CN103821859A

CN103821859A - 一种微铜配方的陶瓷刹车片

Info

Publication number: CN103821859A
Application number: CN201310622472.6A
Authority: CN
Inventors: 张泽伟
Original assignee: RUIYANG AUTOMOTIVE MATERIALS (XIANTAO) CO Ltd
Current assignee: RUIYANG AUTOMOTIVE MATERIALS (XIANTAO) CO Ltd
Priority date: 2013-11-30
Filing date: 2013-11-30
Publication date: 2014-05-28

Abstract

一种微铜配方的陶瓷刹车片，是由芳纶浆粕、碳纤维、氢氧化镁、黄铜棉、棕刚玉、硫化锑、陶瓷纤维、超细氧化铁粉、硫酸钙晶须、钛酸钾、重晶石、鳞片石墨、煅烧石油焦碳、纳米空心漂珠、鳞片铝粉、丁腈橡胶粉、腰果壳油改性酚醛树脂、锆英石、氮化硼、氧化锌、苯并恶嗪树脂制成。本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。如多种新纤维材料的合理复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会因相互牵扯作用而产生高性能。本发明中的重金属物质含量很少，铜含量低于0.5%，因此对环境非常友好。

Description

一种微铜配方的陶瓷刹车片

技术领域

本发明涉及一种汽车刹车片，尤其是涉及一种微铜配方的陶瓷刹车片。

背景技术

现在我们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质，包括铜、铬、镉、铅金属等。汽车在每次刹车过程中，就有少量的重金属粉尘释放并积累在环境中造成危害。如镉化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或肾脏中，对人体肾脏、肝脏造成危害。含铜粉尘进入环境后可以对大马哈鱼等的鱼类造成生物毒害，据有关资料显示，环境中30%的铜污染是由汽车刹车片造成的。因此汽车刹车片对环境造成的影响，我们必须加以重视。目前，世界各国正研究如何克服此类现象蔓延。比如美国华盛顿州州长克里斯格力高尔在该州2010年第61届立法会上签署并通过了SB6557号法案，该法案旨在逐渐在汽车刹车片中禁止使用铜，并对违反者给予严厉惩罚。其规定是：自2014年1月1日起，汽车摩擦材料的制造商，批发商，零售商，经销商在华盛顿州内销售或者销往华盛顿的摩擦材料含有的以下物质不得超过限量：1、石棉纤维，不得超过总重量的1%；2、镉及其化合物不得超过总重量的0.01%；3、铬盐不得超过总重量的0.1%；4、铅及其化合物不得超过总重量的0.1%；5、汞及其化合物不得超过总重量的0.1%。自2021年1月1日起，汽车摩擦材料的制造商，批发商，零售商，经销商在华盛顿州内销售或者销往华盛顿的摩擦材料含有的铜不得超过总重量的5%。同时，工业，安全，环境专家成立了咨询委员会，研究和评估在未来将铜的含量限制在0.5%的可行性。

无独有偶，同样是在2010年，加州州长斯瓦辛格（Schwarzenegge）签署并通过了SB346号法案，要求所有的汽车刹车片制造商减少所有在加州出售的刹车片摩擦材料中铜的用量，到2021年不能超过5%，到2025年不能超过0.5%。

随着现代汽车工业的发展和社会环保意识的提高，目前汽车摩擦材料在材质、制造工艺等方面都取得了重大的进展，出现了很多少陶瓷刹车片，以改善金属刹车片易生锈的问题。但目前国外公司均将陶瓷刹车片的配方视为商业机密，而国内已公开的刹车片的配方设计还不够完善，主要表现为：性能不够稳定，很多刹车片在高温时，其摩擦系数易衰退、甚至出现摩擦材料膨胀，摩擦表面有裂纹等严重技术问题。

发明内容

本发明提供一种刹车噪音低、热传导效果好、含铜量少的摩擦材料的陶瓷刹车片，解决现有汽车刹车片中的铜等重金属物质含量严重超标，刹车时噪音较高，对环境危害较大，摩擦系数易衰退、甚至出现摩擦材料膨胀，摩擦表面有裂纹等技术问题。

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：一种微铜配方的陶瓷刹车片，由下列重量份的组分配比制成：

芳纶浆粕8～12份、碳纤维8～13份、氢氧化镁2～4份、黄铜棉0.5～1份、棕刚玉5～6份、硫化锑6～8份、陶瓷纤维15～18份、超细氧化铁粉3.5～5份、硫酸钙晶须8～10份、钛酸钾9～12份、重晶石10～12份、鳞片石墨5.5～7份、煅烧石油焦碳6～8份、纳米空心漂珠1.5～2份、鳞片铝粉3～5份、丁腈橡胶粉2～4份、腰果壳油改性酚醛树脂5～7份、锆英石2～3份、氮化硼3～5份、氧化锌0.3～0.5份、苯并恶嗪树脂3～5份；

