CN105650176A - 摩擦材料、刹车片及刹车片制备方法 - Google Patents

Abstract

一种摩擦材料，以重量份数计，由以下原料制成：磁铁矿粉6-8、硫酸钡15-17、氧化铁黄2-4、云母粉4-6、白蛭石6-10、颗粒石墨2-5、煅烧焦炭10-14、轮胎粉1-3、黄铜纤维4-6、海泡石纤维7-9、喷胶岩棉7-11、纳凯夫纤维6-10、六钛酸钾晶须5-8、聚氨酯粉5-8、丁腈胶粉1-3。还公开了包含所述摩擦材料的刹车片及其制备方法，所述刹车片刹车力适中，刹车距离适中，性能平稳、可靠、舒适，磨损慢，不易划伤对偶盘面，不易产生噪音，基本没有高频、低频噪音。

Description

摩擦材料、刹车片及刹车片制备方法

技术领域

本发明涉及摩擦材料领域，更具体的说，涉及一种摩擦材料、刹车片及刹车片制备方法。

背景技术

摩擦材料是一种用途广泛的材料,具有合适的摩擦系数和耐磨损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足机械的传动与制动的所需性能要求，常用于各种制动、刹车部件，如闸瓦、刹车带、制动鼓、刹车鼓、刹车蹄中，或者动力传递设备如摩擦式离合器的摩擦副或某些自动变速箱的摩擦式离合机构中，工程机械设备如汽车、火车、飞机、石油钻机中，以及民用品如自行车、洗衣机中，大都有这类起到传动、制动作用的摩擦部件。

摩擦材料通常由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂三大类原料及其它配合剂，经系列加工制成。其中的粘结剂，通常为酚醛树脂、环氧树脂、丁腈橡胶等；其中的增强纤维，包括早期的石棉纤维（因致癌已淘汰）、金属纤维如钢纤维、铜纤维，以及非石棉类的无机纤维如玻璃纤维或陶瓷、矿物纤维，或者多种有机聚合物纤维，包括高强度、高性能的碳纤维和芳纶；其中的摩擦性能调节剂，包括碳黑、轻质碳酸钙、蛭石粉、重晶石粉、云母粉、刚玉粉、碳化硅粉、氮化硅粉等；其中的配合剂通常包括能够改善增强纤维、摩擦性能调节剂中的无机填充料的分散效果，以及与有机粘结剂结合强度的偶联剂或表面活性剂。

为提高摩擦材料的耐磨性并增大摩擦系数，摩擦材料中通常含有硬度较高的成分，如上所述的钢纤维、刚玉粉、碳化硅粉、氮化硅粉等，这些硬度较高的成分构成了摩擦面上的硬质质点，起到了提高摩擦材料的耐磨性并增大摩擦系数的作用，但使得所述摩擦材料对相应摩擦副的磨损作用有所增大，也易造成较大温升和产生噪音，这在有些应用方面是不利的。

另一方面，通常的摩擦材料还具有较高的表面硬度，一般为洛氏硬度80-120HRB，这有时会带来一些问题，比如摩擦过程中若有其它较硬颗粒卷进摩擦面之间，则不易通过在摩擦材料内形成滑伤痕迹而快速离开摩擦面，容易对摩擦副产生明显的划伤，而对摩擦副产生明显的划伤长时间多次累积下来，可能改变摩擦副的表面状态，从而可能造成摩擦力的明显改变，这在很多应用方面是不希望发生的。所述其它较硬颗粒包括来自外部环境或设备内部硬度较高的颗粒、碎屑。

但如果不采用适当的硬质质点和较高的表面硬度，耐磨性和摩擦系数又往往低于要求，因而，如何提供符合具体应用要求的不含硬质质点的低硬度低噪音低磨耗的摩擦材料，是本领域的技术难题。

进一步地，刹车片作为摩擦材料的一种主要应用，所用的摩擦材料通常硬度较高，一般为洛氏硬度80-120HRB，且含有较多的硬质质点，如钢纤维、刚玉、碳化硅、氮化硅颗粒，使用过程中容易产生噪音和高温，易划伤对偶盘面。刹车片使用过程中，若有其它较硬颗粒卷进摩擦面之间，则不易通过在摩擦材料内形成滑伤痕迹而快速离开摩擦面，从而容易对对偶盘面产生明显的划伤；而且普遍密度大，一般为2.0-2.3g/cm3，有时不利于设备的轻量化。所述刹车片不仅包括车辆制动所用的刹车片，还包括其它一些设备如洗衣机等需要摩擦制动的刹车片。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种摩擦材料。

