CN1948368A - 摩擦材料及制造该材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦材料，包括基础纤维、摩擦调节剂、粘合剂和加大的粉末。该加大的粉末是研磨粉与弹性材料诸如橡胶的结合物。

Description

摩擦材料及制造该材料的方法

本申请要求日本专利申请序号2005-297539的优先权，其内容引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料，诸如制动垫或衬垫，或离合器衬片。更具体地说，本发明涉及一种由包含研磨粉的原料制成的摩擦材料，所述研磨粉是在制造摩擦材料的过程中产生的或者是废弃摩擦材料的颗粒，本发明还涉及制造这种摩擦材料的方法。

背景技术

诸如制动垫或者衬垫的摩擦材料的制造包括将基础纤维、摩擦调节剂和粘合剂混合，将该混合物在热量和压力下模制，并且将模制体研磨成合适的尺寸。相应地，不可避免地在摩擦材料的制造过程中产生研磨或抛光粉。通常将这些研磨粉经过燃烧后作为生产水泥的原料或作为填筑处理。

已经提出一些解决的方案，其中摩擦材料包含(作为原料)经过热处理废弃摩擦材料(即，用过的或有缺陷的制动垫)并将其粉碎后所获得的粉末。所述废弃的摩擦材料是多孔的，因为通过较高的温度进行的热处理已经移除了有机物质。因而，所述摩擦材料具有较高的孔隙度和较高的衰减可能性。

然而，由于该粉末在热量下经过模制而制成摩擦材料，所以研磨粉中作为粘合剂而包含在内的热硬性树脂会处于硬化状态。因此，利用这种研磨粉制作摩擦材料可能会形成硬的摩擦材料，从而产生制动噪声或者其他异常噪声。这类问题即使进行先前处理也不能解决。

研磨粉具有较小的颗粒直径，并且往往比贾如(cashew)粉末的直径还要小，贾如粉末是一种用于制作摩擦材料从而改善其衰减特性的原材料。因而，贾如粉末在研磨粉中具有比通常情况小的颗粒直径，因此，具有较低程度的衰减特性。这可能是产生制动噪声或其他异常噪声的可能原因之一。

由于研磨粉具有较小的粒子直径，所以该粉末在制造摩擦材料过程中难以处理。

发明内容

本发明关涉及包含研磨粉的原料制成的摩擦材料，所述研磨粉在制造摩擦材料的过程中产生，或者通过研磨废弃摩擦材料获得，并且本发明的目标是提供一种易于利用这种研磨粉以抑制制动噪声或其他异常噪声的方式制造的摩擦材料。

在本发明的一个方面，摩擦材料包括基础纤维、摩擦调节剂、粘合剂和通过将研磨粉和弹性材料诸如橡胶结合而产生的加大的粉末。所述研磨粉来自于制造摩擦材料时研磨、抛光或者切削研磨材料获得。将研磨粉与弹性材料结合的过程通常描述为颗粒化或制球粒。

因此，由于它们的颗粒直径通过与橡胶结合而被加大，所以加大的粉末更容易处理。加大的粉末中的橡胶提高了摩擦材料的衰减特性并且进一步抑制制动噪声和任何其他异常噪声。另外，仔细的研究表明，这种摩擦材料具有令人满意的高摩擦系数和耐磨性。

在本发明的另一方面，研磨粉与橡胶和酚醛树脂混合物结合。这样，加大的粉末除橡胶外还包含酚醛树脂。酚醛树脂的粘合力将加大的粉末与摩擦材料中的其他组件粘合，由此改善了其耐磨性。

在本发明的另一个方面，研磨粉与橡胶，或者研磨粉与橡胶和酚醛树脂混合物的重量比为25∶75至90∶10。这样，研磨粉的数量就足够大，从而实现高的再次利用的百分比并且橡胶的数量的大小足以与研磨粉粘合。

在本发明的另一个方面，摩擦构件由加大的粉末组成，占全部摩擦构件体积的5-50％。这样，可以充分的再次利用这种研磨粉，并且另外加大的粉末内的橡胶提高了摩擦材料的衰减特性，由此令人满意地抑制了制动噪声和其他异常噪声。