上述微铜配方的陶瓷刹车片由下列重量份的组分配比制成：按重量比将芳纶浆粕、碳纤维、氢氧化镁、黄铜棉、棕刚玉、硫化锑、陶瓷纤维、超细氧化铁粉、硫酸钙晶须、钛酸钾、重晶石、鳞片石墨、煅烧石油焦碳、纳米空心漂珠、鳞片铝粉、丁腈橡胶粉、腰果壳油改性酚醛树脂、锆英石、氮化硼、氧化锌、苯并恶嗪树脂倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出，摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

本发明中，芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，它是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维复合材料抗拉强度、抗拉弹性模量均优于钢。

氢氧化镁在摩擦工作温度区域250～400℃时具有良好的摩擦系数，是很好的高温性能调节剂。

黄铜棉是采用含铜量较高的黄铜原料，经过冷拔拉丝，碾压、打毛处理后切碎而成。不仅具有吸热散热快，耐高温，耐磨损等特点，黄铜呈不规则丝杆形，有韧性，表面有毛孔，其粘结、吸附其他粉末材料能力很好。

棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低，耐腐蚀的特点，可作为摩擦材料的骨料和填充料。

硫化锑是由辉锑矿经过精选和化学提纯而得，为黑色固体粉末。它的熔点比较低，能防止高温时材料的氧化燃烧，保持材料的摩擦稳定性，提高材料的抗烧蚀性能；还能降低有机粘合剂在高温时的分解速度，提高材料的使用寿命，起到了高温无机粘合剂和润滑摩擦调整剂的作用。此外硫化锑以及在摩擦过程中高温反应的硬度都比较低，可以减少摩擦材料制动时产生的噪音和震动。

陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，主要由45%～55%的 SiO2，40%～50%的 AL2O3，0.8%～1.0%的Fe2O3，0.2～0.5%的Na2O和K2O组成。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动、抗拉抗折强度高等优点。

超细氧化铁粉具有硬度低、高气孔率、耐氧化、耐磨的特点，能降低制动噪音和抖动，粉末容易吸附，粘结力强。

钛酸钾可用作绝热材料，与石棉相比，摩擦力约减少50%，磨耗量约减少32%。

重晶石主要成分为硫酸钡，其化学惰性及稳定性好，硬度适中，可用作填充剂。

鳞片石墨(60～80目)用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩擦系数。

摩擦材料中加入一定比列的煅烧石油焦碳（20～30目）能使摩擦材料具有完美的综合性能，有利于防止金属粘着，提高摩擦性能。另外，该焦碳的气空率较高，可以提高摩擦材料的摩擦系数，减少制动噪音，减轻高温时摩擦材料的热衰退。

纳米空心漂珠是由含硅酸铝成分颗粒，经分段加热膨胀而成得闭孔小球，内部有很多孔穴，在摩擦材料应用中具有吸收噪音，吸附性强的特点，硅酸铝空心球具有硬度低，比重轻，颗粒度好，气孔率高的特点，可增强摩擦材料的透气性，提高摩擦材料性能，不伤制动盘。

鳞片铝粉采用纯度高的熟铝为原料加工而成，在摩擦材料中起到稳定摩擦系数和降低磨损的作用。在摩擦过程中金属铝的熔化吸收了大量的热能，起到了散热的作用；金属铝比较柔软用于摩擦材料不易伤轱、伤盘，可延长刹车系统的使用寿命。此外铝比重较轻，能降低材料的重量，铝在摩擦材料的表面分布很均匀，令摩擦材料的表面美观漂亮。

丁腈橡胶是一种合成橡胶，具有优良的粘结性能，用于制作耐磨零件。腰果壳油改性酚醛树脂与普通酚醛树脂相比具有更好的柔韧性较好的加工性能和耐酸碱性，抗热衰退和恢复性能好，是摩擦材料中最常用的粘结剂产品。

锆英石可对摩擦材料的磨损性能进行调节，改善摩擦材料的磨损率，增加摩擦材料的使用寿命。

氮化硼可使摩擦材料的摩擦平稳性得到提高，降低陶瓷摩材的磨损率。

氧化锌能够均匀的与其他摩擦材料混合，它具有散热均匀的特点，能起到增摩效果。

苯并恶嗪树脂是一种新型的酚醛树脂，它是以酚类化合物、醛类和胺类化合物为原料合成的一类含杂环结构的中间体，在加热和/或催化剂作用下发生开环聚合，生成含氮类似酚醛树脂的网状物。苯并恶嗓树脂具有高耐热性以及良好的机械性能、力学性能，与酚醛树脂复合良好。

本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。如多种新纤维材料的合理复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会因相互牵扯作用而产生高性能。本发明中的重金属物质含量很少，铜含量低于0.5%，因此对环境非常友好。同时在使用过程中，可以形成优异的摩擦层和转移膜，试验表明，本发明抗高温热衰退性能好，使用寿命长，并且耐磨性能良好，摩擦系数稳定。应用本发明后，汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，并且对偶盘无损伤。

