一種低噪音陶瓷剎車片及其制備方法
【專利摘要】一種低噪音陶瓷剎車片的主要組分包括陶瓷纖維，劍麻纖維、聚丙烯腈纖維，F(xiàn)KF復(fù)合礦物纖維，硼酸改性酚醛樹脂，鈦酸鹽偶聯(lián)劑，氯化石蠟，超細(xì)全硫化粉末橡膠，棕剛玉增摩材料，鱗片鋁粉，納米二硫化鉬，云母，硫酸鈣晶須，二氧化鈦晶須。本發(fā)明從降低陶瓷剎車片噪音的角度出發(fā)，通過嚴(yán)格控制增強(qiáng)纖維、粘合劑、填料、摩擦粉以及潤(rùn)滑材料的用量與搭配，并添加有機(jī)增強(qiáng)纖維，在滿足陶瓷剎車片高摩擦性能的同時(shí)，大幅降低摩擦噪音。
【專利說明】
一種低噪音陶瓷剎車片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及汽車制動(dòng)用剎車片，具體涉及一種低噪音陶瓷剎車片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 提高安全性能、減少環(huán)境污染和噪音污染、延長(zhǎng)使用壽命是摩擦材料發(fā)展的大趨 勢(shì)。我國(guó)汽車剎車片行業(yè)面臨著環(huán)?；透咝阅芑瘍纱筠D(zhuǎn)型，環(huán)保型高性能剎車片除要滿 足高溫衰退小、磨損率低、摩擦系數(shù)穩(wěn)定等要求外，還應(yīng)具有振動(dòng)小、噪聲低等環(huán)保人性化 的性能特點(diǎn)，這些都為摩擦材料配方技術(shù)、原材料處理技術(shù)、混料制備技術(shù)、熱壓成型技術(shù)、 熱處理技術(shù)及后續(xù)處理技術(shù)等提出了更高的要求。
[0003] 制動(dòng)噪音關(guān)系到車輛行駛的舒適性，而且對(duì)周圍環(huán)境特別是對(duì)城市環(huán)境造成噪音 污染。對(duì)于轎車和城市公交車來說，制動(dòng)噪音是一項(xiàng)重要的性能要求。就轎車盤式片而言， 摩擦性能良好的無(wú)噪音或低噪音剎車片成為首先產(chǎn)品。隨汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)對(duì)制動(dòng)噪音 人們?cè)絹碓街匾?，有關(guān)部門已經(jīng)提出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。一般汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音不應(yīng)超過 85dB〇
[0004] 就摩擦材料而言，長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)告訴我們，造成制動(dòng)噪音的因素大致有： (1)摩擦材料的摩擦系數(shù)越高，越易產(chǎn)生噪音，達(dá)到0.45~0.5或更高時(shí)，極易產(chǎn)生噪 首。
[0005] (2)制品材質(zhì)硬度高易產(chǎn)生噪音。
[0006] (3)高硬度填料用量多時(shí)易產(chǎn)生噪音。
[0007] (4)剎車片經(jīng)高溫制動(dòng)作用后，工作表面形成光亮而硬的碳化膜，又稱釉質(zhì)層。在 制動(dòng)摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)及相應(yīng)的噪音。
[0008] 本發(fā)明從降低剎車片噪音的角度出發(fā)，通過嚴(yán)格控制增強(qiáng)纖維、粘合劑、填料、摩 擦粉以及潤(rùn)滑材料的用量與搭配，并添加有機(jī)增強(qiáng)纖維，使摩擦材料在保證一定的機(jī)械強(qiáng) 度的同時(shí)，擁有較低的硬度，從而改善摩擦材料與對(duì)偶之間的接觸情況，在滿足陶瓷剎車片 高摩擦性能的同時(shí)，大幅改善其噪音性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有陶瓷剎車片硬度高易產(chǎn)生噪音、剎車有"尖叫聲"的缺 點(diǎn)，提供的一種低噪音、摩擦性能穩(wěn)定、剎車制動(dòng)好、磨損小、無(wú)剎車"尖叫聲"的環(huán)保型陶瓷 剎車片。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種低噪音陶瓷剎車片的主要組分如下：陶瓷纖維，劍麻纖維、聚丙烯腈纖維，F(xiàn)KF復(fù)合 礦物纖維，硼酸改性酚醛樹脂，鈦酸鹽偶聯(lián)劑，氯化石蠟，超細(xì)全硫化粉末橡膠，棕剛玉增摩 材料，鱗片鋁粉，納米二硫化鉬，云母，硫酸鈣晶須，二氧化鈦晶須。
