CN112088199A - 摩擦材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
[目的]提供一种摩擦材料的制造方法，该方法能够在短时间内均匀地进行焦烧处理至摩擦材料的表面层的深处。[解决手段]在包括用激光焦烧摩擦材料表面的焦烧工序的摩擦材料的制造方法中，相对于摩擦材料组合物的总量，摩擦材料包含5至25重量％的一种或多种黑色原料，焦烧处理前，摩擦材料表面的Lab值L*为20至60。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于诸如乘用车和卡车等汽车的盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料的制造方法。
背景技术
通常，盘式制动器和鼓式制动器被用作汽车的制动装置，并且盘式制动片和制动蹄(其各自均包括金属制基体构件和贴附到其上的摩擦材料)被用作摩擦构件。
摩擦材料通过以下工序制造：混合工序，用于混合包含粘合材料、纤维基材、润滑材料、有机摩擦调整材料、无机摩擦调整材料、pH调整材料和填充材料等的摩擦材料组合物；加热加压成型工序，用于用热成型模具对摩擦材料原料混合物进行加热加压成型；热处理工序，用于完成作为粘合材料的热固性树脂的固化。
当由于在汽车制动时摩擦材料与金属制的盘式转子或制动鼓之间的摩擦接触而使摩擦材料的温度达到高温时，通过将摩擦材料中的粘合材料和有机摩擦调整材料加热而产生分解气体。众所周知，在摩擦材料与盘式转子或制动鼓之间存在分解气体是引起摩擦系数减小并且制动效率迅速降低的所谓的“制动失效现象”的主要原因。
为了防止在使用摩擦材料的初始阶段出现制动失效现象，在摩擦材料的制造工序中，对成型后的摩擦材料的整个摩擦表面进行称为“焦烧(scorch)处理”的高温加热处理，以便去除会导致制动失效现象的主要原因的有机物质等。
以往，作为焦烧处理的方法，使用了将加热板压在摩擦材料的表面上的方法，以及通过气体火焰等直接燃烧来加热摩擦材料表面的方法。但是，为了焦烧处理的短时间化，近年来已经采用了专利文献1中公开的利用红外线激光对摩擦材料的表面进行加热处理的方法，以及专利文献2中公开的利用大功率二极管激光器对摩擦材料的表面进行加热处理的方法。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：US2002/046789A
专利文献2：EP1262679A
发明内容
本发明需要解决的问题
与传统的通过使热源直接接触摩擦材料表面进行加热的方法相比，专利文献1和专利文献2中公开的用激光对摩擦材料表面进行加热处理的方法能够缩短焦烧处理工序的时间。然而，需要一种能够在更短时间内从摩擦材料的表面到其较深部分的均匀地进行焦烧处理的方法。
本发明涉及一种摩擦材料的制造方法，其中用激光对用于诸如乘用车和卡车等汽车的盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料的表面进行焦烧处理，并且本发明的目的是提供一种摩擦材料的制造方法，该方法能够在短时间内均匀地进行焦烧处理至摩擦材料的表面层的深处。
解决问题的手段
通常，作为摩擦材料的原料，可以添加诸如碳质材料如石墨和焦炭，四氧化三铁，使用糠醛作为固化剂制造的黑色腰果壳油摩擦粉，以及轮胎胎面胶粉碎粉等的黑色原料。
本发明的发明人进行了深入研究，其基于以下事实，即在其中所含的各种摩擦材料原料中，黑色原料容易地吸收激光的能量，作为其结果，这与用激光对摩擦材料的表面进行焦烧处理的方法有关。发明人发现通过将预定量的一种或多种黑色原料添加到摩擦材料中并在焦烧处理之前使摩擦材料表面的色调成为特定范围，可以在短时间内均匀地进行焦烧处理至摩擦材料的表面层的深处，从而完成了本发明。
