CN110062855A

CN110062855A - 摩擦材料

Info

Publication number: CN110062855A
Application number: CN201780076584.2A
Authority: CN
Inventors: 迭戈·阿道弗·圣玛丽亚·拉佐; 阿诺尔德斯·马里亚·克西迈克斯; 奥拉斯·阿卜杜勒-卡德
Original assignee: Rockwell International Ltd
Current assignee: Rockwell International Ltd
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-07-26
Also published as: DK3538786T3; US20190360544A1; EP3538786A1; HRP20230372T1; KR20190086488A; EP3538786B1; JP2020511556A; PL3538786T3; ES2943832T3; RS64169B1; WO2018087331A1

Abstract

一种摩擦材料，其包含颗粒状无机多孔材料，其中该颗粒状多孔材料包含吸附在其孔隙内的抗腐蚀剂。

Description

摩擦材料

技术领域

本发明涉及摩擦材料，特别是应用于机动车辆中的摩擦材料。

背景技术

腐蚀是许多行业中的问题，导致预计每年损失超过2500亿美元。由于使用摩擦材料的作业条件苛刻且多变，因为摩擦材料特别容易被腐蚀。例如，据估计汽车工业由于腐蚀导致每年损失超过1000亿美元。

摩擦材料的组成可以根据所使用的组分及其相对量而变化，这取决于所使用的摩擦材料和摩擦材料系统的所需性能。摩擦材料系统的分类为(例如)金属摩擦材料、半金属摩擦材料、低钢摩擦材料、无石棉有机(NAO)摩擦材料、NAO/无钢摩擦材料和陶瓷摩擦材料。然而，摩擦材料配方中通常包含以下组分：粘合剂、增强纤维、填料以及诸如磨料和润滑剂之类的摩擦添加剂。腐蚀是这些类别中均存在的问题。

US5433774中描述了摩擦衬片的实例，其中利用含无机硅酸盐的粘合剂代替标准树脂粘合剂，以改进高温性能并减少制动衰减。与腐蚀有关的特定问题没有得到解决。摩擦材料的另一个实例可以见于US4994506，其中无石棉的制动组合物包含合成的硬硅钙石，以便更易于制造、降低噪声并减少制动衰减。腐蚀的具体问题没有得到解决。US2007/0117881A1中描述了无石棉摩擦材料的另一个实例，其中双层摩擦材料系统与压板整体地形成。该系统旨在降低制动期间的噪声，俗称“制动啸叫”，并未解决摩擦材料及其摩擦双方表面的腐蚀问题。

腐蚀通过各种机制而起作用，例如通过电解腐蚀、全面腐蚀和点状腐蚀机制，并且可以由许多因素加剧，包括微振磨损、侵蚀、剥落、脱合金、应力、开裂和疲劳。

摩擦材料经常暴露于多种这些因素中，因此是在应对腐蚀方面具有挑战性的材料。例如，当用作制动器时，由于摩擦双方(例如转子和制动衬垫)的表面之间的腐蚀，可能会产生静态阻力(静摩擦)问题。实际上，严重的腐蚀会造成表面经由腐蚀层发生化学连接，因此使其分离的唯一方法是通过使车辆加速以施加切向力直至克服静态阻力。

这是一种极不理想的情况，即使采用现代制动系统也无法避免。除了静态阻力的问题之外，摩擦材料的腐蚀，特别是制动系统的腐蚀，能够导致需要更频繁地更换部件、进行昂贵的预防性维护(如涂漆或涂覆)、用于补偿而超裕度设计材料、噪声产生、排除使用其他的理想材料、损坏的设备、设备故障的风险、有毒产品的释放以及由于可见腐蚀造成的摩擦材料的美观性劣化。

除了与摩擦材料的腐蚀相关的大量问题之外，在寻求减轻腐蚀时也不能忽视其他考虑因素。特别是，必须考虑摩擦性能(摩擦系数)、磨损率和噪声产生。

在通常包括制动衬垫和金属转子的汽车制动系统中，当任一部件腐蚀时均会出现问题。与制动衬垫腐蚀相关的常见问题为损坏美观性、开裂、产生噪声、衰减、效率降低、制动距离增加以及制动盘的静态阻力。与金属制动盘/转子腐蚀相关的常见问题为损坏美观性、盘式制动器上的刻痕和沟槽痕迹、制动衬垫更换的安装污染、压力痕迹、驾驶员的踏板感觉效果、部件寿命缩短以及制动衬垫的静态阻力。与静态阻力相关的问题对于驻车制动器而言尤其严重。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种摩擦材料，该摩擦材料包含颗粒状无机多孔材料，其中颗粒状多孔材料包含吸附在其孔隙内的抗腐蚀剂。

