本发明涉及摩擦衬片领域，具体涉及一种半金属刹车片及其制备方法。
背景技术：
刹车片是汽车的刹车系统中最为关键的安全零件，现有的刹车片一般由钢板和摩擦块构成，其中摩擦块主要由粘结剂、纤维增强材料、摩擦性能调节剂和无机填料等制备而成，刹车时摩擦块被挤压在制动盘或制动鼓上产生摩擦，从而达到车辆减速刹车的目的，由于摩擦作用，摩擦块会逐渐被磨损，目前使用的刹车片主要有半金属刹车片、nao刹车片(无石棉有机高分子刹车片)、陶瓷刹车片。
其中半金属刹车片主要是粗糙的钢丝绒作为加固纤维的混合物，虽然具有较高的强度和导热性，但是也意味着会引起较大的制动盘或制动鼓的表面磨损，同时耐磨性能差，会产生更大的噪音。
中国专利cn201410646316.8公开了一种刹车片，包括钢片和摩擦层，摩擦层设置在钢片上表面，摩擦层与钢片之间设有加强层，钢片顶部设有u形安装口，底部设有用于安装固定的方形豁槽，摩擦层上设有凹槽，摩擦层中部设有减音片，减音片恰好设置在凹槽顶部。但是采用该专利的摩擦层原料制备得到的摩擦材料存在硬度低、结构不稳定等的问题。
中国专利cn201510357868.1公开了一种高耐磨刹车片，包括钢板和置于钢板上的摩擦层，摩擦层中包括复合摩擦材料，复合摩擦材料包括如下重量份数的各组分：陶瓷纤维20-25份，碳纤维10-15份，环氧树脂15-18份，氧化钙6-10份，炭黑4-6份，锆英石1-3份，铜粉3-5份，摩擦粉7-10份。但是采用该专利的摩擦层原料制备得到的摩擦材料存在强度低、散热效果差的问题。
因此，针对上述问题，需要提供一种强度适中、耐磨性能好、噪音小的半金属刹车片。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提供一种半金属刹车片及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种半金属刹车片，包括不锈钢背板和摩擦块，制备摩擦块的原料及其质量百分数为：铁粉44％～56％，金属纤维14％～17％，黄麻纤维2％～6％，亚铬酸亚铁2％～4％，环氧树脂13％～17％，橡胶粉4％～6％，二氧化硅气凝胶0.3％～0.6％，碳化硅1％～3％，纳米二氧化钛1％～3％，相容剂0.5％～1.5％，石墨烯0.2％～0.5％；
其中，黄麻纤维、钢纤维、铜基纤维、铝基纤维和铁粉作为基底材料，使半金属刹车片具有一定的机械性能和摩擦性能；亚铬酸亚铁、碳化硅和纳米二氧化钛作为摩擦相增加了半金属摩擦片的摩擦系数；氟橡胶粉、丁腈橡胶粉、氯丁橡胶粉混合的混合物降低了半金属刹车片刹车过程中的噪音；二氧化硅气凝胶增强了半金属刹车片的隔热性能；石墨烯增加了环氧树脂的韧性、环氧树酯包裹在金属纤维的表面，降低其强度，从而使半金属刹车片的强度满足刹车片需要的强度减少对制动盘或制动鼓的表面磨损；马来酸酐、酰亚胺、丙烯酸甲酯混合的混合物使有机材料和无机材料更好的的相容。
进一步地，金属纤维为：钢纤维、铜基纤维、铝基纤维按质量比4～6:3～5:0～3混合的混合物。
进一步地，橡胶粉为：氟橡胶粉、丁腈橡胶粉、氯丁橡胶粉按质量比5～7:2～4:1～3混合的混合物。
进一步地，二氧化硅气凝胶的比表面积为400m2/g～500m2/g，密度为50kg/m3～60kg/m3。
进一步地，相容剂为：马来酸酐、酰亚胺、丙烯酸甲酯按质量比3～5:2～6:0～3混合的混合物。
进一步地，石墨烯为3～10层苯环结构堆积的碳原子。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述半金属刹车片的制备方法，包括以下步骤：
步骤s1，混料：将摩擦块的原料按其质量百分数配料，并放入高速混料机中，在800r/min～1500r/min的转速下混料，得到混合物料；
步骤s2，热压成型：将步骤s1中得到的混合物料以10ml/s～20ml/s的注射速度注入到成型模具中，在温度为180℃～240℃，压力为18mpa～24mpa的条件下进行热压成型处理3min～8min，得到热压成型半成品；
其中，热压成型处理成型模具中的混合物料，可以使最终制备得到的半金属刹车片微观结构致密，机械性能满足刹车片的性能需要；
步骤s3，烘干：将步骤s2中得到的热压成型半成品放入烘箱中经过烘干处理，得到摩擦块；
步骤s4，将步骤s3得到的摩擦块粘结在不锈钢背板上，在温度为140℃～160℃，压力为20mpa～30mpa的条件下，进行等热压处理，得到半金属刹车片。
进一步地，步骤s1中，混料物料的具体制备过程为：先将所述质量百分数的金属纤维、环氧树脂和石墨烯加入高速混料机中，在800r/min～1500r/min转速下，混料5min～10min，再将所述质量百分数的铁粉、黄麻纤维、亚铬酸亚铁、橡胶粉、二氧化硅气凝胶、碳化硅、纳米二氧化钛和相容剂加入高速混料机，在800r/min～1500r/min的转速下，继续混料30min～50min，得到混合物料；
其中，先将金属纤维、环氧树脂和石墨烯混料的目的是：石墨烯可以增加环氧树脂的韧性、环氧树酯可以包裹在金属纤维的表面，降低其强度，从而使半金属刹车片的强度满足刹车片需要的强度。
进一步地，步骤s3中，烘干的制度为：先在150℃～200℃的温度下烘干1h～2h，然后在200℃～300℃的温度下继续烘干2h～4h；
其中，先在低温下烘干可以使热压成型半成品内部结构缓慢收缩，不会因为收缩过快开裂。
进一步地，步骤s4中，等热压处理的时间为：4min～6min。
本发明的优点是：
1.本发明中半金属刹车片原料的应用可以降低半金属刹车片刹车过程中的噪音，增强半金属刹车片的隔热性能，使半金属刹车片的强度满足刹车片的应用要求，减少对制动盘或制动鼓的表面磨损；其中，黄麻纤维、钢纤维、铜基纤维、铝基纤维和铁粉作为基底材料，使半金属刹车片具有一定的机械性能和摩擦性能；亚铬酸亚铁、碳化硅和纳米二氧化钛作为摩擦相增加了半金属摩擦片的摩擦系数；氟橡胶粉、丁腈橡胶粉、氯丁橡胶粉混合的混合物降低了半金属刹车片刹车过程中的噪音；二氧化硅气凝胶增强了半金属刹车片的隔热性能；石墨烯增加了环氧树脂的韧性、环氧树酯包裹在金属纤维的表面，降低其强度，从而使半金属刹车片的强度满足刹车片需要的强度减少对制动盘或制动鼓的表面磨损；马来酸酐、酰亚胺、丙烯酸甲酯混合的混合物使有机材料和无机材料更好的的相容；
2.本发明中半金属刹车片的制备工艺简单、易于操作，能实现半金属刹车片的微观结构致密、机械性能更好，可以满足半金属刹车片的应用要求；
3.本发明得到的半金属刹车片具有强度适中、耐磨性能好、噪音小的优点。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种半金属刹车片，包括不锈钢背板和摩擦块，制备摩擦块的原料及其质量百分数为：铁粉44％，钢纤维9.14％，铜基纤维6.86％，黄麻纤维6％，亚铬酸亚铁4％，环氧树脂17％，氟橡胶粉3.75％，丁腈橡胶粉1.5％，丁腈橡胶粉0.75％，二氧化硅气凝胶0.5％，碳化硅2％，纳米二氧化钛3％，马来酸酐0.6％，酰亚胺0.4％，石墨烯0.5％。其中，二氧化硅气凝胶的比表面积为400m2/g，密度为60kg/m3；石墨烯为3～10层苯环结构堆积的碳原子。
实施例2
一种半金属刹车片，包括不锈钢背板和摩擦块，制备摩擦块的原料及其质量百分数为：铁粉53％，钢纤维7.29％，铜基纤维6.07％，铝基纤维3.64％，黄麻纤维2％，亚铬酸亚铁3％，环氧树脂15％，氟橡胶粉2.75％，丁腈橡胶粉1.57％，丁腈橡胶粉1.18％，二氧化硅气凝胶0.6％，碳化硅1％，纳米二氧化钛2％，马来酸酐0.18％，酰亚胺0.21％，丙烯酸甲酯0.11％，石墨烯0.4％。其中，二氧化硅气凝胶的比表面积为500m2/g，密度为50kg/m3；石墨烯为3～10层苯环结构堆积的碳原子。
实施例3
一种半金属刹车片，包括不锈钢背板和摩擦块，制备摩擦块的原料及其质量百分数为：铁粉56％，钢纤维7％，铜基纤维5.6％，铝基纤维1.4％，黄麻纤维5％，亚铬酸亚铁2％，环氧树脂13％，氟橡胶粉2.18％，丁腈橡胶粉1.09％，丁腈橡胶粉0.73％，二氧化硅气凝胶0.3％，碳化硅3％，纳米二氧化钛1％，马来酸酐0.6％，酰亚胺0.6％，丙烯酸甲酯0.3％，石墨烯0.2％。其中，二氧化硅气凝胶的比表面积为450m2/g，密度为55kg/m3；石墨烯为3～10层苯环结构堆积的碳原子。
实施例4
一种半金属刹车片的制备方法，包括以下步骤：
步骤s1，混料：先将所述质量百分数的金属纤维、环氧树脂和石墨烯加入高速混料机中，在800r/min转速下，混料5min再将所述质量百分数的铁粉、黄麻纤维、亚铬酸亚铁、橡胶粉、二氧化硅气凝胶、碳化硅、纳米二氧化钛和相容剂加入高速混料机，在800r/min的转速下，继续混料30min，得到混合物料；
步骤s2，热压成型：将步骤s1中得到的混合物料以10ml/s的注射速度注入到成型模具中，在温度为180℃，压力为18mpa的条件下进行热压成型处理3min，得到热压成型半成品；
步骤s3，烘干：将步骤s2中得到的热压成型半成品放入烘箱中，先在150℃的温度下烘干1h，然后在200℃的温度下继续烘干2h，得到摩擦块；
步骤s4，将步骤s3得到的摩擦块粘结在不锈钢背板上，在温度为140℃，压力为20mpa的条件下，进行等热压处理4min，得到半金属刹车片。
实施例5
一种半金属刹车片的制备方法，包括以下步骤：
步骤s1，混料：先将所述质量百分数的金属纤维、环氧树脂和石墨烯加入高速混料机中，在1200r/min转速下，混料8min，再将所述质量百分数的铁粉、黄麻纤维、亚铬酸亚铁、橡胶粉、二氧化硅气凝胶、碳化硅、纳米二氧化钛和相容剂加入高速混料机，在1200r/min的转速下，继续混料40min，得到混合物料；
步骤s2，热压成型：将步骤s1中得到的混合物料以15ml/s的注射速度注入到成型模具中，在温度为200℃，压力为20mpa的条件下进行热压成型处理5min，得到热压成型半成品；
步骤s3，烘干：将步骤s2中得到的热压成型半成品放入烘箱中，先在180℃的温度下烘干1.5h，然后在250℃的温度下继续烘干3h，得到摩擦块；
步骤s4，将步骤s3得到的摩擦块粘结在不锈钢背板上，在温度为150℃，压力为25mpa的条件下，进行等热压处理5min，得到半金属刹车片。
实施例6
一种半金属刹车片的制备方法，包括以下步骤：
步骤s1，混料：先将所述质量百分数的金属纤维、环氧树脂和石墨烯加入高速混料机中，在1500r/min转速下，混料10min，再将所述质量百分数的铁粉、黄麻纤维、亚铬酸亚铁、橡胶粉、二氧化硅气凝胶、碳化硅、纳米二氧化钛和相容剂加入高速混料机，在1500r/min的转速下，继续混料50min，得到混合物料；
步骤s2，热压成型：将步骤s1中得到的混合物料以20ml/s的注射速度注入到成型模具中，在温度为240℃，压力为24mpa的条件下进行热压成型处理8min，得到热压成型半成品；
步骤s3，烘干：将步骤s2中得到的热压成型半成品放入烘箱中，先在200℃的温度下烘干2h，然后在300℃的温度下继续烘干4h，得到摩擦块；
步骤s4，将步骤s3得到的摩擦块粘结在不锈钢背板上，在温度为160℃，压力为30mpa的条件下，进行等热压处理6min，得到半金属刹车片。
实验例1
对实施例1～6制备得到的半金属刹车片进行性能测试，测试数据如表1所示，其中测试摩擦系数的技术要求为：制动初速为120km/h，闸片压力为25kn；测试磨损率的技术要求为：施加载荷为30kn，制动速度为150km/h，摩擦距离为5km。
表1半金属刹车片的性能测试数据
结果：实施例1～6制备得到的半金属刹车片的摩擦系数、抗压强度和硬度均符合国家对刹车片性能的要求，磨损率均低于目前市场刹车片0.9cm2/mj的磨损率，摩擦过程中产生的噪音低于人耳能听到的70分贝。
结论：本申请制备得到的半金属刹车片机械性能适中、耐磨性能好、减噪效果优秀。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。