專利名稱：一種稀土氧化物改性的環(huán)保型摩擦材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于摩擦材料領域，具體涉及一種環(huán)境友好型的摩擦材料及其制備方法。
背景技術：
汽車作為現(xiàn)代社會的一種交通工具在我們的日常生活中越來越不可缺少。為保證汽車行駛的安全性，汽車制動顯示出很大的作用。Wi^rodo公司生產第一片制動片開始， 剎車片發(fā)展已經有一百多年的歷史了。安全的、舒適的、環(huán)保的制動要求是汽車制動發(fā)展的一個趨勢。石棉作為增強材料，曾經是早期剎車片常用的一種材料。隨著汽車向高速高載發(fā)展，盤式制動器制動時瞬時溫度可達到400 600°C，在一些長坡道制動溫度高達800°C以上。而石棉由于其耐熱性較差，在高溫段出現(xiàn)明顯的熱衰退現(xiàn)象，導致摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，且石棉是美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所(NIOSH)列為的強致癌原料之一。許多國家已經對石棉制品的生產、銷售以及使用作出了嚴格的限制。石棉型剎車片被半金屬體系的無石棉剎車片和陶瓷型剎車片替代。到現(xiàn)在為止，不斷的涌現(xiàn)現(xiàn)出無石棉剎車片的專利。例如 IN2001DE00624利用銅粉玻纖樹脂等物質制備了性能優(yōu)異的無石棉剎車片，CN1051781，利用稀土化合物和銅粉等制備了無石棉剎車片，在高溫下摩擦性能穩(wěn)定。隨著對于剎車片環(huán)保要求的更加苛刻，美國華盛頓州開始逐漸限制銅在制動材料中的應用，并且從2014年開始，禁止銷售含鎘、鉻、石棉、鉛和汞等有害物質的制動材料。 各國技術人員也開始研發(fā)了新的無銅無石棉剎車片，W02011049575、US2010084232 (Al)、 US2010084233(A1)等發(fā)明了一種無銅的無石棉剎車片。這些專利中在不含有銅和銅合金的情況下，采用其他原料制得性能優(yōu)良的摩擦材料。但如何在保持剎車片性能的條件下，有效的開發(fā)出一種環(huán)保型的剎車片(不含有毒元素)成為了目前廣泛研究的課題。無機阻燃物質一般在200 300°C開始逐漸吸熱分解，能夠有效的散去因摩擦生熱產生的熱量，對于降低摩擦表面溫度起到一個很大的作用，能夠有效的提高剎車片材料的抗熱衰退性能。CN101576135A公開了用于剎車片的組合物及其制備方法和剎車片，其中指出金屬氫氧化物存在于摩擦材料可以維持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性并降低剎車片的磨損率，并指出摩擦材料中混入含稀土的礦物可以提高摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性。鈦鐵化合物具有良好的抗衰退性能，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，能夠有效降低磨損。實驗表明加入該類材料可以明顯改善復合材料的力學性能，在制動過程中還能吸收部分制動過程的制動噪音，是種理想的摩擦材料。 CN101948673A公開了一種無銅陶瓷型摩擦材料，其中指出鈦鐵化合物具有良好的抗衰退性能并能降低磨損。但是對于高性能摩擦材料或應用于特殊領域的摩擦材料而言，單純地添加某種增強物質所得到的摩擦材料，其摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性以及剎車片的磨損率依然是難以接受的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了在現(xiàn)有技術的基礎上，提供一種性能遠超現(xiàn)有材料的環(huán)境友好型剎車片的摩擦材料。