CN112625458B - 一种高性能汽车刹车片摩擦材料及其刹车片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高性能汽车刹车片摩擦材料及其刹车片，通过对多种成分进行合理的搭配,确保各种材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。首先通过矿物纤维和玻璃纤维材料的合理复合，完善摩擦材料的纤维网络，具有协同补强的效果；其次严格控制微球与纤维的比值，使其在具有较高的摩擦系数同时具有较低的磨损；最后本发明通过控制鳞片状石墨和颗粒状石墨的比例，使得石墨较好的分散在摩擦材料组合物内。本发明不使用任何金属原料，对环境非常友好。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片加工技术领域，尤其是涉及一种高性能汽车刹车片摩擦材料及其刹车片。
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。
自上世纪70年代，刹车片摩擦材料发生巨大的变革，行业向着高速、高效、环保、低噪、舒适等方向发展，传统的石棉型摩擦材料已经转变到无石棉型，其后由涌现了半金属摩擦材料、无石棉有机型(NAO)摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、碳纤维摩擦材料和陶瓷摩擦材料等。现代工业对摩擦材料的使用要求变得更为苛刻，因而研发性能优良且具有较高性价比的新型刹车片是国内外各科研机构研究的重点方向。目前国内外公司均将陶瓷刹车片的配方视为商业机密，现有摩擦材料组合物及刹车片性能不稳定，在高温与高压环境下，其摩擦系数易衰退、摩擦表面有裂纹、噪音较大等技术问题。
本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各种材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。首先通过矿物纤维和玻璃纤维材料的合理复合，完善摩擦材料的纤维网络，具有协同补强的效果；其次严格控制微球与纤维的比值，使其在具有较高的摩擦系数同时具有较低的磨损；最后本发明通过控制鳞片状石墨和颗粒状石墨的比例，使得石墨较好的分散在摩擦材料组合物内。本发明不使用任何金属原料，对环境非常友好。
发明内容
本发明提供一种高性能汽车刹车片摩擦材料及其刹车片，解决现有汽车刹车片刹车时噪音较高，摩擦系数易衰退、甚至出现摩擦材料膨胀，摩擦表面有裂纹等技术问题。
本发明针对上述技术问题提出了一种高性能汽车刹车片摩擦材料，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。
制作上述高性能摩擦材料组合物刹车片的方法是：
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；
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、微晶玻璃微球加入混料机，不开飞刀，继续混合7-9min；
步骤三：按重量比最后将玻璃纤维加入混料机混料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℃)，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。再进行梯度热处理，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。
该高性能摩擦材料组合物中各组分的作用及含量说明如下：
丁腈橡胶粉和腰果壳油改性树脂作为摩擦材料的基体粘结剂，由其制得的摩擦材料硬度低、冲击强度高、高温柔顺性、耐磨性较好等特点。腰果壳油改性树脂含量控制在大于等于15％，在改善摩擦系数和降低高温磨损率方面有较为明显的效果；丁腈橡胶粉含量控制在大于等于2％，在提高摩擦材料耐热性能和耐磨性能有突出的效果。
芳纶浆粕和聚丙烯腈浆粕具有较大比表面积，表面呈毛绒状，毛羽丰富具有分散聚合性和韧性好的特点，高度原纤化的聚丙烯腈浆粕具有抓捕各种细微粒子,抑制组分流失的作用。芳纶浆粕和聚丙烯腈浆粕复合,其粒径级配分布合理，可避免在混料过程中相互缠结、起球的现象,具有优异的综合性能和较高的性价比。
增强材料包括玄武岩矿物纤维、玻璃纤维、硫酸钙晶须这三种，其中玄武岩矿物纤维具有高模量和热振稳定性好的特点，玻璃纤维采用高模量玻璃纤维，其弹性模量大于90GPa，玻璃软化点温度大于800℃，其次玻璃纤维表面经过改性处理后可以很好和树脂复合，极大提高其树脂和玻璃纤维之间的结合力。硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能，由于硫酸钙晶须可很好的反射摩擦过程中相当一部分的能量,从而减缓了摩擦材料本身温度的升高，其导热系数比较低, 也减缓了能量的传递速率,降低了摩擦副的升温速率。三者复合使用，很好的完善了摩擦材料的纤维网络，具有协同补强的效果，尤其是控制C3＝矿物纤维/玻璃纤维的范围大于1.5时，既可以有效的降低高温磨损率，保证刹车强度，又能起到很好的减震效果。
填料包括硫化锑、锆英粉、硅钙粉、焦炭粉、硬脂酸锌、碳黑、石墨、磨灰、微晶玻璃微珠。其中增摩材料有硫化锑、锆英粉、硅钙粉、焦炭粉、硬脂酸锌、微晶玻璃微球；减摩材料有石墨和焦炭粉。磨灰和碳黑主要起到染色和降低成本的作用。
