CN105715720B - 一种环保型双层复合结构刹车片 - Google Patents

Abstract

一种环保型双层复合结构刹车片，包括钢背、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层及摩擦层构成，所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：PROMAXON®D硅酸钙、SiC有机硅改性酚醛树脂、氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、异丙醇、锆英粉、多壁碳纳米管、十二烷基硫酸钠、聚丙烯腈预氧化纤维、丁氰橡胶；所述摩擦层由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、无碱膨体玻璃纤维、陶瓷纤维、硫酸钙晶须、钛酸钾晶须、石墨烯、腰果油摩擦粉、鳞片铝粉、碳化钽、硅酸锆、纳米氧化锌、三氧化钼、SiC有机硅改性酚醛树脂。本发明具有绿色环保，抗高温热衰退性能好，耐磨性能良好，摩擦系数稳定，使用寿命长等特点。

Description

一种环保型双层复合结构刹车片

技术领域

本发明属于汽车零部件领域，尤其是涉及一种环保型双层复合结构刹车片。

背景技术

在汽车工业快速发展的今天，车辆的安全、环保尤为重要，人们对汽车刹车片的新要求不断提高。汽车刹车片在工作时通过承受外来压力，产生摩擦，使车辆达到减速的目的。因此，刹车片的材料的耐磨和耐热性能十分重要。此外，现在我们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质，包括锑、铬、镉、铜、钡、铜等重金属。汽车在每次刹车过程中，就有少量的重金属粉尘释放并积累在环境中造成危害。如镉化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或肾脏中，对人体肾脏、肝脏造成危害。硫酸钡对环境有危害，对大气可造成污染。含铜粉尘进入环境后可以对鱼类造成生物毒害。而锑对环境的危害也不小，刹车片中含有大量的重金属锑，有的刹车片含量可以达到4-5%，尤其对水体环境会造成长期不良影响。早在1979年，锑就进入了美国环保部的优先控制污染物名单，2002年美国地质调查局就发现，由于刹车片会随着车辆的使用而持续损耗，造成锑持续不断地进入环境中。日本研究者也发现，城市空气中的微小颗粒物就含有大量的锑，其中的一个主要来源就是刹车片。

2007年，中国环保部颁布的《展览会用地土壤环境质量评价标准》中，把锑在土壤中的含量作为一个评价标准，规定锑的含量不得高于12mg/kg（A级）和82mg/kg（B级）。

2013年，据《新京报》报道，北京密云县大辛庄村段一片上百亩的杨树林里出现了二三十个大坑，大量废弃刹车片被倾倒其中，结果大坑周边数十米内寸草不生，原有的杨树朝向坑的一面全都裂开巴掌大的口子，像被硫酸泼过的面孔。这个案例造成的影响是深远地，因此不能不引起汽车零部件制造商的重视，我们必须在保证刹车片性能的前提下，找到更加安全，有效和环保的摩擦材料来替代重金属，以顺应人类对环境保护日益严格的要求。

发明内容

本发明提供一种环保型双层复合结构刹车片，用以解决现有技术中导热性差、边角易脆裂、热衰退、磨损性高等技术问题。

为了解决以上技术问题,本发明所采取的技术方案是：一种环保型双层复合结构刹车片，包括钢背、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层及摩擦层构成，其特征是所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：5～7份PROMAXON®D硅酸钙、5～6份SiC有机硅改性酚醛树脂、1～2份氧化镁、0.1～0.2份纳米氧化锌、1～2份纳米氧化铝、0.2～0.3份异丙醇、0.5～0.8份锆英粉、1～2份多壁碳纳米管、0.2～0.8 份十二烷基硫酸钠、3～5份聚丙烯腈预氧化纤维、2～3份丁氰橡胶；

