CN114641626A - 摩擦材料的制造方法、无机液体粘合剂、液态粘合剂在制造摩擦材料中的用途以及摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了摩擦材料的制造方法和用于制造摩擦材料的无机液体粘合剂。具体而言，本发明包括使用液体粘合剂制造摩擦材料的方法，所述液体粘合剂提供了具有显著降低的温度、压力和制造时间的表现的方法步骤，使所述方法更节能。本发明还包括允许使用不同类型的前体(包括具有结晶和/或无定形特征的无机前体)、通过无机前体的机械活化方法来制备液体粘合剂方法步骤。本发明属于化学工程、机械工程、材料工程领域，主要集中在用于车辆制动系统的摩擦材料领域。
Description
技术领域
本发明描述了摩擦材料的制造方法以及用于制造摩擦材料的无机液体粘合剂。具体而言，本发明包括一种使用液体粘合剂制造摩擦材料的方法，所述液体粘合剂提供了具有显著降低的温度、压力和制造时间的表现的方法步骤，使所述方法更节能。此外，本发明包括允许使用不同类型的前体(包括具有结晶和/或无定形特征的无机前体)、通过无机前体的机械活化方法来制备液体粘合剂的方法步骤。本发明属于化学工程、机械工程、材料工程领域，主要集中在用于车辆制动系统的摩擦材料领域。
背景技术
摩擦材料广泛用于制造制动系统部件，例如用于客运或货运的小型、中型和大型车辆(例如客运车辆、公共汽车、卡车、火车等)的制动块(pastilhas de freio)、制动衬片(lonas de freio)和制动蹄片(sapatas de freio)。
现有技术中用于制动系统的摩擦材料的制造方法涉及大量的能量消耗，主要是在固化和成型步骤中，根据用于形成摩擦材料的原材料而变化。此外，能源成本与这些步骤中所需的高温和高压以及对高温高压处理时间的巨大需求有关。
此外，现有技术中的摩擦材料的制造简单地使用了酚醛树脂与摩擦材料的混合物，然后将所述混合物在高温下压制以使树脂固化并压实所述混合物。
然而，酚醛树脂是一种可能对环境造成风险的材料，因为工业和生活污染源以及农业活动可能会使酚醛树脂沉积在土壤或河流中，这可能会对野生动物造成伤害。此外，酚醛树脂的碳排放量相对较高，每生产一千克树脂会产生1.3千克至2.3千克的二氧化碳。
在科学和专利文献中搜索现有技术的过程中，发现了以下涉及该主题的文献：
WO2014081277公开了一种固体火山灰地质聚合物组合物，用于生产用于建筑材料和/或摩擦材料的地质聚合物复合材料，其中火山灰的使用相当于粉煤灰的使用。为了获得所需粒度的火山灰，该文献描述了一种对火山灰进行干燥、粉碎和筛分的方法，所述方法在获得地质聚合物的混合方法之前完成，在地质聚合物混合物之前的步骤中已经需要消耗能量，使得所述方法能源效率低下。此外，WO2014081277没有提及通过将预先研磨的无机前体和溶液组合形成无机液体粘合剂，以获得具有不同粘度的溶液和/或悬浮液用于与摩擦材料的其他原料混合。
US2017016500公开了一种用于制造制动块的摩擦材料，其中在制备高岭土或偏高岭土和氢氧化钠时，在混合器中进行无机粘合剂的预混合步骤。然后，将该凝胶形式的混合物置于模具中，在压力和预定压力下压制一段时间，然后将混合物置于烘箱中干燥，最后，再次将干燥的物质放入混合器中以还原成粉末形式。因此，形成一种固体无机粘合剂，将其添加到其他原材料中以形成摩擦材料并再次进行压制处理。然而，US2017016500并未提及通过将预先研磨的无机前体与溶液组合形成无机液体粘合剂，以获得具有不同粘度的溶液和/或悬浮液用于与摩擦材料的其他原材料混合。
WO2020039396公开了一种制备用于刹车块的摩擦材料的方法，所述方法包括将氢氧化钠和硅酸钠与商业偏高岭土混合以获得湿浆料的步骤，这种湿浆料要经过一个干燥过程直至获得干的地质聚合物骨料。然后，将干骨料磨成粉末，并将所述粉末作为无机粘合剂与摩擦材料的其他原料混合使用。然而，WO2020039396并未提及通过将机械活化的无机前体和溶液混合，以得到具有不同粘度的溶液和/或悬浮液用于与摩擦材料的其他原材料混合来形成无机液体粘合剂，所述无机前体通过研磨的方式进行机械活化。此外，它提到在通过X射线衍射技术评估时，固体无机粘合剂必须具有无定形特征，并未提及固体无机粘合剂可能具有结晶特性。
