CN108728041A - 一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，由如下重量份数的原料制备而成：改性酚醛树脂：8‑18份；橡胶粉：4‑14份；芳纶浆粕：0.2‑1份；碳纤维：0.2‑1份；钢纤维：0‑4份；无机矿物纤维：10‑22份；煅烧高岭土：16‑24份；氧化镁：0.1‑4份；氧化铝：1‑9份；重晶石粉：12‑18份；石墨：2‑8份；碳酸钙：8‑16份。本发明采用上述工艺，具有如下优点：1.本发明汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料无石棉、无硫化物、无铜等有害重金属组分，绿色环保；2.各组分协同作用，使得本发明具有适中摩擦系数、高耐热性、低磨损率、低噪音、对对偶件损伤小和不易锈蚀等性能；3.本发明的制备工艺简单，适合工业化生产，具有明显的经济和社会效益。
Description
技术领域：
本发明涉及一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料及其制备方法。
背景技术：
汽车行业是世界工业的主要产业，汽车制造业一直与时俱进地集成着涌现出来的科技新成果，同时伴有路况条件的不断优化改善，汽车发展呈现出高速、高载和智能化的鲜明特征。因此，对摩擦制动系统的刹车安全可靠性和平稳性要求愈加苛刻，刹车片是刹车的关键部件，摩擦材料是刹车片构成中产生摩擦作用的关键材料，属消耗品。随着汽车保有量的迅猛增加，汽车所造成的环境污染问题，包括刹车摩擦产生的污染，越来越引起关注。生活质量的提升和对环保的重视促使人们对摩擦材料的性能要求越来越高，其中主要应满足以下技术要求：(1)适宜而稳定的摩擦系数，动静摩擦系数之差较小；(2)良好的机械强度和物理性能；(3)良好的耐热性和耐磨损性；(4)摩擦噪音低、对对偶件损伤小、环保无污染等。
树脂基摩擦材料是最常用的一种汽车摩擦制动材料。这种复合材料主要由树脂和橡胶粘合剂、纤维增强体、摩擦性能调节剂和空间填充料等组成。因为石棉粉尘的人体致癌危害性和环境污染性以及石棉刹车片的热衰退性，国际上已普遍禁用石棉摩擦材料。无石棉摩擦材料的使用始于1968年世界上第一个半金属刹车片的出现。此后，摩擦材料中各种石棉的替代纤维研究成为重要方向。简单使用钢纤维代替石棉的半金属刹车片曾得到大规模使用，但存在金属易锈蚀和制动过程中的缺陷问题，如致命‘三热’(即热衰退、热膨胀和热裂纹)、易损伤对偶件、噪音大等，已不能满足人们对摩擦材料制品的越来越高性能要求。由于良好的延展性、导热性、高温条件下的高摩擦系数和增强作用，同时还可降低刹车灰尘，铜丝和铜粉在汽车摩擦制动材料中得到广泛应用。鉴于铜是重金属且不可降解，磨损后产生的铜粉尘沉积在道路上，通过水道进入土壤、江河和海洋中，严重破坏生态环境，对植物、动物和海洋生物构成威胁，最终对人体造成危害。美国和欧盟均立法限制汽车用摩擦材料中的铜含量，即2021年后铜含量小于5％，2025年后铜含量小于0.5％。检索近十年的摩擦制动材料领域公开发明专利，发现很多专利的配方组成中添加了硫化钼、硫化锑、硫化铁、硫化锌、硫化铅、硫化铜等金属硫化物，或加入煤矸石类含硫物质，其作用是减少磨耗、高温热衰退和制动噪音，提高摩擦稳定性和使用寿命。另一方面，制动摩擦过程中发生的高温氧化作用将使金属硫化物或含硫物质释放出二氧化硫，它是形成酸雨的重要因素。另外，元素锑、锌、铅也是不可降解的重金属，不仅污染环境，直接或间接进入人体后还将损坏人体脏器。鉴于生态文明建设的国家战略决策和汽车行业对环保的高度重视，环保型摩擦制动新材料将成为汽车刹车片行业发展的重要方向和必然趋势。
发明内容：
本发明提供了一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料及其制备方法，提供了一种无石棉、无硫化物、无铜等有害重金属、少钢棉的汽车刹车片用环保型摩擦材料，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，由如下重量份数的原料制备而成：改性酚醛树脂：8-18份；橡胶粉：4-14份；芳纶浆粕：0.2-1份；碳纤维：0.2-1份；钢纤维：0-4份；无机矿物纤维：10-22份；煅烧高岭土：16-24份；氧化镁：0.1-4份；氧化铝：1-9份；重晶石粉：12-18份；石墨：2-8份；碳酸钙：8-16份。
