CN111255832A - 一种超薄摩擦片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超薄摩擦片及其制备方法，包括表面摩擦层，和被所述表面摩擦层包覆的增强芯板；所述增强芯板包括碳纤维中心层。其抗压强度和表面摩擦系数均远优于现有的摩擦片，因此可以缩薄尺寸，以达到相同的技术参数，从而应用于尺寸更小的电磁制动器。而且由于碳纤维布和酚醛树脂基的摩擦材料密度相近等的固有原因，使得这种超薄摩擦片本身就具有重心偏心程度低，一体性程度高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料领域，具体而言，涉及一种超薄摩擦片及其制备方法。
背景技术
当前市场上使用的超薄制动器摩擦片，为满足使用强度的需求，在摩擦片的内部添加了不锈钢芯板进行增强。这种结构在压制时，无法保证不锈钢芯板居于摩擦片的中央，同时由于不锈钢的密度远高于摩擦片配方的密度，会造成摩擦片在高速旋转过程中因重心不居中造成摩擦片的左右摆动，会导致噪音和增加摩擦片的磨耗。
发明内容
本发明提供了一种超薄摩擦片及其制备方法，旨在解决现有技术中超薄摩擦片及其制备方法存在的上述问题。
本发明是这样实现的：
一种超薄摩擦片，包括表面摩擦层，和被所述表面摩擦层包覆的增强芯板；
所述增强芯板包括碳纤维中心层。
在本发明的一种实施例中，所述增强芯板还包括涂覆在所述碳纤维中心层表面的硬度增强涂层。
在本发明的一种实施例中，所述硬度增强涂层包括乙基改性酚醛树脂溶液。
在本发明的一种实施例中，所述表面摩擦层的化学成分包括：酚醛树脂、橡胶粉、摩擦粉、纤维材料、硅灰石和硫酸钡。
在本发明的一种实施例中，所述纤维材料包括：矿物纤维、芳纶纤维、腈纶纤维中的一种或多种。
在本发明的一种实施例中，所述表面摩擦层的化学成分还包括：高岭土、氧化铝、陶瓷珠、碳酸钙和氢氧化钙。
在本发明的一种实施例中，所述表面摩擦层的化学成分还包括促进剂。
在本发明的一种实施例中，所述表面摩擦层的化学成分按重量份计，包括：
15-25重量份的酚醛树脂、7-12重量份的橡胶粉、10-20重量份的纤维材料、8-13重量份的硅灰石、8-13重量份的硫酸钡、5-10重量份的高岭土、4-7重量份的摩擦粉、3-6重量份的氧化铝、3-6重量份的碳化硅、2-5重量份的陶瓷珠、2-5重量份的碳酸钙、2-5重量份的氢氧化钙、1-3重量份的促进剂。
在本发明的一种实施例中，所述碳纤维中心层包括密度为1.7-1.9的碳纤维布。
一种超薄摩擦片的制备方法，包括步骤：
配比所述表面摩擦层的成分，冷压形成所述表面摩擦层；
在所述增强芯板的两面各设置一层所述表面摩擦层形成初胚；
通过热压压制所述初胚形成所述超薄摩擦片
在本发明的一种实施例中，在压制所述初胚的步骤后还包括：
压制后的初胚形成半成品，对所述半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘处理。
本发明的有益效果是：本发明提供的超薄摩擦片其抗压强度和表面摩擦系数均远优于现有的摩擦片，因此可以缩薄尺寸，以达到相同的技术参数，从而应用于尺寸更小的电磁制动器。而且由于碳纤维布和酚醛树脂基的摩擦材料密度相近等的固有原因，使得这种超薄摩擦片本身就具有重心偏心程度低，一体性程度高等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的超薄摩擦片的局部剖视图。
图标：001-表面摩擦层；002-增强芯板。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例的超薄摩擦片及其制备方法进行具体说明。
本发明提供了一种超薄摩擦片，主要用于电磁制动器中完成制动功能，请参阅图1，这种超薄摩擦片包括表面摩擦层，和被表面摩擦层包覆的增强芯板；
