一种环保三维复合增强有机刹车片及其制备技术的制作方法

一种环保三维复合增强有机刹车片及其制备技术的制作方法
【专利摘要】一种环保三维复合增强有机刹车片及其制备技术。本发明涉及汽车刹车片材料制备技术领域，采用改进的热压工艺制备技术，将零维空心微珠、一维六钛酸钾晶须、二维鳞片石墨三种不同维度的无机功能填料组合加入到无石棉有机（NAO）刹车片配方中，使刹车片材料形成环保稳定的三维复合增强空间网路混杂结构。其材料配方为以下重量份数的组分组成：酚醛树脂8-13、芳纶2-5、陶瓷纤维13-17、重晶石22-31、橡胶粉4-6、滑石粉4-6、蛭石4-6、人造石墨1-4、腰果壳油改性摩擦粉3-7、棕刚玉1-3、空心微珠6-20、六钛酸钾晶须4-13、改性鳞片石墨6-10。本发明刹车片所用原料来源广、价格低廉，组成配方无铜、无重金属、无石棉环境友好；刹车片力学性能高，摩擦系数稳定在0.44-0.47，300℃以上高温时，抗热衰退优良，磨损率较低。
【专利说明】
-种环保H维复合增强有机刹车片及其制备技术
技术领域
[0001] 本发明设及汽车刹车片材料制备技术领域，特别是提供一种使设计的刹车片材料 具有=维协同混杂结构、组成配方具有无铜、无重金属、无石棉环保特征明显的材料设计方 法及其低成本制备技术。
【背景技术】
[0002] 汽车刹车片是保证汽车行驶安全的重要部件。随着汽车工业及社会文明的发展， 高速、快节奏、重载荷、高效率及个性化用途等对刹车片的全面综合性能需求日益增多，尤 其是全球化的资源节约化、环保无污染、低碳节能等消费理念的流行普及，现有的车用刹车 片材料从设计到制备技术都面临诸多的挑战。
[0003] 首先，是刹车片组成配方的环保问题。随着对刹车片配方中较早使用的石棉增强 剂由于环境和健康效应巧日可致癌性）而全面禁用，作为石棉材料功能的理想替代组分金 属铜及其它重金属原料对环境W及人体的危害性也日益引起广泛关注。2010年始，美国 汽车行业协会等多家机构签署合作备忘录，联合发起"无铜刹车片"行动，W减少对河流等 环境污染。美国华盛顿州等也已颁布立法，强制限制刹车片中铜含量，由最初不高于刹车 片质量的5%降低到2023年的不高于0. 5%。同时也对刹车片材料中的重金属含量加W限 制（Poh Wah Lee, Peter Filip, Wear 302(2013) 1404 - 1413)，因为主要由刹车片磨屑产 生的重金属如含訊硫化物在空气中氧化反应可形成稳定的致癌化合物（D. Varrica, F. Bardelli, G. Dongarrd, E. Tamburo, Atmospheric Environment 64 (2013) 18 - 24)。 因此，降低刹车片配方中铜及重金属成分含量，研究开发无铜、无重金属含量的刹车片已成 为国际汽车行业发展趋势。而在国内，普通刹车片的环保问题却没有引起足够重视。现有 的有关环保无铜NA0型及陶瓷刹车片制备专利文献中，几乎都没有对重金属组分作为功能 填料明确限制使用（CN 102585767A;CN 104179860 A ;CN 103821582 A ;CN 102191016 A ; CN 101823856A)〇
[0004] 其次，是刹车片综合性能的稳定性问题。目前，市场上的主流摩擦材料配方主要有 半金属配方、低金属配方和NA0(无石棉有机）配方。NA0刹车片的主要优点在于无论高溫 还是低溫都可W很好地控制制动效果、有效地降低制动噪音、良好的摩擦磨损性能可调性 等。无石棉有机（NA0)刹车片是一种典型的多元复合材料，W树脂粘合剂，纤维增强体、填 料和摩擦性能调节剂为基本组成。其综合性能可包括稳定的力学、热学和机械摩擦磨损等 性能，它们主要依赖于原始材料的组成配方设计及采用的制备工艺。尽管国内外已报道了 有关有机刹车片配方性能的评价模型和分析方法，比如国内学者的可拓评价法（员荣平， 吕亚非，非金属矿32(2009)72-73)和文献报道的理想溶液类比法度11油曰1111(.5曰*曰口曰地7， Abhijit Majumda;r，et al, Materials and Desi即 31 (2010) 1937 - 1944)等。