CN103410888B - 耐高温无火花刹车片及其制备方法 - Google Patents

耐高温无火花刹车片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温无火花刹车片及其制备方法。耐高温无火花刹车片的原料组成按重量百分比计为：钢纤维10～20％、玻璃纤维10～15％、陶瓷纤维5～15％、碳纤维5～10％、酚醛树脂15～25％、丁腈橡胶2～5％、膨胀石墨5～15％、锰铁矿粉2～5％、氧化铝空心球2～5％、轻质碳酸钙3～10％、铜粉0～5％、硫化锌2～5％。该刹车片耐高温、无火花，安全性高，制动性强，制动噪音小，且磨损率低。

Description

耐高温无火花刹车片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油钻机刹车片及其制备方法，具体涉及一种耐高温无火花刹车片及其制备方法。
背景技术
刹车片也叫刹车皮，在石油钻机的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件。最早的刹车片是石棉型刹车片，其中被用作刹车片加固材料的是石棉纤维，石棉纤维强度高、耐高温，具有较强的抗张能力，可以满足刹车片及离合器盘和衬垫的要求，更重要的是石棉相对廉价。但是目前石棉被医学界证实是致癌物质，在石棉型刹车片的成分比例中，石棉占到40～60％，对人体健康具有巨大的潜在危害。并且由于石棉是绝热的，其导热能力特别差，通常反复使用制动器会使热量在刹车片中堆积起来，刹车片变热后，它的制动性能就要发生改变，要产生同样的摩擦和制动力会需要更多的踩刹车次数，这种现象被称为“制动萎缩”，如果刹车片达到一定的热度，将导致制动失灵。
“半金属”型刹车片是新的石棉替代品，为目前市场上应用最广泛的刹车片产品，主要采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维。“半金属”型刹车片相比石棉型刹车片，热传导能力好，环保、对人体无害，但是磨损率高，使用寿命短，需要经常更换，并且在高速和紧急制动时，刹车片和制动盘或者制动鼓之间容易产生火花，存在安全隐患。因此，不能应用于石油钻井领域。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有“半金属”型刹车片磨损率大，在刹车片和制动盘或者制动鼓之间容易产生高温火花，存在安全隐患的问题，提供一种耐高温无火花刹车片。
本发明的技术方案是：一种耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维10～20％、玻璃纤维10～15％、陶瓷纤维5～15％、碳纤维5～10％、酚醛树脂15～25％、丁腈橡胶2～5％、膨胀石墨5～15％、锰铁矿粉2～5％、氧化铝空心球2～5％、轻质碳酸钙3～10％、铜粉0～5％、硫化锌2～5％。
优选地，耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维15％、玻璃纤维10％、陶瓷纤维9％、碳纤维5％、酚醛树脂20％、丁腈橡胶5％、膨胀石墨15％、锰铁矿粉3％、氧化铝空心球3％、轻质碳酸钙8％、铜粉2％、硫化锌5％。
本发明耐高温无火花刹车片的制备方法，包括如下步骤：
(1)混料：按照上述重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
(2)热压：将步骤(1)所得均匀物料装入模压机中，设定压力220～280kgf/cm2，温度155～165℃，热压时间9～12分钟；
(3)热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
(4)将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。
现有“半金属”型刹车片在制动摩擦时容易出现火花，这些火花其实是高温熔融的金属碎末，这是因为“半金属”型刹车片金属含量高、硬度大，制动摩擦尤其是高速和紧急制动时有细小的金属碎末产生，而这些金属碎末又被摩擦热加热熔融，就形成了我们看到的火花。本发明刹车片通过加入耐高温组分，使金属碎末受热时不致熔融，可有效避免造成安全隐患的火花产生。
本发明刹车片配方中采用酚醛树脂作为粘结剂，钢纤维、碳纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维作为增强纤维，丁腈橡胶、膨胀石墨、锰铁矿粉和氧化铝空心球作为摩擦性能调节剂。其中：
酚醛树脂具有优异的机械性、尺寸稳定性、成型加工性和阻燃性，并且价格低廉，作为粘结剂，可以使材料形成网状结构，增加材料强度。
碳纤维具有高的比强度和比模量，同时具有很好的耐磨性、耐热性和吸附性，其吸音效果可以降低刹车片在制动过程中产生的噪音。
玻璃纤维具有较高的拉伸强度，非常小的导热系数，并且耐热性好。
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，其化学组成主要为三氧化二铝和二氧化硅，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低及耐机械震动等优点，其结构特点是气孔率高，有利于提高摩擦材料的摩擦系数，减少制动噪音。
膨胀石墨作为润滑剂，可以降低表面磨损，延长使用寿命，增加制动平稳性，降低制动噪音。
丁腈橡胶用于摩擦材料中，具有增磨减噪的作用。
锰铁矿粉，具有良好的耐热性和传热性，对稳定摩擦系数具有重要作用。
氧化铝空心球是一种轻质高温隔热材料，气孔率高，有利于提高摩擦系数，减少制动噪音。
本发明刹车片相比现有“半金属”型刹车片，耐高温性能高，制动性能优异，制动时不产生火花，安全性好；且磨损率小，制动噪音细微，使用寿命长。
具体实施方式
实施例1：耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维15％、玻璃纤维10％、陶瓷纤维9％、碳纤维5％、酚醛树脂20％、丁腈橡胶5％、膨胀石墨15％、锰铁矿粉3％、氧化铝空心球3％、轻质碳酸钙8％、铜粉2％、硫化锌5％。
该耐高温无火花防爆刹车片的制备方法：
(1)混料：按照上述重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
(2)热压：将步骤(1)所得均匀物料装入模压机中，设定压力220kgf/cm2，温度160℃，热压11分钟；
(3)热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
(4)将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。
按照国家标准GB5763-1998将实施例1刹车片经定速试验机检测，其摩擦磨损性能指标如下表1所示：
表1实施例1刹车片摩擦磨损性能
从上述表1可以看出，本发明刹车片在100℃～350℃时摩擦系数稳定在0.37～0.40之间，350℃时摩擦系数未见明显衰退，在350℃时磨损率为0.26×10-7cm3(N·m)-1，表明实施例1刹车片能够为高速和紧急制动提供足够的摩擦力，制动性能优异，且磨损率低。
实施例2：耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维10％、玻璃纤维15％、陶瓷纤维11％、碳纤维10％、酚醛树脂25％、丁腈橡胶5％、膨胀石墨12％、锰铁矿粉3％、氧化铝空心球2％、轻质碳酸钙3％、铜粉2％、硫化锌2％。
该耐高温无火花刹车片的制备方法：
(1)混料：按照上述重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
(2)热压：将步骤(1)所得均匀物料装入模压机中，设定压力240kgf/cm2，温度165℃，热压10分钟；
(3)热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
(4)将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。
实验测定实施例2刹车片在100℃～350℃时摩擦系数稳定在0.37～0.39之间，在350℃时磨损率为0.28×10-7cm3(N·m)-1，表明实施例1刹车片制动性能好，且磨损率低。
实施例3：耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维20％、玻璃纤维13％、陶瓷纤维15％、碳纤维7％、酚醛树脂15％、丁腈橡胶2％、膨胀石墨5％、锰铁矿粉5％、氧化铝空心球5％、轻质碳酸钙10％、铜粉5％、硫化锌3％。
该耐高温无火花刹车片的制备方法：
(1)混料：按照上述重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
(2)热压：将步骤(1)所得均匀物料装入模压机中，设定压力260kgf/cm2，温度155℃，热压12分钟；
(3)热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
(4)将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。
实施例4：耐高温无火花刹车片，其原料组成按重量百分比计为：钢纤维18％、玻璃纤维15％、陶瓷纤维5％、碳纤维10％、酚醛树脂22％、丁腈橡胶3％、膨胀石墨10％、锰铁矿粉2％、氧化铝空心球5％、轻质碳酸钙7％、硫化锌3％。
该耐高温无火花刹车片的制备方法：
(1)混料：按照上述重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
(2)热压：将步骤(1)所得均匀物料装入模压机中，设定压力280kgf/cm2，温度160℃，热压9分钟；
(3)热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
(4)将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。

