一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片及其制備技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片及其制備技術(shù)。本發(fā)明涉及汽車剎車片材料制備技術(shù)領(lǐng)域，采用改進(jìn)的熱壓工藝制備技術(shù)，將零維空心微珠、一維六鈦酸鉀晶須、二維鱗片石墨三種不同維度的無機(jī)功能填料組合加入到無石棉有機(jī)（NAO）剎車片配方中，使剎車片材料形成環(huán)保穩(wěn)定的三維復(fù)合增強(qiáng)空間網(wǎng)路混雜結(jié)構(gòu)。其材料配方為以下重量份數(shù)的組分組成：酚醛樹脂8-13、芳綸2-5、陶瓷纖維13-17、重晶石22-31、橡膠粉4-6、滑石粉4-6、蛭石4-6、人造石墨1-4、腰果殼油改性摩擦粉3-7、棕剛玉1-3、空心微珠6-20、六鈦酸鉀晶須4-13、改性鱗片石墨6-10。本發(fā)明剎車片所用原料來源廣、價格低廉，組成配方無銅、無重金屬、無石棉環(huán)境友好；剎車片力學(xué)性能高，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.44-0.47，300℃以上高溫時，抗熱衰退優(yōu)良，磨損率較低。
【專利說明】
-種環(huán)保H維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片及其制備技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車剎車片材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供一種使設(shè)計(jì)的剎車片材料 具有=維協(xié)同混雜結(jié)構(gòu)、組成配方具有無銅、無重金屬、無石棉環(huán)保特征明顯的材料設(shè)計(jì)方 法及其低成本制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車剎車片是保證汽車行駛安全的重要部件。隨著汽車工業(yè)及社會文明的發(fā)展， 高速、快節(jié)奏、重載荷、高效率及個性化用途等對剎車片的全面綜合性能需求日益增多，尤 其是全球化的資源節(jié)約化、環(huán)保無污染、低碳節(jié)能等消費(fèi)理念的流行普及，現(xiàn)有的車用剎車 片材料從設(shè)計(jì)到制備技術(shù)都面臨諸多的挑戰(zhàn)。
[0003] 首先，是剎車片組成配方的環(huán)保問題。隨著對剎車片配方中較早使用的石棉增強(qiáng) 劑由于環(huán)境和健康效應(yīng)巧日可致癌性）而全面禁用，作為石棉材料功能的理想替代組分金 屬銅及其它重金屬原料對環(huán)境W及人體的危害性也日益引起廣泛關(guān)注。2010年始，美國 汽車行業(yè)協(xié)會等多家機(jī)構(gòu)簽署合作備忘錄，聯(lián)合發(fā)起"無銅剎車片"行動，W減少對河流等 環(huán)境污染。美國華盛頓州等也已頒布立法，強(qiáng)制限制剎車片中銅含量，由最初不高于剎車 片質(zhì)量的5%降低到2023年的不高于0. 5%。同時也對剎車片材料中的重金屬含量加W限 制（Poh Wah Lee, Peter Filip, Wear 302(2013) 1404 - 1413)，因?yàn)橹饕蓜x車片磨屑產(chǎn) 生的重金屬如含訊硫化物在空氣中氧化反應(yīng)可形成穩(wěn)定的致癌化合物（D. Varrica, F. Bardelli, G. Dongarrd, E. Tamburo, Atmospheric Environment 64 (2013) 18 - 24)。 因此，降低剎車片配方中銅及重金屬成分含量，研究開發(fā)無銅、無重金屬含量的剎車片已成 為國際汽車行業(yè)發(fā)展趨勢。而在國內(nèi)，普通剎車片的環(huán)保問題卻沒有引起足夠重視?，F(xiàn)有 的有關(guān)環(huán)保無銅NA0型及陶瓷剎車片制備專利文獻(xiàn)中，幾乎都沒有對重金屬組分作為功能 填料明確限制使用（CN 102585767A;CN 104179860 A ;CN 103821582 A ;CN 102191016 A ; CN 101823856A)〇
