CN105909708A - 一种高性能纳米材料刹车片 - Google Patents
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Abstract
一种高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、无碱膨体玻璃纤维、芳仑纤维、陶瓷纤维、紫铜纤维、纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米铁酸钡、纳米氧化镁、硫酸钙晶须、钛酸钾晶须、鳞片石墨、腰果油摩擦粉、丁氰橡胶、锆英粉、PROMAXON®‑D硅酸钙颗粒、膨胀蛭石、氮化硼、三氧化钼、硼酚醛树脂、氨基硅烷、异丙醇、十二烷基硫酸钠。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
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纳米材料刹车片。
背景技术
在汽车的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件，随着现代科技的迅猛发展，像其它制动系统的部件一样，刹车片本身在近几年也在不断地发展和变化。
现有的刹车片主要分为：石棉型刹车片、“半金属”混合物型刹车片及无石棉有机物型刹车（NAO）；
石棉型刹车片：在石棉型刹车片的成分比例中，石棉占到40～60%，石棉纤维被摩擦材料自身固定后将不会对工作人员的健康造成危害，但是当石棉纤维伴随着制动摩擦形成制动尘埃而排放时，就可能成为一系列影响健康的根源；“半金属”混合物型刹车片：在刹车时帮助制动盘和制动鼓将热量从其表面上散发出去，热量被传递到制动钳及其组件上，刹车液受热后温度会上升，如果温度达到一定水平，将导致制动萎缩和刹车液沸腾，这种热量同时对制动钳、活塞密封圈及回位弹簧也有一定的影响，会加快这些组件老化，在制动维修时要重新装配制动钳及更换金属件；无石棉有机物型刹车：更接近石棉刹车片，但不像半金属刹车片那样具有良好的导热性和良好的高温可控性。
发明内容
本发明提供一种高性能纳米材料刹车片，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：一种高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，其特征是所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维8～10份、聚丙烯腈预氧化纤维8～15份、无碱膨体玻璃纤维6～10份、芳仑纤维4～6份、陶瓷纤维8～10份、紫铜纤维5～7份、纳米氧化铝5～7份、纳米二氧化硅6～10份、纳米氧化锌1～2份、纳米铁酸钡6～10份、纳米氧化镁5～6份、硫酸钙晶须15～17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、丁氰橡胶6～10份、锆英粉5～8份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9～12份、膨胀蛭石5～6份、氮化硼1.5～2份、三氧化钼1.5～2份、硼酚醛树脂17～18份、氨基硅烷2～3份、异丙醇0.5～1份、十二烷基硫酸钠0.2～0.5份。
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。摩擦材料组合物中多种新纤维材料、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。
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：该高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维10份（每份1000克，下同）、聚丙烯腈预氧化纤维8份、无碱膨体玻璃纤维10份、芳仑纤维4份、陶瓷纤维10份、紫铜纤维5份、纳米氧化铝7份、6份纳米二氧化硅、纳米氧化锌1份、纳米铁酸钡10份、纳米氧化镁5份、硫酸钙晶须17份、钛酸钾晶须3份、鳞片石墨7份、腰果油摩擦粉6份、丁氰橡胶10份、锆英粉5份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒12份、膨胀蛭石5份、氮化硼2份、三氧化钼1.5份、硼酚醛树脂18份、氨基硅烷2份、异丙醇1份、十二烷基硫酸钠0.2份。
将兑好的摩擦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：该高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维8份、聚丙烯腈预氧化纤维15份、无碱膨体玻璃纤维6份、芳仑纤维6份、陶瓷纤维8份、紫铜纤维7份、纳米氧化铝5份、纳米二氧化硅10份、纳米氧化锌2份、纳米铁酸钡6份、纳米氧化镁6份、硫酸钙晶须15份、钛酸钾晶须6份、鳞片石墨5.5份、腰果油摩擦粉8份、丁氰橡胶6份、锆英粉8份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9份、膨胀蛭石6份、氮化硼1.5份、三氧化钼2份、硼酚醛树脂17份、氨基硅烷3份、异丙醇0.5份、十二烷基硫酸钠0.5 份。
将兑好的摩擦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60分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
