CN1493641A - 一种环保型刹车材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可应用在汽车、飞机、机车、工程机械、运输机械、化工机械、矿山机械、石油机械等多领域的环保型刹车材料。本发明的特点在于，采用改性酚醛树脂作为粘合剂、石墨粉和二硫化钼粉作为润滑剂，碳化硅粉和硅酸锆粉作为摩擦组元，并在调节剂中增加硫酸亚铁粉。本发明不含石棉成分，并能成功的解决摩擦系数偏低和热衰退性能差的问题，制造工艺简单，容易操作，成本低，产品质量稳定，适合于工业化规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车材料，尤其是一种可应用在汽车、飞机、机车、工程机械、运输机械、化工机械、矿山机械、石油机械等多领域的环保型刹车材料。
背景技术
环保型汽车刹车片(又称摩擦材料、制动材料)的一个重要特点是不含石棉成分，从根本上消除了石棉刹车片在生产和使用过程中对人体有毒有害和污染环境的危险性。是各类机器制动***的关键零部件，在许多领域，如汽车、飞机、机车、工程机械、运输机械、化工机械、矿山机械、石油机械等方面，具有极为广泛的用途。环保型汽车刹车片在国外已进入了工业化生产和广泛应用阶段，但产品的制造成本较高，在我国也不易推广，并且由于我国制造技术落后，对人体健康和环境保护的要求不强烈，所以至今还在使用石棉刹车片。
由于摩擦材料的摩擦和磨损机理至今还没有一套完整的理论，而摩擦材料是具有摩擦性能的复合材料，所以摩擦材料的生产制作技术都存在着一定的缺陷。主要表现在：摩擦系数偏低，一般在0.36～0.42范围内，特别是热衰退性能差。产生的原因是：
1、产生摩擦系数偏低的原因有两种，其一是摩擦组元所占比例过少，而润滑组元的比例过多而引起的；其二是粘合剂的用量过多而引起的。
2、产生热衰退性能差的原因有三种：其一是刹车材料的配比不当引起的；其二是使用的粘合剂性能较差，经受不住高温下的摩擦而失效引起的；其三，对于石棉剂刹车材料，当制动温度达到260℃以上时，制动性能就明显下降，当制动温度达到400℃时，石棉材料就要失去结晶水，从而造成制动失灵，这是石棉材料的固有特性引起的，因此石棉材料用于刹车材料中应当淘汰掉。
发明内容
本发明旨在提供一种制造不含石棉成分的环保型刹车材料，能成功的解决摩擦系数偏低和热衰退性能差的问题，制造工艺简单，容易操作，成本低，产品质量稳定，适合于工业化规模生产。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：粘合剂为改性酚醛树脂，占总重量的5～8％。
所述润滑剂为石墨粉和/或二硫化钼粉，占总重量的10.5～17.5％。
所述摩擦组元为碳化硅粉和/或硅酸锆粉，占总重量的5.5～12％。
所述调节剂含有硫酸亚铁粉，硫酸亚铁粉占总重量的5～8％。
一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：润滑剂为石墨粉和/或二硫化钼粉，占总重量的10.5～17.5％。
所述润滑剂中的石墨粉占总重量的9～13％；二硫化钼粉占总重量的1.5～4.5％。
一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：摩擦组元为碳化硅粉和/或硅酸锆粉，占总重量的5.5～12％。
所述摩擦组元中的碳化硅粉占总重量的4.5～7.5％；硅酸锆粉占总重量的1～4％。
一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：调节剂含有硫酸亚铁粉，硫酸亚铁粉占总重量的5～8％。
本发明所述作为粘合剂的改性酚醛树脂为丁晴橡胶改性酚醛树脂；增强剂为占总重量14～17％的钢纤维；还包括作为调节剂的16～19％还原铁粉、7～10％重晶石粉、3～7硅灰石粉、1～4蛭石粉、7～10钾长石粉、2.5～5.5轮胎粉；作为填充料的6～9％重质碳酸钙粉；作为传热剂的1～4％铜纤维；作为增韧剂的3～6％氨基树脂粉、4～7％稀丁树脂粉；作为着色剂的0.5～1％碳黑；作为脱模剂的1～2％硬脂酸锌。
本发明按以下流程制备：原料配比选取、筛选干燥、混料、热模压制成型、固化热处理、精加工及表面处理。
