CN112555309B - 一种机动车制动片用摩擦材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机动车制动片用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5‑20份、膨胀蛭石8‑12份、重晶石30‑55份、鳞片石墨5‑10份、石英8‑16份、白云石10‑16份和石灰石19‑25份。本发明还提供一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法和应用。根据原料配比制备的摩擦材料的质量稳定性强、磨损较小，磨损性能和热稳定性能更佳，摩擦性能更佳，延长了摩擦材料制备的刹车片的使用寿命。本发明的摩擦材料的制备方法采用低温成型工艺，制备的摩擦材料的摩擦性能更加稳定。

Description

一种机动车制动片用摩擦材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于机动车制动片材料技术领域，具体涉及一种机动车制动片用摩擦材料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车刹车片是用于汽车制动器，通过其与制动盘或制动鼓摩擦产生制动力，从而使汽车减速或停止的一种摩擦材料产品。刹车片的性能和质量直接关系到人民生命财产安全和公共安全。刹车片分为盘式刹车片和鼓式刹车片，分别用于汽车盘式和鼓式制动器。刹车片的工作原理是利用刹车片与刹车盘(鼓)及轮胎与地面的摩擦，将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能，使汽车减速或停止。因此，刹车片自身的摩擦系数、衰退性能和机械性能等对汽车的制动效果有很大的影响。
但是，现有技术中用于制备刹车片的摩擦材料存在含有有害成分、质量稳定性差、磨损偏大导致的使用寿命较短，以及制备方法不合理导致摩擦材料的摩擦性能不稳定等缺陷。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种机动车制动片用摩擦材料及其制备方法和应用。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例的第一方面提供一种机动车制动片用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5-20份、膨胀蛭石8-12份、重晶石30-55份、鳞片石墨5-10份、石英8-16份、白云石10-16份和石灰石19-25份。
进一步地，所述酚醛树脂为5-10份，所述膨胀蛭石为9-11份，所述重晶石为40-55份，所述鳞片石墨为6-8份，所述石英为10-15份，所述白云石为 12-16份和所述石灰石为20-23份。
进一步地，所述酚醛树脂为12.5份、所述膨胀蛭石为10份、所述重晶石为42.5份、所述鳞片石墨为7.5份、所述石英为12份、所述白云石为13份和所述石灰石为22份。
本发明实施例的第二方面还提供一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，混料：将所述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速150r/min-200 r/min，铰刀转速为1800r/min-2500r/min，混合时间为150s-230s；
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为110℃-130℃，每次投料量200g±2g；压制压力为30bar-60bar；施压2s-4s后放气，放气时间为 2s-5s，反复进行3次放气，保压时间165s-185s，真空度2-5bar；
步骤3，热处理：先升温到130℃-150℃，保温时间50min-70min，之后升温到150℃-165℃，保温时间50min-70min，然后升温到170℃-190℃，保温时间50min-70min，再然后升温到195℃-200℃，保温时间110min -130min，最后升温到205℃-215℃，保温170min-200min，升温速度为每 10min升1℃；
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
进一步地，所述步骤1中，所述混料机主轴转速180r/min，所述铰刀转速为2200r/min，所述混合时间为210s；
所述步骤2中，所述压制温度为120℃，第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压 3s后放气，放气时间为3.5s，保压时间180s，真空度4bar；
所述步骤3中，每次所述升温温度和升温时间为：先升温到140℃，保温时间60min，之后升温到160℃，保温时间60min，然后升温到180℃，保温时间60min，再然后升温到200℃，保温时间120min，最后升温到210℃，保温180min。
本发明实施例的第三方面还提供一种根据本发明实施例第一方面所述的摩擦材料制备机动车制动片的应用。
本发明的有益效果：
1、本发明的摩擦材料采用非金属环保型原料，这些原料制备的摩擦材料无异味无致癌物质，同时，根据原料配比制备的摩擦材料的质量稳定性强、磨损较小，磨损性能和热稳定性能更佳，摩擦性能更佳，延长了摩擦材料制备的刹车片的使用寿命。本发明各原料之间的相互作用是相辅相成、缺一不可的。
2、本发明的摩擦材料的制备方法用120℃左右低温成型工艺，在压制时摩擦材料内部没有发生聚合物固化反应，制品表面也不会形成硬化膜，施加的压力比传统高温压制的压力高出约40％，以保证制品的尺寸和一定的机械强度，在后续的热处理工序中，将制品施压以加快固化速度，由于热处理温度高、时间长，制品表面没有形成硬化膜，且制品与隔板之间的间隙远远大于压制模具的间隙，所以固化很充分，基本上没有副产物滞留在制品内部，制品的摩擦性能更加稳定。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例七的摩擦系数随温度和转速变化曲线图；
