CN103221502A - 摩擦材料 - Google Patents

Abstract

包含硅酮橡胶颗粒作为摩擦改良剂的本摩擦材料抑制了该硅酮橡胶颗粒从摩擦面的脱落和脱位从而提供有效的耐磨损性。对于包含纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和摩擦改良剂的该摩擦材料，分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒能够用作摩擦改良剂，其中硅烷偶联剂分散于硅酮橡胶颗粒中。

Description

摩擦材料

技术领域

本发明涉及一种用于汽车盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料(friction material)，具体地，涉及一种主要由纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和摩擦改良剂制成的摩擦材料。

背景技术

盘式制动器和鼓式制动器通常用于汽车制动装置。盘式制动器和鼓式制动器包括摩擦部件如盘式制动器垫和鼓式制动蹄，它们是固定于金属基底部件上的摩擦材料。而且，摩擦材料需要具有高耐热性和低制动噪音的产生的可能性。

为了抑制制动噪音的产生，发现提高振动吸收性能是有效的，并且在摩擦材料中添加合成橡胶颗粒是公知的技术。

日本专利申请公开第1999-61104号(专利文献1或称PTL1)描述了抑制制动噪音的产生的摩擦材料，其通过添加耐热性相对高的硅酮橡胶颗粒以提高作为摩擦改良剂的合成橡胶的耐热性。

但是，由于制动作用的摩擦影响，包含在摩擦材料中的该硅酮橡胶颗粒倾向于从摩擦材料的摩擦面上脱落和脱位，因此该硅酮橡胶颗粒的脱落和脱位导致摩擦材料的磨损加速，这缩短了摩擦材料的寿命。

作为一种预防硅酮橡胶颗粒从摩擦材料的摩擦面脱落和脱位的措施，可以在该硅酮橡胶颗粒的表面上包覆硅烷偶联剂，从而提高该硅酮橡胶颗粒表面与作为粘合剂的热固性树脂之间的粘合性能。

通常，该技术领域的人员使用硅烷偶联剂包覆纤维基质材料、研磨材料和摩擦改良剂的表面，从而提高该纤维基质材料、研磨材料和摩擦改良剂与作为粘合剂的热固性树脂之间的粘合性能，其公开于日本专利申请公开第1997-291271号(专利文献2或称PTL2)和日本专利申请公开第2001-20986号(专利文献3或称PTL3)中。

但是，简单地通过使用硅烷偶联剂涂覆相对软的材料(如硅酮橡胶颗粒)的表面不能获得其与热固性树脂间所需的粘合性能，从而不能取得想要的耐磨损性。该问题被认为是摩擦材料的制造工艺的缘故。

通常，通过在干燥条件下的混合工艺来制造摩擦材料，将称量的各原材料添加于混合器中并搅拌混合所述原材料。在该混合工艺中，将各材料在混合器中搅拌；但是，涂覆在材料表面上的硅烷偶联剂由于原材料间的摩擦而被磨损，这显著地降低了硅烷偶联剂的效力。

引用文献列表

专利文献

[PTL1]日本专利申请公开第1999-61104号

[PTL2]日本专利申请公开第1997-291271号

[PTL3]日本专利申请公开第2001-20986号

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和摩擦改良剂的摩擦材料，通过抑制由于制动作用的摩擦影响导致的硅酮橡胶颗粒从摩擦材料的摩擦面的脱落和脱位，包括硅酮橡胶颗粒作为摩擦改良剂的该摩擦材料具有所需的耐磨损性。

本发明的发明人确认在硅酮橡胶颗粒的制造工艺中将硅酮橡胶复合物(compound)与硅烷偶联剂捏和在一起，该硅烷偶联剂分散于该硅酮橡胶颗粒的内部，那么该硅烷偶联剂能够保持其有效性，而与硅烷偶联剂在混合工艺中的表面磨损无关。

另外，为了抑制由于制动作用的摩擦影响导致的硅酮橡胶颗粒从摩擦材料的摩擦面的脱落和脱位，优选地应用适量的具有合适的莫氏硬度(Mohs’hardness)且粒径处于硅酮橡胶颗粒和基质树脂之间的刚性无机颗粒。

本发明用于改善常规技术中存在的问题，并且是基于随后公开的关于包括特定的硅酮橡胶颗粒和进一步包括特定的刚性无机颗粒的摩擦材料的技术而做出的。

(1)本发明的第一个特征是提供具有纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和摩擦改良剂的摩擦材料，其中该摩擦改良剂包括使硅烷偶联剂分散于硅酮橡胶颗粒的内部而形成的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒。