在颗粒材料的孔隙中包含抗腐蚀剂有助于抗腐蚀剂在整个摩擦材料中的良好分散。此外，以这种方式包含抗腐蚀剂有助于抗腐蚀剂随时间推移的受控释放。当用作制动衬垫时，这意味着摩擦材料在使用期间可经历较少的破坏性腐蚀或完全避免破坏性腐蚀。

此外，本发明能够将抗腐蚀剂递送到摩擦表面，而这些抗腐蚀剂由于其液体形式，以前是不能使用的。特别地，水玻璃由于能够在摩擦表面产生高pH条件，对特别是对于不锈钢等金属和合金的腐蚀的化学反应是不利的，因而是一种期望使用的抗腐蚀剂。

较少腐蚀的益处可能很大，特别是在汽车制动应用中，其中包括钢纤维或其他金属成分的转子和制动衬垫之间的金属-金属接触通常会受到静态阻力和其他与腐蚀相关的弊病的困扰。因此，本发明还提供了一种包含上述摩擦材料的制动衬垫。

本发明的另一方面提供了一种制动系统，该制动系统包括金属转子和本发明的制动衬垫。金属转子可为诸如钢之类的合金。优选地，该制动系统为汽车制动系统。与腐蚀相关的问题在机动车辆中尤为严重，特别是在冬季条件下，泼撒在道路上的盐会加速腐蚀速率。已经发现本发明的制动系统在模拟冬季条件以及环境温度和较高温度的条件下表现良好。

在优选的示例中，该制动系统为电子停车制动系统。目前可用的电子停车制动系统易于受到静态阻力作用，而电子停车制动系统中包括本发明的摩擦材料作为制动衬垫则可以避免上述与静态阻力有关的问题。这提供了在制动系统的整个寿命期间延长部件寿命并提高制动性能的可能性。

本发明还提供了一种制造摩擦材料的方法，该方法包括：

a.将颗粒状无机多孔材料与其他起始材料混合以形成混合物，其中颗粒状无机多孔材料包含吸附在其孔隙内的抗腐蚀剂；

b.将混合物置于模具中；

c.对模具中的混合物施加10MPa至70MPa的压力。

优选地，混合步骤为根据工业标准的干式混合步骤。通常将干式混合用于制造摩擦材料，以避免在摩擦材料的加压和/或固化期间发生开裂，通常预期在配方中包含液体时会发生开裂。然而，本发明可以通过在与其他成分混合之前，将液体抗腐蚀剂掺入颗粒状无机多孔材料的孔隙中，从而使摩擦材料中包含液体抗腐蚀剂。仔细控制抗腐蚀剂的饱和水平，以平衡摩擦材料的强度与抗腐蚀剂的抗腐蚀效果。

优选地，本发明的方法包括用抗腐蚀剂浸渍颗粒状无机多孔材料的预备步骤。

与经浸渍的颗粒状无机多孔材料混合的其他起始成分为常用的摩擦材料成分。以下将更详细地讨论合适的成分及合适的相对量的实例。

本发明的产品和方法克服了在不损害摩擦材料的制造便利性或强度或韧性的同时、减少(特别是制动应用的)摩擦材料中的腐蚀这一难题。

附图说明

图1示出了实施例2的试验结果；

图2示出了实施例2的试验结果；

图3示出了实施例2的试验结果。

具体实施方式

颗粒状多孔材料

本发明的摩擦材料包含浸渍有抗腐蚀剂的颗粒状无机多孔材料。

合适的颗粒状多孔材料包括硅酸钙、原生硅酸盐、无机纤维球、蛭石、埃洛石、沸石、多孔氧化铁和云母氧化铁。

由于各种性质，这些材料是用于抗腐蚀剂的合适载体。例如，除了多孔之外，这些材料在高达800℃或甚至更高的温度下是耐热的，这在摩擦材料中是重要的，以避免降解。摩擦材料必须承受大且快的温度变化，例如在制动期间。

由于这些材料的高比表面积，这些材料也可能是合适的。以m²/g测量比表面积，作为BET(Brunauer-Emmett-Teller)表面积，例如根据试验方法ISO9277:2010进行测定。比表面积包括孔隙内的表面积，并且表明颗粒状无机多孔材料保持所吸附的抗腐蚀剂的能力。颗粒状多孔材料的BET值可为30m²/g至50m²/g。

颗粒状无机多孔材料的数均粒径优选为5μm至3mm，如5μm至1mm，如5μm至300μm。该粒径范围可为优选的，因为较小的颗粒不具有足够大的孔隙以吸附抗腐蚀剂，而较大的颗粒在生产过程中摩擦材料成分的混合期间可能难以充分分布。

