一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片及其制備方法
【專利摘要】一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片的制備方法，其特征在于：其組分包括滸苔纖維，大花羅布麻纖維，芳綸纖維，聚酰胺樹脂，環(huán)氧樹脂，硅烷偶聯(lián)劑，碳化硅增磨材料，超細氧化鐵粉，柔性焦粉，鋯英粉填料，硅酸鋁空心球，硫酸鈣晶須。所述各組分的重量分數(shù)：增強纖維15～25份，粘合劑10～18份，摩擦性能調節(jié)劑6～12份，填料35～50份。利用大花羅布麻纖維與滸苔纖維包覆制備的包芯紗為增強材料，使兩種纖維的特性得到復合、優(yōu)化、互補，既具有滸苔纖維的吸音功能，又具有大花羅布麻纖維強力和耐摩擦性。所制備的摩擦材料具有振顫較小，制動過程中無噪音對環(huán)境友好等優(yōu)點。
【專利說明】一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車制動用摩擦材料，具體涉及一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著汽車向載重化和高速化發(fā)展，人們對汽車的摩擦制動材料的性能要求越來越高。除高速、重載、安全可靠、乘坐舒適、操作方便等外，開發(fā)出污染少、噪音低、不產生或少產生摩擦粉塵的綠色環(huán)保型摩擦材料，控制對環(huán)境的污染已逐漸成為人們行車及生活的首要要求。
[0003]剎車片主要材料以各種纖維(石棉復合纖維陶瓷纖維鋼纖維銅纖維芳綸纖維等)為基材，以樹脂為粘合劑混入有機和無機粉狀填料粘合而成。第一代石棉型剎車片的成分40% -60%是石棉，其主要優(yōu)點是廉價，但石棉纖維可導致肺癌，不符合不符合現(xiàn)代環(huán)保要求；而且石棉導熱能力差，通常反復制動會使熱量在剎車片中堆積，剎車片變熱后，它的制動性能就會發(fā)生改變，要產生同樣的摩擦和制動力需要更多的踩剎車次數(shù)，不僅產生較多的粉塵，也產生較多的噪聲污染。第二代半金屬混合物剎車片主要采用粗糙鋼絲絨作為加固纖維和重要的混合物，其主要優(yōu)點是具有較高的制動溫度，其缺點是需要更高的制動壓力來完成同樣的制動效果，特別是在低溫環(huán)境中金屬含量高對剎車盤磨損大，同時會產生更大的噪音。粉末冶金摩擦材料由于其耐熱性好，一定程度上解決了高溫摩擦因數(shù)熱衰退和熱磨損問題，但粉末冶金摩擦材料價格較高、制造工藝復雜、制動噪音大、脆性大以及易擦傷對偶表面和磨損大，僅能應用于一些特殊場合。而且，當鋼纖維含量超過10%時，制動時易引起尖叫、產生振顫等問題。第三代無石棉有機物NAO型剎車片:主要是用玻璃纖維、芳綸纖維或其他纖維(碳、陶瓷等)作為加固材料，其主要優(yōu)點是無論在低溫或高溫都保持良好的制動效果，減少磨損。
[0004]經過多年對各種天然纖維的潛心研究發(fā)現(xiàn)，以天然作為增強纖維制備摩擦材料，可以有效降低噪音，延長剎車盤的使用壽命，不產生或少產生有害的摩擦粉塵，符合現(xiàn)代環(huán)保要求，代表目前摩擦材料的發(fā)展方向
[0005]滸苔作為一種海面漂浮大型綠藻，成年主體總長度在10?20cm，隨著光合作用的加劇而迅速增殖。滸苔纖維直徑分布范圍在0.08?1.52mm之間，纖維直徑百分率最高出現(xiàn)在0.19mm處。滸苔的微管結構對吸聲性能有較大的貢獻，這將對于研制新型無機纖維吸聲材料提供很好的仿聲學啟示。滸苔具有長纖維結構，內部纖維蓬松交錯，存在大量微小的孔隙，進行干燥處理后，很適合開發(fā)成吸聲材料。大花羅布麻纖維是天然野生纖維，與普通羅布麻纖維相比，具有強力高，纖維細，剛性小，耐摩擦等特點。