本发明涉及一种利用以下技术通过激光对用于诸如乘用车和卡车等汽车的盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料的表面进行焦烧处理的方法。
(1)一种摩擦材料的制造方法，包括用激光对摩擦材料的表面进行加热处理的焦烧处理工序，其特征在于，相对于摩擦材料组合物的总量，该摩擦材料包含5至25重量％的一种或多种黑色原料，焦烧处理前，摩擦材料表面的Lab值L*为20至60。
(2)根据(1)的摩擦材料的制造方法，其中焦烧处理工序中激光束的能量密度为150至2000kW/m2，激光束照射面与摩擦材料的表面之间的距离为15至300mm，并且焦烧处理的时间为0.5至60秒。
(3)根据(1)或(2)的摩擦材料的制造方法，其中该激光束的光源是垂直腔表面发射激光器模块。
(4)在根据(1)至(3)中任一项的摩擦材料的制造方法，其中紧接在该焦烧处理工序之前进行预热工序。
(5)根据(4)的摩擦材料的制造方法，其中所述预热工序是热处理工序。
本发明的效果
根据本发明，在用激光对用于诸如乘用车和卡车等汽车的盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料的表面进行焦烧处理的摩擦材料的制造方法中，可以提供一种摩擦材料的制造方法，该方法能够在短时间内均匀地进行焦烧处理至摩擦材料的表面层的深处。
附图说明
[图1]是本发明的摩擦材料的焦烧处理的示意图。
[图2]是在焦烧处理中使用的表面发射激光器的仰视图。
[图3]是表示本发明的摩擦材料的制造方法一例的流程图。
[图4]是在用激光焦烧处理开始之前的摩擦材料的表面层的截面图。
[图5]是紧接着用激光焦烧处理开始之后的摩擦材料的表面层的截面图。
具体实施方式
在下文中，在描述根据本发明的摩擦材料的制造方法之前，将依次说明摩擦材料的摩擦材料原料和摩擦材料表面的Lab值。
1.摩擦材料原料
作为构成摩擦材料组合物的原料，其包含例如粘合材料、纤维基材、润滑材料、无机摩擦调整材料、有机摩擦调整材料、pH调整材料和填充材料等，并且还包含至少一种黑色原料。
(1)粘合材料
作为粘合材料，可列举直链酚醛树脂，利用腰果油和/或硅油、丙烯酸类橡胶等各种弹性体将酚醛树脂进行改性而得到的树脂，将酚类与芳烷基醚类与醛类进行反应而获得的芳烷基改性酚醛树脂，将各种弹性体、氟聚合物等分散于酚醛树脂而得到的热固性树脂等在摩擦材料中通常使用的粘合材料，它们可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
(2)纤维基材
作为纤维基材，可列举金属纤维，芳纶纤维、丙烯酸纤维等有机纤维，碳纤维、陶瓷纤维、岩棉等无机纤维，它们可单独使用一种或者将两种以上组合使用。
(3)润滑材料
作为润滑材料，可列举二硫化钼、硫化锌、硫化锡、复合金属硫化物等金属硫化物类润滑材料，人造石墨、天然石墨、薄片状石墨、活性炭、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉、焦炭、弹性石墨化碳等碳质类润滑材料等在摩擦材料中通常使用的润滑材料，它们可单独使用一种或者也可将两种以上组合使用。
(4)无机摩擦调整材料
作为无机摩擦调整材料，可列举四氧化三铁、硅酸钙水合物、玻璃珠、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、γ-氧化铝、α-氧化铝、碳化硅、鳞状钛酸盐、板状钛酸盐、柱状钛酸盐、无定形钛酸盐(钛酸盐是钛酸钾、钛酸锂钾、钛酸镁钾等)、云母、蛭石、滑石等颗粒状无机摩擦调整材料，硅灰石、海泡石、玄武岩纤维、玻璃纤维、生物可溶性人造矿物纤维、岩棉等纤维状无机摩擦调整材料，它们可单独使用一种或组合两种以上使用。
