摩擦材料的制作方法

[0001]
本发明涉及一种在使用中表现出磨损减少的摩擦材料以及制备这种摩擦材料的方法。本发明还涉及适合用于制备这些摩擦材料和用于减少摩擦材料磨损的人造玻璃质纤维(mmvf)簇。


背景技术：

[0002]
摩擦材料广泛用于各种应用中，如用于制动器或离合器装置中。通常以(例如)制动衬垫、制动蹄、制动衬片、摩擦片和离合器面片的形式使用摩擦材料。它们可用于各种应用，包括工业机器和运输机器或车辆，如电梯、客车等。
[0003]
摩擦材料的一个重要特性是它在使用中应呈现低磨损。摩擦材料的磨损会导致排放物的增加，这是不期望的。本发明的目的是生产表现出减少磨损的摩擦材料。
[0004]
wo2011/042533描述了在摩擦材料中使用无机纤维球以用于降低nvh(噪声、振动与声振粗糙度)。该文献教导了使用常规的润滑剂和研磨剂作为填料来调节摩擦材料的磨损性能。也无需无机纤维球具有任何特定的尺寸分布。
[0005]
wo2017/212029和persoon等人在意大利米兰的eurobrake 2016提出并发表的技术论文“white stone fibres for reduced wear in friction applications”eb2016-mds-003都描述了一种用于减少摩擦材料中的磨损的解决方案。这涉及使用不同于正常纤维化学的方式将人造玻璃纤维(mmvf)掺入摩擦材料中作为增强纤维。这些纤维作为“松散”纤维掺入，并且与通常用于诸如制动衬垫之类的摩擦材料的其他mmvf相比具有较低的磨损性，从而减少磨损。
[0006]
使用mmvf作为摩擦材料配方的组分是公知的。本发明基于以下发现：与包含松散纤维形式的mmvf相比，在摩擦材料配方中包含离散簇形式的mmvf可以使磨损减少。


技术实现要素：

[0007]
根据本发明的第一方面，我们提供了mmvf簇在摩擦材料配方中的用途，以用于减少所述摩擦材料在使用中的磨损。
[0008]
因此，与配方相同但包含相同百分比的松散形式的相同mmvf的摩擦材料相比，包含簇形式的mmvf的摩擦材料在使用中将表现出减少的磨损。可以根据标准试验来确定磨损，例如sae j2521:2003-06、sae j2522:2006-01和sae j2707:2005-02的磨损零件(wear elements)。
[0009]
当掺入摩擦材料中时，mmvf类型的纤维通常作为松散纤维(即基本上不相互缠结的单独的纤维)而包含在内。当包含在基质中时，这种松散纤维有时被称为分散纤维，因为它们分散在整个基质中。相比之下，根据本发明使用的纤维簇为团聚的mmvf球，其可在一定程度上交织或缠结。因此，根据本发明使用的纤维簇可为颗粒形式。优选地，根据本发明使用的纤维簇具有规则的形状，例如卵形或球状形(基本上为球形)。当掺入摩擦材料中时，根据本发明使用的纤维簇可具有圆盘形状。
[0010]
我们已经发现mmvf簇的尺寸分布在优化减少磨损中是重要的。为了被定义为簇，纤维的集合体应具有至少0.4mm的最小尺寸。我们发现，尺寸在0.6mm至1.6mm范围内、优选0.6mm至1.0mm范围内的mmvf簇具有最好的减少磨损性能。因此，优选地，本发明中使用的mmvf簇的尺寸分布为：其中至少95重量％的mmvf簇的尺寸在0.6mm至1.6mm的范围内，优选至少97重量％、更优选至少98重量％、甚至更优选基本上100重量％的mmvf簇的尺寸在该范围内。可以通过筛分来确定尺寸。也可以通过使用筛分来进行提供所限定的尺寸分布。
[0011]
因此，根据本发明的第二方面，我们提供了一种制备摩擦材料的方法，包括将mmvf簇引入摩擦材料配方的步骤，其中mmvf簇的粒度分布使得至少95重量％的尺寸在0.6mm至1.6mm的范围内。
