CN113007248B - 一种低落灰摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低落灰环保型摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途。以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：有机粘结剂3.5％‑11.5％、增强纤维2.5％‑22.5％、硬质增摩材料5.5％‑15.5％、填料22.5％‑42.5％、润滑剂2.5％‑25.5％、磁性材料0.5％‑20.5％。本发明可以改善现有制动片摩擦材料上小颗粒磨屑容易进入到空气中，容易造成空气污染的问题。

Description

一种低落灰摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途

技术领域

本发明涉及刹车片技术领域，具体涉及一种低落灰摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途。

背景技术

自从世界上出现动力机械和机动车辆后，在其传动和制动机构中就要使用摩擦材料，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能。然而无论功能上是传动还是制动，只要对偶之间相互摩擦，便会涉及到磨屑的产生以及落灰的堆积。当量直径≤2.5μm的颗粒物浓度已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。我国在2012年新修订的《环境空气质量标准》中，增设PM2.5平均浓度限值。细颗粒物与较粗的大气颗粒物相比，对人体健康的危害更大，因为直径越小，进入呼吸道的部位越深，10μm直径的颗粒物通常沉积在呼吸道，2μm以下的可深入到细支气管和肺泡，对人体造成严重的健康危害。研究表明，制动产生的落灰粒径在0.2μm-30μm左右，因此，减少制动落灰对于提升环境空气质量，进而降低人类健康安全危害至关重要。

一般来讲，制动粉尘的排放路径有两种，一种是制动时磨屑排放至空气环境中，进而会直接或间接对人体产生健康隐患，另一种是制动粉尘直接附着在轮毂表面，进而影响轮毂的美观。然而，对于汽车制动摩擦行业来讲，摩擦即伴随着制动磨屑，磨屑的产生必然存在排放的问题，且当前欧洲正逐步开始制定制动粉尘相关的环保法规，因此，当前行业内对于减少制动粉尘排放的研究还一直是个难点和重点。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种低落灰摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途，以改善现有制动片摩擦材料上小颗粒磨屑容易进入到空气中，容易造成空气污染的问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明的第一个方面是提供一种低落灰摩擦材料，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：有机粘结剂3.5％-11.5％、增强纤维2.5％-22.5％、硬质增摩材料5.5％-15.5％、填料22.5％-42.5％、润滑剂2.5％-25.5％、磁性材料0.5％-20.5％。

在本发明一示例中，所述磁性材料选自稀土类永磁材料和/或矩磁材料中的一种或多种。

在本发明一示例中，所述磁性材料包括钐钴磁粉、钐铁氮磁粉、镨铁硼磁粉、镁锰铁氧体、锂锰铁氧体等的一种或多种。

在本发明一示例中，对于用于金属配方体系制动片的低落灰摩擦材料，所述磁性材料的添加比例为4.5-20.5％。

在本发明一示例中，对于用于无石棉有机(NAO)配方体系制动片的低落灰摩擦材料，所述磁性材料的添加比例为0.5-4.5％。

在本发明一示例中，所述有机粘结剂包括普通直链型酚醛树脂或改性酚醛树脂中的一种或多种。

在本发明一示例中，所述润滑剂包括合成石墨、天然石墨、脉状石墨、土状石墨、球型石墨、膨胀石墨的一种或多种；且石墨类润滑剂的含碳量高于95％，石墨类润滑剂的添加比例为所述摩擦材料中有机高分子类原材料的1.0-2.0倍。

在本发明一示例中，所述石墨类润滑剂的含碳量高于99％，且添加比例为所述摩擦材料中有机高分子类原材料添加重量比例的1.5-2.0倍。

在本发明一示例中，上述石墨类润滑剂选用天然石墨、合成石墨中的任意一种，且D50粒径处于75μm以下。

在本发明一示例中，上述石墨类润滑剂选用天然石墨，且D50粒径处于45μm以下。

在本发明一示例中，所述改性酚醛树脂选自环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂，聚酰胺改性酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、芳烷基改性酚醛树脂、橡胶改性酚醛树脂中等的一种或多种。

在本发明一示例中，所述增强纤维选自有机纤维、矿物纤维、金属纤维中的一种或多种，其中，有机纤维可以是芳香族聚酰胺纤维、纤维素纤维、棉纤维、碳纤维等的一种或多种；矿物纤维可以是岩棉纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维等中的一种或多种；金属纤维可以是钢纤维、铝纤维、锌纤维等中的一种或多种。

在本发明一示例中，所述硬质增摩材料包括氧化铝、氧化锆、石英粉、棕刚玉、黑碳化硅、氧化铬绿、锆英粉、长石粉、石榴石粉、陶瓷粉等莫氏硬度大于5.5的矿物类材料的一种或多种。

