CN113217569B - 刹车片摩擦材料、刹车片摩擦块及其制备方法和刹车片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于刹车片技术领域，尤其涉及刹车片摩擦材料、刹车片摩擦块及其制备方法和刹车片。本发明刹车片摩擦材料中，酚醛树脂作为主要的粘结剂，并通过丁腈橡胶粉辅助粘结，酚醛树脂在刹车片摩擦材料的质量分数为4.0％～7.0％，含量较低，原料中添加有硅酸锆、硫化锑和电解铜粉，硅酸锆、硫化锑和电解铜粉在摩擦界面层由于摩擦作用受热使得在酚醛树脂等发生热分解的情况下发生氧化分解，从而起到高温阶段的粘结作用，并且硅酸锆、硫化锑和电解铜粉可协同作用使得该刹车片摩擦材料无论是低温阶段还是在高温阶段都能保持稳定的摩擦系数，且成本低廉，采用本发明刹车片摩擦材料制备刹车片能在保证刹车片高性能的条件下降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于刹车片技术领域，尤其涉及刹车片摩擦材料、刹车片摩擦块及其制备方法和刹车片。
背景技术
汽车业是推动科学技术发展的龙头产业，也是推动国民经济发展的支柱性产业。刹车片是汽车制动系统中的重要零部件，它是影响汽车刹车性能好坏的关键性因素。由于摩擦块与对偶盘频繁摩擦作用，摩擦材料会逐渐被磨损，耐磨性差的刹车片使用寿命较低，并且长时间会对刹车盘造成损伤。理想的刹车片摩擦材料应具有较好的稳定性、摩擦系数变化小、磨损小，提高制动可靠性，延长刹车片使用寿命的优点。酚醛树脂作为刹车片摩擦材料的主要粘结剂，其成分含量对刹车片摩擦材料的密度和硬度、摩擦性能稳定性以及抗热衰退性能等都有很大的影响。但是，酚醛树脂的价格较高，使得刹车片摩擦材料较为昂贵。
因此，如何在保证刹车片摩擦材料摩擦磨损性能以及不影响刹车的舒适性条件下，制备高性能且成本低廉的刹车片是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了刹车片摩擦材料、刹车片摩擦块及其制备方法和刹车片，该刹车片摩擦材料能够在保证刹车片摩擦材料摩擦磨损性能以及不影响刹车的舒适性条件下，制备高性能且成本低廉的刹车片。
本发明的具体技术方案如下：
刹车片摩擦材料，以质量份计，包括以下原料：酚醛树脂4～8份、丁腈橡胶粉2～4份、芳纶2～4份、短切预氧丝2～4份、碳纤维3～5份、喷胶岩棉4～6份、水合硅酸钙3～5份、轻质氧化镁3～5份、抛光氧化铝1～2份、硅酸锆6～10份、人造石墨9～12份、硫化锑6～8份、白云母1～2份、细摩擦粉2～4份、电解铜粉8～10份、黄铜屑5～7份、立德粉8～10份、煅烧石油焦8～10份、钛酸钾10～12份、白蛭石3～5份和重晶石1～3份。
本发明刹车片摩擦材料中，酚醛树脂作为主要的粘结剂，并通过丁腈橡胶粉辅助粘结，酚醛树脂在刹车片摩擦材料的质量分数为4.0％～7.0％，含量较低，原料中添加有硅酸锆、硫化锑和电解铜粉，硅酸锆、硫化锑和电解铜粉在摩擦界面层由于摩擦作用受热使得在酚醛树脂等发生热分解的情况下发生氧化分解，从而起到高温阶段的粘结作用，并且硅酸锆、硫化锑和电解铜粉可协同作用使得该刹车片摩擦材料无论是低温阶段还是在高温阶段都能保持稳定的摩擦系数，且成本低廉，采用本发明刹车片摩擦材料制备刹车片能在保证刹车片高性能的条件下降低生产成本。通过XD-MSM定速试验机摩擦性能试验测试，采用本发明刹车片摩擦材料制得的刹车片摩擦块的摩擦系数稳定且磨损率适中，噪音水平也很小，采用本发明刹车片摩擦材料制作刹车片能够在降低生产成本的同时满足刹车片的使用性能要求，
需要说明的是，本发明中人造石墨、硫化锑、二硫化钼、云母等在摩擦材料中起到减摩作用，减摩剂的作用是提高摩擦系数的稳定性并减小材料磨损，配合着摩擦粉、氧化锆、氧化铝、硫化锑等适当比例的增摩剂调节摩擦材料的摩擦系数稳定性和耐磨性能等。
优选的，以质量份百分比计，包括以下原料：所述酚醛树脂4.5份、所述丁腈橡胶粉2.0份、所述芳纶2.0份、所述短切预氧丝2.0份、所述碳纤维3.0份、所述喷胶岩棉4.5份、所述水合硅酸钙3.0份、所述轻质氧化镁3.0份、所述抛光氧化铝1.0份、所述硅酸锆8.0份、所述人造石墨10.0份、所述硫化锑7.5份、所述白云母2.0份、所述细摩擦粉2.0份、所述电解铜粉8.0份、所述黄铜屑5.0份、所述立德粉8.0份、所述煅烧石油焦8.0份、所述钛酸钾12.0份、所述白蛭石3.5份和所述重晶石1.0份。
