CN108930736B - 一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及刹车片技术领域，公开了一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法。该刹车片制备过程为先将原料混合均匀，然后依次进行加热硫化、热处理和后处理的得到刹车片。本发明使用玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维起到增强骨架作用，减少刹车片加工和使用过程中出现的开裂和龟裂现象，另外通过玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维之间的复配能够提高刹车片摩擦系数的稳定性和降噪作用。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，尤其是涉及一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法。
背景技术
随着中国汽车产销量的高速增长，中国汽车制造水平和技术水平也得到稳步发展和提高。对有自主知识产权和研发能力的汽车零部件供应商也是很好的机遇与挑战。刹车片是汽车中最为常见的零部件之一，刹车片是由钢片和贴在钢片上的摩擦基材组成，工作原理是摩擦基材通过承受外来压力，产生摩擦作用，从未使车辆达到减速的目的。我国在GB12676-99《汽车制动***结构和性能试验方法》中明确规定刹车片中不能再含有石棉成分，现有技术中通常用钢纤维替代石棉纤维，这种半金属摩擦材料在高温下与石棉有机摩擦材料相比，更具有良好的摩擦性能和耐温性，但是钢纤维具有较高的硬度，它会使对偶件有较大磨损和颤动，损坏对偶件，摩擦系数不稳定，制动时产生噪音。
发明内容
本发明是为了克服现有技术刹车片摩擦系数不稳定、噪音大的问题，提供一种摩擦系数稳定、噪音小的陶瓷复合纤维刹车片的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂15～20份、石墨8～12份、轮胎粉5～10份、硫酸钡6～9份、改性玻璃纤维3～7份、硅灰石5～7份、陶瓷纤维3～5份、复合纤维12～18份、橡胶粉2～5份；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
2123树脂是一种由苯酚和甲醛在酸性介质下缩聚而成的热塑性酚醛树脂，它具有良好的热塑性能，同时赋予刹车片具有较好的韧性，能够降低刹车片摩擦过程中产生的噪音；石墨是一种磨氏硬度为1的无机单质，添加到刹车片中能够提高刹车片的耐磨损性能；陶瓷纤维具有较好的耐热性和热稳定性能，有利于刹车片在变温条件下磨损系数的稳定；玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维起到增强骨架作用，减少刹车片加工和使用过程中出现的开裂和龟裂现象，另外通过玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维之间的复配能够提高刹车片摩擦系数的稳定性和降噪作用；腈粉与2123树脂复配能够提高刹车片的韧性和刹车片的热稳定性能；橡胶粉成分为硫化胶和丁苯硫化胶，能够进一步起到对摩擦片增韧的作用；硅灰石对刹车片恩能够起到增强作用。
作为优选，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:1～4。
作为优选，所述矿物复合纤维的长度为10～20mm，直径为0.1～1mm。
作为优选，所述陶瓷纤维的长度为20～30mm，直径为1～2mm。
作为优选，所述改性玻璃纤维的长度为5～10mm，直径为0.5～1mm。
作为优选，所述改性玻璃纤维的制备方法为：将1～3重量份玻璃纤维和0.2～0.3重量份硅烷偶联剂加入90～100重量份去离子水中，搅拌10～15min，然后加入2～6重量份聚乙烯醇升温至70～80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2～3重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10～20min，超声振荡频率控制在80～100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50～60℃下真空干燥2～5h，得到改性玻璃纤维。聚乙烯醇在加热条件下发生交联反应，在玻璃纤维表面生成一层聚乙烯醇保护膜，聚乙烯醇保护膜能够保护玻璃纤维材料在产品生产过程中不受损伤，尽量保持玻璃纤维原有长度，从而提高刹车片的性能，然后在聚乙烯醇薄膜上沉积纳米氧化锌，纳米氧化锌表面具有较多的羟基，能够与聚乙烯醇上的羟基产生氢键作用，从而使纳米氧化锌颗粒与聚乙烯薄膜稳定结合，增加玻璃纤维与2123树脂基体之间的接触面积，有利于提高两者结合的强度，从而起到较好的抗龟裂效果。
作为优选，所述石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在40～50℃下干燥2～5h，然后其加入质量浓度为2～5％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:3～6，升温至40～60℃，反应2～4h得到改性石墨。本发明通过烯丙基缩水甘油醚上的环氧基开环与聚乙烯醇上的羟基发生反应在石墨烯表面生成一层耐氧化膜，防止石墨烯在高温条件下发生氧化，降低刹车片的摩擦性能，另外氧化膜能够提高石墨烯表面的润湿效果，从而增加石墨烯在2123树脂中的分散性。
作为优选，所述步骤1)中混料机犁刀转速控制在160～220rmp，绞刀转速控制在1800～2400rmp，混合时间为2～6h。
作为优选，所述步骤2)中热压处理过程中，压强控制在20～30Mpa，温度控制在100～120℃。
作为优选，所述步骤3)中热处理温度为130～160℃。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明使用玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维起到增强骨架作用，减少刹车片加工和使用过程中出现的开裂和龟裂现象，另外通过玻璃纤维、陶瓷纤维、复合纤维之间的复配能够提高刹车片摩擦系数的稳定性和降噪作用。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂15份、石墨8份、轮胎粉5份、硫酸钡6份、改性玻璃纤维3份、硅灰石5份、陶瓷纤维3份、复合纤维12份、橡胶粉2份；混料机犁刀转速控制在160rmp，绞刀转速控制在1800rmp，混合时间为2h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在20Mpa，温度控制在100℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为130℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，复合纤维的长度为10mm，直径为0.1mm，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:1；陶瓷纤维的长度为20mm，直径为1mm；改性玻璃纤维的长度为5mm，直径为0.5mm。
