CN111043200A - 一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其按照重量百分比的组成为：青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份。本发明的有益效果是解决了因为驻车导线变长及制动块和制动盘热态驻车冷却后膨胀量消失导致的驻车力降低产生汽车溜坡的安全风险问题。
Description
技术领域
本发明涉及到汽车制动衬片制备技术，特别涉及到一种在坡道上停车后主动防止溜坡的智能摩擦材料及其制备方法。
背景技术
随着国内汽车制造技术的提升，目前大多数乘用车的制动器均为四轮碟刹的盘式制动器。乘用车盘式制动器几乎均为液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。停车的驻车功能通常由后制动卡钳完成，工作原理是通过驻车机构向活塞施加压力，活塞将制动块压在制动盘上，实现停车驻车。汽车整车在停车后需要驻车时流程大致为：驾驶员停车后提起手刹手柄到某一高度位置后，手刹装置内的齿板会锁定这一位置，然后这个手刹力会通过导线将驻车力传递到卡钳内的驻车机构，驻车机构将活塞顶出一定距离，活塞顶出后将制动块压向制动盘实现驻车。此时驾驶员操作手刹手柄的拉力大小决定了驻车力的大小，操作手柄提起后，由齿板锁定位置，此时驻车力即锁定。电子驻车功能和手动驻车功能原理相同，电子驻车是通过电机代替人工提起手刹手柄。
在完成上述操作后，汽车实现驻车。但是驻车力的保持是通过锁定手刹手柄位置来实现，在使用过程中存在以下风险：1、由于手刹力是通过导线传导，导线通常是一定粗细的钢丝绳，当导线在长时间受力时会产生弹性形变而变长，由于手刹手柄位置已经锁定无法实现自动补偿，导线变长后驻车力衰减，此时如果汽车是停驻在坡道上，则可能因为驻车力衰减导致汽车溜坡发生安全问题。这种情况通常在长时间驻车时容易发生，发生率略低。2、当车辆较长时间行驶后，刹车次数较多，制动块及制动盘因为刹车时摩擦生热温度均较高，由于材料热胀冷缩，制动块制动盘受热膨胀。假设制动块膨胀量为ΔL1，制动盘膨胀量为ΔL2，设常温状态下需要满足驻车时的活塞顶出长度为L。则高温状态下驻车，由于制动块及制动盘均膨胀了，所以满足相同驻车力的情况下活塞顶出长度会较常温时更短，此时活塞顶出长度为L-ΔL1-ΔL2，这一活塞顶出长度此时可以满足驻车要求。但是当制动块及制动盘冷却后，材料收缩，制动块及制动盘恢复常温时厚度，膨胀量消失，此时由于手刹手柄位置已经锁定无法实现自动补偿，驻车力减小，会造成汽车溜坡的风险。这一情况在现实中发生的可能性较大，因此安全风险较高。
目前部分智能化程度较高，配备电子卡钳的车型，通过传感器侦测到驻车力减小可以自动补偿驻车力，防止溜坡，但是这一功能的前提是整车这一系统需一直保持通电，当汽车因为某种原因导致断电时，同样有发生溜坡的可能。
发明内容
为解决现有技术因为驻车导线变长不能实现自动补偿，制动块及制动盘热态驻车冷却后膨胀量消失导致的驻车力降低产生汽车溜坡的安全风险问题，本发明的目的是提供一种在坡道上停车后用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料及其制备方法。
一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份。
青铜粉可使高温时制动块受热后整体厚度一定程度收缩，该收缩的长度，部分可以补偿制动盘膨胀的厚度，使高温驻车时活塞的顶出长度和常温时相同甚至更长。冷却后，制动盘收缩，制动块摩擦材料一定程度的膨胀，又自动补偿了因为制动盘收缩减少的长度，整个过程中保证活塞顶出长度不变来保证整车驻车力不发生变化，即使车辆断电，也能进行位移变化的自动补偿，保证驻车力保持不变。
芳纶纤维全称是聚苯二甲酰苯二胺,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，可有效增加制动块基体强度。
人造石墨是粉状的优质煅烧石油焦，在其中加沥青作为粘结剂，再加入少量其他辅料。各种原材料配合好以后，将其压制成形，然后在2500～3000℃、非氧化性气氛中处理，使之石墨化，人造石墨可看作是一种多相材料，包括石油焦或沥青焦等炭质颗粒转化的石墨相、包覆在颗粒周围的煤沥青粘结剂转化的石墨相、颗粒堆积或煤沥青粘结剂经热处理后形成的气孔，人造石墨除具有石墨本身的润滑性外，由于微观有一定孔洞，制动时的噪音可以在孔洞里振荡衰减，降低整车噪音的发生几率。
矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，纤维强度高，分散性较好，添加后可提高制动块基体强度，降低磨损。
硫酸钡是白色无定形粉末，无毒，难溶于水，不溶于酸，用作填充剂，起补强作用，能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆。
钛酸钾在刹车片中的使用，不仅可以大大提高刹车性能，特别是高温稳定性优越，而且可以降低刹车噪音、大幅度改善踩刹车时的脚感、大大提高刹车片的使用寿命等。
优选青铜粉20份，酚醛树脂10份，芳纶纤维4份，硅酸锆8份，丁腈橡胶粉2份，人造石墨5份，紫铜纤维8份，氢氧化钙8份，矿物纤维10份，硫酸钡20份，钛酸钾5份
优选青铜粉为锡含量3～8％的青铜合金。青铜粉通过机械粉碎，这种类型的青铜合金具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。
优选青铜粉的细度大于150目，硅酸锆的细度大于1000目，丁腈橡胶粉末的细度为60～100目，氢氧化钙的细度大于1000目。
特别优选青铜粉的细度为200目，硅酸锆的细度为1500目，丁腈橡胶粉末的细度为80目，氢氧化钙的细度为1500目。
硅酸锆强度高，硬度高、耐磨性好、熔点高，添加后可以有效提高制动块的高温抗衰退性能。
丁腈橡胶粉可以适当调节制动块硬度，改善制动的舒适性。
氢氧化钙是粉末，可以提高制动块基体的PH值，使摩擦块呈碱性状态。
优选紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。
特别优选紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。紫铜纤维具有优异的导热性，添加后可提高制动块的传热性，可快速吸收制动产生的热量，防止摩擦表面温度急剧上升。
一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、混料，按比例称取各种组分，在高速犁耙混料机中混合均匀；各种组分的重量百分比为，青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份；
S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm2和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；
S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、1700℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理。
S4、成品。
附图说明
附图1是本发明一种在坡道上停车后主动防止溜坡的智能摩擦材料的步骤示意图。
附图2是未添加青铜粉的摩擦材料制备的制动块的热膨胀量示意图。
