一種以椰纖維為骨架的剎車片及其制備方法
【專利摘要】一種以椰纖維為骨架的剎車片，其主要組分包括：椰纖維，F(xiàn)KF復(fù)合礦物纖維，芳綸原纖，稀土改性酚醛樹脂，鈦酸鹽偶聯(lián)劑，非離子聚丙烯酰胺，氟化石墨，柔性焦炭，二硫化鉬，鱗片鋁粉，空心微球粉，硫酸鈣晶須。首先將天然椰纖維編織成與剎車片尺寸一致的三維整體織物，再采用模塑工藝注入樹脂、填料和摩擦性能調(diào)節(jié)劑等，最后利用擠壓鑄造工藝固化形成高性能的汽車剎車片。產(chǎn)品不僅可滿足汽車對摩擦系數(shù)、磨損率、硬度、沖擊韌性等各項性能的要求，而且具有制動無噪音，不污染環(huán)境等優(yōu)點。
【專利說明】
-種從挪纖維為骨架的剎車片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車制動用剎車片技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種W挪纖維為骨架的剎車片 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)外制動摩擦材料行業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)和市場情況發(fā)生了重要變化，使制動 材料面臨著嚴峻的形勢，對其性能要求也越來越高：要有足夠而穩(wěn)定的摩擦系數(shù);動、靜摩 擦系數(shù)之差小;要有良好的導(dǎo)熱性，較大的熱容量和一定的高溫機械強度;要有良好的耐磨 性和抗粘著性，不易擦傷對偶件，無噪聲;低成本，對環(huán)境無污染等。目前，國外摩擦材料的 研究、應(yīng)用工作仍是從材料成分、制取方法、工藝路線、結(jié)構(gòu)設(shè)計和試驗分析手段等方面出 發(fā)進行全面改革，各國采用的方法雖然多種多樣，但其目的仍是為了全面提高新型無石棉 摩擦材料的性能，W滿足汽車工業(yè)高速度發(fā)展的需求和社會對環(huán)境保護的要求。
[0003] 剎車片屬于復(fù)合材料，其性能直接受其組分的性能、含量、配比、幾何尺寸等因素 影響。特別是增強纖維，粘結(jié)劑等主要成分與摩擦材料的性能關(guān)系最為密切。從使用棉線作 為增強纖維的第一片制動摩擦片誕生，到石棉制動摩擦片、半金屬摩擦材料，再到NA0摩擦 材料，高性能的碳纖維增強摩擦材料，都是伴隨著新型增強材料的研發(fā)和應(yīng)用。而優(yōu)質(zhì)剎車 片研制的重點是使增強纖維充分發(fā)揮增強骨架作用，減少剎車片加工及使用過程中的裂 縫、龜裂現(xiàn)象。
[0004] 挪纖維又叫挪殼纖維，是包裹在挪殼表面的挪棟組織，是很難得的天然纖維，它質(zhì) 地堅實，耐磨性很好，能夠防水。挪棟絲的彈性使其可W伸長到極大的限度，但仍不會斷裂； 同時，挪纖維能夠抵抗微生物的剝蝕W及海水長久的侵蝕，其可W耐受永久的彈性伸長的 能力極少見的。挪纖維長度約5~25CM，其木質(zhì)素含量高，具有纖維剛性大、斷裂強度高、斷 裂伸長小、初始模量大等特點。W天然挪纖維作為增強纖維制備摩擦材料，可W有效提高剎 車片的初性，延長剎車盤的使用壽命，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生有害的摩擦粉塵，符合現(xiàn)代環(huán)保要 求，代表目前摩擦材料的發(fā)展方向。此外，我國十二五規(guī)劃將開發(fā)利用再生生物質(zhì)資源放到 國家發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先地位，開發(fā)挪纖維可W充分利用天然綠色資源、發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，符合 當(dāng)前國家政策。
