CN101886681A - 一种波浪型双层结构的鼓式刹车片及其底料配方和生产工艺 - Google Patents
一种波浪型双层结构的鼓式刹车片及其底料配方和生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种波浪型双层结构的鼓式刹车片及其底料配方和生产工艺，所述波浪型双层结构的鼓式刹车片包括与对偶件起摩擦作用的位于刹车片铆钉头以上部分的面料层，和铆钉头以下部分的底料层，其特点为：面料层与底料层的结合面为波浪型。所述的底料层的配方由下述重量配比的原料制成：磨削粉尘20-50份、矿物纤维10-40份、膨胀蛭石1-5份、丁腈橡胶7-10份、腰果壳油改性酚醛树脂10-20份、重晶石粉1-13份、重质碳酸钙2-9份、油焦炭粉5-10份。本发明的波浪型结构既满足加工和装配性能的需要，又稳定产品的摩擦性能，底料配方中有效的利用了磨削粉尘、降低成本，实现刹车片生产过程中的粉尘零排放式绿色生产线工艺。
Description
技术领域：
本发明属于汽车制动系统技术领域，尤其涉及一种全新波浪型结构的双层料刹车片生产工艺技术及其底料配方。
背景技术：
为了保证制动器刹车片的厚度、倒角、贴合间隙等尺寸，以满足产品图纸要求，各摩擦生产厂家必须用砂轮磨床对其磨削，产生的磨削粉尘若作为工业废渣废弃，必将造成环境污染。磨削粉尘中含有纤维和其他的摩阻材料，有一定的摩擦系数和支撑作用，但是砂轮磨粒一般为碳化硅，在磨削和铲砂轮过程中不可避免地吸入尘室中，由于其硬度过高，大量应用于摩擦材料后，小样测试显示产生噪音，且对摩擦盘有刮伤。因此不能充分利用磨削粉来生产摩擦材料。磨削粉中含有一定的纤维绒和其他的摩阻材料，因此具有一定的摩擦系数，而且耐磨，通过通风机吸进尘室中的磨削粉尘，其细度90％以上达到120目，粒度细，比表面积大，磨削粉为福建冠良汽车配件工业有限公司的盘式制动器衬片、鼓式制动器衬片生产线以及离合器面片生产线对产品磨削加工过程产生的磨削粉尘，
经检测其主要成分以重量份计为：
纤维35-40份、
有机物20-30份、
矿物填料20-30份、
碳化硅颗粒磨料0-1份、
金属粉末0-3份、
其他少量杂质。
鼓式刹车片通常使用铆接方式与制动器连接。在汽车的制动过程中刹车片与对偶件起摩擦作用的仅为刹车片铆钉头以上部分(简称面料)，这部分材料应具有优异的摩擦和磨损性能。而铆钉头以下部分(简称底料)，由于不起摩擦作用，对摩擦和磨损性能的要求不高，仅要求高的加工和装配强度以及与面料的接合强度。为了使摩擦性能和加工强度同时达到最佳效果，单层刹车片就改为有面料(优异的摩擦磨损性能配方)和底料(高的加工和装配强度、接合强度配方)两部分组成的双层摩擦片，从而达到两个目的：一、充分发挥各部分配方的功能，提高产品的整体性能水平；二、降低材料成本并实现环保的生产工艺。现有双层料工艺技术采用直面的结合方式，其直面结构纵剖面构造图见图1，这种方式容易造成两层材料的分层、剪切强度不够、摩擦性能不稳定等缺点，使产品性能不能达到要求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用新型波浪型双层料技术制造鼓式刹车片的生产工艺，并提供波浪型双层结构的鼓式刹车片以及其底料配方，解决了现有鼓式刹车片的单层摩擦材料配方难以满足多种性能的不足；又能克服鼓式刹车片现有的直面型双层材料的分层、剪切强度不够、摩擦性能不稳定等缺点。利用磨削粉尘的材料特性、在底料配方中添加磨削粉尘，既满足底料性能的要求，而且有效地降低成本，并达到了对环境更好的保护。
