CN116239334A - 一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，该摩擦材料由如下重量份原料制备：改性酚醛树脂8‑12份、改性芳纶浆粕2‑5份、硅酸铝陶瓷纤维30‑40份、膨胀蛭石3‑5份、滑石粉2‑4份、锆石粉1‑3份、刚玉粉1‑3份、水镁石2‑4份、沸石1‑3份、石墨5‑7份、硫酸钡13‑15份和短切铜纤维12‑18份；改性酚醛树脂为核壳结使得制备的摩擦材料的韧性提升，同时分子结构中的笼型Si‑O‑Si结构使得改性酚醛树脂的耐热性进一步提升，避免的了在刹车过程中刹车片温度过高导致摩擦系数不稳定，改性芳纶浆粕上的多孔纳米晶粒与膨胀蛭石、锆石粉和刚玉粉配合能够很好的降低制动噪声，并且提升摩擦系数。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片材料制备技术领域，具体涉及一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺。
背景技术
汽车和工程机械的制动刹车片是一种摩擦材料，主要的功能是通过同金属对偶起摩擦作用来吸收动能使车辆安全可靠的工作。其主要功能是通过与对偶盘摩擦以吸收动能，从而使车辆减速或停止。由于盘式刹车片面积较小，承受的制动负荷较高，因此对其性能要求也较高，粘结剂对增强纤维、填料等各组分有良好的浸润性能，将这些材料粘合在一起，与其形成稳定的化学键，是刹车片的基体。所用的粘结剂为酚醛类树脂（改性树脂）和合成橡胶粉，以酚醛类树脂为主，在一定加热温度下，先呈软化而后进入粘流态产生流动，并均匀分布在陶瓷基刹车片成形材料中，而后通过树脂固化、硫化作用，把增强纤维和填料粘结在一起，形成质地致密、有一定机械强度且能满足刹车片摩擦性能要求的产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，解决了现阶段摩擦材料在长时间制动产生的高温环境下摩擦系数不稳定的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，具体包括如下步骤：
步骤S1：称取如下重量份原料：改性酚醛树脂8-12份、改性芳纶浆粕2-5份、硅酸铝陶瓷纤维30-40份、膨胀蛭石3-5份、滑石粉2-4份、锆石粉1-3份、刚玉粉1-3份、水镁石2-4份、沸石1-3份、石墨5-7份、硫酸钡13-15份和短切铜纤维12-18份；
步骤S2：将原料混合均匀后，加入模具中，在压力为13-15MPa，温度为160-170℃的条件下，保压15s后，升温至190-195℃，紫外照射10-15min，再保温处理8-10h，制得盘式刹车片摩擦材料。
进一步，所述的改性酚醛树脂由如下步骤制成：
步骤A1：将KH560、氢氧化钠和去离子水混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为80-85℃的条件下，进行反应3-5h后，降温至20-25℃，继续反应70-75h，过滤去除滤液，将底物溶于甲苯中，加入三乙胺，在转速为150-200r/min，温度为20-25℃的条件下，搅拌并滴加甲基乙烯基二氯硅烷，进行反应3-4h后，过滤去除滤液，将底物烘干，制得中间体1；
步骤A2：将中间体1、对氨基苯酚和甲苯混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为20-25℃，pH为碱性的条件下，进行反应3-5h，制得改性单体，将改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应2-3h，升温至95-98℃，继续反应1-1.5h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。
进一步，步骤A1所述的KH560、氢氧化钠和去离子水的用量比为8mmol:4mmol:15mL，底物和甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:2，三乙胺的用量为底物和甲基乙烯基二氯硅烷质量和1-3%。
进一步，步骤A2所述的中间体1上的环氧基和对氨基苯酚上的氨基的摩尔比为1:1，改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液的质量比为95:7.6:2:121，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，甲醛水溶液的质量分数为37%。
进一步，所述的改性芳纶浆粕由如下步骤制成：
