CN106190024B

CN106190024B - 一种摩擦片材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106190024B
Application number: CN201610496239.1A
Authority: CN
Inventors: 谢剑云; 胡宏; 王善南
Original assignee: Ningbo Ltd By Share Ltd
Current assignee: Ningbo Ltd By Share Ltd
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: CN106190024A

Abstract

本发明涉及一种摩擦片材料及其制备方法，所述摩擦片材料的骨架为碳化硅增强铝基复合材料，摩擦层为多纤维增强的高分子复合材料。所述制备方法包括：将原料混合，然后加入助剂和填料，采用温压工艺，得到摩擦片材料；其中，温压工艺的温压温度为90～100℃。本发明的方法工艺简单，易操作；所述摩擦片材料的摩擦性能优异，抗冲击性能强。

Description

一种摩擦片材料及其制备方法

技术领域

本发明属于摩擦材料领域，特别涉及一种摩擦片材料及其制备方法。

背景技术

摩擦材料是用于各种运输工具及机器设备的制动器、离合器以及摩擦传动装置中的制动材料。这些制动装置是利用摩擦材料的摩擦性能将动能转化为热能和其它形式的能量消耗掉，从而使转动装置制动。摩擦材料一般由矿物为主的无机材料与有机材料复合而成的，其中高分子聚合物为黏结剂、纤维状的有机和无机组份为增强材料，粉体状的矿物和有机材料为填料，这些组份经过复合、固化和加工而制成具有制动功能的材料，被广泛应用在汽车、火车、农用车辆、飞机、船舰、石油钻机、矿山机械及各类工程机械设备以及自行车、洗衣机等生活用品方面，是动力的传递或制动减速用不可或缺的材料。

由于石棉摩擦材料存在环境问题、同时其性能已经不能满足现代汽车工业和社会发展的需求，石棉基摩擦材料已经淡出人们的视野。先后相继推出了半金属摩擦材料、代用纤维增强或聚合物粘结摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、复合纤维摩擦材料等。

二十世纪80年代中期至今，是盘式制动器和新型摩擦片大发展并得到工业化生产、大规模应用的时期。此期间汽车工业急速向高速、重载、舒适、安全、节能、环保、轻量化方向发展，制动系统得到了不断改进和完善。汽车普遍采用前盘后鼓式制动，而现代社会对安全和环保的要求越来越高，因此摩擦材料工业不得不加速新型摩擦材料的开发应用工作，全面提高摩擦材料的综合性能。为了满足一系列更新更苛刻的要求，几类无石棉型汽车摩擦材料经过一段时间试用后，表明还不同程度地存在着一些缺点：如半金属型摩擦材料，因其钢纤维容易锈蚀，易粘着或损伤对偶材料；由于其导热率高，容易使自身材料与钢基板(钢背)间粘结剂分解，甚至剥离；摩擦热引起制动器密封圈的软化与制动液的“气阻现象”，甚至引起制动失灵；在低速和刚开始制动时产生频率为100～300Hz的低频噪声，并伴随出现车身震颤。因此必须针对这些问题加以完善和改进。而代用纤维增强摩擦材料和复合纤维摩擦材料，也有不足之处：玻璃纤维增强摩擦材料，有的制造工艺复杂，有的浸润性不佳；复合纤维摩擦材料生产成本过高。随后相继诞生了第二代和第三代半金属型摩擦材料，如低导热率、低噪声的半金属型摩擦材料等。

我国环保法规定从2003年10月1日起汽车制动摩擦材料中应不含有石棉，这对我国摩擦材料行业提出了新的挑战和迫切任务，使我国汽车制动摩擦材料行业从过去依靠进口发展到引进国外先进技术和自行设计、研制、生产无石棉摩擦材料，但与国外相比仍存在较大的差距，主要表现在技术含量低，技术力量薄弱，生产工艺落后，设备陈旧，生产效率低；低水平重复建设，导致生产能力超低，供求关系失衡；价格失调，市场混乱；检测手段不全，生产不稳定，产品质量得不到保证，经济效益差；产品结构单一，新产品开发能力弱等。

近几年我国的汽车销售量以每年高于100％的速度递增，汽车制动摩擦材料行业以18％的增长率发展，汽车刹车片的产量以33％的速度增长。汽车工业的高速发展带动汽车制动摩擦材料的市场需求，轻、中型汽车在行驶10000～12000公里后期刹车片被磨蚀约50％时即需要全套更换。随着车辆向高速、高效、节能、轻量化方向发展，摩擦材料呈现出多元化的发展趋势，相继开发出了多种类型的新型汽车制动摩擦材料。国外无石棉摩擦材料研究较多且最成功的是钢纤维和玻璃纤维增强的摩擦材料。

