CN86103422A

CN86103422A - 模制制动片

Info

Publication number: CN86103422A
Application number: CN198686103422A
Authority: CN
Inventors: 彼得欣夏昌; 约瑟夫帕特里克科伊尔塞翁宽雷
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1986-05-12
Publication date: 1986-11-12
Also published as: JPS61281148A; EP0201813B1; EP0201813A2; EP0201813A3; CA1250714A; KR900005414B1; KR860009096A; US4617165A; DE3678330D1

Abstract

一种用作制动摩擦材料的混合材料和其制造方法。在增强纤维、摩擦改性剂、填充剂和酚醛树脂的干混合物中加一价和二价磷酸(铵一钾氢)的液态复盐(DSP)形成高粘性淤浆，其中再加金属氧化物(氧化镁)和对位甲醛。淤浆填满预热的模具。金属氧化物与DSP、对位甲醛与酚醛树脂的反应生成双重粘合剂基体，使增强纤维、摩擦材料和填充剂保持固定关系，并与制动片形状相对应。制动片从模具中取出移入一通风的处于或接近环境温度的室内进行固化，从而完成制动片的制造。

Description

本发明涉及一种模制制动片，其中，在增强纤维、摩擦改性剂、填充剂和酚醛树脂的混合物中添加一价和二价磷酸的液态复盐，此后，将金属氧化物和对位甲醛加入此混合物并同时分别地与一价和二价磷酸的液态复盐和酚醛树脂反应，此金属氧化物与一价和二价磷酸的液态复盐的反应在混合物中产生放热温度变化，这一变化起了催化剂的作用，加速了对位甲醛和酚醛树脂的反应，当酚醛树脂与对位甲醛的反应完成后，便产生了一个难熔的双重粘合剂基体。

在制动片的制造中，通常是采用将干配料在一起混合直到获得所期望的掺合物，而后将此混合物置于模具中压缩至所期望的密度，同时在一室内被加热，以激发固化剂和粘合剂间的反应。无论是作为开发性投资还是就生产过程讲，施压设备和固化室均很贵，不幸的是，若通过压缩不能达到所期望的密度的话，那么通过这种制造过程生产的材料是不耐磨的。

众所周知，各种零件例如砂轮是可以模制的，请参见第3，664，819号美国专利。但遗憾的是在这种砂轮的不同的研磨砂粒之间经常存在空隙，而就这一点来说，作为制动摩擦片是不能令人满意的。

众所周知，室温可固化环氧树脂，正如涉及涂料的第3，704，229号美国专利中所揭示的，可为基体提供坚固的保护层，然而，当此环氧树脂被用在具有体积和厚度的零件，例如制动片中时，由于整个零件内的固化速率不一致，其结果总是不令人满意的。

我们发展了一种制造摩擦材料的方法：摩擦材料是在具有环境温度的通风的室内固化并具有高密度而不需要在模具内压缩。在此方法中，增强纤维、摩擦改性剂、填充剂、酚醛树脂和一价和二价磷酸的液态复盐均被放置在一容器内，以生成一种高粘性混合物，金属氧化物（氧化镁、氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁等等）的混合物和对位甲醛粉末被同时加到混合物中并掺合，直到使其成为均匀的混合物，将此均匀混合物送入模具，这种模具尽管通常处在室温下，但可被加热，以生产某些制品。这种模具具有设定的形状，此混合物的粘度是选定的，以使其能够充分流动从而完全填满模具，从模具旁将多余的材料除去，待达到初始湿态强度后，将生成的摩擦片从模具中移出并待固化。固化是在一具有约20℃恒温的通风的室内进行，经过12-24小时的固化后，这种摩擦片即可用作制动片了。

在这种制造方法中，为了保证当金属氧化物粉末加入混合物中后，使其具有足够的粘性，必须在化合物中的金属氧化物和一价和二价磷酸的液态复盐间的放热反应刚一发生就立刻模制，放热反应在很短的时间里使内部温度达到65℃，作为此反应的副产品，这个初始温度的上升对对位甲醛和酚醛树脂间的反应起到了催化剂的作用。随着反应结束，此内部温度回到原来的环境温度20℃。