該摩擦材料在250 600°C下仍然能保持優(yōu)異的穩(wěn)定且良好的摩擦性能，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，抗熱衰退性好。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述摩擦材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到一種稀土氧化物改性的環(huán)保型摩擦材料，該摩擦材料包含粘結劑、增強體、填料和摩擦性能調節(jié)劑，該摩擦材料還含有質量含量為2% 30%的稀土改性鈦鐵化合物，以及質量含量為2% 30%的稀土改性無機阻燃化合物。本發(fā)明的摩擦材料中稀土改性鈦鐵化合物的質量含量優(yōu)選為5% 20%，稀土改性無機阻燃化合物的質量含量優(yōu)選為5% 20%。本發(fā)明的摩擦材料可以只包含粘結劑、 增強體、填料、摩擦性能調節(jié)劑、稀土改性鈦鐵化合物和稀土改性無機阻燃化合物，還可以含有本領域的其他常用物質，特別是現(xiàn)有無銅、鎘、鉻、石棉、鉛和汞摩擦材料的常用組分。 本發(fā)明對粘結劑、增強體、填料、摩擦性能調節(jié)劑的含量并無具體要求，可在本領域中進行適當?shù)剡x擇，一種優(yōu)選的方案中，摩擦材料中粘結劑的質量含量為5% 20%，增強體、填料和摩擦性能調節(jié)劑的質量含量為20% 80%。本發(fā)明的稀土改性鈦鐵化合物中的鈦鐵化合物優(yōu)選為M/eyTiOz，式中M為Ca、Mg、 K或Na，χ為0. 2 2 (優(yōu)選0. 2 0. 5)，y為1 2，ζ為4 16 (優(yōu)選4 8)；所述稀土改性無機阻燃化合物中的無機阻燃化合物優(yōu)選選自氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸一銨、磷酸二銨以及氯化銨的一種或幾種。本發(fā)明中稀土改性鈦鐵化合物的改性方法為將鈦鐵化合物浸入稀土改性劑中浸泡1 6小時，過濾后干燥；所述稀土改性無機阻燃化合物的改性方法為將無機阻燃化合物浸入稀土改性劑中浸泡1 6小時，過濾后干燥；其中所述稀土改性劑為質量濃度為1 20%的稀土氧化物溶液。其中稀土氧化物選自氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠或氧化釹一種或幾種，稀土氧化物溶液的溶劑選自水、乙醇、丙醇、丁醇或丙三醇一種或幾種。本發(fā)明對粘結劑優(yōu)選選自酚醛樹脂、改性酚醛樹脂或丁腈橡膠中的一種或幾種。 增強體優(yōu)選選自玻璃纖維、碳纖維、鈦酸鉀晶須、陶瓷纖維、復合礦物纖維、硅酸鹽纖維、木質素纖維、纖維素纖維、芳綸中的一種或幾種。填料優(yōu)選選自硫酸鋇、碳酸鈣、蛭石、高嶺土、 云母粉中的一種或幾種；所述摩擦性能調節(jié)劑選自鐵黑、鋯英石、鐵紅、氧化鋯、氧化鎂、螢石粉、沸石、銳鈦礦、凹土、立德粉、摩擦粉或中的一種或幾種。本發(fā)明還公開了一種上述摩擦材料的制備方法，包括如下步驟(1)改性取需改性的鈦鐵化合物和無機阻燃化合物，分別浸泡在稀土氧化物溶液中，浸泡1 6小時，過濾后干燥；(2)混合將稀土改性鈦鐵化合物、稀土改性無機阻燃化合物、粘結劑、增強體、填料及摩擦性能調節(jié)的混合物料攪拌混合后，加入熱壓模具中；(3)熱壓升溫到155 200°C，在壓力為10 30MPa下保溫保壓3 10分鐘進行熱壓處理；(4)后處理將熱壓后的材料在185 200°C下保溫3 8小時，然后降溫，得到摩擦材料。