CN103059806A - 用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物 - Google Patents

Abstract

用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物主要由下列组分按重量百分比制成：莫来石陶瓷纤维14-18%、喷胶硅酸铝纤维10-13%、芳纶浆粕10-12%、紫铜纤维8-9%、钛酸钾晶须8-10%、纳米氧化铁3-5%、氢氧化铝0.8-1%、重晶石7-12%、钾长石8-10%、铬铁矿3-5%、氢氧化镁1-1.5%、氧化锌0.2-0.5%、石墨颗粒7-11%、膨胀石墨6-9%、丁腈橡胶1-2%、腰果壳油改性酚醛树脂6-10%。本发明对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥，大大提高了摩擦材料的使用寿命，相对于现有的陶瓷刹车片，本发明高温时的机械及制动性能更好。

Description

用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物

技术领域

本发明涉及一种刹车片，尤其是涉及一种用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物。 

背景技术

20世纪20-80年代，石棉有机摩擦材料的使用相当广泛。自1972年国际肿瘤医学会确认石棉及其高温挥发物属于致癌物后，国际上掀起一股禁止使用石棉摩擦材料的浪潮，而且随着汽车速度的提高，使制动品表面温度高达300-500℃，石棉摩擦材料导热性和耐热性差，在400℃左右失去结晶水，550℃时结晶水完全丧失，基本失去增强效果，石棉脱水后会造成摩擦性不稳定、工作层材料变质、磨损加剧，出现明显的热衰退现象，石棉有机摩擦材料已不适应汽车工业和现代社会发展需求，已逐渐被新材料取代。半金属和少金属刹车材料是我国主要推广应用的无石棉摩擦材料。但半金属刹车材料存在如下缺点：1、钢纤维容易生锈，锈蚀后或者出现粘着对偶或者损伤对偶，使摩擦片强度降低，磨损加剧，摩擦系数稳定性变差；2、半金属摩擦材料热传导率高，当摩擦温度高于300℃时，一方面使摩擦材料与钢基板间粘结树脂分解，加之温度差因其热应力甚至出现剥落现象，另一方面大量的摩擦热迅速传递到活塞的液压施力机构，导致密封圈软化和制动渡发生气化而造成制动失灵；3、半金属摩擦材料虽然消除了石棉摩擦材料容易产生的高频噪音，却容易产生低速下的低频噪音。近年来研发的陶瓷刹车材料具有使用寿命长、无锈蚀、摩擦系数高、噪音低等优点，但国内已公开的陶瓷刹车材料的配方设计还不够完善，对摩擦材料研究一般也只限于摩擦材料密度、硬度和强度等理化性能，很多这些材料共同形成的结构的真正作用还没有很好的掌握，因此现有陶瓷刹车片性能不够稳定，很多刹车片在高温或连续制动时，其摩擦系数易衰退、容易出现抱死或刹车失效现象。

发明内容

本发明主要是解决现有汽车刹车片容易生锈，材料传热性高，高温时性能不稳定，刹车时产生低频噪音等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物，主要由下列组分按重量百分比制成：

莫来石陶瓷纤维14-18%、喷胶硅酸铝纤维10-13%、芳纶浆粕10-12%、紫铜纤维8-9%、钛酸钾晶须8-10%、纳米氧化铁3-5%、氢氧化铝0.8-1%、重晶石7-12%、钾长石8-10%、铬铁矿3-5%、氢氧化镁1-1.5%、氧化锌0.2-0.5%、石墨颗粒7-11%、膨胀石墨6-9%、丁腈橡胶1-2%、腰果壳油改性酚醛树脂6-10%。 

在本发明中，莫来石陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。

喷胶硅酸铝纤维能很好的吸收摩擦材料因制动 而发出的噪音： 具有良好的耐高温性能，极低的导热系数，它附于摩擦材料表面能有效的降低摸材料中其他低温材料的热衰退性和膨胀性，提高了摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。

芳纶浆粕具有良好的机械性能，优异的耐热性能及稳定的化学性质，可取代石棉纤维用作刹车片的主要材料。

紫铜纤维具有硬度低，导热性能优良等优点。当用于摩擦材料时，它能降低磨损，稳定摩擦系数，改善散热性能；同时因制动摩擦受热而软化的紫铜纤维能代替部分烧蚀了的粘合剂，以鳞片状渗入表面，提高制动性能。

钛酸钾晶须指一类化学式为K₂O·nTiO₂或K₂Ti_nO_2n+1的、微型外观为针状晶体的无机高分子化合物，其莫氏硬度为4，容易与基体材料混合均匀。使用了钛酸钾晶须的刹车片，在机动车刹车过程中，能够使刹车片的摩擦系数不发生大的变化，尤其是长时间刹车过程中，不会因为刹车时导致刹车片温度的升高引起刹车片的失效或“抱死”，从而提高了刹车片使用过程中的安全性能。

纳米氧化铁可作为符合陶瓷基片，氢氧化铝作为摩阻材料，加入摩擦材料中可调整刹车片的摩擦系数。其热膨胀系数小，化学稳定性高，可以保持摩擦材料的摩擦稳定性。

重晶石主要成分为硫酸钡，其化学惰性及稳定性好，硬度适中，可用作填充剂。铬铁矿属于铬和铁的氧化物矿，硬度很高，同时也耐高温耐火，在刹车片中可用作增摩剂。钾长石是钾的铝硅酸盐矿物，是一种很好的磨料。氢氧化镁、氢氧化铝可用于耐磨材料，具有耐高温防燃的特点，可提高刹车片稳定性。石墨颗粒具有比重小、耐高温、强耐磨等特点，可用作刹车片的减摩剂，降低刹车噪音。膨胀石墨是一种极佳的摩擦材料，它具有良好的可塑性和柔韧性，用在摩擦材料中具有耐高温、绝热、润滑的作用，可减少摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩擦系数。

