CN112940447B - 一种电动汽车用刹车片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车用摩擦材料，包括以下原料组分及重量份数：硅改性酚醛树脂8～10份，有机纤维2～6份，矿物纤维5～10份，有机调节剂5～12份，氢氧化钙3～5份，硅灰石5～15份，云母5～15份，氧化铝1～3份，石墨组合物10～30份，重晶石10～30份。采用上述摩擦材料制备的刹车片具有较好的防噪音效果。本发明还提供一种刹车片的制备方法，该方法工艺简单，操作方便，进一步提高刹车片的隔水性能，减小水分对刹车片的影响。
Description
技术领域
本发明涉及汽车刹车装置技术领域，具体涉及一种电动汽车用摩擦材料、刹车片及制备方法。
背景技术
目前，燃油车占据绝大部分的市场份额，刹车片的研发也是配套于燃油车的制动特点，重点关注刹车片的高温系数，以及高温可能导致的高温磨损、MPU等性能。但是随着科学技术的进步，各国的环保意识不断增强，最近几年电动汽车迅猛发展，英国、法国、挪威、德国、印度等多个国家提出禁售燃油车的时间表。我国私家燃油车将在2045年彻底退出市场。可以预见，在未来几年，电动汽车的市占率将迅速提高，针对电动汽车制动特点开发适用于电动汽车的刹车片是必要的。
电动汽车通过电动机提供动力，在制动时电动机可以转换为发电机，将汽车的动能重新转换为电池的内能，称为电动汽车的能量回收。能量回收可以部分取代刹车片的制动效果，刹车片参与制动的次数及强度将大大减少，即仅有少量的动能会转化为刹车片的热能，制动温度将会控制在100℃内。因此，电动汽车的刹车片不存在高温制动的情况，但正是由于高温制动条件的缺失，涉水、洗车、潮湿、雨雪等环境下的水分对刹车片、刹车盘的影响也更加持久。因此，电动汽车刹车片的低温低速噪音、涉水恢复、刹车盘生锈等问题将是急需解决的主要问题。
发明内容
针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种电动汽车用的摩擦材料、刹车片及制备方法，用于解决电动汽车刹车片由于低温低速、涉水以及刹车盘生锈等导致的噪音问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电动汽车用的摩擦材料，包括以下组分及重量份数：
硅改性酚醛树脂 8~10份；
有机纤维 2~6份；
矿物纤维 5~10份；
有机调节剂 5~12份；
氢氧化钙 3~5份；
硅灰石 5~15份；
云母 5~15份；
氧化铝 1~3份；
石墨组合物 10~30份；
重晶石 10~30份。
于本发明的一实施例中，所述有机纤维为芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕的组合物，所述芳纶浆粕和所述聚酰亚胺浆粕的质量比为1：1~1：3。
于本发明的一实施例中，所述有机调节剂为丁基橡胶粉末和聚四氟乙烯粉末的组合物，所述丁基橡胶粉末和所述聚四氟乙烯粉末的质量比为1：1~3：1。
于本发明的一实施例中，所述石墨组合物为不同粒径的天然石墨的组合物，所述天然石墨组合物包括第一石墨和第二石墨，所述第一石墨的粒径为300~800μm，所述第二石墨的粒径为30~80μm，所述第一石墨与所述第二石墨的质量比为1: 2~1：3。
本发明的第二个方面是提供一种电动汽车用刹车片，包括钢背和粘接在所述钢背的摩擦材料，其中，所述的摩擦材料为本发明的电动汽车用摩擦材料。
本发明的第三个方面是提供一种电动汽车用刹车片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比混合均匀并进行部分表面疏水处理得到第一混合料；
S2、将所述硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入混料机中搅拌均匀得到第二混合料；
S3、将所述第一混合料加入所述第二混合料中搅拌均匀得到摩擦材料的混合料；
S4、将所述摩擦材料的混合料倒入热压模具型腔中，放置钢背，热压成型；
