CN107676413B - 一种刹车片摩擦材料组合物及其制备方法和刹车片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刹车片摩擦材料组合物及其制备方法和刹车片，刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂、硅酮树脂；增强材料包括：硅酸铝纤维、钢纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、二氧化硅气溶胶、氮化钛、碳化钛。采用本发明刹车片摩擦材料组合物制得的刹车片制动过程中摩擦系数较高而且稳定，磨损率低，具有优良的热稳定性，噪音低，抖动小。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦衬片领域，具体涉及一种刹车片摩擦材料组合物及其制备方法和刹车片。
背景技术
刹车片由背板、粘结层、摩擦块组成，是汽车刹车系统中最为关键的安全零件，刹车片的类型主要包括：石棉刹车片(基本淘汰)、半金属刹车片、少金属刹车片、NAO配方刹车片、陶瓷刹车片、NAO陶瓷刹车片。其中摩擦块又直接关系着刹车片的核心性能。摩擦块由摩擦材料、粘合剂组成。由于单一材料不能满足安全性、耐久性的产品要求，因而摩擦材料发展成增强体、粘结剂树脂、摩擦性能调节剂、耐磨添料等组成的多组分复合材料。
由于在制动过程中产生的摩擦热，引起摩擦表面温度升高，容易导致粘结剂树脂发生玻璃化转化、热膨胀、热衰退、热龟裂等现象，从而引起摩擦力矩的突然变化，导致摩擦失效，因此摩擦材料的粘结树脂以改性酚醛树脂为主。
金属粉体可以作为增强材料，但是金属粉体的加入也加大了材料在制动过程中对对偶盘的磨损率，还会导致摩擦片与对偶片发生粘结，从而导致制动系统失效，这些缺点都限制了金属粉体在摩擦材料中的的应用。
中国专利CN201310238225.6公开了一种刹车片，其摩擦材料配方为：丁基丁苯，过氧化氢异丙苯，环氧树脂，硼酚醛树脂，聚丙烯，尼龙粉，氮化硼，偶联剂，过氧化异丙苯，硫磺粉，苯甲酸，硬脂酸，硼酸，石墨，还原铁粉，硫酸钡，铝矾土，长石粉，氧化锌，促进剂，防老剂，萤石粉，碳化硅，古马隆。但是采用该专利摩擦材料的原料中含有聚丙烯一类软化温度较低的聚合物，在刹车片摩擦制动的过程中放热较多，易减小摩擦材料的摩擦系数。
中国专利CN201510357868.1公开了一种高耐磨刹车片，包括钢板和置于钢板上的摩擦层，摩擦层中包括复合摩擦材料，包括：陶瓷纤维、碳纤维、环氧树脂、氧化钙、炭黑、锆英石、铜粉、摩擦粉。但是该专利采用铜粉作为摩擦材料组分，会造成环境污染。
因此，需要提供一种刹车片摩擦材料组合物，配方中无铜或少金属，并且通过添加非金属增强材料，提高摩擦材料的摩擦系数，减少磨损率，提高刹车片的使用寿命。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种刹车片摩擦材料组合物及其制备方法和刹车片。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂15％～18％、硅酮树脂2％～4％；增强材料包括：硅酸铝纤维12％～15％、钢纤维3％～5％、碳纤维15％～18％、芳纶纤维4％～6％、聚苯咪唑纤维8％～10％、聚苯硫醚纤维4％～7％、聚四氟乙烯纤维3％～5％；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须6％～8％、氮化硅2％～4％、硅酸钇3％～5％、碳化硅2％～3％、氮化硼3％～4％、二氧化硅气溶胶5％～8％、氮化钛2％～4％、碳化钛1％～2％。
进一步地，改性酚醛树脂包括：腰果壳油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂中的任一种。
进一步地，钢纤维经表面粗化处理。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述刹车片摩擦材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将所述质量百分数的硅酮树脂溶于无水乙醇中，形成溶液A，再向溶液A中加入所述质量百分数的二氧化硅气溶胶，搅拌均匀，再加入所述质量百分数的碳纤维，形成溶液B转移至水热釜中，在压力为0.5MPa～6MPa，温度为80℃～200℃的条件下下水热反应10min～180min，所得产物经洗涤、过滤、干燥处理，转移至马弗炉中，在250℃～400℃的温度条件下热处理15min～60min，得到改性碳纤维；
步骤S2，将所述质量百分数的硅酸铝纤维、钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维加入到混料机中，进行混合剪切10min～120min，再加入所述质量百分数的莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛，进行混合剪切5min～60min，再加入所述质量百分数的改性酚醛树脂，进行混合剪切5min～50min，得到刹车片摩擦材料组合物。
进一步地，步骤S1中，无水乙醇的添加量按照每1g硅酮树脂添加5ml～6ml无水乙醇加入。
