专利名称：摩擦材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于机动车、铁路车辆、工业机器等的制动器的摩擦材料，并涉及显示出改进的小的热退化的耐热性，耐磨损性，和制动感觉，特别是踏板感觉的摩擦材料。
背景技术：
通常，用于制动器等的摩擦材料已经通过将纤维基础材料、摩擦改进剂和粘合剂掺混并实施包括预成形、热成形、精加工等的生产过程而制造。作为摩擦材料用的材料，使用纤维基础材料，如有机纤维，包括玻璃纤维的无机纤维，和包括铜纤维的金属纤维；有机/无机摩擦改进剂，如橡胶粉，槚如树粉(cashew dust)，金属粒子，陶瓷粒子，和石墨；填充剂，如碳酸钙和硫酸钡；以及粘合剂，如酚树脂。其中，当将石墨用作所述摩擦材料的组分时，由于其润滑性和特别是热稳定性和化学稳定性，待被用作摩擦改进剂的石墨起到重要的作用，所述作用为不仅在不同环境中获得稳定的摩擦系数，而且耐磨损性和耐燃性是出色的，而且确保降低多种噪音。
在JP-A-03-282028中，已经证实通过碳材料的硝化或磺化以及随后通过在热处理后膨胀产品的石墨化而获得的材料，具有低的密度和出色的弹性，所述碳材料例如为在沥青的炭化过程中形成的整体中间相的碳或粗焦。由此生产的石墨具有如下性能在9000kg/cm2的负荷下压缩比例为基于在0.1kg/cm2的负荷下的体积的体积变化的80％或更高，以及当将所述负荷解除时，恢复比例为50％或更高。因而加入了上述弹性石墨的摩擦材料已经被研究了。
另外，JP-A-05-017739描述了包含以3至15wt％比例的弹性石墨的摩擦材料。已经报道，即使当所述摩擦材料的衬垫的磨损量和摩擦配对元件的磨损量与在传统摩擦材料情况下的所述量相同水平的时候，在制动器逐渐失灵时，弹性石墨的加入仍使摩擦材料在噪音和摩擦系数方面出色。
最近的客车的制动器性能已经被提高了，并因此对于所述制动器不仅需要没有噪音的安静和没有不舒服的声音，而且需要在制动时良好的踏板感觉。作为改变所述制动器的踏板感觉的因素，其工作性和摩擦材料的压缩变形性主要影响所述感觉。
所述制动器的工作性可主要通过掺混材料而被调节，但所述压缩变形由待被掺混的材料和成形条件两个因素而改变。通常，在所述压缩变形被调节的情况下，采用待被应用于热成形的降低压力的方法和用于成形的降低温度方法，但这些方法在一些情况下可破坏所述摩擦材料自身的强度和耐磨损性。
当将石墨用作摩擦改进剂时，由于其润滑性和出色的热稳定性和化学稳定性，不仅在不同的环境中获得稳定的摩擦系数，而且耐磨损性和耐燃性也是出色的。然而，通常使用的石墨的问题是当其加入的量增加时，摩擦系数降低。因此，高弹性石墨的使用已经被研究，但所述高弹性石墨仍不是足够令人满意的材料。
发明内容
本发明的一个或多个实施方案提供摩擦材料，其中压缩应变利用特定的高弹性石墨调节以改进制动感觉，而不破坏其它性能。
根据本发明的一个或多个实施方案，非石棉摩擦材料这样被提供纤维基础材料；摩擦改进剂；粘合剂；和以0.5体积％至2.5体积％的比例掺混的部分石墨化的焦炭。
另外，在所述非石棉摩擦材料中，所述部分石墨化的焦炭在900MPa的负荷下的压缩比例可以为低于80％，并且当将所述负荷解除时的恢复比例可以为大于30％。
根据本发明的一个或多个实施方案，通过利用具有特定弹性的部分石墨化的焦炭(弹性焦炭)作为摩擦材料，所述摩擦材料的多孔性和压缩应变可被调节，并且制动感觉可被最优化，而没有降低用于成形和烘烤温度的表面压力。
从如下说明和所附权利要求中，本发明的其它方面和优点将是显而易见的。
图1显示测量实施例和对比例的摩擦材料的压缩变形的结果。
具体实施例方式
将描述本发明的典型的实施方案。
在本发明的典型的实施方案中，将一部分加入到摩擦材料中的常规石墨用具有弹性的部分石墨化的焦炭替代，因此甚至当不改变其它材料和成形条件时，压缩变形仍增加。
