CN117280131A - 摩擦材料组合物和相关的制动衬块 - Google Patents

Abstract

摩擦材料组合物和相关的车辆用制动衬块，所述车辆用制动衬块具有减小的静摩擦和蠕动颤振二者倾向或者不具有静摩擦和蠕动颤振二者倾向，其中所述组合物包含：有机粘结剂；无机填料；润滑剂；排他性地具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料，例如包括氧化铝、刚玉、碳化硅、碳化钨、碳化锆、硅酸锆、氮化硼；莫氏硬度低于7的软磨料；基于碳的材料；以及除Cu之外的金属或金属混合物，所述金属或金属混合物的量为按组合物的总体积计算的以体积计小于7％；圆形的硬磨料与基于碳的材料之比为1:3；圆形的硬磨料与软磨料之比为1:6；金属或金属混合物与基于碳的材料之比为1:6。

Description

摩擦材料组合物和相关的制动衬块

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2021年4月8日提交的意大利专利申请第102021000008807号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物特别适用于制造摩擦元件(例如制动元件)的摩擦层/块，例如车辆用制动衬块或制动蹄。本发明还涉及由该摩擦材料组合物制成并且特别地但非排他性地适用于配备车辆后轮轴的相关制动衬块。

本发明的摩擦材料组合物不含石棉，并且特别地但非排他性地具有所谓的“低钢(Low steel)”型的摩擦材料组合物的性质，并且对于被称为“静摩擦”和“蠕动颤振(CreepGroan)”的现象具有优异的特征，即，限制或不存在这样的现象的发生。

背景技术

用于生产制动衬块的摩擦材料组合物可以分为半金属材料，其具有多于50％的黑色金属(铁粉、钢纤维)、具有5％至35％的黑色金属的低金属材料或LS(低钢)、以及基本上不包含黑色金属材料的非石棉有机材料(Non-Asbestos Organic Materials，NAO)。

众所周知，特别是在恶劣的操作和/或环境条件下，这可能导致在使用中车辆的一个或更多个制动衬块“粘结”到由铸铁或钢制成的相关制动盘上。这通常是由于腐蚀现象，所述腐蚀现象影响制动盘，并且在制动期间导致腐蚀产物与制动衬块的摩擦材料结合，从而导致制动衬块意外粘附到制动盘(即使当停用车辆制动器时也暂时保持的粘附)。这种粘附现象以英文技术术语“静摩擦(stiction)”而知晓，即来源于术语“静态的(static)”和“摩擦(friction)”即术语“静态摩擦(static friction)”的缩写和合并的术语。

显然，在使用中的车辆发生静摩擦或粘结现象涉及各种弊端，例如在制动器的制动以及随后的释放期间的颠簸/拉紧，增加能量消耗，并且在极端情况下，制动衬块的摩擦材料破损，这导致车辆故障和/或需要过早更换制动衬块。因此，静摩擦现象在制动衬块领域是公知的，并且当暴露于潮湿天气条件时也影响始终在铺砌道路上行驶的车辆。

制动衬块(尤其是当由LS摩擦材料制成时的制动衬块)中发生的另一种现象是所谓的“蠕动颤振”。这种现象包括车辆中的低频底盘振动，这在制动衬块压力非常低和速度非常低的情况下遇到，这给驾驶员带来非常不舒服的感觉。这是由所谓的“粘滑(Stick-Slip)”效应(即由制动衬块在制动盘上的反复“粘附”和随后的滑动，或者由动摩擦与静摩擦之间的反复转换)引起的自激制动振动的典型实例。

本领域中已知各种解决方案试图减少这些现象，但是它们不能完全解决问题或者存在另外的缺点。

EP0959262公开了盘式制动衬块，其能够使用包含除石棉之外的纤维基材、粘结剂和摩擦调节剂的组合物来减少蠕动颤振，其中粘结剂全部或部分由改性有机硅树脂组成，以及其中同时，摩擦材料组合物包含0.5体积％至20体积％的沸石作为摩擦调节剂的一部分，改性有机硅树脂以总组合物的3体积％至30体积％的量包含在摩擦材料组合物中。改性有机硅树脂通过使油或硅橡胶与酚醛清漆型酚醛树脂反应而获得。这导致材料昂贵并且难以被生产。

US2005/004258描述了不含铜但含有大量不锈钢纤维的摩擦衬里材料。US2005/004258中使用的填充材料是量为7体积％至15体积％的石墨。

WO 2011/131227公开了用于制动衬块的低钢(LS)摩擦材料，其基本上不含铜。碳组分以36体积％至51体积％的量包含在其中描述的组合物中。低钢摩擦衬里组合物被设计成用于高压、高温应用，并且具有良好的高速度下的材料特性。然而，已知的低钢(LS)摩擦衬里材料混合物/组合物在制动舒适性方面是不利的。

