CN108443377A

CN108443377A - 一种摩擦片的制备方法

Info

Publication number: CN108443377A
Application number: CN201810270866.2A
Authority: CN
Inventors: 虞保海
Original assignee: Haian Dongyyang Tongda Auto Accessories Co Ltd
Current assignee: Haian Dongyyang Tongda Auto Accessories Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2018-08-24

Abstract

本发明公开了一种摩擦片的制备方法，所述摩擦片材料包括增强型钛合金骨架和填充料，所述增强型钛合金骨架包括钛合金粉末、碳化钨、氢化钛，所述填充料包括石墨烯纤维、硅藻土、黄铜粉、石墨、碳纤维、二氧化硅、Pbo纤维、喷胶硅酸铝纤维、纳米酚醛树脂、丁苯橡胶、芳纶纤维、矿物纤维、铜纤维、聚丙烯纤维、纸纤维、闪光铝粉、锌粉、云母、煅烧石油焦、红蛭石、轻质氧化镁、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、改性酚醛树脂、钼粉、二硫化钼、石墨、丁腈橡胶、氧化铁、氧化铬等制成，并采用配料、混合搅拌、热压成型、固化四个工艺流程完成其制备方法；采用该方案制备出的摩擦片硬度低，稳定性强，汽车使用时产生的噪音较低，安全性能较好。

Description

一种摩擦片的制备方法

技术领域

本发明涉及汽车制动技术领域，尤其涉及一种摩擦片。

背景技术

汽车制动系统是指，对汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置。汽车制动系统是影响汽车安全性的关键系统，而制动系统的稳定性和可靠性则直接由摩擦片(尤其是刹车片)的综合性能来决定。

常规的刹车片分为：1、石棉型，由于石棉纤维具有高强度和耐高温的特点，因此满足刹车片以及离合器盘的要求，同时具有纤维的抗张能力和高级金属材质的硬度和耐磨性；2、半金属型，主要采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要摩擦系数大的混合物，主要优点在于能适应在较高温度下正常工作；3、无石棉有机物型，主要是用玻璃纤维、芳香族聚酯纤维和其他纤维作为加固材料，其性能主要取决于纤维的类型及其它混合物。其中半金属或无棉有机型是我国主要推广应用的无石棉摩擦材料之一。但半金属刹车片在潮气作用下锈蚀严重，刹车时噪音较高，振动较大，对制动盘存在一定损伤，并且多数半金属或少金属刹车片在使用过程中容易产生的灰尘，这些灰尘吸附于轮毂之上，由于难以清洗，受其长期影响，易造成轮毂腐蚀。

目前汽车制动器摩擦片存在综合性能不高，各种性能不能兼顾的问题，如有些强度韧性不足，刹车升温过程中的摩察系数不稳定，同时有打滑，刹车抱死以及落灰严重，另外配方体系的不足，使得摩擦界面没有润滑阻尼层，使得产品在使用过程中刹车不稳，伤盘，降低使用寿命，产生使人难以忍受的的噪音等缺陷存在。摩擦材料一般由矿物为主的无机材料与有机材料复合而成，其中高分子聚合物为粘结剂、纤维状的有机和无机组分为增强材料，粉体状的矿物和有机材料为填料，这些组分经过复合、固化和加工而制成具有制动功能的材料。随着石棉材料引发的环境问题被披露，多种替代纤维运用而生，如“半金属”混合型刹车片和无石棉有机物型刹车片，其中“半金属”混合型刹车片主要是由粗糙的钢纤维/钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物，无石棉有机物型刹车片主要使用玻璃纤维、芳纶和碳纤维等作为加固材料，这种刹车片在低温或高温水平下都能保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，但是成本较高。

摩擦片材料不仅需要有较高的摩擦系数和低的磨损率，还应具有良好的导热性及机械性能等，传统的制动摩擦片具有耐热温度低，磨损率大，噪音污染严重等问题。

例如申请号为：201310219952.8的中国专利公开了一种摩擦材料、汽车摩擦片，一种摩擦材料，按重量百分比其组成为：粘接剂8％～15％、增强剂24％～33％、增磨剂7.2-9.8％、抗磨润滑剂16.5％～20％、弹性增韧剂4.5％～6.5％、填充料24.8％～30.6％；一种汽车摩擦片，使用权利要求1～8任一项摩擦材料制备；该申请中公开的摩擦材料是碳纤维基陶瓷配方体系，使采用本申请摩擦材料制备摩擦片制动平稳、灰尘少、由于硬度适中，热衰退小、高温恢复性能好，但该申请在减小噪音和减小摩擦对汽车摩擦片的损伤方面没有给出具体的解决配方或方法。