丁腈橡胶是一种合成橡胶，具有优良的粘结性能，用于制作耐磨零件。腰果壳油改性酚醛树脂与普通酚醛树脂相比具有更好的柔韧性较好的加工性能和耐酸碱性，抗热衰退和恢复性能好，是摩擦材料中最常用的粘结剂产品。

为了获得综合性能优异、稳定的配方体系，发明人经过大量的实验，对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。如陶瓷纤维、喷胶硅酸铝纤维、芳纶浆粕等增强纤维的合理选用，构成了刹车片的基材；纳米氧化铁、氢氧化铝、重晶石、石墨颗粒等摩擦性能调节剂不仅调节刹车片表面硬度、摩擦系数，也改善了传热性能和加工性能。丁腈橡胶、腰果壳油改性酚醛树脂作为优良的粘结剂很好的将上述组分结合在一起。本发明大大提高了摩擦材料的使用寿命，相对于现有的陶瓷刹车片，本发明高温时的机械及制动性能更好，刹车时脚感更为舒适，连续制动安全性能大大提高、噪音更小并且完全附合日益提高的环保要求。  

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：按质量百分比将莫来石陶瓷纤维14%、喷胶硅酸铝纤维10%、芳纶浆粕10%、紫铜纤维9%、钛酸钾晶须9%、纳米氧化铁3%、氢氧化铝0.8%、重晶石7%、钾长石8%、铬铁矿3%、氢氧化镁1%、氧化锌0.2%、石墨颗粒7%、膨胀石墨6%、丁腈橡胶2%、腰果壳油改性酚醛树脂10%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例2：按质量百分比将莫来石陶瓷纤维18%、喷胶硅酸铝纤维13%、芳纶浆粕10%、紫铜纤维8%、钛酸钾晶须8%、纳米氧化铁3%、氢氧化铝0.8%、重晶石7%、钾长石8%、铬铁矿3%、氢氧化镁1%、氧化锌0.2%、石墨颗粒7%、膨胀石墨6%、丁腈橡胶1%、腰果壳油改性酚醛树脂6%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例3：按质量百分比将莫来石陶瓷纤维16%、喷胶硅酸铝纤维11.5%、芳纶浆粕11%、紫铜纤维8.5%、钛酸钾晶须8%、纳米氧化铁3%、氢氧化铝0.8%、重晶石9%、钾长石8%、铬铁矿3%、氢氧化镁1%、氧化锌0.2%、石墨颗粒7%、膨胀石墨6%、丁腈橡胶1%、腰果壳油改性酚醛树脂6%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例4：按质量百分比将莫来石陶瓷纤维15%、喷胶硅酸铝纤维11%、芳纶浆粕10.5%、紫铜纤维8%、钛酸钾晶须8.5%、纳米氧化铁3.5%、氢氧化铝0.8%、重晶石8%、钾长石8.5、铬铁矿3.5%、氢氧化镁1 %、氧化锌0.2%、石墨颗粒7%、膨胀石墨6%、丁腈橡胶1.5%、腰果壳油改性酚醛树脂7%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

实施例5：按质量百分比将莫来石陶瓷纤维17%、喷胶硅酸铝纤维10%、芳纶浆粕10%、紫铜纤维8%、钛酸钾晶须9.5%、纳米氧化铁4.5%、氢氧化铝0.8%、重晶石7%、钾长石8.5%、铬铁矿3%、氢氧化镁1%、氧化锌0.2%、石墨颗粒7.5%、膨胀石墨6%、丁腈橡胶1%、腰果壳油改性酚醛树脂6%放入高速分散机内，搅拌成粉末状后取出放入成形模具内压制成形，然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温270℃，压力为18MPa的条件下，保持15分钟，然后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。

为了验证本发明的效果，按中国GB5763-2008国家标准，将实施例3制备的刹车片与英国FERODO公司生产的陶瓷刹车片分别在定速摩擦实验机上进行试验，其结果如下：

两种刹车片的摩擦磨损性能对比试验结果：

验证结果表明：相比国外同类产品，采用本发明配方制备的陶瓷刹车片，具有更好的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能。此外，对实施例1、2、4、5制备的陶瓷刹车片分别进行测试，均有着与实施例3相似的优异性能。

将本发明制备的刹车片安装在奥迪A6车上，反复多次制动试验表明：本发明刹车灵敏，制动平稳，同时无噪音，脚感舒适。

Claims (1)

1.一种用于陶瓷刹车片的摩擦材料组合物，主要由下列组分按重量百分比制成：

莫来石陶瓷纤维14-18%、喷胶硅酸铝纤维10-13%、芳纶浆粕10-12%、紫铜纤维8-9%、钛酸钾晶须8-10%、纳米氧化铁3-5%、氢氧化铝0.8-1%、重晶石7-12%、钾长石8-10%、铬铁矿3-5%、氢氧化镁1-1.5%、氧化锌0.2-0.5%、石墨颗粒7-11%、膨胀石墨6-9%、丁腈橡胶1-2%、腰果壳油改性酚醛树脂6-10%。