CN102191016A - 用于刹车片的无铜摩擦材料组合物 - Google Patents
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Abstract
一种用于刹车片的无铜摩擦材料组合物，由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.43份、轮胎粉1.9份、重质氧化镁6份、煅烧石油焦碳2.55份、陶瓷纤维8份、酚醛树脂6.5份、硅酸铝纤维14份、六钛酸钾晶须22份、重晶石粉末25份、颗粒石墨5份、硫化锑2份、腰果油摩擦粉2.8份、氮化硼0.9份、鳞片铝粉5份、碳化钽0.6份。本发明所使用的摩擦材料是环保材料，重金属物质含量很少，因而对环境非常友好。同时试验表明，本发明抗高温热衰退性能好，使用寿命长，并且耐磨性能良好，摩擦系数稳定。应用本发明后，小汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，并且对偶盘无损伤。
Description
技术领域
本发明涉及汽车刹车片的摩擦材料组合物，尤其是涉及一种用于刹车片的无铜摩擦材料组合物。
背景技术
现在我们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质，包括铜、铬、镉、铅金属等。汽车在每次刹车过程中，就有少量的重金属粉尘释放并积累在环境中造成危害。如镉化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或肾脏中，对人体肾脏、肝脏造成危害。含铜粉尘进入环境后可以对大马哈鱼等的鱼类造成生物毒害，据有关资料显示，环境中30%的铜污染是由汽车刹车片造成的。因此汽车刹车片对环境造成的影响，我们必须加以重视。目前，世界各国正研究如何克服此类现象蔓延。比如美国华盛顿州州长克里斯格力高尔在该州2010年第61届立法会上签署并通过了SB6557号法案，该法案旨在逐渐在汽车刹车片中禁止使用铜，并对违反者给予严厉惩罚。其规定是：自2014年1月1日起，汽车摩擦材料的制造商，批发商，零售商，经销商在华盛顿州内销售或者销往华盛顿的摩擦材料含有的以下物质不得超过限量：1、石棉纤维，不得超过总重量的1%；2、镉及其化合物不得超过总重量的0.01%；3、铬盐不得超过总重量的0.1%；4、铅及其化合物不得超过总重量的0.1%；5、汞及其化合物不得超过总重量的0.1%。自2021年1月1日起，汽车摩擦材料的制造商，批发商，零售商，经销商在华盛顿州内销售或者销往华盛顿的摩擦材料含有的铜不得超过总重量的5%。同时，工业，安全，环境专家成立了咨询委员会，研究和评估在未来将铜的含量限制在0.5%的可行性。
无独有偶，同样是在2010年，加州州长斯瓦辛格（Schwarzenegge）签署并通过了SB346号法案，要求所有的汽车刹车片制造商减少所有在加州出售的刹车片摩擦材料中铜的用量，到2021年不能超过5%，到2025年不能超过0.5%。
上述两个美国法案预示着人类对环境保护的要求日益严格和细致。因此不能不引起汽车零部件制造商的重视，我们必须找到更加安全，有效和环保的摩擦材料来替代铜等重金属，以顺应人类对环境保护日益严格的要求。
发明内容
本发明提供一种不含金属铜的摩擦材料组合物，以解决现有汽车刹车片中的铜、镉等重金属物质含量超标，刹车时噪音较高，对环境危害较大等技术问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于刹车片的无铜摩擦材料组合物，由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.4～0.6份、轮胎粉1.8～2.2份、重质氧化镁5.5～7份、煅烧石油焦碳2.5～3份、陶瓷纤维7～10份、酚醛树脂5～7份、硅酸铝纤维10～20份、六钛酸钾晶须18～25份、重晶石20～30份、颗粒石墨4.5～6份、硫化锑1.8～2.5份、腰果油摩擦粉2.5～3份、氮化硼0.8～1.2份、鳞片铝粉3～5份、碳化钽0.4～0.6份。
