一种摩擦材料和摩擦体及包含该摩擦体的闸片及闸片的制备方法和应用与流程

本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料和摩擦体及包含该摩擦体的闸片及闸片的制备方法和应用。

背景技术：

跨座式单轨，指通过单根轨道来支撑、稳定和导向，车体骑跨在轨道梁上运行的铁路。跨座式单轨特点是适应性强、噪声低、转弯半径小、爬坡能力强。大型跨座式单轨列车理论上也是属于地铁的一种制式，其速度可以达到每小时90公里。重庆轨道交通2号线是中国第一条跨座式单轨，也是中国西部地区第一条城市轨道交通线路，几无噪音较为环保。随着时间的推移，我国陆续建成多个跨座式单轨。

气压盘式制动器原用于商用车制动，随着跨座式单轨列车的发展，现将气压盘式制动器用于城市跨座式单轨列车，是一种新的研发方向及使用趋势。要保证跨座式单轨列车高速安全的运行，必然要求列车的制动系统具备足够的制动能力，同时保证列车制动过程平稳。目前跨座式单轨列车的紧急制动主要是依靠车辆制动系统中的制动盘和闸片的摩擦实现的，而制动系统中闸片的性能好坏对跨座式单轨列车制动效果的影响至关重要。

现有技术cn105150399a公开了一种单轨车辆制动用合成闸片的制备方法，所述方法包括：按一定的质量百分比选取制备合成闸片用高分子复合摩擦材料的各原材料；其中，所述原材料包括：液体硼改性酚醛树脂、固体硼改性树脂、丁苯橡胶、紫铜纤维、六钛酸钾晶须、硫酸钙晶须、针状硅灰石、碳纤维、芳纶浆泊、氧化镁、石油焦炭人造石墨、六次甲基四胺、不溶性硫磺、碳黑和锆石粉。然而跨座式单轨列车在制动过程中易产生高温，由上述方法制备得到的闸片在高温环境中易掉块或脱层，且该闸片自身磨损和对制动盘的磨损较大，摩擦系数不够稳定，无法有效保障列车制动的有效性和安全性，闸片和制动盘的使用寿命较短。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有跨座式单轨列车用闸片在高温环境中易掉块或脱层，且自身磨损和对制动盘的磨损较大，摩擦系数不够稳定的缺陷，进而提供一种摩擦材料和摩擦体及包含该摩擦体的闸片及闸片的制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摩擦材料，按重量份数计，包括如下原料：

增强纤维20-42份,粘结剂5-20份，增韧剂5-12份，减摩剂23-45份，稳定剂20-40份。

优选的，所述增强纤维选自矿物纤维、钢纤维、碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝中的一种或多种。

优选的，包括如下原料：

矿物纤维5-12份，钢纤维5-10份，碳纤维5-10份，聚丙烯腈基预氧丝5-10份，粘结剂5-20份，增韧剂5-12份，减摩剂23-45份，稳定剂20-40份。

优选的，所述矿物纤维为玄武岩纤维，所述钢纤维为不锈钢纤维，所述碳纤维为短切碳纤维。

优选的，所述粘结剂为二苯甲烷双马来酰亚胺，所述增韧剂为粉末丁腈橡胶，所述减摩剂为煅烧石油焦和/或石墨，所述稳定剂选自金属氧化物和/或轻质碳酸钙。

优选的，所述石墨选自鳞片石墨和/或导电石墨，所述金属氧化物选自氧化铜和/或氧化镁。

优选的，所述短切碳纤维的长度为2-4mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为700-800目，所述增韧剂的目数为100-140目，所述鳞片石墨的目数为80-120目，所述导电石墨的目数为80-120目。

优选的，包括如下原料：

玄武岩纤维5-12份，不锈钢纤维5-10份，短切碳纤维5-10份，聚丙烯腈基预氧丝5-10份，二苯甲烷双马来酰亚胺5-20份，粉末丁腈橡胶5-12份，煅烧石油焦8-15份，鳞片石墨10-20份，导电石墨5-10份，氧化铜3-5份，氧化镁7-15份，轻质碳酸钙10-20份。

