CN104405801A - 一种掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，包括以下组分：脱蜡芦荟纤维粉10~30份；腰果壳油改性酚醛树脂6~12份；丁腈胶粉6~12份；调节剂13~25份；填充剂30~60份，各组分以重量份计。本发明使用芦荟纤维粉作为增强材料，可与酚醛树脂和填料形成较好的粘结，芦荟纤维在300℃左右会被直接炭化，不会破坏摩擦材料的内部结构，维持摩擦性能的稳定，极大的提升刹车的性能；本发明在摩擦发热达到一定程度时，摩擦材料表面分解后的物质会形成一层均匀且有韧性的炭化膜，该膜不易脱落，最大程度保证摩擦系数相对稳定，同时材料的热衰退温度得到了一定提高。

Description

一种掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种轿车制动用摩擦材料技术领域，具体涉及一种掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片及其制备方法。 

背景技术

摩擦材料是利用其与对偶件间产生的摩擦力，实现机械装备的传动、制动、控速和转向目的的一类材料，它广泛应用于各种交通工具和机械设备的制动、传动装置中，是各种动力机械的最重要的功能材料之一，其性能好坏直接关系机器的可靠性和人民的生命安全。汽车摩擦材料是摩擦材料的主要应用领域，它主要包括两类：离合器面片和刹车片。汽车工业是我国及世界的主要支柱产业，且随着汽车工业的发展和人们环保意识的提高，摩擦材料的运行条件越来越苛刻，对它的性能要求也越来越高，不仅要求其具有合适且稳定的摩擦系数、优异的耐磨性、足够的机械强度和良好的物理性能，以及不易擦伤对偶件、无制动噪声、低成本、对环境无污染等特点。因此，摩擦材料的研究一直材料学研究的热点之一。 

从使用棉布、皮革作为增强材料的第一片制动摩擦片诞生，到石棉制动摩擦片、半金属摩擦材料，再到NAO摩擦材料，高性能的碳纤维摩擦材料。摩擦材料行业的每一次重大突破，都伴随着新材料的研发和应用。特别是增强纤维，粘结剂等主要成分与摩擦材料的性能关系最为密切。增强纤维是摩擦材料的“骨架”，主要作用是使摩擦材料具有一定的强度和韧性，使材料在冲击、剪切、拉伸等机械作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。 

在我国九十年代开始，纤维素纤维就应用于摩擦材料。天然植物纤维具有质轻价廉及对环境无污染等优点，使得国内外对其复合材料研制格外关注，其中一些制品已得到广泛应用。 

芦荟是一种多年生长的多肉质草本植物，其栽培历史悠久，作为一种集医药、美容、保健、食品及观赏为一体的纯天然绿色植物，芦荟早已受到日、美等发达国家消费者的不断追捧，并迅速在全球范围内掀起了“芦荟”热潮。芦荟的应用非常广泛，但大多数应用都对芦荟进行去皮处理，提取其粘胶液体或精华，这样大量芦荟韧皮被丢弃，造成严重浪费，影响了产业整体经济效益，并造成了一定的环境污染。随着资源危机的加剧，综合利用发展循环经济，是保持产业可持续发展的需要。因此，很有必要对芦荟皮进行价值评估，研究相关精深加工技术，开发高附加值产品，扩大增值增效空间，实现产业全面升级。但芦荟韧皮的合理开发应用在国内外尚属空白，芦荟纤维粉与其它植物纤维一样，具有价廉质轻、强度高、耐摩擦性好等优良特性。此外，芦荟属于再生的天然纤维素纤维，热分解时不产生有害气体，可自然降解，不会对环境构成负担。 

目前国内汽车刹车片的发展还停留在注重制动效果与安全性的阶段，没有发展到注重舒适性、环保性的阶段。但现代汽车正朝着高性能、高速度、安全舒适等方向发展，这就要求作为汽车重要组成部分的制动系统必须安全可靠，同时必须不断开发新的刹车材料以满足更严格的要求，天然纤维增强刹车片必然成为今后的一个发展趋势。 

比如公开号为CN 103423345 A公开的一种掺有竹纤维的汽车刹车片，在刹车片配方中加入天然竹纤维，利用竹纤维为可再生资源，并能够自然降解，分解产物无毒无害，摩擦性能优良等特点，有效降低刹车片在制动过程中的噪音，震动，并且绿色环保，然而纤维在高速搅拌中产生静电、结团，影响混合的均匀性及刹车片的强度和稳定性等问题，依然无法有效解决。 

此外，摩擦材料是由基体材料、增强体、填料等多元组份配合而成的复合材料，其性能直接受其组分材料的性能、含量、配比等因素影响。因此，配方设计一直是提高复合材料性能的主要途径。 

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用寿命长、耐磨、刹车平稳、噪音小、舒适性强和绿色环保的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片； 

本发明的另一目的在于提供一种能够充分发挥各组分的作用，使摩擦材料内部各组分的性能互补生产效率高，产品质量稳定的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供一种可用于增强摩擦性能的脱蜡芦荟纤维粉的制备方法。 

技术方案： 本发明所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，包括以下组分： 

脱蜡芦荟纤维粉                    10~30份；

腰果壳油改性酚醛树脂        6~12份；

丁腈胶粉                                6~12份；

调节剂                                    13~25份；

填充剂                                    30~60份，

各组分以重量份计。

芦荟纤维粉无任何毒性，既不影响人体健康，也不污染环境；芦荟纤维在300℃左右会被直接炭化，不会破坏摩擦材料的内部结构，维持摩擦性能的稳定，极大的提升刹车的性能；在摩擦发热达到一定程度时，摩擦材料表面分解后的物质会形成一层均匀且有韧性的炭化膜，该膜不易脱落，最大程度保证摩擦系数相对稳定，同时材料的热衰退温度得到了一定提高；同时脱蜡芦荟纤维既具备天然纤维的活性，同时可避免天然纤维或无机人造纤维在高速搅拌中产生静电、结团的问题，不会影响混合的均匀性及刹车片的强度和稳定性。 

本发明使用腰果壳油改性酚醛树脂作为粘合剂的一种，腰果壳油能够有效调节酚醛树脂的柔韧性，改性树脂制得的摩擦材料具有在摩擦发热时产生一定塑性形变的能力，提高摩擦系数的同时降低了噪音。 

上述调节剂包括如下组分： 

石墨                                        5~10份；

焦炭                                        5~7份；

三硫化二锑                            2~5份；

氧化铝                                    1~3份，

各组分以重量份计。

石墨热稳定性和化学稳定性非常好，可耐400℃～500℃高温，在摩擦材料中能够起到减磨和调节高温摩擦系数等作用；焦炭粉能起到润滑、减震、耐磨等作用，三硫化二锑具有较强还原性，减少摩擦系数的热衰退，降低制品的高温磨损，同时还可以减少噪音；氧化铝主要起增摩作用，增加摩擦材料的摩擦系数。 

上述填充剂包括如下组分： 

碳酸钙                                    20~40份；

长石粉                                    5~10份；

精铁矿粉                                  2~5份；

铬铁矿粉                                  3~5份，

各组分以重量份计。

碳酸钙用于橡胶主要起填充增容作用，有时也具有补强效果；铬铁矿粉具有良好的低温和高温增摩效果；精铁矿粉由磁铁矿石经过精选和粉碎加工而成，可用于调整高温摩擦系数和减少高温热衰退，参考用量一般为2～8％。 

上述脱蜡芦荟纤维粉为脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末。由于纯芦荟纤维在制备过程中工序复杂、成本偏高，在工业化生产中实用性不强，本发明使用脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末作为增强材料，在保证提升刹车片的性能同时，可大幅度降低生产成本，简化制备工艺，有利于工业化的推广和应用。 

本发明所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，包括以下步骤： 

（1）配料：按照比例配制脱蜡芦荟纤维粉、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈胶粉以及调节剂和填充剂原料；

（2）混料：将配制好的原料按重量份投入到高速搅拌机中，搅拌速度为650~700r/min，直至原料搅拌均匀；

（3）热压成型：采用热压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在热压机上热压固化，压力设定值为30～50MPa，热压温度为150～170℃，热压时间为10～15min；

（4）将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在100～200℃，保温时间6～10h，得到所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片。

