CN106438788A - 含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片及制造方法，该刹车片除了不含石棉、镉、铅、汞及其化合物和金属纤维外，关键是应用了混甲酚树脂作为粘合剂。通过多组分材料合理变换组合获得类陶瓷型刹车片，其耐温性高于纯酚醛树脂及腰果壳液、丁腈等改性酚醛树脂刹车片，而且具有柔韧性、硬度低和极好耐磨性的特点。
Description
技术领域
本发明专利涉及重载荷汽车用高耐磨鼓式刹车片技术领域，更具体地说，是涉及一种含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片及制造方法。
背景技术
作为重载荷汽车制动关键零件和易损件的鼓式刹车片，其性能的优劣直接影响车辆运行的可靠性和安全性。随着汽车产业的发展，对刹车片产品性能的要求越来越高，特别是中国市场使用的重载荷汽车普遍存在超载超速，这种现象对刹车片会造成极大损伤。用户既要求刹车片保证制动灵敏，又要求其耐磨，使用寿命长久。极端使用的现实情况表明，目前国内外长期共存的半金属、少金属、烧结陶瓷等类型刹车片已不能满足行车安全及持久耐磨的需要。
市场上比较认同的非烧结工艺制造的陶瓷摩擦材料主要是针对盘式刹车片，将其直接应用于鼓式刹车片并不适用，存在的主要问题是其强度低，不能适应产品铆接及使用的要求，加之其配方成本过高，市场不能接受。
本发明涉及的含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片是一种类陶瓷型刹车片。所谓类陶瓷摩擦材料，其含义是配方中含有陶瓷纤维或者陶瓷摩擦调节剂，产品在使用中并不一定生成陶瓷性质的新材料。作为摩擦材料产品中的一个新品种，类陶瓷摩擦材料除具有陶瓷型无噪声、落灰少、不腐蚀轮毂、环保等优点外，还具有强度高、使用寿命长的特点，适应鼓式刹车片使用工况。
混甲酚和少量苯酚一起与甲醛反应得到的热塑性混甲酚树脂，具有酚醛树脂相类似的性质，高温时的强度高于纯酚醛树脂；又有腰果壳液、丁腈等改性酚醛树脂的性质，即具有好的柔韧性和硬度低的特点。混甲酚树脂在其它领域的应用已有专利，如专利(公告)号CN102757620A“以甲酚残渣为原料制备的耐热酚醛树脂及在耐热防腐漆中的应用”。该专利中未提及应用于摩擦材料。
中国摩擦材料专利中，涉及陶瓷、改性酚醛树脂有许多，如：公开号：1350130“一种半软陶瓷型无石棉摩擦材料及制造工艺”，是利用热电厂外排的工业废料-漂珠来代替传统摩擦材料中石棉，并通过改性粘合剂和特殊工艺而制造的一种新型摩擦材料；公开号103059805A“一种用于刹车片的有机纤维摩擦材料组合物”，该组合物涉及硼酸改性酚醛树脂；公开号104235243A“一种改性热塑性酚醛树脂材料车用刹车片”中有改性热塑性酚醛树脂描述；公开号104262813A“一种改进的高性能汽车刹车片”组成中涉及聚乙烯酯、松香基树脂、硼酚醛树脂。
这些专利发明中有高性能、耐氧化、耐腐蚀耐高温等描述，但均没有涉及到本专利描述的混甲酚树脂生产摩擦材料。
发明内容
本发明目的提供一种应用混甲酚树脂作为粘合剂的高耐磨鼓式刹车片及制造方法，通过多组分材料合理变换组合获得类陶瓷型刹车片，使其耐温性高于纯酚醛树脂及
腰果壳液、丁腈等改性酚醛树脂刹车片，而且具有柔韧性、硬度低和极好耐磨性的特点。
本发明的技术方案是：含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片，其特征是：配方分为甲、乙二组分，甲乙组分的配方及所占的总重量百分比如下：甲组分包括：沉淀硫酸钡15-28％；芳纶浆粕≤3％；晶须类纤维15-25％；石墨类15-22％；乙组分包括：甲酚树脂粘合剂8-16％；无碱E-玻璃纤维≤3％；三硫化二锑1-4％；紫铜粉2-6％；粉末丁腈2-6％；云母1-5％；陶瓷纤维5-10％。
进一步地，晶须类纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的重量比是1∶1.2-1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的重量比是1∶1∶1.5-2。
进一步地，按照总重量百分比，甲组分：沉淀硫酸钡18-21％；芳纶浆粕≤3％；晶须类纤维18-20％；石墨类18-21％；乙组分：甲酚树脂粘合剂12-14％；无碱E-玻璃纤维≤3％；三硫化二锑1-3％；紫铜粉2-4％；粉末丁腈2-4％；云母3-5％；陶瓷纤维8-10％。
进一步地，晶须类纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的重量比是1∶1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的重量比是1∶1∶2。
