專利名稱：碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制動摩擦材料，特別是一種碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制 動摩擦片及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車用戶對制動安全性能的要求越來越高，原來的石 棉材料摩擦片由于存在有毒、制動性能差、耐熱性能差及強(qiáng)度弱等問題，在很多發(fā)達(dá) 國家早已禁止使用，我國在2003年已開始禁止使用，取而代之的使新型的非石棉金 屬或半金屬摩擦材料，如改用有機(jī)纖維、金屬纖維、硅纖維等。如中國專利公報(bào)公開 了一些無石棉摩擦材料的發(fā)明專利，其中99100005號專利申請的無石棉剎車摩擦材 料組成為木漿、超細(xì)玻璃棉、坡縷石、白炭黑等；88106269號專利申請的無石棉剎 車摩擦材料組成為錳鐵礦、石墨、輝鉬礦、鐵、氧化鋁、氧化鉛等；申請?zhí)?1104081 號專利申請的無石棉剎車摩擦材料組成為(l)精鐵粉，10-20wt% (2)氧化鋅，l-5w t% (3)水溶性酚醛樹脂，ll-18wt% (4) 丁晴膠乳，l-7wt% (5)石墨，l-5wt% (6) 鋼纖維，1-6 wt% (7)重晶石，1-5 wt% (8)硬質(zhì)酸鋇，1-5 wt% (9)銅纖維，1-5 w t%(10)復(fù)合纖維材料，40-60 wt%; 97112643號專利的無石棉剎車摩擦材料組成為
毛發(fā)和鋼纖維，其比例為l: 1一10: 1; 93110100號專利的無石棉剎車摩擦材料組成 為長石粉、重晶石,、鉻礦粉、硬脂酸、碳化硅、陶土、銅纖維、植物纖維、酚醛樹
脂等；200410030836.2專利號的組成為改性酚醛樹脂、金屬纖維、有機(jī)纖維、礦物
質(zhì)纖維、硫酸鋇、石墨、氧化鋁、填料等。上述公開文獻(xiàn)報(bào)道的無石棉剎車摩擦材料 與石棉材料相比盡管環(huán)保，但也還存在很多不足之處，如有的強(qiáng)度不夠高，有的耐高 溫性能有所欠缺，有的容易龜裂，有的易損傷對偶件、噪音大等等，特別重要的是使 用壽命短、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，我發(fā)明人經(jīng)過分析、對比我國、円本、美國汽車制動 材料的生產(chǎn)工藝和配方，研制了一種機(jī)械性能好、耐熱性能好、使用壽命長、并且生產(chǎn)效率高的碳纖維陶瓷納米硅酸鹽汽車制動摩擦材料。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及其生產(chǎn)方法，其材料的配方如
下
采用碳纖維做摩擦片骨架增強(qiáng)材料，加入納米硅酸鹽、陶土、石墨、二硫化鉬、 摩擦粉、樹脂、金屬粉、丁腈橡膠、無機(jī)粘合劑等，它們具體成分和重量百分含量如 下
原料名稱 重量百分比％
碳纖維20 30
納米硅酸鹽5 15
陶土10 20
石墨5~20
二硫化鉬5-10
摩擦粉5~10
樹脂1~5
金屬粉1~5
丁腈橡膠1 5
無機(jī)粘合劑10~25
以上所述碳纖維為日本東麗公司生產(chǎn)的高性能聚丙烯腈基碳纖維，強(qiáng)度大于
4000MPa，模量大于350GPa;
以上所述的納米硅酸鹽為粒度^300目，相對密度1 2.5 g/cm3; 以上所述陶土顆粒直徑小于0. 05mm，為市場公知產(chǎn)品； 以上所述石墨為膠體石墨，粒子大小在0. 1 0.01微米之間； 以上所述摩擦粉可以是腰果油摩擦粉、腰果殼油摩擦粉； 以上所述金屬粉是指銅粉、鋁粉、鋅粉、錫粉任何兩種的l: l的混合物； 以上所述的其他材料均為市場公知的材料。
碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及其生產(chǎn)方法，其材料加工方法按 上述重量百分比如下
步驟一、將稱取的丁腈橡膠、樹脂和陶土進(jìn)行熱處理，至溫度在160 170'C時(shí)保 溫10~20分鐘，然后再加熱至170 180。C保溫1()~20分鐘，至冷卻40~50°C ;
