CN102010564A - 碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法 - Google Patents

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程晓君
金玉明
李俊贤
金建伟
刘强
马芳武
李书福
杨健
赵福全
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Abstract

本发明提供了一种碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，属于材料技术领域。它解决了现有的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法制造的碳纤维制动器摩擦衬片存在碳纤维表面与基体间的界面结合力差，各部分材料配比不合理的问题。本碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法包括下述步骤：A、碳纤维预处理；B、配制树脂溶液；C、混合粉状填料；D、成型。本碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法制造的碳纤维摩擦衬片密度低，制动性好，耐环境能力强，制动噪音低，耐磨性好，随着温度升高摩擦系数维持不变甚至会略有升高，具有优秀的制动稳定性。

Description

碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，涉及用于制作制动器摩擦衬片的材料，尤其是涉及一种碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展和人们安全意识的增强，车辆的制动问题逐渐受到人们的重视，而摩擦衬片是制动***中的关键部件。目前用于制动的摩擦衬片主要有三类：石棉基摩擦衬片，半金属基摩擦衬片和金属基烧结摩擦衬片。其中，石棉基摩擦衬片耐高温性能和耐磨性差，使用寿命短，在刹车过程中产生易致癌的石棉粉尘，严重影响人们健康。而金属基烧结摩擦衬片脆性大，摩擦温度高且噪音大。逐渐被半金属基摩擦衬片所取代。碳纤维作为一种含碳量在90％以上具有乱层石墨结构的碳素材料，不仅具有碳素材料的耐磨自润滑性，又具有金属材料的导热导电性和陶瓷材料的耐热耐腐蚀性。由于碳纤维表面羟基、羰基等极性基团含量较少，与基体间的界面结合力较差，使得碳纤维的优异性能在复合制动衬片未能得到充分发挥。目前碳纤维制动器摩擦衬片基本上是碳/碳复合制动衬片，成本高，多用于航空领域。若能提高碳纤维和基体间的结合，采用普通树脂作为基体，充分发挥碳纤维的优异性能，必将能促进碳纤维摩擦衬片在汽车领域得到广泛应用。
为此，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种碳纤维制动器摩擦衬片[申请号：98113943.4]，其特征在于：聚丙烯腈基碳纤维做增强剂，若干不同比例矿物粉做摩擦改性剂，其具体配比和工艺是，按其重量比取聚丙烯腈碳纤维5-15％，经切断散开备用，取酚醛树脂20-30％与乙醇1∶1的比例进行溶解，待酚醛树脂溶液后与碳纤维在密炼罐中进行充分混合，粉状填料是由硫酸钡6-20％、铬铁矿粉5-10％、长石粉10-15％、氧化铝2-6％、铜粉6-30％、石墨粉2-15％、高岭土2-10％、滑石粉2-5％、铁粉15-20％组成。经混合后加入密炼罐中与碳纤维和酚醛树脂乙醇溶液进行混合，混合后经80℃的温度进行干燥处理；金属衬片经喷丸处理、洗涤、涂胶、干燥后与经干燥处理后的碳纤维混合材料进行热模压成型，热模压成型的温度要求在250℃左右，热模压成型后的衬片经热处理，热处理温度要求在200℃左右，时间为2小时。
上述方案在一定程度上提高了摩擦衬片的性能，但是仍然存在着碳纤维表面与基体间的界面结合力较差，各部分材料配比不够合理等技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种碳纤维表面与树脂基体结合力增强，成本低廉、制造工艺简单、性能优异的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本制动器碳纤维摩擦衬片的制备方法，其特征在于，本制备方法包括下述步骤：
A、碳纤维预处理：将碳纤维放于硝酸溶液中，加热一段时间，取出后干燥备用；
B、配制树脂溶液：将酚醛树脂和乙醇混合，配制成树脂溶液备用；
C、混合粉状填料：将含有铜粉、氧化铝粉、高岭土粉和滑石粉的粉状填料搅拌均匀；
D、成型：在密炼罐内将配制好的树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料进行充分混合，然后干燥处理并经热模压制成型，制得制动器碳纤维摩擦衬片。
这里的步骤A、B和C并无顺序限定，可以根据需要确定顺序，也可以同步进行。碳纤维经过硝酸溶液处理后，表面的羰基和羟基得到大大增加，使得碳纤维与基体间的层间剪切强度得到提高，界面结合力增大，载荷得到有效传递。所制得的碳纤维摩擦衬片不仅密度低，制动性好，耐环境能力强，而且制动噪音低，耐磨性好；而且随着温度升高摩擦系数维持不变甚至会略有升高，从而具有非常优秀的制动稳定性。粉状填料中还可以根据需要添加其他材料，粉状填料通常是在高速搅拌机中进行搅拌混合的。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，在上述的步骤A中，碳纤维为1-5mm的短切纤维或者由碳纤维丝束剪切成长度为1-5mm的短切纤维。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，在上述的步骤A中，在温度为75-85℃下处理6-10小时。