CN102235453A - 盘式制动器垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘式制动器垫，用于装备有金属制动盘的盘式制动器，其具有摩擦材料，该摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂，其能够有效地减小摩擦材料和制动盘的粘着性问题，并且同时提供有效的耐制动失效性、抗磨损性和可成形性。用于盘式制动器垫的所述摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂，所述摩擦材料具有相对于总体摩擦材料的量为4.5～7.0重量％的粘合剂，相对于粘合剂的量为至少50重量％的芳烷基改性的酚醛树脂，1～3重量％的无机颗粒作为研磨材料，同时，所述无机颗粒具有6～8的莫氏硬度以及10～200μm的平均颗粒直径。此外，所述摩擦材料包括20～30重量％的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐。

Description

盘式制动器垫

相关申请的交互参照和优先权

本申请要求2010年4月23日向日本专利局提交的被分配的序列号为2010-100090和2011年3月16日提交的被分配的序列号为2011-057954的日本专利申请的优先权，其中的公开以参照的方式并入于此。

技术领域

本发明涉及一种用于汽车盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，该摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂。

背景技术

盘式制动器通常用于汽车制动。传统的盘式制动器使用盘式制动器垫作为摩擦元件，其中摩擦材料被固定在金属基底元件上。

日本特开2006-275198(专利文件1)公开了通过固定摩擦材料形成的盘式制动器垫，该摩擦材料包括支撑板上的纤维基质材料、粘合剂和填料，其中摩擦材料具有质量比为85∶15～65∶35线性酚醛树脂和苯酚芳烷基树脂作为粘合剂。此盘式制动器垫在高负载情况下能够保持耐久性并减少制动噪音、摩擦材料和支撑板之间的连接端部周围的裂缝和摩擦材料从支撑板上的剥落。

最近，为了提高汽车的燃油效率和操控性，需要质轻的汽车零部件。为了实现生产质轻的零部件的目的，提出了降低用于制造零件和部件的材料的密度以及减少厚度和减小零部件尺寸，特别对于制动零部件来说，需要减小制动系统，特别是制动盘的尺寸。

减小制动盘的尺寸的同时，需要将制动效果和性能保持在与没有减小尺寸时相同的水平，因此用于和制动盘组合使用的盘式制动器垫上的摩擦材料不得不承受由于减小制动盘尺寸所带来的更大的负载。因此，摩擦材料需要具有更高的耐制动失效性。

为了提高摩擦材料的耐制动失效性，在一些情况下，在摩擦材料里添加一些冰晶石。然而，当摩擦材料的温度变高从而将摩擦材料的表面部分的冰晶石溶解的时候，具有冰晶石的摩擦材料就会产生摩擦材料与制动盘粘着的问题，并且在这种情况下，如果维持摩擦材料和制动盘之间的紧密接触，随着摩擦材料温度的下降，溶解的冰晶石会凝固从而粘住摩擦材料和制动盘。

日本特开2009-132816(专利文件2)公开了无石棉的摩擦材料，其包括纤维基质材料、粘合剂、润滑剂和其他填料，其中所述填料至少含有焦磷酸钙。而且，专利文件2公开了包括4～6体积％的上述焦磷酸钙和3～5体积％的冰晶石作为填料的无石棉的摩擦材料。

由冰晶石引起的粘着性问题能够通过专利文件2的技术有效地被限制，但是，没有冰晶石的其他粘着性问题又显现出来。

专利文件1：日本特开2006-275198。

专利文件2：日本特开2009-132816。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于装备有铁质制动盘的盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，该摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂，所述盘式制动器垫能够有效地限制所述摩擦材料和制动盘的粘着性问题，并且同时提供有效的耐制动失效性和抗磨损性以及可成形性。

