CN109555802B - 一种摩擦材料、由其制备的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及刹车材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料，由其制备的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片及其制备方法和应用；所述摩擦材料包括如下重量份原料：碳纤维3‑5份、钢纤维10‑15份、矿物纤维5‑10份、改性酚醛树脂8‑12份、粉末丁腈橡胶5‑10份、腰果油摩擦粉6‑10份、沉淀硫酸钡10‑20份、腈纶1‑3份、碳化硅2‑4份、软质高岭土5‑10份、硅酸锆9‑12份，其制备方法为通过压制固化成型，所述耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片结构稳定，耐热性和摩擦性能好，制备工艺简单，制备周期短，与耐磨涂层制动盘匹配性好，制成耐磨摩擦副，能有效延长汽车、新能源车或动车制动盘的寿命。
Description
技术领域
本发明属于刹车材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料、由其制备的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片及制备方法和应用。
背景技术
近20年来，随着运输事业的蓬勃发展，高速、安全可靠、长寿命等要求在车辆领域被提出，在汽车、新能源车和高速列车的研究过程中发现，耐磨涂层制动盘可以有效提升车辆制动盘的寿命，具体地说，耐磨涂层有效延长的制动盘的寿命，甚至制动盘基体可以重复使用，节能环保。
耐磨涂层制动盘是一般包括基体和涂层，还包括基体和涂层间的过渡层，基体采用铸铁、铸钢制动盘或其他轻量化制动盘，涂层材料选自氧化锆、氧化铝、碳化铬或碳化物-12％钴合金，制动盘基体不易变形，涂层与基体之间结合强度高，涂层不易脱落，能有效延长汽车、新能源车或动车等制动盘的寿命。
然而传统的刹车片匹配的多是灰铸铁制动盘或铸钢制动盘，与耐磨涂层制动盘匹配性不好，而且与灰铸铁制动盘或铸钢制动盘组成的摩擦副在制动过程中，还具有因制动盘易锈蚀、高温制动过程中制动盘基体金属转移粘结等原因导致制动盘耐热性低和使用寿命短等缺陷。
为了解决这个问题，有机碳陶刹车片的应用越来越多，例如中国专利CN107725648 A公开了一种摩擦材料及由其制备形成的碳陶刹车片，包括碳陶纤维8-16份、钢纤维1-6份、矿物纤维3-12份、丁腈橡胶改性酚醛树脂8-16份、粉末丁腈橡胶5-11份、石油焦炭4-11份、硫酸钡9-22份、聚丙烯腈纤维1-5份、重质氧化镁6-16份、高岭土4-12份、二氧化硅2-8份，该摩擦材料不含重金属，应用时磨损量小、使用寿命长，耐热性好，但是一般常用于传统制动盘，与耐磨涂层制动盘匹配性不佳。
发明内容
因此，本发明要解决现有技术中所公开的刹车片与耐磨涂层制动盘匹配性不好的技术问题，提供一种摩擦材料及由其制备的耐热、结构稳定与耐磨涂层制动盘匹配性好的有机碳陶刹车片及其制备方法和应用。
一种摩擦材料，以重量份数计，包括如下原料：碳纤维3-5份、钢纤维10-15份、矿物纤维5-10份、改性酚醛树脂8-12份、粉末丁腈橡胶5-10份、腰果油摩擦粉6-10份、沉淀硫酸钡10-20份、腈纶1-3份、碳化硅2-4份、软质高岭土5-10份、硅酸锆9-12份。
优选的，所述改性酚醛树脂采用环氧改性酚醛树脂。
优选的，以重量份数计，所述摩擦材料包括如下原料：碳纤维3.5-4.5份、钢纤维11-14份、矿物纤维6-9份、改性酚醛树脂9-11份、粉末丁腈橡胶7-8份、腰果油摩擦粉7-9份，沉淀硫酸钡12-18份、腈纶1.5-2.5份、碳化硅2.5-3.5份、软质高岭土6-8份、硅酸锆10-12份。
优选的，以重量份数计，所述摩擦材料包括如下原料：碳纤维3份、钢纤维12份、矿物纤维8份、环氧改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、腰果油摩擦粉8份，沉淀硫酸钡15份、腈纶2份、碳化硅3份、软质高岭土9份、硅酸锆11份。
本发明还提供了一种由上述摩擦材料制备的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片。
本发明还提供了一种制备上述耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片的方法，包括以下步骤：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合30-40min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，10～15Mpa压制250～320s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至190～220℃固化5～8h。
本发明还提供了一种耐磨摩擦副，包括耐磨涂层制动盘和上述耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片。
有益效果
