CN109929511B - 一种无铜无锑环保摩擦材料和摩擦片及制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无铜无锑环保摩擦材料、摩擦片及制备方法和用途，属于刹车片技术领域。所述无铜无锑环保摩擦材料由以下原料组分及质量份的原材料组成：酚醛树脂5‑12份、有机硅改性树脂2‑9份、芳纶1‑3份、丁腈粉末3‑8份、天然石墨5‑12份、人造石墨5‑12份、碳纤维2‑7份、矿物纤维8‑15份、硅微粉3‑8份、微硅粉15‑30份、腰果壳油摩擦粉3‑8份、锡粉3‑8份、铝合金纤维7‑12份、钢纤维8‑12份、石油焦5‑9份。利用本发明无铜无锑环保摩擦材料，制作成型的摩擦片不含铜、硫化锑等污染物，耐高温性能、抗冲击、耐磨损性能和压缩性能优异。

Description

一种无铜无锑环保摩擦材料和摩擦片及制备方法和用途

技术领域

本发明涉及汽车摩擦制动材料技术领域，具体涉及一种无铜无锑环保摩擦材料和摩擦片及制备方法和用途。

背景技术

随着汽车行业的高速发展，人们对制动的安全性、舒适性的要求越来越来高。同时随着人们环保意识的增强，对摩擦材料环保性能的要求也更加苛刻，对摩擦材料原材料选用的控制更加严格，对摩擦材料原材料的选择不再是只考虑经济性。由于目前市场上的轿车用摩擦材料使用的原材料中普遍含有铜、三硫化二锑污染物，制动过程中制动片中的铜以摩擦微粒的形式排放到空气中，最终在土壤或水域中富集从而对生态环境造成重金属污染，无铜摩擦材料成为摩擦材料的发展趋势。而随着美国的加利福尼亚州、华盛顿州等率先提出2021年起摩擦材料中铜含量不允许超过5％，2025年起不允许超过0.5％，各大汽车生产商纷纷响应号召，开始研发无铜摩擦材料。有文献证明三硫化二锑在高温条件下可转化为三氧化二锑，且美国部分州明确要求摩擦材料中禁止含有三氧化二锑。锑与铜都属于重金属元素，三硫化二锑因作为高温润滑性材料在摩擦材料中而被广泛的使用，由于铜具有优异的导热性能及高温润滑性，三硫化二锑是一种性能较好的高温润滑剂，所以一直以来无铜无锑摩擦材料的研发都具有较大的难度，因此开发一种无铜无锑的环保型摩擦材料不仅是一种新的发展趋势，也是一个亟待解决的难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种不含铜、三硫化二锑的环保型摩擦材料、摩擦片和刹车片及摩擦片的制备方法，来解决现有摩擦材料中铜、三硫化二锑污染环境，而不含铜、三硫化二锑的摩擦片性能较差的问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无铜无锑环保摩擦材料，所述无铜无锑环保摩擦材料由以下原料组分及质量份的原材料组成：酚醛树脂5-12份、有机硅改性树脂2-9份、芳纶1-3份、丁腈粉末3-8份、天然石墨5-12份、人造石墨5-12份、碳纤维2-7份、矿物纤维8-15份、硅微粉3-8份、微硅粉15-30份、腰果壳油摩擦粉3-8份、锡粉3-8份、铝合金纤维7-12份、钢纤维8-12份、石油焦5-9份。

优选地，所述酚醛树脂125℃的流动距离为40-70mm，150℃时的凝胶化时间为75-125s，流动距离和凝胶时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

优选地，所述有机硅改性树脂125℃的流动距离为10-30mm，150℃时的凝胶化时间为60-90s，流动距离和凝胶时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

优选地，所述碳纤维为表面改性沥青基碳纤维。

优选地，所述铝合金纤维为铝锌合金纤维。

优选地，所述碳纤维的纤维长度为2-5mm，所述矿物纤维的纤维长度为100-150μm，所述铝合金纤维的纤维长度为0.4-0.8mm，所述钢纤维的纤维长度为90-220μm，所述芳纶的纤维长度为90-135mm。