其中增强芯板包括碳纤维中心层和硬度增强涂层，硬度增强涂层涂覆在碳纤维中心层表面，一方面可以增加增强芯板整体硬度，另一方面可以形成与表面摩擦层相容性高的表面，方便与表面摩擦层固连，形成一体化较高的超薄摩擦片。
具体的，碳纤维中心层直接由碳纤维布形成，密度为1.7-1.9的碳纤维布与摩擦性能高的酚醛树脂基的摩擦材料密度相当，当使用碳纤维布作为的碳纤维中心层，而表面摩擦层使用酚醛树脂基的摩擦材料时，可以降低重心的偏心程度，从而提高超薄摩擦片转动时的稳定性。
碳纤维布作为碳纤维中心层还具有耐高温、耐高压的特点，在300℃的温度下性能衰减可忽略，另外在冷热状态下的缩胀尺寸也与酚醛树脂基的摩擦材料基本相近。所以，两者配合可以在温度大幅变化的情况下也能保持较高的一体化，从而维持稳定的工作，提高使用寿命。
硬度增强涂层由乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种酚醛树脂(混合型液体在密闭的空间中均匀的喷涂)溶液喷涂到的碳纤维布的表面，等到其中的稀释剂挥发后(自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发)，即可形成稳定的硬度增强涂层。硬度增强涂层在将碳纤维布的整体硬度增强的同时，由于与酚醛树脂基的摩擦材料具有极高的相容性，从而可以保证表面摩擦层与增强芯板压合之后，能够稳固连接成为一体。
由于增强芯板的碳纤维材料的强度与摩擦片材料的强度相关，要求摩擦片本身的材料强度要高，以及考虑上述的密度、热膨胀率等因素，表面摩擦层采用酚醛树脂基的摩擦材料。
具体的，表面摩擦层的化学成分包括：酚醛树脂、橡胶粉、摩擦粉、纤维材料、硅灰石、硫酸钡、高岭土、氧化铝、陶瓷珠、碳酸钙和氢氧化钙。
其中酚醛树脂、橡胶粉、摩擦粉、纤维材料、高岭土和氧化铝作为主要材料形成具有较强摩擦力的表面摩擦层，而硅灰石、硫酸钡、陶瓷珠、碳酸钙和氢氧化钙作为添加材料，以稳定摩擦系数、调整摩擦片的密度与碳纤维一致。
按照各成分的作用分类即为：1、必须的粘接剂：酚醛树脂、橡胶粉。2、增强纤维：纤维材料、硅灰石。3、增摩剂：摩擦粉、高岭土、氧化铝、陶瓷珠。4、填充剂：硫酸钡、碳酸钙和氢氧化钙。
具体的，纤维材料包括：矿物纤维、芳纶纤维、腈纶纤维中的一种或多种。表面处理过的矿物纤维、高强度的芳纶浆粕，使摩擦片在高温高压下成型时，保证酚醛树脂基体流动距离足够，从而使得摩擦片材料结合紧密，提高表面摩擦层的整体性，另一方面也使得受力扩散开来，避免应力集中而导致局部破损。
纤维材料在使用前，采用消静电的高速开散机打散，使纤维材料在摩擦片中分布更加均匀，防止摩擦片在高温下变形。
酚醛树脂可选用芳香族改性的酚醛树脂，减少摩擦片因温度和湿度变化而引起的摩擦片表面围观的变形，进一步加强摩擦片的机械强度。
硅灰石选用经过表面处理的硅灰石，保证和酚醛树脂的结合强度，同时提供合适的摩擦力，也可以用于调整摩擦片的密度与碳纤维一致。橡胶粉选用全硫化型橡胶粉，保证摩擦片在高强度的同时具有一定的冲击韧性。
陶瓷珠选用高强度的空心陶瓷微珠，即可以调剂摩擦片的密度，减少摩擦片的变形，同时可以增加和稳定摩擦片的摩擦系数。
碳化硅选用纳米级的碳化硅，保证摩擦片与对偶件接触面的围观接触更加紧密。
为了提高表面摩擦层的成型速率，表面摩擦层的化学成分还包括促进剂。通过促进剂加速各成分之间的粘结、反应。
具体的，在实际配比时，表面摩擦层的化学成分按重量份计包括：
15-25重量份的酚醛树脂、7-12重量份的橡胶粉、10-20重量份的纤维材料、8-13重量份的硅灰石、8-13重量份的硫酸钡、5-10重量份的高岭土、4-7重量份的摩擦粉、3-6重量份的氧化铝、3-6重量份的碳化硅、2-5重量份的陶瓷珠、2-5重量份的碳酸钙、2-5重量份的氢氧化钙、1-3重量份的促进剂。
该重量比下，各原料配比合理，有效保证表面摩擦层具有足够的强度，提供较高的摩擦力以适配电磁制动器的需求，而且能够与增强芯板具有较高的相容性。