[0011]所述的陶瓷纖維為高鋁型硅酸鋁纖維，經(jīng)過短切加工而成，其在剎車片中的作用 如下:硬度低，能很好的吸收剎車片因制動(dòng)而發(fā)出的噪音;具有良好的耐高溫性能，極低的 導(dǎo)熱系數(shù)，它附于剎車片表面能有效的降低剎車片中其他低溫材料的熱衰退性和膨脹性， 提高了剎車片在制造和使用過程中的穩(wěn)定性;有效強(qiáng)的吸附性，可吸附各種粉狀材料，使剎 車片鞏固性能強(qiáng)；易分散，不打球，生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生刺激皮膚粉塵，不危害人體健康。
[0012] 所述的天然增強(qiáng)纖維是劍麻纖維。劍麻纖維斷裂強(qiáng)度較高，纖維較長(zhǎng)，線密度遠(yuǎn)比 劍麻纖維小，斷裂伸長(zhǎng)率較大，單根劍麻纖維中劍麻細(xì)胞緊密排列，雜細(xì)胞極少，纖維整體 性強(qiáng)，不易分解或拉斷;韌性良好，甚至彎曲180°也不會(huì)折斷。劍麻纖維是綠色環(huán)保材料，它 用于剎車片具有以下作用：能穩(wěn)定并減少材料的收縮和膨脹改善制動(dòng)性能；可以避免剎車 片表面的腐蝕，特別是金屬纖維等受環(huán)境影響而產(chǎn)生的電化銹蝕。制造出的剎車片容易產(chǎn) 生較高的氣孔率，能降低制動(dòng)噪音。劍麻纖維比重輕，有利于降低剎車片的比重并可減少纖 維的用量。
[0013] 所述的聚丙烯腈纖維又稱腈綸纖維，和聚丙烯纖維比具有更高的彈性模量，聚丙 烯腈纖維抗拉強(qiáng)度和耐高溫能。聚丙烯腈纖維用于剎車片中，可明顯提高剎車片的抗拉強(qiáng) 度、抗疲勞強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和抗裂性能。同時(shí)聚丙烯腈纖維可顯著改善剎車片的粘結(jié)性、 高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，并且聚丙烯腈纖維具有低溫防裂和防止反射裂縫的產(chǎn)生，有效提 高抗拉、抗剪、抗壓和抗沖擊強(qiáng)度。
[0014] 所述的FKF復(fù)合礦物纖維的主體纖維為耐高溫非金屬礦物經(jīng)1000°C以上高溫融 熔、離心或噴絲而成，再輔以少量其他增強(qiáng)成份混合制成的新型纖維品種。其纖維長(zhǎng)度約為 20mm，主要的化學(xué)成分有：Si〇2,40~43%;AL 2 〇3，16~18%;Ca0，18~22%;Mg0,5~7%;Fe2 〇3， 3 ~5% 〇
[0015] 所述的硼酸改性酚醛樹脂，是由甲醛、苯酚和硼酸合成的分子結(jié)構(gòu)中含有大量B-0-C結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂，具有很好的熱穩(wěn)定性和較高的殘?zhí)悸?。以該樹脂為黏結(jié)劑制成的剎 車片具有高溫摩擦性能好、噪音低、熱衰退小等優(yōu)點(diǎn)。利用硼酸改性酚醛樹脂制備出的剎車 片，400 °C的時(shí)候，仍然保持較高的摩擦系數(shù)(在0.4以上）。
[0016] 本發(fā)明專利中使用的偶聯(lián)劑為鈦酸鹽偶聯(lián)劑和氯化石蠟。
[0017] 鈦酸鹽偶聯(lián)劑在混料的過程中加入，還可用其對(duì)填料進(jìn)行預(yù)處理。將鈦酸鹽偶聯(lián) 劑噴灑在硅灰石上，改善其與樹脂的結(jié)合界面。
[0018] 氯化石蠟為低價(jià)偶聯(lián)劑，能很好地與硅灰石等填料偶聯(lián)。
[0019] 本發(fā)明專利中使用的摩擦性能調(diào)節(jié)劑為超細(xì)全硫化粉末橡膠，棕剛玉增摩材料， 鱗片鋁粉，納米二硫化鉬。
[0020] 超細(xì)全硫化粉末橡膠是在橡膠乳液中加入輻照敏化劑，然后經(jīng)過特殊匠光輻照作 用制成的超細(xì)凝膠粒子產(chǎn)品。橡膠粒子外部高交聯(lián)，有剛性；內(nèi)部低交聯(lián)，有彈性。既可以充 分發(fā)揮橡膠的共性優(yōu)勢(shì)，又能回避分散方面的工藝難題。粒徑:80~150nm，凝膠含量:80%以 上。
