[发明专利]用于制动系统中的部件的摩擦衬

说明书

本发明涉及用于制动系统、特别是机动车辆的系统中的部件和功能元件的摩擦衬，其包括一种无机的复合材料，该复合材料包括玻璃或玻璃陶瓷基材、无机的增强纤维和一种或更多种填料。

在例如用于陆地车辆(客车、多用途运载车、铁路车辆等)或飞行器的制动系统中的部件或功能元件应该允许能达到尽可能最高的减速。

评价制动器、特别是机动车辆制动器的摩擦衬的重要技术准则是：

-摩擦系数μ，

-磨损，

-机械强度和断裂韧性，

-发生断裂时的转速，

-自诱导的摩擦振动(“颤动”或“冲击”)和摩擦噪声的倾向，

-耐热载荷的能力。

详细地说，这意味着：

摩擦系数μ应该尽可能的高并且尽可能与工况和环境状况无关。由于能够传递的力正比例于摩擦系数与接触压力的乘积(μ×F_A)，当摩擦系数μ增大时可以减小制动器的尺寸，而保持接触力大小。摩擦衬的摩擦系数依赖于配对件材料。在机动车辆制动器中的标准配对件材料是灰铸铁或钢。目前用于客车制动器的摩擦衬在实际操作中对灰铸铁的μ值约为0.2-0.5。在设计制动器时，所用的起点是设计值0.25，其已包含一安全系数。摩擦系数应该相对于温度、湿度、接触压力和角速度方面的变化尽可能为常数。

对摩擦衬的磨损应该是很小的。该衬的理想使用寿命在正确操作制动器时可以是车辆的行车寿命，但习惯上在整个的车辆使用期限内更换制动衬。当然，摩擦衬的配对件材料也不应受摩擦衬的过度磨损。一种磨损的量度是磨损率。

高的机械强度和断裂韧性特别在摩擦衬用铆接、夹持或粘合配装时是需要的。

发生断裂时的转速应该为最大车轮速度的1.7-2倍，即通常约5000/min，因为这样高的制动盘的转速可能发生在客车的高行驶速度时。

冲击或噪声是与制动有关的最严重的质量问题之一。冲击被认为是发生在“制动设备”系统的一共振频率时，如果该系统与悬架一起专用，则其被大大地激发以致车辆的振动变得显著的。冲击不可能容易地定量，但对由司机得到的主观感受是非常重要的。冲击发生时的强烈度不仅取决于摩擦衬还取决于整个“制动”系统的设计及其弹簧元件，不过与摩擦衬有关的冲击并不构成重要部分。需要具有很小的或没有冲击倾向的制动器，即其具有舒适性能的良好水平。

实际中，制动器的摩擦衬必须耐相当高的热载荷而不被破坏，即也不变形。因此，一个开发的目标是进一步向上提高发生衰减时的温度极限。与离合器摩擦衬相比，在制动器的摩擦衬中载荷的持续时间以及在加载过程中作用在摩擦衬上的压力均是提高的，并因此对耐热载荷能力的要求是特别高的。

另一方面，采用的对环境有利的材料可以被认为至少达到了不再需要使用石棉的程度，石棉过去曾通用于制动器衬。

目前商业上可得到的用于机动车辆制动器的摩擦衬是具有一种有机的(聚合物)基材的复合材料。它们包括嵌入摩擦水泥中的纱线，该水泥包含树脂、橡胶和如炭黑、石墨和高岭土等填料。该纱线优选包括聚丙烯腈、芳族聚酰胺、纤维素、玻璃和其他的纤维以及黄铜或紫铜丝。这类摩擦衬提供有很好的舒适性，但由于它们的有机组分，特别是它们的有机基材，具有不能令人满意的耐热载荷能力，以致在制动过程中万一超过了某一温度极限，摩擦系数下降，由于“衬的冲击”而导致相当大地降低舒适性和最终衰减(制动器的打滑)。在进一步加载的情况下，摩擦衬实际上将被破坏并且制动功能将完全失效。

EP 0 469 464 B1公开了一种用于摩擦衬的复合材料，其中粘结剂基材由SiO₂和至少部分地水溶性硅酸盐、例如碱金属硅酸盐(水玻璃)的混合物制成，其可以在有水的情况下运行。这类材料将具有不能令人满意的水解稳定性，这在例如当温度降到露点以下而形成冷凝的情况下是不利的。

US 4 341 840公开了用石墨纤维增强的玻璃，用于轴承、密封和制动器。这些复合材料将没有足够的耐热载荷能力并且将提供不能令人满意的舒适性。

本发明的一个目的是找到一种制动系统、特别是机动车辆制动器的摩擦衬，其具有改进的性能特性，特别是提高了耐热载荷能力，并且与其相结合对一预定的摩擦衬区域提高了传递较高制动力矩的能力。

该目的通过权利要求1所述的无机的复合材料来达到。

意外地，已发现包括一种玻璃或玻璃陶瓷基材、无机的增强纤维和一种或更多种填料的纯无机的复合材料，由于其特别的性能，如果包含一种或更多种具有平面六方结构单元的增滑剂作为填料，其特别适合于用作制动系统的摩擦衬。