S5、对所述热压成型后的产品进行热处理。
于本发明的一实施例中，步骤S1包括：
S11、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比加入到混料机中，利用雾化喷头将二甲基硅油喷洒到高速搅拌的混合物料中；
S12、将上述混合物料转移至热烘箱中，加热固化硅油，即得到部分表面疏水的第一混合料。
于本发明的一实施例中，步骤S1中，所述二甲基硅油的加入量是所述第一混合料总质量的1%~2%，搅拌时间为5~10分钟；所述热烘箱的固化温度为250~300℃，固化时间为0.5~1小时。
于本发明的一实施例中，步骤S4中热压成型的压制温度为145~155℃，压制压力为9~12MPa，热压保温的时间为100~200秒。
于本发明的一实施例中，步骤S5中热处理的温度为200~220℃，热处理的时间为1~3小时。
如上所述，本发明提供一种电动汽车用摩擦材料，采用矿物纤维、芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕组成的有机纤维作为增强材料，显著提高刹车片的抗剪切强度、耐低温磨损能力、提高对偶件除锈能力；采用丁基橡胶和聚四氟乙烯组成的有机调节剂，利用丁基橡胶气密性、耐热、耐老化、吸震特性，提供刹车片在整个使用周期的阻尼，利用聚四氟乙烯超疏水性能，提高刹车片的防水能力；采用云母，天然石墨，硅灰石能够提高对水的遮蔽效果，防止水分渗透，还可提高对偶件的防锈除锈能力；采用高含量的硅改性酚醛树脂，可以有效减少显气孔率，防止外部水份侵入刹车片内部。
本发明提供一种电动汽车用刹车片的制备方法，在混料时采用二甲基硅油对矿物材料部分表面进行疏水改性，使其与树脂及水都不亲和。在热压过程中，改性过的部分矿物表面无法与树脂良好结合，热压结束后，压力消失，配合橡胶组分的回弹，该部分会形成大量微小的内孔，吸收制动振动产生的能量，从而抑制噪音；形成的内孔既具有显气孔吸振降噪的作用，又没有显气孔吸收水汽的缺陷；在使用过程中，刹车片经过摩擦之后，暴露的内孔表面疏水，也会极大降低水分或者水蒸气对刹车片的影响，从而提高隔水性能，防止水分向刹车片内部扩散。
本发明利用原料组分之间的协同作用及加工工艺的合理配置，有效提高刹车片低温下的阻尼，抑制噪音产生；刹车片隔水性能显著提高，有效预防水分带来的系数波动、对偶锈蚀等问题；配方中无铜无锑，有效提高配方环保属性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为本发明中电动汽车用刹车片的制备方法流程图。
图2显示为图1中的步骤S1中的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本发明提供一种电动汽车用摩擦材料，包括以下原料组分及重量份数：硅改性酚醛树脂8~10份，有机纤维2~6份，矿物纤维5~10份，有机调节剂5~12份，氢氧化钙3~5份，硅灰石5~15份，云母5~15份，氧化铝1~3份，石墨组合物10~30份，重晶石10~30份。
在一实施例中，有机纤维为芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕的组合物，而芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕的质量比为1:1~1:3，例如，芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕的质量比为1:1、1:2或者1:3。
在一实施例中，有机调节剂为丁基橡胶粉末和聚四氟乙烯粉末的组合物，优选的，聚四氟乙烯的粉末的重量份数（相较于摩擦材料总重量）不超过3份，丁基橡胶粉末和聚四氟乙烯粉末质量比为1:1~3:1，例如，丁基橡胶粉末和聚四氟乙烯粉末的质量比为1:1，2:1或者3:1。
在一实施例中，石墨组合物为不同粒径的天然石墨的组合物，其中包括第一石墨和第二石墨，第一石墨的粒径为300~800μm，第二石墨的粒径为30~80μm，第一石墨与所述第二石墨的质量比为1: 2~1：3。
