CN110173530A - 一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料及制备方法 - Google Patents
一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，以质量百分比计，刹车片复合材料包括：树脂1～40wt％、晶须或纤维1～20wt％、钛白黑泥15～50wt％、焦炭1～15wt％、人造石墨1～15wt％。本发明还提供了制备上述刹车片复合材料的方法：配料、混料、成型、热处理、机加工制备形成刹车片。本发明提供的刹车片复合材料可以提高刹车片复合材料的摩擦稳定性和摩擦成膜性作用；同时，为钛白废副钛白黑泥处置和实现综合利用提供了一种途径，不但降低了刹车片复合材料的成本问题，同时解决了广大钛白粉厂商的废渣综合利用问题。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦衬片领域，具体涉及一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料及制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，近年来，我国汽车产业的产销数量不断增长，我国已然成为一个汽车产销大国。汽车上最重要的安全系统就是制动系统，所有的制动部件都是安全件，刹车片是整个制动系统中的重要环节之一。刹车片由背板、粘结层、摩擦块组成，是汽车刹车系统中最为关键的安全零件，刹车片的类型主要包括：石棉刹车片(基本淘汰)、半金属刹车片、少金属刹车片、NAO配方刹车片、陶瓷刹车片、NAO陶瓷刹车片等。刹车片的性能很大程度上取决于摩擦材料的配方及加工工艺，其中配料的主要原材料包括粘结剂、增强材料、研磨剂、润滑剂和填充料。由于国内摩擦材料行业使用的摩擦材料填充料绝大部分取自矿石等不可再生资源，矿产资源逐年减少，其市场价格不断上升，成本增加。故研究探索使用工业废副资源或可再生资源作为摩擦材料的填充料的替代品，以降低生产成本，满足市场需求成为关注的重点。
目前已经有一些专利进行了这方面的研究，如专利CN203051582U采用河泥制成摩擦材料填充料的刹车片，河泥资源丰富，回收成本低，减少了摩擦材料对矿石的使用量，降低了生产成本，减少了河水污染，又能使航道通畅。专利CN105864331B将建筑垃圾作为填充料制备刹车片摩擦材料。专利CN102364143B和CN102364144B的摩擦材料分别选用稻壳炭和稻壳为摩擦填料。专利CN105952827B将废旧织物纤维去杂碎化成预设面积的织物块；并进行消毒清洗处理；然后将其进行浸胶搅拌生成胶状织物块并烘干，将烘干后的胶状织物块进行甩切生成废旧织物纤维料并将其作为刹车片摩擦材料使用。通过以上举例说明采用废旧资源作为刹车片制备材料很有市场和实用前景。但还未发现采用钛白废副钛白黑泥作为刹车片填料的专利报道。
钛白行业是第三大无机化工产品，钛资源的90％用于钛白粉生产。钛白粉商业化的生产方法有两种：为硫酸法和氯化法，我国钛白粉生产多为硫酸法工艺，在硫酸法钛白粉的生产中，原料钛铁矿经过磨细后进入酸解工序，酸解的目的是用硫酸将矿物中的钛转变成可溶性的硫酸盐，以便和其他不溶性杂质分离并为下一步加工提供中间产品。在硫酸氧钛溶液制备工段，酸解是最重要的工序。钛矿经过酸解后，再经过沉降、稠浆压滤得到酸解残渣，生产上称之为酸解泥(俗称黑泥)。针对黑泥废渣国内主要的处理方法有三种：一是全部进入钛白厂产生废水中，统一中和处理，混合入黄石膏渣中无法利用；二是加入氧化钙干拌、堆放，这样会造成粉尘污染；三是自然晒干，拌入钛精矿后出售。也有国内企业和研究单位采用选矿手段回收黑泥中部分TiO2，专利CN102774884B就公开了一种使用碱将酸性黑泥中和后进行回收利用的发明，但一般方法实际应用过程中选矿手段一般收率较低，设备腐蚀严重，且产生新的待利用的废渣。如果能够对钛白粉废渣进行合理的回收利用，不但可以减少环境污染，有效利用自然资源，还可获得可观的经济效益和社会效益，这对钛白粉行业具有非常重要的意义。但由于这些废渣是经过了硫酸浸泡工艺处理后的产物，表面特性发生了极大变化，到目前为止，有关该废渣的综合利用、资源化处理问题仍然没有得到很好的解决，基本将其作为废料弃置，这不仅浪费了其中的有价资源，降低了产品的利润，而且废渣堆存会对当地环境造成危害。随着钛白生产工业的高速发展，废渣的量也快速增加，资源浪费与环境污染问题日显突出。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料及制备方法，一方面，可以提高刹车片复合材料的摩擦稳定性和摩擦成膜性作用；另一方面，为钛白废副钛白黑泥处置和实现综合利用提供了一种途径，不但降低了刹车片复合材料的成本问题，同时解决了广大钛白粉厂商的废渣综合利用问题。
