RS64169B1 - Frikcioni materijal - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Pronalazak se odnosi na frikcione materijale, posebno na frikcione materijale sa primenama u motornim vozilima.

Pozadina pronalaska

[0002] Korozija je problem u mnogim industrijama, koji rezultira procenjenim godišnjim gubicima od preko 250 milijardi USD. Frikcioni materijali su posebno podložni koroziji zbog oštrih i različitih radnih uslova u kojima se koriste. Procenjuje se da automobilska industrija, na primer, trpi godišnje gubitke od preko 100 milijardi USD zbog korozije.

[0003] Sastav frikcionih materijala može da varira u odnosu na korišćene sastojke i njihove relativne količine, u zavisnosti od željenih osobina frikcionog materijala i korišćenog sistema frikcionog materijala. Klasifikacije sistema frikcionih materijala su npr. metalni, polu-metalni, nisko-čelični, bezazbestni organski (NAO), NAO/nečelični i keramički frikcioni materijali. Međutim, obično su sledeće komponente sadržane u formulaciji frikcionog materijala: vezivno sredstvo, ojačavajuća vlakna, punila i frikcioni aditivi kao što su abrazivi i maziva. Korozija je problem u ovim kategorijama.

[0004] Primer frikcione obloge je opisan u US 5433774, u kojem je standardno smolno vezivo zamenjeno vezivom koje sadrži neorganski silikat da bi se poboljšale performanse pri visokim temperaturama i smanjilo slabljenje kočnica. Posebni problemi povezani sa korozijom nisu prijavljeni. Drugi primer frikcionog materijala može se naći u US4994506, u kome bezazbestni sastav kočnica uključuje sintetički ksonotlit u svrhu lakše proizvodnje, manje buke i manjeg slabljenja kočnica. Specifična pitanja korozije nisu obrađena. Sledeći primer bezazbestnog frikcionog materijala je opisan u US2007/0117881A1, u kome je dvoslojni sistem frikcionog materijala formiran kao integralni deo sa potisnom pločom. Sistem je namenjen da smanje buku tokom kočenja, kolokvijalno poznatu kao "škripanje kočnica", i ne bavi se problemom korozije frikcionih materijala i njihovih parova frikcionih površina.

[0005] Korozija deluje različitim mehanizmima, na primer galvanskom korozijom, opštom korozijom i mehanizmima pittinga i može biti pogoršana mnogim faktorima, uključujući nagrizanje, eroziju, ljuštenje, naprezanje, pucanje i zamor.

[0006] Frikcioni materijali su često izloženi mnoštvu ovih faktora i stoga su izazovni materijali za rad u borbi protiv korozije. Kada se koristi kao kočnica, na primer, problem lepljenja (statičkog trenja) može nastati usled korozije između površina frikcionog para, na primer rotora i kočione pločice. U stvari, jaka korozija može dovesti do toga da površine postanu hemijski pričvršćene preko sloja korozije, tako da je jedini način da se odvoje primena tangencijalne sile ubrzavanjem vozila dok se lepljenje ne savlada.

[0007] Ovo je veoma nepoželjna situacija, ali se ne može izbeći čak ni sa savremenim kočionim sistemima. Kao i problemi sa lepljenjem, korozija frikcionih materijala, posebno u kočionim sistemima, može dovesti do češće potrebe za zamenom komponenata, skupog preventivnog održavanja kao što je farbanje ili premazivanje, predimenzioniranog dizajna materijala da se kompenzuje, stvaranje buke, isključenje iz upotrebe inače poželjnih materijala, oštećena oprema, rizik od kvara opreme, oslobađanje toksičnih produkata i estetsko pogoršanje frikcionih materijala usled vidljive korozije.

[0008] Kao i veliki broj pitanja u vezi sa korozijom frikcionih materijala, druga razmatranja se ne mogu zanemariti kada se pokušava ublažiti korozija. Posebno se moraju uzeti u obzir frikcione performanse (koeficijent trenja), stopa habanja i stvaranje buke.

[0009] U automobilskom kočionom sistemu, koji se obično sastoji od kočionih pločics i metalnog rotora, problemi nastaju kada bilo koja komponenta korodira. U vezi sa korozijom kočionih pločica, uobičajeni problemi su narušena estetika, pucanje, stvaranje buke, slabljenje kočenja, smanjenje efikasnosti, povećan put kočenja i lepljenje za disk. U vezi sa korozijom metalnog diska/rotora, uobičajeni problemi su narušena estetika, zarezi i risevi na diskovima, kontaminirana montaža zamenskih kočionih pločica, tragovi pritiska, uticaj na osećaj pedale za vozača, skraćeni vek komponenti i lepljenje za kočionu pločicu. Problemi vezani za slepljivanje su posebno izraženi kod parkirnih kočnica.

[0010] US2011/0297041A otkriva metodu za proizvodnju frikcione obloge kočione papuče, pri čemu kompozicija sadrži noseći materijal sa otvorenim porama, vezivo i funkcionalni materijal.

[0011] JP H05247445 A otkriva frikcioni materijal koji sadrži porozne čestice hidratisanog kalcijum silikata.

Rezime pronalaska

[0012] Da bi se rešili gore pomenuti problemi, ovaj pronalazak obezbeđuje frikcioni materijal koji sadrži partikulate neorganskog poroznog materijala, pri čemu porozni materijal u obliku partikulata sadrži antikorozivni agens apsorbovan unutar njegovih pora, pri čemu antikorozivni agens sadrži alkalni silikat.

[0013] Uključivanje antikorozivnog agensa u pore materijala u obliku čestica olakšava dobru disperziju antikorozivnog agensa kroz frikcioni materijal. Pored toga, uključivanje antikorozivnog agensa na ovaj način olakšava kontrolisano oslobađanje antikorozivnog agensa tokom vremena. Kada se koristi kao kočiona pločica, to znači da frikcioni materijal može da pretrpi manju ili da u potpunosti izbegne štetnu koroziju tokom upotrebe.

