专利名称：用于刹车的摩擦材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无石棉的摩擦材料，更具体地涉及一种用于刹车片的摩擦材料，该刹车片被用于车辆或工业用机 器的刹车。
背景技术：
无石棉基的摩擦材料中的铜具有很多有用的性能特性和工作特性，包括优良的增强强度，在高温条件下的提高的摩擦系数和优良的热传递性能。此外，铜具有其他很多的优良品质增强摩擦材料和与摩擦材料配合的组件的寿命，同时降低刹车灰尘。钢纤维有时被用来代替一些铜，但是钢纤维并不具有铜的很多优良的属性并且更容易被磨损，从而提高了转子上的磨损量，摩擦材料抵靠在该转子上与其配合。钢纤维还可能产生灰尘，该灰尘可能迅速地且永久地污染车辆的车圈的表面光洁度。
发明内容
本发明涉及一种无石棉的摩擦材料，该材料中不含铜和铜合金。本发明的组成是特定的，因为它们提供了与通常的无石棉NAO或者使用了铜基的材料相同水平的摩擦，刹车片寿命，噪音和其他工作特性，但是本发明的组成中不含铜，也不含有含铜材料。该组成提供一类优良的摩擦材料，该摩擦材料具有含铜摩擦材料所具有的理想性能，但是不需要使用铜或铜合金。根据本发明的另一个方面，用于刹车的摩擦材料具有体积比约为12-24%的至少一种粘合剂，体积比为2-10%的至少一种纤维，体积比小于5%的至少一种润滑剂，体积比为15-30%的至少一种研磨剂，体积比为10-24%的至少一种钛酸盐，且该材料基本不含任何形式的铜。根据本发明的另一个方面，粘合剂包括一种或多种直的或修饰的酚醛树脂(straight or modified phenolic resin)系统的混合物,包括未经修饰的酹醒树脂。根据本发明的另一个方面，至少一种纤维选自由芳香族聚酰胺，聚丙烯腈(PAN)和纤维素纤维组成的组。该纤维可仅选自芳香族聚酰胺纤维族。根据本发明的又一个方面，至少一种润滑剂包括金属硫化物，有机润滑剂和金属润滑剂中的至少一种。该润滑剂可选自基本由硫化锡，三硫化锑，三氧化锑，硫化锌，硫化铜，硫化铁，酞菁染料，锡粉和锌粉组成的组。该润滑剂可以是润滑剂的混合体，例如金属硫化物和三硫化锑的混合体。根据本发明的又一个方面，至少一种研磨剂主要包括硬质矿物纤维，氧化锆，锆石，硅酸锆，云母(mica)，氧化铝，陶瓷纤维，硅酸钙镁，硅酸钙镁锆，硅酸钙镁铝，硅酸镁铝，诸如硬棉，渣棉和石棉的合成矿物纤维，硅土，二氧化硅，沙子，碳化硅，氧化铁和氧化镁中的至少一种。摩擦材料还包括平衡量的其他材料。该其他材料包括选自由石灰，氧化钙，滑石(talc),碳酸钙，硅酸钙，钙硅石，重晶石，诸如石墨和石油焦的炭，诸如粉末橡胶或回收橡胶碎屑的橡胶以及各种摩擦灰尘组成的组中的至少一种。上面列举的材料也可以组合使用，例如石灰，硫酸钡，石墨，钙硅石和摩擦灰尘的混合物。
结合随后的详细说明，权利要求书和附图，本发明将更容易被理解，其中图I是结合到示例性的刹车片内的示例性的摩擦材料的透视图。
具体实施例方式公开的是一种用于刹车片的无石棉的摩擦材料和其他刹车材料，该材料包括至少一种粘合剂，至少一种纤维，至少一种润滑剂，至少一种研磨剂，至少一种钛酸盐，该摩擦材料基本不含铜，该铜包括黄铜和青铜。 如图I所示，摩擦材料20可被用于示例性的刹车片10。图I所示出的刹车片10仅是一种示例性的刹车片，其可以具有任何尺寸、形状和构型。用于刹车片10的摩擦材料20通常被粘合或其他方式固定于背板30上。现有技术通常都集中于试图从摩擦片的组成中至少部分地移除铜或铜合金，但是在不牺牲所需特性的情况下获得成功似乎是不可能的。本发明的无石棉的摩擦材料包括至少一种粘合剂，该粘合剂包括直的或修饰的酚醛树脂形式的酚醛树脂。修饰的粘合剂的例子包括硅树脂，腈纶，环氧树脂和丁腈树脂。该粘合剂占总组成体积的约12-24%。该粘合剂的作用是在摩擦材料中作为基质将其他成分连接在一起。该粘合剂系统还可以包括两种或多种粘合剂的混合物，如果需要的话，至少一种粘合剂是酚醛树脂型的粘合剂以在特定的应用中实现所需的工作特性。该至少一种纤维占总摩擦材料组成体积的约2_10%。该纤维可以选自芳香族聚酰胺纤维，聚丙烯腈(PAN)纤维和纤维素纤维。芳香族聚酰胺纤维优选的平均长度为
