CN117125995A - 一种软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于刹车片领域，尤其涉及一种软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法。以质量百分数计，本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片的原料组分包括：聚碳硅烷10～30wt％，聚二甲基硅氧烷10～30wt％，聚环硅氧烷10～30wt％，聚甲基硅烷5～20wt％，石墨粉10～30wt％，碳化硅粉10～30wt％，碳纤维20～45wt％。本发明通过对刹车片的原料组成进行优化设计，获得了具有良好耐磨性、耐高温性和制动性能的软碳纤维陶瓷刹车片；且本发明所使用的原料价格相对低廉，经济性较好。
Description
技术领域
本发明属于刹车片领域，尤其涉及一种软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法。
背景技术
刹车片是制动系统中关键部件，其与刹车盘(或刹车鼓)相互摩擦形成了摩擦对偶，产生制动力矩，并将汽车的动能转化成热能。刹车片的综合性能会直接关系到制动系统的可靠性和稳定性。由于我国汽车工业的飞速发展和对环境保护越来越重视，对制动摩擦材料的要求越来越苛刻。例如稳定的摩擦系数、优异的导热性、较低的热衰退性、一定的高温机械强度、优良的耐磨性，对对偶件磨损较小，无噪声，对环境无污染等。
目前，按制造材料不同，刹车片一般可分为石棉刹车片、半金属刹车片和碳陶刹车片。其中，石棉型刹车片的摩擦材料主要是以石棉纤维为主，然而石棉是对人体有害物质，而且制动效果差。半金属型刹车片的摩擦材料是以粗糙钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物，在使用时需要更高的制动压力，且产生的噪音较大；同时由于金属基材不能很好地满足高温、高速、高负荷的制动工况需求，导致刹车盘片的制动性能和寿命均有限制。碳陶刹车片的摩擦材料是碳纤维增强碳化硅基复合材料，具有密度低、耐高温等优点，但传统碳陶刹车片质地硬，对刹车盘磨损影响很大，制动性能和寿命不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法，本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片具有良好的耐磨性、耐高温性和制动性能，经济实用。
本发明提供了一种软碳纤维陶瓷刹车片，以质量百分数计，其原料组分包括：
优选的，所述聚碳硅烷的数均分子量为1000～2000。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷的数均分子量为500～100000。
优选的，所述聚环硅氧烷的数均分子量为500～100000。
优选的，所述聚甲基硅烷的数均分子量为1000～100000。
优选的，所述石墨粉的粒径为6～13μm。
优选的，所述碳化硅粉的粒径为7～14μm。
优选的，所述碳纤维的直径为5～8μm；所述碳纤维的长度为7～10mm。
本发明提供了一种上述技术方案所述的软碳纤维陶瓷刹车片的制备方法，包括以下步骤：
将聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉、碳化硅粉和碳纤维进行混合，得到混合料；
将所述混合料热压成型，之后再进行热处理，得到软碳纤维陶瓷刹车片。
优选的，所述热压成型的温度为120～150℃；所述热压成型的压力为10～30MPa。
优选的，所述热处理的温度为1800～2400℃。
优选的，还包括：对所述热处理得到的软碳纤维陶瓷刹车片进行后处理，所述后处理的方式包括表面处理和/或整修。
与现有技术相比，本发明提供了一种软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法。以质量百分数计，本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片的原料组分包括：聚碳硅烷10～30wt％，聚二甲基硅氧烷10～30wt％，聚环硅氧烷10～30wt％，聚甲基硅烷5～20wt％，石墨粉10～30wt％，碳化硅粉10～30wt％，碳纤维20～45wt％。本发明通过对刹车片的原料组成进行优化设计，获得了具有良好耐磨性、耐高温性和制动性能的软碳纤维陶瓷刹车片；且本发明所使用的原料价格相对低廉，经济性较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的软碳纤维陶瓷刹车片的结构示意图。
具体实施方式
下面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。
本发明提供了一种软碳纤维陶瓷刹车片，由原料热压成型制成，以质量百分数计，所述原料的组分包括：