[0014] Osim toga, ovaj pronalazak omogućava isporuku antikorozivnih agenasa na frikcionu površinu koji se ranije nisu mogli koristiti zbog njihovog tečnog oblika. Konkretno, vodeno staklo je poželjan antikorozivni agens za upotrebu zbog svoje sposobnosti da stvori uslove visokog pH na frikcionoj površini, stvarajući tako nepovolje uslove za hemijske reakcije korozije, naročito za metale i legure kao što su čelici.

[0015] Prednosti manje korozije mogu biti velike, posebno u primenama za kočnice u automobilima gde bi kontakt metala-metal između rotora i kočione pločice koja uključuje, na primer, čelična vlakna ili druge metalne komponente, obično patio od lepljenja i drugih boljki povezanih sa korozijom. Prema tome, pronalazak takođe obezbeđuje kočionu pločicu koja sadrži gore opisani frikcioni materijal.

[0016] Sledeći aspekt pronalaska obezbeđuje kočioni sistem koji se sastoji od metalnog rotora i kočione pločice prema pronalasku. Metalni rotor može biti legura kao što je čelik. Poželjno je da je kočioni sistem automobilski kočioni sistem. Problemi povezani sa korozijom su akutni kod motornih vozila, posebno u zimskim uslovima kada so naneta na puteve može ubrzati koroziju. Utvrđeno je da kočioni sistem prema ovom pronalasku dobro radi u uslovima koji simuliraju zimske uslove, kao i na ambijentalnim i višim temperaturama.

[0017] U poželjnom primeru, kočioni sistem je elektronski sistem parkirne kočnice. Trenutno dostupni elektronski sistemi parkirne kočnice su skloni lepljenju i uključivanjem frikcionog materijala iz ovog pronalaska kao kočione pločice u elektronski sistem parkirne kočnice se mogu izbeći gore pomenuti problemi vezani za lepljenje. Ovo nudi mogućnost da se produži životni vek komponenata i poboljša učinak kočenja tokom celog veka trajanja kočionog sistema.

[0018] Predmetni pronalazak takođe obezbeđuje metodu izrade frikcionog materijala, pri čemu postupak obuhvata:

a. mešanje čestica neorganskog poroznog materijala sa drugim polaznim materijalima da bi se formirala smeša, pri čemu neorganski porozni materijal u obliku čestica sadrži antikorozivni agens apsorbovan u njegove pore, pri čemu antikorozivni agens sadrži alkalni silikat;

b. stavljanje smeše u kalup;

c. izlaganje smeše u kalupu pritisku od 10 do 70 MPa.

[0019] Poželjno, korak mešanja je korak suvog mešanja u skladu sa industrijskim standardima. Suvo mešanje se obično koristi za proizvodnju frikcionih materijala kako bi se izbeglo pucanje tokom presovanja i/ili očvršćavanja frikcionog materijala, što bi se normalno očekivalo kada bi se u formulaciju uključila tečnost. Predmetni pronalazak, međutim, može uključiti tečne antikorozivne agense u frikcioni materijal jihovom inkorporacijom u pore neorganskog poroznog materijala u obliku partikulata pre mešanja sa drugim sastojcima. Nivo zasićenja antikorozivnog agensa se pažljivo kontroliše kako bi se uravnotežila čvrstoća frikcionog materijala sa antikorozivnim efektom antikorozivnog agensa.

[0020] Poželjno, postupak prema pronalasku obuhvata preliminarni korak impregnacije čestica neorganskog poroznog materijala antikorozivnim agensom.

[0021] Drugi polazni sastojci koji se mešaju sa impregniranim česticama neorganskog poroznog partikulata su sastojci frikcionih materijala koji se uobičajeno koriste. Primeri odgovarajućih sastojaka i odgovarajućih relativnih količina su detaljnije razmatrani u nastavku.

[0022] Proizvodi i metoda iz pronalaska prevazilaze izazove smanjenja korozije u frikcionim materijalima, posebno za kočione primene, bez ugrožavanja jednostavnosti proizvodnje ili čvrstoće ili žilavosti frikcionog materijala.

Kratak opis crteža

[0023]

Slika 1 prikazuje rezultate ispitivanja za primer 2;

Slika 2 prikazuje rezultate ispitivanja za primer 2;

Slika 3 prikazuje rezultate ispitivanja za primer 2.

Detaljan opis

Porozni materijal u obliku partikulata

[0024] Frikcioni materijal iz pronalaska sadrži neorganski porozni partikulat koji je impregniran antikorozivnim agensom.

[0025] Pogodni porozni partikulati uključuju kalcijum silikate, primarne silikate, kuglice od neorganskih vlakana, vermikulit, halizit, zeolite, porozni oksid gvožđa i liskunasti oksid gvožđa.

[0026] Ovi materijali su pogodni nosači za antikorozivne agense zbog različitih svojstava. Na primer, osim što su porozni, ovi materijali su termički otporni do 800 °C ili čak i više, što je važno kod frikcionih materijala kako bi se izbegla degradacija. Frikcioni materijali moraju da izdrže velike i brze promene temperature, na primer tokom kočenja.

[0027] Ovi materijali mogu takođe biti pogodni zbog njihove visoke specifične površine. Specifična površina se meri u m<2>/g kao BET (Brunauer-Emmett-Teller) površina, na primer određena prema metodi ispitivanja ISO 9277:2010. Oba uključuje površinu unutar pora i indikativna je za sposobnost čestica neorganskog poroznog materijala da zadrže apsorbovani antikorozivni agens. Porozni materijal u obliku čestica može imati BET vrednost od 30 do 50 m<2>/g.

[0028] Neorganski porozni materijal u obliku partikulata poželjno ima prosečnu veličinu čestica između 5 µm i 3 mm, kao što je između 5 µm i 1 mm, kao što je 5 µm i 300 µm. Ovaj opseg veličine čestica može biti poželjniji jer manje čestice ne bi imale dovoljno velike pore da apsorbuju antikorozivni agens, dok se veće čestice možda ne bi adekvatno distribuirale tokom mešanja sastojaka za frikcioni materijal tokom proizvodnje.

[0029] Kada se neorganski porozni partikulat bira između kalcijum silikata, primarnih silikata, vermikulita, halizita, zeolita, poroznog oksida gvožđa i liskunastog gvožđevog oksida, prosečni prečnik je poželjno od 5 mm do 300 mm, poželjnije, prosek broja veličina čestica može biti od 35 do 85 mm. Prosečna veličina čestica ovih materijala se može odrediti, na primer, metodama laserske difrakcije.

