CN105909706B - 一种高性能三元复合刹车片 - Google Patents
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Abstract
一种高性能三元复合刹车片，所述刹车片本体由预摩擦区域、主摩擦区域、散热区域构成；预摩擦区域具有合适的摩擦系数，制动性能好并且不划伤刹车盘，预摩擦区域位于刹车片本体的最前方，通过一定程度的磨损，形成优异的摩擦层和转移膜，起到了良好的预摩擦作用，为主摩擦区域高效工作打下基础。主摩擦区域采用多种新纤维材料的复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会因相互牵扯作用而产生高性能。在刹车的过程中，最高温度能达到380度，刹车片不会改变它的摩擦系数与磨损率，急刹车不会出现龟裂。散热区域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，其耐温性能好，有良好的热稳定性和较低的热传导力，满足了刹车片的高耐磨、高速化、安全化等技术要求。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件领域，尤其是涉及一种高性能三元复合刹车片。
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。含铜粉尘进入环境后可以对鱼类造成生物毒害。硫酸钡对环境有危害，对大气可造成污染。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
本发明提供一种高性能三元复合刹车片，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：一种高性能三元复合刹车片，包括钢背、刹车片本体，其特征是所述刹车片本体由预摩擦区域、主摩擦区域、散热区域构成；所述预摩擦区域由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维8～10份、硼酚醛树脂7～8份、陶瓷纤维7～8份、聚丙烯腈预氧化纤维8～15份、丁氰橡胶6～10份、硫酸钙晶须15～17份、重晶石15～17份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、锆英粉5～8份；
所述主摩擦区域由下列重量份的组分配比制成：PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9～12份、电熔氧化镁5～6份、电熔氧化锆0.2～0.3份、芳仑纤维4～6份、陶瓷纤维8～10份、轮胎粉2～2.5份、膨胀蛭石5～6份、钛酸钾晶须3～6份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、纳米氧化铝5～7份、氮化硼1.5～2份、三氧化钼1.5～2份、氨基硅烷2～3份、碳纳米管1～2份、硼酚醛树脂6～10份；
所述散热区域由下列重量份的组分配比制成：煅烧石油焦碳6～8份、磁铁矿4～5份、纳米氧化锌0.5～0.7份、异丙醇0.5～1份、硫酸钙晶须15～17份、石墨烯3～6份、硼酚醛树脂5～7份、鳞片铝粉5～7份、泡沫铁粉6～10份、十二烷基硫酸钠0.2～0.8 份。
本发明具有强度高、耐温性强、制动噪音小、性能稳定、使用寿命长等特点。
本发明预摩擦区域具有合适的摩擦系数，制动性能好并且不划伤刹车盘，预摩擦区域位于刹车片本体的最前方，通过一定程度的磨损，形成优异的摩擦层和转移膜，起到了良好的预摩擦作用，为主摩擦区域高效工作打下基础。主摩擦区域采用多种新纤维材料的复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会因相互牵扯作用而产生高性能。其摩擦系数高、制动性能好，具有良好的摩擦增强性和稳定性，处于高温时仍具有优异的性能。在刹车的过程中，最高温度能达到380度，刹车片不会改变它的摩擦系数与磨损率，急刹车不会出现龟裂。散热区域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，其耐温性能好，有良好的热稳定性和较低的热传导力，满足了刹车片的高耐磨、高速化、安全化等技术要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明进一步详细阐述：
具体实施例一：如图1所示，该高性能三元复合刹车片，包括钢背10、刹车片本体，其特征是所述刹车片本体由预摩擦区域1、主摩擦区域2、散热区域3并列构成。
其中预摩擦区域由玄武岩纤维8份(每份1000克，下同）、硼酚醛树脂7份、陶瓷纤维7份、聚丙烯腈预氧化纤维8份、丁氰橡胶6份、硫酸钙晶须15份、重晶石15份、鳞片石墨5.5份、腰果油摩擦粉6份、锆英粉5份构成；
所述主摩擦区域由下列重量份的组分配比制成：
主摩擦区域由PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9份、电熔氧化镁5份、电熔氧化锆0.2份、芳仑纤维4份、陶瓷纤维8份、轮胎粉2份、膨胀蛭石5份、钛酸钾晶须3份、鳞片石墨5.5份、腰果油摩擦粉6份、纳米氧化铝5份、氮化硼1.5份、三氧化钼1.5份、氨基硅烷2份、碳纳米管1份、硼酚醛树脂6份；
散热区域由煅烧石油焦碳6份、磁铁矿4份、纳米氧化锌0.5份、异丙醇0.5份、硫酸钙晶须15份、石墨烯6份、硼酚醛树脂5份、鳞片铝粉5份、泡沫铁粉6份、十二烷基硫酸钠0.2份构成。
将三个区域材料兑好后分别倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的三份粉末状组合物，然后取出各材料组合物对应放入三个成形模具内压制成形，再放入主模具内组合在一起后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60分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
具体实施例二：如图1所示，该高性能三元复合刹车片，包括钢,10、刹车片本体，其特征是所述刹车片本体由预摩擦区域1、主摩擦区域2、散热区域3构成；预摩擦区域由玄武岩纤维10份、硼酚醛树脂8份、陶瓷纤维8份、聚丙烯腈预氧化纤维15份、丁氰橡胶10份、硫酸钙晶须17份、重晶石17份、鳞片石墨7份、腰果油摩擦粉8份、锆英粉8份构成；
