本发明属于制动材料技术领域，涉及一种摩擦材料、由其制成的刹车片及制造该刹车片的方法，更具体地，涉及一种铝合金制动盘用摩擦材料、由其制成的高速列车刹车片及制造该刹车片的方法。
背景技术：
高速列车是指最高行驶速度达到或超过200km/h的铁路列车，也就是现在所说的“高铁”，为保证列车的安全稳定运行，其必需具备性能优异的制动装置。目前，高速列车的基础制动装置一般采用盘式制动且制动盘大多为钢铁材料。然而，在减轻列车自重、提高列车行驶速度已迫在眉睫的形势下，钢铁制动盘已无法满足列车的制动要求，主要表现在以下两方面：一是制动盘寿命大大下降，传统的钢铁材料制动盘由于导热性能较差，随着列车速度的提高，制动盘的热量集聚及变形的不均性加剧，制动盘摩擦面上形成热斑，并在多次制动后，摩擦面形成热疲劳裂纹而使制动失效；二是钢铁材料的密度较大，极大地限制了列车速度的提高。
铝合金作为新一代高速列车用制动盘材料，不仅具有轻质的优点，且传热系数大、热容量高、弹性模量和线膨胀系数较小，能降低制动盘热损伤发生的机率，基本实现无裂纹和少热斑甚至无热斑。因此，铝合金制动盘的推广应用对轨道交通轻量化具有非常重要的意义。众所周知，制动装置是通过刹车片中摩擦材料与固定在与车轮旋转的制动盘间的机械摩擦产生制动力来实现车辆的减速，因此，为实现更佳的制动性能，有必要研究高性能的摩擦材料以开发与铝合金制动盘相配套的刹车片。中国专利文献cn105670564a公开了一种无铜摩擦材料，以重量份计，其原料包括：钢纤维30～40份、改性酚醛树脂5～15份、丁腈橡胶5～10份、丁苯橡胶10～15份、石墨10～15份、二硫化钼3～4份、冰晶石5～10份、硫酸钡5～8份、芳纶1～5份、重质碳酸钙1～5份、重质氧化酶1～5份、白刚玉1～3份、碳化硅3～4份，但该原料配方中金属含量较高，使得摩擦材料的密度及硬度较大，易造成明显的噪音；此外，由于材料密度大，还会给车辆带来过多的负重，造成大量的能源消耗，由此制得的刹车片也不能很好地匹配铝合金制动盘。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的高速列车刹车片中摩擦材料密度及硬度较大的问题，从而提供一种密度小、硬度低、冲击强度大且摩擦性能稳定的摩擦材料；同时，本发明还提供了由所述摩擦材料制成的刹车片及制造所述刹车片的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维1.5～7.5份、芳纶纤维1.5～6份、改性酚醛树脂1.5～6份、酚醛树脂1.5～6份、丁腈橡胶6～15份、丁苯橡胶8～15份、石墨16～30份、氧化钼0.5～6份、重质氧化镁1.5～6份、重晶石粉1.5～6份、氢氧化钙12～24份、炭黑0.5～2.5份、蛭石4～12份。
进一步地，按重量份数计，其原料包括如下组分：
钢纤维3～6份、芳纶纤维3～5份、改性酚醛树脂2～5份、酚醛树脂2～5份、丁腈橡胶8～12份、丁苯橡胶10～12份、石墨20～25份、氧化钼1～5份、重质氧化镁2～5份、重晶石粉2～5份、氢氧化钙15～20份、炭黑1～2份、蛭石5～10份。
进一步地，按重量份数计，其原料包括如下组分：
钢纤维5份、芳纶纤维4份、丁腈橡胶改性酚醛树脂4份、酚醛树脂3份、丁腈橡胶10份、丁苯橡胶11份、石墨22份、氧化钼3份、重质氧化镁3份、重晶石粉4份、氢氧化钙18份、炭黑1.5份、蛭石7.5份。
进一步地，所述改性酚醛树脂为丁腈橡胶改性酚醛树脂或腰果壳油改性酚醛树脂。
进一步地，所述钢纤维的长径比为57.4～86.2；所述芳纶纤维的长径比为40～70。
本发明还提供了一种刹车片，其由上述摩擦材料制成。
本发明还提供了一种制造上述刹车片的方法，包括如下步骤：
将原料各组分按比例混合形成混合料；
对所述混合料进行压制，得到刹车片毛坯；
对所述毛坯加热固化，即得所述刹车片。
进一步地，所述压制的压力为4～6mpa，时间为30～90s。
进一步地，所述固化的温度为180～240℃，时间为32～40h。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的摩擦材料，通过各原料组分的合理选择及配比，特别是控制原料中金属的含量，使材料的密度及硬度降低，在满足制动要求的基础上，减轻了车辆重量，符合轨道交通轻量化的要求；本发明的摩擦材料原料各成分相互配合，使得到的刹车片具有比重小、硬度低、无锈蚀、弹性模量高、摩擦性能稳定、不伤对偶盘等优点，其与铝合金制动盘完美配合，保障高速列车的安全、平稳运行。
2.本发明提供的摩擦材料，所述摩擦材料含多种特定长径比的纤维，协同增强了摩擦材料的强度；使用芳纶纤维，其具有很好的热稳定性，不含石棉，对人体健康无伤害，是一种环保型产品；使用丁腈橡胶对酚醛树脂粘合剂进行改性，提高了材料的抗冲击性；使用石墨作为润滑组元，与其它成分相互作用，在摩擦材料的表面形成界面膜，可有效降低摩擦系数，增加制动的平稳性，同时，降低刹车片的磨损，保护对偶材料，延长使用寿命；使用质地松软的蛭石作为填料，其具有中空结构，相对密度轻，吸音性优良等特性，降低了刹车片的密度，并有效降低刹车片的制动噪声及磨损率，改变了刹车片的总体性能，大幅度降低了刹车片的成本；使用氢氧化钙作为摩擦性能调节剂，其和钢纤维配合使用，降低刹车片的磨损，保护对偶材料，同时，还能避免钢纤维单独使用时的锈蚀现象。
3.本发明提供的刹车片，具有比重小，硬度低，不伤对偶盘，摩擦系数稳定，不易腐蚀生锈等优点，其与铝合金制动盘相互匹配，为高速列车提供行车安全保障。
4.本发明提供的制造刹车片的方法，通过采用本发明的摩擦材料作为生产刹车片的原材料，利用材料自身优异的力学性能和热稳定性，降低压制时的压力，同时缩短压制的时间，有利于刹车片的大规模工业化生产；高温固化，更有利于原材料各组分的扩散，促进了固化过程的进行，并进一步提高了刹车片的强度。本发明通过一次模压成型即可得到所述刹车片，生产效率高，成品率高，产品质量稳定，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下实施例中，所述酚醛树脂及改性酚醛树脂购自南通住友电木有限公司；所述丁腈橡胶购自中国石油化工股份有限公司；所述丁苯橡胶购自中国石油化工股份有限公司。
实施例1
本实施例1提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维50g、芳纶纤维40g、丁腈橡胶改性酚醛树脂40g、酚醛树脂30g、丁腈橡胶100g、丁苯橡胶110g、石墨220g、氧化钼30g、重质氧化镁30g、重晶石粉40g、氢氧化钙180g、炭黑15g、蛭石75g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中，于5mpa下压制60s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯加热至210℃下固化36h，制得刹车片a。
实施例2
本实施例2提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维30g、芳纶纤维50g、丁腈橡胶改性酚醛树脂20g、酚醛树脂50g、丁腈橡胶80g、丁苯橡胶120g、石墨200g、氧化钼50g、重质氧化镁20g、重晶石粉50g、氢氧化钙150g、炭黑20g、蛭石50g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中，于4mpa下压制90s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯加热至180℃下固化40h，制得刹车片b。
实施例3
本实施例3提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维60g、芳纶纤维30g、丁腈橡胶改性酚醛树脂50g、酚醛树脂20g、丁腈橡胶120g、丁苯橡胶100g、石墨250g、氧化钼10g、重质氧化镁50g、重晶石粉20g、氢氧化钙200g、炭黑10g、蛭石100g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中，于6mpa下压制30s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯加热至240℃下固化32h，制得刹车片c。
实施例4
本实施例4提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维15g、芳纶纤维60g、丁腈橡胶改性酚醛树脂15g、酚醛树脂60g、丁腈橡胶60g、丁苯橡胶150g、石墨160g、氧化钼60g、重质氧化镁15g、重晶石粉60g、氢氧化钙120g、炭黑25g、蛭石40g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中，于5mpa下压制30s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯加热至200℃下固化34h，制得刹车片d。
实施例5
本实施例5提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维75g、芳纶纤维15g、丁腈橡胶改性酚醛树脂60g、酚醛树脂15g、丁腈橡胶150g、丁苯橡胶80g、石墨300g、氧化钼5g、重质氧化镁60g、重晶石粉15g、氢氧化钙240g、炭黑5g、蛭石120g。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中，于6mpa下压制45s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯加热至230℃下固化33h，制得刹车片e。
实施例6
本实施例6提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维50g、芳纶纤维40g、腰果壳油改性酚醛树脂40g、酚醛树脂30g、丁腈橡胶100g、丁苯橡胶110g、石墨220g、氧化钼30g、重质氧化镁30g、重晶石粉40g、氢氧化钙180g、炭黑15g、蛭石75g。
采用上述摩擦材料制造刹车片f，其制造方法同本发明的实施例1。
对比例1
本对比例1提供了一种摩擦材料，其原料组成同中国专利文献cn105670564a说明书中的实施例1，并按照该实施例1的方法得到刹车片g。
对比例2
本对比例2提供了一种摩擦材料，其原料组成同中国专利文献cn105670564a说明书中的实施例1，并按照本发明实施例1的方法得到刹车片h。
对比例3
本对比例3提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
钢纤维50g、芳纶纤维40g、改性酚醛树脂70g、丁腈橡胶100g、丁苯橡胶110g、石墨220g、二硫化钼30g、重质氧化镁30g、重晶石粉40g、氢氧化镁180g、炭黑15g、蛭石75g。
采用上述摩擦材料制造刹车片i，其制造方法同本发明的实施例1。
实验例1
分别对本发明实施例1-6及对比例1-3的摩擦材料的物理及力学性能进行测试，结果如下表1所示。
表1各摩擦材料的物理及力学性能
由上表1的数据可以发现，本发明的摩擦材料具有比重小、硬度较低及弹性模量较高等特点。
实验例2
分别对本发明实施例1-6及对比例1-3的摩擦材料的摩擦性能稳定性进行测试，结果如下表2所示。
表2各摩擦材料的摩擦系数
由上表2中的数据可以看出，本发明的摩擦材料在高温条件下仍具有很好的稳定性，摩擦系数在0.36～0.39间波动，变化幅度小。
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。