本发明还提供一种摩擦体，所述摩擦体由上述所述的摩擦材料制成。

本发明还提供一种闸片，所述闸片包括钢背和上述所述的摩擦体。

本发明还提供一种上述所述闸片的制备方法，包括如下步骤：

1)将各原料进行混合，得到混合料；

2)对混合料和钢背进行压制，得到闸片毛坯；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；

4)对闸片粗坯进行机加工，得到所述闸片。

优选的，

步骤2)中所述压制温度为150-170℃，所述压制压力为20-25mpa，所述压制时间为300-500s；

步骤3)中所述加热固化温度为180-220℃，所述加热固化时间为5-10h。

优选的，步骤1)中先将增强纤维、粘结剂和增韧剂进行混合3-6min，然后再加入减摩剂和稳定剂，继续混合15-35min，得到所述混合料。所述混合的总时间为18-41min。

优选的，步骤4)中还包括将经过机加工处理的闸片粗坯表面进行喷塑或喷漆的步骤。

本发明所述闸片由钢背和摩擦体组成，所述钢背和摩擦体通过上述方法热压模塑成型连接在一起。本发明所述钢背采用满足gb/t700-2006要求的q235b钢板通过精冲成型。可选的，本发明所述产品结构可结合闸片及气压盘式制动器接口进行匹配性设计，闸片接口尺寸符合气压盘式制动器相应接口尺寸要求，闸片摩擦面与制动盘摩擦面进行贴合。可选的，所述闸片钢背外形尺寸大于摩擦体尺寸，钢背较厚受力能力强，摩擦体不易变形，受冲击后摩擦体不易产生裂纹。

本发明还提供上述所述闸片或由上述所述闸片的制备方法制备得到的闸片在跨座式单轨列车中的应用。

本发明的有益效果：

1)本发明提供的摩擦材料，按重量份数计，包括如下原料：增强纤维20-42份,粘结剂5-20份，增韧剂5-12份，减摩剂23-45份，稳定剂20-40份。本发明通过上述特定含量的增强纤维与粘结剂、增韧剂、减摩剂、稳定剂相互配合，制备得到的闸片具有较优的冲击强度、剪切强度、热冲击后的剪切强度，可有效解决闸片在制动过程中高温时基体金属的转移、粘接，保证闸片在高温环境中不掉块、不脱层，摩擦体不易变形，受冲击后摩擦体不易产生裂纹。同时本发明制得的闸片还可有效消除制动噪音的产生，且摩擦系数基本稳定在0.2-0.3范围内，闸片自身磨损和对制动盘的磨损较小，可大大延长闸片和制动盘的使用寿命，延长保养周期，降低维护费用，保障列车制动的有效性和安全性。此外，本发明由上述材料制得的闸片还具有较优的密度、硬度、压缩强度等性能，适合用于跨座式单轨列车中，实现闸片在商用车制动器与轨道列车结合领域的应用。

2)本发明提供的摩擦材料，进一步的，包括如下原料：矿物纤维5-12份，钢纤维5-10份，碳纤维5-10份，聚丙烯腈基预氧丝5-10份，粘结剂5-20份，增韧剂5-12份，减摩剂23-45份，稳定剂20-40份。本发明通过加入聚丙烯腈基预氧丝，同矿物纤维、钢纤维、碳纤维协同作用，并与粘结剂、增韧剂、减摩剂、稳定剂相互配合，制备得到的闸片具有更优的冲击强度、剪切强度、热冲击后的剪切强度、密度、硬度等性能，可有效保证闸片在高温环境中不掉块、不脱层，摩擦体不易变形，受冲击后摩擦体不易产生裂纹，同时还可保证闸片具有更稳定的摩擦系数，降低闸片自身磨损和对制动盘的磨损，大大延长闸片和制动盘的使用寿命。

3)本发明提供的摩擦材料，进一步的，所述矿物纤维为玄武岩纤维，所述钢纤维为不锈钢纤维，所述碳纤维为短切碳纤维。本发明通过上述特定的纤维与粘结剂、增韧剂、减摩剂、稳定剂相互配合可进一步增强闸片的冲击强度、剪切强度、热冲击后的剪切强度、密度、硬度等性能，降低闸片自身磨损和对制动盘的磨损。