主摩擦区域由PROMAXON®-D硅酸钙颗粒10份、电熔氧化镁6份、电熔氧化锆0.3份、芳仑纤维6份、陶瓷纤维10份、轮胎粉2.5份、膨胀蛭石6份、钛酸钾晶须6份、鳞片石墨7份、腰果油摩擦粉8份、纳米氧化铝7份、氮化硼2份、三氧化钼2份、氨基硅烷3份、碳纳米管2份、硼酚醛树脂10份；
散热区域由煅烧石油焦碳8份、磁铁矿5份、纳米氧化锌0.7份、异丙醇1份、硫酸钙晶须17份、3份石墨烯、硼酚醛树脂7份、鳞片铝粉7份、泡沫铁粉10份、十二烷基硫酸钠0.8份构成。
将三个区域材料兑好后分别倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的三份粉末状组合物，然后取出各材料组合物对应放入三个成形模具内压制成形，再放入主模具内组合在一起后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60分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
具体实施例三：如图1所示，该高性能三元复合刹车片，包括钢背10、刹车片本体，其特征是所述刹车片本体由预摩擦区域1、主摩擦区域2、散热区域3构成；预摩擦区域由玄武岩纤维9份、硼酚醛树脂8份、陶瓷纤维7.5份、聚丙烯腈预氧化纤维14份、丁氰橡胶7份、硫酸钙晶须16份、重晶石16份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7份、锆英粉6份构成；
主摩擦区域由PROMAXON®-D硅酸钙颗粒10份、电熔氧化镁5.5份、电熔氧化锆0.23份、芳仑纤维5份、陶瓷纤维9份、轮胎粉2.2份、膨胀蛭石5.2份、钛酸钾晶须4份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7份、纳米氧化铝6份、氮化硼1.7份、三氧化钼1.6份、氨基硅烷2.2份、碳纳米管1.5份、硼酚醛树脂7份；
散热区域由煅烧石油焦碳7份、磁铁矿5份、纳米氧化锌0.6份、异丙醇1份、硫酸钙晶须16份、石墨烯5份、硼酚醛树脂6份、鳞片铝粉6份、泡沫铁粉8份、十二烷基硫酸钠0.5份构成。
将三个区域材料兑好后分别倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的三份粉末状组合物，然后取出各材料组合物对应放入三个成形模具内压制成形，再放入主模具内组合在一起后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60分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
上述各实施例所选用材料说明：
玄武岩纤维不仅稳定性好，而且还具有抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能；此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
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。
锆英粉有类玻璃性质，在高温工况下不易刮伤对偶，应用效果略胜一筹。
聚丙烯腈预氧化纤维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。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。
硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。
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。
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、碳纳米管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%、碳纳米管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。
将具体实施例1、2、3及对比例1、2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七系小车上进行刹车制动试验，经过三名驾驶员（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)
1.一种高性能三元复合刹车片，包括钢背、刹车片本体，其特征是所述刹车片本体由预摩擦区域、主摩擦区域、散热区域构成；所述预摩擦区域由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维8～10份、硼酚醛树脂7～8份、陶瓷纤维7～8份、聚丙烯腈预氧化纤维8～15份、丁腈橡胶6～10份、硫酸钙晶须15～17份、重晶石15～17份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、锆英粉5～8份；
所述主摩擦区域由下列重量份的组分配比制成：PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9～12份、电熔氧化镁5～6份、电熔氧化锆0.2～0.3份、芳仑纤维4～6份、陶瓷纤维8～10份、轮胎粉2～2.5份、膨胀蛭石5～6份、钛酸钾晶须3～6份、鳞片石墨5.5～7份、腰果油摩擦粉6～8份、纳米氧化铝5～7份、氮化硼1.5～2份、三氧化钼1.5～2份、氨基硅烷2～3份、碳纳米管1～2份、硼酚醛树脂6～10份；
所述散热区域由下列重量份的组分配比制成：煅烧石油焦炭 6～8份、磁铁矿4～5份、纳米氧化锌0.5～0.7份、异丙醇0.5～1份、硫酸钙晶须15～17份、石墨烯3～6份、硼酚醛树脂5～7份、鳞片铝粉5～7份、泡沫铁粉6～10份、十二烷基硫酸钠0.2～0.8 份。
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