在本发明的另一个方面，与研磨粉结合的橡胶是未硫化的橡胶。这样，未硫化的橡胶改善了摩擦材料的振动吸收特性。进而，令人满意地抑制了任何的制动噪声或者其他的异常噪声。

在本发明的另一个方面，与研磨粉结合的橡胶是硫化的橡胶。硫化的橡胶改善了摩擦材料的耐热性。

在本发明的另一个方面，摩擦材料(除了加大的粉末)的原料不局限于任何的贾如粉末。

虽然贾如粉末通常用来改善摩擦材料的衰减特性，但是这种摩擦材料包括含橡胶的加大的粉末。因此，这种摩擦材料依赖橡胶而不是贾如粉末来实现改善的衰减特性并且令人满意地抑制任何制动噪声和其他异常噪声。

附图说明

图1示出实例1-8以及对比实例1-4的摩擦材料的原料、原料混合比和摩擦材料的测试结果

具体实施方式

上面和下面公开的每一种附加特征和教导均可以单独使用或者与其他特征和教导结合使用，从而提供改善的摩擦材料。现在将参照附图详细说明本发明的代表性实例，这些实例单独或彼此结合地利用了许多这些特征和教导。本详细说明仅仅用来教导本领域技术人员实践本教导的优选方面，并不意欲限制本发明的范围。只有权利要求限定要求保护的发明的范围。因此，在下述详细说明中公布的特征和步骤的结合不必从最宽泛的角度实践本发明，而是仅仅为了特别地说明本发明的代表性实例。另外，代表性实例的不同特征和从属权利要求可以不受列举顺序的限制而结合，从而提供本教导的其他的有用结构。

根据本发明的摩擦材料包括基础纤维、摩擦调节剂、粘合剂和通过将研磨粉与诸如橡胶的弹性材料结合而产生的放大粉末。

研磨粉(也称为摩擦材料粉末)是制造摩擦材料的过程中抛光、研磨和切削摩擦件的结果，或者是研磨或者碾磨用过的或者有缺陷的制动垫形成的粉末。制造摩擦材料的过程中产生的研磨粉是例如当将模制基础纤维、摩擦调节剂和粘合剂的混合物获得的模制摩擦材料抛光成希望的尺寸时产生的。研磨粉具有较小的平均颗粒直径，基本上介于2-20μm之间。

研磨粉并不直接重新用于制造摩擦材料的原料，而是以其与橡胶结合获得的放大体的形式再次利用。常用的橡胶，诸如NBR(丙稀腈-丁二烯橡胶)，SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、BR(丁二烯橡胶)、EPDM、丁基橡胶、丙烯酸橡胶或者硅酮橡胶可以用作与研磨粉结合的橡胶。氢化NBR、EPDM、丙烯酸橡胶、溴化丁基橡胶、硅酮橡胶、含氟橡胶等由于其高耐热性而优选使用。这些橡胶可以硫化也可以不进行硫化。

加大的粉末也可以包含酚醛树脂，以及橡胶和研磨粉。橡胶和酚醛树脂的重量比可以采用例如50∶50或80∶20的比例。锌白、硬脂酸、硫磺、硫化催化剂等都可在结合时加入。优选地向100份重量的橡胶中加入2-8份重量的锌白、1-5份重量的硬脂酸、0.1-1份重量的硫磺和1-5份重量的硫化催化剂。在橡胶为生胶时不加入硫化催化剂。

研磨粉和橡胶或者其具有酚醛树脂的混合物的重量比优选地为25∶75至90∶10。它们重量比的下限更优选地为50∶50并且更加优选地为60∶40，其上限更优选地为85∶15并且更加优选地为80∶20。

加大的粉末将研磨粉与橡胶、和/或酚醛树脂以及任何上述的其他材料一起在捏练机中混合、颗粒化或者制丸而制成。加大的粉末通过盘式造粒机(pelleter)或者旋转造粒机形成适当尺寸的球粒形。捏合机械可以是用于捏合橡胶的装置，诸如捏合机、开放式碾磨机、密闭式混炼器或挤压机。这些球粒的直径为0.3-5mm，优选地为0.5-3mm，更加优选地为1-2mm。