I.09mm，其范围约在O. 92mm-l. 26mm之间。PAN纤维的长度范围约在5. 0_7. 5mm之间。纤维素纤维的长度小于1mm。该纤维为摩擦材料提供整体性和结构强度。纤维还在制造过程中有助于预固化的预成型的稳定性。各种纤维和纤维长度因此可用于控制摩擦材料的生产和工作特性。纤维的来源可以是合成的或天然的，纤维的形式可以是纯的或回收的。该至少一种润滑剂被包含在摩擦材料中以降低片和盘在工作中的磨损。该至少一种润滑剂占总摩擦材料组成体积的5%或更少。可选的润滑剂材料包括金属硫化物，有机润滑剂，金属润滑剂或其组合。金属硫化物的例子包括，但不局限于硫化锡，三硫化锑，三氧化锑，硫化锌和硫化铁。有机润滑剂的例子是酞菁染料，而金属润滑剂的例子包括锡粉和锌粉。金属硫化物包括金属硫化物复合物，例如那些具有硫化锡作为主要成分的复合物。该至少一种研磨剂占总摩擦材料组成体积的约15-30%。该研磨剂通常可根据它们的摩氏硬度进行分类。可选的研磨剂的例子包括矿物纤维，氧化锆，氧化铝，氧化镁，硅酸锆，硅土，二氧化硅，沙子，碳化硅，多铝红柱石(mul I ite )，氧化铁，复合矿物硅酸盐(例如硅酸钙镁，硅酸钙镁锆，硅酸钙镁铝，硅酸镁铝)，不同化学价的氧化铁，其他金属氧化物，合成矿物纤维(例如硬棉，渣棉和石棉)，以及一些天然存在的矿物。具有很高的摩氏硬度值的硬质研磨剂的使用浓度应当较低，而具有较低的摩氏硬度值的温和研磨剂的使用浓度可以较高，以实现相同的所需摩擦水平。
该至少一种钛酸盐占总摩擦材料组成体积的约10-24%。钛酸盐提供了与石棉型的材料类似的高温稳定性。六钛酸(hexatitanate)和八钛酸(octatitanate)形式的钛酸盐材料涂覆到转子表面形成均匀和一致的传递层。钛酸盐可包括例如钛酸钾，钛酸镁钾，钛酸锂钾，钛酸I丐钾，以及其他六 钛酸盐和八钛酸盐。在这两类的钛酸盐中，优选六钛酸盐。该摩擦材料还可由有限量的氧化镁(MgO)形成，通常体积比小于10%，优选为小于5%，更优选为基本不含氧化镁。该摩擦材料还优选为基本不含钢纤维。包含在摩擦材料中的其他成分构成平衡组分并可以基本分为填充剂和/或修饰齐U。该其他成分占总摩擦材料组成的约7-61%。该其他成分通常为配方提供体积(bulk)，降低成本，降低噪音并有利于在转子上涂覆均匀的传递层。合适的填充剂的例子包括石灰，氧化钙，重晶石，包括硫酸钡，石墨，石油焦，脱硫焦炭，硅酸钙，橡胶(包括各种粉末橡胶和回收橡胶)，摩擦灰尘(包括褐色，黑色，直的，修饰的或其他级别的摩擦灰尘)。下面的表格给出了使用本发明制备的示例性的具有足够的工作性能的摩擦材料。每个例子用于评估某个生产特性，包括混合，预成型，冲压，物理硬度，物理压缩，室温下与背板的结合，在300°C与背板的结合；同时用于评估某个工作特性(包括摩擦片寿命，片磨损，转子磨损特性和成本)。下面描述的所有组成均用体积百分比表示，为了简单起见仅示出整数附近的数字。该例子中的摩擦材料通过混合，冲压和固化操作进行加工和形成，该操作是工业上用于制造刹车片摩擦材料所通常采用的操作。这就需要甩干地混合成分，可选的使用犁(plows)和砍刀(choppers)将各成分混合成均勻的混合物。该混合物在室温冲压操作中被冲压为预成型件或圆片。该圆片被放置于热模中，在其一侧面附上金属背板并将该金属背板热压固化到摩擦材料上与背板连接以形成最终的刹车片。准备投入市场的用于测试片的样品需要在打包进行商业销售之前进行后烘烤操作和一次或多次的抛光操作。例子1-13的样品被后烘烤。加工工艺的变形可以包括将混合物直接打散填充入压膜中或者通过使用液体粘合剂系统填充入压膜中。该摩擦材料可以被直接连接至背板或者通过使用工业上已知的下层材料将摩擦材料连接至背板。例子I
粘合剂Γ^8
Irl5
润滑剂I
总研磨剂23
钛酸盐16
填充剂37
铜和铜合金 O 总计100
例子I的成分在标准翻滚搅拌器(tumble mixer)中混合大约7分钟后进行预成型，并如上所述热冲压固化到金属背板上。例子I的摩擦材料被证实具有与含铜或铜合金的摩擦配方相类似的良好的所有生产和工作特性。下面的例子的加工过程与例I相同。例子权利要求
1.一种用于刹车的摩擦材料，包括 体积比约为12-24%的至少一种粘合剂； 体积比为2-10%的至少一种纤维； 体积比小于5%的至少一种润滑剂； 体积比为15-30%的至少一种研磨剂； 体积比为10-24%的至少一种钛酸盐；以及 其特征在于，所述材料基本不含石棉和铜。
2.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘合剂基本由修饰的酚醛树脂组成。
3.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘合剂包括一种或多种直的或修饰的酚醛树脂系统的混合物。
4.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘合剂不是酚醛树脂。
5.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘合剂是酚醛树脂和非酚醛树脂的混合物。
6.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述纤维选自由芳香族聚酰胺，聚丙烯腈和纤维素纤维组成的组中。
7.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述润滑剂基本由金属硫化物，有机润滑剂和金属润滑剂中的至少一种组成。