因此，从研究文献中出现的情况来看，没有发现任何预测或暗示了本发明的教导的文献，因此，本文提出的方案与现有技术相比具有新颖性和创造性。
因此，现有技术缺乏摩擦材料的制造方法，该方法能够在降低压力和温度的情况下减少能量消耗、优化制造时间并且简化过程。此外，现有技术缺乏允许使用多种无机前体来形成无机粘合剂的制造方法。
发明内容
因此，本发明通过使用无机液体粘合剂制造摩擦材料的方法解决了现有技术的问题，所述无机液体粘合剂是通过以研磨的方式来机械活化结晶和/或无定形无机前体的初始步骤、以及用碱金属和碱土金属的氧化物和/或氢氧化物和/或硅酸盐与无机前体的混合物进行热合成产生的。此外，使用无机液体粘合剂的制造方法降低了能源成本，因为与现有技术相比，它不需要干燥和研磨无机粘合剂以用于混合的步骤，而以液体状态用于与摩擦材料的其他组分混合，并且以降低的温度、压力和压制时间进行冷成型步骤。
在第一个目的中，本发明提出了一种制造摩擦材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a.将至少一种液体粘合剂与至少一种补充材料组合，以形成混合物；
b.以预定的温度、压力和压制时间冷成型所述混合物；以及
c.以预定的温度和时间完成所述混合物的固化。
此外，本发明的一个目的是一种制备液体粘合剂的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a.通过研磨来机械活化至少一种无机前体，以形成结晶结构和/或无定形结构；以及
b.将机械活化的无机前体与至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐的溶液组合，以形成所述液体粘合剂。
在第二个目的中，本发明提出了一种无机液体粘合剂，其包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
在第三个目的中，本发明提出了无机液体粘合剂用于制造摩擦材料的用途，所述摩擦材料包含无机液体粘合剂与至少一种补充材料的混合物，其中：
a.所述液体粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐；以及
b.所述补充材料包括以下至少一种：
i.矿物填料；
ii.有机纤维；
iii.金属纤维；
iv.无机纤维；
v.摩擦剂；
vi.润滑剂；
vii.增韧剂；或者
viii.以上的组合。
在第四个目的中，本发明提出了一种摩擦材料，其包含至少一种无机液体粘合剂和至少一种补充材料的混合物，其中所述粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
本发明的这些和其他目的将被本领域技术人员立即理解，并且将在下面进行详细描述。
附图说明
如下图所示：
图1显示了在失灵(fade)步骤之前，在测力计中进行的现有技术的材料和本发明的材料之间的制动效率比较测试的结果。
图2显示了在失灵步骤之后，在测力计中进行的现有技术的材料和本发明的材料之间的制动效率测试的结果。
图3显示了在测力计中进行制动效率测试过程之后的，制动块(pastilhas defreio)形式的本发明的实施方案。
图4显示了在测力计中进行制动效率测试程序之后的，制动盘形式的本发明的实施方案。
具体实施方式
以下描述以实例的方式示出而不限制本发明的范围，并且将使本专利申请的目的更清楚地被理解。
本发明描述了一种制造摩擦材料的方法，所述方法允许使用不同类型的无机前体，通过研磨无机前体进行机械活化的初始步骤克服了现有技术的局限性，所述步骤先于将无机前体与溶液混合的步骤。
在第一个目的中，本发明提出了一种制造摩擦材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a.将至少一种液体粘合剂与至少一种补充材料组合，以形成混合物；
b.以预定的温度、压力和压制时间冷成型所述混合物；以及
c.以预定的温度和时间完成所述混合物的固化。
在一个实施方案中，所述液体粘合剂至少通过以下步骤进行制备：通过研磨来机械活化至少一种无机前体，以形成结晶结构和/或无定形结构；将机械活化的无机前体与至少一种碱金属氢氧化物溶液/碱土金属氢氧化物溶液和/或碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐混合，以形成所述液体粘合剂。