[0012]
根据本发明的第三方面，提供了mmvf簇在制备摩擦材料配方中的用途，其中mmvf簇的粒度分布使得至少95重量％的尺寸在0.6mm至1.6mm的范围内。
[0013]
根据本发明的第四方面，提供了一种人造玻璃质纤维的混合物，其包含1重量％至100重量％的簇形式的mmvf，其中至少95重量％的所述簇的尺寸在0.6mm至1.6mm的范围内。
[0014]
混合物可包含至少50重量％、优选至少75重量％、甚至100重量％的簇形式的mmvf。余量由松散纤维形式的mmvf形成。
[0015]
根据本发明的第五方面，我们提供了一种可通过本发明的第二方面的方法获得的摩擦材料。
具体实施方式
[0016]
在本发明的方法中，至少95重量％的mmvf簇的尺寸在0.6mm至1.6mm的范围内，优选在0.6mm至1.0mm的范围内。优选地，在该方法中使用的所有mmvf簇的尺寸在该范围内。可以使用常规筛分技术对尺寸进行控制。尺寸是指人造玻璃质纤维簇的最大尺寸，人造玻璃质纤维簇不必具有规则的球形形状。
[0017]
本发明人已经发现，令人惊讶地，当使用摩擦材料时，使用在该窄尺寸范围内的mmvf簇带来了减少磨损的益处。特别地，减少了摩擦材料本身的磨损。这在汽车工业中是当前关注的问题，其中期望减少制动衬垫的磨损以减少向环境的微粒排放。由于由mmvf簇提供的尺寸范围，使用在该窄尺寸范围内的mmvf簇可有助于降低磨损率，其中，磨损碎屑可累积而不是流失到环境中。
[0018]
在根据本发明制造的摩擦材料中，优选地，mmvf簇的含量水平小于15重量％，例如小于12重量％。可以包括松散纤维以及mmvf簇。在这种情况下，优选的是，松散纤维也是mmvf，更优选与用于形成簇的mmvf具有相同的类型和组成。在这种情况下，还优选mmvf簇和松散纤维的总含量水平小于15重量％，优选小于12重量％。优选地，摩擦材料中mmvf簇的含量水平为至少1重量％，优选至少3重量％，更优选至少5重量％。
[0019]
使用mmvf松散纤维和mmvf簇的混合物有益于实现与簇相关的减少磨损特性以及与松散纤维相关的增强特性。
[0020]
当使用mmvf簇和松散mmvf两者时，混合物的优选至少50重量％、更优选至少75重量％由mmvf簇组成，余量为松散mmvf。
[0021]
摩擦材料可包含其他类型的松散纤维，如芳香族聚酰胺纤维、钢纤维、碳纤维和其他类型的矿物纤维。例如，可将其他类型的纤维用作增强纤维。使用具有互补性质的不同类
型的增强纤维的混合物。除了mmvf以外的增强纤维的实例为玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、钛酸钾纤维、海泡石纤维和陶瓷纤维。用于增强的金属组分的形状也可不同于纤维形状。如本领域的通常情况，在本申请中，认为摩擦材料中包含的所有金属组分都是金属增强纤维，无论它们的形状如何(纤维、碎片、毛绒等)。金属纤维的实例包括钢、黄铜和铜。由于钢纤维通常具有生锈的缺点，当使用钢纤维时，经常使锌金属分布在摩擦材料上。金属纤维可被氧化或磷化。芳香族聚酰胺纤维的一个实例为kevlar纤维。陶瓷纤维通常由诸如氧化铝之类的金属氧化物或诸如碳化硅之类的碳化物制成。
[0022]
优选地，所有的松散纤维都是松散mmvf。
[0023]
优选地，用于形成簇的mmvf的长度在100μm至650μm的范围内，优选在100μm至350μm的范围内。
[0024]
由中等长度纤维(250μm至350μm)制成的纤维簇可以产生特别稳定的摩擦系数。与使用松散纤维相比，使用由短纤维或中等长度纤维(100μm至350μm)制成的纤维簇可以实现磨损减少。