图2是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例七的磨损失重随温度和转速变化曲线图；
图3是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例九的摩擦系数随温度和转速变化曲线图；
图4是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例九的磨损失重随温度和转速变化曲线图；
图5是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十的放气参数对工作摩擦系数偏差率的影响曲线图；
图6是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十的放气参数对平均重量磨损的影响曲线图；
图7是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十一的压力对工作摩擦系数偏差率的影响曲线图；
图8是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十一的压力对平均重量磨损的影响曲线图；
图9是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十二的真空度对工作摩擦系数偏差率的影响曲线图；
图10是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的实施例十二的真空度对平均重量磨损的影响曲线图。
图11是本发明实施例提供的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
一种机动车制动片用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5-20 份、膨胀蛭石8-12份、重晶石30-55份、鳞片石墨5-10份、石英8-16份、白云石10-16份和石灰石19-25份。
如图11所示，本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速150r/min-200r/min，铰刀转速为 1800r/min-2500r/min，混合时间为150s-230s；
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为110℃-130℃，每次投料量200g±2g；压制压力为30bar-60bar；施压2s-4s后放气，放气时间为 2s-5s，反复进行3次放气，保压时间165s-185s，真空度2-5bar；其中，放气距离为3mm，压制后的厚度为11.5±0.2mm。
步骤3，热处理：先升温到130℃-150℃，保温时间50min-70min，之后升温到150℃-165℃，保温时间50min-70min，然后升温到170℃-190℃，保温时间50min-70min，再然后升温到195℃-200℃，保温时间110min -130min，最后升温到205℃-215℃，保温170min-200min，升温速度为每 10min升1℃；
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
需要说明的是，传统工艺制备摩擦材料通常采用的160℃左右高温成型工艺，使摩擦材料内的聚合物发生固化反应。由于反应速度、热传导时间、干预因素和生产效率的影响，固化反应通常完成了70-95％，未完成部分在后续的热处理工序进行，在热压模腔内温度高且有差异，固化反应较快，产生大量的固化副产物，如水、氨气、二甲醛等小分子物质，这些物质通过放气工艺和模具间隙排除。但是由于副产物较多、逸出速度有限，往往排出的不彻底。与此同时，与模腔接触的物料因为受热很快而迅速流动、固化，在制品表面迅速形成了一层硬化模，硬化模的出现阻碍了还未来得及逸出的副产物，约有1.5-8.5％的副产物滞留在摩擦材料内部。在后续的热处理工序中，再进行5-30％的固化反应，又有一定的固化副产物产生，尽管热处理温度和气流带走了一部分副产物，但是依然会有约3-9％的副产物保留下来。这些副产物的数量和特性不可控，导致了摩擦材料性能的不稳定性。
本实施例的摩擦材料的制备方法用120℃左右低温成型工艺，在压制时摩擦材料内部没有发生聚合物固化反应，制品表面也不会形成硬化膜，施加的压力比传统高温压制的压力高出约40％，以保证制品的尺寸和一定的机械强度，在后续的热处理工序中，将制品施压以加快固化速度，由于热处理温度高、时间长，制品表面没有形成硬化膜，且制品与隔板之间的间隙远远大于压制模具的间隙，所以固化很充分，基本上没有副产物滞留在制品内部，制品的摩擦性能更加稳定。
本实施例的摩擦材料采用非金属环保型原料，这些原料制备的摩擦材料无异味无致癌物质，同时，根据原料配比制备的摩擦材料的质量稳定性强、磨损较小，磨损性能和热稳定性能更佳，摩擦性能更佳，延长了摩擦材料制备的刹车片的使用寿命。本发明各原料之间的相互作用是相辅相成、缺一不可的。酚醛树脂作为摩擦材料的有机粘合剂的核心。其中，各个原料酚醛树脂、膨胀蛭石、重晶石、鳞片石墨、石英、白云石和石灰石均为粉末状。
实施例二
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：所述酚醛树脂为5-10份，所述膨胀蛭石为9-11份，所述重晶石为40-55份，所述鳞片石墨为6-8份，所述石英为10-15份，所述白云石为12-16份和所述石灰石为20-23份