(5)有机摩擦调整材料
作为有机摩擦调整材料，可列举腰果壳油摩擦粉、轮胎胎面橡胶的粉碎粉、腈橡胶、丙烯酸类橡胶、硅橡胶、丁基橡胶等硫化橡胶粉末或未硫化橡胶粉末等在摩擦材料中通常使用的有机摩擦调整材料，它们可单独使用一种或组合两种以上使用。
(6)pH调整材料
作为pH调整材料，可使用氢氧化钙等通常在摩擦材料中使用的pH调整材料。
(7)填充材料
作为摩擦材料组合物的剩余部分，使用硫酸钡、碳酸钙等填充材料。
(8)黑色原料
作为具有容易吸收激光的特性的接近黑色(深色)的颜色的原料的黑色原料，可列举例如碳质材料(碳纤维、人造石墨、天然石墨、薄片状石墨、活性炭、氧化聚丙烯腈纤维粉碎粉、焦炭、弹性石墨化碳等)，二硫化钼，四氧化三铁，使用糠醛作为固化剂制造的黑色腰果壳油摩擦粉，以及轮胎胎面胶粉碎粉等，这些黑色原料中至少一种或两种以上的组合可以包含在摩擦材料中。
相对于摩擦材料组合物的总量，黑色原料的含量优选为5至25重量％，并且更优选为10至20重量％。
2.摩擦材料表面的Lab值
在本发明中，焦烧处理前的摩擦材料表面的Lab值L*在20至60的范围内。
在本发明中，Lab值是指使用CIE(国际照明委员会)的L*a*b*坐标的值。
Lab值是通过将上述黑色原料与摩擦材料中通常使用的材料如粘合材料、纤维基材、润滑材料、无机摩擦调整材料、有机摩擦调整材料、pH调整材料和填充材料进行适当的组合，同时确保所需的性能而调整的。
当将激光照射到包含一种或多种黑色原料、且表面的Lab值L*为20至60的摩擦材料表面时，能量有效地吸收在摩擦材料表面中，并从摩擦材料的表面沿深度方向快速传播，其在短时间内从摩擦材料表面均匀地焦烧处理到摩擦材料的深处。
3.摩擦材料的制造方法
接下来，将参照图3详细描述摩擦材料的制造方法。
(1)混合工序
将通过混合预定量的包含至少一种黑色原料的摩擦材料原料而制备的摩擦材料组合物加入到诸如Loedige混合器或Eirich混合器的混合器中，并搅拌以使其均匀分散直至获得摩擦材料原料混合物。
(2)预成型工序
将在混合工序中获得的摩擦材料原料混合物放入到预成型模具中，并使用压制装置进行压制成型以获得预成型产品。
在预成型工序之前，可以提供以下工序：将摩擦材料原料混合物与加压捏合机捏合以获得经捏合的摩擦材料原料捏合物的捏合工序和/或将摩擦材料原料混合物造粒以获得经造粒的摩擦材料原料造粒物的造粒工序。
(3)加热加压成型工序
将在预成型工序中获得的预成型产品放入到热成型模具中，并通过压制装置在140至200℃的温度和20至80MPa的压力下热压成型1至10分钟。
在制造盘式制动器垫的情况下，将预成型产品以及经过了清洁、表面处理和涂布了粘合剂的钢制背板堆叠在一起，并放入到热成型模具中。
在制造用于鼓式制动器的制动衬片的情况下，仅将预成型产品放入到热成型模具中并进行加热加压成型。
在某些情况下，可以省略预成型工序，并且将上述摩擦材料原料混合物、上述摩擦材料原料捏合物或上述摩擦材料原料造粒物放入到热成型模具中并进行加热加压成型。
(4)研磨工序及其他加工工序
使用具有砂轮的研磨装置将摩擦材料的表面研磨以形成摩擦表面，并且根据需要形成倒角和/或狭缝。
(5)涂覆工序
当制造盘式制动器垫时，通过喷涂、静电粉末涂覆等将涂料涂覆在摩擦材料的除摩擦表面之外的区域上。
涂料的烘烤与后述的热处理工序同时进行。
(6)热处理工序
摩擦材料的成型品在热处理炉中于180至250℃下加热1至5小时，以完成摩擦材料中作为粘合材料的热固性树脂的固化反应，并同时烘烤在涂覆工序中涂覆的涂料。
(7)焦烧处理工序
尽管可以将专利文献1或专利文献2中公开的方法用于焦烧处理工序，但是在下面示出了使用垂直腔表面发射激光器模块的焦烧处理的例子。
(7.1)垂直腔表面发射激光器模块(VICSEL模块)
