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1、(10)申请公布号 CN 102844399 A (43)申请公布日 2012.12.26 CN 102844399 A *CN102844399A* (21)申请号 200980162876.3 (22)申请日 2009.10.23 C09K 3/14(2006.01) (71)申请人 费德罗 - 莫格尔制品有限公司 地址 美国密歇根州南菲尔德西北公路 26555 (72)发明人 维贾伊苏布拉玛尼安 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 邓琪 (54) 发明名称 用于刹车的摩擦材料 (57) 摘要 一种不含铜和钛酸盐的无石棉摩擦材料。 (85)PCT申请进入国家。
2、阶段日 2012.06.14 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2009/061818 2009.10.23 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/049576 EN 2011.04.28 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种用于刹车的摩擦材料， 包括 ： 体积比约为 15-24% 的粘合剂 ； 体积比为 3-13% 的纤维 ； 体积比小于或等于 6% 的至少一种润滑剂 ； 体积比为 9-22% 的一种或多种。
3、研磨剂 ； 以及 其特征在于， 所述材料基本不含钛酸盐和铜。 2. 如权利要求 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述粘合剂基本由酚醛树脂组成。 3. 如权利要求 1 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 1 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 1 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 1 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 1 所述的摩擦材料。
4、， 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。 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 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述研磨。
5、剂包含占所述材料的体积比 为 3-14% 的硬质研磨剂和体积比为 3-14% 的温和研磨剂。 13. 如权利要求 12 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述硬质研磨剂基本由硬质矿物纤 维， 氧化锆， 锆石和氧化铝中的至少一种组成。 14. 如权利要求 12 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述温和研磨剂基本由云母， 矿物纤 维， 氧化铁和氧化镁中的至少一种组成。 15. 如权利要求 12 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述研磨剂基本由硬质矿物纤维， 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， 硅土， 二氧化硅， 沙子， 碳化。
6、硅， 氧化铁和氧化镁组成。 16. 如权利要求 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述一种或多种研磨剂包含少于 10% 的氧化镁。 17.如权利要求1所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述一种或多种研磨剂包含少于5%的 氧化镁。 18. 如权利要求 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 进一步包含占所述材料体积比约 46-64% 的其他材料。 19. 如权利要求 18 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， 重晶石， 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 权 利 要 求 书 CN 102844399 A 2 2/2 页 3。
7、 以及各种摩擦灰尘组成的组中的至少一种。 20. 如权利要求 18 所述的摩擦材料， 其特征在于， 基本由石灰， 硫酸钡， 石墨， 石油焦， 橡胶和摩擦灰尘组成。 21. 如权利要求 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述材料不包含铜， 黄铜， 青铜， 钛酸 钾， 钛酸锂和钛酸镁。 22. 如权利要求 1 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。 23. 如权利要求 1 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。 24. 如权利要求 1 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述摩擦材料基本不含任何形式钛的 铜。 25. 一种用于刹车的摩擦材料。
8、， 包括 ： 体积比约为 18-22% 的一种粘合剂 ； 体积比为 3-8% 的一种纤维 ； 体积比为 1-4% 的至少一种润滑剂 ； 体积比为 12-18% 的一种或多种研磨剂 ； 以及 其特征在于， 所述材料基本不含钛酸盐和铜。 26. 如权利要求 25 所述的摩擦材料， 其特征在于， 所述材料基本不含氧化镁。 27. 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， 铜和钛酸盐的摩擦材料制成。 28. 如权利要求 27 所述的刹车片 , 其特征在于， 所述摩擦材料具有体积比少于 10% 的 氧化镁。 29.如权利要求27所述的刹车片,其特征在于。
9、， 所述摩擦材料具有体积比少于5%的氧 化镁。 32. 如权利要求 27 所述的刹车片 , 其特征在于， 所述材料包含体积比少于 1% 的钢纤 维。 34. 如权利要求 27 所述的刹车片 , 其特征在于， 所述材料基本不含钢纤维。 权 利 要 求 书 CN 102844399 A 3 1/8 页 4 用于刹车的摩擦材料 技术领域 0001 本发明涉及一种无石棉的摩擦材料， 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 0002 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。