具体的，表面摩擦层的成分按质量百分比计，包括：
酚醛树脂为20％、橡胶粉为10％、矿物纤维为10％、硅灰石为10％、硫酸钡为10％、高岭土为8％、摩擦粉为5％、氧化铝为5％、碳化硅为5％、陶瓷微珠为4％、碳酸钙为4％、氢氧化钙为4％、芳纶纤维为3％、腈纶纤维为1％、促进剂为1％。有效提高超薄摩擦片的表面摩擦性能，以及整体强度。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种超薄摩擦片，由以下方法制备：
表面摩擦层001制备：
首先将15重量份的酚醛树脂、12重量份的橡胶粉、10重量份的纤维材料、8重量份的硅灰石、8重量份的硫酸钡、10重量份的高岭土、4重量份的摩擦粉、6重量份的氧化铝、6重量份的碳化硅、2重量份的陶瓷珠、2重量份的碳酸钙、5重量份的氢氧化钙以及1重量份的促进剂混合后的混合物料混匀，然后进行冷压压制形成表面摩擦层001。
具体的，其中10重量份的纤维材料由7重量份的矿物纤维，2重量份的芳纶纤维和1重量份的腈纶纤维组成。
增强芯板002制备：
对碳纤维布形成的碳纤维中心层进行表面喷涂，表面喷涂材料为乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种混合型液体的酚醛树脂溶液在密闭的空间中均匀地喷涂到的碳纤维布的表面，自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发，即可形成稳定的硬度增强涂层。
压合：
切割增强芯板002和表面摩擦层001至预设形状，在增强芯板002的两面各设置一层表面摩擦层001形成初胚，通过150-190℃的温度区间进行热压压制初胚形成半成品。
热烘：
对半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘至少5小时。
实施例2
一种超薄摩擦片，由以下方法制备：
表面摩擦层001制备：
首先将25重量份的酚醛树脂、7重量份的橡胶粉、20重量份的纤维材料、13重量份的硅灰石、13重量份的硫酸钡、5重量份的高岭土、7重量份的摩擦粉、3重量份的氧化铝、3重量份的碳化硅、5重量份的陶瓷珠、5重量份的碳酸钙、2重量份的氢氧化钙以及3重量份的促进剂混合后的混合物料混匀，然后进行冷压压制形成表面摩擦层001。
具体的，其中20重量份的纤维材料由15重量份的矿物纤维，3重量份的芳纶纤维和5重量份的腈纶纤维组成。
增强芯板002制备：
对碳纤维布形成的碳纤维中心层进行表面喷涂，表面喷涂材料为乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种混合型液体的酚醛树脂溶液在密闭的空间中均匀地喷涂到的碳纤维布的表面，自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发，即可形成稳定的硬度增强涂层。
压合：
切割增强芯板002和表面摩擦层001至预设形状，在增强芯板002的两面各设置一层表面摩擦层001形成初胚，通过150-190℃的温度区间进行热压压制初胚形成半成品。
热烘：
对半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘至少5小时。
实施例3
一种超薄摩擦片，由以下方法制备：
表面摩擦层001制备：
首先将20重量份的酚醛树脂、11重量份的橡胶粉、15重量份的纤维材料、10重量份的硅灰石、11重量份的硫酸钡、8重量份的高岭土、5重量份的摩擦粉、5重量份的氧化铝、5重量份的碳化硅、4重量份的陶瓷珠、4重量份的碳酸钙、4重量份的氢氧化钙以及1重量份的促进剂混合后的混合物料混匀，然后进行冷压压制形成表面摩擦层001。
具体的，其中15重量份的纤维材料由10重量份的矿物纤维，3重量份的芳纶纤维和2重量份的腈纶纤维组成。
增强芯板002制备：
