CN106811177B - 低噪声摩擦材料及其制备方法和应用 - Google Patents

低噪声摩擦材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低噪声摩擦材料及其制备方法和应用，属于摩擦材料领域，将原料按重量百分比计进行备料，原料备好后混合放入预热到145‑160℃的模具内压制后脱模，压制的压力为30‑35MPa；然后热处理，先升温至130‑140℃并保温0.75‑1h，然后再升温至165‑170℃并保温0.75‑1h，然后再升温至180‑190℃并保温3‑5h；然后降温至150‑160℃并保温0.75‑1h；然后升温至180‑190℃并保温1‑2h，冷却至室温制得该低噪声摩擦材料；该低噪声摩擦材料具有热稳定性好、不易磨损等优点；将该低噪声摩擦材料应用于汽车制动片，可以明显地降低制动噪声。

Description

低噪声摩擦材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及摩擦材料领域，且特别涉及低噪声摩擦材料及其制备方法和应用。
背景技术
树脂基摩擦材料作为目前被广泛使用的汽车制动材料，在制动过程中起到非常重要的作用。随着人们生活水平的提高，汽车制动摩擦材料不仅要满足制动性能的要求，还要满足人们对于制动舒适性的要求。其中制动过程中产生的噪音会带来严重的噪声污染。随着噪声污染的日益严重和人们环保意识的不断增强，控制噪声污染就显得尤为紧要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低噪声摩擦材料的制备方法，该制备方法制得的摩擦材料，热稳定性能好、强度不易发生变化，并且制得的摩擦材料表面不会连续形成碳化膜，有效减少该摩擦材料使用时的噪声产生。
本发明的另一目的在于提供一种低噪声摩擦材料，该低噪声摩擦材料的热稳定性好、强度不易发生变化，且具有适宜的弹性，在使用过程中产生的噪声少，避免使用过程中产生大量的噪声污染。
本发明的再一目的在于提供一种低噪声摩擦材料的应用，将该低噪声摩擦材料应用于制作汽车制动片，可以有效地减少汽车制动时产生的噪声，提高了汽车制动的舒适性，减少了噪声污染，提高人们的生活品质。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种低噪声摩擦材料的制备方法，将原料搅拌混合后，放入预热到145-160℃的模具内压制，压制后脱模热处理。
其中，原料按照重量百分比计，包括：丁腈橡胶2-6％、硅藻土3-9％、蛭石2-6％、树脂6-8％、芳纶浆粕12-15％、玻璃纤维11-13％、硅灰石10-13％、钛酸钾11-13％、石墨5-7％、氧化铝1-2％、三硫化二钼4.5-7.5％、软木粉1-3％，余量为硫酸钡。
上述的热处理按照以下方式进行：先升温至130-140℃并保温0.75-1h，然后再升温至165-170℃并保温0.75-1h，然后再升温至180-190℃并保温3-5h；然后降温至150-160℃并保温0.75-1h；然后升温至180-190℃并保温1-2h，冷却至室温。
一种低噪声摩擦材料，其由上述的低噪声摩擦材料的制备方法制备而得。
上述的低噪声摩擦材料在制备汽车制动片中的应用。
本发明实施例的低噪声摩擦材料及其制备方法和应用的有益效果是：本制备方法可以提高制得的低噪声摩擦材料的热稳定性、使之强度不易发生变化、弹性亦适中，且该低噪声摩擦材料的表面不会连续形成碳化膜，故该低噪声摩擦材料在使用时不易产生噪声，特别是将其使用于汽车制动时，产生的噪声小，能够提升汽车制动的舒适性，降低生活中的噪声污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的对比例的试样在350℃条件处理后的扫描电镜摩擦形貌；
