CN1431408A - 一种汽车盘式制动衬片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车盘式制动衬片各组份重量百分比含量为∶炭纤维0－16；钢纤维5－25；有机纤维0.5－8；矿物质纤维3－20；摩擦性能调整剂37－60；COPNA树脂4－16；酚醛树脂0－8。制备方法采用了干法工艺，即将物料按一定比例称量、混合、搅拌，均匀混合后再将其干燥，冷压成型，热压成型，热处理，机械加工，抛光，喷漆，打商标，包装之后即成产品。本发明具有在制动时无噪音，无振动，不刮伤对偶面并且使用寿命长，衬片硬度低，耐磨性好等特点。
Description
技术领域：
本发明属于摩擦材料，具体地说涉及一种轿车盘式制动衬片。
背景技术：
在汽车工业中制动衬片属于关键材料之一，它的优劣不仅影响行驶性能而且关系着司乘人员的生命安全。因此要求所用的制动衬片材料必须具备良好的抗热衰退性能，在高温下摩擦系数稳定，制动过程没有噪音，具有足够的强度与对偶有良好的匹配以及不损伤对偶面。摩擦系数适中而磨损小等性能。汽车发明以来，人们为了追求上述性能，制动材料的研究一直未能停止，不断用更安全、更舒适、更优秀性能的制动材料取代前一代产品。
传统的汽车制动衬片采用石棉作为增强材料，这种材料已不能适应汽车行驶的高速度。尤其是被医学界确认为致癌物之后，使其在应用方面受到限制。在工业化国家，取代石棉摩擦材料的研制早在60年代初就广泛开展，目前无石棉摩擦材料使用最多的石棉取代物为钢纤维。然而钢纤维的缺点是在湿热环境下会产生锈蚀，易损伤对偶，在使用过程中易产生制动噪音。在80年代初人们又用混杂纤维(二种或二种以上的纤维)取代之，克服了单纯使用钢纤维增强摩擦材料的上述缺点。
在粘合剂方面，通常制造摩擦材料使用的粘合剂为酚醛树脂，采用该树脂制成的产品存在硬度高，脆性和耐热性差等缺陷，因此人们为了提高该树脂的柔韧性、耐热性以及强度，对它又进行了改性处理。目前常用的改性酚醛树脂有：腰果壳改性酚醛树脂、三聚氰胺一腰果壳改性酚醛树脂、丁腈改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂等。经过对酚醛树脂的改性，制品性能有所提高，但还是不能适应目前对摩擦材料性能的要求。
中国专利95108742.8提供了一种炭纤维增强汽车盘式制动衬片，它含有炭纤维5-15wt％，玻璃纤维15-20wt％，钢纤维0-5wt％，粘合剂8-20wt％，摩擦性能调整剂42-53wt％。所述的粘合剂的分解温度在500℃以上，因而克服了制品在300℃左右的热衰退现象，由于采用了复合纤维，代替了单一的钢纤维或碳纤维，使本发明的产品即保留了原了产品的优点，又降低了成本。而低的成型压力，降低了制品的硬度，提高了制品的孔隙率，从而减少了制品在制动过程中的噪音。然而，这样做带来的弊病是使制品的耐磨性能变差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种硬度低，而耐磨性能好的汽车盘式制动衬片及其制备方法。
本发明的汽车盘式制动衬片各组份重量百分比含量为：
炭纤维 0-16 钢纤维 5-25
有机纤维 0.5-8 矿物质纤维 3-20
摩擦性能调整剂 37-60 COPNA树脂 4-16
酚醛树脂 0-8
其中：有机纤维是芳纶纤维、粘胶丝纤维、氧化纤维；
矿物质纤维是硅酸盐纤维、硅灰石纤维、海泡石纤维。
摩擦性能调整剂的组分为：
石墨粉 4-16wt％ 石油焦粉 0-11wt％ 铝粉 0-11wt％
铁粉 0-11wt％ 黄铜膏 4.5-11wt％ CaCO3粉 0-9wt％
硅粉 0-3wt％ 硅石粉 0-6wt％ 腰果壳摩擦粉 0-6wt％BaSO4粉 0-11wt％ 炭黑 0-1.5wt％ 铁矿粉 0-8wt％丁腈橡胶粉 0-3wt％ 氧化铝粉 0-3wt％ 高岭土 0-10wt％