在一个实施方案中，所述通过研磨来机械活化无机前体的步骤允许使用多种无机前体材料，因为通过研磨，所述无机前体被研磨至提供精细且适当的粒度的尺寸范围。
在一个实施方案中，所述机械活化至少一种无机前体的步骤将所述前体研磨至小于500μm的粒度范围。在另一个实施方案中，所述机械活化步骤将所述前体研磨至小于100μm的粒度范围。在一个实施方案中，在所述机械活化步骤中研磨的所述无机前体的所述粒度范围包括一系列精细且适当的粒度。
在一个实施方案中，所述无机前体的研磨借助于研磨机进行。通过所述研磨机的参数化，实现了研磨所述无机前体的最佳方法，达到了精细且适当的粒度。在一个实施方案中，所述无机前体的研磨是干的。在一个实施方案中，所述无机前体的研磨是湿的。在一个实施方案中，所述无机前体的研磨是用球磨机完成的。在一个实施方案中，所述无机前体的研磨是在有预研磨组合或没有预研磨组合的情况下进行的。在一个实施方案中，所述无机前体的研磨是用不同的冲击式研磨机在有或没有在不同研磨机中预研磨的组合的情况下进行的。一种类型或另一种类型的研磨机的使用将取决于所需的最终粒度、生产率和每单位数量的无机前体的研磨成本。
在一个实施方案中，将机械活化的无机前体与至少一种碱金属/碱土金属氢氧化物溶液和/或碱金属/碱土金属硅酸盐组合的步骤形成了无机液体粘合剂，其提高了混合物的溶解度并促进了液体粘合剂和摩擦材料的补充材料之间的混合。
在一个实施方案中，所述碱金属/碱土金属硅酸盐包括以下至少一种：液体硅酸钠；液体硅酸钾；无水硅酸钠；无水硅酸钾；液体硅酸锂；无水硅酸锂；或以上的组合。例如，所述碱金属/碱土金属硅酸盐基本包含与碱金属/碱土金属氧化物结合的硅氧化物。在一个实施方案中，所述碱金属/碱土金属硅酸盐至少包含与碱金属氧化物缔合的硅氧化物。在一个实施方案中，所述金属硅酸盐至少包括与碱土金属氧化物缔合的硅氧化物。
在一个实施方案中，所述碱金属/碱土金属氢氧化物包括以下至少一种：氢氧化钾；氢氧化钠；氢氧化铝；氢氧化镁；氢氧化钙；或以上的组合。在一个实施方案中，所述金属氢氧化物包括碱金属氢氧化物。在一个实施方案中，所述金属氢氧化物包括碱土金属氢氧化物。在一个实施方案中，根据所用的金属硅酸盐选择所述金属氢氧化物。
在一个实施方案中，所述液体粘合剂是溶液和/或悬浮液并且具有10cP至100000cP的粘度范围。在另一个实施方案中，所述液体粘合剂的粘度为100cP至50000cP。
在粘合剂制剂的第一个实施方案中，包含范围为22.6％至56％的液体硅酸盐、范围为35％至46％的无机前体和作为加工剂的范围为0％至10％的水。
在第二个粘合剂制剂中，它包含范围为22.6％至56％的液体硅酸盐、范围为44％至55％的无机前体和范围为0％至10％的水。
在粘合剂制剂的第三个实施方案中，包含范围为22.6％至50％的液体硅酸盐、范围为50％至70.40％的第一无机前体和范围为0％至10％的第二无机前体、范围为0％至22％的加工剂、范围为0％至22％的增强剂和范围为0％至10％的水。
在第四个实施方案中，所述粘合剂制剂包含范围为22.6％至50％的液体硅酸盐、范围为10％至40％的第一无机前体和范围为10％至40％的第二无机前体、范围为0％至22％的加工剂、范围为0％至19％的增强剂和范围为0％至10％的水。
在粘合剂制剂的第五个实施方案中，包含22.6％至50％的液体硅酸盐、范围为50％至75％的无机前体、范围为0％至22％的加工剂、范围为0％至19％的增强剂和范围为0％至10％的水。
在第六个实施方案中，所述粘合剂制剂包含范围为22.6％至50％的液体硅酸盐、范围为50％至75％的无机前体、范围为0％至22％的加工剂和范围为0％至22％的增强剂。
在一个实施方案中，所述液态硅酸盐包括以下至少一种：矿物纤维；硅酸锂，校正硅酸钾R＝1.5；活化硅酸钾；校正硅酸钠R＝1.5；硅酸钾；硅酸钠；或以上的组合。
在一个实施方案中，所述无机前体包括属于火成岩、变质岩或沉积岩家族和/或钢铁、热电、陶瓷、采矿和土木建筑的副产品和联产品中的至少一种材料，例如，偏高岭土、粘土、玄武岩、花岗岩、砂岩、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐、高炉渣、煤和/或生物质的重灰和飞灰(cinzas pesadas e volantes de 