[0030] Kada se u pronalasku kao porozni partikulat koriste kuglice od neorganskih vlakana, prosečna veličina kuglica od vlakana je poželjno od 0.5 do 1.5 mm, poželjnije od 0.6 do 1 mm. Ovo se može izračunati na primer tehnikama prosejavanja i merenja.

[0031] Polaritet površine ovih materijala takođe može biti prednost kada je kompatibilan sa polaritetom antikorozivnog sredstva koje nosi, posebno kada je antikorozivni agens tečnost ili rastvor.

[0032] Veličina pora ovih materijala treba da bude dovoljno velika da infiltrira tečni rastvor antikorozivnog sredstva uz mešanje na sobnoj temperaturi. Na primer, minimalna veličina pora može biti najmanje 0.01 µm. Veličina pora treba da bude dovoljno mala da zadrži tečnost u česticama tokom vrućeg presovanja. Na primer, maksimalna veličina pora ne može biti veća od 5 mikrona. Veličina pora se može meriti korišćenjem metode ISO 16901-2:2006.

[0033] Vrednost apsorpcije ulja je u korelaciji sa maksimalnim nivoom antikorozivnog sredstva koje ovi materijali mogu apsorbovati. Vrednosti apsorpcije ulja se mogu odrediti prema ISO 787-5:1980. Vrednosti apsorpcije ulja neorganskih poroznih materijala su pogodno u opsegu 100-500, poželjno 200-400, na primer oko 300. Porozne čestice kalcijum silikata mogu imati kapacitet apsorpcije ulja od 100-300%. Ovaj kapacitet apsorpcije ulja se meri metodom ASTM D281-31.

[0034] Pored toga, porozni partikulčat treba poželjno da ispunjava zdravstvene i bezbednosne zahteve.

[0035] Kalcijum silikati su posebno poželjni, na primer sintetički ksonotlit komercijalno poznat kao PROMAKSON<®>. Ksonotlit ima hemijsku formulu Ca6Si6O17(OH)2. Morfologija ovog materijala je takva da je idealan nosač tečnih i čvrstih materijala. Unutrašnja porozna igličasta struktura u kombinaciji sa tvrdom spoljašnjom školjkom omogućava ovu funkcionalnost. Kalcijum silikati su posebno pogodni kada je antikorozivni agens alkalni silikat zbog hemijske kompatibilnosti, što olakšava laku obradu da se antikorozivni agens infiltrira u pore.

[0036] Poželjno, neorganski porozni partikulat je kalcijum silikat. Kalcijum silikatni porozni materijali u obliku partikulata mogu imati temperaturu topljenja do 1540°C, što ih čini izuzetno pogodnim za uključivanje u frikcioni materijal koji je izložen visokim temperaturama, na primer u kočionu pločicu.

[0037] Drugi tip neorganskog poroznog materijala u obliku partikulata, pogodnog za upotrebu u ovom pronalasku su kuglice od neorganskih vlakana. Kuglice od neorganskih vlakana, kako se ovde koriste, su isprepletana ili upletena neorganska vlakna koja formiraju "loptice", tj. aglomerisana neorganska vlakna. Ove kuglice ili aglomerati neorganskih vlakana se takođe mogu nazvati granulama. Kuglice od vlakana se razlikuju od labavih ili raspršenih vlakana, koja nisu međusobno upletena.

[0038] Dužina i prečnik neorganskih vlakana kuglica od neorganskih vlakana mogu da variraju u širokom opsegu. Poželjno, prosečna dužina težine neorganskih vlakana neorganskih vlakana koja formiraju kuglice od neorganskih vlakana je od 100 do 300 µm, kao što je od 125 do 175 µm. Prosečan prečnik istih vlakana je poželjno od 4 do 15 µm, kao što je od 5 do 10 µm.

[0039] Poželjno je da prosečni prečnik kuglice od vlakana nije veći od 1.5 mm. Opciono, kuglice od vlakana imaju ponderisani prosečni prečnik u opsegu od 0.5 mm do 1.5 mm, poželjno od 0.6 mm do 1 mm.

[0040] Veličina kuglice od vlakana se određuje korišćenjem sita. Određuje se svaka masa kuglica od vlakana zaostalih na situ određene veličine otvora. Iz dobijenih podataka se izračunava ponderisani prosečni prečnik kuglica od vlakana.

[0041] Prednost upotrebe kuglica od vlakana kao nosača za antikorozivni agens je u tome što se buka i oštrina vibracija frikcionog materijala mogu smanjiti kada se koriste npr. za kočenje.

[0042] Kuglice od neorganskih vlakana se mogu napraviti u mikseru. Postupkom mešanja, rastresita neorganska vlakna se mešaju ili valjaju jedna preko drugih tako da dolazi do aglomeracije da bi se formirale kuglice od neorganskih vlakana. Mikser poželjno obezbeđuje kružno kretanje. Poželjno, proces uključuje mešanje neorganskih vlakana sa tečnošću u mikseru i sušenje dobijene smeše, da bi se poboljšala čvrstoća rezultujućih kuglica od vlakana. Za poboljšanje mehaničke čvrstoće kuglica od vlakana se može koristiti vezivo.

[0043] Poželjno, neorganski porozni partikulat ima suštinski sferičnu morfologiju čestica.

[0044] Poželjno, neorganski porozni material u obliku čestica ima veličinu čestica od oko 35-85 µm.

[0045] Poželjno, neorganski porozni partikulat sadrži mikro-pore spolja i makro-pore iznutra. Ova posebna struktura može olakšati kontrolisano oslobađanje antikorozivnog agensa i pomoći višem stepenu zasićenja u poređenju sa različitim strukturama pora. Pogodni partikulati su proizvodi koji se prodaju pod trgovačkim imenom Promaxon<®>, na primer Promaxon<®>-D.

[0046] U nekim realizacijama, neorganski porozni partikulat sadrži čestice sa prosečnom veličinom čestica od 5 µm do 300 µm. Pogodni materijali su bilo koji od kalcijum silikata, primarnih silikata, vermikulita, halizita, zeolita, poroznog oksida gvožđa i liskunastog gvožđe-oksida. Posebno su pogodni kalcijum silikati kao što je PROMAXON<®>.