COPNA树脂是一种缩合、多环、多核、芳香烃结构的热固性树脂，其耐热性比酚醛树脂更好。可与聚酰亚胺树脂相媲美，并且在高温下(800℃)的耐热性能优于聚酰亚胺，特别是它具有与炭的亲和性好，耐磨，并具有一定弹性等特点。COPNA树脂可用蒽、芘、菲、煤焦油沥青、石油沥青为原料，以对苯二甲醇、对苯氯苄、苯甲醛、苯二甲酰氯、对苯二甲醛、苯醛、二甲基对苯二甲醇等为交联剂，对甲基苯磺酸为催化剂进行聚合而成。详细具体的制法见S.OTANT，International Symposium onCarbon 1990，622-625。
用该树脂作制动衬片的粘合剂可提高制品的耐热性、耐磨性，降低表面硬度。配方中添加量在4-16wt％的范围内，制品可随着COPNA树脂组成的增加，磨损量减少，而表面硬度降低，若含量过少，则制品强度低，同时亦显示不出利用该树脂的优势。若添加量过多，制品的工艺性以及相关性能变差，同时产品的成本也相应增加。
在配方中添加2～8wt％的酚醛类树脂可改善COPNA树脂的粘结性能，这样既可使制品保持一定的强度，又可减少配方中COPNA树脂的重量百分比含量，因COPNA树脂比酚醛类树脂在价格上贵一些，这样做可降低制品成本，并可改善其工艺性能。
本发明采用了干法工艺，即将物料按一定比例称量、混合、搅拌，均匀混合后再将其干燥，冷压成型，热压成型，热处理，机械加工，抛光，喷漆，打商标，包装之后即成产品。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
由于COPNA树脂固化后本身就有一定弹性，可不加或少加有机填料，其制品的摩擦系数稳定，导热系数适中，在制动时无噪音，无振动，不刮伤对偶面并且使用寿命长，衬片硬度低，耐磨性好。
具体实施方式：
实施例1
利用自制的沥青系COPNA树脂。该树脂是用太原煤气化公司焦化厂生产的煤焦油沥青为原料，对苯二甲醇为交联剂配比为4∶1，对甲基苯磺酸为催化剂，加入比例为4wt％，将上述原料一起装入反应釜内，在整个反应过程中为常压并用氮气保护防止氧化，氮气通入量为50mg/min，升温速率：室温至100℃自由升温，100-160℃，2℃/min，在搅拌状态下，升到160℃，反应6小时后出釜即可。实施例中采用的酚醛树脂是由淄博恒台树脂厂生产的一种环氧改性酚醛树脂。该树脂的粘结性能极强。
称量：6mm长短切通用级沥青炭纤维40克，COPNA树脂40克，酚醛树脂过200目筛80g，钢纤维200g，6mm长粘胶丝5克，硅酸铝纤维35克，石墨粉150克，石油焦粉100克，铝粉50克，铁粉50克，黄铜屑50克，碳酸钙粉80克，硅石粉50克，腰果壳粉50克，丁腈橡胶粉20克，先将上述物料分别进行称量倒入高速搅拌釜内进行搅拌，搅拌均匀后取出，将物料放入(105±5)℃烘箱内进行干燥处理30分钟，在140-160℃的温度范围内加压25MPa左右成型，成型时间1min/mm前3分钟放气三次，为了减少闭摸时间，可将物料预先冷压成型后再进行热压。成型后钢背已和衬片材料粘接成一体。制品在220℃的烘箱中热处理3小时，经过磨面，喷漆，干燥，打印商标，包装之后即成产品。
实施例2
称量COPNA树脂70克，酚醛树脂60克，炭纤维80克，钢纤维150克，芳纶纤维10克，氧化纤维20克，硅灰石纤维50克，铬铁矿粉70克，硫酸钡粉100克，铁粉80g，黄铜膏100g，石墨粉100g，石油焦粉60g，腰果壳粉40克，丁腈橡胶粉10克，制备方法同实施例1。
实施例3
称量COPNA树脂100克，酚醛树脂40克，钢纤维250克，芳纶纤维30克，粘胶丝10克，海泡石纤维150克，硅酸铝纤维50克，石墨粉150克，铝粉50克，黄酮屑60克，硅粉20克，碳酸钙粉50克，腰果壳粉40克，制备方法同实施例1。
