CN117887204A - 一种摩擦材料、由其制备的刹车片及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种摩擦材料、由其制备的刹车片及其制备方法和应用。该摩擦材料按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂15‑23份、改性碳纤维12‑18份、陶瓷纤维10‑15份、玻璃纤维8‑12份、膨胀蛭石4‑8份、海泡石粉2‑4份、刚玉粉6‑10份、微晶玻璃微球3‑5份、锆石粉4‑6份、焦炭粉1‑3份、颗粒状石墨粉1‑3份、六钛酸钾晶须2‑5份、竹炭粉3‑6份和氧化锌晶须1‑4份。通过对酚醛树脂和碳纤维进行改性，并且复合填料和摩擦性能调节剂使得本申请的摩擦材料具有强度高、韧性好、耐磨性和耐高温性能优良，摩擦系数稳定，热衰退小，吸音效果好等优点，用其制备的刹车片具有耐高温、耐磨、高强度、低噪音、高温摩擦性能稳定等特点。

Description

一种摩擦材料、由其制备的刹车片及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于摩擦材料制动控制技术领域，具体涉及一种摩擦材料、由其制备的刹车片及其制备方法和应用。

背景技术

摩擦材料广泛应用于各种交通工具和工程机械的离合器和刹车片中，使用环境苛刻，如高温、高冲击、与水和油介质接触，其质量的好坏直接影响机械设备的可靠性和操作人员的生命安全。摩擦材料主要由高分子粘结剂、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成。树脂基体作为粘结剂，对摩擦材料的热衰退性能、恢复性能、摩擦性能和力学性能有着直接的影响；增强纤维材料是摩擦材料的基材也是摩擦材料中主要的承力部分，填料作为摩擦性能调节剂的填料很多主要可以归纳为两大类：减摩填料和增摩材料，这些填料不仅仅起到减摩和增摩的作用有时候还可以起到减震，吸收噪音的作用。

公告号为CN 110081107 B的中国专利公开了一种摩擦材料、采用摩擦材料制备的制动片及制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)无铜金属摩擦材料的制备；(2)热压成型：将步骤(1)中的无铜金属摩擦材料置于热压模具型腔中，摊平，放入垫层料，摊平，放置钢背，热压成型后脱模；(3)将脱模后的样品热处理后冷却至室温；(4)将步骤(3)处理后的样品进行后处理，制得制动片；所述无铜金属摩擦材料包括如下原料组分及重量份：粘结剂7～15份，无机纤维5～20份，有机调节剂2～7份，增摩剂5.5～15份，减磨剂7～20份，填料6～20份，防锈处理的钢纤维5～40份，防锈处理的铁粉5～15份；所述粘结剂选自未改性酚醛树脂。该专利通过防锈处理，能够明显提高制动片中摩擦材料的存储、运输周期和抗氧化能力，采用无铜配方，有效改善摩擦材料的耐热性能，提高了摩擦材料材料的环保性。公告号为CN 109707774 B的中国专利公开了一种刹车片用摩擦材料及其制作方法，其配方按质量百分比计包括如下组分：5～8％的树脂、3～5％的摩擦粉、6～10％的矿物纤维、25～30％的钢纤维、4～8％的紫铜纤维、3～7％的芳纶、1～4％的予氧丝、15～20％的六钛酸钾晶须、3～6％的碳化硅、2～7％的铁红、2～7％的硅藻土、4～9％的蛭石、3～10％的硫化铜和3～10％的硫化锰。该专利的刹车片用摩擦材料能够同时实现多种优异性能，兼具高舒适性和高安全性，该专利的刹车片用摩擦材料的制作方法简单，适于推广。但是上述现有技术中的摩擦材料及刹车片存在性能不稳定，在高温与高压环境下，其摩擦系数易衰退、强度低、耐磨性和韧性差、耐热性不足、噪音大等技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种摩擦材料、由其制备的刹车片及其制备方法和应用。本申请通过多酚醛树脂和碳纤维分别进行改性，形成了具有硅氧烷结构、长烷基链、碳碳双键、聚酰亚胺结构的核壳结构酚醛树脂和成功接枝了硫酸钙晶须、碳碳双键、酯基、硅氧烷基、酰肼基等基团的碳纤维，两者之间起协同增效作用，显著提高了摩擦材料的强度、韧性、耐高温性能和耐磨损性；而且改性碳纤维上接枝的硫酸钙晶须与膨胀蛭石、海泡石粉、颗粒状石墨粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉和、焦炭粉协同作用，可以很好的降低刹车片的制动噪声，并且提高摩擦材料的摩擦系数和强度；同时，六钛酸钾晶须、竹炭粉、氧化锌晶须三者复合起协同增效作用，进一步提升摩擦材料的耐高温性能和耐磨性，大大降低刹车片的热衰退性能，解决了现有技术中摩擦材料及刹车片在高温与高压环境下，其摩擦系数易衰退、强度低、耐磨性和韧性差、耐热性不足、噪音大等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摩擦材料，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂15-23份、改性碳纤维12-18份，陶瓷纤维10-15份、玻璃纤维8-12份、膨胀蛭石4-8份、海泡石粉2-4份、刚玉粉6-10份、微晶玻璃微球3-5份、锆石粉4-6份、焦炭粉1-3份、颗粒状石墨粉1-3份、六钛酸钾晶须2-5份、竹炭粉3-6份和氧化锌晶须1-4份。

