CN106594133A - 一种无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺 - Google Patents

一种无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺，该刹车片通过各原料组分的合理选择及配比，特别是控制无机物与有机物的比例并调节无机物的种类，以使各组分间产生协同配合作用，使得刹车片具有热稳定性好、抗冲击强度高、耐磨损、硬度适中且不产生金属镶嵌、不磨损对偶的特点，并且本发明的刹车片的密度较小，在同等体积条件下的自重轻，也即是由其制造刹车片时的材料用量少，因而在不牺牲刹车片性能的前提下可有效降低刹车片的生产成本。可见，本发明的摩擦材料能够适用于更高速度、更大热负荷和载客量的轨道车辆的制动。

Description

一种无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺。
背景技术
目前，北京、上海、广州、深圳已经建成了初具规模的城市轨道交通网络，其他城市也都制定了各自的网络发展规划，可以说中国城市轨道交通网络化运营时代已经到来。自铁路机车货车、城市轨道交通车辆使用以来，金属镶嵌问题就普遍存在，严重时会造成车轮温度过高而发生冒烟、轮箍松动、轮箍脱落等重大事故，随着我国城市轨道交通网络的快速发展及不断增加，由此造成的问题也受到了人们越来越多的重视。
金属镶嵌是指在车辆刹车时刹车片和刹车对偶件接触的位置会由于制动力摩擦而产生部分含金属粉尘，这些粉尘会通过空气、雨水吸附在摩擦片上从而造成刹车片被金属镶嵌，金属镶嵌的形成会导致对偶件的损伤进而影响制动安全，因此研究与开发无金属镶嵌的制动刹车片已成为当前的重要课题之一。例如，中国专利文献CN105524316A公开了一种无重金属的摩擦材料，以重量份计包括如下原料：钢纤维20-30份、矿物纤维5-15份、改性酚醛树脂5-15份、丁腈橡胶10-15份、丁苯橡胶10-15份、石墨2-3份、二硫化钼3-4份、硫酸钡5-8份、芳纶1-5份、重质碳酸钙1-5份、重质氧化镁1-5份、白刚玉1-3份、碳化硅3-4份。利用上述材料制得的刹车片虽然在一定程度上能够减少对制动盘的磨损，同时还具有较高的硬度、良好的耐冲击强度和抗压性能，但不足的是，上述刹车片在长期使用过程中仍会产生一定的金属镶嵌而对制动盘造成磨损，此外上述刹车片在连续制动过程中的热衰退现象严重，紧急制动距离过长，且磨耗量较大，尚不能满足高速列车的制动需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的刹车片会产生金属镶嵌和热衰退现象以及磨耗量大的缺陷，进而提供一种热稳定性好、磨耗量小且无金属镶嵌的刹车片及其生产工艺。
为此，本发明实现上述目的的技术方案为：
一种摩擦材料，其原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维5-10份、改性酚醛树脂10-15份、丁腈橡胶8-12份、丁苯橡胶10-12份、石墨5-10份、氧化钼1-5份、云母5-10份、重晶石5-10份、芳纶3-5份、氢氧化钙2-5份、重质氧化镁2-5份、白刚玉1-2份、碳化硅1-2份、炭黑1-2份。
优选地，所述摩擦材料的原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维5.5-9份、硼改性酚醛树脂11.2-14.5份、丁腈橡胶8.6-11.8份、丁苯橡胶10.4-11.2份、石墨5.6-9份、氧化钼1.9-4.5份、云母6-9.2份、重晶石5.3-9.5份、芳纶3.5-4.5份、氢氧化钙2.2-4.6份、重质氧化镁2.6-4.8份、白刚玉1.2-1.7份、碳化硅1.1-1.6份、炭黑1.1-1.8份。
更优选地，所述摩擦材料的原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维6.6份、硼改性酚醛树脂13份、丁腈橡胶11份、丁苯橡胶10.8份、石墨7.3份、氧化钼3份、云母6.5份、重晶石8.9份、芳纶4份、氢氧化钙3份、重质氧化镁3.5份、白刚玉1.4份、碳化硅1.3份、炭黑1.6份。
更优选地，所述摩擦材料的原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维7.5份、硼改性酚醛树脂11.5份、丁腈橡胶10份、丁苯橡胶10.4份、石墨5.6份、氧化钼1.9份、云母7.3份、重晶石6份、芳纶4.2份、氢氧化钙2.5份、重质氧化镁4.4份、白刚玉1.7份、碳化硅1.5份、炭黑1.8份。
更优选地，所述摩擦材料的原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维8.2份、硼改性酚醛树脂14份、丁腈橡胶9份、丁苯橡胶11份、石墨8.5份、氧化钼4.1份、云母8.8份、重晶石7.5份、芳纶3.5份、氢氧化钙4份、重质氧化镁2.6份、白刚玉1.5份、碳化硅1.6份、炭黑1.3份。
一种无金属镶嵌的刹车片，包括上述摩擦材料。
一种上述无金属镶嵌的刹车片的生产工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各组分按比例混合形成混合料；
(2)对所述混合料进行压制，得到毛坯；
(3)将所述毛坯加热固化，制得刹车片。
优选地，步骤(2)中进行压制时的压力为6～9MPa，时间为200～300s。
