CN107586536A - 一种摩擦材料及由其制备形成的无金属刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于制动材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料及由其制备形成的无金属刹车片及其制备方法。摩擦材料以重量份数计包括：碳纤维4‑12份、陶瓷纤维4‑12份、矿物纤维4‑11份、丁腈橡胶改性酚醛树脂4‑16份、粉末丁腈橡胶4‑12份、石墨2‑9份、硫酸钡9‑22份、芳纶浆粕1‑7份、重质碳酸钙8‑16份、轻质氧化镁4‑12份和α‑三氧化二铝1‑8份，将上述各原料混合形成混合料，放于模具中压制得到毛坯，其加热固化得到无金属刹车片。该刹车片具有磨损厚度小、使用寿命长的优点，而且摩擦材料的耐受温度高，避免了频繁刹车时刹车片温度高致使刹车失灵的问题，确保了行车的安全性。

Description

一种摩擦材料及由其制备形成的无金属刹车片及其制备方法

技术领域

本发明属于刹车材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料及由其制备形成的无金属刹车片及其制备方法。

背景技术

在现代社会，汽车、新能源车等毫无疑问是人类在陆地运输无可替代的现代化工具，在社会中发挥着举足轻重的作用，随着社会的发展，人类对车辆的要求也越来越高，如低能耗、轻量化等、安全可靠、乘坐舒适等。而刹车片作为制动系统的A类关键零部件，其性能的好坏直接关系到车辆运行的安全性和可靠性，刹车片一般由钢背、及粘结于钢背上的摩擦材料、消音片、卡簧、报警器构成，刹车时刹车片被挤压在刹车盘或刹车鼓上产生摩擦，从而达到车辆减速刹车的目的。由于摩擦作用，摩擦材料会逐渐被磨损，一般来讲成本越低的刹车片，其磨损越大，另外，摩擦过程中会产生大量的热，尤其是在地势陡峭的山区，频繁的刹车次数使得刹车片的温度上升，其摩擦材料的耐受温度也直接影响了刹车的效果。因此，在车辆的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件，刹车效果的优略刹车片起决定性作用，为此，人们一直致力提高刹车片的各项性能，从而提供优质的刹车片。

摩擦材料是一种高分子复合材料，一般包括高分子粘结剂、增强纤维和填料。随着汽车行业的不断发展，对摩擦材料的要求也日益严苛，最初的石棉基摩擦材料由于其热衰退性大、刹车过程中产生的石棉纤维对人体有害而逐渐被无石棉摩擦材料取代，作为石棉的替代成分金属铜，为传统摩擦材料中的关键成分，其有利于降低刹车片和刹车盘的磨损，实现在不同温度下的摩擦系数稳定，因此被广泛使用，其中NAO摩擦材料和低钢配方中铜的含量占摩擦材料的5％～20％。然而随着人们对环境保护意识的增强，鉴于铜对环境造成的不利影响，摩擦材料中铜的含量被限制，美国一些州近年来已颁布立法，强制要求在刹车片中减少或停用铜，因此研发无铜刹车片、无重金属刹车片已成为汽车行业的发展趋势。

例如中国专利CN100424120C公开了一种无石棉无金属车用摩擦材料，其组分包括芳纶纤维、陶瓷纤维、碳纤维、硅灰石纤维、丁腈改性酚酸树脂、粉末丁腈橡胶，三氧化二铝，硅酸石、锆英石、绿碳化硅、石墨、二硫化钼、重晶石、白云石、氟化钠、摩擦粉、蛭石和石油焦炭粉，该摩擦材料中不包括重金属，且铜含量低，降低了污染，满足用于刹车片的摩擦材料的使用标准，但其仍然存在摩擦系数不稳定，且磨损严重的问题。

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中刹车片使用中磨擦材料磨损大，刹车片寿命短的缺陷，从而提供一种磨损量小、使用寿命长的摩擦材料，以及由其制备形成的无金属刹车片及该刹车片的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种摩擦材料，以重量份数计，包括如下原料：碳纤维4-12份、陶瓷纤维4-12份、矿物纤维4-11份、丁腈橡胶改性酚醛树脂4-16份、粉末丁腈橡胶4-12份、石墨2-9份、硫酸钡9-22份、芳纶浆粕1-7份、重质碳酸钙8-16份、轻质氧化镁4-12份、α-三氧化二铝1-8份。

以重量份数计，包括如下原料：碳纤维5-10份、陶瓷纤维5-10份、矿物纤维5-10份、丁腈橡胶改性酚醛树脂6-15份、粉末丁腈橡胶5-10份、石墨3-8份、硫酸钡10-20份、芳纶浆粕2-5份、重质碳酸钙10-15份、轻质氧化镁5-10份、α-三氧化二铝3-6份。