[0047] U nekim realizacijama, neorganski porozni partikulat sadrži čestice sa prosečnom veličinom čestica od 0.5 do 1.5 mm. Pogodni materijali su kuglice od neorganskih vlakana, posebno one napravljene od veštačkih staklastih vlakana kao što je kamena vuna.

[0048] U nekim realizacijama, neorganski porozni partikulat sadrži mešavinu čestica različite veličine. U takvim realizacijama, i kuglice od neorganskih vlakana i manji materijali kao što su kalcijum silikati, primarni silikati, vermikulit, halizit, zeoliti, porozni oksid gvožđa i liskunasti oksid gvožđa se mogu koristiti u kombinaciji. Posebno poželjna je kombinacija čestica kalcijum silikata i kuglica od neorganskih vlakana.

Antikorozivni agens

[0049] Antikorozivni agens se apsorbuje u pore čestica poroznog partikulata. Ovom interakcijom je moguća kontrolisana isporuka antikorozivnog agensa na površine frikcionog para.

[0050] Poželjni antikorozivni agensi uključuju alkalne silikate. Alkalni silikati obično imaju opštu formulu SiO2/M2O, u kojoj je M alkalni metal. Alkalni silikati pogodni za upotrebu u postupku iz pronalaska mogu biti u obliku poznatom kao "vodeno staklo", koje je vodeni rastvor alkalnog silikata. U obliku vodenog stakla, antikorozivni agens je rastvor alkalnog silikata. Odnos SiO2: M2O određuje alkalnost. Poželjno je da se u ovom pronalasku koriste alkalni oblici.

[0051] Inkorporiranjm vodenog stakla ili drugog tečnog antikorozivnog agensa u pore poroznog partikulata, moguće je obezbediti vodeno staklo ili druge tečne antikorozivne agense u frikcionim materijalima gde to ranije nije bilo moguće. Konkretno, frikcioni materijali se obično proizvode postupkom suvog mešanja, koji je prethodno isključio upotrebu nekih antikorozivnih agensa koji se isporučuju u tečnom obliku. U ovom pronalasku, ovo je benefit pošto omogućava pogodan metod za distribuciju antikorozivnog agensa u porozni partikulat koji može biti unet u suvi premiks sastojaka frikcionog materijala.

[0052] Frikcioni materijal poželjno sadrži najmanje 0.5 tež% alkalnog silikata kao proporcija na ukupan frikcioni materijal na bazi dodavanja polaznih materijala za frikcioni materijal. Poželjnije, frikcioni materijal sadrži najmanje 1 % tež. alkalnog silikata, kao što je najmanje 2 % tež. alkalnog silikata. Manje količine možda neće pokazati primetno poboljšanje u vezi korozije, efikasnosti i habanja u poređenju sa frikcionim materijalima bez alkalnog silikata. Frikcioni materijal poželjno ne sadrži više od 10 tež% alkalnog silikata u odnosu na ukupan frikcioni materijal. Poželjnije, frikcioni materijal ne sadrži više od 9 % tež. alkalnog silikata, kao što je ne više od 8 tež.% alkalnog silikata. Veće količine mogu izazvati prekomernu abrazivnost frikcionog materijala, što može dovesti do nepoželjno visokog nivoa trenja i habanja. U finalnom frikcionom materijalu voda koja se koristi kao rastvarač, npr. u vodenom staklu, može da se zadrži u porama, npr. kao voda za hidrataciju, ili njen deo ili sva voda može da ispari tokom procesa proizvodnje. Nivo alkalnog silikata na osnovu nivoa suvog SiO2/M2O u finalnom proizvodu je poželjno u opsegu od 0.2% do 5% po težini, poželjno 0.4 do 3% težinskih.

[0053] Kada je alkalni silikat uključen u količini od 0.5 tež% do 10 tež%, u odnosu na frikcioni materijal, alkalni silikat može poboljšati korozione i frikcione performanse frikcionog materijala i smanjiti stepen habanja u poređenju sa frikcionim materijalom koji ne sadrži alkalni silikat.

[0054] U odnosu na neorganski porozni partikulat, tečni antikorozivni agens može biti prisutan pri zasićenju od 5 do 200% tež/tež, poželjno od 10-100% tež/tež, poželjnije od 25-75% tež/tež. Ova količina je u odnosu na težinu neorganskog poroznog partikulata, tako da, na primer, kada se 25% tež/tež antikorozivnog agensa apsorbuje u pore čestica neorganskog poroznog partikulata, odnos antikorozivni agens : neorganski porozni partikulat je 25 : 100. Nivo zasićenja se može izmeriti određivanjem mase rastvora antikorozivnog agensa koji može biti apsorbovan pomoću unapred određene mase poroznog materijala korišćenjem metode koja odgovara testu apsorpcije ulja ISO 787-5:1980.

[0055] U odnosu na porozni materijal, izražen kao procenat suve težine antikorozivnog agensa u odnosu na suvu težinu kombinacije poroznog materijala i antikorozivnog agensa, antikorozivni agens može biti prisutan u količini između 1.5 i 50 % tež., poželjno između 3 i 45 % tež., poželjnije između 13 i 45 % tež, ili između 13 i 35 % tež, ili između 14 i 28 % tež. Merenje suve težine isključuje fizički ili hemijski vezanu vodu.

[0056] Alkalni silikati su poželjni kao antikorozivni agensi pošto su dovoljno inertni za upotrebu u frikcionom materijalu bez potrebe za daljom obradom. Pored toga, kada je porozni partikulat kalcijum silikatni materijal, alkalni silikati su hemijski kompatibilni sa kalcijum silikatom, što olakšava apsorpciju antikorozivnih alkalnih silikata u čestice poroznog partikulata.

[0057] Alkalni silikati mogu povećati pH friksione površine, čineći kinetičke i termodinamičke uslove manje povoljnim za koroziju.