mineral e/ou biomassas)、稻壳灰、玻璃、尾矿、污泥、精矿、拆除垃圾或以上的组合。
在一个实施方案中，所述加工剂包括至少一种具有以下功能的化合物：表面改性剂、表面活性剂、相容剂(例如有机硅烷、纤维素基化合物及其衍生物，例如纳米纤维素)、增稠剂、分散剂和/或絮凝剂、聚合流变改性剂和/或无机流变改性剂、粘合剂、增塑剂或螯合剂(例如，脂肪酸和/或羧酸、多酚、糖、淀粉、胺、乙烯基、氨、丙烯酸酯、硬脂酸酯、磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐、醇、二醇和可溶于极性液体的聚合物，来自天然和/或合成来源和/或衍生物)和/或上述的组合。
在一个实施方案中，用于无机粘合剂的增强剂包括以下至少一种：有机、无机或金属性质的微米纤维和/或纳米纤维(例如，玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、埃洛石、硅灰石、纳米纤维素纤维)和/或以上的组合。
在一个实施方案中，所述补充材料包括通常用于制造摩擦材料的补充原材料。在一个实施方案中，所述补充材料包括以下至少一种：矿物填料(carga mineral)、有机纤维、金属纤维、无机纤维、摩擦剂、润滑剂、增韧剂、或以上的组合。
在一个实施方案中，所述矿物填料包括以下中的至少一种或组合：重晶石；碳酸钙；高岭土；消石灰、萤石；滑石；膨润土；等等。
在一个实施方案中，所述有机纤维包括以下中的至少一种或组合：芳族聚酰胺纤维；纤维素；丙烯酸纤维；碳；等等。
在一个实施方案中，所述金属纤维包括以下中的至少一种或组合：铜；钢；铝；锌；黄铜；等等。
在一个实施方案中，所述无机纤维包括以下中的至少一种或组合：玻璃纤维；玄武岩；二氧化硅；铝硅酸盐；钛酸盐；等等。
在一个实施方案中，所述摩擦剂包括以下中的至少一种或组合：氧化铝；氧化锆(zirconita)；铬氧化物；硅氧化物；铬铁矿；锆氧化物(óxido de 
)；铁氧化物；等等。
在一个实施方案中，所述润滑剂包括以下中的至少一种或组合：不同纯度的粉末状天然石墨；不同纯度的天然鳞片状石墨；合成石墨；金属硫化物，例如锡、铁、钼、铜、锰的硫化物，等等。
在一个实施方案中，所述增韧剂包括以下中的至少一种或组合：再生橡胶粉；SBR/NBR粉末橡胶；橡胶球；等等。
在一个实施方案中，在摩擦材料的制造方法中的至少一种液体粘合剂与至少一种补充材料之间形成混合物的步骤通过同时或增量混合和造粒的方式进行，这使得混合物具有足够的流动性用于随后的冷成型和完成混合物固化的步骤。
在一个实施方案中，所述摩擦材料的制造在机械搅拌器中进行。在一个实施方案中，所述制造在专用于液体的传统混合器中进行。在一个实施方案中，所述制造在用于固体、液体和/或糊状/凝胶混合物的混合器中进行。在一个实施方案中，所述制造以预定的旋转进行并且根据混合物的粘度进行选择。在一个实施方案中，逐次添加所述无机前体直到完全均化。
在一个实施方案中，液体粘合剂和补充材料之间的混合物的冷成型步骤的进行对高温/热、压力和时间的要求不高，即，所述冷成型步骤减少了能源消耗。
在一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在小于150℃的温度范围进行。在另一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在室温至100℃的温度范围进行。在另一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在0℃至150℃的温度范围进行。
在一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在小于或等于300MPa的压力范围进行。在另一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在0MPa至200MPa的压力范围进行。
在一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在2秒至300秒的时间范围进行。在另一个实施方案中，冷成型所述混合物的步骤在6秒至120秒的时间范围进行。
在一个实施方案中，固化液体粘合剂和补充材料的混合物的最后步骤在10℃至500℃的温度范围进行。在另一个实施方案中，固化所述混合物的最后步骤在25℃至400℃的温度范围进行。
