專利名稱：非石棉摩擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非石棉摩擦材料，特別涉及不使用銻或硫化物的對(duì)環(huán)境有利的非石棉摩擦材料。
背景技術(shù)：
汽車摩擦材料(或稱制動(dòng)襯塊BRAKE PAD)具有下述功能與其相對(duì)材料的輪盤進(jìn)行摩擦，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，使行駛中的汽車減速或者停止。作為具有這種功能的摩擦材料的原料有200多種，而采用10至30多種原料制造汽車摩擦材料。
摩擦材料的原料大體分為纖維、樹脂和填充劑，其中填充劑又分為無機(jī)填充劑和有機(jī)填充劑。過去在使用摩擦材料的原料時(shí)沒有考慮到是否對(duì)環(huán)境有利。但是，最近的開發(fā)動(dòng)向表明，使用對(duì)環(huán)境有利的原料成為主流。
作為代表，開發(fā)了替代石棉而采用纖維的非石棉摩擦材料。將替代石棉采用纖維的摩擦材料稱為非石棉摩擦材料(NAO，Non AsbestosOrganics)，其可分為半金屬類、低鐵類和非金屬類。
替代石棉的纖維有-金屬纖維鐵纖維、銅纖維、鋁纖維等-無機(jī)纖維巖棉、海泡石等-有機(jī)纖維芳族聚酰胺纖維、丙烯酸纖維、纖維素纖維、碳纖維等。
碳纖維是有機(jī)纖維的一種，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，廣泛地使用在航空器用摩擦片上或者將其用作圓盤轉(zhuǎn)子，廣泛地使用在高速且急剎車次數(shù)多的跑車的圓盤轉(zhuǎn)子或剎車片上。碳纖維具有針狀短纖維形狀，用來將熱固化性樹脂作矩陣(Matrix)的碳纖維強(qiáng)化碳復(fù)合材料(C/C)使用。而在納米碳纖維中，不僅其成分以如碳類潤(rùn)滑劑的成分起到潤(rùn)滑劑作用，而且因?yàn)槠溽槧罹哂欣w維(Fibrous)結(jié)構(gòu)，所以在提高制動(dòng)性能方面也具有優(yōu)點(diǎn)。
環(huán)保型摩擦材料的開發(fā)不僅集中在使用替代石棉的纖維的非石棉摩擦材料的開發(fā)，而且集中在用于摩擦材料的對(duì)環(huán)境有利的原料的開發(fā)。作為代表性的原料，一種是作為潤(rùn)滑劑或研磨劑廣泛使用的Sb2O3或Sb2S3的銻類化合物，另一種是硫化物。
Jangs等說過，MoS2與空氣中的氧和水進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸，引起酸腐蝕，增加輪盤的磨損(SAE Paper 982235)。
有關(guān)環(huán)保型摩擦材料的開發(fā)技術(shù)的代表性的方法列舉如下。
第一，如曙(Akebono)的日本公開發(fā)明專利第2003-322183號(hào)所述，開發(fā)了不包括銅類金屬或重金屬，在高溫下制動(dòng)性能和機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的摩擦材料。其中，對(duì)MgO/石墨的比例進(jìn)行調(diào)整，使用碳纖維和氧化鋁-氧化硅類陶瓷纖維等。
第二，如日新模(Nisshinbo)的日本公開發(fā)明專利第2003-313312號(hào)所述，開發(fā)了不包括銻(Sb)和鉛(Pb)化合物的摩擦材料。部分使用硫化鋅、硫化銅、硫化錫、硫化錳、硫化鐵等硫化物。
另外，使用納米碳纖維的技術(shù)在日本公開發(fā)明專利第2004-308776號(hào)公報(bào)中公開。在將碳纖維作為強(qiáng)化材料使用的情況下，除了上述碳纖維外，還使用納米碳纖維或球殼富勒烯(Fullerene)，將碳材料作為強(qiáng)化材料(C/C)使用的情況下，使用納米碳纖維或富勒烯。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種不使用銻類化合物或硫化物，且制動(dòng)性優(yōu)良、幾乎不發(fā)生噪音的低噪音汽車用摩擦材料。
本發(fā)明的非石棉摩擦材料包括有機(jī)纖維、金屬纖維、無機(jī)纖維、耦合劑、研磨劑、潤(rùn)滑劑、摩擦調(diào)整劑、填充劑，作為潤(rùn)滑劑包括0.2～10體積％的納米碳纖維(Nano Carbon Fiber)，作為摩擦調(diào)整劑包括0.5～10體積％的氧化鉬(MoO3)，作為研磨劑包括0.5～10體積％的氧化鈦(TiO2)。


