CN112594309A - 能防止汽车制动抖动的摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，摩擦材料中的各种组分及重量配比关系为：酚醛树脂8份、芳纶纤维5份、氧化锆15~25份、钛酸钾20份、丁腈橡胶粉2份、紫铜纤维3.5份、聚丙烯腈预氧丝3~8份、氢氧化钙9份、石墨5份、沉淀硫酸钡20~30份。本发明的有益技术效果是：提出了一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，该方案能有效避免带制动能量回收系统的汽车因制动器制动次数减少导致的制动盘厚薄差超差而引起的冷抖动。
Description
技术领域
本发明涉及一种家用汽车制动衬片的配方，尤其涉及一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料。
背景技术
为满足消费者对汽车品质越来越高的要求，各主机厂对汽车的各项性能调校越来越精细化，对各类可能引发消费者抱怨的问题均进行了更仔细的研究，其中制动抖动在售后质量问题中占有一定的比例；由于制动抖动可能会引起制动踏板、方向盘抖动，严重的甚至导致车身抖动，因此针对抖动问题，消费者的容忍度较低。
根据制动时温度不同，制动抖动可分为冷抖动和热抖动。冷抖动是指在常温下制动发生抖动，通常是由于制动盘厚薄差超差、摩擦面有其他材料聚集等引起，如果排除制动盘摩擦带上有异物附着，冷抖动一旦发生，该问题会一直持续，通过更换摩擦副会在一定时间内缓解，但是当行驶了一定里程后，制动盘的厚薄差仍然会超差，抖动问题会复现；热抖动是指在常温或者较低温度（200℃以下）下制动无抖动现象，但是当制动温度继续升高到某一温度临界点后，车辆发生抖动，随着制动温度升高抖动越明显，当制动温度降低后抖动随之消失。热抖动通常是由于制动盘的热变形引起，该现象易于前期发现，通过改善制动盘的热容量即可有效改善。
冷抖动通常是由于制动盘厚薄差超差引发。制动盘的摩擦带是一个圆环，当这个圆环发生不均匀磨损就会产生厚薄差，当厚薄差超过一定的范围（通常为15μm）即会导致整车制动抖动。随着各厂家对摩擦材料的品位及粒度等控制的越来越严格，市场上冷抖动的抱怨有降低的趋势。
但是近年来，随着主机厂对能耗的要求越来越高及新能源汽车的普及，为降低能耗，整车逐渐加装了制动能量回收装置，加装制动能量回收系统后除了常规的制动器制动外，还具备电机减速功能，制动时通过电机反转发电向电池充电实现能量回收。现在市场上主流能量回收系统对制动的分配方式为：大减速度（大于或等于0.3g）制动由制动器完成，低减速度（小于0.3g）制动由电机完成并实现能量回收。在这样的设计下，整车的能耗降低，制动器参与的制动减少，摩擦片损耗也大幅降低。但是在整车的实车验证中，对比发现增加了能量回收系统的车辆在行驶了一定里程（大约为20000公里）后却较大比例的出现了冷抖动。通过分析发现，由于制动盘安装到整车上后存在一定的端面跳动，和摩擦片有部分擦挂。在车辆行驶过程中制动盘每旋转一周，制动盘上的某处高点即会和摩擦片发生擦挂，只要车辆行驶，这一现象即会发生。整车增加制动能量回收系统后，制动器的制动次数大比例减少，但是制动盘和摩擦片之间的擦挂没有减少，这种擦挂即是对制动盘的不均匀磨损，长时间发生擦挂即会引起制动盘厚薄差超差，引起冷抖动。而未增加能量回收的车辆，虽然同样会发生盘、片擦挂，但由于有更多的制动次数可以在一定程度上通过磨损来修复制动盘厚薄差。因此，同样的工况下，增加能量回收系统的车辆发生抖动的风险更大。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，其创新在于：所述汽车上加装有制动能量回收系统，汽车制动时的减速度大于或等于0.3g时，由汽车制动器中的摩擦片和制动盘进行摩擦制动；汽车制动时的减速度小0.3g时，由制动能量回收系统进行制动操作；所述摩擦材料即用于制作前述摩擦片中的制动衬片；摩擦材料中的各种组分及重量配比关系为：酚醛树脂8份、芳纶纤维5份、氧化锆15~25份、钛酸钾20份、丁腈橡胶粉2份、紫铜纤维3.5份、聚丙烯腈预氧丝3~8份、氢氧化钙9份、石墨5份、沉淀硫酸钡20~30份。
