CN107061574A - 一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料以及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料以及用途，以橡胶改性多元树脂材料的原料组分的总质量为基准计，所述橡胶改性多元树脂材料包括以下原料组分及质量百分比：苯并噁嗪树脂1％‑5％，腰果壳油改性酚醛树脂1％‑5％，环氧树脂1％‑5％，粉末丁腈橡胶1％‑15％，芳纶浆粕0.5％‑3％，矿物纤维5％‑20％，紫铜纤维2％‑5％，氧化铝1％‑7％，氢氧化钙1％‑5％，合成石墨3％‑9％，颗粒焦炭3％‑9％，硫化锑2％‑9％，钛酸钾5％‑15％，重晶石15％‑45％。本发明的材料用于盘式制动片中，降低了制动片的磨损量、降低了制动噪声发生频率，在摩擦损耗、噪音、热稳定性等方面均表现出较好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料以及用途。
背景技术
汽车用盘式制动片，是指安装在汽车车轮的盘式制动器上的，在汽车制动系统中最关键的安全零件，汽车刹车效果的好坏由制动片起着决定性的作用。
当前广泛使用的单一酚醛树脂基盘式制动片由于酚醛树脂自身固有的属性，往往存在树脂脆性大噪声差，耐热性能差、对对偶件制动盘友好性差等问题。目前常用的改性手段是单一改性方式，如橡胶改性提高噪声性能，硼改性提高耐热性，但是单一改性很难全面提升摩擦性能、噪声和对偶件的友好性等综合性能。
美国专利4607091将苯并噁嗪与环氧树脂混合，所得的混合物虽然提高交联密度，但是玻璃化转变温度Tg和固化温度提高、固化时间长并且脆性大，如用于制动片领域，混合基体的制动片生产工艺难度提高，并且噪声性能会变差。
专利104114526公开了苯并噁嗪、环氧树脂和酸酐的混合物，这种“无酚”的共混物具有较高的玻璃化转变温度，固化时间会缩短，但是如用于制动片领域，存在脆性大、混料工艺难的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料以及用途，克服现有技术中存在的制动片制动噪声大、耐热性差和制动盘寿命短的问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料，以橡胶改性多元树脂材料的原料组分的总质量为基准计，所述橡胶改性多元树脂材料包括以下原料组分及质量百分比：苯并噁嗪树脂1％-5％，腰果壳油改性酚醛树脂1％-5％，环氧树脂1％-5％，粉末丁腈橡胶1％-15％，芳纶浆粕0.5％-3％，矿物纤维5％-20％，紫铜纤维2％-5％，氧化铝1％-7％，氢氧化钙1％-5％，合成石墨3％-9％，颗粒焦炭3％-9％，硫化锑2％-9％，钛酸钾5％-15％，重晶石15％-45％；
所述粉末丁腈橡胶选自全交联粉末丁腈橡胶、半交联粉末丁腈橡胶、微交联粉末丁腈橡胶中的一种或多种。
进一步地，所述苯并噁嗪树脂的玻璃化温度为170-340℃。所述苯并噁嗪树脂190℃凝胶时间为180-480s，软化温度为60-70℃。
进一步地，所述腰果壳油改性酚醛树脂的流动距离为23-30mm，凝胶化时间为80-90S。其中，流动距离和凝胶化时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。
进一步地，所述环氧树脂的流动距离为25-35mm，水分低于1.0％。较佳地，所述环氧树脂可选自双马来酰亚胺改性环氧树脂、纳米材料改性环氧树脂。
进一步地，所述全交联粉末丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度大于100M，结合丙烯腈质量分数高于33％。
进一步地，所述半交联粉末丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度为60-150M，结合丙烯腈质量分数31-35％。
进一步地，所述微交联丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度为40-60M，结合丙烯腈质量分数30-33％。
其中，本发明中的门尼粘度参考GB/T1723-93中的方法测得。
进一步地，所述芳纶浆粕长径比为55-70。
所述矿物纤维的纤维长度为0.45-0.70mm。
所述紫铜纤维的纤维长度为3.50-4.12mm。
所述氧化铝粒度为325-800目。
所述氢氧化钙含量为96％以上。
所述合成石墨的粒度为40-60目。
所述硫化锑含量为95％以上。
所述钛酸钾松散密度为0.3-0.7g/ml。
所述颗粒焦炭粒度为20-100目。
所述重晶石的粒度为200-400目，所述硫酸钡含量高于90％。
本发明还提供了一种所述橡胶改性多元树脂材料在盘式制动片中的应用。
本发明还提供了一种盘式制动片，包括上面所述橡胶改性多元树脂材料和垫层料。