[0025]
纤维直径通常也在3微米至10微米的范围内。
[0026]
构成各mmvf簇的多根人造玻璃质纤维的纤维直径和纤维长度均为数均值。以数均长度除以数均直径来计算长径比。数均纤维长度优选不大于200μm。数均纤维直径优选不小于4.5μm。长径比优选不大于60，更优选不大于40，更优选不大于30。
[0027]
通常，mmvf簇与摩擦材料配方的其他组分混合，以便在最终的摩擦材料中保持为mmvf的离散簇和聚集簇。按照惯例，通常通过模制和压缩使摩擦材料配方形成所需的最终形式。优选地，在压制和固化之前，在最终混合步骤，将mmvf簇和任选的任何松散mmvf掺入组分的混合物中，以保持mmvf簇的形状。可供选择地，可在混合前用合适的粘合剂涂覆mmvf簇，使得即使当与摩擦材料的其他组分同时结合至混合物中时，簇的形状也得以保持。
[0028]
我们发现，在根据本发明的方法制备的产物中，簇保持为盘状形式的离散簇和聚集簇，而不是为卵形或基本上球形的形式。即，簇的直径通常是高度的至少3倍，有时至少4倍。将高度定义为摩擦材料内施加压缩的方向。
[0029]
本发明中用于纤维簇的mmvf可具有以下组成，包括例如35重量％至45重量％的sio2、16重量％至23重量％的al2o3、0.3重量％至0.7重量％的tio2、<1.5重量％的fe2o3、20重量％至30重量％的cao(特别是25重量％至27重量％的cao)、1重量％至5重量％的mgo(特别是3重量％至7重量％的mgo)、<2.0重量％的na2o、<0.6重量％的k2o、<0.3重量％的p2o5、<0.2重量％的mno。可以使用xrf来确定化学性质。
[0030]
用于mmvf簇的合适类型的mmvf包括石纤维、玻璃纤维、矿渣纤维和陶瓷纤维。优选使用石纤维。
[0031]
优选地，构成人造玻璃质纤维簇的纤维的组成包括小于50重量％的sio2和大于15重量％的al2o3。这可有助于使mmvf具有生物可溶性。
[0032]
优选地，人造玻璃质纤维簇包含不多于2重量％、优选不多于1重量％的尺寸>63μm的渣球(shot)。
[0033]
纤维可具有已知的覆层。
[0034]
用于本发明的方法的纤维簇的含水量优选小于0.05重量％。
[0035]
在制备mmvf簇的优选方法中，在混合器中混合mmvf(人造玻璃质纤维)。通过该混
合过程，松散的mmvf被彼此搅动或滚动，使得发生团聚以形成mmvf簇。混合器优选提供圆周运动。
[0036]
更优选在混合器中将mmvf与液体混合，并干燥所得的混合物以获得mmvf簇。液体的存在增强了所获得的簇的稳固性。所使用的液体应当是可蒸发的。低粘度液体是优选的。合适的液体的实例为水和有机溶剂，例如醇、水基乳液以及它们的混合物。优选的液体为水和水基乳液。可简单地将液体和mmvf供给至混合器中。也可以将液体喷在mmvf上，这可使液体在纤维上更好地初步分布。进一步优选的是，所使用的液体包含粘合剂，因为粘合剂进一步改进了所获得的mmvf簇的稳固性。
[0037]
用于制备mmvf簇的mmvf优选是相对较短的纤维，例如长度为100μm至500μm，优选100μm至350μm，否则液体不能在纤维表面上良好地分布。适当地，mmvf为松散mmvf的形式或者主要为松散mmvf的形式。在优选的混合步骤中，将mmvf与优选含有粘合剂的液体混合，以使液体分布在纤维的表面上。此外，优选通过圆周运动使mmvf移动，以便mmvf分别团聚或成团，以形成mmvf簇。因此，混合步骤优选包括使mmvf与优选包含粘合剂的液体混合、以及使其上分布有液体的mmvf滚动以形成mmvf簇。液体有助于簇的形成。
[0038]