以重量份计，包括如下原料：碳纤维7份、陶瓷纤维7份、矿物纤维6份、丁腈橡胶改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、石墨5份、硫酸钡16份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙12份、轻质氧化镁6份、α-三氧化二铝5份。

一种无金属刹车片，包括如上所述的摩擦材料。

上述无金属刹车片的制备方法包括如下步骤：(1)将碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、丁腈橡胶改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、硫酸钡、芳纶浆粕、重质碳酸钙、轻质氧化镁、α-三氧化二铝按比例混合形成混合料；(2)依次将钢背、所述混合料置于模具中进行压制，得到毛坯；(3)将所述毛坯加热固化制得刹车片半成品；(4)将所述刹车片半成品进行机加工成型；(5)将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片成品。

步骤(1)中混合时间为20-30min。

步骤(2)中压制压力为7-12MPa，压制时间为100-300s。

步骤(3)中加热温度为180-220℃，固化时间为6-10h。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的摩擦材料，包括碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、丁腈橡胶改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、硫酸钡、芳纶浆粕、重质碳酸钙、轻质氧化镁和α-三氧化二铝，摩擦材料中加入中的矿物纤维具有使用温度高、磨损小等优点，其和轻质氧化镁、重质碳酸钙和α-三氧化二铝等成分的协同配合，使得摩擦材料的洛氏硬度达到75-90HRR，且材料耐磨损，经测试左刹车片厚度磨损为0.202mm，右刹车片厚度磨损为0.211mm，与现有的刹车片的厚度磨损相比，具有磨损厚度小的特点，进而有利于延长刹车片的使用寿命；进一步的，上述成分相互配合使得材料的耐受温度达到560℃，从而防止了因频繁踩踏刹车使刹车片温度高造成刹车失灵的问题，确保了行车的安全性；经测试本申请摩擦材料的名义摩擦系数与最小摩擦系统差值较小，且不同条件测试下的摩擦系数数值浮动较小，表明摩擦系数稳定，能够实现不同状态下的刹车制动，提高了行车的安全性；将制得的刹车片上的摩擦材料从钢背上进行切除，钢背上摩擦材料的覆盖率达95％，且剪切强度高达4.5MPa，其表明摩擦材料和钢背有很好的粘结性，摩擦材料能够和钢背紧密结合，不易从钢背上脱落，确保了刹车片的制动性能。

2.本发明提供的摩擦材料，摩擦材料中不包含重金属，不会产生金属镶嵌，进而减少对对偶件的磨损，且解决了刹车片在制动过程中高温时因基体金属的转移、粘结，造成刹车副磨损严重的问题，延长了使用寿命。

3.本发明提供的摩擦材料，摩擦材料中不含铜，降低了污染，符合环保与轻量化的要求。

4.本发明提供的摩擦材料，采用石墨作为润滑剂，与其他成分相互作用，在材料表面形成界面膜，可以增加制动平稳性，降低衰退、磨损，延长使用寿命，采用的轻质氧化镁相较于重质氧化镁使得摩擦材料的重量轻，符合轻量化的发展。

5.本发明提供的摩擦材料，不含钢纤维，使得制动过程中产生的噪音小，振动低，产生粉尘少，而且使得由此摩擦材料制得的刹车片遇水不易产生锈，有更好的防腐效果，不影响汽车美观。

6.本发明提供的无金属刹车片，已通过多项OEM规范测试和验证，其结果表明，该无金属刹车片与行车制动器、驻车制动器、电动汽车系统均配合良好。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维7份、陶瓷纤维7份、矿物纤维6份、丁腈橡胶改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、石墨5份、硫酸钡16份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙12份、轻质氧化镁6份、α-三氧化二铝5份。

按照上述配比将各组分均匀混合25min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为10MPa，压制时间为200s，然后将压制的毛坯在220℃下，固化10h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片A。

实施例2

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维4份、陶瓷纤维9份、矿物纤维10份、丁腈橡胶改性酚醛树脂6份、粉末丁腈橡胶12份、石墨7份、硫酸钡9份、芳纶浆粕7份、重质碳酸钙8份、轻质氧化镁10份、α-三氧化二铝3份。

按照上述配比将各组分均匀混合20min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为12MPa，压制时间为300s，然后将压制的毛坯在180℃下，固化6h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片B。

实施例3

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维8份、陶瓷纤维5份、矿物纤维11份、丁腈橡胶改性酚醛树脂4份、粉末丁腈橡胶10份、石墨3份、硫酸钡20份、芳纶浆粕2份、重质碳酸钙15份、轻质氧化镁4份、α-三氧化二铝8份。

按照上述配比将各组分均匀混合30min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为8MPa，压制时间为150s，然后将压制的毛坯在200℃下，固化8h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片C。

实施例4

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维12份、陶瓷纤维4份、矿物纤维9份、丁腈橡胶改性酚醛树脂15份、粉末丁腈橡胶5份、石墨8份、硫酸钡15份、芳纶浆粕5份、重质碳酸钙10份、轻质氧化镁12份、α-三氧化二铝1份。