圖1為用來表示針狀金屬纖維結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖2為用來表示針狀無機(jī)纖維結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖3為用來表示纖維狀的納米碳纖維結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖4為表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的高速制動(dòng)特性(減弱前)的圖表；圖5為表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的高速制動(dòng)特性(減弱后)的圖表；圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的噪音特性的圖表。
具體實(shí)施例方式
銻類化合物(Sb2O3、Sb2S3)或硫化物(Sb2S3、MoS2、FeS)主要作為潤(rùn)滑劑而廣泛使用，在摩擦材料的原料中，在不使用上述化合物的情況下，產(chǎn)生噪音的可能性大。
在本發(fā)明中使用的納米碳纖維由與過去作為潤(rùn)滑劑使用的石墨相同的成分的碳構(gòu)成，具有潤(rùn)滑作用，且能夠替代對(duì)人體有害的硫化物的潤(rùn)滑劑。另外，納米碳纖維具有纖維狀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑特性，同時(shí)具有可提高耐磨特性的效果。
如果對(duì)納米碳纖維結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有技術(shù)中使用的纖維的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，則如圖1～圖3所示。圖1為針狀金屬纖維，圖2為針狀無機(jī)纖維。另外，圖3為纖維狀納米碳纖維。
在本發(fā)明中使用的氧化鈦(TiO2)為化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)非常穩(wěn)定的物質(zhì)，作為耐腐蝕性優(yōu)良的白色顏料被廣泛使用，有金紅石(Rutile)和銳鈦礦(Anatase)這兩種。其硬度在5.5～7.0的范圍內(nèi)，還具有研磨劑的功能。
在本發(fā)明中，作為一般性的摩擦材料的成分的有機(jī)纖維使用芳族聚酰胺纖維、丙烯酸纖維、碳纖維，作為金屬纖維使用鐵纖維、銅纖維、鋁纖維。另外，作為無機(jī)纖維使用石棉、海泡石、巖棉(Rock Wool)等。
作為其它的耦合劑，使用苯酚樹脂，也可以使用未改性樹脂或者改性樹脂，但是優(yōu)選使用改性樹脂。作為摩擦調(diào)整劑使用橡膠粉末、腰果灰(Cashwew Dust)、焦炭，作為填充劑可以使用硫酸鋇(BaSO4)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)。
摩擦材料的制造方法根據(jù)原料的不同而不同。在使用液體狀原料的情況下，可采用冷間成型方法。在使用固體原料的情況下，可采用干式成型方法。在本發(fā)明中，采用干式成型方法制造摩擦材料。首先對(duì)原料進(jìn)行混合，進(jìn)行初步成型，在其基礎(chǔ)上，按順序進(jìn)行熱成型、熱處理和研磨，并進(jìn)行檢查。然后，進(jìn)行包裝。
在上述過程中，在摩擦材料的混合中主要使用艾里奇逆流式混料機(jī)(Eirich Mixer)、勞迪混料機(jī)(Rodige Mixer)、亨息爾混料機(jī)(HenschelMixer)。其中，優(yōu)選使用亨息爾混料機(jī)(Henschel Mixer)進(jìn)行分開混合。為了分散納米碳纖維，在第一次混合時(shí)將納米碳纖維與有機(jī)纖維一起混合，之后，第二次放入剩余的原料而進(jìn)行混合。在進(jìn)行這種混合的情況下，可均勻地分散納米碳纖維。
下面，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例按照下表1的原料混合表進(jìn)行混合，以制造摩擦材料。
混合的方式是按照在第一次混合時(shí)將納米碳纖維與有機(jī)纖維一起采用亨息爾混料機(jī)進(jìn)行混合，第二次放入剩余的原料進(jìn)行混合。
