專利名稱：汽車盤式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種以碳纖維或其他碳材料為主體的無石棉摩擦材料組成和制備方法，尤其是涉及一種汽車盤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，根據其工作環境，可分為干式和濕式兩大類。本發明所謂碳基摩擦材料是為汽車盤式制動器襯片，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-摩擦性能調節劑(填料)等組成的多元復合材料，其發展按其所用的主要增強纖維的不同，經歷了以下四個階段
(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。但其摩擦系數熱衰退大、磨損率高、易產生剎車噪音，且配方中含有纖維水鎂石(被認為是石棉類的一種)，不符合環保要求。
發明內容
本發明是提供一種汽車盤式制動器用碳基摩擦材料及其制備方法，其主要是解決現有技術剎車片所存在的摩擦系數熱衰退大、磨損率高、易產生剎車噪音，且配方中多含有類石棉纖維，不符合環保要求等技術問題。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
本發明的汽車盤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12 18份、碳纖維3 5份、纖維素纖維3 5份、娃酸鹽纖維20 30份、橡膠粉O 3份、天然石墨25 40份、氧化鎂3 5份、復合磨料20 25份。本發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的新型無石棉摩擦材料。由于碳材料摩擦系數較低，故除飛機制動器和濕式離合器外，在對摩擦系數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，具有較高和穩定的摩擦系數，可以用作汽車盤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點。作為優選，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。一種汽車盤式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，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.混合后的材料經稱重，在模具溫度160 180°C、壓力15 30MPa、固化時間8 12分鐘的工藝條件下與已涂有膠水并干燥的鋼背一起壓制成型，并粘合為一體；
c.摩擦材料與鋼背的結合體須經過至少200°CX 10小時以上的熱處理；
d.熱處理后的摩擦材料與鋼背的結合體，經磨面、切槽、倒角等機加工工序后，噴漆或噴塑防銹。本發明的步驟一般為配料/混合、與鋼背熱壓成型、熱處理、機加工、出成品。以上工藝方法，具有生產效率高，廢品率低的優點，并且可以保證產品剪切強度(常溫)大于或等于 300N/Cm2·
作為優選，所述的步驟d噴漆或噴塑防銹后，最終產品可能還須裝配彈簧或卡簧、消音片、電子探頭等附件。本發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)的優點，還可用作載重汽車鼓式制動器襯片和工業機械用摩擦塊等干摩擦部件。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例I :本例的汽車盤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3份、纖維素纖維3份、硅酸鹽纖維25份、丁腈橡膠(粉)3份、天然石墨28份、氧化鎂3份、復合磨料20份。其中復合磨料的組成及重量份為棕剛玉18份，石英砂36份，鉀長石36份，二硫化鑰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，二硫化鑰細度為320目以上。
汽車盤式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其方法包括
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，儲存備用；
b.用噴砂或拋丸的方法除去鋼背表面的氧化皮或銹跡，再用丙酮等有機溶劑清洗除去鋼背上可能含有的油，然后用毛刷或滾筒在鋼背需要粘結摩擦材料的部位涂上適量剎車片專用粘結膠水，并于室溫下晾干至膠水不黏手；將步驟a制得的混合料稱重，與已涂膠并干燥的鋼背一起裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以15 30MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制。壓制初期每隔40 60秒開模放氣約3秒鐘，共3 4次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發性物質，最后保持以上壓力8 12分鐘，以使材料充分 固化定型，并與鋼背牢固地結合在一起；
c.將出模的摩擦片-鋼背總成，放入自動控溫的烘箱內，在200土10°C的溫度下烘焙至少10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；
d.熱處理后的摩擦片-鋼背總成，按產品圖紙要求，進行磨削、切槽、倒角等機加工工
序;
e.噴漆或噴塑產品除摩擦面外的所有表面，必要時最終產品須裝配彈簧(卡簧)、消音片、電子探頭等附件。以上實施例I基于碳基摩擦材料的盤式剎車片具有摩擦系數穩定、熱衰退小、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. 79 g/cm3 ;硬度(HRL) 70 ;剪切強度:386 N/cm2。摩擦系數100O O. 32 ；150 V O. 39 ；200 V O. 40 ；250 V O. 37 ；300 V O. 35 ；350 O O. 26 ;磨損率(X 10_7Cm3/Nm) :100 °C O. 13 ；150 °C O. 15 ；200 °C O. 13 ；250 °C O. 15 ；300 0C O. 27 ； 350 0C O. 25。實施例2 :本例的汽車盤式制動器用碳基摩擦材料，其組成及重量份為
酚醛樹脂12份、碳纖維3份、纖維素纖維3份、硅酸鹽纖維25份、丁腈橡膠(粉)3份、天然石墨28份、氧化鎂3份、復合磨料23份。其中復合磨料的組成及重量份為鋯英石18份，鉻鐵礦36份，鉀長石36份，硫化銻10份。鋯英石的細度為320目以上，鉻鐵礦的細度為320目，鉀長石的細度為120目，硫化鋪的細度為200目。汽車盤式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其方法包括
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，儲存備用；
