CN101813147B - 一种刹车片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括酚醛树脂8-12份、钛酸钾晶须20-30份、纤维素3-7份、摩擦粉5-9份、矿物纤维10-15份、芳纶2-5份、钢棉纤维3-8份和硫酸钡25-35份，制备方法包括配料、混料、热压成型、热处理、磨削和喷涂，酚醛树脂起粘接剂作用，钛酸钾晶须与纤维素起到增强基体、稳定摩擦系数的作用，摩擦性能好；矿物纤维和摩擦粉相互作用，提高摩擦系数、稳定摩擦系数，热衰退稳定性高，芳纶和钢棉纤维能够增加产品强度，并改善产品的热传导性能，硫酸钡提高了热性能及耐磨性。金属材料含量少、硬度适中，耐水性能好、刹车时对对偶元件的损伤小，寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车片，具体地说，涉及一种适合于轿车的刹车片及其制备方法，属于汽车摩擦材料技术领域。
背景技术
用于轿车制动刹车片的基本质量要求是：耐磨损，摩擦系数大，优良的隔热性能。按制造材料不同，刹车片主要有：1、石棉型：由于石棉纤维具有高强度和耐高温的特性，因此可以满足刹车片及离合器盘和衬垫的要求。这种纤维具有较强的抗张能力，甚至可以同高级钢材相匹配，并且可以承受316℃的高温。更重要的是石棉相对廉价，被广泛应用。但石棉材料已被医学界证实是致癌物质，现在已经禁止使用。2、半金属型：“半金属”混合物型刹车片(Semi-met)主要是采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。“半金属”混合物型刹车片(Semi-met)的主要优点在于它的温控能力及较高的制动温度，同石棉型的传热性能差与制动盘、制动鼓的冷却能力差相比它们在刹车时帮助制动盘和制动鼓将热量从其表面上散发出去，热量被传递到制动钳及其组件上。当然如果这些热量处理不当也会产生问题，刹车液受热后温度会上升，如果温度达到一定水平，将导致制动萎缩和刹车液沸腾。这种热量同时对制动钳、活塞密封圈及回位弹簧也有一定的影响，会加快这些组件老化，这也是在制动维修时要重新装配制动钳及更换金属件的原因。3、NAO(无石棉有机物)型：无石棉有机物型刹车材料主要使用玻璃纤维、芳香族聚酷纤维酷或其它纤维(碳、陶瓷等)作为加固材料，其性能主要取决于纤维的类型及其它添加混合物。主要是作为石棉的替代材料而被研制开发。它具有无落灰污染、磨损小、噪音小的优点，使用寿命也明显延长。与石棉刹车片比起来比它的性能更好，尤其是无污染性，代表目前摩擦材料的发展方向。4、目前，现在轿车刹车片的制造工艺主要是用干法混料为主，其成型工艺主要按照二步法板式模生产，即经冷压成型和高温硫化两个步骤，这种制造工艺的缺点是：刹车片的成品率低、生产周期长、生产效率低、产品的质量不稳定，机械化程度不高，能源消耗大。
发明内容
本发明要解决的问题是为了针对上述问题，提供一种摩擦性能好、耐磨性强、热衰退稳定性高的一种刹车片及其制备方法，尤其适合于小型汽车制动，制动效果好、不损伤对偶元件。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，其特征在于：所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：
酚醛树脂8-12份、钛酸钾晶须20-30份、纤维素3-7份、摩擦粉5-9份、矿物纤维10-15份、芳纶2-5份、钢棉纤维3-8份和硫酸钡25-35份。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂9-11份、钛酸钾晶须23-27份、纤维素4-6份、摩擦粉6-8份、矿物纤维11-14份、芳纶3-4份、钢棉纤维4-7份和硫酸钡26-33份。
所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂10份、钛酸钾晶须25份、纤维素5份、摩擦粉7份、矿物纤维13份、芳纶3份、钢棉纤维7份和硫酸钡30份。
一种刹车片的制备方法，包括配料步骤、混料步骤、热压成型步骤、热处理步骤、磨削步骤和喷涂步骤；其中，
配料步骤：按照所述重量份取各原材料。
所述混料步骤中，先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混2-4分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合8-10分钟。
所述热压成型步骤中，将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在150-180℃，压力300-350Kg/mm2，压制时间为5-7分钟。
所述热处理步骤中，将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出。