本发明的目的是这样实现的，所述的波浪型双层结构的鼓式刹车片，包括与对偶件起摩擦作用的位于刹车片铆钉头以上部分的面料层，和铆钉头以下部分的底料层，其结构特点为：所述的面料层与底料层的结合面为波浪型。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现的，所述的波浪型双层结构的鼓式刹车片的底料配方如下：底料不要求摩擦性能，但要保证本身及其与面料接合处的抗冲击强度和加工、装配强度。通过小样筛选和配方调整，本发明的底料层的底料配方以重量份计如下：
所述的底料层的配方由下述重量配比的原料制成：
磨削粉尘20-50份、
矿物纤维10-40份、
膨胀蛭石1-5份、
丁腈橡胶7-10份、
腰果壳油改性酚醛树脂10-20份，
重晶石粉1-13份、
重质碳酸钙2-9份、
油焦炭粉5-10份。
1)矿物纤维10-40，选自Lapinus Fibres BV公司生产的；作为增强材料。
2)膨胀蛭石1-5，选自河北灵寿蛭石厂生产；为层状结构，层间含有结晶水，膨胀率在5-25倍，热导率小，容重在50-200kg/m3，是良好的隔热材料。质量良好的膨胀蛭石，最高使用温度可达1100℃；增强纤维提高摩擦材料的强度并限制其变形，且膨胀蛭石能与矿物纤维结合提供很好的隔热性和消除噪音。
3)丁腈橡胶7-10，粘结剂，丁腈橡胶具有较好的抗张强度和耐热性，质地柔软可减少震颤和噪音，选用兰州化学工业公司合成橡胶厂生产的；
4)腰果壳油改性酚醛树脂10-20，粘结剂，腰果壳油改性酚醛树脂制得的摩擦材料硬度低、冲击强度高、高温柔软性、耐磨性较好，与丁腈橡胶相容性好的优点，选用山东圣泉海沃斯树脂有限公司生产的；
5)重晶石粉1-13，选用福建永安市重晶石厂生产；为增摩材料；作用是是使摩擦系数稳定，磨损小，特别是在高温下，它能形成稳定的摩擦界层，能防止对偶材料表面擦伤，使对偶表面磨得更光洁。
6)重质碳酸钙2-9，选用福建三农公司生产，为增摩材料。
7)油焦炭粉5-10份，选用江苏镇江焦化煤气集团公司生产，为增摩材料，以填料的方式加入，可使制品具有疏松的结构，降低制品噪音，增加底料的强度和降低成本。
8)磨削粉尘：20-50(福建冠良汽车配件工业有限公司的鼓式制动片生产线、盘式制动片生产线和离合器面片生产线所产生的磨削粉尘，为现有技术产品，
磨削粉尘经检测其主要成分以重量份计为：
纤维35-40份、
有机物20-30份、
矿物填料20-30份、
碳化硅颗粒磨料0-1份、
金属粉末0-3份，
其他还可有少量杂质；
因此磨削粉尘具有一定的摩擦系数，而且耐磨，通过通风机吸进尘室的磨削粉尘，其细度90％以上达到120目，粒度细，比表面积大，重新混合时，容易与底料中的纤维和混合料等充分接触，混合更均匀，压制后的片强度更好。磨削粉尘其由于选取的生产线不同其具体成分也有稍微有区别，详见如下三种生产线获取的各组成的主要组成配方，但由于主要成分相似，因而与底料中的其它成分能充分接触，混合更均匀，这样本发明能充分利用生产线的废料，既满足底料性能的要求，而且有效地降低成本，并达到了对环境更好的保护。