步骤B1：将芳纶浆粕浸泡丙酮中，在功率为100-120W，温度为25-30℃的条件下，超声处理3-5h后，烘干再分散在乙醇中，在转速为150-200r/min，温度为30-40℃的条件下，搅拌并加入去离子水、氨水和正硅酸乙酯，进行反应2-3h，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至溶液清澈，烘干制得预处理芳纶浆粕；
步骤B2：将预处理芳纶浆粕分散在去离子水中，加入氢氧化钠，在转速为200-300r/min，温度为30-40℃的条件下，搅拌20-25h后，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再分散在去离子水中，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，在转速为150-200r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应3-5h后，过滤并烘干，制得改性芳纶浆粕。
进一步，步骤B1所述的芳纶浆粕、乙醇、去离子水、氨水和正硅酸乙酯的质量比为3.2:150:16:2.7:3.85。
进一步，步骤B2所述的预处理芳纶浆粕、去离子水和氢氧化钠的质量比为3:100:0.65，3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理芳纶浆粕质量的3-5%。
本发明的有益效果本发明制备的一种盘式刹车片摩擦材料，由如下原料制成：改性酚醛树脂、改性芳纶浆粕、硅酸铝陶瓷纤维、膨胀蛭石、滑石粉、锆石粉、刚玉粉、水镁石、沸石、石墨、硫酸钡和短切铜纤维，改性酚醛树脂以KH560为原料水解缩合，形成八环氧基硅醇钠盐，进而与甲基乙烯基二氯硅烷水解缩合封端，制得中间体1，将中间体1和对氨基苯酚在碱性条件下反应，使得中间体1上的环氧基与对氨基苯酚上的氨基反应，制得改性单体，将改性单体、苯酚和甲醛在氢氧化钠的作用下缩合，制得改性酚醛树脂，该改性酚醛树脂为核壳结使得制备的摩擦材料的韧性提升，同时分子结构中的笼型Si-O-Si结构使得改性酚醛树脂的耐热性进一步提升，避免的了在刹车过程中刹车片温度过高导致摩擦系数不稳定，且短切铜纤维具有很好的导热效果，进而使得摩擦产生的热量快速散发，改性芳纶浆粕以芳纶浆粕为原料，先用丙酮去除表面杂质，再用正硅酸乙酯通过溶胶凝胶，在芳纶浆粕原位生成二氧化硅纳米晶粒，制得预处理芳纶浆粕，将预处理芳纶浆粕用氢氧化钠刻蚀处理，使得表面的二氧化硅纳米晶粒多孔化，再用3-巯丙基三乙氧基硅烷表面处理，使得表面接枝巯基，当原料保压处理后，紫外照射使得改性酚醛树脂上的双键与改性芳纶浆粕上的巯基接枝，能够增强摩擦材料的机械强度，同时改性芳纶浆粕上的多孔纳米晶粒与膨胀蛭石、锆石粉和刚玉粉配合能够很好的降低制动噪声，并且提升摩擦系数。
实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1:一种盘式刹车片摩擦材料的生产工艺，具体包括如下步骤：
步骤S1：称取如下重量份原料：改性酚醛树脂8份、改性芳纶浆粕2份、硅酸铝陶瓷纤维30份、膨胀蛭石3份、滑石粉2份、锆石粉1份、刚玉粉1份、水镁石2份、沸石1份、石墨5份、硫酸钡13份和短切铜纤维12份；
步骤S2：将原料混合均匀后，加入模具中，在压力为13MPa，温度为160℃的条件下，保压15s后，升温至190℃，紫外照射10min，再保温处理8h，制得盘式刹车片摩擦材料。
所述的硅酸铝陶瓷纤维的直径为5μm，长度为1.5mm，膨胀蛭的粒径为30-35目，滑石粉粒径为320目，锆石粉粒径为320目，刚玉粉的粒径为600目，水镁石的粒径为320目，沸石的粒径为320目，石墨烯碳含量为95%，硫酸钡的粒径为400目，短切铜纤维的直径为200μm，长度为3mm。
所述的改性酚醛树脂由如下步骤制成：
步骤A1：将KH560、氢氧化钠和去离子水混合均匀，在转速为200r/min，温度为80℃的条件下，进行反应3h后，降温至20℃，继续反应70h，过滤去除滤液，将底物溶于甲苯中，加入三乙胺，在转速为150r/min，温度为20℃的条件下，搅拌并滴加甲基乙烯基二氯硅烷，进行反应3h后，过滤去除滤液，将底物烘干，制得中间体1；
步骤A2：将中间体1、对氨基苯酚和甲苯混合均匀，在转速为150r/min，温度为20℃，pH为碱性的条件下，进行反应3h，制得改性单体，将改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液混合均匀，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应2h，升温至95℃，继续反应1h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。
