一種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法。該制備方法先將基體粉末材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成多根細長桿狀，將各細長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣或氫氣的條件下溫升，得到銅基粉末冶金摩擦材料；剪切、粉碎，過篩；以質量百分比計，將丁腈橡膠改性酚醛樹脂10‐20％、銅基粉末冶金摩擦材料20‐40％、鋼纖維15‐30％、磨料5?15％、潤滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均勻；熱壓成型，冷卻，出爐。本發明通過鋼纖維所提供的增強作用，結合銅基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗和樹脂基復合摩擦材料韌性好、硬度低的特點，得到的材料同時具有耐高溫、低磨耗、柔性好和硬度低的特性。
【專利說明】
一種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種樹脂基銅基粉末冶金復合摩擦材料，特別是涉及以鋼纖維為增強 纖維的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 復合摩擦材料是將不同物化特性的材料與強度低、韌性好的高分子聚合物基體組 成的。由于高分子材料通常不能承受高的應力和高的溫度，為了提高高分子材料的屈服強 度，提高其高溫穩定性，都采用網狀結構的熱固性樹脂，一般為各種改性高溫酚醛樹脂。同 時，為了達到理想的制動效果和綜合機械性能，還需加入各種增強纖維，潤滑材料，磨料以 及填料，而其中的高聚物基體材料幾乎只是作為傳遞或分散載荷的媒介。因此，復合摩擦材 料的強度主要取決于包括纖維在內的其它組份與基體界面的粘結強度。目前，在各類摩擦 制動器中，復合摩?祭材料使用的比例尚達90 %以上。但在飛機和尚速鐵路等尚速重載的制 動條件下，摩擦高溫造成復合摩擦材料中的高分子聚合物分解氧化，喪失穩定的摩擦制動 性能。因此常采用粉末冶金摩擦材料。
[0003] 銅基粉末冶金摩擦材料它是以Cu粉末為基體，加入適當減磨劑和增磨劑，均勻混 合后壓制成型或加壓燒結而成的；它是一種優良的制動摩擦材料，特別對于重載高速的制 動場合，其優良的散熱性和耐熱性，可以保證其完成較為苛刻的制動功能。但是由于銅基粉 末冶金摩擦材料較強的剛度和硬度，易造成汽車制動盤或鼓的劃傷以及過度磨損。因此銅 基粉末冶金摩擦材料也很少在汽車制動器上使用。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在于克服現有技術存在的問題，通過鋼纖維所提供的增強作用，結合 銅基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點和樹脂基復合摩擦材料韌性好、硬度低的特 點，提供一種同時具有耐高溫、低磨耗、柔性好、硬度低的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦 材料及其制備方法;該材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎上，有效避免汽 車制動盤或鼓的劃傷和過度磨損。
[0005] 本發明目的通過如下技術方案實現：
[0006] -種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，包括如下步驟：
[0007] 銅基粉末冶金摩擦材料的制備:將基體材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成 多根細長桿，將各細長桿壓坯，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣或氫氣的條件下溫升 900-110(TC，保溫2_5h，冷卻至室溫，得到銅基粉末冶金摩擦材料；
[0008] 以質量百分比計，所述基體材料的原料配比組成為：銅粉基組分55-70%，摩擦組 分15-20%，潤滑組分10-20%;以質量百分比計，所述銅基粉組分由主體金屬和輔助金屬組 成，所述主體金屬為銅;所述輔助金屬為鐵、錫和鎳中的一種或多種;所述摩擦組分為石英 石、三氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種；潤滑組分為石墨、1〇32丄 &?2、132、81?13和扮中的 兩種以上；
[0009] 2)剪切、粉碎和篩選:將步驟1)所得銅基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，過篩；
[0010] 3)混料：以質量百分比計，將丁腈橡膠改性酚醛樹脂10-20%、銅基粉末冶金摩擦 材料20-40%、鋼纖維15-30%、磨料5-15%、潤滑材料10-20%和填料5-20%共混均勻；
[0011] 4)復合摩擦材料的制備：將步驟3)所得混合粉料放入模具內，熱壓成型，卸壓出 模；
[0012] 5)后處理:在150°C-180°C保溫8-36h，7令卻至室溫，出爐；
[0013] 6)機械加工成車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料。
[0014] 為進一步實現本發明目的，優選地，所述倒入模具壓制成多根細長桿是將基體粉 末材料和成型劑倒入模具以200_500MPa壓力，壓制成直徑為2-4mm，長度為200-300mm的細 長桿狀。
[0015] 優選地，所述成型劑為煤油；所述成型劑用量為粉末冶金材料原料質量的0.1-0.5%〇
[0016] 優選地，所述熱壓成型是在150°C，5-20MPa壓力條件下進行，保壓5-15分鐘。
[0017] 優選地，所述步驟1)和5)的冷卻至室溫為隨爐冷卻至室溫。
[0018] 優選地，所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的 一種或多種。
[0019] 優選地，所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、 鉛、鉍、銻、焦碳和滑石粉的一種或多種。
[0020] 優選地，所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或 多種。
