CN101096985A - 摩擦构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造摩擦构件的方法，包括：清洁摩擦构件的压盘的清洁步骤；在干燥条件下向压盘的表面喷射具有预定颗粒直径的粒状材料的喷射步骤；向压盘的表面施加粉末粘结剂的粘结剂施加步骤；以及将摩擦材料的预成形产品粘结在压盘表面的成形处理步骤。

Description

摩擦构件及其制造方法

本申请要求享有2006年6月26日申请的日本专利申请No.2006-175155的优先权，在这里结合其全文作为参考。

技术领域

本申请涉及用于机车、工业机器等的摩擦构件的制造方法。

背景技术

传统的制造用于机车、工业机器等的制动器和离合器的摩擦构件的方法中，对压板的表面进行底涂处理，所述表面已经进行了脱脂处理、清洁处理以及干燥处理。在所述底涂处理后施加粘结剂，然后，通过施加热量进行成型处理。

作为制造摩擦构件的传统的方法，JP-A-2002-322583公开了一种摩擦构件的背底金属(压板)的表面处理，其用碱水溶液对背底金属进行脱脂处理，以及进行喷砂加工处理，以使所述表面粗糙，其中，不引入污泥和凝胶体形式的物质，通过使用至少一种磷酸盐或碳酸盐作为一种碱用于碱水溶液，使背底金属不生锈。

此外，JP-A-2002-048174公开了通过下面两种方法中的一种或两种获得摩擦构件，即，在金属磷酸盐的化学处理膜形成阶段之前用表面处理剂进行表面处理，以及使用用于化学转化的液体，在化学处理的膜形成阶段中，在该液体中加入反应改良剂。

在传统的制造摩擦构件的方法中，用磷酸盐或类似物对压板进行化学处理，因而，产生环境负荷的问题，如废水处理和从化学转化的液体回收、水洗以及用热水洗的步骤中排放的水有关的污泥填埋处理。为了解决这些环境负荷的问题，本发明人发现了一种通过在陶瓷前体溶液中浸渍、拉出并加热形成陶瓷薄膜的方法。依据该方法，可不进行化学处理而制造摩擦构件。然而，由于该方法需要使用陶瓷前体溶液进行湿式处理，故具有由于溶液寿命短以及气体和味道产生的环境卫生问题而产生的储存和保存问题。

此外，在制造摩擦材料的传统方法以及上述用于形成陶瓷薄膜的方法中，底涂处理(primer treatment)通常在施加粘结剂之前进行。通过底涂处理可以增进粘结剂的粘性。然而，由于在底涂处理中进行液体喷涂，故在应用底涂剂之后必须干燥该底涂剂。而且，由于在底涂处理中，底涂层的薄膜形成在压板的表面，底涂剂以及粘结剂施加在所述表面上，故有一个问题是，底涂层本身会从压力片材上剥离下来。因此，需要开发一种制造摩擦构件的方法，在没有任何底涂处理的情况下仍能保证其质量相当于传统摩擦构件的质量或好于该质量。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供一种制造摩擦构件的方法，其由于没有化学处理而减小了环境负荷，产生稳定的膜形成和粘结质量，并可以保证其质量在没有任何底涂处理的情况下仍与传统摩擦构件的质量相当或好于该质量。

依据本发明的一个或多个实施例，制造摩擦构件的方法包括：

清洁步骤，清洁摩擦构件的压盘；

喷射步骤，在干燥条件下向进行了清洁步骤的压盘的表面喷射颗粒直径粒状材料(shot material)；

粘结剂施加步骤，向进行了喷射步骤的压盘的表面施加粉末粘结剂；以及

成形处理步骤，将预成形的摩擦材料产品粘结在进行了粘结剂施加步骤的压盘的表面，以进行成形处理。

依据该方法，由于压盘没有进行任何化学处理，故可以减小环境负荷。而且，由于粒状材料是在干燥的状态下喷射的且应用粉末粘结剂，故由于没有使用溶剂或类似物，因而解决了环境卫生问题和溶剂储存和保存的问题，并且是一种制造具有稳定的粘结质量的摩擦材料的方法。此外，依据该方法，由于压盘的表面利用粒状材料而变粗糙，然后粘结剂直接施加在形成有粒状材料的膜上，故可以省略底涂处理，且可以克服底涂层本身从压盘上剥离下来的问题，这样增进了粘结性且使质量稳定。即，可以保证其质量和传统的摩擦构件的质量相当或好于该质量。

