CN103952122A - 盘式刹车片摩擦材料、盘式刹车片及盘式刹车片制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式刹车片摩擦材料、盘式刹车片及盘式刹车片制造工艺，包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%。将上述原料放入混料机中混配均匀成摩擦材料，再将混配好的摩擦材料及涂完胶的刹车片背板送入模压工序，加工出盘式刹车片的半成品，在热处理箱内对半成品盘式刹车片进行热处理烘烤得成品刹车片。本发明的盘式刹车片摩擦材料的原料组成符合环保型摩擦材料的标准，且制备方法简单，耐磨性好，成本较低。

Description

盘式刹车片摩擦材料、盘式刹车片及盘式刹车片制造工艺

技术领域

本发明涉及一种盘式刹车片摩擦材料、盘式刹车片及盘式刹车片制造工艺。

背景技术

车片也叫刹车皮，在汽车的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件，对刹车效果的好坏起决定性作用。刹车片一般由钢板、粘接隔热层和摩擦块构成。其中，摩擦块由摩 擦材料和粘合剂组成，刹车时摩擦块被挤压在刹车盘或刹车鼓上与其产生摩擦，从而达到 令车辆减速刹车的目的。可见，摩擦材料是刹车片在制造过程和使用过程中很重要的组成 部分。 

摩擦材料可以采用合成材料普通热压法制得，热压温度在 200℃以下。其中，摩擦材料的原材料一般分为粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂和填料四大部分: 粘结剂是摩擦材料中的重要组元，他可以影响材料的热衰退性能、恢复性能、磨损 性能和机械性能，汽车摩擦材料中一般采用的是酚醛树脂；增强纤维是摩擦材料中起增强剂的作用，传统材料用的是石棉等矿物纤维，陶瓷型摩擦材料中使用的是矿物纤维、芳纶纤维和陶瓷纤维绒，摩擦性能调节剂可以分为两类，一类是莫氏硬度一般小于 2 的减摩材料，它的加入可提高材料的耐磨性，减小噪音及降低摩擦系数。这类材料主要有：石墨、石油焦等；另一类摩擦性能调节剂为莫氏硬度一般大于 4 的摩阻材料，它的加入可以增加材料的摩擦系数；填料主要以粉末的形式加入，其作用很多，例如，加入重晶石粉可以提高摩擦力距和稳定摩擦系数，又能减小对对偶件的损伤，提高整个摩擦副的耐磨性能。随着科技的进步和人们生活水平的提高，对刹车片的环保要求也逐步提高。可行性研究报告显示，在国外市场，无石棉、无金属的陶瓷型摩擦材料，已经开始向市场推广；欧美一些国家已经就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行立法。所以，在可以预见的将来，摩擦材料中重金属组分的含量将会成为摩擦材料出口欧美的一项贸易限制。因此，如何设计一种无金属的摩擦材料和用此摩擦材料制作的刹车片，以及如何设计其制造工艺是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容   

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种盘式刹车片摩擦材料；

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用此摩擦材料制作的盘式刹车片；

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种盘式刹车片制造工艺。

为解决上述第一个技术问题，本发明包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶 3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%。

优选地，包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂13%～18%，矿物纤维9%～11%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦 6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶4%～8%，重晶石粉17%～19%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙9%～11%，云母粉9%～11%。

优选地，所述酚醛树脂为丁腈改性酚醛树脂。

所述丁腈改性酚醛树脂的工艺参数为：180-200目，游离酚含量≤ 2.5%、150℃时的固化速度 50-90S、125℃时流动距离 30～50mm；矿物纤维工艺参数为：纤维长度 0.075-0.175mm ，纤维直径 ≤0.005mm；陶瓷纤维绒工艺参数为：纤维直径3-5um，纤维长度150±25um ，渣球含量≤3% ，使用温度1000℃，拉伸强度1400-1600Mpa，莫氏硬度5-6Mohs，密度 2-3 g/㎝3 ；丁腈橡胶的工艺参数为：40-60 目、挥发份含量≤ 1%、凝胶含量≥ 70%、结合丙烯腈含量 40%±1% ；石墨的工艺参数为：碳含量≥94% ，粒度 100目筛下≥90%，挥发份≤2%，水分 ≤0.5%。

为解决上述第二个技术问题，本发明包括刹车片背板和压制在所述刹车片背板上的摩擦材料，所述摩擦材料为上述盘式刹车片摩擦材料。

为解决上述第三个技术问题，本发明包括以下步骤 ：

A、原料混配，准备以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙 8%～12%，云母粉8%～12%，将上述原料放入混料机中混配均匀成摩擦材料；

