CN102635653B

CN102635653B - 一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法

Info

Publication number: CN102635653B
Application number: CN201210107717.7A
Authority: CN
Inventors: 仇溢
Original assignee: JINAN GOLD PHOENIX BRAKE SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: JINAN GOLD PHOENIX BRAKE SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102635653A

Abstract

本发明公开了一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法。该制动片由下述原料一次模压成型：未改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂，聚丙烯腈碳纤维，人造颗粒石墨，天然鳞片石墨，颗粒焦炭，碳化硅，芳纶浆粕，复合矿物纤维，钢纤维，紫铜粉，硫化亚铁和硫酸钡。本发明产品耐高温，耐烧蚀，热膨胀系数小，及高比强度、高比模量；耐磨性好、同时低噪音，达到了二者兼顾的效果；初始性能优越，磨合期短，热衰退小、使用寿命长，制动无粉尘，各种材料均为环境友好型的环保型材料；极好的脚踏板舒适度，具备自动清洁制动盘的功能；具有杰出的高温、高速性能，不同的制动条件下稳定的摩擦等级。

Description

一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，具体的说是一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法。

背景技术

传统的汽车制动片是由单一酚醛树脂作为粘接剂，按照一定比例与增强纤维、摩擦性能调节剂混合后热压成型。按照酚醛树脂使用情况来分主要有三类：未改性酚醛树脂、耐高温型改性酚醛树脂和增强弹性改性酚醛树脂。上述三类树脂各有不足之处，未改性酚醛树脂耐高温性能一般、弹性一般，耐高温型改性酚醛树脂制得的制动片弹性差、硬度高，增强弹性改性酚醛树脂耐高温性能差。

碳素材料可提高制动片的耐高温性能，其中碳纤维有极好的增强作用，石墨类材料具有润滑作用，硬质碳素材料可以增强摩擦材料的整体耐磨性，能明显改善摩擦材料的高温高速性能，但往往一种碳素材料与粘接剂配合使用会存在一定的不足之处。

发明内容

为了解决上述问题，制造出一种耐高温、制动舒适、噪音低、摩擦系数稳定、使用寿命长、不损伤对偶的环保型盘式制动片，本发明提供了一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，由下述质量百分比的原料制成，未改性酚醛树脂3％-7％，有机硅改性酚醛树脂3％-7％，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂3％-7％，聚丙烯腈碳纤维2％-5％，人造颗粒石墨3％-8％，天然鳞片石墨3％-8％，颗粒焦炭1％-10％，碳化硅0.5％-3％，芳纶浆粕0.5％-3％，复合矿物纤维1％-9％，钢纤维10％-20％，紫铜粉2％-5％，硫化亚铁3％-6％，硫酸钡15％-35％；所述复合矿物纤维的组分及其质量百分比为：二氧化硅38％-45％，氧化铝15％-22％，氧化钙和/或氧化镁30％-38％，氧化铁1％-6％。

其中未改性酚醛树脂的流动距离为15-25mm，凝胶化时间为90-100S；有机硅改性酚醛树脂的流动距离为13-23mm，凝胶化时间为95-105S；聚丙烯酸酯改性酚醛树脂的流动距离为18-28mm，凝胶化时间为85-95S；聚丙烯腈碳纤维的纤维长度为1.0-3.0mm，人造颗粒石墨的粒度为40-60目，天然鳞片石墨的粒度为100-120目，颗粒焦炭的粒度为40-60目，碳化硅为500目下超细碳化硅，芳纶浆粕长径比为50-80，复合矿物纤维的纤维长度为0.30-0.80mm，钢纤维的纤维长度为1.50mm-4.25mm，紫铜粉的粒度为70-120目，硫化亚铁的粒度为200-325目，硫酸钡的粒度为325-500目。

该多元树脂基碳素复合型盘式制动片的加工方法为：

(1)混料(分为三步混料)：先将芳纶浆粕与硫酸钡加入到高速搅拌机中搅拌4分钟，再将未改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、聚丙烯酸酯改性酚醛树脂、天然鳞片石墨、碳化硅、钢纤维、紫铜粉和硫化亚铁共8种原料加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，最后将剩余4种原料(聚丙烯腈碳纤维、人造颗粒石墨、颗粒焦炭和复合矿物纤维)，加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压成型：先将步骤(1)混合后的原料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，预压3-6秒，加载压力0.5-1MPa，再将垫层料(质量比：未改性酚醛树脂20％，钢纤维25％，丁腈橡胶5％，摩擦粉8％，碳酸钙32％，紫铜粉8％，芳纶浆粕2％)加入到热压模具型腔中，用工具摊平，加载压力15-25MPa，热压时间5-8分钟，热压温度140-180℃，热压成型后脱模；所述垫层料的加入量为原料总质量(步骤(1)的14种原料的总质量，不包含垫料层)的10％；

(3)热处理：将脱模后所得制动片先于烘烤温度160-180℃下烘烤1-2小时，然后于烘烤温度180-200℃下烘烤3-5小时，最后于烘烤温度200-240℃下烘烤1-2小时；