本发明的有益效果表现在：
一、产品不含石棉成分，从根本上清除了石棉刹车片在生产和使用过程中对人体有毒有害和污染环境的危险性。
二、产品具有很高的摩擦系数、稳定性好、制动性能优良、刹车灵敏、耐高温、热衰退性能好等特点，能较好地满足现代汽车对安全性越来越高的要求。
三、制造工艺简单，易控制，产品质量稳定，适合工业化规模生产。
四、原材料来源广泛，资源丰富，廉价易得，各种原材料均无毒性、无危险性。
五、制造成本较低，与石棉刹车片的制造成本大体相当。
六、储存和运输方便。
具体实施方式
本发明全配方组分配比以及粒度含量见表1：
实施例1：
改性酚醛树脂5％，钢纤维15％，天然石墨粉9％，二硫化钼粉1.5％，碳化硅粉4.5％，硅酸锆粉1％，还原铁粉19％，重晶石粉7％，重质碳酸钙粉7％，硅灰石粉3％，蛭石粉1％，钾长石粉7％，硫酸亚铁粉6％，轮胎粉3.5％，铜纤维2％，氨基树脂粉3％，稀丁树脂粉4％，碳黑0.5％，硬脂酸锌1％。
实施例2
丁晴橡胶改性酚醛树脂6％，钢纤维14％，天然石墨粉10％，二硫化钼粉2％，碳化硅粉5％，硅酸锆粉1％，还原铁粉16％，重晶石粉7％，重质碳酸钙粉6.5％，硅灰石粉4％，蛭石粉1.5％，钾长石粉7.5％，硫酸亚铁粉6％，轮胎粉3％，铜纤维1.5％，氨基树脂粉3％，稀丁树脂粉4％，碳黑1％，硬脂酸锌1％。
表1
| 序号1 | 原材料名称 | 重量百分比(％) | 功能及要求 |
| 丁晴橡胶改性酚醛树脂 | 5-8 | 粘合剂，粒度200目以上，含量97％以上 | |
| 2 | 钢纤维 | 14-17 | 增强剂，直径小于0.06mm长度5cm以下 |
| 3 | 天然石墨粉 | 9-13 | 润滑剂，200目以上，含量93-97％ |
| 4 | 二硫化钼粉 | 1.5-4.5 | 润滑剂，200目以上，含量95-97％ |
| 5 | 碳化硅粉 | 4.5-7.5 | 摩擦组元，250目以上，含量95-97％ |
| 6 | 硅酸锆粉 | 1-4 | 摩擦组元，200日以上，含量95％以上 |
| 7 | 还原铁粉 | 16-19 | 调节剂，100目以上，含量98.5％ |
| 8 | 重晶石粉 | 7-10 | 调节剂，100-200目，硫酸钡含量≥85％ |
| 9 | 重质碳酸钙粉 | 6-9 | 填充料，100-200目，含量大于90％ |
| 10 | 硅灰石粉 | 3-7 | 调节剂，100-200目，含量大于95％ |
| 11 | 蛭石粉 | 1-4 | 调节剂，60-80目，含量90％以上 |
| 12 | 钾长石粉 | 7-10 | 调节剂，200目以上，含量90％以上 |
| 13 | 硫酸亚铁粉 | 5-8 | 调节剂，100目以上，含量大于90％ |
| 14 | 轮胎粉 | 2.5-5.5 | 调节剂，40目以上，含量大于85％ |
| 15 | 铜纤维 | 1-4 | 传热剂，直径小于0.1mm，长度2cm |
| 16 | 氨基树脂粉 | 3-6 | 增韧剂，200目，含量大于85％ |
| 17 | 稀丁树脂粉 | 4-7 | 增韧剂，200目，含量大于90％ |
| 18 | 碳黑 | 0.5-1 | 着色剂，200-325目，含量大于96％ |
| 19 | 硬脂酸锌 | 1-2 | 脱模剂，200目，含量大于97％ |
实施例3：
丁晴橡胶改性酚醛树脂6.5％，钢纤维14.5％，天然石墨粉9.5％，二硫化钼粉2.5％，碳化硅粉4.5％，硅酸锆粉1.5％，还原铁粉16％，重晶石粉7％，重质碳酸钙粉6.5％，硅灰石粉3％，蛭石粉1.5％，钾长石粉7.5％，硫酸亚铁粉6％，轮胎粉3.5％，铜纤维1.5％，氨基树脂粉3％，稀丁树脂粉4％，碳黑0.5％，硬脂酸锌1％。
本发明的制备方法是：
一、按配比选取原材料，
二、筛选和干燥：筛选的目的是控制粉料的颗粒大小，严格按技术要求选购，还要用相应的筛分机进行筛选。干燥的目的是除去原材料表面的水汽，在200～300℃温度下烘烤20分钟即可；对于含有结晶水的原材料，如硫酸钡必须要在850℃的高温下煅烧20分钟，以除去结晶水；对于钢纤维要用乙酸乙脂清洗，以除去表面油污等。