1、所述耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片使用的摩擦材料包括碳纤维、钢纤维、矿物纤维、环氧改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、腰果油摩擦粉、沉淀硫酸钡、腈纶、碳化硅、软质高岭土、硅酸锆等原料成分，本发明使用碳纤维、钢纤维、矿物纤维作为强度材料，钢纤维组分的增加，改善了刹车片的强度，剪切强度达到5.3MPa；配合腰果油摩擦粉，增加强度的同时改善了摩擦噪音，噪音小，振动低，并且只生成极少的的粉尘，不会影响车辆美观；改性的酚醛树脂，特别是环氧改性的酚醛树脂，其粘接强度高，耐热性好，使得材料具有更好的稳定性和耐热性能，而且耐热性的增加，也提高了本发明中摩擦材料的抗热衰退性。
2、本发明提供的摩擦材料，采用的沉淀硫酸钡、腈纶、碳化硅、软质高岭土、硅酸锆，既可以调节摩擦系数又可以改善产品硬度，和其它组分的配合使制得的刹车片具有合适的硬度和稳定的摩擦系数
3、本发明耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片与耐磨涂层制动盘匹配，具有优异的摩擦性能，经测试，刹车片的厚度磨损0.211mm-0.270mm，耐磨涂层制动盘磨损量为0.002mm-0.005mm，无异常摩擦，使用寿命很长。
4、本发明使制动摩擦副实现更长的生命周期，解决铸铁或铸钢制动盘摩擦副制动过程中制动盘锈蚀问题，完全避免刹车片在与普通铸铁或铸钢制动盘高温制动过程中基体金属的转移、粘接问题，实现有机碳陶刹车片与耐磨涂层制动盘的匹配，并延长制动盘的使用寿命，甚至制动盘基体可回收重复喷涂，实现绿色环保及更加节能的目标。
5、本发明耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片还可以为刹车盘提供更高静摩擦性能，这对于斜坡驻车尤为有益。本发明与行车制动器、驻车制动器配合良好，与新能源汽车制动***配合更加优秀。
6、本发明使用压制固化的方式将原料压制固化成型，操作工艺简单，制备周期短，而且由于原料成分中不含重金属，制备和使用过程都更加环保。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行；所用原材料或仪器设备未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
改性酚醛树脂
改性酚醛树脂指用不同的化合物或聚合物通过化学或物理方法改性制得的酚醛树脂，包括聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂等，以下实施例中改性酚醛树脂采用环氧改性酚醛树脂，并不代表所有的实施例，只要使用的改性酚醛树脂不影响本发明的技术效果，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维3份、钢纤维15份、矿物纤维5份、环氧改性酚醛树脂8份、粉末丁腈橡胶5份、腰果油摩擦粉6份、沉淀硫酸钡10份、腈纶1份、碳化硅2份、软质高岭土5份、硅酸锆12份。
按照上述配比用如下制备方法的步骤进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合40min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，15Mpa压制320s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至190℃固化8h，制得刹车片A。
实施例2
本实施例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维5份、钢纤维10份、矿物纤维10份、环氧改性酚醛树脂12份、粉末丁腈橡胶10份、腰果油摩擦粉10份、沉淀硫酸钡20份、腈纶3份、碳化硅4份、软质高岭土10份、硅酸锆9份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合30min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，10Mpa压制250s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至220℃固化5h，制得刹车片B。
实施例3
本实施例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维3份、钢纤维12份、矿物纤维8份、环氧改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、腰果油摩擦粉8份、沉淀硫酸钡15份、腈纶2份、碳化硅3份、软质高岭土9份、硅酸锆11份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合30min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，15Mpa压制300s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至220℃固化6h，制得刹车片C。
实施例4
本实施例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计(1重量份为200g)，包括如下原料：碳纤维3.5份、钢纤维14份、矿物纤维6份、环氧改性酚醛树脂11份、粉末丁腈橡胶7份、腰果油摩擦粉7份，沉淀硫酸钡12份、腈纶1.5份、碳化硅2.5份、软质高岭土6份、硅酸锆10份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合35min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，14Mpa压制280s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至210℃固化7h，制得刹车片D。