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。

该微铜配方的陶瓷刹车片可以采用如下方法生产：

实施例1：按重量比将芳纶浆粕8份（每份100克，下同）、碳纤维8份、氢氧化镁2份、黄铜棉0.5份、棕刚玉5份、硫化锑6份、陶瓷纤维15份、超细氧化铁粉3.5份、硫酸钙晶须8份、钛酸钾9份、重晶石10份、鳞片石墨5.5份、煅烧石油焦碳6份、纳米空心漂珠1.5份、鳞片铝粉3份、丁腈橡胶粉2份、腰果壳油改性酚醛树脂5份、锆英石2份、氮化硼3份、氧化锌0.3份、苯并恶嗪树脂3份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例2：按重量比将芳纶浆粕9份、碳纤维9.2份、氢氧化镁2.5份、黄铜棉0.5份、棕刚玉5份、硫化锑6.5份、陶瓷纤维15.7份、超细氧化铁粉3.5份、硫酸钙晶须8.5份、钛酸钾9.7份、重晶石10.5份、鳞片石墨5.5份、煅烧石油焦碳6.5份、纳米空心漂珠1.5份、鳞片铝粉3.5份、丁腈橡胶粉2.5份、腰果壳油改性酚醛树脂5.5份、锆英石2.25份、氮化硼3.5份、氧化锌0.35份、苯并恶嗪树脂3.5份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例3：按重量比将芳纶浆粕10份、碳纤维10.5份、氢氧化镁3份、黄铜棉0.75份、棕刚玉5.5份、硫化锑7份、陶瓷纤维16.5份、超细氧化铁粉4.3份、硫酸钙晶须9份、钛酸钾10.5份、重晶石11份、鳞片石墨6.2份、煅烧石油焦碳7份、纳米空心漂珠1.75份、鳞片铝粉4份、丁腈橡胶粉3份、腰果壳油改性酚醛树脂6份、锆英石2.5份、氮化硼4份、氧化锌0.4份、苯并恶嗪树脂4份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例4：按重量比将芳纶浆粕11份、碳纤维11.7份、氢氧化镁3.5份、黄铜棉0.75份、棕刚玉5.5份、硫化锑7.5份、陶瓷纤维17.3份、超细氧化铁粉4.3份、硫酸钙晶须9.5份、钛酸钾11.3份、重晶石11.5份、鳞片石墨6.3份、煅烧石油焦碳7.5份、纳米空心漂珠1.75份、鳞片铝粉4.5份、丁腈橡胶粉3.5份、腰果壳油改性酚醛树脂6.5份、锆英石2.75份、氮化硼4.5份、氧化锌0.45份、苯并恶嗪树脂4.5份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例5：按重量比将芳纶浆粕12份、碳纤维13份、氢氧化镁4份、黄铜棉1份、棕刚玉6份、硫化锑8份、陶瓷纤维18份、超细氧化铁粉5份、硫酸钙晶须10份、钛酸钾12份、重晶石12份、鳞片石墨7份、煅烧石油焦碳8份、纳米空心漂珠2份、鳞片铝粉5份、丁腈橡胶粉4份、腰果壳油改性酚醛树脂7份、锆英石3份、氮化硼5份、氧化锌0.5份、苯并恶嗪树脂5份倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

为了验证本发明的效果，按中国GB5763-1998国家标准，对实施例1～5的刹车片以及日本某公司生产的刹车片分别进行惯性台架试验，其结果如下：

表1 惯性台架试验

同时对以上实施例制得的刹车片按照美国SAE J2522标准进行试验，各实施例100℃—400℃的摩擦系数均在0.35～0.38之间，即使在500℃时，摩擦系数仍然大于0.2，磨损率也较现有市售产品低。

验证结果表明：通过对配方的合理设计，使得本发明配方制备的刹车片的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能优良，在500℃时摩擦系数仍然在0.2以上，因此性能非常可靠。

将本发明刹车片安装在宝马X5SUV上,反复制动后表明：本发明刹车灵敏,制动平稳，同时无噪音，脚感舒适。

Claims

1. 一种微铜配方的陶瓷刹车片，由下列重量份的组分配比制成：

制作上述微铜配方的陶瓷刹车片的方法是：按重量比将芳纶浆粕、碳纤维、氢氧化镁、黄铜棉、棕刚玉、硫化锑、陶瓷纤维、超细氧化铁粉、硫酸钙晶须、钛酸钾、重晶石、鳞片石墨、煅烧石油焦碳、纳米空心漂珠、鳞片铝粉、丁腈橡胶粉、腰果壳油改性酚醛树脂、锆英石、氮化硼、氧化锌、苯并恶嗪树脂倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出，摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

2.根据权利要求1所述的一种微铜配方的陶瓷刹车片，其特征是所述刹车片由下列重量份的组分配比制成：芳纶浆粕10份、碳纤维10.5份、氢氧化镁3份、黄铜棉0.75份、棕刚玉5.5份、硫化锑7份、陶瓷纤维16.5份、超细氧化铁粉4.3份、硫酸钙晶须9份、钛酸钾10.5份、重晶石11份、鳞片石墨6.2份、煅烧石油焦碳7份、纳米空心漂珠1.75份、鳞片铝粉4份、丁腈橡胶粉3份、腰果壳油改性酚醛树脂6份、锆英石2.5份、氮化硼4份、氧化锌0.4份、苯并恶嗪树脂4份。