当颗粒状多孔材料选自硅酸钙、原生硅酸盐、蛭石、埃洛石、沸石、多孔氧化铁和云母氧化铁时，数均直径优选为5μm至300μm，更优选地，数均粒径可为35μm至85μm。这些材料的数均粒径可以通过(例如)激光衍射法进行测定。

当将无机纤维球用作本发明中的颗粒状多孔材料时，纤维球的重均粒径优选为0.5mm至1.5mm，更优选0.6mm至1mm。这可通过例如筛分和称重技术来进行计算。

这些材料的表面极性也可具有以下优点：与其所承载的抗腐蚀剂的极性相容，特别是当抗腐蚀剂为液体或溶液时。

这些材料的孔径应当足够大，以便在室温下混合时能够渗入有抗腐蚀剂的液体溶液。例如，最小孔径可为至少0.01μm。该孔径应当足够小，以便在热压过程中保持颗粒中的液体。例如，最大孔径可不大于5微米。可以使用ISO 16901-2:2006测量孔径。

吸油值与可由这些材料吸附的抗腐蚀剂的最大水平相关。可根据ISO787-5:1980确定吸油值。无机多孔材料的吸油值的合适范围为100至500，优选200至400，例如约300。多孔硅酸钙颗粒的吸油能力可为100％至300％。使用ASTM D281-31测定该吸油能力。

此外，颗粒状多孔材料应当优选满足健康和安全要求。

硅酸钙是特别优选的，例如商业上称为的合成硬硅钙石。硬硅钙石的化学式为Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂。该材料的形态使其成为液体和固体材料的理想载体。内部多孔、针状结构与坚硬的外壳相结合，使该功能成为可能。硅酸盐特别有益之处在于，当抗腐蚀剂为碱金属硅酸盐时，由于化学相容性，从而有利于容易地使抗腐蚀剂渗透到孔隙中。

优选地，颗粒状无机多孔材料为硅酸钙材料。硅酸钙颗粒状多孔材料的熔化温度可高达1540℃，从而使得硅酸钙颗粒状多孔材料非常适合包含在经受高温的摩擦材料(例如制动衬垫)中。

适合用于本发明的另一种颗粒状无机多孔材料为无机纤维球。如本文所用的无机纤维球为交织或缠结的无机纤维形成的“球”，即聚集的无机纤维。这些无机纤维球或聚集体也可被称为颗粒。纤维球不同于彼此不缠结的松散或分散的纤维。

无机纤维球的无机纤维的长度和直径可在宽范围内变化。优选地，形成无机纤维球的无机纤维的无机纤维重均长度为100μm至300μm，如125μm至175μm。相同纤维的重均直径优选为4μm至15μm，如5μm至10μm。

重均纤维球直径优选不大于1.5mm。任选地，纤维球的加权平均直径范围为0.5mm至1.5mm，优选0.6mm至1mm。

通过使用筛子来确定纤维球的尺寸。确定在具有特定网孔的筛网中留下的各纤维球的质量。根据所得的数据，计算纤维球尺寸的重量平均值。

使用纤维球作为抗腐蚀剂载体的优点为：当使用(例如用于制动)时，可降低摩擦材料的噪声和振动控制。

可在混合器中制造无机纤维球。通过混合方法，松散的无机纤维彼此搅拌或滚动，从而发生聚集以形成无机纤维球。混合器优选进行圆周运动。优选地，该方法包括将无机纤维与液体在混合器中混合并干燥所得的混合物，以提高所得的纤维球的坚固度。粘合剂可用于增强纤维球的机械强度。

优选地，颗粒状无机多孔材料的颗粒形态基本为球形。

优选地，颗粒状无机多孔材料的粒径为约35μm至85μm。

优选地，颗粒状无机多孔材料包括外部微孔隙和内部大孔隙。与不同的孔结构相比，这种特殊的结构可促进抗腐蚀剂的受控释放并有助于较高的饱和度。以商品名销售的产品(例如)为合适的颗粒。

在一些实施方案中，颗粒状无机多孔材料包含数均粒径为5μm至300μm的颗粒。合适的材料为硅酸钙、原生硅酸盐、蛭石、埃洛石、沸石、多孔氧化铁和云母氧化铁中的任一者。特别合适的是硅酸钙，如

在一些实施方案中，颗粒状无机多孔材料包含重均粒径为0.5mm至1.5mm的颗粒。合适的材料为无机纤维球，尤其是由诸如石棉之类的人造玻璃纤维制成的无机纤维球。

在一些实施方案中，颗粒状无机多孔材料包含多种粒径的混合物。在此类实施方案中，可以组合使用无机纤维球和较小的材料(如硅酸钙、原生硅酸盐、蛭石、埃洛石、沸石、多孔氧化铁和云母氧化铁)两者。特别优选的是硅酸钙颗粒和无机纤维球的组合。