通常，混合步骤可任选地包括两个阶段：第一阶段较剧烈的混合以实现液体与mmvf的混合、以及第二阶段较温和的混合或滚动以便使其上分布有液体的mmvf成团。
[0039]
在混合步骤中使用的混合器可为本领域通常已知的任何普通混合装置，例如卧式混合器或立式混合器。混合器包括切碎机可能是有用的，例如具有切碎机的立式或卧式混合器。适当地，混合时间可在1分钟至20分钟的范围内，并且优选在2分钟至8分钟的范围内。适当地，转轴杆头(head axle)速度在50rpm至300rpm的范围内。混合过程优选由具有切碎机旋转的第一阶段和没有切碎活动的第二阶段组成，在第一阶段中切碎机(例如)以2500rpm至3500rpm或大约3000rpm进行旋转以使液体分布，并且第二阶段没有切碎活动以最大限度地形成球。然而，混合参数可根据mmvf的类型、混合器、所需球尺寸等而变化。
[0040]
如果使用液体进行制备，则当从混合器中排出时，需要干燥所获得的含有mmvf簇的产物，因为在摩擦材料中不能容许具有太高液体含量的产物。在干燥步骤中，液体从mmvf簇中蒸发，可使用通常已知的方法进行蒸发，例如在烘箱中干燥(静态干燥)、在分散干燥器中干燥或在流化床干燥器中干燥。干燥步骤可实现液体的完全去除，尽管保留在mmvf簇中的少量液体是可接受的。当将水用作液体时，形成的mmvf簇在干燥后不是非常坚固的，使得当将这样的mmvf簇混合到摩擦材料配方中时，若机械载荷太高，则簇可能太容易散开。
[0041]
当将无机纤维与含有粘合剂的液体混合时，可以获得具有显著改进的强度的mmvf簇，这是根据本发明的优选实施方案。由此获得的mmvf簇在干燥后非常“坚固”，并且当混合到摩擦材料配方中时几乎不会散开。据信mmvf簇的改进的强度是由于干燥后纤维表面上的粘合剂将纤维粘合在一起所致。
[0042]
作为粘合剂，可以使用本领域技术人员已知的有机粘合剂和无机粘合剂。可使用单一的粘合剂或者两种或以上粘合剂的混合物。合适的粘合剂的实例为诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯之类的丙烯酸类树脂、醇酸树脂、饱和聚酯树脂和不饱和聚酯树脂、基于二异氰酸酯或多异氰酸酯以及二元醇或多元醇的聚氨酯、环氧树脂、有机硅树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、水玻璃、硅酸烷基酯粘合剂、诸如纤维素与乙酸或丁酸的酯之类的纤维素酯、聚乙烯树脂如聚烯烃、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醚、聚
乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮和聚苯乙烯树脂以及这些聚乙烯树脂的衍生物和共聚物、硝化纤维素、氯化橡胶、葡萄糖和油清漆。
[0043]
粘合剂的更具体的实例包括聚乙酸乙烯酯树脂、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、缩丁醛树脂、聚氨酯(pu)树脂、偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、偏二氯乙烯-丙烯腈共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物、有机硅-醇酸树脂、酚醛树脂、苯乙烯-醇酸树脂、苯并胍胺树脂、环氧丙烯酸酯树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、聚-n-乙烯基咔唑树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇缩甲醛树脂、聚砜树脂、酪蛋白、明胶、乙基纤维素、羧甲基纤维素、偏二氯乙烯基聚合物胶乳、丙烯腈-丁二烯共聚物、丁苯橡胶(sbr)、乙烯基甲苯-苯乙烯共聚物、豆油改性的醇酸树脂、硝化聚苯乙烯树脂、聚甲基苯乙烯树脂、聚异戊二烯树脂、聚芳酯树脂、聚卤代芳酯树脂、聚芳基醚树脂、聚丙烯酸乙烯酯树脂和聚酯丙烯酸酯树脂。