CN1804421A - 无铜非石棉有机摩擦材料 - Google Patents

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    • F16D69/028—Compositions based on metals or inorganic oxides containing fibres

Abstract

一种制动元件，总体包含具有铁纤维、铝、锌、锡及其组合之一的摩擦材料。所述摩擦材料中铁纤维的量在约1v％到约10v％范围内。铝、锌、锡及其组合之一的量在约 1v％至约5v％范围内。摩擦材料不含元素铜。当摩擦材料磨损时，元素铜不会进入到环境中。

Description

无铜非石棉有机摩擦材料
发明领域
本发明涉及摩擦材料，更具体地说，涉及无铜非石棉有机摩擦材料。
背景技术
摩擦材料通常用于将运动中的车辆或机械零件的动能转换成热能，以减缓车辆或机械零件的运动。一般来说，摩擦材料吸收所产生的热量并缓慢将其耗散到大气中。摩擦材料在制动装置的使用过程中变为磨损碎片，并且可视作制动系统的可消耗部分。
制动系统必须满足消费者的一系列期望，例如舒适、耐用及合理的成本。上述期望转化为对制动系统的一系列具体要求，例如高且稳定的摩擦系数、预定限度内的震动及噪声特性，以及摩擦材料与转轮、鼓轮或离合器配合表面间的低磨损率。上述要求都必须在合理的成本下同时达到。具体来说，制动系统的性能在各种应用条件下都必须是稳定的，所述条件包括极端的温度、湿度、速度和减速率。
制动系统不但必须满足消费者的期望，还须符合国内和/或国际法规的规定。许多国家的未来立法中都可能关注降低铜在环境中的含量。这类铜的来源之一是传统摩擦材料的磨损碎片。
发明内容
制动元件通常包括摩擦材料，所述摩擦材料含有铁纤维、铝、锌、锡及其组合中的一种。摩擦材料中铁纤维的量在约1v％到约10v％的范围内。铝、锌、锡及其组合之一的量在约1v％到约5v％的范围内。摩擦材料不含元素铜。
本发明应用的其他领域将通过附图、所附权利要求书和以下提供的详细说明明确示出。应予理解的是，详细说明和具体实施例虽然代表本发明的多种实施方案，但其目的仅在于说明和举例，而非限制本发明的范围。
附图说明
本发明将根据具体说明、所附权利要求书和附图而更完整地被理解，其中，
图1是盘形制动装置的剖面图。
具体实施方式
图1中，通过一个简化且示例性的车辆盘形制动系统10来展示本发明。盘形制动系统10包括转轮12、卡钳14和轮毂16。盘形制动系统10还分别包括一对外侧和内侧的制动元件18a和18b，以下称为制动元件18或制动衬块18。制动元件18以本领域已知的方式固定到卡钳14上。可以领会的是，制动系统10是以简化的方式示出的。严格说来，示例性盘形制动系统更详细的解释见于公知的美国专利第4,351,421号中，其全部内容通过引用的方式在此纳入本说明书中。
每个制动元件18都包含结构衬背20和摩擦材料22。摩擦材料22使用机械固定件和/或化学粘合(未示出)来固定到结构衬背20上。该固定方法的一个实例公开于公知的美国专利第5,073,099号中，其全部内容通过引用的方式在此纳入本说明书中。
制动元件18挤压转轮12以减缓转轮12的旋转，从而使车辆(未示出)减慢到所期望的速度。如上文所述，当制动元件18与转轮12相接触时产生摩擦；依次引起制动元件18发热并最终发生磨损。可以领会的是，上述说明也可用于鼓式制动结构、离合器衬结构和其他非车辆结构，例如减速器部件。
摩擦材料22可包含各种合适的材料，所述材料可以以，例如浆状形式混合，并且压制和/或塑造成所期望的形状。摩擦材料22可包含与传统刹车材料相比相对较高体积比含量的铁纤维、铝、锌、锡和/或其组合。虽然含有其它摩擦材料组分，但摩擦材料22不含元素铜。纤维和/或粉末状的铝、锌和/或锡可以与铁纤维组合或以体积百分含量替代铁纤维包含于摩擦材料22的组合物中。
摩擦材料22的示例性配方不含元素铜，并且仍可提供可与传统的含铜非石棉有机摩擦材料相比的性能和耐久性。示例性配方还通过在无铜且提高铁纤维、铝、锌、锡和/或其组合的体积百分比的情况下提供对环境有利的摩擦材料22的组合物。可以领会的是，传统摩擦材料中足量的元素铜用于包括热量分散在内的目的。因此，可以理解的是，本发明可以包含含量增加的铁纤维，铝、锌、锡和/或其组合，以提供可与含有元素铜作为摩擦材料组分的传统摩擦材料相比的功能。
在本发明的一个实施方案中，摩擦材料22包含约1体积百分比(v％)至约10v％的铁纤维且不合元素铜。更优选地，本发明包括2.5v％的铁纤维且同时不含元素铜。此后将论及的铁纤维和/或摩擦材料22的其它组分的优选百分比提供了优异的性能。可以领会的是，并不要求严格依照各组分精确的总体积百分含量来保证本发明的可行性，但偏离精确的百分比可能降低摩擦材料22的性能。
在本发明的另一个实施方案中，铁纤维的长度可以在约四分之一英寸(约0.64mm)到约二分之一英寸(约1.3mm)的范围内。铁纤维的宽度可以为约20微米。举例来说，铁纤维的长宽比可以在约8比1到约65比1的范围内。可以领会的是，并不要求严格依照铁纤维精确的尺寸来保证本发明的可行性，但偏离该尺寸可能降低摩擦材料22的性能。铁纤维可从许多供应商购得。例如，其中一家供应商为新力金属有限公司(Sunny Metal Inc.)(广州，中国)。
在本发明的其它实施方案中，除了或代替上述铁纤维，摩擦材料22可包含约1v％到约5v％的铝、锌、锡和/或其组合。更优选地，本发明包含1v％的铝、锌、锡和/或其组合。铝、锌和/或锡可以以纤维和/或粉末的形式添加。铝、锌和/或锡纤维的长度可在约四分之一英寸(约0.64mm)到半英寸(约1.3mm)的范围内。铝、锌和/或锡纤维的宽度可在约20微米到80微米的范围内。粉末形式的铝、锌和/或锡粉末可具有约0.05英寸(约1.5毫米或约10目(mesh))的标称直径。可以领会的是，铝、锌和/或锡纤维和/或粉末可从许多供应商处购得。
