CN104074899A - 轻量化盘式刹车片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轻量化盘式刹车片，包括摩擦材料块和衬片，两者用胶粘剂Adhesive并通过加热加压粘合固定成为一体，前述衬片至少包括一长纤维结构层，长纤维可以是金属长纤维或其他材质长纤维，如纤维增强树脂CFRP，使用本发明的盘式刹车片，能够同时满足粘合面积和高强度的规格，如日本专利文献特开2011-231875。本发明不仅拥有现有盘式刹车片的强度要求，而且不会产生热收缩而产生的翘曲变形问题，同时满足了车辆的节能环保要求。

Description

轻量化盘式刹车片

技术领域

本发明公开一种轻量化盘式刹车片，按国际专利分类表(IPC)划分属于刹车片制造技术领域，涉及一种由衬片和摩擦材料块组成的盘式（碟式）刹车片（制动片），特别应用于铁轨车辆、汽车、摩托车、工业机械、农业机械的刹车片。

背景技术

铁轨车辆、汽车、摩托车使用的盘式刹车片一般由衬片（普通为钢板）、粘接层和摩擦材料构成，前述摩擦材料，由增强纤维、有机材料、摩擦调节材料构成，通过粘合剂固定在衬片。热反应性树脂的溶剂型粘合剂喷射或者涂敷在衬片后烘干，或者在衬片和摩擦材料块之间夹放胶膜，通过加热加压的方式，使摩擦材料固定在衬片上。

近年，车辆的节能环保要求，提倡车辆的轻量化导致刹车制动系统等底盘零部件的进一步改良。盘式刹车片衬片，由一片增强板或者两片增强板，以及增强板的一面设有纤维增强树脂（以下，简称[CFRP]）构成的方法（如日本专利文献 特开2011-192656）。该方法，让衬片的重量减轻，拥有以往衬片的强度。

上述衬片的制造，是把CFRP的原材料放入模具内，之后，在事先准备好的钢板上，在加热加压的条件下，把CFRP粘合在钢片，一体成型。

上述的摩擦材料和衬片的固定方法，使用溶剂型粘合剂，比如作为粘合刹车片的衬片和摩擦材料的方法，用喷管或者喷雾器让粘合剂涂在衬片。之后，采用自然干燥或者短时间的烘干方法，让粘合剂的溶剂挥发。或者，使用事先切割成摩擦材料块大小的无溶剂胶膜，用黏贴、夹放在衬片与摩擦材料块之间。之后，在加热加压的条件下，把衬片和摩擦材料强有力地粘合在一起。

上述的CFRP和衬片的固定方法，由于CFRP和钢板的弹性率不同，当衬片冷却到接近环境温度领域后，钢板会因为CFRP的热收缩，发生翘曲变形，其微观本质是目前的纤维增强树脂一般采用的是短纤维或粒子，没有相互之前的拉伸或依靠，当热收缩时就会出现翘曲问题。如果不发生前述问题，则需要增加钢板厚度，那么无法达到减轻衬片的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种拥有高粘合性能的轻量化盘式刹车片，本发明使用CFRP也不会产生热收缩而产生的翘曲变形，并且保证了衬片和摩擦材料块构成的刹车片所需粘合强度和粘合面积。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种轻量化盘式刹车片，包括摩擦材料块和衬片，两者用胶粘剂Adhesive并通过加热加压粘合固定成为一体，前述衬片至少包括一长纤维结构层，其中长纤维材料的平均长度为2.5－3.5mm。

前述长纤维结构层含有金属长纤维或增强树脂长纤维或复合材料长纤维，其中的长纤维占长纤维结构层重量的45－60%。

前述长纤维结构层为纤维增强树脂CFRP，其中粘合使用酚醛树脂，混合的耐高温长纤维使用碳素纤维、矿棉纤维的一种或混合，其中的碳素纤维采用平均长度为2.5－3.2mm的规格，这些纤维占全体重量的55%。将前述各材料混合制造成粉状原料并预备加热，成型模具里面从下往上按照CFRP预备加热原料、金属板、CFRP预备加热原料的顺序放置并加热加压形成CFRP的一体构造衬片，整个衬片结构的厚度为3.8mm以下,摩擦材料块侧的CFRP的厚度大于远离摩擦材料块侧的厚度大于中间金属板的厚度。， 

前述衬片是由以下材料的一种或一种以上单独或者材料组合构成；其中的衬片材料为一种金属、增强纤维材料、复合材料，或者一种以上的金属和金属、金属和增强纤维材料，金属和复合材料，或者一种以上的增强纤维材料和增强纤维材料、增强纤维材料和金属、增强纤维材料和复合材料，或者一种以上的复合材料和复合材料、复合材料和金属、复合材料和增强纤维材料。

