摩擦材料的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及摩擦材料，該摩擦材料將用于制造用于摩擦元件（諸如制動元件（例 如用于車輛的制動閘片或制動閘瓦）和/或離合器盤）的摩擦層，所述摩擦材料無石棉并 且更一般而言優(yōu)選地屬于被稱為NAO( "無石棉有機摩擦材料"）和LS( "少鋼型摩擦材料， LowSteelfrictionmaterial"）的摩擦材料種類。
[0002] 具體而言，本發(fā)明涉及以下摩擦材料，該摩擦材料能夠減少布置在摩擦元件（制 動元件或離合器盤）上的摩擦層的磨損、以及特別是待制動的元件（例如，車輛的制動盤或 制動鼓）或與摩擦元件配合使用的元件（在技術(shù)術(shù)語中定義為"摩擦伙伴"）的磨損而同時 維持良好的特性（諸如對于摩擦伙伴的配合表面的敏感度，該敏感度使得能夠避免配合表 面上的刮傷）和足夠的制動能力（特別當溫度高時的摩擦穩(wěn)定性）。
【背景技術(shù)】
[0003] 以上類型的摩擦材料包括五類成分：纖維材料基體、粘合劑和填料、一種或更多種 潤滑劑或摩擦改進劑、一種或多種磨料。過去在很大程度上使用石棉作為纖維材料，然而該 材料存在相當大的環(huán)境問題并且對人類健康造成眾所周知的毒性作用，并且鑒于該原因很 長時間以來已經(jīng)被法律所禁止。因此，這種材料被其他材料所取代，其他材料是無機材料 (如巖棉、硅灰石和玻璃纖維）和有機材料（如芳綸纖維和碳纖維）兩者、以及金屬材料（如 銅、錫、鐵、鋁和鋼的粉末或纖維以及其他金屬或金屬合金如青銅和黃銅）。粘合劑通常是例 如基于酚醛樹脂的熱固性聚合物。使用各種材料：作為填料，如重晶石（硫酸鋇）、碳酸鈣、 滑石、氧化鎂、蛭石；作為磨料，硅酸鋯、氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、云母；作為摩擦改進劑，金 屬硫化物（如二硫化鉬、硫化鐵）、銅、錫、石墨和/或焦炭。隨后以較小百分比添加其他種 類的材料，例如粉末或小顆粒形式的橡膠、"摩擦粉塵"、其他有機材料。
[0004]EP0151185教導了由至少部分地包覆有錫的鐵粉末構(gòu)成的材料及其制造工藝，該 材料旨在通過燒結(jié)生產(chǎn)用于電氣裝置的磁芯。
[0005]US8536244涉及摩擦材料、特別涉及用于產(chǎn)生摩擦層的混合物或共混物，該混合物 或共混物包括金屬粉末和/或纖維、填料、潤滑劑和有機化合物，其中以占0. 5%至50%的 百分比的錫、錫合金或錫化合物（通常是氧化物）以及占0.001%至約5%的百分比的銅的 組合存在。此外，錫顆?；蚍勰┑谋砻娣e必須為lm2/g至5m2/g并且錫可以作為整體或部分 地由施加在鐵制成的圓形（球形）金屬芯上的表面涂層構(gòu)成。在實踐中，該文件建議使用 圓形顆粒的摩擦材料組合物，所述顆粒具有鐵芯以及由錫或其合金與一定含量的銅（可能 僅以痕量存在）組合的殼。
[0006] 然而，為了保護環(huán)境并避免對人類健康的可能損害，越來越多的許多國家和國際 規(guī)范不僅要求使用無石棉和重金屬的摩擦材料，還要求使用銅含量減少或零銅含量的摩擦 材料。
[0007] 此外，根據(jù)US8536244的摩擦材料的制造非常昂貴。
[0008] 因此，本領域中需要提供一種摩擦材料，該摩擦材料無石棉、無重金屬（如鎘或 銻）和銅；具有良好的性能、降低的制造成本并且能夠減少由其制成的摩擦元件以及特別 是與摩擦元件配合的元件（"摩擦伙伴"）（特別是當這些元件由鑄鐵或鋼制成時）的磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種摩擦材料，特別是屬于被稱為NAO和LS的摩擦材料種 類，該摩擦材料能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點并且制造起來不太昂貴。
