CN101476608A - 碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法。它主要由碳纤维、纳米硅酸盐、陶土、石墨、二硫化钼、摩擦粉、树脂、金属粉、丁腈橡胶、无机粘合剂原材料组成，先将原材料热处理、搅拌、混合，再用单层热压机热压，然后根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，得到摩擦片。用本发明材料制成的摩擦片可适用于各种汽车，且产品强度提高约1/4，耐高温性和稳定性提高1/3，噪音降低1/4。
Description
技术领域
本发明涉及一种制动摩擦材料，特别是一种碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，汽车用户对制动安全性能的要求越来越高，原来的石棉材料摩擦片由于存在有毒、制动性能差、耐热性能差及强度弱等问题，在很多发达国家早已禁止使用，我国在2003年已开始禁止使用，取而代之的使新型的非石棉金属或半金属摩擦材料，如改用有机纤维、金属纤维、硅纤维等。如中国专利公报公开了一些无石棉摩擦材料的发明专利，其中99100005号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：木浆、超细玻璃棉、坡缕石、白炭黑等；88106269号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：锰铁矿、石墨、辉钼矿、铁、氧化铝、氧化铅等；申请号91104081号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：(1)精铁粉，10-20wt％(2)氧化锌，1-5wt％(3)水溶性酚醛树脂，11-18wt％(4)丁晴胶乳，1-7wt％(5)石墨，1-5wt％(6)钢纤维，1-6wt％(7)重晶石，1-5wt％(8)硬质酸钡，1-5wt％(9)铜纤维，1-5wt％(10)复合纤维材料，40-60wt％；97112643号专利的无石棉刹车摩擦材料组成为：毛发和钢纤维，其比例为1：1—10：1；93110100号专利的无石棉刹车摩擦材料组成为：长石粉、重晶石、铬矿粉、硬脂酸、碳化硅、陶土、铜纤维、植物纤维、酚醛树脂等；200410030836.2专利号的组成为：改性酚醛树脂、金属纤维、有机纤维、矿物质纤维、硫酸钡、石墨、氧化铝、填料等。上述公开文献报道的无石棉刹车摩擦材料与石棉材料相比尽管环保，但也还存在很多不足之处，如有的强度不够高，有的耐高温性能有所欠缺，有的容易龟裂，有的易损伤对偶件、噪音大等等，特别重要的是使用寿命短、工艺复杂、生产效率低下。
发明内容
针对现有技术存在的问题，我发明人经过分析、对比我国、日本、美国汽车制动材料的生产工艺和配方，研制了一种机械性能好、耐热性能好、使用寿命长、成本低，并且生产效率高的碳纤维陶瓷纳米硅酸盐汽车制动摩擦材料。
本发明的技术方案如下：
碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法，其材料的配方如下：
采用碳纤维做摩擦片骨架增强材料，加入纳米硅酸盐、陶土、石墨、二硫化钼、摩擦粉、树脂、金属粉、丁腈橡胶、无机粘合剂等，它们具体成分和重量百分含量如下：
原料名称 重量百分比％
碳纤维 20～30
纳米硅酸盐 5～15
陶土 10～20
石墨 5～20
二硫化钼 5-10
摩擦粉 5～10
树脂 1～5
金属粉 1～5
丁腈橡胶 1～5
无机粘合剂 10～25
以上所述碳纤维为日本东丽公司生产的高性能聚丙烯腈基碳纤维，强度大于4000MPa，模量大于350GPa；
以上所述的纳米硅酸盐为：粒度≥300目，相对密度1～2.5g/cm3；
以上所述陶土颗粒直径小于0.05mm，为市场公知产品；
以上所述石墨为胶体石墨，粒子大小在0.1～0.01微米之间；
以上所述摩擦粉可以是腰果油摩擦粉、腰果壳油摩擦粉；
以上所述金属粉是指铜粉、铝粉、锌粉、锡粉任何两种的1：1的混合物；
以上所述的其他材料均为市场公知的材料。
碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法，其材料加工方法按上述重量百分比如下：
步骤一、将称取的丁腈橡胶、树脂和陶土进行热处理，至温度在160～170℃时保温10～20分钟，然后再加热至170～180℃保温10～20分钟，至冷却40～50℃；
步骤二：将称取的纳米硅酸盐、石墨、二硫化钼、摩擦粉、金属粉充分搅拌、混合；
步骤三：将碳纤维和步骤一、步骤二的原材料加入带绞刀的犁耙式高速(3000rpm)混料机中，混料10～15分钟，然后加入无机粘合剂再混合20～30分钟；
步骤四：将步骤三的原材料实行一步成型，即采用400吨单层热压机经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度110～130℃、单位压力为30～35MPa条件下进行压制。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。
步骤五：压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约为每分钟升高0.5～1℃，当烘箱内温度达到80℃时，每分钟升高2～3℃，最后在170～180℃下恒温热处理3～5小时。热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，得到产品。
本发明的材料制动摩擦片可适用于各种汽车。
与现有材料制动摩擦片相比，本发明的实质特点和进步优势主要体现在：
1、由于采用了碳纤维陶瓷基为基体，碳纤维具有较高的比强度和比模量，同时不存在锈蚀的问题，另外它还具有比重小、耐化学腐蚀、耐热、耐热冲击、导热率小的特点，加入陶瓷基体组成复合基体后，它的强度、耐高温性、稳定性和热衰退性得到了进一步提高；
2、纤维的附着性是影响组织结构、耐磨性和强度的主要因素。合理应用碳纤维优势的关键在于纤维开松，充分的纤维开松是制造碳纤维汽车制动摩擦片的关键，否则纤维的特性将无法充分表现出来甚至适得其反。本发明采用带绞刀的犁耙式混料机进行混料，增加了混料时间，使松开的纤维形成海绵状结构，从而进一步提高了材料的耐磨、耐高温和稳定性；
3、纳米硅酸盐材料具有明显高耐磨性，它的加入可明显提高材料的耐磨性；
4、为了防止硬度过高而导致的容易破裂，本发明加入具有优良塑性、弹性的丁腈橡胶；
5、在生产工艺中，由于提高了热处理的温度和时间，并且在压制过程中适当提高了压力，所以压制后的恒温时间由6～12小时缩短到3～5小时，提高了生产效率。
6、上述配方和工艺使本发明的材料可以提高产品强度约1/4，提高耐高温性和稳定性1/3，降低噪音1/4。
具体实施方式
实施例1
按重量称取下列物料：
原料名称 重量百分比％
碳纤维 20
纳米硅酸盐 5
陶土 10
石墨 5
二硫化钼 5
腰果油摩擦粉 5
树脂 1
铜粉 0.5
铅粉 0.5
丁腈橡胶 1
无机粘合剂 10
上述称取的材料按照以下步骤进行加工：
步骤一、将丁腈橡胶、树脂和陶土进行热处理，至温度在160℃时保温10分钟，然后再加热至170℃保温10分钟，至冷却40℃；
步骤二：将称取的纳米硅酸盐、石墨、二硫化钼、腰果油摩擦粉、铜粉、铅粉充分搅拌、混合；
步骤三：将碳纤维和步骤一、步骤二的原材料加入带绞刀的犁耙式高速(3000rpm)混料机中，混料10分钟，然后加入无机粘合剂再混合20分钟；
步骤四：将步骤三的原材料实行一步成型，即采用400吨单层热压机经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度110℃、单位压力为30MPa条件下进行压制。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理；
步骤五：压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约为每分钟升高0.5℃，当烘箱内温度达到80℃时，每分钟升高2℃，最后在170℃下恒温热处理3小时。热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，得到产品。
实施例2
按重量称取下列物料：
原料名称 重量百分比％
碳纤维 25
纳米硅酸盐 10
陶土 15
石墨 13
二硫化钼 8
摩擦粉 7
树脂 3
锌粉 2
锡粉 2
丁腈橡胶 3
无机粘合剂 20
上述称取的材料按照以下步骤进行加工：
步骤一、将丁腈橡胶、树脂和陶土进行热处理，至温度在165℃时保温15分钟，然后再加热至175℃保温15分钟，至冷却45℃；
步骤二：将称取的纳米硅酸盐、石墨、二硫化钼、摩擦粉、铅粉、锡粉充分搅拌、混合；
步骤三：将碳纤维和步骤一、步骤二的原材料加入带绞刀的犁耙式高速(3000rpm)混料机中，混料12分钟，然后加入无机粘合剂再混合25分钟；
步骤四：将步骤三的原材料实行一步成型，即采用400吨单层热压机经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度120℃、单位压力为32MPa条件下进行压制。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理；
