CN101550975B - 节能生物可降解纤维刹车蹄片及其湿法滚压生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能生物可降解纤维刹车蹄片及其湿法滚压生产工艺。其由以下重量份的组分组成：粘结剂18～20份、催化剂5～8份、增强纤维40～50份、摩擦性能调节剂25～35份；其中粘结剂组成为橡胶改性的腰果壳油液体树脂和丁腈橡胶粉，催化剂组成为硫磺和六次甲基四胺，增强纤维组成为矿物纤维、钢纤维和有机纤维，摩擦性能调节剂组成为人造石墨、石油焦、硅灰石粉、碳酸钙和氧化铁红。其工艺步骤是：配料；混料；粉碎；滚压；定长；定弧热处理；磨内弧；涂胶；粘结固化；磨外弧。本发明具有节能环保，优良的柔韧性和可加工性能及高温稳定性能，材料均匀，耐磨损，使用寿命长，气孔率高，不会产生噪音、生产效率高等优点。

Description

节能生物可降解纤维刹车蹄片及其湿法滚压生产工艺

技术领域

本发明涉及轿车制动材料制造技术领域，尤其是涉及节能生物可降解纤维刹车蹄片及其湿法滚压生产工艺。

背景技术

现有的轿车用刹车蹄片是由热压法生产的摩擦材料与蹄铁粘结而成，其存在的不足是：

(1)由人工直接加料，容易出现摩擦材料的不均匀性，从而影响成品率和摩擦系数的稳定性以及摩擦材料的使用寿命。出现的废品不能再循环利用，这样就大大地浪费原材料，提高制造成本。

(2)热压法用于加工摩擦材料所需要的模具多，基本一种型号一种模具，浪费能源，生产效率低。

(3)在热压过程中采用电加热方式，易产生有害气体、造成大气污染。在混料过程中易产生粉尘、造成粉尘污染。

(4)用热压法生产的刹车蹄片摩擦材料的成品率低，材料硬度大、标准偏差大，材料均匀性差，不耐磨，使用寿命短，气孔率低，容易产生制动噪音、造成噪音污染，制动不安全、不舒适。

发明内容

本发明的目的是针对现有刹车蹄片存在的不足，提供一种节能环保，材料均匀，摩擦系数稳定，耐磨损，使用寿命长，生产效率高，气孔率高，不会产生粉尘污染、大气污染和噪音污染，以及优良的柔韧性和可加工性能，极好的耐化学品稳定性和高温稳定性能的节能生物可降解纤维刹车蹄片及其湿法滚压生产工艺。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

节能生物可降解纤维刹车蹄片，包括蹄铁和粘结在蹄铁上的摩擦材料，其摩擦材料由以下重量份的组分组成：粘结剂18～20份、催化剂5～8份、增强纤维40～50份、摩擦性能调节剂25～35份；其中所述的粘结剂组成为橡胶改性的腰果壳油液体树脂和丁腈橡胶粉；所述的催化剂组成为硫磺和六次甲基四胺；所述的增强纤维组成为矿物纤维、钢纤维和有机纤维；所述的摩擦性能调节剂组成为人造石墨、石油焦、硅灰石粉、碳酸钙和氧化铁红。

节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，包括以下步骤：

(1)配料工序：按照配方比例，把各种组分的原材料称重后加在一起，即为配好的干料；

(2)混料工序：将配好的干料倒于混料机混合6～8分钟后，打开液体树脂的阀门，边混料边将液体树脂慢慢地流到混料机中混合，混料温度30～50℃，混料时间40～60分钟，将混好的湿料出料；

(3)粉碎工序：混好的湿料需用粉碎机粉碎，使混好的湿料的粒度均匀分布；

(4)滚压工序：在滚压机内，条状的摩擦材料被卷成具有一定长度的圈状物；

(5)定长工序：把滚压成型的圈状摩擦材料，根据刹车蹄片不同型号的弧长，用开式双柱压力机切割成具有一定长度的条状摩擦材料；

(6)定弧热处理工序：每个定弧工装能装6～10片条状摩擦材料，把装有摩擦材料的多个定弧工装送到热处理箱中加热固化，最高热处理温度163±5℃，完成整个定弧热处理工序需要12±0.2小时；

