CN106957632A - 一种玄武岩纤维刹车片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种玄武岩纤维刹车片及其制备方法，涉及汽车配件领域。玄武岩纤维刹车片的制备方法，包括：将10～30重量份的玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的摩擦剂和10～35重量份的填料混合均匀，在150～180℃的温度和10～30MPa压力下热压成型1～10min后，在100～200℃的温度下固化处理8～10h制得。本玄武岩纤维刹车片以天然纤维玄武岩纤维为骨架材料，配合增强材料、粘接基体、摩擦剂和填料制得轻质价廉、强度较高和耐摩耐损的刹车片。同时，具备无毒无害和生态环保等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件领域，且特别涉及一种玄武岩纤维刹车片及其制备方法。
背景技术
目前，国内外针对汽车刹车片的摩擦材料的研究和应用仍是集中在：材料成分、制取方法、工艺路线、结构设计和试验分析等方面。但是上述内容主要针对现有的无石棉摩擦材料、半金属摩擦材料等领域。
此外，作为制动的纤维摩擦材料主要包括玻璃纤维和有机合成纤维等，例如碳纤维、芳纶纤维等，这些纤维材料性能均一，且生产过程的能源消耗量大，工作过程磨损产物污染环境。因此，开发满足刹车片的摩擦材料应用的新型摩擦材料迫不及待。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维刹车片，以天然纤维玄武岩纤维为骨架材料，配合增强材料、粘接基体、摩擦剂和填料制得轻质价廉、强度较高和耐摩耐损的刹车片。同时，具备无毒无害和生态环保等优点。
本发明的另一目的在于提供一种玄武岩纤维刹车片的制备方法，以快速和大量制取上述的玄武岩纤维刹车片。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种玄武岩纤维刹车片，主要由以下原料制成：10～30重量份玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的研磨剂和10～35重量份的填料，其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物。
一种玄武岩纤维刹车片的制备方法，包括：
将10～30重量份的玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的摩擦剂和10～35重量份的填料混合均匀，在150～180℃的温度和15～30MPa压力下热压成型1～10min后，在100～220℃的温度下热处理5～10h，之后进行磨削、喷漆和烘干；
其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例的玄武岩纤维刹车片以天然纤维玄武岩纤维为骨架材料，配合粘接基体、摩擦剂和填料制得轻质价廉、强度较高和耐摩耐损的刹车片。同时，具备无毒无害和生态环保等优点。
本发明实施例的玄武岩纤维刹车片的制备方法，能够快速和大量制取上述的玄武岩纤维刹车片。具有操作简单和安全高效等特点。
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玄武岩纤维刹车片及其制备方法进行具体说明。
一种玄武岩纤维刹车片，主要由以下原料制成：10～30重量份玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的研磨剂和10～35重量份的填料，其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物玄武岩纤维是本玄武岩纤维刹车片的骨架材料，可以由以下方式制得：
以玄武岩矿石为原料，将破碎后玄武岩矿石在1450℃～1550℃的温度下进行熔融，得到熔融物。将熔融物通过拉丝漏板先拉成粗纤维后，再将粗纤维由拉丝机拉制成连续的玄武岩纤维。即，玄武岩纤维为玄武岩纤维无捻粗砂。
将制得的玄武岩纤维送至南京玻璃纤维研究设计院质检中心(即：国家玻璃纤维产品质量监督检验中心)，按照GB/T 25-45-2010对玄武岩纤维进行性能检测，其检验报告为：玻纤质检(TSW)字，第(16060418)号。其检测结果如表1。可以理解，玄武岩纤维具备如表1的技术指标。
