CN112594308B - 一种高性能汽车刹车片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高性能汽车刹车片的制备方法，通过充分考虑到刹车片各组分的密度的差异以及混合过程中存在的静电吸附现象，对汽车刹车片质量的影响，采用多步混料法，充分保证了各组分的均匀分散，与传统方法制备的刹车片比较而言，该方法制备的刹车片不良率低，产品性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片制造加工领域，尤其是涉及一种高性能汽车刹车片的制备方法。
背景技术
刹车片是车辆和机械离合器总成及制动器中的关键性部件，其性能的优劣直接影响着汽车、运载车等交通工具运行的安全性、可靠性、舒适性等。众所周知，刹车片通过其摩擦性能将动能转化为热能及其他形式的能量，从而实现对运动装置制动过程。传统的汽车刹车片通过重量比各种组分倒入高速分散机内，搅拌成均匀分散的粉末状后取出，摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温高压的条件下，保持一定时间，除去毛刺制得。该方法制得的刹车片没有考虑到各种物料的密度的差异，在混合过程中易产生偏析现象，导致刹车片的质量不稳定，其次刹车片对的组分较多，不同组分之间相互摩擦，原子核对电子吸引力较大的会把和其相摩擦的材料的电子吸引过来，从而产生静电，进而吸附很多微小颗粒，进而影响各组分的分散性，导致刹车片质量的下降。
本发明针对上述问题，充分考虑各组分之间的物化性质，采用多步混料法，充分保证了各组分的均匀分散，与传统方法制备的刹车片比较而言，该方法制备的刹车片不良率低，产品性能稳定。
发明内容
本发明提供一种高性能汽车刹车片的制备方法，解决现有汽车刹车片制备过程中易出现刹车片组分不均匀，不良率高，产品性能不稳定等技术问题。
本发明针对上述技术问题提出了一种高性能汽车刹车片组合物及高性能汽车刹车片的制备方法，其中高性能汽车刹车片组合物各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，上述组分的合计含量大于等于99％，重量百分比的比值C1＝微晶玻璃球/(玄武岩矿物纤维+玻璃纤维+硫酸钙晶须)的范围为大于0.02，石墨包含两种鳞片状石墨和颗粒状石墨，其重量百分比的比值C2＝鳞片状石墨/颗粒状石墨的范围大于等于1.5,重量百分比的比值C3＝矿物纤维/玻璃纤维的范围大于1.5。
优选的，所述高性能汽车刹车片组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，上述组分的合计含量大于等于99％，重量百分比的比值C1＝微晶玻璃球/(玄武岩矿物纤维+玻璃纤维+硫酸钙晶须)的范围为大于等于0.04，石墨包含两种鳞片状石墨和颗粒状石墨，其重量百分比的比值C2＝鳞片状石墨/ 颗粒状石墨的范围大于等于1.6,重量百分比的比值C3＝矿物纤维/玻璃纤维的范围大于1.6。
一种高性能汽车刹车片的制备方法，采用上述高性能汽车刹车片组合物制备，具体步骤如下：
步骤一：按重量比将丁晴橡胶、芳纶浆粕、聚丙烯腈浆粕、鳞片状石墨、硅钙粉、锆英粉、硫化锑、磨灰先行加入混料机内，开飞刀，混合2-4min；优选3min，由于橡胶在摩擦过程中易带负电荷，而鳞片状石墨表面疏松且具有较好的电荷传导性，可实现对各类浆粕的物理吸附，从而使得上述物料的均匀分散。
步骤二：按重量比将腰果壳油、颗粒状石墨、硬脂酸锌、玄武岩纤维、焦炭粉、硫酸钙晶须、炭黑、微晶玻璃微球加入步骤一的混料机，不开飞刀，继续混合7-9min；优选8min，由于腰果壳油易带负电，微晶玻璃微球和纤维易带正点，在混合时，不开飞刀，可有效降低摩擦频次，有利于组分间的静电中和，从而使得上述组分的均分分散。
步骤三：按重量比将玻璃纤维加入步骤三混料机混料1min-3min，优选 1min，其中前2/3的时间不开飞刀混合，后1/3的时间开飞刀混合。
