CN1563735A - 汽车非石棉高强度刹车摩擦片及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明阐述了一种汽车非石棉高强度刹车摩擦片及其生产方法，它以高分子化合物双改性酚醛树脂为粘结剂，以金属纤维或有机类纤维为增强组分，以填料为摩擦性能调节剂，添加硫酸钡、石墨、氧化铝等配合剂，该产品具有物理化学性能好、机械性能好、耐热性好、使用寿命长、成本低的性能，可以使用在中重型卡车上使用，也可推广到轻型、重型车及其它车型上应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车摩擦材料，特别是一种汽车非石棉高强度刹车摩擦片及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，汽车用户对制动安全性能的要求越来越高，目前市场上常见的汽车刹车片多为石棉制品，工艺简单，成本低廉，制动性能及耐热性能差，强度弱，且石棉被磨损成微粒，悬浮在空中，如被人体吸入，容易造成肺和气管的严重疾病，特别是传统的石棉刹车片在高温下使用时，会出现摩擦系数大幅度降低的“热衰退”现象，磨损剧增，在连续刹车的情况下，刹车片表面工作温度可达500℃以上，石棉材料失去结晶水，从而造成制动失灵。为此，需要高耐温、高耐磨的无石棉摩擦材料以进一步确保汽车制动性能的稳定，保证行车安全。
石棉摩擦材料目前已被许多国家限制使用，国际上已有22个国家签订了拒绝使用石棉的联盟条约。我国在1999年也相应制定了《汽车制动系统结构、性能和试验方法》(GB12676-1999)标准，其中规定：制动器衬片应不含有石棉，在标准实施起48个月后强制执行，也就是在2003年10月1日起执行，我国将从此全面禁止使用石棉摩擦材料，随着我国加入WTO，各项生产技术产品将更多地与国际接轨，与此相应的汽车无石棉摩擦材料的研制也成为各个科研机构以及从事摩擦材料生产的有识之士的广泛重视。
2002年初开始，有关的摩擦材料生产企业都在积极开展无石棉摩擦材料的研制，国内许多摩擦材料生产企业都在积极寻找石棉替代品，并取得了一些进展，如改用有机纤维、金属纤维、硅纤维等。但由于这些纤维应用于汽车刹车片时存在着生产工艺复杂，价格昂贵，易损伤对偶件，噪音大等种种缺点，使它们很难完全取代汽车刹车片中的石棉。在专业生产技术领域中，没有固定的非石棉摩擦材料生产技术配方模式，国内尚无固定的无石棉摩擦材料标准配方，由于生产配方属于商业秘密，是企业的立身之本，使用的材料配方也各不相同，配方技术基本处于专有状态。特别是中重型汽车无石棉摩擦材料，其技术要求强度高，不少企业的实验样品与实际装车要求还有一定差距，仍处在研制过程中。
通过检索，我们查到了以下一些无石棉刹车材料的公开文献：
一、“重型汽车无石棉半金属刹车片的研究”，《青岛建筑工程学院学报》1997年第2期，文中介绍了重型汽车刹车片的原材料由粘合剂改性酚醛树脂、钢纤维、填料构成，在重型汽车上使用后，表面无裂纹、刹车灵敏、可靠、对制动鼓的损伤很轻，寿命可达6万公里以上；
二、“我国无石棉汽车刹车材料的现状与前景”，《汽车科技》1998年第3期，文章分析了我国无石棉材料的发展状况，指出目前以钢纤、矿纤、玻璃纤维、有机纤维、及耐高温聚合物等代替石棉，加入各种添加剂或填料，改善其性能。
三、“STEYR91系列汽车用无石棉半金属刹车片研制”《非金属矿》1997年第2期，文章中介绍的无石棉半金属刹车片原材料是粘合剂、钢纤维和填料组成，粘合剂选用改性酚醛树脂、填料选用固体润滑剂、增摩剂和金属粉、石墨等。
四、“WX型无石棉汽车制动器衬片研究”，(上海711研究所)文章给出了无石棉汽车制动器衬片的材料是：丁苯橡胶、丁腈橡胶、硫磺、乌洛脱品、橡胶配合剂、重晶石粉、氧化铁、陶土等。
五、“无石棉摩擦材料的干法成型研究”，《工业塑料应用》1997年第4期，文中的无石棉刹车材料组成为：GH纤维、铜纤维、酚醛树脂、丁苯橡胶、摩擦性能调节剂(包括碳酸钙、氧化镁、钾长石、石墨等)。