在本发明一示例中，所述填料包括重晶石粉、铝矾土、高岭土、海泡石粉、钛酸盐、白云石粉、硅灰石粉、氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁蓝、蛭石粉、硅藻土、沸石粉、云母粉、硫酸钙、橡胶粉、腰果壳油摩擦粉、焦炭粉、复合弹性颗粒等的一种或多种。

本发明的第二方面提供一种制动片，包括钢背和摩擦块，所述摩擦块由上述任一项所述的低落灰摩擦材料制成。

本发明的第三方面提供一种上述低落灰摩擦材料在制动领域的用途。

本发明低落灰摩擦材料相对于传统摩擦材料，添加了一定配方的磁性材料，可以在不影响摩擦材料其它性能的前提下，将制动过程中产生磨屑中铁质成分，吸附在摩擦材料表面及侧面，形成磨屑块，并以块状脱落，进而可以防止将磨屑中的小颗粒物排放进空气中，可以减少磨屑中小颗粒对空气的污染。同时，由于制动对偶为铸铁件，当摩擦材料带有磁性且在制动对偶件两侧制动时，可以进一步降低制动抖动，稳定摩擦系数，从而降低制动磨损，提升产品寿命。本发明的低落灰摩擦材料可降低制动粉尘的排放，且符合全球刹车片行业环保无铜化发展的趋势。

进一步地，本发明摩擦材料选用稀土类永磁材料，其相较于传统的永磁材料，耐温性更优，在制动温度升高时仍能保持足够的磁性；本发明选用摩擦材料选用的矩磁材料，在较小的外磁场下就能使之磁化，并达到饱和，因具有近似矩形的磁滞回线，去掉外磁场后，磁性仍能保持与饱和时一致，因而，在不同工况下保持磁性的稳定。

进一步地，由于树脂基摩擦材料与对偶件摩擦制动时，产生的磨屑因摩擦而带电荷，极易吸附在轮毂表面，本发明摩擦材料添加有特定比例的石墨基润滑剂，其具有良好导电性，可以有效的在摩擦制动时将所产生的电荷传导至对偶件，进而降低落灰吸附在车辆轮毂上，从而减少落灰对车辆轮毂的污染。

具体实施方式

鉴于上述背景技术中摩擦材料所存在的缺点，本发明提供一种低落灰摩擦材料和制动片及该摩擦材料的用途，以改善现有制动片摩擦材料上小颗粒磨屑容易进入到空气中，容易造成空气污染的问题。该摩擦材料相对于传统摩擦材料，添加了一定配方的磁性材料，可以在不影响摩擦材料其它性能的前提下，将制动过程中产生磨屑中铁质成分，吸附在摩擦材料表面及侧面，形成磨屑块，并以块状脱落，进而可以防止将磨屑中的小颗粒物排放进空气中，可以减少磨屑中小颗粒对空气的污染。同时，由于制动对偶为铸铁件，当摩擦材料带有磁性且在制动对偶件两侧制动时，可以进一步降低制动抖动，稳定摩擦系数，从而降低制动磨损，提升产品寿命。本发明的低落灰摩擦材料可降低制动粉尘的排放，且符合全球刹车片行业环保无铜化发展的趋势。

以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述低落灰摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：有机粘结剂3.5％-11.5％、增强纤维2.5％-22.5％、硬质增摩材料5.5％-15.5％、填料22.5％-42.5％、润滑剂2.5％-25.5％、磁性材料0.5％-20.5％。

进一步地，在本发明一实施例中，所述磁性材料选自稀土类永磁材料和/或矩磁材料中的一种或多种。稀土类永磁材料相较于传统的永磁材料，耐温性更优，在制动温度升高时仍能保持足够的磁性。矩磁材料在较小的外磁场下就能使之磁化，并达到饱和，因具有近似矩形的磁滞回线，去掉外磁场后，磁性仍能保持与饱和时一致，因而，在不同工况下保持磁性的稳定。在本发明一实施例中，所述磁性材料包括钐钴磁粉、钐铁氮磁粉、镨铁硼磁粉、镁锰铁氧体、锂锰铁氧体等的一种或多种。考虑到磁性材料添加对摩擦材料其它性能的影响，较佳地，在本发明一实施例中，对于用于金属配方体系制动片的低落灰摩擦材料，所述磁性材料(例如钐钴磁粉、钐铁氮磁粉、镨铁硼磁粉、镁锰铁氧体、锂锰铁氧体)的添加比例为4.5-20.5％。而在本发明一实施例中，对于用于无石棉有机(NAO)配方体系制动片的低落灰摩擦材料，所述磁性材料的添加比例为0.5-4.5％。

