CN101074289A - 一种双热压式复合摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双热压式复合摩擦材料及其制备方法。该方法由一次热压成型的复合摩擦材料经粉碎和筛选后再经第二次热压成型制备；第二次热压成型工艺条件为：以质量百分比计，将40－70％的一次热压成型的复合摩擦材料、15－35％耐高温改性树脂、5－15％增强纤维、5－15％橡胶粉以及余量的润滑材料共混，放入模具内，在温度为140℃－165℃、压力为12－20Mpa条件下，热压成型，保温8－24h。两次热压成型生产出来的复合摩擦材料，具有较佳的稳定的摩擦系数、较低的磨损率，材料摩擦表面粗糙度增加、材料的气孔系数增加，大大减少了制动过程中摩擦噪声的出现。

Description

一种双热压式复合摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合摩擦材料，特别是涉及一种双热压式复合摩擦材料及其制备方法。

背景技术

复合摩擦材料是将不同物化特性的材料与强度低、韧性好的高分子聚合物基体组成的。由于高分子材料通常不能承受高的应力和高的温度，为了提高高分子材料的屈服强度，都采用网状结构的热固性树脂，一般为各种改性的酚醛树脂。同时，为了达到理想的制动效果和综和机械性能，还需加入各种纤维，润滑材料，磨料以及填料，而其中的高聚物基体材料几乎只是作为传递或分散载荷的媒介。因此，复合摩擦材料的强度主要取决于包括纤维在内的其它组份与基体界面的粘结强度。目前，在各类摩擦制动器中，复合摩擦材料使用的比例高达90％以上。

在复合摩擦材料的发展过程中，大量的专利技术和应用研究用来完善和提高复合摩擦材料的摩擦学特性，使它更适用于汽车工业发展的需要。复合摩擦材料的组成是决定其摩擦学特性的主要因素，在构成复合摩擦材料的诸多组份中，每种组份都对制动效果起到一定的作用。在确定材料配方的过程中，需要进行大量的对比试验。

复合摩擦材料的表面颜色和外观形状各有不同。但都是由粘结剂，增强纤维，磨料，润滑材料，填料五大类材料组成。其功用如下：

粘结剂：将增强纤维、磨料、润滑材料和填料等粉体材料粘合在一起。一般采用的是改性的酚醛树脂。常用的有：腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、芳胫改性酚醛树脂和各种进口高温树脂。

增强纤维：在摩擦材料的摩擦过程中起关键作用，可以起到增强作用及改善摩擦磨损性能特性。常用的增强纤维有：石棉纤维、钢纤维、铜纤维、蛭石纤维、硅灰石纤维、海泡石纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维等。制动材料中加入石棉纤维，具有柔韧性、摩擦系数高、价格低廉等特性，但在制作和使用过程中污染大气及致癌。碳纤维和芳纶纤维具有强度高、耐热、耐磨、耐腐蚀等一系列优异性能是一种比较理想的增强纤维材料，但价格昂贵。陶瓷纤维具有耐热、摩擦系数高、价格低等特性，但导热性差，易使制动材料出现裂纹。钢纤维具有强度高、耐热、导热性好，摩擦系数高且来源广泛价格低廉。

磨料：在摩擦材料中起到提高和稳定高温摩擦系数的作用。常用的磨料有：氧化铝、氧化硅、硫酸锆、氟化钙、碳化硅、氧化铁、铸石粉和难熔金属等。磨料应具有足够高的机械强度和硬度，以保证摩擦过程中尽量多的能量消耗在磨粒的破损上，但也不能过高，否则在很大程度上磨损了对偶材料。同时对磨料的粒度大小也有一定的要求，太小起不了作用，太大则会增大对偶材料的磨损，甚至引发噪声。

润滑材料：在摩擦材料中起到减小摩擦，提高耐磨性，并起到稳定摩擦性能的作用，同时还有助于摩擦材料的压模成型。常用的润滑材料有：石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、氮化硼、硫化锑、氧化镁、铅、铋、锑、焦碳、滑石粉等。润滑材料随着加入量的增加，耐磨性明显提高，但摩擦系数会下降，材料的机械强度也会下降，故加入量不宜太多。

填料：在摩擦材料不仅可改善材料的物理特性，而且还可以起到调节制动效果、抑制噪音和降低成本的作用。常用的填料有：高岭土、长石粉、硫酸钡、碳酸钙、铜屑、石英粉、轮胎粉、橡胶粉、硅灰石粉等。填料是摩擦材料中不可缺少的组份。

专利CN02119505.6介绍了一种无石棉摩擦材料及制造方法；专利CN97112643介绍用毛发和钢纤维替代石棉摩擦材料；专利CN02116595.5一种无石棉摩擦材料及制造方法等专利都采用的是一次热压成型的生产制造方法。以上的专利都属于复合摩擦材料的生产制造。

目前，复合摩擦材料是将以上的这些材料根据配方和工艺要求，根据以下步骤制备：

第一步：将原材料按配方称料，然后在高速混料机中充分混合。

第二步：将混合粉称重放入模具内。(或先冷压)