制造摩擦材料的此方法的一个优点，是由于摩擦材料的粘度可以调节，以保证达到足够的流动性，使其流入任何设定形状的模具，并通过使用压力，使生成的制动片具有所期望的特定密度。

制造摩擦材料的此方法的另一个优点是，可在低温下固化摩擦材料。

本发明的目的在于提供一种制造模制摩擦材料的方法，此方法毋须以热压方式来达到所期望的密度或以额外的加热（平均室温20℃就足够了）来固化酚醛树脂粘合剂。

这些优点和目的将通过本发明和附图来体现：

图1是一个制造本发明所给出的摩擦片的制造装置示意图;

图2是图1所示的制造装置所制造的模制摩擦片的各种配料组成成分表。

图3是比较模制摩擦片与受压固化摩擦片间摩擦系数的比较图;

图4是比较各种模制摩擦片在不同工作温度下的摩擦系数示意图;

图5是图4所示各种模制摩擦片在不同温度下的磨损情况示意图;

图6是比较模制摩擦片与受压固化摩擦片的预摩擦试验结果的示意图;

图7是比较模制摩擦片与受压固化摩擦片次摩擦试验结果的示意图;

图8是比较模制摩擦片与受压固化摩擦片最终试验结果的比较图;

图9是使用模制摩擦片与使用受压固化摩擦片在汽车制动中的线性压力下所得实验结果的比较图;

图10是模制摩擦片与受压固化摩擦片的温度试验结果比较图;

在制造象1983年11月18日归档的第553，288号美国专利申请书所指出的这类摩擦片时，采用淤浆，由摩擦改性剂（碳和铁粉）、填充剂（橡胶屑、重晶石和白粉）和液态粘合剂（环氧树脂-埃宠环氧类树脂825（Epon 825）号加上脱水固化剂（Curatine Z）由壳牌石油公司生产）组成，按图2所示的A材料比例配方，置于模具中，此淤浆的粘度既要使所有颗粒被均匀地悬浮住又要同时能保证被倒入并完全填满模具。此模具被输送到具有大约250℃均匀温度的固化炉内，当粘合剂固化后，将生成的摩擦材料从炉内取出，并将按组成A制成的样品置于一蔡斯测力计（Chase dynamomefer）上进行测试，试验时，在初始磨合阶段后，在120℃、175℃、230℃、290℃和340℃进行40次制动操作，并测量到蔡斯测力计停止时的最终摩擦系数。组成A的样品的平均摩擦系数由图4所示曲线102表示，相对应的磨损情况由图5所示曲线104表示，尽管样品的摩擦系数较低，但在一些实际应用中，这种组成是可取的。可惜的是，此样品在约340℃时产生剪切破坏，并使实验中断。很明显，组成A的样品缺乏制动垫片所需的结构强度。我们的观点是在此组成A被用作为制动垫片前，需将液态粘合剂的重量减少，其减少量最大约为25%，并增添增强纤维，从而改善结构强度，以适应制动应用中需承受的动态负荷。