进一步地，所述改性酚醛树脂的改性方法具体如下：

(1)将4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷在转速为200-500r/min的搅拌条件下加入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮溶液中，待其完全溶解后，向其中加入十二烷基琥珀酸酐和催化剂吡啶，在温度为80-175℃、转速为300-600r/min的连续搅拌条件下进行聚合反应2-5h，得到中间体1溶液；

(2)向步骤(1)所得中间体1中加入乳化剂，得中间体1的乳化液，向所述中间体1的乳化液中加入芳烷基酚、甲醛水溶液和引发剂过氧化二碳酸二异丙酯，在转速为180-350r/min，温度为60-70℃的条件下，进行聚合反应2.5-3h，升温至95-98℃，继续聚合反应1.5-2h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。

进一步地，所述步骤(1)中4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷和十二烷基琥珀酸酐的摩尔比例为(1:2)-(1:2.5)；所述催化剂吡啶用量为十二烷基琥珀酸酐的0.02-0.3倍。

进一步地，所述步骤(2)中的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基酚聚氧乙烯醚的混合物；所述中间体1的乳化液、芳烷基酚、甲醛水溶液与引发剂的摩尔比为(2-4):(3-8):(3-10):1.

为了克服酷醛树脂的脆性大、韧性差、耐高温性能不足的缺陷，本申请对酚醛树脂进行改性。所述改性酚醛树脂以4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷和十二烷基琥珀酸酐在催化剂作用下合成中间体1，然后将中间体1乳化后再与芳烷基酚、甲醛水溶液在引发剂作用下进行聚合反应，形成表面具有核壳结构的改性酚醛树脂。十二烷基琥珀酸酐在催化剂作用下与4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷中的氨基发生聚合反应，得到聚酰亚胺结构，最终合成具有硅氧烷结构、长烷基链、碳碳双键以及聚酰亚胺结构的中间体1，然后中间体1乳化液与芳烷基酚、甲醛水溶液在引发剂作用下发生缩聚反应，中间体1通过聚酰亚胺结构能够与芳烷基酚和甲醛水溶液缩聚反应合成的酚醛树脂进行反应，最后合成了具备有核壳结构的改性酚醛树脂。具有核壳结构的改性酚醛树脂含有中间体1具备的硅氧烷结构、长烷基链、碳碳双键以及聚酰亚胺结构，硅氧烷结构中含有的Si-O-Si键以及聚酰亚胺结构能够有助于提高酚醛树脂的耐高温性能，进而有效防止了热衰退现象的发生，分子结构中含有多个刚性苯环和长链烷基与聚酰亚胺结构协同作用，显著提升了改性酚醛树脂的机械强度和耐高温性能，且核壳结构能够大大提升酚醛树脂的韧性，改善了单纯的酚醛树脂脆性大、韧性差的缺陷；同时改性酚醛树脂作为制备摩擦材料的主要成分之一，进一步提升了摩擦材料的韧性、强度和耐高温性能。