对碳纤维布形成的碳纤维中心层进行表面喷涂，表面喷涂材料为乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种混合型液体的酚醛树脂溶液均匀地喷涂到的碳纤维布的表面，自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发，即可形成稳定的硬度增强涂层。
压合：
切割增强芯板002和表面摩擦层001至预设形状，在增强芯板002的两面各设置一层表面摩擦层001形成初胚，通过150-190℃的温度区间进行热压压制初胚形成半成品。
热烘：
对半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘至少5小时。
实施例4
一种超薄摩擦片，由以下方法制备：
表面摩擦层001制备：
首先将20重量份的酚醛树脂、10重量份的橡胶粉、14重量份的纤维材料、10重量份的硅灰石、10重量份的硫酸钡、8重量份的高岭土、5重量份的摩擦粉、5重量份的氧化铝、5重量份的碳化硅、4重量份的陶瓷珠、4重量份的碳酸钙、4重量份的氢氧化钙以及1重量份的促进剂混合后的混合物料混匀，然后进行冷压压制形成表面摩擦层001。
具体的，其中14重量份的纤维材料由10重量份的矿物纤维，3重量份的芳纶纤维和1重量份的腈纶纤维组成。
增强芯板002制备：
对碳纤维布形成的碳纤维中心层进行表面喷涂，表面喷涂材料为乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种混合型液体的酚醛树脂溶液在密闭的空间中均匀地喷涂到的碳纤维布的表面，自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发，即可形成稳定的硬度增强涂层。
压合：
切割增强芯板002和表面摩擦层001至预设形状，在增强芯板002的两面各设置一层表面摩擦层001形成初胚，通过150-190℃的温度区间进行热压压制初胚形成半成品。
热烘：
对半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘至少5小时。
实施例5
一种超薄摩擦片，由以下方法制备：
表面摩擦层001制备：
首先将22重量份的酚醛树脂、11重量份的橡胶粉、13重量份的纤维材料、9重量份的硅灰石、9重量份的硫酸钡、7重量份的高岭土、5重量份的摩擦粉、4重量份的氧化铝、6重量份的碳化硅、5重量份的陶瓷珠、3重量份的碳酸钙、3重量份的氢氧化钙以及1重量份的促进剂混合后的混合物料混匀，然后进行冷压压制形成表面摩擦层001。
具体的，其中13重量份的纤维材料由10重量份的矿物纤维，2重量份的芳纶纤维和1重量份的腈纶纤维组成。
增强芯板002制备：
对碳纤维布形成的碳纤维中心层进行表面喷涂，表面喷涂材料为乙基改性的酚醛树脂溶液形成(将乙基改性的粉末酚醛树脂按照0.2mol/L溶解在丙酮溶液中，溶液需经过超声波震荡5min，保证酚醛树脂完全溶解和分散均匀)。然后将这种混合型液体的酚醛树脂溶液在密闭的空间中均匀地喷涂到的碳纤维布的表面，自然无尘环境下等待24小时，或者烘箱烘烤50℃8小时/80℃5小时，将稀释剂完全挥发，即可形成稳定的硬度增强涂层。
压合：
切割增强芯板002和表面摩擦层001至预设形状，在增强芯板002的两面各设置一层表面摩擦层001形成初胚，通过150-190℃的温度区间进行热压压制初胚形成半成品。
热烘：
对半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘至少5小时。
试验例
重复实施例1-5，制备足够的碳纤维布，作为试验例1-5，各材料选取市场上的常用材料进行，其热烘温度采用100、130、160、190、220℃，每个温度下各热烘1h，选取市面常见的不锈钢芯板的摩擦片作为对比例，进行摩擦片制动器抱闸强制拖动60S的拖动实验，得到抗压强度、表面摩擦系数和摩擦片高温下变形的对比：