(7)磨内弧工序：把定好弧的条状摩擦材料用内弧磨磨平；

(8)涂胶工序：磨好内弧的摩擦材料用涂胶机涂胶，涂完胶后要凉干4±0.1小时；

(9)粘结固化工序：把涂好胶的摩擦材料和相同型号的蹄铁，用专用模具夹紧后，放到粘接固化线上自动加热，粘接固化线的最高温度170±5℃，主轴转速500±10转/分钟；

(10)磨外弧工序：把粘接固化好的刹车蹄片用外弧磨机磨好外弧。

节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，还包括以下步骤：(11)铆接工序：把磨好外弧的刹车蹄片用铆接机铆好附件。

所述的步骤(2)混料工序中的混料机通过打开热水阀门来加热，以控制混料的温度；料混完后，打开冷水阀门来降温，以控制出料温度。

所述的步骤(3)粉碎工序中的粉碎机的筛网是用10mm网孔的多孔板做成的。

本发明的优点及积极效果是：

(1)湿法滚压生产工艺正能克服热压法生产工艺的缺点。滚压机通常由两个滚轴组成，两个滚轴中一个为凸轴，另一个为凹轴；该滚压机的凸轮和凹轮要根据刹车蹄片不同型号的宽度来选择；根据蹄片不同型号的厚度来调整凸轮和凹轮之间的距离，从而制作出预定尺寸长条的摩擦材料；调整凸轮和凹轮之间的速度，一般凹轮表面的速度比凸轮表面的速度要快1％或2％倍，来达到摩擦材料相应的比重。由于通过滚轴的选择和调整两轴之间的距离，可以制作出预定尺寸的刹车蹄片摩擦材料，所以很节省模具，用30种型号的模具就能制造出500种型号刹车蹄片的摩擦材料，降低了模具的使用成本。

(2)湿法滚压生产工艺不用人工直接加料，而是用料仓的方式机械加料，所生产的摩擦材料均匀、稳定、便于加工，提高了生产效率。另外，出现的废品可再进行粉碎，循环利用，这样可大大地降低产品的制造成本，节约原材料，提高产品的成品率。

(3)湿法滚压生产工艺不采用电加热方式，因而不会产生有害气体，不会形成大气污染；湿法混料过程中不易产生粉尘，减少环境污染，突出了节能环保的优点。

(4)由湿法滚压生产工艺生产出的刹车蹄片摩擦材料，具有稳定的摩擦系数，材料均匀，硬度小、标准偏差小，耐磨损，提高刹车蹄片的使用寿命，气孔率高，不会产生制动噪音，减少噪音污染，制动安全舒适；不会产生粉尘和大气污染；减少生产中模具的制造成本，提高生产效率50％以上等优点。

(5)配方原材料的选择及具体分析：

①粘结剂的选择：首先要考虑刹车蹄片摩擦材料的柔韧性，所以粘结剂选择用橡胶改性的腰果壳油液体树脂和丁腈橡胶粉，以此为粘结剂滚压出的摩擦材料，具有足够的柔韧性，摩擦材料滚压后能缠绕成卷，卷长视刹车蹄片的弧长而定，一般卷长为8～10米，并且可以在切割过程中打开，保证摩擦材料不断裂。

②增强纤维的选择：增强纤维在摩擦材料的配方中至关重要，增强纤维决定摩擦材料的冲击强度，同时极大地影响摩擦性能。

首先考虑对环境的影响，因为比重较轻的纤维材料，在制动过程中摩擦产生的粉尘会飘浮在空气中吸入人体，对人体造成伤害，所以我们选择采用荷兰LAPINUS纤维公司生产的一种洁净的工程矿物纤维，该纤维具有高度的生物降解性能，就是吸入人体，也不能对人体造成伤害；该纤维还具有卓越的分散性能，能与多种纤维共混；该纤维的使用温度可达到1000℃以上，具有良好的高温稳定性，且性价比适中。