[0058] Od alkalnih silikata, poželjni su natrijum silikat i kalijum silikat. Natrijum silikat i kalijum silikat su dostupni u obliku vodenog rastvora poznatog kao vodeno staklo. Vodeno staklo ima ekološke prednosti jer ne zahteva nikakve druge rastvarače koji mogu biti štetni po životnu sredinu, životinje ili ljude i koji mogu koristiti energiju za njihovu proizvodnju. Pored toga, vodeni rastvor alkalnih silikata je pogodan za proizvodnju frikcionog materijala. Natrijum silikat je posebno poželjan. Natrijum silikat formule SiO2/Na2O je pogodan za upotrebu u pronalasku zbog svoje niske cene, dostupnosti i visokih stopa rastvaranja.

[0059] Poželjno, alkalni silikat je natrijum silikat sa odnosom SiO2/Na2O ne većim od 3.5, poželjno ne većim od 3.25. Odnos SiO2/Na2O je poželjno najmanje 1.60, poželjnije najmanje 3.00. Ovi odnosi mogu smanjiti količinu habanja kočione pločice i diska kada se frikcioni proizvod koristi kao kočiona pločica.

[0060] Pre incorporacije u frikcioni materijal, čestice neorganskog poroznog partikulata se poželjno suše tako da sadržaj vlage (npr. vode) nije veći od 10 tež.%, poželjno ne veći od 5 tež.%, poželjnije ne veći od 3 tež. %, a najpoželjnije ne veći od 2 tež%, izraženo kao težinski procenat ukupne težine čestica neorganskog poroznog partikulata, antikorozivnog agensa i vlage. Uklanjanjem vlage se poboljšava čvrstoća frikcionog materijala, pošto para koja se oslobađa tokom proizvodnje frikcionog materijala, koja može uključivati korake zagrevanja, može izazvati stvaranje pukotina u frikcionom materijalu, koje slabe frikcioni materijal. Zbog toga se žilavost frikcionog materijala može poboljšati smanjenjem količine pare koja može biti generisana.

[0061] Korak sušenja može biti ili aktivan, tj. izlaganje neorganskog poroznog partikulata impregniranog antikorozivnim agensom okruženju zagrevanja i/ili odvlaživanja, ili pasivno, tj. omogućavanje prirodnog isparavanja vlage. Stoga je poželjno da antikorozivni agens bude u čvrstom obliku sa niskim sadržajem vlage neposredno pre mešanja sa drugim komponentama da bi se formirao frikcioni materijal. Neorganski porozni partikulat omogućava dobru disperziju antikorozivnog agensa kroz frikcioni materijal i omogućava laku obradu.

Frikcioni materijal

[0062] Frikcioni materijal obuhvata porozni neorganski partikulat iz pronalaska dispergovan u matriksu i impregniran antikorozivnim agensom prema ovom pronalasku.

[0063] Pronalazak je uopšteno primenljiv na frikcione materijale. Poželjne formulacije frikcionih materijala su one koje su opšte poznate kao bezazbestne organske (NAO), nisko-metalne i nisko-čelične. Poželjno je da je frikcioni materijal NAO (bezazbestni organski) frikcioni materijal. Materijal pogodno sadrži organsko vezivo.

[0064] Primer NAO frikcionog materijala može sadržati, po zapremini %v/v, pored poroznog neorganskog partikulata impregniranog antikorozivnim agensom:

1-30% mineralnih vlakana, kao što je 3-15%

0-3% čeličnih vlakana, kao što je 0-1%

1-40% abraziva, kao što je 10-30%

1-20% čvrstih maziva, kao što je 5-12%, ili kada je grafit, 5-15%

5-45% veziva, kao što je 5-25% veziva, poželjno 10-20%

0-10% aramidnih vlakana, poželjno 3-7%

1-20% neorganskih i organskih punila, poželjno 3-10%

[0065] Frikcioni materijal može biti "nisko metalni" NAO frikcioni materijal, tj. sadrži malu količinu, na primer između 0 i 30 % tež. poželjno 0-10% metalnih komponenti kao što su čelična vlakna ili prah.

[0066] Nisko-čelični frikcioni material na primer može da sadrži, zapreminskih % v/v, pored poroznog neorganskog partikulata impregniranog antikorozivnim agensom:

0.5-1.5 % fibriliranih organskih vlakana

8-15% grafita

8-20% neorganskih punila

4-10% čeličnih vlakana

11-14% fenolne smole

0,5-10% abraziva

3-8% gume

4-12% čvrstih maziva

10-15% petrol koksa

4-8% mineralnih vlakana

[0067] Frikcioni materijal može biti "ne-čelični" NAO frikcioni materijal, tj. NAO frikcioni materijal bez čeličnih komponenti. Ne-čelični frikcioni materijal može sadržati druge metale kao što su mesing, bakar, aluminijum ili cink.

[0068] Matriks može biti matriks bez azbesta, bez bakra. Poželjni su matriksi bez bakra kako bi se ispunili trenutni i budući regulatorni zahtevi za smanjenje i eventualno eliminisanje bakra posebno iz kočnica automobila.

[0069] Matriks može biti matriks sa niskim sadržajem čelika ili bez čelika. To znači da matriks ne sadrži ili sadrži samo malu količinu čeličnih vlakana. Konkretno, matriks ne može sadržati više od 20 % tež. čeličnih vlakana, poželjno ne više od 15 % tež. čeličnih vlakana, poželjnije manje od 10 % tež. čeličnih vlakana, na primer manje od 3 % tež., najpoželjnije manje od 1 % tež. Matriks može biti bez čeličnih vlakana (matriks bez čelika). Poželjno je minimizirati količinu čeličnih vlakana u matriksu kako bi se smanjilo rđanje, prašina, buka i vibracije i težina frikcionog materijala.

[0070] Poželjno je da matriks sadrži lubrikant, abraziv, organsko vezivo, ojačavajuća vlakna i punilo. Abraziv u matriksu je poželjno drugačiji materijal od MMVF u frikcionom materijalu.

[0071] Pogodni abrazivi uključuju metalne okside i silikate, uključujući kvarc, glinicu, cirkonijum silikat, cirkonijum oksid i hrom oksid. Abrazivi se mogu izabrati u zavisnosti od zahtevane tvrdoće. Količina abraziva u frikcionom materijalu može biti od 1 do 20, poželjno od 5 do 17, poželjnije od 8 do 14 % vol. frikcionog materijala.