[0006]在摩擦材料中同時采用兩種或兩種以上纖維作增強相時稱為混雜增強。將滸苔纖維和大花羅布麻纖維一定比例混紡，采用包芯紗紡制技術制備增強材料。兩種纖維的特性得到復合、優(yōu)化、互補，混紡紗既具有滸苔纖維的吸音功能，又具有大花羅布麻纖維強力和耐摩擦性。這一形式不僅能降低產品的成本，還可以使原材料性能“取長補短”，從而改善摩擦材料的性能。目前，采用混雜纖維增強是摩擦材料的一個重要發(fā)展方向。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的第一個目的是針對現(xiàn)有摩擦材料的缺點而提供的一種價格低廉，各項技術指標優(yōu)于國標的摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片摩擦材料。本發(fā)明采用混紡纖維增強的方式，利用大花羅布麻纖維對滸苔纖維實行合理包覆制備包芯紗，使兩種纖維的特性得到復合、優(yōu)化、互補，制備出摩擦性能穩(wěn)定可靠的摩擦材料。
[0008]本發(fā)明的第二個目的是提供一種金屬含量低，制動時磨損率小、振顫較小，制動過程中無噪音，不產生有害氣體和粉末，對環(huán)境友好的摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保摩擦材料的制備方法。
[0009]本發(fā)明的實現(xiàn)方法如下:
[0010]為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片的主要組分如下:滸苔纖維，大花羅布麻纖維，芳綸纖維，聚酰胺樹脂，環(huán)氧樹脂，硅烷偶聯(lián)劑，碳化硅增磨材料，超細氧化鐵粉，柔性焦粉，鋯英粉填料，硅酸鋁空心球，硫酸鈣晶須。
[0011]為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提供的摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片的制備方法，具體工藝流程如下:
[0012]1、纖維混紡制備包芯紗:大花羅布麻纖維細，剛性小，將其包纏在滸苔纖維的外層，可以改善滸苔纖維強力低、耐磨性差等缺點。利用長絲包覆技術，在塵籠的作用下，將單纖維狀態(tài)的大花羅布麻纖維較好地包覆于滸苔纖維表面，形成包芯紗結構，可以很大程度上分擔外來的沖擊力，提高了滸苔纖維的強力。
[0013]2、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攪拌器中攪拌5?8min,轉速為400?600r/min。試驗制備過程中,根據(jù)摩擦材料的磨擦系數(shù)、耐磨指數(shù)及噪音值的大小，對原料的比例分配進行調整。
[0014]3、預壓、熱壓成型階段:將混合好的原料倒入模具里，在自制的預壓機上初步預壓成型，將初步成型的產品轉移到熱壓機上，采用2步升溫、3次放氣、溫控固化的工藝制備摩擦材料。其中熱壓溫度為170°C，壓力30?60MPa，熱壓時間為6?10分鐘。
[0015]4、鐵材處理:根據(jù)不同車型的鐵材經過剪裁后，并對其表面進行硬化處理，然后利用機械將鐵材與摩擦材料高熱加壓，以6%聚酰胺樹脂和12%環(huán)氧樹脂為膠黏劑，使兩者間能緊密結合。
[0016]5、熱處理階段:為使剎車片材質能更加穩(wěn)定、耐熱性更高，因此需要講熱處理機，溫度保持在180°C，將摩擦材料的粗胚加熱長達6h以上后，繼續(xù)下一階段加工。
[0017]6、研磨切割階段:熱處理后的剎車片，其表面還是有需多毛邊，因此需經過研磨切割才能使平整。為避免鐵材生銹及達到美觀的效果，因此需要進行噴漆的工作?？就昶岷蠼酉聛砭涂梢詫⒕酒骰蚬潭ㄆ?，加工在剎車片上，并準備包裝。
