專利名稱：用于制動(dòng)襯片的無(wú)銅摩擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低碳鋼摩擦材料，并尤其涉及用于車輛的盤式制動(dòng)器的盤式制動(dòng)襯片的摩擦材料。在沒(méi)有任何銅基材料的情況下形成摩擦材料，同時(shí)維持含銅低碳鋼摩擦材料的跨較寬溫度范圍的優(yōu)良摩擦性能和高機(jī)械強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上使用石棉基的摩擦材料來(lái)制造諸如制動(dòng)襯片的摩擦材料。隨著與石棉的使用相關(guān)聯(lián)的某些負(fù)面因素變得眾所周知，許多制造商轉(zhuǎn)向非-石棉基的摩擦材料。對(duì)盤式制動(dòng)襯片而言，鋼纖維也用于摩擦材料，從而改進(jìn)基體強(qiáng)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征，如同在高溫下增強(qiáng)的摩擦系數(shù)和優(yōu)良的熱傳遞屬性。另外，銅提供了摩擦材料的壽命的改進(jìn)，并降低了制動(dòng)器灰塵 (brake dust)。雖然銅和銅合金提供了許多用于低碳鋼盤式制動(dòng)襯片時(shí)的積極屬性，但出于經(jīng)濟(jì)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(yè)金屬之一。其用于電力電纜、數(shù)據(jù)電纜、電子設(shè)備、汽車散熱器、冷卻和制冷管、熱交換器等。由于銅是有限資源，銅的價(jià)格基于經(jīng)濟(jì)條件、根據(jù)銅的消費(fèi)需求戲劇性波動(dòng)。同樣有益的是，限制銅從摩擦材料排放到環(huán)境中。銅對(duì)海水環(huán)境和淡水環(huán)境中的許多水生生物是有毒的；例如其損害鮭魚的感覺(jué)系統(tǒng)，降低它們躲避捕食者的能力并阻礙它們返回產(chǎn)卵流。至于在圣弗朗西斯科灣的水研究中，銅泄漏到水生環(huán)境中后潛在的有害影響已經(jīng)得到了很好的證明。盡管每件摩擦材料僅放出小量的銅，但由于路面上和工業(yè)應(yīng)用中絕對(duì)數(shù)量的車輛都使用這種摩擦材料，管理機(jī)構(gòu)一直在尋找降低將銅輸入到環(huán)境中的方式。因此，希望生產(chǎn)沒(méi)有使用銅或其合金的低碳鋼盤式制動(dòng)襯片，該襯片具有與含銅基金屬和合金的制動(dòng)襯片相似的屬性和積極品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及沒(méi)有銅和銅合金的摩擦材料。當(dāng)前發(fā)明公開(kāi)了摩擦材料的組合物，其含行業(yè)用語(yǔ)中通常被稱為低碳鋼的鋼纖維和其他基體加強(qiáng)材料。這一發(fā)明中描述的組合物的獨(dú)特之處在于，其提供與使用銅基材料的傳統(tǒng)襯片相同水平的摩擦特征、襯片壽命特征、噪音特征和其他性能特征，但其不采用銅和含銅材料。當(dāng)使用建議比例如所描述般適當(dāng)混合時(shí)，本文描述的復(fù)合成分提供一家族的材料(family of materials),其在沒(méi)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杰出摩擦材料。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供制動(dòng)襯片的摩擦材料，其包括-按體積計(jì)形成約8-18%的粘結(jié)劑；-按體積計(jì)形成5-14%的纖維；-按體積計(jì)形成高達(dá)6%的至少一種潤(rùn)滑劑；
-按體積計(jì)形成10-27%的至少一種研磨劑；-按體積計(jì)形成36-51%的至少一種碳內(nèi)容物(carboncontent)組分；以及-按體積計(jì)形成6-21%的至少一種填充劑；其中，該摩擦材料大致無(wú)銅。根據(jù)示范性實(shí)施例,所述粘結(jié)劑包括改性酚醛樹脂，未改性(unmodified)酹醒樹脂，非-酚醛樹脂，
·
酚醛樹脂和非-酚醛樹脂的混合物，或一個(gè)或多個(gè)不做修飾的(straight)酚醛樹脂系統(tǒng)或改性酚醛樹脂系統(tǒng)的混合物，所述不做修飾的酚醛樹脂系統(tǒng)或改性酚醛樹脂系統(tǒng)包含未改性酚醛樹脂、硅改性樹脂、NBR改性樹脂、磷改性樹脂和硼改性樹脂。根據(jù)示范性實(shí)施例，所述纖維選自包含聚丙烯酰胺、PAN、聚芳酰胺、纖維素纖維和鋼纖維的群組。優(yōu)選地，纖維是鋼纖維。出于環(huán)境原因，該纖維擺脫了芳綸纖維家族。根據(jù)示范性實(shí)施例，所述潤(rùn)滑劑包含金屬硫化物、有機(jī)潤(rùn)滑劑和金屬潤(rùn)滑劑的至少一種。替代性地，潤(rùn)滑劑包含金屬硫化物復(fù)合物。仍然進(jìn)一步的是，潤(rùn)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(yōu)選地，出于環(huán)境原因，潤(rùn)滑劑擺脫了三硫化二銻和三氧化銻。