但是，由 于刹车片材料组成复杂性及制备工艺的差异性，普遍的刹车片生产配方设计依然存在着诸 如原料种类的选取、原料性能的匹配和优化W及对刹车片性能现象的合理理论解释与性能 预测等系列工程技术问题。对于刹车片综合性能的稳定性认识与配方设计的关联保障技 术，都缺乏系统深入的研究，更没有简洁、清晰的理论模型方法予w科学解释。例如，当前市 场上刹车片配方有成千上万种，各种原料的选择都是根据刹车片制造商经验和大量试验得 出，花费了大量的人力物力和财力，有时候还会出现研究周期长、工作量大且随机偶然性大 的问题而没有具体统一的理论依据。
[0005] 第=，是刹车片的高效制备技术问题。在目前刹车片市场激烈的环保性能要求 和低成本制备技术的双重压力下，刹车片的制备技术的创新已是关键而核屯、的内容。国 内外公开的文献和专利技术中，分别探索了使用生物质原料巧日香蕉皮、竹纤维)、工业废弃 物(粉煤灰及灰渣）等作为刹车片填料的代用品（I化is, U.化et al.，Journal of King Saud University-Elngineering Sciences (2013);郑开魅，高诚辉等，中国科技论文 10 (2015)1935-1938 ;CN 101724378 A)。替代原料可W在不损失原有使用性能如力学及高溫 热衰退性前提下大幅降低材料制备成本。然而，替代原料和刹车片中的其它组分原料的性 能匹配问题已成为生产使用过程中的突出问题，而且替代原料具有很强的地域依赖性和来 源不稳定性。因此，廉价、丰富的替代原料往往伴随着刹车片规模化制备工艺的进一步改进 和生产质量的稳定控制问题。

【发明内容】

[0006] 基于目前上述刹车片制备领域存在的=个突出技术问题，本发明的目的在于提供 一种生产成本低廉、环境污染小、摩擦性能好的无铜、无重金属、无石棉有机汽车刹车片设 计方法及其制备技术。本发明提出的=维复合增强协同混杂结构模型原理就是在多维度原 料混合制备的汽车刹车片生产工艺初始阶段，通过精细控制、优先顺序选择将零维空屯、微 珠、一维改性铁酸钟纤维、二维改性鱗片石墨等具有不同空间维度功能材料顺序加入刹车 片基础配方中，利用其空间维度间的相互交叉重叠和物理化学性能复合效应，产生维度和 尺度上的互补W协同增强，达到使刹车片综合性能得W稳定提高的目的。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案： 一种环保=维复合增强有机刹车片，其材料配方为W下重量份数的组分组成：酪醒树 脂8-13、芳绝2-5、陶瓷纤维13-17、重晶石22-31、橡胶粉4-6、滑石粉4-6、赔石4-6、人造石 墨1-4、腰果壳油改性摩擦粉3-7、栋刚玉1-3、空屯、微珠6-20、六铁酸钟晶须4-13、改性鱗片 石墨6-10。
[0008] 进一步的，依据本发明原理研制的较佳性能配方刹车片材料包含W下重量份数的 组分组成：酪醒树脂10、芳绝3、娃酸侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉5、滑石粉5、赔石5、 人造石墨2、腰果壳油改性摩擦粉3、栋刚玉2、空屯、微珠7. 5、六铁酸钟晶须5、改性鱗片石墨 7. 5。
[0009] 一种环保=维复合增强有机刹车片的制备技术，包括W下步骤： (1) 称量混料：根据配方所确定的各种原料的百分含量，对原料中的空屯、微珠用 KER-200B型标准筛进行粒度筛分分级处理待用；先将过80目筛的空屯、微珠和六铁酸钟晶 须、鱗片石墨在準祀式混料机中低速混料5min,再将芳绝与沉淀硫酸领粉体放入HX0280 型摩擦材料专用混料机先进行lOmin的预混，然后再将上述两部分材料和其它填料进行揽 拌混料，持续时间8-15min ; (2) 钢背处理：将定型加工的钢背用微波清洗工艺除油清洗，惊干进行抛丸粗化处理； 达到合适粗糖度后，再在其表面进行喷涂粘接剂备用； (3) 热压成型：将上述混好的配料和准备好的钢背一并置入UMD型热压成型机中进行 