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1、10申请公布号CN102713334A43申请公布日20121003CN102713334ACN102713334A21申请号200980162762922申请日20091023F16D69/02200601F16D69/0020060171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2655572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摘要一种无石棉的摩擦材料，包括占一定范围的体积分数的至少一种粘合剂，纤维，润滑剂，研磨剂和钛酸盐，还包括有诸如填充剂的其他材料，该摩擦材料基本不含铜和石棉。85PC。
2、T申请进入国家阶段日2012060686PCT申请的申请数据PCT/US2009/0618142009102387PCT申请的公布数据WO2011/049575EN2011042851INTCL权利要求书2页说明书10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10页附图1页1/2页21一种用于刹车的摩擦材料，包括体积比约为1224的至少一种粘合剂；体积比为210的至少一种纤维；体积比小于5的至少一种润滑剂；体积比为1530的至少一种研磨剂；体积比为1024的至少一种钛酸盐；以及其特征在于，所述材料基本不含石棉和铜。2如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所。
3、述粘合剂基本由修饰的酚醛树脂组成。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，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。
4、，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复合物。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，所述研磨剂选自由矿物纤维，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，诸如硬棉，渣棉和石棉的合成矿物纤维，硅土，二氧化硅，沙子，碳化硅，氧化铁和氧化镁组成的组中。13如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由氧化锆和硅酸锆中。
5、的至少一种组成。14如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由氧化铁和氧化镁中的至少一种组成。15如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述研磨剂基本由矿物纤维和氧化铝中的至少一种组成。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括少于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括少于5的氧化镁。18如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述一种或多种研磨剂包括少于22权利要求书CN102713334A2/2页3的氧化镁。19如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含氧化镁。20如权利要求1所述的摩擦材料。
6、，其特征在于，进一步包含占所述材料体积约761的其他材料。21如权利要求20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，钙硅石，重晶石，硅酸钙，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以及各种摩擦灰尘组成的组中的至少一种。22如权利要求20所述的摩擦材料，其特征在于，基本由钙硅石，石灰，硫酸钡，石墨和摩擦灰尘的混合物组成。23如权利要求20所述的摩擦材料，其特征在于，基本由钙硅石，石灰，硫酸钡，石墨，橡胶和摩擦灰尘的混合物组成。24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，青铜和其他铜合金。25如权利要求1所述的摩擦材料，。
7、其特征在于，所述粘合剂是未经修饰的酚醛树脂。26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。27如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，该摩擦材料基本不含任何形式的铜。28一种用于刹车的摩擦材料，包括体积比约为1520的至少一种粘合剂；体积比为38的至少一种纤维；体积比为053的至少一种润滑剂；体积比为1725的至少一种研磨剂；体积比为1320的至少一种钛酸盐；以及其特征在于，所述材料基本不含石棉和铜。29如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含氧化镁。30如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，进一步包含占所述材料体积约2945的其他材料。
8、。31如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含有氧化镁。32如权利要求28所述的摩擦材料，其特征在于，所述材料基本不含钢纤维。33一种刹车片，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，铜和氧化镁的摩擦材料制成。权利要求书CN102713334A1/10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，更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传递性能。此外，铜具有其他很多。
9、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。发明内容0003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。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。