优选地，所述丁腈粉末为325目，所述天然石墨为325目，所述人造石墨为30-100目，所述硅微粉为325-800目，所述微硅粉为325目，所述腰果壳油摩擦粉为40-325目，所述锡粉为200目，所述石油焦为14-100目。

本发明还提供了上述无铜无锑环保摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分料：无铜无锑环保摩擦材料配方中的原料组分及质量份称取所有原材料；

(2)混料：先将芳纶、天然石墨、人造石墨、微硅粉放入混料机中，搅拌1-3分钟，再将剩余原料加入混料机中搅拌5-7分钟，即得到所述无铜无锑环保摩擦材料。

本发明还提供了一种上述无铜无锑环保摩擦材料在刹车片中的用途。

本发明进一步提供了一种刹车片，包括钢背和由上述环保摩擦材料制成的摩擦片，所述摩擦片安装在所述钢背上。

本发明还提供了一种采用上述任一项所述无铜无锑环保摩擦材料制备摩擦片的方法，包括以下步骤：

(1)无铜无锑环保摩擦材料的制备；

(2)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在15-20MPa下冷压，形成毛坯；

(3)热压：将毛坯放入热压模具中，模具的温度为140-160℃，压制压力为12-17MPa；首次热压保压5-10s，后续每间隔15s热压一次，每次排气5-10s，排气4-6次，保压200-300s；

(5)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3-5h；从180℃等速升温至200℃，保温1-2h；从200℃等速升温至250℃，保温1-3h即得到所述摩擦片。

本发明无铜无锑环保摩擦材料，不含铜、硫化锑等污染物，其制作成型的摩擦片，通过所述酚醛树脂和所述有机硅改性树脂的协同作用，提高了摩擦片的耐高温性能，同时改善了摩擦片的压缩性能，提高了制动舒适性。通过微硅粉作为摩擦材料空间填料，降低了摩擦片的整体密度，由于微硅粉平均尺寸较小具有优异的填充效果，使摩擦片具有优异的抗冲击强度、耐磨损性，并且硬度适中、成本低廉。本发明环保摩擦材料还通过选用表面改性短切沥青基碳纤维和铝合金纤维，来提高摩擦片高温条件下的热传导率，提高摩擦材料强度，并降低摩擦系数波动性。

本发明所采用的制备摩擦片的方法使各组分充分地聚合在一起，发挥各组分间的协同作用，具有稳定的物理性能，有助于提高制动的舒适性。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中的酚醛树脂和有机硅改性树脂可采用本领域技术人员所熟知的常规酚醛树脂和有机硅改性树脂材料，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中酚醛树脂的流动距离(125℃)为40-70mm，凝胶化时间(150℃)为75-125s，平均粒径75μm，比表面积0.901m³/g，熔点94℃。所述有机硅改性树脂，流动距离(125℃)为10-30mm，凝胶化时间(150℃)为60-90s，平均粒径45μm，比表面积1.03m³/g，熔点105℃。流动距离和凝胶时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

本发明中的各种纤维均可采用本领域技术人员所熟知的纤维规格，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中所述碳纤维为表面改性沥青基碳纤维，纤维长度为2-5mm；矿物纤维的纤维长度为100-150μm；铝合金纤维为铝锌合金纤维，纤维长度为0.4-0.8mm，钢纤维的纤维长度为90-220μm，芳纶的纤维长度为90-135mm。

本发明中的丁腈粉末、人造石墨、天然石墨、硅微粉、微硅粉、腰果壳油摩擦粉、锡粉、石油焦也均选自本领域常规原料，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中选取的丁腈粉末为325目，天然石墨为325目，人造石墨为30-100目，硅微粉为325-800目，微硅粉为325目，腰果壳油摩擦粉为40-325目，锡粉为200目，石油焦为14-100目。