本发明的目的之二在于提供一种用此摩擦材料制作的刹车片。

本发明的目的之三在于提供上述刹车片的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种摩擦材料，以重量份数计，由以下原料制成：

磁铁矿粉6-8份、硫酸钡15-17份、氧化铁黄2-4份、云母粉4-6份、白蛭石6-10份、颗粒石墨2-5份、煅烧焦炭10-14份、轮胎粉1-3份、黄铜纤维4-6份、海泡石纤维7-9份、喷胶岩棉7-11份、六钛酸钾晶须5-8份、纳凯夫纤维6-10份、聚氨酯粉5-8份、丁腈胶粉1-3份。

其中，白蛭石优选7-8份，颗粒石墨优选3-4份，煅烧焦炭优选12-13份。

其中，六钛酸钾晶须优选6-7份。

所述磁铁矿粉，100-300目，硬度适中，能够提高摩擦材料的综合摩擦性能，特别是对制动末速状态下的摩擦力有较大提升，能明显改善摩擦材料热衰退性能，调整高温摩擦系数，减少高温衰退，高温时起到清洁摩擦对偶、提高摩擦性能的作用。

所述硫酸钡，300-600目，硬度较低，具有相对的高温稳定性，并能减少磨损，有利于减少制动噪音。

所述氧化铁黄，300-600目，能提高摩擦材料的常温摩擦性能，并有着色作用。

所述云母粉，80-100目，质地较软，具有层状结构，层与层之间结和力弱，很容易滑动，对摩擦系数有调节作用，还具有减轻磨耗的作用。

所述白蛭石，直径0.3-1mm，质地较软，具有中空结构，密度很小，有很好的吸声性能，能够降低噪音或防止噪音的产生。

所述颗粒石墨，40-60目，是将石油焦炭加热至3000℃高温的产物,有发达的内孔，润滑度很好，具有提高耐磨性、减轻摩擦噪音的作用。

所述煅烧焦炭，60-80目，具有疏松的结构，能降低制动噪声。

所述轮胎粉，80-100目，能有效降低制品硬度，减少制动噪音。

所述的黄铜纤维粉，纤维直径80-100um，长度2-3mm，硬度适中，使摩擦材料具有较好的低温、高温耐磨性能，适当高的摩擦系数，以及较低的摩擦噪音，是本发明摩擦材料的主要摩擦成分。

所述海泡石纤维，纤维长度1.0-3.5mm，纤维直径3.0-8.0μm，是非石棉符合纤维，硬度适中，具有高的比表面积和孔隙度，有利于减少热衰退的程度，常温中温增摩效果明显。

所述喷胶岩棉优选短切喷胶硅酸铝纤维棉，纤维直径5-6um，长度5-9mm，是非石棉符合纤维，硬度适中，是摩擦材料的主体增强纤维。

所述纳凯夫纤维，灰白色针状纤维，纤维直径3-6um，长度200-1200um，非石棉符合纤维，是摩擦材料的主体增强纤维。

所述六钛酸钾晶须，针状晶体，直径0.2-1.0um，长度10-50um，硬度较低，摩擦过程中对能量具有反射作用，并可产生转移膜，保证刹车片摩擦系数的稳定性。

所述的聚氨酯粉，100-200目，优选脂肪族聚酯型聚氨酯粉，游离酚含量以1-3%，固化速度40-60s（150℃），流动距离40-80mm（125℃）,具有其极强的附着力、良好的光泽度,是本发明摩擦材料的主要粘结剂。

所述的丁腈胶粉，100-200目，丙烯腈含量为30-45%，优选35-42%，粘接强度高，并可使摩擦材料具有较好的韧性，提高制品的耐磨性、耐高低温性能。

本发明中，所述原料的目数为中国标准筛目。

本发明摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按配比称取摩擦材料的原料进行配料，置于混料机中，搅拌混合至均匀分散，时间8-12min；

(2)热压成型：取所需量的步骤（1）混合料，采用一次成型工艺进行热压，料上压力20-25MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160-170℃，下模170-190℃；

