CN104040209A - 用于盘式制动器的摩擦组件的材料 - Google Patents
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Abstract
本发明说明了包含按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂和按重量计2％至10％的至少一种有机树脂的用于盘式制动器的摩擦组件的材料。还说明了用于盘式制动器的摩擦组件、盘式制动器，和生产这种材料的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于盘式制动器的摩擦组件的材料。
本发明还涉及生产用于盘式制动器的摩擦组件的材料、盘式制动器的衬垫和包含这种衬垫的盘式制动器的方法，
背景技术
一般地，在盘式制动器中，由制动装置产生制动行为，像例如活塞和汽缸组，其通过旋转盘的相对表面上的摩擦组件起作用。
已知利用常规的有机材料，如酚醛树脂，完成盘式制动器的摩擦组件。
然而，这种材料在耐温方面有严格的限制，这意味着必须制作很大尺寸的组件，在涉及的领域具有明显缺点。
因此，最近已经利用陶瓷基体材料制造了用于盘式制动器的摩擦组件。
事实上，陶瓷基体材料在摩擦系数和耐磨性方面具有良好的性能。此外，对于例如，通过烧结金属或有机粉末获得的摩擦材料，其热耐火性的特征使得能够减少从盘到液压制动系统的热量传输。
通常通过聚合物陶瓷前体的热解(聚合物热解)来获得这种陶瓷基体材料，通常由以下物质组成：含硅有机聚合物(含有硅)，像例如聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷。
在以No.WO2010/016079公开的(以相同申请人的姓名)国际专利申请，描述了使用陶瓷基体的摩擦材料的实例。
它公开了制备用于制动器的摩擦组件的陶瓷基体材料的方法，特别是盘式制动器，包括以下操作阶段：
-制备至少一种硅型陶瓷前体和适合作研磨剂的硬质材料颗粒，适合作润滑剂的物质颗粒和金属材料的颗粒的混合物；
-热压所述混合物以获得生坯；
-提交所述生坯至热解过程，以实现陶瓷先驱体粘合剂的陶瓷化，获得所述陶瓷基体材料；
其中，所述混合物包括在所述热压阶段，适合有利于所述陶瓷前体的网状形成的催化剂，并且其中在低于800℃温度下进行所述热解过程。
已知的陶瓷材料，虽然从耐热性的角度并因此在制动角度看它们是有效的，但是在使用中产生振动和噪声问题。这极大地损害了它的使用，因为在涉及领域中舒适性是最重要的商业需求之一。
事实上，已知在制动动作过程中，经常产生噪声，其通常以哨音的形式，从而降低了驾驶舒适性。
这种噪声的产生归因于振动现象的发生，这涉及不同的制动组件，包括所述衬垫。
已经进行了大量研究，以提出可以减少或消除制动噪声的盘式制动器的几何形状。
然而，在大多数情况下，发现解决方案需要重新设计制动器的整体结构。
需要如此深度地修改制动器的结构，以减少哨音现象，是显著的缺点。事实上，考虑到在制动过程中发生的现象复杂性，并且考虑到它们依赖于特定应用，换句话说使用盘式制动器的车辆的类型，在实验测试后或用于不同于预见到的那些的应用后，基于理论模拟最佳的具体解决方案是不令人满意的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于盘式制动器的摩擦组件的材料，其能够抵抗高温，并可实现有效的和无噪音的制动，即使在小尺寸组件中。
本发明的另一个目的是提供一种不涉及所述盘式制动器的结构修改的摩擦组件。
通过包含按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂和按重量计2％至10％的至少一种有机树脂的用于盘式制动器的摩擦组件的材料实现了这些和其他的目的。
在本发明上下文中，所述术语“陶瓷先驱体”是指陶瓷材料的聚合物前体。
由于在材料的组合物中存在陶瓷先驱体树脂和有机树脂的这种特定百分比，有可能避免上述缺点。
优选地，所述陶瓷先驱体树脂和有机树脂的总量小于或等于12％(以peso计)。
以这种方式促进了材料的模制步骤。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述用于摩擦组件的材料包括按重量计2％至6％的陶瓷先驱体树脂和按重量计4％至8％的有机树脂。
使用这样的百分比有可能，除了克服与噪声和耐热性相关的缺点之外，还能改善用这种材料获得的摩擦组件的磨合步骤中的性能。