前述衬片靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧之间、衬片和摩擦材料块之间，可以有线形、柱形、平面形、弧形、菱形、锥形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、圆形、矩形、球形单种或者多种几何形状的多面体或者不规整形状的多面体、不规则形状的多面体，这些多面体，可以是单独单体、连接单体、联合体，通过胶粘剂、焊接，溶合、机械加工、造型，铸造、钉接任意一种物理方法、化学方法、构造学方法构成的单体存在、结合或者组成，可以开口也可以不开口，可以有孔也可以无孔，前述多面体的位置、顺序，方向，形状只要能满足刹车片的结构要求、力度要求，没有特殊限制。

前述衬片靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧之间，或者衬片的与靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧的任何面之间，可以有线形、柱形、平面形、弧形、菱形、锥形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、圆形、矩形等单种或者多种几何形状或者不规整形状、不规则形状，也可以不具备上述的形状特征的材料一个以上形成支撑、隔离、对称、非对称。

前述构成衬片的各个面和面之间、面和多面体之间、多面体和多面体之间，多面体所形成的内部空间或外部空间，可以由气体、摩擦材料，复合材料，增强纤维材料单独或者材料组合填充，前述填充物的质量最好不大于同体积的铸铁。

衬片靠近摩擦材料块的一侧包括表面粗糙度、胶层厚度的表面尺寸总高度在0至1.0mm之间，与衬片构成厚度无关。。

前述的摩擦材料块含有有机树脂、增强纤维和摩擦调节材料。

前述摩擦材料块的组成包括8%的铜纤维、岩棉纤维一种或两种组合的增强纤维及20%的酚醛树脂，剩余为黑铅或硫酸钡组合的摩擦调节材料，这些材料搅拌成粉状摩擦原料。

本发明的盘式刹车片，利用零件的形状结构，可以解决上述技术的轻量化衬片以及性能的刹车片。并且，即使使用CFRP也不会产生热收缩而产生的翘曲变形的衬片。由于本发明中采用长纤维材料，长纤维不管是金属还是其他材质，当拉伸固定在其他部分（如衬片金属板或摩擦材料块）加热加压形成一体，其中的长纤维形成网状或交织构造，热变形时即使周围的树脂收缩，长纤维也不收缩，这样结合在长纤维周围的树脂也因此被固定，因此衬片不发生翘曲变形现象。使用本发明的盘式刹车片，能够同时满足粘合面积和高强度的规格，如日本专利文献 特开2011-231875）。

本发明的有益效果如下：

本发明不仅拥有现有盘式刹车片的强度要求，而且满足了车辆的节能环保要求。

附图说明

图1是本发明实施例示意图。

图2是本发明另一实施例示意图。

图3是本发明另一实施例示意图。

[符号说明]

1. 摩擦材料块

2. 金属材料层

3. 蜂窝结构的铝合金结构层

4. CFRP材料层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：一种盘式刹车片，包括摩擦材料块和衬片，两者用胶粘剂Adhesive并通过加热加压粘合固定成为一体，前述衬片至少包括一蜂窝状结构层或并排布置的管状结构层。前述衬片还包括金属材料或增强纤维材料或复合材料制成的基层，该基层一侧面与摩擦材料块胶粘相连，基层另一侧面与蜂窝状结构层或管状结构层粘接，其中基层与各蜂窝孔或管孔组合形成衬片支撑构造。

本发明所使用刹车片用的粘合剂（粘合剂溶液），涂在摩擦材料或者衬片后，需要烘干。因为溶剂的沸点为50-120摄氏度，所以烘干温度为常温（15-35摄氏度），或者70-120 摄氏度。

粘合剂的涂敷，可以喷射或者涂敷在衬片。粘合剂，涂敷后，由于粘合剂包含了溶剂，比较容易渗透到摩擦材料里，或者衬片的处理层，能更加确保原来的粘合强度。

本发明所使用的摩擦材料，只要能让汽车的刹车系统，发挥正常的制动力的物质，没有特别限制。具体的，除了使用一般知道的材料，比如铜纤维、黄铜纤维、聚丙烯纤维、碳素纤维等纤维物质，还有，酚醛树脂、环氧基树脂、三聚氰胺树脂等的热硬化性树脂形成的复合材料。

 并且，上述材料的配合比例，根据摩擦特性的不同，适当调节。

刹车片衬片，包括，只要，能粘合下面所陈述的材料的，没有特别限制。

 衬片的材料可以是，软钢，铝，烧结金属，铸铁，树脂，金属和树脂或者增强纤维和树脂的复合材料，特别是软钢，最好是高强度，可以是一块或者一块以上的结构结合，并且钢板的表面用磷酸盐等处理。　