[0018]本發(fā)明采用的天然增強纖維是滸苔纖維和大花羅布麻纖維所。滸苔具有長纖維結構，內部纖維蓬松交錯，存在大量微小的孔隙，進行干燥處理后，具有優(yōu)良的吸聲性能。大花羅布麻纖維是植物纖維，除具有一般麻類纖維強力高、耐磨性好等共同特性外，與其它麻類纖維相比，其表面的縱紋和橫節(jié)不明顯，茸毛較長，纖維細，剛性小。將滸苔纖維和大花羅布麻纖維一定比例混紡，采用包芯紗紡制技術制備增強材料。兩種纖維的特性得到復合、優(yōu)化、互補，混紡紗既具有滸苔纖維的吸音功能，又具有大花羅布麻纖維強力和耐摩擦性。
[0019]滸苔使用前要適當?shù)念A處理，首先采用清水洗去其表面的泥沙和鹽分，將束狀滸苔浸泡于2%的NaOH溶液中，室溫處理24h，水洗至中性后。將堿處理過的滸苔纖維依次在2%的KH-550乙醇溶液中浸泡4h?5h，再用去離子水沖洗呈中性，然后于80°C左右烘箱中烘干備用
[0020]將大花羅布麻纖維在蒸餾水中浸泡48小時后，置于汽爆罐中，將250°C及2.5Mpa壓力的熱蒸汽通入汽爆罐，待壓力恒定到所需值后，保壓2min，瞬間泄壓，收集大花羅布麻纖維后洗滌干燥處理。將汽爆處理后的大花羅布麻纖維浸泡于質量分數(shù)為10%的NaOH溶液中，常溫下浸泡處理4h，再用去離子水沖洗呈中性，烘干至恒重。
[0021]芳綸采用美國杜邦公司的芳綸長纖維為原料，采用特殊工藝加工成絨狀纖維，再研磨原纖化，使其表面呈蓬松的毛羽狀，沿纖維軸向排列許多微原纖，形成很大的表面積，具有良好的吸附性，可很好的與樹脂及填料濕潤。還可以可提高材料的摩擦穩(wěn)定性，降低磨損量，還可以改善摩擦材料存在著易傷對偶、熱衰退率和硬度等缺點。本發(fā)明中加入4%的芳綸纖維作為增強材料。
[0022]本發(fā)明專利中使用的粘合劑選用江蘇強盛功能化學股份有限公司生產的二聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂。聚酰胺樹脂系用二聚植物油脂肪酸與脂肪胺為原料縮聚而成的低分子聚酰胺樹脂，外觀淺琥珀色或棕色稠液，胺值200±2(K650)、400±2(Κ651)，分子量600?1000。低分子聚酰胺樹脂分子結構中含有柔性脂肪酸和活性胺基，用它來固化的環(huán)氧樹脂的固化物的韌性好，是環(huán)氧樹脂優(yōu)良的增韌型固化劑。聚酰胺樹脂與環(huán)氧樹脂配合使用，可以將各種原料很好地加以粘合，生產出的摩擦材料不但各項理化性能指標優(yōu)良而且有較長的可使用時間。聚酰胺固化劑屬實際無毒品，用聚酰胺樹脂固化的環(huán)氧樹脂無毒，對環(huán)境無污染。同時摩擦材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定，抗熱衰退性強，耐磨性能也得到了改善。本發(fā)明中加入6%聚酰胺樹脂和12%環(huán)氧樹脂作為粘合劑。
[0023]本發(fā)明中使用的摩擦性能調節(jié)劑為碳化硅增磨材料，超細氧化鐵粉，柔性焦粉。
[0024]碳化硅是經過精細加工的優(yōu)質增摩料，其莫氏硬度為9，僅次于金剛石，高溫性能特別穩(wěn)定，即使在較高的溫度下，它能保持非常好的摩擦系數(shù)，在配方中添加一定量的碳化硅組分，能有效的降低摩擦材料高溫制動的衰退性。
[0025]超細氧化鐵粉為黑色粉末，化學分子式為Fe2O3，它是選用硬度低的熟鐵基材經過特別的工藝加工而成，具有硬度低、高氣孔率、耐高溫、耐氧化、成本低的特點，能降低制動時的噪音和抖動。
[0026]柔性焦粉是選用硬度低、氣孔率高的石油焦炭經過高溫焙燒后再進行柔化處理而得。柔性焦粉用于摩擦材料中，對降低摩擦材料得硬度、提高摩擦材料的摩擦性能、穩(wěn)定摩擦系數(shù)、減輕高溫時摩擦材料的熱衰退性。