进一步地，以垫层料的原料组分的总质量为基准计，所述垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂15-25％，钢纤维15-30％，全交联丁腈橡胶3％-8％，腰果壳油改性酚醛树脂5％-10％，碳酸钙20％-40％，紫铜粉5％-10％，芳纶浆粕1％-5％。所述垫层料混合搅拌均匀后再加入到热压模具型腔中。垫层料的作用是为了增加剪切强度并具有一定的降噪效果。
更进一步地，所述酚醛树脂的流动距离为25-30mm，凝胶化时间为80-90S。其中，流动距离和凝胶化时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。
所述钢纤维的粒度是70-100目；紫铜粉的粒度为40-60目；其中，垫层料中全交联丁腈橡胶和腰果壳油改性酚醛树脂与前述盘式制动片原料组分中的对应一致。
进一步地，垫层料的用量占橡胶改性多元树脂材料和垫层料总质量的7-12％。
本发明中还提供了一种制备上述盘式制动片的方法，包括如下步骤：
(1)两步混料：第一步：在搅拌机中放入苯并噁嗪树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、环氧树脂、粉末丁腈橡胶，搅拌均匀；
第二步：将剩余原料组分加入到搅拌机中，搅拌，使得所有原料混合均匀；
(2)热压成型：将步骤(1)中混合后的原料加入到热压模具型腔内，摊平，然后加入垫层料，摊平，热压成型，脱模；
(3)热处理：将步骤(2)脱模后的制动片进行烘烤；
(4)磨削：将步骤(3)热处理后的制动片利用圆磨机进行磨削处理；
(5)喷塑：对步骤(4)处理得到的制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品。
进一步地，两步混料步骤中搅拌机主轴转速为200-240转/秒，飞刀转速为2000-3000转/秒。更进一步地，第一步混料时搅拌时间为200-400秒，第二步混料时搅拌时间为360-480秒。
本发明中采用两步混料法，第一步中将多元树脂和丁腈橡胶混合，获得橡胶改性的多元树脂基体，通过第一步混料的充分混合可提高基体对其他组分的粘结力；第二步中将获得的橡胶改性多元树脂基体与其他组分混合，能够确保复合材料的所有组分都能均匀分散在整体基体体系中。
进一步地，步骤(2)中热压成型的条件为；加载压力10-20MPa，热压时间300-400秒，热压温度150-210℃。
进一步地，步骤(3)中在180-190℃下烘烤1-2小时，然后升温至190-210℃下烘烤3-6小时。
进一步地，步骤(4)中将制动片磨削处理至平行度为±0.14mm，平面度为±0.10mm。
进一步地，步骤(5)中利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，可以防止制动片背板生锈，美化制动片外观，对制动片起着一定的高温热处理作用。静电喷涂设备的转速为500-1000rpm，温度为150-200℃。
本发明中采用不同交联程度的丁腈橡胶与多元改性树脂组合，不同交联程度的丁腈橡胶的混合提高了制动片的有效贴合面积，而且多元树脂的加入提高了交联密度，因此有效提高了制动片的摩擦系数，提升了不同制动条件的系数稳定性、提供了制动舒适性。同时由于多元树脂和粉末丁腈橡胶的协同作用，有效降低了制动片的磨损量，提升了制动片对制动盘的友好性。而采用腰果壳油改性酚醛树脂和丁腈橡胶共混，提高了基体对自激振动能量的有效吸收，从而有效降低了制动噪声发生频率，提高了噪声消除的靶向针对性。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例中所用到的原料均为本领域技术人员所熟知的常规物料，可通过一般商业途径获得。
实施例1
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂4％，腰果壳油改性酚醛树脂4％，环氧树脂4％，全交联丁腈橡胶3％，半交联丁腈橡胶2％，微交联丁腈橡胶2％，芳纶浆粕2％，矿物纤维15％，紫铜纤维2％，氧化铝3％，氢氧化钙5％，合成石墨5％，颗粒焦炭5％，硫化锑3％，钛酸钾10％，重晶石31％。
盘式制动片制备方法包括如下步骤：
(1)两步混料：第一步混料：首先在高速搅拌机中放入苯并噁嗪树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、环氧树脂、粉末丁腈橡胶，搅拌5分钟；第二步混料：然后在犁耙式高速搅拌机内放入芳纶浆粕，矿物纤维，紫铜纤维，氧化铝，氢氧化钙，合成石墨，颗粒焦炭，硫化锑，钛酸钾，重晶石，搅拌420秒，使得所有原料混合均匀；
(2)热压成型：在热压模具型腔内首先放入步骤(1)混合完毕的原料，然后摊平，再将垫层料放入热压模具型腔，摊平，加载压力16MPa，热压时间300s，热压温度180℃，热压成型后脱模；
加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的10％；
其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂20％，钢纤维25％，全交联丁腈橡胶5％，腰果壳油改性酚醛树脂8％，碳酸钙32％，紫铜粉8％，芳纶浆粕2％；使用前混合均匀；