a)福建冠良汽车配件工业有限公司盘式制动器衬片生产线产生的磨削粉尘，其主要成分是：纤维：包括矿物纤维，开夫拉纤维；有机物：包括腰果壳油改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、腰果壳油摩擦粉；矿物填料：包括重晶石粉，重质碳酸钙，颗粒石墨，绢云母粉，油焦炭粉，硫化锑；金属粉末包括钢纤维，铜纤维，泡沫铁粉；其中一种系列的磨削粉尘的原配方组成为：矿物纤维25-30％，开夫拉纤维0.1～3％，粉末丁腈橡胶2-13％，腰果壳油改性酚醛树脂20-30％，腰果壳油摩擦粉2～8％，重晶石粉10-20％，重质碳酸钙10-20％，颗粒石墨6～18％，绢云母粉5～10％，油焦炭粉5～15％，硫化锑0.5～5％，铜纤维1～5％，泡沫铁粉1～5％，另外包含砂轮碳化硅磨粒0-1％。最佳磨削粉尘的原配方组成是：矿物纤维26％，开夫拉纤维0.2％，粉末丁腈橡胶4％，腰果壳油改性酚醛树脂21％，腰果壳油摩擦粉3％，重晶石粉11％，重质碳酸钙11％，颗粒石墨7％，绢云母粉6％，油焦炭粉6％，硫化锑0.8％，铜纤维2％，泡沫铁粉2％。
b)福建冠良汽车配件工业有限公司鼓式制动器衬片生产线产生的磨削粉尘，其主要成分是：纤维：包括聚丙烯腈纤维，矿物纤维，玻璃纤维；有机物：包括腰果壳油改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、腰果壳油改性酚醛树脂；矿物填料：包括重晶石粉，重质碳酸钙，石墨，油焦炭粉，锆英石粉，金属粉末包括，铝粉、铁粉；其中一种系列的磨削粉尘原配方组成为：聚丙烯腈纤维6～8％，矿物纤维3～6％，玻璃纤维5～10％；腰果壳油摩擦粉4～7％，粉末丁腈橡胶10～12％，腰果壳油改性酚醛树脂9～11％；重晶石粉13～16％，重质碳酸钙13～17％，石墨14～15％，油焦炭粉5～15％，锆英石粉2～7％；铝粉1～5％，泡沫铁粉1～5％；另外包含砂轮碳化硅磨粒0-1％。最佳磨削粉尘的原配方组成是：聚丙烯腈纤维7％，矿物纤维5％，玻璃纤维6％；腰果壳油摩擦粉5％，粉末丁腈橡胶11％，腰果壳油改性酚醛树脂10％；重晶石粉15％，重质碳酸钙14％，石墨14％，油焦炭粉7％，锆英石粉3％；铝粉3％；
c)福建冠良汽车配件工业有限公司离合器面片生产线产生的磨削粉尘，其主要成分是：纤维：包括E-玻璃纤维，聚丙烯腈纤维，芳纶纤维；有机物：包括腰果壳油改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶，防老剂TMQ，硫化促进剂MBTS；矿物填料：包括重质碳酸钙，石墨，油焦炭粉，氧化锌，硫酸钡，腰果壳油摩擦粉，金属粉末包括铜粉、铁粉、铝粉；
本发明上述底料的各组分配方合计为100％。
本发明的波浪型双层结构的鼓式刹车片的面料的材料采用冠良汽配的配方材料，面料配方以重量份计如下：
聚丙烯腈纤维：5-10份(选用武汉华东特种纤维有限公司生产)
腰果壳油摩擦粉：3-5份(选用美国卡德莱公司生产)
重晶石粉：10-15份(福建永安市重晶石公司生产)
重质碳酸钙：11-15份(福建三农公司生产)
粉末丁腈橡胶：5-10份(兰州化学工业有限公司生产)
矿物纤维：10-20份(Lapinus Fibres BV公司生产)
磷片石墨：5-13份(青岛石墨有限公司生产)
锆英石粉：10-15份{宜兴新兴锆业有限公司生产锆英石粉(化学式：ZrSiO4，也称硅酸锆)外观：白色粉末。}
腰果壳油改性酚醛树脂：8-10份(山东圣泉海沃斯树脂有限公司生产)
玻璃纤维：5-7份(丹阳振兴玻璃纤维有限公司生产)