步骤四：搅拌成均匀分散的粉末状后取出，放入成型模腔内热压压制，成型温度为110℃-180℃，压力为150kg/cm2-400㎏/cm2，放气工艺为5s-10s 加压15s-25s放气，循环3-6次，末次保压时间为1min-15min。
步骤五：进行梯度热处理，阶梯升温第一步为165℃烘烤1h，第二步为 180℃烘烤2h，第三步为200℃烘烤3h，再经后续加工制得试样。
混料机采用的一般为高速立式混料机或犁耙式混料机，其中高速立式混料机具有破碎,防止结团,增加对纤维的开松程度,增加翻动效果,更具均匀性等特点，犁耙式混料机能够解决大部分无石棉型矿物纤维、有机纤维、填料、树脂的混合均匀。
压制也称固化成型.是摩擦材料制品生产过程中最常用的方法.是将压塑料在压力和加热条件下进行成型和固化,才能获得具有规定形状,一定密度,硬度,和机械强度的摩擦片制品.一、这种通过必须加热加压的模塑工艺来使压塑料在加热到固化温度140--180℃的模腔中，于一定的压力下流动，布满模腔并受热固化从而获得固化成型制品；二、压塑料中的树脂在固化温度下进一步缩聚，由线型结构或支链结构逐步转变为立体交联结构，最终实现固化。在此过程中，树脂会放出水分和低分子物质，它们在成型温度下产生较大的蒸汽压力，若从制品表面逸出时会使制品损坏报废，因此模具中的制品在充分固化前需保持较高的成型压力。
保压时间:是指压塑料在规定的温度,压力作用下,从闭模至压制品出模所耗用的时间。过长会导致制品硬化程度高,收缩率减小,不易发生变形,但不能提高物理机械性能,反而增加能源消耗,降低生产效率,增加生产成本。过短会导致制品在压模内尚未硬化,制品容易发软,质地粗糙,容易产生鼓泡,肿胀,裂缝等缺陷。
加热温度过高：硬化速度太快，制品表层很快硬化，使内部水分和挥发物难以逸出排除。容易造成表面起泡，肿胀和裂缝。表面色泽发暗发黑，影响外观。过低：硬化速度较慢，保压时间加长降低生产效率。制品发软，表面发白，暗淡无光，影响外观。而且内部水分和挥发物总蒸汽压力的作用下，也会出现起泡和肿胀现象。
在热压成型过程中,压塑料内部的水分和其他挥发分在高温下形成的蒸汽压力会力图突破制品表面而逸出,造成鼓泡肿胀等不利因素,加压则可阻止蒸汽的逸出,直到制品表面充分硬化,这样,即便压力解除,制品取出,蒸汽压力也不会影响损坏制品表面。其次压力科促使压塑料在模腔内的流动,挤满各个部分, 使制品具有所要求的形状和均匀的厚度。还能将压塑料密实,使制品具有一定的密度和机械强度。
压力过大:并不能提高制品的性能,只会浪费能耗,易造成模具及设备的损坏.也会造成溢料废边增多过厚,生产成本增加.还会造成压制品因边缘破损而报废。
压力过小:会造成压制品的密实性差,质地疏松,厚薄不均匀,边角容易缺损, 造成制品的报废.就是成品的机械物理性能也有影响。
梯度热处理可使摩擦材料成分中粘结剂能彻底固化，从而使提高制品的摩擦性能，尤其是热摩擦性能稳定。消除热压后摩擦材料制品中的热应力，以防止制品出现翘曲变形。对人为的热处理时间不够加以补足，以提高生产效率。减少制品的热膨胀。
本发明通过充分考虑各组分之间的物化性质，采用多步混料法，充分保证了各组分的均匀分散，试验表明，本发明混合料均匀性好，产品性能稳定，使用寿命长，耐磨性能良好，摩擦系数稳定。应用本发明后，汽车刹车灵敏，制动平稳，无制动尖叫声，舒适性能较好，并且对偶盘无损伤。
具体实施方式
本发明的高性能摩擦材料组合物中，选择各组分含量的上述范围的有益效果将通过实施例给出具体实验数据进行说明。下面是根据本发明的高性能摩擦材料组合物中所包括的各组分的优选取值范围及制备方法的示例。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
一种高性能汽车刹车片组合物及高性能汽车刹车片的制备方法，其中高性能汽车刹车片组合物各组分含量以重量百分比表示为：
并且，上述组分的合计含量大于等于99％，重量百分比的比值C1＝微晶玻璃球/(玄武岩矿物纤维+玻璃纤维+硫酸钙晶须)的范围为大于0.02，石墨包含两种鳞片状石墨和颗粒状石墨，其重量百分比的比值C2＝鳞片状石墨/颗粒状石墨的范围大于等于1.5。C3＝矿物纤维/玻璃纤维的范围大于1.5。具体实施例详见表1.