(2)本发明还提供以上的摩擦材料，其具有附加特征：上述的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒进一步包括相对于该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的总量为0.1重量%～5重量%的硅烷偶联剂。

(3)本发明还提供以上的摩擦材料，其具有附加特征：包括相对于该摩擦材料的总体积为0.5体积%～20体积%的该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒。

(4)本发明还提供以上的摩擦材料，其具有附加特征：该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的平均颗粒直径为10微米～1000微米。

(5)本发明还提供以上的摩擦材料，其具有附加特征：包括具有莫氏硬度为5～9且平均颗粒直径为1微米～15微米的刚性无机颗粒作为研磨材料。

在本摩擦材料中，通过利用将硅烷偶联剂分散于硅酮橡胶颗粒内部的硅酮橡胶颗粒作为摩擦改良剂，能够抑制由制动作用的摩擦影响导致的硅酮橡胶颗粒的脱落和脱位，从而提供具有优良耐磨损性的摩擦材料。

附图说明

图1为利用本发明的摩擦材料制造盘式制动器垫的实例示图；和

图2为利用本发明的摩擦材料制造鼓式制动蹄的实例示图。

具体实施方式

在包括硅酮橡胶颗粒作为摩擦改良剂的摩擦材料中，将分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒用作所述硅酮橡胶颗粒。该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒是通过在硅酮橡胶复合物中添加硅烷偶联剂和硫化剂(vulcanizing agent)并搅拌来制备的。

因为硅烷偶联剂分散于硅酮橡胶颗粒的内部，该硅烷偶联剂能够保持其有效性而不受混合过程中硅酮橡胶颗粒表面磨损的影响，从而在该硅酮橡胶颗粒与热固性树脂间获得充足的粘合性能，并且抑制由制动作用的摩擦影响引起的硅酮橡胶颗粒的脱落和脱位。

相对于全部的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒，包含于该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒中的硅烷偶联剂优选为0.1重量%～5重量%，更优选0.5体积%～3体积%。

相对于全部的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒，如果包含于该硅酮橡胶颗粒中的硅烷偶联剂少于0.1重量%，则在该硅酮橡胶颗粒与树脂基质之间不能获得充分的粘合性能，并且不能满足所需的耐磨损性。关于相对于全部的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒，在该硅酮橡胶颗粒中所需包含的硅烷偶联剂的最大体积%，在该硅酮橡胶颗粒具有多于5重量%的硅烷偶联剂时不能看出显著的效果，并且更多的硅烷偶联剂增加了分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的成本，因此相对于全部的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒，优选硅烷偶联剂为5体积%以下。

硅酮橡胶复合物是具有未硫化的硅酮橡胶和高品质二氧化硅作为主要成分的橡胶复合物，并且用于本发明的摩擦材料中的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒是通过添加硅烷偶联剂和硫化剂(如，有机过氧化物硫化剂)、进行热固化以将它们固化并制成颗粒形式来制造的。

制备硅酮橡胶颗粒的方法可以是例如粉碎法、喷雾干燥法、凝固法和粉末干燥法。

本发明的硅烷偶联剂可以是通常使用的硅烷偶联剂，例如环氧树脂类(epoxy based)硅烷偶联剂、氨基类硅烷偶联剂和异氰酸酯类硅烷偶联剂。当使用酚类树脂作为粘合剂时，氨基类硅烷偶联剂是优选的。

包含于摩擦材料中的该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的体积相对于该摩擦材料的总体积，优选为0.5体积%～20体积%，更优选为3体积%～5体积%。

如果包含于摩擦材料中的该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的体积相对于该摩擦材料的总体积小于0.5体积%，不能预期通过使用硅酮橡胶颗粒来减少振动，从而造成了更大的产生制动噪音的可能性。此外，如果包含于摩擦材料中的该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的体积相对于该摩擦材料的总体积超过20体积%，则耐磨损性降低。

分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的平均颗粒直径优选为10微米～1000微米，更优选为400微米～600微米。

如果该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的平均颗粒直径小于10微米，则不能预期通过使用硅酮橡胶颗粒来减少振动，从而造成了更大的产生制动噪音的可能性。

并且，如果该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的平均颗粒直径超过1000微米，则耐磨损性降低。此处，本发明的平均颗粒直径是由激光衍射型粒度分布测量法(Laser Diffraction-type ParticleSize Distribution Measuring Method)测量的50%颗粒直径。