[0072] Pogodna maziva uključuju čvrsta maziva kao što su grafit i metalni sulfidi kao što su antimon sulfid, kalaj sulfid, bakar sulfid i olovo sulfid. Lubrikant može biti uključen u količini od 1 do 20, poželjno od 5 do 17, poželjnije od 8 do 14 % vol. frikcionog materijala.

[0073] Pogodne sirovine organskog veziva uključuju termoreaktivne organske vezivne agense kao što su fenolne smole, fenol-formaldehidne smole, kondenzovane polinuklearne aromatične smole, silikonom modifikovane smole, fenolne siloksanske smole, smole cijanatnih estara, epoksi-modifikovane smole, akrilate, metakrilate, alkidne smole, poliestarske smole, poliuretane, estre celuloze, polivinil smole, polistirenske smole, nitroceluloze, hlorovane gume, stiren butadienske gume i poliimidne smole i mogu uključivati učvršćivače, umreživače I rastvarače. Posebno poželjna veziva su fenolne smole kao što su smole iz porodice fenol-formaldehida (Novolac). Vezivo takođe može uključivati učvrš ć ivač kao što je epoksidna smola.

[0074] Poželjno je da matriks sadrži organsku termoreaktivnu smolu koja deluje kao vezivo. Posebno pogodne organske termoreaktivne smole uključuju fenolne smole kao što su fenol formaldehidne smole.

[0075] Organsko vezivo može biti prisutno u količini od 5 do 45 % vol, poželjno od 5 do 25 % vol, poželjnije od 10 do 20 % vol frikcionog materijala.

[0076] Punila mogu biti organska, neorganska ili mešavina organskih i neorganskih. Za povećanje zapremine frikcionog materijala dodaju se punila. Pogodna punila uključuju frikcionu prašinu, mrvice od gume, kalijum titanate (npr. u obliku filamenata ili vlakana), barijum sulfat, kalcijum karbonat, liskun, titanate alkalnih metala, molibden trioksid, prašinu od indijskog oraha, silimanit, mulit, magnezijum oksid, silicijum dioksid i gvožđe oksid. Punila mogu igrati ulogu u modifikaciji nekih karakteristika frikcionog materijala, na primer mogu poboljšati toplotnu stabilnost ili smanjiti buku. Konkretno punilo ili punila koja će se koristiti mogu takođe zavisiti od drugih sastojaka frikcionog materijala. Liskun, prašina od indijskog oraha i gumena prašina su poznati kao prigušivači buke. Poželjna punila uključuju barite kao što su BaSO4, petrol koks, Ca(OH)2, liskun, gvožđe u prahu, prašinu frikcionog materijala gumenih mrvica i kalijum titanate (npr. u obliku filamenata ili vlakana).

[0077] Pogodna vlakna za ojačanje se mogu dodati u matriks. Na primer, matriks može uključivati veštačka staklena vlakna (MMVF), posebno vlakna kamene vune, druge vrste mineralnih vlakana i/ili aramidna vlakna kao što je kevlar (RTM). Vlakna se mogu dodati na primer da bi se povećao Jungov modul i povećala žilavost frikcionog materijala. Pogodni MMVF imaju prosečni prečnik vlakana u opsegu 5-10 µm, dužine u opsegu 50-1000 µm, poželjno u opsegu 100-750 µm, i imaju nizak sadržaj kuglica, npr. manje od 1% tež., poželjno manje od 0.5 % tež. Primeri odgovarajućih MMVF su dostupni kod kompanije Lapinus Fibers u Roxul liniji proizvoda, npr. proizvodi Roxul 1000 Rock Brake, kao što su Roxul 1000 RB 280 i RB205.

[0078] Frikcioni materijal se priprema prema sledećim koracima:

a. mešanje čestica neorganskog poroznog partikulata sa drugim polaznim materijalima da bi se formirala smeša, pri čemu neorganski porozni partikulat sadrži antikorozivni agens apsorbovan u svojim porama; b. stavljanje smeše u kalup;

c. izlaganje smeše u kalupu pritisku od 10 do 70 MPa.

[0079] Poželjno je da korak mešanja bude korak suvog mešanja. Suvo mešanje je poželjnije zbog industrijskih standarda za frikcione materijale. Pored toga, proces mokrog mešanja može dovesti do krtog frikcionog materijala usled isparavanja vlage tokom proizvodnje. Ovaj pronalazak izbegava taj problem ugradnjom tečnog antikorozivnog sredstva u čestice neorganskog poroznog partikulata.

[0080] Korak presovanja može biti vruće presovanje ili hladno presovanje. Poželjno, uslovi su temperatura od 120 do 180°C, poželjno 150 do 170°C i pritisak od 20 do 40 MPa.

[0081] Opciono se koristi sledeći korak očvršćavanja. Ovo može biti očvršćavanje smolnog veziva. Očvršćavanje se može odvijati u postupnom procesu gde se temperatura podiže sa ambijentalne na temperaturu očvršćavanja, od najmanje 150°C, poželjno najmanje 180°C, na primer 200°C ili više do 250°C, poželjno do do 215°C, nakon čega sledi održavanje na temperaturi očvršćavanja nekoliko sati, kao što je 2-8 sati, poželjno 4-6 sati, nakon čega sledi faza hlađenja.

[0082] Metoda poželjno obuhvata preliminarni korak impregnacije antikorozivnog sredstva u pore čestica neorganskog poroznog materijala. Neorganski porozni partikulat može da nosi od 5% do 200% sopstvene težine u antikorozivnom agensu. Poželjno je da neorganski porozni partikulat nosi od 25 do 70% sopstvene težine u antikorozivnom agensu. Ova količina antikorozivnog agensa može ponuditi optimalnu kontrolisanu isporuku antikorozivnog sredstva na površinu frikcionog materijala, dok istovremeno održava lakoću obrade i žilavost i čvrstoću frikcionog materijala. Impregnacija se može izvršiti dovođenjem u kontakt čestica neorganskog poroznog materijala sa antikorozivnim agensom u tečnom obliku tokom mešanja, na primer raspršivanjem u mikser sa fluidnim slojem ili mešanjem u mikseru sa malim smicanjem dok se sva tečnost ne apsorbuje sa ili bez slušanja, na primer izvodi se u periodu od 1-60 minuta, na primer 5-20 minuta.