步骤五：压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约为每分钟升高0.7℃，当烘箱内温度达到80℃时，每分钟升高2.5℃，最后在175℃下恒温热处理4小时。热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，得到产品。
实施例3
按重量称取下列物料：
原料名称 重量百分比％
碳纤维 30
纳米硅酸盐 15
陶土 20
石墨 20
二硫化钼 10
摩擦粉 10
树脂 5
铜粉 2.5
锌粉 2.5
丁腈橡胶 5
无机粘合剂 25
上述称取的材料按照以下步骤进行加工：
步骤一、将丁腈橡胶、树脂和陶土进行热处理，至温度在170℃时保温20分钟，然后再加热至180℃保温20分钟，至冷却50℃；
步骤二：将称取的纳米硅酸盐、石墨、二硫化钼、摩擦粉、铜粉、锌粉充分搅拌、混合；
步骤三：将碳纤维和步骤一、步骤二的原材料加入带绞刀的犁耙式高速(3000rpm)混料机中，混料15分钟，然后加入无机粘合剂再混合30分钟；
步骤四：将步骤三的原材料实行一步成型，即采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度130℃、单位压力为35MPa条件下进行压制。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理；
步骤五：压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约为每分钟升高1℃，当烘箱内温度达到80℃时，每分钟升高3℃，最后在180℃下恒温热处理5小时。热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，得到产品。
最后，需要说明的是，以上实施例仅是本发明较由代表性的例子，本发明的技术方案并不限于上述实施例，它还可以根据汽车种类的摩擦片需求有许多变形；包括其他从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1、一种碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法，其特征在于按照下列重量比配制：
原料名称 重量百分比％
碳纤维 20～30
纳米硅酸盐 5～15
陶土 10～20
石墨 5～20
二硫化钼 5-10
摩擦粉 5～10
树脂 1～5
金属 1～5
丁腈橡胶 1～5
无机粘合剂 10～25
2、根据权利要求1，所述的碳纤维为高性能聚丙烯腈基碳纤维其特征在于强度大于4000MPa，模量大于350GPa。
3、根据权利要求1，所述纳米硅酸盐其特征在于粒度≥300目，相对密度1～2.5g/cm3。
4、根据按权利要求1，所述的金属粉是指铜粉、铝粉、锌粉、锡粉任何两种的1∶1的混合物。
5、根据权利要求1，所述碳纤维陶瓷纳米硅酸盐高强度汽车制动摩擦片及其生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将称取的丁腈橡胶、树脂和陶土进行热处理，至温度在160～170℃时保温10～20分钟，然后再加热至170～180℃保温10～20分钟，至冷却40～50℃；
步骤二：将称取的纳米硅酸盐、石墨、二硫化钼、摩擦粉、金属粉充分搅拌、混合；
步骤三：将碳纤维和步骤一、步骤二的原材料加入带绞刀的犁耙式高速(3000rpm)混料机中，混料10～15分钟，然后加入无机粘合剂再混合20～30分钟；
步骤四：将步骤三的原材料实行一步成型，即采用400吨单层热压机经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度110～130℃、单位压力为30～35MPa条件下进行压制。
步骤五：压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约为每分钟升高0.5～1℃，当烘箱内温度达到80℃时，每分钟升高2～3℃，最后在170～180℃下恒温热处理3～5小时。热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工、钻孔、清理、包装、得到产品。
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