六、中国专利公报公开了一些无石棉摩擦材料的发明专利，其中99100005号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：木浆、超细玻璃棉、坡缕石、白碳黑等；88106269号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：锰铁矿、石墨、辉钼矿、铁、氧化铝、氧化铅等；申请号91104081号专利申请的无石棉刹车摩擦材料组成为：(1)精铁粉，10-20wt％ (2)氧化锌，1-5wt％ (3)水溶性酚醛树脂，11-18wt％ (4)丁睛胶乳，1-7wt％ (5)石墨，1-5wt％(6)钢纤维，1-6wt％ (7)重晶石，1-5wt％ (8)硬质酸钡，1-5wt％ (9)铜纤维，1-5wt％ (10)复合纤维材料，40-60wt％。；97112643号专利的无石棉刹车摩擦材料组成为：毛发和钢纤维，其比例为1∶1-10∶1；93110100号专利的无石棉刹车摩擦材料组成为：长石粉、重晶石、铬矿粉、硬脂酸、碳化硅、陶土、铜纤维、植物纤维、酚醛树脂等。
上述公开文献报道的无石棉刹车摩擦材料也还存在一些不足之处，如有的成本较高，有的在耐高温方面也有所欠缺，有很多目前还没有得到推广和应用。
发明内容
我发明人经过综合我国、美国、日本等国汽车、飞机制动材料的生产工艺及配方，经科学论证、科技查新和反复试验的探索与实践，全面开展科技攻关，研制出了一种物理化学性能好、机械性能好、耐热性好、使用寿命长、成本低的无石棉刹车摩擦材料。
本发明的技术方案如下：
汽车非石棉高强度刹车摩擦片包括以高分子化合物为粘结剂，以无机或有机类纤维为增强组分，以填料为摩擦性能调节剂或配合剂，其成分和重量百分含量如下：
双改性酚醛树脂 8-25％
金属纤维 10-30％
有机纤维 3-10％
矿物纤维 5-15％
硫酸钡 8-18％
石墨 8-18％
氧化铝 1-5％
填料 余量
以上所述的双改性酚醛树脂是先将酚醛树脂加入丁苯橡胶，再加入对苯二甲酰二乙酸二混胺进行辊炼得成双改性酚醛树脂。
以上所述的金属纤维选用钢纤维、铜纤维、镍纤维、锌纤维或它们的一种或两种以上的合金，也可以是两种以上的金属纤维混合物。
以上所述的有机纤维选用涤纶纤维或者芳伦纤维、棉纤维、麻纤维，也可以选用这些纤维的混合物。
以上所述的矿物纤维选用天然矿物纤维如海泡石、重晶石、硅灰石、水镁石和人造矿物纤维、玻璃纤维，也可以选用这些纤维的混合物。
以上所述的硫酸钡、石墨、氧化铝为常用的工业原料，使用前将它们用球磨机磨至过100目筛。
以上所述的填料包括以任意比例混合的橡胶粉、陶土、塑料粉，果壳粉，其中塑料粉可以选用聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，果壳粉可以采用坚果壳、椰子壳、核桃壳、腰果壳、花生壳等磨成粉得到。选择填料要求有一定的摩擦性能，又要有耐高温的性能。
本发明配方的设计方法及因素分析
一、本发明人在设计汽车刹车摩擦片过程中，首先确定配方中各种组份加入量的多少的方法，涉及实验步骤安排，变量选择和变量范围的确定。我们采用计算机辅助设计以及先进仪器分析测试技术和手段，在前人积累的经验基础上，通过建模和分析，使配方逐步做到科学化和计算机化，以便更准确地预测产品的性能，加速新产品的开发，主要考虑以下几方面因素：
1、充分采用统计数学、线性规划、运筹学中最优计算的方法，可合理设计试验，减少测试次数，较快获得理想的试验结果。如正交试验、回归分析法等。
2、材料配方中常含有树脂、橡胶、纤维、增摩剂、减摩剂等，是多因素变量问题。
3、因素之间存在显著的交互作用，如橡胶和树脂之间、增摩剂和减摩剂之间都存在交互作用。
4、因素的水平数并不相等，有多有少，而正交试验是等水平的，因此填正交表。
5、配方、工艺、原材料、设材料、设备、产品结构之间存在相互依存、相互制约关系，工艺因素不可忽视，同一批试验，工艺条件要保持相同。当工艺条件起决定作用时，可作为独立因素列入试验设计中。
6、试验误差由原材料称量、加料程序、各种工艺条件、测试方法和计算累积而成。
二、我们研制的中重型汽车无石棉摩擦材料，主要由有机粘结剂、纤维增强材料和填料三大部分组成。其具体原则技术配方如下：
1、粘结剂
我们选用树脂作为粘结剂。树脂是刹车片的基体，通过树脂的粘合将增强纤维和填料组成整体，在刹车片受压时，主要是树脂承受载荷和起着传递载荷、均衡载荷的作用。所以，树脂本身的性能和含量与刹车片的制动性、热稳定性、磨损及机械强度密切相关。由于高温下树脂的热分解，使摩擦材料出现热衰退现象，同时也造成磨损的增加。树脂含量不宜过多，但过少则起不到基体粘结的作用。其质量要求是：
