用于不锈钢盘的制动摩擦材料发明领域
本发明涉及用于不锈钢盘的制动摩擦材料。用于不锈钢制动器的
制动摩擦材料可以是不包括石棉的非石棉型有机摩擦材料，并可以提
高不锈钢制动盘的制动特性和耐磨性。
背景技术
通常，车辆制动系统是用于降低车速、使车辆停止或停靠的装置。
制动盘和制动摩擦材料是通过摩擦将车辆动能变成热能而进行制动功
能的重要部件。
制动盘大多数由耐热性、耐磨性优异的灰口铸铁制成。制动摩擦
材料可以通过将大约20种原材料混合制造，以具有高的静态摩擦系数
和稳定的动态摩擦系数。这些原材料根据其作用分成增强纤维、摩擦
材料、润滑剂、填料等。
作为常规摩擦材料的主要成分，由于其成本低、热稳定性优异、
强度高并且分散性优异，通常使用石棉。但是，当人们吸入石棉尘时，
石棉成分在肺中累积，可以导致破坏肺组织的石棉肺，从而威胁工人
健康。
此外，含有石棉的摩擦材料的摩擦性能在高温下容易降低，从而
容易磨损。此外，石棉尘释放到大气中，从而导致空气污染。
因此美国环保署(the United States Environmental Protection
Agency)已经在1980年代后期禁止使用石棉纤维，因此，对石棉纤维
替代品的研究得以积极进行。结果，开发出例如陶瓷纤维、有机纤维、
玻璃纤维等的增强纤维。
例如，制动摩擦材料中使用的增强纤维泛泛地分成含有铁纤维以
增强基质的低钢摩擦材料和含有基于有机芳纶(aramid)的纤维来代替
铁纤维的非钢摩擦材料。
最近，为了提高车辆和各种工业机器的制动特性，已经使用非石
棉有机材料(NAO)——非钢摩擦材料之一作为摩擦材料的原材料。
具体地，NAO已经应用于车辆制动系统中安装的筒体内衬、制动片等。
但是，当在潮湿环境中例如在拉丁美洲使用由灰口铸铁制成的制
动盘时，摩擦表面被腐蚀，因此，制动特性和耐磨性降低。
最近，为了解决这些问题，由具有优异耐腐蚀性的不锈钢材料制
成制动盘。但是，当使用用于制动盘的由灰口铸铁制成的常规摩擦材
料时，在制动特性和耐磨性方面存在问题。
提供以上公开的背景技术以有助于理解本发明，其不应理解成本
领域普通技术人员知晓的常规技术。
发明内容
在优选的方面，鉴于上述问题做出本发明，因此，本发明提供用
于不锈钢盘的制动摩擦材料。具体地，用于不锈钢盘的制动摩擦材料
可以为不锈钢制动盘提供优异的制动特性和耐磨性。
在本发明的一方面，用于不锈钢盘的制动摩擦材料可以是非石棉
型的有机摩擦材料。制动摩擦材料组合物可以包括：纤维基底(fiber
base)、粘合剂、填料和摩擦改性剂。优选地，基于制动摩擦材料组合
物的总体积，摩擦改性剂可以大约10-22vol％的量存在。而且，摩擦
改性剂可以包括氧化锆(ZrO2)、氧化铁(FeO)、石墨(C)、锡(Sn)
粉和氧化铝(Al2O3)。
摩擦改性剂可以包括大约5.0-9.0vol％量的氧化锆、大约2.0-5.0
vol％量的氧化铁、大约2.0-5.0vol％量的石墨、大约0.5-2.0vol％量的
锡粉和大约0.5-2.0vol％量的氧化铝，所有vol％均基于制动摩擦材料组
合物的总体积。
而且，摩擦改性剂可以由本文所述的组分组成、主要由其组成或
基本上由其组成。例如，摩擦改进剂可以由以下组分组成、主要由其
组成或者基本上由其组成，所述组分为：大约5.0-9.0vol％量的氧化锆、
大约2.0-5.0vol％量的氧化铁、大约2.0-5.0vol％量的石墨、大约0.5-2.0
vol％量的锡粉和大约0.5-2.0vol％量的氧化铝，所有vol％均基于制动
摩擦材料组合物的总体积。
在制动改性剂中，氧化铁与石墨可以相同的体积比混合。
在制动改性剂中，氧化铝与锡粉可以相同的体积比混合。
纤维基底可以是包括芳纶浆粕(aramid pulp)、玻璃纤维和钛酸钾
纤维的混合纤维，并且可以基于制动摩擦材料组合物的总体积大约
20.0-28.0vol％的量包括。
再进一步提供可以包括本文所述的制动摩擦材料组合物的车辆部
件。示例性的车辆部件可以包括制动盘。
以下公开本发明的其他方面。
