CN111750015B - 制动块和底层材料组合物 - Google Patents

Abstract

根据一个实施方案的制动块包括：包含0.5重量％或更少的铜的摩擦材料、背板、以及层合在摩擦材料与背板之间并且在弯曲模式下在‑50℃至0℃下具有500MPa或更大的平均损耗模量的底层材料。

Description

制动块和底层材料组合物

技术领域

本发明一般地涉及制动块和底层材料组合物。

背景技术

近来，技术创新使得能够在抑制来自车辆发动机、车身等的噪声方面得到改善。不期望的车辆噪声的另一来源是与车辆制动器的操作相关的制动噪声。这种制动噪声相对频繁地被驾驶员识别，并且可能造成比一些其他形式的车辆噪声甚至更严重的问题。

特别地，由于制动噪声的问题至少部分是因为制动器部件之间复杂的相互关系，因此该问题近似为整个制动系统中的问题，并且往往根据单个部件进行处理。

此外，由于噪声是自激振动现象，因此从诸如振动的发生、共振/耦合和阻尼的各种观点研究噪声产生机制，并且提出针对噪声的对策。

更具体地，针对制动块噪声的已知对策的实例包括通过增加压缩性减轻耦合力的方法，使用具有高阻尼的制动块垫片的方法，以及向摩擦材料和底层中添加橡胶的方法。

日本专利申请公开第2007-154154号公开了解决制动噪声的另一种方式，其使用非石棉摩擦材料而不显著损害摩擦材料本身在摩擦和磨损性能方面的性能。

发明内容

然而，这些已知的建议可能导致制动块组合件中的压缩性的增加，产生由阻力矩增加引起的驾驶员的制动感觉的劣化，燃料消耗的劣化等，并因此可能造成新的问题。

公开的用于制动块的底层材料组合物以及公开的包含这样的底层材料的制动块非常适合于抑制由阻力矩增加引起的制动感觉的劣化和燃料消耗的劣化，同时，同时抑制噪声。

作为解决该问题的专门研究的结果，已经发现底层材料的材料取向导致压缩性和动态弹性的各向异性，并且已经发现抑制压缩性的增加以及能够改善动态弹性模量的阻尼能力的可能性，此时可以预期噪声降低的效果。对于阻尼能力，更具体地，弯曲模式下的损耗模量LM是代表性的，并且已经发现增加LM的值以改善制动块的弯曲振动的阻尼，使得可以实现噪声降低的效果。

根据通过示例性的方式公开的一个实施方案的制动块包括：摩擦材料，其根据近来的对环保的响应而包含0.5重量％或更少的铜；背板(back plate)；以及上述底层材料，其层合在摩擦材料与背板之间并且在弯曲模式下在-50℃至0℃下具有500MPa或更大的平均损耗模量。

在上述配置中，底层材料可以包含热固性树脂、摩擦改进剂、橡胶和芳族聚酰胺纤维，其中橡胶的量优选为20体积％至40体积％，芳族聚酰胺纤维的量优选为3体积％至6体积％。

在上述配置中，底层材料包含铁纤维和矿物纤维，并且铁纤维和矿物纤维的量优选为25体积％至50体积％。

在该配置中，可以保持高阻尼和适当的压缩性，并且还可以确保底层材料的模塑性。

附图说明

图1A和1B是根据一个实施方案的制动块的说明图。

图2是噪声产生率与损耗模量LM之间的说明性相互关系图。

图3是实施例、比较例和性能评估的说明图。

具体实施方式

以下参照附图阐述的是用于制动块的底层材料和包括这样的底层材料的制动块的详细说明，其代表在此公开的本发明的用于制动块的底层材料和制动块的实例。

下面将描述根据一个实施方案的底层材料和制动块的配置和构造，并且通过该配置和构造获得的操作和结果(优点)是示例。本发明还可以通过与下面描述的配置和构造不同的配置和构造来实现。

