CN107461436B - 一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物、应用及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物、应用及其制备方法，涉及汽车刹车片制备技术领域。本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物，采用铝纤维与高岭土、丁腈酚醛树脂、微晶石墨配合使用。本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物通过在刹车片配方中添加铝纤维，铝纤维热导率高，可以显著的将制动过程中产生的摩擦热传导出去，避免热衰退现象的发生。
Description
技术领域
本发明涉及汽车刹车片制备技术领域，具体涉及一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物。
背景技术
随着国内外汽车工业和交通的迅猛发展，一方面高的增长速度为摩擦材料产品提供了市场；另一方面车速提高，对摩擦材料的性能提出了更为苛刻的要求。首先就是环保的要求；然后就是应具有良好的摩擦系数和耐磨损性能，具有一定的耐热性和机械强度；最后就是随着市场要求，保证性能同时研发摩擦系数更稳定，性能更加优异的刹车片配方越来越成为趋势。
汽车刹车片是保证汽车行驶安全的重要部件。刹车的工作原理主要是来自摩擦，现有摩擦材料在汽车制动过程中硬质颗粒容易在制动过程中磨损制动盘，从而减少汽车制动盘寿命。在恶劣工况下，制动过程中产生高温，造成制动过程中的热衰退现象，危及行车安全。
同时随着全球化资源节约化、环保无污染、低碳节能灯消费理念的普及，现有的车用刹车片材料从设计到制备技术都面临诸多的挑战。随着对刹车片配方中对早期使用的石棉增强剂由于环境和健康效应而全面禁用，作为石棉材料功能的理想替代材料金属铜及其他重金属原料对环境以及人体的危害性也日益引起广泛关注。采用铜纤维作为导热材料在磨损过程中铜会随着水进入河流、地下水中，危及人类及鱼类生命安全。美国华盛顿州等已颁布立法，强制限制刹车片中铜含量。同时由于刹车片磨损产生的重金属含Sb硫化物在空气中氧化反应可形成稳定的致癌物质，因此降低刹车片配方中铜及重金属成分含量，研究开发无铜、无重金属含量的刹车片已成为国际汽车行业发展的趋势。为此中国专利文献CN106438791A公开一种复合材料的汽车刹车片，其材料配方包括以下组分：硼改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、钡酚醛树脂、苯乙炔酚醛树脂、端环氧液体反应型丁腈橡胶、顺丁橡胶、二硫化钼、剑麻纤维、竹碳纤维、铝纤维、钼纤维、聚对亚苯基苯并二恶唑纤维、氧化锌晶须、蒙脱土、蛭石、纳米氧化铝、氧化铈、硼化锆、硅酸铝空心球、氧化石墨烯、铜粉、碳纳米管、纳米炭黑、粉末丁苯橡胶、钼酸铵、八苯基倍半硅氧烷，该现有技术耐高温性好，耐热稳定性能优异，耐磨性能高，且该配方无铜、无重金属、无石棉环境友好。然由于该现有技术中含有铜粉，污染环境，树脂纤维含量过高导致其涉水恢复率低，同时由于其组方配伍不合理导致其摩擦系数在0.36-0.49之间，波动范围较大，并且该现有技术材料中所有原材料均为价格十分昂贵的原材料，且许多原材料还在实验室阶段，刹车片产品价格高昂，难以推广应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术存在含有铜粉污染环境，涉水恢复率低，摩擦系数波动范围较大，以及成本高昂等缺陷，从而提供一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物、应用及其制备方法，该配方成本相对较低廉，且摩擦性能表现优异。
为此,本发明提供如下技术方案：
一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物，采用铝纤维与高岭土、丁腈酚醛树脂、微晶石墨配合使用。
原材料包括：铝纤维，丁腈酚醛树脂，微晶石墨，三氧化二铁，氧化锆，氧化铝，硅酸锆，高岭土以及硫酸钡填料。
原料的重量份配比如下：铝纤维10-30％，丁腈酚醛树脂：5-15％，微晶石墨3-12％，三氧化二铁3-8％，氧化锆3-8％，氧化铝0.5-2％，硅酸锆3-8％，高岭土3-8％，余量为硫酸钡填料。
原料的重量份配比如下：铝纤维10％，丁腈酚醛树脂：5％，微晶石墨8％，三氧化二铁8％，氧化锆5％，氧化铝1％，硅酸锆3％，高岭土4％，余量为硫酸钡填料。
所述纤维无铜组合物的应用。
所述纤维无铜组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取初混：按照配比将原料混合均匀得到初混料；
(2)混料：将步骤(1)混合均匀的初混料进行混料工序，在高速混料机中混料10min，高速桨2500r/min，主桨100r/min，得到混合料备用；
(3)热压：将经过步骤(2)的混合料置于热压模具中进行压制。压制过程中的压制温度为160度，压制压力为400kg/cm2，压制时间为300s；
(4)固化：将压制后毛坯在加热温度200℃固化3h即得用于汽车刹车片的纤维无铜组合物。
在刹车过程中，刹车片与制动盘互相对磨，为稳定制动过程中的摩擦系数，刹车片中的硬质颗粒容易损伤制动盘，从而降低制动盘使用寿命，同时在恶劣工况下，制动过程中产生的高热量容易使刹车片产生热衰退，导致刹车失效，危及生命安全。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物通过在刹车片配方中添加铝纤维，铝纤维热导率高，可以显著的将制动过程中产生的摩擦热传导出去，避免热衰退现象的发生。