另外，本发明的摩擦材料中将添加刚性无机颗粒。当在分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒和热固性树脂之间存在该刚性无机颗粒时，该刚性无机颗粒起着楔子的作用，从而能够抑制该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的脱落和脱位。

该刚性无机颗粒的莫氏硬度优选为5～9，并且该刚性无机颗粒的平均颗粒直径优选为1微米～15微米，其中当相对于摩擦材料的总体积添加0.1体积%～20体积%的该刚性无机颗粒时，提高了该摩擦材料的耐磨损性。

莫氏硬度为5～9的刚性无机颗粒可以是氧化镁(magnesia)、硅酸锆、二氧化硅(silica)、氧化铝(alumina)和碳化硅；但是，刚性无机颗粒可以是莫氏硬度为5～9的通常添加于摩擦材料的其它刚性无机颗粒。并且，本发明中使用的莫氏硬度是以(1)滑石、(2)石膏、(3)方解石、(4)萤石、(5)磷灰石、(6)正长石、(7)石英、(8)黄玉、(9)刚玉、(10)金刚石为代表的旧莫氏硬度。

此外，本发明的摩擦材料不仅包含上述的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒和刚性无机颗粒，而且包含通常用于摩擦材料中的纤维基质材料(如金属纤维、有机纤维和无机纤维)、粘合剂(如热固性树脂)和摩擦改良剂(如有机填料、无机填料、润滑剂和金属颗粒)。

本发明的纤维基质材料可以是金属纤维(如铁纤维、钢纤维、铜纤维、黄铜纤维和青铜纤维)、有机纤维(如芳香族聚酰胺纤维、丙烯酸类纤维、碳纤维)和无机纤维(如陶瓷纤维、岩棉纤维和钛酸钾纤维)。可以使用此处所述的纤维基质材料的任意一种或组合。包含于摩擦材料中的纤维基质材料的体积相对于该摩擦材料的总体积优选为5体积%～60体积%以确保机械强度，更优选为10体积%～50体积%。

本发明的粘合剂可以是热固性树脂(如酚树脂和环氧树脂)，用腰果油、硅酮油或各种弹性体改性的热固性树脂的树脂，以及热固性树脂中分散了各种弹性体和氟聚合物的树脂。粘合剂可以是前述材料的任意一种或组合。

所包含的粘合剂的体积相对于摩擦材料的总体积优选为7体积%～30体积%以确保机械强度和耐磨损性，更优选为9体积%～20体积%。

除了分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒以外的摩擦改良剂可以是有机填料(如腰果粉尘、橡胶粉尘(轮胎胎面用橡胶粉碎粉末)、除了硅酮橡胶之外的各种未硫化的橡胶颗粒、和除了硅酮橡胶之外的各种硫化橡胶颗粒)，无机填料(如硫酸钡、碳酸钙、氢氧化钙、蛭石和云母)、润滑剂(如二硫化钼、硫化锡、硫化锌和硫化铁)，和金属颗粒(如铜颗粒、黄铜颗粒、锌颗粒和铝颗粒)。该摩擦改良剂可以是上述材料的任意一种或组合。

考虑到所需的摩擦特性，该摩擦改良剂的体积相对于摩擦材料的总体积优选为40体积%～70体积%，更优选50体积%～70体积%。

本发明的摩擦材料是通过以下步骤来制造的：使用混合器如Loedige Mixer或Eirich Mixer将预定量的以上说明的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒、刚性无机颗粒、纤维基质材料、粘合剂和摩擦改良剂均匀混合的步骤；预成型步骤，例如将获得的原材料混合物置于预成型模中；热压成型步骤，例如将预成型的产物置于热成型模中，并以130～180℃的成型温度和15～49MPa的成型压力下加工3～10分钟；于140～250℃对获得的成型部件进行2～12小时的热处理(后固化)的步骤；研磨摩擦面的步骤；以及如果必要和适当的涂覆步骤、烘焙步骤和焦化(scorching)步骤。