步骤A1所述的KH560、氢氧化钠和去离子水的用量比为8mmol:4mmol:15mL，底物和甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:2，三乙胺的用量为底物和甲基乙烯基二氯硅烷质量和1%。
步骤A2所述的中间体1上的环氧基和对氨基苯酚上的氨基的摩尔比为1:1，改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液的质量比为95:7.6:2:121，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，甲醛水溶液的质量分数为37%。
所述的改性芳纶浆粕由如下步骤制成：
步骤B1：将芳纶浆粕浸泡丙酮中，在功率为100W，温度为25℃的条件下，超声处理3h后，烘干再分散在乙醇中，在转速为150r/min，温度为30℃的条件下，搅拌并加入去离子水、氨水和正硅酸乙酯，进行反应2h，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至溶液清澈，烘干制得预处理芳纶浆粕；
步骤B2：将预处理芳纶浆粕分散在去离子水中，加入氢氧化钠，在转速为200r/min，温度为30℃的条件下，搅拌20h后，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再分散在去离子水中，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，在转速为150r/min，温度为50℃的条件下，进行反应3h后，过滤并烘干，制得改性芳纶浆粕。
步骤B1所述的芳纶浆粕、乙醇、去离子水、氨水和正硅酸乙酯的质量比为3.2:150:16:2.7:3.85。
步骤B2所述的预处理芳纶浆粕、去离子水和氢氧化钠的质量比为3:100:0.65，3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理芳纶浆粕质量的3%。
实施例2:一种盘式刹车片摩擦材料的生产工艺，具体包括如下步骤：
步骤S1：称取如下重量份原料：改性酚醛树脂10份、改性芳纶浆粕3份、硅酸铝陶瓷纤维35份、膨胀蛭石4份、滑石粉3份、锆石粉2份、刚玉粉2份、水镁石3份、沸石2份、石墨6份、硫酸钡14份和短切铜纤维15份；
步骤S2：将原料混合均匀后，加入模具中，在压力为14MPa，温度为165℃的条件下，保压15s后，升温至190℃，紫外照射15min，再保温处理9h，制得盘式刹车片摩擦材料。
所述的硅酸铝陶瓷纤维的直径为8μm，长度为1.8mm，膨胀蛭的粒径为30目，滑石粉粒径为320目，锆石粉粒径为320目，刚玉粉的粒径为600目，水镁石的粒径为320目，沸石的粒径为320目，石墨烯碳含量为95%，硫酸钡的粒径为400目，短切铜纤维的直径为200μm，长度为5mm。
所述的改性酚醛树脂由如下步骤制成：
步骤A1：将KH560、氢氧化钠和去离子水混合均匀，在转速为200r/min，温度为85℃的条件下，进行反应4h后，降温至20℃，继续反应75h，过滤去除滤液，将底物溶于甲苯中，加入三乙胺，在转速为180r/min，温度为20℃的条件下，搅拌并滴加甲基乙烯基二氯硅烷，进行反应4h后，过滤去除滤液，将底物烘干，制得中间体1；
步骤A2：将中间体1、对氨基苯酚和甲苯混合均匀，在转速为150r/min，温度为25℃，pH为碱性的条件下，进行反应4h，制得改性单体，将改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液混合均匀，在转速为200r/min，温度为65℃的条件下，进行反应3h，升温至95℃，继续反应1.5h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。
步骤A1所述的KH560、氢氧化钠和去离子水的用量比为8mmol:4mmol:15mL，底物和甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:2，三乙胺的用量为底物和甲基乙烯基二氯硅烷质量和2%。
步骤A2所述的中间体1上的环氧基和对氨基苯酚上的氨基的摩尔比为1:1，改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液的质量比为95:7.6:2:121，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，甲醛水溶液的质量分数为37%。
所述的改性芳纶浆粕由如下步骤制成：