其中，改性玻璃纤维的制备方法为：将1重量份玻璃纤维和0.2重量份硅烷偶联剂加入90重量份去离子水中，搅拌10min，然后加入2重量份聚乙烯醇升温至70℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10min，超声振荡频率控制在80Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50℃下真空干燥2h，得到改性玻璃纤维。
其中，石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在40℃下干燥2h，然后其加入质量浓度为2％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:3，升温至40℃，反应2h得到改性石墨。
实施例2
一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂16份、石墨9份、轮胎粉6份、硫酸钡7份、改性玻璃纤维4份、硅灰石5份、陶瓷纤维3份、复合纤维13份、橡胶粉3份；混料机犁刀转速控制在180rmp，绞刀转速控制在1900rmp，混合时间为3h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在22Mpa，温度控制在105℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为140℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，复合纤维的长度为12mm，直径为0.3mm，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:2；陶瓷纤维的长度为22mm，直径为1mm；改性玻璃纤维的长度为6mm，直径为0.6mm。
其中，改性玻璃纤维的制备方法为：将1重量份玻璃纤维和0.2重量份硅烷偶联剂加入92重量份去离子水中，搅拌12min，然后加入3重量份聚乙烯醇升温至74℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2重量份纳米氧化锌，继续超声振荡15min，超声振荡频率控制在80Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在52℃下真空干燥3h，得到改性玻璃纤维。
其中，石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在44℃下干燥3h，然后其加入质量浓度为3％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:4，升温至45℃，反应2h得到改性石墨。
实施例3
一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂17份、石墨10份、轮胎粉7份、硫酸钡7.5份、改性玻璃纤维5份、硅灰石6份、陶瓷纤维4份、复合纤维15份、橡胶粉3.5份；混料机犁刀转速控制在190rmp，绞刀转速控制在2000rmp，混合时间为4h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在25Mpa，温度控制在110℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为145℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，复合纤维的长度为15mm，直径为0.5mm，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:2.5；陶瓷纤维的长度为26mm，直径为1.5mm；改性玻璃纤维的长度为7mm，直径为0.7mm。
其中，改性玻璃纤维的制备方法为：将2重量份玻璃纤维和0.25重量份硅烷偶联剂加入95重量份去离子水中，搅拌13min，然后加入4重量份聚乙烯醇升温至76℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2.5重量份纳米氧化锌，继续超声振荡16min，超声振荡频率控制在90Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在53℃下真空干燥3.5h，得到改性玻璃纤维。
其中，石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在46℃下干燥3.5h，然后其加入质量浓度为3.5％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:4.5，升温至50℃，反应3h得到改性石墨。
实施例4
一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂18份、石墨11份、轮胎粉8份、硫酸钡8份、改性玻璃纤维6份、硅灰石7份、陶瓷纤维5份、复合纤维16份、橡胶粉4份；混料机犁刀转速控制在200rmp，绞刀转速控制在2200rmp，混合时间为5h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在28Mpa，温度控制在115℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为150℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，复合纤维的长度为18mm，直径为0.8mm，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:3；陶瓷纤维的长度为28mm，直径为2mm；改性玻璃纤维的长度为8mm，直径为0.8mm。