第三步：热压成型，保证树脂固化反应完全。热压温度要根据树脂固化温度来确定，一般在140℃以上；压力12-20Mpa；保温时间和放气次数根据材料的形状和大小来确定。

第四步：后处理。根据树脂固化温度来确定后处理温度，一般在140℃以上；保温时间：4-24h。

第五步：机械加工，喷漆。得到形状、机械性能、摩擦磨损特性各异的复合摩擦材料。这就是目前生产复合摩擦材料的生产工艺流程。

上述方法用一次热压法生产复合摩擦材料，制造出来的摩擦制动片，材料的粘接强度较低，同时孔隙率较少，摩擦表面光滑，易于产生摩擦制动噪声。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种具有较佳的稳定的摩擦系数、较低的磨损率，并能减少制动过程中摩擦噪声出现的双热压式复合摩擦材料的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现。

一种双热压式复合摩擦材料的制备方法：由一次热压成型的复合摩擦材料经粉碎和筛选后再经第二次热压成型制备；所述第二次热压成型工艺条件为：以质量百分比计，将40-70％一次热压成型的复合摩擦材料、15-35％耐高温改性树脂、5-15％增强纤维、5-15％橡胶粉以及余量的润滑材料共混，放入模具内，在温度为140℃-165℃、压力为12-20Mpa条件下，热压成型，保温8-24h。

所述一次热压成型的复合摩擦材料的制备方法为：以质量百分比计，称取10-25％耐高温改性树脂、10-40％增强纤维、5％-20％润滑材料、5％-20％磨料12-20Mpa条件下，热压成型，保温4-8h。

所述一次热压成型复合摩擦材料选用一次热压成型复合摩擦材料的废料。

所述粉碎和筛选方法为：将一次热压成型的复合摩擦材料成型产物粉碎，并将粉碎过程的最高温度控制在180℃以下；采用5-10目的筛网，进行筛选；

所述第二次热压成型的增强纤维为金属纤维。所述金属纤维优选为钢纤维或者铜纤维。

由上述方法制备的双热压式复合摩擦材料，其摩擦表面形貌较粗糙，气孔系数比一次热压成型的复合摩擦材料增加2％-6％。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)通过两次热压成型生产出来的复合摩擦材料，由于第二次混料中加入的金属纤维与破碎的摩擦材料(约2mm)尺寸大小处于同一数量级，使得大颗粒的摩擦材料与金属纤维缠绕粘接。

(2)各种组分与基体粘接的更加紧密，在制动摩擦过程中，表面的摩擦剪力不易将大颗粒的摩擦材料(2-2.8mm)磨损带走。

(3)两次热压成型生产出来的复合摩擦材料，具有较佳的稳定的摩擦系数、较低的磨损率(与相同配方的一次热压成型所生产出来的复合摩擦材料来比较)。

(4)该材料摩擦表面粗糙度增加、材料的气孔系数增加，大大减少了制动过程中摩擦噪声的出现。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，发明人对本发明已经经过多年的创造性研究和试验，有许多成功的实例，下面列举部分具体实施例，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1：以捷达前轮刹车片为例，压制后的高度为12mm。

第一次热压混杂纤维复合摩擦材料的基本配方(以质量百分数计)：腰果油改性酚醛树脂15％；晴橡胶5％；钢纤维15％；蛭石5％；Kevlar纤维2％；岩棉5％，氧化硅8％；滑石粉10％；二硫化鉬5％；硫酸钡20％；氢氧化钙10％。

将以上的材料均匀混合，称重倒入标准模具(长300mm×宽60mm)中，以150℃；压力16Mpa；保温时间3分钟和放气2次；压制出长300mm×宽60mm×厚6mm的复合摩擦材料；将压制出的材料放入恒温箱中，温度160℃经过4小时的后处理。

在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行粉碎，采用5-10目(2-2.8mm的筛孔)的筛网，进行筛选。

以质量分数计，第二次热压复合摩擦材料采用的配方：70％的第一次热压成型制备的复合摩擦材料(5-10目)；18％的腰果油改性树脂；5％的丁晴橡胶；2％的片状石墨；5％的钢纤维。在150℃；压力16Mpa；热压保温时间6分钟和放气3次数。随后在160℃、保温24h；再经机械加工和喷漆处理。

经检测，在相同配方的情况下，以第一次热压为原配方，用现有技术生产的制动摩擦材料和与双热压成型所生产的摩擦材料对比测试。本实施例制备的复合摩擦材料在300℃时，平均摩擦系数由一次热压成型制备的复合摩擦材料的0.392提高到0.431，提高了10.2％；磨损率由0.723×10^-7cm³/Nm下降到0.671cm³/Nm，下降了7.23％。同时还减小了制动过程的高频噪声，提高了车辆驾驶的舒适度。

