CN1982739B - 无石棉摩擦部件 - Google Patents

Abstract

一种摩擦材料包含热固性树脂粘合剂、强化纤维以及与压板整体地形成的摩擦调节剂。该摩擦材料具有摩擦侧上的第一层摩擦材料和压板侧上的第二层摩擦材料。该预混合物包含在第二层摩擦材料中混合弹性体和交联剂。预混合料优选包含纤维，以及该预混合料优选包含与此混合的10至97体积％的弹性体。

Description

无石棉摩擦部件

本申请要求日本专利申请号2005-329275(2005年11月14日申请)和2006-245483(2006年9月11日申请)的外国优先权，因此将其全部内容引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于各种车辆和工业机器中使用的盘式制动器的无石棉摩擦部件。

相关技术

摩擦材料通过混合和热压成形各种粒状的、粉状的和纤维状的原料来制备。但是，随着为了防止公共污染使用无石棉摩擦部件的趋势，可用的配料成为限制，以及粉状的原料更多地用作无石棉摩擦部件中的无机填料。由此，就摩擦部件的特性而论，硬度趋于被增加，以及孔隙度趋于被减小。然后，至于摩擦性能，初始摩擦系数趋于被降低，由于它取决于硬度，而高速效果和衰退性能也趋于被降低，由于它们取决于孔隙率。此外，趋于产生噪声。

此外，在车辆盘式制动器中，通常要求减小包括系统的制动器的尺寸，以便减小未装弹簧的负载，以便改进燃料成本和操纵性能。为了减小制动器的尺寸，必须提高制动器的力量级别(摩擦部件的有效级别)。但是，如果增加制动器的力量级别(摩擦部件的有效级别)，那么研磨性能将增加，以致易于降低啸声(squeal)和颤抖性能。因此，同时获得高有效级别和具有优异的啸声和颤抖性能的商业价值是困难的。作为一个对策，尽管橡胶型原料的掺入可以提供改进的效果，但是该掺入降低摩擦材料的抗热性，这导致高速条件和/或高温条件下的效果和抗衰退性能退化。

为了改进上述缺点和提供一种具有优良的啸声性能的摩擦部件，JP-A-05-331452和JP-A-07-292348公开了双层结构的无石棉摩擦部件，其中摩擦材料成分的至少一种是不同的或在平行于摩擦面的层中摩擦材料成分的接触比率互相不同，以及在与后板(压板)接触的侧面上添加橡胶粉。但是，由于在JP-A-05-331452和JP-A-07-292348的每个中单独添加橡胶，考虑到强度，橡胶的添加量和颗粒尺寸被限制。

亦即，由于随着使用无石棉摩擦材料用于车辆的趋势，使用无机填料的比率增加，获得具有希望性能如摩擦性能的摩擦部件变得困难。尽管在盘式制动器和鼓式制动器中常常使用无石棉摩擦部件，但是使用无石棉摩擦部件的制动器可能在制动器工作过程中产生所谓的啸声的不舒服声音。

考虑到在制动器工作过程中的啸声主要由摩擦部件和圆盘转子或鼓之间的摩擦振动产生。为了阻止啸声，已经设计了一种复合的摩擦部件，其中优选振动特性的成分被布置到摩擦部件的一部分，或通过设计摩擦部件的表面中的硬度分布，摩擦部件具有引起较少摩擦振动的硬度分布。但是，它们涉及生产成本较高的问题等。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供一种具有克服啸声和不舒服声音的良好性能的无石棉摩擦部件，不损坏摩擦部件的性能，如摩耗性能和不增加制造成本。

根据本发明的一个或多个实施例，一种无石棉摩擦部件设有：包括热固性树脂粘合剂、强化纤维以及摩擦调节剂的摩擦材料；以及压板，其中摩擦材料与该压板整体地形成。该摩擦材料包括摩擦表面侧面上的第一层摩擦材料和压板侧面上的第二层摩擦材料。在第二层摩擦材料中混合至少包括弹性体和交联剂的预混合物。

此外，该预混合物可以包括纤维。

此外，该预混合物可以包括10至97体积％的弹性体。

此外，第二层摩擦材料可以包括2至60体积％的预混合物。

此外，“预混合物”意味着其中至少包含弹性体、纤维和交联剂的原料被预先混合为操纵的状态如单个材料。

由于在与压板接触的摩擦材料一侧使用包含预混合物的第二层摩擦材料，因此可以增加摩擦材料的柔韧性，而不改变摩擦材料的性能，以及可以获得一种对于啸声和不舒服声音具有良好性能的无石棉摩擦部件。尽管当橡胶被单独使用时，橡胶的添加量和颗粒尺寸被限制，但是通过配制它为预混合物增加添加量和颗粒尺寸的自由度。