在一些实施例中，矿物纤维的长度为100~150μm，直径为5~10μm；氢氧化钙粒径为325目；硅灰石纤维长度为200~300μm，直径为20~30μm，云母粒径为60目，氧化铝粒度为325目，重晶石粒度为325目。
请参阅附图1，本发明提供一种包含上述电动汽车用摩擦材料的刹车片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比混合均匀并进行部分表面疏水处理得到第一混合料；
S2、将所述硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入混料机中搅拌均匀得到第二混合料；
S3、将所述第一混合料加入所述第二混合料中搅拌均匀得到混合料；
S4、将所述混合料倒入热压模具型腔中，放置钢背，热压成型；
S5、对所述热压成型后的产品进行热处理。
请参阅附图2，具体的，步骤S1包括：
S11、将矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照上述配比加入到混料机中，利用雾化喷头将二甲基硅油喷洒到高速搅拌的混合物料中；
S12、将上述混合物料转移至热烘箱中，经加热使硅油固化，即得到部分表面疏水处理的第一混合料。
其中，步骤S11中，二甲基硅油的加入量是第一混合料总质量的1%~2%，搅拌时间为5~10分钟；步骤S12中，用于硅油固化的热烘箱的温度为250~300℃，固化时间0.5~1小时。
具体的，步骤S2中搅拌时间可为2~4分钟。
具体的，步骤S3中搅拌时间可为6~8分钟。
具体的，步骤S4是将步骤S3获得的混合料置于热压模具型腔中，摊平，放置钢背压制成型，其中，压制温度为145~155℃，压制压力为9~12MPa，热压保温时间为100~200秒；热压成型后脱模获得刹车片毛坯。
具体的，步骤S5是将步骤S4获得的刹车片毛坯进行热处理，其中，热处理的温度为200~220℃，热处理的时间为1~3小时。
下面列举一些具体的实施例来说明本发明，以下实施例中所使用的原料均可通过常规的商业渠道得到。
实施例1
电动汽车用摩擦材料包括以下原料组分及重量份数：硅改性酚醛树脂8份，有机纤维4份，矿物纤维10份，有机调节剂9份，氢氧化钙3份，硅灰石15份，云母5份，氧化铝1份，石墨组合物15份，重晶石30份。其中，有机纤维包括芳纶浆粕1份，聚酰亚胺浆粕3份；有机调节剂包括丁基橡胶6份，聚四氟乙烯3份；石墨组合物包括粗天然石墨（第一石墨）5份，细天然石墨（第二石墨）10份。
本实施例中电动汽车用的刹车片的制备方法包括以下步骤：
将矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照上述配比加入到高速混料机中搅拌5分钟，同时在搅拌的过程中向高速混料机中喷洒二甲基硅油得到第一混合料，其中二甲基硅油的喷洒量是第一混合料总质量的1%；将第一混合料转移至热烘箱内进行固化处理，其中固化温度为250℃，固化时间为1小时；
将机硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入高速混料机中搅拌2分钟使其混合均匀得到第二混合料；将第一混合料加入第二混合料中继续搅拌8分钟，使其混合均匀得到摩擦材料的混合料；
将上述摩擦材料的混合料倒入热压模具的型腔中，摊平，放置钢背，压制成型，其中压制温度为145℃，压制压力为12MPa，热压的保温时间为200秒，热压成型后脱模得到刹车片毛坯；
将制得的刹车片毛坯进行热处理，热处理的温度为220℃，热处理的时间为1小时。
实施例2
电动汽车用摩擦材料包括以下原料组分及重量份数：硅改性酚醛树脂10份，有机纤维6份，矿物纤维5份，有机调节剂12份，氢氧化钙4份，硅灰石5份，云母15份，氧化铝3份，石墨组合物30份，重晶石10份。其中，有机纤维包括芳纶浆粕3份，聚酰亚胺浆粕3份；有机调节剂包括丁基橡胶9份，聚四氟乙烯3份；石墨组合物包括粗天然石墨（第一石墨）10份，细天然石墨（第二石墨）20份。
本实施例中电动汽车用的刹车片的制备方法包括：
将矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照上述配比加入到高速混料机中搅拌10分钟，同时在搅拌的过程中向高速混料机中喷洒二甲基硅油得到第一混合料，其中二甲基硅油的喷洒量是第一混合料总质量的2%；将第一混合料转移至热烘箱内进行固化处理，其中固化温度为300℃，固化时间为0.5小时；
将机硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入高速混料机中搅拌4分钟使其混合均匀得到第二混合料；将第一混合料加入第二混合料中继续搅拌6分钟，使其混合均匀得到摩擦材料的混合料；
将上述摩擦材料的混合料倒入热压模具的型腔中，摊平，放置钢背，压制成型，其中压制温度为155℃，压制压力为9MPa，热压的保温时间为100秒，热压成型后脱模得到刹车片毛坯；
将制得的刹车片毛坯进行热处理，热处理的温度为200℃，热处理的时间为3小时。
实施例3
电动汽车用摩擦材料包括以下原料组分及重量份数：硅改性酚醛树脂10份，有机纤维2份，矿物纤维8份，有机调节剂5份，氢氧化钙4份，硅灰石10份，云母10份，氧化铝2份，石墨组合物24份，重晶石25份。其中，有机纤维包括芳纶浆粕1份，聚酰亚胺浆粕1份；有机调节剂包括丁基橡胶3份，聚四氟乙烯2份；石墨组合物包括粗天然石墨（第一石墨）6份，细天然石墨（第二石墨）18份。
本实施例中电动汽车用的刹车片的制备方法包括：
将矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照上述配比加入到高速混料机中搅拌8分钟，同时在搅拌的过程中向高速混料机中喷洒二甲基硅油得到第一混合料，其中二甲基硅油的喷洒量是第一混合料总质量的1.5%；将第一混合料转移至热烘箱内进行固化处理，其中固化温度为230℃，固化时间为45分钟；
将硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入高速混料机中搅拌3分钟使其混合均匀得到第二混合料；将第一混合料加入第二混合料中继续搅拌7分钟，使其混合均匀得到摩擦材料的混合料；
将上述摩擦材料的混合料倒入热压模具的型腔中，摊平，放置钢背，压制成型，其中压制温度为150℃，压制压力为10MPa，热压的保温时间为150秒，热压成型后脱模得到刹车片毛坯；
将制得的刹车片毛坯进行热处理，热处理的温度为210℃，热处理的时间为2小时。
对比例1
对比例1与实施例1中的材料组分相同，制备方法与实施例1中不同点是对比例1中未对矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝的混合料进行表面改性处理。
对实施例1-3及对比例1中制得的刹车片进行性能测试，其中，样块显气孔率的测试参照QC/T583-1999标准执行，内剪切强度的测试参照ISO6311-1980标准执行，粉末真密度指从刹车片钻取的粉末样品的真密度；样块真密度指从刹车片切割的块状样品的真密度。块状样品中存在封闭内孔，测量体积时，内孔的体积会被视为材料的体积，因此测得的样块密度要小于粉末密度。通过样块真密度与粉末真密度的差可以计算出刹车片样块中内孔所占的体积比；US city台架测试是在台架试验机上模拟美国洛杉矶的路况，在第二、四章节加入淋水过程是为了模拟车辆涉水后的制动，进而判断刹车片的疏水、隔水性能。测试结果参见表1。
表1：实施例1-3及对比例1的性能
在以上US City台架实验的第二、四章节增加了淋水环节，每次淋水量为100毫升。
从表1可看出，对比例1中的内孔占比远远小于实施例1-3中的内孔占比，说明本发明在制备过程中，通过对矿物材料表面改性使得刹车片内孔占比显著增加，使噪音性能进一步得到提升。同时，实施例1~3的刹车片的内剪切强度均大于3MPa，满足刹车片的安全性要求的。