增摩材料中硫化锑熔点比较低，能够在高温时产生硫化物摩擦膜，保持材料的摩擦稳定性，提高材料的使用寿命，起到了高温无机粘合剂和润滑摩擦调整剂的作用；锆英粉、硅钙粉、微晶玻璃微球具有较高的莫氏硬度可以提高其摩擦系数，一般的说，锆英粉、硅钙粉颗粒粗糙且刚硬，在与对偶表面进行滑动摩擦时，嵌人对偶表面深，产生的剪切传力大，在摩擦材料中能够起到增加摩擦系数的作用。当颗粒不规则，且硬度比基体高，则有利于提高摩擦材料的摩擦系数。但是在摩擦过程中，较多不规则的颗粒也会使得制品的磨耗也越大，因此在制品中适当添加少量颗粒形状规则且硬度较高的填料，如球状材料等，本发明采用微晶玻璃微球可以较好的提高耐磨性能，但微晶玻璃会降低摩擦系数对制动压力和速度的敏感性，同时降低摩擦温度和磨损率，因此要合理控制其含量，本发明通过控制微晶玻璃微球与纤维的比值可以使得摩擦材料既具有良好的可压制性，同是又具有较低的磨损率。
硬脂酸锌可以增加填料与树脂基体粘合剂之间的结合性能，减少收缩和内应力。
减摩材料包含石墨和焦炭粉，其中石墨又分为鳞片状石墨和颗粒状石墨，鳞片状石墨和焦炭粉功能相近，其摩擦系数较低，是一种很好的减摩材料。颗粒状石墨有人造而成具有规则的形状，多孔且疏松，具有良好的吸附性，减少制动操作时摩擦副共振的形成，还有较好的吸音作用，本发明严格控制颗粒状石墨和鳞片状的石墨的配比，能够较好的使石墨分散在摩擦材料组合物中。
本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各种材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。如矿物纤维和玻璃纤维材料的合理复合，不仅能相互弥补其各自性能的不足，还会完善摩擦材料的纤维网络，具有协同补强的效果。使摩擦材料组合物具有较高的性能；其次严格控制微球与纤维的比值，使其在具有较高的摩擦系数同时具有较低的磨损；最后本发明通过控制鳞片状石墨和颗粒状石墨的比例，使得石墨较好的分散在摩擦材料组合物内。本发明不使用任何金属原料，对环境非常友好。试验表明，本发明抗高温热衰退性能好，使用寿命长，并且耐磨性能良好，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摩擦材料，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，按中国GB/T34007-2017国家标准，对每个实施例A1-A7分别制备50个样品，每个实施例随机抽取2个刹车片进行摩擦性能拖曳试验，取其平均值记录在表2：
各实施例的摩擦系数均在0.39～0.51之间，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 (4)
1.一种高性能汽车刹车片摩擦材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
腰果壳油改性树脂 16%
丁腈橡胶粉 5%
石墨 10.8%
玄武岩矿物纤维 15%
玻璃纤维 11%
硫酸钙晶须 9%
芳纶浆粕 5%
聚丙烯腈浆粕 1%
硫化锑 4%
锆英粉 2%
硅钙粉 5%
焦炭粉 5%
硬脂酸锌 0.2%
碳黑 1%
磨灰 8%
微晶玻璃微珠 2%
其中所述石墨由鳞片状石墨和颗粒状石墨混合组成，鳞片状石墨与颗粒状石墨的重量百分比比值C2为1.6 。
2.一种高性能汽车刹车片摩擦材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
腰果壳油改性树脂 18%
丁腈橡胶粉 3%
石墨 10.6%
玄武岩矿物纤维 13%
玻璃纤维 9%
硫酸钙晶须 11%
芳纶浆粕 5%
聚丙烯腈浆粕 1.2%
硫化锑 4%
锆英粉 2%
硅钙粉 5%
焦炭粉 5%
硬脂酸锌 0.2%
碳黑 2%
磨灰 9%
微晶玻璃微珠 2%
其中所述石墨由鳞片状石墨和颗粒状石墨混合组成，鳞片状石墨与颗粒状石墨的重量百分比比值C2为1.7 。
3.一种高性能汽车刹车片摩擦材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
腰果壳油改性树脂 15%
丁腈橡胶粉 6%
石墨 10%
玄武岩矿物纤维 12%
玻璃纤维 12%
硫酸钙晶须 8%
芳纶浆粕 2.9%
聚丙烯腈浆粕 2%
硫化锑 5%
锆英粉 3%
硅钙粉 6%
焦炭粉 6%
硬脂酸锌 0.1%
碳黑 3%
磨灰 8%
微晶玻璃微珠 1%
其中所述石墨由鳞片状石墨和颗粒状石墨混合组成，鳞片状石墨与颗粒状石墨的重量百分比比值C2为2.0。
4.一种汽车刹车片，其特征在于：所述刹车片由如权利要求1-3中任一项所述的高性能汽车刹车片摩擦材料制成。
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Denomination of invention: A high-performance friction material for automotive brake pads and its brake pads Effective date of registration: 20230719 Granted publication date: 20220909 Pledgee: China Construction Bank Corporation Huangshan High-tech Industrial Development Zone Sub-branch Pledgor: HUANGSHAN FEIYING AUTO PARTS Co.,Ltd. Registration number: Y2023980049031 |