CN103827538A - 摩擦材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同时具有优异的耐失效和高机械强度的不含铜和元素铜的NAO摩擦材料的制造方法。该方法包含将摩擦材料原料配料加入到搅拌器中进行混合，得到原料摩擦材料原料混合物的混合步骤；将原材料混合物加入到密封式捏合机中，在捏合槽内保持热固性树脂的熔融温度以上但低于固化温度的温度和设定的压力的同时对摩擦材料原料进行捏合，得到摩擦材原料混合物的捏合步骤；将捏合后的摩擦材料原料进行整粒，得到摩擦材料原料整粒颗粒的整粒步骤；以及将摩擦材料原料整粒颗粒加入到成型模具中，在加压装置下热压成型得到成型摩擦材料的热压成型步骤。

Description

摩擦材料的制造方法

技术领域

本发明涉及用于汽车(如客车和卡车)的盘式制动器垫和鼓式制动器蹄上的摩擦材料的制造方法。

背景技术

制动装置例如盘式制动器和鼓式制动器使用了摩擦部件，如将摩擦材料固定至金属背板的盘式制动器垫和鼓式制动蹄。

通常，摩擦部件是通过多个制造步骤来制造的。基于图2来说明盘式制动器垫的传统制造方法的一个例子。

(1)混合步骤：通过搅拌器(例如loedige搅拌器和Eirich搅拌器)搅拌包括纤维基材、粘着剂(例如热固性树脂)、以及摩擦改良剂的摩擦材料原料，使其混合均匀以获得摩擦材料原料混合物。

(2)预成型步骤：将测量后的摩擦材料原料混合物填入预成型模具中，使用加压装置对摩擦材料原料混合物加压以获得预成型的摩擦材料。

(3)清洁和表面处理步骤：对固定摩擦材料的金属背板进行清洁和表面处理(例如防锈处理)。

(4)粘着剂涂布步骤：将粘着剂涂布在清洁和表面处理后的背板的待固定摩擦材料的表面上。

(5)热压成型步骤：将预成型的摩擦材料和涂布有粘着剂的背板相互叠加放置于热压成型模具中，通过热压机器进行热压成型以获得成型的摩擦材料，同时将摩擦材料固定在背板上。

(6)热处理步骤：在加热炉中加热成型的摩擦材料以完成包括于摩擦材料中的作为粘着剂的热固性树脂的固化。

(7)研磨步骤：使用装有磨石的研磨装置研磨摩擦材料的表面以形成摩擦面。

尽管在图2中没有说明，但是如有必要，在上述热压成型步骤之前，可以进行对摩擦材料原料混合物进行造粒的造粒步骤；在热压成型步骤之后对成型摩擦材料进行喷涂的喷涂步骤；喷涂步骤之后进行涂料的焙烧的涂料焙烧步骤；在摩擦面上形成狭缝或凹槽的狭缝凹槽形成步骤；以及使摩擦表面焦化的焦化步骤。

专利文献1(日本特开2002-53846)中，公开了在混合步骤中边搅拌边在软化粘着剂的温度下进行干式加热以降低粘着剂的添加量。

另一方面，摩擦材料可以被分为(1)半金属摩擦材料：包括相对于摩擦材料组合物总量的30重量%以上但小于60重量的钢纤维作为纤维基材；(2)低钢摩擦材料：包括相对于摩擦材料组合物总量小于30重量%的钢纤维作为部分纤维基材；(3)NAO(无石棉有机)摩擦材料：不包含钢类纤维，例如钢纤维、不锈钢纤维。

近年来，寻求产生较小制动噪音的摩擦材料，使用NAO摩擦材料的摩擦部件已经被广泛应用，其中所述NAO摩擦材料包含：不具有钢纤维和钢类纤维但具有有色金属纤维、有机纤维和无机纤维等的纤维基材；热固性树脂等的粘着剂；以及有机填料、无机填料、无机研磨料、润滑剂和金属颗粒等的摩擦改良剂。

NAO摩擦材料通常包括金属中具有高热传导性能的铜纤维或铜颗粒以提高耐失效性。失效现象是由于摩擦材料的温度和负荷不断增高时摩擦材料中包含的有机物分解产生的分解气体引起的，但在摩擦材料中添加热传导率高的铜时，摩擦材料自身的散热性提高，抑制了分解气体的产生。

但是，近年来由于环境问题的担忧，寻求不包含重金属铜的摩擦材料，积极地排除铜以及元素铜的趋势在世界范围内扩大。

专利文献2(日本特开2006-194441)中公开了摩擦材料中不含元素铜，包含钢纤维、铝、锌、锡或者前述金属材料任一的组合物的摩擦材料原料的制动元件。

专利文献3(US20100084232A)公开了一种制动用摩擦材料，基本上不包含铜和钛酸盐，但是包含15～24体积%的粘着剂、3～13体积%的纤维，6体积%以下的至少一种润滑剂和9～22体积%的至少一种磨料。