所述摩擦层由下列重量份的组分配比制成：7～9份芳仑纤维、6～7份聚丙烯腈预氧化纤维、2～4份无碱膨体玻璃纤维、5～7份陶瓷纤维、15～17份硫酸钙晶须、16～18份钛酸钾晶须、5～8份石墨烯、3～5份腰果油摩擦粉、3～5份鳞片铝粉、1～2份碳化钽、6～8份硅酸锆、0.5～0.8份纳米氧化锌、1～2份三氧化钼、9～12份SiC有机硅改性酚醛树脂构成。

本发明具有绿色环保，抗高温热衰退性能好，耐磨性能良好，摩擦系数稳定，使用寿命长等特点。本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。并且配方中没有重金属物质，对环境非常友好。粘接隔热层起着固定摩擦层、提高摩擦层强度、隔离高温的作用，并且非常有利于摩擦层材料的性能的发挥。摩擦层中多种新纤维材料、尤其以芳仑纤维、预氧化纤维、石墨烯、碳化钽的复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会协同作用而形成快速散热、稳定摩擦系数、减少刹车片形变等高性能。工作过程中，刹车片形成更加优异的摩擦层和转移膜，使得小汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，刹车过程对刹车盘无损伤。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进一步详细阐述：

具体实施例一：

如图1所示，该多层复合结构的刹车片，包括钢背3、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层2及摩擦层1构成，所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：

5份PROMAXON®D硅酸钙（每份1000克，下同）、5份SiC有机硅改性酚醛树脂、2份氧化镁、0.2份纳米氧化锌、2份纳米氧化铝、0.3份异丙醇、0.8份锆英粉、2份多壁碳纳米管、0.8 份十二烷基硫酸钠、3份聚丙烯腈预氧化纤维、3份丁氰橡胶；

摩擦层由下列重量份的组分配比制成：7份芳仑纤维、7份聚丙烯腈预氧化纤维、3份无碱膨体玻璃纤维、10份陶瓷纤维、17份硫酸钙晶须、18份钛酸钾晶须、8份石墨烯、3份腰果油摩擦粉、5份鳞片铝粉、2份碳化钽、8份硅酸锆、0.8份纳米氧化锌、2份三氧化钼、11份SiC有机硅改性酚醛树脂。

将按粘接隔热层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持30分钟，最后取出坯片备用；将按摩擦层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，与坯片复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持60分钟，除去毛刺即成为成品。

具体实施例二：如图1所示，该多层复合结构的刹车片，包括钢背3、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层2及摩擦层1构成，所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：

7份PROMAXON®D硅酸钙、4份SiC有机硅改性酚醛树脂、1份氧化镁、0.1份纳米氧化锌、1份纳米氧化铝、0.2份异丙醇、0.5份锆英粉、1份多壁碳纳米管、0.2份十二烷基硫酸钠、5份聚丙烯腈预氧化纤维、2份丁氰橡胶；

摩擦层由下列重量份的组分配比制成：9份芳仑纤维、6份聚丙烯腈预氧化纤维、2份无碱膨体玻璃纤维、8份陶瓷纤维、15份硫酸钙晶须、16份钛酸钾晶须、7份石墨烯、4份腰果油摩擦粉、3份鳞片铝粉、1份碳化钽、6份硅酸锆、0.5份纳米氧化锌、1份三氧化钼、10份SiC有机硅改性酚醛树脂。

将按粘接隔热层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持30分钟，最后取出坯片备用；将按摩擦层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，与坯片复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持60分钟，除去毛刺即成为成品。

具体实施例三：如图1所示，该多层复合结构的刹车片，包括钢背3、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层2及摩擦层1构成，所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：

6份PROMAXON®D硅酸钙、4份SiC有机硅改性酚醛树脂、1.5份氧化镁、0.15份纳米氧化锌、1.8份纳米氧化铝、0.22份异丙醇、0.7份锆英粉、1.8份多壁碳纳米管、0.5 份十二烷基硫酸钠、4份聚丙烯腈预氧化纤维、1.6份丁氰橡胶；

