CN104099065A - 无铜摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无铜环保型汽车用摩擦材料配方，包括以下成分：芳纶3-5份；陶瓷纤维5-8份；钛酸钾13-18份；硅酸锆3-6份；合成石墨5-8份；硼改性树脂7-10份；锌粉7-9份；碳纤维7-10份；二硫化钼3-6份；云母4-7份；摩擦粉3-6份；轮胎粉2-5份；氢氧化钙3-7份；硫酸钡12-20份。本发明无铜材料配方的优点在于利用碳纤维和锌粉的组合物替代原配方中由铜所实现的功能，避免重金属铜随摩擦粉尘进入环境中对环境造成污染。碳纤维的加入补充了锌替代铜造成的不足，使得碳纤维与锌粉的组合在材料中发挥的作用接近铜的作用，且因为碳纤维的加入使得无铜材料配方的性能更加优越，制动性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料的新配方，具体的说，它涉及一种无铜环保型汽车用摩擦材料配方以及采用此配方材料制得的刹车片。
背景技术
铜属于重金属，许多刹车片配方中都含有一定量的铜元素。在刹车片与刹车盘的制动摩擦过程中，铜随着摩擦产生的粉尘容易进入到生物链中。由于铜不可降解，容易进入到水中、土壤或动植物中，最后会富集到人体中，对人体、动物、植物等造成危害，严重破坏生态环境。美国已开始对刹车片中的铜含量进行逐步限制，并要求在2025年刹车片中铜含量小于0.5％。鉴于汽车行业对环保的高度重视，用无铜环保型汽车用摩擦材料代替含铜摩擦材料配方将是刹车片行业未来发展的必然趋势。
发明内容
根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种无铜环保型汽车用摩擦材料配方。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶3-5份；陶瓷纤维5-8份；钛酸钾13-18份；硅酸锆3-6份；合成石墨5-8份；硼改性树脂7-10份；锌粉7-9份；碳纤维7-10份；二硫化钼3-6份；云母4-7份；摩擦粉3-6份；轮胎粉2-5份；氢氧化钙3-7份；硫酸钡12-20份。
优选的是：按重量份数计，包括以下成分：芳纶3份；陶瓷纤维6份；钛酸钾18份；硅酸锆5份；合成石墨6份；树脂8份；锌粉7份；碳纤维8份；二硫化钼6份；云母5份；摩擦粉5份；轮胎粉3份；氢氧化钙4份；硫酸钡17份。
优选的是：所述的锌粉为100-325目。
优选的是：所述的云母为40-60目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至145-180℃，在480±10kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压4-8分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至150-240℃，保温4-8小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
优选的是：所述的预混过程温度低于50℃。
本发明的有益效果在于：本发明无铜材料配方的优点在于利用碳纤维和锌粉的组合物替代原配方中由铜所实现的功能，避免重金属铜随摩擦粉尘进入环境中对环境造成污染。碳纤维的加入补充了锌替代铜造成的不足，使得碳纤维与锌粉的组合在材料中发挥的作用接近铜的作用，且因为碳纤维的加入使得无铜材料配方的性能更加优越，制动性能更加稳定。
由于碳纤维具有在非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好的特点，可以降低无铜材料配方在刹车过程中的热衰退性能，稳定配方的摩擦系数，有效保证高温刹车的制动效果。另一方面，因碳纤维的结构是由两维有序的结晶和孔洞组成，碳纤维的孔洞结构使得无铜材料配方在刹车过程中能够减弱噪音的穿透力，具有一定的降噪音功能。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，力学性能优异，在无铜材料配方中能够起到良好的抗剪切力作用，大大提高摩擦材料的剪切强度。碳纤维的高模量、高强度可有效降低无铜材料配方整体磨损率，提高刹车片的使用寿命，且能够在刹车过程中很好的保护刹车盘避免受到损伤。
碳纤维和锌粉都是电和热的良导体，可以将在制动间隙将摩擦产生的热量快速的散发出去。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶3份；陶瓷纤维5份；钛酸钾13份；硅酸锆3份；合成石墨5份；硼改性树脂7份；锌粉7份；碳纤维7份；二硫化钼3份；云母4份；摩擦粉3份；轮胎粉2份；氢氧化钙3份；硫酸钡12份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为100目，云母优选为40目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为45℃。；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至145℃，在470kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压4分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至150℃，保温4小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
由于芳纶是未松散状，需要预松开，同时陶瓷纤维和碳纤维是絮状的，如果直接混合可能会缠绕其他成分而造成混合不匀，因此将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先进行预混。
实施例2
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶5份；陶瓷纤维8份；钛酸钾18份；硅酸锆6份；合成石墨8份；硼改性树脂10份；锌粉9份；碳纤维10份；二硫化钼6份；云母7份；摩擦粉6份；轮胎粉5份；氢氧化钙7份；硫酸钡20份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为120目，云母优选为60目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为40℃。；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至180℃，在490kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压8分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至240℃，保温8小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
