影響已經得到了很好的證明。儘管每件摩擦材料僅放出小量的銅，但由於路面上和工業應用中絕對數量的車輛都使用這種摩擦材料，管理機構一直在尋找降低將銅輸入到環境中的方式。因此，希望生產沒有使用銅或其合金的低碳鋼盤式制動襯片，該襯片具有與含銅基金屬和合金的制動襯片相似的屬性和積極品質。
發明內容
本發明涉及沒有銅和銅合金的摩擦材料。當前發明公開了摩擦材料的組合物，其含行業用語中通常被稱為低碳鋼的鋼纖維和其他基體加強材料。這一發明中描述的組合物的獨特之處在於，其提供與使用銅基材料的傳統襯片相同水平的摩擦特徵、襯片壽命特徵、噪音特徵和其他性能特徵，但其不採用銅和含銅材料。當使用建議比例如所描述般適當混合時，本文描述的複合成分提供一家族的材料(family of materials),其在沒有使用銅和銅合金的情況下、提供與含銅材料的全部性能方面匹配的傑出摩擦材料。根據本發明的第一方面，提供制動襯片的摩擦材料，其包括-按體積計形成約8-18%的粘結劑；-按體積計形成5-14%的纖維；-按體積計形成高達6%的至少一種潤滑劑；
-按體積計形成10-27%的至少一種研磨劑；-按體積計形成36-51%的至少一種碳內容物(carboncontent)組分；以及-按體積計形成6-21%的至少一種填充劑；其中，該摩擦材料大致無銅。根據示範性實施例,所述粘結劑包括改性酚醛樹脂，未改性(unmodified)酹醒樹脂，非-酚醛樹脂，
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酚醛樹脂和非-酚醛樹脂的混合物，或一個或多個不做修飾的(straight)酚醛樹脂系統或改性酚醛樹脂系統的混合物，所述不做修飾的酚醛樹脂系統或改性酚醛樹脂系統包含未改性酚醛樹脂、矽改性樹脂、NBR改性樹脂、磷改性樹脂和硼改性樹脂。根據示範性實施例，所述纖維選自包含聚丙烯醯胺、PAN、聚芳醯胺、纖維素纖維和鋼纖維的群組。優選地，纖維是鋼纖維。出於環境原因，該纖維擺脫了芳綸纖維家族。根據示範性實施例，所述潤滑劑包含金屬硫化物、有機潤滑劑和金屬潤滑劑的至少一種。替代性地，潤滑劑包含金屬硫化物複合物。仍然進一步的是，潤滑劑可選自包含硫化錫、硫化鋅、硫化鐵、硫化鑰、錫粉和鋅粉的群組。優選地，出於環境原因，潤滑劑擺脫了三硫化二銻和三氧化銻。根據示範性實施例,所述研磨劑選自包含礦物纖維、氧化鋯、鋯石、矽酸鋯、雲母、礬土、陶瓷纖維、矽酸鈣鎂、娃酸I丐續錯(calciummagnesium zirconium silicate)、娃酸I丐招續(calciummagnesium aluminum silicate)、矽酸鋁鎂、合成礦物纖維的群組；所述合成礦物纖維例如硬棉(hardwool)、洛棉和巖棉、娃石、二氧化矽、沙、碳化矽、氧化鐵、鉻鐵礦(iron chromite)和氧化鎂。該摩擦材料還包含研磨劑。研磨劑典型地按其摩氏硬度來分類。碳內容物包含天然石墨、合成石墨、石油焦、去硫石油焦和炭黑。摩擦材料可包含按材料體積計形成約6-21%的填充劑。填充劑可包含選自以下群組的至少一種材料，所述群組包含石灰、氧化鈣、氫氧化鈣、滑石、碳酸鈣、矽酸鈣、重晶石、橡膠(例如橡膠粉或再生橡膠碎屑)和各種類型的摩擦灰塵。
圖I是包含有根據本發明實施例的摩擦材料的示範性制動襯片的主視圖。
具體實施例方式本發明是用於盤式制動襯片的新摩擦材料和其他制動材料，其包含粘結劑、纖維、至少一種潤滑劑、研磨劑、碳組分和可選地其他材料。制動材料大致上沒有銅或銅的合金(例如黃銅和青銅)。本發明涉及摩擦材料，並尤其涉及用於車輛和其他應用的、大致上無銅的盤式制動襯片。摩擦材料是由粘結劑、纖維、潤滑劑、研磨劑或摩擦改性劑、和其他材料形成的低碳鋼材料。