实施例5
本实施例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维4.5份、钢纤维11份、矿物纤维9份、环氧改性酚醛树脂9份、粉末丁腈橡胶8份、腰果油摩擦粉9份，沉淀硫酸钡18份、腈纶2.5份、碳化硅3.5份、软质高岭土8份、硅酸锆12份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合35min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，13Mpa压制300s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至200℃固化6h，制得刹车片E。
对比例1
本对比例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维4份、钢纤维6份、矿物纤维10份、酚醛树脂12份、粉末丁腈橡胶10份、腰果油摩擦粉10份、沉淀硫酸钡20份、腈纶3份、碳化硅4份、软质高岭土10份、硅酸锆12份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合35min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，10Mpa压制320s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至220℃固化5h，制得刹车片F。
对比例2
本对比例提供了一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其摩擦材料以重量份数计，包括如下原料：碳纤维3份、钢纤维18份、矿物纤维5份、酚醛树脂12份、粉末丁腈橡胶10份、腰果油摩擦粉10份、沉淀硫酸钡20份、腈纶0.5份、碳化硅8份、软质高岭土3份、硅酸锆12份。
按照上述配比用如下制备方法进行制备：
(1)混合步骤，准确称取各组分，混合30min；
(2)压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，15Mpa压制300s成毛胚；
(3)固化步骤，将压制好的毛胚加热至190℃固化8h，制得刹车片G。
试验例1
将实施例和对比例制得的刹车片A-G按照GB/T 5763标准进行物理性能测试，结果如表1所示。
表1
实验例2
为考察刹车片的摩擦性能和磨损性能，按照《SAE J2522》测试圆盘制动器效能标准要求进行了台架试验，其中，磨损测试使用的对偶件为铸钢基体喷涂碳化铬的耐磨涂层制动盘，试验结果如表2、表3和表4所示。
表2：摩擦性能测试结果
表2续
表2续
表3：刹车片A-G温度耐受试验检测结果
| 刹车片 | A | B | C | D | E | F | G |
| 耐受温度(℃) | 596 | 594 | 600 | 597 | 598 | 498 | 521 |
表4：刹车片A-G磨损试验检测结果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其特征在于，包括摩擦材料，所述摩擦材料，以重量份数计，由如下原料组成：碳纤维3-5份、钢纤维10-15份、矿物纤维5-10份、改性酚醛树脂8-12份、粉末丁腈橡胶5-10份、腰果油摩擦粉6-10份、沉淀硫酸钡10-20份、腈纶1-3份、碳化硅2-4份、软质高岭土5-10份、硅酸锆9-12份。
2.根据权利要求1所述的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其特征在于，所述改性酚醛树脂采用环氧改性酚醛树脂。
3.根据权利要求2所述的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其特征在于，以重量份数计，由如下原料组成：碳纤维3.5-4.5份、钢纤维11-14份、矿物纤维6-9份、环氧改性酚醛树脂9-11份、粉末丁腈橡胶7-8份、腰果油摩擦粉7-9份，沉淀硫酸钡12-18份、腈纶1.5-2.5份、碳化硅2.5-3.5份、软质高岭土6-8份、硅酸锆10-12份。
4.根据权利要求2或3所述的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片，其特征在于，以重量份数计，由如下原料组成：碳纤维3份、钢纤维12份、矿物纤维8份、环氧改性酚醛树脂10份、粉末丁腈橡胶6份、腰果油摩擦粉8份，沉淀硫酸钡15份、腈纶2份、碳化硅3份、软质高岭土9份、硅酸锆11份。
5.一种制备权利要求1-4任一项所述耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）混合步骤，准确称取各组分，形成混合料，混合30-40min；
（2）压制步骤，将钢背和混合好的物料置于模具中，10~15Mpa压制250~320s成毛胚；
（3）固化步骤，将压制好的毛胚加热至190~220℃固化5~8h。
6.一种耐磨摩擦副，其特征在于，包括耐磨涂层制动盘和权利要求1-4任一项所述的耐磨涂层制动盘用有机碳陶刹车片。
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