根据本发明的一个特别优选的实施方式，所述材料包括按重量计2％的陶瓷先驱体树脂和按重量计7％的有机树脂。
使用这样的百分比得到的材料显示在耐热性和制动的安静性方面更好的折衷。
有利地，所述陶瓷先驱体树脂包括至少一种硅酮树脂。
优选地，所述硅酮树脂是硅氧烷树脂。它是特别具有成本效益的。
甚至更优选地，所述硅氧烷树脂是聚倍半硅氧烷树脂。这对于由此获得的摩擦材料的性能和磨损是最佳的。
有利地，所述有机树脂是酚醛树脂。
优选地，所述用于摩擦组件的材料还包括以下至少一种：催化剂、研磨剂、润滑剂、金属和阻尼剂。它们有助于摩擦功能。
根据进一步方面，本发明涉及用于包括如前所述的和如下更好地描述的材料的盘式制动器的摩擦组件。
由这种材料制成的摩擦组件实现了上述的有效性和安静性的相同优点。
它也有具有常规结构的优点，即不需要盘式制动器的结构修改。
根据进一步方面，本发明涉及一种盘式制动器，其包括如前所述和如下文更好地描述的至少两个衬垫，和用于盘式制动器的卡钳，所述卡钳包括适合将所述至少两个衬垫夹持在盘式制动器的制动带上的推压装置。
这种盘式制动器结构简单且具有生产成本效益，以及具有有效性和安静性的所有上述优点。
根据进一步方面，本发明涉及生产用于盘式制动器的摩擦组件的材料的方法，包括以下步骤：
-提供按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂；
-提供按重量计2％至10％的至少一种有机树脂；
-混合所述陶瓷先驱体树脂和所述有机树脂；
-模制和聚合所述混合物，从而得到半成品；
-煅烧所述半成品。
这种方法可以生产具有良好耐热性的材料，因此生产有效的、无噪音的且体积小的摩擦组件。
这种方法也是简单的且有成本效益的。
烘培是一种已知的热处理，将不再进一步详述。
附图说明
为了更好地理解本发明和领会其优点，下文将参考附图提供用于盘式制动器的摩擦组件的材料，用于盘式制动器的摩擦组件，盘式制动器和生产所述盘式制动器的摩擦组件的材料的方法的一些非限制性示例性实施方式的描述，其中：
图1描绘了曲线图，其显示两个函数：上面部分示出了在正常运行时，在根据本发明的第一实施方式所述的材料中、在已知有机材料中和在已知陶瓷材料中，摩擦组件的平均摩擦系数随制动事件次数的增加的进展；底部部分示出了对于相同的三种材料，在制动过程中与所述摩擦组件相关的盘的温度随制动事件次数的增加的进展；
图2是曲线图，显示在磨合步骤中，由根据本发明的第二实施方式所述的材料、已知有机材料和已知陶瓷材料制成的摩擦组件的平均摩擦系数随制动事件次数的增加的进展；
图3是曲线图，显示在制动过程中，根据本发明的第三实施方式所述的材料、已知陶瓷材料和已知有机材料的摩擦组件的瞬时摩擦系数的进展。
具体实施方式
根据本发明，用于盘式制动器的摩擦组件的材料包括按重量计1％至8％(wt％)的至少一种陶瓷先驱体树脂。
这种百分比优选地为2％至6％。使用作为例子给出的材料，使用按重量计约2％的陶瓷先驱体树脂的量获得了最佳结果。
能够在本发明中使用的陶瓷先驱体树脂的一些例子是：聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷和聚硅氧烷。
这种陶瓷先驱体树脂优选硅酮树脂，甚至更优选硅氧烷树脂。在优选的实施方式中，它是聚倍半硅氧烷树脂。
根据本发明所述的用于摩擦组件的材料还包括按重量计2％至10％的至少一种有机树脂。
这种百分比优选为4％至8％。使用按重量计7％的有机树脂获得了最佳结果。
如从实施例中可以看到的，所述陶瓷先驱体树脂和有机树脂的总量优选小于或等于按重量计12％。
所述有机树脂可以选自：酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂。
根据本发明的优选的实施方式，优选酚醛树脂。
用于摩擦组件的所述材料还包括，以公知的方式，催化剂、研磨剂、金属、阻尼剂和/或润滑剂。
特别地，包含在所述混合物中的所述催化剂的量小于或等于按重量计2％；所述研磨剂为按重量计10％至30％；所述金属的量小于或等于60％；所述阻尼剂的量小于或等于10％；以及所述润滑剂的量小于或等于50％。
所述阻尼剂被用来提高舒适性并优选包括平面状硅酸盐。
根据本发明所述的摩擦材料可以用来生产摩擦组件，旨在摩擦配合由复合陶瓷材料(CCM)制成的制动盘，和由灰铸铁制成的制动盘。
根据本发明的摩擦组件优选衬垫。
它具有已知的几何形状，即，没有必要对根据本发明所述的衬垫的几何形状进行特定结构修改。