歩驟二將稱取的幽米硅酸鹽、石墨、二硫化鉬、摩擦粉、金屬粉充分?jǐn)嚢琛⒒鞖i驟三將碳纖維和歩驟一、歩驟二的原材料加入帶絞刀的犁耙式高速(3000rpm) 混料機(jī)中，混料10 15分鐘，然后加入無機(jī)粘合劑再混合20 30分鐘；
歩驟四將歩驟三的原材料實(shí)行一步成型，即采用400噸單層熱壓機(jī)經(jīng)過合模加 壓，使其在壓模中成型并固化，投入熱壓模中進(jìn)行熱壓，在溫度110 13(TC、單位壓 力為30 35MPa條件下進(jìn)行壓制。其壓制工序的操作歩驟為涂刷脫模劑一加料一閉 模加壓一排氣一保壓一脫模一壓模清理。
歩驟五壓制后再進(jìn)行熱處理，在熱處理過程當(dāng)中，由室溫開始升溫，升溫速度 約為每分鐘升高0.5 rC,當(dāng)烘箱內(nèi)溫度達(dá)到8(TC時(shí)，每分鐘升高2~3°C，最后在 170 180'C下恒溫?zé)崽幚?~5小時(shí)。熱處理結(jié)束后關(guān)閉電源，在溫度達(dá)到50。C以下時(shí) 取出制品，根據(jù)不同的產(chǎn)品形狀要求進(jìn)行磨削加工，鉆孔，經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后打印產(chǎn) 品品名、商標(biāo)等標(biāo)記，清理包裝，得到產(chǎn)品。
本發(fā)明的材料制動摩擦片可適用于各種汽車。
與現(xiàn)有材料制動摩擦片相比，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)和進(jìn)步優(yōu)勢主要體現(xiàn)在
1、 由于采用了碳纖維陶瓷基為基體，碳纖維具有較高的比強(qiáng)度和比模量，同時(shí) 不存在銹蝕的問題，另外它還具有比重小、耐化學(xué)腐蝕、耐熱、耐熱沖擊、導(dǎo)熱率小 的特點(diǎn)，加入陶瓷基體組成復(fù)合基體后，它的強(qiáng)度、耐高溫性、穩(wěn)定性和熱衰退性得 到了進(jìn)一步提高；
2、 纖維的附著性是影響組織結(jié)構(gòu)、耐磨性和強(qiáng)度的主要因素。合理應(yīng)用碳纖維 優(yōu)勢的關(guān)鍵在于纖維開松，充分的纖維開松是制造碳纖維汽車制動摩擦片的關(guān)鍵，否 則纖維的特性將無法充分表現(xiàn)出來甚至適得其反。本發(fā)明釆用帶絞刀的犁耙式混料機(jī) 進(jìn)行混料，增加了混料時(shí)間，使松開的纖維形成海綿狀結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高了材料 的耐磨、耐高溫和穩(wěn)定性r
3、 納米硅酸鹽材料具有明顯高耐磨性，它的加入可明顯提高材料的耐磨性；
4、 為了防止硬度過高而導(dǎo)致的容易破裂，本發(fā)明加入具有優(yōu)良塑性、彈性的丁 腈橡膠；
5、 在生產(chǎn)工藝中，由于提高了熱處理的溫度和時(shí)間，并且在壓制過程中適當(dāng)提 高了壓力，所以壓制后的恒溫時(shí)間由6~12小時(shí)縮短到3 5小時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。
6、 上述配方和工藝使本發(fā)明的材料可以提高產(chǎn)品強(qiáng)度約1/4，提高耐高溫性和穩(wěn) 定性1/3，降低噪音1/4。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
按重量稱取下列物料
原料名稱重量百分比％
碳纖維20
納米硅酸鹽
陶土10
石墨
二硫化鉬
腰果油摩擦粉
樹脂1
銅粉0. 5
鉛粉0.5
丁腈橡膠1
無機(jī)粘合劑10
上述稱取的材料按照以下步驟進(jìn)行加工
步驟一、將丁腈橡膠、樹脂和陶土進(jìn)行熱處理，至溫度在16(TC時(shí)保溫0分鐘， 然后再加熱至170'C保溫10分鐘，至冷卻4CTC;
步驟二將稱取的納米硅酸鹽、石墨、二硫化鉬、腰果油摩擦粉、銅粉、鉛粉充 分?jǐn)嚢?、混合?br> 步驟三將碳纖維和步驟一、步驟二的原材料加入帶絞刀的犁耙式高速(3000rpm) 混料機(jī)中，混料10分鐘，然后加入無機(jī)粘合劑再混合20分鐘；
步驟四將步驟三的原材料實(shí)行一步成型，即采用400噸單層熱壓機(jī)經(jīng)過合模加
