CN103423345A - 一种掺有竹纤维的汽车刹车片 - Google Patents

Abstract

一种掺有竹纤维的汽车刹车片，在配方中加入经过特殊处理的竹纤维，能够有效降低刹车片在制动过程中的噪音，震动，并且对环境友好，竹纤维是可再生资源，并能够自然降解，分解产物无毒无害，摩擦性能优良。所述竹纤维经过臭氧处理及超声波处理，使其性能适用于刹车片。本发明提供了一种掺有竹纤维的汽车刹车片配方及其制作工艺。

Description

一种掺有竹纤维的汽车刹车片

技术领域

本发明涉汽车刹车制动领域，尤其是一种掺有竹纤维的汽车刹车片。 

背景技术

汽车刹车片是汽车制动***中至关重要的零部件，其质量的好坏直接决定了汽车的安全行驶。目前，从配方技术上主要分有：半金属、少金属、石棉、陶瓷等，其中都掺有金属纤维或石棉材质，尤其是石棉纤维在磨损后，会产生石棉碎屑粉末，漂浮到空气中，危害人体健康，除了危害健康外，石棉型刹车片还存在着另一个重要问题，由于石棉是绝热的，其导热能力特别差，通常反复使用制动器会使热量在刹车片中堆积起来，刹车片变热后，它的制动性能就要发生改变，要产生同样的摩擦和制动力会需要更多的踩刹车次数，这种现象被称为“制动萎缩”，如果刹车片达到一定的热度，将导致制动失灵，后果不堪设想。 

目前，在国外市场，无石棉、少金属的环保型摩擦材料(又称NAO型摩擦材料)已经占据了一半以上的市场；欧美一些国家已经就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行立法。在可以预见的将来，摩擦材料中重金属组分的含量将会成为摩擦材料出口欧美的一项贸易限制。因此，作为国内刹车片企业，在科技研发的同时，需要注重环保，减少摩擦材料中有害重金属组分及铜的使用，提升国产摩擦材料的国际市场竞争力。我国汽车刹车片行业面临着环保化和高性能化两大转型，环保型高性能刹车片除要满足高温衰退小、磨损率低、摩擦系数稳定等要求外，还应具有振动小、噪声低、落灰少等环保人性化的性能特点，寻找其他环保安全的替代纤维材料是满足上述要求的有效途径之一。 

在对天然纤维进行大量研究实验表明，竹纤维经过处理后，其性能可以作为刹车片的一种添加纤维。竹纤维作为一种新型的纤维用料，竹纤维来于自然，最终再回归自然，不会造成环境污染，符合环保的要求。竹子是森林资源的重要组成部分，全球现有竹子75个属1250种，我国占其中44个属300多种。竹林面积为421万公顷，占全国森林面积的2.8％。竹为单子叶被子植物，禾本科，竹亚科，系多年生植物，盛产于热带、亚热带、带地区。与木材相比，具有强度高、韧性好、硬度大的特点，是结构材和纤维材的理想原料。竹子主要分布在四川、浙江、福建、江西等地。竹子中含有40％～50％的天然纤维素，其纤维长度介于针叶木与阔叶木之间。而竹子的再生能力强，成材期短，生长迅速，具有一次造林永久利用的特点，每年都可以大量收集，不会毁坏森林。 

发明内容

本实发明的目的有两个： 

本实发明的第一目的是提供对环境友好型，其在使用过程中磨损碎屑对环境的污染少，并且价格低廉的一种掺有竹纤维的汽车刹车片。本发明在刹车片配方中加入竹纤维作为一种添加纤维，能够有效降低刹车片在制动过程中的噪音，震动，并且对环境友好，竹纤维是可再生资源，并能够自然降解，分解产物无毒无害，摩擦性能优良。 

本实发明的第二目的是提供该种环境友好型汽车刹车片的制备方法，包括对竹纤维的特殊处理工艺，及刹车片的制作成型工艺。竹纤维经过处理后，各项性能均发生变化，使其符合刹车片用纤维材料的要求；在经过特定的刹车片加工工艺完成一种掺有竹纤维的汽车刹车片的加工。 