[0004] 其次，是剎車片綜合性能的穩(wěn)定性問題。目前，市場上的主流摩擦材料配方主要有 半金屬配方、低金屬配方和NA0(無石棉有機(jī)）配方。NA0剎車片的主要優(yōu)點(diǎn)在于無論高溫 還是低溫都可W很好地控制制動效果、有效地降低制動噪音、良好的摩擦磨損性能可調(diào)性 等。無石棉有機(jī)（NA0)剎車片是一種典型的多元復(fù)合材料，W樹脂粘合劑，纖維增強(qiáng)體、填 料和摩擦性能調(diào)節(jié)劑為基本組成。其綜合性能可包括穩(wěn)定的力學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械摩擦磨損等 性能，它們主要依賴于原始材料的組成配方設(shè)計(jì)及采用的制備工藝。盡管國內(nèi)外已報道了 有關(guān)有機(jī)剎車片配方性能的評價模型和分析方法，比如國內(nèi)學(xué)者的可拓評價法（員榮平， 呂亞非，非金屬礦32(2009)72-73)和文獻(xiàn)報道的理想溶液類比法度11油曰1111(.5曰*曰口曰地7， Abhijit Majumda;r，et al, Materials and Desi即 31 (2010) 1937 - 1944)等。但是，由 于剎車片材料組成復(fù)雜性及制備工藝的差異性，普遍的剎車片生產(chǎn)配方設(shè)計(jì)依然存在著諸 如原料種類的選取、原料性能的匹配和優(yōu)化W及對剎車片性能現(xiàn)象的合理理論解釋與性能 預(yù)測等系列工程技術(shù)問題。對于剎車片綜合性能的穩(wěn)定性認(rèn)識與配方設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)保障技 術(shù)，都缺乏系統(tǒng)深入的研究，更沒有簡潔、清晰的理論模型方法予w科學(xué)解釋。例如，當(dāng)前市 場上剎車片配方有成千上萬種，各種原料的選擇都是根據(jù)剎車片制造商經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)得 出，花費(fèi)了大量的人力物力和財(cái)力，有時候還會出現(xiàn)研究周期長、工作量大且隨機(jī)偶然性大 的問題而沒有具體統(tǒng)一的理論依據(jù)。
[0005] 第=，是剎車片的高效制備技術(shù)問題。在目前剎車片市場激烈的環(huán)保性能要求 和低成本制備技術(shù)的雙重壓力下，剎車片的制備技術(shù)的創(chuàng)新已是關(guān)鍵而核屯、的內(nèi)容。國 內(nèi)外公開的文獻(xiàn)和專利技術(shù)中，分別探索了使用生物質(zhì)原料巧日香蕉皮、竹纖維)、工業(yè)廢棄 物(粉煤灰及灰渣）等作為剎車片填料的代用品（I化is, U.化et al.，Journal of King Saud University-Elngineering Sciences (2013);鄭開魅，高誠輝等，中國科技論文 10 (2015)1935-1938 ;CN 101724378 A)。替代原料可W在不損失原有使用性能如力學(xué)及高溫 熱衰退性前提下大幅降低材料制備成本。然而，替代原料和剎車片中的其它組分原料的性 能匹配問題已成為生產(chǎn)使用過程中的突出問題，而且替代原料具有很強(qiáng)的地域依賴性和來 源不穩(wěn)定性。因此，廉價、豐富的替代原料往往伴隨著剎車片規(guī)?；苽涔に嚨倪M(jìn)一步改進(jìn) 和生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定控制問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于目前上述剎車片制備領(lǐng)域存在的=個突出技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供 一種生產(chǎn)成本低廉、環(huán)境污染小、摩擦性能好的無銅、無重金屬、無石棉有機(jī)汽車剎車片設(shè) 計(jì)方法及其制備技術(shù)。本發(fā)明提出的=維復(fù)合增強(qiáng)協(xié)同混雜結(jié)構(gòu)模型原理就是在多維度原 料混合制備的汽車剎車片生產(chǎn)工藝初始階段，通過精細(xì)控制、優(yōu)先順序選擇將零維空屯、微 珠、一維改性鐵酸鐘纖維、二維改性鱗片石墨等具有不同空間維度功能材料順序加入剎車 片基礎(chǔ)配方中，利用其空間維度間的相互交叉重疊和物理化學(xué)性能復(fù)合效應(yīng)，產(chǎn)生維度和 尺度上的互補(bǔ)W協(xié)同增強(qiáng)，達(dá)到使剎車片綜合性能得W穩(wěn)定提高的目的。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案： 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片，其材料配方為W下重量份數(shù)的組分組成：酪醒樹 脂8-13、芳絕2-5、陶瓷纖維13-17、重晶石22-31、橡膠粉4-6、滑石粉4-6、賠石4-6、人造石 墨1-4、腰果殼油改性摩擦粉3-7、棟剛玉1-3、空屯、微珠6-20、六鐵酸鐘晶須4-13、改性鱗片 石墨6-10。
[0008] 進(jìn)一步的，依據(jù)本發(fā)明原理研制的較佳性能配方剎車片材料包含W下重量份數(shù)的 組分組成：酪醒樹脂10、芳絕3、娃酸侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉5、滑石粉5、賠石5、 人造石墨2、腰果殼油改性摩擦粉3、棟剛玉2、空屯、微珠7. 5、六鐵酸鐘晶須5、改性鱗片石墨 7. 5。