综上所述，本发明提供一种电动汽车用摩擦材料及刹车片，可提高刹车片低温下的阻尼，抑制噪音的产生；且刹车片的疏水性能显著提高，可预防水分带来的系数波动、对偶锈蚀等问题。而且本发明的刹车片在制备过程中，对矿物组分进行表面改性，进一步提高刹车片的疏水性，降低水分对刹车片的影响。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (7)
1.一种电动汽车用刹车片，包括钢背和粘接在所述钢背上的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料包括以下原料组分及重量份数：
硅改性酚醛树脂 8~10份；
有机纤维 2~6份；
矿物纤维 5~10份；
有机调节剂 5~12份；
氢氧化钙 3~5份；
硅灰石 5~15份；
云母 5~15份；
氧化铝 1~3份；
石墨组合物 10~30份；
重晶石 10~30份；
所述有机调节剂为丁基橡胶粉末和聚四氟乙烯粉末的组合物，所述丁基橡胶粉末和所述聚四氟乙烯粉末的质量比为1：1~3：1；
其中，所述电动汽车用刹车片的制备方法为：
S1、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比混合均匀并进行部分表面疏水处理得到第一混合料；
S2、将所述硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入混料机中搅拌均匀得到第二混合料；
S3、将所述第一混合料加入所述第二混合料中搅拌均匀得到摩擦材料的混合料；
S4、将所述摩擦材料的混合料倒入热压模具型腔中，放置钢背，热压成型；
S5、对所述热压成型后的产品进行热处理；
步骤S1包括：
S11、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比加入到混料机中，利用雾化喷头将二甲基硅油喷洒到高速搅拌的混合物料中；
S12、将上述混合物料转移至热烘箱中，加热固化硅油，即得到部分表面疏水的第一混合料。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用刹车片，其特征在于，所述有机纤维为芳纶浆粕和聚酰亚胺浆粕的组合物，所述芳纶浆粕和所述聚酰亚胺浆粕的质量比为1：1~1：3。
3. 根据权利要求1所述的电动汽车用刹车片，其特征在于，所述石墨组合物为不同粒径的天然石墨组合物，所述天然石墨组合物包括第一石墨和第二石墨，所述第一石墨的粒径为300~800μm，所述第二石墨的粒径为30~80μm，所述第一石墨与所述第二石墨的质量比为1: 2~1：3。
4.一种权利要求1所述的电动汽车用刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比混合均匀并进行部分表面疏水处理得到第一混合料；
S2、将所述硅改性酚醛树脂、有机纤维、有机调节剂、石墨组合物及氢氧化钙按照配比放入混料机中搅拌均匀得到第二混合料；
S3、将所述第一混合料加入所述第二混合料中搅拌均匀得到摩擦材料的混合料；
S4、将所述摩擦材料的混合料倒入热压模具型腔中，放置钢背，热压成型；
S5、对所述热压成型后的产品进行热处理；
步骤S1包括：
S11、将所述矿物纤维、硅灰石、云母、重晶石及氧化铝按照配比加入到混料机中，利用雾化喷头将二甲基硅油喷洒到高速搅拌的混合物料中；
S12、将上述混合物料转移至热烘箱中，加热固化硅油，即得到部分表面疏水的第一混合料。
5.根据权利要求4所述的电动汽车用刹车片的制备方法，其特征在于，步骤S11中，所述二甲基硅油的加入量是所述第一混合料总质量的1%~2%，搅拌时间为5~10分钟；步骤S12中，所述热烘箱的固化温度为250~300℃，固化时间为0.5~1小时。
6.根据权利要求4所述的电动汽车用刹车片的制备方法，其特征在于，步骤S4中热压成型的压制温度为145~155℃，压制压力为9~12MPa，热压保温的时间为100~200秒。
7.根据权利要求4所述的电动汽车用刹车片的制备方法，其特征在于，步骤S5中热处理的温度为200~220℃，热处理的时间为1~3小时。
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