图2为本发明的实施例1的试样在350℃条件处理后的扫描电镜摩擦形貌。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的低噪声摩擦材料及其制备方法和应用进行具体说明。
本发明实施例提供的一种低噪声摩擦材料的制备方法，其将原料充分搅拌混合后，放入预热至145-160℃的模具内压制，压制后脱模热处理。
上述原料按照重量百分比计，包括：丁腈橡胶2-6％、硅藻土3-9％、蛭石2-6％、树脂6-8％、芳纶浆粕12-15％、玻璃纤维11-13％、硅灰石10-13％、钛酸钾11-13％、石墨5-7％、氧化铝1-2％、三硫化二钼4.5-7.5％、软木粉1-3％、余量为硫酸钡。
其中，硅藻土的化学成分主要是SiO2，SiO2通常占80％以上，最高可达94％，硅藻土具有孔隙度大、吸附性强、质轻、容重小、熔点高、耐热好、隔热、吸声、化学性能稳定等特点。在摩擦材料的组分中适当加些硅藻土，可获得减少制动噪声和减少热衰退的效果。
优选地，硅藻土的粒度为250-300目，较大的硅藻土粒度能够保证其中的孔隙不被破坏，确保硅藻土在制成摩擦材料后依然具有良好的吸音效果，有效降低制得的摩擦材料的摩擦噪声。
蛭石的化学成分为Mgn·(H2O){[Mg3·n(AlSiO3O10)](OH)2}，是一种层状结构的含镁的水铝酸盐次生变质矿物，具有良好的吸音、保温、隔热等性能。作为优选，本发明中的蛭石为膨胀蛭石，其质地较软，具有中空结构，相对密度轻，吸音性优良，可有效地降低制动噪声，并降低制品的密度；其在盘式制动片中的应用效果尤其突出。进一步地，本发明中蛭石的粒度为200-300目，可以有效地保护蛭石中的毛细中空结构的完整性，提高蛭石对噪声的吸收能力，减少制得的摩擦材料噪声。
丁腈橡胶：由丁二烯(CH2＝CH-CH＝CH2)与丙烯腈(CH2＝CH-CN)共聚而制得的一种合成橡胶。耐高温性能比天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶都要好，并且丁腈橡胶具有阻尼特性，加入摩擦材料中既可以作为粘结剂增强材料各组分之间的粘结作用，降低摩擦磨损，同时还可以作为吸声材料降低噪声。
石墨(graphite)是一种结晶形碳，其质软、多孔，具有润滑性，将其加入摩擦材料中，能够在一定程度上降低摩擦材料的摩擦系数，减少摩擦时的噪声产生，并且可以利用多孔结构充分吸收制动产生的噪声；同时多孔结构导致的疏松的摩擦表面，有利于提高摩擦材料的表面的自洁性能，减少碳化层的连续形成，从而减轻热衰退程度，减少摩擦噪声。进一步地，当石墨的粒度为200-300目时，既保证制得的摩擦材料表面滑润，又确保了石墨多孔结构的完整性，进而保证制得的摩擦材料表面疏松的结构，提高其表面的自洁性能，减少碳化层的连续形成，进一步减小制得的摩擦材料的摩擦噪声。
树脂包括酚醛树脂等，其能够降低摩擦材料的硬度，使制得的摩擦材料的韧性更好，提高抗冲击的强度，而且添加树脂还可以增加制成的摩擦材料表面的贴合性，增加摩擦材料的贴合面积，有利于进一步减少摩擦噪声。
芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，强度高，有韧性，耐磨性能好；摩擦材料中添加芳纶浆粕，可以有效地避免制得的摩擦材料在长期的使用中，在摩擦的作用下发生磨损，减轻磨损造成的噪声污染问题，既可以提高摩擦材料的使用寿命，又能够降低噪声。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，其具有良好的耐热性，抗腐蚀性，机械强度高等特点，在摩擦材料中添加玻璃纤维可以有效的提升摩擦材料的热稳定性能，调节摩擦材料的热衰退性能，保证摩擦材料中的基体的强度不发生变化，减少摩擦噪声的产生。
硅灰石是一种三斜晶系，细板状晶体，其集合体呈放射状或纤维状；具有良好的耐热性能，能够调节摩擦材料的热衰退性能，保证摩擦材料中的基体的强度不发生变化，减少摩擦噪声的产生。
