CN105972132A - 一种青檀皮纤维增强环保型刹车片 - Google Patents
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Abstract
一种青檀皮纤维增强环保型汽车刹车片，采用丁腈橡胶改性酚醛树脂作为粘结剂，以青檀皮纤维，间位芳纶纤维，陶瓷纤维作为增强材料，并加入碳化硅增磨材料，软性泡沫铁粉，鳞片铝粉，炭黑作为摩擦性能调节剂，来改善和提高刹车片的摩擦性能。该刹车片的主要性能指标已达到国家有关标准，是新一代环保型汽车刹车片。本发明经过多次正交试验得到最优的配方体系和加工工艺，所制备的青檀皮纤维增强环保型汽车刹车片，具有产品强度高，摩擦性能稳定，重量轻，成本低，环保无污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制动用刹车片，具体涉及一种青檀皮纤维增强环保型刹车片。
背景技术
随着汽车向载重化和高速化发展，人们对汽车的摩擦制动材料的性能要求越来越高。除高速、重载、安全可靠、乘坐舒适、操作方便等外，开发出污染少、噪音低、不产生或少产生摩擦粉尘的绿色环保型摩擦材料，控制对环境的污染己逐渐成为人们行车及生活的首要要求。
经过多年对各种天然纤维的潜心研究发现，以天然作为增强纤维制备摩擦材料,可以有效降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，不产生或少产生有害的摩擦粉尘,符合现代环保要求,代表目前摩擦材料的发展方向。
天然纤维具有较高的强度，可以满足力学性能，而且天然纤维来源广泛，可再生，绿色无毒，产量巨大。天然纤维的加入，可以降低材料的密度、减小其磨损量，但同时也会降低材料的摩擦系数。如果将天然纤维与增强适当的基体混合可以制成完全降解的摩擦材料，这种材料将获得巨大的市场空间。目前，采用天然纤维改性以及结构仿生等技术可以大幅调高天然纤维与基体的相容性和均一性，提高摩擦材料的性能。
青檀皮纤维是一种在我国使用历史悠久的天然纤维，在古代经常被用于编制绳索、造纸等；在现代，青檀皮纤维又被开发应用于制备复合材料、弹性材料等新领域。青檀在我国栽种范围广泛，、纤维剥取简单且来源充足。青檀皮纤维长度在1.7～3.7cm之间，长宽比为80，强度高，尤其是纤维规整度好，即有 80%纤维长度十分接近，用于复合材料时均匀度好。具有价廉质轻、比强度、比模量高、拉伸强度高、耐摩擦性好等优良特性。
目前国内汽车刹车片的发展还停留在注重制动效果与安全性的阶段，没有发展到注重舒适性、环保性的阶段。但现代汽车正朝着高性能、高速度、安全舒适等方向发展，这就要求作为汽车重要组成部分的制动系统必须安全可靠，同时必须不断开发新的刹车材料以满足更严格的要求，天然纤维增强刹车片必然成为今后的一个发展趋势。
发明内容
本发明的目的是针对现有半金属刹车片的缺点而提供的一种产品强度高，摩擦性能稳定，重量轻，成本低，环保无污染的青檀皮纤维增强环保型刹车片。
本发明的实现方法如下：
为实现本发明的目的，青檀皮纤维增强环保型高性能刹车片的主要组分如下：青檀皮纤维，间位芳纶纤维，陶瓷纤维，丁腈橡胶改性酚醛树脂，硅烷偶联剂，碳化硅增磨材料，软性泡沫铁粉，鳞片铝粉，炭黑，石英粉，硅酸铝空心球，硫酸钙晶须。
本发明提供的青檀皮纤维增强环保型高性能汽车刹车片的制备工艺，具体工艺设备及生产方案如下：
工艺设备：立轴式高速混料机，转速800～1000转/分，南通奥普机械工程有限公司生产，每次可混料约1kg；刹车片配方研究专用热压机，型号JFY50，吉林大学机电设备研究所制造；恒温干燥箱，型号DHG一9070A，上海齐新科学有限公司生产。
工艺流程：配料→计量→混料→注射→热压→热处理→磨平面→开槽→表面高温处理→喷漆→质检→印标→包装→入库。
刹车片的加工和填充过程如下：
1.配料：将树脂、纤维、填料按照配方的比例在自动配料系统中进行配料，自动加料，计量，排料；
2.混料：经过配比称重好的物料倒入到混料机中，混料机采用犁耙式混料机，混料时间约为20Min；