WO2019120648公开了混合摩擦衬里材料和由其制成的制动衬块，其中试图将低钢摩擦衬里材料(所谓的低钢(LS)摩擦衬里或摩擦衬里材料)和无石棉有机摩擦衬里材料(所谓的无石棉有机(NAO)摩擦衬里或摩擦衬里材料)的积极特性结合。在优选的实施方案中，这样的混合摩擦材料包含：15％至22％，特别地17％至20％的至少一种粘结剂；5％至11％的有机纤维或有机纤维的混合物；1％至20％，特别地8％至14％的至少一种另外的有机化合物；零或8％至16％的无机纤维或无机纤维的混合物；10％至40％的至少一种无机氧化物；6％至12％的至少一种无机硅酸盐；13％至15％的硫或至少一种无机硫化合物；10％至16％的碳或至少一种基本上由碳组成的材料，特别地选自天然石墨、合成石墨、石油焦炭、干燥石油焦炭、炭黑及其任意混合物；1％至1.5％的选自无机氢氧化物的组的至少一种填料，特别地氢氧化钙；以及零到最高至1％的至少一种金属，特别地铁或铁合金。

然而，这样的混合材料产生了在制动性能和舒适性方面折衷的行为，这对于许多应用而言可能不是最佳的或者不够理想。

发明内容

本发明的一个目的是提供被设计成生产摩擦块或层(特别地但非排他性地用于制动衬块)的摩擦材料的实施方案，其中摩擦材料具有这样的配方：其通过减小摩擦块压合在与其配合的摩擦副的表面上的倾向允许减少或消除静摩擦和蠕动颤振二者的现象。

特别地，本公开内容的目的是提供作为被设计成在使用中与由钢或铸铁制成的制动盘协作的制动衬块的整体的一部分或者集成在被设计成在使用中与由钢或铸铁制成的制动盘协作的制动衬块中的这样的摩擦材料的实施方案。

本发明的另一个目的是提供具有这样的组成的摩擦材料的实施方案，所述组成旨在获得LS(低钢)摩擦组合物型的制动行为，并且除杂质之外不含铜和/或铜合金，但是其中配方旨在获得与NAO(Non Asbestos Organic，非石棉有机)摩擦组合物相当或甚至更好的低静摩擦倾向和蠕动颤振行为。

因此，如所附权利要求中所限定的，本公开内容涉及所谓的“无铜”种类，并且以使得减小或消除摩擦块压合在其摩擦副(如由钢或铸铁制成的制动盘，或用于车辆或任何其他应用的离合器盘的整体的一部分)的表面上的倾向的方式配制/制造的摩擦材料和相关制动衬块的实施方案。

在此和在下文中，表述“无铜”应被理解为暗示铜和/或含铜材料如铜合金的含量为或少于0.5质量％(以重量计)。

本公开内容还涉及制动衬块的实施方案，所述制动衬块配备有由根据本发明的摩擦材料制成的这样的摩擦块或层，或者具有由根据本发明的摩擦材料制成的这样的摩擦块或层作为其集成部件。

本公开内容还涉及用于制造车辆用制动衬块的方法的实施方案，所述车辆用制动衬块具有减小的静摩擦和蠕动颤振二者倾向或者不具有静摩擦和蠕动颤振二者倾向。

在下文公开的本发明的实施方案中，无石棉摩擦材料组合物被设计成模制为摩擦块或层，优选地但非排他性地配备制动元件，如制动衬块或制动蹄。

无石棉摩擦材料组合物包含至少一种有机粘结剂、至少一种无机填料、至少一种润滑剂、至少一种硬磨料、至少一种软磨料、基于碳的材料、以及任选地至少一种金属或金属混合物作为其组成材料。

在此和在下文中，对于硬磨料，必须被理解为具有7或大于7的莫氏硬度的无机物质，而对于软磨料，必须被理解为具有小于7的莫氏硬度的无机物质。

在根据本公开内容的发明的实施方案中，莫氏硬度高于7的硬磨料排他性地由具有略圆形形状的硬磨料组成。

在此和在下文中，对于“略圆形形状”，必须被理解为颗粒的形状，例如呈粉末形式的物质的形状，对于该形状可以计算其圆度与其球度之比R/S，并且值为0.6至0.8，包括上述范围的下限值和上限值。

圆度和球度是根据Krumbein和Sloss(1963)数学限定的量，如例如描述于出版物：“Oil Sand Characterization for Standalone Screen Design and Large-ScaleLaboratory Testing for Thermal Operations”-Mahadi Mahmoudi等人-SPE ThermalWell Integrity and Design Symposium-Banff,Alberta,加拿大，2015年11月23日至25日中。

适于根据本发明使用的略圆形形状的硬磨料(即，具有高于7的莫氏硬度)可以优选地但非排他性地在由以下组成的组中选择：氧化铝、刚玉、碳化硅、碳化钨、碳化锆、硅酸锆、氮化硼、其任意混合物。