在摩擦材料的制造中，众所周知均匀分布在整个摩擦片中的钢纤维、纤维玻璃、无机纤维、有机纤维或钙-钠偏磷酸盐纤维将提高结构强度，以承受制动过程中增大的负荷。

在努力减少费用的过程中，组成A中的粘合剂可由下列组份代替：

1.间苯二酚-苯酚酚醛清漆树脂，它是在室温下与对位甲醛反应而固化的。

2.一价和二价磷酸的液态复盐，它是通过与催化氧化物（氧化镁）反应而固化的。

减少摩擦改性剂（碳和石墨），并用液态胶乳代替填充剂。

由于对令人满意的制动片来讲，重量被认为是一个要素，所以选择大约60%的钢纤维与40%的钙-钠偏磷酸盐纤维的组合物作为强度所需的增强纤维。

当完成了所有对组成A的替换和改进之后，便产生了一种具有如图2所示近似重量百分比的新的组成B。

采用组成B制造制动片的过程如图1所示，被盛在料斗14，14¹……14ⁿ中的干配料，例如增强纤维（钢，尽管玻璃纤维和钙-钠偏磷酸盐的组合物也能以令人满意的方式起作用）、填充剂（重晶石，尽管橡胶屑、白粉、云母、海运煤、沃林石（Wallestonite）的组合物也能以令人满意的方式起作用）和摩擦改性剂（碳和石墨，尽管檟如坚果粉、焦炭、铁粉、冰晶滑石的混合物也能以令人满意的方式起作用）按图2所示表中的重量百分数被馈入混合器16中。当干配料混合后，将容器18中的液态胶乳，容器29中的液态酚醛树脂和容器21中的一价和二价磷酸的液态复盐加到混合器16中。当生成一均匀的混合物时，占混合物重量约8%的其中至少50%是很细的并作为催化材料的金属氧化物（氧化镁）和固化剂（对位甲醛）被添加到混合器16中，非常细的氧化镁与一价和二价磷酸的液态复盐作用，产生放热反应，在约5分钟内可达到65℃。金属氧化物添加后，在大量材料通过喷嘴22的端口浇注到模20，20¹…20ⁿ中后形成凝胶状之前，基本上混合物要保持相当高的粘度。一种促使帮助材料流入模具20，20¹……20ⁿ的方法是利用辐射加热器24对恰好达到喷嘴22以前的模具20，20¹……20ⁿ进行加热。

模具20，20¹……20ⁿ填满后，被一振动器30的抓手26和28挟住，然后缓和地振动，而不致使混合物的配料分离，以保证材料与模具20，20¹……20ⁿ的四周吻合，然后刮刀32将摩擦片36¹¹的顶部表面修平，此时，放热反应使其内部温度达到65℃，并通过金属氧化物的反应，一价和二价磷酸的液态复盐的中和作用使混合物的PH值从酸性变为碱性，对位甲醛使酚醛树脂固化，金属氧化物与一价和二价磷酸的液态复盐进行反应和对位甲醛与酚醛树脂进行反应，于是形成最终摩擦片的难熔性基质。当模具20，20¹……20ⁿ达到复原位置49时，模具20，20¹，……20ⁿ转回，摩擦片36¹¹¹¹放到第二个传送装置或托架40上，以便输送到一通风室50。

摩擦片36一般将在室温（20℃）下进行12-48小时固化，但若将通风室的温度保持在200℃，固化时间可减少到2小时左右。

当由组成B制成的摩擦片固化后，把它们放到样品测力计上，对其进行诸如组成A样品已进行的同样试验，组成B的平均摩擦系数由图4中曲线106表示，磨损率由图5中曲线108表示。如图所示，由于添加了增强纤维及双重粘合剂基体的形成，用组成B制成摩擦片与用组成A所制的摩擦片相比，它改善了摩擦系数和磨损率。

为了对组成B与第3，835，188号美国专利所揭示的这类典型半金属制动片进行比较，将图2所示的组成C置于混合器中进行均匀混合，组成C中的增强纤维为钢纤维，摩擦改性剂为海绵铁、铁粉和重晶石，填充剂为重晶石，粘合剂为酚醛树脂加上六碳固化剂（ahexa curative）。当混合物被混合后，一预定量的混合物被置于模具中，形成模制试块，此模制试块是在温度约为120℃时间混合物施加约350公斤/平方厘米的力的情况下形成的。其后，试块在一温度约为160℃的室内进一步固化。用组成C制成的摩擦片或样品被移出并在样品测力计上试验，结果得到的平均摩擦系数用图4曲线110表示，磨损率用图5曲线112表示。如图所示，与组成C的基线相比较，组成B的摩擦系数是可取的，但磨损率相对地比较高，这种情况对常规使用所预期的要在超过175℃下循环工作的条件来讲是不合格的。

