CN105219347A - 一种混杂纤维摩擦材料及其制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混杂纤维制动摩擦材料，该材料的主要组份包括复合填料、硅酸铝纤维、钢纤维铜粉、石墨粉、氧化铝和硬脂酸锌，以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，与硅酸铝纤维和钢纤维经过混合搅拌、热压成型、热处理等制备工艺制得。通过试验测得该混杂纤维制动摩擦材料在不同温度下摩擦系数稳定、磨损率小、抗冲击性能优良，制动效果好、成本低。产品的性价比优于市面上的国内外品牌同类产品。

Description

一种混杂纤维摩擦材料及其制备
技术领域
本发明涉及一种多纤维混杂摩擦材料，特别是涉及到作为汽车摩擦制动装置、摩擦传动装置中多纤维混杂摩擦材料及其制备。
背景技术
制动摩擦材料是汽车制动器、离合器和摩擦传动装置中的关键材料，其性能直接关系着汽车运行的可靠性和稳定性。汽车工业的高速发展，以及安全、舒适和环保性能的要求进一步提高，对高性能制动材料的研制开发提出新的迫切要求。制动摩擦材料一方面要求要有高且稳定的制动力，即要求在广泛的温度范围内(-40～600℃)及速度、压力与环境改变的情况下摩擦系数保持稳定；另一方面要有良好的耐磨性以保证合适的使用寿命和制动稳定性；还应有良好的导热性、小振动、无噪声、对环境无污染和一定的高温机械强度。传统的石棉制动材料，由于石棉耐高温，强韧性较好，且来源丰富，价格低廉，成为当今制动材料中的重要组成部分。但石棉制动材料的热衰退性以及石棉毒害性而被许多国家严格限制生产和使用。早期简单使用钢纤维代替石棉的第一代半金属制动片，因金属的易锈蚀、高发热以及造价高、摩擦噪音等缺点，并未能完全取代石棉式制动材料。目前出现的许多混杂纤维增强制动摩擦材料，因其性能调控余地大、工艺简单、原材料获取方便而受到肯定。像钢纤维、玻璃纤维、克福拉(Kevlar)纤维、碳纤维、铜纤维、钛酸钾纤维、云母纤维、硅酸铝纤维、尼龙纤维等新纤维，为广泛开展混杂纤维摩擦材料的研究提供了原料选择余地。现在国产产品主要是石棉式制动片，市面上比较畅销的国外产品主要有日本和德国产品牌产品，性能比石棉式刹车制动片优良，但这些混杂纤维摩擦材料价格较贵，且摩擦系数也不够稳定，如何寻找适宜的廉价天然矿物原料作为添加剂和填料，进一步降低成本，改善性能，成为混杂纤维制动摩擦材料的进一步推广应用的关键因素。
专利CN1487005A提供了一种利用价格极为低廉的叶蜡石作为填料的混杂纤维制动摩擦材料，该材料的主要组份由叶蜡石粉、硅酸铝纤维、钢纤维、树脂、铜粉、石墨粉、氧化铝、硬脂酸锌组成，经过各组份配比、纤维预处理、混合搅拌、热压成型、热处理等制备工艺制得。该混杂纤维虽然在不同温度下摩擦系数温度且磨损率小，但其抗冲击性能不是很理想，还有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术中存在的混杂纤维的抗冲击性能不理想的问题，本发明提供了一种混杂纤维摩擦材料，其以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，与硅酸铝纤维和钢纤维混合制备混杂纤维摩擦材料。
为了达到上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种叶蜡石填料混杂纤维摩擦材料，该材料的主要组份由复合填料、硅酸铝纤维、钢纤维、铜粉、石墨粉、氧化铝和硬脂酸锌组成，各主要组分的重量份配比为：
其中，复合填料为碳酸钙粉末与丁基橡胶的组合物，碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为25～35:75～65。
复合填料的重量份可为13份、14份、15份或16份等；硅酸铝纤维的重量份可为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份或22份；钢纤维的重量份可为25份、27份、30份、31份、33份或35份等；铜粉的重量份可为5份、7份、10份或12份；石墨粉的重量份可为3份、4份或5份；氧化铝的重量份可为5份、6份、7份、8份、9份或10份等；硬脂酸锌的重量份可为1份、1.5份或2份等；碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比可为25:75、30:70或35:65等。
所述混杂纤维摩擦材料中以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，碳酸钙粉末因与丁基橡胶结合，易于纤维材料结合，且橡胶的粘力加大了粉末与混杂纤维摩擦材料其他材料的粘合，增加了材料的抗冲击性能。
优选地，所述材料的主要组份配比为复合填料15份、硅酸铝纤维15份、钢纤维30份、铜粉10份、石墨粉4份、氧化铝8份、硬脂酸锌1份，其中复合填料中碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为30:70。上述材料的配比可以使混杂纤维摩擦材料的综合性能达到最优。
本发明所述的混杂纤维摩擦材料生产方法如下：
1、纤维预处理。将硅酸铝纤维、钢纤维放置在烘箱内在120℃温度下烘干1小时，复合填料放置烘箱内在80℃温度下烘干0.5小时。
2、混合搅拌。采用高速旋转不小于1000rpm，内装有叶片和横筋的搅拌机，在纤维预处理后将原料按配比称量并在搅拌机内混合搅拌约4分钟，均匀搅拌后的混合材料外观呈一个个羊绒状的小团，在每个小团内，由硅酸铝纤维包裹缠绕着钢纤维，复合填料分布其中。
