一种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法。该制备方法先将基体粉末材料和成型剂混合均匀，倒入模具压制成多根细长杆状，将各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升，得到铜基粉末冶金摩擦材料；剪切、粉碎，过筛；以质量百分比计，将丁腈橡胶改性酚醛树脂10‐20％、铜基粉末冶金摩擦材料20‐40％、钢纤维15‐30％、磨料5?15％、润滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均匀；热压成型，冷却，出炉。本发明通过钢纤维所提供的增强作用，结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，得到的材料同时具有耐高温、低磨耗、柔性好和硬度低的特性。
【专利说明】
一种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种树脂基铜基粉末冶金复合摩擦材料，特别是涉及以钢纤维为增强 纤维的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 复合摩擦材料是将不同物化特性的材料与强度低、韧性好的高分子聚合物基体组 成的。由于高分子材料通常不能承受高的应力和高的温度，为了提高高分子材料的屈服强 度，提高其高温稳定性，都采用网状结构的热固性树脂，一般为各种改性高温酚醛树脂。同 时，为了达到理想的制动效果和综合机械性能，还需加入各种增强纤维，润滑材料，磨料以 及填料，而其中的高聚物基体材料几乎只是作为传递或分散载荷的媒介。因此，复合摩擦材 料的强度主要取决于包括纤维在内的其它组份与基体界面的粘结强度。目前，在各类摩擦 制动器中，复合摩?祭材料使用的比例尚达90 %以上。但在飞机和尚速铁路等尚速重载的制 动条件下，摩擦高温造成复合摩擦材料中的高分子聚合物分解氧化，丧失稳定的摩擦制动 性能。因此常采用粉末冶金摩擦材料。
[0003] 铜基粉末冶金摩擦材料它是以Cu粉末为基体，加入适当减磨剂和增磨剂，均匀混 合后压制成型或加压烧结而成的；它是一种优良的制动摩擦材料，特别对于重载高速的制 动场合，其优良的散热性和耐热性，可以保证其完成较为苛刻的制动功能。但是由于铜基粉 末冶金摩擦材料较强的刚度和硬度，易造成汽车制动盘或鼓的划伤以及过度磨损。因此铜 基粉末冶金摩擦材料也很少在汽车制动器上使用。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于克服现有技术存在的问题，通过钢纤维所提供的增强作用，结合 铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特 点，提供一种同时具有耐高温、低磨耗、柔性好、硬度低的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦 材料及其制备方法;该材料用于制备汽车刹车配件，具有良好刹车性能基础上，有效避免汽 车制动盘或鼓的划伤和过度磨损。
[0005] 本发明目的通过如下技术方案实现：
[0006] -种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007] 铜基粉末冶金摩擦材料的制备:将基体材料和成型剂混合均匀，倒入模具压制成 多根细长杆，将各细长杆压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升 900-110(TC，保温2_5h，冷却至室温，得到铜基粉末冶金摩擦材料；
[0008] 以质量百分比计，所述基体材料的原料配比组成为：铜粉基组分55-70%，摩擦组 分15-20%，润滑组分10-20%;以质量百分比计，所述铜基粉组分由主体金属和辅助金属组 成，所述主体金属为铜;所述辅助金属为铁、锡和镍中的一种或多种;所述摩擦组分为石英 石、三氧化二铝和碳化硅中的一种或多种；润滑组分为石墨、1〇32丄 &?2、132、81?13和扮中的 两种以上；
[0009] 2)剪切、粉碎和筛选:将步骤1)所得铜基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，过筛；
[0010] 3)混料：以质量百分比计，将丁腈橡胶改性酚醛树脂10-20%、铜基粉末冶金摩擦 材料20-40%、钢纤维15-30%、磨料5-15%、润滑材料10-20%和填料5-20%共混均匀；
[0011] 4)复合摩擦材料的制备：将步骤3)所得混合粉料放入模具内，热压成型，卸压出 模；
[0012] 5)后处理:在150°C-180°C保温8-36h，7令却至室温，出炉；
[0013] 6)机械加工成车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料。
[0014] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述倒入模具压制成多根细长杆是将基体粉 末材料和成型剂倒入模具以200_500MPa压力，压制成直径为2-4mm，长度为200-300mm的细 长杆状。
[0015] 优选地，所述成型剂为煤油；所述成型剂用量为粉末冶金材料原料质量的0.1-0.5%〇
[0016] 优选地，所述热压成型是在150°C，5-20MPa压力条件下进行，保压5-15分钟。
[0017] 优选地，所述步骤1)和5)的冷却至室温为随炉冷却至室温。
[0018] 优选地，所述磨料为氧化铝、氧化硅、硫酸锆、氟化钙、碳化硅、氧化铁和铸石粉的 一种或多种。
[0019] 优选地，所述润滑材料为石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、硫化锑、氧化镁、 铅、铋、锑、焦碳和滑石粉的一种或多种。
[0020] 优选地，所述填料为高岭土、长石粉、硫酸钡、碳酸钙、轮胎粉和硅灰石粉的一种或 多种。
[0021] 优选地，所述过筛为采用5-10目的筛网筛选。所述机械加工成车用铜基粉末冶金 复合摩擦材料后还包括喷漆;通过喷漆，本发明得到性能，形状，颜色不同的车用树脂基粉 末冶金钢纤维摩擦材料。