(3)硫化处理：处理温度为先130-140℃下3-4h，150-160℃下3-4h，再170-180℃下1-2h；

(4)切割磨削处理：切割至所需尺寸，磨削至要求程度。

优选地，在步骤（2）中，取所需量的步骤（1）混合料前，混合料快速预热到180℃，以便热压均匀。

本发明的刹车片包括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摩擦材料。

本发明的刹车片的制备方法，包括如下步骤：

(1)钢衬板制作：钢板切割、冲压，表面经涂装前处理；

(2)配料：按配比称取刹车片摩擦材料的原料进行配料，置于混料机中，搅拌混合至均匀分散，时间8-12min；

(3)热压成型：取所需量的步骤（2）混合料，采用热压一次成型工艺，热压到钢衬板上，压力设定为20-25MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160-170℃，下模170-190℃；

(4)硫化处理：处理温度为先130℃-140℃下3-4h，150℃-160℃下3-4h，再170℃-180℃下1-2h；

(5)磨削处理：采用圆盘磨，制品平行度为0.15-0.20mm，材料平面度为0.1-0.2mm；

(6)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂后130-150℃烘烤。

本发明利用六钛酸钾晶须在摩擦过程中对能量的反射作用和转移膜的产生,从而保证刹车片摩擦系数的稳定性，常规石棉摩擦材料在230℃时就会出现性能衰退现象，而六钛酸钾晶须在350℃时也不会出现性能衰减现象，仍然能够维持稳定的摩擦性能。噪音一直是所有摩擦材料厂商最难以解决的问题，六钛酸钾晶须由于其材料独特的分子结构使得它不断的形成位移膜，由它制成的摩擦材料或刹车片不仅无高频噪音，而且基本解决了低频噪音的问题，六钛酸钾化学性能稳定，无毒无害，不会伤及人类安全，不会污染环境。

所述的各种原料，其中磁铁矿粉、硫酸钡、氧化铁黄、云母粉、轮胎粉，是较细的粉料，颗粒较小，硬度较低；白蛭石、颗粒石墨、煅烧焦炭，是粗一些的粒料，颗粒大一些，较软或硬度较低，具有空心结构或发达的内孔；黄铜纤维、喷胶硅酸铝纤维棉、纳凯夫纤维，是较长的纤维，硬度也较低；海泡石纤维、六钛酸钾晶须，是较细的短纤维，硬度很低；聚氨酯粉、丁晴胶粉是粘结剂。所述各种原料，虽然不含有钢纤维、刚玉、碳化硅、氮化硅那样的硬质质点，但通过相互协同配合作用，尤其是六钛酸钾晶须在摩擦过程中对能量的反射作用和转移膜的产生，以及具有空心结构或发达的内孔的颗粒较大、硬度较低的白蛭石、颗粒石墨、煅烧焦炭，使所制成的摩擦材料既具有较低的表面硬度（洛氏硬度70HRB左右），也具有较高的耐磨性和适中的摩擦系数，对相应摩擦副的磨损作用较小，不易造成较大温升，不易划伤对偶面，无高频噪音，不易产生低频噪音，以及较高的高温摩擦稳定性。同时密度也较小（1.9-2.0g/cm3），有时这一点有利于设备的轻量化。

所述摩擦材料较低硬度（洛氏硬度70HRB左右）的特点，使其在应用过程中若有其它较硬颗粒卷进摩擦面之间，则易于通过在摩擦材料内形成滑伤痕迹而快速离开摩擦面，从而不易对摩擦副产生明显的划伤，而对摩擦副产生明显的划伤长时间多次累积下来，可能改变摩擦副的表面状态，从而可能造成摩擦力的明显改变，这在很多应用方面是不希望发生的。所述其它较硬颗粒包括来自外部环境或设备内部硬度较高的颗粒、碎屑。

本发明摩擦材料没有采用硬质质点，也达到了耐磨性和摩擦系数的要求，解决了本领域的一个技术难题。

本发明摩擦材料，可用于动力传递设备如摩擦式离合器的摩擦副或某些自动变速箱的摩擦式离合机构中，或者车辆、洗衣机等的摩擦制动部件中。

本发明含有六钛酸钾晶须的摩擦材料的刹车片，摩擦系数稳定，热衰退小，使用寿命长，不伤对偶盘面，刹车平稳、可靠、舒适，无高频噪音，不易产生低频噪音。尤其是，刹车过程中若有其它较硬颗粒如沙子卷进摩擦面之间时，硬颗粒易于通过在摩擦材料表面形成滑伤痕迹而离开摩擦面，从而不易对刹车盘面产生明显的划伤，所述刹车盘面上明显的划伤日积月累，一方面会加速对刹车片的磨损，一方面可能会造成刹车力的明显改变，这通常是不希望发生的。所述刹车片不仅包括车辆制动所用的刹车片，还包括其它一些设备如洗衣机等需要摩擦制动的刹车片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1-6

