專利名稱：輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無石棉摩擦材料的組成和制備方法，尤其是涉及一種輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法。
背景技術：
摩擦材料是汽車或工程機械中，用以摩擦傳動或磨阻制動的一類功能性材料，根據(jù)其工作環(huán)境，可分為干式和濕式兩大類。本發(fā)明所謂碳基摩擦材料是為輕型乘用車用鼓式制動器襯片，屬于干式摩擦材料范疇。(干式)摩擦材料通常是由酚醛樹脂-增強纖維-摩擦性能調節(jié)劑(填料)等組成的多元復合材料，其發(fā)展按其所用的主要增強纖維的不同，經(jīng)歷了以下三個階段
(1)石棉型石棉纖維含量30%以上，因石棉被認為是致癌物，于上世紀九十年代前后被強制淘汰；
(2)半金屬型以人造鋼纖維(含量30%以上)為主要增強纖維，為第一代無石棉摩擦材料，目前仍大量地用作汽車盤式或鼓式制動器襯片；
(3)NA0(無石棉有機)型以芳綸(聚對苯二甲酰胺)、碳纖維等耐高溫有機纖維為主要增強纖維，較好地改善了半金屬型摩擦材料存在的剎車噪音大、損傷摩擦對偶、易生銹等缺陷。但以芳綸為代表的耐高溫有機纖維價格高昂，故NAO型摩擦材料成本較高，迄今未在汽車市場獲得普遍推廣。(4)陶瓷基以大量廉價的陶瓷纖維替代NAO配方中一部分(甚至大部分)有機纖維，較好的解決了 NAO型摩擦材料的成本問題，但在強度、剎車噪音和使用壽命等方面遜色于典型的NAO型配方。中國專利公開了一種無金屬陶瓷型剎車片及加工方法(公開號CN1919798)，其由質量百分比為漂珠3 15%、復合纖維I 6%、纖維水鎂石I 9%、云母I 15%、木纖維5 10%、麻纖維2 3%、丁腈粉沫樹脂10 30%、石墨I 15%、烏洛托品O. I 5%、重晶石5 20%、輕質鈣I 10%、高嶺土 I 10%、陶土 3 12%、牙膏級氫氧化鋁I 10%組成的剎車片。這種剎車片的組成屬于NAO型配方，由于較多地采用了如木纖維、麻纖維之類的廉價有機纖維，較好地降低了 NAO型摩擦材料的成本。但其摩擦系數(shù)熱衰退大、磨損率高、易產(chǎn)生剎車噪音，且配方中含有纖維水鎂石(被認為是石棉類的一種)，不符合環(huán)保要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明是提供一種輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法，其主要是解決現(xiàn)有技術剎車片所存在的摩擦系數(shù)熱衰退大、磨損率高、易產(chǎn)生剎車噪音，且配方中多含有類石棉纖維，不符合環(huán)保要求等技術問題。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
本發(fā)明的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，所述的碳基摩擦材料的組成及重量份為
酌·醒樹脂15 20份、碳纖維3 6份、纖維素纖維3 6份、娃酸鹽纖維20 30份、橡膠粉5 8份、天然石墨25 40份、氧化鎂O 5份、復合磨料15 20份。本發(fā)明的碳基摩擦材料不同于以上各類型的干式摩擦材料，是一種以碳纖維或其他碳材料(如石墨)為主體，輔以樹脂粘結劑和少量無機或有機填料，由熱壓成型方式生產(chǎn)的新型無石棉摩擦材料。由于碳材料摩擦系數(shù)較低，故除飛機制動器和濕式離合器外，在對摩擦系數(shù)要求較高的汽車制動器領域，碳基摩擦材料迄今未有實際應用。但本發(fā)明的碳基摩擦材料由于采用了獨特的由多種不同硬度和細度的非金屬礦物組成的多元復合磨料體系，具有較高的摩擦系數(shù)和強度，可以用作輕型乘用車鼓式制動器的襯片材料。而且因摩擦界面始終有高含量的石墨潤滑，本發(fā)明的碳基摩擦材料較NAO型或陶瓷基摩擦材料更具有制動性能可靠，剎車噪音低，使用壽命長，不損傷摩擦對偶的優(yōu)點。作為優(yōu)選，所述的碳基摩擦材料的總碳含量大于或等于總材料質量組成的30%。 作為優(yōu)選，所述的復合磨料的組成及重量份為棕剛玉或鋯英石10 20%，石英砂或鉻鐵礦粉20 40%，鉀長石或藍晶石20 40%，金屬硫化物O 10%。作為優(yōu)選，所述的棕剛玉或鋯英石的細度為320目以上，石英砂或鉻鐵礦粉的細度為200 320目，鉀長石或藍晶石的細度為40 120目，金屬硫化物的細度為200目以上。一種輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其特征在于所述的方法包括
a.將配比的原材料由干式混合機一次性混合；
b.混合后的材料在模具溫度160 180°C、壓力10 20MPa、固化時間6 8分鐘的工藝條件下壓制成型為長條形的毛胚，毛胚的內外弧半徑、弧長與要求產(chǎn)品一致，寬度為要求產(chǎn)品寬度的數(shù)倍；
c.長條形毛胚按要求的寬度橫向切割成為數(shù)個小片；
d.切割后的小片再經(jīng)160 180°C的8小時以上熱處理。本發(fā)明的鼓式碳基摩擦材料的制備工藝為(大片)熱壓-切割-再加工法，工藝簡單實用，生產(chǎn)效率高，是常規(guī)的單片多層成型法的至少2倍，可節(jié)約人力和電力資源。本發(fā)明的碳基摩擦材料具有制動性能可靠，剎車噪音低，使用壽命長，不傷對偶(鼓或盤)的優(yōu)點，還可用作汽車盤式制動器襯片、汽車離合器面片等干摩擦部件。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。實施例I :本例的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其組成及重量份為