按照上述配比将各组分均匀混合27min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为11MPa，压制时间为270s，然后将压制的毛坯在190℃下，固化9h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片D。

实施例5

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维5份、陶瓷纤维10份、矿物纤维6份、丁腈橡胶改性酚醛树脂16份、粉末丁腈橡胶4份、石墨6份、硫酸钡22份、芳纶浆粕1份、重质碳酸钙16份、轻质氧化镁6份、α-三氧化二铝6份。

按照上述配比将各组分均匀混合28min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为11MPa，压制时间为270s，然后将压制的毛坯在210℃下，固化9h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片E。

实施例6

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维10份、陶瓷纤维8份、矿物纤维5份、丁腈橡胶改性酚醛树脂12份、粉末丁腈橡胶8份、石墨2份、硫酸钡10份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙13份、轻质氧化镁5份、α-三氧化二铝4份。

按照上述配比将各组分均匀混合20min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为10MPa，压制时间为200s，然后将压制的毛坯在220℃下，固化7h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片F。

实施例7

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维11份、陶瓷纤维11份、矿物纤维4份、丁腈橡胶改性酚醛树脂5份、粉末丁腈橡胶11份、石墨9份、硫酸钡9份、芳纶浆粕6份、重质碳酸钙9份、轻质氧化镁11份、α-三氧化二铝7份。

按照上述配比将各组分均匀混合25min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为12MPa，压制时间为240s，然后将压制的毛坯在200℃下，固化8h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片G。

对比例1

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维7份、陶瓷纤维7份、丁腈橡胶改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、石墨5份、硫酸钡16份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙12份、轻质氧化镁6份、α-三氧化二铝5份。

按照上述配比将各组分均匀混合25min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为10MPa，压制时间为200s，然后将压制的毛坯在220℃下，固化10h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片H。

对比例2

本实施例提供了一种摩擦材料，以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维7份、陶瓷纤维7份、矿物纤维6份、丁腈橡胶改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、石墨5份、硫酸钡16份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙12份、α-三氧化二铝5份。

按照上述配比将各组分均匀混合25min得到混合料，依次将钢背、混合料置于模具中，设置压制的压力为10MPa，压制时间为200s，然后将压制的毛坯在220℃下，固化10h制得刹车片半成品，将刹车片半成品进行机加工成型，再将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片I。

实验例1

分别对实施例和对比例制得的刹车片A-I按照GB/T 5763标准要求进行物理性能测试，结果如表1所示:

表1

实验例2

为考察刹车片的摩擦性能和磨损性能，按照《SAE J2522》测功圆盘制动器效能标准要求进行了台架试验，试验结果如表2、表3和表4所示：

表2

表2续

表2续

表3

刹车片	A	B	C	D	E	F	G	H	I
										耐受温度/℃	560	554	556	557	553	559	552	511	520

表4

表4续

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 (8)

1.一种摩擦材料，其特征在于，以重量份数计，包括如下原料：碳纤维4-12份、陶瓷纤维4-12份、矿物纤维4-11份、丁腈橡胶改性酚醛树脂4-16份、粉末丁腈橡胶4-12份、石墨2-9份、硫酸钡9-22份、芳纶浆粕1-7份、重质碳酸钙8-16份、轻质氧化镁4-12份、α-三氧化二铝1-8份。

2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，以重量份数计，包括如下原料：碳纤维5-10份、陶瓷纤维5-10份、矿物纤维5-10份、丁腈橡胶改性酚醛树脂6-15份、粉末丁腈橡胶5-10份、石墨3-8份、硫酸钡10-20份、芳纶浆粕2-5份、重质碳酸钙10-15份、轻质氧化镁5-10份、α-三氧化二铝3-6份。

3.根据权利要求2所述的摩擦材料，其特征在于，以重量份计，包括如下原料：碳纤维7份、陶瓷纤维7份、矿物纤维6份、丁腈橡胶改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、石墨5份、硫酸钡16份、芳纶浆粕4份、重质碳酸钙12份、轻质氧化镁6份、α-三氧化二铝5份。

4.一种无金属刹车片，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的摩擦材料。

5.一种权利要求4所述的无金属刹车片的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、丁腈橡胶改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、硫酸钡、芳纶浆粕、重质碳酸钙、轻质氧化镁、α-三氧化二铝按比例混合形成混合料；

(2)依次将钢背、所述混合料置于模具中进行压制，得到毛坯；

(3)将所述毛坯加热固化制得刹车片半成品；

(4)将所述刹车片半成品进行机加工成型；

(5)将机加工成型的刹车片半成品安装消音片、卡簧和报警器，最终制得刹车片成品。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合时间为20-30min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中压制压力为7-12MPa，压制时间为100-300s。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中加热温度为180-220℃，固化时间为6-10h。