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，在上述的步骤A中，所述的硝酸溶液的浓度为60-70％。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，在上述的步骤B中，所述的乙醇为无水乙醇，且无水乙醇与酚醛树脂的重量比为1∶3至1∶12.5。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，在上述的步骤D中，树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料三者的重量百分比分别为：树脂溶液12-30％；预处理后的碳纤维35-55％；搅拌均匀的粉状填料25-35％。更具体地说，重量百分比如下：预处理后的碳纤维35-55％；搅拌均匀的粉状填料25-35％；酚醛树脂15-25％；乙醇2-5％。
在上述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法中，所述的碳纤维为PAN基碳纤维。
与现有的技术相比，本碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法的优点在于：碳纤维经过硝酸溶液处理后，表面的羰基和羟基得到大大增加，使得碳纤维与基体间的层间剪切强度得到提高，界面结合力增大，载荷得到有效传递。所制得的碳纤维摩擦衬片不仅密度低，制动性好，耐环境能力强，而且制动噪音低，耐磨性好；而且随着温度升高摩擦系数维持不变甚至会略有升高，从而具有非常优秀的制动稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本制动器碳纤维摩擦衬片的制备方法包括下述步骤：
A、碳纤维预处理：将碳纤维放于硝酸溶液中，加热一段时间，取出后干燥备用。碳纤维为1-5mm的短切纤维或者由碳纤维丝束剪切成长度为1-5mm的短切纤维，且碳纤维为PAN基碳纤维。硝酸溶液的浓度为60-70％。在温度为75-85℃下处理6-10小时。
B、配制树脂溶液：将酚醛树脂和乙醇混合，配制成树脂溶液备用。乙醇为无水乙醇，且无水乙醇与酚醛树脂的重量比为1∶3至1∶12.5。
C、混合粉状填料：将含有铜粉、氧化铝粉、高岭土粉和滑石粉的粉状填料搅拌均匀。粉状填料中还可以根据需要添加其他材料，粉状填料通常是在高速搅拌机中进行搅拌混合的。
D、成型：在密炼罐内将配制好的树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料进行充分混合，然后干燥处理并经热模压制成型，制得制动器碳纤维摩擦衬片。树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料三者的重量百分比分别为：树脂溶液12-30％；预处理后的碳纤维35-55％；搅拌均匀的粉状填料25-35％。更具体地说，重量百分比如下：预处理后的碳纤维35-55％；搅拌均匀的粉状填料25-35％；酚醛树脂15-25％；乙醇2-5％。
这里的步骤A、B和C并无顺序限定，可以根据需要确定顺序，也可以同步进行。碳纤维经过硝酸溶液处理后，表面的羰基和羟基得到大大增加，使得碳纤维与基体间的层间剪切强度得到提高，界面结合力增大，载荷得到有效传递。所制得的碳纤维摩擦衬片不仅密度低，制动性好，耐环境能力强，而且制动噪音低，耐磨性好；而且随着温度升高摩擦系数维持不变甚至会略有升高，从而具有非常优秀的制动稳定性。粉状填料中还可以根据需要添加其他材料，粉状填料通常是在高速搅拌机中进行搅拌混合的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，本制备方法包括下述步骤：
A、碳纤维预处理：将碳纤维放于硝酸溶液中，加热一段时间，取出后干燥备用；
B、配制树脂溶液：将酚醛树脂和乙醇混合，配制成树脂溶液备用；
C、混合粉状填料：将含有铜粉、氧化铝粉、高岭土粉和滑石粉的粉状填料搅拌均匀；
D、成型：在密炼罐内将配制好的树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料进行充分混合，然后干燥处理并经热模压制成型，制得制动器碳纤维摩擦衬片。
2.根据权利要求1所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，在上述的步骤A中，碳纤维为1-5mm的短切纤维或者由碳纤维丝束剪切成长度为1-5mm的短切纤维。
3.根据权利要求2所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，在上述的步骤A中，在温度为75-85℃下处理6-10小时。
4.根据权利要求2所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，在上述的步骤A中，所述的硝酸溶液的浓度为60-70％。
5.根据权利要求1-4所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，在上述的步骤B中，所述的乙醇为无水乙醇，且无水乙醇与酚醛树脂的重量比为1∶3至1∶12.5。
6.根据权利要求5所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，在上述的步骤D中，树脂溶液、预处理后的碳纤维和搅拌均匀的粉状填料三者的重量百分比分别为：树脂溶液12-30％；预处理后的碳纤维35-55％；搅拌均匀的粉状填料25-35％。
7.根据权利要求5所述的碳纤维制动器摩擦衬片的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维为PAN基碳纤维。
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