本发明涉及摩擦材料技术领域，更具体地说，它涉及一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片及其制备方法
背景技术：
摩擦材料是用于车辆和动力机械制动与传动的多元复合材料，其质量好坏直接影响机器的可靠性和操作人员的生命安全。摩擦材料主要包括制动器衬片(俗称刹车片)和离合器面片(俗称离合器片)。刹车片用于制动，离合器片用于传动。
在摩擦材料应用的历史上，以石棉纤维为增强材料的石棉摩擦材料由于其主要原料石棉纤维具有耐热性好、摩擦系数高等系列优点，能满足摩擦材料的使用要求，所以自本世纪70、80年代.经过不断研究改善，石棉摩擦材料基本能满足当时汽车及工程机械的需要。随着科学技术的发展，对交通运输工具和动力机械的速度、负荷和安全性要求越来越高，传统的石棉摩擦材料制品因制动而出现的瞬时高温，使制品表面易产生严重的热衰退，并导致材料的异常磨损，微细的石棉纤维易飞扬在空气中被人吸入肺部，长期间处于这种环境下的人们比较容易患上石棉肺一类的疾病。
现有技术中，申请号为cn93115918.0的中国发明专利申请文件，其公开了一种摩擦片，各组份的重量百分比为：水镁石10-50％、钢纤维5-15％、橡胶粉3-10％、铬铁矿粉3-20％、硅灰石3-20％、蛭石粉3-20％、石墨3-15％、树脂15-30％。
现有的这种摩擦片因为刚性太强，刹车时因为摩托车的车速高，制动摩擦动能大，容易造成制动器开裂，损伤制动器，同时产品中原料基本为粉剂，在加工过程中粉尘还是会对生产环境造成影响。
现有技术中，申请号为cn95113999.1的中国发明专利申请文件，其公开了一种盘式制动器衬片，各组分的重量百分比为：酚醛树脂5～15％、脲醛树脂5～15％、油酸0.5～1.5％、硅酸锆0.5～1.5％、氧化锌4～6％、氟化钠4～6％、石墨粉4～6％、轮胎粉1％、疏酸钡12～18％、硅藻土12～18％、铁矿粉18～22％、铜纤维4～6％、钢纤维4～6％，玻璃纤维1～3％。
现有的这种盘式制动器衬片虽在加工过程中无粉尘污染，使用时不损伤制动器，但其耐热性较差，热衰退严重，在较高温度下(300-500℃)摩擦系数不稳定。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片，其具有耐热性好、高温摩擦系数稳定且热衰退性能优良的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，其具有简单方便且制作精准度高的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片，包含以下重量份的组分：8-12份紫铜棉、18-22份改性酚醛树脂、4-8份丁腈粉末、5.5-10.5份改性芳纶纤维、6-10份钛酸钾晶须、5-9份铝纤维、10-16份天然石墨粉、4-8份摩擦粉、4-10份填料、6-10份碳化钛、20-24份岩棉、5-10份润滑剂、4-9份研磨剂。
通过采用上述技术方案，不使用石棉制备衬片，因为芳纶纤维呈明显的皮芯结构，表面晶格致密，活性点少，芳纶纤维和改性酚醛树脂结合能力较低，限制了芳纶纤维的性能，由于采用改性芳纶纤维，芳纶纤维表面粗糙度提高，且含氧官能团数量较高，能够与改性酚醛树脂之间黏结紧密，提高衬片的耐磨性能，且改性芳纶纤维能够克服改性酚醛树脂的热敏感性，增进摩擦系数的稳定性，减少摩擦损失，钛酸钾晶须和改性芳纶纤维黏附在一起可以提高摩擦表面薄膜的耐热性和强度，同时铝纤维和改性芳纶纤维相互配合，钛酸钾作为摩擦性能调节剂，能够全面提高衬片的摩擦系数稳定性、抗热衰退性和耐磨损性能，研磨剂和润滑剂能够改进摩擦系数和磨损率。
进一步地，所述原料的重量份为：9-10份紫铜棉、19-21份改性酚醛树脂、5-7份丁腈粉末、7.5-9.5份芳纶纤维、7-8份钛酸钾晶须、6-7份铝纤维、12-14份天然石墨粉、5-6份摩擦粉、6-8份填料、7-9份碳化钛、21-22份岩棉、6-8份润滑剂、5-8份研磨剂。
通过采用上述技术方案，由于各组分的使用量更加精确，能够避免原料的浪费。
进一步地，所述改性芳纶纤维包含以下重量份的组分：1.6-2.4份芳纶纤维、10-20份质量分数为10-15％的丙酮溶液、16-20份质量分数为24-28％的磷酸溶液、5-9份改性环氧树脂活化液、15-18份质量分数为15-20％的间苯二酚-甲醛树脂溶液、30-40份蒸馏水。