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速150r/min-200r/min，铰刀转速为 1800r/min-2500r/min，混合时间为150s-230s；
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为110℃-130℃，每次投料量200g±2g；压制压力为30bar-60bar；施压2s-4s后放气，放气时间为 2s-4s，反复进行3次放气，保压时间165s-185s，真空度2-5bar；
步骤3，热处理：先升温到130℃-150℃，保温时间50min-70min，之后升温到150℃-165℃，保温时间50min-70min，然后升温到170℃-190℃，保温时间50min-70min，再然后升温到195℃-200℃，保温时间110min -130min，最后升温到205℃-215℃，保温170min-200min，升温速度为每 10min升1℃；
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
实施例三
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5份、膨胀蛭石8份、重晶石30份、鳞片石墨5份、石英8份、白云石 10份和石灰石19份。
本实施例和上述实施例以及下述实施例的重晶石的成分为硫酸钡，石英的主要成分是二氧化硅，作为高硬度填料，石英在摩擦材料中的比例可以起到很好的增摩作用。白云石是组成白云岩的主要矿物，化学成分为 CaMg(CO3)2，铁、锰等常常会发生类质同象代替镁，石灰石主要成分为碳酸钙，白云石和石灰石为空间填料使用。蛭石是一种含水的镁铝硅酸盐次生变质矿物，形状和云母类似。蛭石通常是由黑云母或者金云母经过热液蚀变或者风化而成。膨胀蛭石一般是蛭石原矿经受600℃～800℃下焙烧 0.5～1min，体积迅速膨胀6～10倍而得名。酚醛树脂作为摩擦材料的有机粘合剂的核心。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速150r/min，铰刀转速为1800r/min，混合时间为150s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为30bar，施压2s后放气，放气时间为2s，然后进行第二次施压，压力为30bar，施压2s后放气，放气时间为2s，然后进行第三次施压，压力为30bar，施压2s后放气，放气时间为2s，保压时间165s，真空度2bar。
步骤3，热处理：先升温到130℃，保温时间50min，之后升温到150℃，保温时间50min，然后升温到170℃，保温时间50min，再然后升温到195℃，保温时间110min，最后升温到205℃，保温170min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表1。
Figure BDA0002814357470000091
表1
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表2，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000092
表2
实施例四
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5份、膨胀蛭石9份、重晶石40份、鳞片石墨6份、石英10份、白云石12份和石灰石20份。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速170r/min，铰刀转速为2000r/min，混合时间为180s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为40bar，施压3s后放气，放气时间为3s，然后进行第二次施压，压力为40bar，施压3s后放气，放气时间为3s，然后进行第三次施压，压力为40bar，施压3s后放气，放气时间为3s，保压时间170s，真空度3bar。
步骤3，热处理：先升温到130℃，保温时间50min，之后升温到150℃，保温时间50min，然后升温到170℃，保温时间50min，再然后升温到195℃，保温时间110min，最后升温到205℃，保温170min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表3。
Figure BDA0002814357470000111
表3
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表4，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000112
表4
实施例五
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂7.5份、膨胀蛭石10份、重晶石47.5份、鳞片石墨7份、石英12.5份、白云石14份和石灰石21.5份。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速170r/min，铰刀转速为2000r/min，混合时间为180s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为45bar，施压3s后放气，放气时间为4s，然后进行第二次施压，压力为45bar，施压3s后放气，放气时间为4s，然后进行第三次施压，压力为45bar，施压3s后放气，放气时间为4s，保压时间170s，真空度3bar。