软木粉是一种多孔性的填料，其能够降低摩擦材料的密度，使摩擦表面形成疏松结构，能够提高摩擦材料表面的自洁性能，减少碳化层的连续形成，从而减轻热衰退程度，相应的减少制动噪声。
更进一步地，上述软木粉的粒度优选为200-300目，以保证软木粉多孔结构的完整性，确保添加软木粉制得的摩擦材料具有足够的自洁性能，从而降低摩擦噪声。
钛酸钾，其分子式为:K4O4Ti，其能够有效地降低摩擦材料的摩擦力。在摩擦材料中添加钛酸钾，能够将摩擦力减少约50％，磨损量减少约32％，且其具有的高温吸声性能可以降低噪声污染带来的不良影响；其还能够明显的提高制得的摩擦材料的耐磨、抗冲击等性能，延长摩擦材料的使用寿命。
氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料；其具有极高的硬度，由其制得的摩擦材料不容易发生高温形变和损伤等，特别是能够保证将含有氧化铝的摩擦材料应用于制动时，其能够和对偶稳定匹配，避免制动时产生咬死、打滑等现象，而导致不同程度的噪声。
三硫化二钼是一种具有润滑性能的原料，其能够在一定程度上降低摩擦材料的摩擦系数，使摩擦时产生的噪声减小。
硫酸钡具有良好的分散性能，使制得的摩擦材料的表面更加的滑润，且硫酸钡的稳定性好、硬度适中，将其添加于摩擦材料中能够降低摩擦材料的损伤，当该摩擦材料被应用于制动时，保持其和对偶匹配的稳定性，避免制动咬死、打滑等产生各种噪声。
前述的原料混合，是将原料置于混料机中进行充分搅拌，使各种原料均匀混合，得到粉状的混合物。
前述的压制为将上述混合物放入预热完成的模具中进行压制；压制的温度为160-170℃，压力为30-35MPa。进一步地，在压制过程中，每25-35s放气至少一次。更进一步地，压制时的保压时间为55-65s/mm。按照上述压制条件制得的低噪声摩擦材料的强度和弹性适中，既保证制得的低噪声摩擦材料的韧性好、抗冲击能力提高，又能够增加该低噪声摩擦材料与摩擦对偶表面的贴合性，增加两者的贴合面积，有利于进一步减少噪声。
需要说明的是，上述的保压时间是指模压时间，具体指的是模具完全闭合后或最后一次放气闭模后，到模具开启之间，物料在模内受热固化的时间。上述放气是指在压制的过程中排放物料中的挥发物、固化反应放出的低分子化合物及带入物料的空气的排除过程，其可以减少制得的低噪声摩擦材料中的气泡，保证制得的低噪声摩擦材料的强度，降低摩擦损伤，使制得的制动摩擦片和对偶稳定匹配，避免制动出现咬死、打滑等故障，进而避免了各种程度的噪声产生。
前述的热处理按照以下方式进行：先升温至130-140℃并保温0.75-1h，然后再升温至165-170℃并保温0.75-1h，然后再升温至180-190℃并保温3-5h；然后降温至150-160℃并保温0.75-1h；然后升温至180-190℃并保温1-2h，冷却至室温。
在进行完第三次升温，即升温至180-190℃，保温3-5h后，该低噪声摩擦材料已基本成型，但是本发明中进一步降低温度至150-160℃，保持0.75-1h，再升温至180-190℃，保温1-2h，能够进一步地提高该低噪声摩擦材料的强度，提高其耐磨能力，避免该低噪声摩擦材料在长时间的使用过程中产生形变、磨损等损伤，在汽车制动的应用中，该低噪声摩擦材料与对偶形成稳定的配偶，制动比压分布均匀，制动力矩适宜，制动不易出现打滑、咬死，从而避免了制动产生各种噪声。
需要说明的是，在降温至150-160℃，保持0.75-1h后，再升温至180-190℃，保温1-2h，除了可以提高该低噪声摩擦材料的强度和耐磨性能之外，还可以提高该低噪声摩擦材料的热稳定性，将该低噪声摩擦材料应用于汽车制动中时，可以进一步缓解制动过程中的热衰退，保持该低噪声摩擦材料中的基体强度不发生变化，从而进一步缓解了噪声的产生。
以下结合实施例对本发明的低噪声摩擦材料及其制备方法和应用作进一步的详细描述。
实施例1