优选的，由如下重量份数的原料制备而成：改性酚醛树脂：13份；橡胶粉：9份；芳纶浆粕：0.6份；碳纤维：0.4份；钢纤维：2份；无机矿物纤维：16份；煅烧高岭土：20份；氧化镁：1份；氧化铝：5份；重晶石粉：16份；石墨：5份；碳酸钙：12份。
优选的，所述改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂中的至少一种。
优选的，所述橡胶粉为丁腈橡胶粉和/或丁苯橡胶粉。
优选的，所述无机矿物纤维为针状硅灰石、玄武岩纤维、膨胀蛭石中的至少一种。
优选的，所述碳纤维为T700型5-8mm短纤维。
优选的，所述煅烧高岭土、重晶石、碳酸钙的粒度为200-300目。
优选的，所述氧化镁、氧化铝的粒度为250-350目。
优选的，所述石墨为含碳量94-99％的鳞片状石墨。
一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、混料：将改性酚醛树脂、橡胶粉、芳纶浆粕、碳纤维、钢纤维、无机矿物纤维充分混合；再将煅烧高岭土、氧化镁、氧化铝、重晶石粉、石墨和碳酸钙加入上述混合物中，进行充分混合，得到混合均匀的模压料；
S2、烘干：将模压料置于电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度为95-105℃，烘干时间3-4小时；
S3、热压：将烘干处理的模压料加入模具中模压成型，成型温度155-175℃，成型压力15-20MPa，成型时间2.0-3.0分钟/毫米，在压制初期卸压放气4-6次，每次卸压时间8-10秒，得到待处理摩擦片；
S4、热处理：将待处理摩擦片进行热处理，热处理温度170-185℃，热处理时间3-4小时，得最终产物。
本发明采用上述工艺，具有如下优点：1.本发明汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料无石棉、无硫化物、无铜等有害重金属组分，绿色环保；2.各组分协同作用，使得本发明具有适中摩擦系数、高耐热性、低磨损率、低噪音、对对偶件损伤小和不易锈蚀等性能；3.本发明的制备工艺简单，适合工业化生产，具有明显的经济和社会效益。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本发明进行详细阐述。
实施例：
(1)配料：准备如表1所示的原料，先将改性酚醛树脂、橡胶粉、芳纶浆粕、碳纤维、无机矿物纤维投入高速搅拌机充分混合至均匀；再将煅烧高岭土、氧化镁、氧化铝、重晶石、石墨和碳酸钙投入高速搅拌机中充分混合，得到混合均匀的模压料。
(2)烘干：将模压料置于电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干处理，目的是除去低分子挥发份，烘干温度以及烘干时间见表1。
(3)热压：将烘干处理的模压料加入已达预设温度的模具中模压成型，成型温度、成型压力、成型时间、压制初期卸压放气次数、每次卸压时间见表1，得到待处理摩擦片。
(4)热处理：将待处理摩擦片在干燥箱或硫化炉中进行后固化处理消除内应力，热处理温度、热处理时间见表1，得到最终材料。
表1 材料制备条件表
备注:1-5号材料为按照本发明所述的配方进行制备，6-7号材料为缺少某种组份进行的对比材料制备。
材料摩擦性能测试：
用XD-MSM型定速摩擦试验机，室温33℃下以0.98MPa的压紧力，在HT250/HB200对偶材质上，按照GB5763-2008对所制备摩擦片进行了升温和降温过程中盘温100-350℃时对磨5000转的摩擦系数和磨损率测定，1-7号材料应用的摩擦片测试结果见表2和续表2。
表2 摩擦系数和磨损率数据表
续表2 摩擦系数和磨损率数据表
由表2可以看出，本发明实施例中的1-5号材料的磨损率数据远低于GB5763-2008中III类的对应磨损率上限数值，1-5号材料的摩擦系数均落在相应温度的摩擦系数范围内。