3.注射：经过混料后的物料，呈流动胶体状态，将胶体状态的物料加入到注射装置中，向压制模具中注射，采用的注射机为螺杆旋转注射机。
刹车片的压制过程如下：
1. 压制模具中充满胶状摩擦材料混合物后，利用锁模装置将压制模具锁紧；
2. 在压制过程中，保持热压温度在180℃左右，热压压力为45～60MPa，保压时间为25～30Min；
3. 压制完成后对其进行保温处理,在150℃下保温3～5小时,在150℃下保温1小时,在180℃下保温2小时，随炉温冷却；
4. 将制备好的摩擦材料按照所需的刹车片摩擦块的尺寸切割，将摩擦块和钢背放在模具中压制成型；
5. 经过压制后的刹车片，要经过热处理工序处理，热处理温度为160℃～190℃，热处理时间为2.5～3h，然后随炉冷却；
6. 将热处理后的刹车片，用刀具对周边的溢料和毛刺进行处理，根据技术要求进行钻孔，磨削内弧、外弧以及倒角，打印标记，检验。
本发明采用的天然增强纤维是青檀皮纤维，青檀皮纤维断裂强度较高，纤维均匀度好，韧性较好。
青檀皮纤维使用前要经过化学预处理：将2～3年生青檀茎皮放入pH4-5的果胶酶溶液中，温度35±5℃，浸泡时间为3±0.5小时；然后将经过酶处理的青檀茎皮用蒸馏水冲洗后，置于2%NaOH中在80～85℃温度下煮25±5min，取出用蒸馏水洗净，青檀皮纤维可分离成完整的纤维。经本发明处理的青檀茎皮能分离成完整、清晰的纤维。
间位芳纶纤维采用美国杜邦公司的芳纶长纤维为原料，采用特殊工艺加工成绒状纤维，再研磨原纤化，使其表面呈蓬松的毛羽状，沿纤维轴向排列许多微原纤，形成很大的表面积，具有良好的吸附性，可很好的与树脂及填料湿润。还可以可提高材料的摩擦稳定性，降低磨损量，还可以改善摩擦材料存在着易伤对偶、热衰退率和硬度等缺点。
本发明中采用的无机增强纤维是常州市耀邦刹车片厂生产的陶瓷纤维。陶瓷纤维采用优质硅酸铝纤维（高铝型），经过短切加工而成的人造矿物纤维，其在刹车片中的作用如下：硬度低，能很好的吸收刹车片因制动而发出的噪音；具有良好的耐高温性能，极低的导热系数，它附于刹车片表面能有效的降低刹车片中其他低温材料的热衰退性和膨胀性，提高了刹车片在制造和使用过程中的稳定性。
本发明专利中使用的粘合剂为丁腈橡胶改性酚醛树脂。丁腈橡胶改性酚醛树脂是以丁腈橡胶粉为改性剂制备的新型改性酚醛树脂，可以使制得的刹车片磨耗低、抗冲击强度高、硬度和摩擦系数适中，高温下抗热衰退明显的提高，且加工热膨胀和热龟裂小。
本发明专利中使用的偶联剂为硅烷偶联剂。
本发明专利中使用的摩擦性能调节剂为碳化硅增磨材料，软性泡沫铁粉，鳞片铝粉，炭黑。
碳化硅是经过精细加工的优质增摩料，其莫氏硬度为9，仅次于金刚石，高温性能特别稳定，即使在较高的温度下，它能保持非常好的摩擦系数，在配方中添加一定量的碳化硅组分，能有效的降低摩擦材料高温制动的衰退性。
强力泡沫铁粉是将低碳钢铁粉在高温下加入发泡剂，制得具有大量表面微孔及结构疏松的颗粒。由于其表面富含微孔，有利于对树脂材料在其上的渗透与吸附，与之形成网络镶嵌结构，显著提高摩擦片的整体粘结强度；另外其具有大量的表面微孔和疏松的内部结构，使它能够有效地吸收摩擦噪音，并使刹车变得平和、柔顺，不易刮伤对偶。本专利使用的强力泡沫铁粉粒度40～120，堆密度2～2.5 g/ cm³。
鳞片铝粉采用纯度高的熟铝为原料加工而成，用于各类刹车片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。其粒度为60目～80目，松密度1.2～1.5g/cm3。
炭黑为卡博特炭黑，加速扩散制动过程中产生的热量，炭黑也可以对摩擦材料进行补强，以帮助保持摩擦材料的完整性，并延长它们的使用寿命，同时可以保持摩擦稳定性、颜色均匀性，以增强耐磨性并减少制动噪音。
本发明专利中使用填料为石英粉，硅酸铝空心球，硫酸钙晶须。
石英粉系中性无机填料，容易掺和、质纯色白，颗粒度均匀，与酚醛树脂混合浸润性好。
