CN102250583B - 用于刹车片的少铜摩擦材料组合物 - Google Patents
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Abstract
一种用于刹车片的少铜摩擦材料组合物，由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维5份、轮胎粉2.3份、重质氧化镁5.7份、红蛭石5.5份、陶瓷纤维10份、磁铁矿4.7份、硼酚醛树脂7.3份、硫酸钙晶须16.3份、钛酸钾16.7份、重晶石15.5份、鳞片石墨6.2份、腰果油摩擦粉6.9份、煅烧石油焦碳7.3份、氮化硼1.7份、鳞片铝粉5份、紫铜纤维0.46份、黑碳化硅0.6份。本发明中的重金属物质含量微乎其微，铜含量低于0.5%，因此对环境非常友好。同时在使用过程中，可以形成优异的摩擦层和转移膜，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。
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少铜摩擦材料组合物。
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（Schwarzenegger）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，我们必须在保证刹车片性能的前提下，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
本发明提供一种刹车噪音低、热传导效果好、含铜量少的摩擦材料组合物，以解决现有汽车刹车片中的铜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：一种用于刹车片的少铜摩擦材料组合物，由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维4～6份、轮胎粉2～2.5份、重质氧化镁5～6份、红蛭石5～6份、陶瓷纤维8～10份、磁铁矿3.5～5份、硼酚醛树脂7～8份、硫酸钙晶须15～17份、钛酸钾16～18份、重晶石15～17份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、煅烧石油焦碳6～8份、氮化硼1.5～2份、鳞片铝粉5～7份、紫铜纤维0.4～0.5份、黑碳化硅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4.5份、轮胎粉2.5份、重质氧化镁6份、红蛭石5.7份、陶瓷纤维9.5份、磁铁矿5份、硼酚醛树脂7.7份、硫酸钙晶须16份、钛酸钾16.7份、重晶石16份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7.5份、煅烧石油焦碳7份、氮化硼1.5份、鳞片铝粉5.5份、紫铜纤维0.43份、黑碳化硅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5份、轮胎粉2.3份、重质氧化镁5.7份、红蛭石5.5份、陶瓷纤维10份、磁铁矿4.7份、硼酚醛树脂7.3份、硫酸钙晶须16.3份、钛酸钾16.7份、重晶石15.5份、鳞片石墨6.2份、腰果油摩擦粉6.9份、煅烧石油焦碳7.3份、氮化硼1.7份、鳞片铝粉5份、紫铜纤维0.46份、黑碳化硅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4～6份、轮胎粉2～2.5份、重质氧化镁5～6份、红蛭石5～6份、陶瓷纤维8～10份、磁铁矿3.5～5份、硼酚醛树脂7～8份、硫酸钙晶须15～17份、钛酸钾16～18份、重晶石15～17份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、煅烧石油焦碳6～8份、氮化硼1.5～2份、鳞片铝粉5～7份、紫铜纤维0.4～0.5份、黑碳化硅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。本发明中的重金属物质含量微乎其微，铜含量低于0.5%，因此对环境非常友好。同时在使用过程中，可以形成优异的摩擦层和转移膜，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4份、轮胎粉2.2份、重质氧化镁5份、红蛭石5份、陶瓷纤维8份、磁铁矿3.5份、硼酚醛树脂7份、硫酸钙晶须15.5份、钛酸钾17份、重晶石15份、鳞片石墨7份、腰果油摩擦粉6份、煅烧石油焦碳6.5份、氮化硼1.5份、鳞片铝粉6.5份、紫铜纤维0.4份、黑碳化硅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2：按重量比将芳仑纤维4.2份、轮胎粉2份、重质氧化镁5.2份、红蛭石5.5份、陶瓷纤维9.2份、磁铁矿3.9份、硼酚醛树脂7.5份、硫酸钙晶须15.5份、钛酸钾16份、重晶石16.5份、鳞片石墨5.5份、腰果油摩擦粉6.5份、煅烧石油焦碳6份、氮化硼2份、鳞片铝粉6份、紫铜纤维0.47份、黑碳化硅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3：按重量比将芳仑纤维4.5份、轮胎粉2.5份、重质氧化镁6份、红蛭石5.7份、陶瓷纤维9.5份、磁铁矿5份、硼酚醛树脂7.7份、硫酸钙晶须16份、钛酸钾16.7份、重晶石16份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7.5份、煅烧石油焦碳7份、氮化硼1.5份、鳞片铝粉5.5份、紫铜纤维0.43份、黑碳化硅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4：按重量比将芳仑纤维5份、轮胎粉2.3份、重质氧化镁5.7份、红蛭石5.5份、陶瓷纤维10份、磁铁矿4.7份、硼酚醛树脂7.3份、硫酸钙晶须16.3份、钛酸钾16.7份、重晶石15.5份、鳞片石墨6.2份、腰果油摩擦粉6.9份、煅烧石油焦碳7.3份、氮化硼1.7份、鳞片铝粉5份、紫铜纤维0.46份、黑碳化硅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5：按重量比将芳仑纤维4.4份、轮胎粉2.5份、重质氧化镁5份、红蛭石5份、陶瓷纤维8.3份、磁铁矿4.1份、硼酚醛树脂8份、硫酸钙晶须15份、钛酸钾16.5份、重晶石17份、鳞片石墨7份、腰果油摩擦粉8份、煅烧石油焦碳6.5份、氮化硼2份、鳞片铝粉7份、紫铜纤维0.5份、黑碳化硅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。