专利文献4(US20100084233A)公开了一种制动用摩擦材料，基本上不包含铜和石棉，但是包含12～24体积%的粘着剂、2～10体积%的纤维、5体积%以下的至少一种润滑剂、15～30体积%的至少一种磨料、以及10～24体积%的至少一种钛酸盐。

专利文献5(CN101823856A)公开了一种不含铜的摩擦材料，包括作为粘着剂的合计5～14重量%的丁腈橡胶改性的酚醛树脂和丁腈橡胶粉，作为纤维基材的20～45重量%的选自芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、氧化铝纤维的至少一种，作为金属化合物的10～40重量%的选自二硫化钼、氧化镁、硫化铁的至少一种，作为润滑剂的10～18重量%的石墨和云母的混合物，以及作为剩余部分的硫酸钡，摩擦粉尘和铝粉的混合物。

然而，在专利文献2～5中所述的改变摩擦材料的原料组成的方案没有获得足够的耐失效性并且不能得到足够的机械强度，从而易于在摩擦材料中产生裂纹。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2002-53846

专利文献2:日本特开2006-194441

专利文献3:US20100084232A

专利文献4:US20100084233A

专利文献5:CN101823856A

发明内容

发明欲解决的问题

鉴于上述情况，本发明涉及一种不含铜和元素铜的NAO摩擦材料的制造方法，该摩擦材料用于汽车制动装置如盘式制动器垫和鼓式制动蹄中的摩擦部件中，最终提供了一种同时具有优异的耐失效性和高机械强度的摩擦材料的制造方法。

解决问题的方法

对于不含铜和元素铜的NAO摩擦材料，为了提高耐失效性，需要提高由于除去铜而减少的摩擦材料的散热性。

通常，在摩擦材料内形成多个微小的气孔，且所述气孔发挥了绝热层的作用，降低了摩擦材料的散热性。

为了改善摩擦材料的散热性，必须制造具有较少的气孔，具有致密结构的摩擦材料。

发明人开研究了制造摩擦材料的方法，特别着重于在热压成型步骤之前摩擦材料原料混合物的调整方法。

于是，本发明人获得了本发明，发现在摩擦材料原料配料的混合步骤之后，摩擦材料的预成型材料的热压成型步骤之前，进行加热和加压的捏合步骤(以下称捏合步骤)和整粒步骤，捏合步骤是边将摩擦材料原料混合物加热、加压，边将摩擦材料原料致密地捏合；而整粒步骤是将从捏合步骤获得的捏合后的摩擦材料原料进行整粒，制造出了气孔少且具有致密结构的摩擦材料。

本发明涉及一种不含铜和元素铜的NAO摩擦材料的制造方法，提供了具有优异的耐失效和高机械强度的摩擦材料的制造方法。

(1)本发明包括至少包含纤维基材、由热固性树脂构成的粘着剂、摩擦改良剂的不含铜和元素铜的NAO(无石棉有机)摩擦材料的制造方法，该制造方法包括：将摩擦材料原料配料加入到搅拌器中进行混合，得到摩擦材料原料混合物的混合步骤；将原材料混合物加入到密封式捏合机中，该捏合机装有储存所述混合物的捏合槽、密封该捏合槽上部的压力盖、设置在捏合槽内部的一对转子以及控制捏合槽内部温度的温度控制装置，加热捏合槽至热固性树脂的熔融温度以上但低于固化温度的温度，同时对捏合槽内部加压，对摩擦材料原料进行捏合，得到摩擦材原料混合物的捏合步骤；将捏合后的摩擦材料原料进行整粒，得到摩擦材料原料整粒颗粒的整粒步骤；以及将摩擦材料原料整粒颗粒加入到成型用模具中，在加压装置下热压成型得到成型的摩擦料的热压成型步骤。

发明的效果

根据本发明的制造方法，能够得到具有优异的耐失效性和较高的机械强度的不含铜和元素铜的NAO摩擦材料。

附图说明

图1是表示本发明的摩擦材料的制造方法一个例子的图示，其显示的是作为摩擦部件的盘式制动器垫的制造方法。

图2是表示现有技术中摩擦材料的制造方法一个例子的图示，其显示的是作为摩擦部件的盘式制动器垫的制造方法。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[摩擦材料原料]

摩擦材料原料至少包括纤维基材、粘着剂和摩擦改良剂。以下将对摩擦材料原料进行详细说明。

(1)纤维基材

纤维基材可以是除了铜和铜合金以外的有色金属纤维；有机纤维，如芳纶纤维和丙烯酸纤维；和无机纤维，如碳纤维、陶瓷纤维、以及岩石棉；以及可以使用的前述的一种或两种以上的组合。为了确保足够的机械强度，纤维基材的含量优选为相对于整个摩擦材料重量的10重量%～40重量%，更优选15重量%～30重量%。