附图说明
结合附图从以下详述中可以更清楚地理解本发明的上述和其他目
的、特征和其他优势，在附图中：
图1说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘、不
锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明示例性实施方式的用于不锈
钢盘的制动摩擦材料的摩擦系数进行比较以对制动特性和耐磨性进行
比较的第一效能方面的图；
图2说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘、不
锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明示例性实施方式的用于不锈
钢盘的制动摩擦材料的摩擦系数进行比较以对制动特性和耐磨性进行
比较的第二效能方面的图；
图3说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘、不
锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明示例性实施方式的用于不锈
钢盘的制动摩擦材料的摩擦系数进行比较以对制动特性和耐磨性进行
比较的第一制动失效(fade)和恢复方面的图；
图4说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘、不
锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明示例性实施方式的用于不锈
钢盘的制动摩擦材料的摩擦系数进行比较以对制动特性和耐磨性进行
比较的第二制动失效和恢复方面的图；
图5说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘、不
锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明示例性实施方式的用于不锈
钢盘的制动摩擦材料的摩擦系数进行比较以对制动特性和耐磨性进行
比较的第三效能方面的图；
图6A说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘和
常规摩擦材料进行制动特性和耐磨性评价之后灰口铸铁制动盘的图；
图6B说明了使用测力计根据JASO C406 P1对灰口铸铁制动盘和
常规摩擦材料进行制动特性和耐磨性评价之后常规摩擦材料的图；
图7A说明了使用测力计根据JASO C406 P1评价不锈钢制动盘和
常规摩擦材料的制动特性和耐磨性之后不锈钢制动盘的图；
图7B说明了使用测力计根据JASO C406 P1评价不锈钢制动盘和
常规摩擦材料的制动特性和耐磨性之后常规摩擦材料的图；
图8A说明了使用测力计根据JASO C406 P1评价不锈钢制动盘和
根据本发明示例性实施方式的用于不锈钢盘的制动摩擦材料的制动特
性和耐磨性之后示例性不锈钢制动盘的图；
图8B说明了使用测力计根据JASO C406 P1评价不锈钢制动盘和
制动摩擦材料的制动特性和耐磨性之后根据本发明示例性实施方式的
用于不锈钢盘的制动摩擦材料的图。
具体实施方式
本文所用的术语仅仅是出于描述具体实施方式的目的，而并无意
于对发明加以限定。如本文所用，除非上下文明确另外指出，单数形
式的“一”、“一个”和“该种”意在也包括复数形式。应进一步理解
到，当用于本说明书时，术语“包括”和/或“包括有”说明存在有所
述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或成分，但并不排除存在或添
加一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元素、成分和/或其组
合。
除非明确说明或从上下文很明显，如本文所用，术语“大约”理