优选的，以质量份计，所述酚醛树脂选自4份、4.5份、5份或6份。本发明还提供了刹车片摩擦块，所述刹车片摩擦块由上述技术方案所述刹车片摩擦材料制得。
本发明还提供了上述技术方案所述刹车片摩擦块的制备方法，包括以下步骤：
a)将所述芳纶、所述短切预氧丝、所述喷胶岩棉和所述白蛭石混合后粉碎，得到第一产物；
b)在所述第一产物中加入所述酚醛树脂、所述丁腈橡胶粉、所述碳纤维、所述水合硅酸钙、所述轻质氧化镁、所述抛光氧化铝、所述硅酸锆、所述人造石墨、所述硫化锑、所述白云母、所述细摩擦粉、所述电解铜粉、所述黄铜屑、所述立德粉、所述煅烧石油焦、所述钛酸钾和所述重晶石，搅拌混合均匀，得到第二产物；
c)将所述第二产物25～30℃下放置12～24h后，进行热压成型，得到刹车片摩擦块。
优选的，步骤c)所述热压成型的温度为140～160℃；
所述热压成型的时间为200～300s；
所述热压成型的压强为5.1～9.1MPa。
优选的，步骤c)所述热压成型之后，所述得到刹车片摩擦块之前，还包括：
在160℃～180℃下保温1.5～3h，更优选为在160℃～180℃下保温2h。
优选的，步骤a)所述第一产物的粒径为20～40目；
优选的，步骤b)所述白云母的粒径为20～80目。
所述细摩擦粉的粒径为20～60目；
所述重晶石的粒径为20目以下。
本发明中，步骤a)具体为将芳纶、短切预氧丝、喷胶岩棉和白蛭石置于犁耙式混料机中混合，开启铰刀搅拌粉碎5min，得到第一产物；步骤b)具体为在第一产物中加入酚醛树脂、丁腈橡胶粉、碳纤维、水合硅酸钙、轻质氧化镁、抛光氧化铝、硅酸锆、人造石墨、硫化锑、白云母、细摩擦粉、电解铜粉、黄铜屑、立德粉、煅烧石油焦、钛酸钾和重晶石，同时开启铰刀和犁刀一起搅拌15min，得到第二产物；步骤c)具体为将第二产物摊开均匀，在30℃的恒温室中放置24h后，进行热压成型，得到刹车片摩擦块，
需要说明的是，通过将第二产物均匀摊开，在30℃的恒温室中放置24h后可以除去混好的原料中的水蒸气，充分干燥，以利于后续进行热压成型，防止摩擦块出现分层、减小孔隙率。
本发明还提供了刹车片，包括钢背、粘接隔热层和上述技术方案所述刹车片摩擦块，钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块依次粘接。
更具体的，刹车片为汽车盘式刹车片，该刹车片优选应用作为东风雪铁龙爱丽舍刹车片前片。
本发明刹车片稳定性能好，使用寿命长。
综上所述，本发明提供了一种刹车片摩擦材料，以质量份计，包括以下原料：酚醛树脂4～8份、丁腈橡胶粉2～4份、芳纶2～4份、短切预氧丝2～4份、碳纤维3～5份、喷胶岩棉4～6份、水合硅酸钙3～5份、轻质氧化镁3～5份、抛光氧化铝1～2份、硅酸锆6～10份、人造石墨9～12份、硫化锑6～8份、白云母1～2份、细摩擦粉2～4份、电解铜粉8～10份、黄铜屑5～7份、立德粉8～10份、煅烧石油焦8～10份、钛酸钾10～12份、白蛭石3～5份和重晶石1～3份。本发明刹车片摩擦材料中，酚醛树脂作为主要的粘结剂，并通过丁腈橡胶粉辅助粘结，酚醛树脂在刹车片摩擦材料的质量分数为4.0％～7.0％，含量较低，原料中添加有硅酸锆、硫化锑和电解铜粉，硅酸锆、硫化锑和电解铜粉在摩擦界面层由于摩擦作用受热使得在酚醛树脂等发生热分解的情况下发生氧化分解，从而起到高温阶段的粘结作用，并且硅酸锆、硫化锑和电解铜粉可协同作用使得该刹车片摩擦材料无论是低温阶段还是在高温阶段都能保持稳定的摩擦系数，且成本低廉，采用本发明刹车片摩擦材料制备刹车片能在保证刹车片高性能的条件下降低生产成本。
附图说明
附图1为本实施例制备的刹车片结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了刹车片摩擦材料、刹车片摩擦块及其制备方法和刹车片，该刹车片摩擦材料能够在保证刹车片摩擦材料摩擦磨损性能以及不影响刹车的舒适性条件下，制备高性能且成本低廉的刹车片。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
具体实施例中，部分原材料的生产商与型号如下：酚醛树脂购自(佛山市劳埃德科技有限公司)，(1252)；丁腈橡胶粉购自(安徽省黄山市)；芳纶购自(常州市邦冠化学有限公司)，(HP300)；短预氧丝购自(常州市丰润特种纤维有限公司)，(长度＜0.5mm，碳含量≥90％)；碳纤维购自(常州市)，(粉碎型)；喷胶岩棉购自(华东)；轻质氧化镁；抛光氧化铝购自(杭州市萧山长城铝业物资邮箱公司)，(1000目以下)；人造石墨购自(湖北聚能石墨)，(7206A)；硫化锑购自(黄石金朝阳粉末材料有限公司)，(325目)；电解铜粉购自(北京有研粉末新材料有限公司)，(纯度≥99.80％)；煅烧石油焦购自(常州华宇)，(60～80目)；钛酸钾购自(宜兴市振奋药用化工有限公司)；白蛭石购自(石家庄龙腾)，(20～80目)等。
