本發(fā)明屬于摩擦材料領(lǐng)域，特別涉及一種摩擦片材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
摩擦材料是用于各種運(yùn)輸工具及機(jī)器設(shè)備的制動(dòng)器、離合器以及摩擦傳動(dòng)裝置中的制動(dòng)材料。這些制動(dòng)裝置是利用摩擦材料的摩擦性能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能和其它形式的能量消耗掉，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)裝置制動(dòng)。摩擦材料一般由礦物為主的無機(jī)材料與有機(jī)材料復(fù)合而成的，其中高分子聚合物為黏結(jié)劑、纖維狀的有機(jī)和無機(jī)組份為增強(qiáng)材料，粉體狀的礦物和有機(jī)材料為填料，這些組份經(jīng)過復(fù)合、固化和加工而制成具有制動(dòng)功能的材料，被廣泛應(yīng)用在汽車、火車、農(nóng)用車輛、飛機(jī)、船艦、石油鉆機(jī)、礦山機(jī)械及各類工程機(jī)械設(shè)備以及自行車、洗衣機(jī)等生活用品方面，是動(dòng)力的傳遞或制動(dòng)減速用不可或缺的材料。
由于石棉摩擦材料存在環(huán)境問題、同時(shí)其性能已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的需求，石棉基摩擦材料已經(jīng)淡出人們的視野。先后相繼推出了半金屬摩擦材料、代用纖維增強(qiáng)或聚合物粘結(jié)摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、復(fù)合纖維摩擦材料等。
二十世紀(jì)80年代中期至今，是盤式制動(dòng)器和新型摩擦片大發(fā)展并得到工業(yè)化生產(chǎn)、大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)期。此期間汽車工業(yè)急速向高速、重載、舒適、安全、節(jié)能、環(huán)保、輕量化方向發(fā)展，制動(dòng)系統(tǒng)得到了不斷改進(jìn)和完善。汽車普遍采用前盤后鼓式制動(dòng)，而現(xiàn)代社會(huì)對(duì)安全和環(huán)保的要求越來越高，因此摩擦材料工業(yè)不得不加速新型摩擦材料的開發(fā)應(yīng)用工作，全面提高摩擦材料的綜合性能。為了滿足一系列更新更苛刻的要求，幾類無石棉型汽車摩擦材料經(jīng)過一段時(shí)間試用后，表明還不同程度地存在著一些缺點(diǎn)：如半金屬型摩擦材料，因其鋼纖維容易銹蝕，易粘著或損傷對(duì)偶材料；由于其導(dǎo)熱率高，容易使自身材料與鋼基板(鋼背)間粘結(jié)劑分解，甚至剝離；摩擦熱引起制動(dòng)器密封圈的軟化與制動(dòng)液的“氣阻現(xiàn)象”，甚至引起制動(dòng)失靈；在低速和剛開始制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生頻率為100～300Hz的低頻噪聲，并伴隨出現(xiàn)車身震顫。因此必須針對(duì)這些問題加以完善和改進(jìn)。而代用纖維增強(qiáng)摩擦材料和復(fù)合纖維摩擦材料，也有不足之處：玻璃纖維增強(qiáng)摩擦材料，有的制造工藝復(fù)雜，有的浸潤(rùn)性不佳；復(fù)合纖維摩擦材料生產(chǎn)成本過高。隨后相繼誕生了第二代和第三代半金屬型摩擦材料，如低導(dǎo)熱率、低噪聲的半金屬型摩擦材料等。
我國環(huán)保法規(guī)定從2003年10月1日起汽車制動(dòng)摩擦材料中應(yīng)不含有石棉，這對(duì)我國摩擦材料行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和迫切任務(wù)，使我國汽車制動(dòng)摩擦材料行業(yè)從過去依靠進(jìn)口發(fā)展到引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和自行設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)無石棉摩擦材料，但與國外相比仍存在較大的差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)含量低，技術(shù)力量薄弱，生產(chǎn)工藝落后，設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率低；低水平重復(fù)建設(shè)，導(dǎo)致生產(chǎn)能力超低，供求關(guān)系失衡；價(jià)格失調(diào)，市場(chǎng)混亂；檢測(cè)手段不全，生產(chǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，經(jīng)濟(jì)效益差；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，新產(chǎn)品開發(fā)能力弱等。
近幾年我國的汽車銷售量以每年高于100％的速度遞增，汽車制動(dòng)摩擦材料行業(yè)以18％的增長(zhǎng)率發(fā)展，汽車剎車片的產(chǎn)量以33％的速度增長(zhǎng)。汽車工業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)汽車制動(dòng)摩擦材料的市場(chǎng)需求，輕、中型汽車在行駛10000～12000公里后期剎車片被磨蝕約50％時(shí)即需要全套更換。隨著車輛向高速、高效、節(jié)能、輕量化方向發(fā)展，摩擦材料呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，相繼開發(fā)出了多種類型的新型汽車制動(dòng)摩擦材料。國外無石棉摩擦材料研究較多且最成功的是鋼纖維和玻璃纖維增強(qiáng)的摩擦材料。