在评价其他增强纤维的过程中，当填充剂由大量的重晶石和液态胶乳取代时，组成B中的钢和钙-钠偏磷酸盐纤维由纤维玻璃取代，摩擦改性剂由少量的有机摩擦粉末和槚如坚果粉取代。酚醛树脂与一价和二价磷酸的液态复盐的加入量大体相等。金属氧化物（氧化镁）在生成图2所示组成D所期望的放热反应所需的重量百分数基础上，将其细质材料的数量减少到最小。组成D被混合并分置于模具20，20¹……20ⁿ后，被输送到通风室50，使其在环境温度（20℃）下经48小时左右固化。此后，将组成D的制动片或样品置于一样品测力计上进行测试，组成D的制动片或样品的摩擦系数由图4中曲线114表示，磨损率由图5中曲线116表示。如图所示，同其他组成A、B和C比较起来，在经受较高的温度（250℃以上）时，组成D既增加了摩擦系数又具有较低的磨损。

在进一步比较组成C的浇铸或模制摩擦片同常规受压固化摩擦片的过程中，合成了组成E，其重量百分数如图2所示，象在组成C中一样，组成E中的增强纤维为钢纤维，摩擦改性剂为碳和石墨，填充剂为重晶石与橡胶屑，粘合剂为酚醛树脂和一价和二价磷酸的液态复盐。为了将生成凝胶状物所需的反应时间减少到5分钟以下，将金属氧化物的重量百分比增加到一价和二价磷酸的液态复盐的重量的约20%，其结果是混合物在约2分钟内形成凝胶状物。

用组成E制造制动片36，36¹……36ⁿ依据的是组成B制造方法，制动片36，36¹……36ⁿ被放置到福特·埃斯柯德测力计（a Ford Escort）上与用组成C制成的类似制动片相比较，图3所示的试验结果表示制动一辆车速为30-60英里/小时的汽车所需的摩擦系数和经过一系列制动试验后的摩擦系数的变化。当组成E由曲线121、123、125、127、129、131、133、135、137、139、141和143表示时，组成C或基线由曲线120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140和142表示。由图3可见，用组成E模制的摩擦片的摩擦系数比组成C的设定基线受压固化摩擦片更加稳定。在检测转子和摩擦片时，很明显，组成E与组成C相比，其转子的磨损比后者高，但其摩擦片的磨损却比较低，而两者的总磨损基本相同。

在更好地弄清用不经过加热或加压的混合物材料制造的摩擦片中的双重粘合剂基体的过程中，将组成E中的一价和二价磷酸的液态复盐用实际相等的重量百分数的酚醛树脂替代，产生了图2所示的组成F。在组成F中液态酚醛树脂和液态解聚橡胶起着载体的作用，以一定的粘度形成淤浆，便于混合物流进模具20，20¹……20ⁿ。当对位甲醛和酚醛树脂以较低速率反应时，完全固化约需48小时。而后，对用组成F制作的制动片进行福特·埃斯柯德美国汽车工程师学会（Ford Escort S.A.E.Performance Test）性能试验，其试验结果如图3所示。最终得到的图6中的曲线144（a和b）、图7中的曲线146（a和b）、图8中的曲线148（a和b）、图9中的曲线150（a和b）和152（a和b）、图10中的曲线154（a和b）和156（a和b）均表示组成F的有效摩擦系数。

为了评价组成F，合成一种图2所示的标准组成G有机基体摩擦材料。正如图2所示，组成G中的增强纤维为石棉，摩擦改性剂是檟如坚果粉，填充剂是橡胶和重晶石，粘合剂是酚醛树脂。组成G以常规方法制造，其中石棉纤维、无水酚醛树脂、等量的檟如坚果粉和合成橡胶屑以及重晶石被混合在一起，产生一均质混合物。此后，此混合物被置于模具内并受压而成一模制试块，然后传送到压力机在每平方厘米约为350公斤的压力下压缩，此时试块温度上升到约120℃。此120℃的温度使酚醛树脂流过整个混合物，并形成一基体，使其他配料处于固定位置。然后试块被送到一具有约260℃的固化室，作进一步的树脂固定处理，然后将试块研磨成对应于制动片形状的特殊尺寸。接着对此制动片作福特·埃斯柯德美国汽车工程师学会（Ford Escort S.A.E.）性能试验，试验结果如图6曲线156（a和b）、图7曲线158（a和b）、图8曲线160（a和b）、图9曲线162（a和b）和164（a和b）、图10曲线166（a和b）和168（a和b）表示。从这些测试可以断定，组成F的性能实际上是与有机基线组成G的性能相当的，因此在当今许多使用有机摩擦制动片的实际应用中，都可用组成F替代。

