CN104520603A - 摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无石棉有机摩擦材料，特别是用于制备用于车辆的制动块和制动蹄，由包含纤维基材、填料和有机粘结剂的组合物或混合物组成；其中所述组合物完全不含铜和铜化合物或合金并在所述纤维基材连同无机纤维和/或有机纤维中包括按所述组合物的总体积计算的1体积％至10体积％的不锈钢纤维。
Description
技术领域
本发明涉及无石棉摩擦材料，特别是涉及称为NAO(“无石棉有机物”)，即无石棉有机摩擦类型的摩擦材料。
具体地讲，本发明涉及无石棉有机摩擦材料，其适合用作通常汽车领域中的汽车制动器和其他类似应用(例如，离合器盘)的摩擦材料，因为其具有良好的耐磨性、相对于配合表面的温和性(在汽车制动器领域内，制动盘或制动鼓的表面)，这使其可以避免对配合表面刻痕，并且具有足够的制动能力(摩擦稳定性，尤其是在高温下)。
现有技术
用作车辆和其他设备(例如，离合器盘)的鼓式制动器的制动蹄和盘式制动器中的制动块的摩擦材料包括由纤维材料组成的基材、粘结剂和填料。过去，石棉相对大量地用作纤维材料，但带来了相当大的环境问题并对人类健康具有熟知的毒性效应，因为这个原因已经被立法禁止使用有一段时间了。因此，该材料被其他材料取代，包括类似于岩棉、硅灰石、玻璃纤维的无机材料和类似于芳纶纤维和碳纤维的有机材料两者，以及金属材料，诸如铜、锡、铁、铝和其他金属或合金(诸如青铜或黄铜)的纤维或粉末。粘结剂为热固性聚合物，通常为酚醛树脂型的。各种材料用作填料，诸如重晶石(硫酸钡)、碳酸钙、氧化镁、滑石粉、硅酸锆、氧化锆、云母、金属粉末、二硫化钼、橡胶(粉末或颗粒剂)、石墨。具体地讲，石墨和二硫化钼改善耐磨性。
EP1227262公开了上述类型的摩擦材料，其包括大约10体积％的作为纤维材料的铜纤维和0.1体积％至15体积％的锡和/或硫化锡，使用锡和/或硫化锡的目的是在不使用锑化合物的情况下仍保留良好的耐磨性，尤其是在高温下。
EP482204也公开了上述类型的摩擦材料，其包括4至9体积％的青铜纤维，其通过同时存在彼此不同并具有不同熔点的三种锡化合物(包括金属锡)的混合物解决了制动蹄或制动块在使用期间附着或“胶粘”到盘或鼓的接触表面上的问题。
然而，为了保护大气环境并避免对人类健康的可能损害，各种国家和国际标准越来越频繁地要求使用不仅不含石棉和重金属而且减少或完全去除铜的摩擦材料(这些标准已被美国一些州批准，并将在未来几年生效)。
因此，在本领域，有必要提供不含石棉、重金属和铜但同时保持至少能与包括这些物质的摩擦材料的性能相当的性能的摩擦材料。
发明内容
本发明的目的是提供无石棉有机摩擦材料，该材料能够克服现有技术的缺点并显示具有能与包含铜的无石棉有机摩擦材料的制动性能相当的制动性能的不含铜和铜化合物(诸如青铜和黄铜)。
因此，本发明涉及根据权利要求1中所述的无石棉摩擦材料。
具体地讲，根据本发明的摩擦材料由包含纤维基材、填料和有机粘结剂的组合物或混合物形成，其完全不含铜和铜化合物或合金，但在纤维基材连同无机纤维和/或有机纤维中包括按组合物的总体积计算的1体积％至10体积％的不锈钢纤维(例如标准的UNI×10Cr Ni 1808(称为“inox 18-8”)或等量的不锈钢)、10％(按重量计)的Ni(称为“inox 18-10”)。
根据本发明的摩擦材料还包含1体积％至25体积％的“纤维氧化物体系”，根据本发明，该体系基于金属钛酸盐，优选地六钛酸钾(K2Ti6O13)或钾和/或钠的其他钛酸盐，并添加可变比例的氧化锆(其本身不是纤维材料)。
具体地讲，在由根据本发明的摩擦材料组成的组合物或混合物中，氧化锆和钛酸盐(具体地讲，为六钛酸钾)的体积百分比含量的比率为在1∶1和1∶2之间。
此外，不锈钢纤维的体积百分比含量与氧化锆和钛酸盐的体积百分比含量的总和的比率必须为在1∶4和1∶8之间。
用于形成本发明的无石棉有机摩擦材料的摩擦材料的组合物可以包含0体积％至10体积％的固体润滑剂，诸如硫化锡，如SnS和SnS2。
还期望在组合物中包括石墨和/或焦炭。
石墨可以是常用于摩擦材料中的任何已知的石墨。
添加适当选择的量的石墨(和/或焦炭)，其优选地为占摩擦材料总体组合物的2体积％和15体积％之间。
摩擦材料组合物的其他组分可以是本领域已知的用于摩擦材料中的组分。
具体地讲，纤维基材的其余部分可为常用于摩擦材料中的除石棉之外的任何有机纤维或无机纤维。示例性实施例包括诸如玻璃纤维、岩棉、硅灰石、海泡石和绿坡缕石之类的无机纤维和诸如碳纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、酚醛纤维、纤维素和丙烯酸纤维或PAN(聚丙烯腈)之类的有机纤维。