[0010] 因此，本發(fā)明涉及一種無石棉的摩擦材料，特別是如權(quán)利要求1中所限定的屬于 被稱為NAO和LS的摩擦材料種類。
[0011] 具體來說，根據(jù)本發(fā)明的摩擦材料由組合物或混合物或共混物形成，所述組合物 或混合物或共混物包括至少一種纖維基體（包括無機纖維和/或有機纖維或金屬纖維）、 至少一種填料和至少一種有機粘合劑，該組合物或混合物或共混物基本上無銅（銅可能至 多作為雜質(zhì)存在）并且包括例如粉末和纖維兩種形式的非球形顆粒，所述顆粒由具有不對 稱（具體來說非球形）形狀并且至少部分地包覆有錫或錫化合物的層的金屬（優(yōu)選地為鐵 質(zhì)）芯構(gòu)成。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的由至少部分地包覆有錫或錫化合物的層的不對稱形狀 的金屬芯構(gòu)成的非球形顆粒具有0. 2微米至600微米（優(yōu)選地0. 2微米至250微米）的粒 度和小于lm2/g(特別是0.lm2/g至0. 3m2/g)的表面積，對于小于63微米的粒度部分而言， 表面積在約0. 2m2/g附近波動。
[0013] 此外，每個顆粒的不對稱形狀的金屬芯進而這些顆粒本身具有海綿狀構(gòu)造；芯優(yōu) 選地由鐵或鋼（鐵碳合金）構(gòu)成；顆粒的體密度（bulkdensity)為約2g/cm3左右并優(yōu)選 地等于 2. 34g/cm3。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由至少部分地包覆有錫或錫化合物的層的不對稱形狀 的金屬芯構(gòu)成的粉末和纖維形式兩者的非球形顆粒包括在涂層內(nèi)的在錫與構(gòu)成芯的金屬 之間的金屬間化合物。尤其是，金屬芯由鐵或鋼構(gòu)成，并且錫以FexSny(其中I<X< 5， I<y< 3)型（例如FeSn和FeSn2)的鐵錫金屬間化合物的形式存在于部分或完全包覆芯 的涂層內(nèi)。
[0015] 以上提及的具有部分地或完全包覆有錫和/或錫化合物的層并且所述層優(yōu)選地 含有Fe-Sn金屬間化合物的金屬（優(yōu)選地為鐵質(zhì)）芯的非球形顆粒以0? 5%至50% (優(yōu)選 地占3%至20% )的體積百分比存在于本發(fā)明的組合物或混合物或共混物中，并且顆粒的 Sn含量以所存在的顆粒量的重量計為20%至30%。
[0016] 用以形成本發(fā)明的摩擦材料的摩擦材料組合物可以包括按體積計0. 001 %至 10%的固體潤滑劑，例如錫的硫化物，如SnS和SnS2。
[0017] 還期望在組合物中包括石墨和/或焦炭。
[0018] 石墨可以是通常用于摩擦材料中的任意已知石墨。
[0019] 石墨（和/或焦炭）以適當選定的量添加，優(yōu)選地按總摩擦材料組合物的體積計 為2%至15%。
[0020] 用以形成本發(fā)明的摩擦材料的摩擦材料組合物可以包括FeMeSn三元金屬間化合 物（其中Me是不同于Fe的金屬）。
[0021] 優(yōu)選地，本發(fā)明的摩擦材料除了基本上無銅之外，還包括粉末和/或纖維形式的 非球形顆粒，各個所述非球形顆粒均由不對稱形狀的鐵質(zhì)（鐵或鋼）芯以及由至少部分地 或者全部由Fe-Sn金屬間化合物形成的、芯的至少部分涂層構(gòu)成。
[0022] 本發(fā)明最后還涉及存在由以上描述的摩擦材料制成的摩擦材料層的摩擦元件，特 別是制動閘片或制動閘瓦。