为了确定批量生长模制材料的可行性，在实验室制造出了第一个组成H材料如图2所示。在组成H中，增强纤维（钢）、摩擦改性剂（石墨和碳）、填充剂（橡胶和重晶石），粘合剂（酚醛树脂）和最初形成淤浆的配料（也即由金属氧化物（氧化镁）进行改性处理的一价和二价磷酸的液态复盐）都混合在一起，组成H中的金属氧化物的细粒重量相当于一价和二价磷酸的液态复盐重量的约20%。根据这个量的金属氧化物，可以算出，混合物约经过5分钟时间使其放热温度达到约66℃，于是对位甲醛和酚醛树脂的加速反应就开始进行。可以注意到，混合物有一初始的呈酸性的PH值，但随着与金属氧化物的反应，混合物的PH值转变成碱性。当用组成H制成的摩擦片在环境温度（20℃）经约24小时完全固化后，被送到福特·埃斯柯德制动器上接受标准的美国汽车工程师学会性能试验，这些试验的结果表示在图6曲线180（a和b）、图7曲线182（a和b）、图8曲线184（a和b）、图9曲线186（a和b）和188（a和b）以及图10曲线190（a和b）和192（a和b）上。

此后，组成H重新混合并加入少量（2滴）表面活性剂，以改善粘合剂颗粒的结合，从而形成了图2所示的组成I。组成I的制造方法与组成H的相同，并在环境温度下固化后，使组成I在福特·埃斯柯德制动器上承受同样的美国汽车工程师学会性能试验，这些试验的结果表示在图6曲线180（a和b）、图7曲线182（a和b）、图8曲线184（a和b）、图9曲线186（a和b）和188（a和b）以及图10曲线190（a和b）和192（a和b）上。

从这些测试中，我们可以得出结论：产品的生产是可行的，并且经过通用的美国汽车工程师学会试验可以看出，模制摩擦片是可取的。

Claims

1、一种用作制动材料的材料组成，其包括：

增强纤维；

摩擦改性剂；

填充剂；

酚醛树脂；

一价和二价磷酸的液态复盐；

一种固化剂；

金属氧化物；所说的金属氧化物与所说的一价和二价磷酸的液态复盐反应在所说的混合物内部产生放热温度变化，足以加速固化剂与所说的酚醛树脂之间的反应，所说反应了的一价和二价磷酸的液态复盐与酚醛树脂形成一粘合体，使其余配料保持在固定的基体内。

2、根据权利要求1所述的材料组成，其中所述一价和二价磷酸的液态复盐包括：

整个组成总重量的10-35%。

3、根据权利要求2所述的材料组成，其中所述的金属氧化物包括：

整个组成总重量的5-15%。

4、按权利要求3所述的材料组成，其中所说金属氧化物与所说一价和二价磷酸的液态复盐的反应将混合物的PH值从酸性改变为碱性，从而使所说固化剂与所说酚醛树脂反应并形成所说基体。

5、按权利要求4所述的材料组成，其中所说的一价和二价磷酸的液态复盐提供了制动过程中防止着火的保护。

6、按权利要求5所述的材料组成，其中所说的混合物具有足够的粘度以能够在所说的固定基体生成之前自由地流入所期望形状的模具。

7、按权利要求3所述的材料组成，其中所说的金属氧化物是氧化镁。

8、按权利要求7所述的材料组成，进一步包括：

一种改善混合物中配料间内在结合的表面活性剂。

9、按权利要求3规定的材料组成，其中所说的金属氧化物是氧化镁，其中一部分所说的氧化镁在作为摩擦改性剂反应后仍保持游离状态。