一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料及其制備方法，其特征在于以重量計其包括以下組分：酚醛樹脂6-12%，陶瓷纖維2-10%，有機纖維2-8%，橡膠2-10%，石墨4-12%，鈦酸鉀片晶10-25%，礦物纖維3-15%，金屬硫化物復合物4-20%，増磨劑：6-20%，填料：5-20%。該發(fā)明制得摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，較高的導熱性能，優(yōu)良的抗高溫衰退性能，摩擦系數穩(wěn)定，噪音性能優(yōu)異。
【專利說明】一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料及其制備方法
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料及其制備方法，屬于摩擦材料【技術領域】。
[0002]【背景技術】:
當今世界隨著科技進步，更多的新技術應用于汽車制造領域，也使得汽車朝著高速高載方向發(fā)展；同時人們也對舒適性提出了特別高的要求。對制動技術要求的提高，也不僅僅是表現在保證安全方面。摩擦材料產品應在滿足制動要求的基礎上還應滿足低噪音，高壽命，低粉塵，不攻擊對偶等要求。
[0003]隨著各個國家環(huán)境保護意識的增強，對環(huán)境保護的力度越來越大，紛紛推出各自的法規(guī)要求，對摩擦材料的組成提出限制。如歐洲REACH法規(guī)對鉛及其化合物，六價鉻及其化合物，鎘及其化合物，汞及其化合物等重金屬以及提出了限制要求；鑒于摩擦材料中的銅為環(huán)境中銅污染的重要來源，美國加利福尼亞州通過法規(guī)對銅提出了限用要求，2021年摩擦材料中銅含量需要低于5%，2025年摩擦材料中銅含量低于0.5%。摩擦材料在滿足性能和舒適性的基礎上，同時也要滿足各個國家提出的越來越嚴力的環(huán)境法規(guī)要求。
[0004]這就對制動材料提出更加苛刻的要求，在某些工況下，盤式制動器制動時瞬時溫度可達到200 — 400攝氏度，在高速運動模式下頻繁制動，溫度高達600攝氏度以上，如何能夠使在停剎間隙把積聚的熱量快速散發(fā)出去，這就需要摩擦材料具有較高的導熱系數，與此同時材料還需有良好的摩擦磨損性能，這樣才能提高制動材料的使用壽命。
[0005]銅及其合金材料黃銅和青銅制作而成的粉或者纖維成為一種常規(guī)的摩擦材料的添加劑。主要是利用銅質材料質軟，具有自潤滑特性，同時還具有良好的導熱性，導熱系數高，利于摩擦產生的熱量快速地散去，且有利于形成摩擦轉移膜面，同時銅纖維具有增強效果。但其同石棉一樣，作為摩擦材料添加組分，盡管有優(yōu)異的性能，也因為新的環(huán)保法規(guī)的要求，將要退出歷史舞臺。
[0006]縱觀摩擦材料使用歷程，乘用車制動材料材料發(fā)展經歷了半金屬，低金屬，陶瓷基摩擦材料的歷程。半金屬配方具有良好的導熱性和耐高負荷性，強度高，成本低，技術成熟等特點被廣泛應用。但也存在硬度高，易攻擊對偶，容易產生噪音，容易銹蝕，速度敏感性差等問題。低金屬配方摩擦性能高，制動反應靈敏，具有較好的壓縮性，因金屬含量較半金屬低，硬度較低，不易攻擊對偶。但也存在磨損大，落粉嚴重以及噪音等缺陷。陶瓷基摩擦材料耐高溫、熱衰退好、耐磨性能優(yōu)異、具有較好噪音和振動性能，非常適合高性能乘用車的制動要求。但現有陶瓷基剎車片性能不夠穩(wěn)定，很多剎車片在高溫時，其摩擦性能易衰退、容易出現抱死或拖磨現象。同時由于組分搭配不合理，出現金屬鑲嵌現象。有時甚至出現摩擦材料膨脹，摩擦表面裂紋等嚴重質量問題；同時由于對銅使用的限制，傳統(tǒng)的含銅摩擦材料竟不能夠滿足新的環(huán)保要求。
[0007] 因此急需開發(fā)一種無銅、無金屬環(huán)保、具備多孔性結構原料，在各種極端工況條件下仍然具有穩(wěn)定的摩擦性能，駕駛舒適性好、制動噪音小、耐磨性能好、對摩擦對偶磨損小的陶瓷基摩擦材料。[0008]
【發(fā)明內容】
:
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種導熱性能優(yōu)異，抗熱衰退性能好，低磨損，摩擦系數穩(wěn)定，低噪音或無噪音，具備較長使用壽命和舒適性的無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷基摩擦材料及其制備方法。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達到:一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于以重量計其包括以下組分:酚醛樹脂6-12%，陶瓷纖維2-10%，有機纖維2-8%，橡膠2-10%，石墨4-12%，鈦酸鉀片晶10-25%，礦物纖維3_15%，金屬硫化物復合物4-20%，増磨劑:6-20%，填料:5-20%。