摩擦层由下列重量份的组分配比制成：8份芳仑纤维、6.5份聚丙烯腈预氧化纤维、3份无碱膨体玻璃纤维、6份陶瓷纤维、16份硫酸钙晶须、17份钛酸钾晶须、7份石墨烯、4份腰果油摩擦粉、4份鳞片铝粉、1.6份碳化钽、7份硅酸锆、0.7份纳米氧化锌、1.7份三氧化钼、11份SiC有机硅改性酚醛树脂。

将按粘接隔热层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持30分钟，最后取出坯片备用；将按摩擦层配方混合的材料倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状组合物，然后取出该材料组合物放入成形模具内压制成形，与坯片复合后放入平板硫化机于高温500℃，压力为35MPa的条件下保持60分钟，除去毛刺即成为成品。

上述各实施例所选用材料说明：

PROMAXON®-D硅酸钙颗粒（美国化学文摘服务社（CAS）登记号 PROMAXON®-D:1344-95-2 ）是一种高孔隙率的硅酸钙产品，PROMAXON®-D由欧洲比利时Promat国际公司生产，荷兰LAPINUS纤维有限公司是其全球摩擦材料市场唯一的代理商。通过其特殊的结晶工艺和稳定控制的晶体成长，其白色颗粒形成多孔高渗透率球形状态。由于PROMAXON®-D颗粒外部密度高而坚实，而且在热塑期间受到诸如干混合性剪切时，其形状保持不变。使用PROMAXON®-D可明显提高噪音性能。其热衰退低，恢复性能良好，高速状态下制动性能不降低，汽车刹车灵敏，无噪音，舒适性能良好，反复制动后不出现制动萎缩现象。

SiC有机硅改性酚醛树脂高温下不易分解，耐高温性能好。具有良好的阻燃性、绝缘性、粘结性和热稳定性。

聚丙烯腈预氧化纤维转具有半导体电阻值的吡啶环梯形结构，其耐热性、抗燃性和导电性等相比普通的均有所提高。

碳纳米管无论是强度还是韧性，都远远优于任何纤维。

石墨烯具有极高导热系数, 在摩擦层中嵌入石墨烯可使得摩擦层局部热点温度大幅下降。

芳仑纤维具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解、不融化。采用芳仑纤维制成的刹车片具有良好的耐热性和抗剪、抗弯强度，制动效果好等特点。

陶瓷纤维采用优质硅酸铝纤维经过短切加工而成的人造矿物纤维。具有重量轻、环保、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动、抗拉抗折强度高等优点，可以大大提高摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。以上实施例中的陶瓷纤维可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司提供的高铝型（氧化铝≥65%）陶瓷纤维。

钛酸钾晶须通常用K2O.nTiO2表示其组成，n=1,2,4,6,8，它们在结构和性能上差异显著，其中以六钛酸钾晶须的使用价值最大。以上实施例选用的六钛酸钾晶须对摩擦过程中能量的反射和能量的缓慢传递，致使刹车片的温度升高缓慢，保持了摩擦系数的稳定性，也减小了磨损量，从而提高了刹车片的使用寿命。六钛酸钾晶须的刹车片，在机动车刹车过程中，能够使刹车片的摩擦系数不发生大的变化，尤其是长时间刹车过程中，不会因为刹车时导致刹车片温度的升高引起刹车片的失效或“抱死”，从而提高了刹车片使用过程中的安全性能。以上实施例中的硫酸钙晶须可以选用中国上海晶须复合材料制造有限公司提供的六钛酸钾晶须。

重晶石选用500～600目的重晶石粉末。

腰果油摩擦粉即腰果壳油摩擦粉，由腰果壳油加工而成。可改善刹车片中无机纤维、颗粒的界面结合状况，同时能控制磨损，提供保护，防止温度进一步升高。在300℃以上高温运行时，刹车片摩擦系数稳定，热胀极小，刹车时不会产生“抱死”现象。