作为优选，所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.5份、轮胎粉2.2份、重质氧化镁7份、煅烧石油焦碳3份、陶瓷纤维10份、酚醛树脂7份、硅酸铝纤维20份、六钛酸钾晶须25份、重晶石粉末30份、颗粒石墨6份、硫化锑2.5份、腰果油摩擦粉3份、氮化硼1份、鳞片铝粉4份、碳化钽0.5份。
作为优选，所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.43份、轮胎粉1.9份、重质氧化镁6份、煅烧石油焦碳2.55份、陶瓷纤维8份、酚醛树脂6.5份、硅酸铝纤维14份、六钛酸钾晶须22份、重晶石粉末25份、颗粒石墨5份、硫化锑2份、腰果油摩擦粉2.8份、氮化硼0.9份、鳞片铝粉5份、碳化钽0.6份。
以下是采用上述摩擦材料组合物制作刹车片的方法：按重量比将芳仑纤维0.4～0.6份、轮胎粉1.8～2.2份、重质氧化镁5.5～7份、煅烧石油焦碳2.5～3份、陶瓷纤维7～10份、酚醛树脂5～7份、硅酸铝纤维10～20份、六钛酸钾晶须18～25份、重晶石20～30份、颗粒石墨4.5～6份、硫化锑1.8～2.5份、腰果油摩擦粉2.5～3份、氮化硼0.8～1.2份、鳞片铝粉3～5份、碳化钽0.4～0.6份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。如多种新纤维材料的复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会因相互牵扯作用而产生高性能。由于本发明所使用的摩擦材料是安全环保材料，重金属物质含量很少，因而对环境非常友好。同时试验表明，本发明抗高温热衰退性能好，使用寿命长，并且耐磨性能良好，摩擦系数稳定。应用本发明后，小汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，并且对偶盘无损伤。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：按重量比将芳仑纤维0.4份、轮胎粉1.8份、重质氧化镁5.5份、煅烧石油焦碳2.5份、陶瓷纤维7份、酚醛树脂5份、硅酸铝纤维10份、六钛酸钾晶须18份、重晶石粉末20份、颗粒石墨4.5份、硫化锑1.8份、腰果油摩擦粉2.5份、氮化硼0.8份、鳞片铝粉5份、碳化钽0.4份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
实施例2：按重量比将芳仑纤维0.5份、轮胎粉2.2份、重质氧化镁7份、煅烧石油焦碳3份、陶瓷纤维10份、酚醛树脂7份、硅酸铝纤维20份、六钛酸钾晶须25份、重晶石粉末30份、颗粒石墨6份、硫化锑2.5份、腰果油摩擦粉3份、氮化硼1份、鳞片铝粉4份、碳化钽0.5份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
实施例3：按重量比将芳仑纤维0.43份、轮胎粉1.9份、重质氧化镁6份、煅烧石油焦碳2.55份、陶瓷纤维8份、酚醛树脂6.5份、硅酸铝纤维14份、六钛酸钾晶须22份、重晶石粉末25份、颗粒石墨5份、硫化锑2份、腰果油摩擦粉2.8份、氮化硼0.9份、鳞片铝粉5份、碳化钽0.6份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
实施例4：按重量比将芳仑纤维0.48份、轮胎粉2份、重质氧化镁6.5份、煅烧石油焦碳2.57份、陶瓷纤维9份、酚醛树脂6份、硅酸铝纤维15份、六钛酸钾晶须20份、重晶石粉末27份、颗粒石墨5.5份、硫化锑2.3份、腰果油摩擦粉2.7份、氮化硼1.2份、鳞片铝粉3份、碳化钽0.4份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
实施例5：按重量比将芳仑纤维0.43份、轮胎粉2.17份、重质氧化镁6.6份、煅烧石油焦碳2.8份、陶瓷纤维8.8份、酚醛树脂6.3份、硅酸铝纤维15.5份、六钛酸钾晶须21.8份、重晶石粉末22.5份、颗粒石墨5.06份、硫化锑2.2份、腰果油摩擦粉2.9份、氮化硼1.1份、鳞片铝粉3.5份、碳化钽0.46份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
