CN102533221B - 一种盘式摩擦材料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盘式摩擦材料，另外还公开了一种能避免环境污染、耐热性好、性能稳定、摩擦系数高的盘式摩擦材料制作方法。该盘式摩擦材料含有钢纤维25-35份、芳纶纤维0.5-1.5份、碳类物质24-30份、粘接剂7-9份、重晶石粉25-30份、填料21-22份。该制作方法采用干法预成型工艺，按以下步骤进行：（1）混料：取部分钢纤维和芳纶纤维、全部重晶石放入混料机中进行搅拌，然后放入剩余材料再次进行搅拌；（2）预压成型：把混好的料投入到冷压模具中压力成型为冷坯；（3）热压：将冷坯放入模具中进行压制；（4）热处理：在烘烤箱内进行热处理，从室温升温到200℃烘烤9-19小时。

Description

一种盘式摩擦材料及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种盘式摩擦材料及其制作方法。
背景技术
摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料，它主要包括制动器衬片（刹车片）和离合器面片（离合器片）。以往技术中，摩擦材料一般包含有石棉成份，以满足耐高温的要求，但石棉成分的摩擦材料在制作和使用过程中，均会产生石棉粉悬浮在空气中，容易造成空气污染且对人体有害，因此，世界各国都相继研制出无石棉摩擦材料。然而，随着汽车工业的飞速发展，汽车等运输工具向高速、大型、重载方向发展，对制动的安全性提出更高的要求，相对于大客车、重载车，越来越多的车辆逐步由鼓式制动改为盘式制动，这对摩擦材料性能稳定性有更高的要求，对于鼓式制动片其单位面积上所承受制动的能量要远小于盘式片，在制动的过程中，大量热能聚集在摩擦片表面使其温度剧烈升高，这就要求车辆在高速连续制动的过程中必须有足够的摩擦系数来保持安全制动距离，因此开发一种耐高温、有足够摩擦系数的特殊摩擦材料是研究的重要方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能避免环境污染、耐热性好、性能稳定、摩擦系数高的盘式摩擦材料及其制作方法。
本发明一种盘式摩擦材料所采用的技术方案是：包括下列重量份的原材料制成：钢纤维25-35份、芳纶纤维0.5-1.5份、碳类物质24-30份、粘接剂7-9份、重晶石粉25-30份、填料21-22份，所述填料包括摩擦粉、铬铁矿粉和三硫化锑。
优化的，所述碳类物质包括合成石墨4-6份、天然石墨8-10份、无定型碳12-16份。
优化的，所用粘接剂包括丁腈改性树脂6-7份、橡胶粉1-2份。
本发明一种盘式摩擦材料的制作方法所采用的技术方案是：采用干法预成型工艺，按以下步骤进行：
（1）混料：先将全部的钢纤维和芳纶纤维、部分重晶石放入混料机中进行搅拌，再放入剩余原料进行搅拌；
（2）热压：将混拌料直接放入模具中，压制温度150±5℃，压力30-40Mpa，按保温保压40-60s/mm条件下进行热压，保压15-20s后排第一次气，每次排气停留时间为2-4s，以后每隔10s开模排气6-12次；
（3）热处理：在烘烤箱内进行热处理，从室温～140℃等速升温1-2个小时，保温1-2个小时，140～160℃升温1个小时，保温2-3个小时，160～180℃升温1个小时，保温2-3个小时，180～200℃升温1个小时，保温4-6个小时，在降温到120℃后打开炉门自然冷却到室温。
优化的，在进行步骤（2）之前，先预压成型，把混好的料投入到预成型模具中，采用400-500kg/cm2压力成型为冷坯，再将冷坯放入模具中进行压制。
优化的，步骤（1）中，先将全部的芳纶纤维和部分重晶石搅拌2-3分钟，再放入剩余原料在主浆转速80-100r/min下搅拌10-15分钟。
