專利名稱：無石棉摩擦部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于各種車輛和工業機器中使用的盤式制動器的無石棉摩擦部件。
相關技術摩擦材料通過混合和熱壓成形各種粒狀的、粉狀的和纖維狀的原料來制備。但是，隨著為了防止公共污染使用無石棉摩擦部件的趨勢，可用的配料成為限制，以及粉狀的原料更多地用作無石棉摩擦部件中的無機填料。由此，就摩擦部件的特性而論，硬度趨于被增加，以及孔隙度趨于被減小。然后，至于摩擦性能，初始摩擦系數趨于被降低，由于它取決于硬度，而高速效果和衰退性能也趨于被降低，由于它們取決于孔隙率。此外，趨于產生噪聲。
此外，在車輛盤式制動器中，通常要求減小包括系統的制動器的尺寸，以便減小未裝彈簧的負載，以便改進燃料成本和操縱性能。為了減小制動器的尺寸，必須提高制動器的力量級別(摩擦部件的有效級別)。但是，如果增加制動器的力量級別(摩擦部件的有效級別)，那么研磨性能將增加，以致易于降低嘯聲(squeal)和顫抖性能。因此，同時獲得高有效級別和具有優異的嘯聲和顫抖性能的商業價值是困難的。作為一個對策，盡管橡膠型原料的摻入可以提供改進的效果，但是該摻入降低摩擦材料的抗熱性，這導致高速條件和/或高溫條件下的效果和抗衰退性能退化。
為了改進上述缺點和提供一種具有優良的嘯聲性能的摩擦部件，JP-A-05-331452和JP-A-07-292348公開了雙層結構的無石棉摩擦部件，其中摩擦材料成分的至少一種是不同的或在平行于摩擦面的層中摩擦材料成分的接觸比率互相不同，以及在與后板(壓板)接觸的側面上添加橡膠粉。但是，由于在JP-A-05-331452和JP-A-07-292348的每個中單獨添加橡膠，考慮到強度，橡膠的添加量和顆粒尺寸被限制。
亦即，由于隨著使用無石棉摩擦材料用于車輛的趨勢，使用無機填料的比率增加，獲得具有希望性能如摩擦性能的摩擦部件變得困難。盡管在盤式制動器和鼓式制動器中常常使用無石棉摩擦部件，但是使用無石棉摩擦部件的制動器可能在制動器工作過程中產生所謂的嘯聲的不舒服聲音。
考慮到在制動器工作過程中的嘯聲主要由摩擦部件和圓盤轉子或鼓之間的摩擦振動產生。為了阻止嘯聲，已經設計了一種復合的摩擦部件，其中優選振動特性的成分被布置到摩擦部件的一部分，或通過設計摩擦部件的表面中的硬度分布，摩擦部件具有引起較少摩擦振動的硬度分布。但是，它們涉及生產成本較高的問題等。

發明內容
本發明的一個或多個實施例提供一種具有克服嘯聲和不舒服聲音的良好性能的無石棉摩擦部件，不損壞摩擦部件的性能，如摩耗性能和不增加制造成本。
根據本發明的一個或多個實施例，一種無石棉摩擦部件設有包括熱固性樹脂粘合劑、強化纖維以及摩擦調節劑的摩擦材料；以及壓板，其中摩擦材料與該壓板整體地形成。該摩擦材料包括摩擦表面側面上的第一層摩擦材料和壓板側面上的第二層摩擦材料。在第二層摩擦材料中混合至少包括彈性體和交聯劑的預混合物。
此外，該預混合物可以包括纖維。
此外，該預混合物可以包括10至97體積％的彈性體。
此外，第二層摩擦材料可以包括2至60體積％的預混合物。
此外，“預混合物”意味著其中至少包含彈性體、纖維和交聯劑的原料被預先混合為操縱的狀態如單個材料。
由于在與壓板接觸的摩擦材料一側使用包含預混合物的第二層摩擦材料，因此可以增加摩擦材料的柔韌性，而不改變摩擦材料的性能，以及可以獲得一種對于嘯聲和不舒服聲音具有良好性能的無石棉摩擦部件。盡管當橡膠被單獨使用時，橡膠的添加量和顆粒尺寸被限制，但是通過配制它為預混合物增加添加量和顆粒尺寸的自由度。
從下面的描述和所附的權利要求將明白本發明的其他方面和優點。


