CN108412925A - 一种汽车刹车片的材料及材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车刹车片的材料，包括如下重量份的各组分：复合树脂粘结剂8‑13份、填充型多孔纳米陶瓷14‑19份、玻璃纤维4‑7份、中空玻璃微球2‑5份、炭化秸秆12‑16份、钢纤维10‑14份、铜粉6‑11份、还原铁粉2‑5份、沉淀硫酸钡3‑8份、鳞片石墨10‑18份、二硫化钼2‑4份、云母3‑5份。本发明的刹车片中含有填充型多孔纳米陶瓷替代现有的陶瓷纤维，由于填充型多孔纳米陶瓷是由多孔纳米陶瓷材料的孔道中填充复合二氧化硅材料，同时在多孔纳米陶瓷材料生产过程中加入纳米二氧化钛，是的制备的材料与陶瓷纤维相比具有较高的机械强度、耐磨性能和导热性能，使得刹车片的在高温下的摩擦系数稳定并且磨损率较低。

Description

一种汽车刹车片的材料及材料制备方法
技术领域
本发明属于汽车生产领域，涉及一种汽车刹车片的材料及其材料制备方法。
背景技术
随着轿车工业的迅速发展，轿车已经大量进入寻常百姓家，轿车的各项性能尤其是制动性能就成为社会普遍关心的问题，因为轿车刹车片是轿车制动器中的关键部件，刹车片性能的好坏直接关系着汽车运行的可靠性、稳定性和安全性。
目前，用于轿车制动的刹车片主要有以下三种，它们在应用中存在的缺点是：
(1)石棉基刹车片：石棉基刹车片的摩擦材料主要以石棉纤维为主，由于人体吸入石棉纤维就会引起身体健康问题，因此被限制使用。另外，石棉基刹车片热失严重，不适应轿车高速运行制动。
(2)半金属基刹车片：半金属刹车片的配方主要是由钢纤维作为骨架材料，酚醛树脂作为粘合剂，铁粉作为耐磨剂，再加入各种功能性填料的多元复合材料组成。半金属摩擦材料并不是对任何轿车都适用，对于刹车蹄片，则需要更具柔韧性和其它因素，以适应刹车蹄片在使用过程中变热和直径膨胀造成的影响。半金属摩擦材料的金属材料的大量加入，其比重与导热性明显增大，对对偶的攻击性增强，容易生锈、出现低频噪音等。高比重，必将增加整车重量，增大行车成本。导热性能的增大，必将削弱刹车片在高温使用状况下的抗剪强度，引发制动危险。另外，过高导热性能也会迅速将车辆在频繁制动中产生的大量热能传到制动阀，使液压制动管内产生气泡与气阻，从而严重影响车辆制动时的安全性。
(3)少金属基刹车片：少金属基刹车片的摩擦材料是少量的钢纤维加矿物纤维为基体，加入各种功能性填料，再加酚醛树脂作为粘结剂的多元复合材料组成，其缺点是：磨损大，产品的使用寿命短，易出现制动噪音，高速制动时轿车的轮子易出现抖动，从而严重影响车辆制动的舒适性。
现有刹车片很多采用陶瓷纤维材料制备，制备的刹车片摩擦系数高并且在高温下磨损率低，但是对于高速行驶的汽车在较高温度下，单纯的陶瓷刹车片不能满足刹车片的刹车性能和磨损率需求，特别对于高档汽车来说更换汽车刹车片繁琐并且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车刹车片的材料及其材料制备方法，该刹车片中含有填充型多孔纳米陶瓷替代现有的陶瓷纤维，由于填充型多孔纳米陶瓷是由多孔纳米陶瓷材料的孔道中填充复合二氧化硅材料，同时在多孔纳米陶瓷材料生产过程中加入纳米二氧化钛，是的制备的材料与陶瓷纤维相比具有较高的机械强度、耐磨性能和导热性能，使得刹车片的在高温下的摩擦系数稳定并且磨损率较低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种汽车刹车片的材料，包括如下重量份的各组分：
复合树脂粘结剂8-13份、填充型多孔纳米陶瓷14-19份、玻璃纤维4-7份、中空玻璃微球2-5份、炭化秸秆12-16份、钢纤维10-14份、铜粉6-11份、还原铁粉2-5份、沉淀硫酸钡3-8份、鳞片石墨10-18份、二硫化钼2-4份、云母3-5份；
所述复合树脂粘结剂的制备过程如下：