根據(jù)示范性實(shí)施例,所述研磨劑選自包含礦物纖維、氧化鋯、鋯石、硅酸鋯、云母、礬土、陶瓷纖維、硅酸鈣鎂、娃酸I丐續(xù)錯(cuò)(calciummagnesium zirconium silicate)、娃酸I丐招續(xù)(calciummagnesium aluminum silicate)、硅酸鋁鎂、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、二氧化硅、沙、碳化硅、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(lái)分類。碳內(nèi)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(jì)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、硅酸鈣、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(jù)本發(fā)明實(shí)施例的摩擦材料的示范性制動(dòng)襯片的主視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是用于盤式制動(dòng)襯片的新摩擦材料和其他制動(dòng)材料，其包含粘結(jié)劑、纖維、至少一種潤(rùn)滑劑、研磨劑、碳組分和可選地其他材料。制動(dòng)材料大致上沒(méi)有銅或銅的合金(例如黃銅和青銅)。本發(fā)明涉及摩擦材料，并尤其涉及用于車輛和其他應(yīng)用的、大致上無(wú)銅的盤式制動(dòng)襯片。摩擦材料是由粘結(jié)劑、纖維、潤(rùn)滑劑、研磨劑或摩擦改性劑、和其他材料形成的低碳鋼材料。
用于盤式制動(dòng)襯片的摩擦材料在寬范圍的操作條件下必須具有一致且可靠的性能。由于車輛的盤式制動(dòng)襯片在經(jīng)受極端條件和苛刻條件的同時(shí)需要可靠的止動(dòng)器(Stop)和長(zhǎng)壽命，制造商一貫地已經(jīng)嘗試去改進(jìn)其制動(dòng)襯片的性能。同時(shí)，歸因于新規(guī)則或預(yù)期規(guī)貝U，制動(dòng)襯片制造商試圖從制動(dòng)襯片去除銅和銅合金。雖然一些制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征的同時(shí)，成功地完全取代銅并因此去除銅；所述足夠性能和特征包含止動(dòng)能力、優(yōu)良的高溫抗性、最小的高溫襯片磨損、最小的轉(zhuǎn)子磨損、和在較高使用溫度(service temperature)下優(yōu)良的襯片完整性。如上所述，盤式制動(dòng)襯片或摩擦材料由具有粘結(jié)劑、纖維、潤(rùn)滑劑、研磨劑、碳組分和可選的其他材料的材料形成。無(wú)銅低碳鋼制動(dòng)材料也大致上無(wú)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(jié)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(jié)劑的實(shí)例可包含硅樹脂、丙烯酸、環(huán)氧樹脂和亞硝酸鹽改性粘結(jié)劑。粘結(jié)劑按體積計(jì)通常形成約8-18%的最終組合物。粘結(jié)劑典型地用于產(chǎn)生將摩擦材料內(nèi)的所有其他成分固定在一起的基體。許多制造商混合各種粘結(jié)劑來(lái)改進(jìn)性能特征。粘結(jié)劑系統(tǒng)也可包含兩種類型的系統(tǒng)的混合物，其至少一種是酚醛類型的粘結(jié)劑。摩擦材料也包含鋼纖維，其按體積計(jì)通常形成約5-14%的最終的摩擦材料組合物。纖維典型地用于在摩擦材料內(nèi)提供完整性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。許多制造商混合各種纖維和纖維長(zhǎng)度來(lái)改進(jìn)摩擦材料的制動(dòng)特征的性能。出于環(huán)境原因，使用的纖維沒(méi)有芳綸材料。摩擦材料也包含至少一種潤(rùn)滑劑。摩擦材料中包含有潤(rùn)滑劑，從而在服務(wù)過(guò)程中降低襯片和圓盤的磨損。摩擦材料包含按體積計(jì)的、最終的摩擦材料組合物的約小于或等于6%。潤(rùn)滑劑可包含金屬硫化物、金屬潤(rùn)滑劑或其組合。金屬硫化物的實(shí)例包含但不限于硫化錫、硫化鋅、硫化鐵、硫化鑰。金屬潤(rùn)滑劑的實(shí)例包含錫粉和鋅粉。各種金屬硫化物復(fù)合物在市場(chǎng)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。出于環(huán)境原因，潤(rùn)滑劑沒(méi)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(jì)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(lái)分類。研磨劑的實(shí)例包含礬土、氧化鎂、硅酸鋯、硅石、二氧化硅、沙、碳化硅、多鋁紅柱石、云母、鉻鐵礦、復(fù)合礦物硅酸鹽(例如，硅酸鈣鎂、硅酸鈣鎂鋯、硅酸鈣鋁鎂和硅酸鋁鎂)。硬研磨劑一在摩氏硬度尺度內(nèi)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(nèi)具有較低值的那些一典型地按較高濃度使用，從而實(shí)現(xiàn)相同的所需摩擦水平。摩擦材料內(nèi)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(chuàng)造出特定的性能特征。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、以及有助于采用均勻傳遞層涂覆轉(zhuǎn)子表面。其他成分的實(shí)例為碳內(nèi)容物和填充劑，所述碳內(nèi)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、硅酸鈣、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(jí)別的摩擦灰塵)。以下實(shí)例I提供了使用本發(fā)明的、具有足夠性能特征的一些示范性摩擦材料。該實(shí)例評(píng)估了混合、按壓、物理壓縮、成本和在室溫下粘合到背板。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，以下描述的組合物的量已經(jīng)四舍五入為一最接近的數(shù)。實(shí)例I