纤维基材可以短纤维或粉末形式使用。
优选的是，使用的纤维基材，尤其是不锈钢纤维具有的总纤维长度为在0.5和1.5mm之间，具有的纤维直径为40至150微米。
本领域已知的许多材料可用作有机或无机填料。示例性实施例包括碳酸钙沉淀物、硫酸钡、氧化镁、氢氧化钙、氟化钙、熟石灰、滑石粉、三氧化钼、硅酸锆、氧化铁、云母、硫化铁、二氧化硅、蛭石、橡胶粉末(橡胶粉末和颗粒剂)、腈橡胶粉末(硫化产品)、金属粉末(不包括铜及其合金)、丙烯酸橡胶粉末(硫化产品)。
这些可以单独使用或以它们中的两种或更多种的组合使用。基于摩擦材料的总体组合物计，此类填料的量优选地为占2体积％至40体积％。
粘结剂可以是常用于摩擦材料中的任何已知的粘结剂。
合适粘结剂的示例性实施例包括：酚醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂；各种改性的酚醛树脂，诸如环氧改性的酚醛树脂、油改性的酚醛树脂、烷基苯改性的酚醛树脂和丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)。
可以使用这些化合物中的任何一种或它们中的两种或更多种的组合。基于摩擦材料的总体组合物计，粘结剂的含量优选地为2体积％至30体积％。
根据本发明的另一个方面，除不锈钢纤维之外，根据本发明的摩擦材料还可以包括锌纤维，该锌纤维的总长度为介于0.2和1.5mm之间、总直径为介于50和250μm之间、总量为介于1体积％和10体积％之间。
更一般地，根据本发明的摩擦材料显示具有相对于总体积按体积计算的以下百分比组成：
本发明的摩擦材料通常通过将具体量的上述纤维基材与粘结剂和填料一起在合适的混合器(例如，Henschel、Loedige或Eirich混合器)中均匀地混合制备而成。
在130和200℃(266和392°F)之间的温度下和150至1500Kg/cm2(14.7-147.1MPa)的压力下进行时间为在3和10分钟之间的压制，或在模具中将混合物预成型，然后在130至180℃(266至356°F)的温度下和150至500kg/cm2(14.7-49MPa)的压力下进行3至10分钟的压制。
通常通过在150-250℃(302-482°F)下进行2至10小时的热处理对所得的压制品进行后固化，然后喷漆或涂覆粉末，用烘箱干燥，并可以在必要时进行加工，以制备最终产品。
本发明的摩擦材料可用于下列应用中：诸如用于汽车、卡车、火车车厢和其他各种类型车辆和工业机器的制动器的盘衬、蹄和块或离合器盘中。
附图说明
现在将参照以下实例和比较例并参照附图的图1至图4更详细地描述本发明，其中附图以图表的形式示出了制动性能测试的结果。
具体实施方式
为了说明的目的记录实例和比较例，它们并不旨在限制本发明。
实例
将表1中所示的组分在Loedige混合器中均匀混合，并在200kg/cm2(19.6MPa)的压力下和160℃(320°F)的温度下在模具中压制3分钟。然后通过5小时的200℃(392°F)下的热处理进行固化，从而制备：标示为“配方2”的根据本发明的摩擦材料、标示为“配方3”的比较材料，其具有与本发明材料基本上相同的组成，但不含不锈钢纤维，不锈钢纤维被等量的硫酸钡取代；标示为“配方4”的比较材料，其具有与根据“配方2”的材料相同的组成，但其中钛酸钾被重晶石取代；以及标示为“配方1”的根据已知技术的比较材料，其包含铜。
表1
| 配方 | 配方1 | 配方2 | 配方3 | 配方4 |
| 芳纶纤维 | 5.4 | 5.1 | 5.0 | 5.4 |
| 摩擦粉末 | 11.7 | 7.8 | 7.5 | 11,5 |
| 橡胶粉末 | 2.5 | |||
| 石墨 | 5.7 | 9.6 | 9.3 | 10.2 |
| 酚醛树脂 | 18.1 | 23.3 | 22.6 | 17.9 |
| 硅酸钙/镁 | 14 | 8.3 | 8.0 | 8.8 |
| 无机纤维 | 5.5 | 5.3 | 5.9 | |
| 硫酸钡 | 24.8 | 4.41 | 10.8 | 19.7 |
| 硫化铋/铁/锡 | 2.7 | 2.8 | 2.7 | 3.0 |
| 氧化锆 | 8.2 | 12.9 | 12.4 | 13.7 |
| 钛酸盐 | 16.9 | 16.4 | ||
| 铜粉末 | 6.9 | |||
| 不锈钢纤维 | 3.7 | 3.9 | ||
| 锌纤维 | ||||