在清洁步骤中，清洁摩擦构件的压盘。摩擦构件例如是一种制动垫。从这方面来说，摩擦构件并不限于制动垫，摩擦构件还可为制动蹄、离合器片或类似物。

上述清洁步骤可配有去除所述压盘上的油性物质的脱脂处理以及干燥进行脱脂处理的压盘的干燥处理。在脱脂处理中，去除了在压盘的压制和其它处理过程中粘上的润滑油和防锈油。粘结在压盘上的油性物质的去除可由有机溶剂如丙酮完成，但优选使用水性脱脂溶剂。这里，作为清洁压盘的方法，示例性的给出用热水清洗。在干燥处理中，清洁后的压盘在常温炉内干燥。

在喷射步骤中，在干燥条件下向进行了上述清洁步骤的上述压盘喷射具有预定颗粒直径的粒状材料。通过喷射粒状材料，可在压盘的表面形成细的凹口和凸起。此外，通过将粒状材料粘结在压盘的表面而形成具有预定厚度的膜。在压盘的表面形成细的凹口和凸起，可以增加粘结区域，结果增进了粉末粘结剂的粘结性。而且，在干燥条件下喷射可以省去底涂处理中所需的干燥处理。粒状材料在干燥条件下的喷射中，例如可通过压缩空气喷射粒状材料。在喷射中，粒状材料的种类、喷射速度、喷射角、喷射量等优选地考虑压盘的材料特性、尤其是硬度等来进行设计。

在粘结剂施加步骤中，在进行了上述喷射步骤的上述压盘的表面上施加粉末粘结剂。更具体的，在压盘的表面上施加粉末粘结剂意味着在压盘表面上形成的膜上施加粉末粘结剂。即，从在没有任何中间的底涂层的压盘的表面直接施加粘结剂这一点来说，本发明的摩擦构件的制造方法不同于传统的制造摩擦构件的方法。关于这一点，粉末粘结剂示例性的给出为苯酚树脂。

在成形处理步骤中，以单独预成形的摩擦材料的预成形产品叠加在进行了上述粘结剂施加步骤的上述压盘的表面，进行成形处理。进而，形成摩擦材料和压盘结合为一体的摩擦构件。关于这一点，成形处理优选通过施加热量来进行，从而，可进一步增强摩擦材料和压盘的整体性。通过将原材料和摩擦材料以预定配方比例混合，并通过压力预成形该混合物以形成盘状材料，以获得摩擦材料。摩擦材料的原材料可使用传统上通常使用的材料，如金属如铁、铝、锌或类似物的粉末，非石棉纤维，如钢纤维、芳香族聚酰胺纤维(aramide fiber)或陶瓷纤维，固体润滑剂，如石墨或二硫化钼，有机摩擦改良剂，如橡胶粉末或腰果粉末，摩擦剂如锆、镁或碳化硅，填充剂如硫酸钡或碳酸钙，粘结剂如苯酚树脂等。

此外，在依据一个或多个实施例的制造摩擦构件的方法中，上述喷射步骤可为在0.3-0.5Mpa的压力下以近似和进行了上述清洁步骤的上述压盘的表面正交的方向喷射具有100-200μm颗粒直径的粒状材料。

粒状材料的颗粒直径决定了压盘表面形成的细的凹口和凸起的形状，即粗糙度。在该方法中，膜的厚度优选为20-30μm。此外，压盘表面的粗糙度优选为2-3μm的算数平均粗糙度(Ra)值。而且，为了形成这种表面粗糙度和膜，粒状材料的颗粒直径优选为100-200μm，更优选为150μm。通过以近似和压盘的表面正交的方向喷射具有100-200μm颗粒直径的粒状材料，可以形成具有细的凹口和凸起的膜。此外，通过将喷射的压力调节至0.3-0.5Mpa，可以有效地形成具有细的凹口和凸起的膜。

