CN101823856A - 无铜少落灰陶瓷摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无铜少落灰陶瓷摩擦材料及其制备方法，其重量百分比是：粘结剂5～14，采用丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉；增强材料20～45，采用芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、泡沫铁粉和氧化铝纤维的一种或几种的混合；陶瓷类材料10～40，采用二硫化钼、氧化镁和二硫化亚铁一种或几种的组合；润滑剂10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括复合填料、重晶石、摩擦粉和铝粉的混合物，经过原料混料、成型、热处理工艺制成，具有良好的摩擦性能，制动噪音低和抗热衰退性能好，特别是在耐磨损、长寿命及对轮毂落灰大量减少方面表现出了优越的性能，能满足现代汽车制动系统使用工况的要求，并符合汽车使用的经济环保的要求。

Description

无铜少落灰陶瓷摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料，特别是涉及一种用于车辆或工程机械制动系统的无铜少落灰陶瓷摩擦材料，在高温时有优异的摩擦性能和机械强度。

背景技术

非石棉基摩擦材料已成为主流，多种替代纤维被广泛采用，如为了提高强度，保证摩擦系数并提高质量，大量采用了金属纤维，如钢纤维，铜纤维等。现今的非石棉基摩擦材料一般含有0～20％的铜纤维或铜粉。铜用于增加强度，提高摩擦系数，并进一步保持400℃时的摩擦系数，提高热传导系数。和钢纤维不同的是，铜更不容易伤对偶，即不增加对偶件制动盘的磨损量，并导致生锈。另外，除了纤维组分，也用到了摩擦性能调节组分和粘接组分，如含有重金属锑的硫化锑通常被用作摩擦性能调节组分。在非石棉基摩擦材料中，锑的化合物，如硫化锑或氧化锑，在高温时增加润滑性和阻燃性。然而，近几年由于环保性要求，欧美国家要求使用的摩擦材料不含有重金属。不含有重金属如铜或锑的摩擦材料和现有摩擦材料达到同样的性能要求在未来是必须的，但是对于铜基摩擦材料，现在还没有找到替代材料。为了代替铜基摩擦材料，传统的作法是使用钢纤维增强的半金属摩擦材料，却始终存在伤对偶及生锈问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够满足车辆制动系统的高温摩擦性能及机械强度要求且轮毂落灰少、环保的无铜少落灰陶瓷摩擦材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该无铜少落灰陶瓷摩擦材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其组分的重量百分比是：粘结剂5～14，采用丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉；增强材料20～45，采用芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、泡沫铁粉和氧化铝纤维的一种或几种的混合；陶瓷类材料10～40，采用二硫化钼、氧化镁和二硫化亚铁一种或几种的组合；润滑剂10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括复合填料、重晶石、摩擦粉和铝粉的混合物。

其中使用了一定量和一定比例的氧化镁和石墨，其比例为1∶1到3∶1。氧化镁是相对较为软质的陶瓷颗粒，对盘没有攻击性，具有高的热传导性。可以使用活性氧化镁和电熔氧化镁，建议选用平均粒径为10～400μm，最佳范围为50～200μm。石墨可以维持400℃时的摩擦系数，对保证润滑性和热传导性有一定的作用，粒径范围为50～150μm。

其材料配方按重量百分比计算为：

丁腈改性酚醛树脂    3～8，     丁腈橡胶粉    2～6，

芳纶纤维            1～5，     钢纤维        5～20，

碳纤维              3～5，     泡沫铁粉      3～10，

云母                3～8，     氧化铝纤维    3～5，

氧化镁              5～30，    二硫化钼      4～10，

重晶石              5～15，    人造石墨      7～10，

铝粉                3～8，     二硫化亚铁    2～4，

复合填料            2～8，     有机摩擦粉    2～8，

本发明提供的制备无铜少落灰陶瓷汽车摩擦材料的方法，包括如下步骤：

(1)配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间2～3分钟，得粉状混合物；

(3)成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力180～300kgf/cm2，热压温度160～190℃，排气3～8次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm；

