CN114278691B - 利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，步骤为备料‑混料‑压制‑热处理‑喷漆固化，摩擦材料有：粘结材料、非铜填料、非铜纤维增强材料、酸碱调节材料、非铜金属纤维或非铜金属粉末，非铜金属纤维或非铜金属粉末为钛、铝、铁、锡和镍中的一种或多种组合，且铁占2～3％，非铜纤维增强材料中有6～10％螺旋微碳纤维。压制为在160℃温度和16Mpa的压力下循环5次加压与排气。本发明在摩擦材料配方中严控铁含量并加入适量的螺旋微碳纤维，降低制品弹性模量和硬度，提高了制品的冲击韧性，能够保持摩擦材料稳定的摩擦系数，制动过程柔和，不易出现热聚集，具有优异的抗热衰减性能和耐磨性能以及摩擦对偶损伤小的特点。
Description
本申请是发明创造名称为《无石棉有机摩擦材料及制品》的发明专利申请的分案申请，原申请的申请号201910596314.5、申请日为2019-07-03。
技术领域
本发明涉及摩擦材料技术领域，特别是涉及一种利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法。
背景技术
摩擦材料是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。它主要包括制动器衬片（刹车片）和离合器面片（离合器片）。刹车片用于制动，离合器片用于传动。
由于目前的汽车用户对噪音、抖动等涉及汽车舒适性方面的要求日趋提高，日本率先开发了无石棉有机摩擦材料，即NAO，此材料保留了低金属中的铜含量，彻底放弃了铁材料的添加，通过添加碳酸钾和芳纶等材料，稳定摩擦系数，同时也放弃添加研磨剂，将制动噪音降低到非常优异的水平，也正是如此，摩擦系数和热衰退性能也相应降低了一个级别，因此，无石棉有机材料NAO是牺牲性能下向舒适性妥协的产物。
此外，铜在刹车片中作为摩擦材料，可实现车辆的有效制动，但是，每次刹车之后，都会有少量含铜材料沉积在道路上，最终流入水道，对河流及海洋生物构成威胁，美国等国家已经率先开始考虑禁止铜在摩擦材料中的使用。因此开发无铜成分的摩擦材料成为摩擦材料行业的一种新需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，制得的有机摩擦材料具有摩擦系数稳定、耐磨性佳、抗热衰减且可有效减少或避免对摩擦对偶的攻击的特点。
本发明采用的技术解决方案是：
利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，具体步骤如下：
备料：该摩擦材料由如下重量份数的组分构成：粘结材料8～10份，非铜填料46～53份，非铜纤维增强材料28～30份，酸碱调节材料2～4份，非铜金属纤维或非铜金属粉末6～12份，其中：所述非铜金属纤维或非铜金属粉末为钛、铝、铁、锡和镍中的一种或多种组合，且铁占摩擦材料总量的2％～3％，非铜纤维增强材料中包含占摩擦材料总量6％～10％的螺旋微碳纤维；
混料：利用搅拌机将摩擦材料的各组分混合均匀得到摩擦材料混合物；
压制：将摩擦材料混合物在160℃的温度下和16Mpa的压力下加压5秒，然后排气5秒，循环5次，得到压制成型的产品；
热处理：将压制成型的产品进行热处理；
喷漆固化：将热处理后的产品喷涂保护漆，固化即得。
优选地，所述热处理步骤在190℃的温度下热处理2小时。
优选地，所述喷漆固化步骤中固化温度为160℃。
本发明的有益效果：本发明摩擦材料中不含铜，故而制动时产生的磨损粉中没有铜成分，可降低对环境的污染；本发明纤维增强材料选用有机纤维和无机纤维组合并且加入螺旋微碳纤维，借助螺旋微碳纤维的螺旋特殊结构以及多孔填料和粘结材料，能产生良好的界面效应，降低制品弹性模量和硬度，提高了制品的冲击韧性，能够保持摩擦材料稳定的摩擦系数，制动过程柔和，平稳舒适，又不易出现热聚集，具有优异的抗热衰减性能和耐磨性能以及摩擦对偶损伤小的特点。
具体实施方式
本发明提供一种无石棉有机摩擦制品，包括基材、粘结层及由无石棉有机摩擦材料制成的摩擦层，无石棉有机摩擦材料由如下重量份数的组分构成：粘结材料8～10份，非铜填料46～53份，非铜纤维增强材料28～30份，酸碱调节材料2～4份，非铜金属纤维或非铜金属粉末6～12份，其中非铜金属纤维或非铜金属粉末中的铁元素占摩擦材料总量不超过3％，非铜纤维增强材料中包含占摩擦材料总量6％～10％的螺旋微碳纤维。
其中，所述粘结材料为酚醛树脂或改性酚醛树脂，而改性酚醛树脂优选为腰果壳油改性酚醛树脂。腰果壳油的主要成分为含有不饱和长链的酚化物，可部分替代酚醛树脂的原料苯酚，从而在纯酚醛树脂分子结构中引入长链，以改善纯酚醛树脂的硬脆性，可使摩擦材料制品硬度降低、冲击强度提高，制品柔顺性好、耐磨性好，并且与橡胶相容性好。
