專利名稱：賽車用鋼摩擦材料的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種賽車用的鋼摩擦材料，更詳細(xì)地說，涉及一種構(gòu)成賽車制動襯墊的鋼基材摩擦材料的組合物。
背景技術(shù)：
與乘用車用的制動摩擦材料不同，安裝在賽車上的制動摩擦材料要求即使在高制動力、制動條件變化時(shí)也需要具有均勻摩擦性能的制動穩(wěn)定性；與相對材料在摩擦材料的摩擦界面產(chǎn)生的摩擦熱容易傳導(dǎo)到外部的熱傳導(dǎo)性；摩擦力很少由于摩擦溫度上升而變化的耐熱性和耐衰退性；以及在安裝初期的制動力降低小的初期耐衰退性。
通常，制動摩擦材料的組成包含纖維基材；結(jié)合材料以及填充劑；研磨劑以及潤滑劑等添加劑。通常賽車用的纖維基材以碳纖維作為主要基材。然而，使用碳纖維時(shí)存在的問題是，由于其熔點(diǎn)低，所以會發(fā)生因摩擦溫度過度增加導(dǎo)致的制動力急劇降低，而且價(jià)格高。
另一方面，在韓國實(shí)用新型公開第1996-0005579號中公開有夾鉗式制動器(Caliper Brake)的襯墊，其特征在于上述襯墊的摩擦材料由含有10-30％碳化硅(SiC)的鋁合金組成。
然而，這對于要求高制動性和耐衰退特性的賽車摩擦材料來說，不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種摩擦材料的組合物，以鋼纖維作為基材代替價(jià)格高的碳纖維，其中包含作為研磨劑的碳化硅(SiC)；作為填充劑的海綿鐵粉末(Sponge iron powder)。由此，可以防止由于主要使用碳纖維而產(chǎn)生的摩擦材料內(nèi)部強(qiáng)度降低、由于其熔點(diǎn)相對較低而在摩擦溫度過度增加時(shí)導(dǎo)致的制動力急劇下降和制動穩(wěn)定性降低，和制動噪音問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明摩擦材料的組合物包含25～50重量％的單獨(dú)的鋼纖維基材或者與礦物質(zhì)纖維基材的混合物；5～20重量％的作為結(jié)合劑的未改性酚樹脂；15～30重量％的作為固體潤滑劑的銻或者石墨類原料；10～30重量％的包含碳化硅的研磨劑；以及10～25重量％的包含海綿鐵粉末的填充劑。


圖1是表示碳化硅粒子形狀的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片；圖2是表示海綿鐵粉末粒子形狀的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片；圖3是表示本發(fā)明鋼摩擦材料(RN)、現(xiàn)有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用車用的摩擦材料(CO)的衰退和恢復(fù)特性的圖表；圖4是表示本發(fā)明鋼摩擦材料(RN)、現(xiàn)有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用車用的摩擦材料(CO)的有效性結(jié)果的圖表；圖5是表示本發(fā)明鋼摩擦材料(RN)、現(xiàn)有的碳摩擦材料(RO)以及通常的乘用車用的摩擦材料(CO)的噪音特性的圖表。
具體實(shí)施例方式
接下來將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明賽車用鋼摩擦材料的組合物，作為纖維基材使用單獨(dú)的鋼纖維基材或者與礦物質(zhì)纖維基材的混合物，不使用碳纖維。
特別地，在本發(fā)明摩擦材料的組成中具有最大重量比的纖維狀原料是鋼纖維。
以鋼纖維為主的纖維基材含量在整體摩擦材料的組成中為25～50重量％。如果其含量在整體組成中不足25重量％，則存在制動力和摩擦材料的強(qiáng)度降低的問題。如果超過50重量％，則存在制動噪音增加的問題。