无机或有机纤维可以选作基础纤维。例如钢、铜、玻璃、陶瓷或钛酸钾纤维可以用作无机纤维，例如芳族聚酸胺纤维可以用作有机纤维。基础纤维可以是单独的一种，或者两种或多种纤维的混合物。基础纤维采用短纤维或颗粒的形式，其数量占摩擦材料体积的10-50％。

摩擦调节剂(填料)用来例如调节摩擦系数，抑制任何异常噪声并且防止生锈，其可以包含无机或有机填料、润滑剂等。无机填料的实例有硅酸锆、氧化锆(锆土)、碳化硅、硅石、氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、氢氧化钙、云母、高岭土和滑石。有机填料的实例包括贾如粉末和橡胶粉末。润滑剂的实例包括石墨、三硫化二锑、二硫化钼和二硫化锌。

摩擦调节剂可以是单独的一种，或者两种或多种的结合。虽然贾如粉末可用于改善衰减特性，但是本发明依赖研磨粉的粒化橡胶体来改善衰减特性。因此，根据本发明的摩擦材料在其原料中可以包括也可以不包括贾如粉末。

粘合剂的实例包括酚醛树脂、酰亚胺树脂、橡胶改良酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、NBR、腈橡胶和丙烯酸橡胶。粘合剂可以是单独的一种，或者两种或多种的结合。粘合剂优选地占摩擦材料体积的5-30％。

摩擦材料的制造过程从结合研磨粉与橡胶或与橡胶和酚醛树脂从而制备加大的粉末开始。加大的粉末、基础纤维、摩擦调节剂和粘合剂用混合器混合形成原料混合物。混合器可以例如为Einrich混合器、通用混合器或Lodige混合器。

然后，原料混合物利用预模制模具进行预模制，形成预模制体。预模制体在压力和热量下利用模制模具进行模制，形成模制体。模制温度为130℃-200℃，模制压力为10-100MPa，模制时间为2-15分钟。

然后，模制体在140℃-400℃下热处理2-48小时。模制体研磨成希望的尺寸，从而得到完全的摩擦材料。

下面将说明本发明的实例和对比实例。

根据本发明的摩擦材料(实例1-8)和对比摩擦材料(对比实例1-4)利用如图1所示的原料制备，混合比也示于其中，并且测试了不同的特性。

在图1中，“Ex.1”至“Ex.8”和“Com.1”至“Com.4”分别代表摩擦材料实例1-8和对比实例1-4。

对比实例1是利用原料在如图1所示的混合比下模制的标准材料。实例1-8和对比实例4包括在制造对比实例1的摩擦材料的过程中产生的研磨粉。

实例1-6的每一个包含通过结合研磨粉和橡胶而获得的加大的粉末。

实例7和8中的加大的粉末包含研磨粉、橡胶和酚醛树脂。

实例1中的加大的粉末包括约20％的橡胶含量，或者研磨粉与橡胶重量比为80∶20。加大的粉末占摩擦材料体积的约15％。

SBR(Asahi Kasei的产品，使用商标Tafdene 2000)和BR(Asahi Kasei的产品，使用商标Diene NF35R)用作与研磨粉结合的橡胶。加大的粉末通过捏合70份重量的SBR、30份重量的BR、5份重量的锌白、2份重量的硬脂酸、0.5份重量的硫磺、3份硫化催化剂和400份重量的研磨粉在压力捏合机中获得。加大的粉末通过盘式造粒机(Fuji Paudal)和旋转造粒机(Horai)形成直径1-2mm的球粒。

然后，如图1所示的基础纤维、摩擦调节剂、粘合剂和研磨粉的加大粉末在干燥状态下由通用混合器采用图1所示的混合比进行混合，从而制备原料混合物。

原料混合物在预模制模具中预模制，预模制体在模具中在160℃的温度和20MPa的压力下模制10分钟。然后，模制体在炉中在210℃下热处理3个小时，从而完成摩擦材料(制动垫)。