(4)热处理：将刹车片在2小时从室温升温到160℃，保温4小时，再在1小时升温到200℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品按技术要求进行平磨、倒角、开槽，然后在500～550℃的温度下进行2分钟的表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。

采用上述技术方案的无铜少落灰陶瓷摩擦材料及其制备方法，不含有石棉、重金属铜及锑，相对于传统的含铜及锑等重金属的摩擦材料有如下优点：

1、更符合环保型要求，避免了重金属在随摩擦粉尘进入环境后造成的二次污染；

2、经LINK实验室的3000型性能台架试验系统和NVH3900型噪音试验台架系统的检测，具有良好的摩擦性能，抗热衰退性能好，制动噪音低，特别是在耐磨损、长寿命及对轮毂落灰大量减少方面表现出了优越的性能。

3、工艺简单，适于工业化生产，具有良好的经济和社会效益。

综上所述，本发明具有良好的摩擦性能，制动噪音低和抗热衰退性能好，特别是在耐磨损、长寿命及对轮毂落灰大量减少方面表现出了优越的性能，能满足现代汽车制动系统使用工况的要求，并符合汽车使用的经济环保的要求。

附图说明

图1是制动效能一图；

图2是制动效能二图；

图3是制动效能三图；

图4是制动效能四图；

图5是效能示意图；

图6是衰退示意图。

具体实施方式

无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其组分的重量百分比是：粘结剂5～14，采用丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉；增强材料20～45，采用芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、泡沫铁粉和氧化铝纤维的一种或几种的混合；陶瓷类材料10～40，采用二硫化钼、氧化镁和二硫化亚铁一种或几种的组合；润滑剂10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括复合填料、重晶石、摩擦粉和铝粉的混合物。

其中使用了一定量和一定比例的氧化镁和石墨，其比例为1∶1到3∶1。氧化镁是相对较为软质的陶瓷颗粒，对盘没有攻击性，具有高的热传导性。可以使用活性氧化镁和电熔氧化镁，建议选用平均粒径为10～400μm，最佳范围为50～200μm。石墨可以维持400℃时的摩擦系数，对保证润滑性和热传导性有一定的作用，粒径范围为50～150μm。

其材料配方按重量百分比计算为：

丁腈改性酚醛树脂    3～8，     丁腈橡胶粉    2～6，

芳纶纤维            1～5，     钢纤维        5～20，

碳纤维              3～5，     泡沫铁粉      3～10，

云母                3～8，     氧化铝纤维    3～5，

氧化镁              5～30，    二硫化钼      4～10，

重晶石              5～15，    人造石墨      7～10，

铝粉                3～8，     二硫化亚铁    2～4，

复合填料            2～8，     有机摩擦粉    2～8，

本发明提供的制备无铜少落灰陶瓷汽车摩擦材料的方法，包括如下步骤：

(1)配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间2～3分钟，得粉状混合物；

(3)成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力180～300kgf/cm2，热压温度160～190℃，排气3～8次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm；

(4)热处理：将刹车片在2小时从室温升温到160℃，保温4小时，再在1小时升温到200℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品按技术要求进行平磨、倒角、开槽，然后在500～550℃的温度下进行2分钟的表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实例1：以本田雅阁前轮刹车片为例

使用的原材料及配方见表1，用示例摩擦材料1-7以及对比摩擦材料8-9压制本田雅阁前轮刹车片并进行试验，其中，1-7中使用了钢纤维和泡沫铁粉，8-9中使用了铜纤维。工艺为：原材料材料均匀混合，称重倒入模具中模压成型，温度为155℃；压力为13MPa；保压时间8分钟，放气4次；在热处理箱中升温到160℃，保温4小时，再在1小时内升温到200℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温。

