CN110043589B - 一种干混冷压摩擦材料和刹车片及刹车片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干混冷压摩擦材料和刹车片及刹车片的制备方法，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：复合酚醛树脂4‑12％、钢纤维12‑22％、矿物纤维5‑8％、氧化锆4‑7％、硫化锑2‑4％、摩擦粉3‑7％、鳞片石墨4‑11％、钛酸钾4‑8％、氧化铝1‑3％、重晶石18‑61％。本发明干混冷压摩擦材料采用复合树脂共混基体，可以达到很好的协同作用。利用本发明干混冷压摩擦材料制成的刹车片不仅摩擦系数稳定，磨损量低，噪音低，而且可以采用冷压成型，能耗低，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，具体涉及一种干混冷压摩擦材料和刹车片及刹车片的制备方法。
背景技术
刹车片作为制动装置的关键性部件，它最主要的功能是通过摩擦来吸收动力。因此刹车片摩擦材料性能的好坏，直接决定着机械设备和各种机动车辆的制动安全。所以说摩擦材料是一种应用广泛又甚关键的材料。
汽车摩擦材料生产工艺按照加工温度区分，大致可以分为三类：热压工艺(150-170℃)、温压工艺(100-130℃)、冷压工艺(10-100℃)。热压法工艺应用历史悠久，技术成熟，现阶段被国内外大部分摩擦材料生产厂家所用，然而热压法的模具成本高，能耗大，而温压和冷压工艺属于低温成型工艺，属于新型摩擦材料生产工艺，相对于现有热压工艺来说其能耗较小，并且制备出的刹车片性能较为优越。然而目前市场上的低温冷压成型工艺，存在表面孔隙率偏低不利于吸音导致噪音值偏高，影响制动时的舒适性，且对于摩擦系数和磨损率的控制不理想。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干混冷压摩擦材料和刹车片及刹车片的制备方法，来解决现有摩擦材料摩擦性能的不稳定性，磨损率大、噪音高等问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种干混冷压摩擦材料，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：复合酚醛树脂4-12％、钢纤维12-22％、矿物纤维5-8％、氧化锆4-7％、硫化锑2-4％、摩擦粉3-7％、鳞片石墨4-11％、钛酸钾4-8％、氧化铝1-3％、重晶石18-61％。
优选地，以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂25-35％，有机硅改性酚醛树脂35-45％，高邻位酚醛树脂30-35％。
进一步地，所述腰果壳油改性酚醛树脂在160℃下的流动距离为12-18mm，凝胶化时间为24-42s；所述有机硅改性酚醛树脂在160℃下的流动距离为17-32mm，凝胶化时间为42-60s；所述高邻位酚醛树脂在160℃下的流动距离为32-47mm，凝胶化时间为65-100s。
优选地，所述钢纤维的纤维长度为1.30-3.20mm，所述矿物纤维的纤维长度为0.1-0.5mm，所述氧化锆的粒度为60-80目，硫化锑的粒度为325目，摩擦粉的粒度为40-80目，鳞片石墨的粒度为80-120目，钛酸钾粒度为325目，氧化铝粒度为325目。
本发明还提供了上述摩擦材料在刹车片中的用途。
本发明进一步提供了一种刹车片，包括钢背和由上述任一种摩擦材料制成的摩擦块。
本发明还提供了一种制备上述刹车片的方法，包括以下步骤：
(1)混配：将权利要求1至4中任一项所述的摩擦材料按比例称好并搅拌均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平，最后将钢背放置在模具型腔上，开始压制；压制温度为75-90℃，压制压力为350-400kg/cm2，压制时间为4-6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为16-18MPa，放入烤箱中进行热处理，先160-180℃下烘烤2-3小时，再220-240℃下烘烤1-2小时。
优选地，在步骤(2)中所述垫层料的加入量为摩擦材料原料总质量的15％。
进一步地，所述垫层料为树脂、钢纤维、碳酸钙等原材料的混合物，主要起粘接摩擦材料和钢背的作用。
优选地，在步骤(3)后还有步骤(4)磨削：将热处理后的刹车片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
进一步地，在步骤(4)后还有步骤(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
本发明干混冷压摩擦材料采用复合树脂共混基体，可以达到很好的协同作用。高邻位树脂具有较低的活化能，反应温度较低，在冷压时可反应使材料成型。腰果壳油改性酚醛树脂可提高材料的韧性，有机硅改性酚醛树脂可提高材料的耐热性。腰果壳油改性酚醛树脂和有机硅改性酚醛树脂主要在热处理阶段发生交联固化反应，使原材料之间的粘接力达到最大。