步骤3，热处理：先升温到130℃，保温时间50min，之后升温到150℃，保温时间50min，然后升温到170℃，保温时间50min，再然后升温到195℃，保温时间110min，最后升温到205℃，保温170min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表5。
Figure BDA0002814357470000121
表5
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表6，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000122
表6
实施例六
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂20份、膨胀蛭石12份、重晶石55份、鳞片石墨10份、石英16份、白云石16份和石灰石25份。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速200r/min，铰刀转速为2500r/min，混合时间为230s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为130℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为60bar，施压4s后放气，放气时间为5s，然后进行第二次施压，压力为60bar，施压4s后放气，放气时间为5s，然后进行第三次施压，压力为60bar，施压4s后放气，放气时间为5s，保压时间185s，真空度5bar。
步骤3，热处理：先升温到150℃，保温时间70min，之后升温到165℃，保温时间70min，然后升温到190℃，保温时间70min，再然后升温到200℃，保温时间130min，最后升温到215℃，保温200min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表7。
Figure BDA0002814357470000131
表7
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表8，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000141
表8
实施例七
本实施例为对比例，提供一种机动车制动片用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂29份、膨胀蛭石20份、重晶石10份、鳞片石墨15 份、石英36份、白云石28份和石灰石45份。
1、进行性能检测，本实施例中，采用上述配比制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表9。
Figure BDA0002814357470000142
表9
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表10，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000143
表10
2、磨损实验
实验采用X-DM型调压变速摩擦试验机进行摩擦磨损实验，压力加载范围0.5MPa～2.5MPa，转速100～2000r/min无级可调，测试最高温度400℃。摩擦盘材质为灰铸铁HT250，其金相组织为珠光体，布氏硬度为 185HB～215HB。用热电偶测量温度，测量精度为1℃。
把摩擦材料试片在100℃以下磨合至接触面达95％以上，在100℃、200℃、350℃实验温度下分别测定不同压力(1MPa、1.5MPa)、不同转速 (500r/min、750r/min、1000r/min)圆盘旋转5000转期间的摩擦力，并记录质量损失。
(1)本实施例配方制备的试样摩擦系数随温度和转速变化曲线如图1 所示，在100℃～200℃时，摩擦系数逐渐升高，200℃～350℃时，摩擦系数呈降低趋势。摩擦系数在750r/min时比较稳定，计算不同转速不同温度下的摩擦系数平均值与标准差，摩擦系数平均值和标准差是0.37和0.035，摩擦系数低，但是摩擦系数稳定。
(2)不同压力下的磨损失重平均值随温度和转速变化曲线如图2所示。摩擦材料的质量损失都随温度的升高而增加，平均磨损失重是0.743g，计算质量损失标准差是0.877g。
本实施例原料配比的性能影响因素分析：
摩擦系数及磨损失重的方差试验表如表11所示。结果表明，本实施例配比的摩擦材料的摩擦系数和磨损失重受工况因素影响的顺序都是温度> 转速>压力，其中摩擦系数对因素变化不敏感，磨损失重受因素变化尤其是温度变化影响较大。当处于温度200℃，压力1MPa，转速750r/min工况时，摩擦系数最大；当温度100℃，压力1.5MPa，转速500r/min时，磨损失重最小。综合考虑摩擦系数和磨损失重，在温度100℃，压力1MPa，转速500r/min时配方A摩擦材料的摩擦磨损性能达到最佳。
Figure BDA0002814357470000161
(其中：Ki表示该列水平号为i时所对应的试验结果之和；ki表示该列水平号为i时所对应的试验结果的平均值。)
表11
实施例八
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂10份、膨胀蛭石11份、重晶石55份、鳞片石墨8份、石英15份、白云石16份和石灰石23份。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速170r/min，铰刀转速为2000r/min，混合时间为180s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为55bar，施压3s后放气，放气时间为5s，然后进行第二次施压，压力为55bar，施压3s后放气，放气时间为5s，然后进行第三次施压，压力为55bar，施压3s后放气，放气时间为5s，保压时间170s，真空度3bar。