根据本发明的盘式制动器包括至少两个衬垫和用于已知类型的盘式制动器的卡钳。这种卡钳包括将所述衬垫夹紧在制动盘的制动带上的推压装置。
所述衬垫和卡钳(为已知类型)的几何形状，将不再进一步描述。
现在将描述用于生产根据本发明所述的盘式制动器的组件的材料的方法的优选实例。
本发明的优选的方法包括，提供按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂和按重量计2％至10％的至少一种有机树脂。
它们优选粉末形式。
在随后步骤中，提供了将所述两种树脂的至少一种，优选所述陶瓷先驱体树脂与催化剂混合。这种催化剂包括乙酰丙酮酸锌水合物Zn(C5H7O2)2xH2O。
此后，将所述陶瓷先驱体树脂和所述有机树脂混合在一起。
向所得到的混合物中加入研磨剂、润滑剂、金属和/或阻尼剂。
后者具有减震功能，用于提高舒适性，并且优选地包括平面状硅酸盐。
然后，进行模制和聚合所述混合物的步骤，以获得半成品。
通过用约150-600kg/cm2的压力进行压缩模制来进行所述模制。
此后，可以在并不高的温度下，例如约300℃，进行煅烧步骤。
根据本发明所述方法的第一变体，将粉末形式的所述陶瓷先驱体树脂造粒，优选连同研磨剂、润滑剂、金属、阻尼剂和液体佐剂，优选水一起。优选在室温下，将在这种步骤之后形成的颗粒放置干燥，然后进行热解。
所述热解优选在惰性气氛中进行，例如，在氮气中，在约500℃的热解炉中。
所得到的产物与所述有机树脂混合。
优选地，此后其中再次加入一种或多种：研磨剂、润滑剂、金属、阻尼剂。
然后，热模制并聚合所述混合物。此后，可以在相对低的温度下进行煅烧步骤，例如约300℃。
以这种方式，获得了由有机基体组成的结构，其中掺入陶瓷材料的颗粒。
根据第二变体，本发明的方法包括提供液体形式的所述陶瓷先驱体树脂和粉末形式的所述有机树脂。这种变体提供了模制和聚合所述有机树脂，从而得到有机半成品。
此后，在约300℃下热处理所述有机半成品。这种热处理优选包括在环境气氛中的煅烧步骤。
可替换地，在改性气氛中进行所述处理，特别是在约500℃下在氮气中。
此后，液体形式的所述陶瓷先驱体树脂与可选的添加剂结合，允许渗透进入所述有机半成品中，从而获得混合半成品，然后将其热解。
优选在真空中进行所述步骤，以促进所述陶瓷先驱体树脂渗透进入所述半成品的孔隙中。
实施例
实施例1
6％重量的聚倍半硅氧烷树脂，加入催化剂，与4％重量的酚醛树脂混合。
向这种混合物中加入24％重量的研磨剂，40％重量的金属，21％重量的润滑剂和5％重量的阻尼剂。
实施例2
2％重量的聚倍半硅氧烷树脂，加入催化剂，与7％重量的酚醛树脂混合。
向这种混合物中加入24％重量的研磨剂，41％重量的金属，21％重量的润滑剂和5％重量的阻尼剂。
实施例3
4％重量的聚倍半硅氧烷树脂，加入催化剂，与6％重量的酚醛树脂混合。
向这种混合物中加入24％重量的研磨剂，40％重量的金属，21％重量的润滑剂和5％重量的阻尼剂。
实施例4(比较)
向9％重量的酚醛树脂中加入24％重量的研磨剂，41％重量的金属，21％重量的润滑剂和5％重量的阻尼剂。
实施例5(比较)
9％重量的聚倍半硅氧烷树脂，加入催化剂，与35％重量的研磨剂，34％重量的金属和22％重量的润滑剂混合。
使用所得到的五种材料的每一种，制成了已知几何形状的衬垫。
通过在底盘测力计上模拟真实的制动，复制道路车辆的相同惯性，测试了上述实施例中得到的所述衬垫。
图1曲线图的上面部分显示了，在正常运作中，根据本发明的第一实施方式所述的衬垫(实施例1)，和根据给定的现有技术的两种材料(分别在实施例4和实施例5中)的平均摩擦系数随制动事件次数的增加的进展。
如从这种曲线图中可以看出，根据本发明所述的材料随制动事件数量的增加，保持基本恒定的平均摩擦系数。这表明保持了良好的机械特性。此外，本发明所述的材料不具有有机材料的负峰，因此制动效能没有突然下降。
在图1曲线图的底部部分，可以看出与衬垫相关的盘的温度本身，如何随制动事件数量的增加而变化。具有由本发明所述材料制成的衬垫的盘的温度低于具有机材料的衬垫(实施例4)的盘的温度，具有明显的机械优点。
因此从这样的图1中，可以看出使用根据本发明所述材料制成的衬垫的摩擦系数如何甚至在高温下保持较高。图2的曲线图显示了在磨合步骤过程中，根据本发明的第二实施方式所述的衬垫(实施例2)，即特别优选的实施方式，和根据给出的现有技术的两种材料(分别在实施例4和实施例5中)的平均摩擦系数随制动事件次数的增加的进展。因为众所周知的是，磨合步骤是微妙的步骤，其中确保稳定的高摩擦系数比较困难。