本發(fā)明摩擦材料的組合物既包含上述的鋼纖維基材又包含作為研磨劑的碳化硅。碳化硅是具有化學(xué)式為α-SiC的灰色單晶體，由于經(jīng)過再結(jié)晶過程，所以原料自身的強(qiáng)度高，是一種硬度為9MH、真密度為2.6g/cm3、內(nèi)部氣孔度為20％的強(qiáng)研磨劑。此外，由于其熔點(diǎn)高，為2,830℃，所以在1,500℃以上的高溫下具有優(yōu)秀的耐氧化性；由于具有高熱傳導(dǎo)度(28Wm/K、600℃)和低熱膨脹率(5.0×10-6/K、30～1,500℃)，所以可迅速地向外部傳導(dǎo)在摩擦界面產(chǎn)生的摩擦熱，具有優(yōu)良的耐熱性。在本發(fā)明中使用的碳化硅粒子形狀如圖1所示為微粒粉末形態(tài)，其直徑為10～30μm范圍。
具有上述的高熔點(diǎn)、高熱傳導(dǎo)度以及低熱膨脹率的碳化硅，容易向外部傳導(dǎo)在摩擦?xí)r產(chǎn)生的摩擦熱，可有效地防止基于摩擦溫度增加的制動力降低，所以可以改善制動襯墊的衰退，且由于原料自身的硬度高，所以在作為制動襯墊使用時(shí)，可以起到使摩擦材料的高溫制動力提高的強(qiáng)研磨劑的作用。
碳化硅的含量優(yōu)選地在整體摩擦材料的組成中為5～20重量％。如果其含量不足5重量％，則添加效果微乎其微。如果超過20重量％，則存在對相對材料的攻擊性增加的問題。
作為除碳化硅以外的研磨劑，只要是通常摩擦材料中用的研磨劑成分，可以使用任何成分，具體舉例，如鋯氧化物。
包含碳化硅的總研磨劑的含量優(yōu)選地在整體摩擦材料的組成中為10～30重量％。如果研磨劑的含量不足10重量％，則耐熱性的改善效果微乎其微。如果超過30重量％，則存在制動噪音增加的問題。
另外，本發(fā)明摩擦材料的組合物使用海綿鐵粉末，以填充由于構(gòu)成摩擦材料組合物的多種原料的粒子形狀與粒子大小的差別而產(chǎn)生的摩擦材料的內(nèi)部空間。海綿鐵粉末價(jià)格低而且熔點(diǎn)高，熱傳導(dǎo)度優(yōu)良。此外，由于海綿鐵粉末的表面積大(BET比表面積為225m2/kg)、內(nèi)部氣孔度高、比重低(表觀密度1.35g/cm3)，所以可以使制動噪音最小化。海綿鐵粉末的含碳率為0.02％、硬度為4.5MH，具有高熔點(diǎn)(1,530℃)、高熱傳導(dǎo)度和耐高溫性的優(yōu)良的物理特性。因此，如果將海綿鐵粉末用作摩擦材料的原料，則可以避免除去在相對材料表面產(chǎn)生的銹，和防止相對材料的磨損量增加。換句話說，海綿鐵粉末熱傳導(dǎo)性優(yōu)良，內(nèi)部氣孔度和表面積大，起到防止制動時(shí)產(chǎn)生制動噪音、使相對材料和制動襯墊的磨損最少的填充劑的作用。
用在本發(fā)明中的海綿鐵粉末的粒子形狀如圖2所示，直徑為100～300μm范圍。作為提高摩擦材料的磨損和噪音特性的填充劑優(yōu)選地使用10～20重量％。海綿鐵粉末的含量在整體摩擦材料的組成中如果不足10重量％，則高溫磨損的改善效果微乎其微。如果超過20重量％，則將導(dǎo)致在摩擦材料的表面產(chǎn)生銹的問題。
除了上述海綿鐵粉末以外，還可以包含起到填充劑作用的多種填充劑，即使是用在通常的摩擦材料的組合物中的填充劑也是可以的，對此沒有特別的限制。
包含海綿鐵粉末的總填充劑的含量在整體摩擦材料的組成中為10～25重量％。如果其含量不足10重量％，則制動噪音增加。如果超過25重量％，則將產(chǎn)生由于氣孔度增加而使摩擦材料的磨損增加的問題。
此外，作為上述纖維基材的鋼纖維和海綿鐵粉末這些鋼原料的總含量優(yōu)選地在整體摩擦材料的組成中為30～60重量％。如果鋼原料的總含量在整體摩擦材料的組成中不足30重量％，則摩擦熱的熱傳導(dǎo)改善效果微乎其微。如果超過60重量％，則存在產(chǎn)生制動噪音的問題。
另外，本發(fā)明摩擦材料的組成包含用在通常的摩擦材料的組成中的結(jié)合劑以及固體潤滑劑。具體地說，作為結(jié)合劑包含在整體摩擦材料的組成中占5～20重量％的未改性酚樹脂，作為固體潤滑劑包含在整體摩擦材料的組成中占15～30重量％的銻或者石墨類原料。