表1玄武岩纤维技术指标
注1：耐碱性处理条件为：试样在60℃的温度和1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡120min。
耐温处理条件为：试样在300℃的温度下放置120min。
注2：浸胶纱试样采用SW2511-1A/BS环氧树脂。固化条件：25℃的温度下处理24h，80℃的温度下处理8h。浸胶纱拉伸强度和拉伸弹性模量以玻璃密度为2.60g/cm3进行计算。
注3：棒状复合材料采用金陵帝斯曼树脂有限公司生产的P65-901不饱和聚酯树脂制作。固化条件：20～20℃的温度下处理24h，80℃的温度下处理24h。棒状符合材料玻璃纤维质量含量为63.6％。
从表1可以看出，玄武岩纤维的基本技术指标达到国家标准的要求。并且，玄武岩纤维的耐温性、耐碱性和浸胶拉伸性能进一步说明其能够应用于刹车片领域，并作为玄武岩纤维刹车片的骨架材料。可以进一步理解，玄武岩纤维的直径以10～20μm为宜。
进一步优选，在制备玄武岩刹车片材料前，将玄武岩纤维进行切割。
增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物。金属纤维选自钢纤维、铜纤维、铝纤维和铁铬铝合金纤维中的至少一种。
其中，硫酸钙晶须选用长径比为30～80的纤维状单晶体。其具有颗粒状填料的细度和短纤维填料的长径比等特点，能够均匀分散于玄武岩纤维的其它原料中，从而提高玄武岩纤维的机械性能和阻燃性能。此外，硫酸钙晶须是无毒的绿色环保材料。硫酸钙晶须的技术指标见表2。
表2硫酸钙晶须的技术指标
可以理解，具备上述技术指标的硫酸钙晶须能够满足制备玄武岩纤维刹车片。在玄武岩纤维的原料中添加硫酸钙晶须作为骨架材料的增强材料，因此，也可以理解制备的玄武岩纤维刹车片是一种硫酸钙晶须刹车片。
粘接基体选自酚醛树脂和改性酚醛树脂中的至少一种。可以理解，粘接基体可以单独选自酚醛树脂，也可以单独选自改性酚醛树脂，还可以选自酚醛树脂和改性酚醛树脂的混合物。作为优选，粘接基体选自改性酚醛树脂。通过选用对酚醛树脂进行改性得到的改性酚醛树脂，保证制备的玄武岩纤维刹车的原料之间的粘接的同时能够降低粘接基体的硬脆性。
其中，改性酚醛树脂选自腰果壳油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂、三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂和聚氨酯酚醛树脂中的至少一种。即，改性酚醛树脂可以选用上述多种改性酚醛树脂的任意一种，也可以选用上述多种改性酚醛树脂中的至少两种的任意比例的混合物。
研磨剂选自刚玉、碳化硅、碳化硼、高耐磨炭黑、白炭黑、氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉、铬铁矿粉、长石粉、白云石粉和沸石粉中的至少一种。其中，氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉和铬铁矿粉等特别作为软磨料。
作为第一类优选方案，研磨剂选自刚玉、碳化硅、碳化硼、高耐磨炭黑和白炭黑中的至少一种与氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉和铬铁矿粉中的至少一种的混合物。
作为第二类优选方案，研磨剂选自长石粉、白云石粉和沸石粉中的至少一种与氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉和铬铁矿粉中的至少一种的混合物。
作为第三类优选方案，研磨剂选自刚玉、碳化硅、碳化硼、高耐磨炭黑和白炭黑红的至少一种与氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉和铬铁矿粉中的至少一种以及与长石粉、白云石粉和沸石粉中的至少一种的混合物。
承上述，通过向玄武岩纤维刹车片的原料中添加研磨剂，能够使得各原料之间分散均匀，改善玄武岩纤维刹车的片摩擦性能，提高其在低温阶段(室温-250℃)和高温阶段(250℃～400℃)的摩擦系数，以保证玄武岩纤维刹车片的广泛的用途和稳定的性能。
填料选自高岭土、硅灰石、重晶石粉、蛭石粉、云母粉和冰晶石粉中的至少一种。填料能够作为骨架材料玄武岩纤维之间空隙的补充，而且，能够增强玄武岩纤维的摩擦性能和抗冲击性。