圖1示出了摩擦部件(制動墊)的層結構(截面)的示意性視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖描述本發明的示例性實施例。
圖1示出了根據本發明的示例性實施例的無石棉摩擦部件的例子的側面前視圖。下面將描述應用無石棉摩擦部件1的情況中的例子，其中在壓板2上形成摩擦材料3。摩擦材料3具有在摩擦表面的側面上形成的第一層摩擦材料4和在壓板2的側面上形成的第二層摩擦材料5。
通常，通過混合和攪動用于摩擦材料原材料的每個步驟，制造制動器中使用的摩擦材料，在常溫下預加工、熱壓成形、熱處理以及精加工如拋光。
首先，盤式制動器的摩擦墊被顯示為無石棉摩擦部件1的例子，以及每個步驟將被描述。圖1是摩擦部件1的剖面圖，其中通過粘合劑(未示出)，由熱壓成形將摩擦材料3集成到壓板2。壓板的處理主要包括金屬片擠壓、除脂處理以及壓板預熱的步驟。在金屬片擠壓步驟中，預先選擇的壓板材料通過擠壓等等形成為預定形狀的壓板。在除脂步驟中，通過使用去污劑除去在擠壓過程中沉積到壓板的油類和脂肪。
摩擦材料3的預加工主要包括測量、混合、攪拌以及原材料的預加工的步驟。每個步驟可以根據現有的摩擦材料制造技術來進行。例如，通過以預定比率混合強化纖維如耐熱的有機纖維、無機纖維或金屬纖維、粉末材料如無機填料、摩擦調節劑、固體潤滑劑以及熱固性樹脂粘合劑以及通過混合和攪拌使這些材料充分地均勻制備初始材料。
然后，在模制模具(die)中填充該初始材料，以及在約10至100MPa的表面壓力的壓力下，在常溫下預加工，以制備預加工的產品。如上所述處理的壓板和摩擦材料的預先模制的產品被傳送到熱壓成形步驟。在熱壓成形步驟中，在壓力中，預先加熱的壓板處于第一位置，在其上放置預先模制的產品，然后將它們熱壓成形。
在熱壓成形步驟中，通過熱反應硬化粘合劑，以便整個摩擦材料被穩固地鍵合和結合，以便提供強度和硬度。因此，通過適當的熱壓成形步驟決定摩擦材料的性能。此外，加熱(固化之后)條件也影響摩擦材料的質量。通常用于摩擦材料的粘合劑是酚醛清漆(novo1ac)型酚醛樹脂(包括各種改進類型)，以及六亞甲基四胺等被添加和混合作為硬化劑。此外，還使用甲階酚醛樹脂型酚醛樹脂。
由于用于車輛盤式制動片、鼓式制動片等等的摩擦材料，將動能轉變為熱能，它們一直發熱，從而升高溫度。由此，對于該摩擦材料，不僅需要抗熱性和耐磨性，而且還需要即使在溫度變化下也較少改變摩擦系數的穩定摩擦特性。此外，還需要不產生噪音(嘯聲)，且由此不產生顫抖，以及摩擦材料需要的通用性能。
用于本發明的實施例中使用的摩擦材料的原材料是纖維成份等如通常使用的基底、粘合劑、摩擦調節劑等，這些材料是無石棉型原材料。
摩擦材料被整體地鍵合到壓板并用于盤式制動片等。迄今為止通常通過粘結進行鍵合，為此，使用熱固性樹脂膠如酚醛樹脂或環氧樹脂或可交聯的橡膠粘合劑。通過在壓力下模制通常與摩擦材料同時進行粘結，以及與壓板一起加熱粉末摩擦材料或預加工的摩擦材料。
作為用于摩擦材料的基底的纖維成份包括金屬纖維如鋼纖維、銅纖維和玻璃纖維、有機纖維如芬芳聚酰胺纖維(芳族聚酰胺漿料(aramidpulp)等等；由杜邦公司制造的民用產品，商品名為KEVLAR等)、丙烯酸纖維、纖維素纖維以及耐火的丙烯酸系纖維以及無石棉型無機纖維如鈦酸鉀纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維、碳纖維以及礦毛絕緣纖維。它們可以單獨使用或它們的兩個或更多可以結合使用。
該粘合劑包括，例如，熱固性樹脂如酚醛樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂或其改進的樹酯。