步骤3，热处理：先升温到130℃，保温时间50min，之后升温到150℃，保温时间50min，然后升温到170℃，保温时间50min，再然后升温到195℃，保温时间110min，最后升温到205℃，保温170min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表12。
Figure BDA0002814357470000171
表12
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表13，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000172
表13
实施例九
本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂5份、膨胀蛭石10份、重晶石50份、鳞片石墨7份、石英8份、白云石15份和石灰石23份。
本实施例的机动车制动用摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速180r/min，铰刀转速为2200r/min，混合时间为210s。
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量 200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，保压时间180s，真空度4bar。本实施例中，放气距离为3mm。
步骤3，热处理：先升温到140℃，保温时间60min，之后升温到160℃，保温时间60min，然后升温到180℃，保温时间60min，再然后升温到200℃，保温时间120min，最后升温到210℃，保温180min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
1、进行性能检测，本实施例中，采用上述配比和步骤制作的摩擦材料采用国际通用的拖曳摩擦试验方法，试验原理是在660r/min速度和75N/cm2 单位压力下进行制动5秒、停顿10秒的测试，设定固定的试验程序，按照指定的测量点进行取值和统计，得到工作摩擦系数、最大摩擦系数和最小摩擦系数值，此评价方法更加接近于台架试验和实际使用结果。
定速摩擦性能结果(执行GB 5763-2008标准)见表14。
Figure BDA0002814357470000191
表14
拖曳摩擦性能结果(执行GB/T 34007-2017标准)见表15，将上述配方制备的试样分为两份进行实验，分别为1#和2#。
Figure BDA0002814357470000192
表15
2、磨损实验
实验采用X-DM型调压变速摩擦试验机进行摩擦磨损实验，压力加载范围0.5MPa～2.5MPa，转速100r/min～2000r/min无级可调，测试最高温度 400℃。摩擦盘材质为灰铸铁HT250，其金相组织为珠光体，布氏硬度为185HB～215HB。用热电偶测量温度，测量精度为1℃。
把摩擦材料试片在100℃以下磨合至接触面达95％以上，在100℃、 200℃、350℃实验温度下分别测定不同压力(1MPa、1.5MPa)、不同转速 (500r/min、750r/min、1000r/min)圆盘旋转5000转期间的摩擦力，并记录质量损失。
(1)本实施例配方制备的试样摩擦系数随温度和转速变化曲线如图3 所示，在100℃～200℃时，摩擦系数逐渐升高，200℃～350℃时，摩擦系数呈降低趋势。在1000r/min时比较稳定，计算不同转速不同温度下的摩擦系数平均值与标准差，摩擦系数平均值和标准差是0.421和0.064，摩擦系数低，但是摩擦系数稳定。
(2)不同压力下的磨损失重平均值随温度和转速变化曲线如图4所示。摩擦材料的质量损失都随温度的升高而增加，平均磨损失重是0.361g，质量损失标准差是0.542g，本实施例磨损稳定性更好。
本实施例原料配比的性能影响因素分析：
摩擦系数及磨损失重的方差试验表如表16所示。结果表明，本实施例摩擦材料的摩擦系数受实验因素的影响顺序为转速>温度>压力，当温度 200℃，压力1MPa，转速1000r/min时摩擦系数最佳。磨损失重受实验因素的影响顺序为温度>转速>压力，且磨损程度对温度和转速变化敏感。当温度200℃，压力1MPa，转速500r/min时，质量损失最小。综合考虑摩擦系数和磨损失重情况，当温度200℃，压力1MPa，转速500r/min时，按配方 B试制的摩擦材料性能最佳。
A B C 摩擦系数 A B C 磨损失重
1 1 1 1 0.38 1 1 1 0.02
2 1 2 2 0.44 1 2 2 0.12
3 1 2 3 0.34 1 2 3 0.28
4 2 1 2 0.49 2 1 2 0.16
5 2 2 3 0.37 2 2 3 0.48
6 2 2 1 0.35 2 2 1 0.07
7 3 1 3 0.46 3 1 3 0.54
8 3 2 1 0.47 3 2 1 0.46
9 3 2 2 0.46 3 2 2 0.10
K1 1.16 1.33 1.20 0.42 0.72 0.55
K2 1.21 2.43 1.39 0.71 1.51 0.38
K3 1.39 1.17 1.10 1.30
k1 0.387 0.443 0.400 0.140 0.240 0.183
k2 0.403 0.405 0.463 0.237 0.252 0.127
k3 0.463 0.390 0.367 0.433
极差 0.077 0.038 0.073 0.227 0.012 0.307
最优方案 A3 B1 C2 A1 B1 C2