所述磨削步骤中，磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在20-30转/分，成品的平行度0-0.1mm。
所述喷涂步骤中，采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速380-400转/分，温度165-175℃。
本发明采用上述方案，具有以下优点：以上原材料中，酚醛树脂起粘接剂作用；钛酸钾晶须与纤维素相互作用，起到增强基体、稳定摩擦系数的作用，可以减小高温下的制动噪音，摩擦性能好；矿物纤维和摩擦粉相互作用，一方面提高摩擦系数，另一方面稳定摩擦系数，摩擦系数比较高，提高了摩擦性能，热衰退稳定性高，并能够调节刹车片的硬度；芳纶和钢棉纤维能够增加产品强度，并改善产品的热传导性能；硫酸钡为填充材料，提高了刹车片的热性能及耐磨性。本发明各原材料中金属材料含量少、硬度适中，因此，耐水性能好、比重轻、噪音小、刹车时对对偶元件的损伤小，尤其适合于小型汽车制动，制动效果好、不损伤对偶元件，使用寿命长。刹车片经高温一次热压成型，机械化程度高，简化了生产工艺，成品率高。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂8份、钛酸钾晶须20份、纤维素3份、摩擦粉5份、矿物纤维10份、芳纶2份、钢棉纤维3份和硫酸钡25份。
刹车片的制备方法包括：
配料步骤：按照以上重量份分别取各原材料；
混料步骤：先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混2-4分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合8-10分钟；
热压成型步骤：将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在150℃，压力300Kg/mm2，压制时间为5分钟；
热处理步骤：将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
磨削步骤：磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在20转/分，成品的平行度0-0.1mm；
喷涂步骤：采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速380转/分，温度165℃。
实施例2：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂9份、钛酸钾晶须23份、纤维素4份、摩擦粉6份、矿物纤维11份、芳纶3份、钢棉纤维4份和硫酸钡26份。
刹车片的制备方法包括：
配料步骤：按照以上重量份分别取各原材料；
混料步骤：先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混3分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合9分钟；
热压成型步骤：将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在160℃，压力310Kg/mm2，压制时间为6分钟；
热处理步骤：将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
磨削步骤：磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在22转/分，成品的平行度0-0.1mm；
喷涂步骤：采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速385转/分，温度170℃。
实施例3：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂10份、钛酸钾晶须25份、纤维素5份、摩擦粉7份、矿物纤维13份、芳纶3份、钢棉纤维7份和硫酸钡30份。
刹车片的制备方法包括：
配料步骤：按照以上重量份分别取各原材料；
混料步骤：先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混4分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合10分钟；
热压成型步骤：将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在170℃，压力320Kg/mm2，压制时间为7分钟；
热处理步骤：将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