由表1数据可得，试验例1-5制得的超薄摩擦片其抗压强度和表面摩擦系数均远优于现有的摩擦片，因此可以缩薄尺寸，以达到相同的技术参数，从而应用于尺寸更小的电磁制动器。而且由于碳纤维布和酚醛树脂基的摩擦材料密度相近等的固有原因，使得这种超薄摩擦片本身就具有重心偏心程度低，一体性程度高等优势。其中试验例X效果最佳，其中有各成分的粘接程度、增强芯板002表面风干程度等环境因素相关，但是由于其数据与其他数据相比在合理预期内，在此不做具体分析。
综上所述，本发明提供的超薄摩擦片其抗压强度和表面摩擦系数均远优于现有的摩擦片，因此可以缩薄尺寸，以达到相同的技术参数，从而应用于尺寸更小的电磁制动器。而且由于碳纤维布和酚醛树脂基的摩擦材料密度相近等的固有原因，使得这种超薄摩擦片本身就具有重心偏心程度低，一体性程度高等优势。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (12)
1.一种超薄摩擦片，其特征在于，包括表面摩擦层，和被所述表面摩擦层包覆的增强芯板；
所述增强芯板包括碳纤维中心层。
2.根据权利要求1所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述增强芯板还包括涂覆在所述碳纤维中心层表面的硬度增强涂层。
3.根据权利要求2所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述硬度增强涂层包括乙基改性酚醛树脂溶液。
4.根据权利要求1所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述表面摩擦层的化学成分包括：酚醛树脂、橡胶粉、摩擦粉、纤维材料、硅灰石、氧化铝和高岭土。
5.根据权利要求4所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述纤维材料包括：矿物纤维、芳纶纤维、腈纶纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述表面摩擦层的化学成分还包括：硫酸钡、碳酸钙和氢氧化钙。
7.根据权利要求6所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述表面摩擦层的化学成分还包括：陶瓷珠。
8.根据权利要求7所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述表面摩擦层的化学成分还包括促进剂。
9.根据权利要求7所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述表面摩擦层的化学成分按重量份计，包括：
15-25重量份的酚醛树脂、7-12重量份的橡胶粉、10-20重量份的纤维材料、8-13重量份的硅灰石、8-13重量份的硫酸钡、5-10重量份的高岭土、4-7重量份的摩擦粉、3-6重量份的氧化铝、3-6重量份的碳化硅、2-5重量份的陶瓷珠、2-5重量份的碳酸钙、2-5重量份的氢氧化钙、1-3重量份的促进剂。
10.根据权利要求1所述的超薄摩擦片，其特征在于，所述碳纤维中心层包括密度为1.7-1.9的碳纤维布。
11.一种超薄摩擦片的制备方法，其特征在于，用于制作权利要求1-10任一项所述的超薄摩擦片，包括步骤：
配比所述表面摩擦层的成分，冷压形成所述表面摩擦层；
在所述增强芯板的两面各设置一层所述表面摩擦层形成初胚；
通过热压压制所述初胚形成所述超薄摩擦片。
12.根据权利要求11所述的超薄摩擦片的制备方法，其特征在于，在压制所述初胚的步骤后还包括：
压制后的初胚形成半成品，对所述半成品在100-240℃的烘箱中进行热烘处理。
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