进一步地，步骤S2中，混合剪切的转速为100rpm～500rpm。
本发明的又一发明目的，在于提供一种刹车片，包括不锈钢背板、隔热粘结层、摩擦块，摩擦块采用上述刹车片摩擦材料组合物或者上述制备方法制得的刹车片摩擦材料组合物。
进一步地，刹车片的制备方法，具体为：将刹车片摩擦材料组合物通过隔热粘结层与不锈钢背板放置于热压装置中进行热压成型得到刹车片；热压成型的工艺条件为：温度为：160℃～180℃，压力为：30MPa～45MPa，热压时间为：15min～30min。
更进一步地，刹车片经热压成型后在80℃～100℃下保温12h，在110℃～130℃下保温6h，在60℃～80℃下保温2h，然后自然冷却至室温。
本发明的优点是：
1.本发明采用改性酚醛树脂作为粘结剂，并采用硅酮树脂、二氧化硅气溶胶对碳纤维进行改性，利用二氧化硅增韧碳纤维，制得改性碳纤维，提高改性碳纤维的增韧效果，从而提高摩擦材料组合物的摩擦系数，减少摩擦材料组合物的磨损率；
2.本发明采用硅酸铝纤维、表面粗化处理的钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维作为增强材料，具有良好的耐高温性能，能有效降低低温材料的热衰退性和膨胀性，提高摩擦材料组合物的热稳定性；
3.本发明采用莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛作为摩擦性能调节剂，具有耐高温、耐氧化、强度高、耐磨性好等优点，能有效降低刹车片的噪音和抖动；
4.本发明刹车片摩擦材料组合物的制备方法简便、易于操作、不受场地和环境限制。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例
配方1
一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂15％、硅酮树脂2％；增强材料包括：硅酸铝纤维12％、钢纤维3％、碳纤维15％、芳纶纤维6％、聚苯咪唑纤维8％、聚苯硫醚纤维6％、聚四氟乙烯纤维5％；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须6％、氮化硅2％、硅酸钇5％、碳化硅2％、氮化硼3％、二氧化硅气溶胶5％、氮化钛4％、碳化钛1％。其中，改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂；钢纤维经表面粗化处理。
配方2
一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂16％、硅酮树脂3％；增强材料包括：硅酸铝纤维13％、钢纤维3.5％、碳纤维16％、芳纶纤维4％、聚苯咪唑纤维8.5％、聚苯硫醚纤维6.5％、聚四氟乙烯纤维3％；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须6.5％、氮化硅2.5％、硅酸钇3％、碳化硅2.5％、氮化硼3.5％、二氧化硅气溶胶5.5％、氮化钛2％、碳化钛1％。改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂；钢纤维经表面粗化处理。
配方3
一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂18％、硅酮树脂3.5％；增强材料包括：硅酸铝纤维15％、钢纤维3％、碳纤维15％、芳纶纤维4％、聚苯咪唑纤维8％、聚苯硫醚纤维6％、聚四氟乙烯纤维3％；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须6％、氮化硅2％、硅酸钇3％、碳化硅2％、氮化硼3％、二氧化硅气溶胶5％、氮化钛2.5％、碳化钛1％。改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂；钢纤维经表面粗化处理。
配方4
一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，粘结剂包括：改性酚醛树脂15.1％、硅酮树脂4％；增强材料包括：硅酸铝纤维12.1％、钢纤维3.1％、碳纤维18％、芳纶纤维4.3％、聚苯咪唑纤维8.4％、聚苯硫醚纤维4％、聚四氟乙烯纤维4％；摩擦性能调节剂包括：莫来石晶须6.5％、氮化硅2.2％、硅酸钇3.2％、碳化硅2.3％、氮化硼3.2％、二氧化硅气溶胶5.5％、氮化钛2.1％、碳化钛2％。改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂；钢纤维经表面粗化处理。
制备方法1
一种刹车片摩擦材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将所述质量百分数的硅酮树脂溶于无水乙醇中，形成溶液A，再向溶液A中加入所述质量百分数的二氧化硅气溶胶，搅拌均匀，再加入所述质量百分数的碳纤维，形成溶液B转移至水热釜中，在压力为0.5MPa，温度为80℃的条件下下水热反应10min，所得产物经洗涤、过滤、干燥处理，转移至马弗炉中，在250℃的温度条件下热处理15min，得到改性碳纤维；其中，无水乙醇的添加量按照每1g硅酮树脂添加5ml无水乙醇加入。