上述各实施例所选用材料说明：
芳仑纤维具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。其强度是钢丝的 5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解、不融化。采用芳仑纤维制成的刹车片具有良好的耐热性和抗剪、抗弯强度，制动效果好等特点。
轮胎粉(60～80目)作为弹性填料用于摩擦材料中，起着增磨减噪的效果。重晶石可以稳定摩擦材料的摩擦强度及耐久性。颗粒石墨用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩擦系数。
煅烧石油焦碳（20～30目）是由硬度低气孔率高的优质石油焦经过高温焙烧制成的颗粒，可用各种摩擦材料。摩擦材料中加入按一定比例混合而成的煅烧焦炭与石墨能使摩擦材料具有完美的综合性能，有利于防止金属粘着，提高摩擦性能，减轻了高温时摩擦材料的热衰退。
陶瓷纤维采用优质硅酸铝纤维经过短切加工而成的人造矿物纤维。具有重量轻、环保、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动、抗拉抗折强度高等优点，可以大大提高摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。以上实施例中的陶瓷纤维可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司提供的高铝型（氧化铝≥65%）陶瓷纤维。
硅酸铝纤维能很好的吸收摩擦材料因制动而发出的噪音，并且具有良好的耐高温性能，它附于摩擦材料表面能有效的降低材料中其他低温材料的热衰退性和膨胀性，提高了摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。以上实施例中的硅酸铝纤维可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司生产的硅酸铝纤维。
钛酸钾晶须通常用K2O.nTiO2表示其组成，n=1,2,4,6,8，它们在结构和性能上差异显著，其中以六钛酸钾晶须的使用价值最大。以上实施例选用的六钛酸钾晶须对摩擦过程中能量的反射和能量的缓慢传递，致使刹车片的温度升高缓慢，保持了摩擦系数的稳定性，也减小了磨损量，从而提高了刹车片的使用寿命。六钛酸钾晶须的刹车片，在机动车刹车过程中，能够使刹车片的摩擦系数不发生大的变化，尤其是长时间刹车过程中，不会因为刹车时导致刹车片温度的升高引起刹车片的失效或“抱死”，从而提高了刹车片使用过程中的安全性能。以上实施例中的硫酸钙晶须可以选用中国上海晶须复合材料制造有限公司提供的六钛酸钾晶须。
重晶石选用500～600目的重晶石粉末。
颗粒石墨具有完整的晶体结构和高气孔率，其导热性能稳定，能减少磨损和摩擦噪音，与其它摩擦材料具有良好的结合力。以上实施例选用20～40目、含碳量98%、气孔率18%的颗粒石墨。
硫化锑熔点比较低，高温分解后生成的氧化锑，以及在还原剂存在时生成的金属锑，能防止高温时材料的氧化燃烧，保持摩擦材料的摩擦稳定性，提高材料的抗烧性能；还能降低有机粘合剂在高温时分解速度，提高材料的使用寿命，起到了高温无机粘合剂和润滑摩擦调整剂的作用。
腰果油摩擦粉即腰果壳油摩擦粉，由腰果壳油加工而成。可改善刹车片中无机纤维、颗粒的界面结合状况，同时能控制磨损，提供保护，防止温度进一步升高。在300℃以上高温运行时，刹车片摩擦系数稳定，热胀极小，刹车时不会产生“抱死”现象。
六方相的氮化硼(250～300目)具有润滑性好、热膨胀系数小,化学稳定性高等特点,尤其是它的热导率与不锈钢相当。
鳞片铝粉（40～80目）比较柔软、比重轻。在摩擦材料中起到稳定摩擦系数和降低磨损的作用。在摩擦过程中金属铝的熔化吸收了大量的热能，起到了散热的作用；并且不伤盘，可延长刹车系统的使用寿命。以上实施例中的鳞片铝粉可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司提供的鳞片铝粉。