壓，使其在壓模中成型并固化，投入熱壓模中進(jìn)行熱壓，在溫度ll(TC、單位壓力為 30MPa條件下進(jìn)行壓制。其壓制工序的操作步驟為涂刷脫模劑一加料一閉模加壓一
排氣一保壓一脫模一壓模清理；
歩驟五'壓制后再進(jìn)行熱處理，在熱處理過程當(dāng)中，由室溫開始升溫，升溫速度
約為每分鐘升高0.5'C，當(dāng)烘箱內(nèi)溫度達(dá)到8(TC時(shí)，每分鐘升高2'C，最后在17(TC下恒 溫?zé)崽幚?小時(shí)。熱處理結(jié)束后關(guān)閉電源，在溫度達(dá)到5(TC以下時(shí)取出制品，根據(jù)不 同的產(chǎn)品形狀要豕進(jìn)行磨削加工，鉆孔，經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo),后打印產(chǎn)品品名、商標(biāo)等標(biāo) 記，清理包裝，得到產(chǎn)品。 實(shí)施例2按重量稱取下列物料:
原料名稱
碳纖維
納米硅酸鹽
陶土
石墨
二硫化鉬
摩擦粉
樹脂
鋅粉
錫粉
丁腈橡膠 無機(jī)粘合劑
百分比％
25
10
15
13
8
7
3
2
2
3
20
上述稱取的材料按照以下歩驟進(jìn)行加工
步驟一、將丁腈橡膠、樹脂和陶土進(jìn)行熱處理，至溫度在165'C時(shí)保溫15分鐘， 然后再加熱至175'C保溫15分鐘，至冷卻45°C;
步驟二將稱取的納米硅酸鹽、石墨、二硫化鉬、摩擦粉、鉛粉、錫粉充分?jǐn)嚢琛?混合；
步驟三將碳纖維和步驟一、步驟二的原材料加入帶絞刀的犁耙式高速(3000rpm) 混料機(jī)中，混料12分鐘，然后加入無機(jī)粘合劑再混合25分鐘；
步驟四將步驟三的原材料實(shí)行一步成型，即采用400噸單層熱壓機(jī)經(jīng)過合模加 壓，使其在壓模中成型并固化，投入熱壓模中進(jìn)行熱壓，在溫度120°C、單位壓力為 32MPa條件下進(jìn)行壓制。其壓制工序的操作步驟為涂刷脫模劑一加料一閉模加壓一
排氣一保壓一脫模一壓模清理；
步驟五:.壓制后再進(jìn)行熱處理，在熱處理過程當(dāng)中，由室溫開始升溫，升溫速度
約為每分鐘升高0.7"C，當(dāng)烘箱內(nèi)溫度達(dá)到8(TC時(shí)，每分鐘升高2.5'C，最后在175'C下 恒溫?zé)崽幚?小時(shí)。熱處理結(jié)束后關(guān)閉電源，在溫度達(dá)到5(TC以下時(shí)取出制品，根據(jù) 不同的產(chǎn)品形狀要求進(jìn)行磨削加工，鉆孔，經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后打印產(chǎn)品品名、商標(biāo)等 標(biāo)記，清理包裝，得到產(chǎn)品。 ' '
實(shí)施例3
按重量稱取下列物料原料名稱重量百分比-%
碳纖維30
納米硅酸鹽15
陶土20
石墨20
二硫化鉬10
摩擦粉10
樹脂
銅粉2. 5
鋅粉2. 5
丁腈橡膠
無機(jī)粘合劑25
上述稱取的材料按照以下步驟進(jìn)行加丄
步驟一、將丁腈橡膠、樹脂和陶土進(jìn)行熱處理，至溫度在17(TC時(shí)保溫20分鐘， 然后再加熱至180'C保溫20分鐘，至冷卻5CTC;
步驟二將稱取的納米硅酸鹽、石墨、二硫化鉬、摩擦粉、銅粉、鋅粉充分?jǐn)嚢琛?br> 混合；
步驟=:將碳纖維和步驟一、步驟二的原材料加入帶絞刀的犁耙式高速(3000rpm) 混料機(jī)中，混料15分鐘，然后加入無機(jī)粘合劑再混合30分鐘；
步驟四將步驟三的原材料實(shí)行一步成型，即采用400噸單層熱壓機(jī)，加熱到一 定溫度的模具中，經(jīng)過合模加壓，使其在壓模中成型并固化，投入熱壓模中進(jìn)行熱壓， 在溫度13(TC、單位壓力為35MPa條件下進(jìn)行壓制。其壓制工序的操作步驟為涂刷 脫模劑一加料一閉模加壓一排氣一保壓一脫模一壓模清理；
步驟五壓制后再進(jìn)行熱處理，在熱處理過程當(dāng)中，由室溫開始升溫，升溫速度
