[發明專利]一種無銅摩擦材料及制動片

在審

• 申請號: 202010108339.9
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111396482A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陳小剛;曠文敏;陳耀
• 申請（專利權）人: 泰明頓摩擦材料技術（上海）有限公司
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;F16D69/04
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉常寶

本發明公開了一種無銅摩擦材料及基于該無銅摩擦材料制備的制動片，其采用各向異性導熱材料和各向同性導熱材料組合形成導熱體系，各向同性導熱材料均勻、隨機分布，填充于各向異性導熱材料顆粒之間，把各向異性導熱材料連接起，達到替代金屬銅的效果。本無銅摩擦材料方案為一種環保型的摩擦材料。基于上述摩擦材料制成的制動片，具有特殊的導熱特性：沿著摩擦面方向的導熱性非常好，沿著制動片厚度方向導熱性相對較低，在制動過程中，制動片可以及時釋放制動產生的熱量，避免了制動片或剎車盤上形成局部熱點，因此具有非常好的抗衰退、耐磨損和抗抖動等特性。

技術領域

本發明涉及摩擦材料技術領域，尤其涉及一種無銅摩擦材料及基于其制備的制動片。

背景技術

根據配方所用的材料，摩擦材料可以分為“半金屬”、“低金屬”和“有機無石棉(NAO)”等幾大類型。其中半金屬配方由于金屬用量大，噪音表現差，所以已經逐步被淘汰。低金屬配方由于具有較好的耐高溫特性，在對極限特性要求較高的部分高性能汽車領域有較多使用，這種使用場合通常是對苛刻的制動條件有較高要求，但是對噪音和舒適性方面不是很敏感。然而在普通家用車領域，往往駕駛條件并不復雜，且駕駛環境相對較好，因此對駕駛舒適性和噪音敏感性上的要求越來越高，在這種條件下，不含有色金屬的NAO配方應運而生，已經得到了廣泛使用。

在大部分低金屬和NAO摩擦材料配方中，銅是非常關鍵的組分之一，通常情況下，其質量比例約為5％～25％。相關研究顯示，汽車制動過程產生的含銅或其他重金屬的粉塵，被雨水沖入河流中會對生態環境造成污染。

出于對生態環境保護的目的，美國加州和華盛頓等州已經先后通過相關法案，旨在減少剎車片中的銅使用。相關法規規定2021年剎車片中的銅含量降低到5％以下，2025年降低到0.5％以下。無銅摩擦材料的開發和使用，已經成為不可避免的發展趨勢。

汽車的制動過程，簡單來說，就是通過摩擦片和摩擦盤的相互摩擦作用，將車輛的動能轉化成熱能，從而使車輛停止運動。因此在制動過程中尤其是較為激烈的駕駛條件下，摩擦片和摩擦盤將會經歷較高的溫度。作為該領域的普遍認知，過高的溫度會導致磨損大、熱衰退(摩擦系數下降)、剎車盤變形等問題。從駕駛者的角度來看，較大的磨損會導致剎車片使用壽命降低；熱衰退將造成制動效能降低，產生嚴重的安全隱患；而摩擦副溫度過高且散熱差的話，會造成制動盤變形，并因此造成制動過程中車身抖動，同樣會造成安全隱患和不佳的駕駛體驗。

銅之所以被廣泛應用于摩擦材料領域，關鍵一點是因為它出色的導熱性能，從而能夠將制動產生的熱量及時散發掉，避免摩擦面的工作溫度過高，也就有利于避免以上提及的高磨損、熱衰退、剎車片變形等問題。

為了達到同樣的導熱效果，必須找到合適的銅的替代物。作為同樣具有良好導熱性能的鋼纖維等金屬纖維，可以部分替代銅在摩擦材料配方中的作用。但是，由于鋼纖維帶來的噪音問題，無法令人滿意。因此以不含有色金屬的NAO類型的摩擦材料進行無銅化開發，顯然具有更加值得期待。

專利授權公告號CN 103797085A從環保的角度出發，將“形狀具有多個凸出部分的鈦酸鹽化合物”與“生物可溶性無機纖維”組合使用，形成的摩擦材料即使在400℃以上的高溫區域也具有良好的材料強度，因此具有良好的耐磨損能力。另外由于鈦酸鹽具有“多個凸出部分”這一特殊的形貌特征，因此相比于板狀或鱗片狀鈦酸鹽，它的除銹能力也更強。但是，這也形成一定隱患：摩擦片的攻擊性過強，有可能會造成制動盤的不均勻磨損或形成局部摩擦高溫熱量聚集，從而有可能使制動盤發生不均勻變形，因此摩擦片實際使用后，其抖動和噪音性能有待進一步驗證。