热压成型，成型溫度150°C -160°C，压力25-35MPa，保压时间8-lOmin，期间排气5-6次； (4) 热处理：将成型的刹车片样品放入热处理箱中升溫至140°C保溫1-化，160°C保溫 5-化，180°C保溫1-化，固化结束比开箱冷却并出箱； (5) 后期机械加工：使用FR3680型电磁式平面磨床、化4300型开槽倒角机、UMD型热风 循环烘道，分别进行粗磨精磨、开倒角、喷砂、去除飞边、毛刺等工艺处理； (6) 喷码、包装：产品喷码，采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为18化pm，环境溫度 170°C ;包装，包装前馴接、安装附件，检验成品。
[0010] 本发明技术与已有的技术相比，具有明显的有益效果和创新之处有： (1)本发明研制的刹车片材料无铜、无重金属、无石棉，环保效果明显。在一种环保=维 复合增强有机刹车片配方组成中，没有使用含铜的材料组分如铜粉、铜纤维等；也没有使用 含铅、儒、錬等重金属成分原料。从而从源头上切断了刹车片使用的二次环境污染问题。
[0011] (2)本发明研制的一种环保=维复合增强有机刹车片性能稳定，综合性能高。本发 明研制的一种环保=维复合增强有机刹车片，试样配方为上述较佳配方组成，按照国家标 准GB5763-2008在定速试验机上进行测试，摩擦磨损性能结果如下表所示。
[0012]
从表中数据可W看出，本发明的刹车片摩擦系数高，摩擦系数稳定，抗热衰退性能较 好；升溫阶段摩擦系数在0. 44-0. 50，降溫阶段摩擦系数在0. 43-0. 49,刹车安全性和灵敏 度好，磨损率较小，在0. 1-0. 6X 10 7cm3/N. m范围内，完全达到国家标准要求的质量水平。 将本发明刹车片安装在凯越F车上，反复制动后发现，本发明刹车灵敏，比重小，热衰退小， 脚感舒适，制动噪音较小；对对偶材料无损伤，无落灰；且不含铜等重金属及其化合物，对 环境污染小；摩擦材料寿命达到30000公里W上。
[0013] (3)本发明研制的一种环保=维复合增强有机刹车片材料及制备技术，原料来源 广、价格低廉、工艺简单、成本效率高。首先，作为重要填料的空屯、微珠，来源广泛，价格低 廉。据报道，空屯、微珠可由大量的工业废弃物粉煤灰通过漂洗选分获得。利用空屯、微珠作 为刹车片填料不仅有助于提高刹车片的摩擦磨损性能，有效减轻刹车片材料的自身重量， 而且也是粉煤灰废弃物高附加值综合利用的有效途径，具有明显的社会环保和经济循环意 义。其次，在有效规避传统刹车片配方组分中潜在环境污染组分原料使用的同时，有效利 用了改性的高性能铁酸钟晶须和改性鱗片石墨材料协同组合性能。而且，为了进一步保证 新型刹车片有效功能和质量不降低，本发明提出的制备工艺环节中加强了工艺生产的精细 化质量控制。特别是，为了使刹车片基体内部能够形成本发明提出的=维复合增强网络结 构，在选料、混料、成型、热处理等工艺环节的实施分步骤、优先级质量控制技术手段（生产 工艺操作流程图为说明书附图1)。所采用的生产工艺基本是目前通用的、简单的生产工艺， 不需要额外增加投资改造，因而有利于中小企业生产技术的进一步创新发展。
[0014] (4)本发明创新提出了一种环保、高性能有机刹车片具有的=维复合增强混杂网 络结构模型理论。该理论能够较好解释本发明研制的=维复合增强有机刹车片优良的力学 和摩擦磨损性能。运种构建形成的具有=维功能互补型网络结构体系是由特征二维鱗片石 墨等原料为网络骨架，交叉、互连的一维铁酸钟晶须为连接补强体，零维空屯、微珠等填料嵌 入其结构空隙，从而形成稳定的=维空间网络结构。该特殊的网络结构体显著增强了摩擦 材料内部体系界面、表面性能稳定性，赋予摩擦材料较高且较稳定的摩擦磨损性能，综合性 能可W达到含铜、含重金属等环境污染性传统刹车片的使用性能要求，运也为摩擦材料设 计配方研发提供了一种新的结构化设计研究思路。
【附图说明】
[0015] 图1是摩擦材料模压成型工艺分步操作流程图。
[0016] 图2-1比较例中试样CP系列与实施例试样CFP5摩擦因数与溫度曲线图。
