CN103148138B - 摩擦衬片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摩擦衬片和/或滑动衬片，其具有合成材料基底，所述合成材料基底包含石墨作为填料。本发明的特征是，所述合成材料基底除石墨外还包含至少一种纳米填料。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦衬片，其具有合成材料基底，所述合成材料基底包含石墨作为填料。本发明还涉及石墨在摩擦衬片和/或滑动衬片中的应用。本发明还涉及具有摩擦衬片和/或滑动衬片的制动盘。
背景技术
从德国公开文献DE 29 23 051 A1获知一种用于粘接制动片的可热固粘合剂，其包含石墨。从欧洲专利文献EP 0 892 896 B1的译文DE 697 29 939 T2获知应用于离合器从动盘元件、制动片、变速器等中并且具有结构化表面的摩擦材料，其中精确成型的复合结构包含许多分散在粘结剂中的摩擦颗粒，例如天然的和合成的石墨。德国公开文献DE 102006 003 908 A1包括具有含金属的滑动层的滑动轴承体，所述含金属的滑动层包含纳米材料。德国专利文献DE 10 2006 039 638 B3公开了纳米复合材料作为漆，胶粘剂，浇铸材料，涂层，用于纤维强化的塑料、聚合物泡沫或塑料模制件或用于制备此类产品的基底树脂的用途。德国公开文献DE10 2005 042 138 A1公开了由至少一种热塑性聚合物和至少一种分散在纳米分散剂中的半金属氧化物组成的复合材料。
发明内容
本发明的任务是提高具有包含石墨作为填料的合成材料基底的摩擦衬片和/或滑动衬片的耐磨强度，而不会以不希望的方式损害机械强度。
该任务在具有包含石墨作为填料的合成材料基底的摩擦衬片和/或滑动衬片的情况下，通过这样的方式得到解决，即该合成材料基底除石墨外还包含至少一种纳米填料。“摩擦衬片和/或滑动衬片”优选地涉及适合于普通机械制造中各种各样应用，适合于农业、医疗技术、安全技术或公共健康工程的工程摩擦衬片和/或滑动衬片。本发明特别地涉及适合于汽车工业的制动片和/离合器片。根据本发明的另一观点，将所述摩擦衬片和/或滑动衬片应用于风力机组制动器。在本发明的框架内，出人意料地发现，纳米填料与石墨在合成材料基底中的联合产生协同效应，通过所述协同效应不但摩擦特性而且机械特性相比于常规的摩擦衬片和/或滑动衬片都得到改善。尺寸数量级在纳米范围内的颗粒被称作纳米填料。所述颗粒优选地包含大于十纳米的平均粒度。同时，所述颗粒优选地在至少一个方向中具有小于一百纳米的尺寸。所述颗粒可以具有各种不同的几何形状。因此所述颗粒可以具有球形、针形、晶形或小管形的外形。具有填料的硬化的合成材料基底也被称作Komposit或者复合材料。
摩擦衬片和/或滑动衬片的一个优选的实施例的特征在于，所述填料包含纳米硅酸盐。在此优选地，使用合成的丸状或球形纳米硅酸盐作为填料。在引入到合成材料基底中之前，使所述纳米硅酸盐分散。“纳米硅酸盐”涉及由硅酸盐构成的颗粒，其尺寸数量级在纳米范围内。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述合成材料基底包含2％至15％，特别是大约5％或10％的纳米硅酸盐。关于填料的百分比表述优选地涉及体积百分比表述。体积百分比表述优选地关于树脂，由所述树脂形成合成材料基底。10％的纳米硅酸盐份额表明机械特性的最大改善。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述纳米填料包含纳米粘土或蒙脱石。在此优选地涉及有机纳米粘土或蒙脱石。优选地在引入合成材料基底中之前，使有机纳米粘土或蒙脱石(o-MMT)剥离。蒙脱石是来自粘土矿组的矿物。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述合成材料基底包含2％至10％，特别是大约5％的粘土或蒙脱石。关于填料的百分比表述优选地涉及体积百分比表述。体积百分比表述优选地关于树脂，由所述树脂形成合成材料基底。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述合成材料基底包含2％至15％，尤其是大约5％或大约10％的石墨。石墨是一种矿物并且是以纯净物形式的化学元素碳的天然表现形式。石墨以已知的类型和方式用作固体润滑剂，通过其可以使磨损最小化。然而，在摩擦衬片和/或滑动衬片的情况下，仅仅添加石墨对摩擦衬片和/或滑动衬片的机械特性产生负面影响。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述石墨作为微填料与纳米填料相联合。微填料包括微米范围内的颗粒。因此所述石墨包括例如具有大约二十微米粒度的颗粒。