本方法中各組分的選擇及用量如上所述。本發(fā)明將稀土改性的鈦鐵化合物和稀土改性的無機阻燃化合物同時應用于摩擦材料，不僅充分利了各材料在物質上的優(yōu)點，還對于物質進行微觀表面上的修飾，有效的結合這兩種物質的性能。這樣，通過表面改性的方法，提高了填充材料與基體材料的潤濕性能，使得填料和基體之間形成一個整體，并使得應力在填料與基體間進行傳遞，復合材料的相容性更加優(yōu)異，表現(xiàn)出來的摩擦性能也更加穩(wěn)定。實驗也證實，本發(fā)明的材料可以將各組分之間的協(xié)同作用發(fā)揮至最佳，稀土改性鈦鐵化合物和稀土改性無機阻燃化合物之間以及與其他組分之間的協(xié)同作用所帶來的效果，遠優(yōu)于單純地將鈦鐵化合物、無機阻燃化合物和稀土礦物簡單混合所帶來的效果。本發(fā)明適合添加在無銅、鎘、鉻、石棉、鉛和汞等剎車片配方體系下，具有舒適的制動感，并且有磨損率較小、力學性能好的特點，屬于一種環(huán)境友好型材料。本發(fā)明的有益效果進一步體現(xiàn)在1.本發(fā)明的摩擦材料具有優(yōu)異的散熱性能，使得摩擦過程產生的熱量能夠均勻的分布在剎車片表面，不產生過熱點。在高溫段，摩擦材料能夠保持穩(wěn)定的摩擦性能，提高了摩擦材料的抗熱衰退性能。2.本發(fā)明稀土改性摩擦材料提高了各類原料界面相容性，改性物質與基體材料粘結性更加穩(wěn)定，能夠耐住更高的溫度，滿足了在高速高載條件下的制動要求，力學性能達到國家標準。3.本發(fā)明能夠使用在環(huán)保(無銅、鎘、鉻、石棉、鉛和汞有毒元素)摩擦材料體系中，稀土改性物質能夠有效補足這些有毒元素在摩擦材料中的作用。


圖1是實施例1的改性前后的鈦鐵混合物的SEM圖，圖左為改性前，圖右為改性后。
具體實施例方式下面通過實施例和對比例，對本發(fā)現(xiàn)的技術方案作一步具體的說明。為驗證本發(fā)明的效果，按中國GB5763-1998國家標準進行試驗。實施例和對比例按照如下物質配置。各例所得產品的摩擦系數(shù)實驗數(shù)據和剎車片磨損性能實驗數(shù)據詳見表2-5。實施例1 按照重量百分比將稀土改性鈦鐵化合物10%、稀土改性氫氧化鎂5%、酚醛樹脂 10%,丁腈橡膠4%、芳綸3%、玻璃纖維5%、陶瓷纖維4%、鋯英石3%、氧化鎂3%、硫酸鋇 22%、碳酸鈣6%、云母粉15%、蛭石5%、摩擦粉5%放入高速分散機內，攪拌均勻后取出放入磨具壓制成形，在平板硫化機于160°C，壓力位15MI^的條件下，保持10分鐘，然后取出剎車片，然后在185°C下燒結4小時。鈦鐵化合物選用M^l3FeuTiCV稀土改性方法為配制 2wt %的氧化鑭的水溶液，分別將鈦鐵混合物和氫氧化鎂放置溶液中6h，過濾后烘干。對于鈦鐵化合物改性進行了微觀表征，結果見圖1所示。從圖中可以看出，未經過改性的鈦鐵化合物表面呈現(xiàn)出不平整形態(tài)，而改性后的鈦鐵化合物表面覆蓋了一層氧化鑭，微觀形貌發(fā)生了變化。表1是填料與基體酚醛樹脂靜態(tài)接觸角數(shù)據，其數(shù)值能表明材料表面相容性性質。從表中可以看出，經過改性后，其接觸角發(fā)生了明顯的變化，填料(鈦鐵化合物與氫氧化鎂)與基體(酚醛樹脂)的相容性有了顯著的提高。表1接觸角變化圖
權利要求
1.一種稀土氧化物改性的環(huán)保型摩擦材料，該摩擦材料包含粘結劑、增強體、填料和摩擦性能調節(jié)劑，其特征在于該摩擦材料還含有質量含量為2% 30%的稀土改性鈦鐵化合物，以及質量含量為2% 30%的稀土改性無機阻燃化合物。
2.根據權利要求1所述的摩擦材料，其特征在于摩擦材料中稀土改性鈦鐵化合物的質量含量為5% 20%，稀土改性無機阻燃化合物的質量含量為5% 20%。
