一种碳纤维汽车刹车材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种碳纤维汽车刹车材料的制备方法，属于刹车材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 刹车材料应具有3种主要功能：1、摩擦元件，能产生足够大的制动力矩；2、热库， 能吸收由交通设备动能转化来的全部热量，并及时散发出去；3、结构元件，能将制动力矩传 递给轮胎。这要求刹车材料具有较高的摩擦因数、热导率和足够的强韧性。C/C刹车材料在 国外从上世纪70年代开始成为刹车领域的研宄热点。我国C/C复合材料的研制起步于上 世纪70年代，90年代后逐步成为研宄热点。国外对C/SiC刹车材料的研宄始于上世纪90 年代，此后迅速成为国内外研宄的热点。
[0003] 随着科技的进步，汽车向高速、环保、节能、轻量化方向发展，这促使刹车片向高性 能化方向发展。但从目前的研宄现状来看，仍然存在以下问题：1、黏结剂品种单一：在生产 刹车片用的所有原料中，对温度最敏感的就是树脂黏结剂，黏结剂耐高温性能的好坏直接 决定了刹车片抗热衰退性能的好坏，因此耐高温树脂的开发是研制高性能刹车片的关键。 目前刹车片工业上使用的黏结剂大都是改性酚醛树脂，可选择的种类有限，无法满足刹车 片产品高性能化的发展要求，所以很有必要开发不含酚醛树脂的黏结剂。2、磨损机理问题。 汽车刹车片成分复杂，这使得它与对偶件之间的磨损也变得十分复杂。汽车紧急制动时，在 高温和机械力的共同作用下，刹车片与对偶件之间的界面处会发生诸如氧化、高温分解、颗 粒化、爆裂融化、蒸发和升华等一系列物理化学变化，导致材料磨损。国内外在磨损机理方 面做了大量研宄，但是由于摩擦表面的复杂性，至今仍然没有形成一套成熟的理论。报道比 较多的磨损机理主要有黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、热磨损，但宄竟哪方面起主要作用， 还有待进一步研宄与完善。3、热衰退问题：目前对刹车片热衰退现象的研宄主要集中在应 用方面，如选用耐高温树脂、耐高温纤维、金属纤维、金属粉末等来提高刹车片的抗热衰退 性能。但要从根本上解决这个问题，还需要对热衰退机理作深入系统的研宄。CN104421362A 公开了一种重载货车刹车片的材料配方，所使用的材料按如下重量百分比组成：轻质碳酸 钙2~10、重晶粉10~35、石墨3~15、炭黑1~5、焦炭粉5~20、膨胀蛭石2~10、有 机硅改性酚醛树脂10~35、芳纶浆柏5~15、玻璃纤维5~15、氧化钙2~10,但是这种 刹车材料的强度系数并不好，另外，在使用过程中仍然存在着磨损较严重的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的所要解决的技术问题是：碳纤维基汽车刹车盘材料存在的磨损率偏高、 剪切强度低的问题，主要通过对碳纤维和填料进行改性来对上述性能提升。
[0005] 技术方案： 一种碳纤维汽车刹车材料的制备方法，包括如下步骤： 第1步、按重量份计，在冰浴条件下，将二甲基亚砜15~20份滴加到三氯化铝20~30 份中，滴加完毕后，加热使三氯化铝溶解，得到三氯化铝溶液；再将聚乙烯醇40~80份和碳 纤维40~55份混合于二甲基亚砜300~400份中，混合均匀之后加入到三氯化铝溶液中， 进行反应；反应结束后，用甲醇和稀盐酸的混合溶液对反应体系中的固相物进行洗涤，然后 将固相物在35~45 °C下减压干燥3~4h后，将其加入至倒锥形不锈钢流化床内进行喷雾， 喷入硅烷偶联剂3~6份，得到改性碳纤维； 第2步、按重量份计，将甲氧基二甲苯3~5份、苯酚9~10重量份以及酸性催化剂 0. 4~0. 6份，在110~140°C的条件下反应2~3h，再加入的碱性催化剂0. 4~0. 8份、有 机溶剂12~20份以及甲醛9~11份，再进行真空下的脱水反应，反应结束后减压除去有 机溶剂，至透明后，得到改性酚醛树脂； 第3步、将改性碳纤维、改性酚醛树脂、碳酸钙10~15份、铁粉8~12份、氧化镁4~ 8份、石墨25~35份、钛酸钾晶须3~5份混合均匀，再将混合料在热压机中模压成型，冷 却后，再进行热处理，再经过打磨之后，得到刹车材料。