[0009] 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片的制備技術(shù)，包括W下步驟： (1) 稱量混料：根據(jù)配方所確定的各種原料的百分含量，對原料中的空屯、微珠用 KER-200B型標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行粒度篩分分級處理待用；先將過80目篩的空屯、微珠和六鐵酸鐘晶 須、鱗片石墨在準(zhǔn)祀式混料機(jī)中低速混料5min,再將芳絕與沉淀硫酸領(lǐng)粉體放入HX0280 型摩擦材料專用混料機(jī)先進(jìn)行l(wèi)Omin的預(yù)混，然后再將上述兩部分材料和其它填料進(jìn)行攬 拌混料，持續(xù)時間8-15min ; (2) 鋼背處理：將定型加工的鋼背用微波清洗工藝除油清洗，驚干進(jìn)行拋丸粗化處理； 達(dá)到合適粗糖度后，再在其表面進(jìn)行噴涂粘接劑備用； (3) 熱壓成型：將上述混好的配料和準(zhǔn)備好的鋼背一并置入UMD型熱壓成型機(jī)中進(jìn)行 熱壓成型，成型溫度150°C -160°C，壓力25-35MPa，保壓時間8-lOmin，期間排氣5-6次； (4) 熱處理：將成型的剎車片樣品放入熱處理箱中升溫至140°C保溫1-化，160°C保溫 5-化，180°C保溫1-化，固化結(jié)束比開箱冷卻并出箱； (5) 后期機(jī)械加工：使用FR3680型電磁式平面磨床、化4300型開槽倒角機(jī)、UMD型熱風(fēng) 循環(huán)烘道，分別進(jìn)行粗磨精磨、開倒角、噴砂、去除飛邊、毛刺等工藝處理； (6) 噴碼、包裝：產(chǎn)品噴碼，采用靜電噴涂工藝，噴涂設(shè)備轉(zhuǎn)速為18化pm，環(huán)境溫度 170°C ;包裝，包裝前馴接、安裝附件，檢驗(yàn)成品。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)與已有的技術(shù)相比，具有明顯的有益效果和創(chuàng)新之處有： (1)本發(fā)明研制的剎車片材料無銅、無重金屬、無石棉，環(huán)保效果明顯。在一種環(huán)保=維 復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片配方組成中，沒有使用含銅的材料組分如銅粉、銅纖維等；也沒有使用 含鉛、儒、錬等重金屬成分原料。從而從源頭上切斷了剎車片使用的二次環(huán)境污染問題。
[0011] (2)本發(fā)明研制的一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片性能穩(wěn)定，綜合性能高。本發(fā) 明研制的一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片，試樣配方為上述較佳配方組成，按照國家標(biāo) 準(zhǔn)GB5763-2008在定速試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試，摩擦磨損性能結(jié)果如下表所示。
[0012]
從表中數(shù)據(jù)可W看出，本發(fā)明的剎車片摩擦系數(shù)高，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，抗熱衰退性能較 好；升溫階段摩擦系數(shù)在0. 44-0. 50，降溫階段摩擦系數(shù)在0. 43-0. 49,剎車安全性和靈敏 度好，磨損率較小，在0. 1-0. 6X 10 7cm3/N. m范圍內(nèi)，完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量水平。 將本發(fā)明剎車片安裝在凱越F車上，反復(fù)制動后發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明剎車靈敏，比重小，熱衰退小， 腳感舒適，制動噪音較小；對對偶材料無損傷，無落灰；且不含銅等重金屬及其化合物，對 環(huán)境污染?。荒Σ敛牧蠅勖_(dá)到30000公里W上。