按照重量百分比进行备料：丁腈橡胶6％、粒度为250目的硅藻土3％、粒度为300目的蛭石6％、树脂8％、芳纶浆粕15％、玻璃纤维11％、硅灰石10％、钛酸钾13％、粒度为300目的石墨7％、氧化铝1％、三硫化二钼4.5％、粒度为200目的软木粉1％，余量为硫酸钡。
将上述原料放入混料机混合均匀后，放入预热至145℃的模具中，在160℃、35MPa条件下进行压制，压制过程中每25s放气一次，压制的保压时间为55s/mm。
压制完成后，按照以下方式进行热处理：先升温至130℃并保温1h，然后再升温至170℃并保温0.75h，然后再升温至190℃并保温3h；然后降温至160℃并保温0.75h；然后升温至180℃并保温2h，冷却至室温，制得低噪声摩擦材料。将制得的低噪声摩擦材料制备成汽车制动片。
按照GB5763-2008对本实施例制得的低噪声摩擦材料进行测试，并通过扫描电镜获得如图2所示的摩擦形貌。
实施例2
按照重量百分比进行备料：丁腈橡胶2％、粒度为300目的硅藻土9％、粒度为200目的蛭石2％、树脂6％、芳纶浆粕12％、玻璃纤维13％、硅灰石13％、钛酸钾11％、粒度为200目的石墨5％、氧化铝2％、三硫化二钼7.5％、粒度为300目的软木粉3％，余量为硫酸钡。
将上述原料放入混料机混合均匀后，放入预热至160℃的模具中，在170℃、30MPa条件下进行压制，压制过程中每35s放气两次，压制的保压时间为65s/mm。
压制完成后，按照以下方式进行热处理：先升温至140℃并保温0.75h，然后再升温至165℃并保温1h，然后再升温至180℃并保温5h；然后降温至150℃并保温1h；然后升温至190℃并保温1h，冷却至室温，制得低噪声摩擦材料。将制得的低噪声摩擦材料制备成汽车制动片。
实施例3
按照重量百分比进行备料：丁腈橡胶4％、粒度为270目的硅藻土6％、粒度为250目的蛭石4％、树脂7％、芳纶浆粕12％、玻璃纤维12％、硅灰石12％、钛酸钾12％、粒度为250目的石墨6％、氧化铝1.5％、三硫化二钼5.5％、粒度为250目的软木粉2％，余量为硫酸钡。
将上述原料放入混料机混合均匀后，放入预热至155℃的模具中，在165℃、30MPa条件下进行压制，压制过程中每30s放气一次，压制的保压时间为60s/mm。
压制完成后，按照以下方式进行热处理：先升温至135℃并保温0.9h，然后再升温至168℃并保温0.8h，然后再升温至185℃并保温4h；然后降温至155℃并保温0.85h；然后升温至185℃并保温1.5h，冷却至室温，制得低噪声摩擦材料。将制得的低噪声摩擦材料制备成汽车制动片。
实施例4
按照重量百分比进行备料：丁腈橡胶5％、粒度为280目的硅藻土7％、粒度为270目的蛭石3％、树脂6.5％、芳纶浆粕14％、玻璃纤维11.5％、硅灰石11％、钛酸钾12％、粒度为220目的石墨6％、氧化铝1％、三硫化二钼5.5％、粒度为240目的软木粉2.5％，余量为硫酸钡。
将上述原料放入混料机混合均匀后，放入预热至150℃的模具中，在168℃、32MPa条件下进行压制，压制过程中每28s放气两次，压制的保压时间为62s/mm。
压制完成后，按照以下方式进行热处理：先升温至132℃并保温0.8h，然后再升温至168℃并保温0.8h，然后再升温至182℃并保温4.5h；然后降温至150℃并保温0.8h；然后升温至185℃并保温1.2h，冷却至室温，制得低噪声摩擦材料。将制得的低噪声摩擦材料制备成汽车制动片。
实施例5
按照重量百分比进行备料：丁腈橡胶3％、粒度为265目的硅藻土4％、粒度为230目的蛭石5％、树脂7.5％、芳纶浆粕13％、玻璃纤维12.5％、硅灰石12.5％、钛酸钾12.5％、粒度为270目的石墨6.5％、氧化铝1.2％、三硫化二钼6.5％、粒度为270目的软木粉1.5％，余量为硫酸钡。
将上述原料放入混料机混合均匀后，放入预热至145℃的模具中，在165℃、30MPa条件下进行压制，压制过程中每32s放气一次，压制的保压时间为60s/mm。