实施例1-6分别给出了本发明摩擦材料的原料组成，具体如表1所列，其中，各配料数值的单位为kg。

表1实施例1-6摩擦材料配方组成

实施例	1	2	3	4	5	6
							磁铁矿粉	6	6	7	7	8	8
硫酸钡	16	16	15	15	17	17
							氧化铁黄	2	3	4	4	3	2
云母粉	5	4	6	6	4	5
							白蛭石	8	7	6	9	10	6
颗粒石墨	2	3	4	2	3	5
							煅烧焦炭	11	10	14	12	13	11
轮胎粉	3	2	2	1	3	1
							黄铜纤维粉	4	6	6	4	5	4
海泡石纤维	8	9	7	7	9	8
							喷胶硅酸铝纤维棉	11	9	8	10	7	8
六钛酸钾晶须	8	7	6	7	5	8
							纳凯夫纤维	7	8	9	6	10	9
聚氨酯粉	8	5	7	8	5	7
							丁腈胶粉	3	3	2	2	1	1

实施例1-6中所用材料如下：

（1）磁铁矿粉：大冶旺平摩擦材料厂供应，200目。

（2）硫酸钡：佛山南海威亚摩擦材料有限公司供应，600目。

（3）氧化铁黄：湖南三环供应，600目。

（4）云母粉：佛山南海威亚摩擦材料有限公司供应，80目。

（5）白蛭石:广州华钛金属矿材料有限公司供应，直径0.3-1mm。

（6）颗粒石墨：河南内乡富康石墨厂生产，60目。

（7）煅烧焦炭：常州拓创摩擦材料有限公司供应，60目。

（8）轮胎粉：佛山南海威亚摩擦材料有限公司供应，80目。

（9）黄铜纤维粉：佛山南海威亚摩擦材料有限公司供应，纤维直径80-100um，长度2-3mm。

（10）海泡石纤维：广州华钛金属矿材料有限公司供应，纤维长度1.0-3.5mm，纤维直径3.0-8.0μm。

（11）喷胶硅酸铝纤维棉：常州丰润特种纤维公司供应，纤维直径5-6um，长度8mm。

（12）六钛酸钾晶须：唐山晶须复合材料制造有限公司供应，直径0.2-1.0um，长度10-50um。

（13）纳凯夫纤维：滁州三和纤维制造有限公司供应，纤维直径3-6um，长度200-1200um。

（14）脂肪族聚酯型聚氨酯粉：山东圣泉化工股份有限公司供应，200目，游离酚含量2%，固化速度60s（150℃），流动距离80mm（125℃）。。

(15)丁腈胶粉：江阴正邦化学品公司供应，丙烯腈含量为40%。

实施例1-6摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按配比称取摩擦材料的原料进行配料，置于混料机中，搅拌混合至均匀分散，时间10min；

(2)热压成型：步骤（1）的混合料快速预热到180℃，取所需量的混合料，采用一次成型工艺进行热压，料上压力20MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160℃，下模180℃，压成100X100X50mm的块；

(3)硫化处理：处理温度为先130℃下3h，150℃下3h，再180℃下2h；

(4)切割成50X10X6mm的小块，磨削至制品平行度0.15mm，材料平面度0.1mm。

所得摩擦材料的性能，如表2所列。

表2实施例1-6摩擦材料的使用效果

表2中，表面硬度按GB/T5766-2007摩擦材料洛氏硬度试验方法进行，为常温条件下的硬度；摩擦系数和磨损率按GB5763-2008汽车用制动器衬片相关试验方法进行；噪音情况是在摩擦系数和磨损率测试过程中，用噪音测试仪进行噪音检测，再根据结果情况进行的简单判断。

从表2可以看出，本发明摩擦材料的磨损率低，摩擦性能稳定，高温不衰退，具有良好的摩擦性能，没有摩擦噪音，尤其没有高频、低频噪音，同时密度也较小。

实施例7-12

采用实施例1-6摩擦材料的原料组成，依次制成实施例7-12的刹车片，用于具有通风盘刹车的某型号车辆，。

实施例7-12刹车片的制备方法，包括如下步骤：

(1)钢衬板制作：钢板切割、冲压，表面经涂装前处理；

(2)配料：按配比称取刹车片摩擦材料的原料进行配料，置于混料机中，搅拌混合至均匀分散，时间10min；

(3)热压成型：步骤（2）的混合料快速预热到180℃，取所需量的混合料，采用热压一次成型工艺，热压到钢衬板上，料上压力20MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160℃，下模180℃；