4)本发明提供的摩擦材料，进一步的，所述短切碳纤维的长度为2-4mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为700-800目，所述增韧剂的目数为100-140目，所述鳞片石墨的目数为80-120目，所述导电石墨的目数为80-120目。本发明通过限定短切碳纤维的长度、二苯甲烷双马来酰亚胺的目数、增韧剂的目数、鳞片石墨和导电石墨的目数，可进一步保证制备得到的闸片具有上述更优的性能和使用寿命。

5)本发明提供的摩擦材料，进一步的，包括如下原料：玄武岩纤维5-12份，不锈钢纤维5-10份，短切碳纤维5-10份，聚丙烯腈基预氧丝5-10份，二苯甲烷双马来酰亚胺5-20份，粉末丁腈橡胶5-12份，煅烧石油焦8-15份，鳞片石墨10-20份，导电石墨5-10份，氧化铜3-5份，氧化镁7-15份，轻质碳酸钙10-20份。本发明通过上述特定组分和配比的原料相互配合，可有效解决闸片在制动过程中高温时基体金属的转移、粘接，保证闸片在高温环境中不掉块、不脱层，摩擦体不易变形，受冲击后摩擦体不易产生裂纹，同时还可大大延长闸片和制动盘的使用寿命，延长保养周期，降低维护费用，保障列车制动的有效性和安全性。

6)本发明还提供一种上述闸片的制备方法，采用热压方式制备闸片，可有效提高闸片寿命，保证生产一致性；同时可实现闸片与气压盘式制动器的匹配，无偏磨情况发生，制动过程中无噪音，无舌状火花，适于城市轨道交通工况，可实现跨座式单轨列车的制动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述闸片的结构示意图。

附图标记：

1-摩擦体；2-钢背。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

本发明以下实施例中所用聚丙烯腈基预氧丝购自南通新源特种纤维有限公司，型号为cp-200；所述二苯甲烷双马来酰亚胺，分子式为c21h14n2o4，分子量为358。

实施例1

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：玄武岩纤维800g，不锈钢纤维800g，短切碳纤维1000g，聚丙烯腈基预氧丝500g，二苯甲烷双马来酰亚胺1200g，粉末丁腈橡胶700g，煅烧石油焦1100g，鳞片石墨1200g，导电石墨700g，氧化铜400g，氧化镁900g，轻质碳酸钙1400g；所述短切碳纤维的长度为3mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为800目，所述粉末丁腈橡胶的目数为120目，所述鳞片石墨的目数为100目，所述导电石墨的目数为100目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将玄武岩纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合5min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化镁和轻质碳酸钙继续混合25min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背2上形成摩擦体1，得到闸片毛坯；所述压制温度为160℃，所述压制压力为23mpa，所述压制时间为400s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为200℃，所述固化时间为8h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷漆处理，得到所述闸片。

实施例2

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：玄武岩纤维500g，不锈钢纤维1000g，短切碳纤维500g，聚丙烯腈基预氧丝500g，二苯甲烷双马来酰亚胺2000g，粉末丁腈橡胶500g，煅烧石油焦1500g，鳞片石墨1000g，导电石墨1000g，氧化铜300g，氧化镁1400g，轻质碳酸钙1000g；所述短切碳纤维的长度为2mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为700目，所述粉末丁腈橡胶的目数为140目，所述鳞片石墨的目数为80目，所述导电石墨的目数为120目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将玄武岩纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合3min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化镁和轻质碳酸钙继续混合35min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背上形成摩擦体，得到闸片毛坯；所述压制温度为150℃，所述压制压力为25mpa，所述压制时间为300s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为180℃，所述固化时间为10h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷漆处理，得到所述闸片。

实施例3

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：玄武岩纤维1200g，不锈钢纤维500g，短切碳纤维1000g，聚丙烯腈基预氧丝1000g，二苯甲烷双马来酰亚胺500g，粉末丁腈橡胶1200g，煅烧石油焦800g，鳞片石墨2000g，导电石墨500g，氧化铜500g，氧化镁700g，轻质碳酸钙2000g；所述短切碳纤维的长度为4mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为800目，所述粉末丁腈橡胶的目数为100目，所述鳞片石墨的目数为120目，所述导电石墨的目数为80目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将玄武岩纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合6min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化镁和轻质碳酸钙继续混合15min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背上形成摩擦体，得到闸片毛坯；所述压制温度为170℃，所述压制压力为20mpa，所述压制时间为500s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为220℃，所述固化时间为5h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷塑处理，得到所述闸片。