 B、热压成型，将混配好的所述摩擦材料及涂完胶的刹车片背板送入模压工序，加工出盘式刹车片的半成品 ；

 C、固化处理，在热处理箱内对所述盘式刹车片进行热处理烘烤。

优选地，所述步骤 A 具体包括以下步骤：

（1）将以下重量百分比的原料：矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%，一次性放入搅拌机，搅拌7至11分钟，优选为 9分钟；

（2）再加入以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，蛭石粉4%～6%，石油焦6%～10%，再搅拌7至11 分钟，优选为9分钟，制成摩擦材料。

优选地，所述步骤 B 中热压成型时的工艺参数为：热压温度150-170摄氏度，时间为250-300 秒，热压压力12-18MPa；烧结半成品在150至300℃的温度下烘烤1.6至2.5小时，再在160-240℃的温度下烘烤 2至3小时。

本发明的优点在于：本发明的盘式刹车片摩擦材料的原料组成中，无金属，且不含石棉以及任何铜元素，用此种原料配比制造而成的摩擦材料，符合环保型摩擦材料的标准，并且可以突破欧美一些国家就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行的立法贸易限制，可见本发明实施例提供的盘式刹车片摩擦材料具有突破性意义。同时，本发明的盘式刹车片的高温摩擦系数稳定，耐磨性好，且制备方法简单，成本较低。

具体实施方式

本发明盘式刹车片摩擦材料,包括以下重量百分比的原料：酚醛树10%～20%，矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉(3%～6%），丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%。

为了进一步优化产品的性能，本发明还提供了一个更为优选地摩擦材料的原料配比，包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂13%～18%，矿物纤维9%～11%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦 6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶4%～8%，重晶石粉17%～19%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙9%～11%，云母粉9%～11%。

前述的酚醛树脂为丁腈改性酚醛树脂。

前述丁腈改性酚醛树脂的工艺参数为：180-200目，游离酚含量≤ 2.5%、150℃时的固化速度 50-90S、125℃时流动距离 30～50mm。

矿物纤维工艺参数为：纤维长度 0.075-0.175mm ，纤维直径 ≤0.005mm。

陶瓷纤维绒工艺参数为：纤维直径3-5um，纤维长度150±25um ，渣球含量≤3% ，使用温度1000℃，拉伸强度1400-1600Mpa，莫氏硬度5-6Mohs，密度 2-3 g/㎝3。

丁腈橡胶的工艺参数为：40-60目、挥发份含量≤ 1%、凝胶含量≥ 70%、结合丙烯腈含量 40%±1% 。

石墨的工艺参数为：碳含量≥94% ，粒度 100目筛下≥90%，挥发份≤2%，水分 ≤0.5%。

可见，本发明实施例提供的盘式刹车片摩擦材料的原料组成中，无金属、且不含石棉以及任何铜元素，用此种原料配比制造而成的摩擦材料，符合环保型摩擦材料的标准，并且可以突破欧美一些国家就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行的立法贸易限制，可见本发明实施例提供的盘式刹车片摩擦材料具有突破性的创造意义。同时，本发明通过添加丁腈改性酚醛树脂，显著提高了酚醛树脂的热分解温度，降低了摩擦材料整体硬度，实验证明，包括丁腈改性酚醛树脂的盘式刹车片，在高速下紧急制动刹车性能稳定，且热衰退小。

容易理解的是，上述各成分的工艺参数仅为本发明实施例中提供的一个优选方案，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下，完全可以想到并采用其他可行的工艺参数，因此，本发明对此并不做限定。

本发明的盘式刹车片，包括刹车片背板和压制在所述刹车片背板上的摩擦材料，所述摩擦材料为上述盘式刹车片摩擦材料。

本发明的盘式刹车片制造工艺包括以下步骤 ：

A、原料混配，准备以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%，将上述原料放入混料机中混配均匀成摩擦材料；

 B、热压成型，将混配好的所述摩擦材料及涂完胶的刹车片背板送入模压工序，加工出盘式刹车片的半成品 ；

 C、固化处理，在热处理箱内对所述盘式刹车片进行热处理烘烤后得刹车片成品。  

作为优选技术方案，步骤 A 具体包括以下步骤：

（1）将以下重量百分比的原料：矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%，一次性放入搅拌机，搅拌7至11分钟，优选为 9分钟；

（2）再加入以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，蛭石粉4%～6%，石油焦6%～10%，再搅拌7至11 分钟，优选为9分钟，制成摩擦材料。

步骤 B 中热压成型时的工艺参数为：热压温度150-170摄氏度，时间为250-300 秒（优选280秒），热压压力12-18MPa；烧结半成品在150至300℃（优选为 180℃）的温度下烘烤1.6至2.5小时（优选为 2小时），再在160-240℃的温度下烘烤 2至3小时（优选为2.5小时）。