实施例1
本实施例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块。
制备NAO型盘式刹车片的步骤包括：根据尺寸要求裁剪相应的钢背，抛丸处理以除去钢材表面的氧化皮、锈蚀和油渍等；接着对其内表面进行涂胶以有利于产生足够的剪切强度；热压成型时添加一层2～3mm的黏结隔热层(在原配方基础上加入另外一定量的酚醛树脂另行配料)；最后在预热好的刹车片等比热压机上进行摩擦块初成品的热压成型加工。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料(以1kg计)包括酚醛树脂40g、丁腈橡胶粉20g、芳纶20g、短预氧丝20g、碳纤维30g、喷胶岩棉45g、水合硅酸钙30g、轻质氧化镁30g、抛光氧化铝10g、硅酸锆80g、人造石墨100g、硫化锑75g、白云母20g、细摩擦粉20g、电解铜粉80g、黄铜屑50g、立德粉80g、煅烧石油焦80g、钛酸钾120g、白蛭石30g和重晶石20g。
刹车片摩擦块的制备方法包括：
(1)将芳纶、短切预氧丝、喷胶岩棉和白蛭石置于犁耙式混料机中混合，开启铰刀搅拌粉碎5min，得到第一产物；
(2)在第一产物中加入酚醛树脂、丁腈橡胶粉、碳纤维、水合硅酸钙、轻质氧化镁、抛光氧化铝、硅酸锆、人造石墨、硫化锑、白云母、细摩擦粉、电解铜粉、黄铜屑、立德粉、煅烧石油焦、钛酸钾和重晶石，同时开启铰刀和犁刀一起搅拌15min，得到第二产物；
(3)将第二产物摊开，在30℃的恒温室中放置24h后，在(具体值)℃、(具体值)Mpa下进行(具体值)h热压成型，再在(具体值)℃下保温2h进行热处理，得到刹车片摩擦块。
实施例2
本实施例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料(以1kg计)与实施例1的区别在于酚醛树脂50g，重晶石10g。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料(以1kg计)与实施例1的区别在于酚醛树脂60g，重晶石0g。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中无硅酸锆。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中无硫化锑。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例3
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中无电解铜粉。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例4
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中部分硅酸锆替换为一定含量的重晶石。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例5
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中部分硫化锑替换为一定含量的重晶石。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
对比例6
本对比例进行NAO型盘式刹车片的制备，NAO型盘式刹车片的份数为3份，NAO型盘式刹车片包括钢背、粘接隔热层和刹车片摩擦块，NAO型盘式刹车片的制备方法如实施例1。
刹车片摩擦块采用的刹车片摩擦材料与实施例1的区别在于原料中部分电解铜粉替换为一定含量的重晶石。刹车片摩擦块的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例根据GB/5763-2008，对实施例1～3NAO型盘式刹车片进行性能测试，实施例1～3NAO型盘式刹车片的测试份数均为3份，测试结果取3份测试的平均值，实验结果请参阅表1至表3。
