CN102876290B - 汽车盘式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以碳纤维或其他碳材料为主体的无石棉摩擦材料组成和制备方法，尤其是涉及一种汽车盘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性能问题。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

汽车盘式制动器用碳基摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以碳纤维或其他碳材料为主体的无石棉摩擦材料组成和制备方法，尤其是涉及一种汽车盘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汽车盘式制动器衬片，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，经历了以下四个阶段：

（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

本发明是提供一种汽车盘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：

本发明的汽车盘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12～18份、碳纤维3～5份、纤维素纤维3～5份、硅酸盐纤维20～30份、橡胶粉0～3份、天然石墨25～40份、氧化镁3～5份、复合磨料20～25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，具有较高和稳定的摩擦系数，可以用作汽车盘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。

一种汽车盘式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，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．混合后的材料经称重，在模具温度160～180℃、压力15～30MPa、固化时间8～12分钟的工艺条件下与已涂有胶水并干燥的钢背一起压制成型，并粘合为一体；

c．摩擦材料与钢背的结合体须经过至少200℃×10小时以上的热处理；

d．热处理后的摩擦材料与钢背的结合体，经磨面、切槽、倒角等机加工工序后，喷漆或喷塑防锈。

本发明的步骤一般为配料/混合、与钢背热压成型、热处理、机加工、出成品。以上工艺方法，具有生产效率高，废品率低的优点，并且可以保证产品剪切强度（常温）大于或等于300N/Cm².

作为优选，所述的步骤d喷漆或喷塑防锈后，最终产品可能还须装配弹簧或卡簧、消音片、电子探头等附件。

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，还可用作载重汽车鼓式制动器衬片和工业机械用摩擦块等干摩擦部件。

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：本例的汽车盘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3份、纤维素纤维3份、硅酸盐纤维25份、丁腈橡胶（粉）3份、天然石墨28份、氧化镁3份、复合磨料20份。其中复合磨料的组成及重量份为：棕刚玉18份，石英砂36份，钾长石36份，二硫化钼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，二硫化钼细度为320目以上。

汽车盘式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其方法包括：

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．用喷砂或抛丸的方法除去钢背表面的氧化皮或锈迹，再用丙酮等有机溶剂清洗除去钢背上可能含有的油，然后用毛刷或滚筒在钢背需要粘结摩擦材料的部位涂上适量刹车片专用粘结胶水，并于室温下晾干至胶水不黏手；将步骤a制得的混合料称重，与已涂胶并干燥的钢背一起装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以15～30MPa（按模腔面积）的压力合模压制。压制初期每隔40～60秒开模放气约3秒钟，共3～4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8～12分钟，以使材料充分固化定型，并与钢背牢固地结合在一起；

c．将出模的摩擦片-钢背总成，放入自动控温的烘箱内，在200±10℃的温度下烘焙至少10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；

d．热处理后的摩擦片-钢背总成，按产品图纸要求，进行磨削、切槽、倒角等机加工工序；

e．喷漆或喷塑产品除摩擦面外的所有表面，必要时最终产品须装配弹簧（卡簧）、消音片、电子探头等附件。

以上实施例1基于碳基摩擦材料的盘式刹车片具有摩擦系数稳定、热衰退小、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：1.79 g/cm³ ；硬度（HRL）：70；剪切强度：386 N/cm²。

摩擦系数：100℃0.32；150℃0.39；200℃0.40；250℃0.37；300℃0.35；350℃0.26；磨损率（×10^-7Cm³/Nm）：100℃0.13；150℃0.15；200℃0.13；250℃0.15；300℃0.27；350℃0.25。

实施例2：本例的汽车盘式制动器用碳基摩擦材料，其组成及重量份为：

酚醛树脂12份、碳纤维3份、纤维素纤维3份、硅酸盐纤维25份、丁腈橡胶（粉）3份、天然石墨28份、氧化镁3份、复合磨料23份。其中复合磨料的组成及重量份为：锆英石18份，铬铁矿36份，钾长石36份，硫化锑10 份。锆英石的细度为320目以上，铬铁矿的细度为320目，钾长石的细度为 120目，硫化锑的细度为200目。