用於盤式制動襯片的摩擦材料在寬範圍的操作條件下必須具有一致且可靠的性能。由於車輛的盤式制動襯片在經受極端條件和苛刻條件的同時需要可靠的止動器(Stop)和長壽命，製造商一貫地已經嘗試去改進其制動襯片的性能。同時，歸因於新規則或預期規貝U，制動襯片製造商試圖從制動襯片去除銅和銅合金。雖然一些製造商已試圖部分地去除了銅或銅合金，但他們不能在維持足夠性能和特徵的同時，成功地完全取代銅並因此去除銅；所述足夠性能和特徵包含止動能力、優良的高溫抗性、最小的高溫襯片磨損、最小的轉子磨損、和在較高使用溫度(service temperature)下優良的襯片完整性。如上所述，盤式制動襯片或摩擦材料由具有粘結劑、纖維、潤滑劑、研磨劑、碳組分和可選的其他材料的材料形成。無銅低碳鋼製動材料也大致上無石棉、銻、黃銅、青銅和銅
I=I -Wl O摩擦材料通常包含諸如酚醛樹脂的粘結劑，所述酚醛樹脂可能是不做修飾的酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。改性粘結劑的實例可包含矽樹脂、丙烯酸、環氧樹脂和亞硝酸鹽改性粘結劑。粘結劑按體積計通常形成約8-18%的最終組合物。粘結劑典型地用於產生將摩擦材料內的所有其他成分固定在一起的基體。許多製造商混合各種粘結劑來改進性能特徵。粘結劑系統也可包含兩種類型的系統的混合物，其至少一種是酚醛類型的粘結劑。摩擦材料也包含鋼纖維，其按體積計通常形成約5-14%的最終的摩擦材料組合物。纖維典型地用於在摩擦材料內提供完整性和結構強度。許多製造商混合各種纖維和纖維長度來改進摩擦材料的制動特徵的性能。出於環境原因，使用的纖維沒有芳綸材料。摩擦材料也包含至少一種潤滑劑。摩擦材料中包含有潤滑劑，從而在服務過程中降低襯片和圓盤的磨損。摩擦材料包含按體積計的、最終的摩擦材料組合物的約小於或等於6%。潤滑劑可包含金屬硫化物、金屬潤滑劑或其組合。金屬硫化物的實例包含但不限於硫化錫、硫化鋅、硫化鐵、硫化鑰。金屬潤滑劑的實例包含錫粉和鋅粉。各種金屬硫化物複合物在市場中也是可使用的，其典型地含作為其中一種主要成分的錫硫化物。出於環境原因，潤滑劑沒有三硫化二銻和三氧化銻。摩擦材料還包含研磨劑。研磨劑按體積計通常形成約10-27%的最終的摩擦材料組合物。研磨劑典型地按其摩氏硬度來分類。研磨劑的實例包含礬土、氧化鎂、矽酸鋯、矽石、二氧化矽、沙、碳化矽、多鋁紅柱石、雲母、鉻鐵礦、複合礦物矽酸鹽(例如，矽酸鈣鎂、矽酸鈣鎂鋯、矽酸鈣鋁鎂和矽酸鋁鎂)。硬研磨劑一在摩氏硬度尺度內具有較高值的那些一通常按低濃度使用，而柔和研磨劑一在摩氏硬度尺度內具有較低值的那些一典型地按較高濃度使用，從而實現相同的所需摩擦水平。摩擦材料內包含的其他成分通常形成了約42-72%的最終的摩擦材料的組合物。其他成分通常用作填充劑或改性劑，從而創造出特定的性能特徵。例如，其他成分通常提供該配方的主要部分(bulk)、降低成本、提供降低的噪聲、以及有助於採用均勻傳遞層塗覆轉子表面。其他成分的實例為碳內容物和填充劑，所述碳內容物包含石墨、石油焦、去硫石油焦，所述填充劑包含石灰、氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸鈣、硫酸鋇、橡膠(包含各種粉末橡膠和再生橡膠)和各種類型的摩擦灰塵(包含棕色、黑色、不做修飾的、改性的或其他級別的摩擦灰塵)。以下實例I提供了使用本發明的、具有足夠性能特徵的一些示範性摩擦材料。該實例評估了混合、按壓、物理壓縮、成本和在室溫下粘合到背板。為簡明起見，以下描述的組合物的量已經四捨五入為一最接近的數。實例I
權利要求