[0013] (3)本發(fā)明研制的一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片材料及制備技術(shù)，原料來源 廣、價格低廉、工藝簡單、成本效率高。首先，作為重要填料的空屯、微珠，來源廣泛，價格低 廉。據(jù)報道，空屯、微珠可由大量的工業(yè)廢棄物粉煤灰通過漂洗選分獲得。利用空屯、微珠作 為剎車片填料不僅有助于提高剎車片的摩擦磨損性能，有效減輕剎車片材料的自身重量， 而且也是粉煤灰廢棄物高附加值綜合利用的有效途徑，具有明顯的社會環(huán)保和經(jīng)濟(jì)循環(huán)意 義。其次，在有效規(guī)避傳統(tǒng)剎車片配方組分中潛在環(huán)境污染組分原料使用的同時，有效利 用了改性的高性能鐵酸鐘晶須和改性鱗片石墨材料協(xié)同組合性能。而且，為了進(jìn)一步保證 新型剎車片有效功能和質(zhì)量不降低，本發(fā)明提出的制備工藝環(huán)節(jié)中加強(qiáng)了工藝生產(chǎn)的精細(xì) 化質(zhì)量控制。特別是，為了使剎車片基體內(nèi)部能夠形成本發(fā)明提出的=維復(fù)合增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，在選料、混料、成型、熱處理等工藝環(huán)節(jié)的實(shí)施分步驟、優(yōu)先級質(zhì)量控制技術(shù)手段（生產(chǎn) 工藝操作流程圖為說明書附圖1)。所采用的生產(chǎn)工藝基本是目前通用的、簡單的生產(chǎn)工藝， 不需要額外增加投資改造，因而有利于中小企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。
[0014] (4)本發(fā)明創(chuàng)新提出了一種環(huán)保、高性能有機(jī)剎車片具有的=維復(fù)合增強(qiáng)混雜網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)模型理論。該理論能夠較好解釋本發(fā)明研制的=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片優(yōu)良的力學(xué) 和摩擦磨損性能。運(yùn)種構(gòu)建形成的具有=維功能互補(bǔ)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系是由特征二維鱗片石 墨等原料為網(wǎng)絡(luò)骨架，交叉、互連的一維鐵酸鐘晶須為連接補(bǔ)強(qiáng)體，零維空屯、微珠等填料嵌 入其結(jié)構(gòu)空隙，從而形成穩(wěn)定的=維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體顯著增強(qiáng)了摩擦 材料內(nèi)部體系界面、表面性能穩(wěn)定性，賦予摩擦材料較高且較穩(wěn)定的摩擦磨損性能，綜合性 能可W達(dá)到含銅、含重金屬等環(huán)境污染性傳統(tǒng)剎車片的使用性能要求，運(yùn)也為摩擦材料設(shè) 計(jì)配方研發(fā)提供了一種新的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)研究思路。
【附圖說明】
[0015] 圖1是摩擦材料模壓成型工藝分步操作流程圖。
[0016] 圖2-1比較例中試樣CP系列與實(shí)施例試樣CFP5摩擦因數(shù)與溫度曲線圖。
[0017] 圖2-2比較例中試樣FP系列與實(shí)施例試樣CFP5摩擦因數(shù)與溫度曲線圖。
[0018] 圖3實(shí)施例與比較例中不同配方摩擦材料試樣磨損率和溫度變化關(guān)系圖。
[0019] 圖4-1比較例中試樣FP5定速摩擦實(shí)驗(yàn)后試樣表面體視光學(xué)顯微鏡圖。
[0020] 圖4-2比較例中試樣CP0定速摩擦實(shí)驗(yàn)后試樣表面體視光學(xué)顯微圖。
[0021] 圖4-3實(shí)施例中試樣CFP5定速摩擦實(shí)驗(yàn)后試樣表面體視光學(xué)顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了說明本發(fā)明提出的基于=維復(fù)合增強(qiáng)混雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型理論的環(huán)保有機(jī)剎 車片設(shè)計(jì)及制備原理，下面結(jié)合實(shí)施例與比較例配方樣品性能分析，對本發(fā)明的技術(shù)方案 及實(shí)施效果作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023] 實(shí)施例1 (此試樣定義為CFP5) 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下重量份數(shù)的組分：酪醒樹脂10、芳絕3、娃 酸侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉5、滑石粉5、賠石5、人造石墨2、腰果殼油改性摩擦粉 3、棟剛玉2、空屯、微珠7. 5、六鐵酸鐘晶須5、改性鱗片石墨7. 5。