本发明的工艺方法可最大程度优化各原料的性能，不仅可以使各组分充分发挥各自的作用，更可以使各组分的性能互补，提升刹车片的整体性能。 

上述脱蜡芦荟纤维粉的配制方法包括以下步骤： 

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

上述腰果壳油改性酚醛树脂的配制方法包括以下步骤： 

（1）将腰果壳油按用量加入酚醛树脂中，以硫酸作催化剂，在100～140℃下发生阳离子芳烷基化反应；

（2）脱水，直至软化点和硬化速度符合要求，得到棕红色透明固体；

（3）冷却为块状后粉碎，加入六亚甲基四胺，得到粉状所述腰果壳油改性酚醛树脂。

上述调节剂包括如下组分： 

石墨                                        5~10份；

焦炭                                        5~7份；

三硫化二锑                            2~5份；

氧化铝                                    1~3份，

各组分以重量份计。

上述填充剂包括如下组分： 

碳酸钙                                    20~40份；

长石粉                                    5~10份；

精铁矿粉                                  2~5份；

铬铁矿粉                                  3~5份，

各组分以重量份计。

本发明所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的脱蜡芦荟纤维粉的制备方法，包括以下步骤： 

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

有益效果：（1）本发明使用芦荟纤维粉作为增强材料，可与酚醛树脂和填料形成较好的粘结，芦荟纤维在300℃左右会被直接炭化，不会破坏摩擦材料的内部结构，维持摩擦性能的稳定，极大的提升刹车的性能；（2）本发明脱蜡芦荟纤维既具备天然纤维的活性，同时可避免天然纤维或无机人造纤维在高速搅拌中产生静电、结团的问题，不会影响混合的均匀性及刹车片的强度和稳定性；（3）本发明使用腰果壳油改性酚醛树脂作为粘合剂的一种，腰果壳油能够有效调节酚醛树脂的柔韧性，改性树脂制得的摩擦材料具有在摩擦发热时产生一定塑性形变的能力，提高摩擦系数的同时降低了噪音；（4）本发明在摩擦发热达到一定程度时，摩擦材料表面分解后的物质会形成一层均匀且有韧性的炭化膜，该膜不易脱落，最大程度保证摩擦系数相对稳定，同时材料的热衰退温度得到了一定提高；（5）本发明使用脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末作为增强材料，在保证提升刹车片的性能同时，可大幅度降低生产成本，简化制备工艺，有利于工业化的推广和应用；（6）本发明经过多次试验得到最优的配方体系和加工工艺，所制备的轿车刹车片，具有稳定的摩擦系数，舒适的刹车制动效果和刹车平顺性，噪音小，舒适性强，对环境友好，是理想的环保型摩擦材料。 

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。 

实施例中脱蜡芦荟纤维粉通过如下方法制备： 

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为114℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

实施例中腰果壳油改性酚醛树脂通过如下方法制备： 

（1）将腰果壳油按用量加入酚醛树脂中，以硫酸作催化剂，在120℃下发生阳离子芳烷基化反应；

（2）脱水，直至软化点和硬化速度符合要求，得到棕红色透明固体；

（3）冷却为块状后粉碎，加入六亚甲基四胺，得到粉状所述腰果壳油改性酚醛树脂。

实施例1：首先按重量份选取以下各组分的原料： 

脱蜡芦荟纤维粉                    10份；

腰果壳油改性酚醛树脂        6份；

丁腈胶粉                                6份；

石墨                                        5份；

焦炭                                        5份；

三硫化二锑                            2份；

氧化铝                                    1份；

碳酸钙                                    20份；

长石粉                                    5份；

精铁矿粉                                2份；

铬铁矿粉                                3份。

将各原料投入到高速搅拌机中，搅拌速度为650r/min，直至原料搅拌均匀；采用热压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在热压机上热压固化，压力设定值为30MPa，热压温度为150℃，热压时间为10min；将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在100℃，保温时间6h，得到所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片。 

实施例2：首先按重量份选取以下各组分的原料： 

脱蜡芦荟纤维粉                    30份；

腰果壳油改性酚醛树脂        12份；

丁腈胶粉                                12份；

石墨                                        10份；

焦炭                                        7份；

三硫化二锑                            5份；

氧化铝                                    3份；

碳酸钙                                    40份；

长石粉                                    10份；

精铁矿粉                                5份；

铬铁矿粉                                5份。

将各原料投入到高速搅拌机中，搅拌速度为700r/min，直至原料搅拌均匀；采用热压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在热压机上热压固化，压力设定值为50MPa，热压温度为170℃，热压时间为15min；将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在200℃，保温时间10h，得到所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片。 