磨削步骤：磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在24转/分，成品的平行度0-0.1mm；
喷涂步骤：采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速390转/分，温度175℃。
实施例4：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂11份、钛酸钾晶须27份、纤维素6份、摩擦粉8份、矿物纤维14份、芳纶4份、钢棉纤维7份和硫酸钡33份。
刹车片的制备方法包括：
配料步骤：按照以上重量份分别取各原材料；
混料步骤：先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混3分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合9分钟；
热压成型步骤：将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在175℃，压力335Kg/mm2，压制时间为6分钟；
热处理步骤：将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
磨削步骤：磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在27转/分，成品的平行度0-0.1mm；
喷涂步骤：采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速400转/分，温度170℃。
实施例5：一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂12份、钛酸钾晶须30份、纤维素7份、摩擦粉9份、矿物纤维15份、芳纶5份、钢棉纤维8份和硫酸钡35份。
刹车片的制备方法包括：
配料步骤：按照以上重量份分别取各原材料；
混料步骤：先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混2分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合9分钟；
热压成型步骤：将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在180℃，压力350Kg/mm2，压制时间为6分钟；
热处理步骤：将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
磨削步骤：磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在30转/分，成品的平行度0-0.1mm；
喷涂步骤：采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速390转/分，温度170℃。
以上五个实施例中，酚醛树脂为桓台县金波酚醛树脂厂生产的型号2141酚醛树脂，钛酸钾晶须为上海钛酸钾晶须复合材料制造有限公司生产的钛酸钾晶须，纤维素为天津五洋社会服务实业公司工贸商行生产的灰份小于5％的纤维素，摩擦粉为莱芜市信众工贸有限公司生产的型号FB-40摩擦粉，矿物纤维为青岛中孚行贸易有限公司生产的矿物纤维，芳纶为上海纽时工贸有限公司生产的型号KEVLAR 979芳纶，钢棉纤维为上海奥迪卡金属纤维有限公司生产的钢棉纤维，硫酸钡为青州市振华化工有限公司生产的沉淀硫酸钡。
将本发明五个实施例制备的刹车片进行试验：
1、摩擦系数及磨损率检测试验
按照标准GB5763，对本发明五个实施例所制备的刹车片进行摩擦系数及磨损率检测试验，试验在相同条件下的定速试验机上进行，试验中采用的压紧力为0.98MPa，根据五个实施例的制备方法分别制备100个刹车片，每个刹车片重复试验10次，记录每次试验的摩擦系数及磨损率数据，每个实施例所制备100个刹车片的平均摩擦系数如下表：
| 0.30-0.60 | 0.30-0.60 | 0.25-0.60 | 0.20-0.60 | 0.15-0.60 | 0.30-0.60 | |
| 实施例1 | 0.34 | 0.38 | 0.42 | 0.45 | 0.47 | 0.38 |
| 实施例2 | 0.36 | 0.40 | 0.41 | 0.43 | 0.48 | 0.40 |
| 实施例3 | 0.40 | 0.42 | 0.42 | 0.44 | 0.46 | 0.41 |
| 实施例4 | 0.38 | 0.42 | 0.44 | 0.46 | 0.47 | 0.41 |
| 实施例5 | 0.36 | 0.44 | 0.45 | 0.47 | 0.49 | 0.42 |
| 检测结果 | 符合 | 符合 | 符合 | 符合 | 符合 | 符合 |