[0021] 棕剛玉以優(yōu)質(zhì)耐磨材料高鋁含量的釩土為原料，于電弧中經(jīng)2000度以上高溫熔煉 而成，經(jīng)自磨機(jī)粉碎整形，、篩分成多種粒度，其質(zhì)地致密、硬度高，其突出的特點(diǎn)是晶體尺 寸小耐沖擊，表面干潔，易于與粘合劑結(jié)合，高溫性能特別穩(wěn)定，能有效的降低剎車片高溫 制動(dòng)的衰退性。
[0022] 鱗片鋁粉采用純度高的熟鋁為原料加工而成，用于各類剎車片中起到穩(wěn)定摩擦系 數(shù)和降低磨損的作用。在摩擦過程中金屬鋁的熔化吸收了大量的熱能，起到了散熱的作用。 其粒度為40目-80目，純度99-85%，松密度1.26g/cm3。
[0023] 所述的納米二硫化鉬用于摩擦材料主要功能是低溫時(shí)減摩，高溫時(shí)增摩，燒失量 小，在摩擦材料中易揮發(fā)。此外，納米二硫化鉬可防止摩擦材料在高溫下發(fā)生熱衰退和開 裂。
[0024] 本發(fā)明專利中使用填料為云母，硫酸鈣晶須，二氧化鈦晶須。
[0025]云母具有平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，都能夠抑制低頻制動(dòng)噪聲。此外云母能夠提高摩擦材料 的熱穩(wěn)定性，同時(shí)也能改善材料的熱衰退性能。
[0026]硫酸鈣晶須是纖維狀單晶體，具有尚強(qiáng)度、尚t旲量、尚初性、尚絕緣性、耐磨耗、耐 高溫、價(jià)廉等諸多優(yōu)良的理化性能，作為增韌補(bǔ)強(qiáng)材料，是所有晶須產(chǎn)品中質(zhì)量最好的新型 晶須材料。與石英粉、玄武巖為混合填料，并加入少量硅烷偶聯(lián)劑，與三聚氰胺改性酚醛樹 脂混合，其粘接強(qiáng)度、韌性、耐熱性、阻燃性、耐磨性能都有很大提高。本發(fā)明專利中使用硫 酸鈣晶須的指標(biāo):長(zhǎng)度100-200um，長(zhǎng)徑比40:80,直徑7-8um，熔點(diǎn)：1000以上。
[0027]六鈦酸鉀晶須本身具有高溫吸音性能，而且鈦酸鉀晶須的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)說來較 小，機(jī)械性能亦良好。
[0028]本發(fā)明提供的一種低噪音陶瓷剎車片的制備工藝，具體工藝設(shè)備及生產(chǎn)方案如 下： 工藝設(shè)備:立軸式高速混料機(jī)，轉(zhuǎn)速800~1000轉(zhuǎn)/分，南通奧普機(jī)械工程有限公司生 產(chǎn)，每次可混料約lkg;剎車片配方研究專用熱壓機(jī)，型號(hào)JFY50,吉林大學(xué)機(jī)電設(shè)備研究所 制造;恒溫干燥箱，型號(hào)DHG-9070A，上海齊新科學(xué)有限公司生產(chǎn)。
[0029] 工藝流程:配料-計(jì)量-混料-涂膠-熱壓-熱處理-磨平面-開槽-表面高溫 處理-噴漆-質(zhì)檢-印標(biāo)-包裝-入庫(kù)。
[0030] 生產(chǎn)方案： 用正交實(shí)驗(yàn)研究熱壓法制備低噪音陶瓷剎車片的最佳工藝參數(shù)，壓制溫度、壓制時(shí)間 和壓制壓力對(duì)剎車片性能影響最大。
[0031] 1.配料、混料，將根據(jù)所列配方稱量原料，放入自制攪拌器中攪拌30~45 min，轉(zhuǎn) 速為600~800轉(zhuǎn)/分。投料順序及混料時(shí)間為:先投入樹脂、填料和增強(qiáng)纖維，混合15~25分 鐘，再投入樹脂，混合5~10分鐘，混合結(jié)束，出料。盡量使增強(qiáng)纖維以單纖維形態(tài)分散于混 合料中，才能在摩擦材料中達(dá)到最佳增強(qiáng)效果。
[0032] 2.熱壓，將攪拌均勻的原料放入干燥箱中干燥，預(yù)熱到80°C，然后放入模具中，在 冷壓成型機(jī)上初步預(yù)壓成型，將初步成型的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到熱壓機(jī)上，采用一次成型工藝制備 剎車片。其中熱壓溫度為180~220°C，壓力45~50MPa，熱壓時(shí)間為20~25分鐘。