[0017] 图2-2比较例中试样FP系列与实施例试样CFP5摩擦因数与溫度曲线图。
[0018] 图3实施例与比较例中不同配方摩擦材料试样磨损率和溫度变化关系图。
[0019] 图4-1比较例中试样FP5定速摩擦实验后试样表面体视光学显微镜图。
[0020] 图4-2比较例中试样CP0定速摩擦实验后试样表面体视光学显微图。
[0021] 图4-3实施例中试样CFP5定速摩擦实验后试样表面体视光学显微镜图。
【具体实施方式】
[0022] 为了说明本发明提出的基于=维复合增强混杂网络结构模型理论的环保有机刹 车片设计及制备原理，下面结合实施例与比较例配方样品性能分析，对本发明的技术方案 及实施效果作进一步详细说明。
[0023] 实施例1 (此试样定义为CFP5) 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下重量份数的组分：酪醒树脂10、芳绝3、娃 酸侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉5、滑石粉5、赔石5、人造石墨2、腰果壳油改性摩擦粉 3、栋刚玉2、空屯、微珠7. 5、六铁酸钟晶须5、改性鱗片石墨7. 5。
[0024] 一种环保=维复合增强有机刹车片的制备技术，包括如下工艺步骤： (1) 称量混料：根据配方所确定的各种原料的百分含量，对原材料中的空屯、玻璃微珠用 KER-200B型标准筛进行粒度筛分分级处理待用；先将过80目筛的空屯、微珠和六铁酸钟晶 须、鱗片石墨在準祀式混料机中低速混料5min,再将芳绝与沉淀硫酸领粉体放入HX0280 型摩擦材料专用混料机先进行lOmin的预混，然后再将上述两部分材料和其它填料进行揽 拌混料，持续时间12min ; (2) 钢背处理：将定型加工的钢背用微波清洗工艺除油清洗，惊干进行抛丸粗化处理； 达到合适粗糖度后，再在其表面进行喷涂粘接剂备用； (3) 热压成型：将上述混好的配料和准备好的钢背一并置入UMD型热压成型机中进行 热压成型，成型溫度150°C -160°C，压力25-35MPa,保压时间8-lOmin ;热压开始的l-3min 内，期间排气5-6次； (4) 热处理：将成型的刹车片样品放入热处理箱中升溫至140°C保溫化，160°C保溫化， 180°C保溫1.化，固化结束比开箱冷却并出箱； (5) 后期机械加工：使用FR3680型电磁式平面磨床、化4300型开槽倒角机、UMD型热风 循环烘道，分别进行粗磨精磨、开倒角、喷砂、去除飞边、毛刺等工艺处理； (6) 喷码、包装：产品喷码，采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为18化pm，环境溫度 17(TC ;包装，包装前馴接、安装附件，检验成品。
[00幼实施例2 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下的重量份数的组分：酪醒树脂12、芳绝3、 娃酸侣陶瓷纤维12、重晶石28、橡胶粉3. 5、滑石粉3. 5、赔石3. 5、人造石墨3. 5、腰果壳油 改性摩擦粉6、栋刚玉2、空屯、微珠12、六铁酸钟晶须5、改性鱗片石墨6 ; 制备工艺同实施例1。
[002引 实施例3 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下的重量份数的组分：酪醒树脂8、芳绝3、 娃酸侣陶瓷纤维15、重晶石26、橡胶粉4. 5、滑石粉4. 5、赔石4. 5、人造石墨4. 5、腰果壳油 改性摩擦粉6、栋刚玉2、空屯、微珠10、六铁酸钟晶须5、改性鱗片石墨7 ; 加工方法同实施例1。
[0027] 实施例4 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下的重量份数的组分：酪醒树脂9、芳绝3、 娃酸侣陶瓷纤维15、重晶石23、橡胶粉4. 5、滑石粉4. 5、赔石4. 5、人造石墨4. 5、腰果壳油 改性摩擦粉6、栋刚玉2、空屯、微珠14、六铁酸钟晶须4、改性鱗片石墨6 ; 制备方法同实施例1。
