摩擦材料的製作方法

2023-10-11 09:36:54

專利名稱：摩擦材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車盤式制動器和鼓式制動器的摩擦材料(frictionmaterial),具體地,涉及一種主要由纖維基質材料、粘合劑、研磨材料和摩擦改良劑製成的摩擦材料。
背景技術：
盤式制動器和鼓式制動器通常用於汽車制動裝置。盤式制動器和鼓式制動器包括摩擦部件如盤式制動器墊和鼓式制動蹄，它們是固定於金屬基底部件上的摩擦材料。而且，摩擦材料需要具有高耐熱性和低制動噪音的產生的可能性。為了抑制制動噪音的產生，發現提高振動吸收性能是有效的，並且在摩擦材料中添加合成橡膠顆粒是公知的技術。日本專利申請公開第1999-61104號(專利文獻I或稱PTL1)描述了抑制制動噪音的產生的摩擦材料，其通過添加耐熱性相對高的矽酮橡膠顆粒以提高作為摩擦改良劑的合成橡膠的耐熱性。但是，由於制動作用的摩擦影響，包含在摩擦材料中的該矽酮橡膠顆粒傾向於從摩擦材料的摩擦面上脫落和脫位，因此該矽酮橡膠顆粒的脫落和脫位導致摩擦材料的磨損加速，這縮短了摩擦材料的壽命。作為一種預防矽酮橡膠顆粒從摩擦材料的摩擦面脫落和脫位的措施，可以在該矽酮橡膠顆粒的表面上包覆矽烷偶聯劑，從而提高該矽酮橡膠顆粒表面與作為粘合劑的熱固性樹脂之間的粘合性能。 通常，該技術領域的人員使用矽烷偶聯劑包覆纖維基質材料、研磨材料和摩擦改良劑的表面，從而提高該纖維基質材料、研磨材料和摩擦改良劑與作為粘合劑的熱固性樹脂之間的粘合性能，其公開於日本專利申請公開第1997-291271號(專利文獻2或稱PTL2)和日本專利申請公開第2001-20986號(專利文獻3或稱PTL3)中。但是，簡單地通過使用矽烷偶聯劑塗覆相對軟的材料(如矽酮橡膠顆粒)的表面不能獲得其與熱固性樹脂間所需的粘合性能，從而不能取得想要的耐磨損性。該問題被認為是摩擦材料的製造工藝的緣故。通常，通過在乾燥條件下的混合工藝來製造摩擦材料，將稱量的各原材料添加於混合器中並攪拌混合所述原材料。在該混合工藝中，將各材料在混合器中攪拌；但是，塗覆在材料表面上的矽烷偶聯劑由於原材料間的摩擦而被磨損，這顯著地降低了矽烷偶聯劑的效力。引用文獻列表專利文獻[PTL1]日本專利申請公開第1999-61104號[PTL2]日本專利申請公開第1997-291271號[PTL3]日本專利申請公開第2001-20986號

發明內容
本發明的一個目的是提供一種具有纖維基質材料、粘合劑、研磨材料和摩擦改良劑的摩擦材料，通過抑制由於制動作用的摩擦影響導致的矽酮橡膠顆粒從摩擦材料的摩擦面的脫落和脫位，包括矽酮橡膠顆粒作為摩擦改良劑的該摩擦材料具有所需的耐磨損性。本發明的發明人確認在矽酮橡膠顆粒的製造工藝中將矽酮橡膠複合物(compound)與矽烷偶聯劑捏和在一起，該矽烷偶聯劑分散於該矽酮橡膠顆粒的內部，那麼該矽烷偶聯劑能夠保持其有效性，而與矽烷偶聯劑在混合工藝中的表面磨損無關。另外，為了抑制由於制動作用的摩擦影響導致的矽酮橡膠顆粒從摩擦材料的摩擦面的脫落和脫位，優選地應用適量的具有合適的莫氏硬度(Mohs』 hardness)且粒徑處於矽酮橡膠顆粒和基質樹脂之間的剛性無機顆粒。本發明用於改善常規技術中存在的問題，並且是基於隨後公開的關於包括特定的矽酮橡膠顆粒和進一步包括特定的剛性無機顆粒的摩擦材料的技術而做出的。(I)本發明的第一個特徵是提供具有纖維基質材料、粘合劑、研磨材料和摩擦改良劑的摩擦材料，其中該摩擦改良劑包括使矽烷偶聯劑分散於矽酮橡膠顆粒的內部而形成的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒。(2)本發明還提供以上的摩擦材料，其具有附加特徵:上述的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒進一步包括相對於該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的總量為0.1重量％ 5重量％的矽烷偶聯劑。(3)本發明還提供以上的摩擦材料，其具有附加特徵:包括相對於該摩擦材料的總體積為0.5體積％ 20體積％的 該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒。(4)本發明還提供以上的摩擦材料，其具有附加特徵:該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的平均顆粒直徑為10微米 1000微米。(5)本發明還提供以上的摩擦材料，其具有附加特徵:包括具有莫氏硬度為5 9且平均顆粒直徑為I微米 15微米的剛性無機顆粒作為研磨材料。在本摩擦材料中，通過利用將矽烷偶聯劑分散於矽酮橡膠顆粒內部的矽酮橡膠顆粒作為摩擦改良劑，能夠抑制由制動作用的摩擦影響導致的矽酮橡膠顆粒的脫落和脫位，從而提供具有優良耐磨損性的摩擦材料。


圖1為利用本發明的摩擦材料製造盤式制動器墊的實例示圖；和圖2為利用本發明的摩擦材料製造鼓式制動蹄的實例示圖。
具體實施例方式在包括矽酮橡膠顆粒作為摩擦改良劑的摩擦材料中，將分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒用作所述矽酮橡膠顆粒。該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒是通過在矽酮橡膠複合物中添加娃燒偶聯劑和硫化劑(vulcanizing agent)並攪拌來製備的。因為矽烷偶聯劑分散於矽酮橡膠顆粒的內部，該矽烷偶聯劑能夠保持其有效性而不受混合過程中矽酮橡膠顆粒表面磨損的影響，從而在該矽酮橡膠顆粒與熱固性樹脂間獲得充足的粘合性能，並且抑制由制動作用的摩擦影響引起的矽酮橡膠顆粒的脫落和脫位。相對於全部的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒，包含於該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒中的矽烷偶聯劑優選為0.1重量％ 5重量％，更優選0.5體積％ 3體積％。相對於全部的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒，如果包含於該矽酮橡膠顆粒中的矽烷偶聯劑少於0.1重量％，則在該矽酮橡膠顆粒與樹脂基質之間不能獲得充分的粘合性能，並且不能滿足所需的耐磨損性。關於相對於全部的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒，在該矽酮橡膠顆粒中所需包含的矽烷偶聯劑的最大體積％，在該矽酮橡膠顆粒具有多於5重量％的矽烷偶聯劑時不能看出顯著的效果，並且更多的矽烷偶聯劑增加了分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的成本，因此相對於全部的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒，優選矽烷偶聯劑為5體積％以下。矽酮橡膠複合物是具有未硫化的矽酮橡膠和高品質二氧化矽作為主要成分的橡膠複合物，並且用於本發明的摩擦材料中的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒是通過添加矽烷偶聯劑和硫化劑(如，有機過氧化物硫化劑)、進行熱固化以將它們固化並製成顆粒形式來製造的。製備矽酮橡膠顆粒的方法可以是例如粉碎法、噴霧乾燥法、凝固法和粉末乾燥法。本發明的矽烷偶聯劑可以是通常使用的矽烷偶聯劑，例如環氧樹脂類Gpoxybased)矽烷偶聯劑、氨基類矽烷偶聯劑和異氰酸酯類矽烷偶聯劑。當使用酚類樹脂作為粘合劑時，氨基類矽烷偶聯劑是優選的。包含於摩擦材料中的該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的體積相對於該摩擦材料的總體積，優選為0.5體積％ 20體積％，更優選為3體積％ 5體積％。如果包含於摩擦材料中的該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的體積相對於該摩擦材料的總體積小於0.5體積％，不能預期通過使用矽酮橡膠顆粒來減少振動，從而造成了更大的產生制動噪音的 可能性。