(4)磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

(5)喷塑：然后采用静电喷涂得到成品，喷涂设备转速为500-1000rpm，温度为150-200℃。

本发明采用多元树脂共混机体，可以达到很好的协同作用，既提高制动片的耐磨性，又增强制动片的弹性，达到单一树脂所不能实现的效果。它将多种碳素材料与树脂基复合，可以同时将上述碳素材料的单一性能聚集，提高制动片耐高温性能的同时，起到很好的增强作用，并且具有良好的润滑作用，提高制动片整体的摩擦稳定性。

本发明的有益效果是：(1)耐高温、耐烧蚀、热膨胀系数小，及高比强度、高比模量；(2)耐磨性好且无噪音，达到了二者兼顾的效果，适用于城市与山区等多种路况；(3)初始性能优越，磨合期短，热衰退小、使用寿命长，制动粉尘低，各种材料均为环境友好型的环保型材料；(4)极好的脚踏板舒适度，具备自动清洁制动盘的功能，同时向制动盘转移的保护膜有效保护制动盘，防止制动盘锈蚀；(5)杰出的高温、高速性能，不同的制动条件下稳定的摩擦等级；(6)一次模压成型，生产效率高，成品率高，产品质量稳定。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明所提供的多元树脂基碳素复合型盘式制动片及其制备方法进一步详细说明：

未改性酚醛树脂(美国汉森公司生产)，有机硅改性酚醛树脂(日本住友公司生产)，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂(日本三井化学公司生产)，聚丙烯腈碳纤维(日本三菱化学公司生产)、人造颗粒石墨(常州特密高石墨有限公司生产)、天然鳞片石墨(常州特密高石墨有限公司生产)和颗粒焦炭(常州特密高石墨有限公司生产)、芳纶浆粕(杜邦公司生产)、复合矿物纤维(南京纳科丰纤维材料有限公司生产)和钢纤维(上海南昱摩擦材料有限公司生产)。

实施例1

配方(质量百分比)：未改性酚醛树脂5％，有机硅改性酚醛树脂5％，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂5％，聚丙烯腈碳纤维碳纤维3％，人造颗粒石墨5％，天然鳞片石墨5％，颗粒焦炭5％，碳化硅1％，芳纶浆粕1％，复合矿物纤维8％，钢纤维17％，紫铜粉5％，硫化亚铁5％，硫酸钡30％。其中未改性酚醛树脂的流动距离为23mm，凝胶化时间为96S，有机硅改性酚醛树脂的流动距离为18mm，凝胶化时间为100S，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂的流动距离为25mm，凝胶化时间为85S，聚丙烯腈碳纤维碳纤维的纤维长度为2.0mm，人造颗粒石墨的粒度为40目，天然鳞片石墨的粒度为100目，颗粒焦炭为40目，碳化硅的粒度为500目，芳纶浆粕长径比为50，复合矿物纤维的纤维长度为0.45mm，钢纤维的纤维长度3.0mm，紫铜粉的粒度为70目，硫化亚铁的粒度为325目，硫酸钡的粒度为325目。

该多元树脂基碳素复合型盘式制动片的加工方法，包括如下步骤：

(1)混料：先将芳纶浆粕与硫酸钡加入到高速搅拌机中搅拌4分钟，再将未改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、聚丙烯酸酯改性酚醛树脂、天然鳞片石墨、碳化硅、钢纤维、紫铜粉和硫化亚铁共8种原料加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，最后将剩余4种原料(聚丙烯腈碳纤维、人造颗粒石墨、颗粒焦炭和复合矿物纤维)，加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压：先将步骤1)混合后的原料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，预压5秒，加载压力1MPa，再将垫层料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，加载压力18MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160℃，中模160℃，下模160℃；热压成型后脱模；所述垫层料的加入量为原料总质量的10％；

(3)热处理：热处理设备采用热处理箱，热压后制动片，160℃烘烤1小时，180℃烘烤3小时，200℃烘烤1小时；

(4)磨削：采用圆盘磨，制品平行度为0.14mm，材料平面度为0.1mm；

(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为800rpm，温度为180℃。

台架试验AK-master测试结果如表1所示：

表1台架试验AK-master测试结果

JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.532mm，质量平均磨损量为6.25g。

SAE J2521噪音试验中，2.0kHz-17.0kHz内大于70dB的噪音频率为0.30％，频率大于80dB的噪音为0.01％。

通过上述试验表明多元树脂基碳素复合型盘式制动片在摩擦磨损、噪音方面均表现出杰出的性能。

实施例2：

配比(质量百分比)：未改性酚醛树脂4％，有机硅改性酚醛树脂7％，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂7％，聚丙烯腈碳纤维5％，人造颗粒石墨8％，天然鳞片石墨8％，颗粒焦炭8％，碳化硅3％，芳纶浆粕3％，复合矿物纤维6％，钢纤维15％，紫铜粉3％，硫化亚铁3％，硫酸钡20％。其中未改性酚醛树脂的流动距离为23mm，凝胶化时间为96S；有机硅改性酚醛树脂的流动距离为18mm，凝胶化时间为100S；聚丙烯酸酯改性酚醛树脂的流动距离为25mm，凝胶化时间为85S，聚丙烯腈碳纤维的纤维长度为2.0mm，人造颗粒石墨的粒度为40目，天然鳞片石墨的粒度为100目，颗粒焦炭为40目，碳化硅的粒度为500目，芳纶浆粕长径比为50，复合矿物纤维的纤维长度为0.45mm，钢纤维的纤维长度为3.0mm，紫铜粉的粒度为70目，硫化亚铁的粒度为325目，硫酸钡的粒度为325目。