1.一種制動襯片的摩擦材料，其特徵在於，包含 -按體積計形成約8-18%的粘結劑； -按體積計形成5-14%的纖維； -按體積計形成高達6%的至少一種潤滑劑； -按體積計形成10-27%的至少一種研磨劑； -按體積計形成36-51%的至少一種碳內容物組分；以及 -按體積計形成6-21%的至少一種填充劑； 其中，所述摩擦材料大致無銅。
2.根據權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘結劑包含改性酚醛樹脂。
3.根據權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘結劑包含一個或多個不做修飾的酚醛樹脂系統或改性酚醛樹脂系統的混合物。
4.根據權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘結劑不是酚醛樹脂。
5.根據權利要求I所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘結劑是酚醛樹脂和非-酚醛樹脂的混合物。
6.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述粘結劑包括一個或多個不做修飾的酚醛樹脂系統或改性酚醛樹脂系統的其中一個或混合物，所述一個或多個不做修飾的酚醛樹脂系統或改性酚醛樹脂系統包含未改性酚醛樹脂、矽改性樹月旨、NBR改性樹脂、磷改性樹脂和硼改性樹脂。
7.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述纖維選自包括聚丙烯醯胺、PAN、聚芳醯胺、纖維素纖維和鋼纖維的群組。
8.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑包括金屬硫化物、有機潤滑劑和金屬潤滑劑的至少一種。
9.根據權利要求8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.根據權利要求8所述的摩擦材料，其特徵在於，所述潤滑劑選自包括硫化錫、硫化鋅、硫化鐵、硫化鑰、錫粉和鋅粉的群組。
11.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述研磨劑選自包括礦物纖維、氧化鋯、鋯石、矽酸鋯、雲母、礬土、陶瓷纖維、矽酸鈣鎂、矽酸鈣鎂鋯、矽酸鈣鋁鎂、矽酸鋁鎂、合成礦物纖維的群組；所述合成礦物纖維諸如硬棉、渣棉和巖棉、矽石、二氧化矽、沙、碳化矽、氧化鐵、鉻鐵礦和氧化鎂。
12.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述碳內容物組分包括選自包括天然石墨、合成石墨、石油焦、去硫石油焦和炭黑的群組的至少一種。
13.根據前述權利要求中其中一項權利要求所述的摩擦材料，其特徵在於，所述填充劑本質上包括氫氧化鈣、石灰、硫酸鋇和摩擦灰塵的混合物。
14.一種制動襯片,其特徵在於,包括背板和根據權利要求1-13中任一權利要求的摩擦材料。
全文摘要
本發明涉及改進的、用於制動襯片的大致無銅摩擦材料，其包括按體積計形成約8-18%的粘結劑、按體積計形成5-14%的纖維、按體積計形成高達6%的至少一種潤滑劑、按體積計形成10-27%的至少一種研磨劑、按體積計形成36-51%的至少一種碳內容物組分、以及按體積計形成6-21%的至少一種填充劑；本發明涉及包括新摩擦材料的制動襯片。
文檔編號F16D69/02GK102971550SQ201080066335
公開日2013年3月13日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者陳浩, 漢斯·根德爾·保羅 申請人:聯合莫古爾摩擦製品有限公司