当在热压成型步骤中制造盘式制动器垫时，将已经清洁的、经表面处理的并且在其上涂有胶粘剂的金属背板叠加在上述预成型的部件上以形成盘式制动器垫。

实施例

在以下章节中，提供了实施例和比较例，并且对本发明进行了详细的说明；但是，本发明并不限于以下的描述。

制造分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒1～7的方法

在捏和机中捏和表1所示的硅酮橡胶复合物和氨基类硅烷偶联剂并且加入有机过氧化物类硫化剂以进一步捏和所获得的混合物之后，将获得的进一步捏和的混合物挤出成薄片状硅酮橡胶基复合物，并且于150℃～250℃加热该薄片状硅酮橡胶基复合物以将其固化。然后，用喷磨机将该固化的薄片状硅酮橡胶基复合物粉碎并分级以生产分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒1～7。

制造硅烷偶联剂包覆的硅酮橡胶颗粒8的方法

向表1所示的硅酮橡胶复合物中添加有机过氧化物硫化剂以将该混合物捏和之后，将该混合物挤出成薄片状硅酮橡胶基复合物，并且于150℃～250℃加热该薄片状硅酮橡胶基复合物以将其固化。然后，用喷磨机将该固化的薄片状硅酮橡胶基复合物粉碎并分级以生产硅酮橡胶颗粒。将获得的硅酮颗粒和氨基类硅烷偶联剂装入搅拌器中搅拌以将该氨基类硅烷偶联剂固定在该硅酮橡胶颗粒的表面上，从而生产硅烷偶联剂包覆的硅酮橡胶颗粒8。

制造实施例1～19和比较例1的摩擦材料的方法

通过Loedige Mixer将表2～4(实施例和比较例)中所示的用于摩擦材料的原材料组合物混合约10分钟，并且将获得的混合物置于预成型模中以35MPa加压1分钟进行预成型。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

将该预成型的产物和预先清洁的、经表面处理并在其上涂有胶粘剂的铁背板叠合，并置于热成型金属模具中，于155℃的成型温度加热并以40MPa的成型压力加压5分钟，在热处理室中于200℃热处理(后固化)4小时，涂覆、烘焙并研磨以形成实施例和比较例中的汽车用盘式制动器垫。

对实施例和比较例的盘式制动器垫进行评估。评估方法和评估标准如表所示。

耐磨损性

将实施例1～19和比较例1的客运车辆盘式制动器垫安置于测功机上，根据测功机(JASO C427-88)上底盘和制动系统-制动器衬片和盘式制动器垫-磨损测试程序(Chassis And Brake-Brake Lining AndDisc Brake Pad-Wear Test Procedure On Dynamometer(JASO C427-88))的通用磨损测试(预制动温度200℃)对所述制动器进行测试，以测量该盘式制动器垫的磨损量。

使用的卡钳制动器类型：浮动式卡钳

惯性：7.0kg·m²

评估标准如下：

◎：小于0.15mm

○：0.15mm以上，小于0.20mm

△：0.20mm以上，小于0.25mm

×：0.25mm以上

制动噪音

将客运车辆盘式制动器垫安装在实际车辆中，根据客车-服务制动路试程序(Passenger Cars–Service Brake Road Test Procedures(JASOC402))以测量制动噪音的产生率。

评价标准如下：

◎:0%

〇:大于0%，小于5%

△:5%以上，小于10%

×:10%以上

本发明能够抑制由制动作用的摩擦影响导致的硅酮橡胶颗粒从摩擦材料的摩擦面上的脱落和脱位，所获得的摩擦材料显示出有效的耐磨损性，其成为用作车辆制动装置的盘式制动器或鼓式制动器的显著且实际有效的摩擦材料。

本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明范围的条件下，本文所述的一个或多个实施例的其它变形是可能的也是可以实施的。

Claims (5)

1.一种摩擦材料，包含：

纤维基质材料，

粘合剂，

研磨材料，和

摩擦改良剂，其中

该摩擦改良剂包含使硅烷偶联剂分散于硅酮橡胶颗粒内部而形成的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒。

2.根据权利要求1的摩擦材料，其中相对于分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的总量，该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒包含0.1重量%～5重量%的硅烷偶联剂。

3.根据权利要求1或2的摩擦材料，其中相对于摩擦材料的总量，该摩擦材料包含0.5体积%～20体积%的分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒。

4.根据权利要求1～3中任一项的摩擦材料，其中该分散了硅烷偶联剂的硅酮橡胶颗粒的平均颗粒直径为10微米～1000微米。

5.根据权利要求1～4中任一项的摩擦材料，其中相对于摩擦材料的总量，该摩擦材料包含0.1体积%～20体积%的刚性无机颗粒作为研磨材料，其中该刚性无机颗粒具有5～9的莫氏硬度和1微米～15微米的平均颗粒直径。

Images