摩擦衬片和/或滑动衬片的另一个优选的实施例的特征在于，所述合成材料基底由环氧树脂形成。“环氧树脂”优选地涉及两组分系统，其除树脂、例如乙醚外，还包含固化剂。通过添加固化剂，触发了通过加成聚合作用的交联。通过根据本发明的作为微填料的石墨和至少一种纳米填料的添加，可以使处于弥散硬化状态的环氧树脂的特性特别有利地得到改善。
此外，本发明还涉及石墨与至少一种纳米填料相联合在摩擦衬片和/或滑动衬片中、特别是在前面所描述的摩擦衬片和/或滑动衬片中的应用。
本发明还涉及具有前面所描述的摩擦衬片和/或滑动衬片的制动盘。
非常特别有利地，本发明还涉及具有前面所描述的摩擦衬片和/或滑动衬片、特别是具有前面所描述的制动盘的风力机组制动器。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节将从下面的描述中得出，在所述描述中参照附图详细描述不同的实施例。
附图中：
图1是柱形图，其中表现了蒙脱石与作为填料的石墨相联合对磨损的影响；
图2是柱形图，其中表现了蒙脱石与作为填料的石墨相联合对机械特性的影响；
图3是柱形图，其中表现了纳米硅酸盐与作为填料的石墨相联合对磨损的影响；
图4是柱形图，其中表现了纳米硅酸盐与作为填料的石墨相联合对机械特性的影响。
具体实施方式
本发明涉及具有合成材料基底的摩擦衬片和/或滑动衬片。在该合成材料基底中可以引入微填料、例如石墨，以使磨损最小化。然而，微填料例如石墨对机械性能具有负面影响。
纳米填料有着改善具有合成材料基底的复合材料的机械和摩擦特性的潜力。在本发明的框架内，测试了各式各样的纳米填料。在此，有机蒙脱石以及合成的球状纳米硅酸盐的使用已被证明是特别有利的。有机蒙脱石我们将其简称为o-MMT并且必须在它在复合材料(其也被称为Komposit)中显示改善的机械特性之前被剥离。纳米硅酸盐必须以同样的目的进行分散。
对于合成材料基底，在本发明的框架内，使用环氧树脂，其由德国公司AirProducts GmbH以技术名称Ancarez RZ 4020进行销售。支持它涉及双酚-A二缩水甘油醚(BADGE)。使用3-氨基乙基-3,5,5-三甲基-环己胺作为树脂，其同样由以Air ProductsGmbH以名称Ancamine 3473进行销售。
作为有机蒙脱石，使用美国公司Nanocor Incorporated的产品，其以商品名Nanomer 1.30E进行销售。这些产品通过7％重量百分比的十八烷基胺进行改性并在剥离前具有十微米的颗粒尺寸。
作为合成的球状纳米硅酸盐，使用德国公司NANO Resins AG的产品，其以商品名F400进行销售。术语Nanopox受商标法保护。合成的球状纳米硅酸盐以具有二十纳米的平均颗粒尺寸的颗粒进行使用。
在制造Komposite或复合材料时将各种不同组分与填料相混合。将纳米粘土或蒙脱石通过剪切混合、优选在10000转/分钟的转数下与环氧树脂相混合。为了将纳米硅酸盐引入环氧树脂中，采用标准混合方法，优选在500转/分钟下。
用常规试验检查硬化后的复合材料的机械特性。为了求得抗拉强度和对应的模量，按照DIN 53455进行操作。关于三点抗弯强度和对应的模量，按照DIN 53452进行操作。
关于摩擦特性，同样采用已知的用于用静摩擦系数和动摩擦系数确定磨蚀磨损的试验。在此在60摄氏度的测试温度和6.6米/秒的滑动速度的情况下施加一兆帕的表面压力。
试验的结果在图1至4中以柱形图的形式示出，其各自具有x-轴1和y-轴2。图1和2显示蒙脱石与石墨相联合对复合材料的磨损和机械强度的影响。图3和4显示合成的球状纳米硅酸盐与石墨相联合对复合材料的磨损和机械强度的影响。
在图1和3中，在y-轴2上各自以毫米3/兆焦耳描绘对于磨损的量度。在图2和4中，在y-轴2上以牛顿/毫米2描绘对于机械强度的量度。
在图1中，柱4显示对于纯的环氧树脂的414的磨损值。该值414的单位是毫米3/兆焦耳。为了简便，在下文中不再重述对应的单位。柱5表示349的磨损值，其通过添加5％的石墨而达到。柱6显示346的值，其通过添加5％的o-MMT而达到。柱7显示218的值，其通过添加5％的石墨和附加地添加5％的o-MMT而达到。