所述“具有弹性的部分石墨化的焦炭”优选为这样的焦炭，其中在将用于石墨化的起始焦炭(starting cokes)石墨化以获得弹性石墨，并且其石墨化比例为80-95％的途中，停止石墨化。作为上述起始焦炭，可以提及的有，用作弹性石墨用的生产起始原料的那些，如在约350至500℃下热处理煤焦油沥青、基于煤的沥青、基于石油的沥青等的过程中形成的碳质中间相或粗焦，或通过用硝酸或硝酸与硫酸的混合酸处理它们而获得的那些。
通常用于制备摩擦材料的石墨具有如下性能在900MPa的负荷下压缩比例为基于当施加0.01MPa的负荷时的体积变化的约70％，并且当将所述负荷解除时，恢复比例为30％或更低。因此，为了补偿摩擦表面的平行现象的不足的目的，通过所述摩擦材料的变形是不够的。
另外，JP-A-03-282028描述了在压缩性质和恢复性质方面优异的弹性石墨，其中在900MPa的负荷下压缩比例为基于当施加0.01MPa的负荷时的体积变化的80％或更高，并且当将所述负荷解除时，恢复比例为50％或更高。然而，即使在所述石墨具有这些物理性质的情况下，所述压缩比例仍小，并因此不能达到本发明的目的。
关于本发明的典型的实施方案的被用于摩擦材料中的部分石墨化的焦炭(弹性焦炭)，当将负荷解除时，所述恢复比例是极高的，即，90％或更高至几乎100％。另外，在900MPa的负荷下的压缩比例为80％或更低，优选60％或更低。因此，所述焦炭是具有不同于上述传统石墨物理性质的物理性质的弹性石墨。更优选地，使用具有恢复比例为95％或更高的和压缩比例在60％至40％范围内的弹性石墨。
待被用于本发明的部分石墨化的焦炭(弹性石墨)的石墨化比例通过X射线衍射测量，该石墨化比例落入80％至95％的范围内。关于被加入的量，其通过加入少量就观察到足够的效果，并且将其以0.5至2.5体积％，优选2.0至2.5体积％的比例掺混是合适的。另外，在所述摩擦材料中，所述部分石墨化的焦炭与常规石墨(天然石墨，人工石墨)组合使用。
用于本发明的典型的实施方案中的部分石墨化的焦炭的压缩比例和恢复比例通过如下方法测量。即，将约10g石墨样品放置于内径为10mm的不锈钢圆筒形塑模(mold)中。在轻拍该塑模以获得最紧密的堆积之后，将推杆从上部插入然后施加10Pa的负荷。测量此时所述样品的高度并将所述值用h0表示。然后施加预定的负荷并测量该样品的高度，用h1表示所述值。之后，将所述负荷解除并测量所述样品的高度，用h2表示所述值。从这些数值中，可根据如下方程式确定压缩比例和恢复比例。
压缩比例(％)＝(h1/h0)×100 (1)恢复比例(％)＝((h2-h1)/h0)×100(2)在所述摩擦材料的掺混物中，使用常用的那些。作为用于增强的纤维基础材料，使用耐热有机纤维、无机纤维和金属纤维。例如可提及的有作为耐热有机纤维的芳族聚酰胺纤维和阻燃丙烯酸系纤维；作为无机纤维的陶瓷纤维如钛酸钾纤维或氧化铝纤维，玻璃纤维，和褐块石棉；和作为金属纤维的铜纤维和钢纤维。
作为粘合剂，例如可提及的有酚树脂(包括直链酚树脂和多种用橡胶改性的酚树脂等)，三聚氰胺树脂，环氧树脂，聚酰亚胺树脂，等。另外，作为摩擦改进剂，例如可以提及的有有机摩擦改进剂如橡胶粉和槚如树粉，金属氧化物和类似物的磨料如氧化铝、硅石、氧化镁、氧化锆、氧化铬、和石英，金属如铜、铝和锌的粒子，固体润滑剂如石墨和二硫化钼，鳞片状无机物质如云母和蛭石，和无机填充剂，如硫酸钡和碳酸钙。