另外，该纤维具有极好的耐化学品稳定性，从物理形状上讲矿物纤维是直径很小的圆柱状，使其具有柔韧性和可加工性能。虽然这种纤维的比表面积较大，但纤维的长径比较小，其增强效果并不十分理想，因此增强纤维选择由矿物纤维、钢纤维和有机纤维进行三元复合，以改善摩擦材料的机械强度，起到增强基体的作用。

③摩擦性能调节剂的选择：刹车蹄片首先要考虑摩擦材料的柔韧性，为保证摩擦材料的柔韧性，首先要把配方中粘结剂的配比加大，粘结剂配比的加大会导致摩擦材料的热衰退加大。摩擦系数的迅速降低称为衰退，上述衰退又分为高温衰退和高速衰退。为解决上述衰退问题，摩擦性能调节剂选择用人造石墨、石油焦、硅灰石粉、碳酸钙和氧化铁红。

首先，考虑用软质耐磨剂，如氧化铁红，这种材料能有效的稳定摩擦系数，改善摩擦材料的热衰退，提高刹车蹄片的磨损寿命；要注意严格控制软质耐磨剂的粒度，粒度过大会带来摩擦系数过大，产生噪音的负面影响。

其次，考虑到粘结剂所用的催化剂，湿法滚压采用的是液体树脂，滚压完成后，要根据不同型号来切割定弧，加热定弧实际就是液体树脂固化反应的阶段，要根据不同型号的液体树脂，加入不同的催化剂和不同的配比；而橡胶改性的液体树脂一般使用硫磺和六次甲基四胺等作为催化剂。

具体实施方式

下面列举3个实施例对本发明作进一步地详细说明。在3个实施例中刹车蹄片的型号均是S662。

实施例1

配方1：

刹车蹄片包括蹄铁和粘结在蹄铁上的摩擦材料，其摩擦材料由下列重量份的组分组成：液体树脂13份、丁腈橡胶粉5份、六次甲基四胺3份、硫磺2份、矿物纤维20份、钢纤维25份、有机纤维5份、人造石墨8份、氧化铁红8份、硅灰石粉3份、石油焦4份、碳酸钙4份。

使用配方1的工艺流程是：

(1)配料工序：按照配方的比例，用PCS-18型自动配料系统进行配料，形成配好的干料，配料系统由计算机全程控制。配料完成后，液体树脂会流到混料机一个密闭容器中，用人工控制打开阀门，液体树脂才能流到混料机中。

(2)混料工序：先将配好的干料倒于混料机混合6分钟后，再打开液体树脂的阀门，边混料边将液体树脂慢慢的流到混料机中混合，需要时打开热水阀门来加热混料机或者打开冷水阀门来降温，将混料的温度控制在45℃，使液体树脂的溶剂充分挥发，混料时间为60分钟，然后将混好的湿料出料。

(3)粉碎工序：由于液体树脂粘连的作用，料已成块状结构并大小不等，因此需用粉碎机对混好的湿料进行粉碎，使混好的湿料粒度均匀分布；粉碎机的筛网是用10mm网孔的多孔板做成的。

(4)滚压工序：采用滚压机，把滚压机换上S662的凸轮和凹轮，根据S662摩擦材料的厚度，调整好两轮之间的距离，再调整两轮之间的速度，来达到摩擦材料配方相应的比重；滚压出每卷为8米的摩擦材料。

该滚压机的凸轮和凹轮要根据刹车蹄片不同型号的宽度来选择；根据蹄片不同型号的厚度来调整凸轮和凹轮之间的距离，从而制作出预定尺寸长条的摩擦材料；调整凸轮和凹轮之间的速度，一般凹轮表面的速度比凸轮表面的速度要快1％或2％倍，来达到摩擦材料相应的比重。

(5)定长工序：把圈状的摩擦材料展开，用开式双柱压力机根据S662工艺切割成180mm的条状摩擦材料。

(6)定弧热处理工序：把切割好的条状摩擦材料固定在S662的定弧工装上，送热处理箱加热固化，热处理箱的温度控制是按照微电脑控制的升温曲线来进行的，整个定弧热处理工序完成需要12小时，最高热处理温度168℃。