在本實(shí)施例中制造的摩擦材料的摩擦系數(shù)和噪音的評(píng)價(jià)采用中試測(cè)試機(jī)(scale tester)。中試測(cè)試機(jī)在制動(dòng)時(shí)不僅能夠評(píng)價(jià)摩擦系數(shù)，而且由于可快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast Fourier Transform)，所以能夠在每一次制動(dòng)時(shí)對(duì)噪音進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方式是以JASO C406 Mode為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。
比較例根據(jù)下表1的原料混合表進(jìn)行混合，以制造摩擦材料?；旌戏绞绞窃诘谝淮位旌蠒r(shí)將納米碳纖維與有機(jī)纖維一起采用亨息爾混料機(jī)進(jìn)行混合，第二次放入剩余的原料進(jìn)行混合。
在本比較例中制造的摩擦材料的摩擦系數(shù)和噪音的評(píng)價(jià)采用中試測(cè)試機(jī)。中試測(cè)試機(jī)在制動(dòng)時(shí)不僅能夠評(píng)價(jià)摩擦系數(shù)，而且由于可快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast Fourier Transform)，所以能夠在每一次制動(dòng)時(shí)對(duì)噪音進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方式是以JASO C406 Mode為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。
表1(單位體積％)

根據(jù)對(duì)通過上述實(shí)施例和比較例進(jìn)行制造的摩擦材料的摩擦系數(shù)和噪音評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)為如下。
表2

*減弱狀況在進(jìn)行摩擦期間，摩擦系數(shù)急劇減少的狀況根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在非石棉摩擦材料中使用納米碳纖維和氧化鈦的環(huán)保型摩擦材料的平均摩擦系數(shù)與含有Sb2S3等有害物質(zhì)的摩擦材料顯示出同等水平。另外，高速(100km/h)制動(dòng)性能因?yàn)殡S減速度的摩擦系數(shù)的降低小，所以顯示出比含有有害物質(zhì)的摩擦材料穩(wěn)定的特性(參照?qǐng)D4、圖5)。在制動(dòng)時(shí)發(fā)生的噪音與比較例相比減少(參照?qǐng)D6)。在附圖中圖4為對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的高速制動(dòng)特性(減弱前)進(jìn)行比較的圖表。圖5為對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的高速制動(dòng)特性(減弱后)進(jìn)行比較的圖表。另外，圖6為對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和比較例的噪音特性進(jìn)行比較的圖表。
由此，本發(fā)明的非石棉摩擦材料通過不使用銻類化合物和硫化物，使用納米碳纖維和氧化鈦，由此，具有制動(dòng)性能良好、噪音小的效果。
權(quán)利要求
1.一種非石棉摩擦材料，包括有機(jī)纖維、金屬纖維、無機(jī)纖維、耦合劑、研磨劑、潤(rùn)滑劑、摩擦調(diào)整劑、填充劑，其特征在于，作為潤(rùn)滑劑包括0.2～10體積％的納米碳纖維，作為摩擦調(diào)整劑包括0.5～10體積％的氧化鉬，作為研磨劑包括0.5～10體積％的氧化鈦。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非石棉摩擦材料，包括納米碳纖維、氧化鉬、氧化鈦。本發(fā)明的非石棉摩擦材料不使用銻類化合物和硫化物，制動(dòng)性能良好，噪音小。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1962804SQ20061013852
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者鄭根仲 申請(qǐng)人:韓國(guó)輪胎株式會(huì)社