发现在铁质制动盘中使用具有不含有冰晶石的摩擦材料的盘式制动器垫的粘着性问题是由下面的机制所引起的。

通常，将研磨材料添加到所述盘式制动器垫的摩擦材料中，以提高摩擦效率。当铁质制动盘被研磨材料磨损，来自制动盘的磨损废屑转移到摩擦材料表面，从而在摩擦材料表面产生一个铁质转移膜。在此，当制动器的摩擦温度在制动盘和摩擦材料之间产生一个高的摩擦表面温度时，作为摩擦材料的粘合剂而含有的热固性树脂会引起热分解并产生不想要的气体。这种气体在摩擦材料表面温度达到燃烧温度时燃烧。该燃烧将在摩擦材料表面形成的铁质转移膜加热并且大大地减少了摩擦表面周围的氧气量。在燃烧之后，大量的氧气被导入到摩擦表面上，并接触被加热的摩擦材料表面的铁质转移膜。结果是氧气和铁质转移膜迅速地导致氧化作用并产生氧化亚铁液态熔渣。因此，如果在摩擦材料和制动盘之间保持紧密接触，随着摩擦材料的温度降低，熔融的氧化亚铁熔渣将会凝固并导致粘着性问题。

本发明的发明人研究了上述机制并发现了通过(1)使用在高温下产生较少气体的高耐热性热固性树脂的粘合剂和(2)调整所述研磨材料的莫氏硬度、研磨材料的平均颗粒大小以及研磨材料的添加量来减少所述铁质制动盘的粘着性问题的有效方案。

本发明涉及一种用于装备有铁质制动盘的盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，所述摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂，并且所述摩擦材料基于下面的技术。

(1)用于装备有铁质制动盘的盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，所述摩擦材料包括：纤维基质材料、粘合剂、研磨材料以及磨损改良剂，所述粘合剂相对于总体摩擦材料的量为4.5～7.0重量％，所述粘合剂包括相对于该粘合剂量为至少50重量％的芳烷基改性的酚醛树脂，所述研磨材料为相对于总体摩擦材料的量为1～3重量％的无机颗粒，所述无机颗粒具有6～8的莫氏硬度和10～200μm的平均颗粒直径。

(2)上面(1)中的盘式制动器垫，其中所述摩擦材料还包括20～30重量％的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐。

(3)上面(1)或(2)中的盘式制动器垫，其中所述摩擦材料还包括3～30重量％的腰果壳油摩擦粉。

本发明能够提供一种用于装备有铁质制动盘的盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，所述摩擦材料包括纤维基质材料、粘合剂、研磨材料和磨损改良剂，所述盘式制动器垫能够有效地将摩擦材料和制动盘之间的粘着性问题减至最小，并且同时提供有效的耐制动失效性、抗磨损性和可成形性。

附图说明

图1为本发明的盘式制动器垫的立体图。

具体实施方式

用于本发明的盘式制动器垫的摩擦材料具有相对于摩擦材料总量为4.5～7.0重量％的粘合剂和相对于粘合剂总量为至少50重量％的芳烷基改性的酚醛树脂。粘合剂的总量优选为相对于所述摩擦材料的总量的4.5～7.0重量％。如果粘合剂的总量不足摩擦材料总量的4.5重量％，那么抗磨损性则减小，同时如果超过7.0重量％，则耐制动失效性就减小。具有高耐热性的芳烷基改性的酚醛树脂在酚醛树脂核与酚醛树脂核之间具有不含有酚羟基的芳烷基基底。包括相对于所述粘合剂总量为至少50重量％的芳烷基改性的酚醛树脂减少了高温下气体的产生并使粘着性问题减至最小。

除了芳烷基改性的酚醛树脂，所述粘合剂还能够是各种热固性树脂，例如酚醛树脂，通过用例如腰果油、硅油和各种弹性体将酚醛树脂改性而得到的各种弹性体改性的酚醛树脂，通过在酚醛树脂中分散例如弹性体和氟聚合物而得到的各种弹性体分散酚醛树脂，环氧树脂和苯并噁嗪树脂。