再如申请号为：CN106051003A公开了一种矿用碳纤维强化的硼改性酚醛树脂基摩擦片材料，摩擦片的材料组成及其含量按体积份是硼改性酚醛树脂25～35份，重晶石20～25份，SiC5～10份，Al2O32～7份，石墨3～7份，Ca(OH)215～20份，MoS24～8份，碳纤维5～15份。该发明以硼改性酚醛树脂为粘结剂，短碳纤维为强化相，添加多种无机物作为填料，多组分协同作用，使无金属硼改性酚醛树脂基摩擦片具有优良的耐磨性和高硬度，但其耐高温性能差。因此，现有技术虽然实现了刹车片的制动效果，但是目前汽车制动器摩擦片存在综合性能不高，各种性能不能兼顾的问题，如有些强度韧性不足，高温热衰退大，刹车升温过程中的摩察系数不稳定，同时有打滑，刹车抱死以及落灰严重，另外配方体系的不足，使得摩擦界面没有润滑阻尼层，使得产品在使用过程中刹车不稳，伤盘，降低使用寿命，产生使人难以忍受的的噪音等缺陷存在。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种汽车摩擦片。具有耐磨损性强、高强度、刹车平稳、低噪音的特点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：摩擦片材料包括增强型钛合金骨架和填充料，其中所述增强型钛合金骨架包括钛合金粉末、碳化钨、氢化钛，所述填充料包括改性纤维、酚醛树脂、耐磨改性剂、硅藻土、黄铜粉、石墨、碳纤维、二氧化硅，使汽车摩擦片具有耐火、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点；设置的石墨烯纤维是一种质轻且强度高、耐冲击性好、耐摩擦性强和尺寸稳定性好的纤维材料，可提高汽车摩擦片的整体性能，延长汽车摩擦片的使用寿命；通过设置喷胶硅酸铝纤维，能很好的吸收摩擦材料因制动而发出的噪音，能有效的降低摩擦材料中其他低温材料的热衰退性和膨胀性，提高了摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性；通过将石墨烯纤维、Pbo纤维和喷胶硅酸铝纤维混合并作为增强纤维于汽车摩擦片中，不仅质量轻、强度高、耐热性能好、耐磨性强，导热率底而且吸音效果佳，吸振效果好，使用寿命长；通过设置不同粒度的摩擦材料，可以调整摩擦性能，同时可以减轻制动噪音与震动，石墨烯传导性、抗热震性、耐腐蚀性等性能优异；本发明配方的汽车摩擦片不仅具有耐磨损性强、高强度、刹车平稳、低噪音等优点外，更大大提高了刹车片的整体摩擦系数，同时在增强整体刹车性能的同时更避免了因产生高的制动力而损伤偶盘的现象，因此大大提高了摩擦材料的使用寿命，相对于现有技术，本发明高温时的机械及制动性能更好，刹车时脚感更为舒适，且生产成本较低。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的制备方法步骤如下：

步骤S10，原料混合：按其重量份称取改性纤维、酚醛树脂和耐磨改性剂，放入混料机中进行加热搅拌混合，混合5分钟后按其重量份加入硅藻土、黄铜粉、石墨、碳纤维和二氧化硅，继续搅拌混合15分钟；

步骤S20，热压成型：将预制成型的增强型钛合金放入热压机模具中，取步骤S10的混合物投入到热压机模具中，在一定温度和压力下热压，热压成型后保持2分钟，泄压出模；

步骤S30，热处理：在160℃的温度下进行热处理，热处理时间为3～5小时，冷却至室温出炉得到摩擦片材料。

进一步的，所述改性纤维的制作步骤为：

步骤S11，将乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚投入到无水乙醇中，混合搅拌1～2小时，得到脂肪醇聚氧乙烯醚的乳化液；