根据以上数据可以看出，本发明五个实施例所制备刹车片的摩擦系数均符合现行标准的要求。
在300℃-100℃的降温过程中，五个实施例所制备刹车片摩擦系数的变化率为11％-19％，摩擦系数比较稳定。
由于本发明中原材料之间的相互作用，提高并稳定了摩擦系数，改善了热传导性能和热衰退稳定性，所以，制动效果好；金属材料含量少，硬度适中，所以，耐水性能好、比重轻、噪音小、刹车时对对偶元件的损伤小。
本发明五个实施例所制备的刹车片，在300℃-100℃的降温过程中，摩擦系数变化最大的是实施例1所制备的刹车片，从0.47减至0.38，变化率为19％；摩擦系数变化最小的是实施例3所制备的刹车片，从0.46减至0.41，变化率为11％；所以，实施例3为最优化方案。
每个实施例所制备100个刹车片的平均磨损率如下表：
根据以上数据可以看出，本发明五个实施例所制备刹车片的磨损率均符合现行标准的要求。由于本发明中原材料之间的相互作用，能够增强基体、增加产品强度并能够调节刹车片的硬度，提高了耐磨性。本发明五个实施例所制备的刹车片，磨损率最高的是实施例5所制备的刹车片；磨损率最低的是实施例3所制备的刹车片，实施例3为最优化方案。
2、布氏硬度检测试验
按照标准GB5766，对本发明五个实施例所制备的刹车片进行布氏硬度检测试验，根据五个实施例的制备方法分别制备100个刹车片，记录每次试验的布氏硬度数据，每个实施例所制备100个刹车片的平均布氏硬度如下表：
根据以上数据可以看出，本发明五个实施例所制备刹车片的布氏硬度均符合现行标准的要求。由于本发明中原材料之间的相互作用，能够增强基体并能够调节刹车片的硬度，金属材料含量少，硬度适中。本发明五个实施例所制备的刹车片，布氏硬度最高的是实施例3所制备的刹车片；布氏硬度最低的是实施例1所制备的刹车片，实施例3为最优化方案。
3、内剪切强度检测试验
按照标准ISO6312，对本发明五个实施例所制备的刹车片进行内剪切强度检测试验，根据五个实施例的制备方法分别制备100个刹车片，记录每次试验的内剪切强度数据，每个实施例所制备100个刹车片的平均内剪切强度如下表：
根据以上数据可以看出，本发明五个实施例所制备刹车片的内剪切强度均符合现行标准的要求。由于本发明中原材料之间的相互作用，能够增强基体并增加产品强度。本发明五个实施例所制备的刹车片，内剪切强度最高的是实施例3所制备的刹车片；内剪切强度最低的是实施例1所制备的刹车片，实施例3为最优化方案。
从以上检测试验结果来看，本发明制备的刹车片具有优良的摩擦性、耐磨性、热衰退稳定性，用其制作小型汽车刹车片制动性好，制动效果好，不损伤对偶元件。
Claims (4)
1.一种刹车片，包括金属骨架和粘接在金属骨架上的摩擦材料，其特征在于：所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：
酚醛树脂8-12份、钛酸钾晶须20-30份、纤维素3-7份、摩擦粉5-9份、矿物纤维10-15份、芳纶2-5份、钢棉纤维3-8份和硫酸钡25-35份。
2.如权利要求1所述的一种刹车片，其特征在于：所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂9-11份、钛酸钾晶须23-27份、纤维素4-6份、摩擦粉6-8份、矿物纤维11-14份、芳纶3-4份、钢棉纤维4-7份和硫酸钡26-33份。
3.如权利要求1所述的一种刹车片，其特征在于：所述摩擦材料包括以下重量份的原材料：酚醛树脂10份、钛酸钾晶须25份、纤维素5份、摩擦粉7份、矿物纤维13份、芳纶3份、钢棉纤维7份和硫酸钡30份。
4.如权利要求1、2或3所述一种刹车片的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括配料步骤、混料步骤、热压成型步骤、热处理步骤、磨削步骤和喷涂步骤；其中，
配料步骤：按照所述重量份取各原材料；
所述混料步骤中，先将硫酸钡、摩擦粉和酚醛树脂放置于犁耙式混料机内预混2-4分钟，再加入钛酸钾晶须、纤维素、矿物纤维、芳纶和钢棉纤维，混合8-10分钟；
所述热压成型步骤中，将胶粘剂均匀涂在金属骨架表面，再将摩擦材料压制在金属骨架上，得到刹车片毛坯，温度控制在150-180℃，压力300-350Kgf/mm2，压制时间为5-7分钟；
所述热处理步骤中，将热压成型的刹车片毛坯置于热处理箱内，在2小时内，将温度升至200℃，恒温2小时，自然降温至100℃后取出；
所述磨削步骤中，磨削设备采用圆盘磨，将金属骨架定位在磨床吸盘上，对刹车片工作面进行磨削，转速控制在20-30转/分，成品的平行度0-0.1mm；
所述喷涂步骤中，采用静电喷涂，对刹车片侧面及金属表面进行喷涂，设备转速380-400转/分，温度165-175℃。
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