利用本发明干混冷压摩擦材料制成的刹车片不仅摩擦系数稳定，磨损量低，噪音低，而且可以采用冷压成型，能耗低，节约能源。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中的复合酚醛树脂可采用本领域技术人员所熟知的常规的酚醛树脂复合制备，较佳地，本发明中以复合酚醛树脂的总质量为基准计，复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂25-35％，有机硅改性酚醛树脂35-45％，高邻位酚醛树脂30-35％时能取得较佳的效果，腰果壳油改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、高邻位酚醛树脂均能通过一般商业途径获得，较佳地，下述所有实施例中腰果壳油改性酚醛树脂的流动距离为12-18mm，凝胶化时间为24-42s；有机硅改性酚醛树脂的流动距离为17-32mm，凝胶化时间为42-60s；高邻位酚醛树脂的流动距离为32-47mm，凝胶化时间为65-100s。流动距离和凝胶时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。
本发明中的各种纤维均可采用本领域技术人员所熟知的纤维规格，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中所述钢纤维的纤维长度为1.30-3.20mm，所述矿物纤维的纤维长度为0.1-0.5mm。
本发明中的氧化锆、硫化锑、摩擦粉、鳞片石墨、钛酸钾、氧化铝、重晶石也均选自本领域常规原料，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中选取的氧化锆的粒度为60-80目，硫化锑的粒度为325目，摩擦粉的粒度为40-80目，鳞片石墨的粒度为80-120目，钛酸钾粒度为325目，氧化铝粒度为325目，重晶石的粒度为325目。
本发明方法中的所述垫层料为本领域的常用粘结材料，其由树脂、钢纤维、碳酸钙等原材料的混合物，主要起粘接摩擦材料和钢背的作用。
本发明实施例中本申请中的摩擦系数、剪切强度、磨损率等相关实验数据的测定是参照GB/T11834-2000标准工业机械用石棉摩擦片执行的。
需要说明的是本发明实施例中除了明确给出的数值外，其他未公布条件均相同。
实施例1
干混冷压摩擦材料的原料配方：酚醛树脂8％，钢纤维14％，矿物纤维6％，氧化锆5％，硫化锑2％，摩擦粉4％，鳞片石墨7％，钛酸钾5％，氧化铝2％，重晶石47％。其中以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂25％，有机硅改性酚醛树脂40％，高邻位酚醛树脂35％。
刹车片制备方法：
(1)混料：将干混冷压摩擦材料原材料加入到高速搅拌机中搅拌15分钟，使所有原材料混合均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平，压制温度为80℃，压制压力为370kg/cm2，压制时间为6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；所述垫层料的加入量为原料总质量的15％；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为18MPa，放入烤箱中进行热处理，先180℃下烘烤3小时，再220℃下烘烤1小时；
(4)磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
台架试验SAE J2522测试结果如下表：
JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.312mm。
SAE J2521噪音试验中，2.0KHz-17.0KHz内大于70dB的噪音频率为1.30％，频率大于80dB的噪音为0.27％
实施例2
干混冷压摩擦材料的原料配方：酚醛树脂10％，钢纤维14％，矿物纤维6％，氧化锆5％，硫化锑3％，摩擦粉4％，鳞片石墨7％，钛酸钾4％，氧化铝2％，重晶石45％。其中以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂30％，有机硅改性酚醛树脂37％，高邻位酚醛树脂33％。
刹车片制备方法：
(1)混料：将干混冷压摩擦材料原材料加入到高速搅拌机中搅拌15分钟，使所有原材料混合均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平，压制温度为80℃，压制压力为370kg/cm2，压制时间为6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；所述垫层料的加入量为原料总质量的15％；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为18MPa，放入烤箱中进行热处理，先180℃下烘烤3小时，再220℃下烘烤1小时；
(4)磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
台架试验SAE J2522测试结果如下表：
JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.317mm。
SAE J2521噪音试验中，2.0KHz-17.0KHz内大于70dB的噪音频率为1.10％，频率大于80dB的噪音为0.32％
实施例3
干混冷压摩擦材料的原料配方：酚醛树脂12％，钢纤维22％，矿物纤维8％，氧化锆7％，硫化锑4％，摩擦粉7％，鳞片石墨11％，钛酸钾8％，氧化铝3％，重晶石18％。其中以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂35％，有机硅改性酚醛树脂35％，高邻位酚醛树脂30％。
刹车片制备方法：