本发明提供如下技术方案：
一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，以质量百分比计，所述刹车片复合材料包括：树脂1～40wt％、晶须或纤维1～20wt％、钛白黑泥15～50wt％、焦炭1～15wt％、人造石墨1～15wt％。
优选的，以质量百分比计，所述刹车片复合材料包括：树脂25～40wt％、晶须或纤维6～12wt％、钛白黑泥25～45wt％、焦炭8～11wt％、人造石墨5～10wt％。
进一步优选的，以质量百分比计，所述刹车片复合材料包括：树脂25～35wt％、晶须或纤维8～10wt％、钛白黑泥25～40wt％、焦炭8～10wt％、人造石墨8～10wt％。
所述钛白黑泥包括TiO2、Fe2O3、SiO2、CaO和SO3等，其余均是微量的金属元素。
所述钛白黑泥的pH值为5～8，含水量在0.5～10％。所述钛白黑泥为碱中和后的钛白黑泥。一般刹车片复合材料要求均为接近中性或偏碱性，因此使用的钛白黑泥适用于制备刹车片复合材料。
在本发明中，刹车片复合材料的组分不限于树脂、晶须或纤维的种类，及是否添加金属粉末；纤维可以是一种矿物纤维或多种矿物纤维的混合物，或无机和有机纤维的混合物；晶须可以是一种晶须或多种晶须的混合。所述树脂选自丁腈树脂、丁苯树脂，酚醛树脂或环氧树脂中的一种或至少两种的组合；所述纤维选自矿物纤维(海泡石，凹凸棒，莫来石等)、芳纶、聚四氟乙烯纤维、碳纤维、钢纤维或铜纤维中的一种或至少两种的组合；所述晶须选自六钛酸钾、硫酸钙或硅酸铝中的一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述钛白黑泥为钛白废副。钛白黑泥替代制作刹车片复合材料中的无机添加材料、可能添加的金属材料，特别是钛白黑泥可以替代刹车片复合材料中钛酸盐添加物。
本发明还提供一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按刹车片复合材料的配比称量各个组份物料；
(2)混料：将称量好的各物料投入混料机中进行混料；
(3)成型：称取混合原料，倒入模压腔中进行压制成型；
(4)热处理：将刹车片程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温；
(5)机加工制备形成刹车片。
在步骤(2)中，所述混料时间为20～60分钟。
在步骤(3)中，所述压制成型的条件为：压制单位压力为5～50Mpa，模压腔温度为70～230℃，排气次数和保压时间根据刹车片的厚度而定。
本发明提供的刹车片复合材料在不同制动压力、速度、温度下，摩擦系数变化稳定，抗冲击强度好；降低了制造成本，可消耗大量的钛白黑泥，节约有限的资源、促进环境保护，经济效益明显，市场前景良好。
本发明提供的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料及制备方法，一方面，可以提高刹车片复合材料的摩擦稳定性和摩擦成膜性作用；另一方面，为钛白废副钛白黑泥处置和实现综合利用提供了一种途径，不但降低了刹车片复合材料的成本问题，同时解决了广大钛白粉厂商的废渣综合利用问题，真正体现出了资源循环经济的靓点；环保与经济效益显著，是企业可持续发展的一种选择。
具体实施方式
下面结合若干实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。然而，所选的实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例的钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料包含以下重量百分比的组份：
树脂30％、人造石墨10％、焦炭10％、矿物纤维12％、钛白黑泥(pH为7)为38％。
按照上述配比将并将各物料投入犁耙式混料机中，混料时间10分钟；称取混合料，倒入模压腔中，压制单位压力25Mpa，模压腔温度140℃，排气次数3次和保压时间5分钟，将刹车片按150℃保温4小时，升温至190℃保温6小时，升温至220℃保温4小时的程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温，机加工成为刹车片。
经测试，本实施例制得的钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料的性能如表1所示。