可以用于根据本公开内容的实施方案的基于碳的材料可以优选地但非排他性地在由以下组成的组中选择：石墨、石墨化焦炭、石油焦碳、脱硫石油焦碳、炭黑、石墨烯、其混合物。

可以用于根据本公开内容的实施方案的基于碳的材料可以以按组合物的总体积计算的小于22体积％(“体积％”意指“体积百分比”)的量包含在摩擦材料组合物中。

至少一种金属或金属混合物除杂质之外优选地不包含铜和/或铜合金(在任何情况下铜的含量保持等于或少于0.5重量％)，并且可以以按组合物的总体积计算的以体积计小于7％的量包含在摩擦材料组合物中，并且可以优选地但非排他性地在由铁、钢、不锈钢、锡、锌、呈粉末或纤维形式的金属合金、钢纤维、不锈钢纤维组成的组中选择。

至少一种润滑剂可以包括基于硫化物的润滑剂，优选地但非排他性地在包括Sn、Zn、Fe、Mo的金属硫化物、及其混合物的组中选择；基于硫化物的润滑剂可以以按组合物的总体积计算的6体积％至18体积％的量包含在组合物中。

莫氏硬度低于7的软磨料可以以按组合物的总体积计算的26体积％至38体积％的量包含在组合物中，并且可以优选地但非排他性地在由以下组成的组中选择：氧化镁、铬铁矿、氧化锆、磁铁矿、赤铁矿、石英、锌氧化物、锡氧化物、硫酸钡、硅酸盐、氟化物、其任意混合物。

有机粘结剂可以包括以下中的任一者：酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂及其混合物；有机粘结剂可以单独或与有机纤维一起以按组合物的总体积计算的20体积％至30体积％的量存在于摩擦材料组合物中。合适的有机纤维可以优选地但非排他性地选自：聚丙烯酸类纤维、聚芳酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、其任意混合物。

组合物中存在的有机纤维的含量作为有机粘结剂的总含量的一部分，即作为其一部分计算。

无机填料可以以按组合物的总体积计算的8体积％至20体积％的量存在于组合物中，并且可以优选地但非排他性地在由以下组成的组中选择：矿物纤维，玻璃纤维，岩棉，层状硅酸盐(云母、蛭石、滑石)，钛酸盐，Ca、Mg、K的无机氢氧化物，其任意混合物。

根据本发明的一个方面，本公开内容的实施方案除杂质之外可以不包含任何莫氏硬度高于7的具有角形状的硬磨料，所述具有角形状的硬磨料如根据Krumbein和Sloss(1963)所限定，即具有其中比率R/S(圆度/球度)小于0.6的颗粒尺寸。

此外，本公开内容的实施方案除杂质之外可以不包含任何呈粉末或纤维形式的铜或铜合金。

圆形硬磨料与软磨料的体积含量之比可以为1:5，以及同时，润滑剂的体积含量相对于全部磨料(软磨料和硬磨料，圆形磨料)的体积含量之比可以为1:4。

具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料的体积含量与基于碳的材料的体积含量之比可以为1:3。

至少一种金属或金属混合物与基于碳的材料的体积含量之比可以为1:6，以及同时，至少一种金属或金属混合物与具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料的体积含量之比可以为1:2。

可以使用前述摩擦材料组合物以任何合适的已知方式对包括由摩擦材料组合物制成的摩擦材料块的制动衬块进行模制和固化。

在用于制造车辆用制动衬块的方法的实施方案中，所述车辆用制动衬块具有减小的静摩擦和蠕动颤振二者倾向或者不具有静摩擦和蠕动颤振二者倾向，所述方法包括：制备如上所述的无石棉摩擦材料组合物的步骤，以及将所述摩擦材料组合物模制为施加在金属支撑物上的摩擦材料块或层，以及使如此获得的摩擦材料块或层固化的步骤。

附图说明

现在将参照其实施的多个实际工作实例并参照附图的图来更详细地描述优选但非限制性的实施方案，所述实例仅旨在以非穷尽且非限制性的方式公开作为本公开内容的内容的一部分的特征，在附图中：

-图1示出了根据本发明的摩擦材料组合物的一个实施方案在模制和固化之后的SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)显微照片；

-图2示意性地并以简要方式示出了不规则形状的固体颗粒的略圆形形状或非圆形形状的分类方法；

-图3示出了具有根据本公开内容中给出的限定的略圆形形状的硬磨料(硅酸锆)的SEM显微照片；

-图4示出了不具有根据本公开内容中给出的限定的略圆形形状的硬磨料(碳化硅)的SEM显微照片；

-图5示出了本公开内容的实施方案中用作填料的原料(蛭石-层状硅酸盐)在与本发明的摩擦材料实施方案的其他组成材料混合之前的SEM显微照片；

-图6示出了用作本公开内容的实施方案中的填料的图5的相同材料(蛭石-层状硅酸盐)在混合、模制和固化之后在摩擦材料块中显示时(见灰色、细长颗粒)的SEM显微照片；

-图7示出了报告squadriga三轴加速度计测试结果的图：关于由根据标准配方的LS摩擦材料制成的摩擦材料块的振幅(m/秒²)相对于时间(秒)；

-图8示出了报告相同squadriga三轴加速度计测试结果的图：关于由根据本发明的摩擦材料制成的摩擦材料块的振幅(m/秒²)相对于时间(秒)；以及

-图9示出了图的各个相应渐变部分之间的比较，所述图示出了在分别形成在根据图7的标准配方的LS摩擦材料中(左边的图)和图8的根据本发明的摩擦材料中(右边的图)的两个摩擦材料块上进行的相同AK-Master效率测试的测试结果。