实施例3：首先按重量份选取以下各组分的原料： 

脱蜡芦荟纤维粉                    20份；

腰果壳油改性酚醛树脂        9份；

丁腈胶粉                                9份；

石墨                                        8份；

焦炭                                        6份；

三硫化二锑                            3份；

氧化铝                                    2份；

碳酸钙                                    30份；

长石粉                                   8份；

精铁矿粉                                4份；

铬铁矿粉                                4份。

将各原料投入到高速搅拌机中，搅拌速度为680r/min，直至原料搅拌均匀；采用热压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在热压机上热压固化，压力设定值为40MPa，热压温度为160℃，热压时间为12min；将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在150℃，保温时间8h，得到所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片。 

本发明掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片与现有的刹车片摩擦磨损性能比较结果见表1。 

表1实施例1-3与现有的刹车片产品检测结果。 

从上表可以看出，本发明产品的摩擦系数稳定，特别是磨损率远远小于国家标准的要求。这表明本发明以脱蜡芦荟纤维粉来增强摩擦材料，利用芦荟纤维粉高温碳化生成的碳化膜在摩擦材料表面起到保护作用的这个特点，在稳定摩擦材料的基础上，能有效降低其磨损率，从而提高摩擦材料的使用寿命。 

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。 

Claims (10)

1.一种掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，其特征在于包括以下组分：

脱蜡芦荟纤维粉           10~30份；

腰果壳油改性酚醛树脂      6~12份；

丁腈胶粉                  6~12份；

调节剂                   13~25份；

填充剂                   30~60份，

各组分以重量份计。

2.根据权利要求1所述的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，其特征在于所述调节剂包括如下组分：

石墨                     5~10份；

焦炭                      5~7份；

三硫化二锑            2~5份；

氧化铝                    1~3份，

各组分以重量份计。

3.根据权利要求1所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，其特征在于所述填充剂包括如下组分：

碳酸钙                   20~40份；

长石粉                    5~10份；

精铁矿粉                   2~5份；

铬铁矿粉                   3~5份，

各组分以重量份计。

4.根据权利要求1所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片，其特征在于：所述脱蜡芦荟纤维粉为脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末。

5.根据权利要求1所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配料：按照比例配制脱蜡芦荟纤维粉、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈胶粉以及调节剂和填充剂原料；

（2）混料：将配制好的原料按重量份投入到高速搅拌机中，搅拌速度为650~700r/min，直至原料搅拌均匀；

（3）热压成型：采用热压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在热压机上热压固化，压力设定值为30～50MPa，热压温度为150～170℃，热压时间为10～15min；

（4）将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在100～200℃，保温时间6～10h，得到所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片。

6.根据权利要求5所述掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，其特征在于，所述脱蜡芦荟纤维粉的配制方法包括以下步骤：

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

7.根据权利要求5所述的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，其特征在于，所述腰果壳油改性酚醛树脂的配制方法包括以下步骤：

（1）将腰果壳油按用量加入酚醛树脂中，以硫酸作催化剂，在100～140℃下发生阳离子芳烷基化反应；

（2）脱水，直至软化点和硬化速度符合要求，得到棕红色透明固体；

（3）冷却为块状后粉碎，加入六亚甲基四胺，得到粉状所述腰果壳油改性酚醛树脂。

8.根据权利要求5所述的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，其特征在于，所述调节剂包括如下组分：

石墨                     5~10份；

焦炭                      5~7份；

三硫化二锑            2~5份；

氧化铝                    1~3份，

各组分以重量份计。

9.根据权利要求5所述的掺有芦荟纤维粉的轿车刹车片的制备方法，其特征在于，所述填充剂包括如下组分：

碳酸钙                   20~40份；

长石粉                    5~10份；

精铁矿粉                   2~5份；

铬铁矿粉                   3~5份，

各组分以重量份计。

10.一种脱蜡芦荟纤维粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。