CN117187715A - 一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料刹车片技术领域，具体关于一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法；本发明采用填料、陶瓷、增摩剂、金属混合物，进行粉磨，压制成型，高温烧结，来制备金属陶瓷复合材料刹车片；本发明可有效改善刹车片的整体硬度，确保硬度值处于合理变化范围之内，可延长使用寿命；本发明制备的金属陶瓷复合材料刹车片，在高温350℃下，刹车片表层摩擦系摩擦性能稳定，磨损量低，可有效延长刹车片的使用寿命；本发明制备的金属陶瓷复合材料刹车片，具有无污染，减振降噪性能好，造价低廉，制动稳定性好等优点。

Description

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料刹车片技术领域，涉及一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法。

背景技术

刹车片是刹车系统中最为关键的安全控制零部件，直接决定着刹车效果的好坏。刹车片主要有钢板、粘接隔热层、摩擦块共同构成，钢板通过涂装进行防锈处理；隔热层则基于不传热材料所构成，作用是有效隔热；摩擦块则由摩擦材料、黏合剂共同构成，刹车时，被挤压于刹车盘或者刹车鼓上生成摩擦力，以实现车辆减速目的。长期受摩擦力作用，摩擦块逐渐被磨损，通常成本越低，刹车片就越易于磨损，因此就刹车片来讲，如何选择摩擦块材料才是最主要的，其直接决定着刹车片的制动性能。

中国专利CN1887939A：为汽车制动系统技术领域公开了一种环保型复合材料刹车片及其制造工艺。其主要特点是选用纳米改性树脂、复合矿物纤维、有机纤维(GN1)、矿物纤维(NACF)、陶瓷纤维、人造石墨、重晶石、硅藻土、铬铁矿粉、钾长石、锆英石、硫化锑、膨胀蛭石粉、铁黑、铝粉、云母、焦碳粉、丁睛胶粉、轮胎粉、沸石等按比例混合进行热压，热处理制成刹车片。该种刹车片具有无污染，减振降噪性能好，可节约原材料，造价低廉，使用寿命长，制动稳定性好等优点。

中国专利CN1850884A：一种加入碳化钙的低金属刹车片制造工艺，属于汽车刹车片制造工艺技术领域。在刹车过程中，经常会有噪音产生，同时由于刹车时产生的温度变化等因素，使产品的摩擦系数有所波动。该发明的技术方案为：取树脂、摩擦粉、钢棉、氧化铁红、陶瓷纤维、重晶石、丁腈橡胶、紫铜粉、铁粉和二硫化铜，混好后制成300重量份的磨擦材料；然后在其内加入6重量份的碳化钙，放入搅拌装置中使其混合均匀；将混好的摩擦材料按片称料再经热压、烘烤、磨削和喷塑制成加入碳化钙的低金属刹车片。它的优点是：由该工艺制成的汽车刹车片可有效地降低刹车噪音，生成的碳酸钙具有稳定产品的摩擦系数的作用。

中国专利CN114110061A：公开一种耐磨降噪的仿生双层耐磨陶瓷刹车片，包括基体层和位于基体层上方的接触层，接触层开设有间接排列的三角沟槽，三角沟槽中填充耐磨调节材料；所述耐磨调节材料按质量百分比计包括如下原料混合而成：锆英粉8-15％、氧化石墨烯2-3％、铝粉0.5-5％、锡粉12-20％、银粉2-9％、二硫化钼5-8％、硫化锑8-13％、亚麻油改性酚醛树脂10-19％、碳酸钙25-39％。本发明所述仿生双层复合结构陶瓷刹车片，摩擦系数在高温下波动范围小，摩擦性能稳定，制动稳定并且具有较高的舒适性，材料磨损率低极大程度提高刹车片的使用寿命；仿生双层复合结构的摩擦界面层能够实现可控制备，具备优良的润滑性能与耐磨性能。

传统汽车刹车片大多以半金属摩擦材料、石棉材料为主，但是其很容易出现噪声过大、振动太强、磨损量偏高、使用寿命较短等不良现象。以上专利及现有技术制备的刹车片，采用高分子复合材料，此高分子材料基于各组分共同作用，构成特定结构，在吸热性与散热性方面独具优势。但是，存在摩擦系数、制动性能不稳定，制动噪音和污染方面还是不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，可有效改善刹车片的整体硬度，延长使用寿命，同时具备无污染，减振降噪性能好，造价低廉，制动稳定性好的优点。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：按重量份，称取1-4份填料、0.5-4份陶瓷、0.1-1份增摩剂，金属混合物，0.05-0.5份有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合5-10min后，压制5-15min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