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述聚碳硅烷的数均分子量优选为1000～2000，具体可为1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900或2000；所述聚碳硅烷在原料中的含量具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述聚二甲基硅氧烷的数均分子量优选为500～100000，具体可为500、1000、2000、5000、6000、7000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000或100000；所述聚二甲基硅氧烷在原料中的含量具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述聚环硅氧烷的数均分子量优选为500～100000，具体可为500、1000、2000、5000、7000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000或100000；所述聚环硅氧烷在原料中的含量具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述聚甲基硅烷的数均分子量优选为1000～100000，具体可为1000、2000、5000、7000、10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000或100000；所述聚甲基硅烷在原料中的含量具体可为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述石墨粉的粒径优选为6～13μm，具体可为6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、10.5μm、11μm、11.5μm、12μm、12.5μm或13μm；所述石墨粉在原料中的含量具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述碳化硅粉的粒径优选为7～14μm，具体可为7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、10.5μm、11μm、11.5μm、12μm、12.5μm、13μm、13.5μm或14μm；所述碳化硅粉在原料中的含量具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％。
在本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片中，所述碳纤维的直径优选为5～8μm，具体可为5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm或8μm；所述碳纤维的长度优选为7～10mm，具体可为7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm；所述碳纤维在原料中的含量具体可为20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％或45wt％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的软碳纤维陶瓷刹车片的制备方法，包括以下步骤：
将聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉和碳化硅粉和碳纤维进行混合，得到混合料；
将所述混合料热压成型，之后再进行热处理，得到软碳纤维陶瓷刹车片。
在本发明提供的制备方法中，所述聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉、碳化硅粉和碳纤维的相关产品信息和用量配比在前文中已经介绍，在此不再赘述。
在本发明提供的制备方法中，所述混合料优选先填充到刹车片模具中，然后随模具进行热压成型；所述热压成型的温度优选为120～150℃，具体可为120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃或150℃；所述热压成型的压力优选为10～30MPa，具体可为10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa、20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa或30MPa；所述热压成型的时间优选为6～9min，具体可为6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min或9min。
在本发明提供的制备方法中，所述热处理的目的是进一步提高刹车片的稳定性和性能；所述热处理的温度优选为1800～2400℃，具体可为1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃、2050℃、2100℃、2150℃、2200℃、2250℃、2300℃、2350℃或2400℃；所述热处理的时间优选为5～15h，具体可为5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h或15h。
在本发明提供的制备方法中，优选还包括对所述热处理得到的软碳纤维陶瓷刹车片进行后处理；其中，所述后处理的方式优选包括表面处理和/或整修，更优选为依次进行表面处理和整修。
在本发明提供的制备方法中，所述表面处理的目的是为了获得光滑、平整的刹车片表面，具体处理方式包括但不限于磨削、抛光等。
本发明提供的软碳纤维陶瓷刹车片及其制备方法至少具有如下优点：
1)通过对刹车片的原料组成进行优化设计，获得了具有良好耐磨性、耐高温性和制动性能的软碳纤维陶瓷刹车片；
2)刹车片制备过程中优选经过120～150℃的热压处理过程，可以提升刹车片在高温条件下的制动稳定性。
3)所使用的原料价格相对低廉，制备工艺相对经济，能产生较好的经济效益。
为更清楚起见，下面通过以下实施例和对比例进行详细说明。
实施例1
制备如图1所示结构的软碳纤维陶瓷刹车片，具体制备过程如下：