[0024] 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片的制備技術(shù)，包括如下工藝步驟： (1) 稱量混料：根據(jù)配方所確定的各種原料的百分含量，對原材料中的空屯、玻璃微珠用 KER-200B型標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行粒度篩分分級處理待用；先將過80目篩的空屯、微珠和六鐵酸鐘晶 須、鱗片石墨在準(zhǔn)祀式混料機(jī)中低速混料5min,再將芳絕與沉淀硫酸領(lǐng)粉體放入HX0280 型摩擦材料專用混料機(jī)先進(jìn)行l(wèi)Omin的預(yù)混，然后再將上述兩部分材料和其它填料進(jìn)行攬 拌混料，持續(xù)時間12min ; (2) 鋼背處理：將定型加工的鋼背用微波清洗工藝除油清洗，驚干進(jìn)行拋丸粗化處理； 達(dá)到合適粗糖度后，再在其表面進(jìn)行噴涂粘接劑備用； (3) 熱壓成型：將上述混好的配料和準(zhǔn)備好的鋼背一并置入UMD型熱壓成型機(jī)中進(jìn)行 熱壓成型，成型溫度150°C -160°C，壓力25-35MPa,保壓時間8-lOmin ;熱壓開始的l-3min 內(nèi)，期間排氣5-6次； (4) 熱處理：將成型的剎車片樣品放入熱處理箱中升溫至140°C保溫化，160°C保溫化， 180°C保溫1.化，固化結(jié)束比開箱冷卻并出箱； (5) 后期機(jī)械加工：使用FR3680型電磁式平面磨床、化4300型開槽倒角機(jī)、UMD型熱風(fēng) 循環(huán)烘道，分別進(jìn)行粗磨精磨、開倒角、噴砂、去除飛邊、毛刺等工藝處理； (6) 噴碼、包裝：產(chǎn)品噴碼，采用靜電噴涂工藝，噴涂設(shè)備轉(zhuǎn)速為18化pm，環(huán)境溫度 17(TC ;包裝，包裝前馴接、安裝附件，檢驗(yàn)成品。
[00幼實(shí)施例2 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下的重量份數(shù)的組分：酪醒樹脂12、芳絕3、 娃酸侶陶瓷纖維12、重晶石28、橡膠粉3. 5、滑石粉3. 5、賠石3. 5、人造石墨3. 5、腰果殼油 改性摩擦粉6、棟剛玉2、空屯、微珠12、六鐵酸鐘晶須5、改性鱗片石墨6 ; 制備工藝同實(shí)施例1。
[002引 實(shí)施例3 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下的重量份數(shù)的組分：酪醒樹脂8、芳絕3、 娃酸侶陶瓷纖維15、重晶石26、橡膠粉4. 5、滑石粉4. 5、賠石4. 5、人造石墨4. 5、腰果殼油 改性摩擦粉6、棟剛玉2、空屯、微珠10、六鐵酸鐘晶須5、改性鱗片石墨7 ; 加工方法同實(shí)施例1。
[0027] 實(shí)施例4 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下的重量份數(shù)的組分：酪醒樹脂9、芳絕3、 娃酸侶陶瓷纖維15、重晶石23、橡膠粉4. 5、滑石粉4. 5、賠石4. 5、人造石墨4. 5、腰果殼油 改性摩擦粉6、棟剛玉2、空屯、微珠14、六鐵酸鐘晶須4、改性鱗片石墨6 ; 制備方法同實(shí)施例1。
[002引 比較例1 (此試樣定義為CP0) 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下重量份數(shù)組分：酪醒樹脂10、芳絕3、娃酸 侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉7、滑石粉7、賠石7、腰果殼油改性摩擦粉1、空屯、微珠20; 加工方法同實(shí)施例1。
[0029] 比較例2 (此試樣定義為CP5) 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下重量份數(shù)組分：酪醒樹脂10、芳絕3、娃酸 侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉7、滑石粉7、賠石7、腰果殼油改性摩擦粉1、空屯、微珠15、 六鐵酸鐘晶須5 ; 加工方法同實(shí)施例1。
[0030] 比較例3 (此試樣定義為FP0) 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下重量份數(shù)組分：酪醒樹脂10、芳絕3、娃酸 侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉7、滑石粉7、賠石7、腰果殼油改性摩擦粉1、改性鱗片石 墨20 ; 加工方法同實(shí)施例1。
[0031] 比較例4 (此試樣定義為FP5) 一種環(huán)保=維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片包括W下重量份數(shù)組分：酪醒樹脂10、芳絕3、娃酸 侶陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠粉7、滑石粉7、賠石7、腰果殼油改性摩擦粉1、改性鱗片石 墨15、六鐵酸鐘晶須5 ; 加工方法同實(shí)施例1。