本发明的有益效果是：由于本发明包括下列重量份的原材料混合而成：钢纤维25-35份、芳纶纤维0.5-1.5份、碳类物质24-30份、粘接剂7-9份、重晶石粉25-30份、填料21-22份，所述填料包括摩擦粉、铬铁矿粉和三硫化锑，与现有的技术相比，本发明采用金属纤维、有机纤维作为纤维组分，摩擦材料不含石棉成分，解决了产品强度问题，粘接剂的成分少，即树脂所含游离酚少，由于高温下树脂热分解，产生气体会形成气垫膜，降低了摩擦系数，为此在减少树脂用量的时候要考虑材料的抗压强度，所以采用了钢纤维为主、芳纶纤维为辅来提供材料的强度来满足耐冲击、剪切力，尤其在高温情况下，一般有机纤维的强度会有明显的减弱，而钢纤维在高温下具有优良的韧性和稳定性，同时加入碳类物质较多，提高产品气孔率，高碳材料解决产品表面热斑问题，使用后的产品表面平整无龟裂，摩擦盘表面无刮伤，制动效果好，所制得的摩擦材料具有耐磨、热衰退小，而且，有效地改善产品制动性能、对偶损伤，所以本发明能避免环境污染、耐热性好、性能稳定、摩擦系数高、对偶磨损小。
具体实施方式
下面给出本发明的思路及具体实施例对本发明详细说明。
本发明盘式摩擦材料包括下列重量份的原材料制成：钢纤维25-35份、芳纶纤维0.5-1.5份、碳类物质24-30份、粘接剂7-9份、重晶石粉25-30份、填料21-22份，所述填料包括摩擦粉、铬铁矿粉和三硫化锑，所述碳类物质包括合成石墨4-6份、天然石墨8-10份、无定型碳12-16份，所用粘接剂包括丁腈改性树脂6-7份、橡胶粉1-2份。
本发明配方的设计思路是考虑到高温下摩擦片要有较高的摩擦系数，而碳类物质具有高温下稳定的化学性能，汽车制动摩擦盘表面温度可达700-800℃，石墨、焦碳物质可在此温度下保持稳定并提供稳定的摩擦系数，因此，本发明在以低树脂、钢纤维为主的结构下，添加人造石墨、天然石墨、无定型碳来提高产品的耐热性，其主要表现为碳物质的稳定和高导热性来减低低材料的温度，来达到高温制动下对材料的保护，采用了高碳材料解决产品表面热斑问题，使用后的产品表面平整无龟裂，摩擦盘表面无刮伤，制动效果好，其中，采用人造石墨是碳量纯度高，不会降低摩擦系数，采用无定性碳石墨作为减磨材料，可有效控制摩擦系数在设计范围内，所述粘接剂采用丁腈改性树脂，要求树脂所含游离酚少，由于高温下树脂热分解，产生气体会形成气垫膜，降低摩擦系数，这就要求树脂及有机物成分不能过多。为了避免树脂过少造成粘接不均，要求树脂细度在200目-300目，混料充分均匀，一般在高温情况下有机粘接的摩擦材料的强度会降低，为此在减少树脂用量的时候要考虑材料的抗压强度，本发明采用钢纤维为主，芳纶纤维为辅来提供材料的强度来满足耐冲击、剪切力，尤其在高温情况下一般有机纤维的强度会有明显的减弱，而钢纤维在高温下具有优良的韧性和稳定性，填料中包括摩擦性能调节剂和改善产品硬度的材料，本配方以高碳材料为主，配合摩擦性能调节剂，有效解决高温下产品摩擦系数的衰退和过度磨损，有利于制动盘表面平滑起到保护对偶作用，其中固体润滑剂三硫化锑具有高温稳定摩擦系数性能，能提高产品在高温下的耐磨性。
耐高温高碳摩擦片的生产方法如下：
（1）混料：先称取部分钢纤维和芳纶纤维、全部重晶石放入犁耙式混料机中，开绞刀搅拌2-3分钟，然后放入其它原材料在2900r/min转速下，主浆转速80-100r/min下搅拌10-15分钟。
（2）预压成型：把混好的料投入到冷压模具中采用400-500kg/cm2压力成型冷坯。
（3）热压：将冷坯放入模具中，在压制温度150±5℃，压力30-40Mpa，按保温保压40-60s/mm条件下进行热压，保压15-20s后排第一次气，每次排气停留时间为2-4s，以后每隔10s开模排气6-12次。
（4）热处理：在烘烤箱内进行热处理，从室温～140℃等速升温1个小时，保温2个小时，140～160℃升温1个小时，保温2个小时，160～180℃升温1个小时，保温2个小时180～200℃升温1个小时，保温4个小时。在降温到120℃后打开炉门自然冷却到室温。
下面例举几个具体实施例来进行说明；
具体实施方式：
实施例1：钢纤维25份，芳纶纤维0.5份，树脂6份，胶粉1份，碳类物质24份，重晶石25份，其它填料21份，按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表1
                                                                   