为了进一步玄武岩纤维刹车片的性能指标，对其原料配比进一步优化，包括：15～3重量份的玄武岩纤维，12～20重量份份增强材料，6～12重量份的粘接基体，3～12重量份的研磨剂和20～30重量份的填料。通过优化玄武岩纤维刹车片的原料配比，能够提高其硬度、耐磨、耐蚀和寿命。
在本玄武岩纤维刹车片的另一实现方案中，原料还包括润滑剂。通过向玄武岩纤维刹车片的原料中添加润滑剂，能够在玄武岩纤维刹车片的摩擦界面形成摩擦润滑膜，既能降低玄武岩纤维刹车片的摩擦系数又能减少玄武岩纤维刹车片的磨损，从而提高了玄武岩纤维刹车片的使用寿命。为了保证玄武岩纤维刹车片原料配比的协调和平衡，润滑剂以5～15重量份的加入量为宜。
润滑剂选自人造石墨、金属硫化物、鳞片石墨和二硫化钼中的至少一种。其中，金属硫化物选自硫化锌、硫化锑、硫化铜、硫化钼中的至少一种。
一种玄武岩纤维刹车片的制备方法，包括：
备取原料，包括10～30重量份的玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的摩擦剂和10～35重量份的填料。
将上述的玄武岩纤维、粘接基体、摩擦剂和填料混合均匀，得到混合物。
将上述混合物进行热压成型。具体地，热压成型的条件为：温度为150～180℃，压力为10～30MPa，时间为1～10min。优选地，热压成型的条件为：温度为150～170℃，压力为12～25MPa，时间为1.5～8min。更优选地，热压成型的条件为：温度为150～160℃，压力为13～20MPa，时间为2～7min。
将热压成型后的混合物在100～200℃的温度下进行热处理5～10h制得。热处理通过加热、保温和冷却的过程，以获得预期组织和预定性能的一种金属热加工工艺。具体地，热处理加热、保温和冷却过程包括：
第一阶段：在0.5～1.5h内，将热压成型后的混合物升温至100～120℃，并在此温度范围内保温1～3h；
第二阶段：在0.5～1h内，将经过第一阶段处理的混合物升温至150～180℃，并在此温度范围内保温2～4h；
第三阶段，在0.5～1.5h内，将经过第二阶段处理的混合物升温至200℃，并在此温度保持0.5～1.5h；降温后出炉。之后进行磨削、喷漆和烘干。
承上述，通过上述过程即完成了玄武岩纤维刹车片的制备。针对于上述的优选方案，可以10～30重量份的玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的摩擦剂、10～35重量份的填料和5～15重量份的润滑剂混合均匀后，再进行上述的热压成型和热处理。
需要进一步说明的是，制备玄武岩纤维的各种原料均以平均粒子直径相配合的情况为宜。通过选用规格相近的各种物料，能够保证原料混合和分散的均匀，从而保证了玄武岩纤维刹车片的制备效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将30kg的玄武岩纤维、5kg的腰果壳油改性酚醛树脂、5kg的硼改性酚醛树脂、2kg的高耐磨炭黑、4kg的磁铁矿粉、4kg硫铁矿粉、10kg的高岭土、1kg的人造石墨、5kg的硫化锌、0.1kg的丁腈橡胶和0.1kg的聚苯硫醚混合均匀，得到混合物。
将混合物在150℃的温度下和15MPa的压力下热压成型5min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1h升温至100℃够并在该温度保温1.5h；在1h升温至160℃并在此温度保温2.5h；在0.5h升温至200℃并在此温度保温0.5h；之后，降温后出炉，即得。
实施例2
将15kg的玄武岩纤维、12.5kg的硫酸钙晶须、1kg的腰果壳油改性酚醛树脂、1kg的聚酰胺改性酚醛树脂、1kg的双氰胺改性酚醛树脂、2kg的环氧改性酚醛树脂、2kg的三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、3kg的环氧酚醛树脂、0.5kg的碳化硅、0.5kg的高耐磨炭黑、1kg的磁铁矿粉、1kg的黄铜矿粉、1kg的硫铁矿粉、0.2kg的长石粉、0.3kg的白云石粉和0.5kg的冰晶石粉混合均匀，得到混合物。
将混合物在155℃的温度下和18MPa的压力下热压成型4min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1h升温至105℃够并在该温度保温1h；在0.75h升温至170℃并在此温度保温3h；在0.5h升温至200℃并在此温度保温0.75h；之后，降温后出炉，即得。