(1)混料：将干混冷压摩擦材料原材料加入到高速搅拌机中搅拌15分钟，使所有原材料混合均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平，压制温度为80℃，压制压力为370kg/cm2，压制时间为6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；所述垫层料的加入量为原料总质量的15％；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为18MPa，放入烤箱中进行热处理，先180℃下烘烤3小时，再220℃下烘烤1小时；
(4)磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
台架试验SAE J2522测试结果如下表：
JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.308mm。
SAE J2521噪音试验中，2.0KHz-17.0KHz内大于70dB的噪音频率为1.30％，频率大于80dB的噪音为0.36％
实施例4
干混冷压摩擦材料的原料配方：酚醛树脂4％，钢纤维12％，矿物纤维5％，氧化锆4％，硫化锑2％，摩擦粉3％，鳞片石墨4％，钛酸钾4％，氧化铝1％，重晶石61％。其中以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂25％，有机硅改性酚醛树脂45％，高邻位酚醛树脂30％。
刹车片制备方法：
(1)混料：将干混冷压摩擦材料原材料加入到高速搅拌机中搅拌15分钟，使所有原材料混合均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平，压制温度为80℃，压制压力为370kg/cm2，压制时间为6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；所述垫层料的加入量为原料总质量的15％；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为18MPa，放入烤箱中进行热处理，先180℃下烘烤3小时，再220℃下烘烤1小时；
(4)磨削：将热处理后的制动片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
台架试验SAE J2522测试结果如下表：
JASO C427磨损试验的磨损量：厚度平均磨损量为0.307mm。
SAE J2521噪音试验中，2.0KHz-17.0KHz内大于70dB的噪音频率为1.21％，频率大于80dB的噪音为0.26％
由上述实施例的实验参数可以看出，通过添加复合树脂，尤其是反应活化能低的高邻位树脂，通过低温高压方法制得的盘式刹车片在性能、磨损和噪音方面均表现出杰出的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种干混冷压摩擦材料，其特征在于，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：复合酚醛树脂4-12％、钢纤维12-22％、矿物纤维5-8％、氧化锆4-7％、硫化锑2-4％、摩擦粉3-7％、鳞片石墨4-11％、钛酸钾4-8％、氧化铝1-3％、重晶石18-61％；
其中，以所述复合酚醛树脂的总质量为基准计，所述复合酚醛树脂包括以下原料组分及其质量百分含量：腰果壳油改性酚醛树脂25-35％，有机硅改性酚醛树脂35-45％，高邻位酚醛树脂30-35％。
2.根据权利要求1所述的干混冷压摩擦材料，其特征在于，所述腰果壳油改性酚醛树脂在160℃下的流动距离为12-18mm，凝胶化时间为24-42s；所述有机硅改性酚醛树脂的流动距离为17-32mm，凝胶化时间为42-60s；所述高邻位酚醛树脂的流动距离为32-47mm，凝胶化时间为65-100s。
3.根据权利要求1所述的干混冷压摩擦材料，其特征在于，所述钢纤维的纤维长度为1.30-3.20mm，所述矿物纤维的纤维长度为0.1-0.5mm，所述氧化锆的粒度为60-80目，硫化锑的粒度为325目，摩擦粉的粒度为40-80目，鳞片石墨的粒度为80-120目，钛酸钾粒度为325目，氧化铝粒度为325目。
4.权利要求1至3任一项所述摩擦材料在刹车片中的用途。
5.一种刹车片，包括钢背和由权利要求1至3任一项所述摩擦材料制成的摩擦块。
6.制备如权利要求5所述刹车片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混配：将权利要求1至3中任一项所述的摩擦材料按比例称好并搅拌均匀；
(2)冷压成型：先将步骤(1)中的混合料加入到模具型腔中，用工具摊平，再加入垫层料，用工具摊平；压制温度为75-90℃，压制压力为350-400kg/cm2，压制时间为4-6分钟，冷压成型后脱模，得到冷坯；
(3)热处理：用夹具夹紧冷坯，夹紧力为16-18MPa，放入烤箱中进行热处理，先160-180℃下烘烤2-3小时，再220-240℃下烘烤1-2小时。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中所述垫层料的加入量为摩擦材料原料总质量的15％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(3)后还有步骤(4)磨削：将热处理后的刹车片采用圆磨机磨削至平行度为±0.16mm，平面度为±0.1mm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(4)后还有步骤(5)喷涂：采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为750rpm，温度为180℃。
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