CN105927688B - 石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘及制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘及其制造工艺，以聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维、陶瓷纤维为骨架材料，丁腈橡胶粉和硫酸钡为填充料，改性酚醛树脂为粘结剂经混料制成刹车盘原料，再经热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘；刹车盘原料各组分的重量百分比含量为：聚丙烯腈石墨化纤维0.5％～5％；聚丙烯腈碳纤维45％～65％；陶瓷纤维10％～25％；改性酚醛树脂15％～25％；丁腈橡胶粉0.5％～2％；硫酸钡0.5％～2％；本发明采用非金属材料制成的新型刹车盘，具有比重轻、热容量大、粘着力强、耐高温、摩擦系数稳定、耐磨性能好、机械性能强等优点，使用时刹车性能优异、不易变形磨损、无噪音。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车盘，尤其涉及一种适用于汽车、高速列车、飞机的制动系统使用的磨擦材料刹车盘。
背景技术
以汽车刹车盘为例，目前除了德国部分豪华车型赛车的刹车盘采用非金属材料外，其余国家的汽车刹车盘仍然采用合金铸铁材质，其是由灰口生铁、磷铁、锰铁、铬铁、锑、铜、石墨、轴承钢等经过合体熔化，采用离心浇铸而成。从原料组成可以看出其工艺配方复杂，浇铸时易产生气泡和夹渣，废品率较高。并且采用合金铸铁材质刹车盘会增加车身自重，浪费资源和能源；刹车时噪音大，振颤性强，尤其在山路滑坡行驶刹车时易产生火花，造成安全隐患。例如重庆开往泸州路段，由于山路崎岖、坡长、坡度大，公交车行驶途中刹车滑行造成合金铸铁摩擦系数降低，刹车不急时、不灵敏，致使交通事故频繁发生。
发明内容
本发明提供了一种石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘及制造工艺，采用非金属材料制成的新型刹车盘，具有比重轻、热容量大、粘着力强、耐高温、摩擦系数稳定、耐磨性能好、机械性能强等优点，使用时刹车性能优异、不易变形磨损、无噪音。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘，以聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维、陶瓷纤维为骨架材料，丁腈橡胶粉和硫酸钡为填充料，改性酚醛树脂为粘结剂经混料制成刹车盘原料，再经热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘；刹车盘原料中各组分的重量百分比含量为：
聚丙烯腈石墨化纤维 0.5％～5％：
聚丙烯腈碳纤维 45％～65％：
陶瓷纤维 10％～25％；
改性酚醛树脂,粒径为1000目以上 15％～25％；
丁腈橡胶粉 0.5％～2％；
硫酸钡 0.5％～2％；
石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量百分比称量刹车盘原料各组分，分别放置，备用；
2)将称量好的聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维浸泡于浓度为10％的磷酸溶液中，4个小时之后取出，剪成0.4～1毫米长的短纤维；
3)将称量好的陶瓷纤维弹成棉絮状，与步骤2)中制得的短纤维一同放入陶瓷罐内用研磨瓷球干混1个小时以上，研磨瓷球的直径规格为5～10mm和15～30mm两种，且加入的比例为1:3～5；
4)干混后的混合料倒入高速混料机里，再加入称量好的1000目以上的超细改性酚醛树脂粉，进行二次混料，高速搅拌15分钟后制成刹车盘原料；
5)采用步骤4)制成的刹车盘原料，经常规的热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘，再经检验合格后包装入库；产品性能指标为：
密度：2.6～2.8g/cm3；
冲击强度：≥3.5J/m2；
摩擦系数：0.3～0.5；
磨损率：0.04～0.15×10-7cm3/Nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用新材料、新配方、新工艺制作非金属刹车盘，与常规合金材料制成的刹车盘相比，最大的优越之处在于其本身密度小、摩擦性能好、磨损率低，并且可以承受瞬间产生的高温，代表了未来自动摩擦材料的研发方向；
2)所制成的刹车盘重量轻，有利于减轻设备整体重量，节能降耗；
3)刹车性能优异、耐高温、耐腐蚀，不易变形磨损，安全性高；
4)无噪音污染，提升驾驶舒适度。
具体实施方式
本发明所述石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘，以聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维、陶瓷纤维为骨架材料，丁腈橡胶粉和硫酸钡为填充料，改性酚醛树脂为粘结剂经混料制成刹车盘原料，再经热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘；刹车盘原料中各组分的重量百分比含量为：
