CN112483563B - 一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，所述摩擦材料配方组分中不含铜，主要由粘结剂、增强纤维、摩擦调节剂和其他填料助剂四部分构成。所述摩擦材料通过混合、模压和热处理制备得到。本发明提供的摩擦材料组分中不含铜，因此使用过程较为环保，通过合理设计其材料组合和组分配比，能够有效提高刹车片的综合力学性能、系数稳定性、耐磨性和舒适性，从而良好地匹配碳陶制动盘，确保制动过程中的稳定效果。

Description

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法。

背景技术

碳陶制动盘材料是一种碳纤维增韧碳基和陶瓷基双基体先进复合材料，本身不仅具有碳/碳摩擦材料高耐温、高比强、高耐磨和低密度的优点，还因材料复合了碳化硅陶瓷相，有效提高了材料的耐环境性和摩擦性能，显著改善了在各种外界环境下的摩擦性能稳定性，已成为轻量化、高制动效能和全环境适用的一个重点材料，是目前公认的极具竞争力的新一代制动材料，在各个领域具有广阔的应用前景。

与此同时，作为一种新型摩擦制动材料，其对偶材料的开发同样至关重要。目前，已有众多人对树脂基摩擦材料进行研究，并针对铸铁、钢或铝等各类金属制动盘开发匹配的对偶材料，已达到性能可靠、广泛应用的成熟阶段。但是，由于碳陶制动盘与金属类制动盘存在根本上的区别，以及其材料的先进性，导致目前几乎没有涉及到适配碳陶制动盘对偶材料开发的相关资料。然而，随着碳陶制动盘的不断推广，如何充分发挥碳陶制动盘各方面的优异特性，其对偶材料的开发是至关重要的一环。

针对上述情况，本发明公开了一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，通过对树脂基摩擦材料中的组分进行优化选择和配比，解决树脂基摩擦材料与碳陶制动盘之间的适配性问题，提高摩擦副的耐磨性和系数稳定性，制备出使用环保、综合性能优异的适配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料。

发明内容

本发明公开了一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，通过对树脂基摩擦材料的原料组分进行选择和优化配比，制备得到使用环保、综合性能优异的匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，提高摩擦副的耐磨性和性能稳定性，保证使用的环保性，解决树脂基摩擦材料与碳陶制动盘之间的适配性问题。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，所用原料以质量份数计，包括下述组分：

硼改性酚醛树脂8-12份、钢纤维11-15份、陶瓷纤维8-12份、复合矿物纤维6-12份、锆英粉1-2份、硅灰石1-3份、铬铁矿粉4-8份、铁粉8-12份、硫酸钡10-16份、冰晶石8-16份、云母2-6份、硫化锑1-2份、石墨2-8份、硅藻土1-5份、轮胎粉1-3份、碳粉1-6份、相容剂1-2份。

所述硼改性酚醛树脂中，硼含量为4-9wt％。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，所述摩擦材料组分中不含铜。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，所述的硼改性酚醛树脂为摩擦材料中的粘结剂，细度为-200目；所述的钢纤维、陶瓷纤维和复合矿物纤维为摩擦材料中的增强纤维，其中钢纤维长度为1.5-2.5mm，直径为30-50μm，陶瓷纤维直径为10-30μm，复合矿物纤维长度为1-3.5mm，直径为3-8μm；所述的锆英粉、硅灰石、铬铁矿粉、铁粉、硫酸钡和冰晶石为摩擦材料中的增摩调节剂，细度为-300目；所述的云母、硫化锑、石墨为摩擦材料中的润滑剂，细度为-200目；所述的轮胎粉、碳粉为摩擦材料中的舒适调节剂，细度为-150目；所述的相容剂为摩擦材料中的组分相容调节剂，细度为-800目。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，所述相容剂选自极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种中的至少一种。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照所述比例称量物料，混合均匀，得到混合料；

步骤二：将步骤一得到的混合料进行模压，得到模压胚体；

步骤三：将步骤二得到的模压胚体进行热处理，得到树脂基摩擦材料。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，步骤一中混料转速为2000-3000r/min，时间为15-25min。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，步骤二中模压温度为150-165℃、优选为155℃，模压压力为10-40MPa、优选为25MPa，保压时间20-60min、优选为40min。

本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，步骤三中，先在155-170℃保温4-8h然后再升温至200-250℃并保温3-5h。

作为优选方案之一；本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃保温6h然后升温至200℃保温4h，得到树脂基摩擦材料。