在上述喷射步骤中粒状材料的喷射优选在上述粒状材料的流速为10-20g/min，喷射时间为50-70秒的情况下进行。通过在除了上述颗粒直径、压力等的条件外的以上条件下喷射，可以更有效的形成具有20-30μm厚度的膜，其中，膜表面的细的凹口和凸起具有为2-3μm的算数平均粗糙度(Ra)值。

此外，在依据一个或多个实施例的制造摩擦构件的方法中，上述粒状材料优选为具有高于上述压盘硬度的陶瓷。如上所述，该喷射的设计优选考虑粒状材料的种类等，且粒状材料的颗粒直径和硬度的考虑也很重要。在该方法中，由于压盘本身是一种具有高硬度的材料，当使用高硬度的陶瓷粒状材料时可形成一种稳定的膜。作为陶瓷的粒状材料，示例性的给出铝、碳化硅等。

而且，在依据本发明的一个或多个实施例的制造摩擦构件的方法中，上述粘结剂施加过程可包括在进行了上述喷射步骤的上述压盘的表面静电涂覆具有20-30μm颗粒直径的粉末粘结剂。

当通过静电涂覆粉末粘结剂施加粘结剂时，粉末粘结剂可均匀粘结在膜的表面，膜的表面上形成有细的凹口和凸起。从而，增进了粘结性，摩擦材料可紧固地粘结在压盘的表面上。静电涂覆可通过将带电粉末粘结剂施加在陶制压盘上来完成。顺便提及，上述喷射形成的压盘表面的膜可通过施加粉末粘结剂用作粘结剂的垫层。

粒状材料的颗粒尺寸优选由膜的表面粗糙度来确定，但表面上形成的凹口和凸起可由粉末粘结剂的颗粒直径决定。具体的，通过使粒状材料的颗粒直径大于粉末粘结剂的颗粒直径，可以形成曲面大于粉末粘结剂的曲面的细的凹口和凸起。结果，粉末粘结剂可有效地施加，即粘结在形成细的凹口和凸起的曲面上。

此外，在依据本发明的一个或多个实施例的制造摩擦构件的方法中，上述成形处理步骤可包括在100-140℃下加热进行上述粘结剂施加步骤的上述压盘的预加热处理、在130-200℃下在20-100Mpa的压力下在进行上述预加热处理的上述压盘以及上述摩擦材料的预成形产品上施加热量的热成形处理，以及在150-300℃下加热上述摩擦构件1-15小时的加热处理，其中压盘粘结至上述以上摩擦材料的预成形产品。

在预加热处理中，在进行上述粘结剂施加步骤的上述压盘上施加100-140℃的热量。可在上述摩擦材料的预成形产品叠加在进行了上述粘结剂施加步骤的上述压盘上的状态下进行热量的施加。施加热的时间可为约5-15分钟。通过进行预加热处理，粘结剂施加步骤中施加的粘结剂在固化前可转化为流态，从而有利于粘结剂向摩擦材料的孔部分渗透。结果，增强了摩擦材料的粘结强度。

在热成形处理步骤中，在20-100Mpa下向进行了上述预加热处理的压盘和上述摩擦材料的预成形产品上施加130-200℃的热量。从而，摩擦材料进行压模至最终厚度，且摩擦材料和压盘彼此粘结在一起。而且，在加热处理中，在粘结摩擦材料的上述压盘上施加1-15小时150-300℃的热。加热处理还指后“后固化”以及结合剂和粘结剂通过加热处理固化，从而增进了摩擦材料的强度。此外，依据该加热处理，可增进压盘和摩擦材料之间的粘结强度。

依据本发明，可以提供一种制造摩擦构件的方法，其减少了由于化学处理而导致的环境负荷，能形成稳定的膜以及粘结质量，还可保证其质量和传统的摩擦构件的质量相当或好于该质量。

本发明的其它方面和优点能从以下的说明书及所附权利要求中明显地得出。

附图说明

图1是流程图，给出依据第一个示例性实施例的制造摩擦构件的方法。

图2是给出向压盘10喷射粒状材料1的状态的图。

图3是传统技术中制造摩擦构件的方法的一个例子。

图4是给出剪切试验结果的图。

具体实施方式

参照附图描述本发明的示例性实施例。在该示例性实施例中，作为例子描述了制造汽车制动垫的压盘的情况。然而，依据本发明的制造摩擦构件的方法不限于该实施例。

粘结方法

图1是一个流程图，给出依据第一个示例性实施例的制造摩擦构件的方法。在步骤S01中，制动垫的压盘10进行脱脂处理。通过片材金属挤压步骤可获得压盘10。在脱脂处理中，用水溶性脱脂溶液去除在片材金属挤压步骤过程中粘结在压盘10表面的润滑油和防锈油。