(1)将苯酚加入反应容器中，升温至50-60℃加入氢氧化钠，搅拌溶解后加入一定量37％的甲醛溶液，升温至80-90℃搅拌反应2-3h；
(2)然后向步骤(1)中加入双酚A环氧树脂搅拌混合均匀后，加入一定量37％的甲醛溶液，搅拌反应1-2h后加入向其中加入蔗糖，搅拌反应3-4h，得到复合树脂粘结剂；
所述步骤(1)中1mol苯酚中加入甲醛溶液的量为1.56-1.63g；
所述步骤(2)中加入双酚A环氧树脂的物质的量与步骤(1)中加入苯酚的物质的量之比为0.37-0.41:1，同时步骤(2)中甲醛加入的量与步骤(1)中甲醛加入的量相同；
所述步骤(2)中加入蔗糖的物质的量和加入甲醛物质的量之比为0.26-0.31:1；
所述填充型多孔纳米陶瓷的制备过程如下：
(1)将P123溶于去离子水中，然后加入氨水制备成P123溶液；
(2)取一部分硝酸铝溶于去离子水中，同时加入1，3，5三甲苯搅拌混合均匀后在60-75℃下滴加P123溶液，滴加完全后，持续搅拌30-40min，得到混合胶体溶液，然后将另一部分硝酸铝溶于去离子水中，溶解完毕后加入一定量的纳米二氧化钛搅拌混合均匀后得到混合溶液，将混合溶液加入混合胶体溶液中，搅拌反应至胶体溶液变澄清后在110℃下老化12h，然后进行烘干焙烧得到多孔纳米陶瓷材料；
(3)将步骤2制备多孔纳米陶瓷材料和硅溶胶放入真空搅拌容器中抽真空30-50min，使硅溶胶进入多孔纳米陶瓷材料的孔道中，然后取出产物后在70-80℃微波干燥箱中进行干燥，除去孔道中硅溶胶中的水，进而使得硅溶胶中的二氧化硅残留在孔道中，制得填充型多孔纳米陶瓷，该材料具有高强度和高导热耐磨性；
所述步骤(1)中1gP123中加入去离子水的量为25-40mL，加入氨水的量为5-7mL；
所述步骤(2)中混合胶体溶液中1g硝酸铝中加入去离子水的量为10-12mL，加入1，3，5三甲苯的质量为1.2-1.5g，加入P123溶液的量为22-25mL；
所述步骤(2)中混合溶液中1g硝酸铝中加入去离子水的量为10-12mL，加入纳米二氧化钛的量为0.01-0.03g；
所述步骤(3)中多孔纳米陶瓷材料和硅溶胶的质量之比为1：1.2-1.4；
所述炭化秸秆的制备过程为：
(1)将小麦秸秆剪切成1-2cm长的小段，然后将秸秆用去离子水反复清洗干净后在烘箱中烘干，然后将烘干的秸秆用粉碎机粉碎；
(2)将粉碎的秸秆放入干燥的反应容器中，然后向反应容器中加入一定量的浓硫酸，加热至40℃搅拌反应3-4h，得到黑色的初步炭化秸秆；
(3)将初步炭化秸秆再次进行粉碎研磨至粒径小于10目，对于粒径大于10目的炭化秸秆反复粉碎至粒径小于10目，然后将粉碎后得到的小粒径初步炭化秸秆置于500-550℃的马弗炉中炭化反应8-12h，得到炭化秸秆；
所述步骤(2)中每克秸秆中加入浓硫酸的体积为4-5mL；
一种汽车刹车片的材料的制备方法如下：
(1)将填充型多孔纳米陶瓷、玻璃纤维、中空玻璃微球、炭化秸秆和钢纤维通过球磨机粉碎研磨混合均匀后待用；
(2)将铜粉、还原铁粉、沉淀硫酸钡、鳞片石墨、二硫化钼和云母加入步骤1的球磨机中充分研磨混合，得到混合料；
(1)将混合料和均匀涂布复合树脂粘结剂的刹车片背板送入模压工序进行加工，加工后得到的毛坯经过热处理和磨削工序得到汽车刹车片。
本发明的有益效果：
本发明的刹车片中含有填充型多孔纳米陶瓷替代现有的陶瓷纤维，由于填充型多孔纳米陶瓷是由多孔纳米陶瓷材料的孔道中填充复合二氧化硅材料，同时在多孔纳米陶瓷材料生产过程中加入纳米二氧化钛，是的制备的材料与陶瓷纤维相比具有较高的机械强度、耐磨性能和导热性能，使得刹车片的在高温下的摩擦系数稳定并且磨损率较低。
本发明在刹车片中含有的填充型多孔纳米陶瓷为纳米级材料，粒径较小，可以均匀的分散于杀出片混合材料中，使得制备的刹车片材料材质均匀。