10、是不需要使用铜或铜合金。0004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1224的至少一种粘合剂，体积比为210的至少一种纤维，体积比小于5的至少一种润滑剂，体积比为1530的至少一种研磨剂，体积比为1024的至少一种钛酸盐，且该材料基本不含任何形式的铜。0005根据本发明的另一个方面，粘合剂包括一种或多种直的或修饰的酚醛树脂（STRAIGHTORMODIFIEDPHENOLICRESIN）系统的混合物，包括未经修饰的酚醛树脂。0006根据本发明的另一个方面，至少一种纤维选自由芳香族聚酰胺，聚丙烯腈（PAN）和纤维素纤维组成的组。该纤维可仅选自芳香族聚酰胺纤维族。0007根据本。
11、发明的又一个方面，至少一种润滑剂包括金属硫化物，有机润滑剂和金属润滑剂中的至少一种。该润滑剂可选自基本由硫化锡，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。该润滑剂可以是润滑剂的混合体，例如金属硫化物和三硫化锑的混合体。0008根据本发明的又一个方面，至少一种研磨剂主要包括硬质矿物纤维，氧化锆，锆石，硅酸锆，云母（MICA），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，诸如硬棉，渣棉和石棉的合成矿物纤维，硅土，二氧化硅，沙子，碳化硅，氧化铁和氧化镁中的至少一种。0009摩擦材料还包括平衡量的其他材料。该其他材料包括选自由石灰，氧化钙，滑石（TAL。
12、C），碳酸钙，硅酸钙，钙硅石，重晶石，诸如石墨和石油焦的炭，诸如粉末橡胶或回收橡说明书CN102713334A2/10页5胶碎屑的橡胶以及各种摩擦灰尘组成的组中的至少一种。上面列举的材料也可以组合使用，例如石灰，硫酸钡，石墨，钙硅石和摩擦灰尘的混合物。附图说明0010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0011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。具体实施方式0012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，至少一种钛酸盐，该摩擦材料基本不含铜，该铜包括黄铜和青铜。
13、。0013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通常被粘合或其他方式固定于背板30上。0014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铜或铜合金，但是在不牺牲所需特性的情况下获得成功似乎是不可能的。0015本发明的无石棉的摩擦材料包括至少一种粘合剂，该粘合剂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，环氧树脂和丁腈树脂。该粘合剂占总组成体积的约1224。该粘合剂的作用是在摩擦材料中作为基质将其他成分连接在一起。该粘合剂系统还可以包。
14、括两种或多种粘合剂的混合物，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。0016该至少一种纤维占总摩擦材料组成体积的约210。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109MM，其范围约在092MM126MM之间。PAN纤维的长度范围约在5075MM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。0017该。
15、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5或更少。可选的润滑剂材料包括金属硫化物，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。0018该至少一种研磨剂占总摩擦材料组成体积的约1530。该研磨剂通常可根据它们的摩氏硬度进行分类。可选的研磨剂的例子包括矿物纤维，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（MULLIT。
16、E），氧化铁，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），不同化学价的氧化铁，其他金属氧化物，合成矿物纤维（例如硬棉，渣棉和石棉），以及一些天然存在的矿物。具有很高的摩氏硬度值的硬质研磨剂的使用浓度应当较低，而具有较低的摩氏硬度值的温和研磨剂的使用浓度可以较高，以实现相同的所需摩擦水平。说明书CN102713334A3/10页60019该至少一种钛酸盐占总摩擦材料组成体积的约1024。钛酸盐提供了与石棉型的材料类似的高温稳定性。六钛酸（HEXATITANATE）和八钛酸（OCTATITANATE）形式的钛酸盐材料涂覆到转子表面形成均匀和一致的传递层。钛酸盐可包括例如钛酸钾。
17、，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。在这两类的钛酸盐中，优选六钛酸盐。0020该摩擦材料还可由有限量的氧化镁（MGO）形成，通常体积比小于10，优选为小于5，更优选为基本不含氧化镁。该摩擦材料还优选为基本不含钢纤维。0021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。该其他成分占总摩擦材料组成的约761。该其他成分通常为配方提供体积（BULK），降低成本，降低噪音并有利于在转子上涂覆均匀的传递层。合适的填充剂的例子包括石灰，氧化钙，重晶石，包括硫酸钡，石墨，石油焦，脱硫焦炭，硅酸钙，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。
18、，直的，修饰的或其他级别的摩擦灰尘）。0022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整数附近的数字。0023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。。
19、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113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料连接至背板。0024例子10025粘合剂18纤维5润滑剂1总研磨剂23钛酸盐16填充剂37铜和铜合金0总计1000026说明书CN102713334A4/10页7。
