一种轿车用无铜无锑高性能摩擦材料及其制备方法与流程

本发明属于汽车工程领域，具体涉及汽车工程领域中的制动技术，尤其涉及一种轿车用无铜无锑高性能摩擦材料及其制备方法。

背景技术：

1、乘用车的刹车系统是车辆中至关重要的安全系统之一，它用于减速或停止车辆，其主要包括刹车踏板、刹车卡钳、刹车片以及刹车盘。其中刹车卡钳是安装在车轮上的部件，卡钳内设有刹车片，刹车盘是安装在车轮上的金属圆盘，车子行进时，刹车盘随车的轮子一同转动，金属圆盘用于与刹车片一起协同工作，通过摩擦来减速或停止车辆。具体为制动时，驾驶员踩下刹车踏板的方式来启动刹车系统，刹车系统的制动卡钳夹住与刹车盘之间的刹车片，使得刹车盘与刹车片接触开始产生摩擦，这个刹车力量通过刹车盘传递到车轮上，减速或停止车辆。

2、现有用于制备刹车片的摩擦材料中，往往加入大量的重金属锑，其含量可以达到4%-5%，刹车片中的锑，主要用途是阻燃剂，并且能够减低噪音、增强散热。然而锑被认为是潜在的致癌物，同时也会污染环境。含有高浓度重金属锑废弃后，对环境和人体健康会造成显著的有害影响。

3、此外，上述摩擦材料中往往还含有铜，刹车片中的铜往往以铜丝、铜纤维的形式存在，其作用与锑相似，也是增加摩擦材料的导热能力，将摩擦面产生的热量迅速散发出去，降低温度，确保制动能力的稳定。然而制动过程中，刹车片中的铜会以摩擦微粒的形式排放到空气中，铜微粒的吸入可能对人体健康造成危害。长期暴露于高浓度的铜微粒可能对呼吸系统、心血管系统和神经系统产生不良影响，引发呼吸道疾病和其他健康问题。并且铜微粒可能通过大气沉降到土壤和水体中，对土壤和水质产生负面影响，这可能对植物生长和水生生物造成损害，并可能进一步影响整个生态系统的平衡。

4、综上，目前需要一种确保具有良好散热性能情况下，且无铜无锑的摩擦材料，以应用于刹车片。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种轿车用无铜无锑高性能摩擦材料及其制备方法。使用改性碳纤维来替代刹车片摩擦材料中原有的铜和锑，使得刹车片具备环境友好性，不存在刹车过程中向外界释放铜或者锑的情况，并且刹车片也具备良好的散热性能。

2、本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种轿车用无铜无锑高性能摩擦材料，包括按重量计的下列组分：5-10份纤维增强材料，5-10份酚醛树脂，15-25份纤维增强材料，20-30份摩擦性能调节剂，5-10份环保纤维材料，5-10份金属颗粒，10-15份硫酸钡，5-8份聚丙烯腈，石墨5-15份，改性碳纤维10-15份；所述改性碳纤维包括碳纤维以及氧化石墨烯，其中碳纤维和氧化石墨烯的质量比为1：0.8~1。

3、其中，改性碳纤维主要包括碳纤维以及氧化石墨烯，添加氧化石墨烯可以改善碳纤维的性能，增强碳纤维的力学性能，包括强度、刚度和韧性。这使得改性碳纤维在应用中具有更好的耐久性和负载能力，并且氧化石墨烯的高热导率可以提高改性碳纤维的热传导性能，使其适用于热管理领域。刹车片的摩擦材料中不添加铜和锑，虽然其环境友好程度上升，但是其导热性能也随之下降了。改性碳纤维一方面可以减少对环境的影响，符合目前的环保要求，并且具备了氧化石墨烯的改性碳纤维具有良好的导热性能以及热稳定性，使得刹车片在不使用铜和锑的情况下仍在高温下保持稳定的性能。

4、其中，酚醛树脂是由苯酚或取代苯酚与甲醛反应得到的合成聚合物。酚醛树脂作为粘结剂，将刹车片中的其他材料粘结在一起，包括摩擦材料和支撑材料，确保刹车片的整体性能。并且酚醛树脂具有良好的耐热性和热稳定性，可以帮助刹车片在高温下保持稳定的性能，减少摩擦材料的软化和变形。