抗腐蚀剂

抗腐蚀剂被吸附到颗粒状多孔材料的孔隙中。通过这种相互作用，能够将抗腐蚀剂以受控的方式递送至摩擦双方表面。

优选的抗腐蚀剂包括碱金属硅酸盐。碱金属硅酸盐的通式通常为SiO₂/M₂O，其中M为碱金属。适合用于本发明方法的碱金属硅酸盐可为被称作“水玻璃”的形式，其为碱金属硅酸盐的水溶液。在水玻璃的形式中，抗腐蚀剂为碱金属硅酸盐的溶液。SiO₂:M₂O的比例决定了碱度。优选的是，在本发明中使用碱性形式。

通过将水玻璃或其他液体抗腐蚀剂掺入颗粒状多孔材料的孔隙中，可以使摩擦材料中具有水玻璃或其他液体抗腐蚀剂，而这在以前是不可能的。特别地，通常通过干式混合方法制造摩擦材料，该方法先前已排除使用以液体形式供应的一些抗腐蚀剂。在本发明中，有益的是：本发明能够通过常规方法使抗腐蚀剂分散到多孔颗粒中，可以将该多孔颗粒掺入干燥的摩擦材料成分预混物中。

基于摩擦材料所添加的起始材料，摩擦材料优选包含至少0.5重量％的碱金属硅酸盐作为整个摩擦材料的一部分。更优选地，摩擦材料包含至少1重量％的碱金属硅酸盐，如至少2重量％的碱金属硅酸盐。与不含碱金属硅酸盐的摩擦材料相比，更低的量可能不会在腐蚀、效率和磨损方面存在显著改进。摩擦材料优选包含不超过10重量％的碱金属硅酸盐作为整个摩擦材料的一部分。更优选地，摩擦材料包含不超过9重量％的碱金属硅酸盐，如不超过8重量％的碱金属硅酸盐。更高的量可能会导致摩擦材料的过度磨蚀，这会造成不希望的高水平的摩擦和磨损。在最终的摩擦材料中，用作溶剂的水(例如，水玻璃中的水)可被保留在孔隙中(例如，作为水合水)，或者一些水或所有的水可在生产过程中蒸发。基于最终产品中干燥的SiO₂/M₂O水平，碱金属硅酸盐的含量范围优选为0.2重量％至5重量％，优选0.4重量％至3重量％。

与不含碱金属硅酸盐的摩擦材料相比，当碱金属硅酸盐的含量为0.5重量％至10重量％时，作为摩擦材料的一部分，碱金属硅酸盐可提高摩擦材料的腐蚀性能和摩擦性能并降低磨损率。

相对于颗粒状无机多孔材料，液体抗腐蚀剂存在的饱和度可为5％w/w至200％w/w，优选10％w/w至100％w/w，更优选25％w/w至75％w/w。该量是相对于颗粒状无机多孔材料的重量，例如当25％w/w的抗腐蚀剂被吸附到颗粒状无机多孔材料的孔隙中时，抗腐蚀剂:颗粒状无机多孔材料的比例为25:100。可以通过使用对应于吸油试验ISO787-5:1980的方法来确定可以被预定质量的多孔材料吸附的抗腐蚀剂溶液的质量，从而测定饱和水平。

相对于多孔材料，以抗腐蚀剂的干燥重量在多孔材料和抗腐蚀剂的组合的干燥重量中所占的百分比来表示，抗腐蚀剂的含量可为1.5重量％至50重量％，优选3重量％至45重量％，更优选13重量％至45重量％，或13重量％至35重量％，或14重量％至28重量％。干燥重量测定结果不包括物理或化学结合的水。

由于碱金属硅酸盐对用于摩擦材料而言的惰性足够且无需进一步的处理步骤，因而优选将碱金属硅酸盐作为抗腐蚀剂。此外，当颗粒状多孔材料为硅酸钙材料时，碱金属硅酸盐与硅酸钙是化学相容的，从而易于使抗腐蚀的碱金属硅酸盐吸附到颗粒状多孔材料中。

碱金属硅酸盐可提高摩擦表面的pH，从而产生不利于腐蚀的动力学和热力学条件。

在碱金属硅酸盐中，硅酸钠和硅酸钾是优选的。硅酸钠和硅酸钾可作为被称作水玻璃的水溶液而获得。水玻璃不需要任何其他可能对环境、动物或人类有害以及可能在其生产中使用能量的溶剂，因而具有环境益处。此外，碱金属硅酸盐的水溶液形式便于摩擦材料的生产。