具体实施方式

用标准混合技术操作，制备并测试了被设计成以摩擦块或层形式形成的无石棉摩擦材料组合物，所述摩擦块或层优选地但非排他性地配备制动元件，如制动衬块或制动蹄。

制备并测试了作为参照材料的标准配方的无石棉LS摩擦材料组合物。还制备并测试了根据本发明的可能实施方案配制的摩擦材料组合物，但是对于其余材料，具有基本上对应于参照材料配方的配方。

制备并测试的无石棉摩擦材料组合物的所有配方(参照和发明)包含至少一种有机粘结剂、至少一种无机填料、至少一种润滑剂、莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料、莫氏硬度低于7的至少一种软磨料、基于碳的材料、以及任选地至少一种金属或金属混合物作为其组成材料。

至少一种润滑剂可以优选地但非排他性地包括基于硫化物的润滑剂，所述基于硫化物的润滑剂在包括Sn、Zn、Fe、Mo的金属硫化物、及其混合物的组中选择；在本发明的示例性实施方案中，基于硫化物的润滑剂可以以按组合物的总体积计算的6体积％至18体积％的量包含组合物中。

莫氏硬度低于7的至少一种软磨料可以优选地但非排他性地以按组合物的总体积计算的26体积％至38体积％的量包含在组合物中。

软磨料可以优选地但非排他性地在包括以下的组中选择：氧化镁、铬铁矿、氧化锆、磁铁矿、赤铁矿、石英、锌氧化物、锡氧化物、硫酸钡、硅酸盐、氟化物、其任意混合物。

至少一种有机粘结剂可以优选地但非排他性地包括以下中的任一者：酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂及其混合物。

有机粘结剂可以以按组合物的总体积计算的20体积％至30体积％的量存在于组合物中。

根据本发明的摩擦材料组合物还可以包含有机纤维，所述有机纤维可以优选地但非排他性地在包括以下的组中选择：聚丙烯酸类纤维、聚芳酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、其任意混合物。

有机纤维可以优选地但非排他性地作为有机粘结剂的一部分包含在本公开内容的摩擦材料组合物中，因为有机纤维可以具有在可以由本公开内容的摩擦材料组合物制造的制动衬块/制动蹄的操作工作条件下提高其强度的主要目的。

因此，本公开内容的组合物中存在的有机纤维的含量被选择作为有机粘合剂含量的一部分，例如作为按其组合物的总体积计算的20体积％至30体积％的总量的一部分，取决于由原始组合物模制的最终摩擦材料块中要实现的机械特性和/或制动衬块/制动蹄的操作条件，例如机械负荷和热负荷。

至少一种无机填料可以以按组合物的总体积计算的8体积％至20体积％的量存在于本公开内容的组合物中；至少一种无机填料优选地但非排他性地在包括以下的组中选择：矿物纤维，玻璃纤维，岩棉，层状硅酸盐(云母、蛭石、滑石)，钛酸盐，Ca、Mg、K的无机氢氧化物，其任意混合物。

本公开内容的摩擦材料组合物中使用的基于碳的材料可以优选地但非排他性地在包括以下的组中选择：石墨、石墨化焦炭、石油焦炭、脱硫石油焦炭、炭黑、石墨烯、其混合物。

根据本发明的第一方面，可以用于本公开内容的摩擦材料组合物的莫氏硬度高于7的硬磨料可以排他性地或几乎排他性地由略圆形硬磨料组成，即，由具有略圆形形状的固体颗粒形成的硬磨料(即，具有高于7的莫氏硬度)组成，其中参照图2“略圆形”如下所述定义。

在此和在下文中，对于“具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料”，应被理解为可以排他性地或几乎排他性地包括具有以下范围内的比率R/S(圆度/球度)的磨料颗粒的硬磨料：

0.6≤R/S≤0.8

其中R和S根据Krumbein和Sloss(1963)计算，例如，如参照文章：“Oil SandCharacterization for Standalone Screen Design and Large-Scale LaboratoryTesting for Thermal Operations”-Mahadi Mahmoudi等人-SPE Thermal WellIntegrity and Design Symposium-Banff,Alberta,加拿大，2015年11月23日至25日。

在此和在下文中，对于“几乎排他性地”，被理解成为所考虑的硬磨料物质总体积的90体积％或接近90体积％的颗粒的量。

将使用以下等式(也在图2中报告)进行值R和S的计算；在图2的右侧部分中给出的非限制性可视实例中示出了引入式中的因子：

[1]

[2]

即，不规则形状颗粒可以如图2中右侧所示进行示意；这样的颗粒可以具有一些圆形边缘，每个边缘的半径为r₁、r₂、..r_i，如图2中所示；颗粒可以被内接在圆中；最小半径的内接圆具有半径“r_最小-cir”，如图2中所示；最大半径的圆形边缘具有半径为“r_最大-in”；即使没有发现圆形边缘，在这种情况下，“r_最大-in”也将为可以在颗粒边界内被内接的较大圆的半径。