实施例3
将20kg的玄武岩纤维、10kg硫酸钙须晶、5kg的钢纤维、6kg的聚酰胺改性酚醛树脂、4kg的聚氨酯酚醛树脂、2kg的碳化硅、2kg的氧化锌、2kg的氧化镁、2kg的白云石粉、1kg的沸石粉、10kg的高岭土、5kg的硅灰石、5kg的重晶石粉、5kg的人造石墨、3kg的鳞片石墨和2kg的二硫化钼混合均匀，得到混合物。
将混合物在170℃的温度下和20MPa的压力下热压成型3min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1.25h升温至100℃够并在该温度保温1.25h；在1h升温至170℃并在此温度保温3h；在1h升温至200℃并在此温度保温0.75h；之后，降温后出炉，即得。
实施例4
将25kg的玄武岩纤维、17.5kg的硫酸钙晶须、3kg的腰果壳油改性酚醛树脂、3kg的聚酰胺改性酚醛树脂、3kg的双氰胺改性酚醛树脂、3kg的环氧改性酚醛树脂、2kg的碳化硅、2kg的氧化铝、2kg的磁铁矿粉、2kg的黄铜矿粉、2kg的铬铁矿粉、1kg的长石粉、1kg的白云石粉、15kg的高岭土、10kg的硅灰石、4kg的重晶石粉、2kg的人造石墨、2kg的鳞片石墨、2kg的二硫化钼、2kg的硫化锌、2kg的硫化锑和2kg的硫化铜混合均匀，得到混合物。
将混合物在160℃的温度下和22MPa的压力下热压成型2min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1.5h升温至100℃够并在该温度保温1h；在0.75h升温至170℃并在此温度保温4h；在1.5h升温至200℃并在此温度保温0.5h；之后，降温后出炉，即得。
实施例5
将30kg的玄武岩纤维、20kg的硫酸钙晶须、2.5kg的腰果壳油改性酚醛树脂、2.5kg双氰胺改性酚醛树脂、5kg的三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、5kg的环氧酚醛树脂、5kg的磁铁矿粉、5kg的铬铁矿粉、3kg的长石粉、2kg的白云石粉、15kg的高岭土、15kg的重晶石粉、5kg的冰晶石粉、7kg的鳞片石墨和7kg的二硫化钼混合均匀。
将混合物在150℃的温度下和15MPa的压力下热压成型5min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1h升温至100℃够并在该温度保温1h；在1h升温至160℃并在此温度保温4h；在1h升温至200℃并在此温度保温1h；之后，降温后出炉，即得。
实施例6
将20kg的玄武岩纤维、15kg的硫酸钙晶须、2.5kg的腰果壳油改性酚醛树脂、2.5kg双氰胺改性酚醛树脂、5kg的三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、5kg的环氧酚醛树脂、5kg的磁铁矿粉、5kg的铬铁矿粉、3kg的长石粉、2kg的白云石粉、4kg的高岭土、4kg的重晶石粉和4.5kg的冰晶石粉混合均匀，得到混合物。
将混合物在150℃的温度下和15MPa的压力下热压成型5min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1h升温至100℃够并在该温度保温1h；在1h升温至160℃并在此温度保温4h；在1h升温至200℃并在此温度保温1h；之后，降温后出炉，即得。
对比例1
将20kg的玄武岩纤维、15kg的硫酸钙晶须、2.5kg的腰果壳油改性酚醛树脂、2.5kg双氰胺改性酚醛树脂、5kg的三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、5kg的环氧酚醛树脂、5kg的磁铁矿粉、5kg的铬铁矿粉、3kg的长石粉、2kg的白云石粉、4kg的高岭土、4kg的重晶石粉和4.5kg的冰晶石粉、3kg的人造石墨、3kg的鳞片石墨和1kg的硫化锌混合均匀，得到混合物。
将混合物在150℃的温度下和15MPa的压力下热压成型5min后，得到热压成型后的混合物。
将热压成型后的混合物依次进行如下热处理：在1h升温至100℃够并在该温度保温1h；在1h升温至160℃并在此温度保温4h；在1h升温至200℃并在此温度保温1h；之后，降温后出炉，即得。