其中，改性玻璃纤维的制备方法为：将3重量份玻璃纤维和0.3重量份硅烷偶联剂加入98重量份去离子水中，搅拌14min，然后加入5重量份聚乙烯醇升温至78℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入3重量份纳米氧化锌，继续超声振荡18min，超声振荡频率控制在100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在54℃下真空干燥4h，得到改性玻璃纤维。
其中，石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在48℃下干燥4h，然后其加入质量浓度为4％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:5，升温至55℃，反应4h得到改性石墨。
实施例5
一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，包括以下步骤：
1)混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂20份、石墨12份、轮胎粉10份、硫酸钡9份、改性玻璃纤维7份、硅灰石7份、陶瓷纤维5份、复合纤维18份、橡胶粉5份；混料机犁刀转速控制在220rmp，绞刀转速控制在2400rmp，混合时间为6h；
2)加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理，压强控制在30Mpa，温度控制在120℃，然后进行硫化；
3)热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理，热处理温度为160℃；
4)后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
其中，复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，复合纤维的长度为20mm，直径为1mm，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:4；陶瓷纤维的长度为30mm，直径为2mm；改性玻璃纤维的长度为10mm，直径为1mm。
其中，改性玻璃纤维的制备方法为：将3重量份玻璃纤维和0.3重量份硅烷偶联剂加入100重量份去离子水中，搅拌15min，然后加入6重量份聚乙烯醇升温至80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入3重量份纳米氧化锌，继续超声振荡20min，超声振荡频率控制在100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在60℃下真空干燥5h，得到改性玻璃纤维。
其中，石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在50℃下干燥5h，然后其加入质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:6，升温至60℃，反应4h得到改性石墨。
对实施例1～5刹车片的摩擦系数和磨损率进行测试，测试结果如下表所示：
由测试结果可知，本发明刹车片在变温条件下具有较为稳定的磨擦系数和较低的磨损率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）混料：将刹车片摩擦基材原料加入到混料机中，摩擦基材原料包括按重量份数配比的下述组分：2123树脂15~20份、石墨8~12份、轮胎粉5~10份、硫酸钡6~9份、改性玻璃纤维3~7份、硅灰石5~7份、陶瓷纤维3~5份、复合纤维12~18份、橡胶粉2~5份；所述改性玻璃纤维的制备方法为：将1~3重量份玻璃纤维和0.2~0.3重量份硅烷偶联剂加入90~100重量份去离子水中，搅拌10~15min，然后加入2~6重量份聚乙烯醇升温至70~80℃，超声振荡使聚乙烯醇完全溶解，然后加入2~3重量份纳米氧化锌，继续超声振荡10~20min，超声振荡频率控制在80~100Hz，过滤后将玻璃纤维放入真空干燥箱中在50~60℃下真空干燥2~5h，得到改性玻璃纤维；
2）加热硫化：采用高吨位液压机对混料进行热压处理， 然后进行硫化；
3）热处理：将加热硫化得到的混料放入烘箱中进行热处理；
4）后处理：将热处理过后得到的混料经过平头倒角、外弧粗、磨内弧、钻孔、外弧精磨工序得到刹车片。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中复合纤维由矿物纤维和铝纤维组成，矿物纤维与铝纤维的质量比为1:1~4。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中复合纤维的长度为10~20mm，直径为0.1~1mm。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中陶瓷纤维的长度为20~30mm，直径为1~2mm。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中改性玻璃纤维的长度为5~10mm，直径为0.5~1mm。
6.根据权利要求1~5任一权利要求所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中石墨经过改性处理，改性处理方法为：将石墨加入烯丙基缩水甘油醚中，搅拌混合，过滤后将陶瓷纤维放入烘箱中在40~50℃下干燥2~5h，然后其加入质量浓度为2~5%的聚乙烯醇水溶液中，其中石墨与聚乙烯醇的质量比为1:3~6，升温至40~60℃，反应2~4h得到改性石墨。
7.根据权利要求1~5任一权利要求所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中混料机犁刀转速控制在160~220rmp，绞刀转速控制在1800~2400rmp，混合时间为2~6h。
8.根据权利要求1~5任一权利要求所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中热压处理过程中，压强控制在20~30Mpa，温度控制在100~120℃。
9.根据权利要求1~5任一权利要求所述的一种陶瓷复合纤维刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中热处理温度为130~160℃。
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