在步骤S02中，清洁进行了脱脂步骤的压盘10。具体的，用热水清洗压盘10。在步骤S03中，干燥清洁后的压盘10。具体的，在干燥炉内在80℃温度下干燥清洁后的压盘10约1-2分钟。

在步骤S04中，将粒状材料(shot marerial)1喷射到压盘10上。图2给出向压盘10喷射粒状材料1的状态的图。同样如图所示，在第一个示例性的实施例中，将由铝构成颗粒直径为150μm的粒状材料1在垂直方向上在0.3-0.5Mpa压力下使用作为载气3的干燥空气从具有1.2mm直径的喷嘴3喷射到压盘10表面。顺便提及，在第一个示例性的实施例中，喷射是在粒状材料1的流速为10-20g/min，喷射时间为60秒的情况下进行的。从而，在压盘10的表面上，形成有具有25μm厚度以及其上具有细的凹口和凸起的膜，其算数平均粗糙度值(Ra)为2-3μm。附图标记4表示传送压盘10的传送器。

在步骤S05中，在压盘10的表面，更具体的是在压盘10的膜上施加粉末粘结剂。具体的，具有25μm颗粒直径的苯酚树脂基的粉末粘结剂通过电晕充电的方法按统计地施加在压盘10的表面上。即，带电粉末粘结剂施加在陶制压盘10的表面上。施加粉末粘结剂后，在130℃下加热该施加后的盘约15分钟，以形成具有30-40μm厚度的粘结剂层。

在步骤S06中，将摩擦材料的预成形产品叠加在压盘10的粘结剂层上，然后进行预加热处理。更具体的，在叠加的状态下，在摩擦材料的预成形产品和压盘10上施加5-10分钟约100-140℃的热量。从而，粘结剂在固化前转化为流态。

在步骤S07中，进行了预加热处理的压盘10进行热成形处理。更具体的，在20-100Mpa压力下，在进行了预加热处理的压盘10和摩擦材料的预成形产品上施加130-200℃的热量。从而，摩擦材料的形成以及摩擦材料和压盘的粘结可同时完成。

在步骤S08中，进行压盘10的加热处理(固化后)，此时已经完成了热成形处理。更具体的，施加1-15小时150-300℃的热量。从而，完成摩擦材料内的胶合剂和粘结剂的固化。

和传统的例子相比较

接下来，描述依据传统技术的摩擦构件的制造方法，依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法和依据传统技术的摩擦构件的制造方法相比较。

图3是依据传统技术的摩擦构件的制造方法。首先，在步骤S11-S13中，进行压盘的脱脂处理、清洁处理以及干燥处理。关于这一点，可在依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法中描述的步骤S01-S03中的相同程序中进行脱脂处理、清洁处理以及干燥处理。因此，省去其具体的描述。

在步骤S14中，将压盘浸渍在陶瓷前体溶液中。通过将三乙氧基甲基硅烷和乙酸以1∶4的摩尔比率和作为溶剂以溶解它们的乙醇相混合，以5％的比率在膜内加入聚乙烯丁缩醛，并在70℃温度下将整个溶液加热3小时，以将之浓缩至1mol/L，制备陶瓷前体溶液。

在步骤S15中，将浸渍在前体溶液中的压盘以800mm/min的恒定速率拉出，并在150℃温度下加热3小时。从而，在压盘表面形成具有500-1000nm厚度的膜。随后，将盘冷却预定的时间，然后进一步形成磷酸铁膜，并进行底涂处理，即，在磷酸铁膜上施加底涂剂(步骤S16)。关于这一点，磷酸铁膜具有0.4-0.8g/m²的膜质量。此外，适于基于苯酚的树脂作为底涂剂，底涂层的厚度为5-20μm。