合适的粘合剂为(例如)基于sbr和pu的粘合剂。包含粘合剂的液体可为水性或非水性溶液或分散体，并且优选为胶乳、胶乳乳液或聚合物分散体。液体优选为水或含水液体。包含粘合剂的液体优选为水基乳液。
[0044]
液体中粘合剂的含量可变化。通常，液体中的粘合剂含量合适地在10重量％至90重量％、优选30重量％至60重量％的范围内。待混合的液体与mmvf之比可变化，但液体与mmvf的合适重量比可在1％至30％的范围内，优选5％至15％的范围，其中液体是指所采用的液体，即任选地包含粘合剂和/或其他添加剂。
[0045]
除了粘合剂之外，液体还可包含其他添加剂，但是通常添加此类其他添加剂是不利的。特别地，根据本发明的mmvf簇通常不包括在纤维表面上具有润湿剂或表面活性剂的mmvf。这是因为润湿剂和表面活性剂通常会削弱mmvf簇的强度，从而导致簇的散开和纤维在摩擦材料配方中的均匀分布。因此，通常优选的是，用于制备mmvf簇的液体不包含润湿剂或表面活性剂。
[0046]
采用上述制备mmvf簇的方法，其中优选将mmvf与含粘合剂的液体混合，随后干燥，可制备以下mmvf混合物：基于mmvf混合物的总重量，该mmvf混合物包含大于80％重量且至多100％重量％、优选大于90％重量且至多100％重量的mmvf簇。也就是说，获得的mmvf混合物包含20％重量或以下、优选10％重量或以下的松散mmvf。此外，优选的是，获得的mmvf混合物基本上不含渣球，这意味着>125μm的渣球以0至最多0.2重量％的量包含在无机纤维混合物中。本发明所述的方法甚至可以制备包含约100重量％mmvf簇的mmvf混合物。利用所述的方法，可以制备平均尺寸小(<2mm)的mmvf簇。
[0047]
如下所述。如上所述的包含mmvf簇的mmvf混合物可按原样以掺入摩擦材料配方中。由于松散mmvf在摩擦材料的加固方面也具有有益效果，因此还可将如上所述主要包含mmvf簇的mmvf混合物与主要包含松散mmvf的普通mmvf混合物进行混合，以便根据用户的需要获得具有经调整的mmvf簇含量的mmvf混合物。因此，可以制备mmvf混合物并用于掺入摩擦材料配方中。可供选择地，当然也可以将根据本发明的方法的包含mmvf簇的mmvf混合物和普通松散mmvf混合物分别添加到摩擦材料配方中。
[0048]
适合用于制造mmvf簇和/或作为松散纤维掺入摩擦材料中的mmvf可通过任何合适的方法进行制造，例如通过将玻璃熔体、岩石熔体或矿渣熔体供给至级联纺丝机或纺丝杯，并收集由此形成的纤维。可通过常规筛分技术除去渣球。
[0049]
摩擦材料配方是指用于制备摩擦材料的各组分的混合物。通过将无机纤维(优选
矿物纤维)或mmvf簇分别掺入摩擦材料中，将无机纤维或mmvf簇分别添加到组分中或与组分混合。将摩擦材料配方的组分分别与无机纤维或mmvf簇混合的顺序不受限制。也就是说，例如可将mmvf簇添加到摩擦材料的粘合剂中并进行混合，并且同时或随后，可添加诸如增强纤维、填料或摩擦添加剂之类的摩擦材料配方的其他组分。任何其他顺序也是可能的。然而，为了使施加到无机纤维球上的机械载荷最小化，可能有利的是将mmvf簇添加到摩擦材料组合物的所有或大部分其他组分的预混合物中。
[0050]