[002引 比较例1 (此试样定义为CP0) 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下重量份数组分：酪醒树脂10、芳绝3、娃酸 侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉7、滑石粉7、赔石7、腰果壳油改性摩擦粉1、空屯、微珠20; 加工方法同实施例1。
[0029] 比较例2 (此试样定义为CP5) 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下重量份数组分：酪醒树脂10、芳绝3、娃酸 侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉7、滑石粉7、赔石7、腰果壳油改性摩擦粉1、空屯、微珠15、 六铁酸钟晶须5 ; 加工方法同实施例1。
[0030] 比较例3 (此试样定义为FP0) 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下重量份数组分：酪醒树脂10、芳绝3、娃酸 侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉7、滑石粉7、赔石7、腰果壳油改性摩擦粉1、改性鱗片石 墨20 ; 加工方法同实施例1。
[0031] 比较例4 (此试样定义为FP5) 一种环保=维复合增强有机刹车片包括W下重量份数组分：酪醒树脂10、芳绝3、娃酸 侣陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶粉7、滑石粉7、赔石7、腰果壳油改性摩擦粉1、改性鱗片石 墨15、六铁酸钟晶须5 ; 加工方法同实施例1。
[0032] 实施例及比较例中刹车片表面硬度按照国家标准GB/T5766-2007《摩擦材料洛氏 硬度试验方法》进行测试；依据国家标准GB5763-2008《汽车用制动器衬片》的相关要求将 所有试样在XD-MSM型定速式摩擦试验机上进行定速摩擦性能测试；用XJ-A型剪切试验机 测试样品剪切强度，并用德国生物体视光学显微镜（ZEISS, Discovery V20)观察摩擦磨损 测试后试样表面形貌状况。
[0033] 实施例与比较例中刹车片样品的物理机械性能如下表所示。刹车片样品的摩擦磨 损性能对比关系结果参见说明书附图2-1，图2-2和图3 ;刹车片摩擦实验后表面磨损体视 光学显微镜图由说明书附图4-1，4-2和4-3分别给出。
[00341
实验结果对比分析 从上表可W看出，五组样品密度相差不大。其中，密度最小的试样CP0为仅含有空屯、 微珠填料试样，运是空屯、微珠具有中空质轻的本征特点所致。刹车片的密度与可压缩性密 切相关，试样结构疏松有助于减弱制动噪音和刹车振颤的作用。但是，试样CP0对应的硬 度和剪切强度等力学性能较低。总体而言，表中试样剪切强度和硬度也都符合国家标准 GB5763-2008的要求。另外，从剪切强度上来看，CP0试样由于没有添加铁酸钟晶须，在和 对偶件表面发生摩擦制动时，由于仅发生磨粒磨损机制，颗粒增强的基体中没有纤维等的 拉拔效应，其微观抗剪切应力也较弱，所W其剪切强度最低，而种填料混合加入的CFP5 样品，由于=维填料的空间混合协同效应起到对整体刹车片的补强作用，所W宏观剪切强 度最高。
