CN110081109B - 一种低噪音摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低噪音摩擦材料及其制备方法，其解决了现有刹车片摩擦材料在制动过程中会产生较大的噪音、对刹车制动噪音控制不稳定、不能完全满足汽车性能要求的技术问题。其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，填充材料包括无机物填料和高聚物填料，无机物填料为固体润滑剂，高聚物材料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料。本发明可广泛应用于刹车制动系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料及其制备方法，特别是涉及一种低噪音摩擦材料及其制备方法。
背景技术
随着私家车的增多和人们生活水平的提高，刹车片作为汽车安全性能的重要组件，在保障安全的前提下，刹车时的舒适度、灵敏性、平稳性逐渐成为刹车片性能的重要指标，其中舒适度越来越受到人们的关注，而影响刹车片舒适度最为明显的就是噪音。噪音是目前世界范围内所有摩擦材料生产厂商最难以解决的问题。大多摩擦材料生产厂家对刹车片制动噪音的控制很不稳定，不能完全满足汽车性能要求。
噪音产生于刹车片和刹车盘之间的摩擦，其产生的原因非常复杂，就刹车片而言，摩擦材料的组份构成是造成制动噪音最重要的原因。通常制动噪音产生以下几种情况：摩擦材料的摩擦系数越高，越易产生噪音，当达到0.45～0.5或更高时，极易产生噪音；制品硬度高易产生噪音；配方中高硬度填料用量过多时易产生噪音；刹车片经高温制动作用后，工作表面形成光亮而硬的碳化膜，又称釉质层，在制动摩擦时会产生高频振动及相应的噪音。
发明内容
本发明针对现有刹车片摩擦材料在制动过程中会产生较大的噪音、对刹车制动噪音控制不稳定、不能完全满足汽车性能要求的技术问题，提供一种刹车制动噪音低、对刹车制动噪音控制稳定、能够满足汽车刹车性能要求的低噪音摩擦材料及其制备方法。
为此，本发明的技术方案是，一种低噪音摩擦材料的制备方法，采用预混料成型技术，所述低噪音摩擦材料其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，填充材料包括无机物填料和高聚物填料，无机物填料为固体润滑剂，无机物填料为超细二硫化钼、硫化锑和 人造石墨粒，高聚物填料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料，高聚物填料为丁腈橡胶或聚对羟基苯甲酸酯，聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5％、2％、3％、5％、 5％，低噪音摩擦材料中添加过渡层底料，减弱或消除极寒冷态噪音，过渡层底料成分包含酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比依次为15％、30％、10％、10％、40％，包括如下步骤：
(1)将聚四氟乙烯粉末与丁腈橡胶、石墨烯、摩擦性能调节剂密炼，密炼的流程为：先将以上材料经过密炼机在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min，排出的物料在室温下冷却烘干，得到干燥物料即颗粒状半湿摩擦材料，再按5:1比例与液体树脂在捏合机中混合20-30分钟，预制成颗粒状半湿摩擦材料，所述摩擦性能调节剂包括超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒；
(2)将步骤(1)中颗粒状半湿摩擦材料进行干燥、粉碎，将粉碎后的材料与配方其它组份干混，制成噪音低，且摩擦系数平稳，磨损率低、耐磨性好、高温热衰退小的低噪音摩擦材料，配方组份中还包括固体酚醛树脂、陶瓷纤维、芳纶纤维、矿物纤维、摩擦粉、硅酸锆、柔性石墨、氧化镁、硫酸钡，组分的比例依次为5:10:3:12:5:7:5:3:15。
一种低噪音摩擦材料的制备方法，采用等比压压制成型技术，所述低噪音摩擦材料其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，填充材料包括无机物填料和高聚物填料，无机物填料为固体润滑剂，无机物填料为超细二硫化钼、硫化锑和 人造石墨粒，高聚物填料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料，高聚物填料为丁腈橡胶或聚对羟基苯甲酸酯，聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5％、2％、3％、5％、5％，低噪音摩擦材料中添加过渡层底料，减弱或消除极寒冷态噪音，过渡层底料成分包含酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比依次为15％、30％、10％、10％、40％，包括如下步骤：
(1)将配料放入模具，摊匀后再加入过渡层底料，将过渡层底料添加在主料和钢背之间，然后将钢背扣在模腔上；模具上面设置油缸，一个油缸对应一个模具；
(2)设定油缸的压制时间每毫米0.5-1分钟、温度150-160℃、压力 20±2Mpa，保证每个模腔压力相同，密度一样，得到洛氏硬度为50-70HRS 的低摩擦材料，该材料在常温时压缩率为100-120微米，高温时压缩率为 80-100微米。
本发明有益效果如下：