通过采用上述技术方案，使用磷酸溶液对芳纶纤维进行处理，使得芳纶纤维表面粗糙度增加，便于芳纶纤维和树脂相互黏合，改性环氧树脂活化液和间苯二酚-甲醛树脂溶液能够增大纤维的拔出长度，从而增加摩擦材料的抗破坏能力和力学性能。
进一步地，所述改性芳纶纤维由以下方法制备而成：将芳纶纤维缠绕在圆筒型玻璃架上，将玻璃架至于丙酮溶液中超声清洗1-2小时后烘干，将芳纶纤维浸泡在磷酸溶液中，并加热至30-40℃，保温0.5-1小时后，取出，用蒸馏水反复清洗至中性，再在芳纶纤维上涂刷改性环氧树脂活化液和间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，再将芳纶纤维至于3.8-4.2kpa，90-100℃下烘干4-5h。
通过采用上述技术方案，首先将芳纶纤维用磷酸溶液处理，能够提高芳纶纤维的单丝强度和表面粗糙度，提高芳纶纤维和树脂的黏合强度，再在芳纶纤维的表面涂刷改性环氧树脂活化液和间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，能够改善芳纶纤维的韧性，提高摩擦材料的耐湿热老化性能。
进一步地，所述改性酚醛树脂为copna树脂、有机硅改性酚醛树脂、硼酸改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，纯的酚醛树脂会造成衬片硬度过高，脆性较大，耐热极限温度也不高，当温度较高时，热分解现象严重，会导致衬片的性能显著下降，采用改性酚醛树脂能够解决以上问题，且能够使摩擦系数稳定、高温摩擦性能好、噪音低、热衰退性小等。
进一步地，所述填料包括以下重量份的组分：2-5份碳酸钙、2-6份云母粉、1-4份蛭石粉、2-5份三氧化二钼。
通过采用上述技术方案，碳酸钙能够提高摩擦材料的热稳定性，同时改善材料的热衰退性能，云母粉和蛭石粉具有平面网状结果，能够抑制低频制动噪声，三氧化二钼能够防止衬片在高温下发生热衰退和开裂。
进一步地，所述研磨剂为氧化锆、硅酸锆、氧化铝、碳化硅和三氧化二铬中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，氧化锆、硅酸锆、氧化铝、碳化硅和三氧化二铬均增加摩擦材料的摩擦系数，同时也会增加对偶件的磨损，可以移除对偶材料的铁氧化物以及制动时产生的不利影响的表面膜，能够提高摩擦系数，减少磨损率，其中碳化硅能够大幅度提高摩擦系数，硅酸锆和氧化铝能够使衬片具有很好的抗热衰退性能。
进一步地，所述润滑剂为硫化钼、硫化铜、二硫化锡中的一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，改性酚醛树脂与石墨粉的低黏结强度不能满足高效制动的要求，会加速摩擦材料的磨损，而硫化钼、硫化铜、二硫化锡与酚醛树脂混合不存在这个问题，且能够减少制动时摩擦系数的变化。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种根据权利要求1-8任一所述的摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：原料混合：按照配比称取衬片的原料进行配料，放入反应器中进行搅拌，搅拌时间为30-40min，使各种原料混合均匀；
s2：预压成型：按照制动器衬片的规格，称取步骤s1中混合好的原料，在45-50mpa的压力和40-50℃的温度下压制成初坯；
s3：钢背准备：清洗钢背表面的污渍，然后进行抛丸喷砂和涂胶处理；
s4：热压成型：将准备好的初坯和钢背放入热压模具内，热压温度为150-160℃，压力为70-80mpa，压制时间为5-8min；
s5：热处理：将热压成型后的制品放入热处理箱内，处理温度为150-180℃，时间为4-8小时；
s6：对热处理完成的产品进行研磨、钻孔后加工制成成品。
通过采用上述技术方案，将原料混合后，先对原料进行冷压成型，能够提高衬片的外观完整性，特别是异形衬片的加工，使得尺寸更加准确，加工精度更高，提高衬片的制动灵敏性。
进一步地，所述s4步骤中，热压开始的1-2min内放气3-4次，然后进行保压，所需保压时间根据制品的厚度按照0.75-0.80min/mm确定。