步骤S12，将改性剂邻苯二甲酸酐加入到乳化液中，继续搅拌混合30分钟；

步骤S13，加入树脂纤维，继续搅拌混合1.5～4小时，室温下静止15～24小时；

步骤S14，取出树脂纤维，固化处理得到改性纤维材料。

使用邻苯二甲酸酐改性剂对树脂纤维进行改性，可以提高树脂纤维的韧性和抗弯曲性能，进一步提高摩擦片的抗断裂性能，另外改性纤维的添加还可以进一步促进耐磨改性剂作用的挥发，提高内部各组分中的粘结性。

进一步的，所述增强型钛合金制备方法的具体步骤为：

步骤S21，按其重量份称取铝合金粉末、碳化钨和氢化钛，放入耐热模具中，对混合粉料进行球磨混合，球磨时间为40分钟；

步骤S22，将充分混合的粉料加热至630～710℃，搅拌混合21～26分钟；

步骤S23，将上述熔体放入到模具中，对模具施加压力，保持温度在630～710℃保温2～3分钟，冷却得到增强型钛合金骨架。

增强型钛合金的添加可以提高摩擦片材料的强度，另外，泡沫型合金因其具有一定的泡沫空隙结构，可以降低摩擦片的强度，避免因摩擦片硬度过大，在工作时产生过大的噪音污染，提高其工作舒适度。进一步的，所述摩擦片材料中增强型钛合金的加入方式为，将其粉碎球磨成粉末状后与其它原料进行混合，再经热压成型和热处理。

具体的，在本发明的此实施方式中，在制造过程中增强纤维的使用最佳比例如下：

石墨烯纤维44％耐火、耐高温、热稳定性好、导热率低；

Pbo纤维34％强度高、耐冲击性好、耐摩擦性强；

喷胶硅酸铝纤维22％吸音效果好、导热率低；

以上述比例组合而成的增强纤维以石墨烯纤维所占的比例最多，Pbo纤维次之，喷胶硅酸铝纤维所占的比例最低，这样能使每一种增强纤维发挥其各自的优点以达到较好的效果，而且这种组合比例能使汽车摩擦片具有质量轻、强度高、耐热性能好、耐磨性强，导热率底且吸音效果佳，吸振效果好，使用寿命长等的优点。

具体的，在本发明的此实施方式中，在制造过程中摩擦性能调节剂的使用最佳比例如下：

减摩材料30％硬度较小、熔点低、良好的自润滑性能

增摩材料70％硬度较大、熔点高、增摩效果显著

以上述比例组合而成的摩擦性能调节剂以增摩材料为主，且所占的比例明显高于减摩材料所占的比例，增摩材料可以降低汽车摩擦片的硬度，改善低温耐磨性，降低噪音；减摩材料主要起到提高耐磨性、导热性、稳定摩擦系数，减轻表面擦伤的作用；以增摩材料作为主要的摩擦性能调节剂，是为了保持汽车摩擦片的摩擦作用，从而使汽车摩擦片起到较好的制动作用，而加入的减摩材料，一方面是为了提高汽车摩擦片的耐磨性，减少因摩擦而导致的汽车摩擦片的损坏，另一方面也提高了汽车摩擦片的导热性，稳定汽车摩擦片的摩擦系数。

具体的，在本发明的此实施方式中，石墨烯纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点；Pbo纤维具有十分优异的物理机械性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar(凯夫拉)纤维的2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤维，一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量，其强度是钢丝纤维的10倍以上，喷胶硅酸铝纤维能很好的吸收摩擦材料因制动而发出的噪音，具有良好的耐高温性能，极低的导热系数，具体的；而添加的Pbo纤维具有强度高、耐冲击性好、耐摩擦性强等优点，刚好与石墨烯纤维形成互补，弥补了石墨烯纤维存在的缺陷，此外，石墨烯纤维最好用CaCl₂的凝固浴法制成，这样的石墨烯纤维强度能显著提高。喷胶硅酸铝纤维附于摩擦材料表面能有效的降低摩擦材料中其他低温材料的热衰退性和膨胀性，提高了摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性；然后添加喷胶喷胶硅酸铝纤维后，在保证较高热稳定性的同时，喷胶喷胶硅酸铝纤维能很好的吸收摩擦材料因制动而发出的噪音，具有良好的耐高温性能，极低的导热系数，综合石墨烯纤维、Pbo纤维和喷胶硅酸铝纤维的功能及优势，使本发明中的汽车摩擦片的性能优良，且经久耐用。