3、热压成型。将上述羊绒状的混合料用模具在160±5℃的温度和25±3Mpa压力下热压成型，热压保温时间10-15分钟，也可以根据制品的厚度按0.5-1min/mm确定。在热压开始的20-60秒，必须打开模腔，放气二到三次。
4、热处理。将热压成型后的制品在烘箱中半小时内升温到120℃，并保温半小时，然后15分钟以内升温到170℃，保温2-3小时，并保持烘箱通风，然后随炉降温冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，与硅酸铝纤维和钢纤维混合制备混杂纤维摩擦材料。所述混杂纤维摩擦材料中以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，碳酸钙粉末因与丁基橡胶结合，易于纤维材料结合，且橡胶的粘力加大了粉末与混杂纤维摩擦材料其他材料的粘合，增加了材料的抗冲击性能。其冲击强度可达6.5KJ/m2。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1：混杂纤维摩擦材料的制备
(1)纤维预处理：称取硅酸铝纤维15份、钢纤维30份放置在烘箱内在120℃温度下烘干1小时，复合填料(碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为30:70)放置烘箱内在80℃温度下烘干0.5小时。
(2)混合搅拌：采用高速旋转不小于1000rpm，内装有叶片和横筋的搅拌机，在纤维预处理后将原料按配比称量铜粉10份、石墨粉4份、氧化铝8份、硬脂酸锌1份，并在搅拌机内混合搅拌约4分钟，均匀搅拌后的混合材料外观呈一个个羊绒状的小团，在每个小团内，由硅酸铝纤维包裹缠绕着钢纤维，填料和树脂粉末复合填料分布其中。
(3)热压成型：将上述羊绒状的混合料用模具在160℃的温度和25Mpa压力下热压成型，热压保温时间13分钟。在热压开始的20-60秒，必须打开模腔，放气二到三次。
(4)热处理：将热压成型后的制品在烘箱中半小时内升温到120℃，并保温半小时，然后15分钟以内升温到170℃，保温2-3小时，并保持烘箱通风，然后随炉降温冷却，混杂纤维摩擦材料。
实施例2：
除步骤(1)称取硅酸铝纤维20份、钢纤维25份以及复合填料(碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为25:75)；步骤(2)中按配比称量铜粉5份、石墨粉3份、氧化铝5份、硬脂酸锌1.5份外，其他步骤均与实施例1中相同。
实施例3：
除步骤(1)称取硅酸铝纤维22份、钢纤维35份以及复合填料(碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为35:65)；步骤(2)中按配比称量铜粉12份、石墨粉5份、氧化铝10份、硬脂酸锌2份外，其他步骤均与实施例1中相同。
对比例：
专利CN1487005A中的实施例1。
对实施例1-3和对比例中制备得到混杂纤维摩擦材料分别在100℃、200℃和300℃等不同摩擦表面温度下进行摩擦系数和磨损率性能测定试验，并用冲击试验机进行冲击强度测试，测试结果如表1所示。
表1
综合上述结果可以看出，本发明以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，与硅酸铝纤维和钢纤维混合制备混杂纤维摩擦材料。所述混杂纤维摩擦材料中以碳酸钙粉末和丁基橡胶的混合物作为复合填料，碳酸钙粉末因与丁基橡胶结合，易于纤维材料结合，且橡胶的粘力加大了粉末与混杂纤维摩擦材料其他材料的粘合，增加了材料的抗冲击性能，其冲击强度可达6.5KJ/m2，且具有良好的摩擦稳定性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种混杂纤维摩擦材料，主要组份由复合填料、硅酸铝纤维、钢纤维、铜粉、石墨粉、氧化铝和硬脂酸锌组成，其特征在于，该材料各主要组分的重量份配比为：
其中，复合填料为碳酸钙粉末与丁基橡胶的组合物，碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为25～35:75～65。
2.根据权利要求1所述的混合纤维摩擦材料，其特征在于：所述材料的主要组份配比为复合填料15份、硅酸铝纤维15份、钢纤维30份、铜粉10份、石墨粉4份、氧化铝8份、硬脂酸锌1份，其中复合填料中碳酸钙粉末与丁基橡胶的重量比为30:70。
3.权利要求1或2所述的混杂纤维摩擦材料的生产方法，其特征在于：
(1)纤维预处理。将硅酸铝纤维、钢纤维放置在烘箱内在120℃温度下烘干1小时，复合填料放置烘箱内在80℃温度下烘干0.5小时。
(2)混合搅拌。纤维预处理后，将原料按配比称量后，在搅拌机内混合，使搅拌后的混合材料外观呈一个个羊绒状的小团，在每个小团内，由硅酸铝纤维包裹缠绕着钢纤维，复合填料分布其中。
(3)热压成型。将上述羊绒状的混合料用模具在160℃±5℃的温度和25±3Mpa压力下热压成型，热压保温时间10-15分钟，在热压开始的20-60秒，必须打开模腔，放气二到三次。
(4)热处理。将热压成型后的制品在烘箱中半小时内升温到120℃，并保温半小时，然后15分钟以内升温到170℃，保温2-3小时，并保持烘箱通风，然后随炉降温冷却。
4.根据权利要求3所述的混合纤维摩擦材料的生产方法，其特征在于：将原料按配比称量后在搅拌机内混合搅拌约4分钟。
5.根据权利要求3或4所述的叶蜡石填料混合纤维摩擦材料的生产方法，其特征在于：采用高速旋转不小于1000rpm，内装有叶片和横筋的搅拌机。
6.根据权利要求3-5任一项所述的叶蜡石填料混合纤维摩擦材料生产方法，其特征在于：所述的热压保温时间可根据制品的厚度按0.5-1min/mm确定。
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