(1)耐热性好，有较好的热分解温度和较低的热失重。
(2)粉状树脂细度要高，以200目为最宜。有利于混料分散的均匀性，降低配方中树脂用量。
(3)游离酚含量低，以1％-3％为宜。
(4)适宜的固化速度40-60s(150℃)和流动距离(125℃，40-80mm)
国内摩擦行业通常用纯酚醛树脂或用三聚氰胺等改性树脂，但在研制过程中发现上述树脂具有材质脆硬、热膨胀率高等缺陷，因此，双改性酚醛树脂是先将酚醛树脂加入适量的丁苯橡胶，再加入对苯二甲酰二乙酸二混胺进行辊炼得成双改性酚醛树脂。经实验显示有着材质脆硬，表面易产生龟裂、脱落、磨损加快等缺陷；其次，为避免上述缺陷，我们将改性后的酚醛树脂通过辊炼的方法加入质软且有弹性的丁苯橡胶再次改性，即制成双改性酚醛树脂，经多次比较例实验表明，既可达到粘接剂的质量要求，又有利于改善和克服上述缺陷，特别是在耐摩性以及消除热膨胀等方面取得明显的效果。其改性酚醛树脂对比试验结果如下表所示：
2123改性酚醛树脂摩擦性能测试结果
PFC-A型酚醛树脂摩擦性能测试结果
最后初步确定双改性酚醛树脂粘结剂的含量为8-25％。
2、纤维增强材料
纤维增强材料是增强组份，纤维增强材料构成摩擦材料的基材，它赋予摩擦制品足够的机械强度，使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷力以及使用过程中由于制动和传动所产生的冲击力、剪切力、压力、离合器片高速放置的作用力，避免发生破坏和破裂。主要用于提高刹车片的机械强度。因此，为了满足这些强度性能要求，我们需要选用合适的纤维品种，其使用的纤维组分应具备以下几方面特点：
(1)增强效果好；
(2)耐热性好，在摩擦工作温度下，不会发生熔融、碳化与热分解现象；
(3)具有基本的摩擦系数；
(4)硬度不宜过高，以免产生制动噪音和损伤制动盘或鼓；
(5)工艺可操作性好。
为此，我们选择了天然矿物纤维如纤维海泡石、硅灰石、海泡石、水镁石和人造矿物纤维、玻璃纤维及金属纤维、涤纶纤维、芳伦纤维、棉纤维、麻纤维等作为增强材料，通过试验，确定钢纤维和其他纤维的最佳含量。
3、填料
摩擦材料组分中的填料主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成，使用填料的目的，主要有以下几个方面：
(1)调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度；
(2)控制制品热膨胀系数导热性、收缩率、增加产品尺寸的稳定性；
(3)改善制品的制动噪音；
(4)提高制品的制造工艺性能与加工性能；
(5)改善制品外观质量及密度；
(6)降低生产成本。
在我们研制过程中，根据研制产品的性能要求以及各种原材料本身的特性，筛选出了所需的填料，即有三大类，即固体润滑剂、增摩剂和金属粉。固体润滑剂，主要用于提高刹车片的耐磨性和摩擦稳定性；增摩剂，主要用于提高刹车片的摩擦性能和降低产品成本，如重晶石、氧化铝、人造石墨等；减摩材料如石墨、橡胶粉、陶土、塑料粉，果壳粉，这些材料赋予了本发明的良好性能。
以上所述的高强度汽车刹车摩擦片的生产方法如下：
首先进行双改性酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后再加入2-10％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入2-5％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加入10-20％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。通过再按上述重量配比准确称取各种原材料，依次加入犁耙式高速混料机中，混料3-10分直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150-160℃下恒温热处理6-12小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
与现有的刹车摩擦材料相比，本发明的实质性特点和显著的进步是：