在图2左侧示出的表中，对一些“真实”颗粒的边界形状进行可视地示意，并且给出了可以如上所述计算的R和S的值。如可以看到的，即使被确定为仅具有尖锐边缘的P1的颗粒可以具有高的球度(0.9)，但是其(当然)具有非常低的圆度(0.1)。

因此，始终可以计算出比率R/S，并且从图2左侧的表中可以看出，看起来具有最平滑和圆形边界的颗粒全部在上面给出的范围内：

0.6≤R/S≤0.8

根据上面给出的限定，具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料可以优选地但非排他性地在包括以下的组中选择：氧化铝、刚玉、碳化硅、碳化钨、碳化锆、硅酸锆、氮化硼、其任意混合物。

图3中呈现了硅酸锆的SEM显微照片，作为可以归类为“略圆形形状的硬磨料”的原始硬磨料材料的可视方面的另外的实例。将图3的这种材料的方面与图4中示出的材料的方面进行比较，图4为莫氏硬度高于7但不具有略圆形形状的硬磨料(即，在示出的实例中，碳化硅)的具有与图3相同放大倍数的显微照片。

图1示出了根据本发明的摩擦材料组合物中的图3的原料在固化之后(即，在准备施加(或已经施加)至金属支撑物以形成制动衬块的摩擦材料的摩擦块中)所呈现的方面。如清楚所示的，分散在经固化的摩擦材料基体中的大略圆形颗粒为硅酸锆的颗粒，即，莫氏硬度高于7的略圆形形状的硬磨料的颗粒，因为它们可以通过光谱显微照相分析来确定。

在本公开内容的摩擦材料组合物中，选择合适的填料也可以是非常重要的。特别地，在图5中示出了包含优选的填料(即蛭石-层状硅酸盐)的原料的显微照片。图6示出了根据本发明的经固化的摩擦材料组合物中相同填料的方面。考虑到起始原料的方面，蛭石-层状硅酸盐被挤压在摩擦材料基体中嵌入的细长颗粒中，并且可以赋予经固化的摩擦材料组合物较高的强度。

根据本发明的另一方面，如上所述，基于碳的材料可以以按组合物的总体积计算的小于22体积％(以体积计)的量(即，以有限的或者无论如何受限的量)包含在根据本公开内容的组合物中。

根据本发明的另一方面，当存在于组合物中时，至少一种金属或金属混合物除杂质之外不包括铜和/或任何铜合金(在任何情况下，铜的总含量至多等于0.5质量％，或优选小于0.5质量％，即，以重量计)，以及无论如何必须以少量(即按组合物的总体积计算的小于7体积％的量)包含在组合物中。

此外，在根据本发明的摩擦材料组合物中所选择的成对组分材料之间的比率对于实现解决本公开内容开始时所述的客观技术问题的目标(即减小或消除最终摩擦材料经受蠕动颤振和静摩擦二者现象的倾向)可以是至关重要的。

至少一种金属或金属混合物与基于碳的材料的体积含量之比优选为1:6，并且无论如何在5:100至88:100的范围内。

结合上述特征，至少一种金属或金属混合物与具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料的体积含量之比优选为1:2，并且无论如何在11:100至233:100的范围内。

根据本发明的一个方面，本公开内容的摩擦材料组合物除了杂质之外或无论如何不会以大量的量包含莫氏硬度高于7的具有角形状的任何硬磨料，所述硬磨料如根据Krumbein和Sloss(1963)定义，即具有其中比率R/S(圆度/球度)小于0.6的颗粒尺寸。

因此，例如，根据本发明的组合物将不包含，至少不以大量包含碳化硅作为硬磨料。

在此和在下文中，对于“大量”，应被理解为小于组合物的总体积的10体积％的量。

圆形/略圆形(莫氏硬度高于7的)硬磨料与软磨料的体积含量之比优选为1:6，并且无论如何在8:100至35:100的范围内。

结合上述特征，润滑剂相对于全部磨料(软磨料和硬磨料，圆形磨料)的体积含量之比优选为1:5，并且无论如何在13:100至62:100的范围内。

具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料的体积含量与基于碳的材料的体积含量之比被保持在约1:3，并且无论如何在15:100至113:100的范围内是重要的。

现在将参照以下工作例更好地公开本发明，这些实施例无论如何都旨在为非限制性和非穷尽性的。

下文通过举例说明的方式给出实施例和比较例，并因此不旨在限制本发明。

实施例1

根据下表，制备被标记为“标准”和“创新”的两种配方。“标准”配方对应于通常用于制造车辆制动衬块的摩擦材料块的公知的LS(低钢)类别的摩擦材料配方，并且在本文中用作“参照”材料。