b.用噴砂或拋丸的方法除去鋼背表面的氧化皮或銹跡，再用丙酮等有機溶劑清洗除去鋼背上可能含有的油，然后用毛刷或滾筒在鋼背需要粘結摩擦材料的部位涂上適量剎車片專用粘結膠水，并于室溫下晾干至膠水不黏手；將步驟a制得的混合料稱重，與已涂膠并干燥的鋼背一起裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以15 30MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制。壓制初期每隔40 60秒開模放氣約3秒鐘，共3 4次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發性物質，最后保持以上壓力8 12分鐘，以使材料充分固化定型，并與鋼背牢固地結合在一起；
c.將出模的摩擦片-鋼背總成，放入自動控溫的烘箱內，在200土10°C的溫度下烘焙至少10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；
d.熱處理后的摩擦片-鋼背總成，按產品圖紙要求，進行磨削、切槽、倒角等機加工工
序;e.噴漆或噴塑產品除摩擦面外的所有表面，必要時最終產品須裝配彈簧(卡簧)、消音片、電子探頭等附件。以上實施例2基于碳基摩擦材料的盤式剎車片具有摩擦系數穩定、熱衰退小、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. 76 g/cm3 ;硬度(HRL) 78 ;剪切強度:427 N/cm2。摩擦系數100O O. 35 ；150 V O. 38 ；200 V O. 42 ；250 V O. 38 ；300 V O. 36 ；350 O O. 28 ;磨損率(X 10_7Cm3/Nm) :100 °C O. 10 ；150 °C O. 12 ；200 °C O. 15 ；250 °C O. 19 ；300 0C O. 27 ； 350 0C O. 35。
實施例3 :本例的汽車盤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3份、纖維素纖維3份、硅酸鹽纖維25份、丁腈橡膠(粉)O份、天然石墨28份、氧化鎂3份、復合磨料20份。其中復合磨料的組成及重量份為鋯英石20份，鉻鐵礦40份，藍晶石40份。鋯英石的細度為320目以上，鉻鐵礦的細度為320目，藍晶石的細度為60目。汽車盤式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其方法包括
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，儲存備用；
b.用噴砂或拋丸的方法除去鋼背表面的氧化皮或銹跡，再用丙酮等有機溶劑清洗除去鋼背上可能含有的油，然后用毛刷或滾筒在鋼背需要粘結摩擦材料的部位涂上適量剎車片專用粘結膠水，并于室溫下晾干至膠水不黏手；將步驟a制得的混合料稱重，與已涂膠并干燥的鋼背一起裝入已預熱至160 180°C的模具內，用油壓機以15 30MPa (按模腔面積)的壓力合模壓制。壓制初期每隔40 60秒開模放氣約3秒鐘，共3 4次，以排除樹脂固化時釋放的水、氨等揮發性物質，最后保持以上壓力8 12分鐘，以使材料充分固化定型，并與鋼背牢固地結合在一起；
c.將出模的摩擦片-鋼背總成，放入自動控溫的烘箱內，在200土10°C的溫度下烘焙至少10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；
d.熱處理后的摩擦片-鋼背總成，按產品圖紙要求，進行磨削、切槽、倒角等機加工工
序;
e.噴漆或噴塑產品除摩擦面外的所有表面，必要時最終產品須裝配彈簧(卡簧)、消音片、電子探頭等附件。以上實施例3基于碳基摩擦材料的盤式剎車片具有摩擦系數穩定、熱衰退小、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. 82 g/cm3 ;硬度(HRL) 64 ;剪切強度:484 N/cm2。摩擦系數100O O. 36 ；150 V O. 40 ；200 V O. 42 ；250 V O. 45 ；300 V O. 39 ；350 °C O. 32 ;磨損率(X 10_7Cm3/Nm) :100 °C O. 08 ；150 °C O. 12 ；200 °C O. 21 ；250 °C O. 29 ；300 0C O. 37 ； 350 0C O. 45。以上所述僅為本發明的具體實施例，但本發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明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發明的專利范圍之中。
權利要求
1.一種汽車盤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12 18份、碳纖維3 5份、纖維素纖維3 5份、娃酸鹽纖維20 30份、橡膠粉O 3份、天然石墨25 40份、氧化鎂3 5份、復合磨料20 25份。
2.根據權利要求I所述的汽車盤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.根據權利要求I或2所述的汽車盤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O 10%。
4.根據權利要求3所述的汽車盤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200 320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。
5.根據權利要求1-4所述的汽車盤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.混合后的材料經稱重，在模具溫度160 180°C、壓力15 30MPa、固化時間8 12分鐘的工藝條件下與已涂有膠水并干燥的鋼背一起壓制成型，并粘合為一體； c.摩擦材料與鋼背的結合體須經過至少200°CX 10小時以上的熱處理； d.熱處理后的摩擦材料與鋼背的結合體，經磨面、切槽、倒角等機加工工序后，噴漆或噴塑防銹。
6.根據權利要求5所述的汽車盤式制動器用碳基摩擦材料的制備方法，其特征在于所述的步驟d噴漆或噴塑防銹后，最終產品還須裝配彈簧或卡簧、消音片、電子探頭。
全文摘要
本發明涉及一種以碳纖維或其他碳材料為主體的無石棉摩擦材料組成和制備方法，尤其是涉及一種汽車盤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有技術剎車片所存在的摩擦系數熱衰退大、磨損率高、易產生剎車噪音，且配方中多含有類石棉纖維，不符合環保要求等技術性能問題。本發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。本發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點。
文檔編號C08K7/06GK102876290SQ201210323580
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者章景羲 申請人:杭州吉成汽車零部件有限公司