硅酸铝空心球由含硅酸铝成分颗粒，熔点1600～1700度，经分段加热膨胀而成得闭孔小球，内部有很多孔穴，在摩擦材料应用中具有吸收噪音，吸附性强的特点，硅酸铝空心球具有硬度低，比重轻，颗粒度好。
硫酸钙晶须是纤维状单晶体，具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、价廉等诸多优良的理化性能，作为增韧补强材料，是所有晶须产品中质量最好的新型晶须材料。与石英粉、硅酸铝空心球为混合填料，并加入少量硅烷偶联剂，与改性酚醛树脂混合，其粘接强度、韧性、耐热性、阻燃 性、耐磨性能都有很大提高。本发明专利中使用硫酸钙晶须的指标：长度80-120um，长径比40：60，直径5～6um，熔点：800以上。
具体实施方式
青檀皮纤维增强环保型汽车刹车片采用丁腈橡胶改性酚醛树脂作为粘结剂，以青檀皮纤维，间位芳纶纤维，陶瓷纤维作为增强材料，并加入碳化硅增磨材料，软性泡沫铁粉，鳞片铝粉，炭黑作为摩擦性能调节剂，来改善和提高刹车片的摩擦性能。该刹车片韧性好、强度高、稳定性好，其主要性能指标已达到国家有关标准，是新一代环保型汽车刹车片。
本发明经过多次试验得到的的最佳配方比例为：
| 序号 | 名称 | 比例 |
| 1 | 青檀皮纤维 | 10% |
| 2 | 间位芳纶纤维 | 4% |
| 3 | 陶瓷纤维 | 14% |
| 4 | 丁腈橡胶改性酚醛树脂 | 11% |
| 5 | 硅烷偶联剂 | 3.5% |
| 6 | 碳化硅增磨材料 | 2.5% |
| 7 | 软性泡沫铁粉 | 5% |
| 8 | 鳞片铝粉 | 4% |
| 9 | 炭黑 | 3% |
| 10 | 石英粉 | 16% |
| 11 | 硅酸铝空心球 | 12% |
| 12 | 硫酸钙晶须 | 15% |
刹车片的加工和填充过程如下：
1.配料：将树脂、纤维、填料按照配方的比例在自动配料系统中进行配料，自动加料，计量，排料；
2.混料：经过配比称重好的物料倒入到混料机中，混料机采用犁耙式混料机，混料时间约为20Min；
3.注射：经过混料后的物料，呈流动胶体状态，将胶体状态的物料加入到注射装置中，向压制模具中注射，采用的注射机为螺杆旋转注射机。
刹车片的压制过程如下：
1. 压制模具中充满胶状摩擦材料混合物后，利用锁模装置将压制模具锁紧；
2. 在压制过程中，保持热压温度在180℃左右，热压压力为45～60MPa，保压时间为25～30Min；
3. 压制完成后对其进行保温处理,在150℃下保温3～5小时,在150℃下保温1小时,在180℃下保温2小时，随炉温冷却；
4. 将制备好的摩擦材料按照所需的刹车片摩擦块的尺寸切割，将摩擦块和钢背放在模具中压制成型；
5. 经过压制后的刹车片，要经过热处理工序处理，热处理温度为160℃～190℃，热处理时间为2.5～3h，然后随炉冷却；
6. 将热处理后的刹车片，用刀具对周边的溢料和毛刺进行处理，根据技术要求进行钻孔，磨削内弧、外弧以及倒角，打印标记，检验。
本发明经过多次正交试验得到最优的配方体系和加工工艺，在最优工艺条件下所制备的青檀皮纤维增强环保型汽车刹车片，具有产品强度高，耐热性好，重量轻，摩擦性能稳定，制动距离短，环保无污染。
Claims (2)
1.一种青檀皮纤维增强环保型刹车片，其特征在于：其配方中各组分的质量比例为青檀皮纤维10%，间位芳纶纤维4%，陶瓷纤维14%，丁腈橡胶改性酚醛树脂11%，硅烷偶联剂3.5%，碳化硅增磨材料2.5%，软性泡沫铁粉5%，鳞片铝粉4%，炭黑3%，石英粉16%，硅酸铝空心球12%，硫酸钙晶须15%。
2.一种青檀皮纤维增强环保型刹车片的制备方法，其特征在于青檀皮纤维的脱胶处理工艺为：先将2～3年生青檀茎皮放入pH 4-5的果胶酶溶液中，温度35±5℃，浸泡时间为3±0.5小时；然后将经过酶处理的青檀茎皮用蒸馏水冲洗后，置于2%NaOH中在80～85℃温度下煮25±5min，取出用蒸馏水洗净。
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