CN105605131A - 一种重型机械用刹车片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重型机械用刹车片的制备方法，通过控制配方中的重金属的含量，有效地提高了刹车片的环保性能，同时通过改善配方中各原料的配比以及设定的相对应的制程条件，提高了刹车片的耐磨性能、低噪音性能以及摩擦性能的稳定性。

Description

一种重型机械用刹车片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种刹车片的制备方法，属于动力机械技术领域，具体涉及一种重型机械用刹车片的制备方法。

背景技术

目前市场上有多种用于矿井提升机、重型工程机械或者重型冲床等重型机械的制动器的摩擦材料，这些摩擦材料通常由增强材料、粘结剂、填充料和摩擦性能调节剂四大部分组成，粘结剂是摩擦材料中的重要组成部分，影响摩擦材料热衰退性能、恢复性能以及耐磨损性能，目前普通使用的由环氧树脂和酚醛树脂等。增强材料主要在摩擦材料中起增强剂的作用，目前普遍使用的是添加石棉、铜纤维等。填充剂主要为了提高摩擦材料的摩擦力矩和摩擦系数，增加摩擦材料的耐磨损系数，通常通过添加铜粉等金属粉末加以实现。摩擦性能调节剂主要通过石墨等进行减噪和提高摩擦材料的耐磨系数。

但随着人们对刹车性能及刹车片的环保性能的提高，传统的刹车片摩擦材料中铜的含量越来越受到限制。据了解，美国加利福利亚州和华盛顿州已经于2010年就在摩擦材料中限制和最终禁止使用铜和重金属的规定通过了州立法，其中规定：到2021年铜含量要求小于5%（重量百分比），到2025年铜含量要求小于0.5%（重量百分比），实际是2025年以后禁止使用铜。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低铜的重型机械用刹车片的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种重型机械用刹车片的制备方法，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以5-8℃/min的速度逐渐升温至180-200℃，并保持180-200℃的温度2-3h。

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制。

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至170-200℃，保持3-5h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装。

优选的，所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英3-7%、氧化镁3-8%、二硫化钼5-10%、芳纶纤维2-5%、紫铜纤维2-5%、碳纤维10-20%、硫酸钡10-20%、硅酸镁3-10%、氧化铝2-5%、酚醛树脂25-35%。

优选的，以所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片为例，压模装置的参数设定为：压制时间15-30min、温度130-160℃、压力30-40MPa。

芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺"，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

芳纶纤维的突出优点是具有很好的热稳定性，当温度达到500℃时，才发生热分解，并且芳纶纤维的密度比石棉纤维的小，将芳纶纤维切断成短纤维，经过研磨原纤化，使其表面呈蓬松的毛羽状，纤维表面积增大，经过处理后的纤维具有很好的吸附性。在使用过程中，芳纶纤维呈现出摩擦系数稳定，磨损率低，强度好的特性。

紫铜纤维具有金属单质铜的硬度，耐磨损，导热性好等优点，在刹车片中添加紫铜纤维可以起到提高摩擦系数的稳定性，降低磨损率的作用，同时，高温软化的紫铜纤维还可以对在刹车过程中损失的粘合剂起到一定的补偿作用。

碳纤维（carbonfiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维强度高、高温性能好，耐磨损且具有一定的吸音功能，但变形能力差。

增强纤维是摩擦材料的重要组分，具有一定的强度和韧性，能够起到骨架作用，对材料的摩擦磨损性能有着重要作用。本发明中用芳纶纤维、紫铜纤维和碳纤维作为机械强度、制动力的增强剂，采用芳纶纤维、紫铜纤维和碳纤维作为增强剂，刹车片耐高温性能好，硬度合适，可以有效降低因粘着磨损而引起的震颤，有利于降低摩擦时的噪音。

二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。它被被誉为“高级固体润滑油王”。二硫化钼是由天然钼精矿粉经化学提纯后改变分子结构而制成的固体粉剂。本品色黑稍带银灰色，有金属光泽，触之有滑腻感，不溶于水。产品具有分散性好，不粘结的优点，可添加在各种油脂里，形成绝不粘结的胶体状态，能增加油脂的润滑性和极压性。也适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，延长设备寿命。

二硫化钼用于摩擦材料主要功能是低温时减摩，高温时增摩，烧失量小，在摩擦材料中易挥发。

酚醛树脂：酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。酚醛树脂是一种多功能，与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂，润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具、耐火材料，摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度，耐热性能和电性能。本发明中酚醛树脂是粘结剂。

对于一般的摩擦材料，摩擦滑动面达到300℃以上高温的苛刻条件下时，因酚醛树脂热分解所生成的液状分解物等会作为润滑成分存在于滑动面上，因此会容易产生摩擦系数大幅降低的现象。本发明中加入硅酸镁，因热分解而产生的液状热分解物等容易吸附在具有大比表面积的硅酸镁的细孔中，从而抑制摩擦系数大幅降低。

石英：由二氧化硅组成的矿物，化学式SiO2。纯净的石英无色透明，因含微量色素离子或细分散包裹体，或存在色心而呈各种颜色，并使透明度降低；玻璃光泽，断口呈油脂光泽。硬度7；无解理；贝壳状断口。比重2.65。具压电性。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2。石英砂的颜色多种多样常为乳白色、无色、灰色。硬度为7，性脆，无解理，贝壳状断口。油脂光泽，密度为2.65克/立方厘米，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。具压电性。