制动时干摩擦接触物体间的摩擦力增大，使摩擦接触表面的瞬问摩擦系数增大，在制动力作用下接触比压增加，瞬间温度突然升高，接触表面出现局部凸起点“粘着”与“分离”，引起摩擦特性发生变化，接触面比压的增大而使摩擦材料磨损增加，因而摩擦副各构件间相对位置发生变化，从而出现振动，在高速强制制动时，这种振动尤为剧烈。摩擦振动与摩擦材料的硬度、气孔率、粘弹性、摩擦系数——温度关系曲线、摩擦系数——速度关系曲线等参数有关。

摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：

1、应具有较稳定的摩擦系数，且随温度，单位压力和滑磨速度的变化小；

2、要有足够的耐磨性，尤其在高温时仍然耐磨；

3、要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应满足要求；

4、热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦；

5、磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面；

6、油水对摩擦性能的影响应尽量小；

7、结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦片材料及其制备方法，该方法工艺简单，易操作；所述摩擦片材料的摩擦性能优异，抗冲击性能强。

本发明的一种摩擦片材料，所述摩擦片材料的骨架为碳化硅增强铝基复合材料，摩擦层为多纤维增强的高分子复合材料。

所述碳化硅增强铝基复合材料中碳化硅的加入量为碳化硅增强铝基复合材料全部质量的5～25％。

纳米二氧化钛和A1₂O₃复合改性的酚醛树脂的改性工艺：用纳米二氧化钛和A1₂O₃复合改性酚醛树脂。

所述多纤维增强的高分子复合材料为天然纤维素纤维3-12％、矿物纤维35-65％、玻璃纤维5-15％、碳纤维1-5％和铜纤维2-7％共同复合增强的纳米二氧化钛和A1₂O₃复合改性的酚醛树脂；其中，酚醛树脂的加入量为5-12％；百分数为质量百分数，基数为摩擦层的全部质量。

所述多纤维增强的高分子复合材料为用多纤维增强、纳米二氧化钛和A1₂O₃复合改性酚醛树脂与各种填料和助剂组成的复合材料。

本发明的摩擦片材料的制备方法，包括：

将原料混合，然后加入助剂和填料，采用温压工艺，得到摩擦片材料；其中，温压工艺的温压温度为90～100℃。

所述助剂及其加入量为：硬脂酸0.1-2％、硅石粉3-16％，固化剂3-15％，防老剂0.1-2％，橡胶8-15％，硫化延缓剂0.1-2％，二硫化钼4-18％。(百分数为质量百分数，基数为摩擦层材料的质量)

所述填料及其加入量为：重晶石、碳化硅、碳酸钙和氧化铝作为增摩类填料：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸钙25％、氧化铝35％；滑石粉和石墨作为减摩类填料：滑石粉40％，石墨60％；所述百分数为质量百分数。重晶石、碳化硅、碳酸钙和氧化铝作为增摩类填料填料，其质量之和为摩擦层全部质量的1～14％；滑石粉和石墨作为减摩类填料，其质量之和为摩擦层全部质量的2～18％。

所述防老剂为N-苯基-N`-环己基对苯二胺；硫化延缓剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰胺。

所述摩擦片材料：

摩擦系数在0.35～0.50的范围之间，摩擦磨损率在0.16～0.86的范围之间；

冲击强度性能，摩擦材料的冲击强度≥3.5kJ·cm^-2；

硬度性能测试硬度60HRL～105HRL。

有益效果

本发明的方法工艺简单，易操作；所述摩擦片材料的摩擦性能优异，抗冲击性能强。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

骨架为碳化硅增强铝基复合材料，碳化硅的加入量为碳化硅增强铝基复合材料全部质量的12％。摩擦层为多纤维增强的高分子复合材料：采用纳米二氧化钛和Al₂O₃改性的酚醛树脂；各物质及其加入量：酚醛树脂的加入量为7％，天然纤维素纤维4％、矿物纤维48％、玻璃纤维4％、碳纤维2％和铜纤维3％共同复合增强，其他组分为硬脂酸1％、硅石粉7％，固化剂4％，防老剂(N-苯基-N`-环己基对苯二胺)0.5％，橡胶7％，硫化延缓剂(N-环己基硫代邻苯二甲酰胺)0.6％，二硫化钼5.1％，填料选用重晶石、碳化硅、碳酸钙、氧化铝等作为增摩类填料，加入量为2.8％；滑石粉和石墨为减摩类填料，加入量为4％；上述百分数均为质量百分数，基数为摩擦层材料的质量。所述增摩类填料中各组分的质量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸钙25％、氧化铝35％；减摩类填料中各组分的质量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。