刹车片衬片内部的材料和材料的结合，包括，只要，能够满足盘式刹车片的强度要求，可以是，线形、柱形、平面形、弧形、菱形、锥形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、圆形、矩形、球形等单种或者多种几何形状、不规整形状的多面体、或者不规则形状，可以是单独单体、连接单体、联合体，通过胶粘剂、焊接，溶合、机械加工、造型，铸造、钉接等任意一种物理方法、化学方法、构造学方法构成的单体存在、结合或者组成，可以开口也可以不开口，可以有孔也可以无孔，前述结合的位置、顺序，方向，形状只要能满足刹车片的结构要求、力度要求，没有特殊限制。

一种轻量化盘式刹车片，包括摩擦材料块和衬片，两者用胶粘剂Adhesive并通过加热加压粘合固定成为一体，前述衬片至少包括一长纤维结构层，其中长纤维材料的平均长度为2.5－3.5mm。前述长纤维结构层含有金属长纤维或增强树脂长纤维或复合材料长纤维，其中的长纤维占长纤维结构层重量的45－60%。前述长纤维结构层为纤维增强树脂CFRP，其中粘合使用酚醛树脂，混合的耐高温长纤维使用碳素纤维、矿棉纤维的一种或混合，其中的碳素纤维采用平均长度为2.5－3.2mm的规格，这些纤维占全体重量的55%。

实施事例1：如图1所示，衬片的靠近摩擦材料块1的一侧使用，事先用磷酸盐等处理钢板表面，两面涂有烘干的胶粘剂的，厚度1.0mm的，JIS G 3113：2006规定的钢板SAPH400，此为金属材料层2，钢板的靠近摩擦材料块的反侧，使用高度1.5mm、壁厚0.4mm蜂窝结构的铝合金材料：JIS H 4000：2006规定的铝合金材料A7075P，此为蜂窝结构的铝合金结构层3。整个衬片结构的厚度为2.5mm。本发明采用的金属材料层2可以是若干金属板条或金属块通过拼接、焊接或其他结构形式构成，具体到实施例，即钢板是由钢板条或钢板块拼接形成。

前述构造衬片在210摄氏度、1MPa的加压力保持5分钟，用热压机压制。

实施事例2：如图2所示，衬片的靠近摩擦材料块1的一侧使用，事先用磷酸盐等处理钢板表面，两面涂有烘干的胶粘剂的，厚度0.6mm的，JIS G 3113：2006规定的钢板SAPH400，此为金属材料层2，此钢板的靠近摩擦材料块的反侧，使用高度1.5mm、壁厚0.4mm蜂窝结构的铝合金材料：JIS H 4000：2006规定的铝合金材料A7075P，此为蜂窝结构的铝合金结构层3。蜂窝结构的铝合金材料的远离摩擦材料块的一侧使用，事先用磷酸盐等处理钢板表面，单面涂有烘干的胶粘剂的，厚度0.6mm的，JIS G 3113：2006规定的钢板SAPH400，此为另一金属材料层2，整个衬片结构的厚度为2.7mm。

前述构造衬片在210摄氏度、1MPa的加压力保持5分钟，用热压机压制。

实施事例3：如图3所示，衬片的CFRP的粘合使用酚醛树脂，混合的耐高温纤维使用碳素纤维、矿棉纤维，其中的碳素纤维采用平均长度为3.0mm的规格。这些纤维占全体重量的55%，制造成粉状原料。粉状原料用70MPa的压力、90摄氏度预备加热。成型模具里面，从下往上按照CFRP预备加热原料（CFRP材料层4）、厚度1.0mm的SAPH400钢板（此为金属材料层2）、CFRP预备加热原料（CFRP材料层4）的顺序放置，160摄氏度、60MPa的加压力保持3分钟，摩擦材料块1侧的CFRP的厚度为1.3mm，中间的钢板SAPH400的厚度为1.0mm，远离摩擦材料块侧的厚度1.2mmCFRP的一体构造衬片，整个衬片结构的厚度为3.5mm。制成衬片的翘曲变形为0.00mm以下。

 摩擦材料块的组成，包括8%的铜纤维，岩棉纤维等增强纤维、20%的酚醛树脂、剩余为黑铅、硫酸钡等摩擦调节材料。这些搅拌成粉状摩擦原料。

实施事例1，2，3以及比较用的粘合剂，喷射在成型的构造衬片上，粘合层的厚度为0.02mm。前述构造衬片的粘合剂喷射面上，放置模具，把粉状摩擦原料投入模具中，用压机压制，摩擦材料就与衬片结为一体，形成指定的盘式刹车片。