实施例3
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶4份；陶瓷纤维6份；钛酸钾15份；硅酸锆5份；合成石墨7份；硼改性树脂8份；锌粉8份；碳纤维8份；二硫化钼5份；云母5份；摩擦粉4份；轮胎粉3份；氢氧化钙5份；硫酸钡16份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为200目，云母优选为50目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为40℃。；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至165℃，在480kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压6分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至295℃，保温6小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
实施例4
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶3份；陶瓷纤维6份；钛酸钾18份；硅酸锆5份；合成石墨6份；硼改性树脂8份；锌粉7份；碳纤维8份；二硫化钼6份；云母5份；摩擦粉5份；轮胎粉3份；氢氧化钙4份；硫酸钡17份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为325目，云母优选为55目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为42℃。；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至170℃，在485kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压5分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至165℃，保温7小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
实施例5
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶4份；陶瓷纤维7份；钛酸钾17份；硅酸锆6份；合成石墨5份；硼改性树脂9份；锌粉9份；碳纤维8份；二硫化钼3份；云母5份；摩擦粉5份；轮胎粉5份；氢氧化钙6份；硫酸钡19份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为100目，云母优选为45目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为35℃。；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至170℃，在475kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压5分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至155℃，保温8小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
实施例6
一种无铜摩擦材料，按重量份数计，包括以下成分：芳纶5份；陶瓷纤维5份；钛酸钾14份；硅酸锆5份；合成石墨5份；硼改性树脂7份；锌粉9份；碳纤维9份；二硫化钼3份；云母4份；摩擦粉6份；轮胎粉4份；氢氧化钙6份；硫酸钡13份。其中，为了混匀过程能达到较理想的效果，锌粉优选为120目，云母优选为60目。
本发明还提供了一种无铜摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀，预混过程温度为48℃；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至150℃，在485kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压5分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至230℃，保温4小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
下面通过传统含铜陶瓷配方材料制得的刹车片与本发明实施例4的配方制得的刹车片采用定速摩擦实验机测得的数据见表1和表2。
表1 传统刹车片定速摩擦实验数据表
表2 本发明制得的刹车片定速摩擦实验数据表
通过以上实验数据结果可以看出，本发明的配方与传统含铜陶瓷配方摩擦系数一致，但在温度升高和降低过程中，摩擦系数稳定性优于传统含铜陶瓷配方，磨损率低于传统含铜陶瓷配方，本发明无铜配方在行车制动过程中制动性能更加优良。
Claims (6)
1.一种无铜摩擦材料，其特征在于：按重量份数计，包括以下成分：芳纶3-5份；陶瓷纤维5-8份；钛酸钾13-18份；硅酸锆3-6份；合成石墨5-8份；硼改性树脂7-10份；锌粉7-9份；碳纤维7-10份；二硫化钼3-6份；云母4-7份；摩擦粉3-6份；轮胎粉2-5份；氢氧化钙3-7份；硫酸钡12-20份。
2.根据权利要求1所述的无铜摩擦材料，其特征在于：按重量份数计，包括以下成分：芳纶3份；陶瓷纤维6份；钛酸钾18份；硅酸锆5份；合成石墨6份；树脂8份；锌粉7份；碳纤维8份；二硫化钼6份；云母5份；摩擦粉5份；轮胎粉3份；氢氧化钙4份；硫酸钡17份。
3.根据权利要求1或2所述的无铜摩擦材料，其特征在于：所述的锌粉为100-325目。
4.根据权利要求1或2所述的无铜摩擦材料，其特征在于：所述的云母为40-60目。
5.根据权利要求1所述的一种无铜摩擦材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预混：将陶瓷纤维、芳纶和碳纤维先在混料机中混合均匀；
(2)混合：取配方中的其他成分与步骤(1)中的混合物料搅拌混合后，转移至热压机的热压模具中；
(3)热压：将热压机升温至145-180℃，在480±10kg/cm2下将钢背与摩擦材料粘接到一起保温保压4-8分钟进行热压处理；
(4)消除内应力处理：将热压后的物料转移至固化炉中，将固化炉温度升温至150-240℃，保温4-8小时，然后降温，得到无铜型摩擦材料刹车片。
6.根据权利要求5所述的无铜摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的预混过程温度低于50℃。
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