作为优选方案之一；本发明一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维9份、陶瓷纤维11份、复合矿物纤维9份、锆英粉1份、硅灰石1份、铬铁矿粉8份、铁粉8份、硫酸钡14份、冰晶石13份、云母3份、硫化锑1份、石墨3份、硅藻土2份、轮胎粉2份、碳粉2份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃保温6h然后升温至200℃保温4h，得到树脂基摩擦材料。

本发明所设计和制备的匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料；其洛氏硬度为77-80HRL、气孔率为20-22.5％、剪切强度为12-12.5MPa、压缩强度为320-337MPa、弯曲强度为211-225MPa、每次制动的平均线磨损量为0.001-0.0011mm/次。

本发明的有益效果：

本发明公开了一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，由于碳陶制动盘与传统的铸铁、钢或铝等金属制动盘相比存在根本上的不同，因此与目前的树脂基摩擦材料适配时容易出现磨损过大、温度过高、摩擦系数不稳定等情况，导致表现出较差的摩擦性能和匹配性。本发明对树脂基摩擦材料的配方组分和含量配比进行合理设计，采用硼改性酚醛树脂，提高组分间的结合力和耐温性；采用多种类纤维复合增强，提高摩擦材料制品的整体强度，保证使用性能；采用高、中、低硬度的摩擦调节剂配合，增加摩擦材料的耐磨性和系数稳定性；采用合适助剂作为舒适调节剂，降低制动噪音和磨损率；使用相容剂提高组分间结合性，提高制品整体结合力。通过合理调节组分配比，制备得到使用环保、综合性能优异的匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，解决目前存在的耐磨性和稳定性方面的问题，提高摩擦副的适配性。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明中硼改性酚醛树脂购自济南圣泉集团股份有限公司，型号为摩擦材料专用酚醛树脂PF-6706，其中硼含量为6-7wt％。

在本发明的实施例和对比例中，所用酚醛树脂和硼改性酚醛树脂，细度为-200目；所用钢纤维长度为1.5-2.5mm，直径为30-50μm，所用陶瓷纤维直径为10-30μm，所用复合矿物纤维长度为1-3.5mm，直径为3-8μm；所用锆英粉、硅灰石、铬铁矿粉、铁粉、硫酸钡和冰晶石的细度为-300目；所用云母、硫化锑、石墨为的细度为-200目；所用轮胎粉、碳粉的细度为-150目；所用相容剂的细度为-800目。

实施例1

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为聚酯蜡和改性聚酯蜡；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

实施例2

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维9份、陶瓷纤维11份、复合矿物纤维9份、锆英粉1份、硅灰石1份、铬铁矿粉8份、铁粉8份、硫酸钡14份、冰晶石13份、云母3份、硫化锑1份、石墨3份、硅藻土2份、轮胎粉2份、碳粉2份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡和聚酯蜡；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

对比例1

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为通用型酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为聚酯蜡；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

对比例2

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维29份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

对比例3

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、铬铁矿粉8份、铁粉14份、硫酸钡21份、硫化锑1份、石墨6份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为聚酯蜡和改性聚酯蜡；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

对比例4

一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土4份、轮胎粉3份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；

2)将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3)将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃-6h，200℃-4h，得到树脂基摩擦材料。

效果例1

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行硬度测试，试验标准为GB/T3398.2-2008，试验结果如下表1所示：

表1产品的硬度测试结果(硬度标准为洛氏硬度HRL)

序号	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
							硬度	80	77	78	82	83	76

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的硬度不高，为偏软材料，并且均一性较好，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

效果例2

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行气孔率实验，试验结果如下表2所示：

表2产品的气孔率测试结果

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的气孔率在18-28％之间，能够有效降低刹车过程中的使用噪音，增加整体的散热能力，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

效果例3

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行常温剪切实验，试验标准为GB/T22309，试验结果如下表3所示：

表3产品的常温剪切测试结果

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的剪切强度较高，相对于其他产品而言具有一定优势，能够稳定较好的摩擦系数，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

效果例4

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行常温压缩实验，试验标准为GB/T34559-2017，试验结果如下表4所示：

表4产品的常温压缩测试结果

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的压缩强度较高，制品结合力好，相对于其他产品而言具有一定优势，能够保证良好的力学性能，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

效果例5

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行常温弯曲实验，试验标准为GB/T6569-2006，试验结果如下表5所示：

表5产品的常温弯曲测试结果

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的弯曲强度较高，相对于其他产品而言具有一定优势，能够保证良好的韧性，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