优选地，在添加mmvf簇之前，将摩擦材料的除mmvf簇之外的所有原材料进行合并，以尽可能地保持mmvf簇的三维形状。可供选择地，可在与摩擦材料的其他原材料相同的步骤将mmvf簇掺入混合物中。在这种情况下，可向mmvf簇提供诸如粘合剂之类的覆层，以帮助保持mmvf簇的3维形状。
[0051]
在优选的实施方案中，添加到摩擦材料配方中的矿物纤维的总量的5重量％至100重量％、优选10重量％至100重量％为mmvf簇，余量为松散矿物纤维。此外，摩擦材料可包含其他无机纤维。在另一个实施方案中，可能合适的是，添加到摩擦材料配方中的无机纤维的总量的5重量％至100重量％、优选10重量％至100重量％为mmvf簇，余量为松散无机纤维。
[0052]
在本发明的方法中，在压制和固化之前掺入混合物中的mmvf簇的量优选为原材料的1v/v％至10v/v％。
[0053]
摩擦材料是指在使其中已经掺入mmvf簇的摩擦材料配方形成和硬化之后获得的产物，并且还包括其中对摩擦材料进行诸如烧焦、切割、抛光、粘合在基底上之类的后处理的那些产物。硬化可为简单的硬化或固化，例如通过从配方中除去溶剂或冷却。优选地，通过分别固化摩擦材料配方或粘合剂来硬化摩擦材料配方。
[0054]
摩擦材料可包含一种或多种粘合剂。在硬化之后，优选在固化期间，在机械应力和热应力下，粘合剂保持了结构完整性。粘合剂形成基质，其他组分嵌入其中。
[0055]
粘合剂可为有机粘合剂或无机粘合剂，但通常并优选使用有机粘合剂。可使用热固性和热塑性粘合剂，优选热固性粘合剂。用于摩擦材料配方的合适的粘合剂的实例为酚醛树脂，包括苯酚甲醛树脂，例如酚醛清漆树脂，所谓的copna树脂(缩合多核芳香族树脂)；有机硅改性树脂，也称为酚醛硅氧烷树脂，其为硅油或硅橡胶与酚醛树脂的反应产物；氰酸酯树脂；环氧改性树脂，如环氧改性酚醛树脂；与诸如酸酐之类的特定固化剂结合的环氧树脂；聚酰亚胺树脂，例如氟树脂与碳酸钙的产物。优选的粘合剂为酚醛类树脂，特别是苯酚甲醛增韧剂，如环氧树脂或填充有木粉。copna树脂通常与石墨组合使用。
[0056]
此外，摩擦材料配方可包含一种或多种类型的增强纤维。通常使用具有互补性质的不同类型的增强纤维的混合物。增强纤维的实例为玻璃纤维、矿物纤维、金属纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、钛酸钾纤维、海泡石纤维和陶瓷纤维。用于增强的金属组分的形状也可不同于纤维形状。如本领域通常的，在本申请中，认为摩擦材料中包含的所有金属组分都是金属增强纤维，无论它们的形状如何，例如纤维、碎片、毛绒等。金属纤维的实例包括钢、黄铜和铜，优选钢。由于钢纤维通常具有生锈的缺点，当使用钢纤维时，经常使锌金属分布在摩擦材料上。金属纤维可被氧化或磷化。芳香族聚酰胺纤维的一个实例为kevlar纤维。陶瓷纤维通常由诸如氧化铝之类的金属氧化物或诸如碳化硅之类的碳化物制成。增强纤维通常是松散纤维，而不是纤维簇。
[0057]
除了mmvf簇之外，本发明的摩擦材料配方还可以包含作为增强纤维的松散矿物纤
维，以减少磨损。摩擦材料配方可包含增强纤维，该增强纤维包括作为不同类型纤维的混合物的一部分的松散mmvf。
[0058]
摩擦材料配方还可包含添加剂，如润滑剂、研磨剂、固化剂、交联剂和溶剂。典型的润滑剂为石墨和金属硫化物，如硫化锑、硫化锡、硫化铜和硫化铅。研磨剂通常具有7至8左右的莫氏硬度值。典型的研磨剂为金属氧化物研磨剂和硅酸盐研磨剂，例如石英、硅酸锆、氧化锆、氧化铝和氧化铬。
[0059]
其他典型的填料可为有机填料或无机填料，并且包括硫酸钡、碳酸钙、云母、蛭石、碱金属钛酸盐、三氧化钼、腰果粉、橡胶粉、硅线石、莫来石、氧化镁、二氧化硅和氧化铁。填料可在改进摩擦材料的某些特性中起作用，例如增强热稳定性或降低噪音。因此，待使用的具体填料取决于摩擦材料的其他成分。云母、蛭石、腰果粉和橡胶粉是已知的噪音抑制剂。