(2)热压先将步骤(1)混合后的原料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，预压5秒，加载压力1MPa，再将垫层料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，加载压力18MPa，热压时间5分钟，热压温度上模165℃，中模165℃，下模165℃；热压成型后脱模；所述垫层料的加入量为原料总质量的10％；

(3)热处理：热处理设备采用热处理箱，热压后制动片180℃烘烤1小时，200℃烘烤3小时，220℃烘烤1小时；

(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为500rpm，温度为200℃。

台架试验AK-master测试结果如表2所示：

表2台架试验AK-master测试结果

JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.487mm，质量平均磨损量为5.75g。

SAE J2521噪音试验中，2.0kHz-17.0kHz内大于70dB的噪音频率为0.28％，频率大于80dB的噪音为0.00％(所用的测量仪器有效数字为小数点后两位数字)。

通过调整原材料配比，上述试验表明多元树脂基碳素复合型盘式制动片在摩擦磨损、噪音方面均表现出杰出的性能。

Claims

1.一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，由下述质量百分比的原料制成：未改性酚醛树脂3%-7%，有机硅改性酚醛树脂3%-7%，聚丙烯酸酯改性酚醛树脂3%-7%，聚丙烯腈碳纤维2%-5%，人造颗粒石墨3%-8%，天然鳞片石墨3%-8%，颗粒焦炭1%-10%，碳化硅0.5%-3%，芳纶浆粕0.5%-3%，复合矿物纤维1%-9%，钢纤维10%-20%，紫铜粉2%-5%，硫化亚铁3%-6%，硫酸钡15%-35%。

2.如权利要求1所述的一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，所述复合矿物纤维的组分及其质量百分比为：二氧化硅38%-45%，氧化铝15%-22%，氧化钙和/或氧化镁30%-38%，氧化铁1%-6%。

3.如权利要求1或2所述的一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，所述未改性酚醛树脂的流动距离为15-25mm，凝胶化时间为90-100s；所述有机硅改性酚醛树脂的流动距离为13-23mm，凝胶化时间为95-105s；所述聚丙烯酸酯改性酚醛树脂的流动距离为18-28mm，凝胶化时间为85-95s。

4.如权利要求1或2所述的一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，所述聚丙烯腈碳纤维的纤维长度为1.0-3.0mm，所述复合矿物纤维的纤维长度为0.30-0.80mm，所述钢纤维的纤维长度为1.50-4.25mm，所述芳纶浆粕的长径比为50-80。

5.如权利要求1或2所述的一种多元树脂基碳素复合型盘式制动片，其特征是，所述人造颗粒石墨的粒度为40-60目，所述天然鳞片石墨的粒度为100-120目，所述颗粒焦炭的粒度为40-60目，所述碳化硅的粒度为500目，所述紫铜粉的粒度为70-120目，所述硫化亚铁的粒度为200-325目，所述硫酸钡的粒度为325-500目。

6.一种制备权利要求1或2所述的多元树脂基碳素复合型盘式制动片的方法，其特征是，

（1）混料：先将芳纶浆粕与硫酸钡加入到高速搅拌机中搅拌4分钟，再将未改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、聚丙烯酸酯改性酚醛树脂、天然鳞片石墨、碳化硅、钢纤维、紫铜粉和硫化亚铁共8种原料加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，最后将聚丙烯腈碳纤维、人造颗粒石墨、颗粒焦炭和复合矿物纤维共4种原料加入到高速搅拌机中搅拌6分钟，使得所有原料混合均匀；

（2）热压成型：先将步骤（1）混合后的原料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，预压3-6秒，加载压力0.5-1MPa，再将垫层料加入到热压模具型腔中，用工具摊平，加载压力15-25MPa，热压时间5-8分钟，热压温度140-180℃，热压成型后脱模；所述垫层料的加入量为原料总质量的10%；

（3）热处理：将脱模后所得制动片先于烘烤温度160-180℃下烘烤1-2小时，然后于烘烤温度180-200℃下烘烤3-5小时，最后于烘烤温度200-240℃下烘烤1-2小时；

（4）磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

（5）喷塑：然后采用静电喷涂得到成品，喷涂设备转速为500-1000rpm，温度为150-200℃。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是，所述垫层料的质量百分比为：未改性酚醛树脂20%，钢纤维25%，丁腈橡胶5%，摩擦粉8%，碳酸钙32%，紫铜粉8%，芳纶浆粕2%。