前述摩擦材料的主要创新点是在摩擦材料中添加聚丙烯腈预氧丝来替代现有摩擦材料配方体系中较常使用的矿物纤维；矿物纤维是矿物熔化后进行纤维化加工得到，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，由于二氧化硅和氧化铝莫氏硬度较高，约为8-9，而作为摩擦块对偶件的制动盘是灰铁材质，莫氏硬度为5.5，因此矿物纤维在摩擦材料表现为局部硬点，制动盘和摩擦片发生擦挂时对制动盘的攻击性较大，整车增加制动能量回收系统后，由于制动器制动次数减少，制动盘无法通过制动操作进行磨损修复，容易导致制动盘厚薄差超差。
聚丙烯腈预氧丝是碳纤维制造过程中的中间体，是在200-300℃的氧化性气氛中，同时在张力作用下进行热处理，使原丝中的链状分子环化脱氢，转化为耐热的梯形结构，并改善了其力学性能。预氧丝除单丝模量较碳纤维低外，同时具备了优良的阻燃性耐磨性，且价格较碳纤维更低。本发明将预氧丝添加到摩擦材料组分中，替代矿物纤维，预氧丝除具有矿物纤维的强度性能外，由于自身较好的耐磨性且不含氧化铝二氧化硅等硬度较高成分，因此在长时间和制动盘的接触擦挂中对制动盘的攻击较小，可有效降低由于整车长时间在无制动状态下行驶造成的制动盘厚薄差超差，从而有效预防解决整车由于无制动制动盘厚薄差超差引起的制动抖动。
具体实施时，可按如下工艺制作制动衬片：
S1、混料：将酚醛树脂、芳纶纤维、氧化锆、钛酸钾、丁腈橡胶粉、紫铜纤维、聚丙烯腈预氧丝、氢氧化钙、石墨、沉淀硫酸钡投入高速犁耙混料机中混合均匀；
S2、热压：根据汽车车型选取相应的压制模具，将S1得到的混合料填入压制模具中，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm2、硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；
S3、热处理：按照室温到170℃升温3小时、170℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对热压成型的制动衬片进行热处理；
S4、检验、成品。
需要说明的是，现有技术中有在摩擦材料中添加聚丙烯腈预氧丝的相关报导，如第202010108339.9号中国专利申请提出的一种无铜摩擦材料及制动片，该技术提到了在摩擦材料中添加聚丙烯腈预氧丝，并且其公开内容中也提到了其产品具有降低抖动的效果；但经过发明人详细分析发现，其所针对的抖动问题是热抖动问题，并且其原理是利用石墨等材料的各向导热异性来改善制动形成的热点，从而预防抖动，与本发明所针对的“加装制动能量回收系统后，由于制动次数减少，制动盘无法通过制动操作进行磨损修复而导致的制动盘厚薄差超差（其抖动形式属于冷状态下的抖动）”问题完全不同，聚丙烯腈预氧丝在其方案中所发挥的作用仅是纤维增强作用。
本发明的有益技术效果是：提出了一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，该方案能有效避免带制动能量回收系统的汽车因制动器制动次数减少导致的制动盘厚薄差超差而引起的冷抖动。
附图说明
图1、按国准GB 5763-2018对采用本发明摩擦材料制得的汽车制动衬片的摩擦系数进行测试所得的摩擦性能参数表；
图2、采用未添加聚丙烯腈预氧丝的摩擦材料制作的摩擦片进行实验时，实验后制动盘表面的影像；