表1

将表1中示出的表示基于混合物/共混物的总体积的体积％值的组分在卧式混合机(例如Loedige种类)混合机中均匀混合，并在20吨的压力下在160℃的温度下在模具中模制3分钟，然后在400℃下热处理固化10分钟，产生了根据本发明被表示为“创新”的摩擦材料，以及根据已知技术并用于随后比较测试被表示为“标准”的参照材料；如此获得的每个摩擦材料块与由平钢板(背板)组成的相同金属支撑物制成一体，以形成车辆制动衬块。

实施例2

将以实施例1中描述的方式生产的制动衬块安装在车辆上，并进行以下测试。

静摩擦测试-程序1

·磨合→100次停车，50kph至0kph，20％g

·用自来水调节

·应用停车制动的停车模式

·在室内停车过夜

·释放停车制动器，记录声音(dB)水平

·重复上述步骤10天(除周末之外)

·要求尽可能低的声压；声压通过NTI音频公司的XL2型音频和声学手持分析仪以dB进行检测，该分析仪配备有全向预极化电容器、自由场麦克风，频率范围为5Hz至20kHz，灵敏度通常为1kHz至27.5dBV/Pa±2db(42mV/Pa)。

将获得的结果报告在下表2和表3中。

注意到43dB对应于在发动机启动时车辆(汽车)的噪声水平(即，对应于背景噪声)。因此，低于43dB的静摩擦噪声水平是感觉不到的，因为被背景汽车噪声所覆盖。因此，当没有记录到噪声时，在表格中报告(43)dB的值。

表2

表3

如从上表2和表3中噪声值的比较可以看出，低钢“创新”配方产生的以dB计的噪声比“标准”配方(参考)的噪声低得多。

静摩擦测试-程序2

·以0.3g从80km/小时至20km/小时停车200次

·用5％ NaCl溶液的喷洒制动盘

·根据项目参数的夹紧力

·让汽车在外面停放3天(第一次测试和第二次测试)和10天(第三次测试)

·用扭矩扳手进行扭矩测量

·结果以Nm表示

将测试结果报告在下表4中。

表4

如表4中所示，低钢创新配方的静摩擦结果比标准配方低得多。

蠕动颤振车辆程序-描述和评估：

·磨合→40巴至30巴-100km/小时至50km/小时-每次1.5km

·停止尖叫声评估步骤1至5：

·步骤1-早晨-在车辆停放在外面一晚之后，驾驶到没有制动的斜坡上-坡度为12％-发动机启动-[向前]

·步骤2-重复步骤1[向后]

·步骤3-平坦的道路

·步骤4-在30℃下预热之后重复步骤1[向前]

·步骤5-在30℃下预热之后重复步骤2[向后]

·重复步骤1至5三天。

·考虑湿度RH[％]和温度[℃]

·评估CG(Creep Groan，蠕动颤振)，考虑：强度/再现性-最小主观指数：4；最大指数：10。

将获得的结果报告在下表5中。

表5

示出了比参照(标准)配方好得多的蠕动颤振行为，并与已知的NAO材料的蠕动颤振行为一致。

还通过Squadriga三轴加速度计测量了在制动应用期间振动随时间的函数：振幅(m/秒²)相对于时间(秒)。将获得的结果报告在图7和图8中。图7示出了参照(标准)配方的行为，而图8示出了创新配方的行为。明显的是，在根据本发明的摩擦材料组合物(创新)中，检测到的振动的振幅和频率显著降低。

实施例3

将以实施例1中描述的方式生产的制动衬块安装在车辆上，并根据AK-Master标准进行效率测试，包括：静止制动、不同流体压力下的制动、冷制动(<50℃)、高速公路模拟制动、与一系列恢复制动交替进行的两组高能制动(渐变测试)。

将获得的结果报告在图9中，图9对在标准(参照)配方的情况下与测试的渐变部分相关的图-左侧图-以及在创新(根据本发明)配方的情况下-右侧图进行了比较。

特别重要的是两个图中被圈出的部分。创新配方示出了与标准低钢配方相当的总体标称摩擦水平(0.41相对于0.44)；但是创新配方的渐变性能比标准配方的那些沿整个渐变部分更高且更稳定。

实施例4

在下表6中给出的范围内制备了十种配方，以随机方式改变表6本身中列出的摩擦材料组分的相对量。

表6

之后，类似于实施例1中的操作，使用根据表6的内容制备的十种不同配方的摩擦材料组合物来制备相应的摩擦衬块。之后，在新的制动衬块上重复实施例2和3中描述和报告的测试，获得始终与前面描述的那些相当的结果(组合物的行为限于比实施例1的创新组合物多或少10％的变化)。