上述含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片的制造方法，包括以下步骤：
S1)芳纶浆粕开松：在犁爬式混料机预开松芳纶浆粕，芳纶浆粕重量∶混料机容积＝1∶40，开松1.5分钟备用；
S2)配料：在2套计算机控制的自动化配料机组上分别按照甲、乙组分重量比精确配料，芳纶浆粕是已单独开松后的备用料；
S3)混料：在犁爬式混料机中首先投入甲组分，混合开松8-10分钟；然后投入乙组分再混合8-10分钟；
S4)预成型：混合料装入预成型模具后，在室温条件下物料受压18-22MPa，加压3次，每次排气10秒；
S5)热成型：预成型得到的毛胚投入热成型模具后，在165-180℃模具温度下，毛胚受压8-10MPa，加压排气9次，每次加压、排气各10秒，最后保压40-50秒/mm；
S6)热处理：出模的热成型半成品及时趁热放入隧道式烘箱，烘箱各段温度为165、170、175、180℃，半成品烘箱内保持5小时以上。
本发明的有益效果是：
本发明的刹车片除了不含石棉、镉、铅、汞及其化合物和金属纤维外，关键是应用了混甲酚树脂作为粘合剂。通过多组分材料合理变换组合获得类陶瓷型刹车片，其耐温性高于纯酚醛树脂及腰果壳液、丁腈等改性酚醛树脂刹车片，而且具有柔韧性、硬度低和极好耐磨性的特点。
本发明在类陶瓷摩擦材料配方及其合理变换组合中应用混甲酚树脂。工业甲酚一般是邻甲酚、间甲酚和对甲酚三种同分异构体的混合物，是三种酚并存，故可以采用混合酚生产树脂达到具有基本相同特性之目的。同一配方分别用混甲酚树脂和纯酚醛树脂制造摩擦材料，二者性能的比较见表1和图1。
表1混甲酚树脂与纯酚醛树脂性能比较
改性酚醛树脂的目的一方面是提高耐温性，可以有效的防止热衰退现象的发生，另一方面是改善纯酚醛树脂的脆性，使其柔韧、强度提高和硬度降低。还要充分考虑机械性能和加工的可行性，这就需要在提高树脂耐温性的同时，在摩擦材料配方中还要兼顾树脂与其它组分的相容性、粘附性、实际生产的工艺通过性和所制造制品的可加工性。
理论分析认为，甲酚中存在的甲基，具有内部增塑作用，可改善酚醛树脂的柔韧性，提高冲击强度，可以使制品硬度降低、柔韧性增加，在摩擦发热时可产生塑性变形，增加了摩擦的接触面，从而提高摩擦系数和降低磨损率，并在某种程度上可防止噪音产生。
本发明涉及的含混甲酚树脂的高耐磨类陶瓷鼓式刹车片，除具有陶瓷型无噪声、落灰少、不腐蚀轮毂、环保等优点外，还具有强度高、使用寿命长的特点，适应鼓式刹车片使用工况。这种刹车片的性能测试结果及比较见表2和表3。
由试验结果比较可以得到，在相同标准及相同测试条件下，专利产品的性能满足欧洲ECE R13标准要求，并且达到或超过欧洲同类型产品性能。尤其对其磨损进行仔细考察，两种试验机测试的磨损均非常小，高温状态下这种现象更为突出，显示出该产品优越的耐磨性。
表2混甲酚树脂高耐磨刹车片性能及比较
注：CHASE--美国LINK公司制造试验机，执行SAE J661标准。
表3混甲酚树脂高耐磨刹车片制动器台架制动性能测试及比较
注：测试条件：模拟载荷10T，制动器420*180，滚动R0.528，调整臂6″，气室T30
表4混甲酚树脂高耐磨刹车片制动器台架重量磨损性能测试及比较
对本发明技术生产的产品进行装车试验，其试验结果见附件。用户反映制动灵敏，耐磨性好。由附件数据分析，在已经使用了10万公里以后，最大厚度磨损不到1mm，刹车鼓表面光亮无损伤，按照该半挂车使用实际工况条件，该专利产品可以使用50万公里以上。
附图说明
图1是本发明的混甲酚树脂和纯酚醛树脂摩擦特性比较示意图，体积磨损率为10-7cm3/N.m。其中，S代表摩擦性能，T代表温度，代表混甲酚树脂摩擦系数，代表混甲酚树脂磨损率，代表纯酚醛树脂摩擦系数，-■-代表纯酚醛树脂损率。
具体实施方式
以下是本发明提供的一种含甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片配方及制造技术的进一步说明。
1、类陶瓷摩擦材料配方及其组合分为甲、乙二个组分，以总重量百分比描述，甲组分包括：沉淀硫酸钡15-28％；芳纶浆粕≤3％；晶须类纤维15-25％；石墨类15-22％；乙组分包括：甲酚树脂粘合剂8-16％；无碱E-玻璃纤维≤3％；三硫化二锑1-4％；紫铜粉2-6％；粉末丁腈2-6％；云母1-5％；陶瓷纤维5-10％。其中，晶须纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，其重量比1∶1.2-1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，其重量比1∶1∶1.5-2。
