CN106870608A - 一种石墨烯刹车片材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯刹车片材料，包含以下原料：石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、矿物纤维、有机纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂、填料。本实发明提供了一种石墨烯刹车片材料的配方以及制造方法，该刹车片材料摩擦系数在升温和降温过程中比较稳定，不会发生较大的变化，同时磨损率较低，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片材料技术领域，特别涉及一种石墨烯刹车片材料及其制造方法。
背景技术
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体本身热力学性质不稳定，在室温环境下会迅速分解或者蜷曲，所以其不能单独存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，对于石墨烯的研究才开始活跃起来，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。随着中国汽车产销量的高速增长，中国汽车制造水平和技术水平也得到稳步发展和提高。刹车片是汽车中最为常见的零部件之一，其由钢片和贴在钢片上的刹车片材料组成，是最关键的安全部件，刹车效果的好坏都是刹车片起决定性作用。目前的刹车片材料还存在摩擦系数随温度变化波动大，磨损率偏高等问题，因此会影响刹车制动效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减小摩擦系数随温度波动、降低磨损率的石墨烯刹车片材料及其制造方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种石墨烯刹车片材料，包含以下原料：石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、矿物纤维、有机纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂、填料。
优选的，上述石墨烯刹车片材料包含以下重量份的原料：石墨烯或改性石墨烯2-4份、气相白炭黑1-2份、矿物纤维10-20份、有机纤维3-6份、树脂4-6份、橡胶2-3份、金属纤维5-10份、固体润滑剂6-12份、填料28-52份。
进一步优选的，上述石墨烯刹车片材料包含以下重量份的原料：石墨烯或改性石墨烯3份、气相白炭黑1份、矿物纤维16份、有机纤维5份、树脂5份、橡胶3份、金属纤维7份、固体润滑剂9份、填料39份。
优选的，所述的改性石墨烯为聚合物改性石墨烯。
优选的，所述的聚合物改性石墨烯是通过原位原子转移自由基聚合反应，将聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯分别接枝在石墨烯表面制成。
优选的，所述的矿物纤维为玻璃纤维；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维，具有高比强度，高比模量，比强度是同等截面钢丝的十多倍，纤维密度低，密度是0.97-0.98g/cm3，可浮于水面，断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性，抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高，耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命，冲击吸收能比对位芳酰胺纤维高近一倍，耐磨性好，摩擦系数小；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物，添加醋酸丁酸纤维素（CAB）可以提高树脂酚醛树脂与体系的相容性；所述的橡胶为氯化橡胶，氯化橡胶是由天然橡胶或合成橡胶经氯化改性后得到的橡胶衍生产品，是橡胶领域中第1个工业化的橡胶衍生物，具有较好的耐热性和耐腐蚀性，并且避免传统橡胶需要硫化工艺，简化了工艺流程；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，气相白炭黑是极其重要的纳米级无机原材料之一，由于其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，本发明技术方案添加气相白炭黑目的在于帮助石墨烯或改性石墨烯提高分散性能，促进石墨烯或改性石墨烯均匀分散到体系中，保证材料性能稳定、一致；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀；
步骤三、压制成型
步骤四、热固化。
优选的，所述步骤一中，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；所述步骤二中卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min；所述步骤三中压制温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²；所述步骤四中热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
优选的，所述步骤二混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时，超过存放时间应废弃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本实发明提供了一种石墨烯刹车片材料的配方以及制造方法，该刹车片材料摩擦系数在升温和降温过程中比较稳定，不会发生较大的变化，同时磨损率较低，使用寿命长。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述，本发明各种成分的含量均以重量百分比表示。
实施例1
一种石墨烯刹车片材料，包含以下重量份的原料：石墨烯2份、气相白炭黑2份、矿物纤维10份、有机纤维6份、树脂4份、橡胶3份、金属纤维5份、固体润滑剂12份、填料28份。。
优选的，所述的矿物纤维为；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀，卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min，混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时；
步骤三、压制成型温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²。
步骤四、热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
成品要求产品密度、硬度均匀，表面无裂纹、无起泡。成品密度在2.2g/cm³左右，表面HRM硬度在30左右，实车使用过程中不能听见明显的噪音。
实施例2
一种石墨烯刹车片材料，包含以下重量份的原料：石墨烯3份、气相白炭黑1份、矿物纤维16份、有机纤维5份、树脂5份、橡胶3份、金属纤维7份、固体润滑剂9份、填料39份。
优选的，所述的矿物纤维为；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀，卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min，混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时；
步骤三、压制成型温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²。
步骤四、热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
成品要求产品密度、硬度均匀，表面无裂纹、无起泡。成品密度在2.2g/cm³左右，表面HRM硬度在30左右，实车使用过程中不能听见明显的噪音。
