CN102808878B - 轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无石棉摩擦材料的组成和制备方法，尤其是涉及一种轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法。其主要目的是解决现有技术刹车片所存在的摩擦系数热衰退大、磨损率高、易产生刹车噪音，且配方中多含有类石棉纤维，不符合环保要求等技术问题。本发明的材料是一种介于碳-碳基和NAO或陶瓷基之间的新型碳基摩擦材料，其组成以碳纤维和石墨等碳材料为主体，辅以树脂粘结剂和少量无机或有机填料，由热压成型方式生产。本发明的碳基摩擦材料较NAO型或陶瓷基摩擦材料更具有制动性能可靠，刹车噪音低，使用寿命长，不损伤摩擦对偶的优点。

Description

轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无石棉摩擦材料的组成和制备方法，尤其是涉及一种轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法。

背景技术

摩擦材料是汽车或工程机械中，用以摩擦传动或磨阻制动的一类功能性材料，根据其工作环境，可分为干式和湿式两大类。本发明所谓碳基摩擦材料是为轻型乘用车用鼓式制动器衬片，属于干式摩擦材料范畴。

（干式）摩擦材料通常是由酚醛树脂-增强纤维-摩擦性能调节剂（填料）等组成的多元复合材料，其发展按其所用的主要增强纤维的不同，经历了以下三个阶段：

（1）石棉型：石棉纤维含量30%以上，因石棉被认为是致癌物，于上世纪九十年代前后被强制淘汰；

（2）半金属型：以人造钢纤维（含量30%以上）为主要增强纤维，为第一代无石棉摩擦材料，目前仍大量地用作汽车盘式或鼓式制动器衬片；

（3）NAO（无石棉有机）型：以芳纶（聚对苯二甲酰胺）、碳纤维等耐高温有机纤维为主要增强纤维，较好地改善了半金属型摩擦材料存在的刹车噪音大、损伤摩擦对偶、易生锈等缺陷。但以芳纶为代表的耐高温有机纤维价格高昂，故NAO型摩擦材料成本较高，迄今未在汽车市场获得普遍推广。

（4）陶瓷基：以大量廉价的陶瓷纤维替代NAO配方中一部分（甚至大部分）有机纤维，较好的解决了NAO型摩擦材料的成本问题，但在强度、刹车噪音和使用寿命等方面逊色于典型的NAO型配方。

中国专利公开了一种无金属陶瓷型刹车片及加工方法（公开号：CN1919798），其由质量百分比为：漂珠3～15％、复合纤维1～6％、纤维水镁石1～9％、云母1～15％、木纤维5～10％、麻纤维2～3％、丁腈粉沫树脂10～30％、石墨1～15％、乌洛托品0.1～5％、重晶石5～20％、轻质钙1～10％、高岭土1～10％、陶土3～12％、牙膏级氢氧化铝1～10％组成的刹车片。这种刹车片的组成属于NAO型配方，由于较多地采用了如木纤维、麻纤维之类的廉价有机纤维，较好地降低了NAO型摩擦材料的成本。但其摩擦系数热衰退大、磨损率高、易产生刹车噪音，且配方中含有纤维水镁石（被认为是石棉类的一种），不符合环保要求。

发明内容

本发明是提供一种轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法，其主要是解决现有技术刹车片所存在的摩擦系数热衰退大、磨损率高、易产生刹车噪音，且配方中多含有类石棉纤维，不符合环保要求等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料，所述的碳基摩擦材料的组成及重量份为：

酚醛树脂15～20份、碳纤维3～6份、纤维素纤维3～6份、硅酸盐纤维20～30份、橡胶粉5～8份、天然石墨25～40份、氧化镁0～5份、复合磨料15～20份。

本发明的碳基摩擦材料不同于以上各类型的干式摩擦材料，是一种以碳纤维或其他碳材料（如石墨）为主体，辅以树脂粘结剂和少量无机或有机填料，由热压成型方式生产的新型无石棉摩擦材料。由于碳材料摩擦系数较低，故除飞机制动器和湿式离合器外，在对摩擦系数要求较高的汽车制动器领域，碳基摩擦材料迄今未有实际应用。但本发明的碳基摩擦材料由于采用了独特的由多种不同硬度和细度的非金属矿物组成的多元复合磨料体系，具有较高的摩擦系数和强度，可以用作轻型乘用车鼓式制动器的衬片材料。而且因摩擦界面始终有高含量的石墨润滑，本发明的碳基摩擦材料较NAO型或陶瓷基摩擦材料更具有制动性能可靠，刹车噪音低，使用寿命长，不损伤摩擦对偶的优点。

