一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法。该刹车片以镧系氧化物、增强纤维、粘结剂、调节剂和填充粉体为主要添加原料，采用混料、冷压和热压，并经过热处理进行改性制成。采用本发明的方法制备的产品耐高温，热衰退性能好，摩擦系数稳定，制动性能优良，耐磨性能好且使用寿命长，制动噪音小，合乎环保要求。能完全滿足矿用汽车载重吨位高、制动力矩大、制动次数频繁和发热量大的特定要求。
【专利说明】一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于摩擦材料的制备【技术领域】，具体涉及一种利用镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法。
【背景技术】
[0002]汽车刹车片最初是用棉花及皮革作为基材加热制成的，但由于耐热性差，制动效果不好，而被石棉摩擦材料刹车片所取代。20世纪60年代人们发现石棉材料是一种强致癌的工业原料，人们也逐渐认识到石棉对人类健康的危害性，随之石棉材料刹车片也就被迫退出了历史舞台。相继国内国外研制出半金属、粉末冶金、碳纤维、陶瓷纤维等多种摩擦材料刹车片，由于其良好的性能，而得到公路汽车大量使用，为汽车事业的发展做出了一定的
[0003]摩擦材料按产品材质可以分为:
[0004](I)半金属摩擦材料，主要应用于轿车和重型汽车的盘式刹车片，它是最早为取代石棉而发展起来的一种非石棉摩擦材料，其特点是耐热性较好、单位面积吸收功率高、导热系数大，基本上能适用于汽车在高速、重负荷运行时的制动工况要求，但其存在制动噪音大、边角脆裂、制动效果不佳等缺点。
[0005](2)粉末冶金摩擦材料，又称烧结摩擦材料，系将铁基、铜基粉状物料、经混合、压制，并在高温下烧结而成，适用于较高温度下的制动与传动工况条件，例如飞机、重载汽车、重型工程机械的制动与传动等.。
[0006](3)碳纤维摩擦材料，系用碳纤维为增强材料制成的一类摩擦材料，碳纤维具有高摩量、导热好、耐热等特点。碳纤维摩擦材料是各种类型摩擦材料中性能较好的一种，碳纤维摩擦片的单位面积吸收功率高且比重轻，因此特别适合生产飞机刹车片。
[0007](4)陶瓷纤维摩擦材料，系用陶瓷纤维为增强材料制成的一类摩擦材料，具有良好的抗老化、低磨损和高温稳定的摩擦性能等特点。
[0008](5)复合纤维型摩擦材料是用二种或二种以上纤维做基材，经过特定的工艺将其进行混合。主要以无机纤维为主，有时也加入少量的有机纤维。通常刹车片为短切纤维型摩擦片，离合器片为连续纤维型摩擦片。
[0009]矿用汽车，由于其载重量大、工况条件恶劣、制动次数频繁、发热量大的特定条件，短时工作温度达500°C以上，长时工作温度为200°C?300°C，工作压力为2MPa?3MPa。针对矿用汽车运行的特定工况条件，传统的非石棉刹车片的不足之处如下所示:
[0010]热衰退
[0011]传统的非石棉摩擦材料的基体(即粘结剂)是热固性酚醛树脂和橡胶，当矿用汽车运行的过程时，摩擦材料在制动与传动过程中，它与金属对偶的摩擦表面会产生很高的温度，达到20(T400°C，甚至更高，此温度已达到树脂和橡胶的热分解温度。树脂和橡胶中的大分子由于热降解产生液态或气态的低分子物质，在摩擦表面上形成一层很薄的液态或气态介质层，使原本为纯净摩擦或干摩擦的工况条件变为混合摩擦的情况，在宏观上反映为摩擦系数的下降或急剧下降，这称为热衰退。
[0012]热磨损和热龟裂
[0013]摩擦材料长时间处于高温工况条件时，导致树脂和橡胶大分子热分解的加剧，聚合物的分子主链和交联链断裂，网状结构被破坏，低分子物质产生和逸出。热分解的结果使树脂和橡胶碳化并失去重量。碳化使树脂失去粘结作用，由于失去重量使粘结剂数量减少，导致摩擦片表面渐渐形成龟裂，磨损加剧，有时甚至会造成材料从摩擦材料表面脱落，丧失工作功能。
[0014]对比2002年7月17日公开的专利申请(申请号:00134952.X)，尽管其性能在一定程度上要优于传统的非石棉刹车片，但所含稀土种类繁杂，包含稀土矿物、混合稀土化合物及单一稀土化合物，元素种类更是千差万别，包含镧至钇等18中稀土元素。大多数稀土属于共生矿，通常伴生有铀、钍等天然放射性元素，对工作场所及周围环境造成污染。同时，并非所有的稀土元素在改善刹车片性能方面起到作用，因此有必要对稀土刹车片中所需稀土元素及种类进行甄别和研究。
