CN103834362A - 一种无铜摩擦材料组合物以及由其制备的摩擦材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摩擦材料组合物，其包含以下组分：酚醛树脂、橡胶、石墨、钛酸钾、银合金、润滑剂、芳纶、研磨剂和填充剂。由本发明的无铜摩擦材料组合物制备的摩擦材料不仅具备无石棉有机摩擦材料的低噪音的优点，也具备低金属摩擦材料抗热衰退和制动盘修复能力，并利用对合金材料的应用，替代了铜的使用，实现了环境的保护。

Description

一种无铜摩擦材料组合物以及由其制备的摩擦材料

技术领域

本发明属于汽车生产制造技术领域，涉及一种摩擦材料组合物以及由其制备的摩擦材料。具体地讲，本发明涉及一种无铜摩擦材料组合物以及由其制备的摩擦材料。

背景技术

目前汽车上的制动系统主要采用盘式或鼓式制动器，通过摩擦材料与制动盘或鼓之间的摩擦作用，将车辆行驶产生的动能转化为制动器的热能，最终实现车辆的减速和停止。

在汽车发明的这一百多年中，摩擦材料发展经历了几个阶段，由最初采用布料纤维和橡胶的混合物，发展到风靡几十年的以石棉为基材的油浸摩擦材料。

直到上个世纪七八十年代，由于石棉在摩擦材料生产过程中，其产生的针尖状纤维被人体吸入后，附着在肺或支气管中，不易清除，最终导致癌变等后果，因此石棉基材的使用逐渐被废弃，欧美等国率先开发了无石棉半金属摩擦材料，其主要特征为含50%以上的钢棉或铁末。此类摩擦片具备比较中庸的性能，以及一般的噪音和抖动表现，成本较低，其最致命的缺点就是热衰退下摩擦材料的磨损非常高，热衰退性能较差，且由于过高的铁含量，易与制动盘上的铸铁材料发生转移，导致摩擦系数不稳定，最终可致制动盘的损坏，甚至出现抖动问题。

低金属摩擦材料的发明有效弥补了上述缺陷，通过加入5%~20%含量的铜，做到散热的同时也起到润滑作用，稳定了摩擦系数，并将钢棉和铁末的比率下降至20%以下或者为0，降低了制动盘材料转移的可能，最后通过添加氧化铝、氧化锆或氟化钙等研磨剂，提高制动时摩擦材料在高温下对制动盘的抓盘能力，提高了高温抗热衰退性能，因此低金属材料目前一直普遍被欧美和国内汽车厂家所采用，但由于其固有的高摩擦系数和对制动盘较高的攻击性，导致其噪音和轮辋粉尘的表现不尽人意。

由于目前的汽车用户对噪音、抖动等涉及汽车舒适性方面的要求日趋提高，日本率先开发了无石棉有机摩擦材料，即NAO，此材料保留了低金属中的铜含量，彻底放弃了铁材料的添加，通过添加碳酸钾和芳纶等材料，稳定摩擦系数，同时也放弃添加研磨剂，将制动噪音降低到非常优异的水平，也正是如此，摩擦系数和热衰退性能也相应降低了一个级别，因此，无石棉有机材料NAO是牺牲性能下向舒适性妥协的产物。

总而言之，目前市面上这三种材料都有其侧重的优点，但缺点也非常明显。现在随着环境保护意识的增强，很多国家发现摩擦材料中的铜通过摩擦粉尘散落到周边环境中，导致周边土壤和水域铜含量超标，严重威胁生态环境，美国等国家已经率先开始考虑禁止铜在摩擦材料中的使用。因此开发无铜摩擦材料成为摩擦行业的一种新需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供新的摩擦材料，以实现环保、摩擦系数稳定且噪音低之间的性能平衡。

本发明所要解决的技术技术问题可以通过以下技术方案得到解决：

根据本发明的一个方面，提供一种无铜摩擦材料组合物，其包含以下组分：

酚醛树脂、橡胶、石墨、钛酸钾、银合金、润滑剂、芳纶、研磨剂和填充剂。

根据本发明的另一方面，提供一种制备无铜摩擦材料的方法，其包括将本发明的无铜摩擦材料组合物热压成型，然后热处理。

根据本发明的另一方面，提供一种无铜摩擦材料，其包含本发明的无铜摩擦材料组合物。

根据本发明的另一方面，提供包含本发明的无铜摩擦材料的制动系统。

在本发明无铜摩擦材料组合物中，将研磨剂引入配方，同时使用银合金替代铜的使用，达到稳定摩擦系数及散热效果。这种新型摩擦材料不仅继承了NAO摩擦材料低噪音的优点，也比低金属材料具备更优异的轮辋粉尘效果，同时也具备了高温抗热衰退的能力，可以说很好兼顾了NAO和低金属摩擦材料各自的优点，银合金对铜的替代也很好地保护了环境。

具体实施方式

本发明是发明人基于以下考虑而实施的：酚醛树脂能起粘合作用，提高摩擦材料的剪切强度；橡胶能吸震和其粘合作用，同时提高低温摩擦系数；石墨稳定摩擦系数，降低磨损和噪音；碳酸钾的使用可以使摩擦材料的静态摩擦系数和动态系数之间的差值非常接近，起调整和稳定摩擦系数的作用；银合金用于替代铜的使用，仍然具备铜所具有的导热和抗磨损的作用，同时对环境无不利影响；润滑剂的使用可以降低磨损和稳定摩擦系数；芳纶可以在高温下保持较好的摩擦系数同时不伤害制动盘，并提高了摩擦材料强度；研磨剂的使用可以使制动盘在产生厚薄差之后进行有效修复，也可以提高该摩擦材料在高温下抓盘能力，同时通过控制其细度，提升或降低摩擦系数；填充剂用于成本考虑。