三、混料：混料是一个很重要的工序，混料的均匀度对产品质量有很大的影响，必须要控制好混料的速度和时间两个因素，要根据用料情况，由试验确定。本发明采用的混料速度控制在920～970转/分钟，混料时间控制在8～10分钟/次。
四、热模压制成型：
(1)热压工艺条件：
投料量按“成品体积×物料密度×1.1计算
压制温度：155～165℃
压制压力：23～27MPa
压制时间：按“70～80秒/mm产品厚度”计算
(2)在热压过程中，为减少刹车材料的分层和开裂现象，必须要经过多次的反复放气过程，当混合料被压下后的15秒钟排气一次，排气时间为4～6秒钟，排气次数为5～7次。
五、固化热处理：刹车车材料在热压成型以后，必须要经过一个较长时间的固化热过程，这是由粘合剂的特性决定的，选择适当的固化温度和固化时间对刹车材料的质量极为重要的。对于具体的刹车材料要经过多次反复试验才能确定合适的固化温度和固化时间两个因素。本发明采用的固化温度在130～140℃范围内，固化2～3小时，然后再将温度上升至170～180℃范围内，固化4～5小时，达到最佳效果。
本发明的改进点在于：
一、本发明不含石棉成分：在使用温度范围内具有很高很稳定的摩擦系数，无热衰退现象；磨损率符合国家标准GB5763-1998规定的要求，而且也较稳定，因此是一种较为理想的环保型刹车材料。
二、在本发明的原材料配比中，选用的粘合剂是丁晴橡胶改性酚醛树脂，重量百分比为5～8％。丁晴橡胶与酚醛树脂的溶度参数很接近，两者有良好的相溶性，粒子分子均匀，结合力强，可以有效地阻止裂缝的扩散，达到提高冲击强度和增加韧性的目的，故在环保刹车材料中使用丁晴橡胶改性酚醛树脂作粘合剂是较为合适。在粘合剂的用量上，一般都在8％以上，本技术的使用量为5-8％是比较少的。粘合剂的采用以及较少的用量是本发明的特点之一。
三、在本发明的原材料配比中，选用碳化硅和硅酸锆作为混合型的摩擦组元，重量百分比分别是：碳化硅为4.5～7.5％，硅酸锆为1～4％；混合摩擦组元材料具有高熔点和高离解热：结晶构造和化学性质很稳定，在使用温度范围内既不与其他组元材料发生反应，也不产生多晶转变；具有足够的力学强度和硬度，保证在摩擦过程中破坏它要消耗的大量的能量；而且与粘合剂的湿润较好，粘合力强。混合型摩擦组元在使用温度范围内具有很高且稳定的摩擦系数，无热衰退现象是本技术重要的特点。
四、在本发明的原料配比中，选用天然石墨和二硫化钼作为混合型的固体润滑剂，重量百分别是：天然石墨为9～13％，二硫化钼为1.5～4.5％；天然石墨具有层状结晶构造，具有降低刹车材料的磨损和促进摩擦平稳的作用；二硫化钼也是一种层状结构的固体润滑剂，特别适合于工作温度高于300℃的摩擦材料，具有增加材料耐磨性的同时，还要增加材料的稳定性，降低制动过程中的振动和噪声。在采用本发明制作环保刹车片过程中采用了控制天然石墨和二硫化钼总含量的办法，其总含量的重量百分比为9.5～15.5％，有利于提高刹车材料的综合性能。这也是本技术选用固体润滑剂的一个特点。
五、在本发明的原材料配比中，填充料和调节剂占有较大比例，基本上构成了刹车材料的主体，对刹车材料的摩擦性能有较大的补偿调整作用。本发明选用了硫酸亚铁作为摩擦性能调节剂的重要组元之一，其重量百分含量为5～8％，在使用温度范围内，它能使摩擦材料的摩擦学性能(即摩擦系数和磨损率)具有足够稳定性，同时还能提高耐磨性和摩擦系数，这是本技术选用调节剂和填充料的特点之一。
表2是国家非金属矿制品质量监督检验中心对采用本发明制作的汽车鼓式制动片进行检验获得的主要技术指标，检验报告为“国非质检(摩)字第(03291)号。
表2
| 产品名称 | 汽车用鼓式制动器衬片 | 规格型号 | EQ153后刹(无石棉型) | ||||
| 序号 | 检验项目 | 计量单位 | GB5763-1998国标要求 | 检验结果 | 单项评定 | ||
| 1 | 摩擦系数 | 升温 | 降温 | ||||
| 100℃ | —— | 0.25～0.65 | 0.49 | 0.56 | 符合 | ||
| 150℃ | —— | 0.25～0.70 | 0.58 | 0.62 | 符合 | ||
| 200℃ | —— | 0.25～0.70 | 0.63 | 0.64 | 符合 | ||