[0032] 實(shí)施例及比較例中剎車片表面硬度按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5766-2007《摩擦材料洛氏 硬度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試；依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008《汽車用制動器襯片》的相關(guān)要求將 所有試樣在XD-MSM型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行定速摩擦性能測試；用XJ-A型剪切試驗(yàn)機(jī) 測試樣品剪切強(qiáng)度，并用德國生物體視光學(xué)顯微鏡（ZEISS, Discovery V20)觀察摩擦磨損 測試后試樣表面形貌狀況。
[0033] 實(shí)施例與比較例中剎車片樣品的物理機(jī)械性能如下表所示。剎車片樣品的摩擦磨 損性能對比關(guān)系結(jié)果參見說明書附圖2-1，圖2-2和圖3 ;剎車片摩擦實(shí)驗(yàn)后表面磨損體視 光學(xué)顯微鏡圖由說明書附圖4-1，4-2和4-3分別給出。
[00341
實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析 從上表可W看出，五組樣品密度相差不大。其中，密度最小的試樣CP0為僅含有空屯、 微珠填料試樣，運(yùn)是空屯、微珠具有中空質(zhì)輕的本征特點(diǎn)所致。剎車片的密度與可壓縮性密 切相關(guān)，試樣結(jié)構(gòu)疏松有助于減弱制動噪音和剎車振顫的作用。但是，試樣CP0對應(yīng)的硬 度和剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能較低?？傮w而言，表中試樣剪切強(qiáng)度和硬度也都符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB5763-2008的要求。另外，從剪切強(qiáng)度上來看，CP0試樣由于沒有添加鐵酸鐘晶須，在和 對偶件表面發(fā)生摩擦制動時，由于僅發(fā)生磨粒磨損機(jī)制，顆粒增強(qiáng)的基體中沒有纖維等的 拉拔效應(yīng)，其微觀抗剪切應(yīng)力也較弱，所W其剪切強(qiáng)度最低，而種填料混合加入的CFP5 樣品，由于=維填料的空間混合協(xié)同效應(yīng)起到對整體剎車片的補(bǔ)強(qiáng)作用，所W宏觀剪切強(qiáng) 度最高。
[0035] 從說明書附圖2-1摩擦系數(shù)和溫度關(guān)系對比圖可W看出，含有不同比例空屯、微珠 的CP系列試樣在定壓（0. 98MPa)、定速（480;r/min)摩擦實(shí)驗(yàn)條件下，整體保持較高摩擦因 數(shù)。由于CP0樣品摩擦磨損機(jī)制主要為低溫時空屯、微珠的磨料磨削作用，而樹脂高溫發(fā)生 粘流與光滑的微珠表面結(jié)合較弱，因而摩擦因數(shù)隨盤溫升高呈下降趨勢，尤其在250°C之 后，試樣摩擦系數(shù)顯著下降；添加了適量六鐵酸鐘晶須的CP5剎車片樣品在高溫段則較為 平穩(wěn)，可能是晶須交疊阻礙了空屯、微珠的流動，摩擦表面形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜，保持了摩擦系 數(shù)的穩(wěn)定。說明書附圖2-2顯示滲雜二維片狀石墨FP系列樣品整體摩擦系數(shù)較低。隨實(shí) 驗(yàn)溫度升高，樣品摩擦因數(shù)先達(dá)到最高值，然后開始下降。運(yùn)是由于石墨具有良好的導(dǎo)熱和 完整的層狀結(jié)構(gòu)，在配方中起到固體潤滑劑的作用。低溫時，由于滑動剪切作用而分剝的 片形鱗片石墨很容易在剎車片和對偶表面形成光滑連續(xù)的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移膜，從而穩(wěn)定了摩擦系 數(shù)。而在高溫時樹脂受熱發(fā)生粘流，鱗片本身的層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致與粘結(jié)劑的粘結(jié)力減小，使材 料整體強(qiáng)度降低，造成了瞬間摩擦系數(shù)增大后又急劇下降的情形。因此，剎車片配方中應(yīng)該 合理控制鱗片石墨的含量為6-10份，防止其因急速剎車升溫造成制動安全隱患。而滲雜了 六鐵酸鐘晶須的CP5、FP5、CFP5剎車片樣品，高溫段具有較穩(wěn)定的摩擦性能，充分證實(shí)六鐵 酸鐘可明顯提高摩擦材料的抗熱衰退性。圖示CFP5剎車片樣品在100 - 250°C整個溫度區(qū) 間，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0. 44 - 0. 47間，顯示出良好的高溫穩(wěn)定性。高溫下晶須作為增強(qiáng)連接 主體，零維空屯、微珠和二維鱗片石墨混雜形成相互牽連的=維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并發(fā)展為穩(wěn)定的 增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)試樣受到拉剪等應(yīng)力時，晶須將承受與傳導(dǎo)相應(yīng)的載荷與應(yīng)力，阻礙 制品的變形斷裂，從而起到了良好的增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)效果。