所述摩擦材料的生产可通过公知的生产方法进行。例如，所述摩擦材料可经预成形、热成形、加热、研磨等步骤生产。在用于盘式制动的摩擦衬垫的生产过程的情况下，进行通过形成预定形状制备压板的步骤，其通过钣金(sheet-metale)压制，经历脱脂处理和底漆处理，以及然后施加粘合剂而进行；在常温下在预定压力下，通过将耐热性有机纤维的纤维基础材料、无机纤维，或金属纤维和如无机/有机摩擦改进剂的粉末原料，填充剂，和热固性树脂粘合剂掺混，以及将已经通过搅拌充分均质化的(预成形的)原料成形的步骤；将两个元件热成形以在预定温度和压力下整体固定它们的步骤；进行后固化的步骤；和最后进行精加工处理的步骤。由此，通过这样的步骤可生产所述摩擦材料。
下文中将参照实施例更详细地描述本发明，但本发明的范围不仅限于这些实施例。
实施例的生产工艺如下所述。
1.掺混材料的搅拌在所有情况下，将示于表1中的掺混材料一次性全部加入到搅拌器中，随后搅拌。
表1
2.预成形等上述五种搅拌的产品的每一种都经历预成形、热成形、加热、研磨等的步骤，以制备作为最终产品的摩擦材料。
(1)预成形将上述搅拌的产品加入到用于预成形压制的压具，中并在常温下在40MPa的压力下加压1分钟，并由此预成形为制动器衬垫形状。
(2)热成形将形成的预成形的产品转移到用于热压制的塑模中，在所述塑模中已经放置了压板。在150℃和50MPa下加热和加压过程中，在10秒的间隔下进行五次排气，之后在150℃和50MPa下进行热成形4分钟。
(3)加热在热成形后，将所述产品在加热炉中在250℃下进一步加热3小时以实施后固化。
(4)研磨在后固化后，将所述产品通过平面磨床研磨至预定的厚度以获得作为最终产品的摩擦材料(制动器衬垫)。
实施例1至3将具有弹性的部分石墨化的焦炭(得自Superior Graphite Co.的RGC 14A)以0.5至2.5体积％的比例加入。采用该配方，如上所述，在进行干式搅拌、预成形、热成形(温度和压力参见表1)、以及加热后，进行研磨以获得最终产品。
对比例1将具有弹性的部分石墨化的焦炭以3.0体积％的比例加入。生产条件与实施例1至3一致。
对比例2不加入具有弹性的部分石墨化的焦炭。生产条件与实施例1至3一致。
然后在实施例1至3和对比例1和2的摩擦材料上测量压缩变形(母料的厚度2.5mm，压板的厚度5.5mm，滑动面积50cm2)测量结果示于图1中。另外，车辆内感觉的感觉测试结果示于表2中。
表2
如图1所示，通过以0.5至2.5体积％的比例加入部分石墨化的焦炭，可生产各自具有压缩变形在可允许范围内的摩擦材料。另外，如表2中所示，各自具有压缩变形在可允许范围内的实施例1至3还提供落入可允许范围内的结果。
如上所述，通过利用本发明获得的摩擦材料为具有适当压缩变形的摩擦材料。因此，可以获得良好的踏板感觉性质。
由于本发明可提供在踏板感觉性质方面出色的摩擦材料，因此所述材料可用于多种车辆中并因此是工业上非常有用的。
对于本领域技术人员而言，显而易见的是对本发明所描述的典型的实施方案可在不背离本发明的主旨和范围的情况下进行多种修改和变化。因此本发明意于包括所有与所附权利要求和它们的等价物相一致的本发明的修改和变化。
权利要求
1.一种非石棉摩擦材料，其包含纤维基础材料；摩擦改进剂；粘合剂；和以0.5体积％至2.5体积％的比例掺混的部分石墨化的焦炭。
2.根据权利要求1所述的非石棉摩擦材料，其中所述部分石墨化的焦炭在900MPa负荷下的压缩比例为低于80％，并且当将负荷解除时的恢复比例大于30％。
全文摘要
一种非石棉摩擦材料，其具有纤维基础材料，摩擦改进剂，和粘合剂，其中将部分石墨化的焦炭以0.5体积％至2.5体积％的比例掺混。通过掺混所述部分石墨化的焦炭，调节所述摩擦材料的压缩应变，以改进制动感觉，而不破坏摩擦性能。
文档编号C09K3/14GK101086285SQ200710106180
公开日2007年12月12日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月9日
发明者宫道素行, 浜潟大辅, 日下聪, 王子田修一 申请人:曙制动器工业株式会社