(2)粘着剂

粘着剂由热固性树脂制成，热固性树脂可以列举：酚醛树脂，环氧树脂，用诸如腰果油、硅油或各种弹性体对上述树脂改性的树脂，以及上述树脂中分散有诸如各种弹性体、氟聚合物的树脂，可以使用单独使用或者使用两种以上的组合。为了确保足够的机械强度和耐磨损性，粘着剂的含量优选为相对于摩擦材料总量的2重量%～10重量%，更优选为4重量%～7重量%。

(3)摩擦改良剂

摩擦改良剂可以是有机填料，如腰果粉尘、橡胶粉尘(轮胎胎面用橡胶粉碎粉末)、各种未硫化的橡胶颗粒、和各种硫化橡胶颗粒；无机填料，如硫酸钡、碳酸钙、氢氧化钙、蛭石和云母；磨料，如碳化硅、氧化铝(almina)和硅酸锆；润滑剂，如二硫化钼、硫化锡、硫化锌和硫化铁；以及除铜和铜合金之外的有色金属颗粒，上述材料可以单独使用或者两种以上组合使用。根据所期望的摩擦特性，摩擦改良剂的含量优选为相对于摩擦材料总量的40重量%～80重量%，更优选50重量%～70重量%。

在接下来的部分中，将参照图1，以作为摩擦部件的制动垫的制造方法作为本发明的摩擦材料的制造方法的一个例子进行说明。

(1)混合步骤

将上述摩擦材料原料以预定量配合的摩擦材料原料配料加入在搅拌器(如Loedige搅拌器和的Eirich搅拌器)中搅拌并混合至均匀分散。在混合步骤后的摩擦材料原料混合物呈粉末状态。

(2)捏合步骤

将通过上述混合步骤中得到的摩擦材料原料混合物加入在密闭式捏合机中，该捏合机装有储存所述混合物的捏合槽、密封该捏合槽的上部的压力盖、设置在捏合槽内的一对转子以及控制捏合槽内部温度的温度控制装置，加热捏合槽至热固性树脂的熔融温度以上，但低于固化温度，同时对捏合槽内部加压将摩擦材料原料进行捏合。捏合步骤后的原料的摩擦材料混合物为适当粘度的糊状物。

本发明与现有技术的摩擦材料的制造方法相比的显著差异是包含在预定的温度和压力下将已经均匀混合的摩擦材料原料混合物捏合并使其致密的捏合步骤。

使纤维基材和摩擦改良剂致密化不仅可以提高摩擦材料自身的散热性，同时赋予摩擦材料以优良的耐磨损性(机械强度)。

该捏合步骤将在下文中详细说明。

(2.1)捏合效果

在捏合步骤中，加热后摩擦材料原料混合物中的热固性树脂立即熔融，将纤维基材和摩擦改良剂与熔融制得的热固化树脂进行捏合的同时，对摩擦材料原料混合物施加足够的剪切力从而进行纤维基材和摩擦改良剂致密化。

(2.2)捏合温度和压力

捏合摩擦材料原料混合物时的温度和压力将在下文进行说明。

在捏合步骤中，如果热固性树脂的熔融时间过长，则捏合时间延长，纤维基材和摩擦改良剂过于致密化，从而导致摩擦材料的强度的降低。

此外，如果对摩擦材料原料施加的剪切力不够，纤维基材和摩擦改良剂的致密化不充分，从而导致耐失效性能不足。

为了避免上述问题，摩擦材料原料混合物加入到密闭式捏合机时捏合槽的温度设定为比热固性树脂的熔融温度低5℃～10℃，压力盖的压力优选设置为0.3MPa～1.0MPa。

符合上述温度和压力条件下对摩擦材料原料混合物进行捏合，可以实现纤维基材和摩擦改良剂的致密化，并且赋予摩擦材料以足够的耐失效性和机械强度。

在此，适合用于本发明的捏合步骤的密封型捏合机为诸如Moriyama Company Limited制的“wonder捏合机”系列。

(3)整粒步骤

通过在捏合步骤中获得的摩擦材料原料捏合物可能会留下原料块。在随后步骤中测量含量时，这些原料块可能会产生问题，因此，将原料摩擦材料捏合物加入到搅拌器(如Loedige搅拌器的Eirich搅拌器)中进行搅拌并混合，直到原料块消失。

整粒步骤在某些情况下可能不是必需的，可以跳过。

(4)热压成型步骤

测量通过整粒步骤中获得的摩擦材料原料整粒颗粒，并将其加入到热成型模具中，使用加压装置，在140～200℃的成型温度和20～80MPa成型压力下热压成型1～10分钟。