在步骤S17中，进行了底涂处理的压盘进行预固化处理。然后，在步骤S18中，施加粘结剂。粘结剂可使用热固粘结剂。在步骤S19中，干燥施加了粘结剂的压盘。干燥压盘后，进行步骤S20-S22中的压盘的预加热处理、热成形处理以及加热处理。关于这一点，可在依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法中描述的步骤S06-S08中的相同程序中进行预加热处理、热成形处理以及热固化处理。因此，省去其具体的描述。

当依据传统技术的摩擦构件的制造方法和上述依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法相比较时，依据传统技术的摩擦构件的制造方法包括一个形成磷酸铁膜的化学处理以及底涂处理。然而，在依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法中，由于没有进行化学处理和底涂处理，不使用适于化学处理和底涂处理中所需的溶剂或类似物，故减少了例如用于化学转化以及用水洗的液体的回收的环境负荷。

此外，在依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法中，由于没有使用溶剂，以及粒状材料是在干燥的条件下喷射的，故没有产生溶液的储存和保存的问题。而且，减小了气味对工人的影响，因而，保证了工人的安全，并减小了环境卫生问题。

而且，在依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法中，在不进行任何现有技术所需的底涂处理的情况下完成摩擦材料的粘结，故而减少了步骤的数目。因此，依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法可以实现减少设备的费用、节约空间以及减少运营费用。

此外，由于依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法生产的制动垫没有底涂层，就避免了具有底涂层的制动垫所具有的脱落问题，且增进了粘结性，所以使质量稳定。即，可以保证其质量和传统的摩擦构件的质量相当或好于该质量。图4是给出依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法生产的制动垫和依据传统技术的摩擦构件的制造方法生产的制动垫的剪切实验结果。关于这一点，本试验是在JASO标准的基础上进行的。

如图4所示，在常温和高温的条件下，可以肯定，依据第一个示例性的实施例(本例子)的制造摩擦构件的方法生产的制动垫具有等于依据传统技术(传统的例子)的摩擦构件的制造方法生产的制动垫相同的剪切力。因此，依据第一个示例性的实施例的制造摩擦构件的方法，虽然不进行底涂处理，但是可以提供一种具有质量和传统的制动垫的质量相当的制动垫。

本领域技术人员可以显而易见地得知，在不偏离本发明的精神和范围的基础上可对本发明所描述的实施例进行各种改进和变化。因此，本发明意图覆盖和后面的权利要求以及其等同内容相一致的所有本发明的改进和变化。

Claims (7)

1.一种制造摩擦构件的方法，包括：

清洁步骤，清洁摩擦构件的压盘；

喷射步骤，在干燥条件下向进行了清洁步骤的压盘的表面喷射粒状材料；

粘结剂施加步骤，向进行了喷射步骤的压盘的表面施加粉末粘结剂；以及

成形处理步骤，将摩擦材料的预成形产品粘结在进行了粘结剂施加步骤的压盘的表面，以进行成形处理。

2.如权利要求1所述的方法，其中，粒状材料具有100-200μm的颗粒直径，以及

在喷射步骤中，在0.3-0.5Mpa的压力下在基本和所述压盘的表面正交的方向上喷射粒状材料。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，粒状材料为陶瓷，其硬度高于上述压盘的硬度。

4.如权利要求3所述的方法，其中，粉末粘结剂具有20-30μm的颗粒直径，以及

在粘结剂施加过程中，粉末粘结剂通过静电涂覆施加在上述压盘的表面上。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，成形处理步骤包括：

预加热处理，在100-140℃的温度下对进行了粘结剂施加步骤的压盘加热；

热成形处理，在20-100Mpa的压力下，在130-200℃下对进行了预加热处理的压盘以及摩擦材料的预成形产品上施加热量，以及

加热处理，在150-300℃下加热摩擦构件1-15小时，其中压盘通过热成形处理粘结至摩擦材料的预成形产品。

6.一种通过整体形成压盘和摩擦材料获得的摩擦构件，该摩擦构件包括：

压盘；

在干燥条件下通过向压盘表面喷射粒状材料形成的粒状材料层；

通过在粒状材料层上施加粉末粘结剂形成的粘结剂层；以及

粘结在设有粘结剂层的压盘表面上的摩擦材料。

7.如权利要求6所述的摩擦构件，其中，粒状材料层包括具有20-30μm厚度的陶瓷层。

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