根据本发明优选的，所述的填料为蛭石、高岭土、石墨、硫酸钡中的一种或几种。

根据本发明优选的，所述的增摩剂为氧化锌、氧化镁、氧化铝、长石粉、白云石、沸石的一种或几种。

根据本发明优选的，所述的金属混合物为50-70份铜粉、4-8份锡粉、7-12份铁粉、4-8份铅粉。

根据本发明优选的，所述的金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在40-70μm。

根据本发明优选的，所述的陶瓷的粉磨粒径控制在50～110μm。

根据本发明优选的，所述的压制的压力控制在300-600MPa。

根据本发明优选的，所述的烧结炉中先在400-450℃预热10-40min，然后升温至700-850℃烧结20-40min。

根据本发明优选的，所述的有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：按质量份，称取100-160份的碳纤维，2-5份丙烯基硅氧烷，600-700份DMF，30-40℃混合揽拌30-80分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：按质量份，称取12-15份的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，6-10份的硝酸硼，0.8-2.6份氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入100-150份的DMF，30-40℃混合揽拌10-20小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.05-0.3份丙烯酸六氟丁酯，2-5份丙烯酸镧，2-5份三乙胺，60-70℃混合揽拌2-5小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

根据本发明优选的，所述的丙烯基硅氧烷包括：甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(CAS号：21142-29-0)、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷(CAS号：51772-85-1)。

本发明中有机硼修饰的碳纤维反应机理为：

1、碳纤维经丙烯基硅氧烷处理，得到含丙烯基碳纤维；

2、5-氨基-1.2.3-苯三羧酸与硝酸硼制备5-氨基-1.2.3-苯三羧酸-硼的配合物；

3、含丙烯基碳纤维，丙烯酸六氟丁酯，丙烯酸镧，分别与5-氨基-1.2.3-苯三羧酸-硼的配合物进行氨基-丙烯基加成反应，得到有机硼修饰的碳纤维。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明可有效改善刹车片的整体硬度，确保硬度值处于合理变化范围之内，可延长使用寿命；

2、本发明制备的金属陶瓷复合材料刹车片，在高温350℃下，刹车片表层摩擦系摩擦性能稳定，磨损量低，可有效延长刹车片的使用寿命；

3、本发明制备的金属陶瓷复合材料刹车片，具有无污染，减振降噪性能好，造价低廉，制动稳定性好等优点；

4、含丙烯基碳纤维、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸镧分别与5-氨基-1.2.3-苯三羧酸-硼的配合物进行氨基-丙烯基加成反应，得到有机硼修饰的碳纤维。有机硼修饰的碳纤维可以增加材料的热稳定性，使材料在高温下保持稳定，不易分解或变形。增强材料的机械性能，使材料更加耐用和可靠。增加材料的化学稳定性，不易被腐蚀或氧化。具有更好的电导率和导热性，适用于电子设备等领域。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。若未特别指明，以下实例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售常规商品。

实施例1

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：称取1kg填料、0.5kg陶瓷、0.1kg增摩剂，金属混合物，0.05kg有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合5min后，压制5min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

所述的填料为蛭石。

所述的增摩剂为氧化锌。

所述的金属混合物为50kg铜粉、4kg锡粉、7kg铁粉、4kg铅粉。

所述的金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在40μm。

所述的陶瓷的粉磨粒径控制在50μm。

所述的压制的压力控制在300MPa。

所述的烧结炉中先在400℃预热10min，然后升温至700℃烧结20min。

所述的有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：称取100kg的碳纤维，2kg丙烯基硅氧烷，600kgDMF，30℃混合揽拌30分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：称取12kg的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，6kg的硝酸硼，0.8kg氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入100kg的DMF，30℃混合揽拌10小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.05kg丙烯酸六氟丁酯，2kg丙烯酸镧，2kg三乙胺，60℃混合揽拌2小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

所述的丙烯基硅氧烷为甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(CAS号：21142-29-0)。

实施例2

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：称取2kg填料、2kg陶瓷、0.5kg增摩剂，金属混合物，0.2kg有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合8min后，压制8min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

所述的填料为高岭土。

所述的增摩剂为氧化镁。

所述的金属混合物为55kg铜粉、5kg锡粉、9kg铁粉、5kg铅粉。

所述的金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在50μm。

所述的陶瓷的粉磨粒径控制在70μm。

所述的压制的压力控制在400MPa。

所述的烧结炉中先在420℃预热20min，然后升温至750℃烧结25min。

所述的有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：称取120kg的碳纤维，3kg丙烯基硅氧烷，640kgDMF，35℃混合揽拌50分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：称取13kg的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，7kg的硝酸硼，1.2kg氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入110kg的DMF，35℃混合揽拌14小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.1kg丙烯酸六氟丁酯，3kg丙烯酸镧，3kg三乙胺，65℃混合揽拌3小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

所述的丙烯基硅氧烷为甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(CAS号：21142-29-0)。

实施例3

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：称取3kg填料、3kg陶瓷、0.8kg增摩剂，金属混合物，0.4kg有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合9min后，压制13min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

所述的填料为石墨。

所述的增摩剂为氧化铝。

所述的金属混合物为65kg铜粉、7kg锡粉、11kg铁粉、7kg铅粉。

所述的金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在60μm。

所述的陶瓷的粉磨粒径控制在90μm。

所述的压制的压力控制在500MPa。

所述的烧结炉中先在440℃预热30min，然后升温至800℃烧结35min。

所述的有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：称取150kg的碳纤维，4kg丙烯基硅氧烷，680kgDMF，35℃混合揽拌70分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：称取14kg的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，9kg的硝酸硼，2.2kg氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入140kg的DMF，35℃混合揽拌18小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.2kg丙烯酸六氟丁酯，4kg丙烯酸镧，4kg三乙胺，65℃混合揽拌4小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