本发明的实现方式如下： 

为实现本发明的第一目的，一种掺有竹纤维的汽车刹车片，其配方包括：改性酚醛树脂、黄铜纤维、钢纤维、硅灰石纤维、竹纤维、芳纶纤维、锆英石、氧化铝、蛭石、石墨、二硫化钼、云母、重晶石。 

所述改性酚醛树脂采用的是经腰果壳油改性的酚醛树脂，腰果壳油改性的酚醛树脂在高温下具有优良的柔顺性，又优异的耐酸碱性，摩擦性能优良，摩擦过程中在表面形成碳化膜，柔软且有韧性，不易脱落，使刹车片表面发热状态均匀，保证刹车片稳定性，磨损小。改性酚醛树脂选用济南圣泉波沃斯化工有限公司生产的酚醛树脂。 

黄铜纤维为大正金属纤维(珠海)有限公司生产的粉碎型黄铜纤维。黄铜的导热性能好，寿命长，可以使对偶形成一层铜保护膜，铜较软，小于对偶(铸铁，合金钢等)可以减少对对偶的磨损。 

钢纤维为南阳市军龙实业总公司生产的金属纤维，钢纤维具有很好的导热性，其高的导热性能使局部表面热量迅速扩散，从而降低摩擦表面温度，避免表面温度过高，防止因温度过高使酚醛树脂基体热分解。同时，钢纤维具有稳定的摩擦系数，温度在300～480℃时，摩擦系数衰退很小。 

硅灰石纤维营口阿斯创化工有限公司生产，采用针状硅灰石，硅灰石纤维稳定性好，表面温度可维持450℃左右，短时间内能承受800℃高温，热传导性低，有良好的耐久性，磨损小，制动过程噪音小。 

竹纤维为自加工的纤维材料，经过臭氧、超声波等处理，竹纤维的表面经过阻燃处理，纤维长度为3mm，具体见竹纤维的处理方法。 

芳纶纤维为帝人贸易(上海)有限公司生产，芳纶纤维的突出优点在于其热稳定性，它在180摄氏度下可长期使用，200摄氏度50小时的强度下降仅10％，300摄氏度时下降50％，初始热分解温度高达500摄氏度，芳纶纤维在摩擦材料制品中，呈现出摩擦系数稳定，磨损率低，强度好的优点。另外使用芳纶的摩擦材料还具有较好的抗冲击强度，产品密度低，硬度低，制动噪音低，不损伤制动 对偶等特点。采用芳纶纤维的细度2.02dtex，密度31.4g／cm，比表面积5-8m²／g，强不匀率12.2％，伸不匀率9.7％。 

锆英石为营口阿斯创化工有限公司生产，锆英石具有软中有刚刚中有软的属性，增摩效果非常明显，抗热震动性能好，不产生震动噪音，可获得较好的制动效果，锆英石的目数为100目。 

氧化铝为淄博金琪化工科技有限公司生产，其在高温下不衰退、不膨胀，摩擦性能稳定，温度越高刹车性能越稳定，粒度比较细，混料时易分散，分布均匀，减少对偶件的影响，和其他粉状材料的亲和力好。 

蛭石为河北省寿灵县精细矿产加工厂生产，目数为20-100目，能够起到有效地吸音降噪作用。 

石墨为常州市武进华东特种纤维制造有限公司生产，目数为60目，石墨具有良好的导热和耐高温性能，可改善材料的抗磨性能。 

二硫化钼为常州市***摩擦材料厂生产，二硫化钼的莫氏硬度为1～１.5，比重4.7～4.8，熔点1185℃，其能增加润滑性和抗挤压性，改善材料的抗衰减性能。 

云母为河北省寿灵县精细矿产加工厂生产，目数为100目，具有良好的耐酸、耐碱、化学稳定性能，还具有很好的绝缘和耐热性能。 

重晶石为枣阳市五联实业有限公司生产，重晶石的含量为80％，硬度为3，目数为200，其摩擦系数稳定，磨耗小，特别是在高温下能形成的摩擦界层，能防止对偶表面擦伤，使对偶表面磨得更光洁。 

