CN108953436B - 一种无金属纤维刹车片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及刹车片技术领域，公开了一种无金属纤维刹车片的制备方法。该刹车片制备方法先将原料送入混料机中进行混料，然后依次进行加热硫化、热处理和后处理得到无金属纤维刹车片。本发明刹车片不含有金属纤维，从而避免对偶联造成磨损和出现生锈的现象，通过大小石墨之间的复合使刹车片具有较好的耐磨性能；添加改性的玻璃纤维大大提高刹车片的防龟裂效果；通过在重晶石粉表面聚合一层有机薄膜，大大提高刹车片的耐热性能。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，尤其是涉及一种无金属纤维刹车片的制备方法。
背景技术
随着中国汽车产销量的高速增长，中国汽车制造水平和技术水平也得到稳步发展和提高。对有自主知识产权和研发能力的汽车零部件供应商也是很好的机遇与挑战。刹车片是汽车中最为常见的零部件之一，刹车片是由钢片和贴在钢片上的摩擦基材组成，工作原理是摩擦基材通过承受外来压力，产生摩擦作用，从未使车辆达到减速的目的。我国在GB12676-99《汽车制动系统结构和性能试验方法》中明确规定刹车片中不能再含有石棉成分，用钢纤维替代石棉纤维的摩擦材料称为半金属摩擦材料，这种半金属摩擦材料在高温下与石棉有机摩擦材料相比，更具有良好的摩擦性能和耐温性。但是钢纤维具有较高的硬度，它会使对偶件有较大磨损和颤动，另外钢纤维容易发生锈蚀，这不仅会降低钢纤维本身的强度，同时还会损坏对偶件，制动时产生噪音。
发明内容
本发明是为了克服现有技术钢纤维对偶件具有较大磨损和容易锈蚀的问题，提供一种不含有金属纤维而保持刹车片耐磨和耐热性能不降低的刹车片制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂50～60份、大片石墨5～10份、小片石墨3～6份、焦炭粉1～3份、丁腈粉2～4份、重晶石粉1～3份、玻璃纤维4～8份、轮胎粉1～2份、白云石2～3份；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
物料混合过程中，混料机犁刀与绞刀的转速在本发明设置的范围内，避免了纤维的结团和被破坏；加热硫化是对组分加热后再加入硫化剂，使大分子之间发生交联，增加材料的强度。热处理是为了使经过硫化的高分子进一步交联并固化，硬化速度随温度的升高而加快。2123树脂是一种由苯酚和甲醛在酸性介质下缩聚而成的热塑性酚醛树脂，它具有良好的热塑性能，同时赋予刹车片具有较好的韧性，能够降低刹车片摩擦过程中产生的噪音；玻璃纤维起到增强骨架作用，减少刹车片加工和使用过程中出现的开裂和龟裂现象；丁腈粉与2123树脂复配能够提高刹车片的韧性和刹车片的热稳定性能；大片石墨和小片石墨是一种磨氏硬度为1的无机单质，添加到刹车片中能够提高刹车片的耐磨损性能；轮胎粉又称橡胶粉，成分为硫化胶和丁苯硫化胶，能够进一步起到对摩擦片增韧的作用，百云石能够适当提高摩擦片的强度，防止摩擦片出现开裂的现象。
作为优选，所述玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将2～4重量份玻璃纤维和0.1～0.2重量份硅烷偶联剂加入60～80重量份去离子水中，搅拌5～10min，然后加入3～5重量份聚乙烯醇升温至70～80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入1～2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10～20min，超声振荡频率控制在80～100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50～60℃下真空干燥3～6h，得到改性玻璃纤维。聚乙烯醇在加热条件下发生交联反应，在玻璃纤维表面生成一层聚乙烯醇保护膜，聚乙烯醇保护膜能够保护玻璃纤维材料在产品生产过程中不受损伤，尽量保持玻璃纤维原有长度，从而提高刹车片的性能，然后在聚乙烯醇薄膜上沉积纳米氧化锌，纳米氧化锌表面具有较多的羟基，能够与聚乙烯醇上的羟基产生氢键作用，从而使纳米氧化锌颗粒与聚乙烯薄膜稳定结合，增加玻璃纤维与2123树脂基体之间的接触面积，有利于提高两者结合的强度，从而起到较好的抗龟裂效果。
作为优选，所述白云石经过改性处理，改性处理方法为：将3～5重量份白云石研磨后过100～200目筛，然后加热至100～200℃，自然冷却后加入1～3重量份二乙醇胺，超声振荡2～4h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在60～80℃下干燥3～6h，得到改性的白云石。通过二乙醇胺对白云石的表面处理，可以提高白云石表面的润湿性能，从而提高白云石在组分中的分散性，有利于提高刹车片的强度。
作为优选，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将3～6重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入1～3重量份超支化聚乙烯亚胺，40～50℃下超声振荡30～50min，再加入1～2重量份甲醛，反应3～6h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。本发明在利用重晶石粉为载体，在重晶石粉表面通过超支化聚乙烯亚胺与甲醛聚合反应生成一层有机薄膜，该薄膜具有较好的耐热性能，从而提高刹车片的耐热性。
作为优选，所述步骤1)中混料机犁刀转速控制在140～150rmp，绞刀转速控制在1500～2000rmp，混合时间为1～2h。
作为优选，所述步骤2)中热压处理过程中，压强控制在20～30Mpa，温度控制在120～150℃。
作为优选，所述步骤3)中热处理温度为150～180℃。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明刹车片不含有金属纤维，从而避免对偶联造成磨损和出现生锈的现象，通过大小石墨之间的复合使刹车片具有较好的耐磨性能；添加改性的玻璃纤维大大提高刹车片的防龟裂效果；通过在重晶石粉表面聚合一层有机薄膜，大大提高刹车片的耐热性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种无金属纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂50份、大片石墨5份、小片石墨3份、焦炭粉1份、丁腈粉2份、重晶石粉1份、玻璃纤维4份、轮胎粉1份、白云石2份，混料机犁刀转速控制在140rmp，绞刀转速控制在1500rmp，混合时间为1h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在20Mpa，温度控制在120℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为150℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将2重量份玻璃纤维和0.1重量份硅烷偶联剂加入60重量份去离子水中，搅拌5min，然后加入3重量份聚乙烯醇升温至70℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入1重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10min，超声振荡频率控制在80Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50℃下真空干燥3h，得到改性玻璃纤维。