作为优选，所述的碳基摩擦材料的总碳含量大于或等于总材料质量组成的30%。

作为优选，所述的复合磨料的组成及重量份为：棕刚玉或锆英石10～20%，石英砂或铬铁矿粉20～40%，钾长石或蓝晶石20～40%，金属硫化物0～10%。

作为优选，所述的棕刚玉或锆英石的细度为320目以上，石英砂或铬铁矿粉的细度为200～320目，钾长石或蓝晶石的细度为40～120目，金属硫化物的细度为200目以上。

一种轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其特征在于所述的方法包括：

a．将配比的原材料由干式混合机一次性混合；

b．混合后的材料在模具温度160～180℃、压力10～20MPa、固化时间6～8分钟的工艺条件下压制成型为长条形的毛胚，毛胚的内外弧半径、弧长与要求产品一致，宽度为要求产品宽度的数倍；

c．长条形毛胚按要求的宽度横向切割成为数个小片；

d．切割后的小片再经160～180℃的8小时以上热处理。

本发明的鼓式碳基摩擦材料的制备工艺为（大片）热压-切割-再加工法，工艺简单实用，生产效率高，是常规的单片多层成型法的至少2倍，可节约人力和电力资源。

本发明的碳基摩擦材料具有制动性能可靠，刹车噪音低，使用寿命长，不伤对偶（鼓或盘）的优点，还可用作汽车盘式制动器衬片、汽车离合器面片等干摩擦部件。

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：本例的轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料，其组成及重量份为：

酚醛树脂15份、碳纤维5份 、纤维素纤维5份、硅酸盐纤维20份、丁腈橡胶（粉）8份、天然石墨30份、氧化镁2份、复合磨料15份。其中复合磨料的组成及重量份为：棕刚玉10份，石英砂40份，钾长石40份，硫化锑10份。棕刚玉的细度为320目以上，石英砂的细度为200目，钾长石的细度为120目，硫化锑的细度为200目。

轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料的制备方法包括：

a．称取各原材料后，将配比的原材料用干式搅拌机混合均匀，储存备用；

b．将步骤a制得的混合料称重后装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以10～20MPa（按模腔面积）的压力合模压制，压制初期每隔30～60秒开模放气约2秒，共2～3次，以排除树脂固化时释放的水、氨等挥发性物质，最后保持以上压力3～6分钟以使材料充分固化定型为长条形的毛胚，毛胚的内外弧半径、弧长与要求产品一致，宽度为要求产品宽度的数倍；

c．从模具内取出已定型的材料毛胚，冷却后横向切割，使毛胚大片成为数片符合产品要求宽度的小片；

d．将已切割成为小片的产品，放入自动控温的烘箱内，在160～180℃的温度下烘焙至少8小时，以使材料内残余的树脂固化剂（六次甲基四胺）充分分解溢出；

e．磨削产品内外弧面，以使产品尺寸最终符合图纸要求。

制备出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系数稳定、耐热衰退性好、磨损率低、无刹车噪音的特点，其性能按国家标准测试结果如下：

密度：1.80g/cm³ ；硬度（HRL）：54；

摩擦系数：100℃0.41；150℃0.44；200℃0.45；250℃0.42；再100℃0.40； 

磨损率（×10^-7 cm³/Nm）：100℃0.15；150℃0.17；200℃0.21；250℃0.26。

实施例2：本例的轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料，其组成及重量份为：

酚醛树脂18份、碳纤维5份 、纤维素纤维5份、硅酸盐纤维20份、丁腈橡胶（粉）5份、天然石墨30份、氧化镁1份、复合磨料16份。其中复合磨料的组成及重量份为：锆英石10份，铬铁矿粉 40份，钾长石40份，二硫化钼10份。锆英石的细度为320目以上，铬铁矿粉的细度为200目，钾长石的细度为120目，二硫化钼的细度为320目。

轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料的制备方法包括：

a．称取各原材料后，将配比的原材料用干式搅拌机混合均匀，储存备用；

b．将步骤a制得的混合料称重后装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以10～20MPa（按模腔面积）的压力合模压制，压制初期每隔30～60秒开模放气约2秒，共2～3次，以排除树脂固化时释放的水、氨等挥发性物质，最后保持以上压力3～6分钟以使材料充分固化定型为长条形的毛胚，毛胚的内外弧半径、弧长与要求产品一致，宽度为要求产品宽度的数倍；

c．从模具内取出已定型的材料毛胚，冷却后横向切割，使毛胚大片成为数片符合产品要求宽度的小片；

d．将已切割成为小片的产品，放入自动控温的烘箱内，在160～180℃的温度下烘焙至少8小时，以使材料内残余的树脂固化剂（六次甲基四胺）充分分解溢出；

e．磨削产品内外弧面，以使产品尺寸最终符合图纸要求。

制备出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系数稳定、耐热衰退性好、磨损率低、无刹车噪音的特点，其性能按国家标准测试结果如下：

密度：1.86g/cm³ ；硬度（HRL）：68；

摩擦系数：100℃0.40；150℃0.42；200℃0.43；250℃0.40；再100℃0.41； 

磨损率（×10^-7cm³/Nm）：100℃0.12；150℃0.15；200℃0.18；250℃0.22。

实施例3：本例的轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料，其组成及重量份为：

酚醛树脂18份、碳纤维5份 、纤维素纤维5份、硅酸盐纤维20份、丁腈橡胶（粉）5份、天然石墨28份、氧化镁1份、复合磨料18份。其中复合磨料的组成及重量份为：棕刚玉20份，铬铁矿粉 40份，蓝晶石40份。棕刚玉的细度为320目以上，铬铁矿粉的细度为200目，蓝晶石的细度为60目。

轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料的制备方法包括：

a．称取各原材料后，将配比的原材料用干式搅拌机混合均匀，储存备用；

b．将步骤a制得的混合料称重后装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以10～20MPa（按模腔面积）的压力合模压制，压制初期每隔30～60秒开模放气约2秒，共2～3次，以排除树脂固化时释放的水、氨等挥发性物质，最后保持以上压力3～6分钟以使材料充分固化定型为长条形的毛胚，毛胚的内外弧半径、弧长与要求产品一致，宽度为要求产品宽度的数倍；

c．从模具内取出已定型的材料毛胚，冷却后横向切割，使毛胚大片成为数片符合产品要求宽度的小片；

d．将已切割成为小片的产品，放入自动控温的烘箱内，在160～180℃的温度下烘焙至少8小时，以使材料内残余的树脂固化剂（六次甲基四胺）充分分解溢出；

e．磨削产品内外弧面，以使产品尺寸最终符合图纸要求。

制备出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系数稳定、耐热衰退性好、磨损率低、无刹车噪音的特点，其性能按国家标准测试结果如下：

密度：1.89g/cm³ ；硬度（HRL）：75；

摩擦系数：100℃0.42；150℃0.45；200℃0.45；250℃0.44；再100℃0.43； 

磨损率（×10^-7cm³/Nm）：100℃0.18；150℃0.25；200℃0.38；250℃0.42。

    以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (2)

1.一种轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料，其特征在于所述的碳基摩擦材料的组成及重量份为：

酚醛树脂15～20份、碳纤维3～6份、纤维素纤维3～6份、硅酸盐纤维20～30份、橡胶粉5～8份、天然石墨25～40份、氧化镁0～5份、复合磨料15～20份；复合磨料的组成及重量份为：棕刚玉或锆英石10～20%，石英砂或铬铁矿粉20～40%，钾长石或蓝晶石20～40%，金属硫化物0～10%；棕刚玉或锆英石的细度为320目以上，石英砂或铬铁矿粉的细度为200以上，钾长石或蓝晶石的细度为60～120目，金属硫化物的细度为200目以上；碳基摩擦材料的总碳含量大于或等于总材料质量组成的30%。

2.根据权利要求1所述的轻型乘用车鼓式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其特征在于所述的方法包括：

a．将配比的原材料由干式混合机一次性混合；

b．将步骤a制得的混合料称重后装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以10～20MPa（按模腔面积）的压力合模压制，压制初期每隔30～60秒开模放气约2秒，共2～3次，以排除树脂固化时释放的水、氨等挥发性物质，最后保持以上压力3～6分钟以使材料充分固化定型为长条形的毛胚，毛胚的内外弧半径、弧长与要求产品一致，宽度为要求产品宽度的数倍；

c．长条形毛胚按要求的宽度横向切割成为数个小片；

d．切割后的小片再经160～180℃×8小时以上的热处理。