CN111043203A - 一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材和摩擦片，刹车片基材的后部设置有散热消音空腔；刹车片基材上的摩擦片的外周设置有硬质围圈；硬质围圈通过传热片连接到位于刹车片基材中部的中心摩擦片；散热消音空腔内部安装有铰链连接件，铰链接连件之间设置有散热消音弹片；散热消音弹片的中部设置有固定连接弹簧，固定连接弹簧连接刹车片基材的背面；本发明的将碳纤维改性树脂与碳纤维进行混合，再通过添加其他高强度、高硬度、高韧性的材质，提高了刹车片的刚强度和韧性，以及导热性，本发明巧妙地将整块刹车片一分为四，四块摩擦片均同时对车轮进行刹车作用，整体分散而又相互连接，从而提高了刹车片耐磨性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车刹车片设计技术领域，具体涉及一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片。
背景技术
在汽车工业快速发展的今天，车辆的安全、环保尤为重要，人们对汽车刹车片的新要求不断提高。汽车刹车片在工作时通过承受外来压力，产生摩擦，使车辆达到减速的目的。因此，刹车片的材料的耐磨和耐热性能十分重要。此外，现在我们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质，包括锑、铬、镉、铜、钡、铜等重金属。汽车在每次刹车过程中，就有少量的重金属粉尘释放并积累在环境中造成危害。如镉化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或肾脏中，对人体肾脏、肝脏造成危害。硫酸钡对环境有危害，对大气可造成污染。含铜粉尘进入环境后可以对鱼类造成生物毒害。而锑对环境的危害也不小，刹车片中含有大量的重金属锑，有的刹车片含量可以达到4-5％，尤其对水体环境会造成长期不良影响。早在1979年，锑就进入了美国环保部的优先控制污染物名单，2002年美国地质调查局就发现，由于刹车片会随着车辆的使用而持续损耗，造成锑持续不断地进入环境中。日本研究者也发现，城市空气中的微小颗粒物就含有大量的锑，其中的一个主要来源就是刹车片。
在2013年，据《新京报》报道，北京密云县大辛庄村段一片上百亩的杨树林里出现了二三十个大坑，大量废弃刹车片被倾倒其中，结果大坑周边数十米内寸草不生，原有的杨树朝向坑的一面全都裂开巴掌大的口子，像被硫酸泼过的面孔。这个案例造成的影响是深远地，因此不能不引起汽车零部件制造商的重视，我们必须在保证刹车片性能的前提下，找到更加安全，有效和环保的摩擦材料来替代重金属，以顺应人类对环境保护日益严格的要求。
在现有的刹车片技术上完全可以利用碳纤维材料的高强度、低密度、抗腐蚀、耐高温和高导热性等优良的性能来对刹车片进行进一步的改进，使其克服现有刹车片存在的以上缺陷。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，通过添加碳纤维或碳纤维改性树脂，目的在于解决刹车片强度不够、导热性差以及不耐磨的缺陷。
为实现本发明目的，采用的技术方案是：
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材和摩擦片，所述摩擦片包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂20-25份、碳纤维改性PC/ABS合金15-20份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂15-18份、碳纤维10-15份、聚酰胺纤维8-15份、聚酯纤维8-12份、玻璃织物6-10份、合金纤维5-10份、纳米级氮化硅3-8份、碳化硅纤维3-6份、蛛丝蛋白纤维5-13份、增韧氧化铝纤维2-6份、纳米级碳酸钙粉4-8份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须3-8份；通过在刹车片的摩擦片中添加由足量的碳纤维和碳纤维改性树脂，目的在于提高整个摩擦片的耐磨性、导热性和刚强度；
作为优选的，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁60-70wt％、铝5-8wt％、钛5-10wt％、锰4-7wt％、铬3-6wt％、钨3-5wt％、钼2-4wt％、炭3-8wt％；通过使用超高韧性、强度和刚度的钛、锰、铬、钨以及钼金属与钢铁进行混炼，制得高刚强度的合金纤维，从而提高了整个刹车片的刚强度。
作为优选的，所述刹车片基材为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为5-8wt％，锰的百分含量为3-6wt％；通过添加高硬度的锰和铬金属，使得制备得到的合金钢的刚强度大幅度提升，增强了刹车片基材的刚强度。
作为优选的，所述刹车片基材上的摩擦片均分为四个部分，四个部分的摩擦片等高；四个等高的摩擦片进行摩擦刹车，分散摩擦片的切应力，避免整块的刹车片在切应力的作用下破碎，而破坏整块刹车片。
作为优选的，所述刹车片基材的后部设置有散热消音空腔；在刹车片基材后部设置有散热消音空腔，吸收摩擦片产生的热量和噪音，避免摩擦片过热和噪音振动破坏刹车片的整体结构。