为了验证本发明的效果，针对上述每个实施例A1-A7分别按照如下步骤制备刹车片：
步骤一：按重量比将丁晴橡胶、芳纶浆粕、聚丙烯腈浆粕、鳞片状石墨、硅钙粉、锆英粉、硫化锑、磨灰先行加入混料机内，开飞刀，混合2-4min；优选3min。
步骤二：按重量比将腰果壳油、颗粒状石墨、硬脂酸锌、玄武岩纤维、焦炭粉、硫酸钙晶须、炭黑、微晶玻璃微球加入步骤一的混料机，不开飞刀，继续混合7-9min，优选8分钟；
步骤三：按重量比最后将玻璃纤维加入步骤三混料机混料1min-3min，优选1min，其中前40s不开飞刀混合，后20开飞刀混合。
步骤四：搅拌成均匀分散的粉末状后取出，放入成型模腔内热压压制，成型温度为110℃-180℃，优选145℃±5℃，压力为150kg/cm2-400㎏/cm2，优选220kg/cm2-320kg/cm2，加压15s-25s，优选20s，放气5s-10s，优选6s，循环3-6次，优选4次，末次保压时间为1min-15min。优选5min。
步骤五：对步骤四制得的样品进行梯度热处理，阶梯升温第一步为165℃烘烤1h，第二步为180℃烘烤2h，第三步为200℃烘烤3h，再经后续加工制得试样。
将步骤三中的样品随机的抽取五份，测试其振实密度和水分，结果如表2：
经步骤三混合后得到的混合料性能均匀稳定，标准偏差较低，不超过0.01，其次试验表明，经上述方法制得的刹车片工作摩擦系数较为稳定，均在 0.44-0.49之间，重量磨损率低于0.8％，工作后厚度磨损值及膨胀值也较小，低于0.09，室温环境下，各实施例的剪切强度均大于2.67MPa。
将本发明制备的刹车片安装在多种车型上,反复制动后表明：本发明刹车灵敏,制动平稳，同时无噪音，脚感舒适。
Claims (5)
1.一种高性能汽车刹车片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：先将丁晴橡胶、芳纶浆粕、聚丙烯腈浆粕、鳞片状石墨、硅钙粉、锆英粉、硫化锑、磨灰加入混料机内，开飞刀，混合2-4min；
步骤二：将腰果壳油、颗粒状石墨、硬脂酸锌、玄武岩矿物纤维、焦炭粉、硫酸钙晶须、炭黑、微晶玻璃微球加入步骤一的混料机中，不开飞刀，继续混合7-9min；
步骤三：将玻璃纤维加入步骤二的混料机中继续混料1min-3min得混合粉料，加入玻璃纤维后前2/3的时间混料机不开飞刀进行混合，后1/3的时间混料机开飞刀进行混合；
步骤四：将混合粉料从混料机中取出放入成型模腔内压制成型制得刹车片，成型温度为110℃～180℃，压力为150kg/cm2-400㎏/cm2，加压15s-25s，然后放气5s-10s，循环3-6次，末次保压时间为1min-15min；
步骤五：对步骤四制得的刹车片进行梯度热处理，先以165℃的温度烘烤1h，再以180℃的温度烘烤2h，最后以200℃的温度烘烤3h；
所述步骤一至三中各组分的重量百分比如下：
腰果壳油改性树脂 15-18%
丁腈橡胶粉 2-6%
鳞片状石墨 6-10.67%
颗粒状石墨 4-5.33%
玄武岩矿物纤维 12-16%
玻璃纤维 8-12%
硫酸钙晶须 8-14%
芳纶浆粕 1-6%
聚丙烯腈浆粕 0.1-2%
硫化锑 2-5%
锆英粉 1.5-3%
硅钙粉 4-6%
焦炭粉 4-6%
硬脂酸锌 0.1-0.3%
碳黑 1-3%
磨灰 8-10%
微晶玻璃微珠 1-3%
并且，上述组分的合计含量大于等于99％。
2.根据权利要求1所述的高性能汽车刹车片的制备方法，其特征在于：重量百分比的比值C1=微晶玻璃微珠/(玄武岩矿物纤维+玻璃纤维+硫酸钙晶须)大于0.02。
3.根据权利要求1所述的高性能汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述玄武岩矿物纤维与玻璃纤维的重量百分比比值C3大于1.5。
4.根据权利要求1所述的高性能汽车刹车片的制备方法，其特征在于：混料机为高速立式混料机或犁耙式混料机。
5.根据权利要求1所述的高性能汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述高性能汽车刹车片的制备方法包括如下步骤：
步骤一：按重量比将丁晴橡胶、芳纶浆粕、聚丙烯腈浆粕、鳞片状石墨、硅钙粉、锆英粉、硫化锑、磨灰先行加入混料机内，开飞刀，混合3min；
步骤二：按重量比将腰果壳油、颗粒状石墨、硬脂酸锌、玄武岩矿物纤维、焦炭粉、硫酸钙晶须、炭黑、微晶玻璃微球加入步骤一的混料机，不开飞刀，继续混合8 min；
步骤三：按重量比将玻璃纤维加入步骤三混料机混料1min，其中前40s混料机不开飞刀混合，后20混料机开飞刀混合；
步骤四：搅拌成均匀分散的粉末状后取出，放入成型模腔内热压压制，成型温度为145℃±5℃，压力为220kg/cm2-320kg/cm2，加压20s，放气6s，循环4次，末次保压时间为5min；
步骤五：对步骤四制得的样品进行梯度热处理，阶梯升温第一步为165℃烘烤1h，第二步为180℃烘烤2h，第三步为200℃烘烤3h，再经后续加工制得试样。
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