步骤B1：将芳纶浆粕浸泡丙酮中，在功率为110W，温度为28℃的条件下，超声处理4h后，烘干再分散在乙醇中，在转速为150r/min，温度为35℃的条件下，搅拌并加入去离子水、氨水和正硅酸乙酯，进行反应3h，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至溶液清澈，烘干制得预处理芳纶浆粕；
步骤B2：将预处理芳纶浆粕分散在去离子水中，加入氢氧化钠，在转速为200r/min，温度为35℃的条件下，搅拌25h后，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再分散在去离子水中，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，在转速为200r/min，温度为55℃的条件下，进行反应4h后，过滤并烘干，制得改性芳纶浆粕。
步骤B1所述的芳纶浆粕、乙醇、去离子水、氨水和正硅酸乙酯的质量比为3.2:150:16:2.7:3.85。
步骤B2所述的预处理芳纶浆粕、去离子水和氢氧化钠的质量比为3:100:0.65，3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理芳纶浆粕质量的4%。
实施例3:一种盘式刹车片摩擦材料的生产工艺，具体包括如下步骤：
步骤S1：称取如下重量份原料：改性酚醛树脂12份、改性芳纶浆粕5份、硅酸铝陶瓷纤维40份、膨胀蛭石5份、滑石粉4份、锆石粉3份、刚玉粉3份、水镁石4份、沸石3份、石墨7份、硫酸钡15份和短切铜纤维18份；
步骤S2：将原料混合均匀后，加入模具中，在压力为15MPa，温度为170℃的条件下，保压15s后，升温至195℃，紫外照射15min，再保温处理10h，制得盘式刹车片摩擦材料。
所述的硅酸铝陶瓷纤维的直径为10μm，长度为2mm，膨胀蛭的粒径为30-35目，滑石粉粒径为320目，锆石粉粒径为320目，刚玉粉的粒径为600目，水镁石的粒径为320目，沸石的粒径为320目，石墨烯碳含量为95%，硫酸钡的粒径为400目，短切铜纤维的直径为200μm，长度为5mm。
所述的改性酚醛树脂由如下步骤制成：
步骤A1：将KH560、氢氧化钠和去离子水混合均匀，在转速为300r/min，温度为85℃的条件下，进行反应5h后，降温至25℃，继续反应75h，过滤去除滤液，将底物溶于甲苯中，加入三乙胺，在转速为200r/min，温度为25℃的条件下，搅拌并滴加甲基乙烯基二氯硅烷，进行反应4h后，过滤去除滤液，将底物烘干，制得中间体1；
步骤A2：将中间体1、对氨基苯酚和甲苯混合均匀，在转速为200r/min，温度为25℃，pH为碱性的条件下，进行反应5h，制得改性单体，将改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液混合均匀，在转速为300r/min，温度为70℃的条件下，进行反应3h，升温至98℃，继续反应1.5h，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。
步骤A1所述的KH560、氢氧化钠和去离子水的用量比为8mmol:4mmol:15mL，底物和甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:2，三乙胺的用量为底物和甲基乙烯基二氯硅烷质量和3%。
步骤A2所述的中间体1上的环氧基和对氨基苯酚上的氨基的摩尔比为1:1，改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液的质量比为95:7.6:2:121，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，甲醛水溶液的质量分数为37%。
所述的改性芳纶浆粕由如下步骤制成：
步骤B1：将芳纶浆粕浸泡丙酮中，在功率为120W，温度为30℃的条件下，超声处理5h后，烘干再分散在乙醇中，在转速为200r/min，温度为40℃的条件下，搅拌并加入去离子水、氨水和正硅酸乙酯，进行反应3h，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至溶液清澈，烘干制得预处理芳纶浆粕；
步骤B2：将预处理芳纶浆粕分散在去离子水中，加入氢氧化钠，在转速为300r/min，温度为40℃的条件下，搅拌25h后，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再分散在去离子水中，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应5h后，过滤并烘干，制得改性芳纶浆粕。