根据本发明的一个方面，提供一种无铜摩擦材料组合物，其包含以下组分：

酚醛树脂、橡胶、石墨、钛酸钾、银合金、润滑剂、芳纶、研磨剂和填充剂。

在一些实施方案中，所述酚醛树脂为丁腈橡胶改性酚醛树脂。

在一些实施方案中，所述橡胶为丁腈橡胶。

在一些实施方案中，所述银合金为银锡合金。

在一些实施方案中，所述润滑剂为选自以下中的一种或多种：石墨、金属硫化物。所述金属硫化物可以选自硫化锡、硫化钼、硫化锑等。

在一些实施方案中，所述研磨剂为选自以下中的一种或多种：氧化锆、氧化铝、锆英粉。

在一些实施方案中，所述填充剂为选自以下中的一种或多种：硫酸钡、云母粉、氢氧化钙和氧化镁。

在一些优选的实施方案中，所述无铜摩擦材料组合物包含以下组分：

酚醛树脂　　　　　　　　　　　　6-10%重量，优选8-10%重量

橡胶　　　　　　　　　　　　　　1-3%重量，优选2-3%重量

石墨　　　　　　　　　　　　　　1-3%重量，优选2-3%重量

钛酸钾　　　　　　　　　　　　　5-20%重量，优选10-20%重量

银合金　　　　　　　　　　　　　5-20%重量，优选15-20%重量

润滑剂　　　　　　　　　　　　　5-15%重量，优选10-15%重量

芳纶　　　　　　　　　　　　　　5-10%重量，优选7-10%重量

研磨剂　　　　　　　　　　　　　1-5%重量，优选2-5%重量

填充剂　　　　　　　　　　　　　5-25%重量，优选15-25%重量

以上重量百分比均匀以所述组合物的总重量为基准。

在一些实施方案中，本发明的无铜摩擦材料组合物还含有本领域中常用的其它助剂，例如焦炭，人造粒子，尤其Produco公司的MKE。所述其它助剂的量可以为3-8%重量，以所述组合物的总重量为基准。焦炭能辅助稳定摩擦系数和降低磨损。在一些实施方案中，使用石油焦。

在一些实施方案中，所用的芳纶为帝人公司提供的芳纶-1099。

在一些实施方案中，所用的钛酸钾为片晶钛酸钾。

根据本发明的另一方面，提供一种制备无铜摩擦材料的方法，其包括将本发明的无铜摩擦材料组合物热压成型，然后热处理。

在一个实施方案中，所述热压成型的条件为：温度：150-170℃，压力：20~30MPa，时间：4~6分钟；所述热处理的条件为：温度：160~220℃，时间6~10小时。

根据本发明的另一方面，提供一种无铜摩擦材料，其包含本发明的无铜摩擦材料组合物。

根据本发明的另一方面，提供包含本发明的无铜摩擦材料的制动系统。

实施例

下面采用实施例对本发明进行说明，但本发明的范围不局限于此。除非另外说明，以下百分比均以重量计。以下实施例中使用了以下表征方法进行了性能表征：

摩擦系数测试和热衰退性能可运用AK-Master试验程序。

噪音测试可应用SAE 2521试验程序。

实施例1-3

按照表1所列成分及含量配制本发明无铜摩擦材料组合物：

表1　实施例1-3中各无铜摩擦材料组合物的组成

。

 

实施例4-6

将实施例1-3的无铜摩擦材料组合物在150~170℃、20~30MPa压力下保持4~6分钟以进行热压成型，然后在160~220℃下进行热处理6~10小时，将其压制成制动系统中的摩擦片。

对摩擦片性能进行表征，测试中，利用一个浮动式制动钳(54mm缸径，球墨铸铁550材料)和制动盘(尺寸为280*22mm，灰铁250材料)这套对偶件在前角总成的基础上进行AK-master和噪音的相关测试，结果见表2。实施例4-6分别对应实施例1-3的无铜摩擦材料组合物。

表2　所制备的制动系统的性能

。

从表2可以看出包含由本发明的无铜摩擦材料组合物制备的摩擦材料的制动系统具有摩擦系数稳定，噪音特性优异，同时热衰退性能良好的优点。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.一种无铜摩擦材料组合物，其特征在于，其包含以下组分：

酚醛树脂、橡胶、石墨、钛酸钾、银合金、润滑剂、芳纶、研磨剂和填充剂。

2.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料组合物，其特征在于，所述橡胶为丁腈橡胶。

3.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料组合物，其特征在于，所述润滑剂为选自以下中的一种或多种：石墨、金属硫化物。

4.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料组合物，其特征在于，所述研磨剂为选自以下中的一种或多种：氧化锆、氧化铝、锆英粉。

5.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料组合物，其特征在于，所述填充剂为选自以下中的一种或多种：硫酸钡、云母粉、氢氧化钙和氧化镁。

6.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料组合物，其特征在于，其还包含本领域中常用的其它助剂。

7.一种制备无铜摩擦材料的方法，其特征在于，其包括将权利要求1-6中任一项所述的无铜摩擦材料组合物热压成型，然后热处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热压成型的条件为：温度：150-170℃，压力：20~30MPa，时间：4~6分钟；所述热处理的条件为：温度：160~220℃，时间6~10小时。

9.一种无铜摩擦材料，其特征在于，其包含权利要求1-6中任一项所述的无铜摩擦材料组合物。

10.包含权利要求9所述的无铜摩擦材料的制动系统。