应用混甲酚树脂生产鼓式刹车片，甲酚中存在的甲基，具有内部增塑作用，可改善纯酚醛树脂的柔韧性，提高冲击强度，使制品硬度降低、柔韧性增加。
2、类陶瓷摩擦材料配方及其组合也可按以下进行组合。
配方及其组合分为甲、乙二个组分，按照总重量百分比，甲组分：沉淀硫酸钡18-21％；芳纶浆粕≤3％；晶须类纤维18-20％；石墨类18-21％；乙组分：甲酚树脂粘合剂12-14％；无碱E-玻璃纤维≤3％；三硫化二锑1-3％；紫铜粉2-4％；粉末丁腈2-4％；云母3-5％；陶瓷纤维8-10％。
其中，晶须纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，其重量比1∶1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，其重量比1∶1∶2。
3、对该配方刹车片制造工艺技术进一步举例说明如下：
①芳纶浆粕开松：在犁爬式混料机预开松芳纶浆粕，芳纶浆粕重量∶混料机容积＝1∶40，开松1.5分钟备用；
②配料：在2套计算机控制的自动化配料机组上分别按照甲、乙组分重量比精确配料，其中，芳纶浆粕是已单独开松后的备用料；
③混料：在犁爬式混料机中首先投入甲组分，混合开松8-10分钟；然后投入乙组分再混合8-10分钟；
④预成型：混合料装入预成型模具后，在室温条件下物料受压18-22MPa，加压3次，每次排气10秒，然后出片得到预成型毛胚；
⑤热成型：预成型得到的毛胚投入热成型模具后，在165-180℃模具温度下，毛胚受压8-10MPa，加压排气9次，每次加压、排气各10秒，最后保压40-50秒/mm完成热成型；
⑥热处理：出模的热成型半成品及时趁热放入隧道式烘箱，烘箱各段温度为165、170、175、180℃，半成品在隧道烘箱内保持5小时以上；
⑦完成成型以后的尺寸加工同常规工艺。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片，其特征是：配方分为甲、乙二组分，甲乙组分的配方及所占的总重量百分比如下：甲组分包括：沉淀硫酸钡15-28%；芳纶浆粕≤3%；晶须类纤维15-25%；石墨类15-22%；乙组分包括：甲酚树脂粘合剂8-16%；无碱E-玻璃纤维≤3%；三硫化二锑1-4%；紫铜粉2-6%；粉末丁腈2-6%；云母1-5%；陶瓷纤维5-10%。
2.根据权利要求1所述高耐磨鼓式刹车片，其特征是：晶须类纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的重量比是1:1.2-1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的重量比是1:1:1.5-2。
3.根据权利要求1所述高耐磨鼓式刹车片，其特征是：按照总重量百分比，甲组分：沉淀硫酸钡18-21%；芳纶浆粕≤3%；晶须类纤维18-20%；石墨类18-21%；乙组分：甲酚树脂粘合剂12-14%；无碱E-玻璃纤维≤3%；三硫化二锑1-3%；紫铜粉2-4%；粉末丁腈2-4%；云母3-5%；陶瓷纤维8-10%。
4.根据权利要求3所述高耐磨鼓式刹车片，其特征是：晶须类纤维是人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的组合，人造碳酸钙晶须与天然针状硅灰石晶须的重量比是1:1.5；石墨类是人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的组合，人造石墨、天然石墨与膨胀石墨的重量比是1:1:2。
5.根据权利要求1所述含混甲酚树脂的高耐磨鼓式刹车片的制造方法，其特征是包括以下步骤：
S1）芳纶浆粕开松：在犁爬式混料机预开松芳纶浆粕，芳纶浆粕重量:混料机容积=1:40,开松1.5分钟备用；
S2）配料：在2套计算机控制的自动化配料机组上分别按照甲、乙组分重量比精确配料，芳纶浆粕是已单独开松后的备用料；
S3）混料：在犁爬式混料机中首先投入甲组分，混合开松8-10分钟；然后投入乙组分再混合8-10分钟；
S4）预成型：混合料装入预成型模具后，在室温条件下物料受压18-22MPa，加压3次，每次排气10秒；
S5）热成型：预成型得到的毛胚投入热成型模具后，在165-180℃模具温度下，毛胚受压8-10MPa，加压排气9次，每次加压、排气各10秒，最后保压40-50秒/mm；
S6）热处理：出模的热成型半成品及时趁热放入隧道式烘箱，烘箱各段温度为165、170、175、180℃，半成品烘箱内保持5小时以上。
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