本发明的第二目的是这样实现的： 

首先，对竹纤维进行特殊的处理，使其性能符合刹车片要求，具体处理工艺见竹纤维处理。 

其次，通过特定的刹车片的加工工艺，完成掺有竹纤维刹车片的加工，具体工艺见刹车片制作工艺。 

具体实施方式

根据实验得出上述原材料的最佳配方比例为： 

竹纤维的处理方法： 

竹纤维经过物理化学的方法联合处理而制成，处理工艺为：预处理——预分解——分解——梳理成条——竹原纤维臭氧处理——水洗——碱煮——氧漂——超声波处理，从而制取得到所需性能的竹纤维。 

预处理为整料、制竹片、浸泡。首先将竹片进行整理，去除枝节和竹梢，用机器加工成一定长度的竹筒，再经过进一步的加工，将竹筒加工成竹片，竹片的宽度为1.5～2.5cm左右的竹片。 

经过预处理的竹片，还不能马上进行分解处理，需要经过预分解处理，预分解的工艺为将预处理好的竹片浸泡在特制的软化剂中，改软化剂的成分为1.8％的氨水和4.2％的尿素溶液，浸泡时间为60min，软化剂渗透到竹纤维的结晶区，形成润涨，从而降低脱胶难度。 

经过预分解工序处理的竹片，进入到分解工序，分解工序具体分为3步：(1)蒸煮、(2)水洗(3)分丝。 

1)蒸煮：将竹片仍然放在1.8％的氨水和4.2％的尿素的溶液混合液中蒸煮60min，温度为100℃，对其进行脱糖、脱脂、脱胶。注意蒸煮液中的氨水浓度不能太大，否则将降低竹纤维强度，并且会使竹纤维变黄。将竹片连同浸泡液一起加热到100℃的温度，蒸煮60min的时间，并保持1MPa的压力，对竹片进行脱糖、脱脂、脱胶与杀菌。 

2)水洗：将蒸煮过的竹片取出，用水洗净，去除附着的浸泡液和析出的糖、脂、胶等残物。 

3)分丝：采取机械方式压扁竹片，接着用成丝机分解出粗纤维，在分丝的同时进行冲洗，将大部分的木质素、果胶等杂质与竹纤维中的纤维分离。 

梳理成条工序具体可分为7步，具体为：(1)蒸煮(2)分丝(3)脱水(4)软化(5)干燥(6)梳理成条。 

1)蒸煮：上一步分离所得到的粗纤维还含有许多的薄壁组织和木质素，需通过碱液蒸煮：将分离工序所获得的粗纤维放在1％的NaOH溶液中蒸煮半小时，温度为70℃，进一步润胀竹纤维，使木质素分子的醚键断裂生成碱木素而溶于溶液中，并进一步抽提出半纤维素。 

2)分丝：将粗纤维分为更细的纤维，并用水冲洗脱胶。 

3)脱水：将制得的竹纤维放在离心机上脱水。 

4)软化：将脱水后的竹纤维浸油，使其具有一定的柔软度和光泽度。 

5)干燥：在专用干燥设备上将纤维干燥40min，温度为50℃，使含水率控 制在10％以下； 

6)梳理成条：然后对干燥后的竹纤维进行梳理，整理成竹纤维丝；去除短纤维及其粉末。 

为进一步提高竹纤维的性能，对竹纤维进行臭氧处理，臭氧处理所需的设备和工艺如下： 

臭氧发生器(Sb)，北京三龙臭氧设备制造厂 

仪表恒温水浴锅(双列八孔)，上海树立仪器仪表有限公司 

精密PH计(PHS-3C)，上海精密科学仪器有限公司 

电子分析天平(AR2140)，奥豪斯国际贸易(上海有限公司) 

对竹纤维的臭氧处理，最佳处理工艺参数为：臭氧浓度18g／h，处理时间7min，pH值为5±0.5，带液率75％。 

碱煮处理：将臭氧处理过的竹纤维放入到NaOH溶液中进行蒸煮，其中NaOH的质量分数为1％，脱胶用复合助剂10％，水浴温度为100℃，处理时间为90min，当用NaOH溶液沸煮时，被氧化了的木质素和半纤维素均可被脱除。 