本发明通过复合树脂粘结剂制备的刹车片由于粘结剂中加入双酚A环氧树脂环氧树脂和蔗糖能够充分的将游离醛和游离酚反应完全，使得粘结剂的稳定性增强，使得刹车片表面的材料粘结性能稳定，使得刹车片的磨损率下降。
本发明在刹车片生产中加入的碳源为炭化秸秆材料制备，不仅能够实现废弃秸秆的合理利用，同时由于炭化秸秆中的有机质和杂质成分通过硫酸酸化和高温炭化两步反应使得炭化秸秆中含有较高强度的纯度较高的碳源，可以作为润滑减摩材料，使得制备的刹车片的强度和抗摩擦性能增强。
具体实施方式
实施例1：
一种汽车刹车片的材料的制备方法如下：
(1)将1.4kg填充型多孔纳米陶瓷、0.4kg玻璃纤维、0.2kg中空玻璃微球、1.2kg炭化秸秆和1kg钢纤维通过球磨机粉碎研磨混合均匀后待用；
(2)将0.6kg铜粉、0.2kg还原铁粉、0.3kg沉淀硫酸钡、1kg鳞片石墨、0.2kg二硫化钼和0.3kg云母加入步骤1的球磨机中充分研磨混合，得到混合料；
(3)将混合料和均匀涂布0.8Kg复合树脂粘结剂的刹车片背板送入模压工序进行加工，加工后得到的毛坯经过热处理和磨削工序得到汽车刹车片。
所述复合树脂粘结剂的制备过程如下：
(1)将9.411kg苯酚加入反应容器中，升温至50-60℃加入0.3kg氢氧化钠，搅拌溶解后加入15.6kg37％的甲醛溶液，升温至80-90℃搅拌反应2-3h；
(2)然后向步骤(1)中加入3.72kg双酚A环氧树脂搅拌混合均匀后，加入15.6kg37％的甲醛溶液，搅拌反应1-2h后加入向其中加入4.056kg蔗糖，搅拌反应3-4h，得到复合树脂粘结剂；
所述填充型多孔纳米陶瓷的制备过程如下：
(1)将1kgP123溶于2.5L去离子水中，然后加入5L氨水制备成P123溶液；
(2)取0.368kg硝酸铝溶于3.7L去离子水中，同时加入0.463Kg1，3，5三甲苯搅拌混合均匀后在60-75℃下滴加P123溶液，滴加完全后，持续搅拌30-40min，得到混合胶体溶液，然后将0.368kg硝酸铝溶于3.7L去离子水中，溶解完毕后加入3.68g纳米二氧化钛搅拌混合均匀后得到混合溶液，将混合溶液加入混合胶体溶液中，搅拌反应至胶体溶液变澄清后在110℃下老化12h，然后进行烘干焙烧得到多孔纳米陶瓷材料；
(3)取步骤2制备的多孔纳米陶瓷材料0.5kg和0.6kg硅溶胶放入真空搅拌容器中抽真空30-50min，使硅溶胶进入多孔纳米陶瓷材料的孔道中，然后取出产物后在70-80℃微波干燥箱中进行干燥，除去孔道中硅溶胶中的水，进而使得硅溶胶中的二氧化硅残留在孔道中，制得填充型多孔纳米陶瓷，该材料具有高强度和高导热耐磨性。
所述炭化秸秆的制备过程为：
(1)将小麦秸秆剪切成1-2cm长的小段，然后将秸秆用去离子水反复清洗干净后在烘箱中烘干，然后将烘干的秸秆用粉碎机粉碎；
(2)将1kg粉碎的秸秆放入干燥的反应容器中，然后向反应容器中加入4kg的浓硫酸，加热至40℃搅拌反应3-4h，得到黑色的初步炭化秸秆；
(3)将初步炭化秸秆再次进行粉碎研磨至粒径小于10目，对于粒径大于10目的炭化秸秆反复粉碎至粒径小于10目，然后将粉碎后得到的小粒径初步炭化秸秆置于500-550℃的马弗炉中炭化反应8-12h，得到炭化秸秆。
实施例2：
一种汽车刹车片的材料的制备方法如下：
(1)将1.9kg填充型多孔纳米陶瓷、0.7kg玻璃纤维、0.5kg中空玻璃微球、1.6kg炭化秸秆和1.4kg钢纤维通过球磨机粉碎研磨混合均匀后待用；
(2)将1.1kg铜粉、0.5kg还原铁粉、0.8kg沉淀硫酸钡、1.8kg鳞片石墨、0.4kg二硫化钼和0.5kg云母加入步骤1的球磨机中充分研磨混合，得到混合料(3)将混合料和均匀涂布1.3Kg复合树脂粘结剂的刹车片背板送入模压工序进行加工，加工后得到的毛坯经过热处理和磨削工序得到汽车刹车片。
所述复合树脂粘结剂的制备过程如下：
(1)将9.411kg苯酚加入反应容器中，升温至50-60℃加入0.3kg氢氧化钠，搅拌溶解后加入16.3kg37％的甲醛溶液，升温至80-90℃搅拌反应2-3h；