[0083] Poželjno je da se neorganski porozni partikulat podvrgne koraku sušenja nakon što je impregniran antikorozivnim agensom i pre mešanja sa drugim komponentama frikcionog materijala. Korak sušenja može biti aktivan, na primer povećanjem temperature i/ili smanjenjem vlažnosti, ili pasivan, tj. omogućavanjem prirodnog isparavanja vlage. Ovaj korak može poboljšati čvrstoću frikcionog materijala smanjenjem količine pare koja se oslobađa tokom faze vrućeg presovanja u procesu proizvodnje frikcionog materijala.

Primeri

Primer 1

[0084] Porozni partikulat kalcijum silikat, komercijalno poznat kao PROMAXON<®>-D je impregniran vodenim staklom Crystal 0075 u količinama od 0, 50, 100, 150 i 200 % tež/tež. Drugim rečima, količina vodenog stakla je apsorbovana u čestice poroznog kalcijum-silikatnog partikulata tako da nosi 0%, 50%, 100%, 150% ili 200% sopstvene težine u vodenom staklu. Odnos SiO2:Na2O u vodenom staklu je bio 3.22. Impregnirani porozni partikulat u zapreminskom procentu od 7% je pomešan sa drugim sastojcima prema sledećem receptu i podvrgnut pritisku na 160°C i 28 MPa u kalupu da bi se formirali NAO, nečelični frikcioni materijali.

[0085] Sastav je praćen očvršćavanjem zagrevanjem do 210°C tokom 5 sati, održavanjem na 210°C tokom 4 sata i hlađenjem do sobne temperature tokom 2 sata.

[0086] Dodatno je napravljen uzorak smole a086 koji je isključio čestice neorganskog poroznog materijala PROMAXON<®>-D.

[0087] Na frikcionim materijalima su procenjeni trenje, habanje i korozione performanse.

[0088] Frikcioni materijali su pripremljeni u obliku kočionih pločica za ispitivanje sa čeličnim rotorom. Izvedeni testovi su bili iz Krauss ECE R90 globalne specifikacije frikcionih performansi.

[0089] Habanje frikcionih materijala (kočionih pločica) i rotora je mereno prema metodi ispitivanja adaptiranoj od testa habanja SAE J2707.

[0090] Korozija frikcionih materijala i rotora je izvršena testovima zasnovanim na ASTM B117 da bi se odredio nivo lepljenja. Test obuhvata prethodno kondicioniranje kočione pločice i materijala sa vodenom korozionom tečnošću od 5% težinskih NaCl i MgCl (1:1 po težini), praćeno stezanjem na kočioni disk i unošenje u klima-komoru na 40°C, relativne vlažnosti 100%, tokom 24 h, a zatim sušenje 72 h u komori na sobnoj temperaturi pri relativnoj vlažnosti 70%. Ispitni uzorci su zatim ispitani za lepljenje, a površine diskova i pločica su nakon odvajanja ispitani za koroziju.

[0091] Referentni uzorak (bez čestica neorganskog poroznog partikulata) je tokom testiranja pretrpeo veoma teško slepljivanje.80% površine kočione pločice je bilo prekriveno korozijom.

[0092] U uzorku sa neorganskim poroznim partikulatom, ali bez antikoroziva impregniranih u njegovim porama, došlo je do jakog leplje nja kao rezultat testiranja.80% površine između pločice i diskova je prekriveno korozijom.

[0093] U uzorku koji sadrži neorganski porozni partikulat koji nosi vodeno staklo u količini 25% od svoje težine, je uočeno srednje lepljenje i 40% površine između pločica i diska je prekriveno korozijom. Ovo je jasno poboljšanje u odnosu na referentni uzorak i uzorak sa 0% antikorozivnog agensa.

[0094] U uzorku koji sadrži neorganski porozni partikulat koji nosi vodeno staklo u količini 50% od svoje težine, nije došlo do lepljenja i samo 20% površine između pločica i diska je prekriveno korozijom. Ovo je dodatno jasno poboljšanje u odnosu na prethodne uzorke.

[0095] U uzorku koji sadrži neorganski porozni partikulat koji nosi vodeno staklo u količini 100% svoje težine, nije došlo do lepljenja i samo 10% površine između pločica i diska je prekriveno korozijom. Ovo je dodatno jasno poboljšanje u odnosu na prethodne uzorke.

[0096] Najbolji rezultati su dobijeni za frikcione materijale koji sadrže porozni kalcijum-silikatni partikulat impregniran sa 50 % tež. i 100 % tež. vodenog stakla.

Primer 2

[0097] Frikcioni materijali su pripremljeni mešanjem polaznih materijala i podvrgavanjem smeše pritisku u kalupu korišćenjem uslova procesa iz Primera 1 iznad da se formiraju kočione pločice. Formulacija je bila nisko metalna formulacija prema sledećem:

[0098] Neorganski porozni partikulat je bio kalcijum silikat komercijalno poznat kao PROMAXON<®>-D. Impregniran je vodenim staklom Crystal 0075 (vodeno staklo istog sastava kao u primeru 1) pre mešanja sa ostalim sastojcima za frikcioni materijal. Pripremljeno je šest uzoraka, sa različitim stepenom zasićenosti vodenog stakla u poroznom materijalu: porozni materijal je nosio 0%, 25%, 50%, 75%, 100% i 125% od sopstvene težine vodenog stakla. Uzorci frikcionih materijala u obliku kočionih pločica su pripremljeni da bi se uporedile performanse na različitim nivoima zasićenja.

[0099] Kočione pločice su testirane sa čeličnim rotorom da bi se simulirao kočioni sistem motornog vozila.

[0100] Testiranje je sprovedeno da bi se odredio koeficijent trenja za svaki uzorak prema Krauss ECE R90 aneksu (konstantni obrtni moment) Evropske sertifikacione procedure ispitivanja za globalnu specifikaciju frikcionih performansi.

[0101] Habanje kočione pločice i rotora je testirano prema adaptiranoj verziji procedure za ispitivanje habanja SAE J2707.

