CN101619156A

CN101619156A - 微胶囊自修复技术在复合材料汽车刹车片中的应用

Info

Publication number: CN101619156A
Application number: CN200810126019A
Authority: CN
Inventors: 张力; 孟春玲; 叶都长
Original assignee: Beijing Technology and Business University
Current assignee: Beijing Technology and Business University
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-06

Abstract

含有自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片选用聚脲甲醛包覆双环戊二烯(DCPD)微胶囊为自修复微胶囊，以无机纳米改性酚醛树脂为基体，复合矿物纤维(FKF纤维)为主体增强纤维，同时添加少量玻璃纤维、荷兰岩棉等其它纤维辅助增强的混杂增强体，选用片状蛭石、重晶石、铬铁矿粉、萤石、碳酸钙等10种材料作为增摩类填料，选用颗粒石墨等3种材料作为减摩类填料，选用腰果壳油摩擦粉等3种材料作为有机类填料，按照优选的工艺条件，研制而成。该刹车片在摩擦磨损过程中产生微裂纹时，裂纹尖端的应力集中会导致微型胶囊的破裂，修复剂通过毛细作用释放到裂纹表面，再经催化剂触发聚合反应，使断裂表面粘结在一起，从而修复裂纹表面。

Description

微胶囊自修复技术在复合材料汽车刹车片中的应用

技术领域

本专利的技术领域为新材料在汽车零部件中的应用研究，是新材料和机械学科的交叉研究领域。

背景技术

复合材料作为一种新材料，自20世纪60年代以来，随着科学技术的不断进步，得到了迅猛的发展。在循环的热或机械载荷作用下复合材料内部容易产生微裂纹，这是聚合物材料使用过程中长期存在的问题。对结构复合材料来说，这些基体微裂纹汇合在一起，从而导致其他破坏模式，如纤维断裂、基体开裂和界面的脱粘滑移及分层等。一旦聚合物材料中形成裂纹，结构的完整性及材料的机械、电学性能等都会受到严重的损伤。这种损伤往往发生在结构的深层部位，检测起来比较困难，修补也几乎是不可能的。这种微裂纹的出现和扩展将引起材料整体性能的下降，导致构件的过早失效，最终导致材料的破坏。

制动材料(也称摩擦材料)作为一种高摩擦系数的复合材料，是各类机器制动器的关键零件。目前研究较成功且已应用的主要是钢纤维和玻璃纤维增强的刹车片。但是这类刹车片仍存在一些问题，其中很重要的两点：(1)增强纤维与基体的相溶性较差；(2)高温下的热稳定性能差。如今轿车前轮盘式制动温度可达300℃-500℃，粘结剂在高温下会产生热分解，从而失去胶粘作用，使得各组成成分易脱落造成磨损加剧，出现热衰退现象。这些不足会显著降低刹车片的强度和韧性，在汽车制动过程中出现较大的噪声，产生噪声污染，在其受到冲击、剪切等机械作用时容易出现裂纹、断裂等致命性损伤。已公开的发明专利(申请号：200610048445.2)环保型复合材料刹车片及其制造工艺改进了传统配方，具有无污染、造价低廉、制动稳定性好等优点，但是不具备修复深层微裂纹，延长刹车片使用寿命的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对目前盘式汽车刹车片制动过程中的问题，根据自修复技术原理，将自修复微胶囊埋植于复合材料汽车刹车片中，设计出一种含有自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片，以改进汽车制动过程中出现的较大噪声、磨损性能差及受冲击、剪切时出现断裂危险等问题。该刹车片在摩擦磨损过程中产生微裂纹时，裂纹尖端的应力集中会导致微型胶囊的破裂，修复剂通过毛细作用释放到裂纹表面，再经催化剂触发聚合反应，使断裂表面粘结在一起，从而修复裂纹表面。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的复合材料选用纳米改性酚醛树脂为基体材料，选用复合矿物纤维等混杂纤维为增强纤维，选用重晶石、铬铁矿粉、萤石、碳酸钙等材料作为增摩类填料，颗粒石墨等材料作为减摩类填料，腰果壳油摩擦粉等材料作为有机类填料。含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片是由以下物料组成的(按重量百分比计)：纳米改性树脂7.8～15.4，复合矿物纤维12.4～25.6，有机纤维5.2～8.4，矿物纤维1.2～4.8，陶瓷纤维2.7～8.6，人造石墨4.0～10.5，重晶石7.2～9.8，硅藻土1.7～10.2，铬铁矿粉2.1～5.8，钾长石2.2～5.5，锆英石1.2～3.5，硫化锑1.7～5.2，膨胀蛙石粉2.1～5.9，铁黑0.8～5.4，铝粉2.2～6.1，云母1.9～5.3，焦碳粉1.2～3.2，丁睛胶粉2.2～4.8，轮胎粉2.7～6.2，沸石1.2～3.6，聚脲甲醛包覆双环戊二烯(DCPD)微胶囊0.5～4.5。

制造工艺参见示图1：

一、将物料按比例混合均匀，混料时，将无机纳米改性酚醛树脂、复合矿物纤维(FKF)等(不包括E-玻璃纤维)和各种填料倒入混料机中先预混50～55s，然后加入E-玻璃纤维和微胶囊，再混合5～8s；

二、将混合均匀的物料倒入硫化机的压模内热压，模具预热温度120℃～160℃，压制温度160℃～200℃，压制压力13MPa～20MPa，保温保压时间10～15分钟，压制成刹车片；