【发明内容】
[0015]本发明的目的是针对上述问题，提供一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法，本发明是在综合分析现有刹车片的摩擦材料技术特点应用效果后，寻找出了一种有效配方及刹车片的制备方法，采用本方法能稳定刹车片摩擦系数，降低磨损率，降低刹车时的噪音，延长刹车片的使用寿命，减少片层脱落、破碎和制动盘拉伤的现象。
[0016]一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法，其特征在于，以镧系氧化物、增强纤维、粘结剂、调节剂和填充粉体为添加原料，采用混料、冷压和热压，并经过热处理进行改性制成；其中，镧系氧化物包含氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕；增强纤维包含陶瓷纤维、低碳钢纤维、铬钥纤维、电解紫铜纤维；粘结剂包含丁腈橡胶改性的酚醛树脂、硫化锑、锡粉、硫磺；调节剂包含锆英砂、刚玉、无磁氧化铁粉、石油焦碳粉；填充粉体包含石墨、重晶石粉、云母、碳化硅、碳化硼；以该配方的重量为基准，各种原料的配方百分比如下所示:
[0017]镧系氧化物:氧化镧0.1-5%、氧化铺0.1_5%、氧化镨0.05_2%、氧化钕0.05-2%,
[0018]增强纤维:陶瓷纤维8-16%、低碳钢纤维18-23%、铬钥纤维5_13%、电解紫铜纤维3-10%,
[0019]粘结剂:丁腈橡胶改性的酚醛树脂9-15%、硫化锑1_4%、锡粉1-4%、硫磺1_4%，
[0020]调节剂:锆英砂2-5%、刚玉3-10%、无磁氧化铁粉4-9%，石油焦碳粉5_16%，
[0021]填充粉体:石墨3-10%、重晶石粉3-8%、z?母1_4%、碳化娃2-8%、碳化砸2-10% ；
[0022]将按比例称取的原料进行混合，混料时，加入无水乙醇搅拌；首先添加镧系氧化物与粘结剂混合改性，然后再添加除粘结剂以外的其他原料搅拌配制；混料过程在中真空中进行，真空度在-0.0-0.1Mpa ;在0.3MPa?0.6MPa之间进行冷压成型，时长为20?30秒；然后进行热压成型，压力为20MPa?25MPa，温度为150°C?180°C，压制时间为20min ;最终将制得的刹车片进行后序热处理，热处理温度控制如下:室温至160°C为2小时，160°C保温2小时，1600C?180。。为I小时，180°C保温I小时，180°C?200。。为I小时，200°C保温I小时，200。。?220。。为I小时，220°C保温4小时，220°C至室温，自然冷却。
[0023]作为本发明创新点，我们采用镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)四种稀土元素的氧化物作为矿用汽车刹车片配方的重要组分之一。该组物质具有突出的化学活性和优异的界面性能，可以显著提高摩擦材料的高温摩擦、高温磨损性能。于此同时,针对于多种稀土元素在摩擦材料中的应用，我们进行去伪存真，去粗存精，在有效节约资源能源的前提下，避免了环境的污染。
[0024]发明的效果
[0025]本发明的配方由于加入镧系元素后，可以起到两方面的作用，一是可以对粘结剂进行改变性能，使其可以耐高温，提高热衰退性能；二是可以降低磨损率，降低噪音。
[0026]本发明由于采取以上的配方和工艺，制作的产品总体具有以下优点和积极的效果:
[0027](I)不含石棉、制动无噪音、合乎环境保护要求；
[0028](2)耐高温、热衰退性能好，不会形成胶化层，片层不易脱落或破碎，摩擦系数达到要求而且稳定，制动性能好、切实保障了行驶安全；
[0029](3)耐磨性能好，使用寿命大于3.5万公里；
[0030](4)在潮湿、酸性气体环境中不腐蚀生锈，不发生力学衰退；
[0031](5)相对对偶面磨损小,不会对制动鼓和制动盘造成损伤,适用于大吨位矿用汽车的各种制动模式。
【具体实施方式】