作为优选的，所述刹车片基材上的摩擦片的外周设置有硬质围圈；硬质围圈由高硬度的合金钢制成，设置在摩擦片的四周，起到稳固摩擦片的作用。
作为优选的，所述硬质围圈通过传热片连接到位于刹车片基材中部的中心摩擦片；在刹车片的中部还设置有中心摩擦片，将传热片汇集到中心摩擦片，再将热量传至散热消音空腔。
作为优选的，所述摩擦片通过固定缓冲连接件安装连接在刹车片基材的上表面；所述固定缓冲连接件上套装有缓冲弹簧，缓冲弹簧的两端分别支撑到刹车片基材和摩擦片；通过固定缓冲连接件将摩擦片与刹车片基材紧紧连接，当摩擦片因为压力而收缩时，缓冲弹簧将摩擦片顶出，摩擦片而那个继续工作。
作为优选的，所述散热消音空腔内部安装有铰链连接件，铰链接连件之间设置有散热消音弹片；所述散热消音弹片的中部设置有固定连接弹簧，固定连接弹簧连接刹车片基材的背面；所述散热消音弹片通过设置在中部的散热消音空腔传热导体连接刹车片基材正面的传热片；传热导体将摩擦片所产生的热量和噪音传导至散热消音空腔内部，带动散热消音弹片振动，固定连接弹簧避免撒热消音弹片振动幅度过大，从而慢慢地将热量和噪音抵消掉。
本发明的有益效果为：本发明的将常规刹车片材料改为碳纤维改性的树脂与碳纤维进行混合，再通过添加其他高强度、高硬度、高韧性的材质，混炼得到的刹车片的刚强度和韧性大幅度提升；通过添加碳纤维、合金纤维，进一步提高了刹车片的导热性，将摩擦产生的热量及时导出，再通过散热消音空腔对热量和振动噪音及时消散；设置缓冲避免摩擦片与车轮硬碰硬，切应力过大而导致刹车片破裂；本发明巧妙地将整块刹车片一分为四，四块摩擦片均同时对车轮进行刹车作用，整体分散而又相互连接，提高了刹车片的耐磨性和实用性；而且将刹车片设计为圆形，通过中间的安装大孔和四周的安装小孔将刹车片与汽车的车轮紧贴，通过气缸或油缸刹车片接触汽车车轮并对车轮进行摩擦而使其减速，达到汽车刹车的作用。
附图说明
图1是本发明采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片的前视结构示意图。
图2是本发明采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片的后视结构示意图。
图3是本发明采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片的侧视结构示意图。
图4是本发明采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片的缓冲弹簧结构示意图。
图中：1、刹车片基材；2、摩擦片；3、散热消音空腔；4、硬质围圈；5、传热片；6、中心摩擦片；7、固定缓冲连接件；8、缓冲弹簧；9、铰链连接件；10、散热消音弹片；11、固定连接弹簧；12、传热导体。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材1和摩擦片2，所述摩擦片2包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂25份、碳纤维改性PC/ABS合金20份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂18份、碳纤维15份、聚酰胺纤维15份、聚酯纤维12份、玻璃织物10份、合金纤维10份、纳米级氮化硅8份、碳化硅纤维6份、蛛丝蛋白纤维13份、增韧氧化铝纤维6份、纳米级碳酸钙粉8份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须8份。
进一步地，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁70wt％、铝5wt％、钛5wt％、锰4wt％、铬3wt％、钨3wt％、钼2wt％、炭8wt％。
进一步地，所述刹车片基材1为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为8wt％，锰的百分含量为6wt％。
实施例2
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材1和摩擦片2，所述摩擦片2包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂20份、碳纤维改性PC/ABS合金15份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂15份、碳纤维10份、聚酰胺纤维8份、聚酯纤维8份、玻璃织物6份、合金纤维5份、纳米级氮化硅3份、碳化硅纤维3份、蛛丝蛋白纤维5份、增韧氧化铝纤维2份、纳米级碳酸钙粉4份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须3份。
进一步地，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁60wt％、铝8wt％、钛10wt％、锰7wt％、铬5wt％、钨5wt％、钼2wt％、炭3wt％。