[0022] -种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料，由上述制备方法制得。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0024] (1)本发明采用了高分子聚合物作为材料的基体，所得车用树脂基粉末冶金钢纤 维摩擦材料的表面硬度较低，弹性模量适中。
[0025] (2)本发明车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料保留了铜基粉末冶金摩擦材料稳 定的摩擦系数和良好的抗磨损特性。
[0026] (3)本发明通过钢纤维所提供的增强作用，结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低 磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，得到的车用树脂基粉末冶金钢 纤维摩擦材料同时具有耐高温、低磨耗、柔性好、硬度低的特性。
【具体实施方式】
[0027] 为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，发明人对本发明 已经经过多年的研究和试验，有许多成功的实施例，下面列举部分具体实施例，但本发明要 求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0028] 实施例1
[0029]短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备:材料基本配方：以质量百分比计，基体材料配 方为铜55%，铁5%，锡3%，石英石粉10%，三氧化二铝15%，二硫化鉬2% ;石墨粉10% ;成 型剂为煤油，以该混合物的总重为基准，成型剂的加入量为混合物重量的0.2%。将以上的 材料均匀混合，倒入模具以500MPa压力，压制成直径Φ 2mm X长200mm细长杆状，将各细长杆 状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气的条件下温升l〇〇〇°C，保温4h，随炉冷却至室 温。
[0030] 在干燥的条件下，放置24小时以上;然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛 选。
[0031] 复合摩擦材料的制备:材料基本配方（以质量百分数计）：腰果油改性酚醛树脂(圣 泉PF6291A)20% ;铜基粉末冶金摩擦材料20% ;钢纤维（Φ 0.02-0.06，长度2-6mm)30% ;石 英石粉10 % ;片状石墨10 % ;硫酸钡10 %。
[0032 ] 将以上各材料在混料机中混合均匀。
[0033]然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在150°C ;压力15MPa条件下;热压保温时间8分 钟。
[0034] 后处理。根据后处理温度，一般在150-160°C;保温时间：24h;机械加工成树脂基铜 基粉末冶金钢纤维摩擦材料，喷漆。
[0035]本实施例所得材料的检测结果见后附表1。
[0036] 实施例2
[0037] 短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备:材料基本配方（以质量百分数计）：铜65%，石 英石粉5%，三氧化二铝10%，二硫化鉬3% ;氟化钙7%，石墨粉10% ;成型剂为煤油，以所述 混合物的总重为基准，所述成型剂的含量为0.4%总重量。将以上的材料均匀混合，倒入模 具以400MPa压力，压制成直径Φ 2mmX长300mm细长杆状，将各细长杆状压还，分隔开，装入 烧结炉中，在通入氮气的条件下温升900°C，保温5h，随炉冷却至室温。
[0038] 在干燥的条件下，放置24小时以上;然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛 选。
[0039] 复合摩擦材料的制备:材料基本配方（以质量百分数计)腰果壳改性酚醛树脂(圣 泉PF6291A) 15 % ;铜基粉末冶金摩擦材料30 % ;钢纤维25 % ;三氧化二铝10 % ;片状石墨 5 % ;硫酸钡10 % ;碳酸钙5 %。
[0040] 将以上各材料在混料机中混合均匀。
[0041] 然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在150°C ;压力8MPa条件下;热压保温时间15分 钟。
[0042] 后处理。根据后处理温度，一般在160°C以上;保温时间：36h;机械加工，喷漆。
[0043]本实施例所得材料的检测结果见后附表1。
[0044] 实施例3
[0045]短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备:材料基本配方（以质量百分数计）：铜70%，三 氧化二铝15%，石墨粉15 %;
[0046]成型剂为煤油，以所述混合物的总重为基准，所述成型剂的含量为0.4%总重量。 将以上的材料均匀混合，倒入模具以500MPa压力，压制成直径Φ 3mm X长300mm细长杆状，将 各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气的条件下温升ll〇〇°C，保温2h，随炉冷 却至室温。
[0047] 在干燥的条件下，放置24小时以上;然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛 选。
[0048] 复合摩擦材料的制备：材料基本配方（以质量百分数计）：腰果油改性酚醛树脂 15 % (圣泉PF6291A);铜基粉末冶金摩擦材料20 % ;钢纤维15 % ;碳化硅10 % ;片状石墨 15 %，碳酸钙10 % ;硫酸钡15 %。
[0049] 将以上各材料在混料机中混合均匀。
[0050] 然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在150°C ;压力20MPa条件下；热压保温时间15 分钟。