表1为实施例1NAO型盘式刹车片的性能测试结果，表明实施例1刹车片摩擦性能比较稳定，磨损适宜，密度和硬度适中，且强度也较高；表2为实施例2NAO型盘式刹车片的性能测试结果，表明实施例2刹车片摩擦性能比较稳定，磨损偏小，密度和硬度适中，且强度也较高；表3为实施例3NAO型盘式刹车片的性能测试结果，表明实施例3刹车片摩擦性能比较稳定，磨损偏小，密度和硬度适中，且强度也较高。
表1实施例1NAO型盘式刹车片的性能测试结果
表2实施例2NAO型盘式刹车片的性能测试结果
表3实施例3NAO型盘式刹车片的性能测试结果
实施例5
本实施例对实施例1制备的刹车片进行台架试验，台架试验执行美国汽车工程协会SAE J2522全球制动效能台架试验标准，各阶段测试结果请参阅表4。
结果表明，本发明刹车片摩擦材料的平均摩擦系数为0.404，最小摩擦系数为0.343，其性能结果表现较为理想。由速度/压力特征值μOP6＝0.414和μOP18＝0.396可知，本发明刹车片摩擦材料在实际制动工况中，随着制动速度和管路压力的增加摩擦系始终稳定且变化较小；在高速/压力特性测试中，从V＝120km/h制动到V＝80km/h或者从V＝192km/h减速到170km/h，其摩擦系数平均值为分别为0.417和0.407，表明本发明刹车片速度敏感性和压力敏感性均表现良好，制动效果表现突出；在两次高速特性(a＝0.6g)和一次冷态特性(T＝40℃)测试中，平均摩擦特征值分别为0.385和0.376，本发明刹车片摩擦材料摩擦值稳定表现良好；在高温衰退和恢复测试过程中，一次衰退最小值μF1＝0.343，15次的衰退实验随着初始制动温度的增加，摩擦系数小幅波动；二次衰退最小值μF2＝0.396，同样十五次衰退试验过程中本发明刹车片摩擦材料摩擦系数变化幅度非常小，表明抗衰退性能良好。
综合台架试验数据表明，本发明刹车片摩擦材料在制动工况测试中速度敏感性、温度和压力敏感性以及抗衰退性能优异，制动性能保持平稳，摩擦系数整体处于适中水平。
表4实施例1刹车片进行台架试验的各阶段摩擦系数平均值
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种刹车片摩擦材料，其特征在于，以质量份数计，由以下原料组成：酚醛树脂4.5份、丁腈橡胶粉2.0份、芳纶2.0份、短预氧丝2.0份、碳纤维3.0份、喷胶岩棉4.5份、水合硅酸钙3.0份、轻质氧化镁3.0份、抛光氧化铝1.0份、硅酸锆8.0份、人造石墨10份、硫化锑7.5份、白云母2.0份、细摩擦粉2.0份、电解铜粉8.0份、黄铜屑5.0份、立德粉8.0份、煅烧石油焦8.0份、钛酸钾12份、白蛭石3.5份和重晶石1.0份。
2.一种刹车片摩擦块，其特征在于，所述刹车片摩擦块由权利要求1所述刹车片摩擦材料制得。
3.权利要求2所述刹车片摩擦块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将所述芳纶、所述短预氧丝、所述喷胶岩棉和所述白蛭石混合后粉碎，得到第一产物；
b)在所述第一产物中加入所述酚醛树脂、所述丁腈橡胶粉、所述碳纤维、所述水合硅酸钙、所述轻质氧化镁、所述抛光氧化铝、所述硅酸锆、所述人造石墨、所述硫化锑、所述白云母、所述细摩擦粉、所述电解铜粉、所述黄铜屑、所述立德粉、所述煅烧石油焦、所述钛酸钾和所述重晶石，搅拌混合，得到第二产物；
c)将所述第二产物25～30℃下放置12～24h后，进行热压成型，得到刹车片摩擦块。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤c)所述热压成型的温度为140～160℃；
所述热压成型的时间为200～300s；
所述热压成型的压强为5.1～9.1MPa。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤c)所述热压成型之后，所述得到刹车片摩擦块之前，还包括：
在160℃～180℃下保温1.5～3h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a)所述第一产物的粒径为20～40目。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤b)所述白云母的粒径为20～80目；
所述细摩擦粉的粒径为20～60目；
所述重晶石的粒径为20目以下。
8.一种刹车片，其特征在于，包括钢背、粘接隔热层和权利要求2所述刹车片摩擦块。
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