CN100351290C

CN100351290C - 赛车用钢摩擦材料的组合物

Info

Publication number: CN100351290C
Application number: CNB2005101259921A
Authority: CN
Inventors: 金大焕
Original assignee: Hankook Tire Co Ltd
Current assignee: Hankook Tire and Technology Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: CN1781972A; KR100576970B1

Abstract

本发明提供一种赛车用钢摩擦材料的组合物，其中包含，25～50重量%的单独的钢纤维基材或者与矿物质纤维基材的混合物；5～20重量%的作为结合剂的未改性酚树脂；15～30重量%的作为固体润滑剂的锑或者石墨类原料；10～30重量%的包含碳化硅的研磨剂；以及10～25重量%的包含海绵铁粉末的填充剂。这样可以防止在主要使用碳纤维的摩擦材料时产生的摩擦材料内部强度降低、由于相对较低的熔点而在摩擦温度过度增加导致的制动力急剧降低的衰退现象的发生、制动稳定性降低、和制动噪音现象。

Description

赛车用钢摩擦材料的组合物

技术领域

本发明涉及一种赛车用的钢摩擦材料，更详细地说，涉及一种构成赛车制动衬垫的钢基材摩擦材料的组合物。

背景技术

与乘用车用的制动摩擦材料不同，安装在赛车上的制动摩擦材料要求：即使在高制动力、制动条件变化时也需要具有均匀摩擦性能的制动稳定性；与相对材料在摩擦材料的摩擦界面产生的摩擦热容易传导到外部的热传导性；摩擦力很少由于摩擦温度上升而变化的耐热性和耐衰退性；以及在安装初期的制动力降低小的初期耐衰退性。

通常，制动摩擦材料的组成包含：纤维基材；结合材料以及填充剂；研磨剂以及润滑剂等添加剂。通常赛车用的纤维基材以碳纤维作为主要基材。然而，使用碳纤维时存在的问题是，由于其熔点低，所以会发生因摩擦温度过度增加导致的制动力急剧降低，而且价格高。

另一方面，在韩国实用新型公开第1996-0005579号中公开有夹钳式制动器(Caliper Brake)的衬垫，其特征在于上述衬垫的摩擦材料由含有10-30％碳化硅(SiC)的铝合金组成。

然而，这对于要求高制动性和耐衰退特性的赛车摩擦材料来说，不是很理想。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种摩擦材料的组合物，以钢纤维作为基材代替价格高的碳纤维，其中包含：作为研磨剂的碳化硅(SiC)；作为填充剂的海绵铁粉末(Sponge iron powder)。由此，可以防止由于主要使用碳纤维而产生的摩擦材料内部强度降低、由于其熔点相对较低而在摩擦温度过度增加时导致的制动力急剧下降和制动稳定性降低，和制动噪音问题。

为了实现上述目的，本发明摩擦材料的组合物包含：25～50重量％的单独的钢纤维基材或者与矿物质纤维基材的混合物；5～20重量％的作为结合剂的未改性酚树脂；15～30重量％的作为固体润滑剂的锑或者石墨类原料；10～30重量％的包含碳化硅的研磨剂；以及1O～25重量％的包含海绵铁粉末的填充剂。

附图说明

图1是表示碳化硅粒子形状的扫描电子显微镜(SEM)的照片；

图2是表示海绵铁粉末粒子形状的扫描电子显微镜(SEM)的照片；

图3是表示本发明钢摩擦材料(RN)、现有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用车用的摩擦材料(CO)的衰退和恢复特性的图表；

图4是表示本发明钢摩擦材料(RN)、现有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用车用的摩擦材料(CO)的有效性结果的图表；

图5是表示本发明钢摩擦材料(RN)、现有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用车用的摩擦材料(CO)的噪音特性的图表。

具体实施方式

接下来将对本发明进行详细说明。

本发明赛车用钢摩擦材料的组合物，作为纤维基材使用单独的钢纤维基材或者与矿物质纤维基材的混合物，不使用碳纤维。

特别地，在本发明摩擦材料的组成中具有最大重量比的纤维状原料是钢纤维。

以钢纤维为主的纤维基材含量在整体摩擦材料的组成中为25～50重量％。如果其含量在整体组成中不足25重量％，则存在制动力和摩擦材料的强度降低的问题。如果超过50重量％，则存在制动噪音增加的问题。

本发明摩擦材料的组合物既包含上述的钢纤维基材又包含作为研磨剂的碳化硅。碳化硅是具有化学式为α-SiC的灰色单晶体，由于经过再结晶过程，所以原料自身的强度高，是一种硬度为9MH、真密度为2.6g/cm³、内部气孔度为20％的强研磨剂。此外，由于其熔点高，为2,830℃，所以在1,500℃以上的高温下具有优秀的耐氧化性；由于具有高热传导度(28Wm/K、600℃)和低热膨胀率(5.0×10^-6/K、30～1,500℃)，所以可迅速地向外部传导在摩擦界面产生的摩擦热，具有优良的耐热性。在本发明中使用的碳化硅粒子形状如图1所示为微粒粉末形态，其直径为10～30μm范围。