Claims (3)

1.一种耐高温无火花刹车片，其特征是，该刹车片按重量百分比计由下述原料制成：钢纤维10～20%、玻璃纤维10～15%、陶瓷纤维5～15%、碳纤维5～10%、酚醛树脂15～25%、丁腈橡胶2～5%、膨胀石墨5～15%、锰铁矿粉2～5%、氧化铝空心球2～5%、轻质碳酸钙3～10%、铜粉0～5%、硫化锌2～5%。
2.根据权利要求1所述的耐高温无火花刹车片，其特征是，该刹车片原料组成按重量百分比计为：钢纤维15%、玻璃纤维10%、陶瓷纤维9%、碳纤维5%、酚醛树脂20%、丁腈橡胶5%、膨胀石墨15%、锰铁矿粉3%、氧化铝空心球3%、轻质碳酸钙8%、铜粉2%、硫化锌5%。
3.权利要求1或2所述的耐高温无火花刹车片的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）混料：按照权利要求1或2所述的重量百分比准备各原料，投入混料机中搅拌均匀；
（2）热压：将步骤（1）所得均匀物料装入模压机中，设定压力220～280kgf/cm2，温度155～165℃，热压时间9～12分钟；
（3）热处理：将热压好的刹车片送入保温炉，1.5小时内从室温升温到120℃，保温2小时，在0.5小时内继续升温至150℃，保温8小时，然后自然冷却至室温；
（4）将成型后的刹车片根据技术要求进行钻孔、磨削内外弧处理，即得成品。
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