CN108006121A - 一种碳陶盘高制动性能摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳陶盘高制动性能摩擦材料及其制备方法，该方法将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，均匀混料2‑4分钟后取出，获得A混合料；按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，均匀混料10‑30分钟后取出，获得终混合料；将终混合料在热压磨具中进行压制，压制温度为150‑160℃，压制压力为25‑35Mpa，压制时间为5‑7分钟，将压制好的摩擦材料在180‑220℃的条件下进行热处理4‑6小时，最后取出摩擦材料磨削制成成品。本发明能够满足高性能汽车行驶过程中所需要的制动力，提高驾驶安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳陶盘高制动性能摩擦材料及其制备方法，属于摩擦材料制备技术。
背景技术
刹车片是汽车的重要制动部件，也是保障驾驶员安全的重要部件。尤其是对用于碳陶盘的摩擦材料要求更高。要求摩擦材料产品在高温高速制动条件下仍具有良好的制动性能。普通的摩擦材料与碳陶盘产品结合使用时在高速和高温情况下不能保持良好的制动性能。
针对国内保有量日益繁多的高性能汽车，传统刹车片已经无法满足其碳陶基刹车盘所提供的高性能制动要求，由于碳陶基刹车盘本身材质特性的原因，传统的刹车片在高速制动情况下会出现制动力不足的问题，其次，在高温状态下(＞650℃)，传统的刹车片会产生有产生强烈的衰退现象。此外传统刹车片由于材料和工艺的限制，散热性能差，热容量低，在高速制动过程中产生高温致使摩擦材料表面碳化，从而容易出现丧失制动功能问题，存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种碳陶盘高制动性能摩擦材料及其制备方法，在高速下保证良好的制动效果，抗衰退能力强，能够满足高性能汽车行驶过程中所需要的制动力，提高驾驶员的安全系数。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：具体参见图1，一种碳陶盘高制动性能摩擦材料，所述摩擦材料的原料组成和原料组分的重量份如下：
以上原料介绍说明如下：
酚醛树脂是摩擦材料主要使用的黏结剂，它是以酚类化合物和醛类化合物为原料，用酸或碱为催化剂，通过高分子缩聚反应而制成的一种高分子化合物活聚合物。
耐高温无机粘结剂是一种无机物，耐高温、有气孔、耐磨并且在高温条件下粘接效果良好，能够提高摩擦材料在高温制动时的稳定性。
芳纶纤维的突出优点是在于它是一种热稳定性非常好的有机纤维，能在180℃环境下长期使用。芳纶纤维用于摩擦材料时制品呈现出摩擦系数稳定、磨损率低，强度好的优点。芳纶纤维除了具有一般纤维的高强度、高弹性模量、热稳定性好、热导率低等优点外，还保持了有机纤维的某些良好性能。用其增强的摩擦材料具有制动噪音低、产品密度小、硬度低、制动时不损伤对偶盘等优点。
钢棉纤维是用低碳钢为原材料，经机械加工而制成的有一定长度的截面积不规则的金属丝，呈棉花状，故称为钢棉。钢棉纤维可用于摩擦材料替代石棉纤维作为增强材料，在半金属类摩擦材料中使用的较多。
矿物纤维是一种耐高温无机材料，耐高温高达1000℃，属于增强材料，具有增强效果，并且能够稳定产品的摩擦系数。
颗粒石墨具有良好的导电、导热和耐高温性能，起导电性比一般非金属矿物高，导热性超过刚、铁、铅等金属材料。化学性质不活泼，质地柔软，是一种中温润滑剂，能降低摩擦力水平，耐高温性能极为优良，并且可以提高摩擦材料的耐磨损性能，而较高气孔率的存在可以降低摩擦材料的噪音。
石油焦炭即为摩擦材料所用的焦炭粉，是由硬度较低、气孔率高的优质石油焦经过高温煅烧而制成的颗粒，煅烧石油焦炭本身具有疏松的结构，可以降低制动噪音，其加入至摩擦材料中能和石墨共同提高摩擦材料的整体性能，有利于防止金属的粘接，减少了对对偶盘的损伤，并能改善高温时摩擦材料的热衰退性能。
碳化硅属于特硬质矿物，作为高温增磨剂，能够改善产品的高速以及高温时摩擦系数降低的现象。
铜纤维属于增强纤维，具有很高的热传导性能并且具有润滑作用，能够改善产品的热衰退性能、降低产品的磨损。
重晶石是使用最广泛的摩擦材料用填料，它能使摩擦系数稳定，磨耗小，特别是在高温下，它能形成稳定的摩擦界层，能防止对偶材料表面擦伤，是对偶表面磨得更光洁。
本发明还公开了一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，所述制备方法采用如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料2-4分钟后取出，获得A混合料；