步骤B1所述的芳纶浆粕、乙醇、去离子水、氨水和正硅酸乙酯的质量比为3.2:150:16:2.7:3.85。
步骤B2所述的预处理芳纶浆粕、去离子水和氢氧化钠的质量比为3:100:0.65，3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理芳纶浆粕质量的5%。
对比例1
本对比例与实施例1相比为用芳纶浆粕代替改性芳纶浆粕，其余步骤相同。
对比例2
本对比例与实施例1相比用酚醛树脂PF-6530A代替改性酚醛树脂，其余步骤相同。
将实施例1-3和对比例1-2制得的摩擦材料制成25mm×25mm×7mm的试样，依照GB5763-2008的标准在XL112型定速式摩擦试验机上测试摩擦系数，摩擦盘材质为HT250，转速为8r/s，加载100N，升温试验温度依次为100、150、200、250、300、350、400℃，试验温度节点摩擦盘转5000r，检测结果如下表所示。
由上表可知本发明制备的摩擦材料具有很好摩擦系数以及热稳定性。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤S1：称取如下重量份原料：改性酚醛树脂8-12份、改性芳纶浆粕2-5份、硅酸铝陶瓷纤维30-40份、膨胀蛭石3-5份、滑石粉2-4份、锆石粉1-3份、刚玉粉1-3份、水镁石2-4份、沸石1-3份、石墨5-7份、硫酸钡13-15份和短切铜纤维12-18份；
步骤S2：将原料混合均匀后，加入模具中，在压力为13-15MPa，温度为160-170℃的条件下，保压15s后，升温至190-195℃，紫外照射10-15min，再保温处理8-10h，制得盘式刹车片摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：所述的改性酚醛树脂由如下步骤制成：
步骤A1：将KH560、氢氧化钠和去离子水混合反应后，降温继续反应，再过滤去除滤液，将底物溶于甲苯中，加入三乙胺，搅拌并滴加甲基乙烯基二氯硅烷，进行反应后，过滤去除滤液，将底物烘干，制得中间体1；
步骤A2：将中间体1、对氨基苯酚和甲苯混合反应，制得改性单体，将改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液混合反应，升温继续反应，蒸馏脱水制得改性酚醛树脂。
3.根据权利要求2所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：步骤A1所述的KH560、氢氧化钠和去离子水的用量比为8mmol:4mmol:15mL，底物和甲基乙烯基二氯硅烷的摩尔比为1:2，三乙胺的用量为底物和甲基乙烯基二氯硅烷质量和1-3%。
4.根据权利要求2所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：步骤A2所述的中间体1上的环氧基和对氨基苯酚上的氨基的摩尔比为1:1，改性单体、苯酚、氢氧化钠溶液和甲醛水溶液的质量比为95:7.6:2:121，氢氧化钠溶液的质量分数为50%，甲醛水溶液的质量分数为37%。
5.根据权利要求1所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：所述的改性芳纶浆粕由如下步骤制成：
步骤B1：将芳纶浆粕浸泡丙酮中，超声处理后，烘干再分散在乙醇中，搅拌并加入去离子水、氨水和正硅酸乙酯，进行反应，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至溶液清澈，烘干制得预处理芳纶浆粕；
步骤B2：将预处理芳纶浆粕分散在去离子水中，加入氢氧化钠，搅拌处理后，过滤去除滤液，将底物用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，再分散在去离子水中，加入3-巯丙基三乙氧基硅烷，进行反应，过滤并烘干，制得改性芳纶浆粕。
6.根据权利要求5所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：步骤B1所述的芳纶浆粕、乙醇、去离子水、氨水和正硅酸乙酯的质量比为3.2:150:16:2.7:3.85。
7.根据权利要求5所述的一种盘式刹车片摩擦材料及其生产工艺，其特征在于：步骤B2所述的预处理芳纶浆粕、去离子水和氢氧化钠的质量比为3:100:0.65，3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量为预处理芳纶浆粕质量的3-5%。
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