效果例6

将实施例1-2和对比例1-4所制备的摩擦材料分别进行AK Master试验，试验标准为SAE J2522-2014，试验结果如下表6所示：

表6产品的摩擦测试结果

由上述效果数据可以看出，本发明摩擦材料的摩擦系数合理、稳定，磨损小，制动效果好，对碳陶制动盘具有较好的适配性。

综合上述实施例、对比例和效果例可以看出：本实施例的匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料通过优选配方物料的种类，设计含量配比，使得各个组分之间具有良好的协同配合以及结合效果，最终得到摩擦材料产品的各项性能均能够满足行业内的使用要求。通过改变各组分的配比，可以实现材料各项性能的调节，从而匹配不同的碳陶制动盘产品，保证良好的适配性。相比于行业内的其他产品而言，配方不含铜组分，对环境具有友好性，与碳陶制动盘匹配时能够稳定摩擦系数，提高耐磨性，提高与碳陶摩擦材料的适配性，兼具高舒适性和高安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，其特征在于，以质量份数计，包括下述组分：

硼改性酚醛树脂8-12份、钢纤维11-15份、陶瓷纤维8-12份、复合矿物纤维6-12份、锆英粉1-2份、硅灰石1-3份、铬铁矿粉4-8份、铁粉8-12份、硫酸钡10-16份、冰晶石8-16份、云母2-6份、硫化锑1-2份、石墨2-8份、硅藻土1-5份、轮胎粉1-3份、碳粉1-6份、相容剂1-2份。

2.根据权利要求1所述的一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦材料组分中不含铜。

3.根据权利要求1所述的无铜树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的硼改性酚醛树脂为摩擦材料中的粘结剂，细度为-200目；所述的钢纤维、陶瓷纤维和复合矿物纤维为摩擦材料中的增强纤维，其中钢纤维长度为1.5-2.5mm，直径为30-50μm，陶瓷纤维直径为10-30μm，复合矿物纤维长度为1-3.5mm，直径为3-8μm；所述的锆英粉、硅灰石、铬铁矿粉、铁粉、硫酸钡和冰晶石为摩擦材料中的增摩调节剂，细度为-300目；所述的云母、硫化锑、石墨为摩擦材料中的润滑剂，细度为-200目；所述的轮胎粉、碳粉为摩擦材料中的舒适调节剂，细度为-150目；所述的相容剂为摩擦材料中的组分相容调节剂，细度为-800目。

4.根据权利要求1所述的无铜树脂基摩擦材料，其特征在于：所述相容剂选自极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照设计比例称量物料，混合均匀，得到混合料；

步骤二：将步骤一得到的混合料进行模压，得到模压胚体；

步骤三：将步骤二得到的模压胚体进行热处理，得到树脂基摩擦材料。

6.根据权利要求5所述一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料制备方法，其特征在于：步骤一中混料转速为2000-3000r/min，时间为15-25min。

7.根据权利要求5所述一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料制备方法，其特征在于：步骤二中模压温度为150-165℃，模压压力为10-40MPa，保压时间20-60min。

8.根据权利要求5所述一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料制备方法，其特征在于：步骤三中，先在155-170℃保温4-8h，然后再升温至200-250℃并保温3-5h。

9.根据权利要求5所述一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维11份、陶瓷纤维10份、复合矿物纤维8份、锆英粉2份、硅灰石2份、铬铁矿粉6份、铁粉10份、硫酸钡13份、冰晶石12份、云母2份、硫化锑1份、石墨4份、硅藻土2份、轮胎粉1份、碳粉3份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种；

2）将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3）将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃保温6h然后升温至200℃保温4h，得到树脂基摩擦材料。

10.根据权利要求5所述一种匹配碳陶制动盘的无铜树脂基摩擦材料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将重量份配方组成分别为硼改性酚醛树脂12份、钢纤维9份、陶瓷纤维11份、复合矿物纤维9份、锆英粉1份、硅灰石1份、铬铁矿粉8份、铁粉8份、硫酸钡14份、冰晶石13份、云母3份、硫化锑1份、石墨3份、硅藻土2份、轮胎粉2份、碳粉2份、相容剂1份的原料粉末按比例称量配制物料，使用立式混料机在2500r/min转速下混合20min得到混合料；所述相容剂为极性蜡、聚酯蜡或改性聚酯蜡中的至少一种；

2）将混合料进行模压成型，模压温度为155℃，模压压力为25MPa，保压时间为40min，得到模压胚体；

3）将模压胚体进行热处理，处理条件为160℃保温6h然后升温至200℃保温4h，得到树脂基摩擦材料。