实施例4

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：玄武岩纤维500g，不锈钢纤维500g，短切碳纤维500g，聚丙烯腈基预氧丝500g，二苯甲烷双马来酰亚胺1300g，粉末丁腈橡胶700g，煅烧石油焦800g，鳞片石墨1000g，导电石墨500g，氧化铜300g，氧化镁700g，轻质碳酸钙1000g；所述短切碳纤维的长度为3mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为800目，所述粉末丁腈橡胶的目数为120目，所述鳞片石墨的目数为100目，所述导电石墨的目数为100目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将玄武岩纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合5min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化镁和轻质碳酸钙继续混合26min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背上形成摩擦体，得到闸片毛坯；所述压制温度为165℃，所述压制压力为24mpa，所述压制时间为420s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为210℃，所述固化时间为8h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷漆处理，得到所述闸片。

实施例5

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：玄武岩纤维1200g，不锈钢纤维1000g，短切碳纤维1000g，聚丙烯腈基预氧丝500g，二苯甲烷双马来酰亚胺1800g，粉末丁腈橡胶1100g，煅烧石油焦1500g，鳞片石墨2000g，导电石墨1000g，氧化铜500g，氧化镁1500g，轻质碳酸钙2000g；所述短切碳纤维的长度为3mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为790目，所述粉末丁腈橡胶的目数为110目，所述鳞片石墨的目数为100目，所述导电石墨的目数为100目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将玄武岩纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合5min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化镁和轻质碳酸钙继续混合26min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背上形成摩擦体，得到闸片毛坯；所述压制温度为166℃，所述压制压力为24mpa，所述压制时间为430s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为210℃，所述固化时间为8h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷漆处理，得到所述闸片。

实施例6

本实施例提供一种摩擦材料，包括如下原料：莫来石纤维1000g，不锈钢纤维600g，短切碳纤维500g，聚丙烯腈基预氧丝500g，二苯甲烷双马来酰亚胺1000g，粉末丁腈橡胶900g，煅烧石油焦1000g，鳞片石墨1200g，导电石墨700g，氧化铜400g，氧化铁600g，轻质碳酸钙1600g；所述短切碳纤维的长度为3mm，所述二苯甲烷双马来酰亚胺的目数为800目，所述粉末丁腈橡胶的目数为120目，所述鳞片石墨的目数为100目，所述导电石墨的目数为100目。

采用上述摩擦材料制备闸片的方法，包括如下步骤：

1)分别称取上述各原料，先将莫来石纤维、不锈钢纤维、短切碳纤维、聚丙烯腈基预氧丝、二苯甲烷双马来酰亚胺、粉末丁腈橡胶进行混合5min，然后再加入煅烧石油焦、鳞片石墨、导电石墨、氧化铜、氧化铁和轻质碳酸钙继续混合25min，得到所述混合料；

2)将混合料和钢背置于模具中进行压制以在钢背上形成摩擦体，得到闸片毛坯；所述压制温度为160℃，所述压制压力为22mpa，所述压制时间为400s；

3)对闸片毛坯进行加热固化，得到闸片粗坯；所述固化温度为200℃，所述固化时间为8h；

4)对闸片粗坯进行机加工成型，然后对机加工成型的闸片粗坯表面进行喷漆处理，得到所述闸片。

实施例7

本实施例提供一种摩擦材料和采用所述摩擦材料制备闸片的方法，其与实施例1相比区别仅在于所述摩擦材料中不加入聚丙烯腈基预氧丝。

性能测试

测试例1

对上述实施例1-7制得的闸片进行性能测试，密度参考gb/t1033.1，洛氏硬度参考gb/t3398.2，冲击强度参考gb/t1043.1，压缩模量和压缩强度参考gb/t1041，剪切强度及300℃热冲击后剪切强参考gb/t22309盘式制动衬片剪切强度试验方法。测试结果如表1所示。

表1闸片的物理性能

测试例2

为考察实施例1-7制得的闸片的磨损性能，按照《城市轨道交通车辆制动系统第9部分：合成闸片技术规范》进行台架试验，其中，摩擦磨损测试使用的制动盘为铸钢制动盘。测试结果如表2所示。

表2闸片的磨损性能

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。