采用温压工艺：温压温度为98℃±5℃。

所得摩擦片材料的摩擦系数为0.45，摩擦磨损率为0.43。

冲击强度性能，摩擦材料的冲击强度3.8J·cm^-2。

硬度：89HRL。

实施例2

骨架为碳化硅增强铝基复合材料，碳化硅的加入量为碳化硅增强铝基复合材料全部质量的12％。摩擦层为多纤维增强的高分子复合材料：采用纳米二氧化钛和Al₂O₃改性的酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为7％，天然纤维素纤维5％、矿物纤维40％、玻璃纤维9％、碳纤维4％和铜纤维5％共同复合增强，其他组分为硬脂酸1％、硅石粉6％，固化剂3％，防老剂(N-苯基-N`-环己基对苯二胺)0.5％，橡胶7％，硫化延缓剂(N-环己基硫代邻苯二甲酰胺)0.6％，二硫化钼5.1％，填料选用重晶石、碳化硅、碳酸钙、氧化铝等作为增摩类填料，加入量为2.8％；滑石粉和石墨为减摩类填料，加入量为4％；上述百分数均为质量百分数，基数为摩擦层材料的质量。所述增摩类填料中各组分的质量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸钙25％、氧化铝35％；减摩类填料中各组分的质量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。

采用温压工艺：温压温度为98℃±5℃。

所得摩擦片材料的摩擦系数为0.47，摩擦磨损率为0.43。

冲击强度性能，摩擦材料的冲击强度3.9J·cm^-2。

硬度：98HRL。

实施例3

骨架为碳化硅增强铝基复合材料，碳化硅的加入量为12％。采用纳米二氧化钛改性的酚醛树脂，酚醛树脂的加入量为4％，天然纤维素纤维3％、矿物纤维49％、玻璃纤维5％、碳纤维3％和铜纤维4％共同复合增强，其他组分为硬脂酸1％、硅石粉10％，固化剂3％，防老剂(N-苯基-N`-环己基对苯二胺)0.5％，橡胶6％，硫化延缓剂(N-环己基硫代邻苯二甲酰胺)0.6％，二硫化钼4.6％，填料选用重晶石、碳化硅、碳酸钙、氧化铝等作为增摩类填料，加入量为3％；滑石粉和石墨为减摩类填料，加入量为3.3％；上述百分数均为质量百分数，基数为摩擦层材料的质量。所述增摩类填料中各组分的质量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸钙25％、氧化铝35％；减摩类填料中各组分的质量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。

采用温压工艺：温压温度为98℃±5℃。

所得摩擦片材料的摩擦系数为0.48，摩擦磨损率为0.37。

冲击强度性能，摩擦材料的冲击强度3.9J·cm^-2。

硬度：96HRL。

Claims

1.一种摩擦片材料，其特征在于，所述摩擦片材料的骨架为碳化硅增强铝基复合材料，摩擦层为多纤维增强的高分子复合材料；多纤维增强的高分子复合材料为由天然纤维素纤维3-12％、矿物纤维35-65％、玻璃纤维5-15％、碳纤维1-5％和铜纤维2-7％共同增强并且采用纳米二氧化钛和A1₂O₃复合改性的酚醛树脂及填料和助剂组成的复合材料；其中，酚醛树脂的加入量为5-12％；所述助剂及其加入量为：硬脂酸0.1-2％、硅石粉3-16％，固化剂3-15％，防老剂0.1-2％，橡胶8-15％，硫化延缓剂0.1-2％，二硫化钼4-18％；其中，百分数为质量百分数，基数为摩擦层的全部质量；所述填料及其加入量为：重晶石、碳化硅、碳酸钙和氧化铝作为增摩类填料，其质量之和为摩擦层全部质量的1～14％；滑石粉和石墨作为减摩类填料，其质量之和为摩擦层全部质量的2～18％。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦片材料，其特征在于，所述碳化硅增强铝基复合材料中碳化硅的加入量为碳化硅增强铝基复合材料全部质量的5～25％。

3.一种如权利要求1所述的摩擦片材料的制备方法，包括：

将原料混合，然后加入助剂和填料，采用温压工艺，得到摩擦片材料；其中，温压工艺的温压温度为90～100℃；所述助剂及其加入量为：硬脂酸0.1-2％、硅石粉3-16％，固化剂3-15％，防老剂0.1-2％，橡胶8-15％，硫化延缓剂0.1-2％，二硫化钼4-18％；其中，百分数为质量百分数，基数为摩擦层的全部质量；所述填料及其加入量为：重晶石、碳化硅、碳酸钙和氧化铝作为增摩类填料，其质量之和为摩擦层全部质量的1～14％；滑石粉和石墨作为减摩类填料，其质量之和为摩擦层全部质量的2～18％。

4.根据权利要求3所述的一种摩擦片材料的制备方法，其特征在于，所述防老剂为N-苯基-N`-环己基对苯二胺；硫化延缓剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰胺。

5.根据权利要求3所述的一种摩擦片材料的制备方法，其特征在于，所述增摩类填料的各组分的质量百分数分别为：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸钙25％、氧化铝35％；所述减摩类填料的各组分的质量百分数分别为：滑石粉40％，石墨60％。