權(quán)利要求
1.一種制動(dòng)襯片的摩擦材料，其特征在于，包含 -按體積計(jì)形成約8-18%的粘結(jié)劑； -按體積計(jì)形成5-14%的纖維； -按體積計(jì)形成高達(dá)6%的至少一種潤(rùn)滑劑； -按體積計(jì)形成10-27%的至少一種研磨劑； -按體積計(jì)形成36-51%的至少一種碳內(nèi)容物組分；以及 -按體積計(jì)形成6-21%的至少一種填充劑； 其中，所述摩擦材料大致無(wú)銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑包含改性酚醛樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑包含一個(gè)或多個(gè)不做修飾的酚醛樹脂系統(tǒng)或改性酚醛樹脂系統(tǒng)的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑不是酚醛樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑是酚醛樹脂和非-酚醛樹脂的混合物。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括一個(gè)或多個(gè)不做修飾的酚醛樹脂系統(tǒng)或改性酚醛樹脂系統(tǒng)的其中一個(gè)或混合物，所述一個(gè)或多個(gè)不做修飾的酚醛樹脂系統(tǒng)或改性酚醛樹脂系統(tǒng)包含未改性酚醛樹脂、硅改性樹月旨、NBR改性樹脂、磷改性樹脂和硼改性樹脂。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述纖維選自包括聚丙烯酰胺、PAN、聚芳酰胺、纖維素纖維和鋼纖維的群組。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑包括金屬硫化物、有機(jī)潤(rùn)滑劑和金屬潤(rùn)滑劑的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的摩擦材料，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑包括金屬硫化物復(fù)合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的摩擦材料，其特征在于，所述潤(rùn)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(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨劑選自包括礦物纖維、氧化鋯、鋯石、硅酸鋯、云母、礬土、陶瓷纖維、硅酸鈣鎂、硅酸鈣鎂鋯、硅酸鈣鋁鎂、硅酸鋁鎂、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、硅石、二氧化硅、沙、碳化硅、氧化鐵、鉻鐵礦和氧化鎂。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述碳內(nèi)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(jù)前述權(quán)利要求中其中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的摩擦材料，其特征在于，所述填充劑本質(zhì)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(dòng)襯片,其特征在于,包括背板和根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求的摩擦材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)的、用于制動(dòng)襯片的大致無(wú)銅摩擦材料，其包括按體積計(jì)形成約8-18%的粘結(jié)劑、按體積計(jì)形成5-14%的纖維、按體積計(jì)形成高達(dá)6%的至少一種潤(rùn)滑劑、按體積計(jì)形成10-27%的至少一種研磨劑、按體積計(jì)形成36-51%的至少一種碳內(nèi)容物組分、以及按體積計(jì)形成6-21%的至少一種填充劑；本發(fā)明涉及包括新摩擦材料的制動(dòng)襯片。
文檔編號(hào)F16D69/02GK102971550SQ201080066335
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者陳浩, 漢斯·根德?tīng)枴けＡ_ 申請(qǐng)人:聯(lián)合莫古爾摩擦制品有限公司