(1)采用的酚醛树脂进行双改性后使产品不容易老化、开裂，丁苯橡胶与改性酚醛树脂都属于大分子聚合物，在摩擦材料生产中，将丁苯橡胶与改性酚醛树脂并用时，两者能否很好混溶，即均匀地混合在一起，无疑对摩擦材料制品和性能甚为重要，如果混合不均匀，丁苯橡胶的改性效果将不能很好发挥，为此需要对丁苯橡胶与改性酚醛树脂的混溶问题进行探讨。两种高聚物(丁苯橡胶和改性酚醛树脂)的混合是否能很好达到共混改性的目的，不单是机械混合能全部解决的，共混要解决的问题是使双改性酚醛树脂和丁苯橡胶的粒子能达到均匀的分布，粒子又有一定的大小，而且彼此很好的结合。
(2)耐热性好，在摩擦工作温度下，不会发生熔融、碳化与热分解现象；由于添加了矿物纤维、硫酸钡和氧化铝，使其耐热性大大提高。
(3)增强效果好，具有稳定而高的摩擦系数；由于添加了改性酚醛树脂与有机纤维、矿物纤维等成分，韧性加强。
(4)各种成分配合合理，硬度适宜，不会产生制动噪音和损伤制动盘或鼓；
(5)具有良好的舒适性能，无制动尖叫，无制动振颤。
(6)原材料选择容易获得，质量稳定，成本低。
(7)可以使用在中重型卡车上使用，也可推广到轻型、重型车及其它车型上应用。
(8)工艺可操作性好，如混料的时间缩短，只有3-10分钟，也节省电能。而传统的摩擦材料生产混料的时间原操作规程所需10-30分钟，时间长，将破坏其矿物纤维组织，造成产品质量合格率低，能耗也高。
(9)产品成型加工能实现批量化生产要求。
具体实施方式
实施例1
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后再加入重量2％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入3％六次甲基四胺，接着进行继续热辊，再加入10％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂表面将出现变色时应立即下辊并迅速冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂20公斤，钢纤维20公斤，涤纶纤维5公斤，海泡石纤维10公斤，硫酸钡10公斤，石墨10公斤，氧化铝1公斤，混合的橡胶粉、陶土、核桃壳粉共24公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料5分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150-160℃下恒温热处理6-12小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例2
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量5％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入固化剂2％六次甲基四胺，接着进行继续热辊，再加入15％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂表面将出现变色时应立即下辊并迅速冷却，即可制成双改性酚醛树脂。按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂10公斤，铜纤维20公斤，芳伦纤维10公斤，玻璃纤维15公斤，硫酸钡10公斤，石墨10公斤，氧化铝2公斤，混合的橡胶粉、陶土、腰果壳粉共23公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150-160℃下恒温热处理6-12小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例3
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量8％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入4％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加18％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂15公斤，铜纤维5公斤，钢纤维13公斤，棉纤维10公斤，重晶石纤维15公斤，硫酸钡10公斤，石墨10公斤，氧化铝2公斤，混合的橡胶粉、陶土、椰子壳粉共20公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在155℃下恒温热处理10小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例4