在图1中的通过箭头8示出，单独添加石墨或o-MMT仅仅对于磨损具有很小的影响。通过另一个箭头9示出，o-MMT与石墨的联合对磨损具有出乎意料的显著有益影响。
在图2中，通过柱11至14以牛顿/毫米2表示在试验中求得的平均抗拉强度。通过其他柱15至18以牛顿/毫米2表达所求得的平均抗弯强度。在此，柱11至14相应于64、38、29和25牛顿/毫米2的抗拉强度值。柱15至18相应于109、79、60和65牛顿/毫米2的抗弯强度。
柱11和15相应于纯环氧树脂的使用。柱12和16显示5％石墨的影响。柱13和17显示5％o-MMT的影响。柱14和18显示5％o-MMT和5％石墨对机械特性的影响。通过箭头19表示的是，通过添加石墨与蒙脱石的组合并没有使机械特性显著变差。
在图3中，柱21至27表示414、349、348、312、240、164和152毫米3/兆焦耳的磨损值。柱21显示在使用纯环氧树脂的情况下的磨损。术语“纯环氧树脂”意味着，如在前面的实施例中那样，在环氧树脂中没有混合任何填料。柱22相应于5％石墨的添加。柱23相应于5％的分散纳米硅酸盐的添加。柱24相应于10％的分散纳米硅酸盐的添加。柱25相应于5％的分散纳米硅酸盐和附加的5％石墨的添加。柱26相应于10％的分散纳米硅酸盐和附加的5％石墨的添加。柱27相应于10％的分散纳米硅酸盐和附加的10％石墨的添加。
通过箭头28示出的是，石墨或纳米硅酸盐的单独添加对磨损具有微小的影响。与此相反，可以发现在分散的纳米硅酸盐与石墨的联合添加的情况下对磨损具有显著影响，如通过另一个箭头29所表示的那样。
在图4中，通过柱31至37以牛顿/毫米2表示在试验中求得的平均抗拉强度。通过另外的柱41至47以牛顿/毫米2表示所求得的平均抗弯强度。此外，柱31至37相应于64、38、49、78、46、45和35牛顿/毫米2的抗拉强度。柱41至47相应于109、79、96、119、89、73和68牛顿/毫米2的抗弯强度。
柱31和41相应于纯环氧树脂的使用。柱32和42显示5％石墨的影响。柱33和43显示5％纳米硅酸盐的影响。柱34和44显示10％纳米硅酸盐的影响。柱35和45显示5％纳米硅酸盐和5％石墨的影响。柱36和46显示10％纳米硅酸盐和5％石墨的影响。柱37和47显示10％纳米硅酸盐和10％石墨的影响。
通过箭头48示出的是，通过添加10％纳米硅酸盐可以改善机械特性。通过另一个箭头49示出的是，机械特性没有由于石墨与纳米硅酸盐相联合的添加而显著地变差。
总之，能够确定，相比于纯的环氧树脂，通过在石墨/环氧树脂混合物中添加10％合成球状纳米硅酸盐，可以使磨损下降71％左右。该效应仅可以在两种填料的联合中观察到。
通过添加合成的球状纳米硅酸盐同样可以改善石墨-环氧树脂复合材料的机械特性。在此10％的纳米硅酸盐部分显示出机械特性的较大改善。
相比于纯的环氧树脂，通过添加Nanomer 1.30E至石墨-环氧树脂复合材料，可以使磨损下降40％。石墨与F400例如Nanomer 1.30E的联合显示对磨损行为的强大的协同效应。
附图标记表
1 x-轴
2 y-轴
4 柱
5 柱
6 柱
7 柱
8 箭头
9 箭头
11 柱
12 柱
13 柱
14 柱
15 柱
16 柱
17 柱
18 箭头
19 箭头
21 柱
22 柱
23 柱
24 柱
25 柱
26 柱
27 柱
28 箭头
29 箭头
31 柱
32 柱
33 柱
34 柱
35 柱
36 柱
37 柱
41 柱
42 柱
43 柱
44 柱
45 柱
46 柱
47 柱
48 箭头
49 箭头
Claims (7)
1.摩擦衬片，具有合成材料基底，所述合成材料基底包含石墨作为填料，其特征在于，所述合成材料基底除石墨外还包含纳米填料，所述纳米填料具有体积百分比2％至15％的至少一种纳米硅酸盐，所述石墨填料与所述纳米填料相联合。
2.根据权利要求1所述的摩擦衬片，其特征在于，所述合成材料基底包含大约5％或10％的纳米硅酸盐。
3.根据权利要求1所述的摩擦衬片，其特征在于，所述纳米填料包含纳米粘土或蒙脱石。
4.根据权利要求1所述的摩擦衬片，其特征在于，所述合成材料基底包含2％至10％的纳米粘土或蒙脱石。
5.根据权利要求1所述的摩擦衬片，其特征在于，所述合成材料基底包含2％至15％的石墨。
6.根据上述权利要求之一的摩擦衬片，其特征在于，所述合成材料基底由环氧树脂形成。
7.制动盘，其具有根据上述权利要求之一的摩擦衬片。
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