解成在本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准差内。“大
约”可以理解成在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、
3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外由上下文很
明显，本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
应当理解到，本文所用的术语“车辆”、“车用”或其它类似术语
包括通常的机动车辆，例如载客车辆，包括运动型多功能车(SUV)、
公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，
航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力
电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆，例如，源自石油以外的
资源的燃料。如本文所用，混合动力车辆是具有两种或更多种动力来
源的车辆，例如，汽油动力和电动力的车辆。
现将详细参考本发明的优选实施方式，其实例在附图中显示。只
要可能，附图中将通篇使用相同的参考数字指相同或类似的部件。
根据本发明各种示例性实施方式的用于不锈钢盘的制动摩擦材料
可以是非石棉型的有机摩擦材料。制动摩擦材料可以包括纤维基底、
粘合剂、填料和摩擦改进剂，以为由不锈钢制成的不锈钢制动盘提供
优异的制动特性和耐磨性。
纤维基底可以是混合纤维，其中将主要成分的芳纶浆粕、玻璃纤
维、钛酸钾纤维等混合。芳纶纤维可以是代表性的加入到摩擦材料中
的有机增强纤维，可以提高预成型件的强度、摩擦系数稳定性和耐磨
性。
这样的纤维基底可以优选地以基于制动摩擦材料组合物的总体积
为大约20.0-28.0vol％的量包括。除非在本文中另外指出，在本文中体
积％或vol％是基于制动摩擦材料或其组合物的总体积。
当纤维基底以小于大约20.0vol％的量包括时，对粘合剂的增强作
用可以降低，因此，摩擦材料的强度可以降低。当纤维基底以大于大
约28vol％的量包括时，增强纤维不与粘合剂共有的其余部分会易于脱
离，因此耐磨性可以降低。因此，纤维基底的含量范围可以是大约20.0
vol％至大约28.0vol％。
本文使用的粘合剂不受具体限制，可以不加限制地使用任何通常
使用的粘合剂材料和公众知晓的粘合剂。例如，作为粘合剂，可以使
用酚醛树脂、蜜胺树脂、环氧树脂、橡胶及其混合物。
这些粘合剂可以将摩擦材料的组分结合，从而提高摩擦材料的强
度和热稳定性。
在本发明中，作为粘合剂，可以优选地使用大约15.0-19.0vol％量
的酚醛树脂和大约4.0-7.0vol％量的橡胶的混合物。由于粘合剂特别是
在高温操作时热降解时，会发生摩擦制动失效(fading)，可以使用增
加交联密度的酚醛树脂和橡胶的混合物作为粘合剂。
优选地，粘合剂可以大约19.0-26.0vol％的量包括。当粘合剂以小
于大约19.0vol％的量含有时，粘合力可以降低，因此摩擦材料的强度
可以降低，当粘合剂以大于大约26.0vol％的量含有时，未结合的粘合
剂可以使制动特性变差。因此，粘合剂含量的范围可以是大约19.0-26.0
vol％。
此外，根据本发明示例性实施方式的填料可以包括Cashew尘、硫
酸钡和氢氧化钙，但本发明并不限于此。此外，可以使用例如蜜胺尘、
粉状轮胎粉(pulverized tire powder)等的各种填料。
根据本发明示例性实施方式的摩擦改性剂可以包括氧化锆
(ZrO2)、氧化铁(FeO)、石墨(C)、锡(Sn)粉和氧化铝(Al2O3)，
并且基于摩擦材料组合物的总体积，摩擦改性剂可以大约10.0-22.0
vol％的量存在。
当摩擦改性剂以小于大约10.0vol％的量含有时，摩擦系数可以降
低，因此制动特性可以变差。当摩擦改进剂以大于大约22vol％的量存