从下面的描述和所附的权利要求将明白本发明的其他方面和优点。

附图说明

图1示出了摩擦部件(制动垫)的层结构(截面)的示意性视图。

具体实施方式

下面，将参考附图描述本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的无石棉摩擦部件的例子的侧面前视图。下面将描述应用无石棉摩擦部件1的情况中的例子，其中在压板2上形成摩擦材料3。摩擦材料3具有在摩擦表面的侧面上形成的第一层摩擦材料4和在压板2的侧面上形成的第二层摩擦材料5。

通常，通过混合和搅动用于摩擦材料原材料的每个步骤，制造制动器中使用的摩擦材料，在常温下预加工、热压成形、热处理以及精加工如抛光。

首先，盘式制动器的摩擦垫被显示为无石棉摩擦部件1的例子，以及每个步骤将被描述。图1是摩擦部件1的剖面图，其中通过粘合剂(未示出)，由热压成形将摩擦材料3集成到压板2。压板的处理主要包括金属片挤压、除脂处理以及压板预热的步骤。在金属片挤压步骤中，预先选择的压板材料通过挤压等等形成为预定形状的压板。在除脂步骤中，通过使用去污剂除去在挤压过程中沉积到压板的油类和脂肪。

摩擦材料3的预加工主要包括测量、混合、搅拌以及原材料的预加工的步骤。每个步骤可以根据现有的摩擦材料制造技术来进行。例如，通过以预定比率混合强化纤维如耐热的有机纤维、无机纤维或金属纤维、粉末材料如无机填料、摩擦调节剂、固体润滑剂以及热固性树脂粘合剂以及通过混合和搅拌使这些材料充分地均匀制备初始材料。

然后，在模制模具(die)中填充该初始材料，以及在约10至100MPa的表面压力的压力下，在常温下预加工，以制备预加工的产品。如上所述处理的压板和摩擦材料的预先模制的产品被传送到热压成形步骤。在热压成形步骤中，在压力中，预先加热的压板处于第一位置，在其上放置预先模制的产品，然后将它们热压成形。

在热压成形步骤中，通过热反应硬化粘合剂，以便整个摩擦材料被稳固地键合和结合，以便提供强度和硬度。因此，通过适当的热压成形步骤决定摩擦材料的性能。此外，加热(固化之后)条件也影响摩擦材料的质量。通常用于摩擦材料的粘合剂是酚醛清漆(novolac)型酚醛树脂(包括各种改进类型)，以及六亚甲基四胺等被添加和混合作为硬化剂。此外，还使用甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。

由于用于车辆盘式制动片、鼓式制动片等等的摩擦材料，将动能转变为热能，它们一直发热，从而升高温度。由此，对于该摩擦材料，不仅需要抗热性和耐磨性，而且还需要即使在温度变化下也较少改变摩擦系数的稳定摩擦特性。此外，还需要不产生噪音(啸声)，且由此不产生颤抖，以及摩擦材料需要的通用性能。

用于本发明的实施例中使用的摩擦材料的原材料是纤维成份等如通常使用的基底、粘合剂、摩擦调节剂等，这些材料是无石棉型原材料。

摩擦材料被整体地键合到压板并用于盘式制动片等。迄今为止通常通过粘结进行键合，为此，使用热固性树脂胶如酚醛树脂或环氧树脂或可交联的橡胶粘合剂。通过在压力下模制通常与摩擦材料同时进行粘结，以及与压板一起加热粉末摩擦材料或预加工的摩擦材料。

作为用于摩擦材料的基底的纤维成份包括金属纤维如钢纤维、铜纤维和玻璃纤维、有机纤维如芬芳聚酰胺纤维(芳族聚酰胺浆料(aramidpulp)等等；由杜邦公司制造的民用产品，商品名为KEVLAR等)、丙烯酸纤维、纤维素纤维以及耐火的丙烯酸系纤维以及无石棉型无机纤维如钛酸钾纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、碳纤维以及矿毛绝缘纤维。它们可以单独使用或它们的两个或更多可以结合使用。