(1)通过聚四氟乙烯与无机物填料、高聚物填料的共混，可以使复合材料具有良好的压缩、弯曲等机械性能和较好的耐磨性，至少可以使耐磨性提高两个数量级，且改善了分散性、相容性、导热性，提高了材料的动、静摩擦系数，可以明显降低制动噪音声级；
(2)当聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5％、2％、3％、5％、5％时，所制备的摩擦材料噪音低，摩擦系数平稳，磨损率低，耐磨性好，高温热衰退小，提高使用舒适度，还能延长使用寿命；
(3)当低噪音摩擦材料中添加过渡层底料时，即使在极寒条件下，也能满足噪音要求，扩展了材料的适用场所；
(4)通过预混料成型技术改善了聚四氟乙烯粉末在复合体中的分散性、相容性，解决了配方体系中多种有机、无机、非矿多相复合材料间的界面结合性能问题，提高了产品的机械强度，降低了磨耗、噪音等；
(5)通过采用等比压压制成型技术，可以控制材料的硬度和压缩率的一致性和稳定性，进而提升噪音指标的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例LINK3900惯量制动器噪音试验台在不同受力状态下噪音停止的百分比曲线；
图2是本发明实施例LINK3900惯量制动器噪音试验台噪音停止的绝对百分比与平均压力关系图；
图3是本发明实施例LINK3900惯量制动器噪音试验台噪音停止与初始转子温度关系的百分比曲线；
图4是本发明实施例LINK3900惯量制动器噪音试验台噪音停止的绝对百分比与制动速度关系图；
图5是本发明实施例极寒噪音试验中初始转子温度的停止与最大声压级与停止数曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
一种低噪音摩擦材料，其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，填充材料包括无机物填料和高聚物填料，无机物填料为固体润滑剂，高聚物填料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料。
无机物填料可以是超细二硫化钼、硫化锑和 人造石墨粒，高聚物填充材料可以是丁腈橡胶或聚对羟基苯甲酸酯。
聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5％、2％、3％、5％、5％，其中高聚物填料由丁腈橡胶和石墨烯组成，添加比例为4:1。
低噪音摩擦材料中通过添加过渡层底料，来减弱或消除极寒冷态噪音。过渡层底料成分包含酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比为15％、30％、10％、10％、40％，混合后，作为底料在室温预成型时将其添加在主料和钢背之间。
低噪音摩擦材料的制备方法，可以采用预混料成型技术，也可以采用等比压压制成型技术。
1.预混料成型技术，包括如下步骤：
(1)将聚四氟乙烯粉末与丁腈橡胶、液体树脂、摩擦性能调节剂密炼预制成颗粒状半湿摩擦材料，其中，摩擦性能调节剂包括超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒，密炼的流程为：先将以上材料经过密炼机在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min，排出的物料在室温下冷却烘干，得到干燥物料即颗粒状半湿摩擦材料，具体为：将聚四氟乙烯粉末与丁腈橡胶、石墨烯、摩擦性能调节剂密炼，密炼的流程为：先将以上材料经过密炼机在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min，排出的物料在室温下冷却烘干，得到干燥物料即颗粒状半湿摩擦材料，再按5:1 比例与液体树脂在捏合机中混合20-30分钟，预制成颗粒状半湿摩擦材料；
(2)将步骤(1)中颗粒状半湿摩擦材料进行干燥、粉碎，将粉碎后的材料与配方其它组份干混，制成噪音低，且摩擦系数平稳，磨损率低、耐磨性好、高温热衰退小的低噪音摩擦材料。配方其它组份包括固体酚醛树脂、陶瓷纤维、芳纶纤维、矿物纤维、摩擦粉、硅酸锆、柔性石墨、氧化镁、硫酸钡，组分的比例依次为5:10:3:12:5:7:5:3:15。
通过聚四氟乙烯与无机物填料、高聚物填料的共混，可以使复合材料具有良好的压缩、弯曲等机械性能和较好的耐磨性，至少可以使耐磨性提高两个数量级，且改善了分散性、相容性、导热性，提高了材料的动、静摩擦系数，可以明显降低制动噪音声级。
当聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5％、2％、3％、5％、5％，其中高聚物填料包括丁腈橡胶和石墨烯，且质量配比为4:1时，所制备的摩擦材料噪音低，摩擦系数平稳，磨损率低，耐磨性好，高温热衰退小，提高使用舒适度，还能延长使用寿命。
通过预混料成型技术改善了聚四氟乙烯粉末在复合体中的分散性、相容性，解决了配方体系中多种有机、无机、非矿多相复合材料间的界面结合性能问题，提高了产品的机械强度，降低了磨耗、噪音等。
2.等比压压制成型技术，包括如下步骤：
(1)将配料放入模具，模具上面设置油缸，一个油缸对应一个模具；
(2)设定油缸的压制时间每毫米0.5-1分钟、温度150-160℃、压力 20±2Mpa，保证每个模腔压力相同，密度一样，得到洛氏硬度为50-70HRS 的低摩擦材料，该材料在常温时压缩率为100-120微米，高温时压缩率为 80-100微米。