[0036] 說明書附圖3是實(shí)施例和比較例中五組不同配比的剎車片試樣磨損率隨溫度升 高變化曲線圖。在100 - 200°C范圍內(nèi)，隨溫度上升，磨損率整體呈上升趨勢。其中添加鱗 片石墨的FP0和FP5剎車片試樣保持較低的磨損率，運(yùn)是和片狀石墨層狀解理結(jié)構(gòu)具有的 潤滑特性相關(guān)，可W減緩摩擦材料和對偶件表面之間的直接摩擦阻力，從而降低磨損率；適 量的石墨在剎車片中確實(shí)起到導(dǎo)熱耐磨的作用，但大量石墨(試樣FP0)的添加使得摩擦材 料硬度整體降低，導(dǎo)致300°C之后磨損率驟然上升，磨損加劇。添加空屯、微珠的CP0和CP5， 磨損率一直隨著溫升較為平穩(wěn)上升，因?yàn)榭胀?、微珠和樹脂基體的粘結(jié)力較弱使得起磨料作 用的微珠在一定的沖擊力作用下會發(fā)生脫落。高溫時，添加微珠的剎車片表面磨損較之添 加石墨的剎車片磨損率顯示較小，說明高溫時微珠填料可W延緩摩擦材料的磨損。試樣CP5 和FP5組分中，由于鐵酸鐘晶須的加入比起單一添加微珠和片狀石墨(試樣CP0和FP0)填 料，耐磨性顯著提高，磨損率減小。鐵酸鐘晶須和空屯、微珠混合使用在剎車片體系中具有協(xié) 同復(fù)合效應(yīng)，六鐵酸鐘晶須導(dǎo)熱系數(shù)低，摩擦產(chǎn)熱過程中減小了材料本身溫度的升高，保證 了樹脂基體與增強(qiáng)體之間良好的粘結(jié)，降低了磨損；同時，在有合適含量的空屯、微珠存在情 況下使得剎車片摩擦表面塑性變形相對容易，摩擦表面形成轉(zhuǎn)移膜結(jié)構(gòu)更密實(shí)，有利于減 緩其本身高硬度對對偶件表面的準(zhǔn)溝準(zhǔn)削作用，二者協(xié)同作用使得高溫磨損率沒有明顯上 升趨勢。另一方面，使用的不同功能填料由于在外形上的多層次空間交叉重疊效應(yīng)(空屯、球 狀、晶須狀、片狀材料）產(chǎn)生的尺度和維度上的互補(bǔ)協(xié)同增強(qiáng)使得剎車片能夠在高溫下保持 較好的抗磨損性能。因此，使用空屯、微珠、鐵酸鐘晶須和鱗片石墨作為主要功能填料制備的 CFP5樣品隨著溫度升高保持平緩的變化趨勢，磨損率較低，=者之間發(fā)揮了明顯的結(jié)構(gòu)與 功能協(xié)同作用。
[0037] 說明書附圖4是本發(fā)明中實(shí)施例與比較例利用不同維度填料制備的剎車片經(jīng)過 定速磨損實(shí)驗(yàn)后試樣表面光學(xué)形貌狀況。圖4-1示出由鱗片石墨與鐵酸鐘晶須共同復(fù)合制 備的剎車片試樣FP5磨損后的試樣表面平整，少量塊體狀磨屑剝落表明該試樣的摩擦過程 W黏著磨損機(jī)制為主要摩擦機(jī)理；由圖4-2可W看出，CP0試樣表面磨損較嚴(yán)重，光亮球形 的顆粒狀磨屑是空屯、微珠，和對偶件表面W磨粒磨損機(jī)制為主要摩擦機(jī)理，表現(xiàn)為較明顯 的制動噪音和落灰；圖4-3是由=種不同維度的空間填料制備的剎車片試樣CFP5磨損表面 形貌，該形貌特征是沿著摩擦方向分布著規(guī)則的、幾乎相互平行分布的準(zhǔn)溝狀磨痕和塊狀 表面摩擦層脫落，斷層整齊光滑，說明發(fā)生W磨粒磨損和黏著磨損為主要機(jī)理的混合摩擦 磨損機(jī)制。據(jù)圖可W分析判斷出，由于=種填料的空間尺度協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng)，發(fā)揮組分材料物 理性能的復(fù)合效應(yīng)，導(dǎo)致摩擦剪切發(fā)生時，可W及時傳導(dǎo)和減緩力學(xué)加載時的累積分布不 均效應(yīng)和摩擦誘導(dǎo)的急劇溫升問題，有效穩(wěn)定復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和提高界面的整體耐磨 性水平，和前述的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果具有一致性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片，其特征在于：其材料配方為以下重量份數(shù)的組 分組成：酚醛樹脂8-13、芳綸2-5、陶瓷纖維13-17、重晶石22-31、橡膠粉4-6、滑石粉4-6、 蛭石4-6、人造石墨1-4、腰果殼油改性摩擦粉3-7、棕剛玉1-3、空心微珠6-20、六鈦酸鉀晶 須4-13、改性鱗片石墨6-10。