專利名稱：：一種陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種汽車制動摩擦材料，特別涉及一種用于汽車制動系統的陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料，本發明還涉及該復合摩擦材料的制備方法。
背景技術：
：汽車剎車片是汽車制動系統的A類關鍵零部件，其性能的好壞直接關系到汽車運行的安全性和可靠性。目前市場上主流的汽車剎車片均采用金屬或少金屬樹脂基摩擦材料。相對于石棉片，金屬纖維增強樹脂基摩擦材料比較環保，降低了剎車片的粉塵污染，但其存在易銹蝕、制動噪音大、易傷對偶盤、落灰嚴重等缺陷。另外，由于基體采用樹脂，高溫下存在熱衰退大、耐磨性差等問題。而炭纖維、芳綸纖維和陶瓷晶須盡管性能優異，但價格昂貴，不適于在汽車摩擦片中大量應用。玻璃纖維價格低廉，但對生產操作人員刺激較大、添加過多可導致剎車片磨損加大，并容易產生制動噪音。研究和使用發現，作為汽車剎車片的增強相，氧化鋁陶瓷纖維具有使用溫度高、耐腐蝕、與基體相容性良好、結構強度較高、制動噪音低、制動效力好、剎車平穩性強、價格適中等一系列的優良品質，是一種較理想的石棉及金屬纖維替代物，也是制備中、高檔汽車剎車片的優先選擇纖維；同時，以陶瓷基體部分取代樹脂粘結劑，可大幅度改善剎車片的熱衰退性能，減少高溫磨損量。
發明內容本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種使用壽命長、耐溫性能好、低制動噪音、落灰少、制造性能好的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料。本發明所要解決的第二個技術問題是提供該陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備方法。為了解決上述技術問題，本發明提供的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，其材料配方按重量百分比計算為粘結基體1530，增強纖維2540，摩擦性能調節劑1020，抗磨潤滑劑1530，彈性增韌劑510，空間填料1030，所述的粘結基體主要以改性鋁硅酸鈉作為無機高溫粘結劑，少量酚醛樹脂作為有機中低溫輔助粘結劑；所述的增強纖維由耐高溫氧化鋁陶瓷纖維組成；所述的摩擦性能調節劑由24%的鉻鐵礦粉組成；所述的抗磨潤滑劑由硫化銻、石墨等組成；所述的彈性增韌劑由丁腈橡膠粉、摩擦粉組成，其重量配比為丁腈橡膠粉摩擦粉=11；所述的空間填料由重晶石和復合填料組成。本發明進一步提供的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，其材料配方按重量百分比計為改性鋁硅酸鈉1020(wt.%)，酚醛樹脂/丁腈橡膠510(wt.%)，氧化鋁纖維2035(wt.%)，芳綸漿泊12(wt.%)，石墨616(wt.%)，硫化銻38(wt.%)，鉻鐵礦24(wt.%)，有機摩擦粉25(wt.%)，重晶石1020(wt.%)，復合填料48(wt.%)。為了解決上述第二個技術問題，本發明提供的該陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備方法，包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間45分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力200300kgf/cm2,熱壓溫度160200°C，排氣1012次，保壓時間根據剎車片的厚度而定，一般是5565s/mm；(4)、熱處理將剎車片在1.82.2小時從室溫升溫到150170°C，保溫35小時，再在0.81.2小時升溫到200220°C，保溫35小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在650700°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。采用上述技術方案的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料及其制備方法，相對于金屬纖維增強樹脂基汽車剎車片，陶瓷纖維增強陶瓷基汽車剎車片在速度/壓力相關性、制動效能、噪音控制、落灰控制、使用壽命尤其是耐高溫性能等方面都有顯著的提高，而制造成本基本持平，是一種性價比較高的新型汽車制動摩擦材料。綜上所述，本發明是一種使用壽命長、制造性能好的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，該材料的制備方法簡單可行。具體實施例方式下面結合具體實施方式對本發明作進一步說明。實施例1本發明提供的陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料的配方改性鋁硅酸鈉20(wt.%)，酚醛樹脂/丁腈橡膠5(wt.%)，氧化鋁纖維35(wt.%)，芳綸漿泊2(wt.%)，石墨6(wt.%)，硫化銻7(wt.%)，鉻鐵礦2(wt.%)，有機摩擦粉2(wt.%)，重晶石14(wt.%)，復合填料7(wt.%)。在這個配方體系中，陶瓷粘結劑主要是以改性的鋁硅酸納作為高溫粘結劑，可顯著提高材料的耐溫性能，降低材料在高溫下的磨損量，并可以使材料形成網狀多孔結構，增加制動平穩性，減少制動噪音。為繼續沿用樹脂基汽車剎車片的成型工藝和生產設備，力口入少量的樹脂和橡膠，以降低設備投入和生產成本。陶瓷纖維具有使用溫度高、防潮性能好、磨損小等優點，并且可以起到微觀強化和提高剎車舒適性的作用。石墨用作中、低溫潤滑劑，硫化銻用作中、高溫潤滑劑，在材料表面形成減摩薄膜，可以增加制動平穩性，降低磨損，延長使用壽命。鉻鐵礦、有機摩擦粉等可以提高摩擦系數，增加制動效能。重晶石、復合填料等除起到降低成本的作用外，還可以穩定摩擦系數、調節材料的孔隙率，提高剎車舒適性。陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備工藝，包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間4分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力300kgf/cm2，熱壓溫度160°C，排氣12次，保壓時間是65s/mm；(4)、熱處理將剎車片在2小時從室溫升溫到160°C，保溫4小時，再在1小時升溫到210°C，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在700°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的性能按GB5763-2008對陶瓷纖維增強陶瓷基汽車剎車片進行了定速摩擦試驗，試驗結果見表1。