此外，如果包含於摩擦材料中的該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的體積相對於該摩擦材料的總體積超過20體積％，則耐磨損性降低。分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的平均顆粒直徑優選為10微米 1000微米，更優選為400微米 600微米。如果該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的平均顆粒直徑小於10微米，則不能預期通過使用矽酮橡膠顆粒來減少振動，從而造成了更大的產生制動噪音的可能性。並且，如果該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的平均顆粒直徑超過1000微米，則耐磨損性降低。此處，本發明的平均顆粒直徑是由雷射衍射型粒度分布測量法(LaserDiffraction-type Particle Size Distribution Measuring Method)測量的 50% 顆粒直徑。另外，本發明的摩擦材料中將添加剛性無機顆粒。當在分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒和熱固性樹脂之間存在該剛性無機顆粒時，該剛性無機顆粒起著楔子的作用，從而能夠抑制該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的脫落和脫位。該剛性無機顆粒的莫氏硬度優選為5 9，並且該剛性無機顆粒的平均顆粒直徑優選為I微米 15微米，其中當相對於摩擦材料的總體積添加0.1體積％ 20體積％的該剛性無機顆粒時，提高了該摩擦材料的耐磨損性。莫氏硬度為5 9的剛性無機顆粒可以是氧化鎂(magnesia)、矽酸鋯、二氧化矽(silica)、氧化招(alumina)和碳化娃；但是，剛性無機顆粒可以是莫氏硬度為5 9的通常添加於摩擦材料的其它剛性無機顆粒。並且，本發明中使用的莫氏硬度是以(I)滑石、
(2)石膏、(3)方解石、⑷螢石、(5)磷灰石、(6)正長石、(7)石英、⑶黃玉、(9)剛玉、
(10)金剛石為代表的舊莫氏硬度。此外，本發明的摩擦材料不僅包含上述的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒和剛性無機顆粒，而且包含通常用於摩擦材料中的纖維基質材料(如金屬纖維、有機纖維和無機纖維)、粘合劑(如熱固性樹脂)和摩擦改良劑(如有機填料、無機填料、潤滑劑和金屬顆粒)O本發明的纖維基質材料可以是金屬纖維(如鐵纖維、鋼纖維、銅纖維、黃銅纖維和青銅纖維)、有機纖維(如芳香族聚醯胺纖維、丙烯酸類纖維、碳纖維)和無機纖維(如陶瓷纖維、巖棉纖維和鈦酸鉀纖維)。可以使用此處所述的纖維基質材料的任意一種或組合。包含於摩擦材料中的纖維基質材料的體積相對於該摩擦材料的總體積優選為5體積％ 60體積％以確保機械強度，更優選為10體積％ 50體積％。本發明的粘合劑可以是熱固性樹脂(如酚樹脂和環氧樹脂)，用腰果油、矽酮油或各種彈性體改性的熱固性樹脂的樹脂，以及熱固性樹脂中分散了各種彈性體和氟聚合物的樹脂。粘合劑可以是前述材料的任意一種或組合。所包含的粘合劑的體積相對於摩擦材料的總體積優選為7體積％ 30體積％以確保機械強度和耐磨損性，更優選為9體積％ 20體積％。除了分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒以外的摩擦改良劑可以是有機填料(如腰果粉塵、橡膠粉塵(輪胎胎面用橡膠粉碎粉末)、除了矽酮橡膠之外的各種未硫化的橡膠顆粒、和除了矽酮橡膠之外的各種硫化橡膠顆粒)，無機填料(如硫酸鋇、碳酸鈣、氫氧化鈣、蛭石和雲母)、潤滑 劑(如二硫化鑰、硫化錫、硫化鋅和硫化鐵)，和金屬顆粒(如銅顆粒、黃銅顆粒、鋅顆粒和鋁顆粒)。該摩擦改良劑可以是上述材料的任意一種或組合。考慮到所需的摩擦特性，該摩擦改良劑的體積相對於摩擦材料的總體積優選為40體積％ 70體積％,更優選50體積％ 70體積％。