需要说明的是本发明实施例中除了明确给出的数值外，其他未公布条件均相同。

实施例1

a)无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方：

酚醛树脂12份、有机硅改性酚醛树脂2份、芳纶3份、丁腈粉末3份、天然石墨8份、人造石墨5份、表面改性沥青基碳纤维4份、矿物纤维8份、硅微粉8份、微硅粉15份、腰果壳油摩擦粉5份、锡粉3份、铝合金纤维9份、钢纤维8份、石油焦7份。

b)无铜无锑环保摩擦材料的制备：

(1)称料：按照无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方称取所有原材料；

(2)混料：先将芳纶、天然石墨、人造石墨、微硅粉放入铧式混料机中，开启主桨搅拌1-3分钟，再将剩余原料加入混料机中开启主桨和高速绞刀搅拌5-7分钟，即得到所述无铜无锑环保摩擦材料。

c)摩擦片的制备

(1)预成型：将上述制得的无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在17MPa下冷压，形成毛坯；

(2)热压：将毛坯放入热压模具中，上、中、下模具的温度分别为160℃、150℃、155℃，压制压力为15MPa；首次热压保压开始5s，以后间隔15s，每次排气5s，排气6次，保压300s；

(3)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3h；从180℃等速升温至200℃，保温1h；从200℃等速升温至250℃，保温1h得到摩擦片A。

实施例2

a)无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方：

酚醛树脂5份、有机硅改性酚醛树脂9份、芳纶1份、丁腈粉末5份、天然石墨5份、人造石墨5份、表面改性沥青基碳纤维2份、矿物纤维11份、硅微粉3份、微硅粉22份、腰果壳油摩擦粉3份、锡粉5份、铝合金纤维7份、钢纤维12份、石油焦5份。

b)无铜无锑环保摩擦材料的制备同实施例1：

c)摩擦片的制备

(1)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在15MPa下冷压，形成毛坯；

(2)热压：将毛坯放入热压模具中，上、中、下模具的温度分别为160℃、150℃、155℃，压制压力为12MPa；首次热压保压10s，以后间隔15s，每次排气10s，排气4次，保压300s；

(3)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3h；从180℃等速升温至200℃，保温1h；从200℃等速升温至250℃，保温1h得到摩擦片B

实施例3

a)无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方：

酚醛树脂6.5份、有机硅改性酚醛树脂3.5份、芳纶2份、丁腈粉末8份、天然石墨12份、人造石墨5份、表面改性沥青基碳纤维2份、矿物纤维8份、硅微粉3份、微硅粉15份、腰果壳油摩擦粉3份、锡粉3份、铝合金纤维12份、钢纤维8份、石油焦9份。

b)无铜无锑环保摩擦材料的制备同实施例1：

c)摩擦片的制备

(1)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在20MPa下冷压，形成毛坯；

(2)热压：将毛坯放入热压模具中，上、中、下模具的温度分别为160℃、150℃、155℃，压制压力为17MPa；首次热压保压10s，以后间隔15s，每次排气10s，排气4次，保压300s；

(3)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3h；从180℃等速升温至200℃，保温1h；从200℃等速升温至250℃，保温1h得到摩擦片C。

实施例4

a)无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方：

酚醛树脂5份、有机硅改性酚醛树脂2份、芳纶1份、丁腈粉末3份、天然石墨5份、人造石墨12份、表面改性沥青基碳纤维7份、矿物纤维9份、硅微粉5份、微硅粉15份、腰果壳油摩擦粉8份、锡粉8份、铝合金纤维7份、钢纤维8份、石油焦5份。

b)无铜无锑环保摩擦材料的制备同实施例1：

c)摩擦片的制备

(1)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在20MPa下冷压，形成毛坯；

(2)热压：将毛坯放入热压模具中，上、中、下模具的温度分别为160℃、150℃、155℃，压制压力为17MPa；首次热压保压10s，以后间隔15s，每次排气10s，排气4次，保压200s；

(3)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3h；从180℃等速升温至200℃，保温1h；从200℃等速升温至250℃，保温1h得到摩擦片D。