鳞片铝粉（40～80目）比较柔软、比重轻。在摩擦材料中起到稳定摩擦系数和降低磨损的作用。在摩擦过程中金属铝的熔化吸收了大量的热能，起到了散热的作用；并且不伤盘，可延长刹车系统的使用寿命。以上实施例中的鳞片铝粉可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司提供的鳞片铝粉。

硅酸锆的折射率高1.93-2.01，化学稳定性能好，能显著改善摩擦层的结合性能，提高摩擦层硬度。

碳化钽为浅棕色金属状立方结晶粉末，用于摩擦材料，可以降低刹车片的扩散磨损，进一步提高刹车片的使用性能。以上实施例选用立方相碳化钽。

对比例1：按重量比将芳仑纤维2份、轮胎粉(60～80目)1.8份、重质氧化镁5份、紫铜纤维8份、红蛭石5.6份、陶瓷纤维8.5份、磁铁矿3份、酚醛树脂7份、硫酸钙晶须13份、钛酸钾16.5份、重晶石(500～600目)11份、石墨1.7份、鳞片石墨4份、腰果油摩擦粉6.5份、煅烧石油焦碳6份放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出，放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

对比例2：按重量比将丁晴橡胶粉5%、轮胎粉(60～80目)2%、鳞片石墨5%、泡沫铁粉8%、酚醛树脂12%、粉碎型钢纤维10%、氧化铝纤维3.5%、紫铜纤维9%、腰果油摩擦粉5%、石墨颗粒2%、煅烧石油焦碳2%、重晶石(500～600目)9.3%、铬铁矿粉(300～350目)3%、磁铁矿粉2.5%、硅藻土(500～600目)4%、喷胶硅酸铝纤维9%、鳞片铝粉3.4%、二硫化钼3%、硬脂酸锌0.4%、硫化锑1%、硫化铜0.9%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出，再放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

为了验证本发明的效果，按中国GB5763-1998国家标准，对实施例1～3和对比例1～2制备的刹车片分别进行检测，其结果如下：

检测结果表明：虽然本发明中没有加入或大大减少了诸如铜、铬等重金属的使用量，但通过新配方的设计，使得本发明配方制备的刹车片的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能与对比例1或2相当，因而环保效果显著。

将具体实施例一、二、三及刹车片进行对比测试，结果如下：

为了进一步验证本发明效果，发明人将本发明制备的刹车片安装在德国宝马X5SUV车上进行刹车制动试验，经过五名驾驶员（驾龄均在15年以上）反复制动，均确认本发明制备的刹车片灵敏,制动平稳，同时无噪音，脚感舒适。

最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种环保型双层复合结构刹车片，包括钢背、刹车片本体，其刹车片本体由粘接隔热层及摩擦层构成，其特征是所述粘接隔热层由下列重量份的组分配比制成：5～7份PROMAXON®D硅酸钙、5～6份SiC有机硅改性酚醛树脂、1～2份氧化镁、0.1～0.2份纳米氧化锌、1～2份纳米氧化铝、0.2～0.3份异丙醇、0.5～0.8份锆英粉、1～2份多壁碳纳米管、0.2～0.8 份十二烷基硫酸钠、3～5份聚丙烯腈预氧化纤维、2～3份丁氰橡胶；

所述摩擦层由下列重量份的组分配比制成：7～9份芳仑纤维、6～7份聚丙烯腈预氧化纤维、2～4份无碱膨体玻璃纤维、5～7份陶瓷纤维、15～17份硫酸钙晶须、16～18份钛酸钾晶须、5～8份石墨烯、3～5份腰果油摩擦粉、3～5份鳞片铝粉、1～2份碳化钽、6～8份硅酸锆、0.5～0.8份纳米氧化锌、1～2份三氧化钼、9～12份SiC有机硅改性酚醛树脂构成。