步骤S2，将所述质量百分数的硅酸铝纤维、钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维加入到混料机中，转速为100rpm进行混合剪切10min，再加入所述质量百分数的莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛，转速为100rpm进行混合剪切5min，再加入所述质量百分数的改性酚醛树脂，转速为100rpm进行混合剪切5min，得到刹车片摩擦材料组合物。
制备方法2
一种刹车片摩擦材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将所述质量百分数的硅酮树脂溶于无水乙醇中，形成溶液A，再向溶液A中加入所述质量百分数的二氧化硅气溶胶，搅拌均匀，再加入所述质量百分数的碳纤维，形成溶液B转移至水热釜中，在压力为6MPa，温度为200℃的条件下下水热反应180min，所得产物经洗涤、过滤、干燥处理，转移至马弗炉中，在400℃的温度条件下热处理60min，得到改性碳纤维；其中，无水乙醇的添加量按照每1g硅酮树脂添加6ml无水乙醇加入。
步骤S2，将所述质量百分数的硅酸铝纤维、钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维加入到混料机中，转速为500rpm进行混合剪切120min，再加入所述质量百分数的莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛，转速为500rpm进行混合剪切60min，再加入所述质量百分数的改性酚醛树脂，转速为500rpm进行混合剪切50min，得到刹车片摩擦材料组合物。
制备方法3
一种刹车片摩擦材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将所述质量百分数的硅酮树脂溶于无水乙醇中，形成溶液A，再向溶液A中加入所述质量百分数的二氧化硅气溶胶，搅拌均匀，再加入所述质量百分数的碳纤维，形成溶液B转移至水热釜中，在压力为4MPa，温度为140℃的条件下下水热反应100min，所得产物经洗涤、过滤、干燥处理，转移至马弗炉中，在350℃的温度条件下热处理30min，得到改性碳纤维；其中，无水乙醇的添加量按照每1g硅酮树脂添加5.5ml无水乙醇加入。
步骤S2，将所述质量百分数的硅酸铝纤维、钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维加入到混料机中，转速为300rpm进行混合剪切65min，再加入所述质量百分数的莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛，转速为350rpm进行混合剪切30min，再加入所述质量百分数的改性酚醛树脂，转速为150rpm进行混合剪切20min，得到刹车片摩擦材料组合物。
刹车片制备方法1
一种刹车片，包括不锈钢背板、隔热粘结层、摩擦块，摩擦块采用上述刹车片摩擦材料组合物或者上述制备方法制得的刹车片摩擦材料组合物。
刹车片的制备方法，具体为：将刹车片摩擦材料组合物通过隔热粘结层与不锈钢背板放置于热压装置中进行热压成型得到刹车片；热压成型的工艺条件为：温度为：160℃，压力为：30MPa，热压时间为：15min。刹车片经热压成型后在80℃下保温12h，在110℃下保温6h，在60℃下保温2h，然后自然冷却至室温。
刹车片制备方法2
一种刹车片，包括不锈钢背板、隔热粘结层、摩擦块，摩擦块采用上述刹车片摩擦材料组合物或者上述制备方法制得的刹车片摩擦材料组合物。
刹车片的制备方法，具体为：将刹车片摩擦材料组合物通过隔热粘结层与不锈钢背板放置于热压装置中进行热压成型得到刹车片；热压成型的工艺条件为：温度为：180℃，压力为：45MPa，热压时间为：30min。刹车片经热压成型后在100℃下保温12h，在130℃下保温6h，在80℃下保温2h，然后自然冷却至室温。
刹车片制备方法3
一种刹车片，包括不锈钢背板、隔热粘结层、摩擦块，摩擦块采用上述刹车片摩擦材料组合物或者上述制备方法制得的刹车片摩擦材料组合物。
刹车片的制备方法，具体为：将刹车片摩擦材料组合物通过隔热粘结层与不锈钢背板放置于热压装置中进行热压成型得到刹车片；热压成型的工艺条件为：温度为：170℃，压力为：40MPa，热压时间为：20min。刹车片经热压成型后在90℃下保温12h，在120℃下保温6h，在70℃下保温2h，然后自然冷却至室温。
实施例1
以配方1按照制备方法1制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实施例2
以配方1按照制备方法2制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实施例3
以配方1按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实验例1
对实施例1～3制备得到的刹车片进行性能测试，测试数据如表1所示。其中，摩擦磨损性能测试条件为：升温范围100℃～350℃，圆盘转速480r/min，压紧力0.98MPa。
表1实施例1～3制得的刹车片的性能测试数据