(其中：Ki表示该列水平号为i时所对应的试验结果之和；ki表示该列水平号为i时所对应的试验结果的平均值。)
表16
综合实施例七和本实施例的实验结果可知，实施例七的磨损失重受温度变化影响强烈，极差值是本实施例的5倍，本实施例的磨损性能对温度和转速变化均敏感，但敏感程度较低。实施例七在100℃时能达到最佳性能，本实施例在200℃以上时有更低的磨损和更好的摩擦系数表现。
实验结果表明，鳞片石墨具有良好的润滑作用，本实施例的比例对于调节摩擦材料制品的摩擦磨损性能，起着良好的积极作用。石英的主要成分是二氧化硅，作为高硬度填料，本实施例的石英的比例可以起到很好的增摩作用。膨胀蛭石不仅可以提高摩擦制品的耐热性、高温阻燃和抗热衰退性能，还可以使其获得好的尺寸稳定性，本发明比例的膨胀蛭石可以起到增强摩擦力的作用而不会导致摩擦力过大，重晶石较高比例添加在摩擦材料中，可以改善摩擦材料的摩擦和磨损性能。本实施例中石英的比例不会使得摩擦过程中形成大量的磨屑，不易损伤对偶盘，延长了刹车片的使用寿命。
本实施例和实施例七的不同压力下的磨损失重平均值随温度和转速变化曲线实验结果表明，实施例七摩擦材料磨损更大，在高温下磨损表现尤其明显。这是因为实施例七试制的摩擦材料以石英和增摩填料为主，在高温工况下磨损加大。本实施例磨损较小。
综上所述，实施例七的磨损失重受温度变化影响强烈，本实施例的磨损性能对温度和转速变化均敏感，但敏感程度较低。实施例七在100℃时能达到最佳性能，本实施例在200℃以上时有更低的磨损和更好的摩擦系数表现。而在摩擦材料的应用领域，即汽车、机械等的制动过程中，摩擦材料的工作温度常处于200℃-450℃，故本实施例的摩擦材料的摩擦性能更佳。
实施例十
本实施例针对制备参数对摩擦性能的影响进行阐述。本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂10份、膨胀蛭石10 份、重晶石50份、鳞片石墨7份、石英8份、白云石15份和石灰石23份。
本实施例的配方制备四份试样，分别为试样F-1、试样F-2、试样F-3 和试样F-4，四份试样采用相同的步骤1进行制备：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混料，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速180r/min，铰刀转速为2200r/min，混合时间为210s。
本实施例中四份试样的步骤2中放气参数不同：
试样F-1的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
试样F-2的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
试样F-3的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
试样F-4的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 4s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为4s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
四份试样采用相同的步骤3和步骤4进行处理：
步骤3，热处理：先升温到140℃，保温时间60min，之后升温到160℃，保温时间60min，然后升温到180℃，保温时间60min，再然后升温到200℃，保温时间120min，最后升温到210℃，保温180min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
从图5和图6看出，F-3的工作摩擦系数偏差率和重量磨损均明显低于其它试样，说明在前两次放气时保持较低的压力、且排气后停留时间短有利于水分和小分子物质及时完整的溢出，摩擦系数更加稳定且磨损小，因为混合料进入模腔后溢出的水分和小分子物质的数量和速度随着时间的推移呈现递减的态势，所以前两次放气速度快、时间段，有利于制品分子结构更加稳定，在不同温度下表现出稳定的摩擦系数和低的磨损。
实施例十一
本实施例针对制备参数对摩擦性能的影响进行阐述。本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂10份、膨胀蛭石10 份、重晶石50份、鳞片石墨7份、石英8份、白云石15份和石灰石23份。
本实施例的配方制备三份试样，分别为试样Y-1、试样Y-2、试样Y-3，四份试样采用相同的步骤1进行制备：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速180r/min，铰刀转速为2200r/min，混合时间为210s。
本实施例中四份试样的步骤2中压制的压力参数不同：
试样Y-1的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为40bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为40bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为40bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
试样Y-2的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
试样Y-3的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为55bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为55bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为55bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