进一步地，所述刹车片基材1为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为5wt％，锰的百分含量为3wt％。
实施例3
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材1和摩擦片2，所述摩擦片2包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂25份、碳纤维改性PC/ABS合金15份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂18份、碳纤维10份、聚酰胺纤维15份、聚酯纤维8份、玻璃织物10份、合金纤维5份、纳米级氮化硅8份、碳化硅纤维3份、蛛丝蛋白纤维13份、增韧氧化铝纤维2份、纳米级碳酸钙粉8份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须3份。
进一步地，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁70wt％、铝5wt％、钛5wt％、锰5wt％、铬5wt％、钨5wt％、钼2wt％、炭3wt％。
进一步地，所述刹车片基材1为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为5wt％，锰的百分含量为6wt％。
实施例4
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材1和摩擦片2，所述摩擦片2包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂20份、碳纤维改性PC/ABS合金20份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂15份、碳纤维5份、聚酰胺纤维8份、聚酯纤维12份、玻璃织物6份、合金纤维10份、纳米级氮化硅3份、碳化硅纤维6份、蛛丝蛋白纤维5份、增韧氧化铝纤维6份、纳米级碳酸钙粉4份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须8份。
进一步地，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁63wt％、铝5wt％、钛5wt％、锰7wt％、铬3wt％、钨5wt％、钼4wt％、炭8wt％。
进一步地，所述刹车片基材1为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为8wt％，锰的百分含量为3wt％。
实施例5
一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材1和摩擦片2，所述摩擦片2包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂22份、碳纤维改性PC/ABS合金18份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂16份、碳纤维12份、聚酰胺纤维10份、聚酯纤维10份、玻璃织物8份、合金纤维8份、纳米级氮化硅6份、碳化硅纤维5份、蛛丝蛋白纤维11份、增韧氧化铝纤维4份、纳米级碳酸钙粉6份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须5份。
进一步地，所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁65wt％、铝5wt％、钛5wt％、锰7wt％、铬3wt％、钨5wt％、钼4wt％、炭6wt％。
进一步地，所述刹车片基材1为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为6wt％，锰的百分含量为5wt％。
如图1-4所示，根据实施例1-5所述的一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片：
更进一步地，所述刹车片基材1上的摩擦片2均分为四个部分，四个部分的摩擦片2等高。
更进一步地，所述刹车片基材1的后部设置有散热消音空腔3。
更进一步地，所述刹车片基材1上的摩擦片2的外周设置有硬质围圈4。
更进一步地，所述硬质围圈4通过传热片5连接到位于刹车片基材1中部的中心摩擦片6。
更进一步地，所述摩擦片2通过固定缓冲连接件7安装连接在刹车片基材1的上表面。
更进一步地，所述固定缓冲连接件7上套装有缓冲弹簧8，缓冲弹簧8的两端分别支撑到刹车片基材1和摩擦片2。
更进一步地，所述散热消音空腔3内部安装有铰链连接件9，铰链接连件9之间设置有散热消音弹片10。
更进一步地，所述散热消音弹片10的中部设置有固定连接弹簧11，固定连接弹簧11连接刹车片基材1的背面。
更进一步地，所述散热消音弹片10通过设置在中部的散热消音空腔3传热导体12连接刹车片基材1正面的传热片5。
在本发明中，本发明的将常规刹车片材料改为碳纤维改性的树脂与碳纤维进行混合，再通过添加其他高强度、高硬度、高韧性的材质，混炼得到的刹车片的刚强度和韧性大幅度提升；通过添加碳纤维、合金纤维，进一步提高了刹车片的导热性，将摩擦产生的热量及时导出，再通过散热消音空腔对热量和振动噪音及时消散；设置缓冲避免摩擦片与车轮硬碰硬，切应力过大而导致刹车片破裂；本发明巧妙地将整块刹车片一分为四，四块摩擦片均同时对车轮进行刹车作用，整体分散而又相互连接，提高了刹车片的耐磨性和实用性；