本发明的盘式刹车片的生产主要经过如下工序 ：

（一）剪板:将卷板开卷校平，裁成板材或一定宽度的卷条。依据“剪板尺寸明细表”上规定的 产品的板条尺寸（长 × 宽 × 厚），选择合适厚度的板材，使用剪板机剪成一定宽度的钢板。

（二）冲压：依据“钢背冲裁工艺卡”上规定的工艺流程顺序，选择对应模具及合适吨位的冲压设备逐步作业，冲出盘式刹车片钢板的基本外形，并使之达到一定的装车尺寸和平面度要求。

（三）除油：水基除油剂和水通过一定的比例配比，达到一定的PH值（如10～13），在除油机除油槽内加热，达到一定的温度（如 45 ～ 55℃）后，进行除油操作，将钢背在上序加工过程中造成的油污除去 。

（四）抛丸（光整）：使用履带式抛丸机，通过抛丸，将钢背上面及侧面的锈斑、锈点、毛刺等抛掉，并使钢背达到一定的粗糙度要求，以满足于后序加工的需要 。 

（五）涂胶：进口钢背粘接胶和溶剂，通过一定的比例配合后，使用喷胶机将配好的液体均匀喷涂在钢背反面，风干后使用，使钢背和摩擦材料在后序压制后达到一定的剪切强度要求。

（六）混料：通过自动配料系统或手工操作将配方所需的原料中的各成分按一定比例配比，然后倒入搅拌机破碎，并搅拌均匀。搅拌好的摩擦材料和涂完胶的钢背，一起送模压工序，加工出刹车片半成品。

（七）热压：模压分称料和压制两步进行，首先是称料，依据压制产品需要的配方号和重量，在电子台秤上称量摩擦材料，称量完的摩擦材料放到检重秤上检重，保证使用的摩擦材料在 “标准值 ±1g”的重量范围内；之后是压制，即安装固定好模具后，依据规定的压制工艺（如时间、压力、温度等参数值）设定设备参数，等模具升温到规定范围后开始生产，操作过程中操作者注意将摩擦材料全部倒入模腔，并注意摩擦材料的摊平要求，操作完后合模压制，到达工艺规定的时间后，压机自动开模，操作者将产品转移到周转盘内 。 

（八）烘烤 ：依据“常用配方工艺要求”，在热处理箱内对所加工的汽车刹车品产品进行热处理烘烤，进一步提高摩擦材料的摩擦性能。

（九）磨削：使用组合磨床加工摩擦材料表面，使摩擦材料表面达到一定的厚度、平行度和平面度要求，使用开槽、磨斜机，通过开槽砂轮锯片或杯形砂轮加工摩擦材料的表面，加工出槽或斜面 。

（十）表面清理：分抛光和喷砂两步进行，先在抛光机上，通过钢丝轮清理刹车片钢背周边的毛刺、溢料和飞边等，再在喷砂机上，通过棕刚玉磨料，清理刹车片钢背上面的污垢、锈蚀等，用以保证后序加工的质量要求 。

（十一）喷涂：表面清理完的产品，根据不同客户的不同要求，将不同颜色、不同亮度的粉末覆盖在刹车片钢背上面、侧面和摩擦材料侧面，产品通过烘干炉，经过熔融、流平、固化等状态，达到一定的附着力要求。 

（十二）打码：使用喷码机和专用油墨，在钢背表面、减震片表面，或摩擦材料侧面，喷印不同客户的不同信息，及产品的加工批号，以便于产品售出后的追溯。 

（十三）安装附件：在刹车片钢背上安装、固定一些消音、报警装置 。

（十四）包装：根据客户要求，使用封口机、热收缩机将盘式刹车片成品通过吸塑膜真空收缩后装盒，或使用贴体包装机通过贴体膜将产品和纸板真空贴牢。

为了更好地说明本发明，本发明还提供了以下的具体实施例。

实施例1 ： 

称取以下重量百分比的原料：

酚醛树脂      16% 

              矿物纤维      10% 

              陶瓷纤维绒     5% 

              芳纶纤维       5% 

              石油焦         8%  

              天然石墨       4%　

              摩擦粉         5%　

              丁晴橡胶       5%　

              重晶石粉      17%　

              蛭石粉         5%　

              轻质碳酸钙    10%　

              云母粉        10% 

先将矿物纤维、陶瓷纤维绒、芳纶纤维、丁晴橡胶、重晶石粉、轻质碳酸钙、云母粉，一次性放入搅拌机，搅拌9分钟，然后加入酚醛树脂、天然石墨、摩擦粉、蛭石粉、石油焦、再搅拌9分钟，制成混合料。压制工艺为150-170℃，利用正模压制制成刹车片。