优选地，步骤(3)的加热温度为160～200℃，固化时间为20～26h。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供的摩擦材料，通过各原料组分的合理选择及配比，特别是控制无机物与有机物的比例并调节无机物的种类，以使各组分间产生协同配合作用，最终使得由本发明的摩擦材料制得的刹车片具有热稳定性好、抗冲击强度高、耐磨损、硬度适中且不产生金属镶嵌、不磨损对偶的特点，并且本发明的摩擦材料的密度较小，在同等体积条件下的自重轻，也即是由其制造刹车片时的材料用量少，因而在不牺牲刹车片性能的前提下可有效降低刹车片的生产成本。可见，本发明的摩擦材料能够适用于更高速度、更大热负荷和载客量的轨道车辆的制动。
本发明的摩擦材料中，氧化钼作为润滑组元，可用于高温稳定摩擦系数且不伤对偶，同时氧化钼还可与高温分解的酚醛树脂产生交联反应，抑制温度的持续上升，具有阻燃性。氢氧化钙在配方中可避免金属生锈，同时在材料的压制固化时可吸收由树脂橡胶等有机物产生的低分子及油性物质，减少分层、起包的现象；另外由于氢氧化钙自身的硬度较低，莫氏硬度只有2.5，其与重晶石的配合可有效降低对对偶的磨损及抑制金属镶嵌的产生。作为橡胶补强剂的炭黑的加入，可使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性等均得到明显提高。
2、本发明提供的无金属镶嵌的刹车片的生产工艺，通过采用本发明的摩擦材料作为生产刹车片的原材料，利用材料自身优异的力学性能和热稳定性，可降低压制时的压力，以便于刹车片的大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维7.5g、改性酚醛树脂10g、丁腈橡胶12g、丁苯橡胶10g、石墨7.5g、氧化钼3g、云母5g、重晶石10g、芳纶3g、氢氧化钙5g、重质氧化镁3.5g、白刚玉1.5g、碳化硅2g、炭黑1g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加6MPa的压力压制250s得到毛坯，再将此毛坯加热至170℃固化20h，制得刹车片A。
实施例2
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维10g、硼改性酚醛树脂12.5g、丁腈橡胶8g、丁苯橡胶11g、石墨10g、氧化钼1g、云母7.5g、重晶石5g、芳纶5g、氢氧化钙2g、重质氧化镁2g、白刚玉1g、碳化硅1.5g、炭黑1.5g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加7MPa的压力压制220s得到毛坯，再将此毛坯加热至160℃固化25h，制得刹车片B。
实施例3
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维5g、硼改性酚醛树脂15g、丁腈橡胶10g、丁苯橡胶12g、石墨5g、氧化钼5g、云母10g、重晶石7.5g、芳纶4g、氢氧化钙3.5g、重质氧化镁5g、白刚玉2g、碳化硅1g、炭黑2g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加9MPa的压力压制230s得到毛坯，再将此毛坯加热至190℃固化22h，制得刹车片C。
实施例4
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维5.5g、硼改性酚醛树脂14.5g、丁腈橡胶8.6g、丁苯橡胶11.2g、石墨6.5g、氧化钼4.5g、云母6g、重晶石9.5g、芳纶3.7g、氢氧化钙4.6g、重质氧化镁3g、白刚玉1.2g、碳化硅1.2g、炭黑1.1g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加8MPa的压力压制200s得到毛坯，再将此毛坯加热至190℃固化26h，制得刹车片D。
实施例5
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维6.6g、硼改性酚醛树脂13g、丁腈橡胶11g、丁苯橡胶10.8g、石墨7.3g、氧化钼3g、云母6.5g、重晶石8.9g、芳纶4g、氢氧化钙3g、重质氧化镁3.5g、白刚玉1.4g、碳化硅1.3g、炭黑1.6g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加8MPa的压力压制250s得到毛坯，再将此毛坯加热至180℃固化24h，制得刹车片E。
实施例6
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维7.5g、硼改性酚醛树脂11.5g、丁腈橡胶10g、丁苯橡胶10.4g、石墨5.6g、氧化钼1.9g、云母7.3g、重晶石6g、芳纶4.2g、氢氧化钙2.5g、重质氧化镁4.4g、白刚玉1.7g、碳化硅1.5g、炭黑1.8g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加8MPa的压力压制240s得到毛坯，再将此毛坯加热至185℃固化22h，制得刹车片F。
实施例7