硅酸钠是特别优选的。由于硅酸钠的低成本、易得性和高溶解速率，因而式SiO₂/Na₂O的硅酸钠适合用于本发明。

优选地，碱金属硅酸盐为硅酸钠，其SiO₂:Na₂O比例不大于3.5，优选不大于3.25。SiO₂:Na₂O的比例优选为至少1.60，更优选为至少3.00。当将摩擦产品用作制动衬垫时，这些比例可降低制动衬垫和制动盘的磨损量。

在掺入摩擦材料中之前，优选将颗粒状无机多孔材料干燥，使得水分(例如水)含量不大于10重量％，优选不大于5重量％，更优选不大于3重量％，并且最优选不大于2重量％，其以颗粒状无机多孔材料、抗腐蚀剂和水分的总重量的重量百分比表示。通过除去水分，摩擦材料的强度得到提高，因为在摩擦材料的生产(其可能涉及加热步骤)期间所释放的蒸汽会导致在摩擦材料中形成裂缝，这会削弱摩擦材料。因此，通过减少可能产生的蒸汽量，可以提高摩擦材料的韧性。

干燥步骤可为主动的(即将浸渍有抗腐蚀剂的颗粒状无机多孔材料置于加热和/或除湿环境)或被动的(即允许水分自然蒸发)。因此，优选地，抗腐蚀剂为低水分含量的固体形式之后立即与其他成分混合以形成摩擦材料。颗粒状无机多孔材料使抗腐蚀剂能够在整个摩擦材料中良好分散并且易于加工。

摩擦材料

摩擦材料包括分散在基质中并用根据本发明的抗腐蚀剂浸渍的本发明的多孔无机颗粒状材料。

本发明通常适用于摩擦材料。优选的摩擦材料配方为通常被称作无石棉有机(NAO)、低金属和低钢的摩擦材料配方。优选地，摩擦材料为NAO(无石棉有机)型摩擦材料。该材料适当地包含有机粘合剂。

示例性NAO摩擦材料可包含除了浸渍有抗腐蚀剂的多孔无机颗粒状材料之外的以下物质，以体积％v/v计：

1％至30％的矿物纤维，如3％至15％

0至3％的钢纤维，如0至1％

1％至40％的磨料，如10％至30％

1％至20％的固体润滑剂，如5％至12％，或当为石墨时，5％至15％

5％至45％的粘合剂，如5％至25％的粘合剂，优选10％至20％

0至10％的芳纶纤维，优选3％至7％

1％至20％的无机填料和有机填料，优选3％至10％。

摩擦材料可为“低金属(low met)”NAO摩擦材料，即该摩擦材料包含少量(例如0至30重量％，优选0至10重量％)诸如钢纤维或钢粉之类的金属成分。

示例性低钢摩擦材料可包含除了浸渍有抗腐蚀剂的多孔无机颗粒状材料之外的以下物质，以体积％v/v计：

0.5％至1.5％的原纤化有机纤维

8％至15％的石墨

8％至20％的无机填料

4％至10％的钢纤维

11％至14％的酚醛树脂

0.5％至10％的磨料

3％至8％的橡胶

4％至12％的固体润滑剂

10％至15％的石油焦

4％至8％的矿物纤维。

摩擦材料可为“无钢”NAO摩擦材料，即不含钢成分的NAO摩擦材料。无钢摩擦材料可包含其他金属，如黄铜、铜、铝或锌。

基质可为无石棉的无铜基质。无铜基质是优选的，以满足当前和未来的对减少并最终消除(特别是)汽车制动器中的铜的规定要求。

基质可为低钢或无钢基质。这意味着基质不含有钢纤维，或仅含有少量钢纤维。特别地，基质可包含不超过20重量％的钢纤维，优选包含不超过15重量％的钢纤维，更优选包含低于10重量％的钢纤维，例如低于3重量％，最优选低于1重量％。基质可以不含有钢纤维(无钢基质)。期望使基质中钢纤维的量最小化，以便减少生锈、粉尘、噪声和振动控制以及摩擦材料的重量。

基质优选包含润滑剂、磨料、有机粘合剂、增强纤维和填料。基质中的磨料优选为与摩擦材料中的MMVF不同的材料。

合适的磨料包括金属氧化物和硅酸盐，包括石英、氧化铝、硅酸锆、氧化锆和氧化铬。可根据所需的硬度来选择磨料。摩擦材料中的磨料的量可以为摩擦材料的1体积％至20体积％，优选5体积％至17体积％，更优选8体积％至14体积％。

合适的润滑剂包括固体润滑剂，如石墨以及诸如硫化锑、硫化锡、硫化铜和硫化铅之类的金属硫化物。润滑剂的含量可以为摩擦材料的1体积％至20体积％，优选5体积％至17体积％，更优选8体积％至14体积％。