实施例5

a)无铜无锑环保摩擦材料的组分及质量份配方：

酚醛树脂5份、有机硅改性酚醛树脂2份、芳纶1份、丁腈粉末3份、天然石墨5份、人造石墨5份、表面改性沥青基碳纤维3份、矿物纤维15份、硅微粉3份、微硅粉30份、腰果壳油摩擦粉3份、锡粉3份、铝合金纤维7份、钢纤维10份、石油焦5份。

b)无铜无锑环保摩擦材料的制备同实施例1：

c)摩擦片的制备

(1)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在20MPa下冷压，形成毛坯；

(2)热压：将毛坯放入热压模具中，上、中、下模具的温度分别为160℃、150℃、155℃，压制压力为17MPa；首次热压保压10s，以后间隔15s，每次排气10s，排气4次，保压300s；

(3)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3h；从180℃等速升温至200℃，保温1h；从200℃等速升温至250℃，保温1h得到摩擦片E。

本发明中无铜无锑环保摩擦材料参照GB5763-2008，采用GB5763-2008《汽车用制动器衬片》中规定的测试方法对照实施例1至实施例5所提供的配方制造的摩擦片进行摩擦磨损和压缩应变测试。摩擦性能要求见表1，压缩应变要求见表2，测试结果见表3、表4、表5。

表1 GB5763-2008摩擦性能要求

表2压缩应变要求

表3摩擦性能测试结果

表4摩擦磨损测试结果

表5压缩应变测试结果

根据测试结果，本发明所制得无铜无锑环保摩擦片，其摩擦性能稳定，衰退低，抗衰退性能好，且各阶段测试的磨损量低；常温压缩应变与高温压缩应变值相近，制动舒适性高，符合环保型摩擦材料的发展趋势。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述无铜无锑环保摩擦材料由以下原料组分及质量份的原材料组成：酚醛树脂5-12份、有机硅改性树脂2-9份、芳纶1-3份、丁腈粉末3-8份、天然石墨5-12份、人造石墨5-12份、碳纤维2-7份、矿物纤维8-15份、硅微粉3-8份、微硅粉15-30份、腰果壳油摩擦粉3-8份、锡粉3-8份、铝合金纤维7-12份、钢纤维8-12份、石油焦5-9份。

2.根据权利要求1所述的无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述酚醛树脂125℃的流动距离为40-70mm，150℃时的凝胶化时间为75-125s，流动距离和凝胶时间参考GB/T24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

3.根据权利要求1所述的无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述有机硅改性树脂125℃的流动距离为10-30mm，150℃时的凝胶化时间为60-90s，流动距离和凝胶时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

4.根据权利要求1所述的无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述硅微粉为325-800目。

5.根据权利要求1所述的无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述碳纤维为表面改性沥青基碳纤维。

6.根据权利要求1所述的无铜无锑环保摩擦材料，其特征在于，所述铝合金纤维为铝锌合金纤维。

7.一种权利要求1至6任一项所述无铜无锑环保摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)称料：按照权利要求1至6中任一项所述原料组分及质量份称取所有原材料；

(2)混料：先将芳纶、天然石墨、人造石墨、微硅粉放入混料机中，搅拌1-3分钟，再将剩余原料加入混料机中搅拌5-7分钟，即得到所述无铜无锑环保摩擦材料。

8.权利要求1至6任一项所述无铜无锑环保摩擦材料在刹车片中的用途。

9.一种刹车片，包括钢背和由权利要求1至6任一项所述无铜无锑环保摩擦材料制成的摩擦片。

10.一种采用权利要求1至6中任一项所述无铜无锑环保摩擦材料制备摩擦片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)无铜无锑环保摩擦材料的制备；

(2)预成型：将无铜无锑环保摩擦材料放入模具中在15-20MPa下冷压，形成毛坯；

(3)热压：将毛坯放入热压模具中，模具的温度为140-160℃，压制压力为12-17MPa；首次热压保压5-10s，后续每间隔15s热压一次，每次排气5-10s，排气4-6次，保压200-300s；

(5)热处理：从室温等速升温至180℃，保温3-5h；从180℃等速升温至200℃，保温1-2h；从200℃等速升温至250℃，保温1-3h即得到所述摩擦片。