三、将制得的刹车片入电烘箱进行热处理，热处理规范：在2～4小时内缓慢升温至180℃～200℃，然后保持6～10小时。

采用上述方案制成的含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片含有自修复微胶囊和催化剂均匀分布在刹车片中，参见示图3，当刹车片内部产生微裂纹时，由于微裂纹尖端的应力集中使微胶囊破裂，修复试剂通过毛细作用释放到裂纹表面，与催化剂接触发生聚合反应，从而修复裂纹表面。

与现有技术相比，含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片具有无污染，减振降噪性能好，能够一定程度上消除安全隐患，延长刹车片的使用寿命，制动稳定性好等优点。

附图说明

图1是自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的制造工艺示意图；

图2是含微胶囊的刹车片示意图；

图3是微胶囊局部放大示意图。

具体实施方式

实施例1，含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的复合材料是由以下物料组成的(按重量百分比计)：纳米改性树脂10.8％，复合矿物纤维18.1％，有机纤维6％，矿物纤维3％，陶瓷纤维5.3％，人造石墨6.5％，重晶石8％，硅藻土4.5％，铬铁矿粉3.6％，钾长石3.8％，锆英石2.2％，硫化锑3.2％，膨胀蛙石粉3.6％，铁黑1.8％，铝粉4.2％，云母3.1％，焦碳粉2.2％，丁睛胶粉3.5％，轮胎粉4.6％，沸石1.2％，聚脲甲醛包覆双环戊二烯(DCPD)微胶囊0.8％。

将上述物料混合均匀；入硫化机的压模内进行热压，压制温度为170℃±10℃，压制压力为14MPa±0.5MPa，保温保压15分钟，压成刹车片；将刹车片入电烘箱进行热处理，用3小时缓慢升温至180℃±10℃，保温6小时，即制成含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片。

依照GB5763-1998《汽车用制动器衬片》，在HP-S型定速式摩擦试验机上对制得的含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片测定摩擦磨损性能；依照GB/T1043-1993《硬质塑料简支梁冲击试验方法》，在XCJ-4型冲击试验机上测定其冲击强度性能；依照GB/T5766-1996《摩擦材料洛氏硬度试验方法》，在XHR-150型塑料洛氏硬度计上对其进行硬度性能测试，性能测试结果如下表所示。

表1 性能测试结果

经过性能测试实验，按上述工艺条件研制而成的含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的摩擦系数、摩擦磨损率、强度、硬度等均满足国家标准关于盘式制动器用刹车片的性能要求。

实施例2，含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的复合材料是由以下物料组成的(按重量百分比计)：纳米改性树脂9.6％，复合矿物纤维19.6％，有机纤维7.2％，矿物纤维2.6％，陶瓷纤维4.2％，人造石墨7.5％，重晶石7.6％，硅藻土2.5％，铬铁矿粉4.4％，钾长石2.8％，锆英石3.2％，硫化锑2.6％，膨胀蛙石粉5.6％，铁黑3.2％，铝粉3.0％，云母2.1％，焦碳粉2.8％，丁睛胶粉2.5％，轮胎粉2.8％，沸石1.8％，聚脲甲醛包覆双环戊二烯(DCPD)微胶囊2.4％。

将上述物料混合均匀；入硫化机的压模内进行热压，压制温度为190℃±10℃，压制压力为16MPa±0.5MPa，保温保压12分钟，压成刹车片；将刹车片入电烘箱进行热处理，用4小时缓慢升温至200℃±10℃，保温7小时，即制成含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片。

表2 性能测试结果

Claims

1.一种含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的复合材料，其特征是含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片选用纳米改性酚醛树脂为基体材料，选用复合矿物纤维等混杂纤维为增强纤维，选用重晶石、铬铁矿粉、萤石、碳酸钙等材料作为增摩类填料，颗粒石墨等材料作为减摩类填料，腰果壳油摩擦粉等材料作为有机类填料。含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片是由以下物料组成的(按重量百分比计)：纳米改性树脂7.8～15.4，复合矿物纤维12.4～25.6，有机纤维5.2～8.4，矿物纤维1.2～4.8，陶瓷纤维2.7～8.6，人造石墨4.0～10.5，重晶石7.2～9.8，硅藻土1.7～10.2，铬铁矿粉2.1～5.8，钾长石2.2～5.5，锆英石1.2～3.5，硫化锑1.7～5.2，膨胀蛙石粉2.1～5.9，铁黑0.8～5.4，铝粉2.2～6.1，云母1.9～5.3，焦碳粉1.2～3.2，丁睛胶粉2.2～4.8，轮胎粉2.7～6.2，沸石1.2～3.6，聚脲甲醛包覆双环戊二烯(DCPD)微胶囊0.5～4.5。

2.一种含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的制造工艺，其特征是所述的工艺为：一、将上述物料按比例混合均匀；二、将混合均匀的物料倒入硫化机的压模内热压，模具预热温度120℃～160℃，压制温度160℃～200℃，压制压力13MPa～20MPa，保温保压时间10～15分钟，压制成刹车片；三、将制得的刹车片入电烘箱进行热处理，热处理规范：在2～4小时内缓慢升温至180℃～200℃，然后保持6～10小时。

3.满足权利要求1，2所述的一种含自修复微胶囊的新型复合材料汽车刹车片，一种含微胶囊的新型复合材料汽车刹车片的制造工艺，其特征在于：刹车片在摩擦磨损过程中产生的微裂纹能够导致自修复微胶囊破裂，使微胶囊中的修复液流出，与催化剂接触发生聚合反应，粘接裂纹表面，实现材料中微裂纹的自我修复。经过性能测试实验，其摩擦系数、摩擦磨损率、强度、硬度等均满足国家标准关于盘式制动器用刹车片的性能要求。