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量10％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入2％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加入12％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂25公斤，镍纤维3公斤，钢纤维7公斤，麻纤维10公斤，硅灰石纤维12公斤，硫酸钡8公斤，石墨15公斤，氧化铝4公斤，混合的橡胶粉、陶土、坚果壳粉共16公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150℃下恒温热处理8小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例5
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量6％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入3％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加入17％的对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂8公斤，铜纤维2公斤，钢纤维8公斤，麻纤维6公斤，棉纤维8公斤，水镁石纤维8公斤，硫酸钡13公斤，石墨16公斤，氧化铝5公斤，混合的橡胶粉、聚氯乙烯、陶土、花生壳粉共19公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150℃下恒温热处理8小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例6
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量10％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入4％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加入15％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂15公斤，钢纤维18公斤，棉纤维4公斤，纤维海泡石10公斤，硫酸钡11公斤，石墨9公斤，氧化铝2公斤，混合的橡胶粉、陶土、聚乙烯、腰果壳粉共29公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150℃下恒温热处理8小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
实施例7
首先进行双改型酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后加入重量8％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入4％固化剂(六次甲基四胺)接着进行继续热辊，再加入19％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂。再按以下重量配比准确称取各种原材料，双改性酚醛树脂15公斤，镍纤维10公斤，钢纤维15公斤棉纤维6公斤，针状硅灰石15公斤，硫酸钡13公斤，石墨9公斤，氧化铝2公斤，混合的橡胶粉、陶土、聚乙烯、核桃壳粉共1 5公斤，依次加入犁耙式高速混料机中，混料8分钟直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米。其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂—加料—闭模加压—排气—保压—脱模—压模清理。压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150℃下恒温热处理8小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