(3)热处理：制动片脱模后首先置于180℃的烘烤温度烘烤1小时，随后置于200℃的烘烤温度下烘烤3小时；
(4)磨削：利用圆磨机磨削(3)处理后的制动片至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；
(5)喷塑：利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品，静电喷涂设备的转速为800rpm，温度为180℃。
实施例2
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂3％，腰果壳油改性酚醛树脂3％，环氧树脂3％，全交联丁腈橡胶3％，半交联丁腈橡胶2％，芳纶浆粕2％，矿物纤维15％，紫铜纤维2％，氧化铝3％，氢氧化钙5％，合成石墨5％，颗粒焦炭5％，硫化锑3％，钛酸钾10％，重晶石36％。
盘式制动片制备方法同实施例1。
实施例3
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂4％，腰果壳油改性酚醛树脂4％，环氧树脂4％，半交联丁腈橡胶2％，微交联丁腈橡胶3％，芳纶浆粕2％，矿物纤维15％，紫铜纤维2％，氧化铝3％，氢氧化钙5％，合成石墨5％，颗粒焦炭5％，硫化锑3％，钛酸钾10％，重晶石33％。
盘式制动片制备方法同实施例1。
实施例4
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂1％，腰果壳油改性酚醛树脂5％，环氧树脂1％，全交联丁腈橡胶1％，芳纶浆粕3％，矿物纤维20％，紫铜纤维5％，氧化铝7％，氢氧化钙2％，合成石墨9％，颗粒焦炭9％，硫化锑8％，钛酸钾14％，重晶石15％。
制备方法同实施例1，与实施例1不同的地方在于：
步骤(2)中热压成型中，加载压力为10MPa，热压时间400s，热压温度150℃，加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的7％；其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂15％，钢纤维30％，全交联丁腈橡胶8％，腰果壳油改性酚醛树脂5％，碳酸钙27％，紫铜粉10％，芳纶浆粕5％；使用前混合均匀；
步骤(3)热处理中，制动片脱模后首先置于190℃的烘烤温度烘烤2小时，随后置于210℃的烘烤温度下烘烤6小时；
步骤(5)喷塑中，静电喷涂设备的转速为500rpm，温度为200℃。
实施例5
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂5％，腰果壳油改性酚醛树脂1％，环氧树脂5％，全交联丁腈橡胶5％，微半交联丁腈橡胶10％，芳纶浆粕0.5％，矿物纤维5％，紫铜纤维4％，氧化铝1％，氢氧化钙1％，合成石墨3％，颗粒焦炭3％，硫化锑6.5％，钛酸钾5％，重晶石45％。
制备方法同实施例1，与实施例1不同的地方在于：
步骤(2)中热压成型中，加载压力为10MPa，热压时间400s，热压温度150℃，加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的12％；其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂25％，钢纤维20％，全交联丁腈橡胶8％，腰果壳油改性酚醛树脂10％，碳酸钙22％，紫铜粉10％，芳纶浆粕5％；使用前混合均匀；
步骤(3)热处理中，制动片脱模后首先置于185℃的烘烤温度烘烤1.5小时，随后置于190℃的烘烤温度下烘烤4小时；
步骤(5)喷塑中，静电喷涂设备的转速为1000rpm，温度为150℃。
实施例6
盘式制动片的原料组分及质量百分比：
苯并噁嗪树脂5％，腰果壳油改性酚醛树脂2％，环氧树脂2％，半交联丁腈橡胶10％，芳纶浆粕2％，矿物纤维10％，紫铜纤维3％，氧化铝5％，氢氧化钙4％，合成石墨6％，颗粒焦炭6％，硫化锑2％，钛酸钾15％，重晶石28％。
制备方法同实施例1，与实施例1不同的地方在于：
垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂25％，钢纤维15％，全交联丁腈橡胶3％，腰果壳油改性酚醛树脂10％，碳酸钙40％，紫铜粉5％，芳纶浆粕2％；使用前混合均匀。
对比例1
原料组分及质量百分比：
腰果壳油改性酚醛树脂12％，全交联丁腈橡胶3％，半交联丁腈橡胶1％，微交联丁腈橡胶2％，芳纶浆粕2％，矿物纤维15％，紫铜纤维2％，氧化铝3％，氢氧化钙5％，合成石墨5％，颗粒焦炭5％，硫化锑3％，钛酸钾10％，重晶石32％。
制备方法同实施例1。
性能测试
分别对实施例1-3、对比例1中所获得的制动片进行性能测试，分别是：按照台架测试程序SAE J2522测试摩擦系数、按照台架测试程序SAE J2521测试噪音结果、按照JASOC427试验测试磨损情况。
结果显示：
SAE J2522台架测试：
平均摩擦系数分别是：实施例1：0.334，实施例2：0.339，实施例3：0.327，对比例1：0.317。