20、0027例子1的成分在标准翻滚搅拌器（TUMBLEMIXER）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。0028例子20029粘合剂12纤维5润滑剂1总研磨剂23钛酸盐16填充剂43铜和铜合金0总计1000030例子2的最终的摩擦组成显示出一些不良的负面特性。该摩擦片非常软，并且压缩率很高。为了达到可接受的材料密度所需的冲压压力基本是本研究中第二差的材料的两倍那么高。在300的测试条件下将材料连接至背板的能力低于标准水平。该摩擦片还在后烘烤操作中显示出材料从。
21、背板上滑落的趋势，这都说明粘合剂的含量太低，不足以为刹车片提供整体性。应该相信，粘合剂的体积比低于12将显著减低摩擦材料的压缩性和结合特性，因此应该将其保持在12或者以上。0031例子30032粘合剂24纤维5润滑剂1总研磨剂23钛酸盐16填充剂31铜和铜合金0说明书CN102713334A5/10页8总计1000033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。
22、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。0034例子40035粘合剂18纤维2润滑剂1总研磨剂23钛酸盐16填充剂40铜和铜合金0总计1000036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2，优。
23、选3或者更高体积的纤维以提供可接受的工作特性。0037例子50038粘合剂18纤维10润滑剂1总研磨剂23钛酸盐16说明书CN102713334A6/10页9填充剂32铜和铜合金0总计10000390040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10的纤维，更优选为占总组成体积的约38。0041例子60042粘合剂18纤维5润滑剂0总研磨剂23钛酸盐16填充剂38铜和铜合金0。
24、总计1000043在例子6中，润滑剂的水平被降低为0。即使不含有润滑剂，预成型和冲压加工也可以顺利进行。最终的刹车片同样具有可接受的摩擦水平和其他工作特性。0044例子70045粘合剂18纤维5润滑剂5总研磨剂23钛酸盐16填充剂33说明书CN102713334A7/10页10铜和铜合金0总计1000046在例子7中，润滑剂的量增大到5的体积比。该片的压缩率在所有的测试例子中排名第二低，这就表明高水平的润滑剂反向影响压缩性。该摩擦材料中的润滑剂的体积比应该低于最终组成的5，更优选为低于总摩擦材料组成体积的4。0047例子80048粘合剂18纤维5润滑剂1总研磨剂15钛酸盐16填充剂45铜和铜合。
25、金0总计1000049例子8的摩擦材料具有相对较低的研磨剂材料水平。该材料无论在预成型还是冲压固化阶段都非常容易加工。摩擦工作特性在此时最低限度地可被接受，建议降低研磨剂水平以进一步反向影响配方的摩擦性能。该材料在所有的测试样品中具有第二低的摩擦系数，仅比例子3中的摩擦材料稍好一些。但是，在这个较低的水平上，研磨剂可以选择那些高摩氏硬度的研磨剂以提高摩擦至可接受的水平，但是最硬的研磨剂可能使转子表面在应用中被刮伤。因此，应该认为，研磨剂的总量应该至少高于总组成体积的15。0050例子90051粘合剂18纤维5润滑剂1总研磨剂30钛酸盐16填充剂30说明书CN102713334A108/10页1。
26、1铜和铜合金0总计1000052例子9的摩擦材料的研磨剂材料水平提高至30。预成型和加工特性良好。该片磨损和转子磨损在测试的例子中为第二高。可以在更高的水平上使用温和的研磨剂以减少这些消极的影响，但是依然存在使用高体积分数的摩擦材料的高成本的劣势。据此，优选摩擦材料具有约30或更少的研磨剂以最小化磨损性能和成本，即使该摩擦材料可能具有其他可接受的工作和加工特性。0053例子100054粘合剂18纤维5润滑剂1总研磨剂23钛酸盐10填充剂43铜和铜合金0总计1000055例子10的摩擦材料在所有的例子中具有最低水平的肽酸盐材料。该材料在所有方面的加工和预成型均表现良好。但是，这种材料在一次测试中。
27、的摩擦力水平变化是最高的。这种配方在各种测试条件下最高的摩擦系数和最低的摩擦系数之间的差值是022，而最佳的候选材料（例子11）的摩擦系数的范围仅为008。因此钛酸盐材料在体积比为10或更小的时候不能作为摩擦稳定剂工作。0056例子110057粘合剂18纤维5润滑剂1总研磨剂23钛酸盐24说明书CN102713334A119/10页12填充剂29铜和铜合金0总计1000058例子11的摩擦材料在所有的例子中具有最高水平的钛酸盐材料。该材料在所有方面的加工和预成型均表现良好。这种材料在一次测试中的摩擦水平变化是最低的，为008。使用高水平钛酸盐的不利因素是价格昂贵。因此，有利的是在商业化基础上使。
28、用体积比为24或者更低的钛酸盐以实现本发明所概述的性能目标。0059例子120060粘合剂24纤维10润滑剂5总研磨剂30钛酸盐24填充剂7铜和铜合金0总计1000061例子12的摩擦材料是特殊的，因为材料中所有组分的水平都很高。粘合剂占24，纤维占10，润滑剂占5，研磨剂占30，钛酸盐占24。这使得填充材料（配方中其余的化学成分）只有7。该材料在所有测试的材料中的加工和性能最差。材料的体积比例子5高，混合的体积需要降低至能够成功地加工该材料。该材料具有极低的压缩率并且在300的结合测试中基本无法停留在背板上。该片磨损和转子磨损极高，片和定子的总重量损失高达最佳候选样品的3倍以上。该材料还在性。
29、能测试后滑落。应该认为，当其他成分很低的时候，该材料无法最终形成好的摩擦材料。次最低水平的填充剂材料就是例子11，其中使用了29的填充剂材料。例子11的配方总体表现良好，介于729之间的中等水平依然能够达到可接受的性能。0062例子130063粘合剂12纤维2说明书CN102713334A1210/10页13润滑剂0总研磨剂15钛酸盐10填充剂61铜和铜合金0总计1000064例子13的摩擦材料是例子12的相反例，在例子13中所研究的所有成分的水平最低，而其他材料的水平最高。本例的材料的成本在所有的配方中是最低的，因为填充材料通常与配方中的其他成分相比都要便宜。该材料相当容易加工，摩擦特性中等。
30、。但是，该刹车片非常软，具有高的压缩率值。而且，摩擦材料结合到背板上的结合强度很差。摩擦系数的范围是第二高的，因为这种配方还具有在所描述的例子中最低水平的钛酸盐。应该认为，在维持填充剂材料在高水平的条件下，最终不可能通过选择正确的研磨剂，正确的钛酸盐，最好的纤维和正确的粘合剂系统来克服所有这些消极的作用。因此，摩擦配方中的其他成分最好低于61，更优选为低于45。0065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CN102713334A131/1页14FIG1说明书附图CN102713334A14。