在实例2-4的加大粉末中，具有橡胶含量约25％，或者研磨粉与橡胶的重量比为75∶25。更具体地说，该加大粉末通过利用300份重量的研磨粉取代实例1中400份的重量而获得。实例2-4中，加大粉末占摩擦材料体积的约10％、15％、或20％。实例2-4采用与实例1相同方式制造。

实例5中的加大粉末的橡胶含量约为75％，或者研磨粉与橡胶的重量比为25∶75。更具体地说，该加大粉末通过利用33份重量的研磨粉取代实例1中的400份重量而获得。在本实例中的研磨粉可以占摩擦材料体积的约15％。实例5采用与实例1相同的方式制造。

实例6中的加大粉末的橡胶含量约为80％，或研磨粉与橡胶的重量比为20∶80。更具体地说，加大的粉末通过利用25份重量的研磨粉取代实例1中400份的重量而获得。在本实例中，加大的粉末可以占摩擦材料体积的约15％。实例6采用与实例1相同的方式制造。

实例7和8的每一个中的加大的粉末包含约33％的橡胶和酚醛树脂，或研磨粉和橡胶和酚醛树脂混合物之间的重量比为67∶33。酚醛树脂(SumitomoBakelite的Sumilite Resin PR310)在它们制粒从而获得实例7和8中的加大的粉末时被加入呈颗粒体的原料中。加大的粉末可以占摩擦材料体积的约15％或10％。实例7和8采用与实例1相同的方式制造。

实例8也包含体积百分比为10％的贾如粉末。实例1-7均不包含贾如粉末。

对比实例1利用不包含研磨粉的原料制成，其他步骤重复实例1。

对比实例2和3每个均利用非颗粒的研磨粉制成。粉末可以占摩擦材料体积的10％。对比实例2采用与实例1相同的方式制造。对比实例3包含体积百分比10％的贾如粉末。

对比实例4包括橡胶含量约5％的加大的粉末，或者研磨份与橡胶的重量比为95∶5。更具体地说，其利用1900份重量的研磨粉取代实例1中400份的重量获得。加大的粉末占摩擦材料体积的约15％。对比实例4采用与实例1相同的方式制造。

实例1-8和对比实例1-4均测试了特性，结果如图1所示。这些结果如下所述进行确定。

摩擦系数(第二有效性测试的平均μ)：每种材料的平均摩擦系数根据JASO C-406-87在制动前以50km/h的速度在全尺寸发电机测试器上进行的第二有效性测试所确定。JASO代表日本汽车标准组织。

垫磨损：每种垫的摩擦系数根据JASO C-406-87确定，其磨损量在此后进行测量。磨损量根据如表1所示的标准分级。

表1

垫磨损的标准
		A	少量磨损(良好)
B	有些大
		C	大(不可接受)

制动噪声：每种垫在水压为0.1-2Mpa以及转子温度40℃-200℃的条件下进行制动发电机测试，计数具有特定高频(500Hz或更高)级别的噪声的次数。结果根据如表2所示的标准分级。

表2

制动噪声的标准
		A	无噪声
B	轻微
		C	有些
D	频繁

异常噪声：每种摩擦材料被安装在真实车辆上并且测试了任何的异常噪声(频率为300Hz或更低)。

评估：每种材料的全面评估的标准是，A：具有0.37或更高的摩擦系数的材料，在任何特性上不劣于对比实例1；B：示出有些大的磨损量的任何材料，或者产生一些制动噪声；C：示出大量的磨损的任何材料，或产生频繁的制动噪声，或轻微的异常噪声。

实例1-8的结果具有良好的全面评估(A或B)。

实例2-4包含加大的粉末，数量从一个实例到另一个实例逐渐加大，其结果示出包含较大量的加大的粉末的摩擦材料产生更少的制动噪声并且具有更高的摩擦系数。实例3和4产生的制动噪声少于对比实例1，实例2-4比任何对比实例具有更高的摩擦系数。

在加大的粉末中包含更大量的橡胶的对比实例4和实例1、3、5和6，其中橡胶的量从一个实例到另一个实例逐渐加大，其结果示出包含更大量的橡胶的摩擦件更少地产生制动噪声。实例3、5和6产生的制动噪声少于对比实例1。