1)原料准备：准备聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉、碳化硅粉和碳纤维；其中，聚碳硅烷的数均分子量为1500，占原料总质量的16％；聚二甲基硅氧烷的数均分子量为6000，占原料总质量的12％；聚环硅氧烷的数均分子量为10000，占原料总质量的12％；聚甲基硅烷的数均分子量为20000，占原料总质量的8％；石墨粉的粒径为6μm，占原料总质量的12％；碳化硅粉的粒径为8μm，占原料总质量的10％；碳纤维的直径为6μm、长度为7mm，占原料总质量的30％。
2)混合：将上述聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉、碳化硅粉和碳纤维按照质量占比放入混合设备中，充分搅拌混合均匀，得到混合料。
3)模具制备：准备模具，根据所需刹车片的尺寸和形状，制备出相应的模具。
4)模具填充：将步骤2)得到的混合料均匀填充到模具中，压实。
5)热压成型：将填充好的模具放入热压机中，进行高温和高压的热压成型处理；其中，热压成型的温度为150℃，压力为10MPa，时间为8min。
6)热处理：对经过热压成型的刹车片进行热处理；其中，热处理的温度为2400℃，时间为10h。
7)表面处理：对热处理后的刹车片进行表面处理(如磨削、抛光等)，使其表面摩擦系数为0.39。
对实施例1制备的碳陶刹车片试样进行理化性能分析，其中，根据标准GB/T22310-2008做剪切试验，GB/T5766-2007做硬度试验，JC/T685-2009做密度试验，GB/T11834-2000做磨损率实验；分析结果为：剪切为4.8～6.3KN/cm2，硬度为50～62HRS，密度为1.89～1.97g/cm3，磨损率为0.13～0.30×10-7cm3/Nm，碳化硅含量为21.33～23.16wt％，减摩材料(石墨、碳纤维)含量为0.74～0.87wt％。
对比例1
参照实施例1制备软碳纤维陶瓷刹车片，其区别仅在于，原料中不添加聚二甲基硅氧烷，其他原料组分等比例扩大至合计为100％。
对对比例1制备的碳陶刹车片试样进行理化性能分析，结果为：剪切为4.2～5.1KN/cm2，硬度为76～80HRS，密度为1.66～1.83g/cm3，磨损率为0.17～0.32×10-7cm3/Nm，碳化硅含量为18.67～20.27wt％，减摩材料含量为0.46～0.62wt％。
对比例2
参照实施例1制备软碳纤维陶瓷刹车片，其区别仅在于，原料中不添加聚环硅氧烷，其他原料组分等比例扩大至合计为100％。
对对比例2制备的碳陶刹车片试样进行理化性能分析，结果为：剪切为4.2～6.0KN/cm2，硬度为61～69HRS，密度为1.81～1.90g/cm3，磨损率为0.13～0.30×10-7cm3/Nm，碳化硅含量为16.66～17.37wt％，减摩材料含量为0.51～0.66wt％。
对比例3
参照实施例1制备软碳纤维陶瓷刹车片，其区别仅在于，原料中不添加聚甲基硅烷，其他原料组分等比例扩大至合计为100％。
对对比例3制备的碳陶刹车片试样进行理化性能分析，结果为：剪切为5.5～6.9KN/cm2，硬度为65～71HRS，密度为1.59～1.80g/cm3，磨损率为0.21～0.38×10-7cm3/Nm，碳化硅含量为17.44～19.21wt％，减摩材料含量为0.53～0.67wt％。
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 (10)
1.一种软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，以质量百分数计，其原料组分包括：
2.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述聚碳硅烷的数均分子量为1000～2000。
3.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的数均分子量为500～100000。
4.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述聚环硅氧烷的数均分子量为500～100000。
5.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述聚甲基硅烷的数均分子量为1000～100000。
6.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述石墨粉的粒径为6～13μm；所述碳化硅粉的粒径为7～14μm。
7.根据权利要求1所述的软碳纤维陶瓷刹车片，其特征在于，所述碳纤维的直径为5～8μm；所述碳纤维的长度为7～10mm。
8.一种权利要求1～7任一项所述的软碳纤维陶瓷刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚碳硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚环硅氧烷、聚甲基硅烷、石墨粉、碳化硅粉和碳纤维进行混合，得到混合料；
将所述混合料热压成型，之后再进行热处理，得到软碳纤维陶瓷刹车片。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热压成型的温度为120～150℃；所述热压成型的压力为10～30MPa；所述热处理的温度为1800～2400℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述热处理得到的软碳纤维陶瓷刹车片进行后处理，所述后处理的方式包括表面处理和/或整修。
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