制動(dòng)時(shí)干摩擦接觸物體間的摩擦力增大，使摩擦接觸表面的瞬問摩擦系數(shù)增大，在制動(dòng)力作用下接觸比壓增加，瞬間溫度突然升高，接觸表面出現(xiàn)局部凸起點(diǎn)“粘著”與“分離”，引起摩擦特性發(fā)生變化，接觸面比壓的增大而使摩擦材料磨損增加，因而摩擦副各構(gòu)件間相對(duì)位置發(fā)生變化，從而出現(xiàn)振動(dòng)，在高速強(qiáng)制制動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)尤為劇烈。摩擦振動(dòng)與摩擦材料的硬度、氣孔率、粘彈性、摩擦系數(shù)——溫度關(guān)系曲線、摩擦系數(shù)——速度關(guān)系曲線等參數(shù)有關(guān)。
摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：
1、應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，且隨溫度，單位壓力和滑磨速度的變化小；
2、要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時(shí)仍然耐磨；
3、要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)滿足要求；
4、熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦；
5、磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面；
6、油水對(duì)摩擦性能的影響應(yīng)盡量?。?/p>
7、結(jié)合時(shí)應(yīng)平順而無“咬住”和“抖動(dòng)”現(xiàn)象發(fā)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種摩擦片材料及其制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，易操作；所述摩擦片材料的摩擦性能優(yōu)異，抗沖擊性能強(qiáng)。
本發(fā)明的一種摩擦片材料，所述摩擦片材料的骨架為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，摩擦層為多纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料。
所述碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中碳化硅的加入量為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料全部質(zhì)量的5～25％。
納米二氧化鈦和A12O3復(fù)合改性的酚醛樹脂的改性工藝：用納米二氧化鈦和A12O3復(fù)合改性酚醛樹脂。
所述多纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料為天然纖維素纖維3-12％、礦物纖維35-65％、玻璃纖維5-15％、碳纖維1-5％和銅纖維2-7％共同復(fù)合增強(qiáng)的納米二氧化鈦和A12O3復(fù)合改性的酚醛樹脂；其中，酚醛樹脂的加入量為5-12％；百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，基數(shù)為摩擦層的全部質(zhì)量。
所述多纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料為用多纖維增強(qiáng)、納米二氧化鈦和A12O3復(fù)合改性酚醛樹脂與各種填料和助劑組成的復(fù)合材料。
本發(fā)明的摩擦片材料的制備方法，包括：
將原料混合，然后加入助劑和填料，采用溫壓工藝，得到摩擦片材料；其中，溫壓工藝的溫壓溫度為90～100℃。
所述助劑及其加入量為：硬脂酸0.1-2％、硅石粉3-16％，固化劑3-15％，防老劑0.1-2％，橡膠8-15％，硫化延緩劑0.1-2％，二硫化鉬4-18％。(百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，基數(shù)為摩擦層材料的質(zhì)量)
所述填料及其加入量為：重晶石、碳化硅、碳酸鈣和氧化鋁作為增摩類填料：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸鈣25％、氧化鋁35％；滑石粉和石墨作為減摩類填料：滑石粉40％，石墨60％；所述百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。重晶石、碳化硅、碳酸鈣和氧化鋁作為增摩類填料填料，其質(zhì)量之和為摩擦層全部質(zhì)量的1～14％；滑石粉和石墨作為減摩類填料，其質(zhì)量之和為摩擦層全部質(zhì)量的2～18％。
所述防老劑為N-苯基-N`-環(huán)己基對(duì)苯二胺；硫化延緩劑為N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰胺。
所述摩擦片材料：
