專利名稱：：無銅少落灰陶瓷摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種摩擦材料，特別是涉及一種用于車輛或工程機械制動系統(tǒng)的無銅少落灰陶瓷摩擦材料，在高溫時有優(yōu)異的摩擦性能和機械強度。
背景技術(shù)：
：非石棉基摩擦材料已成為主流，多種替代纖維被廣泛采用，如為了提高強度，保證摩擦系數(shù)并提高質(zhì)量，大量采用了金屬纖維，如鋼纖維，銅纖維等?，F(xiàn)今的非石棉基摩擦材料一般含有020%的銅纖維或銅粉。銅用于增加強度，提高摩擦系數(shù)，并進一步保持400°C時的摩擦系數(shù)，提高熱傳導(dǎo)系數(shù)。和鋼纖維不同的是，銅更不容易傷對偶，即不增加對偶件制動盤的磨損量，并導(dǎo)致生銹。另外，除了纖維組分，也用到了摩擦性能調(diào)節(jié)組分和粘接組分，如含有重金屬銻的硫化銻通常被用作摩擦性能調(diào)節(jié)組分。在非石棉基摩擦材料中，銻的化合物，如硫化銻或氧化銻，在高溫時增加潤滑性和阻燃性。然而，近幾年由于環(huán)保性要求，歐美國家要求使用的摩擦材料不含有重金屬。不含有重金屬如銅或銻的摩擦材料和現(xiàn)有摩擦材料達到同樣的性能要求在未來是必須的，但是對于銅基摩擦材料，現(xiàn)在還沒有找到替代材料。為了代替銅基摩擦材料，傳統(tǒng)的作法是使用鋼纖維增強的半金屬摩擦材料，卻始終存在傷對偶及生銹問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種能夠滿足車輛制動系統(tǒng)的高溫摩擦性能及機械強度要求且輪轂落灰少、環(huán)保的無銅少落灰陶瓷摩擦材料。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供該無銅少落灰陶瓷摩擦材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的無銅少落灰陶瓷摩擦材料，其組分的重量百分比是粘結(jié)劑514，采用丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉；增強材料2045，采用芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、泡沫鐵粉和氧化鋁纖維的一種或幾種的混合；陶瓷類材料1040，采用二硫化鉬、氧化鎂和二硫化亞鐵一種或幾種的組合；潤滑劑1018，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括復(fù)合填料、重晶石、摩擦粉和鋁粉的混合物。其中使用了一定量和一定比例的氧化鎂和石墨，其比例為11到31。氧化鎂是相對較為軟質(zhì)的陶瓷顆粒，對盤沒有攻擊性，具有高的熱傳導(dǎo)性。可以使用活性氧化鎂和電熔氧化鎂，建議選用平均粒徑為10400μm，最佳范圍為50200μm。石墨可以維持400°C時的摩擦系數(shù)，對保證潤滑性和熱傳導(dǎo)性有一定的作用，粒徑范圍為50150μm。其材料配方按重量百分比計算為丁腈改性酚醛樹脂38，丁腈橡膠粉26，芳綸纖維15，鋼纖維520，碳纖維35，泡沫鐵粉310，云母38，氧化鋁纖維35，氧化鎂530，二硫化鉬410，重晶石515，人造石墨710，鋁粉38，二硫化亞鐵24，復(fù)合填料28，有機摩擦粉28，本發(fā)明提供的制備無銅少落灰陶瓷汽車摩擦材料的方法，包括如下步驟(1)配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間23分鐘，得粉狀混合物；(3)成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力180300kgf/cm2，熱壓溫度160190°C，排氣38次，保壓時間根據(jù)剎車片的厚度而定，一般是5565s/mm；(4)熱處理將剎車片在2小時從室溫升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時升溫到200°C，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)將上述制得的產(chǎn)品按技術(shù)要求進行平磨、倒角、開槽，然后在500550°C的溫度下進行2分鐘的表面處理，再經(jīng)噴涂、印標(biāo)，加工成為汽車剎車片。采用上述技術(shù)方案的無銅少落灰陶瓷摩擦材料及其制備方法，不含有石棉、重金屬銅及銻，相對于傳統(tǒng)的含銅及銻等重金屬的摩擦材料有如下優(yōu)點1、更符合環(huán)保型要求，避免了重金屬在隨摩擦粉塵進入環(huán)境后造成的二次污染；2、經(jīng)LINK實驗室的3000型性能臺架試驗系統(tǒng)和NVH3900型噪音試驗臺架系統(tǒng)的檢測，具有良好的摩擦性能，抗熱衰退性能好，制動噪音低，特別是在耐磨損、長壽命及對輪轂落灰大量減少方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。3、工藝簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。綜上所述，本發(fā)明具有良好的摩擦性能，制動噪音低和抗熱衰退性能好，特別是在耐磨損、長壽命及對輪轂落灰大量減少方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，能滿足現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)使用工況的要求，并符合汽車使用的經(jīng)濟環(huán)保的要求。