酚醛樹脂15份、碳纖維5份、纖維素纖維5份、硅酸鹽纖維20份、丁腈橡膠(粉)8份、
天然石墨30份、氧化鎂2份、復合磨料15份。其中復合磨料的組成及重量份為棕剛玉10份，石英砂40份，鉀長石40份，硫化銻10份。棕剛玉的細度為320目以上，石英砂的細度為200目，鉀長石的細度為120目，硫化鋪的細度為200目。輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料的制備方法包括
a.稱取各原材料后，將配比的原材料用干式攪拌機混合均勻，儲存?zhèn)溆?；b.將步驟a制得的混合料稱重后裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以10 20MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制，壓制初期每隔30 60秒開模放氣約2秒，共2 3次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發(fā)性物質，最后保持以上壓力3 6分鐘以使材料充分固化定型為長條形的毛胚，毛胚的內外弧半徑、弧長與要求產(chǎn)品一致，寬度為要求產(chǎn)品寬度的數(shù)倍；
c.從模具內取出已定型的材料毛胚，冷卻后橫向切割，使毛胚大片成為數(shù)片符合產(chǎn)品要求寬度的小片；
d.將已切割成為小片的產(chǎn)品，放入自動控溫的烘箱內，在160 180°C的溫度下烘焙至少8小時，以使材料內殘余的樹脂固化劑(六次甲基四胺)充分分解溢出；
e.磨削產(chǎn)品內外弧面，以使產(chǎn)品尺寸最終符合圖紙要求。
制備出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、耐熱衰退性好、磨損率低、無剎車噪音的特點，其性能按國家標準測試結果如下
密度1. 8Og/cm3 ;硬度(HRL) 54 ；
摩擦系數(shù)IOO0C O. 41 ；150°C O. 44 ；200°C O. 45 ；250°C O. 42 ;再 100°C O. 40 ；
磨損率(X10_7 cm3/Nm) 100°C O. 15 ；150°C O. 17 ；200°C O. 21 ；250°C 0.26。實施例2 :本例的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其組成及重量份為
酚醛樹脂18份、碳纖維5份、纖維素纖維5份、硅酸鹽纖維20份、丁腈橡膠(粉)5份、
天然石墨30份、氧化鎂I份、復合磨料16份。其中復合磨料的組成及重量份為鋯英石10份，鉻鐵礦粉40份，鉀長石40份，二硫化鑰10份。鋯英石的細度為320目以上，鉻鐵礦粉的細度為200目，鉀長石的細度為120目，二硫化鑰的細度為320目。輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料的制備方法包括
a.稱取各原材料后，將配比的原材料用干式攪拌機混合均勻，儲存?zhèn)溆茫?br> b.將步驟a制得的混合料稱重后裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以10 20MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制，壓制初期每隔30 60秒開模放氣約2秒，共2 3次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發(fā)性物質，最后保持以上壓力3 6分鐘以使材料充分固化定型為長條形的毛胚，毛胚的內外弧半徑、弧長與要求產(chǎn)品一致，寬度為要求產(chǎn)品寬度的數(shù)倍；
c.從模具內取出已定型的材料毛胚，冷卻后橫向切割，使毛胚大片成為數(shù)片符合產(chǎn)品要求寬度的小片；
d.將已切割成為小片的產(chǎn)品，放入自動控溫的烘箱內，在160 180°C的溫度下烘焙至少8小時，以使材料內殘余的樹脂固化劑(六次甲基四胺)充分分解溢出；
e.磨削產(chǎn)品內外弧面，以使產(chǎn)品尺寸最終符合圖紙要求。 制備出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、耐熱衰退性好、磨損率低、無剎車噪音的特點，其性能按國家標準測試結果如下
密度1. 86g/cm3 ;硬度(HRL) :68 ；
摩擦系數(shù)IOO0C O. 40 ；150°C O. 42 ；200°C O. 43 ；250°C O. 40 ;再 100°C O. 41 ；
磨損率(Xl(T7cm3/Nm) 100°C O. 12 ；150°C O. 15 ；200°C O. 18 ；250°C O. 22。實施例3 :本例的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其組成及重量份為
酚醛樹脂18份、碳纖維5份、纖維素纖維5份、硅酸鹽纖維20份、丁腈橡膠(粉)5份、天然石墨28份、氧化鎂I份、復合磨料18份。其中復合磨料的組成及重量份為棕剛玉20份，鉻鐵礦粉40份，藍晶石40份。棕剛玉的細度為320目以上，鉻鐵礦粉的細度為200目，藍晶石的細度為60目。輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料的制備方法包括