表1陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料定速試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1可以看出，陶瓷纖維增強陶瓷基汽車剎車片的摩擦系數從100°C到350°C變化較少，高溫下沒有出現衰退現象，磨損率基本不受溫度的影響，特別是在350°C下，陶瓷基體在高溫下形成立體網絡結構，將各組元牢固的粘合在一起，同時，陶瓷纖維具有較好的耐高溫性能，能起到很好的增強作用，高溫材料的整體強度并沒有降低，材料的磨損率基本保持不變。實驗完后，材料表面上無油膜，摩擦塊表面完整，無裂紋。實施例2本發明提供的陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料的配方陶瓷粘結劑10(wt.%)，酚醛樹脂/丁腈橡膠10(wt.%)，氧化鋁纖維20(wt.%)，芳綸漿泊2(wt.%)，石墨16(wt.%)，硫化銻8(wt.%)，鉻鐵礦4(wt.%)，有機摩擦粉5(wt.%)，重晶石17(wt.%)，復合填料8(wt.%)。陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備工藝，包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間5分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力200kgf/cm2，熱壓溫度200°C，排氣10次，保壓時間是55s/mm；(4)、熱處理將剎車片在1.8小時從室溫升溫到150°C，保溫3小時，再在0.8小時升溫到210°C，保溫3小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在650°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。實施例3本發明提供的陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料的配方改性鋁硅酸鈉18(wt.%)，酚醛樹脂/丁腈橡膠8(wt.%)，氧化鋁纖維27(wt.%)，芳綸漿泊1(wt.%)，石墨12(wt.%)，硫化銻3(wt.%)，鉻鐵礦3(wt.%)，有機摩擦粉4(wt.%)，重晶石20(wt.%)，復合填料4(wt.%)。陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備工藝，包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間5分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力260kgf/cm2，熱壓溫度180°C，排氣11次，保壓時間是60s/mm；(4)、熱處理將剎車片在2.2小時從室溫升溫到170°C，保溫5小時，再在1.2小時升溫到220°C，保溫5小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在680°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。實施例4本發明提供的陶瓷纖維增強陶瓷基復合摩擦材料的配方改性鋁硅酸鈉16(wt.%)，酚醛樹脂/丁腈橡膠8(wt.%)，氧化鋁纖維32(wt.%)，芳綸漿泊2(wt.%)，石墨14(wt.%)，硫化銻6(wt.%)，鉻鐵礦4(wt.%)，有機摩擦粉2(wt.%)，重晶石10(wt.%)，復合填料6(wt.%)。陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的制備工藝，包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間5分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力250kgf/cm2，熱壓溫度180°C，排氣10次，保壓時間是62s/mm；(4)、熱處理將剎車片在2.1小時從室溫升溫到170°C，保溫5小時，再在0.9小時升溫到220°C，保溫3.5小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在680°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。權利要求一種陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，其特征是其材料配方按重量百分比計算為粘結基體15～30，增強纖維25～40，摩擦性能調節劑10～20，抗磨潤滑劑15～30，彈性增韌劑5～10，空間填料10～30；所述的粘結基體以改性鋁硅酸鈉作為無機高溫粘結劑，酚醛樹脂作為有機中低溫輔助粘結劑；所述的增強纖維由單一耐高溫氧化鋁陶瓷纖維組成；所述的摩擦性能調節劑，由2～4％的鉻鐵礦粉組成；所述的抗磨潤滑劑由硫化銻、石墨組成；所述的彈性增韌劑由丁腈橡膠粉、摩擦粉組成，其重量配比為丁腈橡膠粉∶摩擦粉＝1∶1；所述的空間填料由重晶石和復合填料組成。2.根據權利要求1所述的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，其特征是其材料配方按重量百分比計為改性鋁硅酸鈉1020，酚醛樹脂/丁腈橡膠510，氧化鋁纖維2035，芳綸漿泊12，石墨616，硫化銻38，鉻鐵礦24，有機摩擦粉25，重晶石1020，復合填料48。3.制備權利要求1所述的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料的方法，其特征是包括如下步驟(1)、配料按上述配比稱量各個組分物料；(2)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中，混料時間45分鐘；(3)、成型按剎車片型號稱取混合料，倒入熱壓模中，壓制壓力200300kgf/cm2，熱壓溫度160200°C，排氣1012次，保壓時間是5565s/mm；(4)、熱處理將剎車片在1.82.2小時從室溫升溫到150170°C，保溫35小時，再在0.81.2小時升溫到200220°C，保溫35小時，然后隨爐冷卻至室溫；(5)、再將上述制得的產品按技術要求進行磨削、倒角，開槽，然后在650700°C的溫度下進行高溫燒蝕表面處理，再經噴涂、印標，加工成為汽車剎車片。全文摘要本發明公開了一種陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料及其制備方法，其材料配方按重量百分比計算為粘結基體15～30，增強纖維25～40，摩擦性能調節劑10～20，抗磨潤滑劑15～30，彈性增韌劑5～10，空間填料10～30。本發明是一種使用壽命長、制造性能好、性價比高的陶瓷纖維增強陶瓷基汽車制動摩擦材料，該材料的制備方法簡單可行。文檔編號F16D69/02GK101813150SQ20101017879公開日2010年8月25日申請日期2010年5月20日優先權日2010年5月20日發明者劉伯威,楊陽,黃伯云申請人:湖南博云汽車制動材料有限公司;中南大學