当低噪音摩擦材料中添加过渡层底料，过渡层底料为酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比为15％、30％、 10％、10％、40％，将过渡层底料添加在主料和钢背之间，即使在极寒条件下，也能满足噪音要求，提高用户使用舒适度，扩展了材料的适用场所。
通过采用等比压压制成型技术，可以控制材料的硬度和压缩率的一致性和稳定性，进而提升噪音指标的稳定性。
本发明产品完全可以满足原配市场和售后市场对噪音性能的要求，其中原配噪音指数要求≥8.3，售后噪音指数≥7.3，经在LINK3900汽车制动器惯量NVH(噪声)试验台按SAE J2521-2013盘式和鼓式制动器测力计高频噪音测试规程及标准测试，结果表明，其噪音指数均在9-10之间，详见附图1-4。
本发明的刹车片在国内汽车主机厂装车后，在黄山经过反复的模拟路试，并与国内其他厂商同时对比，各项技术指标均满足要求，其噪音指标综合评价达到9.5分优秀，具体路试结果如附表1。
附表1 整车末期制动噪音评价纪要
通过做极寒噪音试验，试验曲线如附图5，结果见表2，得出以下结论：
a.在设定空气温度-40℃时，使用目前供货状态的摩擦片在极寒情况下确实有异响噪音，当盘温低于-5℃时有异响出现，盘温-5℃以上没有噪音。
b.通过实验双连的冷态过渡层可以减弱或消除极寒冷态噪音。
c.使用冷态过渡层加全消音片可消除盘温-25℃以上的制动噪音，且热态噪音可以控制在半消音片状态水平。
表2 极寒噪音台架试验结果(按SAE J2521-2006标准)
本发明的刹车片在国内汽车主机厂装车后，经过黑河零下22℃极寒条件下的多次路试试验，均无噪音,综合评价9分优秀，用户适应性试验结果如表3。
表3 黑河高寒用户适应性试验
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (2)
1.一种低噪音摩擦材料的制备方法，采用预混料成型技术，所述低噪音摩擦材料其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，所述填充材料包括无机物填料和高聚物填料，所述无机物填料为固体润滑剂，所述无机物填料为超细二硫化钼、硫化锑和人造石墨粒，所述高聚物填料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料，所述高聚物填料为丁腈橡胶或聚对羟基苯甲酸酯，所述聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5%、2%、3%、5%、5%，所述低噪音摩擦材料中添加过渡层底料，减弱或消除极寒冷态噪音，过渡层底料成分包含酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比依次为15%、30%、10%、10%、40%，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将聚四氟乙烯粉末与丁腈橡胶、石墨烯、摩擦性能调节剂密炼，密炼的流程为：先将以上材料经过密炼机在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min，排出的物料在室温下冷却烘干，得到干燥物料即颗粒状半湿摩擦材料，再按5:1比例与液体树脂在捏合机中混合20-30分钟，预制成颗粒状半湿摩擦材料，所述摩擦性能调节剂包括超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒；
（2）将步骤（1）中颗粒状半湿摩擦材料进行干燥、经破碎机粉碎至6目，将粉碎后的材料与配方其它组份干混，制成噪音低，且摩擦系数平稳，磨损率低、耐磨性好、高温热衰退小的低噪音摩擦材料，配方组份中还包括固体酚醛树脂、陶瓷纤维、芳纶纤维、矿物纤维、摩擦粉、硅酸锆、柔性石墨、氧化镁、硫酸钡，组分的比例依次为5:10:3:12:5:7:5:3:15。
2.一种如权利要求1所述的低噪音摩擦材料的制备方法，采用等比压压制成型技术，所述低噪音摩擦材料其组份包括聚四氟乙烯粉末和填充材料，所述填充材料包括无机物填料和高聚物填料，所述无机物填料为固体润滑剂，所述无机物填料为超细二硫化钼、硫化锑和人造石墨粒，所述高聚物填料为不损伤对偶面、且容易进行机械加工的材料，所述高聚物填料为丁腈橡胶或聚对羟基苯甲酸酯，所述聚四氟乙烯粉末、超细二硫化钼、硫化锑、人造石墨粒、高聚物填料的添加量的质量分数比分别为5%、2%、3%、5%、5%，所述低噪音摩擦材料中添加过渡层底料，减弱或消除极寒冷态噪音，过渡层底料成分包含酚醛树脂、纤维素纤维、氧化镁、轻质碳酸钙、硫酸钡，添加质量配比依次为15%、30%、10%、10%、40%，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将上述步骤（2）所制混合料加入模具模腔中，摊匀后再加入过渡层底料，将过渡层底料添加在主料和钢背之间，然后将钢背扣在模腔上；模具上面设置油缸，一个油缸对应一个模具；
（2）设定油缸的压制时间每毫米0.5-1分钟、温度150-160℃、压力20±2Mpa，保证每个模腔压力相同，密度一样，得到洛氏硬度为50-70HRS的低摩擦材料，该材料在常温时压缩率为100-120微米，高温时压缩率为80-100微米。
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