而且将刹车片设计为圆形，通过中间的安装大孔和四周的安装小孔将刹车片与汽车的车轮紧贴，通过气缸或油缸刹车片接触汽车车轮并对车轮进行摩擦而使其减速，达到汽车刹车的作用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，包括有刹车片基材(1)和摩擦片(2)，其特征在于：所述摩擦片(2)包括有以下重量份数的组成原料：
碳纤维改性酚醛树脂20-25份、碳纤维改性PC/ABS合金15-20份、玻璃纤维改性二苯醚甲醛树脂15-18份、碳纤维10-15份、聚酰胺纤维8-15份、聚酯纤维8-12份、玻璃织物6-10份、合金纤维5-10份、纳米级氮化硅3-8份、碳化硅纤维3-6份、蛛丝蛋白纤维5-13份、增韧氧化铝纤维2-6份、纳米级碳酸钙粉4-8份、γ-FeO(OH)、FeCO3和CaTiO3的混合晶须3-8份。
2.根据权利要求1所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述合金纤维包括有以下百分含量的组成原料：
铁60-70wt％、铝5-8wt％、钛5-10wt％、锰4-7wt％、铬3-6wt％、钨3-5wt％、钼2-4wt％、炭3-8wt％。
3.根据权利要求1或2所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述刹车片基材(1)为高铬高锰合金钢，其中，铬的百分含量为5-8wt％，锰的百分含量为3-6wt％。
4.根据权利要求3所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述刹车片基材(1)上的摩擦片(2)均分为四个部分，四个部分的摩擦片(2)等高。
5.根据权利要求3所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述刹车片基材(1)的后部设置有散热消音空腔(3)。
6.根据权利要求4所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述刹车片基材(1)上的摩擦片(2)的外周设置有硬质围圈(4)；
所述硬质围圈(4)通过传热片(5)连接到位于刹车片基材(1)中部的中心摩擦片(6)。
7.根据权利要求4所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述摩擦片(2)通过固定缓冲连接件(7)安装连接在刹车片基材(1)的上表面；
所述固定缓冲连接件(7)上套装有缓冲弹簧(8)，缓冲弹簧(8)的两端分别支撑到刹车片基材(1)和摩擦片(2)。
8.根据权利要求5所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述散热消音空腔(3)内部安装有铰链连接件(9)，铰链接连件(9)之间设置有散热消音弹片(10)。
9.根据权利要求8所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述散热消音弹片(10)的中部设置有固定连接弹簧(11)，固定连接弹簧(11)连接刹车片基材(1)的背面。
10.根据权利要求6或8所述的采用碳纤维增强复合材料的汽车刹车片，其特征在于：所述散热消音弹片(10)通过设置在中部的散热消音空腔(3)传热导体(12)连接刹车片基材(1)正面的传热片(5)。
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Denomination of invention: An automobile brake pad using carbon fiber reinforced composite material Effective date of registration: 20220909 Granted publication date: 20210611 Pledgee: China Construction Bank Corporation Ningguo sub branch Pledgor: Anhui Feiying Auto Parts Co.,Ltd. Registration number: Y2022980014965 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A type of automotive brake pad using carbon fiber reinforced composite materials Granted publication date: 20210611 Pledgee: China Construction Bank Corporation Ningguo sub branch Pledgor: Anhui Feiying Auto Parts Co.,Ltd. Registration number: Y2024980033880 |