[0102] Cifre u kodovima korišćenim na slikama označavaju proporciju vodenog stakla.

[0103] Slike 1, 2 i 3 prikazuju rezultate testa za primer 2.

[0104] Kao što se može videti na Slici 1 sa povećanjem sadržaja tečnog rastvora natrijum silikata, došlo je do porasta prosečnog nivoa trenja, prosečnog nivoa trenja hladne sekcije i prosečnog nivoa trenja sekcije slabljenja. Ove tri sekcije trenja su kritične u razvoju kočionih pločica.

[0105] Slika 2 prikazuje ponašanje habanja pločica i rotora sa povećanjem sadržaja tečnog rastvora natrijum silikata. I jedni i drugi pokazuju poboljšanje do određene tačke kada efekat postaje negativan. Odnos između istrošenosti diska i pločice je optimizovan za procente sadržaja tečnog rastvora natrijum silikata između 25 i 70%.

[0106] Rezultati trenja i habanja su prikazani na Slici 3.

[0107] U sekcijama µF1 i µF2 je jasno da što je veća količina tečnog rastvora, viši je nivo slabljenja trenja, a takođe je viši nivo svih segmenata trenja nakon µF2.

[0108] Ako neorganski porozni partikulat nosi više od 125% sopstvene težine rastvora antikorozionih agenasa, rezultati prestaju da se poboljšavaju.

[0109] Sa tačke gledišta habanja diska, jasno je da postoji poboljšanje do 50% impregnacije tečnim rastvorom. Nakon 50% nastaje pogoršanje.

[0110] Iz ovih rezultata u kombinaciji sa antikorozivnim testovima iz primera 1, zaključujemo da su najbolji stepeni impregnacije:

25, 50 i 75%, tj. za najbolje rezultate neorganski porozni materijal nosi od 25 do 75% od sopstvene težine antikorozivnog agensa.

[0111] Bez namere da se vezujemo za teoriju, veruje se da kombinacija četiri faktora utiče na ove rezultate: - Obrada frikcionog materijala. Što je veća količina impregnacije, veća je verovatnoća pojave pukotina u frikcionom materijalu nakon toplog presovanja.

- Uticaj na koroziju i lepljenje

- Uticaj na performanse trenja

- Uticaj na habanje diskova.

Zaključak

[0112]

- Neorganski porozni materijali sa visokom toplotnom otpornošću se mogu koristiti kao nosači za tečne rastvore. - Tečni rastvori antikoroziva imaju veliki potencijal za uštede efikasnosti u industriji frikcionih materijala.

- Količina infiltracije može biti od 5% (tež/tež) do nivoa zasićenja. U konkretnom slučaju za Promaxon®-D iznosi od 5% do 200%.

- Optimalna impregnacija zavisi od segmenta materijala (NAO, Nisko metalni ili polu-metalni), u slučaju Promaxona D iznosi između 25 i 70%.

Claims (16)

Patentni zahtevi:

1. Bezazbestni organski frikcioni materijal koji sadrži neorganski porozni partikulat, pri čemu neorganski porozni partikulat materijal sadrži antikorozivni agens apsorbovan u svojim porama, pri čemu antikorozivni agens sadrži alkalni silikat, pri čemu neorganski porozni partikulat materijal sadrži strukturu kalcijum silikata.

2. Frikcioni materijal prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što alkalni silikat je natrijum silikat, kalijum silikat ili njihove smeše, na primer u obliku vodenog rastvora.

3. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što je struktura kalcijum silikata Ca6Si6O17(OH)2.

4. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što neorganski porozni partikulat ima prosečnu veličinu čestica od 5 µm do 300 µm.

5. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što neorganski porozni partikulat ima BET specifičnu oblast površine od najmanje 40 m<2>/g kada se izračunava u odsustvu aktivnog sredstva.

6. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patetnih zahteva, naznačeno time što neorganski porozni partikulat materijal ima broj apsorpcije ulja u opsegu od 100 do 500, kada je određen u odsustvu aktivnog agensa, poželjno u opsegu od 150 do 300, pri čemu je broj apsorpcije ulja određen prema ISO 787-5:1980.

7. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što je antikorozivni agens prisutan u količini između 1.5 i 50 težinskih %, izraženo kao procenat mase suve materije u antikorozivnom agensu u odnosu na kombinaciju suve težine neorganskog poroznog partikulata i mase suve materije u antikorozivnom agensu.

8. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje sadrži organsko vezivo u količini u rasponu od 5 do 45 težinskih % , poželjno 10-20% težinskih, na primer termoreaktivnu smolu.

9. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje sadrži vlakna.

10. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje sadrži veštačka staklena vlakna (MMVF-man-made vitreous fibres).

11. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što neorganski porozni partikulat i alkalni silikat apsorbovan unutar njegove strukture zajedno čine od 1 do 10 težinskih % frikcionog materijala, poželjno od 2 do 5 težinskih %.

12. Frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što neorganski porozni partikulat sadrži kuglice od vlakana.

13. Kočiona pločica koja sadrži frikcioni materijal prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva.

14. Kočioni sistem vozila koji se sastoji od rotora i kočione pločice prema patentnom zahtevu 13, naznačeno time što su rotor i kočiona pločica konfigurisani tako da su pri kočenju u kontaktu, poželjno naznačeno time da je rotor metalni, još poželjnije da je sistem elektronske parkirne kočnice.

15. Postupak za izradu bezazbestnog organskog frikcionog materijala prema bilo kojem od patentnih zahteva od 1 do 12, naznačen time što postupak obuhvata:

a) mešanje neorganskog poroznog partikulat materijala koji sadrži strukturu kalcijum silikata sa drugim polaznim materijalima da bi se formirala smeša, pri čemu neorganski porozni partikulat sadrži antikorozivni agens apsorbovan u njegovim porama, pri čemu antikorozivni agens sadrži alkalni silikat;

b) stavljanje smeše u kalup;

c) podvrgavanje smeše u kalupu pritisku od 10 do 70 MPa.

16. Postupak prema patentnom zahtevu 15, koji dalje obuhvata početni korak impregnacije čestica neorganskog poroznog partikulata antikorozivnim agensom, poželjno pri čemu je antikorozivni agens u obliku vodenog rastvora.