[0010]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的酚醛樹脂為純酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂，硼改性樹脂或者丁腈橡膠中的至少一種。
[0011]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的有機纖維為纖維素纖維、芳倫漿柏、PAN漿柏，碳纖維中的至少一種。
[0012]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的橡膠為丁腈膠粉，丁苯膠粉，回收橡膠粉與摩擦粉中的至少一種。
[0013]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的礦物纖維為荷蘭Lapinus公司生產的RB系列礦物纖維。
[0014]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的金屬硫化物復合物為硫化銅、硫化鐵、硫化錳、硫化鋅，硫化錫，二硫化鑰中的至少兩種。
[0015]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的増磨劑為氧化鐵，氧化鎂，氧化鋅，氧化鋁，氧化鋯，硅酸鋯，碳化硅，氮化硅中的至少一種。
[0016]為了進一步實現本發(fā)明的目的，所述的填料為硫酸鋇，碳酸鈣，螢石，氫氧化鈣中的的至少一種。
[0017]一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)材料混合:
a、取酚醛樹脂、橡膠共混；
b、取金屬硫化復合物，石墨與礦物纖維進行共混；
C、稱取填料重量的50%與有機纖維共混，對有機纖維進行預開松；
d、取剩余的填料、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、増磨劑，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混
合；
(2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度；壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘；
(3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230° C下保溫3 — 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷基摩擦材料。
[0018]金屬硫化復合物具有良好的低溫潤滑，抗熱衰退性能以及高溫粘結性能，能夠保證產品的高溫高速性能并有效降低產品磨損。另外實驗表明加入金屬復合硫化物可以明顯改善有機纖維及其他礦物纖維的力學性能，在制動過程中還能吸收部分制動過程的制動噪音，無疑這種材料是理想的摩擦材料。這種材料粉末狀結構，是一種無毒無害的物質，不存在可吸入纖維，因此不會對工作環(huán)境有利的影響。[0019]有機纖維是一種高模量高強度的纖維，質輕。它耐高溫，在高溫段不發(fā)生無蠕變，耐疲勞性好，熱膨脹系數小，耐腐蝕性好，具有較高的導熱性能，在制動過程中更加有利于熱量的散失。金屬硫化復合物的加入能進一步改善有機纖維的導熱性，并能提高其他礦物纖維的導熱性。從而能達到很好的抗熱衰退性能。并能很好的降低磨損。
[0020]本發(fā)明在不使用銅、無金屬的條件下，用金屬硫化復合物對礦物纖維進行改性和表面處理，兩者的協同效應既能發(fā)金屬硫化物良好的摩擦磨損性能，又能發(fā)揮礦物纖維良好的力學骨架性能。使得本發(fā)明所述的摩擦材料在高溫情況下有相對穩(wěn)定的摩擦系數，從而具有舒適的制動減速感，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。由于這幾種材料配合后具有較高的導熱性能，使得制得的摩擦材料具有較高的導熱系數，在摩擦制動過程，及時的散去了摩擦產生的熱量，使得摩擦表面的溫度有效的降低，摩擦磨損性能也得到了明顯的提高。
[0021]本發(fā)明同已有技術相比可產生如下積極效果:
1、本發(fā)明具有優(yōu)異的導熱性能，保證了摩擦材料在高溫，高負荷工況下摩擦材料的穩(wěn)定，提聞了摩擦材料的抗熱裳退性能，在各種工況下，特別是聞速，聞溫，聞負荷情況下提供良好穩(wěn)定的制動力輸出，具備較長使用壽命和舒適性。
[0022]2、在無銅無金屬環(huán)境下，金屬硫化物復合物對礦物纖維進行改性，使得摩擦產生的熱量能夠按照纖維徑向傳導，達到良好的散熱效果。兩者的協同，依然能夠保持使摩擦材料保持良好的摩擦性能，兩者的存在有效的補足了含有銅的陶瓷型剎車片中銅的作用。
[0023]3、本發(fā)明的摩擦材料，因為金屬硫化物的添加以及集中金屬硫化物的協同效應，使得摩擦過程中更容易產生轉移膜，穩(wěn)定了摩擦系數，降低了磨損量，同時提高了剎車片的耐熱性。