所述的丙烯基硅氧烷为甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷(CAS号：51772-85-1)。

实施例4

一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：称取4kg填料、4kg陶瓷、1kg增摩剂，金属混合物，0.5kg有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合10min后，压制15min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

所述的填料为硫酸钡。

所述的增摩剂为长石粉。

所述的金属混合物为70kg铜粉、8kg锡粉、12kg铁粉、8kg铅粉。

所述的金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在70μm。

所述的陶瓷的粉磨粒径控制在110μm。

所述的压制的压力控制在600MPa。

所述的烧结炉中先在450℃预热40min，然后升温至850℃烧结40min。

所述的有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：称取160kg的碳纤维，5kg丙烯基硅氧烷，700kgDMF，40℃混合揽拌80分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：称取15kg的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，10kg的硝酸硼，2.6kg氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入150kg的DMF，40℃混合揽拌20小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.3kg丙烯酸六氟丁酯，5kg丙烯酸镧，5kg三乙胺，70℃混合揽拌5小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

所述的丙烯基硅氧烷为甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷(CAS号：51772-85-1)。

对比例1

在金属陶瓷复合材料刹车片的制备过程中不加入有机硼修饰的碳纤维，其他同实施例1。

对比例2

除在有机硼修饰的碳纤维的制备过程中不加入丙烯基硅氧烷，其他同实施例1。

对比例3

除在有机硼修饰的碳纤维的制备过程中不加入5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，其他同实施例1。

上述具体实施方案中制备得到的金属陶瓷复合材料刹车片采用下述具体方案进行测试，测试结果见表1。

1、采用HVS-1000型数显维氏硬度计按照GB/T4340.1-2009测定材料的硬度；

2、以JB3680－84试验法基于MM－1000型摩擦试验机开展试验工作，温度控制在350℃，样本为25mm×25mm×7mm的长方体。以测试不同材料制成的刹车片样本在实际运转时的摩擦系数、磨损量；

3、噪声标准采用GB3096-2008和GB22337-2008两大标准；环境噪声检测测量距离3.5m，距离地面高1.2m，每个样品测试5次，取其平均值；

4、高温试验参照测试国际标准SAEJ2522效能试验标准。

表1金属陶瓷复合材料刹车片测试结果

通过以上实施例与对比例的数据分析，本发明可有效改善刹车片的整体硬度；在高温350℃下，刹车片表层摩擦系摩擦性能稳定，磨损量低，可有效延长刹车片的使用寿命；本发明制备的金属陶瓷复合材料刹车片，具有减振降噪性能好；加入有机硼修饰的碳纤维可以增加材料的热稳定性，使材料在高温下保持稳定，不易分解或变形。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其操作步骤为：

S1：按重量份，称取1-4份填料、0.5-4份陶瓷、0.1-1份增摩剂，金属混合物，0.05-0.5份有机硼修饰的碳纤维，分别进行粉磨；

S2：粉磨后，混合5-10min后，压制5-15min成型；

S3：定型后的刹车片送入烧结炉中烧结，烧结后，取出冷却至室温，得到金属陶瓷复合材料刹车片。

2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述填料为蛭石、高岭土、石墨、硫酸钡中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述的增摩剂为氧化锌、氧化镁、氧化铝、长石粉、白云石、沸石的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述金属混合物为50-70份铜粉、4-8份锡粉、7-12份铁粉、4-8份铅粉。

5.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述金属混合物、填料、增摩剂的粉磨粒径控制在40-70μm。

6.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述陶瓷的粉磨粒径控制在50～110μm。

7.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述压制压力控制在300-600MPa。

8.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述烧结炉中先在400-450℃预热10-40min，然后升温至700-850℃烧结20-40min。

9.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述有机硼修饰的碳纤维的制备方法为：

S1：按质量份，称取100-160份的碳纤维，2-5份丙烯基硅氧烷，600-700份DMF，30-40℃混合揽拌30-80分钟，过滤，烘干，得到含丙烯基碳纤维；

S2：按质量份，称取12-15份的5-氨基-1.2.3-苯三羧酸，6-10份的硝酸硼，0.8-2.6份氢氧化钠，于密闭反应釜中，通入氮气将空气置换，再加入100-150份的DMF，30-40℃混合揽拌10-20小时；

S3：将含丙烯基碳纤维加入到步骤2的反应釜中，再加入0.05-0.3份丙烯酸六氟丁酯，2-5份丙烯酸镧，2-5份三乙胺，60-70℃混合揽拌2-5小时，过滤，烘干，得到有机硼修饰的碳纤维。

10.根据权利要求9所述的一种金属陶瓷复合材料刹车片的制备方法，其特征在于：所述丙烯基硅氧烷包括：甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷。