一种O₄类车用无石棉刹车片及其制备方法

专利名称：一种O₄类车用无石棉刹车片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种O4类汽车(挂车)上使用的刹车片技术领域，更具体地说，是涉 及一种O4类车用的不含石棉的刹车片及其制备方法。
背景技术：
汽车发展的要素主要是在其骑乘操控性、舒适性及速度的稳定性上，而性能良好 的刹车性能是不可缺少的重要一环。刹车性能在其结构确定之后，则主要取决于所所用刹 车片的特性及其与刹车鼓的匹配。要求刹车片在不同温度、负荷和速度下均能够保持足够、 而且稳定的摩擦系数；有良好的耐磨性使其使用寿命长；避免对刹车鼓表面刮痕或过度磨 损；具有足够的机械强度以保证在制造、铆接装配和使用的高负载下其结构不被破坏；此 外，还要求刹车片刹车时不产生噪音、不含石棉及其它污染环境的材料。作为汽车刹车A类关键零部件和易损件的刹车片，其性能的优劣直接涉及车辆运 行的可靠性和安全性。目前市场上O4类车辆使用的刹车片，是以半金属、少金属为主的摩 擦材料，甚至还有为数不少的车辆在使用石棉或少石棉刹车片。这些类型的刹车片存在制 动时存在力矩不稳定、耐磨性差、使用寿命短等问题，也存在对环境的重金属污染，石棉更 是国家明确禁止使用的原材料。

发明内容
本发明目的在于针对以上现有技术中金属、半金属、石棉刹车片存在的生产过程 不环保、刹车片制动时力矩不稳定、耐磨性差、使用寿命短问题，提供一种安全环保、制动性 能优良、使用寿命长的O4类车辆使用的无石棉刹车片。本发明的另一目的是提供上述的无石棉刹车片的制备方法。本发明是这样实现的一种O4类车用无石棉刹车片，其特征在于，所述刹车片按重 量百分比计包括以下成分酚醛树脂类粘合剂14-20% ；无机增强材料10-28% ；有机增强材料；无机类 摩擦调节剂5-30% ；有机类摩擦调节剂2-20% ；填料10-28%。作为优选，所述酚醛树脂类粘合剂是热塑性纯酚醛树脂或腰果壳液改性树脂或丁 腈橡胶改性树脂。作为优选，所述无机类增强材料是以无碱E-玻璃纤维作为主增强材料、以复合矿 物纤维或针状硅灰石晶体作为辅助增强材料的组合增强材料。作为再优选，所述无碱E-玻璃纤维、复合矿物纤维、针状硅灰石晶体的重量比为 1 1 1.5。 作为优选，所述有机增强材料选自芳纶纤维或者浆粕与纸浆纤维。作为优选，所述有机增强材料选自丙烯腈纤维或者是浆粕与纸浆纤维的组合。作为优选，所述无机类摩擦调节剂选自铬铁矿粉或钾长石粉或重晶石粉或石墨。作为优选，所述有机类摩擦调节剂选自腰果壳液摩擦粉或石油焦炭或粉末丁腈。
作为优选，所述填料包括生产所述刹车片的磨削粉尘或废次品粉碎颗粒。为达到本发明的另一目的，本发明提供了上述O4类车用无石棉刹车片的制备方 法，包括以下步骤①配料，按照配方所述重量配比称量各原材料组分；②混料，将完成称量的原材料组分投入混料机进行混料；③预成型，包括装袋长条形预成型或压制长条形预成型两种方式；④热成型，将完成预成型的长条放入热成型模具进行热成型；⑤热处理，将热成型后的长条形瓦片趁热装入隧道式烘箱的料框内送入烘箱进行 热处理，热处理时间不低于5小时；⑥将制得的产品进行表面处理和机械加工，得到O4类车用无石棉刹车片。本发明具有制动灵敏，制动过程舒适无噪音，不损伤制动鼓，使用寿命长的优点， 该技术的产品制造成本低于金属或半金属产品的制造成本；其制造技术简单可靠，是一种 性价比较高的摩擦材料配方及制备方法。
具体实施例方式
以下以PL355-3A配方及制备方法为例对本发明作进一步说明。 本发明的O4类车用无石棉刹车片的配方由以下组分组成
组分名称 纸纤维 丙烯腈纤维 矿物复合纤维 腰果壳液改性酚醛树脂 针状硅灰石晶体 E-玻璃纤维 无机调节剂 腰果壳液摩擦粉 石油焦炭 粉末丁腈 填料
重量百分比wt. % 1-3
0-2.5
4-8 15-20 6-12
5-10 10-28
4-8
5-10
1-4填料10-28这个配方体系充分考虑了 O4类车用刹车片的实际工况条件，目的是在满足刹车力 矩要求，刹车舒适平稳和不产生噪音的前提下，重点解决实际使用中的耐磨性问题，延长其 产品的使用寿命；同时也充分兼顾了摩擦材料对刹车鼓损伤要小的要求。该配方是一个较 为复杂的多组分配合体系，体系中的各个组分均有严格的质量技术规范要求。这种不含石 棉和金属的多组分的有机匹配，使得其产品具有弹性及柔性作用，起到缓冲、减震、耐磨、降 噪音和不损伤刹车鼓的作用，克服了金属、半金属摩擦材料的在这些方面的缺陷，能够更好 地满足O4类车的使用要求。上述的O4类车用无石棉刹车片的制备方法包括以下步骤①配料按照配方所述重量配比称量各原材料组分，重量小于IOkg的原材料用 10kg/lg电子秤，各组分的称量精度为士50g ；
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②混料将完成称量的原材料组分按照配方所列，依次投入高速或者犁爬式混料 机中，对于高速混料机，其混合时间4-5分钟；对于犁爬式混料机，其犁刀、搅刀同时开启， 混合时间10-12分钟；③预成型可以采取两种预成型方式a、装袋长条形预成型按照刹车片型号的倍数计算投料量，秤取已经完成混合的 物料，装入合适长度和宽度的塑料袋，将装袋物料放置于3-5mm厚的衬板上，然后放入比刹 车片厚度高1. 2-1. 5倍、略短于热成型模具长度的简单模框中，进行扎孔排气和用辊轮推 平并压实，去掉模框完成预成型；b、压制长条形预成型启动压机打开长瓦片型预成型模具，按照刹车片型号的倍 数计算投料量，并秤取等量的混合料投入预成型模具中，该预成型模具的长度和宽度略小 于长瓦片热成型模具；在室温状态下对预成型物料加压8-15Mpa，保压0. 5-1分钟，然后从 预成型模具中取出瓦片完成预成型；④热成型将完成预成型的瓦片放入压制温度为147士5°C的模具中进行热成型， 制品受压的压力为18_20Mpa，排气3_6次，保压时间按照刹车片的厚度确定，最少不低于30 禾少/mm ；⑤热处理采用8-12m长隧道式热处理烘箱，从入口至出口的烘箱温度设定，依次 为155°C、160°C、165°C、165°C，设定和保持烘箱的开门时间与压机的出模时间相一致，将热 成型后的瓦片趁热装入隧道式烘箱的料框内送入烘箱进行热处理，瓦片在隧道式烘箱的热 处理时间不低于5小时，然后从烘箱取出冷却至室温；⑥将按照上述制造技术制得的瓦片，首先进行去毛刺和切割，再根据刹车片产品 的尺寸要求，进行磨削内弧、外弧和钻孔，以及倒角、磨削最低磨损指示线槽和打印标记，加 工成O4类车用无石棉刹车片。对上述O4类车用无石棉刹车片(PL355-3A)按照国家强制性标准GB5763-2008进 行性能试验，其测试结果见表1。表1 :04类车用无石棉刹车片定速试验结果
摩 擦 系 数标准要求的摩擦盘温度 0C100150200250300指定摩擦系数0. 36升温0. 310. 3380. 3550. 3410. 331降温0. 3160. 3460. 3570. 34标准允护F偏差士 0. 08士 0. 10士 0. 10士 0. 10士 0. 12实际偏差升温-0. 05-0.022-0.005-0. 019-0.029降温-0. 044-0. 014-0.003-0. 02际准规定体积磨损率 10"7cm3/N.m彡0. 5彡0. 7彡1. 0彡1. 5彡2. 0实际试验结果10_7cm3/N.m0. 0190. 0130. 0790. 0850. 114重量磨损(标准未规定)g0. 0290. 0320. 0520. 0910. 127试验观察结果试验过程正常，试验后表面光亮均一，无裂 纹
由试验结果可以看到，在标准规定的温度范围内，该刹车片摩擦系数平稳，测试结 果与指定摩擦系数的实际偏差很小；其体积磨损率远远小于标准的限定值，增加测试项目， 对重量磨损进行考察，其测试结果也非常小，显示出该产品优越的耐磨性。对本发明的O4类车用无石棉刹车片(PL355-3A)测试其冲击强度，试验结果显示， 本发明的O4类车用无石棉刹车片冲击强度均在4. 5dJ/cm2以上，高于GB5763-2008标准中 冲击强度大于3. OdJ/cm2的规定，完全可以满足产品在铆接和实际使用中对强度的要求； 其测试的硬度HRM70-90，密度在1.85-1.90的合适范围，使得其产品具有气孔率高，透气性 好的特点，有利于摩擦热的转移，减少摩擦界面的热量积累，从而提高材料的耐磨性和抗衰 性。用本发明制造FMSI标准规定的4515和4551产品，在JF123制动器惯性台架试验 上按照FMVSS121D(SAE J2115)标准进行制动性能测试，其试验条件为载荷分别为20000 及23000磅，制动气室T30，轮胎滚动半径528mm，制动鼓直径420mm，实际试验惯量分别为 J1 = 1261. 64kg. m2和J2 = 1456. 64kg. m2，自动调整臂分别为5. 5"和6〃，其测试结果见表 2。表2试验结果表明，依照本发明制造的刹车片其性能达到美国FMVSS121标准要 求，制动力矩足以保证实际使用中的刹车需要。表2. FMVSS121标准要求及产品性能测试结果
管路压力 MPa0. 1380. 2070. 2760. 3450. 4140. 4830. 552热衰退 α =2. 74m/ses2恢复 α =3. 66m/'ses2制动强度 要求0. 050. 120. 180.250. 310. 370.41P^O. 689MPa0. 137 ξΡ ξ 0. 586MPa4515刹车片，J1=1261.64kg.m2要求力矩 N.m1170280842125851725586599595要求热衰退、恢复时管路压力不 超出规定值PL355-3A 5.5"实 测25833844515164697774897910140衰退PmaxO. 562; 恢复 PmaxO. 482计算强度0.丄丄0. 1640. 220. 2760. 3320. 3840. 433完全符合标准要求4551 刹车片，J2=1456.64kg.m2要求力矩 N.m13513243486467568376999811080PL355-3A 6"实测307745596033746990131035611770衰退和恢复压力满足要求计算强度0. 1140. 1690. 2230. 2760. 3340. 3830. 436完全符合标准要求 用本发明制造FMSI标准规定的4707产品，在JF123制动器惯性台架试验上按照 SAEJ2115标准，与市场上用户反映较好的半金属和少金属4707产品进行磨损性能对比测 试，其试验条件为载荷为20000磅，制动气室T30，轮胎滚动半径528mm，制动鼓直径420mm， 实际试验惯量1261. 64kg. m2, 5. 5"自动调整臂，其测试结果见表3。
从表3中的对比测试数据可以看到，使用本发明的刹车片，其磨损性能优于对比 产品，对刹车鼓的磨损也明显小于对比产品。按照本发明技术每天生产5万件以上的产品装配于半挂车车轴，用户普遍反映刹 车灵活，耐磨性很好，在正常工作的状态下能够使用5-10万公里，有些半挂车已经使用了 20多万公里没有更换刹车片，刹车鼓的更换次数也明显减少。表3.按照SAE J2115标准测试的产品磨损结果
蹄S +磨 S损 ^领测试产品温度V磨合121177232288343磨损总计PL355-3A 4707重量g2722434598188423. 00厚度mm0. 2570. 1540. 1360. 260. 3020. 9582. 07半金属重量g17. 225. 847. 272. 6134. 2227. 6524. 604707厚度mm0. 0250. 2540. 3050. 2790. 8381. 3723. 073少金属 4707重量g21. 532. 258100. 5183. 6344. 7740. 50厚度mm0. 0760. 2030. 3560. 5081. 3462. 7435. 232制 动 鼓 损PL355-3A 4707重量g7182111161790厚度mm0. 0290. 0090. 0370. 0360. 0200. 0250. 156半金属 4707重量g总称量245厚度mm0. 0360. 0430. 0660. 0380. 0690. 0130. 264少金属 4707重量g总称量215厚度mm0. 0430. 0380. 0080. 0380. 0380. 0560. 221具体实施例2本发明的O4类车用无石棉刹车片的另一配方由以下组分组成纸纤维1-3%;芳纶浆粕0-5%矿物复合纤维4-10 ；纯酚醛树脂5-20%;腰果壳液改性酚醛树脂7-20% ；针状硅灰石晶体6-15% ；E-玻璃纤维 4-10%;无机类调节剂5-30 ；摩擦粉3-8%;焦炭5-12%;粉末丁腈1-4% ；±S|4 5-28%本配方的制备方法与实施例1相同，以本配方制备的刹车片，性能优良，摩擦系数 平稳，产品具有优越的耐磨性。在此不作一一赘述。
权利要求
一种O4类车用无石棉刹车片，其特征在于，所述刹车片按重量百分比计包括以下成分酚醛树脂类粘合剂14 20％；无机增强材料10 28％；有机增强材料1 5％；无机类摩擦调节剂5 30％；有机类摩擦调节剂2 20％；填料10 28％。
2.根据权利要求1所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述酚醛树脂类粘合剂 是热塑性纯酚醛树脂或腰果壳液改性树脂或丁腈橡胶改性树脂。
3.根据权利要求1的所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述无机类增强材料 是以无碱E-玻璃纤维作为主增强材料、以复合矿物纤维或针状硅灰石晶体作为辅助增强 材料的组合增强材料。
4.根据权利要求3所述O4类车用无石棉刹车片的制备方法，其特征在于所述无碱 E-玻璃纤维、复合矿物纤维、针状硅灰石晶体的重量比为1 1 1.5。
5.根据权利要求1的所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述有机增强材料选 自芳纶纤维或者浆粕与纸浆纤维。
6.根据权利要求1的所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述有机增强材料选 自丙烯腈纤维或者是浆粕与纸浆纤维的组合。
7.根据权利要求1的所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述无机类摩擦调节 剂选自铬铁矿粉或钾长石粉或重晶石粉或石墨。
8.根据权利要求1所述O4类车用无石棉刹车片的制备方法，其特征在于所述有机类 摩擦调节剂选自腰果壳液摩擦粉或石油焦炭或粉末丁腈。
9.根据权利要求1所述O4类车用无石棉刹车片，其特征在于所述填料包括生产所述 刹车片的磨削粉尘或废次品粉碎颗粒。
10.根据权利要求1所述O4类车用无石棉刹车片的制备方法，其特征在于包括以下步骤①配料，按照配方所述重量配比称量各原材料组分；②混料，将完成称量的原材料组分投入混料机进行混料；③预成型，包括装袋长条形预成型或压制长条形预成型两种方式；④热成型，将完成预成型的长条放入热成型模具进行热成型；⑤热处理，将热成型后的长条形瓦片趁热装入隧道式烘箱的料框内送入烘箱进行热处 理，热处理时间不低于5小时；⑥将制得的产品进行表面处理和机械加工，得到O4类车用无石棉刹车片。
全文摘要
本发明公开了一种O4类车用无石棉刹车片及其制备方法，所述刹车片按重量百分比计包括以下成分酚醛树脂类粘合剂14-20％；无机增强材料10-28％；有机增强材料1-5％；无机类摩擦调节剂5-30％；有机类摩擦调节剂2-20％；填料10-28％。本发明的O4类车用无石棉刹车片，具有制动灵敏，制动过程舒适无噪音，不损伤制动鼓，使用寿命长的优点，该技术的产品制造成本低于金属或半金属产品的制造成本；其制造技术简单可靠，是一种性价比较高的摩擦材料配方。
文档编号F16D69/02GK101943235SQ201010276970
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者吴志强, 张清海, 马勇 申请人:广东富华重工制造有限公司