在制造的盘式制动器垫情形下，将已经清洁的、经表面处理的并且在其上涂有粘着剂的钢背板与摩擦材料原料整粒颗粒叠加放置于热压成型模具中进行热压成型。在制造鼓式制动器的制动衬的情形下，仅将摩擦材料原料整粒颗粒加入在热成型用模具中进行热压成型。

(5)热处理步骤

将成型的摩擦材料在180～250℃热处理炉中加热1～5小时，由此完成了包含在摩擦材料中的作为粘着剂的热固性树脂的固化。

(6)研磨步骤

用具有磨石的研磨机来研磨摩擦材料的表面，形成摩擦面。

(7)其它步骤

根据需要，进行涂漆步骤、涂漆焙烤步骤、狭缝凹槽形成步骤和焦化步骤。

实施例

在以下章节中，将对本发明的实施例进行具体说明。但本发明的范围并不限于本文所描述的实施例。

首先，对实施例1～5中的盘式制动器垫的制造方法进行说明。

(1)混合步骤

将表1中所示组成的摩擦材料原料配料搅拌5分钟，以获得摩擦材料的混合物。

表1

重量%

(2)捏合步骤–整粒步骤

根据表2中的条件，用Moriyama company Limited的Wander捏合机(WDS7-30，捏合容量：71)搅拌摩擦材料原料混合物，以获得捏合的摩擦材料原料。

随后将捏合的摩擦材料原料加入在Loedige搅拌器中，搅拌5分钟，得到在实施例1～5的摩擦材料原料整粒颗粒。

(3)热压成型步骤

将实施例1～5的摩擦材料原料整粒颗粒与已经清洁的、经表面处理的并且在其上涂有粘着剂的钢背板叠加放置于热压成型模具中，在160℃的成型温度、30MPa的成型压力条件下热压成型5分钟，得到成型摩擦材材料。

(4)热处理步骤-精加工步骤

在热处理炉中200℃下进行固化处理3小时、喷漆、焙烧、研磨得到实施例1～5的盘式制动器垫。

接下来，对比较例1中的制动器垫的制造方法进行说明。

(1)混合步骤

将表1中所示组成的摩擦材料原料配料加入到Loedige搅拌器中搅拌5分钟，以获得摩擦材料原料的混合物。

(2)预成型步骤

将摩擦材料原料混合物加入到预成型模具中，在30MPa的成型压力条件下加压成型15秒，得到预成型摩擦材料。

(3)热压成型步骤

将预成型摩擦材料与已经清洁的、经表面处理的并且在其上涂有粘着剂的钢背板叠加，放置于热成型模具中，在160℃的成型温度、30MPa的成型压力条件下热压成型5分钟，得到摩擦材成型材料。

(4)热处理步骤-精加工步骤

在热处理炉中200℃下进行固化处理3小时、喷漆、焙烧、研磨得到比较例1的盘式制动器垫。

(5)性能比较

随后对前述步骤制造的实施例1～5的盘式制动器垫以及对比例1中制造的盘式制动器垫，在耐失效性、耐磨损性(机械强度)上进行评价。

(5.1)评价方法

对实施例1～5和比较例1的盘式制动器垫的耐失效和耐磨损性(机械强度)进行评价。评价方法和标准示于表3中。

表3

(5.2)评价结果

各种摩擦材料的耐失效性和耐磨损性(机械强度)的评价结果示于表4中。

从表4的评价结果可明显看出，通过本发明的制造方法制造的摩擦材料具有优异的耐失效和耐磨损性(机械强度高)。

Claims (3)

1.一种至少包含纤维基材、由热固性树脂构成的粘着剂、摩擦改良剂的不含铜和元素铜的NAO摩擦材料的制造方法，其特征在于该制造方法至少包括：

(1)混合步骤：将摩擦材料原料配料加入到搅拌器中进行混合，得到摩擦材料原料混合物；

(2)捏合步骤：将摩擦材料原料混合物加入到密封式捏合机中，该捏合机具有储存所述混合物的捏合槽、密封该捏合槽的上部的压力盖、设置在捏合槽内部一对转子以及控制捏合槽内部温度的温度控制装置，加热捏合槽至热固性树脂的熔融温度以上但低于固化温度的温度，同时对捏合槽内部加压对摩擦材料原料进行捏合，得到摩擦材原料混合物；

(3)热压成型步骤：将捏合后的摩擦材料原料加入到成型模具中，在加压装置下热压成型得到成型的摩擦材料。

2.权利要求1所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于在捏合步骤和热压成型步骤之间进一步包含将捏合后的摩擦材料原料进行整粒得到摩擦材料原料整粒颗粒的步骤。

3.权利要求1或2所述的摩擦材料的制造方法，其特征在于所述捏合步骤中捏合槽内的压力为0.3MPa～1.0MPa。

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