[0027]本發(fā)明專利中使用填料為鋯英粉填料，硅酸鋁空心球，硫酸鈣晶須。
[0028]鋯英粉是采用國外進口的鋯英石礦砂經特別的工藝加工而成粉體填料，其硬度為7?8，含鋯量為65%左右，具有軟中有剛、剛中有軟的屬性，增摩效果非常明顯。
[0029]硅酸鋁空心球由含硅酸鋁成分顆粒，熔點1600?1700度，經分段加熱膨脹而成得閉孔小球，內部有很多孔穴，在摩擦材料應用中具有吸收噪音，吸附性強的特點，硅酸鋁空心球具有硬度低，比重輕，顆粒度好。[0030]硫酸鈣晶須是纖維狀單晶體，具有高強度、高模量、高韌性、高絕緣性、耐磨耗、耐高溫、價廉等諸多優(yōu)良的理化性能，作為增韌補強材料，是所有晶須產品中質量最好的新型晶須材料。本發(fā)明專利中使用硫Ifef丐晶須的指標:長度100-200um,長徑比40.80,直徑7-8um，熔點:1000以上。本發(fā)明中硫酸鈣晶須在摩擦材料中的加入量為10%。
【具體實施方式】:
[0031]摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保摩擦材料采用聚酰胺樹脂與環(huán)氧樹脂配合作為粘結劑，采用混紡纖維增強的方式，利用大花羅布麻纖維與滸苔纖維包覆制備的包芯紗、少量的芳綸纖維等作為增強材料，并加入碳化硅增磨材料，超細氧化鐵粉，柔性焦粉作為摩擦性能調節(jié)劑，使用鋯英粉填料，硅酸鋁空心球，硫酸鈣晶須為填料。采用采用2步升溫、3次放氣、溫控固化的工藝來生產環(huán)保型的摩擦材料。產品不僅可滿足汽車制動過程中舒適、平穩(wěn)的要求，而且材料的制動性能優(yōu)良、耐磨性能好、熱衰退性能好，特別是具有制動無噪音，不污染環(huán)境等優(yōu)點。
[0032]本發(fā)明經過多年的反復試驗得到的的最佳配方比例為:
[0033]
【權利要求】
1.一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片，其特征在于:其組分包括滸苔纖維，大花羅布麻纖維，芳綸纖維，聚酰胺樹脂，環(huán)氧樹脂，硅烷偶聯(lián)劑，碳化硅增磨材料，超細氧化鐵粉，柔性焦粉，鋯英粉填料，硅酸鋁空心球，硫酸鈣晶須。所述各組分的重量分數(shù):增強纖維15?25份，粘合劑10?18份，摩擦性能調節(jié)劑6?12份，填料35?50份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片，其特征在使用利用大花羅布麻纖維與滸苔纖維包覆制備的包芯紗為增強材料，既具有滸苔纖維的吸音功能，又具有大花羅布麻纖維強力和耐摩擦性，所制備的摩擦材料具有振顫較小，噪音小等優(yōu)點。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片制備方法，其配方為滸苔纖維6份、大花羅布麻纖維12份、對位芳綸纖維4份、聚酰胺樹脂6份、環(huán)氧樹脂12份、硅烷偶聯(lián)劑3.5份、碳化硅增磨材料2.5份、超細氧化鐵粉2.5份、柔性焦粉6.5份、鋯英粉填料12份、硅酸鋁空心球18份、硫酸鈣晶須15份。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種摻有滸苔纖維的低噪音環(huán)保汽車剎車片制備工藝，采用2步升溫、3次放氣、溫控固化的熱壓工藝，溫度為約170°C，壓力30?60MPa，熱壓時間為6?10分鐘。熱處理溫度保持在180°C，加熱長達6小時以上。
【文檔編號】C08L63/00GK103453057SQ201310336732
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月28日 優(yōu)先權日:2013年7月28日
【發(fā)明者】李美鳳 申請人:李美鳳