聚丙烯腈石墨化纤维 0.5％～5％：
聚丙烯腈碳纤维 45％～65％：
陶瓷纤维 10％～25％；
改性酚醛树脂，粒径为1000目以上 15％～25％；
丁腈橡胶粉 0.5％～2％；
硫酸钡 0.5％～2％；
石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量百分比称量刹车盘原料各组分，分别放置，备用；
2)将称量好的聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维浸泡于浓度为10％的磷酸溶液中，4个小时之后取出，剪成0.4～1毫米长的短纤维；
3)将称量好的陶瓷纤维弹成棉絮状，与步骤2)中制得的短纤维一同放入陶瓷罐内用研磨瓷球干混1个小时以上，研磨瓷球的直径规格为5～10mm和15～30mm两种，且加入的比例为1:3～5；
4)干混后的混合料倒入高速混料机里，再加入称量好的1000目以上的超细改性酚醛树脂粉，进行二次混料，高速搅拌15分钟后制成刹车盘原料；
5)采用步骤4)制成的刹车盘原料，经常规的热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘，再经检验合格后包装入库；产品性能指标为：
密度：2.6～2.8g/cm3；
冲击强度：≥3.5J/m2；
摩擦系数：0.3～0.5；
磨损率：0.04～0.15×10-7cm3/Nm。
本发明所述刹车盘原料中各组分的性能及主要作用如下：
聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，热膨胀系数小等特性。真空状态下，材料在3670℃升华。
陶瓷纤维的导热率低，绝缘性能效果最好，重量轻，耐高温，体积密度76～128Kg/m3，隔音性能强(降低噪音污染)，化学稳定性高。
改性酚醛树脂是利用丁晴橡胶粉和硫酸钡对酚醛树脂粉进行改性，提高其热分解温度，增强制品韧性，从而改善纯酚醛树脂制品硬度较高，脆性较大，且热衰退较严重的缺陷。
采用聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维和陶瓷纤维是为了保证制品的稳定的摩擦系数、超高的强度及耐磨性，改性酚醛树脂则有较好的耐热性及润滑性。由于在苯环上有-CH、-CH2、-CH2OH等基团，当刹车片与刹车盘摩擦产生高温时材料也不发生分解。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
刹车盘原料各组成构成如表1所示：
表1
将聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维浸泡于浓度为10％的磷酸溶液中，4个小时之后剪成0.4～1毫米长；将陶瓷纤维弹成棉絮状，三者一同放入容积为15升的陶瓷罐里用研磨瓷球干混1个小时,所用研磨瓷球的直径规格为5～10mm和15～30mm，投放比例为1:3。
把混合料倒入高速混料机里，再加入超细改性酚醛树脂粉，进行二次混料，严控混炼时间，使其均匀分布，充分混合。本实施中，高速搅拌15分钟后，制得刹车盘原料。
采用常规工艺(热压、热处理、表面抛磨、钻孔)制造刹车盘。
经检验，刹车盘主要性能指标如表2所示：
表2
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘，其特征在于，以聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维、陶瓷纤维为骨架材料，丁腈橡胶粉和硫酸钡为填充料，改性酚醛树脂为粘结剂经混料制成刹车盘原料，再经热压、热处理、表面抛磨、钻孔工序制成刹车盘；刹车盘原料中各组分的重量百分比含量为：
聚丙烯腈石墨化纤维 0.5％～5％；
聚丙烯腈碳纤维 45％～65％；
陶瓷纤维 10％～25％；
改性酚醛树脂,粒径为1000目以上 15％～25％；
丁腈橡胶粉 0.5％～2％；
硫酸钡 0.5％～2％。
2.根据权利要求1所述的石墨化纤维、碳纤维、陶瓷纤维刹车盘的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量百分比称量刹车盘原料各组分，分别放置，备用；
2)将称量好的聚丙烯腈石墨化纤维、聚丙烯腈碳纤维浸泡于浓度为10％的磷酸溶液中，4个小时之后取出，剪成0.4～1毫米长的短纤维；
3)将称量好的陶瓷纤维弹成棉絮状，与步骤2)中制得的短纤维一同放入陶瓷罐内用研磨瓷球干混1个小时以上，研磨瓷球的直径规格为5～10mm和15～30mm两种，且加入的比例为1:3～5；
4)干混后的混合料倒入高速混料机里，再加入称量好的1000目以上的超细改性酚醛树脂粉，进行二次混料，高速搅拌15分钟后制成刹车盘原料；
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