(4)硫化处理：处理温度为先130℃下3h，150℃下3h，再180℃下2h；

(5)磨削处理：采用圆盘磨，制品平行度为0.15mm，材料平面度为0.1mm；

(6)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂后135℃烘烤，得刹车片。

可以预计，实施例7-12的刹车片的摩擦材料部分，也依次分别具有表2所列实施例1-6摩擦材料的各项性能，磨损率很低，摩擦性能稳定，高温不衰退，具有良好的摩擦性能，基本没有摩擦噪声，同时密度也较小。

对比例

对比例的刹车片为所述测试车辆说明书推荐的某型号刹车片。表2也列出了对比例刹车片的测试结果，说明对比例刹车片密度略大、硬度较高，摩擦系数相近，但磨损率较高，还略有高频噪音。

实施例7-12、对比例的刹车片，分别安装在所述型号的车辆上进行测试，所述车辆沿固定线路每天运行500公里，各持续100天，测试情况表明，本发明的刹车片，刹车力适中，刹车距离适中，性能平稳、可靠、舒适，磨损慢，不易划伤通风盘面，不易产生噪音，基本没有高频、低频噪音，整体性能优于对比例的刹车片。尤其是，实施例7-12刹车片对应的通风盘表面上，划痕较少较浅，这在测试过程中每天都可以看到，说明车辆行使过程中不可避免带入刹车片与通风盘间的硬质颗粒如沙粒对通风盘面造成的划伤较少较轻微；而对比例刹车片对应的通风盘表面上，划痕较多较深，这在测试过程中每天也都可以看到，说明车辆行使过程中不可避免带入刹车片与通风盘间的硬质颗粒如沙粒对通风盘面造成的划伤较多较重。测试完成后拆下刹车片，发现实施例7-12刹车片残余厚度略大，说明磨损率略低；对比例的刹车片残余厚度略小，说明磨损率略高。

以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种摩擦材料，以重量份数计，由以下原料制成：磁铁矿粉6-8份、硫酸钡15-17份、氧化铁黄2-4份、云母粉4-6份、白蛭石6-10份、颗粒石墨2-5份、煅烧焦炭10-14份、轮胎粉1-3份、黄铜纤维4-6份、海泡石纤维7-9份、喷胶岩棉7-11份、纳凯夫纤维6-10份、六钛酸钾晶须5-8份、聚氨酯粉5-8份、丁腈胶粉1-3份。

2.如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于：白蛭石7-8份、颗粒石墨3-4份、煅烧焦炭12-13份。

3.如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于：六钛酸钾晶须6-7份。

4.如权利要求1所述的低硬度摩擦材料，其特征在于：所述聚氨酯粉为脂肪族聚酯型聚氨酯粉，游离酚含量以1-3%，固化速度40-60s（150℃），流动距离40-80mm（125℃）。

5.如权利要求1所述的低硬度摩擦材料，其特征在于：所述丁腈胶粉，丙烯腈含量为35-42%。

6.一种刹车片，包括背板和压制在所述背板上的摩擦材料，所述摩擦材料为如权利要求1-5所述任一摩擦材料。

7.如权利要求6所述刹车片的制备方法，包括如下步骤：

(1)钢衬板制作：钢板切割、冲压，表面经涂装前处理；

(2)配料：按配比称取刹车片摩擦材料的原料进行配料，置于混料机中，搅拌混合至均匀分散；

(3)热压成型：取所需量的步骤（2）混合料，采用热压一次成型工艺，热压到钢衬板上，料上压力20-25MPa，热压时间5分钟，热压温度上模160-170℃，下模170-190℃；

(4)硫化处理：处理温度为先130-140℃下3-4h，150-160℃下3-4h，再170-180℃下1-2h；

(5)磨削处理：采用圆盘磨，制品平行度为0.15-0.20mm，材料平面度为0.1-0.2mm；

(6)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂后130-150℃烘烤,得刹车片。

8.如权利要求7所述刹车片的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，取所需量的步骤（2）混合料前，混合料快速预热到180℃。