a.稱取各原材料后，將配比的原材料用干式攪拌機混合均勻，儲存?zhèn)溆茫?br> b.將步驟a制得的混合料稱重后裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以10 20MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制，壓制初期每隔30 60秒開模放氣約2秒，共2 3次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發(fā)性物質，最后保持以上壓力3 6分鐘以使材料充分固化定型為長條形的毛胚，毛胚的內外弧半徑、弧長與要求產(chǎn)品一致，寬度為要求產(chǎn)品寬度的數(shù)倍；
c.從模具內取出已定型的材料毛胚，冷卻后橫向切割，使毛胚大片成為數(shù)片符合產(chǎn)品要求寬度的小片；
d.將已切割成為小片的產(chǎn)品，放入自動控溫的烘箱內，在160 180°C的溫度下烘焙至少8小時，以使材料內殘余的樹脂固化劑(六次甲基四胺)充分分解溢出；
e.磨削產(chǎn)品內外弧面，以使產(chǎn)品尺寸最終符合圖紙要求。制備出的鼓式碳基摩擦材料具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、耐熱衰退性好、磨損率低、無剎車噪音的特點，其性能按國家標準測試結果如下
密度1. 89g/cm3 ;硬度(HRL) 75 ；
摩擦系數(shù)IOO0C O. 42 ；150°C O. 45 ；200°C O. 45 ；250°C O. 44 ;再 100°C O. 43 ；
磨損率(Xl(T7cm3/Nm) 100°C O. 18 ；150°C O. 25 ；200°C O. 38 ；250°C O. 42。以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的結構特征并不局限于此，任何本領域的技術人員在本發(fā)明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。
權利要求
1.一種輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其特征在于所述的碳基摩擦材料的組成及重量份為 酌■醒樹脂15 20份、碳纖維3 6份、纖維素纖維3 6份、娃酸鹽纖維20 30份、橡膠粉5 8份、天然石墨25 40份、氧化鎂0 5份、復合磨料15 20份。
2.根據(jù)權利要求I所述的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其特征在于所述的碳基摩擦材料的總碳含量大于或等于總材料質量組成的30%。
3.根據(jù)權利要求I所述的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其特征在于所述的復合磨料的組成及重量份為棕剛玉或鋯英石10 20%，石英砂或鉻鐵礦粉20 40%，鉀長石或藍晶石20 40%，金屬硫化物0 10%。
4.根據(jù)權利要求3所述的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料，其特征在于所述的棕剛玉或鋯英石的細度為320目以上，石英砂或鉻鐵礦粉的細度為200以上，鉀長石或藍晶石的細度為60 120目，金屬硫化物的細度為200目以上。
5.根據(jù)權利要求1-4所述的輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其特征在于所述的方法包括 a.將配比的原材料由干式混合機一次性混合； b.混合后的材料在模具溫度160 180°C、壓力10 20MPa、固化時間6 8分鐘的工藝條件下壓制成型為長條形的毛胚，毛胚的內外弧半徑、弧長與要求產(chǎn)品一致，寬度為要求產(chǎn)品的寬度的數(shù)倍； c.長條形毛胚按要求的寬度橫向切割成為數(shù)個小片； d.切割后的小片再經(jīng)160 180°CX8小時以上的熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無石棉摩擦材料的組成和制備方法，尤其是涉及一種輕型乘用車鼓式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法。其主要目的是解決現(xiàn)有技術剎車片所存在的摩擦系數(shù)熱衰退大、磨損率高、易產(chǎn)生剎車噪音，且配方中多含有類石棉纖維，不符合環(huán)保要求等技術問題。本發(fā)明的材料是一種介于碳-碳基和NAO或陶瓷基之間的新型碳基摩擦材料，其組成以碳纖維和石墨等碳材料為主體，輔以樹脂粘結劑和少量無機或有機填料，由熱壓成型方式生產(chǎn)。本發(fā)明的碳基摩擦材料較NAO型或陶瓷基摩擦材料更具有制動性能可靠，剎車噪音低，使用壽命長，不損傷摩擦對偶的優(yōu)點。
文檔編號F16D69/02GK102808878SQ20121032357
公開日2012年12月5日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2012年9月5日
發(fā)明者章景羲 申請人:杭州吉成汽車零部件有限公司