2)按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、矿物纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料10-30分钟后取出，获得终混合料；
3)将终混合料在热压磨具中进行压制，压制温度为150-160℃，压制压力为25-35Mpa，压制时间为5-7分钟，将压制好的摩擦材料在180-220℃的条件下进行热处理4-6小时，最后取出摩擦材料磨削制成成品。
如上所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，所述步骤1)中以主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料3分钟获得A混合料。
如上所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，所述步骤2)中以主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，转速匀速搅拌20分钟，获得终混合料。
如上所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，所述步骤3)中以压制温度155℃，压制压力为30Mpa，压制时间为6分钟，热处理温度为200℃，热处理时间为5小时，最后取出摩擦材料磨削制成成品。
本发明另外公开了一种高制动性能刹车片，所述刹车片采用上述的原料组成和原料组分的重量份，刹车片的原料组成和原料组分的重量份如下：
所述刹车片的制备方法如下：
1)将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料2-4分钟后取出，获得A混合料；
2)按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、矿物纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料10-30分钟后取出，获得终混合料；
3)将终混合料在刹车片热压磨具中进行压制，压制温度为150-160℃，压制压力为25-35Mpa，压制时间为5-7分钟，将压制好的刹车片摩擦材料在180-220℃的条件下进行热处理4-6小时，最后取出刹车片摩擦材料磨削制成刹车片成品。
本发明的有益效果是：本发明方法解决了与碳陶盘匹配的摩擦材料在高速高温条件下制动力低的问题；本发明方法针对现有技术的不足，使用高效增磨剂与铜纤维、耐高温无机粘接剂搭配使用，可提高摩擦材料在高速和高温条件下的制动性能；本发明方法制成的摩擦材料与市场高性能产品对比，在高速和高温条件下仍具有较高的摩擦系数。使用本发明制成的刹车片，可以有效增强高温下刹车片的散热能力，可以有效提高高温下刹车片的抗衰退能力，可以有效提高刹车片在高速制动时的摩擦系数稳定性，保证摩擦材料在高温高速制动条件下的良好制动性能。
附图说明
图1为本发明碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法流程图；
图2为本发明摩擦材料高温下变压力紧急制动摩擦系数结果图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
针对碳陶盘高制动性能摩擦材料刹车片的制备
1.刹车片的原料组成：
酚醛树脂6份、耐高温无机粘结剂4份、芳纶纤维5份、钢棉纤维25份、矿物纤维4份、颗粒石墨8份、石油焦炭8份、碳化硅6份、铜纤维10份、重晶石24份；
2.刹车片的制备
1)将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料3分钟后取出，获得A混合料；
2)按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、矿物纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料15分钟后取出，获得终混合料；
3)将终混合料在刹车片热压磨具中进行压制，压制温度为155℃，压制压力为30Mpa，压制时间为6分钟，将压制好的刹车片摩擦材料在200℃的条件下进行热处理5小时，最后取出刹车片摩擦材料磨削制成刹车片成品。
实施例2
针对碳陶盘高制动性能摩擦材料刹车片的制备
1.刹车片的原料组成：
酚醛树脂7份、耐高温无机粘结剂4份、芳纶纤维6份、钢棉纤维30份、矿物纤维6份、颗粒石墨6份、石油焦炭6份、碳化硅6份、铜纤维15份、重晶石14份。
2.刹车片的制备
1)将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料3分钟后取出，获得A混合料；
2)按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、矿物纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料15分钟后取出，获得终混合料；