在一个实施方案中，最后的固化液体粘合剂和补充材料的混合物的步骤在5分钟至48小时的时间范围进行。在另一个实施方案中，最后的固化所述混合物的步骤在15分钟至24小时的时间范围进行。
在一个实施方案中，摩擦材料的制造方法包括一个用于精加工和改进摩擦材料的附加的最后步骤，在所述步骤中对材料进行切割、涂漆、冲压和包装。
本发明的摩擦材料的制造方法提供了若干能源和环境优势，例如液体粘合剂的制造方法中通过研磨的机械活化步骤允许使用多种无机前体，以形成部分或全部结晶和/或无定形结构。
此外，所述制造方法提供的优点是，机械活化的无机前体与碱金属/碱土金属氢氧化物和/或碱金属/碱土金属硅酸盐的至少一种溶液的组合形成液体粘合剂，提高了溶解度并促进了混合，这使得摩擦材料形成的后续阶段的能量需求显著降低，因为它允许在比现有技术低得多的压力、甚至在没有压力的情况下进行冷成型(与现有技术相比温度显著降低)，并且压制时间比现有技术要短得多。此外，与现有技术相比，它还具有允许于相对低的温度进行固化并缩短处理时间的优势。
此外，通过研磨机械活化无机前体以形成部分或全部的结晶和/或无定形结构的步骤是执行复杂度高的工艺步骤，其目的是实现具有上述优点的精细且适当的粒度。
在第二个目的中，本发明提出了一种无机液体粘合剂，其包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
在一个实施方案中，所述无机前体通过研磨方法被机械活化，所述研磨方法允许使用多种无机材料/前体，这为制造商提供了组合或选择无机前体的更大可能性。此外，通过机械活化，它允许无机前体具有部分或全部结晶和/或无定形特征。
在一个实施方案中，所述无机液体粘合剂提高了溶解度并促进了与摩擦材料的其他补充材料的混合，这使得摩擦材料形成的后续阶段的能量需求显著降低。此外，它允许摩擦材料的成型步骤在冷态下进行，其温度、压力和压制时间与现有技术相比显著降低。此外，它允许在与现有技术相比的降低的温度和工艺时间下进行固化。
在第三个目的中，本发明提出了无机液体粘合剂用于制造摩擦材料的用途，所述摩擦材料包含无机液体粘合剂与至少一种补充材料的混合物，其中：
a.所述液体粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐；以及
b.所述补充材料包括以下至少一种：
i.矿物填料；
ii.有机纤维；
iii.金属纤维；
iv.无机纤维；
v.摩擦剂；
vi.润滑剂；
vii.增韧剂；或者
viii.以上的组合。
在一个实施方案中，使用无机液体粘合剂制造摩擦材料给制造方法带来了若干能源和环境优势，并提供了具有改进和增强特性的摩擦材料。在一个实施方案中，至少一种无机液体粘合剂和至少一种摩擦材料的补充材料的混合物使得混合物具有足够流动性用于随后的成型和固化步骤，降低了方法中的温度、压力和时间，更节能。
在第四个目的中，本发明提出了一种摩擦材料，其包含至少一种无机液体粘合剂和至少一种补充材料的混合物，其中所述粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
实施例1-无机液体粘合剂的制造方法
本文所示的实施例仅旨在举例说明实施本发明的众多方式之一，但不限制其范围。
在这样的实施例中，开发了用于制造摩擦材料的无机液体粘合剂。测试和开发了几种制剂，以获得具有足够流动性的无机液体粘合剂，用于与摩擦材料的其他常用组分混合。
获得无机液体粘合剂的方法基本上遵循两个步骤：第一个步骤是通过研磨机械活化至少一种无机前体，以形成结晶和/或无定形结构；第二个步骤是热合成，将经研磨的无机前体与至少一种碱金属/碱土金属氢氧化物和/或碱金属/碱土金属硅酸盐溶液组合，以形成所述液体粘合剂。
从至少一种机械活化的无机前体和至少一种碱金属/碱土金属和/或碱金属/碱土金属硅酸盐溶液的混合物中获得无机液体粘合剂，而无需在混合步骤之后进行干燥和研磨是本发明方法的一个重要优势，因为它无需在高温下干燥和随后研磨无机前体与溶液的混合物，这些是在现有技术中进行的步骤。所述方法的这一特性显著提高了该方法的能源效率，减少了来自干燥炉中的热量形式所需的能量。
在本发明的液体粘合剂的制造方法中，通过研磨机械活化至少一种无机前体的初始步骤是该方法中最重要的步骤，与现有技术中粘合剂的获得不同，因为它能够使用多种无机前体。