产品的检验：
为了验证本发明产品的各种性能，我们对上述方法做成的产品进行了检验：
检验针对主要的摩擦磨损性能要求而进行设计，同时兼顾在不同的使用场合某些不是主要的性能指标会变成主要的技术要求，如密度、热膨胀、耐油性等。涉及摩擦材料的性能指标有：
1、外观：表面加工精度、色泽的一致性、均匀性，添加剂的析出等。
2、物理性能：耐吸水、透气性、密度、硬度；
3、化学性能：烧失量、丙酮可溶性、热失重性；
4、机械性能：冲击强度、抗拉、抗压强度、弯曲强度、弹性模量；
5、摩擦性能：摩擦系数、摩擦系数允差、磨损率；
6、热性能：热分解性、软化温度、比热容、热传导系数、热膨胀系数；
7、电性能：绝缘性、粉末的导电性；
8、燃烧性：发烟性、有毒气体、可燃性；
9、使用寿命性能：耐疲劳性能、耐候性、对对偶的接合平顺性等；
10、成型性：收缩率、可粘结性、冲(钻)孔性、可加工性、流动性；
11、经济性：原材料成本、投资成本、生产成本、维修成本、质量成本；
12、标准依据：
(1)GB7258-1997《机动车运行安全技术条件》
(2)GB12676-1999《汽车制动系结构、性能和试验方法》
(3)GB5763-1998《汽车用制动器衬片》
首先进行自行检测：
根据GB5763-1998标准，采用150D-II定速式摩擦性能自行检测，其检验步骤为：
1、定速式摩擦试验机性能
(1)摩擦圆盘材质为GB/T9439中灰铸铁牌号HT250，硬度牌号HB195(180-220HB)；圆盘金相组织为珠光体，其表面应用JB/T498中粒度为P240的砂处理。
(2)摩擦力用自动记录仪测定。
(3)摩擦盘表面温度(以下简称盘温)测定，是把焊有热电偶的银片8×8×0.6(mm)，以0.1-0.2N的压力，放在圆盘摩擦部位宽度的中心线上，且从试片中心沿旋转方向50-100mm处。、
(4)摩擦盘温可通过加热和冷却装置在100-350℃内进行调整。
(5)试样宽度尺寸用精度0.02mm游标卡尺测量，厚度尺寸用精度0.01mm的千分尺测量。
2、试验条件
(1)试验温度的允许误差为±10℃。
(2)圆盘转速恒定在400-500r/min；试片中心与旋转轴中心的距离为0.15m。
(3)试片压力分别为0.98Mpa。
(4)摩擦方向与衬片、面片的摩擦方向相同。
3、试片
(1)从同一片制动器衬片上制取2个试片。
(2)试片摩擦面尺寸为25mm×25mm，允许偏差为-0.2-0mm
(3)试片厚度为5-7mm，2个试片的厚度差为0.2mm以下。
4、检验步骤
(1)把制好的两个度片进行编号，以做区分。
(2)把试片装入支承臂内，调节加压杆为水平位置，并确定加载砝码。
(3)试片在100℃以下磨合至接触面达95％以上。在常温下用千分尺测试片四个角与中心处厚度，计5点做好标志并作记录。
(4)在试验试验温度100℃时，按规定条件测定圆盘5000转期间的摩擦力及摩擦后试片的厚度并做记录。
(5)同样方法在各个规定试验温度如150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，进行同样试验操作和记录。
摩擦系数测试结果表
| 试验条件 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 比较例 |
| 摩擦系数 | ||||
| 100℃ | 0.417 | 0.39 | 0.40 | 0.42 |
| 150℃ | 0.46 | 0.43 | 0.44 | 0.43 |
| 200℃ | 0.457 | 0.42 | 0.47 | 0.46 |
| 250℃ | 0.374 | 0.32 | 0.42 | 0.43 |
| 300℃ | 0.313 | 0.34 | 0.31 | 0.38 |
磨损率测试结果表
| 试验条件 | 实例1 | 实例2 | 实例3 | 比较例 |
| 磨损率(10-7CM3/N·M) | ||||
| 100℃ | 0.14 | 0.14 | 0.11 | 0.14 |