本发明上述面料的各组分配方合计为100％。
本发明的波浪型双层结构的鼓式刹车片的生产工艺，具体步骤为：
根据刹车片的厚度设计底料、面料比例。铆钉以上部分与以下部分的比例一般为3∶2，常用刹车片在磨掉6-8mm后就不用，所以可以根据厚度和磨损率调整底料、面料的比例。混料阶段，上述的底料和面料按配方分别搅拌，装入料车后，在表压8-15MPa，时间1-5s冷压预成型。冷压预成型有两种生产形式可以选择：一种是底料、面料分别压成毛坯，再结合一起热压；另一种是冷压一次成坯，先铺底料，抹平后再铺面料，然后压成毛坯。前一种形式相对工效低，两层料间结合紧密度不如后者。本发明生产工艺选择后者。同时考虑在冷压预成型过程为了保证底料不进入面料、影响摩擦性能，加入底料后应预压，且两层材料采用波浪型结合面进行压制，即本发明所述的波浪型双层结构的鼓式刹车片包括与对偶件起摩擦作用的位于刹车片铆钉头以上部分的面料层，和铆钉头以下部分的底料层，其特征在于：面料层与底料层的结合面为波浪型，其成型后的具体结构见图2所示，这样既提高了两层料的结合强度，又使表面的摩擦材料具有不同的密度分布，具备了摩擦材料预混料工艺的优良特性。双层材料配方中使用的粘接剂应选择同一品种，这样才可以保证两层料不同配方的粘接剂不会产生不相容性，影响底料和面料的结合强度。
两层料用波浪型冷压模具冷压预成型后，将压制的冷坯通过温度为150±10℃、压强为15±1Mpa的条件下热压成型，热压成型时间根据产品的厚度而定，一般为10～50分钟，热压成型后的制品放入程序烘干炉中，经1-2小时升温至125-140℃，保持3-5小时后，再用1-2小时升温至140-160℃，经时间2-5小时热处理，随烘干炉冷却后，将半成品经过研磨、钻孔、清洗、打标、包装工序加工制成成品销售。
本发明的有益效果为：本发明根据产品在实际使用中存在上表层和底层工作机理不同，其对表层材料性能(面料)和底层材料(底料)的要求也不同，为此，根据不同功能要求，把表层材料(面料)和底层材料(底料)分开设计，采用波浪型结合方式将两层料进行科学的结合制成一种全新结构的波浪型双层结构的鼓式刹车片，使这种新型刹车片产品既有优良的摩擦性能，又具有高强度的铆接性能强度；同时在只需要高强度的底料中，最大化的消化吸收福建冠良汽车配件工业有限公司的生产线生产过程中产生的磨削粉尘中所含的易刮伤对偶的碳化硅磨粒废料；节约了成本，实现在汽车用摩擦材料行业无废料排放的绿色生产工艺；且经试验生产的产品，其冲击强度、硬度测试、内剪切强度、定速式实验摩擦性能均符合国标或实验要求，详见实施例测试数据表；达到实际应用要求。
附图说明：
图1为现有技术的直面结构纵剖面构造图。
图2为本发明的波浪型结构纵剖面构造图。
具体实施方式：
下面结合具体实例对本发明进行详细说明：
本发明所述的波浪型双层结构的鼓式刹车片包括与对偶件起摩擦作用的位于刹车片铆钉头以上部分的面料层1，和铆钉头以下部分的底料层2，其特征在于：面料层1与底料层2的结合面3为波浪型，其成型后的具体结构见图2所示。
底料层2的底料配方一：
配方取如下成分配比：
磨削粉尘25份、
矿物纤维25份、
膨胀蛭石3份、
丁腈橡胶9份、
腰果壳油改性酚醛树脂17份、
重晶石粉10份、
重质碳酸钙5份、
油焦炭粉6份。
其中：选用的磨削粉尘原配方各组分的重量百分比为：矿物纤维26％，开夫拉纤维0.2％；粉末丁腈橡胶4％，腰果壳油改性酚醛树脂21％，腰果壳油摩擦粉3％；重晶石粉11％，重质碳酸钙11％，颗粒石墨7％，绢云母粉6％，油焦炭粉6％，硫化锑0.8％；铜纤维2％，泡沫铁粉2％。