汽车盘式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其方法包括：

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．用喷砂或抛丸的方法除去钢背表面的氧化皮或锈迹，再用丙酮等有机溶剂清洗除去钢背上可能含有的油，然后用毛刷或滚筒在钢背需要粘结摩擦材料的部位涂上适量刹车片专用粘结胶水，并于室温下晾干至胶水不黏手；将步骤a制得的混合料称重，与已涂胶并干燥的钢背一起装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以15～30MPa（按模腔面积）的压力合模压制。压制初期每隔40～60秒开模放气约3秒钟，共3～4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8～12分钟，以使材料充分固化定型，并与钢背牢固地结合在一起；

c．将出模的摩擦片-钢背总成，放入自动控温的烘箱内，在200±10℃的温度下烘焙至少10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；

d．热处理后的摩擦片-钢背总成，按产品图纸要求，进行磨削、切槽、倒角等机加工工序；

e．喷漆或喷塑产品除摩擦面外的所有表面，必要时最终产品须装配弹簧（卡簧）、消音片、电子探头等附件。

以上实施例2基于碳基摩擦材料的盘式刹车片具有摩擦系数稳定、热衰退小、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：1.76 g/cm³ ；硬度（HRL）：78；剪切强度：427 N/cm²。

摩擦系数：100℃0.35；150℃0.38；200℃0.42；250℃0.38；300℃0.36；350℃0.28；磨损率（×10^-7Cm³/Nm）：100℃0.10；150℃0.12；200℃0.15；250℃0.19；300℃0.27；350℃0.35。

实施例3：本例的汽车盘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3份、纤维素纤维3份、硅酸盐纤维25份、丁腈橡胶（粉）0份、天然石墨28份、氧化镁3份、复合磨料20份。其中复合磨料的组成及重量份为：锆英石20份，铬铁矿40份，蓝晶石40份。锆英石的细度为320目以上，铬铁矿的细度为320目，蓝晶石的细度为60目。

汽车盘式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其方法包括：

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．用喷砂或抛丸的方法除去钢背表面的氧化皮或锈迹，再用丙酮等有机溶剂清洗除去钢背上可能含有的油，然后用毛刷或滚筒在钢背需要粘结摩擦材料的部位涂上适量刹车片专用粘结胶水，并于室温下晾干至胶水不黏手；将步骤a制得的混合料称重，与已涂胶并干燥的钢背一起装入已预热至160～180℃的模具内，用油压机以15～30MPa（按模腔面积）的压力合模压制。压制初期每隔40～60秒开模放气约3秒钟，共3～4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8～12分钟，以使材料充分固化定型，并与钢背牢固地结合在一起；

c．将出模的摩擦片-钢背总成，放入自动控温的烘箱内，在200±10℃的温度下烘焙至少10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；

d．热处理后的摩擦片-钢背总成，按产品图纸要求，进行磨削、切槽、倒角等机加工工序；

e．喷漆或喷塑产品除摩擦面外的所有表面，必要时最终产品须装配弹簧（卡簧）、消音片、电子探头等附件。

以上实施例3基于碳基摩擦材料的盘式刹车片具有摩擦系数稳定、热衰退小、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：1.82 g/cm³ ；硬度（HRL）：64；剪切强度：484 N/cm²。

摩擦系数：100℃0.36；150℃0.40；200℃0.42；250℃0.45；300℃0.39；350℃0.32；磨损率（×10^-7Cm³/Nm）：100℃0.08；150℃0.12；200℃0.21；250℃0.29；300℃0.37；350℃0.45。

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 (5)

1.一种汽车盘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12～18份、碳纤维3～5份、纤维素纤维3～5份、硅酸盐纤维20～30份、橡胶粉0～3份、天然石墨25～40份、氧化镁3～5份、复合磨料20～25份；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所述的汽车盘式制动器用碳基摩擦材料，其特征在于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%。

3.根据权利要求2所述的汽车盘式制动器用碳基摩擦材料，其特征在于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。

4.根据权利要求1-3任意一条所述的汽车盘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．混合后的材料经称重，在模具温度160～180℃、压力15～30MPa、固化时间8～12分钟的工艺条件下与已涂有胶水并干燥的钢背一起压制成型，并粘合为一体；

c．摩擦材料与钢背的结合体须经过至少200℃×10小时以上的热处理；

d．热处理后的摩擦材料与钢背的结合体，经磨面、切槽、倒角机加工工序后，喷漆或喷塑防锈。

5.根据权利要求4所述的汽车盘式制动器用碳基摩擦材料的制备方法，其特征在于所述的步骤d喷漆或喷塑防锈后，最终产品还须装配弹簧或卡簧、消音片、电子探头。