表1摩擦材料配方列表

A——酚醛树脂；B——丁腈橡胶；C——氧化镁；D——石墨；

E——氧化镁+石墨；F——钢纤维+泡沫铁粉；

G——复合填料；H——二硫化钼；I——重晶石。

使用上述摩擦材料制成的刹车片在台架试验机上进行磨损试验，试验条件如下：

程序：SAE J2707；制动盘材质：灰铸铁；

试验条件见表2：

上表列出的程序为1个循环，每个试验进行2个循环，检测项目为摩擦系数和磨损量，结果在表3中给出：

表3试验结果

根据日本汽车工业标准JASO C406-2000对3号摩擦材料进行性能测试，结果如图1、图2、图3和图4所示。分别进行了50km/h、100km/h和130km/h的效能试验，随着速度的增大、温度的升高，摩擦系数变化非常平稳；且高速高温时摩擦系数并没有降低，反而呈增长趋势，速度相关性和温度相关性都非常好；在不同的减速度和压力下制动性能表现稳定；进行100km/h的衰退试验，衰退非常小，恢复性能良好。

实施例2：以别克君越前轮刹车片为例

以质量百分比计，无铜少落灰的配方如下：丁腈改性酚醛树脂8％，丁腈橡胶粉6％，芳纶纤维4％，钢纤维10％，碳纤维5％，泡沫铁粉10％，氧化铝纤维3％，氧化镁24％，人造石墨8％，云母3％，二硫化钼4％，重晶石5％，铝粉3％，二硫化亚铁2％，复合填料2％，有机摩擦粉2％。将上述原材料均匀混合，称重倒入模具中模压成型，温度为165；压力为13MPa；保压时间10分钟，放气6次；在热处理箱中升温到160℃，保温4小时，再在1小时内升温到220，保温4小时，然后随炉冷却至室温。经机加工，表面处理，喷漆，包装，即制得无铜少落灰摩擦片。

经试验检测，效能摩擦系数在0.38-0.44之间，热衰退率在20％以内，磨损率很小，经上述SAE2707磨损实验检验，两个循环磨损率在1个mm，同时在道路测试中显示轮毂落灰少，耐久性好，参考附图。

综上所述，本发明所述的无铜少落灰陶瓷摩擦材料具有制动效能平稳，优良的耐磨性能、噪音较低等特点，经装车路试具有良好的驾乘舒适感。由于不含有重金属，具有轮毂落灰少和环保的特点，同时制造成本不高，符合现代汽车工业的要求。

Claims (5)

1.一种无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于：其组分的重量百分比是：粘结剂5～14，采用丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉；增强材料20～45，采用芳纶纤维、碳纤维、钢纤维、泡沫铁粉和氧化铝纤维的一种或几种的混合；陶瓷类材料10～40，采用二硫化钼、氧化镁和二硫化亚铁一种或几种的组合；润滑剂10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括复合填料、重晶石、摩擦粉和铝粉的混合物。

2.根据权利要求1所述的无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于：所述的氧化镁和石墨的质量比例为1～3∶1，所述的氧化镁使用活性氧化镁和电熔氧化镁，平均粒径为10～400μm，所述的石墨的粒径范围为50～150μm。

3.根据权利要求2所述的无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于：所述的氧化镁的平均粒径为10～400μm，最佳范围为50～200μm。

4.根据权利要求1或2所述的无铜少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于：其材料配方按重量百分比计算为：

丁腈改性酚醛树脂    3～8，     丁腈橡胶粉      2～6，

芳纶纤维            1～5，     钢纤维          6～20，

碳纤维              3～5，     泡沫铁粉        5～10，

云母                3～8，     氧化铝纤维      3～5，

氧化镁              5～30，    二硫化钼        3～6，

重晶石              5～15，    人造石墨        7～10，

铝粉                3～8，     二硫化亚铁      2～4，

复合填料            2～8，     有机摩擦粉      2～8。

5.制备权利要求1所述的无铜少落灰陶瓷汽车摩擦材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间2～3分钟，得粉状混合物；

(3)成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力180～300kgf/cm²，热压温度160～190℃，排气3～8次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm；

(4)热处理：将刹车片在2小时从室温升温到160℃，保温4小时，再在1小时升温到200℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品按技术要求进行平磨、倒角、开槽，然后在500～700℃进行1～2分钟的表面热处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。

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