CN101077912A - 新型无石棉非金属摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车刹车片的摩擦材料及其制备方法，尤其涉及一种采用芳纶纤维和无机矿物纤维混杂增强的摩擦材料及其制备方法。新型无石棉非金属摩擦材料，由芳纶纤维、LAPINUS无机矿物纤维、酚醛树脂、丁腈橡胶粉、无机填料和增减摩剂组成。本发明用有机－无机复合材料作为摩擦材料的增强剂，提高摩擦材料的综合性能。产品摩擦性能稳定，随着温度的变化，摩擦系数偏差在10％以内。同时本发明还提供了高温、快速固化的新工艺，保证了产品的耐高温性能，同时又降低了生产能耗。
Description
技术领域
本发明涉及汽车刹车片的摩擦材料及其制备方法，尤其涉及一种采用芳纶纤维和无机矿物纤维混杂增强的摩擦材料及其制备方法。
背景技术
现有的各种汽车刹车片都存在着制动噪音，噪音发生的主要原因是由于刹车片振动引起的。由于盘式刹车片比鼓式刹车片面积小，单位面积所受负荷大，所以在工作中就必须要求盘式刹车片具有更好的耐磨性能和较高的摩擦系数，为了达到这种要求，现有的摩擦材料一般是由增强材料、粘结剂、摩擦性能调节剂及填料等经化学与物理反应制得。在这些组分中增强材料作用对摩擦材料的性能是有着至关重要的影响。为此不少学者在这方面做了大量的工作，现有盘式刹车片的材料主要有石棉摩擦材料、半金属摩擦材料。但是，由于石棉的制癌作用和对人体肺部的危害，生产过程中环境不是很理想；对于半金属摩擦材料则存在密度大、硬度高、易损伤对偶盘、易生锈，且制动时易产生噪音等缺陷。
国内目前也已报导的混杂纤维增强材料作为盘式刹车片的材料，混杂纤维增强材料一般都采用人造有机纤维和天然有机纤维如芳纶、剑麻、纤维素纤维、木质纤维等为主，有机纤维存在的较大缺陷是耐高温性能较差。
发明内容
为了解决上述石棉摩擦材料生产过程中不环保，半金属摩擦材料存在密度大、硬度高、易损伤对偶盘、易生锈，且制动时易产生噪音，混杂纤维增强材料存在耐高温性能较差的技术缺陷。本发明的目的是提供一种环保型，高强度，耐高温的新型无石棉非金属摩擦材料。
本发明的第二个目的是提供上述新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法。
新型无石棉非金属摩擦材料，该摩擦材料按重量百分比计由以下的成分组成：
芳纶纤维 2～10％
LAPINUS无机矿物纤维 10～30％
酚醛树脂 5～20％
丁腈橡胶粉 2～5％
无机填料 20～35％
增减摩剂 5～25％。
作为优选，所述的无机填料选自硫酸钡、碳酸钙的中一种或2种。
作为再优选，无机填料为硫酸钡和碳酸钙，其中硫酸钡占摩擦材料总重量的15～25％，碳酸钙占摩擦材料总重量的5～10％。
作为优选，增减摩剂选自二硫化钼、石墨、焦碳和氧化铝中的一种或多种。
作为再优选，增减摩剂为二硫化钼、石墨、焦碳和氧化铝，其中二硫化钼占摩擦材料总重量的2～5％、人造石墨占摩擦材料总重量的2～8％、焦碳占摩擦材料总重量的2～8％、氧化铝占摩擦材料总重量的0.3～1.5％。
为达到本发明的第二个目的，本发明提供了上述新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
A、混料，将芳纶纤维与部分增减摩剂在搅拌机里均匀混合，使芳纶纤维处于均匀分散状态，然后加入其他的成分，并混合均匀；
B、冷压，压力30～60Mpa，温度常温，时间1～3min；
C、热处理，250℃～300℃单一温度段热处理，时间0.5～3小时；
D、烧烤，温度500℃～600℃，时间0.5～2min；
E、表面处理。
作为优选，步骤A中先将芳纶纤维与石墨和焦碳在搅拌机里均匀混合。
在本发明的配方中，增强材料采用芳纶纤维和LAPINUS无机矿物纤维。芳纶纤维的化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺，具有如下性能特点：A.高强度、高模量、密度低，拉伸强度2.8×103Mpa、杨氏模量63～133×103Mpa密度1.45g/cm3；B.热稳定性好，500℃左右分解；C.耐化学性好。