[0033] 3.熱處理，為使剎車片材質(zhì)能更加穩(wěn)定、耐熱性更高，將熱壓好的剎車片送到保溫 爐中進(jìn)行熱處理，爐溫保持在250~300°C，保溫時(shí)間12h，然后隨爐溫冷卻，得到試件。
[0034] 4.磨削處理，熱處理后的剎車片，其表面還是有需多毛邊，采用磨削設(shè)備將熱處 理后的剎車片進(jìn)行磨削處理，磨削設(shè)備的轉(zhuǎn)速為30~40轉(zhuǎn)/分，使其表面平整。
[0035]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明從降低陶瓷剎車片噪音的角度出發(fā)，通過嚴(yán)格控制 增強(qiáng)纖維、粘合劑、填料、摩擦粉以及潤(rùn)滑材料的用量與搭配，并添加有機(jī)增強(qiáng)纖維，使摩擦 材料在保證一定的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，擁有較低的硬度，從而改善摩擦材料與對(duì)偶之間的接 觸情況，在滿足陶瓷剎車片高摩擦性能的同時(shí)，大幅改善其噪音性能。
[0036]
【具體實(shí)施方式】： 一種低噪音陶瓷剎車片的主要組分如下：陶瓷纖維，劍麻纖維、聚丙烯腈纖維，F(xiàn)KF復(fù)合 礦物纖維，硼酸改性酚醛樹脂，鈦酸鹽偶聯(lián)劑，氯化石蠟，超細(xì)全硫化粉末橡膠，棕剛玉增摩 材料，鱗片鋁粉，納米二硫化鉬，云母，硫酸鈣晶須，二氧化鈦晶須。該材料是一種低噪音、摩 擦性能穩(wěn)定、剎車制動(dòng)好、磨損小的環(huán)保型陶瓷剎車片，可以解決現(xiàn)有陶瓷剎車片硬度高易 產(chǎn)生噪音、剎車有"尖叫聲"的缺點(diǎn)。
[0037] 本發(fā)明經(jīng)過多次試驗(yàn)得到的的最佳配方比例為：
本發(fā)明的生產(chǎn)方案： 1.配料、混料，將根據(jù)所列配方稱量原料，放入自制攪拌器中攪拌30~45 min，轉(zhuǎn)速為 600~800轉(zhuǎn)/分。投料順序及混料時(shí)間為：先投入樹脂、填料和增強(qiáng)纖維，混合15~25分鐘， 再投入樹脂，混合5~10分鐘，混合結(jié)束，出料。
[0038] 2.熱壓，將攪拌均勻的原料放入干燥箱中干燥，預(yù)熱到80°C，然后放入模具中，在 冷壓成型機(jī)上初步預(yù)壓成型，將初步成型的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到熱壓機(jī)上，采用一次成型工藝制備 剎車片。其中熱壓溫度為180~220°C，壓力45~50MPa，熱壓時(shí)間為20~25分鐘。
[0039] 3.熱處理，為使剎車片材質(zhì)能更加穩(wěn)定、耐熱性更高，將熱壓好的剎車片送到保溫 爐中進(jìn)行熱處理，爐溫保持在250~300 °C，保溫時(shí)間12h。
[0040] 4.磨削處理，熱處理后的剎車片，其表面還是有需多毛邊，采用磨削設(shè)備將熱處 理后的剎車片進(jìn)行磨削處理，磨削設(shè)備的轉(zhuǎn)速為30~40轉(zhuǎn)/分，使其表面平整。
[0041] 本發(fā)明經(jīng)過多次正交試驗(yàn)得到最優(yōu)的配方體系和加工工藝，在最優(yōu)工藝條件下所 制備的低噪音陶瓷剎車片，具有產(chǎn)品強(qiáng)度高，耐熱性好，重量輕，摩擦性能穩(wěn)定，制動(dòng)噪音 小，是一種新型性能優(yōu)良的高性能環(huán)保型剎車片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低噪音陶瓷剎車片，其特征在于：其配方中各組分的質(zhì)量比例為陶瓷纖維12%， 劍麻纖維6%、聚丙烯腈纖維3%，F(xiàn)KF復(fù)合礦物纖維5%，硼酸改性酚醛樹脂11%，鈦酸鹽偶聯(lián)劑 1.5%，氯化石蠟1.5%，超細(xì)全硫化粉末橡膠3.5%，棕剛玉增摩材料2.5%，鱗片鋁粉3.5%，納米 二硫化鉬3.5%，云母14%，硫酸鈣晶須18%，二氧化鈦晶須15%。
【文檔編號(hào)】F16D69/02GK106045380SQ201610401551
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月11日
【發(fā)明人】姜宜寬
【申請(qǐng)人】姜宜寬