所述无机前体的机械活化步骤将所述无机前体研磨至精细且恰当的粒度范围。由于本发明的方法允许在本发明的所述无机液体粘合剂的制造中使用不同类型的无机前体，因此所述步骤需要高的执行复杂性以达到精细且适当的粒度。在该实施例中，获得了25μm至45μm的精细且适当的粒度，这些粒度相对于现有技术的粒度要小得多。
将机械活化的无机前体与碱金属/碱土金属氢氧化物和/或碱/碱土金属硅酸盐溶液组合的步骤是在混合器中在预定时间进行，以形成具有不同粘度的溶液和/或悬浮液。
在本实施例中，使用具有高SiO2和Al2O3百分比组成的结晶和/或无定形无机前体，例如火成岩；高岭土；偏高岭土；稻壳灰；高炉渣；粉煤灰；硅灰石；和/或玻璃。
此外，使用在溶液和/或悬浮液中的碱金属和碱土金属的氧化物和/或氢氧化物和/或硅酸盐的混合物。
在液体粘合剂制剂的第一个实施例中，所述液体粘合剂制剂包含范围为22.6％至56％的校正硅酸钾R＝1.5或校正硅酸钠R＝1.5；范围为35％至46％的偏高岭土；和范围为0％至10％的水。
在液体粘合剂制剂的第二个实施例中，所述液体粘合剂制剂包含范围为22.6％至56％的校正硅酸钾R＝1.5，或硅酸钾，或硅酸钠，或校正硅酸钠R＝1.5；范围为44％至55％的稻壳灰；和范围为0％至10％的水。
在液体粘合剂制剂的第三个实施例中，所述液体粘合剂制剂包含范围为22.6％至50％的校正硅酸钾R＝1.5，或硅酸钾，或硅酸钠或校正硅酸钠R＝1.5；范围为50％至70.4％的高炉渣；范围为0％至10％的稻壳灰；范围为0％至2％的氨基硅烷；范围为0％至2％的羧甲基纤维素；范围为0％至10％的聚乙烯醇；范围为0％至5％的甘油；范围为0％至1％的聚乙二醇；范围为0％至1％的六甲基纤维素；范围为0％至1％的聚丙烯酰胺；范围为0％至10％的玄武岩纤维；范围为0％至3％的玻璃纤维；范围为0％至3％的碳纤维；范围为0％至3％的埃洛石；范围为0％至3％的硅灰石；和范围为0％至10％的水。
在液体粘合剂制剂的第四个实施例中，所述液体粘合剂制剂包括范围为22.6％至50％的校正硅酸钾R＝1.5，或硅酸钾，或硅酸钠，或校正硅酸钠R＝1.5；范围为10％至40％的稻壳灰；范围为10％至40％的硅灰石；范围为0％至2％的氨基硅烷；范围为0％至2％的羧甲基纤维素；范围为0％至10％的聚乙烯醇；范围为0％至5％的甘油；范围为0％至1％的聚乙二醇；范围为0％至1％的六甲基纤维素；范围为0％至1％的聚丙烯酰胺；范围为0％至10％的玄武岩纤维；范围为0％至3％的玻璃纤维；范围为0％至3％的碳纤维；范围为0％至3％的埃洛石；和范围为0％至10％的水。
在液体粘合剂制剂的第五个实施例中，所述液体粘合剂制剂包括范围为22.6％至50％的硅酸钾、范围为50％至75％的飞灰(de cinza volante)、范围为0％至2％的氨基硅烷、范围为0％至2％的羧甲基纤维素、范围为0％至10％的聚乙烯醇、范围为0％至5％的甘油、范围为0％至1％的聚乙二醇、范围为0％至1％的六甲基纤维素、范围为0％至1％的聚丙烯酰胺、范围为0％至10％的玄武岩纤维、范围为0％至3％的玻璃纤维、范围为0％至3％的碳纤维、范围为0％至3％的埃洛石和范围为0％至10％的水。
在液体粘合剂制剂的第六个实施例中，所述液体粘合剂制剂包括范围为22.6％至50％的硅酸钠，或校正硅酸钠R＝1.5或校正硅酸钾R＝1.5；范围为50％至75％的飞灰；范围为0％至2％的氨基硅烷；范围为0％至2％的羧甲基纤维素；范围为0％至10％的聚乙烯醇；范围为0％至5％的甘油；范围为0％至1％的聚乙二醇；范围为0％至1％的六甲基纤维素；范围为0％至1％的聚丙烯酰胺；范围为0％至10％的玄武岩纤维；范围为0％至3％的玻璃纤维；范围为0％至3％的碳纤维；范围为0％至3％的埃洛石和范围为0％至3％的硅灰石。
因此，所开发的液体粘合剂制剂提供了应用于摩擦材料制剂的无机液体粘合剂，其为制造方法带来了优势，例如改进了溶解度并且更容易与摩擦材料的其他补充材料混合，这使得摩擦材料形成的后续阶段的能量需求将大大降低。
实施例2-摩擦材料的制造方法
在该实施例中，摩擦材料是由至少一种无机液体粘合剂(如实施例1中所例示的)，与至少一种通常用于制造摩擦材料的补充材料组合发展而来的。