图1A和1B是根据一个实施方案的制动块的说明图。

图1A是根据一个实施方案的制动块的外部透视图，图1B是沿着图1A中的剖面线1B-1B截取的截面图。

如图1所示，制动块10包括由铁制成的并且具有第一表面F1的背板11，具有面向并接触第一表面F1的第二表面F2的底层材料12，以及具有面向并接触第二表面F2的第三表面F3的摩擦材料(衬里)13。因此，第三表面F3被定位成与第二表面F2相对同时还基本平行于第二表面F2。类似地，第二表面F2被定位成与第一表面F1相对同时还基本平行于第一表面F1。

在这种情况下，底层材料12层合或定位在背板11与摩擦材料13之间。底层材料12的厚度为约1.0mm至2.5mm，更优选1.2mm至2.2mm，并且还更优选1.5mm至2.0mm。

由于底层材料12主要起补充压缩性和耐久性而不是摩擦性能的作用，因此底层材料12具有比摩擦材料13更自由地设计的能力。即，与摩擦材料13相比，在配置和构造底层材料12方面可以更自由，因为底层材料12不需要必须表现出一定的摩擦特性或获得特定的性能特性。

因此，在该实施方案中，对底层材料12进行配置和构造以改善噪声性能。

下面对可以改善噪声性能的根据通过示例性的方式在此公开的一个实施方案的底层材料12的配置和组成进行说明。

首先，在底层材料中，由于材料沿平面方向(图1中的XY平面)取向并且具有表现为动态粘弹性的特性特征，因此发现当制动块11弯曲并振动时，动态粘弹性有助于阻尼，并因此对弯曲振动模式下的动态粘弹性进行测量。

作为测试片，考虑到在制动块10弯曲并振动时获得的振动方向，制成具有图1所示的X方向长度、Y方向长度(高度或尺寸)、和Z方向厚度的底层材料样品，并且使用可从NETZSCH获得的DMA 242E Artemis模型动态机械分析仪在以下测量条件下进行测量。

[弯曲振动模式下的动态粘弹性测量条件]

·测量方法：三点弯曲模式

·测试片尺寸：50mm×8mm×2mm(X方向的长度或宽度为50mm，Y方向的长度为8mm，Z方向的厚度为2mm)

·温度：-100℃至300℃(升温速率2℃/分钟)

·频率：1Hz、5Hz、10Hz

考虑到在底层材料12的弯曲振动模式下的动态粘弹性与噪声性能之间的关系，应考虑温度特性和频率特性二者。

为此，在于-100℃至300℃的温度区域或范围内以1Hz、5Hz和10Hz的频率进行上述测量之后，使用Williams-Landel-Ferry方程进行温度-频率转换以形成表示频率特性的主曲线，从而计算对应于用作其中实际产生噪声的频带的约1kHz至20kHz的温度范围。在所获得的范围内，将在-50℃至0℃下的损耗模量LM的平均值用作阻尼的参数。

下面将描述噪声测试。

在这种情况下，将通过使用相同的摩擦材料使频率系数彼此相等并且各自的压缩性为88μm至90μm的样品用作制动块，以检查底层材料的损耗模量LM对噪声性能的影响。

作为用于噪声测试的制动器规格，使用两活塞浮动型制动钳与铸铁转子之间的组合，并且在制动块上设置有夹型制动块垫片和倒角部分。

利用以上规格，进行冷噪声评估。

图2是噪声产生率与平均损耗模量LM之间的说明性相互关系图。

如图2所示，当底层材料12在弯曲振动模式下的平均损耗模量LM为500MPa或更大时，可以实现6.0％或更小的噪声产生率，这从实践的观点出发是足够且期望的。在此，发明人发现由实现在弯曲模式下在-50℃至0℃下500MPa或更大的平均损耗模量的组合物构造底层材料在噪声降低方面产生期望的结果。底层材料可以包含橡胶和芳族聚酰胺纤维，并且还可以包含铁纤维、矿物纤维、热固性树脂和摩擦改进剂。