LAPINUS无机矿物纤维化学成分主要为SiO240％、Al2O320％、Ca+MgO25％、其它15％，具有以下的特点：A.APINUS无机矿物纤维可以起结构增强作用，使各种材料结合在一起，保持摩擦材料的结构完整性，防止出现开裂，而且保证产品的孔隙度；B.保证其混料的一致性，不分层；C.在比较宽的温度范围内都能控制体积；D.耐高温，熔点为1100℃，因此能够在比较宽的温度范围内保证产品的强度；E.为无机纤维，耐磨损；F.不锈蚀，不受潮，不产生粉尘，减少噪音；G.能保证更高和更稳定的摩擦系数，片子和对偶的磨损更小；H.对人体和环境无害。
同时，芳纶的强烈的负电性和LAPINUS无机矿物纤维高度的极性使两者之间可以协调地混合。
本发明用高强度、环保型有机和无机复合增强材料替代传统的石棉及半金属摩擦材料。用本发明材料制备的盘式刹车片有如下特点：
1、本发明摩擦材料是一种环保材料，不含石棉。
2、指定摩擦系数μ＝0.4，具有足够的摩擦力能够确保高速和紧急制动时的制动安全，且摩擦系数稳定。
3、磨损率小，且对制动盘的损伤小。
4、材料耐高温，热衰退性能稳定。
5、制动时无噪音，制动舒适性好。
本发明另外采用的冷压成型后直接进行热处理，大幅度降低能源消耗，缩短了生产流程提高了生产效率。同时，增加了500℃～600℃烧烤工序，保证产品的耐高温性和性能一致性。
附图说明
图1为本发明用于制备盘式刹车片的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
新型无石棉非金属摩擦材料，该摩擦材料按重量百分比计由以下的成分组成：芳纶纤维4％、LAPINUS无机矿物纤维18％、酚醛树脂16％、丁腈橡胶粉5％、硫酸钡25％，碳酸钙10％、二硫化钼5％、人造石墨8％、焦碳8％、氧化铝1％。
上述新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
A、混料，将上述的芳纶纤维与人造石墨、焦碳在搅拌机里均匀混合，使芳纶纤维处于均匀分散状态，然后加入其他的成分，并混合均匀；
B、冷压，压力50Mpa，温度常温，时间为1min；
C、热处理，300℃单一温度段热处理，时间为1小时；
D、烧烤，温度600℃，时间为1min；
E、表面处理。
如图1所示，在步骤B前，在混合均匀的物料表面加设表面除锈处理的钢片，用于制备盘式刹车片，表面处理则包括喷漆、磨片工艺，然后检验入库。
实施例2
新型无石棉非金属摩擦材料，该摩擦材料按重量百分比计由以下的成分组成：芳纶纤维5％、LAPINUS无机矿物纤维25％、酚醛树脂20％、丁腈橡胶粉3％、硫酸钡20％，碳酸钙10％、二硫化钼5％、人造石墨5％、焦碳6％、氧化铝1％。
上述新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
A、混料，将上述的芳纶纤维与人造石墨、焦碳在搅拌机里均匀混合，使芳纶纤维处于均匀分散状态，然后加入其他的成分，并混合均匀；
B、冷压，压力50Mpa，温度常温，时间2min；
C、热处理，300℃单一温度段热处理，时间2.5小时；
D、烧烤，温度600℃，时间1.5min；
E、表面处理。
如图1所示，在步骤B前，在混合均匀的物料表面加设表面除锈处理的钢片，用于制备盘式刹车片，表面处理则包括喷漆、磨片工艺，然后检验入库。
实施例3
新型无石棉非金属摩擦材料，该摩擦材料按重量百分比计由以下的成分组成：芳纶纤维2％、LAPINUS无机矿物纤维16％、酚醛树脂20％、丁腈橡胶粉4.5％、硫酸钡25％，碳酸钙10％、二硫化钼5％、人造石墨8％、焦碳8％、氧化铝1.5％。
上述新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
A、混料，将上述的芳纶纤维与人造石墨、焦碳在搅拌机里均匀混合，使芳纶纤维处于均匀分散状态，然后加入其他的成分，并混合均匀；
B、冷压，压力50Mpa，温度常温，时间3min；
C、热处理，300℃单一温度段热处理，时间3小时；
D、烧烤，温度600℃，时间2min；
E、表面处理。
如图1所示，在步骤B前，在混合均匀的物料表面加设表面除锈处理的钢片，用于制备盘式刹车片，表面处理则包括喷漆、磨片工艺，然后检验入库。
实验例
经定速试验机检测实施例1的摩擦材料的摩擦磨损性能指标如下(表1)：
| 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | 350℃ | ||
| μ | 升温 | 0.37 | 0.43 | 0.41 | 0.41 | 0.43 | 0.42 |
| 降温 | 0.43 | 0.41 | 0.41 | 0.43 | 0.40 | ||