具体的，在本发明的此实施方式中，钼粉具有耐磨损、低电解液含量、PH稳定效应、可提高耐腐蚀性能等重要特性，二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下，被誉为“高级固体润滑油王”，通过金属钼坯雾化法制得的钼粉，粒度达到30～450目，粒度达到325-2500目，采用石墨、二硫化钼、钼粉和钛合金粉这些粒度不同的摩擦材料，可以调整摩擦性能，同时可以减轻制动噪音与震动，人造石墨传导性、抗热震性、耐腐蚀性等性能优异，进一步提高本发明中汽车摩擦片的性能指标。

进一步的，在本发明的此实施方式中，添加丁腈橡胶即能起到减磨作用，又可以有效保护汽车摩擦片。

在本发明的此实施方式中，一种汽车摩擦片，由以下重量份数的原料制备而成：

改性酚醛树脂6-12份、丁腈橡胶4-8份、石墨烯纤维10-14份、喷胶硅酸铝纤维7-10份、二硫化钼4-6份、钼粉5-8份、钛合金粉8-11份、氧化铁4-7份、氧化铬6-8份。

制作时，先将上述材料研磨成细小颗粒，然后按上述各组分的质量分别加入混合搅拌机中混合，混合好后放入模具中进行高温模压成型，在经过热处理后，通过磨削将多余混合料磨掉，然后进行喷砂制成半成品，最后对半成品进行喷涂，并装上消音片，然后进行喷码，铆接，包装入库存。

在本发明的此实施方式中，一种汽车摩擦片，由以下重量份数的原料制备而成：实施例1：

改性酚醛树脂10份、丁腈橡胶4份、石墨烯纤维11份、Pbo纤维10份、喷胶硅酸铝纤维8.5份、石墨3份、二硫化钼6份、钼粉8份、钛合金粉10份、氧化铁5.5份、氧化铬7份。

制作时，先将上述材料研磨成细小颗粒，然后按上述各组分的质量分别加入混合搅拌机中混合，混合好后放入模具中进行高温模压成型，在经过热处理后，通过磨削将多余混合料磨掉，然后进行喷砂制成半成品，最后对半成品进行喷涂，并装上消音片，然后进行喷码，铆接，包装，然后入库存。

在本发明的此实施方式中，一种汽车摩擦片，由以下重量份数的原料制备而成：实施例2：

改性酚醛树脂6份、丁腈橡胶4份、石墨烯纤维10份、Pbo纤维8份、喷胶硅酸铝纤维7份、二硫化钼4份、钼粉6份、钛合金粉8份、氧化铁4份、氧化铬6份。

在本发明的此实施方式中，一种汽车摩擦片，由以下重量份数的原料制备而成：实施例3：

改性酚醛树脂12份、丁腈橡胶8份、石墨烯纤维16份、Pbo纤维14份、喷胶硅酸铝纤维10份、二硫化钼6份、钼粉8份、钛合金粉12份、氧化铁7份、氧化铬8份。

本发明汽车摩擦片的摩擦系数稳定，特别是磨损率远远小于国家标准，并随温度升高变化不大。这表明本发明以石墨烯纤维、Pbo纤维、喷胶硅酸铝纤维、石墨、二硫化钼、钼粉、钛合金粉等为主要原料的汽车摩擦片，利用石墨烯纤维和Pbo纤维耐磨损的性能以及增摩材料钼粉和钛合金粉、减摩材料石墨和二硫化钼和配合剂氧化铁和氧化铬的共同作用下，在稳定汽车摩擦片摩擦系数的基础上，能有效的降低其磨损率，从而大大提高了摩擦材料的使用寿命。