实施例3
一种石墨烯刹车片材料，包含以下重量份的原料：石墨烯、气相白炭黑1份、矿物纤维20份、有机纤维3份、树脂6份、橡胶2份、金属纤维10份、固体润滑剂6份、填料52份。
优选的，所述的矿物纤维为；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀，卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min，混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时；
步骤三、压制成型温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²。
步骤四、热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
成品要求产品密度、硬度均匀，表面无裂纹、无起泡。成品密度在2.2g/cm³左右，表面HRM硬度在30左右，实车使用过程中不能听见明显的噪音。
实施例4
一种石墨烯刹车片材料，包含以下重量份的原料：改性石墨烯3份、气相白炭黑1份、矿物纤维16份、有机纤维5份、树脂5份、橡胶3份、金属纤维7份、固体润滑剂9份、填料39份。所述的改性石墨烯为聚合物改性石墨烯，所述的聚合物改性石墨烯是通过原位原子转移自由基聚合反应，将聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯分别接枝在石墨烯表面制成。
优选的，所述的矿物纤维为；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀，卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min，混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时；
步骤三、压制成型温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²。
步骤四、热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
成品要求产品密度、硬度均匀，表面无裂纹、无起泡。成品密度在2.2g/cm³左右，表面HRM硬度在30左右，实车使用过程中不能听见明显的噪音。
实施例5
一种石墨烯刹车片材料，包含以下重量份的原料：石墨烯4份、气相白炭黑2份、矿物纤维13份、有机纤维4份、树脂4份、橡胶3份、金属纤维6份、固体润滑剂7份、填料49份。
优选的，所述的矿物纤维为；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
优选的，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
一种石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀，卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min，混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时；
步骤三、压制成型温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²。
步骤四、热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
成品要求产品密度、硬度均匀，表面无裂纹、无起泡。成品密度在2.2g/cm³左右，表面HRM硬度在30左右，实车使用过程中不能听见明显的噪音。
参考GB 5763-2008分别对上述汽车刹车片的摩擦、磨损性能进行测试
本实发明提供了一种石墨烯刹车片材料的配方以及制造方法，该刹车片材料摩擦系数在升温和降温过程中比较稳定，不会发生较大的变化，同时磨损率较低，使用寿命长。
上面根据实施例和对比例对本发明做了详细的说明，但是本发明并不限于上述实施例和对比例，在本领域技术人员具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种石墨烯刹车片材料，其特征在于，包含以下原料：石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、矿物纤维、有机纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂、填料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：石墨烯或改性石墨烯2-4份、气相白炭黑1-2份、矿物纤维10-20份、有机纤维3-6份、树脂4-6份、橡胶2-3份、金属纤维5-10份、固体润滑剂6-12份、填料28-52份。
3.根据权利要求2所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于，包含以下重量份的原料：石墨烯或改性石墨烯3份、气相白炭黑1份、矿物纤维16份、有机纤维5份、树脂5份、橡胶3份、金属纤维7份、固体润滑剂9份、填料39份。
4.根据权利要求1所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于：所述的改性石墨烯为聚合物改性石墨烯。
5.根据权利要求4所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于：所述的聚合物改性石墨烯是通过原位原子转移自由基聚合反应，将聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯分别接枝在石墨烯表面制成。
6.根据权利要求5所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于，所述的矿物纤维为玻璃纤维；所述的有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维；所述的树脂为酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的混合物；所述的橡胶为氯化橡胶；所述的金属纤维为铝纤维、钼纤维和铜纤维组成的混合物；所述的固体润滑剂为纳米碳黑或二硫化钼中的一种或两种的混合物；所述的填料为氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝组成的混合物。
7.根据权利要求6所述的石墨烯刹车片材料，其特征在于，所述的酚醛树脂和醋酸丁酸纤维素的重量比为10:1；所述的铝纤维、钼纤维和铜纤维的重量比为1:1:2；所述的氧化铈、氧化铁和纳米氧化铝的重量比为1:1:4。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将配方量的石墨烯或改性石墨烯、气相白炭黑、有机纤维和二分之一配方量的填料在卧式混料机中预混合均匀；
步骤二、将配方量的矿物纤维、树脂、橡胶、金属纤维、固体润滑剂和剩余二分之一配方量的填料继续加入卧式混料机中混合均匀；
步骤三、压制成型
步骤四、热固化。
9.根据权利要求8所述的石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，卧式混料机犁刀转速140-150r/min，飞刀转速2800-3000r/min，预混时间5-10min；所述步骤二中卧式混料机犁刀转速100-120r/min，飞刀转速2500-2600r/min，混合时间30min-60min；所述步骤三中压制温度控制，上模170℃，中模150℃，下模150℃，温度误差小于±5℃，压制压力控制在300-350kg/cm²；所述步骤四中热固化温度控制在200℃左右，固化时间大于等于6h。
10.根据权利要求8所述的石墨烯刹车片材料的制造方法，其特征在于：所述步骤二混合好的混合料存放环境需控制湿度小于等于60%，温度10-30℃，存放时间小于48小时。
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