通过采用上述技术方案，能够排出塑料衬片内的气体和压模成型空间内的气体，使得制备出的衬片结构较为紧密。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明采用改性芳纶纤维，由于改性后的芳纶纤维的表面粗糙度增加，且芳纶纤维表面的含氧官能团数量增加，因此能够与树脂黏合紧密，提高衬片的摩擦系数，且改性芳纶纤维能够克服树脂的热敏感性，增进衬片的耐热心和摩擦系数。
第二、本发明中采用钛酸钾晶须和改性芳纶纤维共同作用，能够提高摩擦材料的摩擦表面薄膜的耐热性和强度，同时铝纤维和改性芳纶纤维共同作用时，钛酸钾晶须能够作为摩擦性能调节剂，从而提高衬片摩擦系数的稳定性、抗热衰退性和耐磨损性能。
第三、本发明通过使用磷酸溶液对芳纶纤维表面进行处理，之后再在芳纶纤维表面涂刷改性环氧树脂活化液和间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，能够改善芳纶纤维的韧性，提高摩擦材料的耐湿热老化性能。
第四、本发明通过优选使用copna树脂、有机硅改性酚醛树脂、硼酸改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂，因为纯的酚醛树脂会造成衬片硬度过高，脆性较大，耐热极限温度也不高，当温度较高时，热分解现象严重，会导致衬片的性能显著下降，采用改性酚醛树脂能够解决以上问题，且能够使摩擦系数稳定、高温摩擦性能好、噪音低、热衰退性小等。
第五、本发明中的方法通过在40-50℃下对混合原料进行预压制成型，能够提高衬片制备时的精准度，提高产品质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
改性芳纶纤维的制备例
以下制备例中芳纶纤维选自东莞市索维特特殊线带有限公司生产的k29型1500d杜邦凯夫拉纤维长丝，改性环氧树脂活化液选自无锡欣叶豪化工有限公司生产的501型环氧树脂活性稀释剂。
制备例1：改性芳纶纤维的原料配比如表1所示，将1.6千克芳纶纤维缠绕在圆筒型玻璃架上，将玻璃架至于10千克质量分数为10％的丙酮溶液中超声清洗1小时后烘干，将芳纶纤维浸泡在16千克质量分数为24％的磷酸溶液中，并加热至30℃，保温0.5小时后，取出，用30千克蒸馏水反复清洗至中性，再在芳纶纤维上涂刷5千克改性环氧树脂活化液和15千克质量分数为15％的间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，再将芳纶纤维至于3.8kpa，90℃下烘干4h。
制备例2：改性芳纶纤维的原料配比如表1所示，将2.0千克芳纶纤维缠绕在圆筒型玻璃架上，将玻璃架至于15千克质量分数为13％的丙酮溶液中超声清洗1.5小时后烘干，将芳纶纤维浸泡在18千克质量分数为26％的磷酸溶液中，并加热至35℃，保温0.8小时后，取出，用35千克蒸馏水反复清洗至中性，再在芳纶纤维上涂刷7千克改性环氧树脂活化液和17千克质量分数为18％的间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，再将芳纶纤维至于4.0kpa，95℃下烘干4.5h。
制备例3：改性芳纶纤维的原料配比如表1所示，将2.4千克芳纶纤维缠绕在圆筒型玻璃架上，将玻璃架至于20千克质量分数为15％的丙酮溶液中超声清洗2小时后烘干，将芳纶纤维浸泡在20千克质量分数为28％的磷酸溶液中，并加热至40℃，保温1小时后，取出，用40千克蒸馏水反复清洗至中性，再在芳纶纤维上涂刷9千克改性环氧树脂活化液和18千克质量分数为15％的间苯二酚-甲醛树脂溶液的混合液，再将芳纶纤维至于4.2kpa，100℃下烘干5h。
表1制备例1-3中改性芳纶纤维的原料配比
实施例
以下实施例中紫铜棉选自常州杜兰特特种纤维有限公司生产的drt002a型紫铜棉，岩棉型号为lfc荷兰岩棉、摩擦粉选自灵寿县振英矿产品加工厂生产的型号为a-88刹车片用精细加工果壳摩擦粉，胶水选自苏州众晶复合材料有限公司生产的totalseal1745/1，有机硅改性酚醛树脂选自东莞市建盟化学有限公司生产的kr-500有机硅树脂、环氧改性酚醛树脂选自无锡久耐防腐材料有限公司生产的f-51型酚醛环氧树脂，钢背选自烟台金工制动系统有限公司生产的铸造钢背wva29087。
实施例1：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，包括以下步骤：
s1：原料混合：按照表2中的配比称取衬片的原料进行配料，放入反应器中进行搅拌，搅拌时间为30min，使各种原料混合均匀，其中改性酚醛树脂为copna树脂，改性芳纶纤维由制备例1制备而成，填料包括2千克碳酸钙、2千克云母粉、1千克蛭石粉、2千克三氧化二钼，研磨剂为氧化锆，润滑剂为硫化钼；
s2：预压成型：按照制动器衬片的规格，称取步骤s1中混合好的原料，在45mpa的压力和40℃的温度下压制成初坯；
s3：钢背准备：清洗钢背表面的污渍，然后进行抛丸喷砂和涂胶处理；
s4：热压成型：将准备好的初坯和钢背放入热压模具内，热压温度为150℃，压力为70mpa，压制时间为5min，在热压开始的1min内放气3次，然后进行保压，所需保压时间根据制品的厚度按照0.75min/mm确定；
s5：热处理：将热压成型后的制品放入热处理箱内，处理温度为150℃，时间为4小时；
s6：研磨、钻孔：对热处理完成的产品进行研磨、钻孔后加工制成成品。
表2实施例1-4中衬片的原料配比
实施例2：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于，步骤s1中搅拌时间为33min，其中改性芳纶纤维由制备例2制备而成，改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂；填料包括3千克碳酸钙、4千克云母粉、2千克蛭石粉、3千克三氧化二钼，研磨剂为硅酸锆，润滑剂为硫化铜；步骤s2中预压制的压力为47mpa，压制温度为44℃；步骤s4中热压温度为154℃，压力为74mpa，压制时间为6min，在热压开始的1.5min内放气3次，然后进行保压，所需保压时间根据制品的厚度按照0.77min/mm确定；步骤s5中热处理温度为160℃，处理时间为6小时。
实施例3：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：步骤s1中搅拌时间为37min，其中改性芳纶纤维由制备例3制备而成，改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂；填料包括4千克碳酸钙、5千克云母粉、3千克蛭石粉、4千克三氧化二钼，研磨剂为氧化铝，润滑剂为二硫化锡；步骤s2中预压制的压力为49mpa，压制温度为47℃；步骤s4中热压温度为157℃，压力为77mpa，压制时间为7min，在热压开始的1.8min内放气4次，然后进行保压，所需保压时间根据制品的厚度按照0.79min/mm确定；步骤s5中热处理温度为170℃，处理时间为7小时。
实施例4：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：步骤s1中搅拌时间为40min，其中改性芳纶纤维由制备例1制备而成，改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂；填料包括5千克碳酸钙、6千克云母粉、4千克蛭石粉、5千克三氧化二钼，研磨剂为三氧化二铬，润滑剂为硫化铜；步骤s2中预压制的压力为50mpa，压制温度为50℃；步骤s4中热压温度为160℃，压力为80mpa，压制时间为8min，在热压开始的2min内放气4次，然后进行保压，所需保压时间根据制品的厚度按照0.80min/mm确定；步骤s5中处理温度为180℃，时间为8小时。
对比例
对比例1：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：衬片的原料中不含改性芳纶纤维。
对比例2：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：衬片中不含钛酸钾晶须。
对比例3：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：衬片中不含铝纤维。
对比例4：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：衬片中改性芳纶纤维由芳纶纤维替代。
对比例5：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：衬片中改性芳纶纤维由玻璃纤维替代。
对比例6：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：不含步骤s2预压成型。
对比例7：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：步骤s2中预压制的温度为30℃。
对比例8：一种摩托车用液压盘式制动器无石棉衬片的制备方法，与实施例1的区别在于：步骤s2中预压制的温度为60℃。
性能检测试验
按照实施例1-4和对比例1-8中的方法制备液压盘式制动器无石棉衬片，并检测以下性能：1、洛氏硬度：按照gb/t5766-2007《摩擦材料洛氏硬度试验方法》检测；2、剪切强度：按照gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中2类衬片(宽度≤30mm，厚度≤6.5mm)在室温的条件下进行检测；3、粘接强度：按照gb/t26737-2011《道路车辆制动衬片锈蚀对铁耦合面粘接影响的试验方法》进行检测；4、热膨胀率：按照gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中4类衬片(厚度≤10mm)在400℃±10℃的条件下进行检测；5、冲击强度：按照gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中3类衬片(宽度＞30-60mm，厚度＞6.5-10mm)的要求进行检测；6、压缩应变：按照gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中4类衬片(厚度≤10mm)在室温下和400℃±10℃的条件下进行检测，检测结果如表3所示。
表3实施例1-4和对比例1-8制备的无石棉衬片性能检测结果
由表3中数据可以看出，按照实施例1-4中方法制备你的无石棉衬片具有适宜的硬度，且剪切强度、粘接强度大，在高温下的热膨胀率小，冲击强度大，压缩形变小，能够有效减少制动产生的噪音，提高制动和起步时的舒适度，力学性能优良，抗热衰退性能卓越，使用寿命长；由于对比例1中无石棉衬片的原料中不含改性芳纶纤维，无石棉衬片的硬度适中，但剪切强度、粘接强度和热膨胀率都较差，压缩应变较大；对比例2中因无石棉衬片中不含钛酸钾晶须，因此不能对改性芳纶纤维和铝纤维进行增摩，所以由对比例2制备的无石棉衬片洛氏硬度较低，力学性能较差；由对比例3制备的衬片因为衬片原料中不含铝纤维，导致改性芳纶纤维单独作用，制备出的衬片性能较差；对比例4和对比例5中分别使用芳纶纤维和玻璃纤维替代改性芳纶纤维，由数据可以看出，替换效果并不好；对比例6中不含预压制成型、对比例7中压制温度为30℃、对比例8中压制温度为60℃，有数据可以看出，制备出的无石棉衬片的洛氏硬度较大、剪切强度和粘接强度较小、热膨胀率较大、压缩应变较大。
按照实施例1-4和对比例1-8中的方法制备液压盘式制动器衬片，并按照gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中3类衬片(宽度＞100mm，厚度＞10mm)的要求检测衬片的摩擦系数和磨损率，检测结果如表4所示。
表4实施例1-4和对比例1-8中无石棉衬片的摩擦系数测试结果
由表4中数据可以看出，按照实施例1-4中方法制备的无石棉衬片在高温下摩擦系数较为稳定，数值变化不大，且均在gb5763-2008《汽车用制动器衬片》中3类衬片的检测标注范围内，而对比例1中无石棉衬片的原料中不含改性芳纶纤维，无石棉衬片的在100-300℃下摩擦系数不稳定，数值变化较大，且磨损率较高；对比例2中因无石棉衬片中不含钛酸钾晶须，摩擦系数的热稳定性较差，且磨损率较大；由对比例3制备的衬片因为衬片原料中不含铝纤维，导致改性芳纶纤维单独作用，所以衬片的摩擦系数的热稳定性较差，磨损率较大；对比例4和对比例5中分别使用芳纶纤维和玻璃纤维替代改性芳纶纤维，摩擦系数的热稳定性与实施例1相比，稳定性较差，磨损率较大；对比例6中不含预压制成型、对比例7中压制温度为30℃、对比例8中压制温度为60℃，摩擦系数的稳定性不好，且磨损率较大。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。