附图3是本发明摩擦材料制备的制动块的热膨胀量示意图。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
具体实施方式
按重量百分比称取青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份，按如下步骤制备：
S1、混料，在高速犁耙混料机中混合均匀；
S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm2和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；
S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、170℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理；
S4、成品。
制备方法流程图见附图1。
作为优选，用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料的重量百分比的组成为：青铜粉20份，酚醛树脂10份，芳纶纤维4份，硅酸锆8份，丁腈橡胶粉2份，人造石墨5份，紫铜纤维8份，氢氧化钙8份，矿物纤维10份，硫酸钡20份，钛酸钾5份。
作为优选，青铜粉为锡含量3～8％的青铜合金。
作为优选，青铜粉的细度大于150目，硅酸锆的细度大于1000目，丁腈橡胶粉末的细度为60～100目，氢氧化钙的细度大于1000目。
作为进一步优选，青铜粉的细度为200目，硅酸锆的细度为1500目，丁腈橡胶粉末的细度为80目，氢氧化钙的细度为1500目。
作为优选，紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。
作为进一步优选，紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。
为验证本发明一种在坡道上停车后主动防止溜坡的智能摩擦材料及其制备方法的技术效果，按国家标准GB/T 34007-2017中M1类摩擦片的要求在国家非金属矿质量监督检验中心对按照本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数进行了测试，按照本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数在国家标准规定的范围内，符合国标GB/T34007-2017中关于M1类摩擦片的技术要求。
本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数
对比试验例
在专用制动块热膨胀试验机上仿真模拟测试制动块受热后的膨胀情况。验证本发明的技术效果。试验方法参照ISO 6313标准：将热膨胀试验机加热到400℃，放入制动块，在制动块背板上施加0.5bar压力，保持10分钟，测量制动块的膨胀量。
第一步，对比验证未添加青铜粉的摩擦材料制备的制动块的热膨胀量。
未添加青铜粉的摩擦材料热膨胀量见附图2，最终膨胀量为54μm。图中：标识1线条表示设备温度的变化，标识2线条表示传导到制动块背板的温度，标识3线条表示背板施加压力的变化，箭头所示曲线表示制动块受热膨胀变化曲线。
第二步，按同样方法验证按照本发明一种在坡道上停车后主动防止溜坡的智能摩擦材料制备的制动块的技术效果。
按照本发明制备的制动块在相同工况下，制动块最终热膨胀量为-106μm，表示制动块受热后收缩了106μm，见附图3。图中：标识1线条表示设备温度的变化，标识2线条表示传导到制动块背板的温度，标识3线条表示背板施加压力的变化，箭头所示曲线表示制动块受热膨胀变化曲线。
通过对比验证发现，本发明一种在坡道上停车后主动防止溜坡的智能摩擦材料的有益技术效果是在保证制动衬片制动性能完全满足相关标准要求的前提下，可解决因为驻车导线变长及制动块及制动盘热态驻车冷却后膨胀量消失导致的驻车力降低产生汽车溜坡的安全风险问题。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份。
2.一种权利要求1所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：青铜粉20份，酚醛树脂10份，芳纶纤维4份，硅酸锆8份，丁腈橡胶粉2份，人造石墨5份，紫铜纤维8份，氢氧化钙8份，矿物纤维10份，硫酸钡20份，钛酸钾5份。
3.根据权利要求1或2所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述青铜粉为锡含量3～8%的青铜合金。
4.根据权利要求1或2所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述青铜粉的细度大于150目，所述硅酸锆的细度大于1000目，所述丁腈橡胶粉末的细度为60～100目，所述氢氧化钙的细度大于1000目。
5.根据权利要求4所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述青铜粉的细度为200目，所述硅酸锆的细度为1500目，所述丁腈橡胶粉末的细度为80目，所述氢氧化钙的细度为1500目。
6.根据权利要求1或2所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。
7.根据权利要求6所述的用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料，其特征在于，所述紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。
8.一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1、混料，按比例称取各种组分，在高速犁耙混料机中混合均匀；各种组分的重量百分比为，青铜粉15～25份，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆5～10份，丁腈橡胶粉2～5份，人造石墨3～6份，紫铜纤维6～10份，氢氧化钙6～11份，矿物纤维6～10份，硫酸钡15～25份，钛酸钾5～10份；
S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm2和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；
S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、1700℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理；
S4、成品。
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| CN201911298214.0A CN111043200A (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种用于驻车卡钳防止溜坡的智能摩擦材料及其制备方法 |
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2019
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