| 150℃ | 0.19 | 0.17 | 0.08 | 0.17 |
| 200℃ | 0.24 | 0.17 | 0.11 | 0.25 |
| 250℃ | 0.34 | 0.11 | 0.09 | 0.26 |
| 300℃ | - | - | - | - |
利用丁苯橡胶的柔软性的弹性，降低硬度和模量
纯的酚醛树脂摩擦材料制品，其洛氏硬度约100-110，加入丁苯橡胶后，洛氏硬度随之降低至35-85，见下表：
丁苯橡胶加入量对摩擦制品硬度的影响
| 丁苯橡胶用量(％) | 2 | 3 | 5 | 8 | 10 |
| 布氏硬度(HB) | 40 | 37 | 28 | 14 | 11 |
| 洛氏硬度(HRM) | 85 | 68 | 60 | 45 | 35 |
要提高摩擦材料制品的冲击强度性能，除在材料中使用增强纤维材料组分外，利用丁苯橡胶的高弹性能，也能提高制品的冲击韧性，提高其抗击强度。酚醛树脂—丁苯橡胶构成材料的基体时，由于丁苯橡胶粒子具有弹性，当材料受到冲击力时，材料中由于应力集中产生的银纹发展到丁苯橡胶粒子时就被吸收掉，使裂纹的进一步扩大受到阻碍，从而减缓了材料的破坏程度，在宏观上表现出来是制品抗冲击强度的提高。丁苯橡胶的加入量越高，制品的搞冲击强度相应提高。其关系见下表：
丁苯橡胶的加入量对制品抗冲击强度的影响
| 丁苯橡胶用量(％) | 0 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | |
| 制品冲击强度(dJ/cm2) | 干法工艺 | 3.6 | 3.9 | 4.4 | 4.6 | 5.0 | 7.5 |
研究和使用经验表明，制品的材质硬度与制动噪音之间有着相应的关系。材质硬度高，则易引起制动噪音，橡胶的加入降低了材质硬度，并使制品与摩擦副对偶表面间的贴合面积增加，显然有利于养活制动噪音。例如，以橡胶为主要粘结制成的软质刹车片制品，就性于低噪音或无噪音摩擦材料。但橡胶的耐热性不高，故地制动温度较高的刹车片和载重汽车刹车片，橡胶加用量一般控制在摩擦片配方中的2％-10％。
除此之外，丁苯橡胶的使用还可以达到增摩的效果。例如，丁苯橡胶的常温摩擦系数很高，丁苯橡胶基摩擦材料在常温下的摩擦系数甚至在0.5以上。这是由于丁苯橡胶的柔软性和高弹性很好，使丁苯橡胶基摩擦材料在制动压力下与对偶表面的贴合性增大，摩擦接触表面的真实接触面积远远大于树脂基摩擦材料，导致摩擦力F和摩擦系数μ增大。
实际应用性能测试与分析
为了对本发明产品有一个正确和全面的了解，研制出满意的产品，我们做了较全面的性能测试。
150D-n定速式摩擦性能测试
测试按GB5763-1998标准，试验设备采用150D-H定速式摩擦拭验150D-H定速式摩擦性能测试。
整车道路制动系统制动性能测试
1、我们将这次生产的中试产品发到广西某汽车生产企业，并依据GB7258-1997《机动车运行安全技术条件》和GB12676-1999《汽车制动系结构、性能和试验方法》的标准进行整车道路性能测试。
通过对该非石棉刹车片制动器配装Iz1130MD15M两辆试验车分别进行整车O型和I、H型制动性能试验，测试该非石棉刹车片装车后的冷态摩擦性能及抗热衰退性能。
制动性能测试道路：
O型和I型制动性能试验在广西某旧飞机场地进行，路面为水泥路。
H型制动性能试验在广西某山区路段进行。
制动性能测试载荷种类为沙袋，载荷状态为沙袋均布车厢，装载重量为7000kg
试验结论
通过对该非石棉刹车片制器配装IZ1130MD15M两辆试验车分别进行整车O型和I、H型制动性能试验，结果表明：
(1)配装非石棉刹车片制动器两辆试验车的制动距离、充分发出的平均减速度及最大踏板控制力均符合GB12676-1999《汽车制动系结构、性能和试验方法》中的O型和I、H型制动性能试验的最低标准要求。
(2)配装非石棉刹车片制动器的两辆试验车制动时，车辆任何部位均不超出3.7m跑道。
(3)配装非石棉刹车片制动器的两辆试验车在制动试验过程中没有发生拖刹现象。
(4)试验完毕解体检查，两辆试验车行车制动器配装的非石棉刹车片没有龟裂、烧焦、过度磨损、凸起及制动鼓划伤等现象。