其中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将3重量份白云石研磨后过100目筛，然后加热至100℃，自然冷却后加入1重量份二乙醇胺，超声振荡2h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在60℃下干燥3h，得到改性的白云石。
其中，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将3重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入1重量份超支化聚乙烯亚胺，40℃下超声振荡30min，再加入1重量份甲醛，反应3h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
实施例2
一种无金属纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂52份、大片石墨6份、小片石墨4份、焦炭粉1份、丁腈粉2份、重晶石粉1份、玻璃纤维5份、轮胎粉1份、白云石2份，混料机犁刀转速控制在140rmp，绞刀转速控制在1600rmp，混合时间为1h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在22Mpa，温度控制在130℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为160℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将2.5重量份玻璃纤维和0.1重量份硅烷偶联剂加入65重量份去离子水中，搅拌6min，然后加入3重量份聚乙烯醇升温至74℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入1重量份纳米氧化锌，继续超声振荡14min，超声振荡频率控制在80Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在54℃下真空干燥4h，得到改性玻璃纤维。
其中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将3.5重量份白云石研磨后过100目筛，然后加热至120℃，自然冷却后加入1重量份二乙醇胺，超声振荡2h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在65℃下干燥4h，得到改性的白云石。
其中，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将4重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入1重量份超支化聚乙烯亚胺，42℃下超声振荡35min，再加入1重量份甲醛，反应4h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
实施例3
一种无金属纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂55份、大片石墨7份、小片石墨45份、焦炭粉2份、丁腈粉3份、重晶石粉2份、玻璃纤维6份、轮胎粉1.5份、白云石2份，混料机犁刀转速控制在145rmp，绞刀转速控制在1700rmp，混合时间为1.5h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在26Mpa，温度控制在135℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为166℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将3重量份玻璃纤维和0.15重量份硅烷偶联剂加入70重量份去离子水中，搅拌7min，然后加入4重量份聚乙烯醇升温至76℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入1.5重量份纳米氧化锌，继续超声振荡16min，超声振荡频率控制在90Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在56℃下真空干燥4.5h，得到改性玻璃纤维。
其中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将4重量份白云石研磨后过160目筛，然后加热至150℃，自然冷却后加入2重量份二乙醇胺，超声振荡3h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在70℃下干燥4.5h，得到改性的白云石。
其中，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将4.5重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入2重量份超支化聚乙烯亚胺，45℃下超声振荡40min，再加入1.5重量份甲醛，反应4.5h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
实施例4
一种无金属纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂58份、大片石墨8份、小片石墨5份、焦炭粉3份、丁腈粉4份、重晶石粉3份、玻璃纤维7份、轮胎粉2份、白云石3份，混料机犁刀转速控制在150rmp，绞刀转速控制在1800rmp，混合时间为2h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在28Mpa，温度控制在140℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为170℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将3.5重量份玻璃纤维和0.2重量份硅烷偶联剂加入75重量份去离子水中，搅拌8min，然后加入5重量份聚乙烯醇升温至78℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡18min，超声振荡频率控制在100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在58℃下真空干燥5h，得到改性玻璃纤维。