压制完成后，按照以下方式进行热处理：先升温至135℃并保温1h，然后再升温至170℃并保温1h，然后再升温至190℃并保温5h；然后降温至150℃并保温1h；然后升温至185℃并保温1.2h，冷却至室温，制得低噪声摩擦材料。将制得的低噪声摩擦材料制备成汽车制动片。
对比例
参照实施例1中的原料配比进行制备，其中，制备方式与实施例1有两处不同：一是，对比例中的热处理按照以下方式进行：先升温至130℃并保温1h，然后再升温至170℃并保温0.75h，然后再升温至190℃并保温3h；二是，对比例中的硅藻土的粒度为400目，蛭石的粒度为400目，石墨的粒度为400目，软木粉的粒度为400目。
参照GB5763-2008将对比例和实施例1-5的低噪声摩擦材料进行测试，比较对比例制备出的摩擦材料和实施例1-5制备出的低噪声摩擦材料的摩擦系数、摩擦系数方差、高温磨损率(350℃)、制动噪声(350℃)，结果见表1。
表1各摩擦材料的摩擦系数、摩擦系数方差、高温磨损率、制动噪声的比较结果
由表1结果可知，本发明的制备方法制得的低噪声摩擦材料的摩擦系数、摩擦系数方差及高温磨损率明显低于对比例，从而大大降低了该低噪声摩擦材料在汽车制动时产生的噪声。
按照GB5763-2008对本对比例制得的低噪声摩擦材料进行测试，并通过扫描电镜获得如图1所示的摩擦形貌。由图1和图2对比可知，本发明的低噪声摩擦材料在350℃的高温下进行摩擦后，其表面依然平整、光滑，几乎无形变。因而，本发明制得的低噪声摩擦材料在使用中不易发生损伤和形变，故本发明的低噪声摩擦材料能够稳定降低其在汽车制动时产生的噪声。
综上所述，本发明实施例的低噪声摩擦材料的制备方法能够制备出摩擦系数、摩擦系数方差以及高温磨损率低的低噪声摩擦材料，将该低噪声摩擦材料应用于制备汽车制动片，能够明显地降低制动噪声，减少噪声污染。
以上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。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (6)

1.一种低噪声摩擦材料的制备方法，其特征在于，将原料搅拌混合后，放入预热到145-160℃的模具内压制，压制后脱模热处理；
所述原料按照重量百分比计，包括：丁腈橡胶2-6％、硅藻土3-9％、蛭石2-6％、树脂6-8％、芳纶浆粕12-15％、玻璃纤维11-13％、硅灰石10-13％、钛酸钾11-13％、石墨5-7％、氧化铝1-2％、三硫化二钼4.5-7.5％、软木粉1-3％，余量为硫酸钡；所述蛭石的粒度为200-300目，所述硅藻土的粒度为250-300目，所述软木粉的粒度为200-300目，所述石墨的粒度为200-300目；
热处理按照以下方式进行：先升温至130-140℃并保温0.75-1h，然后再升温至165-170℃并保温0.75-1h，然后再升温至180-190℃并保温3-5h；然后降温至150-160℃并保温0.75-1h；然后升温至180-190℃并保温1-2h，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的低噪声摩擦材料的制备方法，其特征在于，压制在温度为160-170℃，压力为30-35MPa条件下进行。
3.根据权利要求2所述的低噪声摩擦材料的制备方法，其特征在于，压制过程中，每25-35s放气至少一次。
4.根据权利要求3所述的低噪声摩擦材料的制备方法，其特征在于，压制的保压时间为55-65s/mm。
5.一种低噪声摩擦材料，其特征在于，其由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备而得。
6.如权利要求5所述的低噪声摩擦材料在制备汽车制动片中的应用。
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