下面将描述具体实例。

图3是阐述落入在此公开的本发明的底层材料范围内的几个实施例和几个比较例的性能评估的说明图或表。

[1]实施例

[1.1]第一实施例

下面将描述根据第一实施例的底层材料的组成。

作为该实施例的组成要素，形成该组合物的要素可以大致分为芳族聚酰胺纤维、橡胶、铁纤维(钢纤维)和矿物纤维、以及其他材料。其他材料的实例包括热固性树脂、摩擦改进剂等。

芳族聚酰胺纤维为耐热且相对强的合成纤维。矿物纤维可以为无机纤维，并且实例包括各种类型的矿物棉，例如石棉和矿渣棉。可以用于底层材料的摩擦改进剂和热固性树脂是本领域技术人员已知的。

下面将详细描述第一实施例中的底层材料的组成。

在第一实施例中，组合物包含3体积％的芳族聚酰胺纤维和32体积％的橡胶，并且将这两种材料混合。

将总共29体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将36体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

芳族聚酰胺纤维、橡胶、铁纤维、矿物纤维和其他材料的混合物或组合物可以使用与本领域技术人员生产已知的用于制动块的底层材料所使用的过程/方法相似的已知过程/方法来形成或模塑。即，如已知的，可以将热和压力施加至与背板和用于摩擦材料的组合物一起定位在模具中的底层组合物以生产图1所示的包括背板11、底层材料12和摩擦材料(衬里)13的制动块。

[1.2]第二实施例

下面将详细描述第二实施例中的底层材料的组成。

在第二实施例中，组合物包含6体积％的芳族聚酰胺纤维和21体积％的橡胶，并且将这两种材料混合。

将总共33体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将40体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

[2]比较例

[2.1]第一比较例

下面将详细描述第一比较例中的底层材料的组成。

在第一比较例中，组合物包含15体积％的芳族聚酰胺纤维和6体积％的橡胶，并且将这两种材料混合。

将总共30体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将49体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

[2.2]第二比较例

下面将详细描述第二比较例中的底层材料的组成。

在第二比较例中，组合物包含15体积％的芳族聚酰胺纤维和6体积％的橡胶，并且将这两种材料混合。

将总共33体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将46体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

[2.3]第三比较例

下面将详细描述第三比较例中的底层材料的组成。

在第三比较例中，组合物包含6体积％的芳族聚酰胺纤维和16体积％的橡胶，并且将这两种材料混合。

将总共33体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将45体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

[2.4]第四比较例

下面将详细描述第四比较例中的底层材料的组成。

在第四比较例中，组合物包含混合在一起的8体积％的芳族聚酰胺纤维和27体积％的橡胶。

将总共33体积％的铁纤维和矿物纤维与芳族聚酰胺纤维/橡胶混合物混合。

此外，将32体积％的另外的材料与芳族聚酰胺纤维、橡胶和铁纤维/矿物纤维混合物混合以获得总共100体积％。

[3]特性和性能评估

根据在弯曲振动模式下的损耗模量LM、底层材料本身的压缩性、摩擦材料和底层材料作为整体(一起)的压缩性、模塑性和噪声产生率对上述每个实施例和比较例进行评估。对于底层材料和摩擦材料的压缩性的测量，在将底层材料如正常使用定位在背板11(如图1所示)与摩擦材料13(如图1所示)之间的同时对其进行评估。对于底层材料本身的压缩性的测量，在将底层材料如正常使用那样施加至背板11(如图1所示)的同时对其进行评估，不同之处在于底层材料的厚度等于底层材料12的厚度与摩擦材料13的厚度组合。因此，考虑如下作为实例：图1所示的背板11的厚度为t1，图1所示的底层材料12的厚度为t2，图1中的摩擦材料13厚度为t3。图3中所示的底层材料和摩擦材料的压缩性的结果涉及测量定位在厚度为t1的背板11与厚度为t3的摩擦材料13之间的厚度为t2的底层材料的压缩性。另一方面，图3中所示的底层材料本身的压缩性的结果涉及测量施加至厚度为t1的背板11的厚度为t2+t3的底层材料的压缩性。

[3.1]损耗模量LM

通过上述方法测量弯曲振动模式下的损耗模量LM。

弯曲振动模式下的损耗模量LM在第一实施例(737MPa)和第二实施例(513MPa)中超过500MPa，但是在第一比较例、第二比较例和第三比较例中(311MPa至340MPa)显著低于500MPa。

无法评估第四比较例的弯曲振动模式下的损耗模量LM，因为混合物的模塑性差。

[3.2]底层材料的压缩性

除了第四比较例由于模塑性差而无法评估之外，根据两个实施例和比较例的底层材料的压缩性彼此大致相等(59μm至74μm)。即，尝试模塑第四比较例的组合物产生了不能用于制动块中的具有裂纹的产品。

[3.3]整体压缩性(摩擦材料和底层材料)

除了第四比较例再次由于模塑性差而无法评估之外，根据两个实施例和四个比较例的摩擦材料和底层材料一起的整体压缩性彼此大致相等(88μm至90μm)。即，模塑第四比较例的组合物产生了具有裂纹的产品，因此产品不能用于制动块中。

[3.4]模塑性

评估各实施例和各比较例的模塑性并指定三个等级之一，即容易模塑(良好[o])，模塑在实际使用中没有问题(允许[Δ])，模塑在实际使用中有问题(不良[×])。等级“良好”意指组合物可以被模塑并产生没有阻碍或负面影响底层材料的性能的裂纹的底层材料(产品)。等级“不良”意指组合物在被模塑时产生具有不允许底层材料用于制动块的裂纹的底层材料(产品)。等级“允许”意指组合物可以被模塑并产生适合用于制动块但是具有一些小裂纹的底层材料(产品)。因此，等级“允许”表示表现出比等级为“不良”的组合物好得多，但不如等级为“良好”的组合物好的模塑性的组合物。

如图3所示，第一实施例的模塑性和第一比较例、第二比较例和第三比较例的模塑性是优选的(良好[o])，第二实施例的模塑性是可接受的(允许[Δ])。

与此相比，第四比较例具有为不可接受的水平的差的模塑性(不良[×])，这意味着其不能如预期那样用于制动块和操作。

[3.5]噪声产生率

评估噪声产生率使得超过70dB的噪声产生率显著低于6.0％的情况被评估为非常好(优异[◎])，噪声产生率低于6.0％的情况被评估为优选(良好[o])，产生率超过6.0％的情况被评估为允许(Δ)。

如图3所示，在损耗模量超过500MPa的第一实施例和第二实施例中，噪声产生率为优选的(优异[◎]或良好[o]：噪声产生率低于6.0％)。相比之下，第一比较例、第二比较例和第三比较例的噪声产生率表现出允许的或足够的噪声抑制特性(允许[Δ])，但不是优异的或良好的噪声抑制特性。

[3.6]综合评估结果

综合评估结果表示考虑到上述五个评估即损耗模量、仅底层材料的压缩性、摩擦材料和底层材料一起的压缩性、模塑性和噪声产生率的针对每个实施例/比较例的总体评估。如图3的表中所示，第一实施例的综合评估优异，第二实施例的综合评估良好，而所有四个比较例的综合评估都不良。

因此，在此，发明人发现，当底层材料包含热固性树脂、摩擦改进剂、橡胶和芳族聚酰胺纤维，其中橡胶的量为20体积％或更大，芳族聚酰胺纤维的量大于0体积％且为6体积％或更小时，可以获得可以抑制噪声的弯曲振动模式下的损耗模量。优选地，底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

发明人还发现，当底层材料包含铁纤维和矿物纤维，并且铁纤维和矿物纤维的总添加量为25体积％或更大时，可以获得可以抑制噪声的弯曲振动模式下的损耗模量。优选地，底层材料中的铁纤维的量加上矿物纤维的量为25体积％至50体积％。