实施例4
称量COPNA树脂130克，酚醛树脂20克，炭纤维120克，钢纤维100克，芳纶纤维10克，氧化纤维70克，硅灰石纤维150克，石油焦粉80克，石墨粉40克，铬铁矿粉60克，三氧化二铝粉末20克，黄铜屑100克，铁粉50克，硫酸钡粉50克，制备方法同实施例1。
实施例5
称量COPNA树脂160克，炭纤维160克，钢纤维50克，粘胶丝40克，氧化纤维20克，硅灰石纤维100克，石墨粉60克，石油焦粉90克，铝粉100克，高岭土粉100克，炭黑10克，硅石粉50克，硅粉15克，黄铜屑45克，制备方法同实施例1。
对比例
称量酚醛树脂150克，炭纤维150克，钢纤维50克，芳纶纤维10克，氧化纤维70克，硅灰石纤维100克，石油焦粉30克，石墨粉50克，铬铁矿粉50克，三氧化二铝粉末20克，黄铜屑100克，铁粉100克，硫酸钡粉50克，腰果壳粉50克，丁腈橡胶粉20克，制备方法同实施例1。
以上实施例用德国大众公司制定的PV3212《盘式制动器用刹车片在摩擦系数试验台上的摩擦系数和磨损试验》进行试验，其数据满足大众公司制定的PV3212标准要求。
表1为各个实施例与对比例的摩擦磨损以及表面硬度的实验数据，从下列数据中还可看出，利用本发明制得的产品，配方中随着COPNA树脂的增加，制品硬度逐渐下降，而磨耗减小。
表1
| 实施例 | μ冷 | μ工作 | μmax | μmin | 摩损量(g) | 表面落氏硬度HRS |
| 实施例1 | 0.316 | 0.314 | 0.454 | 0.201 | 2.5 | 71 |
| 实施例2 | 0.312 | 0.315 | 0.463 | 0.195 | 2.0 | 62 |
| 实施例3 | 0.391 | 0.396 | 0.553 | 0.202 | 2.1 | 60 |
| 实施例4 | 0.337 | 0.317 | 0.437 | 0.182 | 2.0 | 50 |
| 实施例5 | 0.318 | 0.320 | 0.439 | 0.23 | 0.17 | 48 |
| 对比例 | 0.374 | 0.335 | 0.515 | 0.226 | 3.2 | 89 |
| 备注 | 试验机KRAVSS(RWDC100B型)制动器VW-II型 试验标准 PV3212 | |||||
Claims (4)
1.一种汽车盘式制动衬片，其特征在于汽车盘式制动衬片各组份重量百分比含量为：
炭纤维 0-16 钢纤维 5-25
有机纤维 0.5-8 矿物质纤维 3-20
摩擦性能调整剂 37-60 COPNA树脂 4-16
酚醛树脂 0-8
摩擦性能调整剂的组分为：
石墨粉 4-16wt％ 石油焦粉 0-11wt％ 铝粉 0-11wt％
铁粉 0-11wt％ 黄铜膏 4.5-11wt％ CaCO3粉 0-9wt％
硅粉 0-3wt％ 硅石粉 0-6wt％ 腰果壳摩擦粉 0-6wt％BaSO4粉 0-11wt％ 炭黑 0-1.5wt％ 铁矿粉 0-8wt％丁腈橡胶粉 0-3wt％ 氧化铝粉 0-3wt％ 高岭土 0-10wt％。
2.如权利要求1所述的一种汽车盘式制动衬片，其特征在于所述的有机纤维是芳纶纤维、粘胶丝纤维或氧化纤维。
3.如权利要求1所述的一种汽车盘式制动衬片，其特征在于所述的矿物质纤维是硅酸盐纤维、硅灰石纤维或海泡石纤维。
4.一种汽车盘式制动衬片的制备方法，其特征在于：采用了干法工艺，即将物料按一定比例称量、混合、搅拌，均匀混合后再将其干燥，冷压成型，热压成型，热处理，机械加工，抛光，喷漆，打商标，包装之后即成产品。
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