垂直腔表面发射激光器模块是其中多个垂直腔表面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser)元件布置在一个平面上并且模块化的模块，并且例如，可以使用日本特表2015-510279中记载的方法制造的Philips Photonics公司的垂直腔表面发射激光器模块。
垂直腔表面发射激光器元件的寿命约为19,000小时，这与专利文献1中记载的红外线灯的寿命约5,000小时相比更长。
(7.2)能量密度
在对摩擦材料10进行焦烧处理时，表面发射激光器元件21的能量密度为150至2000kW/m2，并且优选为300至1000kW/m2，但是更优选为400至800kW/m2。
如果表面发射激光器元件21的能量密度小于150kW/m2，则加热温度将不足，而如果超过2000kW/m2，则摩擦材料的表面将被过度加热，从而在摩擦材料的表面上产生裂纹。
(7.3)照射距离
在对摩擦材料进行焦烧处理时，表面发射激光器元件21的照射面与摩擦材料10的表面之间的距离(照射距离)G为15至300mm，并且优选为50至200mm，但是更优选为80至150mm。
当表面发射激光器元件21的照射面与摩擦材料10的表面之间的距离G小于15mm时，表面发射激光器元件21的照射范围变窄，并且如果表面发射激光器元件21的照射面与摩擦材料10的表面之间的距离G超过300mm时，加热温度不足。
(7.4)处理时间
对摩擦材料10进行焦烧处理的时间为0.5至60秒，优选为3至10秒，更优选为4至8秒。
如果焦烧处理的时间超过60秒，则摩擦材料10的表面被过度加热，从而导致耐磨耗性降低的问题。
(7.5)黑色原料的烧失
将参照图4和图5详细描述在从表面发射激光器20向摩擦材料10的表面照射激光束的焦烧处理期间，摩擦材料10的表面层的变化。
图4示出了在开始照射激光束之前的摩擦材料10的表面层的截面图，图5示出了紧接着开始照射激光束之后的摩擦材料10的表面层的截面图。
当激光束照射到含有黑色原料11、并且表面的Lab值L*为20至60的摩擦材料10的表面上时，激光能量被暴露在摩擦材料10的表面上的摩擦材料原料中的黑色原料11集中地吸收，从而迅速提高了黑色原料11及其周围的温度。
当将黑色原料11加热到预定温度时，其被烧失。
尽管非黑色原料12也吸收了激光能量，但是非黑色原料12没有达到黑色原料11的加热程度，因此不会被烧失。
由于黑色原料11的加热温度从摩擦材料10的表面沿深度方向迅速地传播，因此可以在短时间内使位于距离摩擦材料10的表面预定深度的黑色原料11烧失。
因此，黑色原料11的燃烧痕迹作为微孔13保留在摩擦材料10的表面层中，并且在摩擦材料10的表面层中形成具有多孔结构的焦烧处理层14。
(7.6)表面发射激光器的布置形式
表面发射激光器20相对于摩擦材料10的布置不限于图1中所示的与摩擦材料10平行地横向布置的形式，表面发射激光器20还可以相对于摩擦材料10的方向垂直布置，或者可以将表面发射激光器20布置成以V字形倾斜以包围摩擦材料10。
(7.7)摩擦材料的焦烧处理形态
至于在摩擦材料10上的焦烧处理的形式，布置成面对表面发射激光器20的摩擦材料10可以在静止状态下进行焦烧处理，或者可以在表面发射激光器20或摩擦材料10中的任意一者为移动状态下进行焦烧处理。
例如，当将摩擦材料10放置在输送装置上并且将表面发射激光器20布置在输送路径的一部分中时，输送装置可采用线性输送的输送方法或以圆周运动进行旋转的旋转输送方法等。
(8)预热工序
此外，如果紧接在焦烧处理工序之前设置摩擦材料的预热工序，则可以进一步缩短用于对摩擦材料的焦烧处理时间。
对于预热工序，可以采用例如用加热炉加热的方法和将摩擦材料的表面压在加热板上的方法，但是通过在上述热处理工序之后立即设置焦烧处理工序，则可以同时进行热处理工序和预热工序。