本发明产品于前不久在广西某市汽车运输公司车号为桂N03499、桂B-09049、桂B-08304、桂B-09584、桂B-10029、桂B-07225等中重型汽车用户使用，平均行程约35000公里，使用后，司机反映制动效果好，频繁刹车，轮毂不发热；急刹车不点头，刹车平稳；刹车无啸叫声；刹车片耐磨，韧性好，其摩擦性能良好、稳定、无噪声、无龟裂，各项技术指标优于普通的石棉制动器衬片。
本发明产品通过上述测定结果表明，产品的摩擦系数、磨损率、指定摩擦系数允差三项符合GB5763-1998标准的3类要求。通过对产品的小样试验、装车试验以及用户使用情况分析，本发明刹车片安全性能比石棉刹车的安全性能高，且符合国家产业化政策和可持续发展政策，克服了对环境与人类的污染，提高了劳动效率，具有广阔的应用前景。
Claims (9)
1、一种汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：它以高分子化合物为粘结剂，以无机或有机类纤维为增强组分，以填料为摩擦性能调节剂或配合剂，其成分和重量百分含量如下：
双改性酚醛树脂 8-25％
金属纤维 10-30％
有机纤维 3-10％
矿物纤维 5-15％
硫酸钡 8-18％
石墨 8-18％
氧化铝 1-5％
填料 余量
2、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：双改性酚醛树脂是先将酚醛树脂加入丁苯橡胶和对苯二甲酰二乙酸二混胺进行辊炼得成双改性酚醛树脂。
3、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：金属纤维选用钢纤维或铜纤维、镍纤维、锌纤维或它们的一种或两种以上的合金，也可以是两种以上的金属纤维混合物。
4、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：有机纤维选用涤纶纤维或者芳伦纤维、棉纤维、麻纤维，也可以选用这些纤维的混合物。
5、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：矿物纤维选用天然矿物纤维如海泡石、重晶石、硅灰石、水镁石和人造矿物纤维、玻璃纤维，也可以选用这些纤维的混合物。
6、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：硫酸钡、石墨、氧化铝为常用的工业原料，使用前将它们用球磨机磨至过100目筛。
7、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片，其特征在于：所述的填料包括以任意比例混合的橡胶粉、陶土、塑料粉，果壳粉，其中塑料粉选用聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，果壳粉采用坚果壳、椰子壳、核桃壳、腰果壳、花生壳等磨成粉得到。
8、一种如权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片的生产方法，其特征在于：首先进行双改性酚醛树脂的制作，将酚醛树脂粉碎成颗粒状后再加入2-10％的丁苯橡胶进行热辊炼，同时加入2-5％固化剂，接着进行继续热辊，再加入10-20％对苯二甲酰二乙酸二混胺，混匀后树脂后冷却，即可制成双改性酚醛树脂，再按上述重量配比准确称取各种原材料，依次加入犁耙式高速混料机中，混料3-10分直到混合均匀，实行一步成型法，即热压成型固化工工艺，将采用400吨单层热压机，加热到一定温度的模具中，经过合模加压，使其在压模中成型并固化，投入热压模中进行热压，在温度150-160℃，单位压力为20-25MPa，进行压制，时间为1-2分/毫米，压制后再进行热处理，在热处理过程当中，由室温开始升温，升温速度约每分钟升高1℃-2℃左右，当烘箱内温度达到100℃时，每3-5分钟升高2℃，最后在150-160℃下恒温热处理6-12小时左右，热处理结束后关闭电源，在温度达到50℃以下时取出制品，根据不同的产品形状要求进行磨削加工，钻孔，经检验符合标准后打印产品品名、商标等标记，清理包装，最后用标准进行检测，得到产品。
9、根据权利要求1所述的汽车非石棉高强度刹车摩擦片的生产方法，其特征在于：其压制工序的操作步骤为：涂刷脱模剂→加料→闭模加压→排气→保压→脱模→压模清理。
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