(2)然后向步骤(1)中加入4.11kg双酚A环氧树脂搅拌混合均匀后，加入16.3kg37％的甲醛溶液，搅拌反应1-2h后加入向其中加入5.053kg蔗糖，搅拌反应3-4h，得到复合树脂粘结剂；
所述填充型多孔纳米陶瓷的制备过程如下：
(1)将1kgP123溶于4L去离子水中，然后加入7L氨水制备成P123溶液；
(2)取0.545kg硝酸铝溶于6.2L去离子水中，同时加入0.762kg1，3，5三甲苯搅拌混合均匀后在60-75℃下滴加P123溶液，滴加完全后，持续搅拌30-40min，得到混合胶体溶液，然后将0.545kg硝酸铝溶于6.2L去离子水中，溶解完毕后加入16.35g纳米二氧化钛搅拌混合均匀后得到混合溶液，将混合溶液加入混合胶体溶液中，搅拌反应至胶体溶液变澄清后在110℃下老化12h，然后进行烘干焙烧得到多孔纳米陶瓷材料；
(3)取步骤2制备的多孔纳米陶瓷材料0.6kg和0.84kg硅溶胶放入真空搅拌容器中抽真空30-50min，使硅溶胶进入多孔纳米陶瓷材料的孔道中，然后取出产物后在70-80℃微波干燥箱中进行干燥，除去孔道中硅溶胶中的水，进而使得硅溶胶中的二氧化硅残留在孔道中，制得填充型多孔纳米陶瓷，该材料具有高强度和高导热耐磨性。
所述炭化秸秆的制备过程为：
(1)将小麦秸秆剪切成1-2cm长的小段，然后将秸秆用去离子水反复清洗干净后在烘箱中烘干，然后将烘干的秸秆用粉碎机粉碎；
(2)将1kg粉碎的秸秆放入干燥的反应容器中，然后向反应容器中加入5kg的浓硫酸，加热至40℃搅拌反应3-4h，得到黑色的初步炭化秸秆；
(3)将初步炭化秸秆再次进行粉碎研磨至粒径小于10目，对于粒径大于10目的炭化秸秆反复粉碎至粒径小于10目，然后将粉碎后得到的小粒径初步炭化秸秆置于500-550℃的马弗炉中炭化反应8-12h，得到炭化秸秆。
对比例1：
汽车刹车片的材料的制备方法与实施例1相同，将复合树脂粘结剂替换为酚醛树脂。
对比例2：
汽车刹车片的材料的制备方法与实施例1相同，将填充型多孔纳米陶瓷替换为陶瓷纤维。
将实施例1-2和对比例1-2中制备的刹车片进行摩擦磨损性能的测试，其中摩擦磨损性能的测试通过定速摩擦试验机进行测定，测定结果如表1所示：
由表1可知，随着温度的升高，填充型多孔纳米陶瓷制备的刹车片的摩擦系数随温度上升200℃时摩擦系数的变化率为7.3％，由此可知填充型多孔纳米陶瓷制备的刹车片摩擦系数的稳定性较好，同时磨损率相比陶瓷纤维磨损率变化较小，并且在温度较高的条件下磨损率较低；同时通过复合树脂粘结剂制备的刹车片由于粘结剂中加入双酚A环氧树脂环氧树脂和蔗糖能够充分的将游离醛和游离酚反应完全，使得粘结剂的稳定性增强，使得刹车片表面的材料粘结性能稳定，使得刹车片的磨损率下降。
将实施例1-2和对比例1-2中制备的刹车片进行力学性能结果如表2所示：
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
抗冲击强度(kJ.m-2) 4.81 4.81 4.78 4.73
硬度(HRS) 88 88 84 76
由表2可知，填充型多孔纳米陶瓷制备的刹车片的抗冲击强度和硬度均大于使用陶瓷纤维制备的刹车片，由于填充型多孔纳米陶瓷具有孔道结构，孔道中填充有二氧化硅材料，同时在填充型多孔纳米陶瓷制备过程中加入纳米二氧化钛，使得制备的刹车片的强度和坑冲击力增强，同时由于填充型多孔纳米陶瓷为纳米级材料，粒径较小，可以均匀的分散于杀出片混合材料中，使得制备的刹车片材料材质均匀。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种汽车刹车片的材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：