进一步地，所述改性碳纤维的改性方法具体如下：

1)将碳纤维完全浸泡浓硫酸和硝酸的混合溶液中，在110-120℃下搅拌反应2-3h，降温至60-80℃，然后向其加入硫酸钙晶须，搅拌反应4-6h，得混合溶液1，将所述混合溶液1进行离心分离、洗涤、干燥，得接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维；

2)在不停搅拌的条件下，向预热的无水乙醇中加入4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷，混合均匀后，然后再加入步骤1)所得的接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维，超声振荡20-30min，搅拌反应5-8h，得混合溶液2，将所述混合溶液2进行过滤，得固体混合物3，将所述固体混合物3进行洗涤、干燥处理，得改性碳纤维。

进一步地，所述步骤1)中碳纤维和硫酸钙晶须的摩尔比为(5-8):1。

进一步地，所述步骤2)中搅拌的转速为200-520r/min；所述4-甲苯磺酰肼、3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷与接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维的摩尔比为(1-2.5):1:(6-10)。

为了改善由于碳纤维表面光滑，化学惰性强，导致碳纤维表面与树脂基体之间的界面粘附性差、摩擦材料耐高温性能差、强度低的缺陷，本申请对碳纤维进行改性处理。本申请首先通过混合酸溶液对碳纤维进行氧化处理，得到羧基化的碳纤维，然后再向羧基化碳纤维中加入硫酸钙晶须，在酸性催化剂和加热条件下，硫酸钙晶须表面含有大量羟基官能团与羧基化碳纤维中的羧基进行酯化反应，使得碳酸钙晶须接枝到羧基化碳纤维上，然后通过4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷对碳酸钙晶须接枝的羧基化碳纤维进行处理，得改性碳纤维。4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷通过化学反应或物理吸附的方式接枝到碳纤维的表面和孔隙里，在碳纤维表面形成了碳碳双键、酯基、硅氧烷基、酰肼基等基团，碳纤维表面上的碳碳双键与基体改性酚醛树脂表面的碳碳双键和醛基发生碳碳交联，碳纤维表面的酰肼基能与酚醛树脂的醛基发生交联反应，而且酚醛树脂中引入硅烷基团可以与改性碳纤维表面的硅氧烷基团发生化学键结合，形成硅氧烷键，从而提高了碳纤维与酚醛树脂基体之间的相容性和结合强度。同时，硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能，将其接枝到碳纤维上，可以大大提高碳纤维的强度和耐高温性能，进而提升摩擦材料的耐高温性能和强度；而且在碳陶刹车片摩擦过程中，硫酸钙晶须能够很好地反射摩擦过程中产生的部分能量,从而减缓了摩擦材料本身温度的升高，其导热系数比较低，也减缓了能量的传递速率,降低了碳陶刹车片摩擦副的升温速率，进而降低了摩擦材料的高温磨损率，提高其耐高温性能。

进一步地，一种刹车片，所述刹车片由上述摩擦材料制得。

进一步地，一种上述刹车片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为120-150℃条件下反应30-40min，再降温至75-95℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应20-30min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力0.5-1MPa，时间10-20s；所述热压的工作条件为：温度为160-165℃，压力为15-22MPa，总时间300-400s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在155-165℃条件下保温2-4h，再在130-150℃条件下保温1-2.5h，最后在175-190℃条件下保温2-4h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