使用上述摩擦材料的組合物制造制動襯墊的工序也沒有特別的限制，具體地說，在混合器中將上述原料均勻混合，形成粉末狀態(tài)的混合粉末后，以成形對象的車種為基準(zhǔn)，對混合粉末進(jìn)行計(jì)量，在100～300kgf/cm2的面壓條件下，使其形成假成形狀態(tài)。并在120～200℃的成形溫度、5～15分鐘的成形時(shí)間以及200～600kgf/cm2的成形壓力的條件下進(jìn)行成形。成形后的成形品以150～250℃的溫度經(jīng)過5～20小時(shí)的熱處理工序，再經(jīng)過研磨、焦化、燒結(jié)、涂覆等附加工序，獲得最終產(chǎn)品。
以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，本發(fā)明摩擦材料的組成將鋼纖維作為摩擦基材使用，代替在現(xiàn)有的賽車摩擦材料中主要使用的碳纖維，具體地說，將鋼纖維30重量％、礦物質(zhì)纖維5重量％、固體潤滑劑25重量％、碳化硅7重量％、鋯氧化物8重量％、海綿鐵粉末13重量％以及其它無機(jī)物4重量％與未改性酚樹脂8重量％一起使用混合器均勻混合，形成粉末狀態(tài)的混合粉末。對該混合粉末進(jìn)行計(jì)量，以100～300kgf/cm2的壓強(qiáng)條件使其形成假成形狀態(tài)，以120～200℃的成形溫度、5～15分鐘的成形時(shí)間以及200～600kgf/cm2的成形壓力的條件進(jìn)行成形。成形后的成形品以150～250℃的溫度經(jīng)過5～20小時(shí)的熱處理工序，經(jīng)過研磨、焦化、燒結(jié)、涂覆等附加工序獲得最終產(chǎn)品。
為了分析由此獲得的制動襯墊的各種性能，(1)采用評價(jià)乘用車用的制動器摩擦性能時(shí)使用的JASO C406-P1模型試驗(yàn)法，進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，評價(jià)制動力的變化和耐衰退性；(2)在摩擦試驗(yàn)時(shí)為了評價(jià)摩擦材料的噪音特性，使用安裝在測力計(jì)(Dynamometer)上的麥克風(fēng)和FFT分析器，對制動時(shí)產(chǎn)生的噪音頻率和聲壓進(jìn)行測定，將13KHz以下的頻率時(shí)產(chǎn)生60dB以上聲壓的情況定義為制動噪音。
為了驗(yàn)證其效果，一般乘用車用的低鋼摩擦材料(圖中用CO表示)、使用現(xiàn)有碳纖維的賽車用摩擦材料(圖用RO表示)以及上述本發(fā)明產(chǎn)品(圖中用RN表示)以相同的試驗(yàn)法進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)中用的摩擦試驗(yàn)機(jī)為1/5縮小比例的制動測力計(jì)(Reduced-scale brakedynamometer)。
首先，在圖3中表示的是因基于連續(xù)制動的人為的摩擦溫度上升(Fade)和下降(Recovery)引起的摩擦力變化，從總共473次的摩擦試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明鋼摩擦材料的平均摩擦系數(shù)為0.555，與現(xiàn)有的碳摩擦材料為0.574相比，制動力的變化在3％以內(nèi)，沒有大的差別。
此外，在通過連續(xù)制動使摩擦溫度上升的方式對摩擦材料的制動力變化進(jìn)行試驗(yàn)的衰退試驗(yàn)中，本發(fā)明鋼摩擦材料最大摩擦溫度和最小摩擦系數(shù)分別為525.5℃和0.372，與現(xiàn)有的碳摩擦材料最大摩擦溫度577.2℃、最小摩擦系數(shù)0.361相比，摩擦溫度降低了52℃，衰退特性得到了改善。碳纖維的使用溫度最大為550℃，由于該溫度較低，所以現(xiàn)有的碳摩擦材料在高減速度和高速制動條件下持續(xù)使用時(shí)，將產(chǎn)生制動襯墊的表面碳化、制動力急劇降低的現(xiàn)象。但是在本發(fā)明鋼摩擦材料的情況下，可以看出通過使用熱傳導(dǎo)度高的鋼纖維和海綿鐵粉末以及碳化硅，使摩擦材料的內(nèi)部強(qiáng)度增加、耐熱性增加，摩擦材料的衰退特性得到改善。此外，還可以看出，衰退試驗(yàn)后，摩擦力的恢復(fù)速度也迅速，4次制動后保持0.6以上(碳摩擦材料為0.54)的摩擦力。
一方面，圖4表示的是基于使摩擦速度和減速度同時(shí)變化(Effectiveness)的摩擦力變化試驗(yàn)的結(jié)果，在基于將車輛的速度從50變成100或130kph、將減速度變成0.1～0.8g的對摩擦材料的制動力變化進(jìn)行評價(jià)的效力試驗(yàn)中，現(xiàn)有的碳摩擦材料在100kph和0.4g以上的制動條件下摩擦力的變化大，摩擦系數(shù)降至0.42。但是在本發(fā)明鋼摩擦材料的情況下，可以看出摩擦力的變化小，在所有的制動條件下，保持0.508以上的摩擦系數(shù)。
此外，圖5中表示的是測定摩擦材料的噪音特性的結(jié)果。從噪音特性的評價(jià)結(jié)果可以看出，現(xiàn)有的碳摩擦材料在總共473次的制動試驗(yàn)中，噪音的發(fā)生率和噪音指數(shù)分別為17.34％和111，因而是一種噪音頻繁產(chǎn)生的賽車的摩擦材料；相反，本發(fā)明鋼摩擦材料總共產(chǎn)生3次噪音，噪音發(fā)生率和噪音指數(shù)分別為0.63％和13.5，顯示出一般乘用車用的摩擦材料水準(zhǔn)的噪音特性。上述優(yōu)良的噪音特性是由于構(gòu)成摩擦材料的組合物中使用了原料自身的內(nèi)部氣孔度高的海綿鐵粉末和碳化硅，從而確保了20％程度的鋼摩擦材料的內(nèi)部氣孔度。通過使用大量的鋼原料，在制動噪音發(fā)生傾向大的賽車用制動襯墊中獲得了最有效的結(jié)果。
根據(jù)以上詳細(xì)說明，本發(fā)明的摩擦材料以鋼纖維作為基材代替價(jià)格高的碳纖維，使用碳化硅和海綿鐵粉末分別作為研磨劑和填充劑，由此，可以防止由于主要使用碳纖維而產(chǎn)生的摩擦材料內(nèi)部強(qiáng)度降低，可以防止基于熔點(diǎn)相對較低的摩擦溫度過度增加而產(chǎn)生制動力急劇減少的衰退和制動穩(wěn)定性降低，并且可以防止制動噪音。
權(quán)利要求
1.一種賽車用鋼摩擦材料的組合物，包含25～50重量％的單獨(dú)的鋼纖維基材或者與礦物質(zhì)纖維基材的混合物；5～20重量％的作為結(jié)合劑的未改性酚樹脂；15～30重量％的作為固體潤滑劑的銻或者石墨類原料；10～30重量％的包含碳化硅的研磨劑；以及10～25重量％的包含海綿鐵粉末的填充劑。
2.如權(quán)利要求1所述的賽車用鋼摩擦材料的組合物，其特征在于，所述鋼纖維基材和海綿鐵粉末的總含量占整體組成的30～60重量％，所述碳化硅占整體組成的5～20重量％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種賽車用鋼摩擦材料的組合物，其中包含，25～50重量％的單獨(dú)的鋼纖維基材或者與礦物質(zhì)纖維基材的混合物；5～20重量％的作為結(jié)合劑的未改性酚樹脂；15～30重量％的作為固體潤滑劑的銻或者石墨類原料；10～30重量％的包含碳化硅的研磨劑；以及10～25重量％的包含海綿鐵粉末的填充劑。這樣可以防止在主要使用碳纖維的摩擦材料時(shí)產(chǎn)生的摩擦材料內(nèi)部強(qiáng)度降低、由于相對較低的熔點(diǎn)而在摩擦溫度過度增加導(dǎo)致的制動力急劇降低的衰退現(xiàn)象的發(fā)生、制動穩(wěn)定性降低、和制動噪音現(xiàn)象。
文檔編號C08K7/06GK1781972SQ20051012599
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者金大煥 申請人:韓國輪胎株式會社