实施例
在下文中，将通过示出实施例和比较例来具体描述本发明，但是本发明不限于以下实施例。
1.实施例1至23和比较例1至5的盘式制动器垫的制造方法
将具有表1和表2所示组成的摩擦材料组合物用Loedige混合器混合5分钟，并在成型模具中在30MPa下加压10秒以进行预成型。
将该预成型产品放置在预先经过了清洁、表面处理和涂布了粘合剂的钢制背板上，在热成型模具中以150℃的成型温度在40MPa的成型压力条件下成型10分钟，之后进行静电粉末涂覆，在200℃下进行5小时兼作涂料烘烤的热处理(后固化)，然后研磨形成摩擦表面。
在进行焦烧处理之前，使用由日本电色工业株式会社制造的分光光度计型色差计SE7700来测定摩擦材料的表面的Lab值L*。测定值使用5次测定的平均值。
然后，在表1和表2所示的条件下进行焦烧处理，以制造盘式制动器垫(实施例1至23，比较例1至5)。
使用所获得的盘式制动器垫，评估产品外观、耐磨耗性和耐失效性。评价结果示于表1和表2。
表1
表2
2.评价
<1>产品外观目视确认焦烧处理后的摩擦材料表面的状态。评价标准如下。
○：无裂纹
×：有裂纹
<2>耐磨耗性
根据JASO C427“汽车-制动器衬片和盘式制动器垫-惯性测功机的磨耗试验方法”，在制动初始速度50km/h、制动减速度0.3G、合适的制动次数、制动前制动器温度200℃的条件下测定摩擦材料的磨耗量(mm)，换算为每1000次制动次数的磨耗量后，根据以下标准进行评价。
◎：小于0.15mm
○：0.15mm以上且小于0.20mm
△：0.20mm以上且小于0.50mm
×：0.50mm以上
－：产品外观为“X”不予评价
<3>耐失效性
根据JASO C406“乘用车-制动装置-测功机试验方法”测定第一次失效试验中的最小摩擦系数μ。评价标准如下。
◎：0.3以上
○：0.25以上且小于0.30
△：0.20以上且小于0.25
×：小于0.20
－：产品外观为“X”不予评价
如上所述，根据本发明，在用激光对用于诸如乘用车和卡车等汽车的盘式制动器和鼓式制动器的摩擦材料的表面进行焦烧处理的摩擦材料的制造方法中，可以提供一种摩擦材料的制造方法，该方法能够在短时间内均匀地进行焦烧处理至摩擦材料的表面层的深处。
附图标记的说明
10 摩擦材料
11 摩擦材料的黑色原料
12 摩擦材料的非黑色原料
13 摩擦材料的微孔
14 摩擦材料的焦烧处理层
20 表面发射激光器
21 表面发射激光器元件。
Claims (5)
1.一种摩擦材料的制造方法，包括用激光对摩擦材料的表面进行加热处理的焦烧处理工序，其特征在于，
相对于摩擦材料组合物的总量，该摩擦材料包含5至25重量％的一种或多种黑色原料，
焦烧处理前，摩擦材料表面的Lab值L*为20至60。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于，
焦烧处理工序中激光束的能量密度为150至2000kW/m2，
激光束照射面与摩擦材料的表面之间的距离为15至300mm，并且
焦烧处理的时间为0.5至60秒。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于，该激光束的光源是垂直腔表面发射激光器模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于，紧接在该焦烧处理工序之前进行预热工序。
5.根据权利要求4所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于，所述预热工序是热处理工序。
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