| 总计 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
将用这种方式获得的材料安装在车辆上并用台架试验根据以下周期进行测试：
·测试设置：96次80至30km/h(49.7至18.6mph)的制动
·特征值：8次80至40Km/h(49.7至24.8mph)的制动
·高速热衰退测试：5次168至80km/h(104.4至49.7mph)的制动和5次168至5km/h(104.4至3.1mph)的制动
·高速热衰退测试：9次168至80Km/h(104.4至49.7mph)的制动
·特征值：8次80至40Km/h(49.7至24.8mph)的制动
获得的结果示于图1-4的图表中。
具体地讲，图1是指不含铜及其化合物/合金和不锈钢纤维两者的“配方3”比较材料。
图2是指包含铜的现有技术的“配方1”材料。
图3是指不含铜但包含不锈钢纤维连同钛酸钾和氧化锆的“配方2”本发明材料。
图4是指不含铜、包含不锈钢纤维但不含钛酸盐的“配方4”比较材料。
很明显，通过特别观察用以十字标记的点描述的曲线(其表示制动过程中的油耗)，根据本发明的不含铜的摩擦材料总体上具有能与本领域已知的包含大约6.9体积％铜的材料相当的制动性能。反之亦然，不含铜和不锈钢、同时仍具有总体上与本发明材料相似的组成(就其他组分而言)的“配方3”比较材料在制动过程中显示出指数级增长的油耗，这意味着车辆的制动时间逐渐变长，此行为对于车辆而言通常是不可接受的。
从图4与其他图的比较检查可知，更加明显的是，具有不锈钢纤维和钛酸钾的组合的材料(图3)的表现如何明显优于具有取代铜的不锈钢但不含钛酸钾的相同材料。然而，后者“配方4”材料表现出的行为明显优于“配方3”对照材料的行为，因为，虽然“配方4”材料显示具有比“配方1”现有技术材料更大的油耗，但它没有表现出“配方3”对照材料相反所表现出的指数级趋势，这表明在存在具体选择的不锈钢纤维(即使是单独的)以及不存在铜及其合金的情况下，也提供创新性的结果。
因此本发明的目的完全实现。
Claims (7)
1.一种无石棉有机摩擦材料，特别是用于制备用于车辆的制动块和制动蹄，由包含纤维基材、填料和有机粘结剂的组合物或混合物组成；其中所述组合物完全不含铜和铜化合物或合金并在所述纤维基材连同无机纤维和有机纤维中包括按所述组合物的总体积计算的1体积％至10体积％的不锈钢纤维；其中所述组合物还包含1体积％至25体积％的“纤维氧化物体系”，所述体系由金属钛酸盐、优选地六钛酸钾(K2Ti6O13)或其他钛酸钾和/或钛酸钠并添加可变比例的氧化锆组成；其特征在于氧化锆和钛酸盐的体积百分比含量的比率为在1∶1和1∶2之间。
2.一种无石棉有机摩擦材料，特别是用于制备用于车辆的制动块和制动蹄，由包含纤维基材、填料和有机粘结剂的组合物或混合物组成；其中所述组合物完全不含铜和铜化合物或合金并在所述纤维基材连同无机纤维和/或有机纤维中包括按所述组合物的总体积计算的1体积％至10体积％的不锈钢纤维；其中所述组合物还包含1体积％至25体积％的“纤维氧化物体系”，所述体系由金属钛酸盐、优选地六钛酸钾(K2Ti6O13)或其他钛酸钾和/或钛酸钠并添加可变比例的氧化锆组成；其特征在于不锈钢纤维的体积百分比含量与氧化锆和钛酸盐的体积百分比含量的总和的比率为在1∶4和1∶8之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其特征在于所述组合物优选地包含0体积％至10体积％的固体润滑剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其特征在于所述组合物中包括适当选择的量的石墨和/或焦炭，所述量优选地为在所述摩擦材料的总体组合物的2体积％和15体积％之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其特征在于包括在所述组合物中的所述纤维基材，具体地讲所述不锈钢纤维具有的总纤维长度为在0.5mm和1.5mm之间、纤维直径为在40微米和150微米之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其特征在于它显示具有相对于所述总体积按体积计算的以下百分比组成：
7.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其特征在于所述粘结剂以相对于所述组合物的总体积2体积％至30体积％的量包括在所述组合物中并且优选地由酚醛树脂组成。
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