合适的有机粘合剂原料包括热固性有机粘合剂，如酚醛树脂、苯酚甲醛树脂、缩合多核芳族树脂、有机硅改性树脂、酚醛硅氧烷树脂、氰酸酯树脂、环氧改性树脂、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醇酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯、纤维素酯、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、硝化纤维素、氯化橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶和聚酰亚胺树脂，并且还可以包括固化剂、交联剂和溶剂。特别优选的粘合剂为酚醛树脂，如苯酚甲醛(酚醛清漆)类树脂。粘合剂还可以包括增韧剂，如环氧树脂。

基质优选包含用作粘合剂的有机热固性树脂。特别合适的有机热固性树脂包括酚醛树脂，如苯酚甲醛树脂。

有机粘合剂的存在量可以为摩擦材料的5体积％至45体积％，优选5体积％至25体积％，更优选10体积％至20体积％。

填料可以为有机填料、无机填料、或有机填料和无机填料的混合物。添加填料以增加摩擦材料的体积。合适的填料包括摩擦粉、橡胶屑、钛酸钾(例如晶须或纤维形式)、硫酸钡、碳酸钙、云母、碱金属钛酸盐，三氧化钼、腰果粉、硅线石、莫来石、氧化镁、二氧化硅和氧化铁。填料可以在改变摩擦材料的一些特性方面起作用，例如填料可以增强热稳定性或降低噪声。还可取决于摩擦材料的其他组分确定待使用的一种多种特定填料。已知云母、腰果粉和橡胶屑是噪声抑制剂。优选的填料包括重晶石，如BaSO₄、石油焦、Ca(OH)₂、云母、铁屑、粒状橡胶摩擦材料屑和钛酸钾(例如以晶须或纤维形式)。

可以将合适的增强纤维添加到基质中。例如，基质可包含人造玻璃质纤维(MMVF)特别是石棉纤维、其他类型的矿物纤维和/或诸如Kevlar(RTM)之类的芳族聚酰胺纤维。例如，可添加纤维以提高杨氏模量并提高摩擦材料的韧性。合适的MMVF的数均纤维直径在5μm至10μm的范围内，长度在50μm至1000μm的范围内，优选在100μm至750μm的范围内，并且渣球含量低，例如低于1重量％，优选低于0.5重量％。合适的MMVF的实例得自Roxul产品系列中的Lapinus Fibers，例如，Roxul 1000Rock Brake产品，如Roxul1000RB 280和RB205。

根据以下步骤制备摩擦材料：

b.将混合物置于模具中；

c.对模具中的混合物施加10MPa至70MPa的压力。

混合步骤优选为干式混合步骤。由于摩擦材料的工业标准，干式混合是优选的。此外，湿式混合方法可能由于制造期间水分的蒸发而得到脆性摩擦材料。本发明通过将液体抗腐蚀剂掺入颗粒状无机多孔材料中，从而避免了这个问题。

加压步骤可为热压或冷压。优选地，条件是温度为120℃至180℃，优选150℃至170℃，并且压力为20MPa至40MPa。

任选地，采用随后的固化步骤。其可为使(例如)树脂粘合剂固化。固化可以逐步方式进行，其中温度从环境温度升高至固化温度，固化温度为至少150℃，优选至少180℃，例如200℃或更高达250℃，优选高达215℃，然后在固化温度下保持数小时，如2小时至8小时，优选4小时至6小时，然后是冷却阶段。

该方法优选包括使抗腐蚀剂浸渍到颗粒状无机多孔材料的孔隙中的预备步骤。颗粒状无机多孔材料可承载其自身重量的5％至200％的抗腐蚀剂。优选地，颗粒状无机多孔材料承载其自身重量的25％至70％的抗腐蚀剂。该抗腐蚀剂的量可提供抗腐蚀剂到摩擦材料表面的最佳受控递送，同时保持易加工性及摩擦材料的韧性和强度。可通过使颗粒状无机多孔材料与液体形式的抗腐蚀剂相接触并混合以进行浸渍，例如通过喷雾到流化床混合器上或通过在低剪切混合器中混合直至所有液体被吸附(无论是否有声音)以进行混合，例如，进行1分钟至60分钟混合，例如5分钟至20分钟混合。

优选地，在用抗腐蚀剂浸渍之后并且在与摩擦材料的其他成分混合之前，对颗粒状无机多孔材料进行干燥步骤。干燥步骤可为主动的(例如通过提高温度和/或降低湿度)或被动的(即允许水分自然蒸发)。该步骤可通过减少在摩擦材料的生产方法的热压步骤期间所释放的蒸汽量来提高摩擦材料的强度。

实施例

实施例1

以0、50w/w％、100w/w％、150w/w％和200w/w％的量用Crystal0075水玻璃浸渍颗粒状多孔硅酸钙材料(商业上称为)。换句话说，使颗粒状多孔硅酸钙材料中吸附有一定量的水玻璃，使得颗粒状多孔硅酸钙材料承载其自身重量的0％、50％、100％、150％或200％的水玻璃。水玻璃中的SiO₂:Na₂O比例为3.22。根据以下配方将体积％为7％的经浸渍的颗粒状多孔材料与其他成分混合，并在模具中在160℃和28MPa下施加压力以形成NAO、无钢摩擦材料。

然后通过在5小时内加热至210℃、在210℃保持4小时并在2小时内冷却至室温来固化该组合物。

此外，制备了不含颗粒状无机多孔材料的参考样品。

评价摩擦材料的摩擦、磨损和腐蚀性能。

将摩擦材料制备成用钢转子进行试验的制动衬垫。进行的试验为KraussECER90global规范摩擦性能。

根据改编自SAE J2707磨损的试验方法测定摩擦材料(制动衬垫)和转子的磨损。

通过基于ASTM B117的试验测定摩擦材料和转子的腐蚀，以确定静态阻力水平。该试验包括用5重量％的NaCl和MgCl(1:1重量)的水性腐蚀液对制动衬垫及材料进行预处理，然后夹紧到制动盘上并置于40℃、100％相对湿度的气候室中24小时，然后在室温、70％相对湿度的腔室中干燥72小时。然后检查试验样品的静态阻力，并在分离后检查制动盘和衬垫的表面是否被腐蚀。

参考样品(不含颗粒状无机多孔材料)在试验期间受到非常严重的静态阻力。制动衬垫表面的80％被腐蚀覆盖。

在具有颗粒状无机多孔材料但其孔隙中未浸渍有抗腐蚀剂的样品中，试验的结果是受到严重的静态阻力。衬垫和制动盘之间的表面的80％被腐蚀覆盖。

在包含承载其自身重量的25％的水玻璃的颗粒状无机多孔材料的样品中，受到中等的静态阻力，并且衬垫和制动盘之间的表面的40％被腐蚀覆盖。这对于参考样品和含有0％抗腐蚀剂的样品而言是明显的改进。

在包含承载其自身重量的50％的水玻璃的颗粒状无机多孔材料的样品中，没有受到静态阻力，并且衬垫和制动盘之间的表面仅有20％被腐蚀覆盖。这对于先前的样品而言是进一步明显的改进。

在包含承载其自身重量的100％的水玻璃的颗粒无机多孔材料的样品中，没有受到静态阻力，并且衬垫和制动盘之间的表面仅有10％被腐蚀覆盖。这对于先前的样品而言是进一步明显的改进。

掺入了浸渍有50w/w％和100w/w％的水玻璃的颗粒状多孔硅酸钙材料的摩擦材料获得了最好的结果。

实施例2

通过混合起始材料并使用上述实施例1的工艺条件将混合物在模具中加压以制备摩擦材料，从而形成制动衬垫。配方为根据以下表中的低金属配方：

低钢
		成分	体积
	％(v/v)
		合计	100
芳族聚酰胺纤维	1,5
		石墨	14
RB280Roxul1000矿物纤维	8
		重晶石	10
钢纤维	6
		酚醛清漆树脂	13
氧化铝	3
		黑色合成氧化铁400	5
橡胶	5,2
		合成硫化物	9
抗腐蚀的Promaxon D	5
		石油焦	8,7
蛭石	11,6

颗粒状无机多孔材料是商业上称为的硅酸钙。将其用Crystal0075水玻璃(与实施例1相同组成的水玻璃)浸渍之后，与摩擦材料的其他成分进行混合。制备六个样品，具有不同的多孔材料的水玻璃饱和度：多孔材料承载的水玻璃为其自身重量的0％、25％、50％、75％、100％和125％。制备制动衬垫形式的样品摩擦材料以比较不同饱和水平下的性能。

用钢转子对制动衬垫进行试验以模拟机动车制动系统。

根据全球规范摩擦性能的Krauss ECE R90附录(定扭矩)欧洲认证试验方法进行试验以确定各样品的摩擦系数。

根据SAE J2707磨损方法的改编版本对制动衬垫和转子的磨损进行试验。

图中所使用的代码中的数字表示水玻璃的比例。

图1、图2和图3示出了实施例2的试验结果。

从图1中可以看出，随着硅酸钠液体溶液含量的增大，平均摩擦水平、平均冷却阶段(average cold section)摩擦水平和平均衰减阶段(average fade section)摩擦水平增大。这三个摩擦阶段对于制动衬垫的开发至关重要。

图2示出了随着硅酸钠液体溶液含量的增大，衬垫和转子磨损的行为。衬垫和转子的磨损行为都显示出改进，直至效果变为负面的某一点。对于百分比为25％至70％硅酸钠液体溶液含量，制动盘和衬垫之间的磨损配给量是优化的。

摩擦和磨损结果示于图3中。

在μF1和μF2阶段中，很明显液体溶液的量越高，衰减摩擦水平越高，并且在μF2之后所有摩擦阶段水平越高。

如果颗粒状无机多孔材料承载超过其自身重量的125％的抗腐蚀剂溶液，则结果不再改进。

从制动盘磨损的角度来看，显然在液体溶液浸渍至多50％时得到改进。50％之后会变得更差。

根据这些结果结合实施例1的抗腐蚀试验，我们推断出最佳浸渍率为：

25％、50％和75％，即颗粒状无机多孔材料承载其自身重量的25％至75％的抗腐蚀剂，以得到最佳结果。

不希望受到理论的束缚，据信四种因素的组合会影响这些结果：

-摩擦材料加工。浸渍量越高，热压后摩擦材料中出现裂缝的可能性越大。

-对改进腐蚀和静态阻力的影响

-对摩擦性能的影响

-对制动盘磨损的影响。

结论

-具有高耐热性的无机多孔材料可以用作液体溶液的载体。

-抗腐蚀液体溶液在摩擦材料工业中具有很大的潜在节能效果。

-渗透量可以为5％(w/w)至饱和水平。在的特定情况中，渗透量为5％至200％。

-最佳浸渍取决于材料部分(NAO、低金属或半金属)，在Promaxon D的情况中，最佳浸渍为25％至70％。

Claims

1.一种摩擦材料，其包含颗粒状无机多孔材料，其中颗粒状多孔材料包含吸附在其孔隙内的抗腐蚀剂。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其中所述抗腐蚀剂包括碱金属硅酸盐，优选例如水溶液形式的硅酸钠、硅酸钾或它们的混合物。

3.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料包括硅酸钙结构，如Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂。

4.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料包括形状基本为球形的颗粒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料的数均粒径为5μm至300μm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中当在不存在活性剂的情况下计算时，所述颗粒状无机多孔材料的BET比表面积为至少40m²/g。

7.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中当在不存在活性剂的情况下测定时，所述颗粒状无机多孔材料的吸油值在100至500的范围内，优选在150至300的范围内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中以所述抗腐蚀剂中干燥物质的质量在所述颗粒状无机多孔材料的干燥重量和所述抗腐蚀剂中干燥物质的质量的组合中所占的百分比来表示，所述抗腐蚀剂的存在量为1.5重量％至50重量％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料均匀地分散在整个所述摩擦材料中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，进一步包含含量在5重量％至45重量％范围内、优选10重量％至20重量％范围内的有机粘合剂，例如热固性树脂。

11.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，进一步包含纤维。

12.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，进一步包含人造玻璃质纤维(MMVF)。

13.根据权利要求12所述的摩擦材料，其中所述MMVF在所述摩擦材料中的存在量为1重量％至30重量％，优选3重量％至15重量％。

14.根据权利要求12或13所述的摩擦材料，其中所述MMVF包括石棉纤维。

15.根据权利要求14所述的摩擦材料，其中所述石棉纤维的数均直径在5μm至10μm的范围内，并且数均纤维长度在50μm至1000μm的范围内，优选在100μm至750μm的范围内。

16.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，进一步包含填料、润滑剂、磨料和除MMVF之外的纤维。

17.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料以及吸附在其结构内的所述碱金属硅酸盐合计占所述摩擦材料的1重量％至10重量％，优选2重量％至5重量％。

18.根据前述权利要求中任一项所述的摩擦材料，其中所述颗粒状无机多孔材料包括纤维球。

19.根据权利要求18所述的摩擦材料，其中所述纤维球包含人造玻璃质纤维。

20.一种制动衬垫，其包含前述权利要求中任一项所述的摩擦材料。

21.一种车辆制动系统，其包括转子和权利要求18所述的制动衬垫，其中所述转子和所述制动衬垫被配置成在制动时相接触，优选地，其中所述转子为金属的，更优选为电子停车制动系统。

22.制造根据权利要求1至19中任一项所述的摩擦材料的方法，该方法包括：

a)将颗粒状无机多孔材料与其他起始材料混合以形成混合物，其中所述颗粒状无机多孔材料包含吸附在其孔隙内的抗腐蚀剂；

b)将所述混合物置于模具中；

c)对所述模具中的所述混合物施加10MPa至70MPa的压力。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括用所述抗腐蚀剂浸渍所述颗粒状无机多孔材料的初始步骤，其中所述抗腐蚀剂优选为水溶液形式。