碳化钽为浅棕色金属状立方结晶粉末，用于摩擦材料，可以降低刹车片的扩散磨损，进一步提高刹车片的使用性能。以上实施例选用立方相碳化钽。
对比例1：有机纤维刹车片。按重量百分比将腰果油摩擦粉9%、轮胎粉(60～80目)5%、铬铁矿粉4%、煅烧石油焦碳4%、鳞片石墨3%、鳞片铝粉5%、硅酸盐纤维4%、硫化锑7%、黄铜纤维7%、喷胶硅酸铝纤维3%、蛭石粉（20～40目）9%、酚醛树脂15%、重晶石粉末（600目）10%、聚丙烯腈纤维1%、木浆纤维3%、粘胶纤维4%、竹碳纤维4%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出，放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
对比例2：半金属刹车片。按重量比将丁晴橡胶粉5%、轮胎粉(60～80目)2%、鳞片石墨5%、泡沫铁粉8%、硼酚醛树脂12%、粉碎型钢纤维10%、氧化铝纤维3.5%、紫铜纤维9%、腰果油摩擦粉5%、石墨颗粒2%、煅烧石油焦碳2%、重晶石粉末（600目）9.3%、铬铁矿粉3%、磁铁矿粉2.5%、硅藻土4%、喷胶硅酸铝纤维9%、鳞片铝粉3.4%、二硫化钼3%、硬脂酸锌0.4%、硫化锑1%、硫化铜0.9%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出，再放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
为了验证本发明的效果，按中国GB5763-1998国家标准，对实施例1～5和对比例1、2制备的刹车片分别进行检测，其结果如下表所示：
验证结果表明：虽然本发明中没有加入铜、铬等重金属，但通过新配方的设计，使得本发明配方制备的刹车片的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能与对比例1或2相当，因而环保效果显著。
为了进一步验证本发明效果，发明人将本发明制备的刹车片安装在上海通用别克轿车上进行刹车制动试验，经过三名驾驶员（驾龄均在15年以上）反复制动，均确认本发明制备的刹车片刹车灵敏，制动平稳，同时无噪音，脚感舒适。
Claims (3)
1.一种用于刹车片的无铜摩擦材料组合物，其特征是该摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成：
芳仑纤维0.4～0.6份、轮胎粉1.8～2.2份、重质氧化镁5.5～7份、煅烧石油焦碳2.5～3份、陶瓷纤维7～10份、酚醛树脂5～7份、硅酸铝纤维10～20份、六钛酸钾晶须18～25份、重晶石20～30份、颗粒石墨4.5～6份、硫化锑1.8～2.5份、腰果油摩擦粉2.5～3份、氮化硼0.8～1.2份、鳞片铝粉3～5份、碳化钽0.4～0.6份。
2.根据权利要求1所述的用于刹车片的无铜摩擦材料组合物，其特征是所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.5份、轮胎粉2.2份、重质氧化镁7份、煅烧石油焦碳3份、陶瓷纤维10份、酚醛树脂7份、硅酸铝纤维20份、六钛酸钾晶须25份、重晶石粉末30份、颗粒石墨6份、硫化锑2.5份、腰果油摩擦粉3份、氮化硼1份、鳞片铝粉4份、碳化钽0.5份。
3.根据权利要求1所述的用于刹车片的无铜摩擦材料组合物，其特征是所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维0.43份、轮胎粉1.9份、重质氧化镁6份、煅烧石油焦碳2.55份、陶瓷纤维8份、酚醛树脂6.5份、硅酸铝纤维14份、六钛酸钾晶须22份、重晶石粉末25份、颗粒石墨5份、硫化锑2份、腰果油摩擦粉2.8份、氮化硼0.9份、鳞片铝粉5份、碳化钽0.6份。
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