其中，所述非铜填料由占摩擦材料总量的10％～13％的有机填料和占摩擦材料总量的36％～40％的无机填料组成。有机填料为丁腈橡胶、聚四氟乙烯和腰果壳油摩擦粉中的一种或多种组合，无机填料为云母、石墨、金属硫化物、碳酸钙、沉淀硫酸钡、氧化铝、氧化锆和硅酸锆中的一种或多种组合。有机填料在摩擦材料中可起到降低了制品的硬度和模量，提高了制品的冲击韧性，改善摩擦系数的稳定性，减少制动噪音的作用。
其中，酸碱调节材料为氢氧化钙、石膏粉、石灰、纯碱、消石灰中的一种或多种组合。
其中，所述非铜纤维增强材料由占摩擦材料总量的14％～17％的无机纤维和占摩擦材料总量的11％～16％的有机纤维组成。无机纤维为钛酸钾纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种组合，陶瓷纤维主要采用普通硅酸铝纤维和多晶莫来石纤维，陶瓷纤维具有强度高、抗热冲击性好、耐化学腐蚀等特点，是一种理想的高温材料，并且气孔率高，气孔孔径和比表面积大。所述有机纤维为芳纶纤维、纤维素纤维和螺旋微碳纤维的一种或多种组合，螺旋微碳纤维是一种前言的碳素纤维，呈3D双螺旋结构，螺距和弹簧直径都处于微米级，具有很好的弹性，耐腐蚀、耐高温、抗氧化性好，对复合材料力学增强性好。
对于无石棉有机摩擦材料，提出以下几个具体实施例，并给出了两个对比例，具体分别参见表一。
表一：本发明无石棉有机摩擦材料实施例1-6及对比例1-3具体配方
分别将表1中示出的每个配方，利用搅拌机将用于摩擦材料的各个组份混合10min，获得混合均匀的摩擦材料混合物，随后将摩擦材料混合物在160℃的温度下和16Mpa的压力下加压5秒，然后排气5秒，循环5次，得到压制成型的产品，然后将压制成型的产品在190℃的温度下热处理2小时，最后将热处理后的产品喷涂保护漆，在160℃的温度下固化20min。其中，对比例1的主要区别在于铁含量升高，对比例2的主要区别在于减少螺旋微碳纤维含量，对比例3为市面常规含铜摩擦材料，金属采用黄铜和紫铜。
接着分别按照JASO C406-2000 轿车制动装置的台架试验方法进行第二效能、第三效能、第四效能和低温效能的制动效率测试，并分别按照JASO C427-2009 汽车部件-鼓式刹车片以及盘式刹车片-台架的摩损试验方法进行刹车片和刹车盘的平均磨损量试验，测试结果参见表二。
表二：本发明无石棉有机摩擦材料实施例1-6及对比例1-3测试结果
（注：刹车盘磨损量数据中的“增”表示测试前后刹车盘产生新且厚的摩擦界面）
根据测试结果可知，本发明在摩擦材料配方中严控铁含量并加入适量的螺旋微碳纤维，能够实现有机摩擦材料具有摩擦系数稳定、耐磨性佳、抗热衰减且可有效减少或避免对摩擦对偶的攻击性。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
备料：该摩擦材料由如下重量份数的组分构成：粘结材料8～10份，非铜填料46～53份，非铜纤维增强材料28～30份，酸碱调节材料2～4份，非铜金属纤维或非铜金属粉末6～12份，其中：所述非铜金属纤维或非铜金属粉末为钛、铝、铁、锡和镍中的一种或多种组合，且铁占摩擦材料总量的2％～3％，非铜纤维增强材料中包含占摩擦材料总量6％～10％的螺旋微碳纤维；
混料：利用搅拌机将摩擦材料的各组分混合均匀得到摩擦材料混合物；
压制：将摩擦材料混合物在160℃的温度下和16Mpa的压力下加压5秒，然后排气5秒，循环5次，得到压制成型的产品；
热处理：将压制成型的产品进行热处理；
喷漆固化：将热处理后的产品喷涂保护漆，固化即得。
2.根据权利要求1所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述粘结材料为酚醛树脂或改性酚醛树脂。
3.根据权利要求2所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述非铜填料由占摩擦材料总量的10％～13％的有机填料和占摩擦材料总量的36％～40％的无机填料组成。
5.根据权利要求4所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述有机填料为丁腈橡胶、聚四氟乙烯和腰果壳油摩擦粉中的一种或多种组合。
6.根据权利要求4所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述无机填料为云母、石墨、金属硫化物、碳酸钙、沉淀硫酸钡、氧化铝、氧化锆和硅酸锆中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述热处理步骤在190℃的温度下热处理2小时。
8.根据权利要求1所述的利用螺旋微碳纤维制备有机摩擦材料的方法，其特征在于，所述喷漆固化步骤中固化温度为160℃。
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