水洗处理：水洗温度为85℃，水洗时间为20min。 

氧漂处理：90min，H₂O₂：14g／L，过氧化氢稳定剂：7g/L，pH值=10.5。 

超声波处理设备和工艺如下： 

超声清洗机，为自制超声清洗机，频率为28kHz，功率为100～5000W。， 

1)超声波频率取28kHz，超声介质为质量分数0.5％～3.0％的NaOH水基介质，温度选择45～60℃，把竹纤维放在2％的NaOH稀溶液中浸泡1小时，此过程保证水温60℃，取出后烘干。 

2)再次把10kg重的上述竹纤维放入5K瓦的超声波水池中，水温60℃，池水的重量200kg，加入浓硫酸0.5L，再加入TDI2kg，作用时间2小时。 

上述反应之中的超声波的功率是重要条件，作用频率28KHZ，作用1小时45KHZ作用1小时。超声波作用于液体溶液时，液体介质要做压缩与稀疏的周期振动，从而引起液体内部各点受到压力或拉伸力作用，拉伸力的作用会将大量液体撕裂，并形成大量微小气泡，即空化泡。当这些巨量空化泡破裂时，能放出巨大的能量而形成冲击波，对浸在液体内部的固体物质表面形成强大的冲击与破坏。从而达到竹纤维改性的效果。 

经超声波处理，竹纤维成单纤维状，烘干温度150℃，经烘干后呈分散单纤维的状态，对竹纤维进行表面阻燃处理后，进行切短工序，成为符合混杂纤维的长度为3mm的材料。 

刹车片的制作工艺如下： 

摩擦材料的加工和填充过程如下： 

1.配料按照配方的比例将物料在自动配料***中进行配料，选用刹车片全自动配料计算机控制***，进行自动加料，计量，排料； 

2.混料经过配比称重好的物料倒入到混料机中，混料机采用犁耙式混料机，混料时间约为25Min； 

3.注射经过混料后的物料，呈流动胶体状态，将胶体状态的物料加入到注射装置中，向压制模具中注射，采用的注射机为螺杆旋转注射机。 

刹车片的压制过程如下： 

1.压制模具中充满胶状摩擦材料混合物后，利用锁模装置将压制模具锁紧； 

2.在压制过程中，保持热压温度在160℃左右，热压压力为22～26MPa，保压时间为4～5Min； 

3.将制备好的摩擦材料按照所需的刹车片摩擦块的尺寸切割，将摩擦块和钢背放在模具中压制成型； 

4.经过压制后的刹车片，要经过热处理工序处理，热处理温度为160℃～190℃，热处理时间为2.5～3h，然后随炉冷却； 

5.将热处理后的刹车片，用刀具对周边的溢料和毛刺进行处理，根据技术要求进行钻孔，磨削内弧、外弧以及倒角，打印标记，检验。 

掺有竹纤维的汽车刹车片具有稳定的摩擦系数，对偶磨损小，耐磨性好，耐腐蚀，热衰退性小，噪音小，舒适性好，对环境友好等优点。尤其是掺入竹纤维，将天然纤维作为一种添加纤维，更加环保，是以后的一种发展方向。 

Claims (3)

1.一种掺有竹纤维的汽车刹车片，其配方包括：改性酚醛树脂、黄铜纤维、钢纤维、硅灰石纤维、竹纤维、芳纶纤维、锆英石、氧化铝、蛭石、石墨、二硫化钼、云母、重晶石。

2.根据权利要求1所述的一种掺有竹纤维的汽车刹车片，其特征在于各组分的比例为改性酚醛树脂18％、黄铜纤维8％、钢纤维11％、硅灰石纤维5％、竹纤维8％、芳纶纤维5％、锆英石12％、氧化铝4％、蛭石7％、石墨9％、二硫化钼3％、云母5％、重晶石5％。

3.根据权利要求1所述的一种掺有竹纤维的汽车刹车片，其特征在于配方中所述竹纤维经过臭氧处理及超声波处理，处理后的竹纤维长度为3mm。