圖1是制動效能一圖；圖2是制動效能二圖；圖3是制動效能三圖；圖4是制動效能四圖；圖5是效能示意圖；圖6是衰退示意圖。具體實施例方式無銅少落灰陶瓷摩擦材料，其組分的重量百分比是粘結(jié)劑514，采用丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉；增強材料2045，采用芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、泡沫鐵粉和氧化鋁纖維的一種或幾種的混合；陶瓷類材料1040，采用二硫化鉬、氧化鎂和二硫化亞鐵一種或幾種的組合；潤滑劑1018，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括復(fù)合填料、重晶石、摩擦粉和鋁粉的混合物。其中使用了一定量和一定比例的氧化鎂和石墨，其比例為11到31。氧化鎂是相對較為軟質(zhì)的陶瓷顆粒，對盤沒有攻擊性，具有高的熱傳導(dǎo)性?？梢允褂没钚匝趸V和電熔氧化鎂，建議選用平均粒徑為10400μm，最佳范圍為50200μm。石墨可以維持400°C時的摩擦系數(shù)，對保證潤滑性和熱傳導(dǎo)性有一定的作用，粒徑范圍為50150μm。其材料配方按重量百分比計算為丁腈改性酚醛樹脂38，丁腈橡膠粉26，芳綸纖維15，鋼纖維520，碳纖維35，泡沫鐵粉310，云母38，氧化鋁纖維35，氧化鎂530，二硫化鉬410，重晶石515，人造石墨710，鋁粉38，二硫化亞鐵24，復(fù)合填料28，有機摩擦粉28，本發(fā)明提供的制備無銅少落灰陶瓷汽車摩擦材料的方法，包括如下步驟(1)配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間23分鐘，得粉狀混合物；(3)成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力180300kgf/cm2，熱壓溫度160190°C，排氣38次，保壓時間根據(jù)剎車片的厚度而定，一般是5565s/mm；(4)熱處理將剎車片在2小時從室溫升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時升溫到200°C，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)將上述制得的產(chǎn)品按技術(shù)要求進行平磨、倒角、開槽，然后在500550°C的溫度下進行2分鐘的表面處理，再經(jīng)噴涂、印標(biāo)，加工成為汽車剎車片。下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。實例1以本田雅閣前輪剎車片為例使用的原材料及配方見表1，用示例摩擦材料1-7以及對比摩擦材料8-9壓制本田雅閣前輪剎車片并進行試驗，其中，1-7中使用了鋼纖維和泡沫鐵粉，8-9中使用了銅纖維。工藝為原材料材料均勻混合，稱重倒入模具中模壓成型，溫度為155°C;壓力為13MPa；保壓時間8分鐘，放氣4次；在熱處理箱中升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時內(nèi)升溫到200保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫。表1摩擦材料配方列表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>A——酚醛樹脂；B——丁腈橡膠；C一一氧化鎂；D——石墨；E——氧化鎂+石墨；F——鋼纖維+泡沫鐵粉；G——復(fù)合填料；H——二硫化鉬；I——重晶石。使用上述摩擦材料制成的剎車片在臺架試驗機上進行磨損試驗，試驗條件如下程序SAEJ2707；制動盤材質(zhì)灰鑄鐵；試驗條件見表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上表列出的程序為1個循環(huán)，每個試驗進行2個循環(huán)，檢測項目為摩擦系數(shù)和磨損量，結(jié)果在表3中給出表3試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據(jù)日本汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JASOC406-2000對3號摩擦材料進行性能測試，結(jié)果如圖1、圖2、圖3和圖4所示。分別進行了50km/h、100km/h和130km/h的效能試驗，隨著速度的增大、溫度的升高，摩擦系數(shù)變化非常平穩(wěn)；且高速高溫時摩擦系數(shù)并沒有降低，反而呈增長趨勢，速度相關(guān)性和溫度相關(guān)性都非常好；在不同的減速度和壓力下制動性能表現(xiàn)穩(wěn)定；進行100km/h的衰退試驗，衰退非常小，恢復(fù)性能良好。實施例2以別克君越前輪剎車片為例以質(zhì)量百分比計，無銅少落灰的配方如下丁腈改性酚醛樹脂8%，丁腈橡膠粉6%，芳綸纖維4%，鋼纖維10%，碳纖維5%，泡沫鐵粉10%，氧化鋁纖維3%，氧化鎂24%，人造石墨8%，云母3%，二硫化鉬4%，重晶石5%，鋁粉3%,二硫化亞鐵2%，復(fù)合填料2%，有機摩擦粉2%。