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：钢纤维30份，芳纶纤维1份，树脂6份，胶粉2份，碳类物质28份，重晶石27份，其它填料22份。按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表2
                      
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：钢纤维35份，芳纶纤维1.5份，树脂7份，胶粉2份，碳类物质30份，重晶石30份，其它填料22份。按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表3
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE003
实施例4：钢纤维35份，芳纶纤维0.5份，树脂6份，胶粉2份，碳类物质24份，重晶石30份，其它填料21份，按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表4
                   
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE004
实施例5：钢纤维35份，芳纶纤维0.5份，树脂6份，胶粉2份，碳类物质24份，重晶石30份，其它填料21份，按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表5：
                       
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE005
实施例6：钢纤维25份，芳纶纤维1.5份，树脂7份，胶粉2份，碳类物质30份，重晶石28份，其它填料22份，按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表6：
                
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE006
实施例7：钢纤维30份，芳纶纤维1份，树脂7份，胶粉1份，碳类物质27份，重晶石25份，其它填料21.5份。按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表7：
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE007
比较例，本公司在本发明之前采用的配方结构：钢纤维23份，芳纶纤维0.5份，树脂12份，碳类物质13份，重晶石25份，其它填料27份。
按上述工艺进行混料，压制，热处理所制得的材料进行定速式试验结果如表8：
Figure 2011104547288100002DEST_PATH_IMAGE008
由此可见通过增加碳类物质，减少树脂，改善了摩擦磨损性能，
本发明在某汽车运输公司大巴上装车使用，平均行程约45000公里，使用后，司机反映制动效果好，高速制动平稳，急刹车不甩尾，刹车无明显噪音，刹车片表面无龟裂，比之前的产品有明显改善。本发明产品在国内公交车上使用，客户反应产品耐磨性好，与其他厂家比较本产品使用寿命是其他产品的2-3倍，其性能达到进口片效果。
本产品通过上述测定表明，产品的摩擦系数、磨损率、指定摩擦系数公差符合国家标准。通过对产品的装车路试，本发明刹车片可达到进口片要求，有广阔的市场前景。

Claims (4)

1.一种盘式摩擦材料，其特征在于：包括下列重量份的原材料制成：钢纤维25-35份、芳纶纤维0.5-1.5份、碳类物质24-30份、粘接剂7-9份、重晶石粉25-30份、填料21-22份，所述填料包括摩擦粉、铬铁矿粉和三硫化锑，所述碳类物质包括合成石墨4-6份、天然石墨8-10份、无定型碳12-16份，所用粘接剂包括丁腈改性树脂6-7份和橡胶粉1-2份。
2.一种如权利要求1所述的盘式摩擦材料的制作方法，其特征在于：采用干法预成型工艺，按以下步骤进行：
（1）混料：先将全部的钢纤维和芳纶纤维、部分重晶石放入混料机中进行搅拌，再放入剩余原料进行搅拌；
（2）热压：将混拌料直接放入模具中，压制温度150±5℃，压力30-40Mpa，按保温保压40-60s/mm条件下进行热压，保压15-20s后排第一次气，每次排气停留时间为2-4s，以后每隔10s开模排气6-12次；
（3）热处理：在烘烤箱内进行热处理，从室温～140℃等速升温1-2个小时，保温1-2个小时，140～160℃升温1个小时，保温2-3个小时，160～180℃升温1个小时，保温2-3个小时，180～200℃升温1个小时，保温4-6个小时，在降温到120℃后打开炉门自然冷却到室温。
3.根据权利要求2所述的一种盘式摩擦材料的制作方法，其特征在于：在进行步骤（2）之前，先预压成型，把混好的料投入到预成型模具中，采用400-500kg/cm2压力成型为冷坯，再将冷坯放入模具中进行压制。
4.根据权利要求2所述的一种盘式摩擦材料的制作方法，其特征在于：步骤（1）中，先将全部的芳纶纤维和部分重晶石搅拌2-3分钟，再放入剩余原料在主浆转速80-100r/min下搅拌10-15分钟。
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