具有上述的高熔点、高热传导度以及低热膨胀率的碳化硅，容易向外部传导在摩擦时产生的摩擦热，可有效地防止基于摩擦温度增加的制动力降低，所以可以改善制动衬垫的衰退，且由于原料自身的硬度高，所以在作为制动衬垫使用时，可以起到使摩擦材料的高温制动力提高的强研磨剂的作用。

碳化硅的含量优选地在整体摩擦材料的组成中为5～20重量％。如果其含量不足5重量％，则添加效果微乎其微。如果超过20重量％，则存在对相对材料的攻击性增加的问题。

作为除碳化硅以外的研磨剂，只要是通常摩擦材料中用的研磨剂成分，可以使用任何成分，具体举例，如锆氧化物。

包含碳化硅的总研磨剂的含量优选地在整体摩擦材料的组成中为10～30重量％。如果研磨剂的含量不足10重量％，则耐热性的改善效果微乎其微。如果超过30重量％，则存在制动噪音增加的问题。

另外，本发明摩擦材料的组合物使用海绵铁粉末，以填充由于构成摩擦材料组合物的多种原料的粒子形状与粒子大小的差别而产生的摩擦材料的内部空间。海绵铁粉末价格低而且熔点高，热传导度优良。此外，由于海绵铁粉末的表面积大(BET比表面积为225m²/kg)、内部气孔度高、比重低(表观密度1.35g/cm³)，所以可以使制动噪音最小化。海绵铁粉末的含碳率为0.02％、硬度为4.5MH，具有高熔点(1,530℃)、高热传导度和耐高温性的优良的物理特性。因此，如果将海绵铁粉末用作摩擦材料的原料，则可以避免除去在相对材料表面产生的锈，和防止相对材料的磨损量增加。换句话说，海绵铁粉末热传导性优良，内部气孔度和表面积大，起到防止制动时产生制动噪音、使相对材料和制动衬垫的磨损最少的填充剂的作用。

用在本发明中的海绵铁粉末的粒子形状如图2所示，直径为100～300μm范围。作为提高摩擦材料的磨损和噪音特性的填充剂优选地使用10～20重量％。海绵铁粉末的含量在整体摩擦材料的组成中如果不足10重量％，则高温磨损的改善效果微乎其微。如果超过20重量％，则将导致在摩擦材料的表面产生锈的问题。

除了上述海绵铁粉末以外，还可以包含起到填充剂作用的多种填充剂，即使是用在通常的摩擦材料的组合物中的填充剂也是可以的，对此没有特别的限制。

包含海绵铁粉末的总填充剂的含量在整体摩擦材料的组成中为10～25重量％。如果其含量不足10重量％，则制动噪音增加。如果超过25重量％，则将产生由于气孔度增加而使摩擦材料的磨损增加的问题。

此外，作为上述纤维基材的钢纤维和海绵铁粉末这些钢原料的总含量优选地在整体摩擦材料的组成中为30～60重量％。如果钢原料的总含量在整体摩擦材料的组成中不足30重量％，则摩擦热的热传导改善效果微乎其微。如果超过60重量％，则存在产生制动噪音的问题。

另外，本发明摩擦材料的组成包含用在通常的摩擦材料的组成中的结合剂以及固体润滑剂。具体地说，作为结合剂包含在整体摩擦材料的组成中占5～20重量％的未改性酚树脂，作为固体润滑剂包含在整体摩擦材料的组成中占15～30重量％的锑或者石墨类原料。

使用上述摩擦材料的组合物制造制动衬垫的工序也没有特别的限制，具体地说，在混合器中将上述原料均匀混合，形成粉末状态的混合粉末后，以成形对象的车种为基准，对混合粉末进行计量，在100～300kgf/cm²的面压条件下，使其形成假成形状态。并在120～200℃的成形温度、5～15分钟的成形时间以及200～600kgf/cm²的成形压力的条件下进行成形。成形后的成形品以150～250℃的温度经过5～20小时的热处理工序，再经过研磨、焦化、烧结、涂覆等附加工序，获得最终产品。

以下将通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于实施例。

为了验证本发明的效果，本发明摩擦材料的组成将钢纤维作为摩擦基材使用，代替在现有的赛车摩擦材料中主要使用的碳纤维，具体地说，将钢纤维30重量％、矿物质纤维5重量％、固体润滑剂25重量％、碳化硅7重量％、锆氧化物8重量％、海绵铁粉末13重量％以及其它无机物4重量％与未改性酚树脂8重量％一起使用混合器均匀混合，形成粉末状态的混合粉末。对该混合粉末进行计量，以100～300kgf/cm²的压强条件使其形成假成形状态，以120～200℃的成形温度、5～15分钟的成形时间以及200～600kgf/cm²的成形压力的条件进行成形。成形后的成形品以150～250℃的温度经过5～20小时的热处理工序，经过研磨、焦化、烧结、涂覆等附加工序获得最终产品。