在本发明的其它实施方案中，摩擦材料22包含约4.5v％的铁纤维且不含元素铜。在另一实施方案中，摩擦材料22包含约1v％的铁纤维且基本不含铜。在上述实施方案中，铁纤维可以是纯铁纤维，使得铁纤维不含任何碳。在上述实施方案中，如上所述，铝、锌、锡和/或其组合可以以纤维和/或粉末的形式添加到摩擦材料22中。可以领会的是，在本发明的多种实施方案中，铁纤维、铝、锌和/或锡既可单独使用亦可相互组合使用，并作为元素铜的替代物。
表1示出用于举例说明本发明另一实施方案的摩擦材料22的第一示例组成范围。标有“示例值”一列中的数值代表摩擦材料22中组成的优选值。
  摩擦材料的示例组成   示例值(占总体积的百分比)
  酚醛树脂   约20
  橡胶屑   约8
  腰果壳摩擦屑   约15
  焦炭和/或石墨   约11
  氧化铝   约3
  氧化镁   约4
  硫化锑   约4
  重晶石   约18
  芳族聚酰胺料浆   约6
  锡粉   约2
  铝纤维   约3
  铁纤维   约3
  矿物纤维   约3
                 表1
表2示出本发明另一实施方案的摩擦材料22的第二示例组成范围。标有“示例值”一列中的数值代表摩擦材料22中组成的优选值。可以领会的是，上表1及下表2中列出的值为示例值，因此不对本发明的范围构成限制。
  摩擦材料的示例组成   示例值(占总体积的百分比)
  酚醛树脂   约19
  橡胶屑   约8
  腰果壳摩擦屑   约12
  石墨   约6
  合成石墨石油焦炭   约4
  磁铁矿粉末   约4
  氧化锆   约5
  硫化锑   约4
  二硫化钼   约3
  重晶石   约18
  芳族聚酰胺料浆   约6
  铝粉   约3
  锌纤维   约3
  矿物纤维   约5
                 表2
可以理解的是，许多供应商提供多种市售的、适于在摩擦材料22中使用的矿物纤维。在本发明的多个实施方案中，一种示例矿物纤维为Lapinus纤维，由Lapinus Fibres B.V.(荷兰)出售。
可以领会的是，许多供应商提供多种市售的、适于在摩擦材料22中使用的金属硫化物和/或金属氧化物。在本发明的多个实施方案中，示例金属硫化物包括硫化锑、二硫化锡、二硫化钼和锡的硫化物(SnS，SnS2)，这些原料可从许多供应商处购得。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的橡胶屑、腰果壳摩擦屑、铝纤维和/或粉末、锡纤维和/或粉末以及锌纤维和/或粉末。在本发明的多个实施方案中，上述组分可从许多供应商处购得。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的氧化锆。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售氧化锆来源为摩根技术陶瓷(Fairfield，NJ)。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的磁铁矿粉末。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售磁铁矿粉末来源为Reade Advanced Materials(Pawtucket，RI)。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的氧化铝。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售氧化铝来源为ALCOA。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的重晶石。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售重晶石来源为Cimbar Performance Minerals，Cartersville，GA。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的、适于在摩擦材料22中使用的石墨或焦炭。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售石墨或焦炭来源为Asbury Carbons，Inc.(Asbury，NJ)。
可以理解的是，许多供应商提供多种市售形式的适于在摩擦材料22中使用的芳族聚酰胺纤维和/或芳族聚酰胺料浆。在本发明的多个实施方案中，一种合适的示例市售芳族聚酰胺纤维和/或芳族聚酰胺料浆来源为杜邦(里士满，VA)。
在本发明的一个实施方案中，粘合剂为酚醛树脂。摩擦材料22的组分以酚醛树脂进行表面处理。进行过上述表面处理的组分具有在制造摩擦材料22时易于与其它材料混合的优点。在另一个实施方案中，硅烷接合剂可用于代替酚醛树脂。关于酚醛树脂、硅烷接合剂或其它粘合剂使用和替代物的进一步细节更完整地讨论于2003年12月30日公告授权的公知的美国专利6,670,408中，其全部内容在此以引用的方式纳入本说明书中。
现在，本领域技术人员可从前述说明中领会到，本发明广博的教导可以多种形式实施。因此，虽然本发明通过与其具体的实施例结合来加以说明，但本发明的真实范围不应因此受到限制，因为对本领域实践者来说，在研究本发明附图、说明书和权利要求书后，其它修改方案将变得显而易见。