[0023] 本發(fā)明進一步涉及一種制動系統(tǒng)，該制動系統(tǒng)包括待制動元件和至少一個制動元 件，所述待制動元件通過由鑄鐵或鋼構(gòu)成制動盤或制動閘瓦構(gòu)成，所述至少一個制動元件 通過設計成借助摩擦與待制動元件配合的制動閘片或制動閘瓦構(gòu)成，其中制動元件存在旨 在與待制動元件配合并且使用上述摩擦材料制成的摩擦層。
[0024] 本發(fā)明的摩擦材料組合物的其他成分可以是本領域中已知的用于摩擦材料中的 成分。
[0025]具體來說，纖維基體可以是不同于石棉的任意有機纖維或無機纖維，或者是常用 在摩擦材料中的金屬纖維的部分。示例性實施方案包括：無機纖維，如玻璃纖維、巖棉、硅灰 石、海泡石和綠坡縷石；和有機纖維，如碳纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、聚酰胺纖維、酚醛 纖維、纖維素和丙烯酸類纖維或PAN(聚丙烯腈）；金屬纖維，例如鋼纖維、不銹鋼、鋅、鋁纖 維等。
[0026]纖維基體可以以短纖維或粉末的形式使用。
[0027] 本領域中已知許多材料可以用作有機填料或無機填料。說明性實例包括碳酸鈣沉 淀物、硫酸鋇、氧化鎂、氫氧化鈣、氟化鈣、熟石灰、滑石和云母。
[0028] 這些化合物可以單獨使用或者以其中兩種或更多種的組合形成使用。這些填料的 量優(yōu)選為基于摩擦材料的總組合物按體積計2%至40%。
[0029] 粘合劑可以是通常用于摩擦材料中的任意已知粘合劑。
[0030] 適合的粘合劑的說明性實例包括酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、環(huán)氧樹脂；各種改性酚 醛樹脂，如環(huán)氧改性酚醛樹脂、油改性酚醛樹脂、烷基苯改性酚醛樹脂和丙烯腈-丁二烯橡 膠（NBR)。
[0031]可以使用這些化合物中的任一種、或者兩種或更多種的組合。以優(yōu)選基于摩擦材 料的總組合物的按體積計2%至30%的量包括粘合劑。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的摩擦材料組分通常如下：
[0033]?粘合劑
[0034] ?填料
[0035] ?潤滑劑/摩擦改進劑
[0036] ?磨料
[0037]?纖維（無機/有機/金屬）
[0038] ?金屬粉末
[0039] ?包覆有Sn和Sn化合物（優(yōu)選地Fe-Sn金屬間化合物）的非球形金屬顆粒。
[0040] 通常通過將上述的特定量的纖維基體、粘合劑和填料在適合的混合器（諸如亨舍 爾（Henschel)或羅地格艾氏（LoedigeEirich)混合器）中均勾地混合來制造本發(fā)明的摩 擦材料。
[0041]用于本發(fā)明中的優(yōu)選地不對稱形狀并且優(yōu)選地至少部分地包覆有Sn和/或Sn化 合物（優(yōu)選地Fe-Sn金屬間化合物）層的非球形鐵質(zhì)金屬顆粒是市售的用于其他目的的并 且通過將已經(jīng)具有粒度和形狀的期望特性的Fe粉末與液相錫反應來制造，或者它們可以 根據(jù)EP0151185中描述的方法來制造。
[0042] 注意，例如由http://thelibraryofmanufacturing.com/powder_processes.html 所證明的，金屬粉末天然存在本領域技術(shù)人員熟知的可變且不對稱形狀，從球形或簡單的 圓形到如海綿狀、有角的、弓形、圓柱形、針狀或立方體的形狀變化。
[0043] 在本發(fā)明中，不同于用于US8536244中的昂貴且難以獲得的球形形狀，非球形的 不對稱形狀的鐵質(zhì)金屬顆粒由于其