10、传递性能。 此外， 铜还具有很多其他的 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。 0003 本发明涉及一种无石棉摩擦材料， 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。
11、。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。 0004 普遍应用于无石棉刹车片的另一种材料为钛酸盐。 钛酸盐的普遍应用是因为钛酸 盐具有与石棉类材料类似的独特的高温稳定性。 有效的以六钛酸盐和八钛酸盐形式存在的 钛酸盐材料也是有用的， 因为这种材料能够以一种均匀的， 一致的传递层覆盖在转子表面。 发明内容 0005 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， 因为它们提供了与使用了铜和钛酸盐基材料的通常的 NAO 无石棉 （或 NAO） 相同水 平的摩擦， 刹车片寿命， 噪音和其他工作特性。
12、， 但是本发明的组成中不含铜和含铜材料， 以 及钛酸盐化合物。该组成提供了一类优良的摩擦材料， 该摩擦材料具有含铜和钛酸盐材料 所具有的理想性能， 但是不需要使用铜和钛酸盐。 0006 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 15-24% 的至少 一种粘合剂， 体积比为3-13%的至少一种纤维， 体积比小于6%的至少一种润滑剂， 体积比为 9-22% 的至少一种研磨剂， 且该材料基本不含钛酸盐， 铜和石棉。 附图说明 0007 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 ： 0008 图 1 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。 。
13、具体实施方式 0009 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 说 明 书 CN 102844399 A 4 2/8 页 5 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， 该材料基本不含石棉钛酸 盐和铜， 或例如黄铜、 青铜的铜合金。 0010 如图 1 所示， 摩擦材料 20 可被用于示例性的刹车片 10。图 1 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 通常被粘合或以其他方式固定于背板 30 上。 0011 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。
14、铜或铜化合物， 和 某等级的钛酸盐， 但是在不牺牲理想的工作特性的情况下获得成功似乎是不可能的， 这些 理想的工作特性包含制动能力， 使用寿命长， 最小的转子磨损， 最少的刹车灰尘和车辆车圈 的最低污染。 0012 基本不含钛酸盐， 指的是基本不含类似钛酸钾， 钛酸镁钾， 钛酸锂钾， 钛酸钙钾， 以 及其他六 - 钛酸盐和八 - 钛酸盐， 以及其他发展为石棉替代品的钛酸盐的化合物。 0013 本发明的无石棉的摩擦材料包含 ： 至少一种粘合剂， 该粘合剂可能包括直的或修 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， 环氧树脂和腈。 该粘合剂占总组成的体积比约为15-2。
15、4%。 该粘合剂在该摩擦材料中充当基质将其他成分连 接在一起。 该粘合剂系统还可以包括两种或多种类型粘合剂的混合物， 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。 0014 该至少一种纤维占总摩擦材料组成体积的约 3-13%。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 1.09mm， 其范围约在 0.92mm-1.26mm 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。
16、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。 0015 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 6% 或更少。可选的润滑剂材料包含金属硫化物， 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。 0016 该摩擦材料。
17、进一步包括研磨剂， 例如硬质研磨剂和温和研磨剂。该研磨剂通常占 最终摩擦材料组成的体积比约为 9-22%。更具体地是， 当温和研磨剂占最终摩擦材料组成 的体积比约为 3-14% 时， 该硬质研磨剂占最终摩擦材料组成的体积比约为 3-14%。硬质研 磨剂的例子包括 ： 某些矿物纤维， 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 （mullite） 和氧化铁。硬质研磨剂通常具有摩氏硬度范围中较高的数值。 研磨剂的其他例子包括某些等级的特定纤维， 该纤维包含复合矿物硅酸盐 （例如硅酸钙镁， 硅酸钙镁锆， 硅酸钙镁铝， 硅酸镁铝） 。 其他已知的性质温和。
18、的研磨剂包括 ： 不同化学价的氧 化铁， 其他金属氧化物， 以及具有摩氏硬度范围中相对较低数值的材料和矿物。 当温和研磨 剂的使用浓度较高时， 硬质研磨剂的使用浓度应当较低， 从而实现相同的所需摩擦水平。 0017 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 剂。该其他成分占该摩擦材料的总组成的约 46-64%。该其他成分通常为该配方提供体积， 降低成本， 降低噪音并有利于在转子表面涂覆均匀的传递层。合适的填充剂的例子包括石 说 明 书 CN 102844399 A 5 3/8 页 6 灰， 氧化钙， 重晶石， 包括硫酸钡， 石墨， 石油焦， 脱硫焦炭， 硅酸钙，。
19、 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） 。 0018 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 出最接近的整数。 0019 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。
20、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） 将各成分混合成均匀的混合物。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。