图3、采用本发明的摩擦材料制作的摩擦片进行实验时，实验后制动盘表面的影像。
具体实施方式
一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，其创新在于：所述汽车上加装有制动能量回收系统，汽车制动时的减速度大于或等于0.3g时，由汽车制动器中的摩擦片和制动盘进行摩擦制动；汽车制动时的减速度小0.3g时，由制动能量回收系统进行制动操作；所述摩擦材料即用于制作前述摩擦片中的制动衬片；摩擦材料中的各种组分及重量配比关系为：酚醛树脂8份、芳纶纤维5份、氧化锆15~25份、钛酸钾20份、丁腈橡胶粉2份、紫铜纤维3.5份、聚丙烯腈预氧丝3~8份、氢氧化钙9份、石墨5份、沉淀硫酸钡20~30份。
氢氧化钙优选采用细度为1500目的微细粉末，添加后可以提高制动块基体的PH值，使摩擦块呈碱性状态；沉淀硫酸钡是白色无定形粉末，无毒，难溶于水，不溶于酸，用作填充剂，起补强作用，能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆；紫铜纤维优选采用长度约3mm、直径0.5mm的纤维，由于铜具有优异的导热性，添加后可提高制动块的传热性，可快速吸收制动产生的热量，防止摩擦表面温度急剧上升；丁腈橡胶粉优选采用细度约80目的粉末状产品，添加该组分可以适当调节制动块硬度，改善制动的舒适性；氧化锆是细度为6μm的微细粉末，由于氧化锆强度高，莫氏硬度适中、耐磨性好、熔点高，添加后可以有效提高制动块的高温抗衰退性能。
按国家标准GB 5763-2018中M1类摩擦片的要求在国家非金属矿质量监督检验中心对采用本发明摩擦材料制得的汽车制动衬片的摩擦系数进行测试，测试结果表明（具体参数见图1），产品符合相关技术要求。
进一步，在大型制动性能台架试验机上进行仿真模拟整车无制动行驶：
1）作为对比例，采用未添加聚丙烯腈预氧丝的摩擦材料制作的摩擦片进行20000km模拟整车无制动行驶；试验结束后，制动盘表面影像如图2所示，由影像中箭头所指部位可见，由于实验过程中摩擦片一直和制动盘端面跳动的高点擦挂，未与制动盘端面跳动的低点接触，制动盘上箭头所示的低点区域的光泽度比其他区域明显要好，实验结束后，制动盘的厚薄差最大已达48.5μm，已经远超15μm的经验值，该种状态在整车上发生抖动的风险极大。
2）在相同条件下，对采用本发明摩擦材料制得的摩擦片进行20000km模拟整车无制动行驶；试验结束后，制动盘表面影像如图3所示，由图可见，由于聚丙烯腈预氧丝自身较好的耐磨性，且不含氧化铝及二氧化硅等硬度较高成分，不会形成局部硬点，因此在进行相同模拟实验后，制动盘端面跳动的高点和摩擦片接触擦挂的地方未形成异常磨损，制动盘端面面的整体光泽度都较好，实验结束后，制动盘厚薄差最大为5.2μm，小于15μm的可能引发抖动的经验值。
Claims (1)
1.一种能防止汽车制动抖动的摩擦材料，其特征在于：所述汽车上加装有制动能量回收系统，汽车制动时的减速度大于或等于0.3g时，由汽车制动器中的摩擦片和制动盘进行摩擦制动；汽车制动时的减速度小0.3g时，由制动能量回收系统进行制动操作；所述摩擦材料即用于制作前述摩擦片中的制动衬片；摩擦材料中的各种组分及重量配比关系为：酚醛树脂8份、芳纶纤维5份、氧化锆15~25份、钛酸钾20份、丁腈橡胶粉2份、紫铜纤维3.5份、聚丙烯腈预氧丝3~8份、氢氧化钙9份、石墨5份、沉淀硫酸钡20~30份。
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- 2020-12-25 CN CN202011557076.6A patent/CN112594309A/zh active Pending
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