复合树脂粘结剂8-13份、填充型多孔纳米陶瓷14-19份、玻璃纤维4-7份、中空玻璃微球2-5份、炭化秸秆12-16份、钢纤维10-14份、铜粉6-11份、还原铁粉2-5份、沉淀硫酸钡3-8份、鳞片石墨10-18份、二硫化钼2-4份、云母3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述复合树脂粘结剂的制备过程如下：
(1)将苯酚加入反应容器中，升温至50-60℃加入氢氧化钠，搅拌溶解后加入一定量37％的甲醛溶液，升温至80-90℃搅拌反应2-3h；
(2)然后向步骤(1)中加入双酚A环氧树脂搅拌混合均匀后，加入一定量37％的甲醛溶液，搅拌反应1-2h后加入向其中加入蔗糖，搅拌反应3-4h，得到复合树脂粘结剂。
3.根据权利要求2所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(1)中1mol苯酚中加入甲醛溶液的量为1.56-1.63g。
4.根据权利要求2所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(2)中加入双酚A环氧树脂的物质的量与步骤(1)中加入苯酚的物质的量之比为0.37-0.41:1，同时步骤(2)中甲醛加入的量与步骤(1)中甲醛加入的量相同。
5.根据权利要求2所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(2)中加入蔗糖的物质的量和加入甲醛物质的量之比为0.26-0.31:1。
6.根据权利要求1所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述填充型多孔纳米陶瓷的制备过程如下：
(1)将P123溶于去离子水中，然后加入氨水制备成P123溶液；
(2)取一部分硝酸铝溶于去离子水中，同时加入1，3，5三甲苯搅拌混合均匀后在60-75℃下滴加P123溶液，滴加完全后，持续搅拌30-40min，得到混合胶体溶液，然后将另一部分硝酸铝溶于去离子水中，溶解完毕后加入一定量的纳米二氧化钛搅拌混合均匀后得到混合溶液，将混合溶液加入混合胶体溶液中，搅拌反应至胶体溶液变澄清后在110℃下老化12h，然后进行烘干焙烧得到多孔纳米陶瓷材料；
(3)将步骤2制备多孔纳米陶瓷材料和硅溶胶放入真空搅拌容器中抽真空30-50min，然后取出产物后在70-80℃微波干燥箱中进行干燥，制得填充型多孔纳米陶瓷。
7.根据权利要求6所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(1)中1gP123中加入去离子水的量为25-40mL，加入氨水的量为5-7mL。
8.根据权利要求6所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(2)中混合胶体溶液中1g硝酸铝中加入去离子水的量为10-12mL，加入1，3，5三甲苯的质量为1.2-1.5g，加入P123溶液的量为22-25mL，同时步骤(2)中混合溶液中1g硝酸铝中加入去离子水的量为10-12mL，加入纳米二氧化钛的量为0.01-0.03g。
9.根据权利要求6所述的一种汽车刹车片的材料，其特征在于，所述步骤(3)中多孔纳米陶瓷材料和硅溶胶的质量之比为1：1.2-1.4。
10.一种根据权利要求1所述的汽车刹车片的材料的制备方法，其特征在于，具体制备过程如下：
(1)将填充型多孔纳米陶瓷、玻璃纤维、中空玻璃微球、炭化秸秆和钢纤维通过球磨机粉碎研磨混合均匀后待用；
(2)将铜粉、还原铁粉、沉淀硫酸钡、鳞片石墨、二硫化钼和云母加入步骤1的球磨机中充分研磨混合，得到混合料；
(3)将混合料和均匀涂布复合树脂粘结剂的刹车片背板送入模压工序进行加工，加工后得到的毛坯经过热处理和磨削工序得到汽车刹车片。
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