21、料连接至背板。 0020 例子 1 0021 粘合剂 21 纤维 7 润滑剂 4 总研磨剂 15 填充剂 53 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0022 例子 1 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 1 的摩擦材料被证实具有与含铜或铜合金 和钛酸盐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 1 相同。 0023 例子 2 0024 粘合剂 15 说 明 书 CN 102844399 A 6 4/8 页 7 纤维 7 润滑剂 4 总研磨剂 15 填充剂 59 铜和铜。
22、合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0025 例子 2 的最终的摩擦组成具有良好的工作特性， 尽管在 300下进行预成型和粘 合到背板上的特性不如例子 1 的混合物中的摩擦材料一样好。应该相信， 粘合剂的体积比 为 15% 或低于该数值降低了该摩擦材料的粘合性能， 特别是， 在 300将该摩擦材料粘合到 背板上。 0026 例子 3 0027 粘合剂 24 纤维 7 润滑剂 4 总研磨剂 15 填充剂 50 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0028 例子 3 与例子 1 相比的变化在于摩擦片内具有极低的空隙体积。通常， 刹车片的 非常重要的理想特性就是噪音水平很低， 因为刹车带来的噪。
23、音是客户对刹车系统进行抱怨 的主要原因。低水平的空隙与具有低压缩率的非常坚硬的摩擦片相关。这种材料的压缩性 特性在所有测试的例子中是最低的， 这就证明高的树脂粘合剂水平影响该性能。与例子 2 相反， 在室温和 300的条件下与背板的结合都是很好的， 仅需要很低的冲压压力来实现可 接受的刹车片整体性， 但是由于压缩率低， 特别是由于低空隙将势必带来噪音， 摩擦材料中 的粘合剂的体积比高于 24% 是不可取的。因此， 应该认为， 体积比为 24% 的粘合剂是最终摩 擦组成中的可用粘合剂的体积分数的最高值。 0029 例子 4 说 明 书 CN 102844399 A 7 5/8 页 8 0030 。
24、粘合剂 21 纤维 3 润滑剂 4 总研磨剂 15 填充剂 57 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0031 例子 4 中的纤维的体积含量降低至 2%。与例子 1 中的摩擦材料相比， 该片很难预 成型并且具有低的物理压缩， 难以与背板在300下进行结合。 该固化的摩擦材料非常容易 破碎。因此， 该片中应该包括高于 3%， 优选 5% 或者更高体积的纤维以提供可接受的工作特 性。 0032 例子 5 0033 粘合剂 21 纤维 13 润滑剂 4 总研磨剂 15 填充剂 47 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0034 例子 5 中的材料使用高水平的纤维， 所产生的工作特性良好但。
25、是产生了某些加工 难点。 在加工过程中， 高水平的纤维使得这种材料很难混合， 但是将混合物分成小批次将有 助于该问题的解决。但是， 小批次将显著增加材料的生产成本， 从而是不可取的。因此， 该 摩擦材料将具有占总组成体积的小于 13% 的纤维， 更优选为占总组成体积的约 5-9%。 0035 例子 6 0036 说 明 书 CN 102844399 A 8 6/8 页 9 粘合剂 21 纤维 7 润滑剂 0 总研磨剂 15 填充剂 57 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0037 例子 6 中的材料普遍具有良好的所有特性。但是， 加工阶段的预成型和冲压受到 了缺乏润滑剂的不良影响。 不。
26、含润滑剂， 使得在较低压力下进行冲压的预成型件不稳定， 而 不得不显著地增大压力从而维持预成型件的完整并且使该部件被冲压固化的更久。 应该相 信润滑剂的存在不仅对于刹车片一次制造的摩擦损耗性能重要， 对预成型和冲压阶段同样 重要， 因为该成分的压缩可受到润滑剂材料的存在的影响。 0038 例子 7 0039 粘合剂 21 纤维 7 润滑剂 6 总研磨剂 15 填充剂 51 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0040 在例子 7 中， 润滑剂的量增大到 6% 的体积比。被发现该润滑剂的增加使得要求与 例子 1 相比显著增大的压力和更长的固化时间。该极高水平的润滑剂影响了成分在预成型 阶段。
27、的压缩， 而其他工作特性良好。 为了实现有效率的生产目的， 该材料应当具有占总组成 低于 6% 的体积比， 优选占总摩擦材料组成低于 4% 的体积比。并且， 在加工过程结合有困难 时， 因为润滑剂成本昂贵， 理想地是使所加入的润滑剂的量最小化。因此， 允许更好冲压的 至少部分润滑剂是令人满意的， 但是理想地是保持润滑剂的量约为 6% 的体积比或更低， 优 说 明 书 CN 102844399 A 9 7/8 页 10 选为低于 4% 的体积比。 0041 例子 8 0042 粘合剂 21 纤维 7 润滑剂 4 总研磨剂 9 填充剂 59 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0043 例子。
28、 8 中的摩擦材料具有最低水平的研磨剂材料。该工作特性与所遭遇的摩擦力 相关， 因为该材料在所有例子的变形中所测量的摩擦系数中为最低之一。 但是， 应该相信其 他参数可被调整以保持摩擦系数在理想的范围内。令人惊讶的是， 在该刹车片的加工和配 方阶段， 粘合到背板， 特别是在300粘合到背部粘合固位板也受到负面影响。 因此， 应该相 信， 研磨剂的总量应当至少大于总组成体积的 9%。 0044 例子 9 0045 粘合剂 21 纤维 7 润滑剂 4 总研磨剂 22 填充剂 46 铜和铜合金 0 钛酸盐 0 总计 100 0046 例子 9 的摩擦材料的研磨剂材料水平提高至 22%。预成型和加工特。
29、性良好。通过 轻松的混合， 预成型和冲压循环操作， 该配方的加工相对顺利。 该片的硬度在例子测试的材 料中为最高之一。使用这种高水平的研磨剂的负面影响在于其成本。应该相信， 优选摩擦 说 明 书 CN 102844399 A 10 8/8 页 11 材料具有约 22% 或更少的研磨剂以最小化成本， 即使该摩擦材料可能具有其他可接受的工 作和加工特性。 0047 前述说明公开了本发明的典型实施例。应该理解， 结合本说明书， 附图和权利要 求， 在不脱离权利要求的精神和范围的情况下， 本领域的技术人员可以进行各种变化， 修饰 和变型。 说 明 书 CN 102844399 A 11 1/1 页 12 Fig.1 说 明 书 附 图 CN 102844399 A 12 。