玄武岩纤维8～10份、聚丙烯腈预氧化纤维8～15份、无碱膨体玻璃纤维6～10份、芳仑纤维4～6份、陶瓷纤维8～10份、紫铜纤维5～7份、纳米氧化铝5～7份、纳米二氧化硅6～10份、纳米氧化锌1～2份、纳米铁酸钡6～10份、纳米氧化镁5～6份、硫酸钙晶须15～17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、丁氰橡胶6～10份、锆英粉5～8份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9～12份、膨胀蛭石5～6份、氮化硼1.5～2份、三氧化钼1.5～2份、硼酚醛树脂17～18份、氨基硅烷2～3份、异丙醇0.5～1份、十二烷基硫酸钠0.2～0.5份。
具体实施例三：该高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维9份、聚丙烯腈预氧化纤维12份、无碱膨体玻璃纤维8份、芳仑纤维5份、陶瓷纤维9份、紫铜纤维6份、纳米氧化铝6份、纳米二氧化硅9份、纳米氧化锌1.5份、纳米铁酸钡8份、纳米氧化镁5.5份、硫酸钙晶须16份、钛酸钾晶须5份、鳞片石墨6份、腰果油摩擦粉7份、丁氰橡胶8份、锆英粉7份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒11份、膨胀蛭石5.5份、氮化硼1.8份、三氧化钼1.8份、硼酚醛树脂17份、氨基硅烷2.3份、异丙醇0.8份、十二烷基硫酸钠0.5 份。
将兑好的摩擦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：
氨基硅烷为增粘剂，其导热性好，它具有两种功能团，即氨基和乙氧基；其中三个可水解基团（乙氧基），在反应中先水解生成硅醇，由于硅醇不稳定，极易与无机物或金属表面的羟基结合脱水，从而与无机物或金属结合起来；氨基上带有两个活泼氢可以和各种聚合物发生反应，从而通过化学键将不同性质的材料紧密的结合起来，使摩擦组合材料之间的结合更加的紧密,从而提高摩擦材料的稳定性。
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。
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。
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。
膨胀蛭石（40~120目）具有质量轻、耐磨、吸音、耐高温及高孔隙率，用来改善摩擦材料的高温性能和减震效果，使汽车制动更加平稳，增加乘坐的舒适感，其吸声系数在声音频率为100~4000Hz时，高达0.06~0.6，对降低噪音污染、保护环境起到了重大的作用；经高温加热后形成熟料作为填料加入摩擦材料，可起到增强剂、热稳定剂的作用。
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生产的高铝型（氧化铝≥65%）陶瓷纤维。
硼酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性和力学性能比普通酚醛树脂好得多，使材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能得以提高。
硫酸钙晶须（1～6μm，长径比≥30），集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，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。硫酸钙晶须制备的刹车片具有降低有机物在高温时的热分解造成的热衰退现象，其摩擦系数稳定，使用过程中制动舒适，无噪音产生，产品磨耗小。以上实施例中的硫酸钙晶须可以选用中国安徽省合肥健坤化工有限公司提供的硫酸钙晶须。
钛酸钾晶须可用作绝热材料，与石棉相比，磨耗量约减少32%。
鳞片石墨(60～80目)用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩擦系数。以上实施例中的鳞片石墨可以选用中国河南省内乡县道川石墨矿提供的含碳量为94.99%的鳞片石墨。
氮化硼具有润滑性好、热膨胀系数小,化学稳定性高等特点,尤其是它的热导率与不锈钢相当。
以上实施例中的碳化硅可以选用中国河南安阳佳鑫耐材有限公司提供的纯度为98.50%的黑碳化硅。
为了验证本发明的效果，按中国GB5763～1998国家标准，将实施例3制备的用于刹车片的环保型高性能摩擦材料组合物与日本某公司生产的无金属刹车片分别在定速摩擦实验机上进行试验，其结果如下：
验证结果表明：相比国外同类产品，采用本发明配方制备的用于刹车片的环保型高性能摩擦材料组合物，具有更好的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能。此外，对实施例1、2制备的陶瓷刹车片分别进行测试，均有着与实施例1相似的优异性能。
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宝马5系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，乘坐的舒适极佳。
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)
1.一种高性能纳米材料刹车片，包括钢背、摩擦块，其特征是所述摩擦块由下列重量份的组分配比制成：玄武岩纤维8～10份、聚丙烯腈预氧化纤维8～15份、无碱膨体玻璃纤维6～10份、芳仑纤维4～6份、陶瓷纤维8～10份、紫铜纤维5～7份、纳米氧化铝5～7份、纳米二氧化硅6～10份、纳米氧化锌1～2份、纳米铁酸钡6～10份、纳米氧化镁5～6份、硫酸钙晶须15～17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、丁氰橡胶6～10份、锆英粉5～8份、PROMAXON®-D硅酸钙颗粒9～12份、膨胀蛭石5～6份、氮化硼1.5～2份、三氧化钼1.5～2份、硼酚醛树脂17～18份、氨基硅烷2～3份、异丙醇0.5～1份、十二烷基硫酸钠0.2～0.5份。
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