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维8.2g、硼改性酚醛树脂14g、丁腈橡胶9g、丁苯橡胶11g、石墨8.5g、氧化钼4.1g、云母8.8g、重晶石7.5g、芳纶3.5g、氢氧化钙4g、重质氧化镁2.6g、白刚玉1.5g、碳化硅1.6g、炭黑1.3g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加8.5MPa的压力压制260s得到毛坯，再将此毛坯加热至180℃固化25h，制得刹车片G。
实施例8
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维9g、硼改性酚醛树脂11.2g、丁腈橡胶11.8g、丁苯橡胶10.6g、石墨9g、氧化钼2.5g、云母9.2g、重晶石5.3g、芳纶4.5g、氢氧化钙2.2g、重质氧化镁4.8g、白刚玉1.3g、碳化硅1.2g、炭黑1.5g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料，将该混合料置于模具中施加7.5MPa的压力压制300s得到毛坯，再将此毛坯加热至200℃固化20h，制得刹车片H。
对比例1
本对比例所提供的摩擦材料，其原料组成同中国专利文献CN105524316A说明书中的实施例4，并按照该实施例的方法最终制得了刹车片I。
对比例2
本对比例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维6.6g、硼改性酚醛树脂13g、丁腈橡胶11g、丁苯橡胶10.8g、石墨7.3g、氧化钼3g、云母6.5g、重晶石8.9g、芳纶4g、重质氧化镁3.5g、白刚玉1.4g、碳化硅1.3g、炭黑1.6g。
按照本发明实施例5所述的工艺，采用上述摩擦材料制得刹车片J。
实验例1
分别对本发明制得的上述刹车片A～J的物理及力学性能进行测试，结果如表1所示。
表1各刹车片的物理及力学性能
实验例2
为考察温度变化对刹车片摩擦系数值的影响，本发明还分别对上述刹车片D～J进行了升温试验，结果如表2所示。
表2各刹车片在不同温度下的摩擦系数值
实验例3
根据TJ/JW 041-2014交流传动机车合成闸瓦和城市国道交通车辆合成闸瓦技术规范测试标准，将上述刹车片D～J以120km/h的转速旋转，运行8h后，测试各刹车片的磨耗量并检查是否存在金属镶嵌，结果如表3所示，与此同时测试各刹车片相应的对偶件的磨耗量，结果如表4所示。
表3各刹车片的磨耗量(g)
表4各刹车片相应对偶件的磨耗量(g)
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种摩擦材料，其原料以重量份数计包括如下组分：
钢纤维5-10份、改性酚醛树脂10-15份、丁腈橡胶8-12份、丁苯橡胶10-12份、石墨5-10份、氧化钼1-5份、云母5-10份、重晶石5-10份、芳纶3-5份、氢氧化钙2-5份、重质氧化镁2-5份、白刚玉1-2份、碳化硅1-2份、炭黑1-2份。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，包括：
钢纤维5.5-9份、硼改性酚醛树脂11.2-14.5份、丁腈橡胶8.6-11.8份、丁苯橡胶10.4-11.2份、石墨5.6-9份、氧化钼1.9-4.5份、云母6-9.2份、重晶石5.3-9.5份、芳纶3.5-4.5份、氢氧化钙2.2-4.6份、重质氧化镁2.6-4.8份、白刚玉1.2-1.7份、碳化硅1.1-1.6份、炭黑1.1-1.8份。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于，包括：
钢纤维6.6份、硼改性酚醛树脂13份、丁腈橡胶11份、丁苯橡胶10.8份、石墨7.3份、氧化钼3份、云母6.5份、重晶石8.9份、芳纶4份、氢氧化钙3份、重质氧化镁3.5份、白刚玉1.4份、碳化硅1.3份、炭黑1.6份。
4.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于，包括：
钢纤维7.5份、硼改性酚醛树脂11.5份、丁腈橡胶10份、丁苯橡胶10.4份、石墨5.6份、氧化钼1.9份、云母7.3份、重晶石6份、芳纶4.2份、氢氧化钙2.5份、重质氧化镁4.4份、白刚玉1.7份、碳化硅1.5份、炭黑1.8份。
5.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，包括：
钢纤维8.2份、硼改性酚醛树脂14份、丁腈橡胶9份、丁苯橡胶11份、石墨8.5份、氧化钼4.1份、云母8.8份、重晶石7.5份、芳纶3.5份、氢氧化钙4份、重质氧化镁2.6份、白刚玉1.5份、碳化硅1.6份、炭黑1.3份。
6.一种无金属镶嵌的刹车片，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的摩擦材料。
7.一种权利要求6所述的无金属镶嵌的刹车片的生产工艺，包括如下步骤：
(1)将上述各组分按比例混合形成混合料；
(2)对所述混合料进行压制，得到毛坯；
(3)将所述毛坯加热固化，制得刹车片。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中进行压制时的压力为6～9MPa，时间为200～300s。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤(3)的加热温度为160～200℃，固化时间为20～26h。
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