四份试样采用相同的步骤3和步骤4进行处理：
步骤3，热处理：先升温到140℃，保温时间60min，之后升温到160℃，保温时间60min，然后升温到180℃，保温时间60min，再然后升温到200℃，保温时间120min，最后升温到210℃，保温180min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，从图7可以看出，压力的变化对工作摩擦系数的偏差影响不大，这是因为通过有效的放气物料的结构已趋于稳定，在相同温度条件下树脂固化程度基本一致，所以压力对摩擦系数的变化不会产生太大的影响。
从图8可以看出，压力在50bar时重量磨损最小，压力增加到55bar磨损反而急剧增加，这是因为原材料的配方体系决定了在50bar压力下制品的密度达到最小值，致密性最大；压力继续增加后制品内部的内应力受到一定程度的破坏，制品受到压溃，磨损反而增加。
实施例十二
本实施例针对制备参数对摩擦性能的影响进行阐述。本实施例的机动车制动用摩擦材料，包括以下重量份的原料：酚醛树脂10份、膨胀蛭石10 份、重晶石50份、鳞片石墨7份、石英8份、白云石15份和石灰石23份。
本实施例的配方制备三份试样，分别为试样Z-1、试样Z-2、试样Z-3，四份试样采用相同的步骤1进行制备：
步骤1，混料：将上述的摩擦材料的原料按比例放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速180r/min，铰刀转速为2200r/min，混合时间为210s。
本实施例中四份试样的步骤2中压制时的真空度参数不同：
试样Z-1的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度1bar。
试样Z-2的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度3bar。
试样Z-3的步骤2：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为 3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3.5s后放气，放气时间为3s，保压时间180s，真空度4bar。
四份试样采用相同的步骤3和步骤4进行处理：
步骤3，热处理：先升温到140℃，保温时间60min，之后升温到160℃，保温时间60min，然后升温到180℃，保温时间60min，再然后升温到200℃，保温时间120min，最后升温到210℃，保温180min，升温速度为每10min 升1℃。
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
本实施例中，从图9和图10可以看出，增加压制时的真空度可以提高工作摩擦系数的稳定性并减少磨损，这是因为真空对压制排气起到了“助力”的作用，提高了排气的效率。
实施例十三
本实施例中，采用上述实施例摩擦材料的原料和配比通过上述实施例的方法制备摩擦材料，制备的该摩擦材料可以应用于制造机动车特别是汽车的刹车片。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述摩擦材料包括以下重量份的原料：酚醛树脂5-20份、膨胀蛭石8-12份、重晶石30-55份、鳞片石墨5-10份、石英8-16份、白云石10-16份和石灰石19-25份；
所述制备方法包括：
步骤1，混料：将所述的摩擦材料的原料按所述重量份放入混料机中进行混合，摩擦材料的重量为5kg，混料机主轴转速150r/min-200 r/min，铰刀转速为1800 r/min -2500r/min，混合时间为150s-230s；
步骤2，压制：通过热压机进行压模，压制温度为120℃，每次投料量200g±2g；压制压力为30bar-60bar；施压2s-4s后放气，放气时间为2s-5s，反复进行3次放气，最后保压时间165s-185s，真空度2-5bar；
步骤3，热处理：先升温到130℃-150℃，保温时间50 min -70min，之后升温到150℃-165℃，保温时间50 min -70min，然后升温到170℃-190℃，保温时间50 min -70min，再然后升温到195℃-200℃，保温时间110 min -130min，最后升温到205℃-215℃，保温170 min-200min，升温速度为每10min升1℃；
步骤4，磨削：将步骤3处理后的产品送入磨床，对产品表面进行打磨，使得表面平整。
2.根据权利要求1所述的一种机动车制动片用摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述混料机主轴转速180r/min，所述铰刀转速为2200 r/min，所述混合时间为210s；
所述步骤2中，所述压制温度为120℃，第一次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第二次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，然后进行第三次施压，压力为50bar，施压3s后放气，放气时间为3.5s，保压时间180s，真空度4bar；
所述步骤3中，每次所述升温温度和升温时间为：先升温到140℃，保温时间60 min，之后升温到160℃，保温时间60 min，然后升温到180℃，保温时间60 min，再然后升温到200℃，保温时间120 min，最后升温到210℃，保温180 min。
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