(7)磨内弧工序：把定好弧的条状摩擦材料用CRT0330内弧磨磨平就完成磨内弧工序。

(8)涂胶工序：把磨好内弧的摩擦材料用JF570涂胶机涂胶，涂完胶后，要凉干3.9小时后，才能进行下道工序，这样才能使胶中的溶剂充分挥发，达到最佳的粘接效果。

(9)粘结固化工序：把涂好胶的摩擦材料与S662蹄铁利用专用模具夹紧。把产品夹紧后放到粘接固化线上自动加热，粘接固化线的最高温度175℃；粘接固化线的主轴转速500转/分钟。

(10)磨外弧工序：根据工艺图纸的要求，在JF520外弧磨机上，磨好粘接固化好的S662产品外弧。

(11)铆接工序：根据工艺图纸的要求，把磨好外弧的S662刹车蹄片用MJG16A铆接机铆好附件。铆接机所用压力0.3Mpa，铆接时间3秒。

(12)包装工序：把铆接好的S662刹车蹄片，装在相应的纸盒内，刹车蹄片的包装工序完成。

实施例2

配方2：

刹车蹄片包括蹄铁和粘结在蹄铁上的摩擦材料，其摩擦材料由下列重量份的组分组成：液体树脂14份、丁腈橡胶粉5份、六次甲基四胺3份、硫磺3份、矿物纤维20份、钢纤维20份、有机纤维5份、人造石墨9份、氧化铁红9份、硅灰石粉5份、石油焦5份、碳酸钙2份。

使用配方2的工艺流程是：

(1)配料工序：按照配方的比例，用PCS-18型自动配料系统进行配料，配料系统由计算机全程控制。配料完成后，液体树脂会流到混料机一个密闭容器中，用人工控制打开阀门，液体树脂才能流到混料机中；

(2)混料工序：先将配好的干料倒于混料机混合8分钟后，再打开液体树脂的阀门，边混料边将液体树脂慢慢的流到混料机中混合，需要时打开热水阀门来加热混料机或者打开冷水阀门来降温，从而将混料的温度控制在35℃，使液体树脂的溶剂充分挥发，混料时间为50分钟；然后将混好的湿料出料。

(3)粉碎工序：因液体树脂粘连的作用，料已成块状结构并大小不等，用粉碎机把混好的料进行粉碎，使混好的料粒度均匀分布；粉碎机的筛网是用10mm网孔的多孔板做成的。

(4)滚压工序：把滚压机换上S662的凸轮和凹轮，根据S662摩擦材料的厚度，调整好两轮之间的距离，再调整两轮之间的速度，来达到摩擦材料配方相应的比重。滚压出每卷为8米的摩擦材料。

(5)定长工序：把圈状的摩擦材料展开，用开式双柱压力机根据S662刹车蹄片工艺切割成180mm的条状摩擦材料。

(6)定弧热处理工序：把切割好的条状摩擦材料固定在S662的定弧工装上，送热处理箱加热固化，热处理箱的升温曲线由微电脑控制，整个定弧热处理工序完成需要12.1小时，最高热处理温度158℃。

(7)磨内弧工序：把定好弧的条状摩擦材料用CRT0330内弧磨磨平就完成磨内弧工序。

(8)涂胶工序：把磨好内弧的摩擦材料用JF570涂胶机涂胶，涂完胶后，要凉干4小时，才能进行下道工序，这样才能使胶中的溶剂充分挥发，达到最佳的粘接效果。

(9)粘结固化工序：把涂好胶的摩擦材料同S662蹄铁用专用模具夹紧。把产品夹紧后放到粘接固化线上自动加热。粘接固化线的最高温度165℃；粘接固化线的主轴转速510转/分钟。