底料配方二：
配方取如下成分配比：
磨削粉尘35份、
矿物纤维20份、
膨胀蛭石4份、
丁腈橡胶7份、
腰果壳油改性酚醛树脂12份、
重晶石粉9份、
重质碳酸钙5份、
油焦炭粉8份。
其中：选用的磨削粉尘的原配方各组分的重量百分比为：聚丙烯腈纤维7％，矿物纤维5％，玻璃纤维6％；腰果壳油摩擦粉5％，粉末丁腈橡胶11％，腰果壳油改性酚醛树脂10％；重晶石粉15％，重质碳酸钙14％，石墨14％，油焦炭粉7％，锆英石粉3％；铝粉3％。面料层1的面料配方：采用福建冠良汽车配件工业有限公司的无石棉鼓式制动片配方材料。其中一种具体典型实例配方为：
聚丙烯腈纤维9份，
腰果壳油摩擦粉4份，
重晶石粉12份，
重质碳酸钙13份
粉末丁腈橡胶7份，
矿物纤维18份，
磷片石墨11份，
锆英粉12份，
腰果壳油改性酚醛树脂9份，
玻璃纤维5份。
底料和面料结合形成的上下层双层料结构一：底料和面料的双层料采用直面生产工艺冷压模具压制成直面型双层结构(如图1所示)；
底料和面料结合形成的上下层双层料结构二：底料和面料采用技术方案为上述本发明所述的波浪型双层结构生产工艺生产形成的波浪型双层结构(如图2所示)。
比较例：
实例一：底料配方一的底料和面料配方，采用双层料结构一制成样品，为样品1；
实例二：底料配方二的底料和面料配方，采用双层料结构一制成样品，为样品2；
实例三：底料配方一的底料和面料配方，采用双层料结构二制成样品，为样品3；
实例四：底料工艺二的底料和面料配方，采用双层料结构二制成样品，为样品4；
实例五：采用福建冠良汽车配件工业有限公司生产的无石棉鼓式制动片配方材料的制成的单层鼓式制动片，为样品5。
五个样品按照GB5763-2008规定进行冲击强度试验机、塑料硬度计和定速式摩擦试验机测试，实验结果如下：
一、底料配方的强度和硬度(贴合性能)验证，测试结果如表1，可以看出含有福建冠良汽车配件工业有限公司生产线产生的磨削粉尘成分的底料配方结合波浪双层结构二的工艺，大大地改进了产品的强度、改善了产品的贴合性能，符合国标GB5763-2008。
表1冲击强度、硬度测试
| 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 | GB5763-2008标准 | |
| 冲击强度(J/cm2) | 3.89 | 3.59 | 4.98 | 5.13 | 4.13 | ≥3 |
| 硬度(HRM) | 75 | 73 | 68 | 70 | 80 | - |
二、双层料的内剪切(结合强度)验证，双层料工艺试验样取底料与面料结合处，测试结果如表2，可以看出，直面型的双层料结构一的内剪切强度不如单层工艺，而经波浪型双层料结构二改进后，内剪切强度大大加强，超过了单层工艺的内剪切强度。
表2内剪切强度测试
| 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 | GB5763-2008标准 | |
| 内剪切强度(MPa) | 6.80 | 7.01 | 10.42 | 10.80 | 8.00 | - |
三、摩擦性能稳定性，取面料配方进行定速式摩擦性能试验，实验结果如表3、表4，可以看出相同的面料配方，经不同工艺，显示出不同的摩擦性能，波浪型双层料结构二大大地稳定了产品的摩擦性能。