摩擦系數(shù)在0.35～0.50的范圍之間，摩擦磨損率在0.16～0.86的范圍之間；
沖擊強(qiáng)度性能，摩擦材料的沖擊強(qiáng)度≥3.5kJ·cm-2；
硬度性能測(cè)試硬度60HRL～105HRL。
有益效果
本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，易操作；所述摩擦片材料的摩擦性能優(yōu)異，抗沖擊性能強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1
骨架為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，碳化硅的加入量為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料全部質(zhì)量的12％。摩擦層為多纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料：采用納米二氧化鈦和Al2O3改性的酚醛樹脂；各物質(zhì)及其加入量：酚醛樹脂的加入量為7％，天然纖維素纖維4％、礦物纖維48％、玻璃纖維4％、碳纖維2％和銅纖維3％共同復(fù)合增強(qiáng)，其他組分為硬脂酸1％、硅石粉7％，固化劑4％，防老劑(N-苯基-N`-環(huán)己基對(duì)苯二胺)0.5％，橡膠7％，硫化延緩劑(N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰胺)0.6％，二硫化鉬5.1％，填料選用重晶石、碳化硅、碳酸鈣、氧化鋁等作為增摩類填料，加入量為2.8％；滑石粉和石墨為減摩類填料，加入量為4％；上述百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，基數(shù)為摩擦層材料的質(zhì)量。所述增摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸鈣25％、氧化鋁35％；減摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。
采用溫壓工藝：溫壓溫度為98℃±5℃。
所得摩擦片材料的摩擦系數(shù)為0.45，摩擦磨損率為0.43。
沖擊強(qiáng)度性能，摩擦材料的沖擊強(qiáng)度3.8J·cm-2。
硬度：89HRL。
實(shí)施例2
骨架為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，碳化硅的加入量為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料全部質(zhì)量的12％。摩擦層為多纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料：采用納米二氧化鈦和Al2O3改性的酚醛樹脂，酚醛樹脂的加入量為7％，天然纖維素纖維5％、礦物纖維40％、玻璃纖維9％、碳纖維4％和銅纖維5％共同復(fù)合增強(qiáng)，其他組分為硬脂酸1％、硅石粉6％，固化劑3％，防老劑(N-苯基-N`-環(huán)己基對(duì)苯二胺)0.5％，橡膠7％，硫化延緩劑(N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰胺)0.6％，二硫化鉬5.1％，填料選用重晶石、碳化硅、碳酸鈣、氧化鋁等作為增摩類填料，加入量為2.8％；滑石粉和石墨為減摩類填料，加入量為4％；上述百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，基數(shù)為摩擦層材料的質(zhì)量。所述增摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸鈣25％、氧化鋁35％；減摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。
采用溫壓工藝：溫壓溫度為98℃±5℃。
所得摩擦片材料的摩擦系數(shù)為0.47，摩擦磨損率為0.43。
沖擊強(qiáng)度性能，摩擦材料的沖擊強(qiáng)度3.9J·cm-2。
硬度：98HRL。
實(shí)施例3
骨架為碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，碳化硅的加入量為12％。采用納米二氧化鈦改性的酚醛樹脂，酚醛樹脂的加入量為4％，天然纖維素纖維3％、礦物纖維49％、玻璃纖維5％、碳纖維3％和銅纖維4％共同復(fù)合增強(qiáng)，其他組分為硬脂酸1％、硅石粉10％，固化劑3％，防老劑(N-苯基-N`-環(huán)己基對(duì)苯二胺)0.5％，橡膠6％，硫化延緩劑(N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰胺)0.6％，二硫化鉬4.6％，填料選用重晶石、碳化硅、碳酸鈣、氧化鋁等作為增摩類填料，加入量為3％；滑石粉和石墨為減摩類填料，加入量為3.3％；上述百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，基數(shù)為摩擦層材料的質(zhì)量。所述增摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：重晶石20％、碳化硅20％，碳酸鈣25％、氧化鋁35％；減摩類填料中各組分的質(zhì)量百分含量：滑石粉40％，石墨60％。
采用溫壓工藝：溫壓溫度為98℃±5℃。
所得摩擦片材料的摩擦系數(shù)為0.48，摩擦磨損率為0.37。
沖擊強(qiáng)度性能，摩擦材料的沖擊強(qiáng)度3.9J·cm-2。
硬度：96HRL。