进一步地，一种摩擦副，包括碳陶制动盘和上述刹车片。

与现有技术相比，本发明具备的积极有益效果在于：

(1)本申请通过4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷和十二烷基琥珀酸酐在催化剂作用下氨基与酸酐发生聚合反应生成了聚酰亚胺结构，最终形成合成具有硅氧烷结构、长烷基链、碳碳双键以及聚酰亚胺结构的中间体1，然后通过中间体1的聚酰亚胺结构与芳烷基酚和甲醛水溶液缩聚反应合成具有核壳结构的改性酚醛树脂，提高了酚醛树脂的耐高温性能，稳定了摩擦材料的摩擦系数，进而有效防止了摩擦材料热衰退现象的发生，分子结构中含有多个刚性苯环、长链烷基与聚酰亚胺结构协同作用，显著提升了改性酚醛树脂的机械强度、耐高温性能和耐腐蚀性，且核壳结构能够大大提升酚醛树脂的韧性，进而提升了摩擦材料的韧性、强度和耐高温性能。通过硫酸钙晶须表面上的大量羟基与羧基化的碳纤维进行反应，将硫酸钙晶须引入到碳纤维表面，大大提高了碳纤维的强度和耐高温性能，然后4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷通过化学反应和物理吸附的方式接枝到已经接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维的表面和孔隙里，在碳纤维表面形成了碳碳双键、酯基、硅氧烷基、酰肼基等基团，碳纤维表面上的碳碳双键能够与改性酚醛树脂表面的碳碳双键和醛基发生碳碳交联，碳纤维表面的酰肼基能与酚醛树脂的醛基发生交联反应，而且酚醛树脂中引入硅烷基团可以与改性碳纤维表面的硅氧烷基团发生化学键结合，形成硅氧烷键,从而提高了碳纤维与酚醛树脂基体之间的相容性和结合强度，改性酚醛树脂与改性碳纤维两者之间协同增效，显著提高了摩擦材料的强度、韧性和耐高温性能。

(2)本申请采用膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉组成摩擦材料的复合填料，膨胀蛭石、海泡石粉和颗粒状石墨粉内部具有丰富的多孔结构，三者复合起协同增效作用，具有良好的吸附性和散热性能，能够有效减少刹车片制动操作时摩擦副共振的形成，具有很好的吸音作用，显著提高刹车片摩擦过程中摩擦材料的散热性能，从而稳定了摩擦材料的摩擦系数，有效防止刹车片摩擦系数的衰退，降低了刹车片摩擦噪音发生概率；而且改性碳纤维上接枝的硫酸钙晶须还能够与膨胀蛭石、海泡石粉、颗粒状石墨粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉和、焦炭粉协同作用，可以很好的降低刹车片的制动噪声，并且提高刹车片的摩擦系数和强度。

(3)本申请采用六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须三者复合物作为摩擦材料的摩擦性能调节剂，竹炭粉能够降低摩擦材料的导热系数，用于摩擦材料的摩擦性能调节剂能够稳定摩擦材料的摩擦系数，降低摩擦材料的热衰退性能，提高摩擦材料的耐高温性能；六钛酸钾晶须和氧化锌晶须能够均匀分散在改性的酚醛树脂中起到骨架的作用，从而增加刹车片的抗冲击性能和耐磨性能，六钛酸钾晶须、竹炭粉、氧化锌晶须三者复合起协同增效作用，进一步提升摩擦材料的耐高温性能和耐磨性，大大降低刹车片的热衰退性能。

(4)本申请的摩擦材料具有强度高、韧性好、耐磨性和耐高温性能优良，摩擦系数稳定，热衰退小，吸音效果好等优点，用其制备的刹车片具有耐高温、耐磨、高强度、低噪音、高温摩擦性能稳定等特点。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商，均为可以通过市购获得的常规产品。

本申请实施例所采用的填料的粒度为60-90目(填料包括：膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉)；摩擦性能调节剂的粒度为60-90目(摩擦性能调节剂包括六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须)。

实施例1

改性酚醛树脂的制备方法具体包括如下步骤：

(1)将4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷在转速为200-500r/min的搅拌条件下加入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮溶液中，待其完全溶解后，向其中加入十二烷基琥珀酸酐和催化剂吡啶，在温度为80-175℃、转速为300-600r/min的连续搅拌条件下进行聚合反应2-5h，得到中间体1溶液；其中，4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷与十二烷基琥珀酸酐的摩尔比例为(1:2)-(1:2.5)，催化剂吡啶用量为十二烷基琥珀酸酐的0.02-0.3倍。

(2)向步骤(1)所得中间体1中加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠和十二烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，得中间体1的乳化液，将所述中间体1的乳化液中加入芳烷基酚、甲醛水溶液和引发剂过氧化二碳酸二异丙酯，在转速为180-350r/min，温度为60-70℃的条件下，进行聚合反应2.5-3h，升温至95-98℃，继续聚合反应1.5-2h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。其中，中间体1的乳化液、芳烷基酚、甲醛水溶液与引发剂的摩尔比为(2-4):(3-8):(3-10):1。