在时，盘磨损量和扭矩幅度可以增加，从而导致噪音。因此，摩擦改
性剂的量的范围可以是大约10.0-22.0vol％。
优选地，根据本发明示例性实施方式的摩擦改性剂可以包括：大
约5.0-9.0vol％量的氧化锆、大约2.0-5.0vol％量的氧化铁、大约2.0-5.0
vol％量的石墨、大约0.5-2.0vol％量的锡粉和大约0.5-2.0vol％量的氧
化铝，所有vol％均基于摩擦材料组合物的总体积。
[表1]
表1显示了不同摩擦改性剂组合物中的摩擦系数和磨损量变化。
如本发明实施例1-3所示，可以看出，当摩擦改性剂各个组分均满
足上述范围时，可以得到优异的摩擦系数和磨损量。
同时，如比较例1-2所示，可以确认，当氧化锆以小于大约5.0vol％
的量包括时，摩擦系数可以降低，因此，制动力可以降低。当氧化锆
以大于大约9.0vol％的量包括时，磨损量可以增加，因此，不可以满足
耐磨性参考值。
因此，氧化锆的含量优选的范围可以是大约5.0vol％至大约9.0
vol％。
此外，如比较例3-4所示，可以确认，当氧化铁和石墨的含量小于
大约2.0vol％时，磨损量可以增加，因此，耐磨性可以降低，当含量大
于大约5.0vol％时，摩擦系数可以降低，因此，不可以满足制动特性的
参考值。
优选地，氧化铁和石墨可以相同的体积比含有。如比较例5-6所示，
当氧化铁和石墨的含量满足上述范围，但氧化铁和石墨不以相同的体
积比含有时，摩擦系数可以降低，或者磨损量可以增加，因此不可以
满足磨损量和制动特性的参考值。
此外，如比较例7-8所示，可以确认，当锡粉和氧化铝的总含量小
于大约1.0vol％时，摩擦系数可以降低，因此制动力可以降低，当总含
量大于大约4.0vol％时，磨损量可以增加，因此不可以满足耐磨性的参
考值。
优选地，锡粉和氧化铝可以相同的体积比含有。如比较例9-10所
示，当锡粉和氧化铝的含量满足上述范围、但锡粉和氧化铝不以相同
的体积比含有时，摩擦系数可以降低，或者磨损量可以增加，因此不
可以满足耐磨性和制动特性的参考值。
在本发明中，使用测力计根据JASO C406 P1对以下的制动特性和
耐磨性进行评价：通常的灰口铸铁制动盘、作为由STS420N1材料制
成热轧钢的厚度为6mm的不锈钢制动盘、常规摩擦材料和根据本发明
示例性实施方式的用于不锈钢盘的制动摩擦材料。结果示于图1-5中，
并总结于下表2中。
[表2]
如图1-5和表2所示，将不锈钢制动盘和通常的常规摩擦材料组合
时，与将灰口铸铁制动盘和通常的常规摩擦材料组合的情形相比较，
整体摩擦平均系数可以过量增加，每个部分的摩擦系数变化水平可以
最大，当在低速至高速进行操作时，摩擦系数可以降低，并且在表现
出高温特性(例如，制动失效(fade))的部分中摩擦系数过度降低。
但是，可以确认，将不锈钢制动盘和根据本发明示例性实施方式
的用于不锈钢盘的制动摩擦材料组合时，大多数问题得以解决，整体
摩擦平均系数可以与将灰口铸铁制动盘和通常的常规材料组合的情形
中相同，并且可以得到优异的制动特性。
图6A-8B说明了在对其制动特性和耐磨性进行评价之后的灰口铸
铁制动盘和常规摩擦材料，不锈钢制动盘和常规摩擦材料，以及不锈
钢制动盘和根据本发明示例性实施方式的用于不锈钢盘的制动摩擦材
料。
如图6A-8B所示，可以确认，与将灰口铸铁制动盘和常规摩擦材
料、或者不锈钢制动盘和常规摩擦材料组合时相比较，将根据本发明
示例性实施方式的用于不锈钢盘的制动摩擦材料和不锈钢制动盘组合
时，耐磨性可以大大提高。
如上所述，当根据本发明示例性实施方式获得用于不锈钢制动盘
的摩擦材料并将其应用于车辆时，可以大大提高盘的耐腐蚀性和制动
特性。
因此，本发明为不锈钢制动盘提供了优异的制动特性和耐磨性，
即使在潮湿环境中也可以大大提高车辆的安全性。
此外，在炎热、潮湿的环境中也可以大大提高制动装置的耐久性。
尽管已出于说明目的对本发明的各示例性实施方式加以说明，本
领域技术人员将会认识到，可以在不偏离所附权利要求中公开的本发
明范围和精神的前提下进行各种修改、添加和替代。