[0005] =維編織技術(shù)是自20世紀末發(fā)展起來的一種新型高性能復(fù)合材料制備技術(shù)，發(fā)展 它的目的是為了解決傳統(tǒng)復(fù)合材料很難用于制作主承力的結(jié)構(gòu)件和高功能制件的缺點。而 普通的纖維增強剎車片是典型的脆性基體復(fù)合材料，其界面是材料內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，纖維 與基體、填料的界面結(jié)構(gòu)和性能極大地影響著材料的機械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的第一個目的是針對現(xiàn)有汽車剎車片的缺點而提供的一種使用強度高、初 性好、摩擦性能穩(wěn)定高性能汽車剎車片。一方面，利用挪纖維粗細不均勻的特點，可W使纖 維在剎車片中的軸向應(yīng)力分布均勻化，同時降低界面剪切力；另一方面，采用=維編織技術(shù) 將挪纖維紡制成=維立體結(jié)構(gòu)，改善了力的傳遞，使復(fù)合材料性能較少依賴界面，顯著提升 剎車片的沖擊初性和抵抗裂紋擴展的能力，使得材料的強度和沖擊初性大大提高。
[0007] 其優(yōu)點是可顯著改善纖維的增強效果，使復(fù)合材料的性能較少的依賴界面強度， 其拉伸強度達到普通剎車片的5~8倍，彎曲強度是普通剎車片的1.5倍;采用挪纖維制備的 =維編織復(fù)合材料作為增強骨架，其作用類似于建筑物中的螺紋鋼結(jié)構(gòu)框架，可W提高剎 車片的強度和初性，有效減少剎車片使用過程中的龜裂現(xiàn)象，滿足汽車剎車制動所必需的 性能要求。
[0008] 本發(fā)明的第二個目的是充分利用現(xiàn)有的天然挪纖維，制備一種金屬含量低，制動 時磨損率小、振顫較小，制動過程中無噪音，不產(chǎn)生有害氣體和粉末，對環(huán)境友好的汽車剎 車片的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的實現(xiàn)方法如下： 為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明采用=維編織復(fù)合材料作為增強骨架，首先采用 =維編織機將天然挪纖維編制成預(yù)成型體，再采用模塑工藝注入樹脂、填料和摩擦性能調(diào) 節(jié)劑等，最后利用擠壓鑄造工藝固化形成高性能的汽車剎車片。
[0010] 為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，一種W挪纖維為骨架的剎車片的主要組分如下：挪 纖維，F(xiàn)KF復(fù)合礦物纖維，芳絕原纖，稀±改性酪醒樹脂，鐵酸鹽偶聯(lián)劑，非離子聚丙締酷胺， 氣化石墨，柔性焦炭，二硫化鋼，鱗片侶粉，空屯、微球粉，硫酸巧晶須。
[0011] 具體工藝流程如下： 1、挪纖維預(yù)處理:挪使用前要經(jīng)過化學(xué)方法預(yù)處理:將挪纖維浸泡于質(zhì)量分數(shù)為2.5% 的NaO田容液中，煮沸處理化，再用去離子水沖洗呈中性，烘干備用。
[0012] 2、紡制=維立體結(jié)構(gòu)：W挪纖維為原料，利用=維編織機編制成預(yù)成型體，用做剎 車片的增強骨架。其尺寸與普通剎車片接近，其制件厚度約為35~40mm，孔隙率為55%。=維 紡織預(yù)成型體內(nèi)纖維在=維方向上相互交織，形成一個整體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而從結(jié)構(gòu) 上強化了復(fù)合材料，避免剎車片產(chǎn)生斷裂或龜裂現(xiàn)象。
[001引3、原料混和:在自動配料系統(tǒng)中進行配料，按照配方的比例將物料放入自制攬拌 器中攬拌15~20min，轉(zhuǎn)速為500~800 r/min。試驗制備過程中，根據(jù)剎車片的強度、磨擦系 數(shù)對原料的比例分配進行調(diào)整。
[0014] 4、原料注入:將=維編織預(yù)成型體放到閉模的模腔內(nèi)，利用壓注機將混合好的原 料注入模腔，同時利用真空累抽真空，使原料充分進入=維編織預(yù)成型體，并初步固化成 型。其中注射壓力為4.5Mpa。
[0015] 5、擠壓鑄造成型：將原料注入到裝有=維編織預(yù)成型體的模腔內(nèi)后，在壓頭作用 使原料固化，使用的擠壓設(shè)備為YA32-100型擠壓機，其中加壓速度為7~lOmm/s，壓力為50 ~60M化左右，熱壓溫度為180°C，壓加壓時間為10~15 min。