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。
红蛭石具有多孔、质轻、熔点高的特性，最适合作高温绝热材料（1000℃以下）和防火绝缘材料。经高温加热后形成熟料作为填料（50～100目）加入摩擦材料，可起到增强剂、热稳定剂的作用。
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生产的高铝型（氧化铝≥65%）陶瓷纤维。
磁铁矿(300～350目)作为摩阻材料，用于摩擦材料中可增加摩擦系数。
硼酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性和力学性能比普通酚醛树脂好得多，使材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能得以提高。硼改性酚醛树脂的合成的方法有多种，其中最主要的一种方法是：先将硼酸与苯酚进行酯化反应，生成硼酸苯酚酯，再与甲醛反应生成硼改性酚醛树脂。
硫酸钙晶须（1～6μm，长径比≥30），集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。硫酸钙晶须制备的刹车片具有降低有机物在高温时的热分解造成的热衰退现象，其摩擦系数稳定，使用过程中制动舒适，无噪音产生，产品磨耗小。以上实施例中的硫酸钙晶须可以选用中国安徽省合肥健坤化工有限公司提供的硫酸钙晶须。
钛酸钾可用作绝热材料，与石棉相比，磨耗量约减少32%。
重晶石选用500～600目的重晶石粉末。
鳞片石墨(60～80目)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。以上实施例中的鳞片石墨可以选用中国河南省内乡县道川石墨矿提供的含碳量为94−99%的鳞片石墨。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。
摩擦材料中加入一定比列的煅烧石油焦碳（20～30目）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。另外，该焦碳的气空率较高，可以提高摩擦材料的摩擦系数，减少制动噪音，减轻高温时摩擦材料的热衰退。
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。
紫铜纤维在摩擦材料中它具有稳定摩擦片的摩擦系数和降低磨耗的作用。碳化硅高温性能特别稳定，即使在较高的温度下，它能保持非常好的摩擦系数，碳化硅与少量的紫铜纤维组合就能有效的降低摩擦材料高温制动的衰退性。以上实施例中的碳化硅可以选用中国河南安阳佳鑫耐材有限公司提供的纯度为98.50%的黑碳化硅。
对比例1：按重量比将芳仑纤维2份、轮胎粉(60～80目)1.8份、重质氧化镁5份、紫铜纤维8份、红蛭石5.6份、陶瓷纤维8.5份、磁铁矿3份、酚醛树脂7份、硫酸钙晶须13份、钛酸钾16.5份、重晶石(500～600目)11份、石墨1.7份、鳞片石墨4份、腰果油摩擦粉6.5份、煅烧石油焦碳6份放入高速分散机内，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：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%、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(500～600目)9.3%、铬铁矿粉(300～350目)3%、磁铁矿粉2.5%、硅藻土(500～600目)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：
检测结果表明：虽然本发明中没有加入或大大减少了诸如铜、铬等重金属的使用量，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少铜摩擦材料组合物，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：
芳纶纤维4～6份、轮胎粉2～2.5份、重质氧化镁5～6份、红蛭石5～6份、陶瓷纤维8～10份、磁铁矿3.5～5份、硼酚醛树脂7～8份、硫酸钙晶须15～17份、钛酸钾16～18份、重晶石15～17份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、煅烧石油焦碳6～8份、氮化硼1.5～2份、鳞片铝粉5～7份、紫铜纤维0.4～0.5份、黑碳化硅0.4～0.6份。
2.根据权利要求1所述的用于刹车片的少铜摩擦材料组合物，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：芳纶纤维4.5份、轮胎粉2.5份、重质氧化镁6份、红蛭石5.7份、陶瓷纤维9.5份、磁铁矿5份、硼酚醛树脂7.7份、硫酸钙晶须16份、钛酸钾16.7份、重晶石16份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7.5份、煅烧石油焦碳7份、氮化硼1.5份、鳞片铝粉5.5份、紫铜纤维0.43份、黑碳化硅0.5份。
3.根据权利要求1所述的用于刹车片的少铜摩擦材料组合物，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：芳纶纤维5份、轮胎粉2.3份、重质氧化镁5.7份、红蛭石5.5份、陶瓷纤维10份、磁铁矿4.7份、硼酚醛树脂7.3份、硫酸钙晶须16.3份、钛酸钾16.7份、重晶石15.5份、鳞片石墨6.2份、腰果油摩擦粉6.9份、煅烧石油焦碳7.3份、氮化硼1.7份、鳞片铝粉5份、紫铜纤维0.46份、黑碳化硅0.6份。
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