此外，开发了一种可以用无机液体粘合剂代替酚醛树脂的用于制动摩擦元件的摩擦材料，因为在现有技术的约95％的摩擦材料中所使用的酚醛树脂会对环境造成危害，因为由于工业和生活污染源以及农业活动，酚醛树脂可能会沉积在土壤或河流中，这可能会对野生动物造成损害。此外，酚醛树脂的碳排放量相对较高，每生产一千克树脂会产生1.3千克至2.3千克的二氧化碳。
制造摩擦材料的第一个步骤是获得无机前体的步骤，其中通过研磨机械活化至少一种无机前体，直到获得精细且适当的粒度范围。
所述方法的第二个步骤是热合成，通过将研磨的无机前体与至少一种碱金属和碱土金属氢氧化物和/或硅酸盐溶液混合，形成无机液体粘合剂，其中所述粘合剂是具有不同粘度的溶液和/或悬浮液。这种混合物是在用于摩擦材料制造方法的商业混合器中制成的。
所述方法的第三个步骤是将无机液体粘合剂与常用于制造摩擦材料的原料(例如矿物填料、有机纤维、金属纤维、无机纤维、摩擦剂、润滑剂、增韧剂或以上的组合)混合。这种混合是在用于制造摩擦材料的商业混合器中进行的。
无机液体粘合剂与摩擦材料的其他原材料的组合涉及通过混合和造粒以同时或增量方式混合制剂和/或预混合原材料的方法，这导致了混合物具有足够粘度用于进一步的加工步骤，例如成型和后固化步骤。
此外，下一步骤是对液体粘合剂与摩擦材料原料的混合物进行冷成型的步骤，其于室温至100℃的温度进行，压制压力为0MPa至200MPa，处理时间为6秒到120秒。
在本实施例中，下一步骤是在前一步骤中形成的混合物的后固化步骤，其于25℃至400℃的温度进行，处理时间为15分钟至24小时。
此外，制造摩擦材料的最后步骤包括材料的精加工和处理步骤，包括涂漆、切割、冲压和包装的步骤。
在本实施例中，通过广泛用于评估摩擦材料的Ak-Master-1998程序评估了通过上述步骤生产的材料并将其应用于前制动器
施加的惯性为65kg.m2。测试结果如图1和图2所示。
图1和图2中的图表显示了在不同制动应用条件(如压力、温度和速度)下用于替代轻型车辆的商用材料和采用本发明所述技术生产的方案之间的摩擦系数的比较。
在本实施例中，可以注意到的是本发明提出的材料具有与用作对比的现有技术材料非常相似的初始摩擦系数，并且它在评估摩擦系数随温度升高的步骤(失灵步骤)中无温度损失。另一点需要注意的是，与用作对比的材料相比，本发明材料的摩擦力更大，这表明所述技术在摩擦材料中的应用潜力巨大。
在图3和图4中的是在测力计中测试后拍摄的观察照片，表明材料在测试中施加的条件下的完整性，证明所述材料具有满足应用的机械强度。另一点需要注意的是，尽管配体具有无机性质，但对制动盘的侵蚀性较低。
下表1对磨损结果进行了比较，再次表明了现有技术的材料和本发明技术的潜在用途之间的相似性。
表1-磨损结果比较
下表2总结了制动噪声评估的标准结果，其结果采用程序SAE J2521 2013进行评估，描述了制动噪声的百分比、噪声发生的频率以及声音强度。
表2-本发明的摩擦材料的噪声发生率(程序SAE J2521-2013)
下表3显示了现有技术的商业材料与本发明的平均噪声的比较。再次可以注意到本发明在摩擦材料开发中的相似性和潜力。
表3-噪声比较
可以看出，本发明的摩擦材料的制造方法提高了能源效率，因为它在成型和后固化过程中使用了显著较低的温度，在混合物成型步骤中使用了显著较低的压力并且在成型和后固化过程中具有非常短的加工时间。
上述能源优势通过使用本发明开发的无机液体粘合剂提供，其中所述粘合剂由至少一种机械活化的无机前体与至少一种碱金属/碱土金属金属氢氧化物和/或碱金属/碱土金属硅酸盐溶液混合形成。
此外，本发明与现有技术的区别在于通过研磨的前体的机械活化步骤形成固相中的无机前体，这不同于Davidovits理论中报道的热活化(Davidovits,J.,2015.Geopolymer:Chemistry and application.Saint-Quentin:Institut Géopolymere)和Provis描述的碱性活化(Provis,J.L.,van Deventer J.S.J.Alkali ActivatedMaterials.Vol 13.；2014.doi:10.1007/978-94-007-7672-2_5)，使用来自不同岩石的不同原料以及钢铁、热电和陶瓷工业的副产品(例如火成岩、稻壳灰、高炉渣、偏高岭土、高岭土、硅灰石等)作为前体，其可以形成可通过X射线衍射检测的部分或全部无定形结构。此外，所述摩擦材料的制造方法与现有技术的不同之处在于，所述液体粘合剂与摩擦材料的原材料混合为粘性溶液和/或悬浮液(从100cP至50000cP)，其根据本发明所述的方法步骤，可能会或不会在成型方法前调节和控制其加工湿度。