改性碳纤维的制备方法具体包括如下步骤：

1)将碳纤维完全浸泡浓硫酸和硝酸的混合溶液中，在110-120℃下搅拌反应2-3h，降温至60-80℃，然后向其加入硫酸钙晶须，搅拌反应4-6h，得混合溶液1，将所述混合溶液1进行离心分离、洗涤、干燥，得接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维；其中，碳纤维和硫酸钙晶须的摩尔比为(5-8):1。

2)在转速为200-520r/min的不停搅拌的条件下，向预热的无水乙醇中加入4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷，混合均匀后，然后再加入步骤1)所得的接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维，超声振荡20-30min，在转速为200-520r/min搅拌反应5-8h，得混合溶液2，将所述混合溶液2进行过滤，得固体混合物3，将所述固体混合物3进行洗涤、干燥处理，得改性碳纤维。其中，4-甲苯磺酰肼、3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷与接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维的摩尔比为(1-2.5):1:(6-10)。

以下实施例所用的改性酚醛树脂和改性碳纤维均是采用本实施例的方法制备所得。

实施例2

一种摩擦材料，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂15份、改性碳纤维12份，陶瓷纤维12份、玻璃纤维10份、膨胀蛭石4份、海泡石粉3份、刚玉粉6份、微晶玻璃微球4份、锆石粉5份、焦炭粉2份、颗粒状石墨粉2份、六钛酸钾晶须4份、竹炭粉3份和氧化锌晶须3份。

一种采用上述摩擦材料制得的刹车片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料2，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为120℃条件下反应40min，再降温至75℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应30min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力0.5MPa，时间20s；所述热压的工作条件为：温度为160℃，压力为15MPa，总时间400s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在155℃条件下保温4h，在130℃条件下保温2.5h，在175℃条件下保温4h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

实施例3

一种摩擦材料，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂18份、改性碳纤维14份，陶瓷纤维10份、玻璃纤维12份、膨胀蛭石5份、海泡石粉4份、刚玉粉10份、微晶玻璃微球3份、锆石粉4份、焦炭粉1份、颗粒状石墨粉3份、六钛酸钾晶须3份、竹炭粉5份和氧化锌晶须1份。

一种采用上述摩擦材料制得的刹车片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料2，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为130℃条件下反应38min，再降温至80℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应28min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力0.7MPa，时间18s；所述热压的工作条件为：温度为162℃，压力为18MPa，总时间370s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在160℃条件下保温3.5h，在135℃条件下保温2h，在180℃条件下保温3.6h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

实施例4

一种摩擦材料，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂20份、改性碳纤维18份，陶瓷纤维14份、玻璃纤维8份、膨胀蛭石6份、海泡石粉3份、刚玉粉8份、微晶玻璃微球4份、锆石粉6份、焦炭粉3份、颗粒状石墨粉1份、六钛酸钾晶须2份、竹炭粉6份和氧化锌晶须4份。

一种采用上述摩擦材料制得的刹车片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料2，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为140℃条件下反应35min，再降温至90℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应25min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力0.8MPa，时间15s；所述热压的工作条件为：温度为164℃，压力为20MPa，总时间350s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在162℃条件下保温3h，在140℃条件下保温1.6h，在185℃条件下保温3h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

实施例5

一种摩擦材料，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂23份、改性碳纤维16份，陶瓷纤维15份、玻璃纤维15份、膨胀蛭石9份、海泡石粉2份、刚玉粉9份、微晶玻璃微球5份、锆石粉5份、焦炭粉2份、颗粒状石墨粉2份、六钛酸钾晶须5份、竹炭粉4份和氧化锌晶须2份。

一种采用上述摩擦材料制得的刹车片的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料2，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为150℃条件下反应30min，再降温至95℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应20min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力1MPa，时间10s；所述热压的工作条件为：温度为165℃，压力为22MPa，总时间300s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在165℃条件下保温2h，在150℃条件下保温1h，在190℃条件下保温2h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

对比例1

将改性酚醛树脂替换为等量的未改性的酚醛树脂，其他如实施例4完全相同。

对比例2

将改性碳纤维替换为等量的未改性碳纤维，其他如实施例4完全相同。

对比例3

本对比例的填料缺少海泡石粉，并将缺少的海泡石粉替换为等量的膨胀蛭石或颗粒状石墨粉，其他如实施例4完全形同。

对比例4

本对比例的摩擦性能调节剂缺少氧化锌晶须，并将缺少的氧化锌晶须替换为等量的六钛酸钾晶须或竹炭粉，其他如实施例4完全形同。

对实施例2-5和对比例1-4所制备的刹车片进行性能测试试验，具体如表1所示。其中冲击强度按照GB 5765-86标准测试；弯曲强度按照GB/T 9341-2008测试；邵氏硬度按照GB/T5766-1996测试；摩擦系数、磨损率按照GB5763-1998测试；采用AWA6128A型驻波管吸声系数测试仪测吸声系数；采用热导率仪测试热导率；在350℃下热处理600h考察耐热性；热膨胀率按照GB/T 7320-2018测试。

实施例2-5与对比例1-4所制备的刹车片的性能指标

从表1中的数据可以看出，采用本发明实施例2-5中摩擦材料制备的刹车片在强度(冲击强度和弯曲强度)、硬度、耐高温性或耐热性、耐磨性、噪音等方面都要优于对比例1-4。由对比例1、2与实施例4对比可以看出，本申请通过对酚醛树脂进行改性，形成了具有刚性苯环、硅氧烷结构、长烷基链、碳碳双键、聚酰亚胺结构的核壳结构改性酚醛树脂，提高了酚醛树脂的耐高温性能、强度和韧性，从而稳定了摩擦材料的摩擦系数，提高了摩擦材料的强度和耐高温性能，进而有效防止了刹车片热衰退现象的发生；同时通过对碳纤维改性，在碳纤维表面成功接枝了硫酸钙晶须和碳碳双键、酯基、硅氧烷基、酰肼基等基团，提高了碳纤维的强度、耐磨性和耐高温性能，而且碳纤维表面上的碳碳双键能够与改性酚醛树脂表面的碳碳双键和醛基发生碳碳交联，碳纤维表面的酰肼基能与酚醛树脂的醛基发生交联反应，而且酚醛树脂中引入硅烷基团可以与改性碳纤维表面的硅氧烷基团发生化学键结合,形成硅氧烷键，从而提高了碳纤维与酚醛树脂基体之间的相容性和结合强度，改性酚醛树脂与改性碳纤维两者之间协同增效，显著提高了摩擦材料的强度、耐磨性和耐高温性能；由对比例3与实施例4对比可以看出，膨胀蛭石、海泡石粉和颗粒状石墨粉三者复合起协同增效作用，能够有效减少刹车片制动操作时摩擦副共振的形成，具有很好的吸音作用，显著提高刹车片摩擦过程中摩擦材料的散热性能，从而稳定了摩擦材料的摩擦系数，有效防止摩擦系数的衰退，降低了刹车片摩擦噪音发生概率。由对比例2、3与实施例4对比可以看出，改性碳纤维上接枝的硫酸钙晶须与膨胀蛭石、海泡石粉、颗粒状石墨粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉和、焦炭粉复合具有协同增效作用，可以很好的降低刹车片的制动噪声，并且提升刹车片的摩擦系数和强度。由对比例4与实施例4对比可以看出，本申请采用六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须三者复合物作为摩擦材料的摩擦性能调节剂，三者复合起协同增效作用，进一步提升摩擦材料的耐高温性能和耐磨性，大大降低摩擦材料的热衰退性能。综上，本申请的摩擦材料具有强度高、韧性好、耐磨性和耐高温性能优良，摩擦系数稳定，热衰退小，吸音效果好等优点，用其制备的刹车片具有耐高温、耐磨、高强度、低噪音、高温摩擦性能稳定等特点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种摩擦材料，其特征在于，按重量份计包括如下原料：改性酚醛树脂15-23份、改性碳纤维12-18份、陶瓷纤维10-15份、玻璃纤维8-12份、膨胀蛭石4-8份、海泡石粉2-4份、刚玉粉6-10份、微晶玻璃微球3-5份、锆石粉4-6份、焦炭粉1-3份、颗粒状石墨粉1-3份、六钛酸钾晶须2-5份、竹炭粉3-6份和氧化锌晶须1-4份。