摩擦調節劑包括，例如，有機灰塵如漆酚灰塵(cashew dust)、橡膠灰塵和三聚氰胺灰塵；填料如碳酸鈣、硫酸鋇、氫氧化鈣和云母；研磨劑，例如，金屬氧化物如氧化鎂、氧化鋁以及氧化鋯；金屬粉末如鋁粉、銅粉以及鋅粉，以及潤滑劑如石墨和硫化鉬、選自它們的適當組合的一種或兩種或更多可以被用作填料。
本發明的實施例中使用的預混合物的構成材料是彈性體和交聯劑，以及，進一步可以包含纖維，用于摩擦材料的普通成份可以被分別地使用。
作為預混合物，使用包括硅酮橡膠、丁基橡膠、氯丁基橡膠、NBR橡膠，或烯烴(olefin)、氯乙烯、苯乙烯或聚酯型彈性體作為基體，和諸如鋼纖維、芳族聚酸胺纖維、纖維素纖維以及丙烯酸纖維、石墨、硫磺以及交聯劑的纖維，并通過使用攪拌機如揉搓機或密閉式混和機制備。在使用芳族聚酸胺纖維的情況下，具有1至50μm的平均直徑和約0.5至5mm的平均長度的材料是適合的。作為交聯劑，使用通過反應為彈性體提供交聯結構的那些物質，以及在橡膠的情況下，使用硫化促進劑。作為硫化促進劑，可以使用諸如噻唑型MBK、MBTS、ZmMBT、秋蘭姆型TMTM、TMTD、TETD(縮寫)的那些化合物。使用基于整個部分10至97體積％的含量，優選，20至50mol％，彈性體，例如橡膠作為基體。纖維的含量是基于整個部分1至90體積％，優選，3至70體積％。硫化促進劑的含量是基于整個部分的0.1至10體積％，優選，0.5至5體積％。本發明的實施例中的預混合物的平均粒徑在0.1至8mm的范圍內，優選，0.5至4mm。
本發明的實施例的摩擦材料包含熱固性樹脂粘合劑、強化纖維以及摩擦調節劑，以及包括在摩擦表面一側上的第一層摩擦材料以及在壓板一側上的第二層摩擦材料。第二層摩擦材料至少包括粘合劑、填料、纖維和預混合物。例如，優選使用諸如酚醛樹脂、碳酸鈣、硫酸鋇、蛭石以及硬硅鈣石(氫氧化鈣)的化合物。此外，對于第二層摩擦材料，使用2至60體積％的預混合物(彈性體、纖維、石墨等的復合材料)，優選，10至40體積％。第二層摩擦材料的厚度優選在1至6mm的范圍內。
此外，本發明實施例的摩擦材料中的低鋼摩擦材料的混合成份包括酚醛樹脂、鋼纖維、芳族聚酸胺纖維、纖維素纖維、碳酸鈣、硫酸鋇、云母、金屬粉末、硫化物、石墨、有機灰塵、氧化鋁、氧化鎂、礦物以及鐵氧化物。
在本發明的實施例中，作為如上所述的摩擦調節劑，優選結合使用二硫化鉬顆粒、碳顆粒以及硅石、氧化鋁、云母等等的無機粉末。對于摩擦調節劑顆粒，二硫化鉬優選5至20μm的平均粒徑，對于氧化鋁顆粒0.1至10μm的平均粒徑，以及對于碳顆粒10至50μm的平均粒徑。
盡管已經描述了根據本發明的示例性實施例用于無石棉摩擦部件的制造步驟的概要，其中壓板通過金屬片擠壓形成為預定形狀，應用除脂處理和底漆(primer)處理，然后用和現有方法相同的方法涂有粘合劑，以及充分混合原材料，包括強化纖維如耐熱的有機纖維或金屬纖維、有機或無機填料、摩擦調節劑和熱固性樹脂粘合劑，或者在熱壓成形步驟中，在預定溫度和壓力下，在熱壓成形模具中熱成形通過混合上述原材料并在預設壓力下、常溫模制(預加工)它們而制備的預加工產品，以整體地固定兩個部件，在固化之后應用和最后應用精加工處理。
通過例子具體地描述了本發明，但是本發明的范圍不局限于該例子。
<例1至6>
表1示出了用于本發明的摩擦材料中的第二層摩擦材料的預混合物的9種類型的混合配方。具體地，氯丁基橡膠、硅酮橡膠、NBR橡膠、鋼纖維、芳族聚酸胺纖維、纖維素纖維、碳酸鈣、硫酸鋇以及硫化促進劑(MBTS)，同時通過揉搓機在受熱的情況下攪拌改變不同地比率，以及制成為約1至3mm的非晶形顆粒。
表1預混合物的混合例子(體積％)

表2示出了本發明的摩擦材料的混合制備和摩擦材料的測試結果。摩擦材料是無石棉摩擦材料，包括粘合劑(酚醛樹脂)、填料(碳酸鈣，硫酸鋇等)、潤滑劑(石墨，等)、研磨劑(金屬氧化物等)、有機纖維(芳族聚酸胺纖維等)、金屬纖維(鋼纖維等)以及金屬。另一方面，對于第二層摩擦材料的混合成份，在表2中描述的數值比率下混合粘合劑(酚醛樹脂)、填料(碳酸鈣)、硫酸鋇等，芳族聚酸胺纖維以及預混合物。作為預混合物，表1中的混合例子3用于例子1至5，以及混合例子9用于例子6。
表2混合例子(使用的預混合料#3)(體積％)

低鋼摩擦材料(體積％)酚醛樹脂 20碳酸鈣 10硫酸鋇 10漆酚灰塵5石墨20氧化鋁 5酰胺纖維5鋼纖維 20銅 5
**打算的剪切強度約19.6kN或以上***壓縮變形(AK-標準對應于液壓的位移量160bar)A好B僅僅滿足該目的C差(制動片的制備)在將根據表2描述的配方制備的第二層摩擦材料的混合物填充至模制模具的下部之后，在其上填充第一層摩擦材料的混合物，預加工它們，然后應用熱處理，以制備制動片。在100至170℃的溫度下，在熱處理的條件下進行熱壓成形，在20至80MPa的壓力下，1至10分鐘的時間。然后，在200至400℃溫度下應用熱處理，20至200分鐘的時間。在摩擦材料中，第一層摩擦材料的厚度是10mn以及第二層摩擦材料的厚度是2mm。
在表2中還示出了因此制備的9種類型的制動片的摩擦性能和物理性能。根據歐洲標準測量摩擦性能和物理性能值AK-標準(對應于液壓的位移量160bar)。從表2的結果，第二層摩擦材料中的預混合物的含量適當地為30至40體積％，鑒于共享強度、壓縮變形和摩擦特性的平衡。對于壓縮變形，它約為120至180μm，同時還取決于卡鉗剛性的效果等。
比較例1第二層中不包含預混合物的情況，盡管效果是好的，但是噪聲不好。
比較例2通過第一層中包含20％預混合物成份的情況，盡管噪聲是好的，但是由于預混合物中包含的橡膠的效果降低抗衰減性能。
如上所述，根據本發明的實施例的摩擦部件對于用于汽車、鐵路和工業機器的制動片、離合器盤片、制動片等等是有用的。
所屬領域的技術人員應當明白在不脫離本發明的精神或范圍的條件下，可以對本發明的優選實施例進行各種改進和改變。因此，本發明打算覆蓋與附加權利要求和它們的等效權利的范圍一致的本發明的所有改進和改變。
權利要求
1.一種無石棉摩擦部件，包括包括熱固性樹脂粘合劑、強化纖維以及摩擦調節劑的摩擦材料；以及壓板，其中摩擦材料與該壓板整體地形成，其中該摩擦材料包括摩擦表面的側面上的第一層摩擦材料和壓板的側面上的第二層摩擦材料，以及在第二層摩擦材料中混合至少包括彈性體和交聯劑的預混合物。
2.根據權利要求1的無石棉摩擦部件，其中該預混合物包括纖維
3.根據權利要求1的無石棉摩擦部件，其中該預混合物包括10至97體積％的彈性體。
4.根據權利要求1的無石棉摩擦材料，其中第二層摩擦材料包括2至60體積％的所述預混合物。
全文摘要
一種摩擦材料包含熱固性樹脂粘合劑、強化纖維以及與壓板整體地形成的摩擦調節劑。該摩擦材料具有摩擦側上的第一層摩擦材料和壓板側上的第二層摩擦材料。該預混合物包含在第二層摩擦材料中混合彈性體和交聯劑。預混合料優選包含纖維，以及該預混合料優選包含與此混合的10至97體積％的彈性體。
文檔編號C09K3/14GK1982739SQ20061014856
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月14日 優先權日2005年11月14日
發明者渡邊晃, 中島修 申請人:曙制動器工業株式會社