約為每分鐘升高rC，當(dāng)烘箱內(nèi)溫度達(dá)到80'C時(shí)，每分鐘升高3'C，最后在18(TC下恒 溫?zé)崽幚?小時(shí)。熱處理結(jié)束后關(guān)閉電源，在溫度達(dá)到50'C以下時(shí)取出制品，根據(jù)不 同的產(chǎn)品形狀要求進(jìn)行磨削加工，鉆孔，經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后打印產(chǎn)品品名、商標(biāo)等標(biāo) 記，清理包裝，得到產(chǎn)品。
最后，需要說明的是、，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較由代表性的例子，本發(fā)明的技術(shù) 方案并不限于上述實(shí)施例，它還可以根據(jù)汽車種類的摩擦片需求有許多變形；包括其 他從本發(fā)明公丌的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及其生產(chǎn)方法，其特征在于按照下列重量比配制原料名稱 重量百分比％碳纖維 20～30納米硅酸鹽 5～15陶土 10～20石墨 5～20二硫化鉬 5-10摩擦粉 5～10樹脂 1～5金屬 1～5丁腈橡膠 1～5無機(jī)粘合劑 10～25
2、 根據(jù)權(quán)利要求1，所述的碳纖維為高性能聚丙烯腈基碳纖維其特征在于 強(qiáng)度大于4000MPa，模量大于350GPa。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1，所述納米硅酸鹽其特征在于粒度》300目，相對密度 1 2. 5 g/cm3。
4、 根據(jù)按權(quán)利要求1，.所述的金屬粉是指銅粉、鋁粉、鋅粉、錫粉任何兩 種的1: 1的混合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1，所述碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及 其生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟.步驟一、將稱取的丁腈橡膠、樹脂和陶土進(jìn)行熱處a，至溫度在i6o i7o°c時(shí)保溫10-20分鐘，然后再加熱至170 180。C保溫10 20分鐘，至冷卻40~50°C;步驟二將稱取的納米硅酸鹽、石墨、二硫化鉬、摩擦粉、金屬粉充分?jǐn)嚢琛?混合；步驟三將碳纖維和步驟一、步驟二的原材料加入帶絞刀的犁耙式高速 (3000rpm)混料機(jī)中，混料10 15分鐘，然后加入無機(jī)粘合劑再混合20 30分鐘；步驟四將步驟三的原材料實(shí)行一步成型，即采用400噸單層熱壓機(jī)經(jīng)過合 模加壓，使其在壓模中成型并固化，投入熱壓模中進(jìn)行熱壓，在溫度110 130'C、 單位壓力為30 35MPa條件下進(jìn)行壓制。步驟五壓制后再進(jìn)行熱處理，在熱處理過程當(dāng)中，由室溫開始升溫，升溫速度約為每分鐘升高0,5 rC，當(dāng)烘箱內(nèi)溫度達(dá)到8(TC時(shí)，每分鐘升高2 3'C， 最后在170 180'C下恒溫?zé)崽幚? 5小時(shí)。熱處理結(jié)束后關(guān)閉電源，在溫度達(dá)到 5(TC以下時(shí)取出制品，根據(jù)不同的產(chǎn)品形狀要求進(jìn)行磨削加工、鉆孔、清理、包 裝、得到產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維陶瓷納米硅酸鹽高強(qiáng)度汽車制動摩擦片及其生產(chǎn)方法。它主要由碳纖維、納米硅酸鹽、陶土、石墨、二硫化鉬、摩擦粉、樹脂、金屬粉、丁腈橡膠、無機(jī)粘合劑原材料組成，先將原材料熱處理、攪拌、混合，再用單層熱壓機(jī)熱壓，然后根據(jù)不同的產(chǎn)品形狀要求進(jìn)行磨削加工，鉆孔，得到摩擦片。用本發(fā)明材料制成的摩擦片可適用于各種汽車，且產(chǎn)品強(qiáng)度提高約1/4，耐高溫性和穩(wěn)定性提高1/3，噪音降低1/4。
文檔編號F16D69/02GK101476608SQ200810249630
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者喬滌非, 劭 劉, 劉順先, 王志寶, 韓劍非 申請人:青島國人機(jī)械有限公司