如从这样的曲线图中可以看出的，根据本发明所述的材料随制动事件次数的增加，保持基本恒定的和较高的平均摩擦系数，甚至在磨合过程中。这种平均摩擦系数也平均地大于有机材料的摩擦系数。因此，由本发明所述材料制成的衬垫的制动效能大于由已知有机材料制成的衬垫(实施例4)的制动效能。
图3的曲线图给出了在制动过程中，根据本发明的第三实施方式所述的衬垫(实施例3)和根据给出的现有技术的两种材料(分别在实施例4和实施例5中)的瞬时摩擦系数的进展，
如从该曲线图中可以看出的，根据本发明所述材料在制动过程中保持基本恒定的瞬时摩擦系数，并且在任何情况下大于已知的有机材料(实施例4)。
还对由上述五种材料获得的衬垫进行舒适性测试，即噪声测试。
然而实施例5的衬垫，即陶瓷的，被证明是有噪声的，剩下的四种衬垫给出了良好结果，即，它们被证明是足够无噪音的和舒适的。
从测试结果可以看出，根据本发明所述盘式制动器的摩擦组件的材料具有基本恒定的平均摩擦系数，类似于陶瓷材料的情况。
换句话说，本发明所述材料的性能，在制动效能方面，与陶瓷材料的性能一样好。
另一方面，对有机材料进行摩擦系数的快速降解，即它并不耐高温，迅速失去制动效能。
舒适性测试已表明，根据本发明所述材料的性能与有机材料一样好，即比陶瓷材料更好。
总之，因此，根据本发明所述用于摩擦组件的材料，和由此获得的摩擦组件具有良好的机械特性和优异的舒适性。
当然，可以在指定范围内，根据特定需要改变本发明所述材料的组成。换句话说，如果要求特别高的机械性能，可以使用陶瓷先驱体树脂的百分比接近8％。同样，如果特定应用需要舒适性方面的良好特性，可以使用有机树脂的百分比接近10％。
在以上描述和随附权利要求书中，除非另有说明，所有指示量、参数、百分比等的数值量在所有情况下都应认为前置术语“约”。此外，数值量的所有范围包括最大和最小数值的所有可能组合和所有可能中间范围，以及在文中具体指出的那些。
当然，为了满足偶发的和特定的要求，本领域的技术人员可以对摩擦组件的材料、摩擦组件、盘式制动器和生产根据本发明所述摩擦组件的材料的方法进行进一步修改和改动，在任何情况下所有这些都在本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.一种包含按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂和按重量计2％至10％的至少一种有机树脂的用于盘式制动器的摩擦组件的材料。
2.根据权利要求1所述的用于摩擦组件的材料，其中陶瓷先驱体树脂和有机树脂的总量小于或等于按重量计12％。
3.根据权利要求1或2所述的用于摩擦组件的材料，包含按重量计2％至6％的陶瓷先驱体树脂和按重量计4％至8％的有机树脂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦组件的材料，包含按重量计2％的陶瓷先驱体树脂和按重量计7％的有机树脂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦组件的材料，其中所述陶瓷先驱体树脂包括至少一种硅酮树脂。
6.根据权利要求5所述的用于摩擦组件的材料，其中所述硅酮树脂是硅氧烷树脂。
7.根据权利要求6所述的用于摩擦组件的材料，其中所述硅氧烷树脂是聚倍半硅氧烷树脂。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦组件的材料，其中所述有机树脂是酚醛树脂。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦组件的材料，还包括以下至少一种：催化剂、研磨剂、润滑剂、金属、阻尼剂。
10.一种用于盘式制动器的摩擦组件，包括根据前述权利要求中任一项所述的材料。
11.根据权利要求10所述的摩擦组件，包括用于盘式制动器的至少一个衬垫。
12.一种盘式制动器，包括至少两个根据权利要求11所述的衬垫和用于盘式制动器的卡钳，所述卡钳包含适用于将所述至少两个衬垫夹持在制动盘的制动面上的推压装置。
13.一种生产用于盘式制动器的摩擦组件的材料的方法，包括以下步骤：
-提供按重量计1％至8％的至少一种陶瓷先驱体树脂；
-提供按重量计2％至10％的至少一种有机树脂；
-混合所述陶瓷先驱体和所述有机树脂；
-模制并聚合所述混合物，从而得到半成品；
-煅烧所述半成品。
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