(10)磨外弧工序：把粘接固化好的产品S662根据工艺图纸的要求，用JF520外弧磨机磨好外弧。

(11)铆接工序：把磨好外弧的产品S662根据工艺图纸的要求，用MJG16A铆接机铆好附件。铆接机所用压力0.25Mpa，铆接时间4秒。

(12)包装工序：把铆接好的刹车蹄片S662，装在相应的纸盒内，刹车蹄片的包装工序完成。

实施例3

配方3：

刹车蹄片包括蹄铁和粘结在蹄铁上的摩擦材料，其摩擦材料由下列重量份的组分组成：液体树脂14份、丁腈橡胶粉6份、六次甲基四胺4份、硫磺4份、矿物纤维16份、钢纤维20份、有机纤维4份、人造石墨7份、氧化铁红7份、硅灰石粉4份、石油焦6份、碳酸钙8份。

使用配方3的工艺流程是：

(1)配料工序：按照配方的比例，用PCS-18型自动配料系统进行配料，配料系统由计算机全程控制。配料完成后，液体树脂会流到混料机一个密闭容器中，用人工控制打开阀门，液体树脂才能流到混料机中。

(2)混料工序：先将配好的干料倒于混料机混合7分钟后，再打开液体树脂的阀门，边混料边将液体树脂慢慢的流到混料机中混合，需要时打开热水阀门来加热混料机或者打开冷水阀门来降温，从而将混料的温度控制在50℃，使液体树脂的溶剂充分挥发，混料时间为40分钟；将混好的湿料出料。

(3)粉碎工序：因液体树脂粘连的作用，混好的湿料已成块状结构并大小不等，所以需用粉碎机进行粉碎，使混好的湿料粒度均匀分布；粉碎机的筛网是用10mm网孔的多孔板做成的。

(4)滚压工序：把滚压机换上S662的凸轮和凹轮，根据S662摩擦材料的厚度，调整好两轮之间的距离，再调整两轮之间的速度，来达到摩擦材料配方相应的比重；滚压出每卷为8米的摩擦材料。

(5)定长工序：把圈状的摩擦材料展开，用开式双柱压力机根据S662工艺切割成180mm的条状摩擦材料。

(6)定弧热处理工序：把切割好的条状摩擦材料固定在S662的定弧工装上，送热处理箱加热固化，热处理箱的升温曲线由微电脑控制，整个定弧热处理工序完成需要11.8小时，最高热处理温度163℃。

(7)磨内弧工序：把定好弧的条状摩擦材料用CRT0330内弧磨磨平就完成磨内弧工序。

(8)涂胶工序：把磨好内弧的摩擦材料用JF570涂胶机涂胶，涂完胶后，要凉干4.1小时，这样才能使胶中的溶剂充分挥发，达到最佳的粘接效果。

(9)粘结固化工序：把涂好胶的摩擦材料同S662蹄铁用专用模具夹紧。把产品夹紧后放到粘接固化线上自动加热，粘接固化线的最高温度是170℃，粘接固化线的主轴转速490转/分钟。

(10)磨外弧工序：把粘接固化好的产品S662根据工艺图纸的要求，用JF520外弧磨机磨好外弧。

(11)铆接工序：把磨好外弧的产品S662根据工艺图纸的要求，用MJG16A铆接机铆好附件。铆接机所用压力0.2Mpa，铆接时间5秒。

(12)包装工序：把铆接好的刹车蹄片S662，装在相应的纸盒内，刹车蹄片的包装工序完成。

理化性能试验：根据标准ISO6312做剪切试验，GB5766做硬度试验，JC/T685做密度试验，GB5763做定速试验。下面的表4为3个配方的理化性能统计表。下面的表1、表2和表3分别是配方1、配方2和配方3的摩擦性能及磨损情况的试验报告。

表4：3个配方的理化性能统计表

表1：配方1的摩擦性能及磨损情况的试验报告

表2：配方2的摩擦性能及磨损情况的试验报告

表3：配方3的摩擦性能及磨损情况的试验报告

试验结果分析：

通过上述试验可以看出，虽然配方1、配方2、配方3采用不同用量的原材料对其摩擦系数、磨损量进行了调整，但其理化性能相似。较低的密度能节约成本，较为适中的硬度能减少噪音，比较高的冲击强度和剪切强度提高了产品使用的安全性能。从3个配方的定速试验图可以看出，配方1的增强纤维组份低一点，所以，摩擦系数也相应的低了一点。此配方适用于1.3升以下的家庭轿车。配方2的摩擦系数和磨损率都表现的很好，此配方适用于1.3升以上的轿车。配方3因粘接剂的加大，在高温出现了衰退现象，但柔韧性较好，非常利于生产，此配方适用于2吨以下的低速货车。

湿法滚压生产刹车蹄片摩擦材料的配方和工艺属国内首创。我们通过大量的试验和大胆的改进，生产出的刹车蹄片符合GB5763和实际装车的要求。湿法滚压生产的刹车蹄片具有稳定的摩擦系数，较低的磨损量，提高刹车蹄片的使用寿命，无污染，无噪音，减少生产中模具的制造成本，提高生产效率50％以上等特点。

Claims (5)

1.节能生物可降解纤维刹车蹄片，包括蹄铁和粘结在蹄铁上的摩擦材料，其特征在于，

其摩擦材料由以下重量份的组分组成：粘结剂18～20份、催化剂5～8份、增强纤维40～50份、摩擦性能调节剂25～35份；其中：

所述的粘结剂组成为橡胶改性的腰果壳油液体树脂和丁腈橡胶粉；

所述的催化剂组成为硫磺和六次甲基四胺；

所述的增强纤维组成为矿物纤维、钢纤维和有机纤维；

所述的摩擦性能调节剂组成为人造石墨、石油焦、硅灰石粉、碳酸钙和氧化铁红。

2.权利要求1所述的节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料工序：按照配方比例，把各种组分的原材料称重后加在一起，即为配好的干料；

(2)混料工序：将配好的干料倒于混料机混合6～8分钟后，再打开液体树脂的阀门，边混料边将液体树脂慢慢地流到混料机中混合，混料温度30～50℃，混料时间40～60分钟，将混好的湿料出料；

(3)粉碎工序：将混好的湿料用粉碎机进行粉碎，使混好的湿料粒度均匀分布；该粉碎机的筛网是用9～11mm网孔的多孔板做成的；

(4)成型滚压工序：先将粒度均匀分布的湿料加在滚压机的料仓中，启动滚压机进行滚压，然后由滚压机压出条状的摩擦材料，并将条状的摩擦材料卷成具有一定长度的圈状物；

(5)定长工序：把滚压成型的圈状摩擦材料，根据刹车蹄片不同型号的弧长，用开式双柱压力机切割成具有一定长度的条状摩擦材料；

(6)定弧热处理工序：每个定弧工装能装6～10片条状摩擦材料，把装有摩擦材料的多个定弧工装送到热处理箱中加热固化，最高热处理温度163±5℃，完成整个定弧热处理工序需要12±0.2小时；

(7)磨内弧工序：把定好弧的条状摩擦材料用内弧磨磨平；

(8)涂胶工序：把磨好内弧的摩擦材料用涂胶机涂胶，涂完胶后凉干4±0.1小时；

(9)粘结固化工序：把涂好胶的摩擦材料和相同型号的蹄铁用专用模具夹紧后，放到粘接固化线上自动加热，粘接固化线的最高温度170±5℃，主轴转速500±10转/分钟；

(10)磨外弧工序：把粘接固化好的刹车蹄片用外弧磨机磨好外弧。

3.根据权利要求2所述的节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

(11)铆接工序：把磨好外弧的刹车蹄片用铆接机铆好附件。

4.根据权利要求2或3所述的节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，其特征在于，所述的步骤(2)混料工序中的混料机通过打开热水阀门来加热混料机或者打开冷水阀门来降温混料机，以控制混料的温度。

5.根据权利要求2或3所述的节能生物可降解纤维刹车蹄片的湿法滚压生产工艺，其特征在于，所述的步骤(3)粉碎工序中的粉碎机的筛网是用10mm网孔的多孔板做成的。