2.根据权利要求1所述一种摩擦材料，其特征在于，所述改性酚醛树脂的改性方法具体如下：

(1)将4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷在转速为200-500r/min的搅拌条件下加入有机溶剂N-甲基吡咯烷酮溶液中，待其完全溶解后，向其中加入十二烷基琥珀酸酐和催化剂吡啶，在温度为80-175℃、转速为300-600r/min的连续搅拌条件下进行聚合反应2-5h，得到中间体1溶液；

(2)向步骤(1)所得中间体1溶液中加入乳化剂，得中间体1的乳化液，向所述中间体1的乳化液中加入芳烷基酚、甲醛水溶液和引发剂过氧化二碳酸二异丙酯，在转速为180-350r/min，温度为60-70℃的条件下，进行聚合反应2.5-3h，升温至95-98℃，继续聚合反应1.5-2h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。

3.根据权利要求2所述一种摩擦材料，其特征在于，所述步骤(1)中4,4-二氨基二苯基丙硅氧烷和十二烷基琥珀酸酐的摩尔比例为(1:2)-(1:2.5)；所述催化剂吡啶的用量为十二烷基琥珀酸酐的0.02-0.3倍。

4.根据权利要求2所述一种摩擦材料，其特征在于，所述步骤(2)中的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基酚聚氧乙烯醚的混合物；所述中间体1的乳化液、芳烷基酚、甲醛水溶液与引发剂的摩尔比为(2-4):(3-8):(3-10):1。

5.根据权利要求1所述一种摩擦材料，其特征在于，所述改性碳纤维的改性方法具体如下：

1)将碳纤维完全浸泡浓硫酸和硝酸的混合溶液中，在110-120℃下搅拌反应2-3h，降温至60-80℃，然后向其加入硫酸钙晶须，搅拌反应4-6h，得混合溶液1，将所述混合溶液1进行离心分离、洗涤、干燥，得接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维；

2)在不停搅拌的条件下，向预热的无水乙醇中加入4-甲苯磺酰肼和3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷，混合均匀后，然后再加入步骤1)所得的接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维，超声振荡20-30min，搅拌反应5-8h，得混合溶液2，将所述混合溶液2进行过滤，得固体混合物3，将所述固体混合物3进行洗涤、干燥处理，得改性碳纤维。

6.根据权利要求5所述一种摩擦材料，其特征在于，所述步骤1)中碳纤维和硫酸钙晶须的摩尔比为(5-8):1。

7.根据权利要求5所述一种摩擦材料，其特征在于，所述步骤2)中搅拌的转速为200-520r/min；所述4-甲苯磺酰肼、3-丙烯酰氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷与接枝硫酸钙晶须的氧化碳纤维的摩尔比为(1-2.5):1:(6-10)。

8.一种刹车片，其特征在于，所述刹车片由权利要求1-7任一项所述摩擦材料制得。

9.一种如权利要求8所述刹车片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、将改性酚醛树脂与改性碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维先进行预混合，使其处于均匀分散状态，得预混料1，然后向所述预混料1中加入膨胀蛭石、海泡石粉、刚玉粉、微晶玻璃微球、锆石粉、焦炭粉和颗粒状石墨粉，混合均匀后得预混料2，向所述预混料2中加水至体系含水率为30-40％，最后在温度为120-150℃条件下反应30-40min，再降温至75-95℃，加入六钛酸钾晶须、竹炭粉和氧化锌晶须，混合均匀，保温反应20-30min，得料浆；

步骤S2、将步骤S1中所得的料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型，得热压成型的半成品；所述预压的工作条件为：加载压力0.5-1MPa，时间10-20s；所述热压的工作条件为：温度为160-165℃，压力为15-22MPa，总时间300-400s，压制95s后放气10s且循环3次；

步骤S3、将步骤S2中所得的半成品进行脱模，脱模后先在155-165℃条件下保温2-4h，再在130-150℃条件下保温1-2.5h，最后在175-190℃条件下保温2-4h，得热处理后的成品；

步骤S4、将步骤S3中所得的成品按照技术要求进行表面机械加工，包括内磨、外磨、切槽、粘接、固化，然后进行印标、检验、包装，即得刹车片。

10.一种摩擦副，其特征在于，包括碳陶制动盘和权利要求8所述的刹车片。