如上所述，根据实施方案，使用在弯曲模式下具有高阻尼并且在压缩方向上具有低压缩性的底层材料以使得可以改善噪声性能。

上述的制动块和底层材料组合物可以应用于上述浮动型盘式制动器以及所谓的相对型(相对活塞型)制动块等，所述相对型(相对活塞型)制动块具有其中用作加压构件的活塞彼此相对，并且相对的活塞将一对制动块紧压在盘式转子(摩擦材料)上的配置。

以上详细说明描述了底层材料和制动块的实施方案，其代表在此公开的本发明的底层材料和制动块的实例。然而，本发明不限于所描述的精确实施方案和变型。在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以实现各种改变、修改和等同方案。明确意图是落入权利要求的范围的所有这些改变、修改和等同方案均被权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种制动块，包括：

背板；

固定至所述背板的底层材料；

摩擦材料，所述摩擦材料固定至所述底层材料使得所述底层材料位于所述背板与所述摩擦材料之间；

所述摩擦材料包含0.5重量％或更少的铜；

所述底层材料在动态粘弹性测量的弯曲模式下在-50℃至0℃下的平均损耗模量为500MPa或更大。

2.根据权利要求1所述的制动块，其中：

所述底层材料包含热固性树脂、摩擦改进剂、橡胶和芳族聚酰胺纤维；

所述底层材料中的所述橡胶的量为20体积％或更大；以及

所述底层材料中的所述芳族聚酰胺纤维的量为6体积％或更小。

3.根据权利要求1所述的制动块，其中所述底层材料包含铁纤维和矿物纤维，并且所述底层材料中的所述铁纤维和所述矿物纤维的总量为25体积％或更大。

4.根据权利要求1所述的制动块，其中：

所述底层材料包含热固性树脂、摩擦改进剂、橡胶和芳族聚酰胺纤维；

所述底层材料中的所述橡胶的量为20体积％或更大；以及

所述底层材料中的所述芳族聚酰胺纤维的量大于0体积％且为6体积％或更小。

5.根据权利要求1所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

6.根据权利要求1所述的制动块，其中所述底层材料包含3体积％至6体积％的量的芳族聚酰胺纤维。

7.根据权利要求1所述的制动块，其中所述底层材料包含25体积％至50体积％的量的铁纤维和矿物纤维。

8.根据权利要求7所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

9.根据权利要求7所述的制动块，其中所述底层材料包含3体积％至6体积％的量的芳族聚酰胺纤维。

10.根据权利要求9所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

11.一种用于制造底层材料的底层材料组合物，所述底层材料被配置成固定至背板并且使包含0.5重量％或更少的铜的摩擦材料固定至所述底层材料以形成制动块，所述底层材料组合物包含：

在动态粘弹性测量的弯曲模式下在-50℃至0℃具有500MPa或更大的平均损耗模量的材料的组合物。

12.一种制动块，包括：

背板；

固定至所述背板的底层材料；

摩擦材料，所述摩擦材料固定至所述底层材料使得所述底层材料位于所述背板与所述摩擦材料之间；

所述摩擦材料包含0.5重量％或更少的铜；

所述底层材料包含：i)热固性树脂；ii)摩擦改进剂；iii)橡胶；和iv)芳族聚酰胺纤维；

所述底层材料在动态粘弹性测量的弯曲模式下在-50℃至0℃下具有500MPa或更大的平均损耗模量。

13.根据权利要求12所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

14.根据权利要求12所述的制动块，其中所述底层材料包含3体积％至6体积％的量的芳族聚酰胺纤维。

15.根据权利要求12所述的制动块，其中所述底层材料包含25体积％至50体积％的量的铁纤维和矿物纤维。

16.根据权利要求15所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

17.根据权利要求15所述的制动块，其中所述底层材料包含3体积％至6体积％的量的芳族聚酰胺纤维。

18.根据权利要求17所述的制动块，其中所述底层材料包含20体积％至40体积％的量的橡胶。

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