[0021] 優選地，所述過篩為采用5-10目的篩網篩選。所述機械加工成車用銅基粉末冶金 復合摩擦材料后還包括噴漆;通過噴漆，本發明得到性能，形狀，顏色不同的車用樹脂基粉 末冶金鋼纖維摩擦材料。
[0022] -種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料，由上述制備方法制得。
[0023] 本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
[0024] (1)本發明采用了高分子聚合物作為材料的基體，所得車用樹脂基粉末冶金鋼纖 維摩擦材料的表面硬度較低，彈性模量適中。
[0025] (2)本發明車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料保留了銅基粉末冶金摩擦材料穩 定的摩擦系數和良好的抗磨損特性。
[0026] (3)本發明通過鋼纖維所提供的增強作用，結合銅基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低 磨耗的特點和樹脂基復合摩擦材料韌性好、硬度低的特點，得到的車用樹脂基粉末冶金鋼 纖維摩擦材料同時具有耐高溫、低磨耗、柔性好、硬度低的特性。
【具體實施方式】
[0027] 為更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步說明，發明人對本發明 已經經過多年的研究和試驗，有許多成功的實施例，下面列舉部分具體實施例，但本發明要 求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
[0028] 實施例1
[0029]短細銅基粉末冶金摩擦材料的制備:材料基本配方：以質量百分比計，基體材料配 方為銅55%，鐵5%，錫3%，石英石粉10%，三氧化二鋁15%，二硫化鉬2% ;石墨粉10% ;成 型劑為煤油，以該混合物的總重為基準，成型劑的加入量為混合物重量的0.2%。將以上的 材料均勻混合，倒入模具以500MPa壓力，壓制成直徑Φ 2mm X長200mm細長桿狀，將各細長桿 狀壓坯，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣的條件下溫升l〇〇〇°C，保溫4h，隨爐冷卻至室 溫。
[0030] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用8目的篩網，進行篩 選。
[0031] 復合摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計）：腰果油改性酚醛樹脂(圣 泉PF6291A)20% ;銅基粉末冶金摩擦材料20% ;鋼纖維（Φ 0.02-0.06，長度2-6mm)30% ;石 英石粉10 % ;片狀石墨10 % ;硫酸鋇10 %。
[0032 ] 將以上各材料在混料機中混合均勻。
[0033]然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ;壓力15MPa條件下;熱壓保溫時間8分 鐘。
[0034] 后處理。根據后處理溫度，一般在150-160°C;保溫時間：24h;機械加工成樹脂基銅 基粉末冶金鋼纖維摩擦材料，噴漆。
[0035]本實施例所得材料的檢測結果見后附表1。
[0036] 實施例2
[0037] 短細銅基粉末冶金摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計）：銅65%，石 英石粉5%，三氧化二鋁10%，二硫化鉬3% ;氟化鈣7%，石墨粉10% ;成型劑為煤油，以所述 混合物的總重為基準，所述成型劑的含量為0.4%總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模 具以400MPa壓力，壓制成直徑Φ 2mmX長300mm細長桿狀，將各細長桿狀壓還，分隔開，裝入 燒結爐中，在通入氮氣的條件下溫升900°C，保溫5h，隨爐冷卻至室溫。
[0038] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用8目的篩網，進行篩 選。
[0039] 復合摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計)腰果殼改性酚醛樹脂(圣 泉PF6291A) 15 % ;銅基粉末冶金摩擦材料30 % ;鋼纖維25 % ;三氧化二鋁10 % ;片狀石墨 5 % ;硫酸鋇10 % ;碳酸鈣5 %。
[0040] 將以上各材料在混料機中混合均勻。
[0041] 然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ;壓力8MPa條件下;熱壓保溫時間15分 鐘。
[0042] 后處理。根據后處理溫度，一般在160°C以上;保溫時間：36h;機械加工，噴漆。
[0043]本實施例所得材料的檢測結果見后附表1。
[0044] 實施例3
[0045]短細銅基粉末冶金摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計）：銅70%，三 氧化二鋁15%，石墨粉15 %;
[0046]成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基準，所述成型劑的含量為0.4%總重量。 將以上的材料均勻混合，倒入模具以500MPa壓力，壓制成直徑Φ 3mm X長300mm細長桿狀，將 各細長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣的條件下溫升ll〇〇°C，保溫2h，隨爐冷 卻至室溫。
[0047] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用8目的篩網，進行篩 選。
[0048] 復合摩擦材料的制備：材料基本配方（以質量百分數計）：腰果油改性酚醛樹脂 15 % (圣泉PF6291A);銅基粉末冶金摩擦材料20 % ;鋼纖維15 % ;碳化硅10 % ;片狀石墨 15 %，碳酸鈣10 % ;硫酸鋇15 %。
[0049] 將以上各材料在混料機中混合均勻。
[0050] 然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ;壓力20MPa條件下；熱壓保溫時間15 分鐘。
