CN109519493A - 一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片制备方法 - Google Patents
一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，该方法为：一、采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料；二、按一定比例配置炭纤维混合物；三、压制固化成型；四、炭化处理；五、沥青溶液浸渍、固化、炭化处理；六、机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。本发明采用炭纤维作为骨架、沥青炭基体、炭粉作为增强体、石墨粉作为润滑剂、硼粉的耐磨性以及石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能等特点制备的重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片，具有散热性能好、力学性能优异，机械强度高、抗冲击韧性好、耐磨性好、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明公开一种重载汽车刹车片材料的制备方法，属于刹车片材料技术领域。
背景技术
随着汽车技术应用向环保、高速及重载方向的发展， 对汽车制动系统的稳定性和可靠性提出了更高要求， 而刹车片摩擦材料的综合性能将直接影响到汽车行驶过程中的安全和舒适。汽车制动的实质是把汽车的大部分的动能通过刹车片和制动盘（或鼓）之间的摩擦转化为热能，大部分的热能又被制动器吸收引起温度升高的过程。重型汽车由于载重吨位较大和车速的提高， 比一般中小型汽车制动时的惯性大、制动距离长。重型汽车摩擦材料的耐高温性能要好，摩擦系数不宜太高，否则会使制动器温度急剧上升，在刹车片表面产生粘滑的碳化层，导致摩擦系数产生衰退，达不到制动效果，造成车辆打滑、翻转，对行车安全构成严重威胁。因此，重型汽车的摩擦材料除了具有良好的机械强度、较小的对偶面磨损、无公害、无毒之外，更应有良好的热稳定性，使刹车片在高温下摩擦系数变化小，热磨损小，减小对环境的噪音污染。刹车片摩擦材料属于摩阻复合材料， 主要是由粘结剂、增强纤维、填料和摩擦性能调节剂四部分组成。复合材料中各组分选用配比材料，按不同比例混合，采用热压或冷压生产工艺生产，由此得到满足不同摩擦系数、磨损率、机械强度、孔隙率等要求的刹车片。近十多年来，随着汽车工业向环保、绿色的方向发展， 国内外刹车片摩擦材料研究和应用已进入了无石棉化阶段。重型汽车中的刹车片与中小型汽车相比更换率高，使用成本高，因此，在通过研制新型材料配方和改进工艺来提高综合性能和使用寿命的同时，还必须兼顾经济实用的原则。目前，国内用于重型汽车的刹车片摩擦材料大量采用了半金属粉末冶金材料， 其性能特点是具有了良好的导热性和较高的强度，可承载的制动温度达到400℃。但是，制动时由于制动压力大， 导致制动鼓或制动盘表面磨损严重，耐磨性较差，制动噪音增大。
炭纤维复合材料具有密度低、高的机械强度、高的抗冲击韧性、耐磨以及耐腐蚀性能，石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，可以应用于重载汽车摩擦材料，并可大大提高重载汽车刹车片的使用寿命和安全性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，以解决现有重载汽车刹车片热传递和耐热性差，材料不稳定导致刹车片摩擦系数不稳定的技术问题，利用石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、耐磨性和耐热性优异的炭/炭重载汽车刹车片的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料。
步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌时间为2h-15h。
步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为1.5Mpa-60 Mpa。
步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为760℃-960℃。
步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入沥青槽中，进行加压浸渍，压力为0.5MPa-4.0MPa下进行浸渍2h-10h，然后进行固化处理，固化温度为100℃-180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为760℃-960℃。
步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。
上述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的短切炭纤维长度为2mm-20mm，炭粉的颗粒大小为100目以下，石墨粉的颗粒大小为100目以下，硼粉颗粒大小为500目以下，沥青为煤焦沥青或石油沥青。
上述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的炭纤维重量百分比为10wt%-50wt%，炭粉重量百分比为5wt%-20wt%，石墨粉重量百分比为1wt%-10wt%，硼粉重量百分比为0.1wt%-5wt%，沥青重量百分比为10wt%-60wt%，石墨烯添加量为0.05 wt%-1.0 wt%。
上述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的压制固化工艺，升温速率为5℃/h-50℃/h，固化温度为100℃-180℃，保温时间为0.5h-5.0h。
上述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的炭化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。
上述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的固化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h，炭化升温速率为2℃/h-30℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、与传统重载汽车刹车片的制备技术相比，本发明采用炭纤维作为骨架，沥青炭基体、炭粉作为增强体、石墨粉作为润滑剂、硼粉的耐磨性以及石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能等特点，制备的重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片，具有散热性能好、力学性能优异，机械强度高、抗冲击韧性好、耐磨性好、使用寿命长等优点。
2、本发明工艺简单，并且易于大批量生产，并且解决现有重载汽车刹车片热传递和耐热性差，材料不稳定导致摩擦系数不稳定的技术问题。
附图说明
图1是本发明制备重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的工艺流程框图。
具体实施方式
实施例1
步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为2mm，炭粉的颗粒大小为120目，石墨粉的颗粒大小为120目，硼粉颗粒大小为600目，沥青为煤焦沥青。
步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为10wt%，炭粉重量百分比为20wt%，石墨粉重量百分比为10wt%，硼粉重量百分比为5wt%，沥青重量百分比为54.95wt%，石墨烯添加量为0.05 wt%，搅拌时间为2h。