[0024]【具體實施方式】:下面對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明:
實施例1:原料按重量百分比配方如下:
純酚醛樹脂4%、有機硅改性酚醛樹脂5%、陶瓷纖維8%、纖維素纖維3%、碳纖維3%、丁腈膠粉2%、丁苯膠粉4%、回收橡膠粉2%、石墨12%，鈦酸鉀片晶18%、荷蘭Lapinus公司生產的RB210礦物纖維6%、硫化鐵3%、硫化錳3%、硫化錫4%、氧化鋯10%、硅酸鋯、硫酸鋇3%、螢石2%。
[0025]制備方法:
(1)材料混合:
a、取純酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、丁腈膠粉、丁苯膠粉、回收橡膠粉共混；
b、取硫化鐵、硫化猛、硫化錫、石墨與荷蘭Lapinus公司生產的RB210礦物纖維進行共
混；
C、稱取硫酸鋇重量的50%、螢石重量的50%與纖維素纖維、碳纖維共混，對纖維素纖維、碳纖維進行預開松。
[0026]d、取剩余的硫 酸鋇和螢石、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、氧化鋯、硅酸鋯，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混合；
(2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度。壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘；
(3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230° C下保溫3 — 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷摩擦材料。
[0027]實施例2:原料按重量百分比配方如下:
硼改性樹脂7%、陶瓷纖維10%、芳倫漿柏3%、丁腈膠粉4%、摩擦粉2%、石墨8%、鈦酸鉀片晶25%、荷蘭Lapinus公司生產的RB250礦物纖維8%、硫化銅3%、硫化錳2%、硫化鋅2%、硫化錫3%、二硫化鑰2%、氧化鋯8%、硅酸鋯8%、硫酸鋇5%。
[0028]制備方法:
(1)材料混合:
a、取硼改性樹脂、丁腈膠粉、摩擦粉共混；
b、取硫化銅、硫化猛、硫化鋅、硫化錫、二硫化鑰，石墨與荷蘭Lapinus公司生產的RB250礦物纖維進行共混；
C、稱取硫酸鋇重量的50%與芳倫漿柏共混，對芳倫漿柏進行預開松。
[0029]d、取剩余的硫酸鋇、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、氧化鋯、硅酸鋯，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混合；
(2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度。壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘；
(3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230° C下保溫3 — 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷摩擦材料。
[0030]實施例3:原料按重量百分比配方如下:
純酚醛樹脂4%、硼改性樹脂2%、丁腈橡膠6%、陶瓷纖維2%、纖維素纖維2%、丁腈膠粉6%、丁苯膠粉4%、石墨5%、鈦酸鉀片晶10%、荷蘭Lapinus公司生產的RB220礦物纖維15%、硫化鋅2%、硫化錫2%4%、氧化鐵8%、氧化鎂5%、氧化鋅4%、氧化鋁3%、硫酸鋇14%、碳酸鈣6%。
[0031]制備方法:
(1)材料混合:
a、取純酚醛樹脂、硼改性樹脂、丁腈橡膠、丁腈膠粉、丁苯膠粉共混；
b、取硫化鋅、硫化錫、石墨與荷蘭Lapins公司生產的RB220礦物纖維進行共混；
C、稱取硫酸鋇重量的50%、碳酸鈣重量的50%與纖維素纖維共混，對纖維素纖維進行預開松。
[0032]d、取剩余的硫酸鋇和碳酸鈣、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、氧化鋁，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混合；
(2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度。壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘；
(3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230° C下保溫3 — 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷摩擦材料。