| 250℃ | —— | 0.20～0.70 | 0.64 | 0.66 | 符合 | ||
| 300℃ | —— | 0.15～0.70 | 0.64 | ↑ | 符合 | ||
| 2 | 磨损率 | 10-7cm3/Nm | |||||
| 100℃ | 10-7cm/Nm | ≤0.50 | 0.38 | 符合 | |||
| 150℃ | 10-7cm3/Nm | ≤0.70 | 0.35 | 符合 | |||
| 200℃ | 10-7cm3/Nm | ≤1.00 | 0.45 | 符合 | |||
| 250℃ | 10-7cm3/Nm | ≤1.50 | 0.43 | 符合 | |||
| 300℃ | 10-7cm3/Nm | ≤3.00 | 0.59 | 符合 | |||
| 3 | 指定摩擦系数允差 | 升温 | 降温 | ||||
| 100℃ | —— | ±0.08 | -0.06 | +0.01 | 符合 | ||
| 150℃ | —— | ±0.10 | +0.03 | +0.07 | 符合 | ||
| 200℃ | —— | ±0.12 | +0.08 | +0.09 | 符合 | ||
| 250℃ | —— | ±0.12 | +0.09 | 0.11 | 符合 | ||
| 300℃ | —— | ±0.14 | +0.09 | ↑ | 符合 | ||
| 4 | 试验后产品外观质量 | —— | 见标准 | 无裂纹，无起泡 | 符合 | ||
Claims (10)
1、一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：粘合剂为改性酚醛树脂，占总重量的5～8％。
2、根据权利要求1所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述润滑剂为石墨粉和/或二硫化钼粉，占总重量的10.5～17.5％。
3、根据权利要求1或2所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述摩擦组元为碳化硅粉和/或硅酸锆粉，占总重量的5.5～12％。
4、根据权利要求1或2所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述调节剂含有硫酸亚铁粉，硫酸亚铁粉占总重量的5～8％。
5、一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：润滑剂为石墨粉和/或二硫化钼粉，占总重量的10.5～17.5％。
6、根据权利要求5所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述润滑剂中的石墨粉占总重量的9～13％；二硫化钼粉占总重量的1.5～4.5％。
7、一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：摩擦组元为碳化硅粉和/或硅酸锆粉，占总重量的5.5～12％。
8、根据权利要求7所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述摩擦组元中的碳化硅粉占总重量的4.5～7.5％；硅酸锆粉占总重量的1～4％。
9、一种环保型刹车材料，包括粘合剂、增强剂、润滑剂、摩擦组元、调节剂，其特征在于：调节剂含有硫酸亚铁粉，硫酸亚铁粉占总重量的5～8％。
10、根据权利要求1、5、7、或9所述的一种环保型刹车材料，其特征在于：所述作为粘合剂的改性酚醛树脂为丁晴橡胶改性酚醛树脂；增强剂为占总重量14～17％的钢纤维；还包括作为调节剂的16～19％还原铁粉、7～10％重晶石粉、3～7硅灰石粉、1～4蛭石粉、7～10钾长石粉、2.5～5.5轮胎粉；作为填充料的6～9％重质碳酸钙粉；作为传热剂的1～4％铜纤维；作为增韧剂的3～6％氨基树脂粉、4～7％稀丁树脂粉；作为着色剂的0.5～1％碳黑；作为脱模剂的1～2％硬脂酸锌。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |