一种含石墨烯高性能摩擦材料组合物的制作方法
【专利摘要】一种含石墨烯高性能摩擦材料组合物，其特征是该组合物由氨基硅烷、水合硅酸钙、聚丙烯腈纤维、电熔氧化锆、芳仑纤维、麻纤维、膨胀蛭石、陶瓷纤维、磁铁矿、石墨烯等按重量比制成：本发明具有绿色环保，抗高温热衰退性能好，耐磨性能良好，摩擦系数稳定，使用寿命长等特点。本发明通过对多种成分进行合理的搭配,确保各材料的优点在摩擦材料中得到充分的发挥。并且配方中没有重金属物质，对环境非常友好。
【专利说明】
-种含石墨稀高性能摩擦材料组合物
技术领域
[0001] 本发明设及汽车刹车片的摩擦材料组合物，尤其是设及一种含石墨締高性能摩擦 材料组合物。
【背景技术】
[0002] 随着汽车工业的快速发展，车辆的安全、环境保护尤为重要，人们对刹车片的环保 性能越来越高，目前市面上出现了许多新型的高性能刹车片，但是在提高了刹车性能的同 时，对生活环境产生了巨大的影响，刹车噪音和有害气体的排放得不到有效的控制。现在我 们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质，包括錬、铭、儒、铜、领、铜 等重金属。汽车在每次刹车过程中，就有少量的重金属粉尘释放并积累在环境中造成危害。 如儒化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或肾脏中，对人体肾脏、肝脏造成危害。含铜粉尘进 入环境后可W对鱼类造成生物毒害。硫酸领对环境有危害，对大气可造成污染。而錬对环境 的危害也不小，刹车片中含有大量的重金属錬，有的刹车片含量可W达到4-5%，尤其对水体 环境会造成长期不良影响。早在1979年，錬就进入了美国环保部的优先控制污染物名单， 2002年美国地质调查局就发现，由于刹车片会随着车辆的使用而持续损耗，造成錬持续不 断地进入环境中。日本研究者也发现，城市空气中的微小颗粒物就含有大量的錬，其中的一 个主要来源就是刹车片。
[0003] 2007年，中国环保部颁布的《展览会用地±壤环境质量评价标准》中，把錬在±壤 中的含量作为一个评价标准，规定錬的含量不得高于12mg/kg(A级)和82mg/kg(B级）。
[0004] 2013年，据《新京报》报道，北京密云县大辛庄村段一片上百亩的杨树林里出现了 二=十个大坑，大量废弃刹车片被倾倒其中，结果大坑周边数十米内寸草不生，原有的杨树 朝向坑的一面全都裂开己掌大的口子，像被硫酸泼过的面孔。运个案例造成的影响是深远 地，因此不能不引起汽车零部件制造商的重视，我们必须在保证刹车片性能的前提下，找到 更加安全，有效和环保的摩擦材料来替代重金属，W顺应人类对环境保护日益严格的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种制动噪音低、重金属含量低、磨损率低、热传导效果好、抗热衰退 性能高的摩擦材料组合物，W解决现有汽车刹车片中的磨损率高、高溫制动不稳定、刹车时 产生低频噪音、对环境危害较大等技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 一种含石墨締高性能摩擦材料组合物，其特征是该组合物由下列组分按重量比制成： 氨基硅烷2~3份、水合娃酸巧4~5.5份、聚丙締腊纤维5~6份、电烙氧化错0.2~0.3份、芳 仑纤维4~6份、麻纤维2~2.5份、膨胀赔石5~6份、陶瓷纤维8~10份、磁铁矿3.5~5份、石 墨締5~8份、棚酪醒树脂7~8份、苯并嗯嗦树脂3~5份，硫酸巧晶须15~17份、铁酸钟晶须 16~18份、鱗片石墨5.5~7份、腰果油摩擦粉6~8份、般烧石油焦碳6~8份、氮化棚1.5~2 份、鱗片侣粉5~7份、纳米二氧化铁3~5份、碳化娃0.4~0.6份、碳化粗1~2份、纳米氧化锋 I~2份、S氧化钢I~2份。
[0007]作为优选，所述组合物由下列组分按重量比制成：按重量比将氨基硅烷3份、水合 娃酸巧5.5份、聚丙締腊纤维6份、电烙氧化错0.3份、芳仑纤维5份、麻纤维2.2份、膨胀赔石 5.5份、陶瓷纤维8.5份、磁铁矿4份、6份石墨締、棚酪醒树脂7份、苯并嗯嗦树脂4份、硫酸巧 晶须17份、铁酸钟晶须18份、鱗片石墨7份、腰果油摩擦粉8份、般烧石油焦碳8份、氮化棚1.8 份、鱗片侣粉6份、纳米二氧化铁4.2份、碳化娃0.5份、碳化粗1.5份、纳米氧化锋1.5份、=氧 化钢1.5份。
[000引 W下是采用上述摩擦材料组合物制作刹车片的方法:按重量比将各组分倒入高速 分散机内，揽拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成 形模具内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高溫250°C，压力为25M化的条件下 保持15分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
[0009] 本发明具有绿色环保，抗高溫热衰退性能好，耐磨性能良好，摩擦系数稳定，使用 寿命长等特点。本发明通过对多种成分进行合理的搭配，确保各材料的优点在摩擦材料中 得到充分的发挥。并且配方中没有重金属物质，对环境非常友好。摩擦材料组合物中多种新 材料，尤其W芳仑纤维、聚丙締腊纤维、纳米二氧化铁、碳石墨締的复合，不仅能相互弥补其 各自性能的不足，还会协同作用而形成快速散热、稳定摩擦系数、减少刹车片形变等高性 能。工作过程中，刹车片形成更加优异的摩擦层和转移膜，使得小汽车刹车灵敏，制动平稳， 无制动尖叫声，舒适性能较好，刹车过程对刹车盘无损伤。
【具体实施方式】
[0010] 下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0011] 实施例1:按重量比将氨基硅烷2.5份(每份1000克，下同）、水合娃酸巧4份、聚丙締 腊纤维5.5份、电烙氧化错0.2份、芳仑纤维4份、麻纤维2.5份、膨胀赔石6份、陶瓷纤维9份、 磁铁矿3.5份、石墨締5份、棚酪醒树脂7.5份、苯并嗯嗦树脂5份、硫酸巧晶须16份、铁酸钟晶 须16份、鱗片石墨5.5份、腰果油摩擦粉6份、般烧石油焦碳6份、氮化棚2份、鱗片侣粉5份、纳 米二氧化铁3份、碳化娃0.6份、碳化粗1份、纳米氧化锋2份、=氧化钢2份倒入高速分散机 内，揽拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具 内压制成形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高溫250°C，压力为25MPa的条件下保持15 分钟，最后取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
[0012] 实施例2:按重量比将氨基硅烷2份、合娃酸巧4.55份、聚丙締腊纤维5份、电烙氧 化错0.25份、芳仑纤维4.5份、麻纤维2.0份、膨胀赔石5份、陶瓷纤维10份、磁铁矿5份、石墨 締8份、棚酪醒树脂7.4份、苯并嗯嗦树脂3份、硫酸巧晶须15份、铁酸钟晶须17份、鱗片石墨 6.5份、腰果油摩擦粉7.5份、般烧石油焦碳7份、氮化棚1.5份、鱗片侣粉7份、纳米二氧化铁5 份、碳化娃0.4份、碳化粗2份、纳米氧化锋1份、=氧化钢1份倒入高速分散机内，揽拌成均匀 分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形，再 与钢背复合后放入平板硫化机于高溫250°C，压力为25MPa的条件下保持15分钟，最后取出 刹车片，除去毛刺即成为成品。
[001引实施例3:按重量比将氨基硅烷3份、水合娃酸巧5.5份、聚丙締腊纤维6份、电烙氧 化错0.3份、芳仑纤维5份、麻纤维2.2份、膨胀赔石5.5份、陶瓷纤维8.5份、磁铁矿4份、石墨 締6份、棚酪醒树脂7份、苯并嗯嗦树脂4份、硫酸巧晶须17份、铁酸钟晶须18份、鱗片石墨7 份、腰果油摩擦粉8份、般烧石油焦碳8份、氮化棚1.8份、鱗片侣粉6份、纳米二氧化铁4.2份、 碳化娃0.5份、碳化粗1.5份、纳米氧化锋1.5份、=氧化钢1.5份倒入高速分散机内，揽拌成 均匀分散的粉末状摩擦材料组合物，然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成 形，再与钢背复合后放入平板硫化机于高溫250°C，压力为25MI^的条件下保持15分钟，最后 取出刹车片，除去毛刺即成为成品。
[0014] 上述各实施例所选用材料说明： 石墨締具有极高的耐磨性和导热系数，在摩擦层中嵌入石墨締可使得摩擦层局部热 点溫度大幅下降。
[0015] 氨基硅烷为增粘剂，其导热性好，它具有两种功能团，即氨基和乙氧基;其中=个 可水解基团（乙氧基），在反应中先水解生成娃醇，由于娃醇不稳定，极易与无机物或金属表 面的径基结合脱水，从而与无机物或金属结合起来;氨基上带有两个活泼氨可W和各种聚 合物发生反应，从而通过化学键将不同性质的材料紧密的结合起来，使摩擦组合材料之间 的结合更加的紧密，从而提高摩擦材料的稳定性。
[0016] 水合娃酸巧用于增加孔隙率，增加热稳定性，提高摩擦系数的稳定性，改善抗衰退 性能，降低刹车片的磨耗及刹车盘的粗造度，降低制动噪音污染，保护生活环境。
[0017] 电烙氧化错耐高溫性极好，有利于刹车片高溫摩擦性能的稳定增长;硬度高，渗用 少量比例就可W达到要求的增摩效果;颗粒初性好，耐磨性物佳，能够降低刹车片的磨损 率，延长使用寿命。
[0018] 聚丙締腊纤维的主要用途是作炉衬和耐火材料，它能耐高溫、硬度中度偏高及定 型性极好的特点，与其它类型的氧化儀相比，除了在改善高溫摩擦性能方面效果更佳W外， 还不易产生刹车噪音，可用作摩擦材料的摩擦性能调节剂。
[0019] 芳仑纤维具有高强度、高模量和耐高溫、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。其强度是 钢丝的5~6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍，初性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5 左右，在56(TC的溫度下，不分解、不融化。采用芳仑纤维制成的刹车片具有良好的耐热性和 抗剪、抗弯强度，制动效果好等特点。
[0020] 麻纤维(60~80目）作为弹性填料用于摩擦材料中，起着增磨减噪的效果。
[0021] 膨胀赔石(40~120目）具有质量轻、耐磨、吸音、耐高溫及高孔隙率，用来改善摩擦 材料的高溫性能和减震效果，使汽车制动更加平稳。
[0022] 陶瓷纤维采用优质娃酸侣纤维经过短切加工而成的人造矿物纤维。具有重量轻、 环保、耐高溫、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动、抗拉抗折强度高等优点，可W 大大提高摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。W上实施例中的陶瓷纤维可W选用中国 江苏省常州丰润特种纤维有限公司生产的高侣型(氧化侣>65%)陶瓷纤维。
[0023] 磁铁矿(300~350目）作为摩阻材料，用于摩擦材料中可增加摩擦系数。
[0024] 棚酪醒树脂的耐热性、瞬时耐高溫性、耐烧蚀性和力学性能比普通酪醒树脂好得 多，使材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能得W提高。棚改性酪醒树脂的合 成的方法有多种，其中最主要的一种方法是:先将棚酸与苯酪进行醋化反应，生成棚酸苯酪 醋，再与甲醒反应生成棚改性酪醒树脂。
[0025] 硫酸巧晶须（1~6WH，长径比>30)，集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一 体，具有高强度、高模量、高初性、高绝缘性、耐磨耗、耐高溫、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性 良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。硫酸巧晶须制备的刹 车片具有降低有机物在高溫时的热分解造成的热衰退现象，其摩擦系数稳定，使用过程中 制动舒适，无噪音产生，产品磨耗小。W上实施例中的硫酸巧晶须可W选用中国安徽省合肥 健坤化工有限公司提供的硫酸巧晶须。
[0026] 铁酸钟晶须可用作绝热材料，与石棉相比，磨耗量约减少32%。