2.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物制动过程中铝纤维会随着摩擦过程的进行形成铝转移膜，降低磨损，从而稳定摩擦系数，同时也可以在刹车盘表面形成一层转移膜作为壁垒以防氢扩散，降低了发生氢脆的危险。
3.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物配方中不使用铜纤维或铜粉等对环境有污染的原材料；增强纤维选用铝纤维进行替代。在摩擦制动过程中铝纤维可以将摩擦产生的热量传导出去，同时在制动盘表面形成转移膜，改善热衰退，稳定高温摩擦系数，并降低氢脆发生的危险。
4.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物所使用的摩擦材料是环保材料，配方中无铜，无硫化锑等材料，对环境非常友好，并且成本很低，在市场上很具有竞争力。
5.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物抗高温热衰退性能好，使用寿命长，并且耐磨性能良好，摩擦系数稳定。
6.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物，配方抗热裂性和耐磨性好，由于铝纤维的加入，热导率良好，将制动过程中产生的热量较好的传导出去，配合使用无机粘接剂、无机增强纤维和耐热有机纤维，改善了热衰退，同时摩擦过程中形成转移膜，使得磨损率降低，防止了氢脆的发生，延长了刹车片的使用寿命，同时保证了摩擦材料不对制动盘产生异常磨损。
7.本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物应用在汽车刹车片上小汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，并且对偶盘无损伤。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物的制备方法如下：
(1)称取混合：按照配比将原料混合均匀得到初混料；
(2)混料：将步骤(1)混合均匀的初混料进行混料工序，在高速混料机中混料10min，高速桨2500r/min，主桨100r/min，得到混合料备用；
(3)热压：将经过步骤(2)的混合料置于热压模具中进行压制，压制温度为160度，压制压力为400kg/cm2，压制时间为300s，压制目的是要使摩擦材料按照模具的形状成型，同时保证材料压制后密度在合理的范围之内；
(4)固化：将压制后毛坯在加热温度200℃固化3h即得用于汽车刹车片的纤维无铜组合物。
实施例1-6原料配方组成
表1实施例1-6原料重量百分比组成
对比例1
中国专利文献CN106438791A实施例1所公开的汽车刹车片金属材料，记为X1。
实验例1
采用同样的测试条件测试对比例制得的X1以及实施例1-6的组合物在600℃以内的摩擦系数，热衰退系数最低值，涉水恢复率,密度，热膨胀率，冲击强度，气孔率,在AK-MASTER试验后失重,试验后表面有没有裂纹出现等，具体数据对比见表2.
表2对比例制得的X1以及实施例1-6的组合物的性能效果数据
从表2可以看出，本发明提供的用于汽车刹车片的纤维无铜组合物性能明显优于X1，可能是由于本发明的组方中的各组分在特定配比下产生了协同生效的作用，通过对比数据发现，X1配方中摩擦系数在0.36-0.49之间波动，偏差范围较大，这是由于配方中树脂与纤维含量过高，并且增摩减摩材料之间不协同作用所致，其密度偏低，涉水恢复率过低，导致在行车过程中若遇雨雪天气不能及时响应刹车，且制动压力过大时候容易导致刹车片断裂，存在安全隐患。在进行AK-MASTER实验后发现，X1配方失重5.6g明显高于本发明提供的配方数据平均数据为4g，证明X1配方使用寿命不如本发明提供的配方。
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 (5)
1.一种用于汽车刹车片的纤维无铜组合物，其特征在于，原料的重量份配比如下：铝纤维10-30％，丁腈酚醛树脂：5-15％，微晶石墨3-12％，三氧化二铁3-8％，氧化锆3-8％，氧化铝0.5-2％，硅酸锆3-8％，高岭土3-8％，余量为硫酸钡填料。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，原料的重量份配比如下：铝纤维10％，丁腈酚醛树脂：5％，微晶石墨8％，三氧化二铁8％，氧化锆5％，氧化铝1％，硅酸锆3％，高岭土4％，余量为硫酸钡填料。
3.权利要求1-2任一所述纤维无铜组合物的应用。
4.权利要求1-2任一所述纤维无铜组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取初混：按照配比将原料混合均匀得到初混料；
(2)混料：将步骤(1)混合均匀的初混料进行混料工序，在高速混料机中混料10min，高速桨2500r/min，主桨100r/min，得到混合料备用；
(3)热压：将经过步骤(2)的混合料置于热压模具中进行压制；
(4)固化：将压制后毛坯在加热温度200℃固化3h即得用于汽车刹车片的纤维无铜组合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，压制过程中的压制温度为160度，压制压力为400kg/cm2，压制时间为300s。
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