[0016] 所述的增強纖維包含挪纖維、FKF復(fù)合礦物纖維、芳絕原纖。
[0017] 其中挪纖維使用前要經(jīng)過化學(xué)處理。處理后的挪纖維單絲長度為5~12cm，平均單 纖維細度0.7tex，單纖維斷裂強度5.5 cNAltex。
[0018] 其中FKF復(fù)合礦物纖維包含多種礦物纖維，主體纖維為耐高溫非金屬礦物經(jīng)1000 上高溫融烙、離屯、或噴絲而成，再輔W少量其他增強成份混合制成的新型纖維品種。其 纖維長度約為20mm，主要的化學(xué)成分有：Si〇2,40~43%;AL2 〇3，16~18%;CaO，18~22%;MgO， 5~7%;Fe2化，3~5%。本發(fā)明中加入18%的FKF復(fù)合礦物纖維作為增強材料。 其中的芳絕原纖為研磨成原纖的絨狀纖維，表面呈蓬松的毛羽狀，在摩擦材料中呈現(xiàn) 出摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低，強度好的優(yōu)點。本發(fā)明使用的芳絕原纖的性能指標如下:纖維 長度0.5~2.2mm，抗拉強度16~20X103 K/cm2。
[0019] 本發(fā)明專利中使用的粘合劑選用哈爾濱工業(yè)大學(xué)制備的稀±改性酪醒樹脂。采用 的稀±材料為氯化稀±，樹脂為下臘改性酪醒樹脂，改性方法為外加入式物理共混改性，稀 ±添加量為下臘改性酪醒樹脂的4%。用稀±改性樹脂按照常規(guī)工藝參數(shù)制造的摩擦材料， 摩擦系數(shù)普遍較高而且穩(wěn)定。稀±的化學(xué)活性高，它的加入與樹脂形成均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有 利于各組元在界面處的相互作用及相互潤濕，使整個材料體系處于熱力學(xué)最穩(wěn)狀態(tài)，在摩 擦材料高溫工況下產(chǎn)生的炭化物及小分子物料質(zhì)少，所W摩擦系數(shù)的熱衰退小。經(jīng)過改性 的酪醒樹脂可W將各種原料很好地加W粘合，生產(chǎn)出的剎車片不但各項理化性能指標優(yōu) 良。作為剎車片基體樹脂可W明顯提高剎車片的抗熱衰退能力，具有良好的摩阻性能。
[0020] 本發(fā)明專利中使用的偶聯(lián)劑為鐵酸鹽偶聯(lián)劑。鐵酸鹽偶聯(lián)劑在混料的過程中加 入，還可用其對填料進行預(yù)處理。將鐵酸鹽偶聯(lián)劑噴灑在娃灰石上，改善其與樹脂的結(jié)合界 面。
[0021] 本發(fā)明專利中使用表面活性劑為非離子聚丙締酷胺。非離子聚丙締酷胺分子鏈含 有酷胺基或離子基團，可W改善礦物纖維與有機物的親和力，提高礦物纖維與樹脂粘結(jié)劑 的相容性。
[0022] 本發(fā)明專利中使用的摩擦性能調(diào)節(jié)劑為氣化石墨，柔性焦炭，二硫化鋼，鱗片侶 粉。
[0023] 氣化石墨熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性非常好，可耐400°C~500°C高溫，在摩擦材料中 能夠起到減磨和調(diào)節(jié)高溫摩擦系數(shù)等作用。
[0024] 柔性焦炭是經(jīng)適當(dāng)溫度賠燒并W特殊工藝加工制造的焦炭粉，能在摩擦材料中起 到潤滑、減震、耐磨等作用，與氣化石墨配合使用，效果較好。
[0025] 二硫化鋼用于摩擦材料主要功能是低溫時減摩，高溫時增摩。同時，它覆蓋在摩擦 材料的表面，能保護其他材料，防止它們被氧化。
[0026] 鱗片侶粉W純侶錐加入少量潤滑劑，經(jīng)搗擊壓碎為鱗狀粉末。用于摩擦材料，起到 穩(wěn)定摩擦系數(shù)、降低磨損W及散熱的作用。
[0027] 本發(fā)明專利中使用填料為空屯、微球粉，硫酸巧晶須。
[00%]其中的空屯、微球粉主要組成為棚娃酸鹽，平均粒徑：35ym，相對密度為0.70 g/cm 3,烙點:700°C。作為填料，顆粒球狀形態(tài)有助于提高剎車片的尺寸穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品重量。