该粘合剂包括，例如，热固性树脂如酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂或其改进的树酯。

摩擦调节剂包括，例如，有机灰尘如漆酚灰尘(cashew dust)、橡胶灰尘和三聚氰胺灰尘；填料如碳酸钙、硫酸钡、氢氧化钙和云母；研磨剂，例如，金属氧化物如氧化镁、氧化铝以及氧化锆；金属粉末如铝粉、铜粉以及锌粉，以及润滑剂如石墨和硫化钼、选自它们的适当组合的一种或两种或更多可以被用作填料。

本发明的实施例中使用的预混合物的构成材料是弹性体和交联剂，以及，进一步可以包含纤维，用于摩擦材料的普通成份可以被分别地使用。

作为预混合物，使用包括硅酮橡胶、丁基橡胶、氯丁基橡胶、NBR橡胶，或烯烃(olefin)、氯乙烯、苯乙烯或聚酯型弹性体作为基体；和诸如钢纤维、芳族聚酸胺纤维、纤维素纤维以及丙烯酸纤维的纤维；石墨；硫磺以及交联剂；并通过使用搅拌机如揉搓机或密闭式混和机制备。在使用芳族聚酸胺纤维的情况下，具有1至50μm的平均直径和约0.5至5mm的平均长度的材料是适合的。作为交联剂，使用通过反应为弹性体提供交联结构的那些物质，以及在橡胶的情况下，使用硫化促进剂。作为硫化促进剂，可以使用诸如噻唑型MBK、MBTS、ZmMBT、秋兰姆型TMTM、TMTD、TETD(缩写)的那些化合物。使用基于整个部分10至97体积％的含量，优选，20至50mol％，弹性体，例如橡胶作为基体。纤维的含量是基于整个部分1至90体积％，优选，3至70体积％。硫化促进剂的含量是基于整个部分的0.1至10体积％，优选，0.5至5体积％。本发明的实施例中的预混合物的平均粒径在0.1至8mm的范围内，优选，0.5至4mm。

本发明的实施例的摩擦材料包含热固性树脂粘合剂、强化纤维以及摩擦调节剂，以及包括在摩擦表面一侧上的第一层摩擦材料以及在压板一侧上的第二层摩擦材料。第二层摩擦材料至少包括粘合剂、填料、纤维和预混合物。例如，优选使用诸如酚醛树脂、碳酸钙、硫酸钡、蛭石以及硬硅钙石(氢氧化钙)的化合物。此外，对于第二层摩擦材料，使用2至60体积％的预混合物(弹性体、纤维、石墨等的复合材料)，优选，10至40体积％。第二层摩擦材料的厚度优选在1至6mm的范围内。

此外，本发明实施例的摩擦材料中的低钢摩擦材料的混合成份包括酚醛树脂、钢纤维、芳族聚酸胺纤维、纤维素纤维、碳酸钙、硫酸钡、云母、金属粉末、硫化物、石墨、有机灰尘、氧化铝、氧化镁、矿物以及铁氧化物。

在本发明的实施例中，作为如上所述的摩擦调节剂，优选结合使用二硫化钼颗粒、碳颗粒以及硅石、氧化铝、云母等等的无机粉末。对于摩擦调节剂颗粒，二硫化钼优选5至20μm的平均粒径，对于氧化铝颗粒0.1至10μm的平均粒径，以及对于碳颗粒10至50μm的平均粒径。

尽管已经描述了根据本发明的示例性实施例用于无石棉摩擦部件的制造步骤的概要，其中压板通过金属片挤压形成为预定形状，应用除脂处理和底漆(primer)处理，然后用和现有方法相同的方法涂有粘合剂，以及充分混合原材料，包括强化纤维如耐热的有机纤维或金属纤维、有机或无机填料、摩擦调节剂和热固性树脂粘合剂，或者在热压成形步骤中，在预定温度和压力下，在热压成形模具中热成形通过混合上述原材料并在预设压力下、常温模制(预加工)它们而制备的预加工产品，以整体地固定两个部件，在固化之后应用和最后应用精加工处理。

[例子]

通过例子具体地描述了本发明，但是本发明的范围不局限于该例子。

<例1至6>

表1示出了用于本发明的摩擦材料中的第二层摩擦材料的预混合物的9种类型的混合配方。具体地，氯丁基橡胶、硅酮橡胶、NBR橡胶、钢纤维、芳族聚酸胺纤维、纤维素纤维、碳酸钙、硫酸钡以及硫化促进剂(MBTS)，同时通过揉搓机在受热的情况下搅拌改变不同地比率，以及制成为约1至3mm的非晶形颗粒。