为了实现良好的可成形性，芳烷基改性的酚醛树脂相对于所述粘合剂总量的最大量应该是80重量％，并且所述粘合剂余下的部分优选为重均分子量为2,000～5,000的酚醛树脂。

并且，用于本发明的盘式制动器垫的摩擦材料具有研磨材料，所述研磨材料为相对于总体摩擦材料的量为1～3重量％的无机颗粒，该无机颗粒具有6～8的莫氏硬度以及10～200μm的平均颗粒直径。

具有小于6的莫氏硬度的无机颗粒不能提供足够的制动效果并且减小了耐制动失效性，同时具有大于8的莫氏硬度的无机颗粒表现出了对配合表面的过度的损害，产生更多的制动盘磨损尘粉，这将产生粘着性问题并增加制动盘的磨损量。具有6～8的莫氏硬度的无机颗粒可以是通常用于摩擦材料的无机颗粒，例如氧化锆、硅酸锆或者氧化铝。

在此，在本发明中，莫氏硬度由1.滑石、2.石膏、3.方解石、4.萤石、5.磷灰石、6.正长石、7.石英、8.黄玉、9.刚玉、10.金刚石来表示。

具有小于10μm的平均颗粒直径的无机颗粒不能提供足够的制动效果，并且减小了耐制动失效性，同时具有大于200μm的平均颗粒直径的无机颗粒表现出对配合表面的过度的损害，产生更多的制动盘磨损尘粉，这将产生粘着性问题并增加制动盘的磨损量。本发明也使用一些通过激光衍射粒度分布法测量的50％颗粒直径作为平均颗粒直径的无机颗粒。

具有小于1重量％含量的所述无机颗粒并不能提供足够的制动效果并且减小了耐制动失效性，同时具有大于3重量％含量的无机颗粒表现出了对配合表面的过度的损害，产生更多的制动盘粉尘，这将产生粘着性问题并增加制动盘的磨损量。

优选地，本发明的制动器垫的摩擦材料还包括20～30重量％的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐。添加能在所述制动盘表面形成转移膜的足够量的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐以使从制动盘到摩擦材料表面的在其上形成铁质转移膜的磨损尘粉的转移减至最少，从而提供减小粘着性问题的显著效果。过量添加的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐会减小抗磨损性。

此碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐优选为平的或者鳞片状形状，其将在制动盘表面形成一层膜。碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐可以是钛酸钾、钛酸锂钾或者钛酸钾镁，其通常用于摩擦材料。

优选地，本发明的制动器垫的摩擦材料还包括3～5重量％的腰果壳油摩擦粉。添加在高温下易被氧化的足够量的腰果壳油摩擦粉可阻止被转移到摩擦材料表面的铁质成分的氧化，从而使粘着现象显著减小。过量的腰果壳油摩擦粉会减小耐制动失效性效果。

此外，本发明的制动器垫的摩擦材料除了上面提到的粘合剂、研磨材料、碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐和腰果壳油摩擦粉以外，还包括在摩擦材料中通常使用的材料，比如纤维基质材料，如金属纤维、有机纤维和无机纤维，以及磨损改良剂，如有机填料、无机填料、润滑剂和金属颗粒。

所述纤维基质材料的例子为金属纤维，如铁纤维、不锈钢纤维、铜纤维、黄铜纤维、青铜纤维、铝纤维和锌纤维；有机纤维，如芳族聚酰胺纤维和丙烯酸纤维；无机纤维，如碳纤维、纤维素纤维、岩棉纤维和钛酸钾纤维。

所述磨损改良剂的例子为有机填料，如橡胶粉(轮胎胎面胶粉碎的粉末)；各种未硫化的橡胶颗粒，各种硫化的橡胶颗粒；无机填料，如碳酸钙、硫酸钡、氢氧化钙、蛭石、云母；润滑剂，如石墨、焦炭、二硫化钼、硫化锡、硫化锌和硫化铁；和金属颗粒，如铜、黄铜、锌和铝。

所述纤维基质材料和磨损改良剂可以根据需要的品质、机械特性和磨损特性进行配置。

本发明的盘式制动器垫通过如下步骤加工而得到：搅拌步骤，使用搅拌器将一组预定量的上述粘合剂、研磨材料、碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐、腰果壳油摩擦粉、纤维基质材料和磨损改良剂进行搅拌，以均匀地组合和搅拌该组物质，制成摩擦材料混合物；热压成形步骤，使用热成形器，其中将所获得的所述摩擦材料混合物放在预先清洁过的、表面处理过的敷有粘合剂的固定好的例如钢或铁的金属支撑板上；加热处理步骤，用于加热以完成粘合剂的固化反应；和研磨步骤，用于形成摩擦表面。此外，如果需要的话，在热压成形步骤之前可以有粒化步骤用于将摩擦材料混合物粒化，和预成形步骤用于在粒化步骤之后将粒化所得的摩擦材料混合物压制以使其预成形，并且如果需要，在热压成形步骤之后可以有涂覆步骤和灼烧步骤。

<实施例>

本发明将以实际的实施例和比较例的具体的方式进行解释；然而，本发明并不限于下面的实施例。

<盘式制动器垫的制造方法的实施例/比较例>

如下表所示的用于摩擦材料的原材料组合物(实施例1～10：表1，比较例1～9：表2)通过罗地格混料机混合大约10分钟，将得到的混合物放置在预成形模具中通过35MPa压力加压一分钟以预成形。将该预成形产品和预清洁的、表面处理的以及在其上施加了粘合剂的钢支撑板放置在热成形金属模具中并在155℃的成形温度下加热并在40MPa的成形压力下加压5分钟，并在加热处理室中在200℃下进行加热处理(后固化)4小时，并涂覆、烘烤以及研磨来形成实施例和比较例中的用于汽车的制动器垫。

表1

表2

关于实施例和比较例的盘式制动器垫，测试并评估了粘着性、耐制动失效性、抗磨损性和可成形性。评估方法和评估结果如表3和表4所示。

表3

表4

根据表1和表2的结果，当粘合剂用量、芳烷基改性的酚醛树脂的含量、所混合的用作研磨材料的无机颗粒的莫氏硬度、平均颗粒直径和含量在本发明的范围内时，关于粘着性问题、耐制动失效性、抗磨损性和可成形性的高效的结果则会显现出来。

如上面所讨论的，本发明能够提供制动器垫，其能够有效地抑制粘着性问题并提供优秀的耐制动失效性、抗磨损性和可成形性。因此，本发明能够减小制动零部件的尺寸并用于提供更轻质量的零部件，这将提高车辆的燃油效率和操控性，从而提供高实用性的盘式制动器垫。

<附图标记的解释>

1、盘式制动器垫

2、支撑板

3、摩擦材料

Claims (4)

1.一种用于装备有铁质制动盘的盘式制动器的盘式制动器垫，其具有摩擦材料，所述摩擦材料包括：

(A)纤维基质材料；

(B)相对于总体摩擦材料的量为4.5～7.0重量％的粘合剂，该粘合剂包括相对于所述粘合剂量为至少50重量％的芳烷基改性的酚醛树脂；

(C)相对于总体摩擦材料的量为1～3重量％的无机颗粒作为研磨材料，所述无机颗粒具有6～8的莫氏硬度以及10～200μm的平均颗粒直径，以及

(D)磨损改良剂。

2.如权利要求1所述的盘式制动器垫，其中所述摩擦材料还包括20～30重量％的碱金属钛酸盐和/或碱土金属钛酸盐。

3.如权利要求1所述的盘式制动器垫，其中所述摩擦材料还包括3～30重量％的腰果壳油摩擦粉。

4.如权利要求2所述的盘式制动器垫，其中所述摩擦材料还包括3～30重量％的腰果壳油摩擦粉。

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