 接着，为了固化，把拥有构造衬片和摩擦材料块的一体化盘式刹车片放入200摄氏度的热处理烘箱里，进行4个小时的热处理。

对上述方法制作的衬片以及刹车片样品与现有钢片，刹车片比较，实施重量测试，把结果填入表格1。

上述方法制作的刹车片样品，实施剪切试验测试。用株式会社 岛津制造所的实验机AG-100KNX，移动速度为10mm/min，完全把实验样品剪切，测试破坏时的最大负荷。实验按照JIS D4422-2007实施。常温以及300摄氏度时的剪切强度，粘合面积的判断。粘合面积是指，破坏后，粘合剂与摩擦材料的粘合面的状态，用尺测量它的比例。测试结果，记入表格2。

表1 钢板和钢板的粘合性能

表2 摩擦材料和钢板的粘合性能

从上述的表1的结果来看，实施事例1，2，3的盘式刹车片的重量，比批量品减少50%。 从上述的表2的结果来看，实施事例1，2，3的盘式刹车片的粘合力，粘合面积，都可以满足整车厂家的规格。而且，整车厂家规格是按照一般的使用形态来看，意味着摩擦材料不会脱落。

 因此，本发明，是可以提供给盘式刹车片充分的性能和减轻重量。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (11)

1.一种轻量化盘式刹车片，其特征在于：包括摩擦材料块和衬片，两者用胶粘剂Adhesive并通过加热加压粘合固定成为一体，前述衬片至少包括一长纤维结构层，其中长纤维材料的平均长度为2.5－3.5mm。

2.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述长纤维结构层含有金属长纤维或增强树脂长纤维或复合材料长纤维，其中的长纤维占长纤维结构层重量的45－60%。

3.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述长纤维结构层为纤维增强树脂CFRP，其中粘合使用酚醛树脂，混合的耐高温长纤维使用碳素纤维、矿棉纤维的一种或混合，其中的碳素纤维采用平均长度为2.5－3.2mm的规格，这些纤维占全体重量的55%。

4.根据权利要求3所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：将前述各材料混合制造成粉状原料并预备加热，成型模具里面从下往上按照CFRP预备加热原料、金属板、CFRP预备加热原料的顺序放置并加热加压形成CFRP的一体构造衬片，整个衬片结构的厚度为3.8mm以下,摩擦材料块侧的CFRP的厚度大于远离摩擦材料块侧的厚度大于中间金属板的厚度。

5.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述衬片是由以下材料的一种或一种以上单独或者材料组合构成；其中的衬片材料为一种金属、增强纤维材料、复合材料，或者一种以上的金属和金属、金属和增强纤维材料，金属和复合材料，或者一种以上的增强纤维材料和增强纤维材料、增强纤维材料和金属、增强纤维材料和复合材料，或者一种以上的复合材料和复合材料、复合材料和金属、复合材料和增强纤维材料。

6.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述衬片靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧之间、衬片和摩擦材料块之间，可以有线形、柱形、平面形、弧形、菱形、锥形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、圆形、矩形、球形单种或者多种几何形状的多面体或者不规整形状的多面体、不规则形状的多面体，这些多面体，可以是单独单体、连接单体、联合体，通过胶粘剂、焊接，溶合、机械加工、造型，铸造、钉接任意一种物理方法、化学方法、构造学方法构成的单体存在、结合或者组成，可以开口也可以不开口，可以有孔也可以无孔，前述多面体的位置、顺序，方向，形状只要能满足刹车片的结构要求、力度要求，没有特殊限制。

7.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述衬片靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧之间，或者衬片的与靠近摩擦材料块的一侧或者衬片的靠近摩擦材料块的反侧的任何面之间，可以有线形、柱形、平面形、弧形、菱形、锥形、三角形、四角形、五角形、六角形、星形、圆形、矩形等单种或者多种几何形状或者不规整形状、不规则形状，也可以不具备上述的形状特征的材料一个以上形成支撑、隔离、对称、非对称。

8.根据权利要求1所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述构成衬片的各个面和面之间、面和多面体之间、多面体和多面体之间，多面体所形成的内部空间或外部空间，可以由气体、摩擦材料，复合材料，增强纤维材料单独或者材料组合填充，前述填充物的质量最好不大于同体积的铸铁。

9.根据权利要求1至8之一所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：衬片靠近摩擦材料块的一侧包括表面粗糙度、胶层厚度的表面尺寸总高度在0至1.0mm之间。

10.根据权利要求1至9之一所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述的摩擦材料块含有有机树脂、增强纤维和摩擦调节材料。

11.根据权利要求9或10所述的轻量化盘式刹车片，其特征在于：前述摩擦材料块的组成包括8%的铜纤维、岩棉纤维一种或两种组合的增强纤维及20%的酚醛树脂，剩余为黑铅或硫酸钡组合的摩擦调节材料，这些材料搅拌成粉状摩擦原料。