[0035] 从说明书附图2-1摩擦系数和溫度关系对比图可W看出，含有不同比例空屯、微珠 的CP系列试样在定压（0. 98MPa)、定速（480;r/min)摩擦实验条件下，整体保持较高摩擦因 数。由于CP0样品摩擦磨损机制主要为低溫时空屯、微珠的磨料磨削作用，而树脂高溫发生 粘流与光滑的微珠表面结合较弱，因而摩擦因数随盘溫升高呈下降趋势，尤其在250°C之 后，试样摩擦系数显著下降；添加了适量六铁酸钟晶须的CP5刹车片样品在高溫段则较为 平稳，可能是晶须交叠阻碍了空屯、微珠的流动，摩擦表面形成稳定的转移膜，保持了摩擦系 数的稳定。说明书附图2-2显示渗杂二维片状石墨FP系列样品整体摩擦系数较低。随实 验溫度升高，样品摩擦因数先达到最高值，然后开始下降。运是由于石墨具有良好的导热和 完整的层状结构，在配方中起到固体润滑剂的作用。低溫时，由于滑动剪切作用而分剥的 片形鱗片石墨很容易在刹车片和对偶表面形成光滑连续的碳质转移膜，从而稳定了摩擦系 数。而在高溫时树脂受热发生粘流，鱗片本身的层状结构导致与粘结剂的粘结力减小，使材 料整体强度降低，造成了瞬间摩擦系数增大后又急剧下降的情形。因此，刹车片配方中应该 合理控制鱗片石墨的含量为6-10份，防止其因急速刹车升溫造成制动安全隐患。而渗杂了 六铁酸钟晶须的CP5、FP5、CFP5刹车片样品，高溫段具有较稳定的摩擦性能，充分证实六铁 酸钟可明显提高摩擦材料的抗热衰退性。图示CFP5刹车片样品在100 - 250°C整个溫度区 间，摩擦系数稳定在0. 44 - 0. 47间，显示出良好的高溫稳定性。高溫下晶须作为增强连接 主体，零维空屯、微珠和二维鱗片石墨混杂形成相互牵连的=维网络结构，并发展为稳定的 增强补强结构体系。当试样受到拉剪等应力时，晶须将承受与传导相应的载荷与应力，阻碍 制品的变形断裂，从而起到了良好的增强、补强效果。
[0036] 说明书附图3是实施例和比较例中五组不同配比的刹车片试样磨损率随溫度升 高变化曲线图。在100 - 200°C范围内，随溫度上升，磨损率整体呈上升趋势。其中添加鱗 片石墨的FP0和FP5刹车片试样保持较低的磨损率，运是和片状石墨层状解理结构具有的 润滑特性相关，可W减缓摩擦材料和对偶件表面之间的直接摩擦阻力，从而降低磨损率；适 量的石墨在刹车片中确实起到导热耐磨的作用，但大量石墨(试样FP0)的添加使得摩擦材 料硬度整体降低，导致300°C之后磨损率骤然上升，磨损加剧。添加空屯、微珠的CP0和CP5， 磨损率一直随着溫升较为平稳上升，因为空屯、微珠和树脂基体的粘结力较弱使得起磨料作 用的微珠在一定的冲击力作用下会发生脱落。高溫时，添加微珠的刹车片表面磨损较之添 加石墨的刹车片磨损率显示较小，说明高溫时微珠填料可W延缓摩擦材料的磨损。试样CP5 和FP5组分中，由于铁酸钟晶须的加入比起单一添加微珠和片状石墨(试样CP0和FP0)填 料，耐磨性显著提高，磨损率减小。铁酸钟晶须和空屯、微珠混合使用在刹车片体系中具有协 同复合效应，六铁酸钟晶须导热系数低，摩擦产热过程中减小了材料本身溫度的升高，保证 了树脂基体与增强体之间良好的粘结，降低了磨损；同时，在有合适含量的空屯、微珠存在情 况下使得刹车片摩擦表面塑性变形相对容易，摩擦表面形成转移膜结构更密实，有利于减 缓其本身高硬度对对偶件表面的準沟準削作用，二者协同作用使得高溫磨损率没有明显上 升趋势。另一方面，使用的不同功能填料由于在外形上的多层次空间交叉重叠效应(空屯、球 状、晶须状、片状材料）产生的尺度和维度上的互补协同增强使得刹车片能够在高溫下保持 较好的抗磨损性能。因此，使用空屯、微珠、铁酸钟晶须和鱗片石墨作为主要功能填料制备的 CFP5样品随着溫度升高保持平缓的变化趋势，磨损率较低，=者之间发挥了明显的结构与 功能协同作用。
[0037] 说明书附图4是本发明中实施例与比较例利用不同维度填料制备的刹车片经过 定速磨损实验后试样表面光学形貌状况。图4-1示出由鱗片石墨与铁酸钟晶须共同复合制 备的刹车片试样FP5磨损后的试样表面平整，少量块体状磨屑剥落表明该试样的摩擦过程 W黏着磨损机制为主要摩擦机理；由图4-2可W看出，CP0试样表面磨损较严重，光亮球形 的颗粒状磨屑是空屯、微珠，和对偶件表面W磨粒磨损机制为主要摩擦机理，表现为较明显 的制动噪音和落灰；图4-3是由=种不同维度的空间填料制备的刹车片试样CFP5磨损表面 形貌，该形貌特征是沿着摩擦方向分布着规则的、几乎相互平行分布的準沟状磨痕和块状 表面摩擦层脱落，断层整齐光滑，说明发生W磨粒磨损和黏着磨损为主要机理的混合摩擦 磨损机制。据图可W分析判断出，由于=种填料的空间尺度协同互补效应，发挥组分材料物 理性能的复合效应，导致摩擦剪切发生时，可W及时传导和减缓力学加载时的累积分布不 均效应和摩擦诱导的急剧溫升问题，有效稳定复合材料的摩擦系数和提高界面的整体耐磨 性水平，和前述的实验测试结果具有一致性。