[0060]
摩擦材料可具有任何合适的配方。优选的配方包括在本领域中被称为nao/低钢和nao/非钢的配方。“nao”是指“非石棉有机物”。nao/低钢和nao/非钢特别适合用于汽车应用，如制动衬垫和离合器衬片。nao/低钢配方通常包含约5体积％至25体积％的金属组分。nao/非钢配方不含任何钢。
[0061]
制造摩擦材料的合适配方为：
[0062][0063][0064]
在最终的摩擦制品中，mmvf簇的量优选为至少1重量％，如至少3重量％，更优选至少5重量％。最终的摩擦制品优选包含小于15重量％的mmvf簇，如小于12重量％的mmvf簇。
[0065]
根据本发明的摩擦材料的合适的减少磨损的应用包括汽车制动衬垫、离合器衬片、工业摩擦材料、铁路块、铁路衬垫和摩擦纸。优选地，本发明的摩擦材料是汽车制动衬垫的一部分，更优选地是用于乘用车的nao/非钢或nao/低钢制动衬垫配方。
[0066]
本发明的摩擦材料优选具有2.0g/cm3至3.0g/cm3的密度。
[0067]
本发明的摩擦材料优选具有10％至25％、优选15％至25％的孔隙率。
[0068]
本发明的摩擦材料优选具有50至100的硬度(hrs)。
[0069]
本发明的摩擦材料特别适用于减少高温下的磨损。优选地，摩擦材料用于在至少300℃、比如至少500℃的温度下减少磨损。这样的温度可出现于车辆制动期间，其中本发明的摩擦材料用作乘用车的制动衬垫。
[0070]
实施例1
[0071]
实施例1将根据本发明第2至5方面的包含直径均在0.6mm至1mm范围内的纤维簇的摩擦材料(数据标记为实施例1a)与包含市售可得的直径范围宽的纤维球(江苏rek高科技材料有限公司)的对比摩擦材料(数据标记为实施例1b和1c)进行比较。在实施例1b和1c中各自使用不同产品类型的市售可得的纤维球。
[0072]
所述的市售可得的产品的粒度分布为8目至16目(1180μm至2360μm)，但测量值显示的粒度分布的变化更大(表2.1)。
[0073]
根据本发明制造的纤维簇全部在0.6mm至1mm的范围内，通过筛分除去在该范围之外的纤维簇。
[0074]
使用nao/非钢配方制备摩擦材料(表1)。
[0075]
表1：用于实施例1的磨损试验的nao/非钢配方。
[0076][0077]
如下制备摩擦材料衬垫。在高速mti混合器中以两个混合步骤合并除了纤维球或纤维簇之外的所有组分。在第三混合步骤中，将市售可得的纤维球(实施例1b和1c)或本发明的纤维簇(实施例1a)与其余组分合并。将所得的混合物填充到模具中并进行热压。在热压之后，进行固化(2小时，200℃)。
[0078]
将摩擦材料衬垫制备为用于磨损试验的汽车制动衬垫。
[0079]
表2.1：测得的市售可得的纤维球的粒度分布
[0080][0081][0082]
表2.2：用于实施例1的摩擦材料中的纤维球和纤维簇的数均纤维直径和长度
[0083][0084]
表2.3：实施例1制备的摩擦材料的测量性质
[0085][0086]
表3：来自sae j2521试验的磨损结果
[0087][0088]
从表3中可以看出，与掺入相同量的市售可得的尺寸分布宽的纤维球的制动衬垫
相比，掺入根据本发明的纤维簇的制动衬垫在sae j2521试验设置中表现出较低的磨损。
[0089]
表4：来自akm(sae j2522)试验的磨损结果
[0090][0091]
实施例2
[0092]
实施例2比较了本领域已知的仅包含松散形式纤维的摩擦材料的磨损性能与包含根据本发明的纤维簇的摩擦材料的磨损性能。
[0093]