由于采用了以上技术方案，本发明较好的实现了其发明目的，该技术方案无石棉、无天然纤维，采用阻尼技术设计理念，采用碳基与矿物纤维混杂增强，采用质软高耐磨的石墨烯纤维并混入钛合金粉末作为增磨体，将树脂含量控制在4.5％-6.4％，采用多种粘结剂以弥补低用量比例的树脂在高温工况条件下因热分解、碳化而导致对制品材料其他组分粘结作用的降低，该配方摩擦性能稳定，高温390℃不衰退，具有良好的刹车性能，安全性能优良；该配方从减少热衰退、降低制动噪音的角度出发，采用无金属或少金属和具有多孔性结构的原料组分，并构思设计摩擦材料的内部结构，有效控制摩擦材料硬度、密实度、孔隙度、显气孔率，使制动更为安全舒适，该配方磨损率较低，比普通配方使用寿命增加了1.3至2倍。

在本发明的此实施方式中，相对于现有技术，本发明高温时的机械及制动性能更好，刹车时脚感更为舒适，且生产成本较低，符合社会发展需求。本发明采用上述配方的汽车摩擦片除了具有耐磨损性强、高强度、刹车平稳、低噪音等优点外，同时大大提高了刹车片的整体摩擦系数，而且在增强整体刹车性能的同时更避免了因产生高的制动力而损伤偶盘的现象，因此大大提高了摩擦材料的使用寿命。上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动，而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种摩擦片的制备方法，其特征在于，所述摩擦片材料包括增强型钛合金骨架和填充料，所述增强型钛合金骨架包括钛合金粉末、碳化钨、氢化钛，所述填充料包括石墨烯纤维、酚醛树脂、耐磨改性剂、硅藻土、黄铜粉、石墨、碳纤维、二氧化硅。

2.据权利要求1所述的摩擦片材料，其特征在于，所述增强型钛合金骨架包括钛合金粉末8～9份、碳化钨0.1～0.8份、氢化钛0.08～0.45份，所述填充料包括石墨烯纤维30～40份、酚醛树脂5～10份、耐磨改性剂10～20份、硅藻土3～8份、黄铜粉1～5份、石墨1～5份、碳纤维1～5份、二氧化硅1～5份。

3.根据权利要求1所述的摩擦片材料，其特征在于，所述增强型钛合金骨架包括钛合金粉末8.5份、碳化钨0.45份、氢化钛0.26份，所述填充料包括石墨烯纤维35份、酚醛树脂8份、耐磨改性剂15份、硅藻土6份、黄铜粉3份、石墨3份、碳纤维3份、二氧化硅2份。

4.据权利要求1所述的摩擦片材料，其特征在于，所述耐磨改性剂由溴化丁基橡胶和丁腈橡胶以重量比1:2～4组成的混合物。

5.一种如权利要求1所述摩擦片材料的制备方法，其特征在于，摩擦片材料的具体制备步骤为：

步骤S10，原料混合：按其重量份称取石墨烯纤维、酚醛树脂和耐磨改性剂，放入混料机中进行加热搅拌混合，混合5分钟后按其重量份加入硅藻土、黄铜粉、石墨、碳纤维和二氧化硅，继续搅拌混合15分钟；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯纤维的制作步骤为：

步骤S13，加入树脂纤维，继续搅拌混合2～4小时，室温下静止20～24小时；

步骤S14，取出树脂纤维，固化处理得到石墨烯纤维材料。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述增强型钛合金制备方法的具体步骤为：

步骤S21，按其重量份称取钛合金粉末、碳化钨和氢化钛，放入耐热模具中，对混合粉料进行球磨混合，球磨时间为30分钟；

步骤S22，将充分混合的粉料加热至650～700℃，搅拌混合20～25分钟；

步骤S23，将上述熔体放入到模具中，对模具施加压力，保持温度在700～750℃保温1～3分钟，冷却得到增强型钛合金骨架。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述摩擦片材料中增强型钛合金的加入方式为，将其粉碎球磨成粉末状后与其它原料进行混合，再经热压成型和热处理。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述摩擦片中各纤维的最佳比例为：石墨烯纤维40％，Pbo纤维34％，喷胶硅酸铝纤维26％。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述摩擦片中耐磨改性剂由溴化丁基橡胶和丁腈橡胶以重量比1:2～4组成的混合物。