本發明的摩擦材料是通過以下步驟來製造的:使用混合器如Loedige Mixer或Eirich Mixer將預定量的以上說明的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒、剛性無機顆粒、纖維基質材料、粘合劑和摩擦改良劑均勻混合的步驟；預成型步驟，例如將獲得的原材料混合物置於預成型模中；熱壓成型步驟，例如將預成型的產物置於熱成型模中，並以130 180°C的成型溫度和15 49MPa的成型壓力下加工3 10分鐘；於140 250°C對獲得的成型部件進行2 12小時的熱處理(後固化)的步驟；研磨摩擦面的步驟；以及如果必要和適當的塗覆步驟、烘焙步驟和焦化(scorching)步驟。當在熱壓成型步驟中製造盤式制動器墊時，將已經清潔的、經表面處理的並且在其上塗有膠粘劑的金屬背板疊加在上述預成型的部件上以形成盤式制動器墊。實施例在以下章節中，提供了實施例和比較例，並且對本發明進行了詳細的說明；但是，本發明並不限於以下的描述。製造分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒I 7的方法在捏和機中捏和表I所示的矽酮橡膠複合物和氨基類矽烷偶聯劑並且加入有機過氧化物類硫化劑以進一步捏和所獲得的混合物之後，將獲得的進一步捏和的混合物擠出成薄片狀矽酮橡膠基複合物，並且於150°C 250°C加熱該薄片狀矽酮橡膠基複合物以將其固化。然後，用噴磨機將該固化的薄片狀矽酮橡膠基複合物粉碎並分級以生產分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒I 7。製造矽烷偶聯劑包覆的矽酮橡膠顆粒8的方法向表I所示的矽酮橡膠複合物中添加有機過氧化物硫化劑以將該混合物捏和之後，將該混合物擠出成薄片狀矽酮橡膠基複合物，並且於150°C 250°C加熱該薄片狀矽酮橡膠基複合物以將其固化。然後，用噴磨機將該固化的薄片狀矽酮橡膠基複合物粉碎並分級以生產矽酮橡膠顆粒。將獲得的矽酮顆粒和氨基類矽烷偶聯劑裝入攪拌器中攪拌以將該氨基類矽烷偶聯劑固定在該矽酮橡膠顆粒的表面上，從而生產矽烷偶聯劑包覆的矽酮橡膠顆粒8。製造實施例1 19和比較例I的摩擦材料的方法通過Loedige Mixer將表2 4(實施例和比較例)中所示的用於摩擦材料的原材料組合物混合約10分鐘，並且將獲得的混合物置於預成型模中以35MPa加壓I分鐘進行預成型。[表 I]
權利要求
1.一種摩擦材料，包含: 纖維基質材料， 粘合劑， 研磨材料，和 摩擦改良劑，其中 該摩擦改良劑包含使矽烷偶聯劑分散於矽酮橡膠顆粒內部而形成的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒。
2.根據權利要求1的摩擦材料，其中相對於分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的總量，該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒包含0.1重量％ 5重量％的矽烷偶聯劑。
3.根據權利要求1或2的摩擦材料，其中相對於摩擦材料的總量，該摩擦材料包含0.5體積％ 20體積％的分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒。
4.根據權利要求1 3中任一項的摩擦材料，其中該分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒的平均顆粒直徑為10微米 1000微米。
5.根據權利要求1 4中任一項 的摩擦材料，其中相對於摩擦材料的總量，該摩擦材料包含0.1體積％ 20體積％的剛性無機顆粒作為研磨材料，其中該剛性無機顆粒具有5 9的莫氏硬度和I微米 15微米的平均顆粒直徑。
全文摘要
包含矽酮橡膠顆粒作為摩擦改良劑的本摩擦材料抑制了該矽酮橡膠顆粒從摩擦面的脫落和脫位從而提供有效的耐磨損性。對於包含纖維基質材料、粘合劑、研磨材料和摩擦改良劑的該摩擦材料，分散了矽烷偶聯劑的矽酮橡膠顆粒能夠用作摩擦改良劑，其中矽烷偶聯劑分散於矽酮橡膠顆粒中。
文檔編號F16D69/02GK103221502SQ20118005268
公開日2013年7月24日 申請日期2011年10月28日 優先權日2010年10月29日
發明者木村英司, 竹內一弘 申請人:日清紡制動器株式會社