***

从上述和前面的工作例中，明显的是，本发明还延伸到包括由根据本公开内容的摩擦材料组合物制成的摩擦材料块的制动衬块。

此外，本发明还延伸到用于制造车辆用制动衬块的方法，所述制动衬块具有减小的静摩擦和蠕动颤振二者倾向或者不具有静摩擦和蠕动颤振二者倾向，所述方法包括：制备无石棉摩擦材料组合物的步骤，所述组合物包含至少一种有机粘结剂、至少一种无机填料、至少一种润滑剂、莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料、莫氏硬度低于7的至少一种软磨料、基于碳的材料、以及任选地至少一种金属或金属混合物作为其组成材料；以及将所述摩擦材料组合物模制为施加在金属支撑物上的摩擦材料块或层，以及使如此获得的摩擦材料块或层固化的步骤；其中：

i.组合物中包含的莫氏硬度高于7的硬磨料排他性地或几乎排他性地由具有略圆形形状(在以上阐明的含义内)的硬磨料组成；

ii.将组合物中包含的基于碳的材料保持为按组合物的总体积计算的小于22体积％(以体积计)的量；

iii.组合物中包含的至少一种金属或金属混合物除杂质之外不包括Cu，并且可以在包括铁、钢、不锈钢、锡、锌、呈粉末或纤维形式的除Cu合金之外的金属合金(除杂质之外)、钢纤维、不锈钢纤维、其混合物的组中选择；并且以按组合物的总体积计算的小于7体积％的量包含在组合物中。

在本发明的方法中，相对于摩擦材料组合物的总量，可以以1:3的比率选择具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种所述硬磨料的体积含量和所述基于碳的材料的体积含量。

此外，基于碳的材料可以优选在包括以下的组中选择：石墨、石墨化焦炭、石油焦炭、脱硫石油焦炭、炭黑、石墨烯、其混合物。

最后，可以以1:6的比率选择摩擦材料组合物中至少一种金属或金属混合物的体积含量和基于碳的材料的体积含量；以及可以以1:2的比率选择摩擦材料组合物中至少一种金属或金属混合物的体积含量和具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的至少一种所述硬磨料的体积含量。

结论

根据上述工作例和公开内容，明显的是，与类似的标准LS组合物相比，根据本公开内容制备并且尤其落入表6中给出的相对组成值内的摩擦材料组合物在保持与标准LS组合物相当或甚至更好的制动性能的同时，更少经受静摩擦和蠕动颤振二者的现象；此外，蠕动颤振行为基本上与NAO摩擦材料的蠕动颤振行为相当，而创新材料与LS材料相比不呈现显著较差的NAO材料的制动性能。

因此，实现了本公开内容的所有目的。

某些术语

尽管已经在某些示例性实施方案的上下文中公开了某些制动装置、系统和方法，但是本领域技术人员将理解，本公开内容的范围超出了具体公开的实施方案，延伸到另一些替代实施方案和/或实施方案的用途及其某些修改方案和等同方案。与任何结构一起使用都明确地在本发明的范围内。所公开的实施方案的各种特征和方面可以彼此组合或替代，以便形成组件的不同模式。本公开内容的范围不应被本文中描述的具体公开的实施方案限制。

诸如“可以”、“可能”、“或许”或“兴许”的条件性语言，除非另有具体说明，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，否则通常旨在传达某些实施方案包括或不包括某些特征、要素和/或步骤。因此，这样的条件性语言通常不旨在暗示一个或更多个实施方案以任何方式需要特征、要素和/或步骤。

除非另有说明，否则如本文中使用的术语“大约”、“约”和“基本上”表示接近所述量的仍能发挥期望功能或达到期望结果的量。例如，在一些实施方案中，根据上下文可以规定，术语“大约”、“约”和“基本上”可以是指在小于或等于所述量的10％内的量。同样，如本文中使用的术语“通常”表示主要包括或倾向于特定值、量或特征的值、量或特征。

本公开内容明确地考虑了所公开的实施方案的各种特征和方面可以彼此组合或替换。因此，本公开内容的范围不应被上述具体公开的实施方案限制，而应仅由对所附权利要求及其等同方案的全部范围的合理解读来确定。

Claims (15)

1.一种无石棉摩擦材料组合物，所述无石棉摩擦材料组合物具有0.5质量％或更少的铜含量，被设计成形成为摩擦块或层，所述摩擦块或层优选地但非排他性地配备制动元件如制动衬块或制动蹄，所述无石棉摩擦材料组合物包含至少一种有机粘结剂、至少一种无机填料、至少一种润滑剂、莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料、莫氏硬度低于7的至少一种软磨料、基于碳的材料、以及任选地至少一种金属或金属混合物作为其组成材料，其特征在于，将以下组合：

i.所述莫氏硬度高于7的硬磨料排他性地由具有略圆形形状的硬磨料组成；

ii.所述基于碳的材料以按所述组合物的总体积计算的小于22体积％(以体积计)的量包含在所述组合物中；

iii.所述至少一种金属或金属混合物除杂质之外不包含铜和/或铜合金，并且以按所述组合物的总体积计算的以体积计小于7％的量包含在所述组合物中。

2.根据权利要求1所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述至少一种润滑剂包括基于硫化物的润滑剂，所述基于硫化物的润滑剂在包括Sn、Zn、Fe、Mo的金属硫化物、及其混合物的组中选择；所述基于硫化物的润滑剂以按所述组合物的总体积计算的6体积％至18体积％的量包含在所述组合物中。