现在以一种或多种方式揭示和举例说明的本发明的概念被视为工业机密，并且在此专利申请提交之前没有被公开。该商业秘密是保管人的无形资产。专利申请的最终公布本身并不构成对第三方使用的授权，而是仅作为：(i)使第三方在申请日知晓所述工业秘密的存在；(ii)其持有人的明确说明；(iii)鼓励基于现在所揭示的概念开发新的改进，以避免对保管人已经持有的相同资产的开发进行再投资。需要立即注意到的是，任何商业使用都需要持有人的授权，未经授权的使用将受到法律规定的制裁。在这种情况下，我们在此阐明，自本发明概念公开之日起，本领域技术人员可以考虑其他形式(不同于上面举例说明的那些形式)以实施本发明，但是在旨在用于商业用途的情况下，这些形式可以被认为落入所附权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种制造摩擦材料的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
a.将至少一种液体粘合剂与至少一种补充材料组合，以形成混合物；
b.以预定的温度、压力和压制时间冷成型所述混合物；以及
c.以预定的温度和时间完成所述混合物的固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体粘合剂至少通过以下步骤进行制备：
a.通过研磨来机械活化至少一种无机前体，以形成结晶结构和/或无定形结构；以及
b.将机械活化的无机前体与至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐的溶液组合，以形成所述液体粘合剂。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体粘合剂是溶液和/或悬浮液并且具有10cP至100000cP的粘度范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补充材料包括以下至少一种：
a.矿物填料；
b.有机纤维；
c.金属纤维；
d.无机纤维；
e.摩擦剂；
f.润滑剂；
g.增韧剂；或者
h.以上的组合。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械活化至少一种无机前体的步骤发生在将所述无机前体研磨为粒度范围为小于500μm时。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷成型所述混合物的步骤在低于150℃的温度范围、小于或等于300MPa的压力、以及2秒至300秒的时间范围进行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，最终的所述混合物的固化步骤在10℃至500℃的温度范围、以及5分钟至48小时的时间范围进行。
8.一种无机液体粘合剂，其特征在于，其包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
9.无机液体粘合剂用于制造摩擦材料的用途，其特征在于，其包含无机液体粘合剂与至少一种补充材料的混合物，其中：
a.所述液体粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐；以及
b.所述补充材料包括以下至少一种：
i.矿物填料；
ii.有机纤维；
iii.金属纤维；
iv.无机纤维；
v.摩擦剂；
vi.润滑剂；
vii.增韧剂；或者
viii.以上的组合。
10.一种摩擦材料，所述摩擦材料包含至少一种无机液体粘合剂和至少一种补充材料的混合物，其中所述粘合剂包含至少一种溶液和至少一种机械活化的结晶无机前体和/或无定形无机前体的组合，其中所述溶液包含至少一种碱金属氢氧化物/碱土金属氢氧化物和/或至少一种碱金属硅酸盐/碱土金属硅酸盐。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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