第一实施例盘式刹车片的测试结果：

实施例2 ： 

称取以下重量百分比的原料：

酚醛树脂       17% 

              矿物纤维       10% 

              陶瓷纤维绒     6% 

              芳纶纤维       4%　

              石油焦         9% 

              天然石墨       5%　

              摩擦粉         6%　

              丁晴橡胶       4%　

              重晶石粉       16%

              蛭石粉         4%　

              轻质碳酸钙     9%　

              云母粉        10% 

先将矿物纤维、陶瓷纤维绒、芳纶纤维、丁晴橡胶、重晶石粉、轻质碳酸钙、云母粉，一次性放入搅拌机，搅拌9分钟 ，然后加入酚醛树脂、天然石墨、摩擦粉、蛭石粉、石油焦 、再搅拌9分钟，制成混合料。压制工艺为150-170℃，利用正模压制制成刹车片。

第二实施例盘式刹车片的测试结果：

实施例3： 

称取以下重量百分比的原料：

酚醛树脂       15% 

              矿物纤维       11% 

              陶瓷纤维绒     7% 

              芳纶纤维       3%

              石油焦         9% 

              天然石墨       3%

              摩擦粉         4%

              丁晴橡胶       6%

              重晶石粉      17%

              蛭石粉         6%

              轻质碳酸钙    10%　

              云母粉         9% 

先将矿物纤维、陶瓷纤维绒、芳纶纤维、丁晴橡胶、重晶石粉、轻质碳酸钙、云母粉，一次性放入搅拌机，搅拌9分钟 ，然后加入酚醛树脂、天然石墨、摩擦粉、蛭石粉 、石油焦、再搅拌8分钟，制成混合料。压制工艺为150-170℃，利用正模压制制成刹车片。

第三实施例盘式刹车片的测试结果：

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种盘式刹车片摩擦材料，其特征是包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维 8%～12%，陶瓷纤维绒 4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶 3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉 4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉 8%～12%。

2.根据权利要求1所述的盘式刹车片摩擦材料，其特征是包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂13%～18%，矿物纤维9%～11%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦 6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶4%～8%，重晶石粉17%～19%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙9%～11%，云母粉9%～11%。

3.根据权利要求1或2所述的盘式刹车片摩擦材料，其特征是所述酚醛树脂为丁腈改性酚醛树脂。

4.根据权利要求3所述的盘式刹车片摩擦材料，其特征是所述丁腈改性酚醛树脂的工艺参数为：180-200目，游离酚含量≤ 2.5%、150℃时的固化速度 50-90S、125℃时流动距离 30～50mm；矿物纤维工艺参数为：纤维长度 0.075-0.175mm ，纤维直径 ≤0.005mm；陶瓷纤维绒工艺参数为：纤维直径3-5um，纤维长度150±25um ，渣球含量≤3% ，使用温度1000℃，拉伸强度1400-1600Mpa，莫氏硬度5-6Mohs，密度 2-3 g/㎝3；丁腈橡胶的工艺参数为：40-60 目、挥发份含量≤ 1%、凝胶含量≥ 70%、结合丙烯腈含量 40%±1% ；石墨的工艺参数为：碳含量≥94% ，粒度 100目筛下≥90%，挥发份≤2%，水分 ≤0.5%。

5.一种盘式刹车片，其特征是包括刹车片背板和压制在所述刹车片背板上的摩擦材料，所述摩擦材料为上述盘式刹车片摩擦材料。

6.一种盘式刹车片的制造工艺，其特征是包括以下步骤 ：

A、原料混配，准备以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，矿物纤维 8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，石油焦6%～10%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，蛭石粉4%～6%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%，将上述原料放入混料机中混配均匀成摩擦材料；

 B 、热压成型，将混配好的所述摩擦材料及涂完胶的刹车片背板送入模压工序，加工出盘式刹车片的半成品 ；

 C、固化处理，在热处理箱内对所述盘式刹车片进行热处理烘烤。

7.根据权利要求6所述的盘式刹车片的制造工艺，其特征是所述步骤 A 具体包括以下步骤：

（1）将以下重量百分比的原料：矿物纤维8%～12%，陶瓷纤维绒4%～8%，芳纶纤维3%～6%，丁晴橡胶3%～9%，重晶石粉16%～20%，轻质碳酸钙8%～12%，云母粉8%～12%，一次性放入搅拌机，搅拌7至11分钟；

（2）再加入以下重量百分比的原料：酚醛树脂10%～20%，天然石墨3%～6%，摩擦粉3%～6%，蛭石粉4%～6%，石油焦6%～10%，再搅拌7至11 分钟，制成摩擦材料。

8.根据权利要求6所述的盘式刹车片的制造工艺，其特征是所述步骤 B 中热压成型时的工艺参数为：热压温度 150-170 摄氏度，时间为 250-300 秒，热压压力为 12-18MPa；烧结半成品在150 至300℃的温度下烘烤1.6 至2.5 小时，再在160-240℃的温度下烘烤 2至3小时。