[0033]實施例4:原料按重量百分比配方如下:
有機硅改性酚醛樹脂6%、陶瓷纖維10%、芳倫漿柏5%、PAN漿柏3%、丁腈膠粉2%、石墨4%、鈦酸鉀片晶25%、荷蘭Lapinus公司生產的RB205礦物纖維3%、硫化銅4%、硫化鐵6%、硫化錳7%、二硫化鑰3%2、碳化硅6%、碳酸鈣6%、氫氧化鈣10%。
[0034]制備方法:
(I)材料混合:a、取有機硅改性酚醛樹脂、丁腈膠粉共混；
b、取硫化銅、硫化鐵、硫化猛、二硫化鑰、石墨與荷蘭Lapinus公司生產的RB205礦物纖維進行共混；
C、稱取碳酸鈣重量的50%、氫氧化鈣重量的50%與芳倫漿柏、PAN漿柏共混，對芳倫漿柏、PAN漿柏進行預開松。
[0035]d、取剩余的碳酸鈣和氫氧化鈣、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、碳化硅，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混合；
(2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度。壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘；
(3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230° C下保溫3 — 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷摩擦材料。
[0036]對比例:
采用以上實施例1、2制備的摩擦材料制成剎車片，經過1:1慣量臺架試驗機進行試驗，試驗結果如下:
表1:采用實施例1、2制備的摩擦材料制成剎車片與大眾途安OEM原裝剎車片摩擦系數對比
【權利要求】
1.一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于以重量計其包括以下組分:酚醛樹脂6-12%，陶瓷纖維2-10%，有機纖維2-8%，橡膠2-10%，石墨4_12%，鈦酸鉀片晶10-25%，礦物纖維3-15%，金屬硫化物復合物4-20%，増磨劑:6_20%，填料:5_20%。
2.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的酚醛樹脂為純酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂，硼改性樹脂或者丁腈橡膠中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的有機纖維為纖維素纖維、芳倫漿柏、PAN漿柏，碳纖維中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的橡膠為丁腈膠粉，丁苯膠粉，回收橡膠粉與摩擦粉中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的礦物纖維為荷蘭Lapinus公司生產的RB系列礦物纖維。
6.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的金屬硫化物復合物為硫化銅、硫化鐵、硫化錳、硫化鋅，硫化錫，二硫化鑰中的至少兩種。
7.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷摩擦材料，其特征在于所述的増磨劑為氧化鐵，氧化鎂，氧化鋅，氧化鋁，氧化鋯，硅酸鋯，碳化硅，氮化硅中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料，其特征在于所述的填料為硫酸鋇，碳酸鈣，螢石，氫氧化鈣中的的至少一種。
9.一種無銅無金屬的環(huán)保型陶瓷基摩擦材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)材料混合: a、取酚醛樹脂、橡膠共混； b、取金屬硫化復合物，石墨與礦物纖維進行共混； C、稱取填料重量的50%與有機纖維共混，對有機纖維進行預開松； d、取剩余的填料、陶瓷纖維、鈦酸鉀片晶、増磨劑，與步驟a、b、c中的混合物料攪拌混合； (2)熱壓:將上述混合物料采用正模壓制，設置溫度為:頂板175攝氏度，模腔為160攝氏度，模芯為160攝氏度；壓制力為200-300kgf/cm2，壓制4_6分鐘； (3)后處理:將熱壓后的材料在200— 230℃下保溫3- 5小時，然后降溫，得到無銅無金屬的高性能環(huán)保型陶瓷基摩擦材料。
【文檔編號】C08L61/14GK103881657SQ201410110210
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權日:2014年3月24日
【發(fā)明者】劉城, 魯燕 申請人:煙臺勝瑞制動系統(tǒng)有限公司