不同章节摩擦系数标准差(标准差越小制动越稳定)分别为：实施例1：0.042，实施例2：0.036，实施例3：0.050，对比例1：0.052。
衰退率(衰退后和衰退前特征系数比值，衰退率越低，热稳定性越好)分别为：实施例1：8.09％，实施例2：3.31％，实施例3：11.09％，对比例1：27.54％。
SAE J2521噪音试验：
0-20.0kHz内大于70dB的噪音概率分别为：实施例1:2.40％，实施例2:1.70％，实施例3:3.28％，对比例1:3.90％。
其中对比例1中噪音集中分布在2-6KHz为3.89％，实施例3在2-6KHz分布仅为0.58％。交联程度不同的粉末橡胶可以消除不同频率段噪声，微交联橡胶对2-6KHz频段噪声消除效果显著。
JASO C427试验：
厚度磨损分别为：实施例1：0.754mm，实施例2：0.844mm，实施例3:0.704mm，对比例1：0.887mm。
高温章节磨损分别是：实施例1：0.082mm，实施例2：0.105mm，实施例3：0.102mm，对比例1：0.123mm。
综合以上，本发明的橡胶改性多元树脂基盘式制动片在摩擦损耗、噪音、热稳定性等方面均表现出较好的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于盘式制动片的橡胶改性多元树脂材料，其特征在于，以橡胶改性多元树脂材料的原料组分的总质量为基准计，所述橡胶改性多元树脂材料包括以下原料组分及质量百分比：苯并噁嗪树脂1％-5％，腰果壳油改性酚醛树脂1％-5％，环氧树脂1％-5％，粉末丁腈橡胶1％-15％，芳纶浆粕0.5％-3％，矿物纤维5％-20％，紫铜纤维2％-5％，氧化铝1％-7％，氢氧化钙1％-5％，合成石墨3％-9％，颗粒焦炭3％-9％，硫化锑2％-9％，钛酸钾5％-15％，重晶石15％-45％；
所述粉末丁腈橡胶选自全交联粉末丁腈橡胶、半交联粉末丁腈橡胶、微交联粉末丁腈橡胶中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的橡胶改性多元树脂材料，其特征在于，还包括如下特征中的任一项或多项：
所述苯并噁嗪树脂的玻璃化温度为170-340℃；
所述腰果壳油改性酚醛树脂的流动距离为23-30mm，凝胶化时间为80-90S；
所述环氧树脂的流动距离为25-35mm。
3.根据权利要求1所述的橡胶改性多元树脂材料，其特征在于，还包括如下特征中的任一项或多项：
所述全交联粉末丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度大于100M，结合丙烯腈质量分数高于33％；
半交联粉末丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度为60-150M，结合丙烯腈质量分数为31-35％；
微交联粉末丁腈橡胶的直径为50-150μm，门尼粘度为40-60M，结合丙烯腈质量分数为30-33％。
4.权利要求1至3任一项所述橡胶改性多元树脂材料在盘式制动片中的应用。
5.一种盘式制动片，包括权利要求1至3任一项所述橡胶改性多元树脂材料和垫层料。
6.根据权利要求5所述的盘式制动片，其特征在于，以垫层料的原料组分的总质量为基准计，所述垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂15-25％，钢纤维15-30％，全交联丁腈橡胶3％-8％，腰果壳油改性酚醛树脂5％-10％，碳酸钙20％-40％，紫铜粉5％-10％，芳纶浆粕1％-5％。
7.根据权利要求5所述的盘式制动片，其特征在于，垫层料的用量占橡胶改性多元树脂材料和垫层料总质量的7-12％。
8.制备权利要求5至7任一项所述盘式制动片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)两步混料：第一步：在搅拌机中放入苯并噁嗪树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、环氧树脂、粉末丁腈橡胶，搅拌均匀；
第二步：将剩余原料组分加入到搅拌机中，搅拌，使得所有原料混合均匀；
(2)热压成型：将步骤(1)中混合后的原料加入到热压模具型腔内，摊平，然后加入垫层料，摊平，热压成型，脱模；
(3)热处理：将步骤(2)脱模后的制动片进行烘烤；
(4)磨削：将步骤(3)热处理后的制动片利用圆磨机进行磨削处理；
(5)喷塑：对步骤(4)处理得到的制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中热压成型的条件为；加载压力10-20MPa，热压时间300-400秒，热压温度150-210℃。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中在180-190℃下烘烤1-2小时，然后升温至190-210℃下烘烤3-6小时。
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