[发明专利]用于制动衬片的无铜摩擦材料

说明书

技术领域

本发明涉及低碳钢摩擦材料，并尤其涉及用于车辆的盘式制动器的盘式制动衬片的摩擦材料。在没有任何铜基材料的情况下形成摩擦材料，同时维持含铜低碳钢摩擦材料的跨较宽温度范围的优良摩擦性能和高机械强度。

背景技术

传统上使用石棉基的摩擦材料来制造诸如制动衬片的摩擦材料。随着与石棉的使用相关联的某些负面因素变得众所周知，许多制造商转向非-石棉基的摩擦材料。对盘式制动衬片而言，钢纤维也用于摩擦材料，从而改进基体强度（matrix strength）。

低碳钢摩擦材料中的铜提供许多有用的属性和性能特征，如同在高温下增强的摩擦系数和优良的热传递属性。另外，铜提供了摩擦材料的寿命的改进，并降低了制动器灰尘（brake dust）。

虽然铜和铜合金提供了许多用于低碳钢盘式制动衬片时的积极属性，但出于经济原因在摩擦材料中限制铜的使用是有益的。铜是最重要的工业金属之一。其用于电力电缆、数据电缆、电子设备、汽车散热器、冷却和制冷管、热交换器等。由于铜是有限资源，铜的价格基于经济条件、根据铜的消费需求戏剧性波动。

同样有益的是，限制铜从摩擦材料排放到环境中。铜对海水环境和淡水环境中的许多水生生物是有毒的；例如其损害鲑鱼的感觉系统，降低它们躲避捕食者的能力并阻碍它们返回产卵流。至于在圣弗朗西斯科湾的水研究中，铜泄漏到水生环境中后潜在的有害影响已经得到了很好的证明。

尽管每件摩擦材料仅放出小量的铜，但由于路面上和工业应用中绝对数量的车辆都使用这种摩擦材料，管理机构一直在寻找降低将铜输入到环境中的方式。因此，希望生产没有使用铜或其合金的低碳钢盘式制动衬片，该衬片具有与含铜基金属和合金的制动衬片相似的属性和积极品质。

发明内容

本发明涉及没有铜和铜合金的摩擦材料。当前发明公开了摩擦材料的组合物，其含行业用语中通常被称为低碳钢的钢纤维和其他基体加强材料。这一发明中描述的组合物的独特之处在于，其提供与使用铜基材料的传统衬片相同水平的摩擦特征、衬片寿命特征、噪音特征和其他性能特征，但其不采用铜和含铜材料。当使用建议比例如所描述般适当混合时，本文描述的复合成分提供一家族的材料（family of materials），其在没有使用铜和铜合金的情况下、提供与含铜材料的全部性能方面匹配的杰出摩擦材料。

根据本发明的第一方面，提供制动衬片的摩擦材料，其包括：

-按体积计形成约8-18%的粘结剂；

-按体积计形成5-14%的纤维；

-按体积计形成高达6%的至少一种润滑剂；

-按体积计形成10-27%的至少一种研磨剂；

-按体积计形成36-51%的至少一种碳内容物（carbon content）组分；以及

-按体积计形成6-21%的至少一种填充剂；

其中，该摩擦材料大致无铜。

根据示范性实施例，所述粘结剂包括：

改性酚醛树脂，

未改性（unmodified）酚醛树脂，

非-酚醛树脂，

酚醛树脂和非-酚醛树脂的混合物，或

一个或多个不做修饰的（straight）酚醛树脂系统或改性酚醛树脂系统的混合物，所述不做修饰的酚醛树脂系统或改性酚醛树脂系统包含未改性酚醛树脂、硅改性树脂、NBR改性树脂、磷改性树脂和硼改性树脂。

根据示范性实施例，所述纤维选自包含聚丙烯酰胺、PAN、

聚芳酰胺、

纤维素纤维和

钢纤维的群组。

优选地，纤维是钢纤维。出于环境原因，该纤维摆脱了芳纶纤维家族。

根据示范性实施例，所述润滑剂包含金属硫化物、有机润滑剂和金属润滑剂的至少一种。替代性地，润滑剂包含金属硫化物复合物。仍然进一步的是，润滑剂可选自包含硫化锡、硫化锌、硫化铁、硫化钼、锡粉和锌粉的群组。

优选地，出于环境原因，润滑剂摆脱了三硫化二锑和三氧化锑。

根据示范性实施例，所述研磨剂选自包含

矿物纤维、

氧化锆、

锆石、

硅酸锆、

云母、

矾土、

陶瓷纤维、

硅酸钙镁、

硅酸钙镁锆（calcium magnesium zirconium silicate）、

硅酸钙铝镁（calcium magnesium aluminum silicate）、

硅酸铝镁、