[0051 ] 后处理。根据后处理温度，在160°C ;保温时间：32h;机械加工，喷漆。
[0052]本实施例所得材料的检测结果见表1。
[0053] 表1摩擦材料的摩擦磨损测试结果(根据国家标准(GB5763 -1998))
[0054]
[0055]以上试验数据采用D-MS型定速摩擦材料试验机，根据国家标准GB5763-2008进行 测量，试验用普通摩擦材料由东莞市奥利德耐磨材料有限公司提供。
[0056] 通过以上的试验测试结果表明：实施例1，2,3材料的摩擦系数都比普通车用复合 摩擦材料略有下降，l〇〇°C至350 °C热衰退系数分别为7.8%，4.6%，5.8%，而普通复合摩擦 材料的热衰退系数为14.5%，表明树脂基铜基粉末冶金钢纤维摩擦材料高温稳定性明显提 升。在磨损量方面，树脂基铜基粉末冶金钢纤维复合摩擦材料，其磨损量比普通的复合摩擦 材料减少了很多，特别是在较高温度条件下，250°C以上时，树脂基铜基粉末冶金钢纤维复 合摩擦材料磨损量比普通摩擦材料的磨损量减少了一半以上。提高了车用制动片的使用寿 命。主要原因：
[0057] 1.树脂基铜基粉末冶金钢纤维摩擦材料继承了铜基粉末冶金摩擦材料具有优良 的散热性和耐热性，具有较好的高温耐磨特性。
[0058] 2.树脂基铜基粉末冶金钢纤维摩擦材料继承了树脂基高分子材料表面柔性好，硬 度低的特点。对对偶材料的磨损也没有明显的增加。
[0059] 3.通过调整树脂基铜基粉末冶金钢纤维摩擦材料的组分可以较容易的控制材料 的耐磨特性。
[0060] 本发明车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料用于制备汽车刹车配件，由于摩擦表 面粗糙度增加、材料的气孔系数增加，具有良好刹车性能基础上，该材料特别适用于大中型 车辆以及城市轨道交通车辆的制动器摩擦材料，具有非常广泛的应用前景。
【主权项】
1. 一种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 铜基粉末冶金摩擦材料的制备:将基体材料和成型剂混合均勾，倒入模具压制成多 根细长杆，将各细长杆压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升900-1100°C，保温2-5h，冷却至室温，得到铜基粉末冶金摩擦材料； 以质量百分比计，所述基体材料的原料配比组成为:铜粉基组分55-70%，摩擦组分15-25%，润滑组分10-20%;以质量百分比计，所述铜基粉组分由主体金属和辅助金属组成，所 述主体金属为铜;所述辅助金属为铁、锡和镍中的一种或多种;所述摩擦组分为石英石、三 氧化二铝和碳化硅中的一种或多种；润滑组分为石墨、1〇3 2、0&?2、132、81?13和別中的两种 以上； 2) 剪切、粉碎和筛选:将步骤1)所得铜基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，过筛； 3) 混料：以质量百分比计，将丁腈橡胶改性酚醛树脂10-20%、铜基粉末冶金摩擦材料 20-40%、钢纤维15-30%、磨料5-15%、润滑材料10-20%和填料5-20%共混均匀； 4) 复合摩擦材料的制备:将步骤3)所得混合粉料放入模具内，热压成型，卸压出模； 5) 后处理:在150°C_180°C保温8-36h，冷却至室温，出炉； 6) 机械加工成车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料。2. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述倒入模具压制成多根细长杆是将基体粉末材料和成型剂倒入模具以200_500MPa压 力，压制成直径为2-4mm，长度为200-300mm的细长杆状。3. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述成型剂为煤油;所述成型剂用量为粉末冶金材料原料质量的0.1 -0.5%。4. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述热压成型是在150°C，5-20MPa压力条件下进行，保压5-15分钟。5. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述步骤1)和5)的冷却至室温为随炉冷却至室温。6. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述磨料为氧化铝、氧化硅、硫酸锆、氟化钙、碳化硅、氧化铁和铸石粉的一种或多种。7. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述润滑材料为石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、硫化锑、氧化镁、铅、铋、锑、焦碳 和滑石粉的一种或多种。8. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述填料为高岭土、长石粉、硫酸钡、碳酸钙、轮胎粉和硅灰石粉的一种或多种。9. 根据权利要求1所述的车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料的制备方法，其特征在 于，所述机械加工成车用铜基粉末冶金复合摩擦材料后还包括喷漆;所述过筛为采用5-10 目的筛网筛选。10. -种车用树脂基粉末冶金钢纤维摩擦材料，其特征在于，其由权利要求1 - 9任一项 所述制备方法制得。
【文档编号】C08K3/22GK106084645SQ201610383676
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610383676.2, CN 106084645 A, CN 106084645A, CN 201610383676, CN-A-106084645, CN106084645 A, CN106084645A, CN201610383676, CN201610383676.2
【发明人】陈东
【申请人】华南理工大学