本发明中石英、氧化镁、氧化铝和硫酸钡为填充剂，主要作用是提高摩擦材料的摩擦力矩和摩擦系数，增加摩擦材料的耐磨损系数。

本发明中二硫化钼和硅酸镁以及碳纤维相结合，二硫化钼可以充分利用硅酸镁的大比表面积的中空结构，扩散的更好，润滑效果更佳，而碳纤维在二硫化钼的润滑下，克服了其变形能力差得缺点，大大提高了刹车片的耐磨损性能，延长了刹车片的使用寿命。

石英的主要成分是二氧化硅，而氧化镁、氧化铝和二氧化硅三种小颗粒在高温下会发生化学反应，生成类似于尖晶石的晶体结构，尖晶石的摩氏硬度达到8，虽然本发明中上述三种颗粒的含量较少，但是在刹车片使用的过程中，产生高温及高压条件下，会生成微量尖晶石晶体结构，可以大大增强刹车片内部各原料的链接强度以及刹车片表面的耐磨损性能。

本发明的有益之处在于：本发明通过控制配方中的重金属的含量，有效地提高了刹车片的环保性能。同时通过改善配方中各原料的配比以及设定的相对应的制程条件，提高了刹车片的耐磨性能、低噪音性能以及摩擦性能的稳定性。

具体实施方式

实施例1

一种重型机械用刹车片的制备方法，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以5℃/min的速度逐渐升温至180℃，并保持180℃的温度2h。

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制。

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至170℃，保持3h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装。

所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英5%、氧化镁7%、二硫化钼8%、芳纶纤维5%、紫铜纤维3%、碳纤维17%、硫酸钡12%、硅酸镁8%、氧化铝5%、酚醛树脂30%。

所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片，压模装置的参数设定为：压制时间25min、温度140℃、压力35MPa。

实施例2

一种重型机械用刹车片的制备方法，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以7℃/min的速度逐渐升温至180℃，并保持180℃的温度3h。

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制。

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至170℃，保持5h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装。

所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英7%、氧化镁3%、二硫化钼5%、芳纶纤维5%、紫铜纤维4%、碳纤维12%、硫酸钡12%、硅酸镁8%、氧化铝5%、酚醛树脂35%。

所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片，压模装置的参数设定为：压制时间20min、温度130℃、压力30MPa。

实施例3

一种重型机械用刹车片的制备方法，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以5℃/min的速度逐渐升温至190℃，并保持190℃的温度2h。

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制。

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至180℃，保持4h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装。

所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英5%、氧化镁8%、二硫化钼5%、芳纶纤维5%、紫铜纤维2%、碳纤维20%、硫酸钡16%、硅酸镁5%、氧化铝4%、酚醛树脂30%。

所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片，压模装置的参数设定为：压制时间30min、温度150℃、压力30MPa。

以GB/T11834-2011《工农业机械用摩擦片》国家标准为检测标准对实施例1-3的样品做检测：

此检测数据只针对上述检测样品。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种重型机械用刹车片的制备方法，其特征在于，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以5-8℃/min的速度逐渐升温至180-200℃，并保持180-200℃的温度2-3h；

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制；

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至170-200℃，保持3-5h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装。

2.如权利要求1所述的重型机械用刹车片的制备方法，其特征在于，所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英3-7%、氧化镁3-8%、二硫化钼5-10%、芳纶纤维2-5%、紫铜纤维2-5%、碳纤维10-20%、硫酸钡10-20%、硅酸镁3-10%、氧化铝2-5%、酚醛树脂25-35%。

3.如权利要求1所述的重型机械用刹车片的制备方法，其特征在于，所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片，压模装置的参数设定为：压制时间15-30min、温度130-160℃、压力30-40MPa。

4.如权利要求1所述的重型机械用刹车片的制备方法，其特征在于，所述的刹车片由摩擦材料经过压制而成；包括以下步骤：

a、配料：摩擦材料的各原料按配方计量精确后，将石英、氧化镁、二硫化钼、芳纶纤维、紫铜纤维、碳纤维、硫酸钡、硅酸镁、氧化铝加入搅拌器中；

b、混料：将上述原料混合均匀；

c、烘干：将混合均匀后的原料放入烘箱中，以5℃/min的速度逐渐升温至180℃，并保持180℃的温度2h；

d、压制：将酚醛树脂加入到烘干后的原料中，搅拌均匀后，送入压模装置中，设定压制时间、温度和压力，进行压制；

e、热处理定型：将烘箱内的温度升温至170℃，保持3h；

f、平磨：将刹车片的两面进行平磨，要求两面平行，误差不大于0.05%；

g、检测，包装；

所述的刹车片的摩擦材料的各组分重量百分比为：石英5%、氧化镁7%、二硫化钼8%、芳纶纤维5%、紫铜纤维3%、碳纤维17%、硫酸钡12%、硅酸镁8%、氧化铝5%、酚醛树脂30%；

所述的步骤d中压制7.0mm厚度的刹车片，压模装置的参数设定为：压制时间25min、温度140℃、压力35MPa。