实例7和8包含具有酚醛树脂的加大的粉末。酚醛树脂预期能在加大的粉末和摩擦材料的任何其他组件之间产生更大的粘合力，并且由此实现摩擦材料较低程度的磨损。

对比实例2和3包括非颗粒形式的研磨粉并且较之包含颗粒研磨粉的实例2示出更大程度的磨损。因此，具有橡胶的研磨粉的颗粒化能够减小摩擦材料上的磨损。

对比实例4在研磨粉中较之实例1、3、5和6包含更少量的橡胶并且示出更大程度的磨损。因此，加大的粉末内的更大量的橡胶能够减小摩擦材料上的磨损。

尚未得知为何带有橡胶的研磨粉的颗粒化能够减少摩擦材料上的磨损，或者为何采用更大量的橡胶能够进一步地减小磨损。但是，可能的是，由于研磨粉通过受热模制得到的摩擦材料而形成，并且已经包含了硬化的热固性树脂作为粘合剂，所以带有橡胶的粉末的颗粒化可与作为粘合剂的酚醛树脂更相容，由此实现具有更高耐磨性的摩擦材料。

对比实例3产生频繁的制动噪声并且也产生另外轻微的异常噪声。

实例1-7不包含任何贾如粉末，并且它们产生令人满意的低级制动噪声，而且它们不产生其他任何异常噪声。这来自于其具有令人满意的大量的与橡胶粒化的研磨粉。

本发明适用于例如工业机械、铁路或货运车辆、或汽车中的制动垫或衬垫，或离合器衬片。

Claims (20)

1.一种摩擦材料，包括：

基础纤维；

摩擦调节剂；

粘合剂；和

加大的粉末，其中所述加大的粉末是研磨粉与橡胶的结合物。

2.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述橡胶是丙稀腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、EPDM、丁基橡胶、丙烯酸橡胶或者硅酮橡胶至少其中之一。

3.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述研磨粉是制造摩擦件所产生的粉末。

4.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述研磨粉是通过研磨或者碾磨废弃摩擦材料产生的。

5.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述研磨粉与所述橡胶的重量比在25∶75至90∶10的范围内。

6.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述加大的粉末还包括酚醛树脂。

7.如权利要求6所述的摩擦材料，其中所述研磨粉与橡胶和酚醛树脂混合物的重量比在25∶75至90∶10范围内。

8.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述加大的粉末占所述摩擦材料体积的5％-50％。

9.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述橡胶是未硫化橡胶。

10.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述橡胶是硫化橡胶。

11.如权利要求1所述的摩擦材料，其中所述摩擦材料不包括贾如粉末。

12.一种制造摩擦材料的方法，包括：

获得研磨粉，其中所述研磨粉通过制造其他摩擦材料而产生；

通过混合橡胶和所述研磨粉制备加大的粉末；

将所述加大的粉末与基础纤维、摩擦调节剂和粘合剂混合从而制备原料混合物；和

模制所述原料混合物。

13.如权利要求12所述的制造摩擦材料的方法，其中制造其他摩擦材料的过程至少为研磨、抛光和切削中的一种。

14.如权利要求12所述的制造摩擦材料的方法，其中所述其他摩擦材料是废弃的摩擦材料。

15.如权利要求12所述的制造摩擦材料的方法，其中所述研磨粉与所述橡胶的重量比在25∶75至90∶10的范围内。

16.如权利要求12所述的制造摩擦材料的方法，其中所述加大的粉末还包括酚醛树脂。

17.如权利要求16所述的制造摩擦材料的方法，其中所述研磨粉与橡胶和酚醛树脂混合物的重量比在25∶75至90∶10范围内。

18.如权利要求12所述的制造摩擦材料的方法，其中所述加大的粉末占所述摩擦材料体积的5％-50％。

19.一种摩擦材料，包括

基础纤维；

摩擦调节剂；

粘合剂；和

加大的粉末，其中所述加大的粉末是研磨粉与橡胶的结合物，另外其中所述研磨粉是制造其他摩擦材料的副产品。

20.如权利要求19所述的摩擦材料，其中所述加大的粉末还包括酚醛树脂。

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