[0029] 硫酸巧晶須是纖維狀單晶體，具有高強度、高模量、高初性、高絕緣性、耐磨耗、耐 高溫、價廉等諸多優(yōu)良的理化性能。本發(fā)明專利中使用硫酸巧晶須的指標：長度約為150 皿，直徑7~8皿，烙點：1000°CW上。
【具體實施方式】
[0030] -種W挪纖維為骨架的剎車片采用挪纖維制備的=維編織復(fù)合材料作為增強骨 架，首先將天然挪纖維編織成與剎車片尺寸一致的=維整體織物，再采用模塑工藝注入樹 月旨、填料和摩擦性能調(diào)節(jié)劑等，最后利用擠壓鑄造工藝固化形成高性能的汽車剎車片。產(chǎn)品 不僅可滿足汽車對摩擦系數(shù)、磨損率、硬度、沖擊初性等各項性能的要求，而且具有制動無 噪音，不污染環(huán)境等優(yōu)點。
[0031] 太發(fā)巧經(jīng)討《次試胎得到的畏任配方比例為：
本配方的所使用的工藝流程： 1、挪纖維預(yù)處理:挪使用前要經(jīng)過化學(xué)方法預(yù)處理:將挪纖維浸泡于質(zhì)量分數(shù)為2.5% 的NaO田容液中，煮沸處理化，再用去離子水沖洗呈中性，烘干備用。
[0032] 2、紡制=維立體結(jié)構(gòu)：W挪纖維為原料，利用=維編織機編制成預(yù)成型體，用做剎 車片的增強骨架。其尺寸與普通剎車片接近，其制件厚度約為35~40mm，孔隙率為55%。=維 紡織預(yù)成型體內(nèi)纖維在=維方向上相互交織，形成一個整體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而從結(jié)構(gòu) 上強化了復(fù)合材料，避免剎車片產(chǎn)生斷裂或龜裂現(xiàn)象。
[0033] 3、原料混和:在自動配料系統(tǒng)中進行配料，按照配方的比例將物料放入自制攬拌 器中攬拌15~20min，轉(zhuǎn)速為500~800 r/min。試驗制備過程中，根據(jù)剎車片的強度、磨擦系 數(shù)對原料的比例分配進行調(diào)整。
[0034] 4、原料注入:將=維編織預(yù)成型體放到閉模的模腔內(nèi)，利用壓注機將混合好的原 料注入模腔，同時利用真空累抽真空，使原料充分進入=維編織預(yù)成型體，并初步固化成 型。其中注射壓力為4.5Mpa。
[0035] 5、擠壓鑄造成型：將原料注入到裝有=維編織預(yù)成型體的模腔內(nèi)后，在壓頭作用 使原料固化，使用的擠壓設(shè)備為YA32-100型擠壓機，其中加壓速度為7~lOmm/s，壓力為50 ~60M化左右，熱壓溫度為180°C，壓加壓時間為10~15 min。
[0036] 本發(fā)明W挪纖維制備的=維編織復(fù)合材料作為增強骨架，并多次正交實驗對配方 中各種原料的比例分配進行調(diào)整，利用新型高性能纖維改善現(xiàn)有汽車剎車片易于斷裂、表 面龜裂的缺點，最終形成了一種高性能環(huán)保汽車剎車片的生產(chǎn)工藝配方。該剎車片經(jīng)數(shù)十 臺汽車的道路試驗，其摩擦系數(shù)、磨損率、沖擊初性等各項性能均達到使用要求。
【主權(quán)項】
1. 一種以椰纖維為骨架的剎車片，其特征在于:其配方中各組分的質(zhì)量比例為椰纖維 16%，F(xiàn)KF復(fù)合礦物纖維14%，芳綸原纖6%，稀土改性酚醛樹脂12%，鈦酸鹽偶聯(lián)劑2.5%，非離子 聚丙烯酰胺3.5%，氟化石墨3.5%，柔性焦炭2.5%，二硫化鉬4%，鱗片鋁粉6%，空心微球粉14%， 硫酸鈣晶須16%。2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以椰纖維為骨架的剎車片，其特征在于：以椰纖維為原料， 利用三維編織機編制成預(yù)成型體，用做剎車片的增強骨架，制件厚度約為35~40mm，孔隙率 為 55%。
【文檔編號】F16D69/02GK106050990SQ201610407609
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】姜宜寬
【申請人】姜宜寬