在本发明一实施例中，所述有机粘结剂包括普通直链型酚醛树脂或改性酚醛树脂中的一种或多种。在本发明一实施例中，所述改性酚醛树脂可以选自环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂，聚酰胺改性酚醛树脂、丙烯酸改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、芳烷基改性酚醛树脂、橡胶改性酚醛树脂中等的一种或多种。

本发明中的润滑剂可以选择合成石墨、天然石墨、脉状石墨、土状石墨、球型石墨、膨胀石墨、硫化锡、硫化锑、硫化钨、硫化钼、硫化亚铁等的一种或多种，进一步地，由于树脂基摩擦材料与对偶件摩擦制动时，产生的磨屑因摩擦而带电荷，极易吸附在轮毂表面，在本发明一实施例中，所述润滑剂至少包括合成石墨、天然石墨、脉状石墨、土状石墨、球型石墨、膨胀石墨的一种或多种，且上述石墨类润滑剂的含碳量高于95％，石墨类润滑剂的添加比例为所述摩擦材料中有机高分子类原材料的1.0-2.0倍。在本发明一实施例中，为了获得更好的电转移效果，所述石墨类润滑剂的含碳量高于99％，且添加比例为所述摩擦材料中有机高分子类原材料添加重量比例的1.5-2.0倍。本发明摩擦材料添加有特定比例的石墨基润滑剂，其具有良好导电性，可以有效的在摩擦制动时将所产生的电荷传导至对偶件，进而降低落灰吸附在车辆轮毂上，从而减少落灰对车辆轮毂的污染。在本发明一实施例中，上述石墨类润滑剂选用天然石墨、合成石墨中的任意一种，且D50粒径处于75μm以下。而在本发明一实施例中，上述石墨类润滑剂选用天然石墨，且D50粒径处于45μm以下。

在本发明一实施例中，所述增强纤维选自有机纤维、矿物纤维、金属纤维中的一种或多种，其中，有机纤维可以是芳香族聚酰胺纤维、纤维素纤维、棉纤维、碳纤维等的一种或多种；矿物纤维可以是岩棉纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维等中的一种或多种；金属纤维可以是钢纤维、铝纤维、锌纤维等中的一种或多种。

在本发明一实施例中，所述硬质增摩材料包括氧化铝、氧化锆、石英粉、棕刚玉、黑碳化硅、氧化铬绿、锆英粉、长石粉、石榴石粉、陶瓷粉等莫氏硬度大于5.5的矿物类材料的一种或多种。

在本发明一实施例中，所述填料包括重晶石粉、铝矾土、高岭土、海泡石粉、钛酸盐、白云石粉、硅灰石粉、氧化铁黑、氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁蓝、蛭石粉、硅藻土、沸石粉、云母粉、硫酸钙、橡胶粉、腰果壳油摩擦粉、焦炭粉、复合弹性颗粒等的一种或多种。

在本发明另一实施例中，提供一种制动片，包括钢背和摩擦块，所述摩擦块由上述任一项所述的低落灰摩擦材料制成。

在本发明另一实施例中，提供一种上述低落灰摩擦材料在制动领域的用途。

需要说明的是，上述各实施例给出的数值范围，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

另外需要说明的是，本发明中未具体说明的材料组份，均选自摩擦材料领域常规原料，并能通过一般商业途径获得，以下各实施例中除了明确给出的数值外，其他未公布条件均相同。

为了便于对比，将各实施例和对比例以表1的形式展现，其中各实例例和对比例中所选物料及添加比例按照表1执行，将准备好的原材料进行充分搅拌混合，进而将混合料进行模压成型、后固化等工艺，分别获得本发明制动片样品A1、A2、A3、A4、A5、A6和对比制动片样品B1、B2、B3。

选用相同材质铸铁制动盘作为摩擦性能测试对偶件，得出各项评价值如表2。

其中，在测试表2中轮毂明亮度差值(RGB)的实验中，使用台架惯量试验机模拟城镇道路500次制动试验前后轮毂明亮度的差异，轮毂明亮度与制动落灰的多少直接相关，轮毂明亮度值通过使用潘通仪测量，试验后轮毂的明亮度值减去试验前轮毂明亮度值用以表征测试明亮度差异。由表1和表2可以看到，添加稀土类永磁材料或矩磁材料的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6与不添加稀土类永磁材料或矩磁材料的对比例B2、B3相比，明亮度值差值更大，即表明落灰性能更优；石墨类润滑剂含量大于有机材料含量的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6与对比例B1相比，明亮度差值更大，即石墨类润滑剂含量大于有机材料含量时落灰性能更优；