[0032]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0033]实施示例I及试验结果
[0034]以该配方的重量为基准，各种原料的配方百分比如下所示:
[0035]镧系氧化物:氧化镧0.1%、氧化铺5%、氧化镨0.05%、氧化钕2%,
[0036]增强纤维:陶瓷纤维8%、低碳钢纤维23%、铬钥纤维5%、电解紫铜纤维10% ；
[0037]粘结剂:丁腈橡胶改性的酚醛树脂9%、硫化锑1%、锡粉4%、硫磺1% ；
[0038]调节剂:锆英砂2%、刚玉3%、无磁氧化铁粉4.85%，石油焦碳粉5% ；
[0039]填充粉体:石墨3%、重晶石粉3%、云母1%、碳化硅8%、碳化硼2%。
[0040]将按比例称取的原料进行混合，混料时，采用犁耙式混合机混合，加入浓度为99%(v/v)的无水乙醇搅拌；首先添加镧系氧化物与粘结剂混合改性，然后再添加除粘结剂以外的其他原料搅拌配制；混料程序中增加抽真空工艺，保证该工序的真空度在-0.1MPa0然后进行冷压成型，将混合后的原料放入模具的模腔中，选用500吨的压机，同时压力设置在0.6MPa之间进行冷压成型，时长为20秒。然后进行热压成型，压力为20MPa，温度为150°C，压制时间为20min。最终将制得的刹车片进行后序热处理，将热压成型的产品夹上夹具，然后将夹上夹具的产品置于烘箱之中，温度处理如下:室温至160°C为2小时，160°C保温2小时，1600C?180。。为I小时，180°C保温I小时，180°C?200。。为I小时，200°C保温I小时，200°C?220°C为I小时，220°C保温4小时，220°C至室温，自然冷却。并最终进行性能检测，结果如表I所示。
[0041]表1:利用实施例1配方制备的刹车片的摩擦系数、磨损率和外观质量。[0042]
【权利要求】
1.一种镧系元素改性的矿用汽车刹车片的制备方法，其特征是:以镧系氧化物、增强纤维、粘结剂、调节剂和填充粉体为添加原料，采用混料、冷压和热压，并经过热处理进行改性制成；其中，镧系氧化物包含氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕；增强纤维包含陶瓷纤维、低碳钢纤维、铬钥纤维、电解紫铜纤维；粘结剂包含丁腈橡胶改性的酚醛树脂、硫化锑、锡粉、硫磺；调节剂包含锆英砂、刚玉、无磁氧化铁粉、石油焦碳粉；填充粉体包含石墨、重晶石粉、云母、碳化硅、碳化硼；以该配方的重量为基准，各种原料的配方百分比如下所示:镧系氧化物:氧化镧0.1-5%、氧化铺0.1_5%、氧化镨0.05-2%、氧化钕0.05-2%,增强纤维:陶瓷纤维8-16%、低碳钢纤维18-23%、铬钥纤维5-13%、电解紫铜纤维3_10%，粘结剂:丁腈橡胶改性的酚醛树脂9-15%、硫化锑1-4%、锡粉1-4%、硫磺1-4%，调节剂:锆英砂2-5%、刚玉3-10%、无磁氧化铁粉4-9%，石油焦碳粉5-16%，填充粉体:石墨3-10%、重晶石粉3-8%、z 母1_4%、碳化娃2-8%、碳化砸2-10% ；将按比例称取的原料进行混合，混料时，加入无水乙醇搅拌；首先添加镧系氧化物与粘结剂混合改性，然后再添加除粘结剂以外的其他原料搅拌配制；混料过程在中真空中进行，真空度在-0.1-0.1Mpa ;在0.3MPa-0.6MPa之间进行冷压成型，时长为20-30秒；然后进行热压成型，压力为20MPa-25MPa，温度为150°C-180°C，压制时间为20min ;最终将制得的刹车片进行后序热 处理，热处理温度控制如下:室温至160°C为2小时，160°C保温2小时，1600C-180。。为I小时，180°C保温I小时，180°C-200。。为I小时，200°C保温I小时，200°C-220°C为I小时，220°C保温4小时，220°C至室温，自然冷却。
【文档编号】C08K7/06GK103436222SQ201310352569
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月14日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】李大玉, 谢璐, 陈代军, 钟云汉, 高瑞芳 申请人:包头市大川机械科技有限公司