将实施例1～6和对比例1制备的玄武岩纤维刹车片，按照GB/T5763-2008的进行性能检测，其检测结果见表1、表2和表3。
表1玄武岩纤维刹车片摩擦系数a(μ)检测结果
表2玄武岩纤维刹车片指定摩擦系数的允许偏差(△μ)检测结果
表3玄武岩纤维刹车片磨损率(V)/[10-7cm3/(N·m)]检测结果
从表1至表3中可以看出，玄武岩纤维刹车片符合1～4类衬片的标准，能够满足于在轿车、运动型多用途汽车(SUV)或商务轿车(MPV)等领域的应用。同时，可以看出，实施例5制备的玄武岩刹车片优于实施例6、对比例1和对比例2制备的玄武岩刹车片，进一步说明其原料筛选和配比能够进一步提升玄武岩纤维刹车片的性能。
综上所述，本发明实施例的玄武岩纤维刹车片以天然纤维玄武岩纤维为骨架材料，配合增强材料、粘接基体、摩擦剂和填料制得轻质价廉、强度较高和耐摩耐损的刹车片。同时，具备无毒无害和生态环保等优点。
本发明实施例的玄武岩纤维刹车片的制备方法，能够快速和大量制取上述的玄武岩纤维刹车片。具有操作简单和安全高效等特点。
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 (10)
1.一种玄武岩纤维刹车片，其特征在于，主要由以下原料制成：10～30重量份玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的研磨剂和10～35重量份的填料，其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述玄武岩纤维15～30重量份份，所述增强材料12～20重量份份，所述粘接基体6～12重量份，所述研磨剂3～12重量份，所述填料20～30重量份。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述金属纤维选自钢纤维、铜纤维、铝纤维和铁铬铝合金纤维中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述原料还包括5～15重量份的润滑剂，所述润滑剂选自人造石墨、金属硫化物、鳞片石墨和二硫化钼中的至少一种；
其中，所述金属硫化物选自硫化锌、硫化锑、硫化铜、硫化钼中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述粘结基体选自酚醛树脂和改性酚醛树脂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述改性酚醛树脂选自腰果壳油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂、三聚氰胺-腰果壳油双改性酚醛树脂、环氧酚醛树脂和聚氨酯酚醛树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述研磨剂选自刚玉、碳化硅、碳化硼、高耐磨炭黑、白炭黑、氧化锌、氧化镁、氧化铝、磁铁矿粉、黄铜矿粉、硫铁矿粉、铬铁矿粉、长石粉、白云石粉和沸石粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维刹车片，其特征在于，所述填料选自高岭土、硅灰石粉、重晶石粉、蛭石粉、云母粉和冰晶石粉中的至少一种。
9.一种玄武岩纤维刹车片的制备方法，其特征在于，包括：
将10～30重量份的玄武岩纤维、10～20重量份的增强材料、5～20重量份的粘接基体、1～15重量份的摩擦剂和10～35重量份的填料混合均匀，在150～180℃的温度和15～30MPa压力下热压成型1～10min后，在100～220℃的温度下热处理5～10h，之后进行磨削、喷漆和烘干；
其中，增强材料选自硫酸钙须晶或硫酸钙须晶与芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维中的至少一种的混合物。
10.根据权利要求9所述的玄武岩纤维刹车片的制备方法，其特征在于，热处理包括：在0.5～1.5h内升温至100～120℃并在此温度保持1～3h后，在0.5～1h内升温至150～180℃并在此温度保持2～4h后，在0.5～1.5h内升温至200～220℃并在此温度保持0.5～1.5h后降温。
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