样品标记如下：
[0094]
·
实施例2a-松散纤维(短)；构成纤维簇的纤维的长度为125
±
25μm；
[0095]
·
实施例2b-尺寸为0.6mm至1.0mm的纤维簇，使用与2a相同的纤维(短)制成；构成纤维簇的纤维的长度为125
±
25μm；
[0096]
·
实施例2c-尺寸为0.6mm至1.0mm的纤维簇，由中等长度的纤维制成；构成纤维簇的纤维的长度为300
±
50μm；
[0097]
·
实施例2d-尺寸为0.6mm至1.0mm纤维簇，由长纤维制成；构成纤维簇的纤维的长度为500
±
150μm。
[0098]
在实施例2中，根据nao非钢配方(表5)以及松散纤维或根据本发明的纤维簇制成摩擦材料。
[0099]
表5：用于实施例2的磨损试验的摩擦材料组成
[0100][0101]
如下所述制备摩擦材料。以两个阶段(总时间4分钟，2000rpm)混合除了松散纤维或纤维簇之外的所有组分。在第三混合步骤(总时间1分钟，500rpm)中将松散纤维或纤维簇掺入混合物中。
[0102]
将所得的混合物填充到模具中并进行压制。在压制之后，进行固化步骤(2小时，200
°
)。
[0103]
使用相同的摩擦材料衬垫依次进行给出磨损结果的三个试验：第一试验sae j2521测力计试验，第二试验sae j2522测力计试验，第三试验克劳斯磨损试验150/300/500℃。
[0104]
表6：来自sae j2521测力计试验的磨损结果
[0105][0106][0107]
表7：来自sae j2522(akm)测力计试验的磨损结果
[0108][0109]
表8：来自克劳斯磨损试验的磨损结果
[0110]
[0111][0112]
这些结果表明，使用由中等长度纤维制成的纤维簇(实施例2c)获得了最稳定的摩擦系数，而与使用松散纤维相比，使用由短或中等长度纤维制成的纤维簇获得了磨损减少。
[0113]
实施例3
[0114]
实施例3比较了本领域已知的仅包含松散形式纤维的摩擦材料的磨损性能与包含根据本发明的纤维簇的摩擦材料的磨损性能。
[0115]
在实施例3中，根据nao低钢配方(表9)以及松散纤维或根据本发明的纤维簇制成摩擦材料。
[0116]
实施例3a表示包含松散mmvf的摩擦材料，其中mmvf的纤维长度为125
±
25μm。
[0117]
实施例3b表示包含尺寸均为0.6mm至1.0mm的mmvf簇的摩擦材料。形成簇的mmvf的纤维长度为300
±
50μm。
[0118]
实施例3c表示包含尺寸均为1.0mm至1.6mm的mmvf簇的摩擦材料。形成簇的mmvf的纤维长度为300
±
50μm。
[0119]
通过筛分控制mmvf簇的尺寸范围。
[0120]
表9：用于实施例3的磨损试验的摩擦材料组成
[0121]
[0122][0123]
通过在混合器中以两个混合步骤(总时间2分钟，2000rpm)混合除了松散纤维或纤维簇之外的所有成分来制备摩擦材料。在第三混合步骤(1分钟，1000rpm)中添加松散纤维或纤维簇。将所得的混合物填充到模具中并进行压制。在压制后进行固化(2小时，200
°
)。
[0124]
将相同的摩擦材料衬垫依次用于三个试验：第一试验sae j2521，第二试验sae j2522，第三试验克劳斯磨损150/300/500℃。
[0125]
三次试验中每次试验的磨损测量结果总结在表10中。
[0126]
表10：来自sae j2521测力计试验、sae j2522(akm)测力计试验和克劳斯磨损试验的磨损结果
[0127]
[0128][0129]
可以看出，与仅使用松散纤维而不使用纤维簇的比较例3a相比，根据本发明的实施例3b和3c的垫磨损较低。