实施例2
本实施例的钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料包含以下重量百分比的组份：
树脂20％、改性酚醛树脂5％、芳纶纤维6％、矿物纤维5％、钛白黑泥(pH为6)为45％、人造石墨8％、焦炭11％。
按照上述配比将将各物料投入犁耙式混料机中，混料时间1分钟；称取混合料，倒入模压腔中，压制单位压力50Mpa，模压腔温度200℃，排气次数3次和保压时间5分钟，将刹车片按160℃保温8小时，升温至150℃保温10小时，升温至200℃保温6小时的程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温，机加工成为刹车片。
经测试，本实施例制得的钛白黑泥作为填料的复合材料刹车片的性能如表1所示。
实施例3
本实施例的无钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料包含以下重量百分比的组份：
树脂40％、聚四氟乙烯纤维8％、莫来石晶须6％、钛白黑泥(pH为6)为25％、人造石墨10％、焦炭11％。
按照上述配比将将各物料投入犁耙式混料机中，混料时间15分钟；称取混合料，倒入模压腔中，压制单位压力5Mpa，模压腔温度200℃，排气次数3次和保压时间5分钟，将刹车片按180℃保温1小时，升温至200℃保温1小时，升温至220℃保温2小时的程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温，机加工成为刹车片。
经测试，本实施例制得的钛白黑泥作为填料的复合材料刹车片如表1所示。
对比例1
本实施例的无钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料包含以下重量百分比的组份：
树脂15％、矿物纤维8％、莫来石晶须5％、钛白黑泥(pH为8)为40％、人造石墨5％、焦炭11％、锌粉2％。
按照上述配比将将各物料投入犁耙式混料机中，混料时间15分钟；称取混合料，倒入模压腔中，压制单位压力5Mpa，模压腔温度200℃，排气次数3次和保压时间5分钟，将刹车片按180℃保温1小时，升温至200℃保温1小时，升温至220℃保温2小时的程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温，机加工成为刹车片。
经测试，本实施例制得的钛白黑泥作为填料的复合材料刹车片如表1所示。
表1实施例1-3、对比例1制备的刹车片的性能测试结果
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，其特征在于，以质量百分比计，所述刹车片复合材料包括：树脂1～40wt％、晶须或纤维1～20wt％、钛白黑泥15～50wt％、焦炭1～15wt％、人造石墨1～15wt％。
2.根据权利要求1所述的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，其特征在于，以质量百分比计，所述刹车片复合材料包括：树脂20～40wt％、晶须或纤维6～12wt％、钛白黑泥25～45wt％、焦炭8～11wt％、人造石墨5～10wt％。
3.根据权利要求1或2所述的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，其特征在于，所述钛白黑泥包括TiO2、Fe2O3、SiO2、CaO、SO3和金属元素。
4.根据权利要求3所述的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料，其特征在于，所述钛白黑泥的pH值为5～8，含水量在0.5～10％。
5.一种制备根据权利要求1-2任一所述的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按刹车片复合材料的配比称量各个组份物料；
(2)混料：将称量好的各物料投入混料机中进行混料；
(3)成型：称取混合原料，倒入模压腔中进行压制成型；
(4)热处理：将刹车片程控温度进行后固化处理，然后随炉冷却至室温；
(5)机加工制备形成刹车片。
6.根据权利要求5所述的以钛白黑泥作为填料的刹车片复合材料的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述压制成型的条件为：压制单位压力为5～50Mpa，模压腔温度为70～230℃，排气次数和保压时间根据刹车片的厚度而定。
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