其中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将4.5重量份白云石研磨后过200目筛，然后加热至180℃，自然冷却后加入3重量份二乙醇胺，超声振荡4h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在75℃下干燥5h，得到改性的白云石。
其中，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将5重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入3重量份超支化聚乙烯亚胺，46℃下超声振荡45min，再加入2重量份甲醛，反应5h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
实施例5
一种无金属纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂60份、大片石墨10份、小片石墨6份、焦炭粉3份、丁腈粉4份、重晶石粉3份、玻璃纤维8份、轮胎粉2份、白云石3份，混料机犁刀转速控制在150rmp，绞刀转速控制在2000rmp，混合时间为2h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在30Mpa，温度控制在150℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为180℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将4重量份玻璃纤维和0.2重量份硅烷偶联剂加入80重量份去离子水中，搅拌10min，然后加入5重量份聚乙烯醇升温至80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡20min，超声振荡频率控制在100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在60℃下真空干燥6h，得到改性玻璃纤维。
其中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将5重量份白云石研磨后过200目筛，然后加热至200℃，自然冷却后加入3重量份二乙醇胺，超声振荡4h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在80℃下干燥6h，得到改性的白云石。
其中，所述重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将6重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入3重量份超支化聚乙烯亚胺，50℃下超声振荡50min，再加入2重量份甲醛，反应6h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
对实施例1～5刹车片性能进行测试，测试结果如下表所示：
对实施例1～5进行摩擦系数和磨损测试，测试结果如下表所示：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂50~60份、大片石墨5~10份、小片石墨3~6份、焦炭粉1~3份、丁腈粉2~4份、重晶石粉1~3份、玻璃纤维4~8份、轮胎粉1~2份、白云石2~3份；玻璃纤维经过改性处理，改性处理方法为：将2~4重量份玻璃纤维和0.1~0.2重量份硅烷偶联剂加入60~80重量份去离子水中，搅拌5~10min，然后加入3~5重量份聚乙烯醇升温至70~80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入1~2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10~20min，超声振荡频率控制在80~100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50~60℃下真空干燥3~6h，得到改性玻璃纤维；
2）加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理， 然后进行硫化；
3）热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理；
4）后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
2.根据权利要求1所述的一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中白云石经过改性处理，改性处理方法为：将3~5重量份白云石研磨后过100~200目筛，然后加热至100~200℃，自然冷却后加入1~3重量份二乙醇胺，超声振荡2~4h，然后将白云石颗粒放入干燥箱中在60~80℃下干燥3~6h，得到改性的白云石。
3.根据权利要求1所述的一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中重晶石粉经过改性处理，改性处理方法为：将3~6重量份重晶石粉加入水中，搅拌形成分散液，然后加入1~3重量份超支化聚乙烯亚胺，40~50℃下超声振荡30~50min，再加入1~2重量份甲醛，反应3~6h，依次经过过滤、洗涤、干燥得到改性的重晶石粉。
4.根据权利要求1~3任一权利要求所述的一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中混料机犁刀转速控制在140~150 rmp，绞刀转速控制在1500~2000 rmp，混合时间为1~2h。
5.根据权利要求1~3任一权利要求所述的一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中热压处理过程中，压强控制在20~30Mpa，温度控制在120~150℃。
6.根据权利要求1~3任一权利要求所述的一种无金属纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中热处理温度为150~180℃。
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