[0027] 鱗片石墨(60~80目）用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩 擦系数。W上实施例中的鱗片石墨可W选用中国河南省内乡县道川石墨矿提供的含碳量为 94.99%的鱗片石墨。
[0028] 摩擦材料中加入一定比列的般烧石油焦碳(20~30目）能使摩擦材料具有完美的 综合性能，有利于防止金属粘着，提高摩擦性能。另外，该焦碳的气空率较高，可W提高摩擦 材料的摩擦系数，减少制动噪音，减轻高溫时摩擦材料的热衰退。
[0029] 氮化棚(250~300目）具有润滑性好、热膨胀系数小，化学稳定性高等特点，尤其是 它的热导率与不诱钢相当。
[0030] 鱗片侣粉(40~80目）比较柔软、比重轻。在摩擦材料中起到稳定摩擦系数和降低 磨损的作用。在摩擦过程中金属侣的烙化吸收了大量的热能，起到了散热的作用;并且不伤 盘，可延长刹车系统的使用寿命。W上实施例中的鱗片侣粉可W选用中国江苏省常州丰润 特种纤维有限公司提供的鱗片侣粉。 碳化娃高溫性能特别稳定，即使在较高的溫度下，它能保持非常好的摩擦系数，碳化娃 与少量的纳米二氧化铁组合就能有效的降低摩擦材料高溫制动的衰退性。W上实施例中的 碳化娃可W选用中国河南安阳佳蠢耐材有限公司提供的纯度为98.50%的黑碳化娃。
[0031] 为了验证本发明的效果，按中国GB5763~1998国家标准，将实施例1制备的用于刹 车片的含石墨締高性能摩擦材料组合物与德国某公司生产的无金属刹车片分别在定速摩 擦实验机上进行试验，其结果如下：
验证结果表明：相比国外同类产品，采用本发明配方制备的用于刹车片的含石墨締高 性能摩擦材料组合物，具有更好的摩擦磨损性能和抗高溫热衰退性能。此外，对实施例2、3 制备的陶瓷刹车片分别进行测试，均有着与实施例1相似的优异性能。
[0032]为了进一步验证本发明效果，发明人将本发明制备的刹车片安装在宝马5系车上 进行刹车制动试验，经过五名驾驶员（驾龄均在15年W上)反复制动，均确认本发明制备的 刹车片灵敏，制动平稳，同时无噪音，乘坐的舒适极佳。 最后，应当指出，W上【具体实施方式】仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限 于上述【具体实施方式】，还可W有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对W上具体实施方 式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种含石墨烯高性能摩擦材料组合物，其特征是该组合物由下列组分按重量比制 成:氨基硅烷2~3份、水合娃酸|丐4~5.5份、聚丙稀腈纤维5~6份、电恪氧化错0.2~0.3份、 芳仑纤维4~6份、麻纤维2~2.5份、膨胀輕石5~6份、陶瓷纤维8~10份、磁铁矿3.5~5份、 石墨烯5~8份、硼酚醛树脂7~8份、苯并噁嗪树脂3~5份，硫酸钙晶须15~17份、钛酸钾晶 须16~18份、鳞片石墨5.5~7份、腰果油摩擦粉6~8份、煅烧石油焦碳6~8份、氮化硼1.5~ 2份、鳞片错粉5~7份、纳米二氧化钛3~5份、碳化娃0.4~0.6份、碳化钽1~2份、纳米氧化 锌1~2份、三氧化钼1~2份。2. 根据权利要求1所述的一种含石墨烯高性能摩擦材料组合物，其特征是该组合物由 下列组分按重量比制成:按重量比将氨基硅烷3份、水合硅酸钙5.5份、聚丙烯腈纤维6份、电 熔氧化锆0.3份、芳仑纤维5份、麻纤维2.2份、膨胀蛭石5.5份、陶瓷纤维8.5份、磁铁矿4份、6 份石墨烯、硼酚醛树脂7份、苯并噁嗪树脂4份、硫酸钙晶须17份、钛酸钾晶须18份、鳞片石墨 7份、腰果油摩擦粉8份、煅烧石油焦碳8份、氮化硼1.8份、鳞片铝粉6份、纳米二氧化钛4.2 份、碳化娃0.5份、碳化钽1.5份、纳米氧化锌1.5份、三氧化钼1.5份。
【文档编号】C04B14/04GK105909707SQ201610064028
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月31日
【发明人】张泽伟
【申请人】张泽伟