Claims (21)

1.一种制动元件，包含：
一种摩擦材料，包括铁纤维、铝、锌、锡及其组合之一，其中所述铁纤维在所述摩擦材料中的量在约1v％到约10v％的范围内，其中所述铝、所述锌、所述锡及所述其组合的量在约1v％到约5v％的范围内，并且所述摩擦材料不含元素铜。
2.权利要求1的制动元件，其中所述铁纤维的量为约2.5v％。
3.权利要求1的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡及所述其组合的量为约1v％。
4.一种制动元件，包含：
一种摩擦材料，包括铁纤维，其中所述铁纤维在所述摩擦材料中的量在约1v％到约10v％的范围内，并且所述摩擦材料不含元素铜。
5.权利要求4的制动元件，其中所述摩擦材料不含元素铜。
6.权利要求4的制动元件，其中所述铁纤维的量以体积比计为约百分之2.5。
7.权利要求4的制动元件，其中所述铁纤维的长度在约四分之一英寸(约0.64mm)到约半英寸(约1.3mm)的范围内。
8.权利要求4的制动元件，其中所述铁纤维的宽度为约20微米。
9.权利要求4的制动元件，其中所述摩擦材料包括铝、锌、锡和其组合之一。
10.权利要求9的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合的量在约1v％到约5v％的范围内。
11.权利要求10的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合的量为约1v％。
12.权利要求9的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合之一为纤维。
13.权利要求12的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合之一为所述纤维，每种所述纤维的长度在约四分之一(约0.64mm)到约半英寸(约1.3mm)的范围内。
14.权利要求12的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合之一为所述纤维，每种所述纤维的宽度在约20微米到约80微米的范围内。
15.权利要求9的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合之一为粉末。
16.权利要求15的制动元件，其中所述铝、所述锌、所述锡和所述其组合之一为所述粉末，所述粉末的颗粒最大直径为约0.05英寸(约1.5毫米)。
17.权利要求4的制动元件，其中所述铁纤维的量为约4.5v％。
18.权利要求4的制动元件，其中所述铁纤维的量为约1v％。
19.权利要求4的制动元件，其中铁纤维的长宽比在约8比1到65比1之间。
20.一种制动元件，包含：
一种不含元素铜的摩擦材料。
21.一种制动元件，包含：
一种摩擦材料，包括铝、锌、锡及其组合之一，其中所述铝、所述锌、所述锡及所述其组合之一的量为约1v％，并且所述摩擦材料中的所述铁纤维的量为约2.5v％，并且所述摩擦材料不含元素铜。
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