为了分析由此获得的制动衬垫的各种性能，(1)采用评价乘用车用的制动器摩擦性能时使用的JASO C406-P1模型试验法，进行摩擦试验，评价制动力的变化和耐衰退性；(2)在摩擦试验时为了评价摩擦材料的噪音特性，使用安装在测力计(Dynamometer)上的麦克风和FFT分析器，对制动时产生的噪音频率和声压进行测定，将13KHz以下的频率时产生60dB以上声压的情况定义为制动噪音。

为了验证其效果，一般乘用车用的低钢摩擦材料(图中用CO表示)、使用现有碳纤维的赛车用摩擦材料(图用RO表示)以及上述本发明产品(图中用RN表示)以相同的试验法进行评价，试验中用的摩擦试验机为1/5缩小比例的制动测力计(Reduced-scale brakedynamometer)。

首先，在图3中表示的是因基于连续制动的人为的摩擦温度上升(Fade)和下降(Recovery)引起的摩擦力变化，从总共473次的摩擦试验结果可以看出，本发明钢摩擦材料的平均摩擦系数为0.555，与现有的碳摩擦材料为0.574相比，制动力的变化在3％以内，没有大的差别。

此外，在通过连续制动使摩擦温度上升的方式对摩擦材料的制动力变化进行试验的衰退试验中，本发明钢摩擦材料最大摩擦温度和最小摩擦系数分别为525.5℃和0.372，与现有的碳摩擦材料最大摩擦温度577.2℃、最小摩擦系数0.361相比，摩擦温度降低了52℃，衰退特性得到了改善。碳纤维的使用温度最大为550℃，由于该温度较低，所以现有的碳摩擦材料在高减速度和高速制动条件下持续使用时，将产生制动衬垫的表面碳化、制动力急剧降低的现象。但是在本发明钢摩擦材料的情况下，可以看出通过使用热传导度高的钢纤维和海绵铁粉末以及碳化硅，使摩擦材料的内部强度增加、耐热性增加，摩擦材料的衰退特性得到改善。此外，还可以看出，衰退试验后，摩擦力的恢复速度也迅速，4次制动后保持0.6以上(碳摩擦材料为0.54)的摩擦力。

一方面，图4表示的是基于使摩擦速度和减速度同时变化(Effectiveness)的摩擦力变化试验的结果，在基于将车辆的速度从50变成100或130kph、将减速度变成0.1～0.8g的对摩擦材料的制动力变化进行评价的效力试验中，现有的碳摩擦材料在100kph和0.4g以上的制动条件下摩擦力的变化大，摩擦系数降至0.42。但是在本发明钢摩擦材料的情况下，可以看出摩擦力的变化小，在所有的制动条件下，保持0.508以上的摩擦系数。

此外，图5中表示的是测定摩擦材料的噪音特性的结果。从噪音特性的评价结果可以看出，现有的碳摩擦材料在总共473次的制动试验中，噪音的发生率和噪音指数分别为17.34％和111，因而是一种噪音频繁产生的赛车的摩擦材料；相反，本发明钢摩擦材料总共产生3次噪音，噪音发生率和噪音指数分别为0.63％和13.5，显示出一般乘用车用的摩擦材料水准的噪音特性。上述优良的噪音特性是由于构成摩擦材料的组合物中使用了原料自身的内部气孔度高的海绵铁粉末和碳化硅，从而确保了20％程度的钢摩擦材料的内部气孔度。通过使用大量的钢原料，在制动噪音发生倾向大的赛车用制动衬垫中获得了最有效的结果。

根据以上详细说明，本发明的摩擦材料以钢纤维作为基材代替价格高的碳纤维，使用碳化硅和海绵铁粉末分别作为研磨剂和填充剂，由此，可以防止由于主要使用碳纤维而产生的摩擦材料内部强度降低，可以防止基于熔点相对较低的摩擦温度过度增加而产生制动力急剧减少的衰退和制动稳定性降低，并且可以防止制动噪音。

Claims

1.一种赛车用钢摩擦材料的组合物，包含：

25～50重量％的单独的钢纤维基材或者所述钢纤维基材与矿物质纤维基材的混合物；

5～20重量％的作为结合剂的未改性酚树脂；

15～30重量％的作为固体润滑剂的锑或者石墨类原料；

10～30重量％的包含碳化硅的研磨剂；以及

10～25重量％的包含海绵铁粉末的填充剂，

其中，所述钢纤维基材和海绵铁粉末的总含量占整体组成的30～60重量％，所述碳化硅占整体组成的5～20重量％，所述碳化硅粒子的直径范围为10～30μm。