表1：预混合物的混合例子(体积％)

	#1	#2	#3	#4	#5	#6	#7	#8	#9
										氯丁基橡胶	10.0	20.0	30.0			40.0	60.0	30.0	97.0
硅酮橡胶				30.0
										NBR橡胶					30.0
钢纤维	29.5	19.0	19.0	19.0	19.0	18.5	18.0
										芳族聚酸胺纤维	30.0	30.0	25.0	25.0	25.0	20.0	10.0
纤维素纤维	30.0	30.0	25.0	25.0	25.0	20.0	10.0
										碳酸钙								34.0
硫酸钡								34.0
										硫化加速剂	0.5	1.0	1.0	1.0	1.0	1.5	2.0	1.0	3.0

表2示出了本发明的摩擦材料的混合制备和摩擦材料的测试结果。摩擦材料是无石棉摩擦材料，包括粘合剂(酚醛树脂)、填料(碳酸钙，硫酸钡等)、润滑剂(石墨，等)、研磨剂(金属氧化物等)、有机纤维(芳族聚酸胺纤维等)、金属纤维(钢纤维等)以及金属。另一方面，对于第二层摩擦材料的混合成份，在表2中描述的数值比率下混合粘合剂(酚醛树脂)、填料(碳酸钙)、硫酸钡等，芳族聚酸胺纤维以及预混合物。作为预混合物，表1中的混合例子3用于例子1至5，以及混合例子9用于例子6。

表2：混合例子(使用的预混合料#3)(体积％)

低钢摩擦材料(体积％)

酚醛树脂：    20

碳酸钙        10

硫酸钡        10

漆酚灰尘      5

石墨          20

氧化铝        5

酰胺纤维      5

钢纤维        20

铜            5

^**打算的剪切强度约19.6kN或以上

^***压缩变形(AK-标准：对应于液压的位移量：160bar)

A：好

B：仅仅满足该目的

C：差

(制动片的制备)

在将根据表2描述的配方制备的第二层摩擦材料的混合物填充至模制模具的下部之后，在其上填充第一层摩擦材料的混合物，预加工它们，然后应用热处理，以制备制动片。在100至170℃的温度下，在热处理的条件下进行热压成形，在20至80MPa的压力下，1至10分钟的时间。然后，在200至400℃温度下应用热处理，20至200分钟的时间。在摩擦材料中，第一层摩擦材料的厚度是10mn以及第二层摩擦材料的厚度是2mm。

在表2中还示出了因此制备的9种类型的制动片的摩擦性能和物理性能。根据欧洲标准测量摩擦性能和物理性能值：AK-标准(对应于液压的位移量：160bar)。从表2的结果，第二层摩擦材料中的预混合物的含量适当地为30至40体积％，鉴于共享强度、压缩变形和摩擦特性的平衡。对于压缩变形，它约为120至180μm，同时还取决于卡钳刚性的效果等。

比较例1：第二层中不包含预混合物的情况，尽管效果是好的，但是噪声不好。

比较例2：通过第一层中包含20％预混合物成份的情况，尽管噪声是好的，但是由于预混合物中包含的橡胶的效果降低抗衰减性能。

如上所述，根据本发明的实施例的摩擦部件对于用于汽车、铁路和工业机器的制动片、离合器盘片、制动片等等是有用的。

所属领域的技术人员应当明白在不脱离本发明的精神或范围的条件下，可以对本发明的优选实施例进行各种改进和改变。因此，本发明打算覆盖与附加权利要求和它们的等效权利的范围一致的本发明的所有改进和改变。

Claims (3)

1.一种无石棉摩擦部件，包括：

包括热固性树脂粘合剂、强化纤维以及摩擦调节剂的摩擦材料；以及

压板，其中摩擦材料与该压板整体地形成，

其中该摩擦材料包括摩擦表面的侧面上的第一层摩擦材料和压板的侧面上的第二层摩擦材料，

在第二层摩擦材料中混合至少包括弹性体和交联剂的预混合物，以及

该预混合物包括纤维，并且该预混合物是平均粒径为0.1至8mm的非晶形颗粒。

2.根据权利要求1的无石棉摩擦部件，其中该预混合物包括10至97体积％的弹性体。

3.根据权利要求1的无石棉摩擦材料，其中第二层摩擦材料包括2至60体积％的所述预混合物。

Images