从6号材料可以看出，与5号材料对比，在缺少碳纤维的条件下，磨损率有较大提升；从7号材料可以看出，与5号材料对比，在缺少芳纶浆粕的情况下，磨损率也有较大提升，且6号材料和7号材料已经不能符合GB5763-2008中III类的对应磨损率上限数值。而1号材料，与5号材料对比在缺少钢纤维的条件下，磨损率和摩擦系数都得到了一定程度的降低，但是在GB5763-2008的范围之内，需要引起注意的是，在缺少钢纤维的条件下，摩擦系数的确有明显的降低。从上述结果来看，芳纶浆粕、碳纤维、钢纤维、无机矿物纤维各种纤维之间具有非常强的功能性互补作用，芳纶浆粕能够增强其结合性能，而增加高温摩擦系数，而适量钢纤维能降低其耐磨损性，碳纤维以及无机矿物纤维主要是协调二者之间的关系，避免摩损率降低必须以摩擦系数降低为代价，而是达到在提高摩擦系数的同时，降低或者至少保持磨损率。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：由如下重量份数的原料制备而成：改性酚醛树脂：8-18份；橡胶粉：4-14份；芳纶浆粕：0.2-1份；碳纤维：0.2-1份；钢纤维：0-4份；无机矿物纤维：10-22份；煅烧高岭土：16-24份；氧化镁：0.1-4份；氧化铝：1-9份；重晶石粉：12-18份；石墨：2-8份；碳酸钙：8-16份。
2.根据权利要求1所述的一种汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：由如下重量份数的原料制备而成：改性酚醛树脂：13份；橡胶粉：9份；芳纶浆粕：0.6份；碳纤维：0.4份；钢纤维：2份；无机矿物纤维：16份；煅烧高岭土：20份；氧化镁：1份；氧化铝：5份；重晶石粉：16份；石墨：5份；碳酸钙：12份。
3.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述橡胶粉为丁腈橡胶粉和/或丁苯橡胶粉。
5.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述无机矿物纤维为针状硅灰石、玄武岩纤维、膨胀蛭石中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述碳纤维为T700型5-8mm短纤维。
7.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述煅烧高岭土、重晶石、碳酸钙的粒度为200-300目。
8.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述氧化镁、氧化铝的粒度为250-350目。
9.根据权利要求1所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料，其特征在于：所述石墨为含碳量94-99％的鳞片状石墨。
10.一种如权利要求1-9所述的汽车刹车片用少金属环保型摩擦材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、混料：将改性酚醛树脂、橡胶粉、芳纶浆粕、碳纤维、钢纤维、无机矿物纤维充分混合；再将煅烧高岭土、氧化镁、氧化铝、重晶石粉、石墨和碳酸钙加入上述混合物中，进行充分混合，得到混合均匀的模压料；
S2、烘干：将模压料置于电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干处理，烘干温度为95-105℃，烘干时间3-4小时；
S3、热压：将烘干处理的模压料加入模具中模压成型，成型温度155-175℃，成型压力15-20MPa，成型时间2.0-3.0分钟/毫米，在压制初期卸压放气4-6次，每次卸压时间8-10秒，得到待处理摩擦片；
S4、热处理：将待处理摩擦片进行热处理，热处理温度170-185℃，热处理时间3-4小时，得最终产物。
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