在测试表2中落灰量的实验中，通过台架惯量试验机模拟城镇道路500次制动后收集到的沉积在轮毂表面的落灰的重量，以g为单位。由表1和表2可以看到，添加稀土类永磁材料或矩磁材料的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6与不添加稀土类永磁材料或矩磁材料的对比例B2、B3相比，落灰量更小，即表明落灰性能更优；实施例石墨类润滑剂含量大于有机材料含量的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6与对比例B1相比，落灰量更小，即石墨类润滑剂含量大于有机材料含量时落灰性能更优。

在测试表2中Fe元素含量比的实验中，通过台架惯量试验机模拟城镇道路500次制动后收集到的沉积在轮毂表面的落灰进行元素成分分析，Fe元素所占比例，以％为单位。通过表1、表2可以看出，添加稀土类永磁材料或矩磁材料的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6与无稀土类永磁材料或矩磁材料添加的对比例B2、B3相比，Fe元素含量更低，即表面稀土类永磁材料或矩磁材料的添加，可以降低落灰中Fe元素的含量，进一步提升落灰性能。

在测试表2中磨损量的实验中，通过台架惯量试验机模拟城镇道路500次制动后制动片的磨损厚度，以mm为单位。通过表1和表2可以看出，加入稀土类永磁材料或矩磁材料的实施例A1、A2、A3、A4、A5、A6相较于未添加稀土类永磁材料或矩磁材料的对比例B2、B3，磨损更低。

综上，本发明低落灰摩擦材料相对于传统摩擦材料，添加了一定配方的磁性材料，可以在不影响摩擦材料其它性能的前提下，将制动过程中产生磨屑中铁质成分，吸附在摩擦材料表面及侧面，形成磨屑块，并以块状脱落，进而可以防止将磨屑中的小颗粒物排放进空气中，可以减少磨屑中小颗粒对空气的污染。同时，由于制动对偶为铸铁件，当摩擦材料带有磁性且在制动对偶件两侧制动时，可以进一步降低制动抖动，稳定摩擦系数，从而降低制动磨损，提升产品寿命。本发明的低落灰摩擦材料可降低制动粉尘的排放，且符合全球刹车片行业环保无铜化发展的趋势。并且本发明摩擦材料选用稀土类永磁材料，其相较于传统的永磁材料，耐温性更优，在制动温度升高时仍能保持足够的磁性；本发明选用摩擦材料选用的矩磁材料，在较小的外磁场下就能使之磁化，并达到饱和，因具有近似矩形的磁滞回线，去掉外磁场后，磁性仍能保持与饱和时一致，因而，在不同工况下保持磁性的稳定。另外，由于树脂基摩擦材料与对偶件摩擦制动时，产生的磨屑因摩擦而带电荷，极易吸附在轮毂表面，本发明摩擦材料添加有特定比例的石墨基润滑剂，其具有良好导电性，可以有效的在摩擦制动时将所产生的电荷传导至对偶件，进而降低落灰吸附在车辆轮毂上，从而减少落灰对车辆轮毂的污染。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低落灰摩擦材料，其特征在于，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：有机粘结剂3.5%-11.5%、增强纤维2.5%-22.5%、硬质增摩材料5.5%-15.5%、填料22.5%-42.5%、润滑剂2.5%-25.5%、磁性材料0.5%-20.5%；所述润滑剂包括合成石墨、脉状石墨、土状石墨、球型石墨、膨胀石墨的一种或多种，且石墨类润滑剂的含碳量高于95%，石墨类润滑剂的添加比例为摩擦材料中有机高分子类原材料的1.0-2.0倍。

2.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述磁性材料包括稀土类永磁材料和矩磁材料中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述磁性材料包括钐钴磁粉、钐铁氮磁粉、镨铁硼磁粉、镁锰铁氧体、锂锰铁氧体的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述低落灰摩擦材料用于金属配方体系制动片，所述磁性材料的添加比例为4.5-20.5%。

5.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述低落灰摩擦材料用于无石棉有机配方体系制动片，所述磁性材料的添加比例为0.5-4.5%。

6.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述有机粘结剂包括普通直链型酚醛树脂或改性酚醛树脂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的低落灰摩擦材料，其特征在于，所述石墨类润滑剂的含碳量高于99%，所述石墨类润滑剂的添加比例为摩擦材料中有机高分子类原材料的1.5-2.0倍。

8.一种制动片，包括钢背和摩擦块，其特征在于，所述摩擦块由权利要求1至7中任一项所述的低落灰摩擦材料制成。

9.如权利要求1至7任一项所述低落灰摩擦材料在制动片领域的用途。