实施例2：以捷达前轮刹车片为例，压制后的高度为12mm。

第一次热压半金属纤维复合摩擦材料的基本配方(以质量百分数计)：腰果油改性酚醛树脂20％；丁晴橡胶5％；钢纤维28％；铜屑2％；氧化铝8％；铸石粉2％；二硫化鉬3％；石墨7％；硫酸钡15％；氧化镁5％，高岭土5％。事实上第一次热压成型复合摩擦材料可选用上述配方制备的材料的废料。

将以上的材料均匀混合，称重倒入标准模具(长300mm×宽60mm)中，以165℃；压力20Mpa；保温时间3分钟和放气2次；压制出长300mm×宽60mm×厚6mm的复合摩擦材料；将压制出的材料放入恒温箱中，温度160Co经过4小时的后处理。

在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行粉碎，采用5目的筛网，进行筛选。

以质量百分数计，第二次热压复合摩擦材料采用的配方：70％的半金属复合摩擦材料；15％腰果油改性树脂；5％的丁晴橡胶；5％的片状石墨；5％的钢纤维。上述配方材料混合均匀，在140℃；压力20Mpa；热压保温时间6分钟和放气2次数。随后在180℃、保温8h；再经机械加工和喷漆处理。

经检测，在相同配方的情况下，以第一次热压为原配方，用现有技术生产的制动摩擦材料和与本实施例双热压成型所生产的摩擦材料进行对比分析。本实施例制备的复合摩擦材料在300℃时，平均摩擦系数由一次热压成型制备的复合摩擦材料的0.417提高到0.454，提高了9.0％；平均磨损率由0.963×10^-7cm³/Nm下降到0.883cm³/Nm，下降了8.31％。

实施例3：

第一次热压无金属纤维复合摩擦材料的基本配方(以质量百分数计)：腰果油改性酚醛树脂25％；丁晴橡胶5％；蛭石8％；海泡石10％；Kevlar纤维2％；氧化铝10％；二硫化鉬5％；滑石粉10％；硫酸钡15％；氧化镁5％，高岭土5％。将以上的材料均匀混合，称重倒入标准模具(长300mm×宽60mm)中，以140Co；压力12Mpa；保温时间3分钟和放气2次；压制出长300mm×宽60mm×厚6mm的复合摩擦材料；将压制出的材料放入恒温箱中，温度160Co经过4小时的后处理。上述第一次热压无金属纤维复合摩擦材料也可选用一次热压成型复合摩擦材料的废料。

在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行粉碎，采用10目的筛网，进行筛选。

以质量分数计，第二次热压复合摩擦材料采用的配方：40％的无金属纤维复合摩擦材料；35％腰果油改性树脂；5％的丁晴橡胶；5％的片状石墨；15％的钢纤维。上述配方材料混合均匀，在165℃；压力12Mpa；热压保温时间6分钟和放气2次数。随后在180℃、保温24h；再经机械加工和喷漆处理。

经检测，在相同配方的情况下，以第一次热压为原配方，用现有技术生产的制动摩擦材料和与本实施例双热压成型所生产的摩擦材料进行对比分析。本实施例制备的复合摩擦材料在300℃时，平均摩擦系数由一次热压成型制备的复合摩擦材料的0.376提高到0.417，提高了11.0％；平均磨损率由1.130×10^-7cm³/Nm下降到0.993cm³/Nm，下降了12.08％。

Claims (8)

1、一种双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于该方法由一次热压成型的复合摩擦材料经粉碎和筛选后再经第二次热压成型制备；所述第二次热压成型工艺条件为：以质量百分比计，将40-70％一次热压成型的复合摩擦材料、15-35％耐高温改性树脂、5-15％增强纤维、5-15％橡胶粉以及余量的润滑材料共混，放入模具内，在温度为140℃-165℃、压力为12-20Mpa条件下，热压成型，保温8-24h。

2、根据权利要求1所述的双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于所述一次热压成型的复合摩擦材料的制备方法为：以质量百分比计，称取10-25％耐高温改性树脂、10-40％增强纤维、5％-20％润滑材料、5％-20％磨料以及余量的填料，混合均匀，并放入模具内，在温度为140℃-165℃、压力为12-20Mpa条件下，热压成型，保温4-8h。

3、根据权利要求1所述的双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于所述一次热压成型复合摩擦材料选用一次热压成型复合摩擦材料的废料。

4、根据权利要求1所述的双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于所述粉碎和筛选方法为：将一次热压成型的复合摩擦材料成型产物粉碎，并将粉碎过程的最高温度控制在180℃以下；采用5-10目的筛网，进行筛选；

5、根据权利要求1所述的双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于所述第二次热压成型的增强纤维为金属纤维。

6、根据权利要求5所述的双热压式复合摩擦材料的制备方法，其特征在于所述金属纤维为钢纤维或者铜纤维。

7、由权利要求1所述方法制备的双热压式复合摩擦材料。

8、根据权利要求7所述的双热压式复合摩擦材料，其特征在于摩擦表面形貌粗糙，气孔系数比一次热压成型的复合摩擦材料增加2％-6％。