【主权项】
1. 一种环保三维复合增强有机刹车片，其特征在于：其材料配方为以下重量份数的组 分组成：酚醛树脂8-13、芳纶2-5、陶瓷纤维13-17、重晶石22-31、橡胶粉4-6、滑石粉4-6、 蛭石4-6、人造石墨1-4、腰果壳油改性摩擦粉3-7、棕刚玉1-3、空心微珠6-20、六钛酸钾晶 须4-13、改性鳞片石墨6-10。2. -种环保三维复合增强有机刹车片的制备技术，其明显特征包括以下技术步骤： (1) 称量混料：根据配方所确定的各种原料的百分含量，对原材料中的空心微珠用 KER-200B型标准筛进行粒度筛分分级处理待用；先将过80目筛的空心微珠和六钛酸钾晶 须、鳞片石墨在犁耙式混料机中低速混料5min，再将芳纶与沉淀硫酸钡粉体放入HX0280 型摩擦材料专用混料机先进行l〇min的预混，然后再将上述两部分材料和其它填料进行搅 拌混料，持续时间8-15min ; (2) 钢背处理：将定型加工的钢背用微波清洗工艺除油清洗，晾干进行抛丸粗化处理； 达到合适粗糙度后，再在其表面进行喷涂粘接剂备用； (3) 热压成型：将上述混好的配料和准备好的钢背一并置入UMD型热压成型机中进行 热压成型，成型温度150°C _160°C，压力25-35MPa，保压时间8-10min，期间排气5-6次； (4) 热处理：将成型的刹车片样品放入热处理箱中升温至140°C保温l_2h，160°C保温 5-7h，180°C保温l_2h，固化结束lh开箱冷却并出箱； (5) 后期机械加工：使用FR3680型电磁式平面磨床、FR4300型开槽倒角机、UMD型热风 循环烘道，分别进行粗磨精磨、开倒角、喷砂、去除飞边、毛刺等工艺处理； (6) 喷码、包装工序：产品喷码，采用静电喷涂工艺，喷涂设备转速为180rpm，环境温度 170Γ ;包装，包装前将产品经铆接、安装附件程序，检验成品并包装。3. 根据权利要求1所述的一种环保三维复合增强有机刹车片，其组成特征在于：刹车 片材料包括以下重量份数的组分：酚醛树脂10、芳纶3、硅酸铝陶瓷纤维15、重晶石30、橡胶 粉5、滑石粉5、蛭石5、人造石墨2、腰果壳油改性摩擦粉3、棕刚玉2、空心微珠7. 5、六钛酸 钟晶须5、改性鱗片石墨7. 5。4. 根据权利要求1所述的一种环保三维复合增强有机刹车片，其技术特征在于：所选 用的空心微珠填料为低成本、来源广泛的合成原料或工业废弃物粉煤灰的副产品；所采用 的六钛酸钾晶须和鳞片石墨均经过化学表面活性剂预改性处理以提高其在刹车片基体中 的分散性和基体界面结合相容性；所用表面活性剂可为油酸、硬脂酸、硬脂酸镁或硬脂酸钠 等化合物单独及其混合形式；所述的摩擦性能调节剂包括具有层状解理结构的无机矿物滑 石粉、蛭石等原料。5. 根据权利要求2所述的一种环保三维复合增强有机刹车片制备技术，其特征在于： 本发明提出的制备工艺技术是对通用的热压成型工艺流程实施集成强化、微观精细化的质 量管理控制技术；特别是，为了使刹车片有机基体内部能够形成本发明提出的三维复合增 强网络结构，在生产工艺操作流程中的选料、混料、成型、热处理等各工艺技术环节实施分 步骤、优先级、梯度式量化质量控制技术手段。6. 根据权利要求1、2及3所述的一种环保三维复合增强有机刹车片及其制备技术，其 特征在于：三维复合增强有机刹车片优良的力学和摩擦磨损性能归因于其基体中构建形成 的具有三维功能互补型的有机网络结构体系；该三维结构模型是由特征二维鳞片石墨等原 料为网络骨架，交叉、互连的一维钛酸钾晶须为连接补强体，零维空心微珠等填料嵌入其结 构空隙，从而形成稳定的三维空间网络结构。
【文档编号】C09K3/14GK106051001SQ201510822623
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年11月24日
【发明人】王永红
【申请人】王永红