由表1可知，实施例3制得的刹车片的摩擦性能优于实施例1和实施例2，因此在以下实施例中均采用制备方法3。
实施例4
以配方2按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实施例5
以配方3按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实施例6
以配方4按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法1制得一种刹车片。
实验例2
对实施例4～6制备得到的刹车片进行性能测试，测试数据如表2所示。其中，摩擦磨损性能测试条件为：升温范围100℃～350℃，圆盘转速480r/min，压紧力0.98MPa。
表2实施例4～6制得的刹车片的性能测试数据
由表2可知，实施例5制得的刹车片的摩擦性能优于实施例3、实施例4和实施例6，因此在以下实施例中均采用配方3和制备方法3。
实施例7
以配方3按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法2制得一种刹车片。
实施例8
以配方3按照制备方法3制得一种刹车片摩擦材料组合物，一种刹车片摩擦材料组合物采用刹车片制备方法3制得一种刹车片。
实验例3
对实施例7～8制备得到的刹车片进行性能测试，测试数据如表3所示。其中，摩擦磨损性能测试条件为：升温范围100℃～350℃，圆盘转速480r/min，压紧力0.98MPa。
表3实施例7～8制得的刹车片的性能测试数据
由表3可知，实施例8制得的刹车片的摩擦性能优于实施例5、实施例7。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种刹车片摩擦材料组合物，包括粘结剂、增强材料、摩擦性能调节剂，其特征在于，所述粘结剂包括以下质量百分数的原料：改性酚醛树脂15％～18％、硅酮树脂2％～4％；所述增强材料包括以下质量百分数的原料：硅酸铝纤维12％～15％、钢纤维3％～5％、碳纤维15％～18％、芳纶纤维4％～6％、聚苯咪唑纤维8％～10％、聚苯硫醚纤维4％～7％、聚四氟乙烯纤维3％～5％；所述摩擦性能调节剂包括以下质量百分数的原料：莫来石晶须6％～8％、氮化硅2％～4％、硅酸钇3％～5％、碳化硅2％～3％、氮化硼3％～4％、二氧化硅气溶胶5％～8％、氮化钛2％～4％、碳化钛1％～2％。
2.根据权利要求1所述的刹车片摩擦材料组合物，其特征在于，所述改性酚醛树脂包括：腰果壳油改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂中的任一种。
3.根据权利要求1所述的刹车片摩擦材料组合物，其特征在于，所述钢纤维经表面粗化处理。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的刹车片摩擦材料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将所述质量百分数的硅酮树脂溶于无水乙醇中，形成溶液A，再向溶液A中加入所述质量百分数的二氧化硅气溶胶，搅拌均匀，再加入所述质量百分数的碳纤维，形成溶液B转移至水热釜中，在压力为0.5MPa～6MPa，温度为80℃～200℃的条件下下水热反应10min～180min，所得产物经洗涤、过滤、干燥处理，转移至马弗炉中，在250℃～400℃的温度条件下热处理15min～60min，得到改性碳纤维；
步骤S2，将所述质量百分数的硅酸铝纤维、钢纤维、改性碳纤维、芳纶纤维、聚苯咪唑纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维加入到混料机中，进行混合剪切10min～120min，再加入所述质量百分数的莫来石晶须、氮化硅、硅酸钇、碳化硅、氮化硼、氮化钛、碳化钛，进行混合剪切5min～60min，再加入所述质量百分数的改性酚醛树脂，进行混合剪切5min～50min，得到所述刹车片摩擦材料组合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述无水乙醇的添加量按照每1g硅酮树脂添加5ml～6ml无水乙醇加入。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述混合剪切的转速为100rpm～500rpm。
7.一种刹车片，包括不锈钢背板、隔热粘结层、摩擦块，其特征在于所述摩擦块采用权利要求1～3任一项所述的刹车片摩擦材料组合物或者权利要求4～6中任一项所述制备方法制得的刹车片摩擦材料组合物。
8.根据权利要求7所述的刹车片，其特征在于，所述刹车片的制备方法，具体为：将所述刹车片摩擦材料组合物通过隔热粘结层与不锈钢背板放置于热压装置中进行热压成型得到刹车片；热压成型的工艺条件为：温度为：160℃～180℃，压力为：30MPa～45MPa，热压时间为：15min～30min。
9.根据权利要求8所述的刹车片，其特征在于，所述刹车片经热压成型后在80℃～100℃下保温12h，在110℃～130℃下保温6h，在60℃～80℃下保温2h，然后自然冷却至室温。
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