[0006] 所述的碳纤维是指PAN基碳纤维，碳纤维的长度是0. 5~5mm。
[0007] 所述的第1步中，反应时间5~10h。
[0008] 所述的甲醇和稀盐酸的体积比是I :4~6。
[0009] 所述的盐酸的质量浓度是7~12wt%。
[0010] 所述的硅烷偶联剂是指KH-550、KH-560或者KH-570中的一种或者几种的混合物。
[0011] 酸性催化剂为硫酸、盐酸、草酸、对甲苯磺酸、磷酸中的一种。
[0012] 所述碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸钠、氨水、或氢氧化钾中的一种。
[0013] 所述有机溶剂为甲苯、酒精、丙酮、或甲酰胺中的一种。
[0014] 所述的第3步中，模压温度140~170°C，模压压力15~25MPa，模压时间5~ 15min〇
[0015] 所述的第3步中，热处理温度是170~190°C，热处理时间是8~10小时。
[0016] 有益效果 本发明通过对碳纤维进行表面改性，可以有效地提高碳纤维与其它材料的融合程度， 可以有效地提高刹车材料的剪切强度并且减小磨损率。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1 第1步、在冰浴条件下，将二甲基亚砜15g滴加到三氯化铝20g中，滴加完毕后，加热使 三氯化铝溶解，得到三氯化铝溶液；再将聚乙烯醇40g和PAN基碳纤维（碳纤维的长度是 0. 5~5mm )40g混合于二甲基亚砜300g中，混合均勾之后加入到三氯化错溶液中，进行反 应，反应时间5h ;反应结束后，用甲醇和稀盐酸的混合溶液对反应体系中的固相物进行洗 涤，甲醇和稀盐酸的体积比是1 :4,盐酸的质量浓度是7wt%，然后将固相物在35°C下减压干 燥3h后，将其加入至倒锥形不锈钢流化床内进行喷雾，喷入硅烷偶联剂KH-550 3g，得到改 性碳纤维； 第2步、将甲氧基二甲苯3g、苯酚9g以及酸性催化剂硫酸0. 4g，在IKTC的条件下反应 2h，再加入的碱性催化剂氢氧化钠 0. 4g、有机溶剂甲苯12g以及甲醛9g，再进行真空下的脱 水反应，反应结束后减压除去有机溶剂，至透明后，得到改性酚醛树脂； 第3步、将改性碳纤维、改性酚醛树脂、碳酸钙10g、铁粉8g、氧化镁4g、石墨25g、钛酸 钾晶须3g混合均匀，再将混合料在热压机中模压成型，模压温度140°C，模压压力15MPa，模 压时间5min，冷却后，再进行热处理，热处理温度是170°C，热处理时间是8小时，再经过打 磨之后，得到刹车材料。
[0018] 实施例2 第1步、在冰浴条件下，将二甲基亚砜20g滴加到三氯化铝30g中，滴加完毕后，加热使 三氯化铝溶解，得到三氯化铝溶液；再将聚乙烯醇80g和PAN基碳纤维（碳纤维的长度是 0. 5~5mm )55g混合于二甲基亚砜400g中，混合均勾之后加入到三氯化错溶液中，进行反 应，反应时间IOh ;反应结束后，用甲醇和稀盐酸的混合溶液对反应体系中的固相物进行洗 绦，甲醇和稀盐酸的体积比是1 :6,盐酸的质量浓度是12wt%，然后将固相物在45°C下减压 干燥4h后，将其加入至倒锥形不锈钢流化床内进行喷雾，喷入硅烷偶联剂KH-550 6g，得到 改性碳纤维； 第2步、将甲氧基二甲苯5g、苯酚10 g以及酸性催化剂硫酸0. 6g，在140°C的条件下反 应3h，再加入的碱性催化剂氢氧化钠0. 8g、有机溶剂甲苯20g以及甲醛llg，再进行真空下 的脱水反应，反应结束后减压除去有机溶剂，至透明后，得到改性酚醛树脂； 第3步、将改性碳纤维、改性酚醛树脂、碳酸钙15g、铁粉12g、氧化镁8g、石墨35g、钛酸