3.根據權利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于所述稀土改性鈦鐵化合物中的鈦鐵化合物為M/eyTiOz，式中M為Ca、Mg、K或Na，χ為0. 2 2，y為1 2，ζ為4 16 ；所述稀土改性無機阻燃化合物中的無機阻燃化合物選自氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸一銨、磷酸二銨以及氯化銨的一種或幾種。
4.根據權利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于所述稀土改性鈦鐵化合物的改性方法為將鈦鐵化合物浸入稀土改性劑中浸泡1 6小時，過濾后干燥；所述稀土改性無機阻燃化合物的改性方法為將無機阻燃化合物浸入稀土改性劑中浸泡1 6小時，過濾后干燥； 其中所述稀土改性劑為質量濃度為1 20%的稀土氧化物溶液。
5.根據權利要求4所述的摩擦材料，其特征在于稀土氧化物選自氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠或氧化釹一種或幾種，稀土氧化物溶液的溶劑選自水、乙醇、丙醇、丁醇或丙三醇一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的摩擦材料，其特征在于摩擦材料中粘結劑的質量含量為 5% 20%，增強體、填料和摩擦性能調節(jié)劑的質量含量為20% 80%。
7.根據權利要求1或5所述的摩擦材料，其特征在于所述粘結劑選自酚醛樹脂、改性酚醛樹脂或丁腈橡膠中的一種或幾種。
8.根據權利要求1或5所述的摩擦材料，其特征在于所述增強體選自玻璃纖維、碳纖維、鈦酸鉀晶須、陶瓷纖維、復合礦物纖維、硅酸鹽纖維、木質素纖維、纖維素纖維、芳綸中的一種或幾種。
9.根據權利要求1或5所述的摩擦材料，其特征在于所述填料選自硫酸鋇、碳酸鈣、蛭石、高嶺土、云母粉中的一種或幾種；所述摩擦性能調節(jié)劑選自鐵黑、鋯英石、鐵紅、氧化鋯、 氧化鎂、螢石粉、沸石、銳鈦礦、凹土、立德粉、摩擦粉或中的一種或幾種。
10.一種權利要求1所述摩擦材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)改性取需改性的鈦鐵化合物和無機阻燃化合物，分別浸泡在稀土氧化物溶液中， 浸泡1 6小時，過濾后干燥；(2)混合將稀土改性鈦鐵化合物、稀土改性無機阻燃化合物、粘結劑、增強體、填料及摩擦性能調節(jié)的混合物料攪拌混合后，加入熱壓模具中；(3)熱壓升溫到155 200°C，在壓力為10 30MPa下保溫保壓3 10分鐘進行熱壓處理；(4)后處理將熱壓后的材料在185 200°C下保溫3 8小時，然后降溫，得到摩擦材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種稀土氧化物改性的環(huán)保型摩擦材料及其制備方法，該摩擦材料包含粘結劑、增強體、填料和摩擦性能調節(jié)劑，該摩擦材料還含有質量含量為2％～30％的稀土改性鈦鐵化合物，以及質量含量為2％～30％的稀土改性無機阻燃化合物。該發(fā)明制得摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，界面相容性更加優(yōu)異，具有優(yōu)良的抗高溫衰退性能，在制動過程中有效地降低了摩擦表面的溫度。
文檔編號C08K13/06GK102516942SQ20111037621
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權日2011年11月23日
發(fā)明者史以俊, 姚文俊, 王昌松, 穆立文 申請人:常熟鈺泰隆摩擦新材料科技有限公司