[0051 ] 后處理。根據后處理溫度，在160°C ;保溫時間：32h;機械加工，噴漆。
[0052]本實施例所得材料的檢測結果見表1。
[0053] 表1摩擦材料的摩擦磨損測試結果(根據國家標準(GB5763 -1998))
[0054]
[0055]以上試驗數據采用D-MS型定速摩擦材料試驗機，根據國家標準GB5763-2008進行 測量，試驗用普通摩擦材料由東莞市奧利德耐磨材料有限公司提供。
[0056] 通過以上的試驗測試結果表明：實施例1，2,3材料的摩擦系數都比普通車用復合 摩擦材料略有下降，l〇〇°C至350 °C熱衰退系數分別為7.8%，4.6%，5.8%，而普通復合摩擦 材料的熱衰退系數為14.5%，表明樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維摩擦材料高溫穩定性明顯提 升。在磨損量方面，樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維復合摩擦材料，其磨損量比普通的復合摩擦 材料減少了很多，特別是在較高溫度條件下，250°C以上時，樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維復 合摩擦材料磨損量比普通摩擦材料的磨損量減少了一半以上。提高了車用制動片的使用壽 命。主要原因：
[0057] 1.樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維摩擦材料繼承了銅基粉末冶金摩擦材料具有優良 的散熱性和耐熱性，具有較好的高溫耐磨特性。
[0058] 2.樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維摩擦材料繼承了樹脂基高分子材料表面柔性好，硬 度低的特點。對對偶材料的磨損也沒有明顯的增加。
[0059] 3.通過調整樹脂基銅基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的組分可以較容易的控制材料 的耐磨特性。
[0060] 本發明車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料用于制備汽車剎車配件，由于摩擦表 面粗糙度增加、材料的氣孔系數增加，具有良好剎車性能基礎上，該材料特別適用于大中型 車輛以及城市軌道交通車輛的制動器摩擦材料，具有非常廣泛的應用前景。
【主權項】
1. 一種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 銅基粉末冶金摩擦材料的制備:將基體材料和成型劑混合均勾，倒入模具壓制成多 根細長桿，將各細長桿壓坯，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣或氫氣的條件下溫升900-1100°C，保溫2-5h，冷卻至室溫，得到銅基粉末冶金摩擦材料； 以質量百分比計，所述基體材料的原料配比組成為:銅粉基組分55-70%，摩擦組分15-25%，潤滑組分10-20%;以質量百分比計，所述銅基粉組分由主體金屬和輔助金屬組成，所 述主體金屬為銅;所述輔助金屬為鐵、錫和鎳中的一種或多種;所述摩擦組分為石英石、三 氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種；潤滑組分為石墨、1〇3 2、0&?2、132、81?13和別中的兩種 以上； 2) 剪切、粉碎和篩選:將步驟1)所得銅基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，過篩； 3) 混料：以質量百分比計，將丁腈橡膠改性酚醛樹脂10-20%、銅基粉末冶金摩擦材料 20-40%、鋼纖維15-30%、磨料5-15%、潤滑材料10-20%和填料5-20%共混均勻； 4) 復合摩擦材料的制備:將步驟3)所得混合粉料放入模具內，熱壓成型，卸壓出模； 5) 后處理:在150°C_180°C保溫8-36h，冷卻至室溫，出爐； 6) 機械加工成車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料。2. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述倒入模具壓制成多根細長桿是將基體粉末材料和成型劑倒入模具以200_500MPa壓 力，壓制成直徑為2-4mm，長度為200-300mm的細長桿狀。3. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述成型劑為煤油;所述成型劑用量為粉末冶金材料原料質量的0.1 -0.5%。4. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述熱壓成型是在150°C，5-20MPa壓力條件下進行，保壓5-15分鐘。5. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述步驟1)和5)的冷卻至室溫為隨爐冷卻至室溫。6. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的一種或多種。7. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、鉛、鉍、銻、焦碳 和滑石粉的一種或多種。8. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或多種。9. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料的制備方法，其特征在 于，所述機械加工成車用銅基粉末冶金復合摩擦材料后還包括噴漆;所述過篩為采用5-10 目的篩網篩選。10. -種車用樹脂基粉末冶金鋼纖維摩擦材料，其特征在于，其由權利要求1 - 9任一項 所述制備方法制得。
【文檔編號】C08K3/22GK106084645SQ201610383676
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日 公開號201610383676.2, CN 106084645 A, CN 106084645A, CN 201610383676, CN-A-106084645, CN106084645 A, CN106084645A, CN201610383676, CN201610383676.2
【發明人】陳東
【申請人】華南理工大學