3)将终混合料在刹车片热压磨具中进行压制，压制温度为155℃，压制压力为30Mpa，压制时间为6分钟，将压制好的刹车片摩擦材料在200℃的条件下进行热处理5小时，最后取出刹车片摩擦材料磨削制成刹车片成品。
实施例3
刹车片制动效果检测
1.检测标准及对象
为验证本发明的效果，用对比例和实施例1和实施例2，按照国际标准SAE J2522，在LINK台架试验机上进行试验，将第4章节5个部分以及9、14章节两次衰退的制动性能进行对比。
对比例：某一国外知名品牌高端刹车片；实施例1和实施例2采用上述的实施例1和实施例2的刹车片产品。
2.可变压力下紧急制动摩擦系数试验
第一步试验是在压力从1Mpa递增至8Mpa时，在5个速度段分别进行8次制动，分别为40-0kph，80-40kph，120-80kph，160-130kph，200-170kph。对比例和实施例1和实施例2的摩擦系数及其对比如表1所示。对比例的平均摩擦系数波动较大，呈递减状态；而实施例摩擦系数较稳定。
表1可变压力下紧急制动摩擦系数试验结果
3.高温下紧急制动摩擦系数试验
第二步试验是在高温下(最高初温650℃)，经过30次紧急制动，减速度0.4g，使速度从100KM/h降到5KM/h。对比例和实施例1和实施例2的摩擦系数及其对比如表2所示。对比例最小摩擦系数是0.33，而实施例最小摩擦系数可达到0.41和0.39。
表2高温下紧急制动摩擦系数试验结果
4.高温下变压力紧急制动摩擦系数试验
第三步试验是在制动初温为550℃，压力从1Mpa递增至8Mpa，进行8次制动，使速度从80kph降低到30kph。对比例和实施例1和实施例2的摩擦系数及其对比如图1及下表3所示。对比例最小摩擦系数是0.36并且呈递减状态，而实施例最小摩擦系数为0.41和0.39切较稳定。
表3550℃变压力下紧急制动摩擦系数试验结果
从对比例和实施例摩擦系数对比图表可以明显看出，针对碳陶基刹车盘的高性能刹车片，在高温、高速、高制动力下的摩擦系数要明显高于对比样刹车片，其制动效果非常稳定。
5.整车运行试验
将碳陶盘高制动性能摩擦材料刹车片，以及某一国外知名品牌高端刹车片分别进行整车运行试验。针对碳陶盘高制动性能摩擦材料刹车片高速时制动效果更好，感觉不到踩刹车时踏板行程变长，踏板力度软的现象。可见，使用碳陶盘高制动性能摩擦材料制成的刹车片，汽车的安全性有了更大的提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种碳陶盘高制动性能摩擦材料，其特征在于：所述摩擦材料的原料组成和原料组分的重量份如下：
2.一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，所述制备方法采用如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)将芳纶纤维、重晶石、颗粒石墨、碳化硅按照原料配比依次倒入高速混料机中配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料2-4分钟后取出，获得A混合料；
2)按照原料配比将石油焦炭、铜纤维、钢棉纤维、矿物纤维、耐高温无机粘结剂、酚醛树脂、A混合料依次倒入高速混料机中进行配置，主刀转速140-180转/分钟，副刀转速3400-3800转/分钟，均匀混料10-30分钟后取出，获得终混合料；
3)将终混合料在热压磨具中进行压制，压制温度为150-160℃，压制压力为25-35Mpa，压制时间为5-7分钟，将压制好的摩擦材料在180-220℃的条件下进行热处理4-6小时，最后取出摩擦材料磨削制成成品。
3.根据权利要求2所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，其特征在于：所述步骤1)中以主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，均匀混料3分钟获得A混合料。
4.根据权利要求2所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，其特征在于：所述步骤2)中以主刀转速160转/分钟，副刀转速3600转/分钟，转速匀速搅拌20分钟，获得终混合料。
5.根据权利要求2所述的一种碳陶盘高制动性能摩擦材料制备方法，其特征在于：所述步骤3)中以压制温度155℃，压制压力为30Mpa，压制时间为6分钟，热处理温度为200℃，热处理时间为5小时，最后取出摩擦材料磨削制成成品。
6.一种高制动性能刹车片，其特征在于：所述刹车片采用如权利要求1所述的原料组成和原料组分的重量份，所述刹车片采用如权利要求2至5任一项所述的制备方法。
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2017
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