步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为1.5Mpa，固化升温速率为5℃/h，固化温度为100℃，保温时间为0.5h。
步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为760℃，炭化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h。
步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入沥青槽中，进行加压浸渍，压力为0.5MPa下进行浸渍2h，然后进行固化处理，固化温度为100℃，固化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h，炭化升温速率为2℃/h，保温时间为1.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为760℃。
步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。
实施例2
步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为10mm，炭粉的颗粒大小为200目，石墨粉的颗粒大小为200目，硼粉颗粒大小为700目，沥青为石油沥青。
步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为30wt%，炭粉重量百分比为10wt%，石墨粉重量百分比为5wt%，硼粉重量百分比为3wt%，沥青重量百分比为51.9wt%，石墨烯添加量为0.1wt%，搅拌时间为5h。
步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为30Mpa，固化升温速率为15℃/h，固化温度为150℃，保温时间为2h。
步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为15℃/h，保温时间为2.0h。
步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入沥青槽中，进行加压浸渍，压力为1.5MPa下进行浸渍5h，然后进行固化处理，固化温度为150℃，固化升温速率为40℃/h，保温时间为4.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为20℃/h，保温时间为4.0h。
步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。
实施例3
步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为20mm，炭粉的颗粒大小为300目，石墨粉的颗粒大小为300目，硼粉颗粒大小为800目，沥青为石油沥青。
步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为50wt%，炭粉重量百分比为8wt%，石墨粉重量百分比为1wt%，硼粉重量百分比为2wt%，沥青重量百分比为38wt%，石墨烯添加量为1.0 wt%，搅拌时间为15h。
步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为60Mpa，固化升温速率为50℃/h，固化温度为180℃，保温时间为5h。
步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为960℃，炭化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h。
步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入沥青槽中，进行加压浸渍，压力为4.0MPa下进行浸渍10h，然后进行固化处理，固化温度为180℃，固化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为960℃，炭化升温速率为30℃/h，保温时间为5.0h。
步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、沥青作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料；
步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌时间为2h-15h；
步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为1.5Mpa-60Mpa；
步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为760℃-960℃；
步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入沥青槽中，进行加压浸渍，压力为0.5MPa-4.0MPa下进行浸渍2h-10h，然后进行固化处理，固化温度为100℃-180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为760℃-960℃；
步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片。
2.根据权利要求1所述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的短切炭纤维长度为2mm-20mm，炭粉的颗粒大小为100目以下，石墨粉的颗粒大小为100目以下，硼粉颗粒大小为500目以下，沥青为煤焦沥青或石油沥青。
3.根据权利要求1所述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的炭纤维重量百分比为10wt%-50wt%，炭粉重量百分比为5wt%-20wt%，石墨粉重量百分比为1wt%-10wt%，硼粉重量百分比为0.1wt%-5wt%，沥青重量百分比为10wt%-60wt%，石墨烯添加量为0.05 wt%-1.0 wt%。
4.根据权利要求1所述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的压制固化工艺，升温速率为5℃/h-50℃/h，固化温度为100℃-180℃，保温时间为0.5h-5.0h。
5.根据权利要求1所述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的炭化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。
6.根据权利要求1所述的一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的固化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h，炭化升温速率为2℃/h-30℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。
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| CN201811647048.6A Withdrawn CN109519493A (zh) | 2018-12-30 | 2018-12-30 | 一种重载汽车用高散热性沥青基复合材料刹车片制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109519493A (zh) |
-
2018
- 2018-12-30 CN CN201811647048.6A patent/CN109519493A/zh not_active Withdrawn
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190326 |