| 磨损率10-7cm3/N·m | 0.15 | 0.16 | 0.24 | 0.18 | 0.15 | 0.27 | |
参照国家标准GB5763-1998要求性能指标如下(表2)：
| 项目 | 试验温度 | |||||
| 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | 350℃ | |
| 摩擦系数(μ) | 0.25-0.65 | 0.25-0.70 | 0.25-0.70 | 0.25-0.70 | 0.25-0.70 | 0.20-0.70 |
| 摩擦系数允许偏差(Δμ) | ±0.08 | ±0.10 | ±0.12 | ±0.12 | ±0.14 | ±0.14 |
| 磨损率10-7cm3/N·m≤ | 0.50 | 0.70 | 1.00 | 1.50 | 2.50 | 3.50 |
从上述的表1中可以看出，本发明的摩擦材料指定摩擦系数μ＝0.4，具有足够的摩擦力能够确保高速和紧急制动时的制动安全，摩擦系数稳定，350℃摩擦系数未见明显衰退，且磨损率小。
从上述的表1、表2的对比中可以看出，本发明摩擦材料的摩擦系数符合国家标准，磨损率大大优于国家标准。
国内石棉摩擦材料性能指标如下(表3)：
| 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | 350℃ | ||
| μ | 升温 | 0.39 | 0.38 | 0.38 | 0.39 | 0.36 | 0.37 |
| 降温 | 0.42 | 0.39 | 0.40 | 0.41 | 0.40 | ||
| 磨损率10-7cm3/N·m | 0.18 | 0.25 | 0.32 | 0.50 | 0.79 | 0.95 | |
KEVLAR(芳纶)增强新型制动摩擦材料性能(表4)：
| 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ | |
| μ | 0.345 | 0.359 | 0.376 | 0.358 | 0.321 |
| 磨损率10-7cm3/N·m | 0.23 | 0.28 | 0.40 | 0.53 | 0.61 |
从上述的表1与表2、表4的对比中可以看出，本发明摩擦材料的性能优于石棉摩擦材料、KEVLAR(芳纶)增强新型制动摩擦材料。
Claims (7)
1.新型无石棉非金属摩擦材料，其特征在于该摩擦材料按重量百分比计由以下的成分组成：
芳纶纤维 2～10％
LAPINUS无机矿物纤维 10～30％
酚醛树脂 5～20％
丁腈橡胶粉 2～5％
无机填料 20～35％
增减摩剂 5～25％。
2.如权利要求1所述的新型无石棉非金属摩擦材料，其特征在于无机填料选自硫酸钡、碳酸钙的中一种或2种。
3.如权利要求2所述的新型无石棉非金属摩擦材料，其特征在于无机填料为硫酸钡和碳酸钙，其中硫酸钡占摩擦材料总重量的15～25％，碳酸钙占摩擦材料总重量的5～10％。
4.如权利要求1所述的新型无石棉非金属摩擦材料，其特征在于增减摩剂选自二硫化钼、石墨、焦碳和氧化铝中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的新型无石棉非金属摩擦材料，其特征在于增减摩剂为二硫化钼、石墨、焦碳和氧化铝，其中二硫化钼占摩擦材料总重量的2～5％、人造石墨占摩擦材料总重量的2～8％、焦碳占摩擦材料总重量的2～8％、氧化铝占摩擦材料总重量的0.3～1.5％。
6.如权利要求1所述的新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下的步骤：
A、混料，将芳纶纤维与部分增减摩剂在搅拌机里均匀混合，使芳纶纤维处于均匀分散状态，然后加入其他的成分，并混合均匀；
B、冷压，压力30～60Mpa，温度常温，时间1～3min；
C、热处理，250℃～300℃单一温度段热处理，时间0.5～3小时；
D、烧烤，温度500℃～600℃，时间0.5～2min；
E、表面处理。
7.如权利要求6所述的新型无石棉非金属摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤A中先将芳纶纤维与石墨和焦碳在搅拌机里均匀混合。
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