將上述原材料均勻混合，稱重倒入模具中模壓成型，溫度為165；壓力為13MPa；保壓時間10分鐘，放氣6次；在熱處理箱中升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時內(nèi)升溫到220，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫。經(jīng)機加工，表面處理，噴漆，包裝，即制得無銅少落灰摩擦片。經(jīng)試驗檢測，效能摩擦系數(shù)在0.38-0.44之間，熱衰退率在20%以內(nèi)，磨損率很小，經(jīng)上述SAE2707磨損實驗檢驗，兩個循環(huán)磨損率在1個mm，同時在道路測試中顯示輪轂落灰少，耐久性好，參考附圖。綜上所述，本發(fā)明所述的無銅少落灰陶瓷摩擦材料具有制動效能平穩(wěn)，優(yōu)良的耐磨性能、噪音較低等特點，經(jīng)裝車路試具有良好的駕乘舒適感。由于不含有重金屬，具有輪轂落灰少和環(huán)保的特點，同時制造成本不高，符合現(xiàn)代汽車工業(yè)的要求。權(quán)利要求一種無銅少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于其組分的重量百分比是粘結(jié)劑5～14，采用丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉；增強材料20～45，采用芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、泡沫鐵粉和氧化鋁纖維的一種或幾種的混合；陶瓷類材料10～40，采用二硫化鉬、氧化鎂和二硫化亞鐵一種或幾種的組合；潤滑劑10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括復(fù)合填料、重晶石、摩擦粉和鋁粉的混合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無銅少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于所述的氧化鎂和石墨的質(zhì)量比例為131，所述的氧化鎂使用活性氧化鎂和電熔氧化鎂，平均粒徑為10400μm，所述的石墨的粒徑范圍為50150μm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無銅少落灰陶瓷摩擦材料，其特征在于所述的氧化鎂的平均粒徑為10400μm,最佳范圍為50200μm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無銅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計算為丁腈改性酚醛樹脂38，丁腈橡膠粉26，芳綸纖維15，鋼纖維620，碳纖維35，泡沫鐵粉510，云母38，氧化鋁纖維35，氧化鎂530，二硫化鉬36，重晶石515，人造石墨710，鋁粉38，二硫化亞鐵24，復(fù)合填料28，有機摩擦粉28。5.制備權(quán)利要求1所述的無銅少落灰陶瓷汽車摩擦材料的方法，其特征在于包括如下步驟(1)配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間23分鐘，得粉狀混合物；(3)成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力180300kgf/cm2，熱壓溫度160190°C，排氣38次，保壓時間根據(jù)剎車片的厚度而定，一般是5565s/mm；(4)熱處理將剎車片在2小時從室溫升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時升溫到2000C，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)將上述制得的產(chǎn)品按技術(shù)要求進行平磨、倒角、開槽，然后在500700°C進行12分鐘的表面熱處理，再經(jīng)噴涂、印標(biāo)，加工成為汽車剎車片。全文摘要本發(fā)明公開了一種無銅少落灰陶瓷摩擦材料及其制備方法，其重量百分比是粘結(jié)劑5～14，采用丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉；增強材料20～45，采用芳綸纖維、碳纖維、鋼纖維、泡沫鐵粉和氧化鋁纖維的一種或幾種的混合；陶瓷類材料10～40，采用二硫化鉬、氧化鎂和二硫化亞鐵一種或幾種的組合；潤滑劑10～18，采用石墨、云母的混合物；填料余量，包括復(fù)合填料、重晶石、摩擦粉和鋁粉的混合物，經(jīng)過原料混料、成型、熱處理工藝制成，具有良好的摩擦性能，制動噪音低和抗熱衰退性能好，特別是在耐磨損、長壽命及對輪轂落灰大量減少方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，能滿足現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)使用工況的要求，并符合汽車使用的經(jīng)濟環(huán)保的要求。文檔編號C04B16/06GK101823856SQ20101018142公開日2010年9月8日申請日期2010年5月24日優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日發(fā)明者劉伯威,劉詠,劉美玲,蔣輝珍申請人:湖南博云汽車制動材料有限公司;中南大學(xué)