表3定速式实验摩擦系数μ两种工艺对比
表3定速式实验磨耗性能两种工艺对比
| 磨损率 | 100℃ | 150℃ | 200℃ | 250℃ | 300℃ |
| 样品1 | 0.33 | 0.34 | 0.44 | 0.45 | 0.50 |
| 样品3 | 0.30 | 0.35 | 0.53 | 0.43 | 0.53 |
| 样品3 | 0.33 | 0.25 | 0.34 | 0.26 | 0.24 |
| 样品4 | 0.26 | 0.22 | 0.33 | 0.21 | 0.29 |
| 样品5 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.42 | 0.48 |
| GB5763-2008 | 0～0.50 | 0～0.70 | 0～1.0 | 0～1.5 | 0～2.0 |
从表1中可知，采用波浪型结构的制作生产工艺与含有磨削粉尘的底料配方相结合的技术大大地改进了底料和面料形成的双层料的冲击强度和内剪切强度，适当地降低了产品的硬度，硬度的降低减少了制动噪音并提高制动的舒适性。该技术的产品经定速式摩擦试验机测试，表3、表4为定速式摩擦试验机摩擦系数和磨损率数据，从表3、表4可知，与单层料技术和直面双层料技术相比，采用本发明技术的产品其摩擦性能更加地稳定，高温磨耗有所降低。
Claims (4)
1.一种波浪型双层结构的鼓式刹车片，包括与对偶件起摩擦作用的位于刹车片铆钉头以上部分的面料层，和铆钉头以下部分的底料层，其特征在于：面料层与底料层的结合面为波浪型。
2.根据权利要求1所述的一种波浪型双层结构的鼓式刹车片，其特征在于：
所述的底料层的配方由下述重量配比的原料制成：
磨削粉尘20-50份、
矿物纤维10-40份、
膨胀蛭石1-5份、
丁腈橡胶7-10份、
腰果壳油改性酚醛树脂10-20份、
重晶石粉1-13份、
重质碳酸钙2-9份、
油焦炭粉5-10份。
3.根据权利要求1或2所述的一种波浪型双层结构的鼓式刹车片，其特征在于：
所述的面料层的配方由下述重量配比的原料制成：
聚丙烯腈纤维：5-10份，
腰果壳油摩擦粉：3-5份，
重晶石粉：10-15份，
重质碳酸钙：11-15份，
粉末丁腈橡胶：5-10份，
矿物纤维：10-20份，
磷片石墨：5-13份，
锆英石粉：10-15份，
腰果壳油改性酚醛树脂：8-10份；
玻璃纤维：5-7份。
4.权利要求1或2或3所述的一种波浪型双层结构的鼓式刹车片的生产工艺，包括如下步骤：
(1)在波浪型冷压模具内冷压预成型：将面料和底料两种配方分别搅拌均匀后，利用波浪型冷压模具，先加入底料铺平再加入面料，在表压为8-15MPa、时间为1-5秒下进行冷压成型为波浪型冷压胚；
(2)热压成型：将上述波浪型冷压胚用通用热压模具在温度为150±10℃、表压为15±1MPa、时间为15-25min的条件下热压成型，在热压开始的5-10min内需放气6-14次，然后进行保压，所需的保压时间根据制品的厚度按照0.5-1min/mm确定；
(3)热处理：将上述热压成型后的制品放入程序烘干炉中，经1-2小时升温至125-140℃，保持3-5小时后，再用1-2小时升温至140-160℃，经时间2-5小时热处理，随烘干炉冷却后，经研磨、钻孔步骤后加工制成成品。
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