8.如权利要求7所述的摩擦材料，其特征在于，所述润滑剂选自基本由硫化锡，三硫化锑，三氧化锑，硫化锌，硫化铜，硫化铁，酞菁染料，锡粉和锌粉组成的组中。
9.如权利要求7所述的摩擦材料，其特征在于，所述润滑剂包括金属硫化物复合物。
10.如权利要求7所述的摩擦材料，其特征在于，所述润滑剂包括金属硫化物和三硫化锑的组合。
11.如权利要求7所述的摩擦材料，其特征在于，所述润滑剂仅包括三硫化锑。
12.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂选自由矿物纤维，氧化锆，锆石，硅酸锆，云母，氧化铝，陶瓷纤维，硅酸钙镁，硅酸钙镁锆，硅酸钙镁铝，硅酸镁铝，诸如硬棉，渣棉和石棉的合成矿物纤维，硅土，二氧化硅，沙子，碳化硅，氧化铁和氧化镁组成的组中。
13.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由氧化锆和硅酸锆中的至少一种组成。
14.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由氧化铁和氧化镁中的至少一种组成。
15.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由矿物纤维和氧化铝中的至少一种组成。
16.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述一种或多种研磨剂包括少于10%的氧化镁。
17.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述一种或多种研磨剂包括少于5%的氧化镁。
18.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述一种或多种研磨剂包括少于2.2%的氧化镁。
19.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含氧化镁。
20.如权利要求I所述的摩擦材料,其特征在于,进一步包含占所述材料体积约7-61%的其他材料。
21.如权利要求20所述的摩擦材料，其特征在于，所述其他材料包括选自由石灰，氧化钙，滑石，碳酸钙，钙硅石，重晶石，硅酸钙，诸如石墨和石油焦的炭，诸如粉末橡胶或回收的橡胶碎屑的橡胶以及各种摩擦灰尘组成的组中的至少一种。
22.如权利要求20所述的摩擦材料，其特征在于，基本由钙硅石，石灰，硫酸钡，石墨和摩擦灰尘的混合物组成。
23.如权利要求20所述的摩擦材料，其特征在于，基本由钙硅石，石灰，硫酸钡，石墨，橡胶和摩擦灰尘的混合物组成。
24.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料不包含铜，黄铜，青铜和其他铜合金。
25.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述粘合剂是未经修饰的酚醛树脂。
26.如权利要求I所述的摩擦材料，其特征在于，所述纤维仅是芳香族聚酰胺纤维族的纤维。
27.如权利要求I所述的摩擦材料,其特征在于,该摩擦材料基本不含任何形式的铜。
28.一种用于刹车的摩擦材料，包括 体积比约为15-20%的至少一种粘合剂； 体积比为3-8%的至少一种纤维； 体积比为O. 5-3%的至少一种润滑剂； 体积比为17-25%的至少一种研磨剂； 体积比为13-20%的至少一种钛酸盐；以及 其特征在于，所述材料基本不含石棉和铜。
29.如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含氧化镁。
30.如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，进一步包含占所述材料体积约29-45%的其他材料。
31.如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含有氧化镁。
32.如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含钢纤维。
33.一种刹车片,包括 背板；以及 固定于所述背板上的摩擦片，该摩擦片由基本不含石棉，铜和氧化镁的摩擦材料制成。
全文摘要
一种无石棉的摩擦材料，包括占一定范围的体积分数的至少一种粘合剂，纤维，润滑剂，研磨剂和钛酸盐，还包括有诸如填充剂的其他材料，该摩擦材料基本不含铜和石棉。
文档编号F16D69/02GK102713334SQ200980162762
公开日2012年10月3日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者维贾伊·苏布拉玛尼安 申请人:费德罗-莫格尔制品有限公司