2. -種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片的制備技術(shù)，其明顯特征包括以下技術(shù)步驟： (1) 稱量混料：根據(jù)配方所確定的各種原料的百分含量，對原材料中的空心微珠用 KER-200B型標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行粒度篩分分級處理待用；先將過80目篩的空心微珠和六鈦酸鉀晶 須、鱗片石墨在犁耙式混料機(jī)中低速混料5min，再將芳綸與沉淀硫酸鋇粉體放入HX0280 型摩擦材料專用混料機(jī)先進(jìn)行l(wèi)〇min的預(yù)混，然后再將上述兩部分材料和其它填料進(jìn)行攪 拌混料，持續(xù)時間8-15min ; (2) 鋼背處理：將定型加工的鋼背用微波清洗工藝除油清洗，晾干進(jìn)行拋丸粗化處理； 達(dá)到合適粗糙度后，再在其表面進(jìn)行噴涂粘接劑備用； (3) 熱壓成型：將上述混好的配料和準(zhǔn)備好的鋼背一并置入UMD型熱壓成型機(jī)中進(jìn)行 熱壓成型，成型溫度150°C _160°C，壓力25-35MPa，保壓時間8-10min，期間排氣5-6次； (4) 熱處理：將成型的剎車片樣品放入熱處理箱中升溫至140°C保溫l_2h，160°C保溫 5-7h，180°C保溫l_2h，固化結(jié)束lh開箱冷卻并出箱； (5) 后期機(jī)械加工：使用FR3680型電磁式平面磨床、FR4300型開槽倒角機(jī)、UMD型熱風(fēng) 循環(huán)烘道，分別進(jìn)行粗磨精磨、開倒角、噴砂、去除飛邊、毛刺等工藝處理； (6) 噴碼、包裝工序：產(chǎn)品噴碼，采用靜電噴涂工藝，噴涂設(shè)備轉(zhuǎn)速為180rpm，環(huán)境溫度 170Γ ;包裝，包裝前將產(chǎn)品經(jīng)鉚接、安裝附件程序，檢驗(yàn)成品并包裝。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片，其組成特征在于：剎車 片材料包括以下重量份數(shù)的組分：酚醛樹脂10、芳綸3、硅酸鋁陶瓷纖維15、重晶石30、橡膠 粉5、滑石粉5、蛭石5、人造石墨2、腰果殼油改性摩擦粉3、棕剛玉2、空心微珠7. 5、六鈦酸 鐘晶須5、改性鱗片石墨7. 5。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片，其技術(shù)特征在于：所選 用的空心微珠填料為低成本、來源廣泛的合成原料或工業(yè)廢棄物粉煤灰的副產(chǎn)品；所采用 的六鈦酸鉀晶須和鱗片石墨均經(jīng)過化學(xué)表面活性劑預(yù)改性處理以提高其在剎車片基體中 的分散性和基體界面結(jié)合相容性；所用表面活性劑可為油酸、硬脂酸、硬脂酸鎂或硬脂酸鈉 等化合物單獨(dú)及其混合形式；所述的摩擦性能調(diào)節(jié)劑包括具有層狀解理結(jié)構(gòu)的無機(jī)礦物滑 石粉、蛭石等原料。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片制備技術(shù)，其特征在于： 本發(fā)明提出的制備工藝技術(shù)是對通用的熱壓成型工藝流程實(shí)施集成強(qiáng)化、微觀精細(xì)化的質(zhì) 量管理控制技術(shù)；特別是，為了使剎車片有機(jī)基體內(nèi)部能夠形成本發(fā)明提出的三維復(fù)合增 強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)工藝操作流程中的選料、混料、成型、熱處理等各工藝技術(shù)環(huán)節(jié)實(shí)施分 步驟、優(yōu)先級、梯度式量化質(zhì)量控制技術(shù)手段。6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2及3所述的一種環(huán)保三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片及其制備技術(shù)，其 特征在于：三維復(fù)合增強(qiáng)有機(jī)剎車片優(yōu)良的力學(xué)和摩擦磨損性能歸因于其基體中構(gòu)建形成 的具有三維功能互補(bǔ)型的有機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系；該三維結(jié)構(gòu)模型是由特征二維鱗片石墨等原 料為網(wǎng)絡(luò)骨架，交叉、互連的一維鈦酸鉀晶須為連接補(bǔ)強(qiáng)體，零維空心微珠等填料嵌入其結(jié) 構(gòu)空隙，從而形成穩(wěn)定的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】C09K3/14GK106051001SQ201510822623
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年11月24日
【發(fā)明人】王永紅
【申請人】王永紅