3.根据权利要求1或2所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述莫氏硬度低于7的至少一种软磨料以按所述组合物的总体积计算的26体积％至38体积％的量包含在所述组合物中；所述软磨料优选在包括以下的组中选择：氧化镁、铬铁矿、氧化锆、磁铁矿、赤铁矿、石英、锌氧化物、锡氧化物、硫酸钡、硅酸盐、氟化物、其任意混合物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料排他性地包含具有以下范围内的比率R/S(圆度/球度)的磨料颗粒：

0.6≤R/S≤0.8

其中R和S根据Krumbein和Sloss(1963)计算。

5.根据权利要求4所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料在包括以下的组中选择：氧化铝、刚玉、碳化硅、碳化钨、碳化锆、硅酸锆、氮化硼、其任意混合物。

6.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述至少一种有机粘结剂包括以下中的任一者：酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂及其混合物；所述有机粘结剂以按所述组合物的总体积计算的20体积％至30体积％的量存在于所述组合物中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述至少一种无机填料以按所述组合物的总体积计算的8体积％至20体积％的量存在于所述组合物中；所述至少一种无机填料优选在包括以下的组中选择：矿物纤维，玻璃纤维，岩棉，层状硅酸盐(云母、蛭石、滑石)，钛酸盐，Ca、Mg、K的无机氢氧化物，其任意混合物。

8.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述无石棉摩擦材料组合物除杂质之外不包含莫氏硬度高于7的具有角形状的任何硬磨料，所述具有角形状的硬磨料按照根据Krumbein和Sloss(1963)所限定的即，具有其中所述比率R/S(圆度/球度)小于0.6的颗粒尺寸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述圆形硬磨料与所述软磨料的体积含量之比为8:100至35:100，并且优选为1:6，以及同时，所述润滑剂相对于全部所述磨料(软磨料和圆形硬磨料)的体积含量之比为13:100至62:10，并且优选为1:5。

10.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，至少一种所述具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料的体积含量与所述基于碳的材料的体积含量之比为15:100至113:10，并且优选为1:3；所述基于碳的材料优选在包括以下的组中选择：石墨、石墨化焦炭、石油焦炭、脱硫石油焦炭、炭黑、石墨烯、其混合物。

11.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述无石棉摩擦材料组合物还包含有机纤维，所述有机纤维在包括聚丙烯酸类纤维、聚芳酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、其任意混合物的组中选择；所述组合物中存在的有机纤维的含量被选择作为所述有机粘结剂含量的一部分，例如作为其一部分。

12.根据前述权利要求中任一项所述的无石棉摩擦材料组合物，其特征在于，所述至少一种金属在包括铁、钢、不锈钢、锡、锌、呈粉末或纤维形式的除铜合金之外的金属合金、钢纤维、不锈钢纤维的组中选择；所述至少一种金属或金属混合物与所述基于碳的材料的体积含量之比为5:100至88:10，并且优选为1:6，以及同时，所述至少一种金属或金属混合物与所述至少一种所述具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料的体积含量之比为11:100至233:10，并且优选为1:2。

13.一种制动衬块，包括由根据权利要求1至12中任一项所述的摩擦材料组合物制成的摩擦材料块。

14.一种用于制造车辆用制动衬块的方法，所述车辆用制动衬块具有减小的静摩擦和蠕动颤振二者倾向或者不具有静摩擦和蠕动颤振二者倾向，所述方法包括：制备无石棉摩擦材料组合物的步骤，所述无石棉摩擦材料组合物包含至少一种有机粘结剂、至少一种无机填料、至少一种润滑剂、莫氏硬度高于7的至少一种硬磨料、莫氏硬度低于7的至少一种软磨料、基于碳的材料、以及任选地至少一种金属或金属混合物作为其组成材料；以及将所述摩擦材料组合物模制为施加在金属支撑物上的摩擦材料块或层的步骤，以及使如此获得的所述摩擦材料块或层固化的步骤；其特征在于：

i.包含在所述组合物中的所述莫氏硬度高于7的硬磨料排他性地由具有略圆形形状的硬磨料组成；

ii.包含在所述组合物中的所述基于碳的材料保持为按所述组合物的总体积计算的小于22体积％(以体积计)的量；

iii.包含在所述组合物中的所述至少一种金属或金属混合物在包括铁、钢、不锈钢、锡、锌、呈粉末或纤维形式的除Cu合金之外的金属合金、钢纤维、不锈钢纤维、其混合物的组中选择；并且以按所述组合物的总体积计算的以体积计小于7％的量包含在所述组合物中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述摩擦材料组合物中以15:100至113:10，并且优选1:3的比率选择至少一种所述具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料的体积含量和所述基于碳的材料的体积含量，所述基于碳的材料优选在包括石墨、石墨化焦炭、石油焦炭、脱硫石油焦炭、炭黑、石墨烯、其混合物的组中选择；以及其中在所述摩擦材料组合物中以5:100至88:100，并且优选以1:6的比率选择所述至少一种金属或金属混合物的体积含量和所述基于碳的材料的体积含量，同时在所述摩擦材料组合物中以11:100至233:100，并且优选以1:2的比率选择所述至少一种金属或金属混合物的体积含量和所述至少一种所述具有略圆形形状的莫氏硬度高于7的硬磨料的体积含量。