5、其中，硫酸钡通常用作增稠剂，可以增加刹车片的密度，并且硫酸钡能够帮助纤维在材料中分散。

6、其中，聚丙烯腈称为丙烯腈-丙烯酸酯共聚物，通常用作一种摩擦材料，可以帮助刹车片提供良好的制动效果，并且聚丙烯腈具有良好的热稳定性，可以在高温下保持其性能。

7、进一步优选的技术方案在于：所述纤维增强材料包括聚乙烯醇纳米纤维、聚酰胺纳米纤维、聚醚酮纳米纤维中的其中一种。

8、其中，纤维增强材料主要包括由聚合物形成的纳米纤维，纤维增强材料可以改善刹车片的摩擦性能，提高刹车片的制动效果和性能稳定性，根据聚合物种类不同，其产生的效果也不相同。例如聚乙烯醇纳米纤维可以增加刹车片的耐磨性，延长刹车片的使用寿命；聚酰胺纳米纤维可以增加刹车片的强度和刚度，提高刹车片在制动时的稳定性和耐久性，聚醚酮纳米纤维具有良好的耐热性，可以在高温下保持刹车片的稳定性能，减少摩擦材料的软化和变形。

9、进一步优选的技术方案在于：所述摩擦性能调节剂为氧化硅、氧化铝中的其中一种。

10、其中，摩擦性能调节剂主要包括金属氧化物或者酸性氧化物，摩擦性能调节剂根据氧化物种类不同，其产生的效果也不相同。例如氧化硅能够帮助提高刹车片的热稳定性，减少摩擦材料在高温下的软化和变形。

11、进一步优选的技术方案在于：所述环保纤维材料包括棉花纤维素纤维、木质纤维素纤维、亚麻纤维素纤维中的其中一种或几种形成的组合物。

12、其中，环保纤维材料主要包括天然纤维，环保纤维材料通常用于取代传统的非环保材料，以降低对环境的影响，环保纤维材料通常具有更低的环境影响，包括减少有害物质的排放和降低资源消耗，并且一些环保纤维材料可能具有更好的耐磨性、耐高温性等特性，从而提高刹车片的性能和寿命。

13、进一步优选的技术方案在于：所述金属颗粒包括锌、铁钴合金中的其中一种或几种形成的组合物。

14、其中，金属颗粒可以增加刹车片与刹车盘之间的摩擦系数，从而提高刹车系统的制动性能，并且金属颗粒的硬度可以增加刹车片的耐磨性，延长使用寿命。

15、进一步优选的技术方案在于：所述金属颗粒形状包括球形、方形，圆锥形中的其中一种或几种形成的组合物。

16、金属颗粒的形状对刹车片的性能有着重要的影响，相对于片状或纤维状，球形、方形，圆锥形的金属颗粒会产生较为均匀的压力分布，有助于提高制动效果。

17、上述任一方案的轿车用无铜无锑高性能摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

18、s1.按重量配比称取各个组分，并进行混合得到混合料；

19、s2.将所述混合料置于模具内，按照一定的温度、压力、时间热压成型，然后冷却得到摩擦材料。

20、进一步优选的技术方案在于：步骤s1中，所述混合包括搅拌、研磨中的其中一种方法，所述混合的时间为10-30min

21、进一步优选的技术方案在于：步骤s2中，步骤s2中，所述热压成型的压力为20-30mpa。

22、进一步优选的技术方案在于：步骤s2中，步骤s2中，所述热压成型的温度梯度为:

23、s21.将模具升温至150-165℃，保持3-5min；

24、s22.降温至130-140℃，保持0.5-1min；

25、s23.升温至170-180℃，保持2-3min。

26、其中，通过先升温再降温，可以使得改性碳纤维和其他材料在制备过程中更加均匀地受热和冷却，有利于提高材料的稳定性和一致性，这样有助于消除制备过程中产生的残余应力，促进材料结构的再组织和优化，使得刹车片在使用过程中的性能更好。

27、综上，本发明具有以下有益之处：

28、1.本发明中，通过使用改性碳纤维来替代刹车片摩擦材料中原有的铜和锑，使其具备环境友好性，并且刹车片的耐热和耐磨性能有进一步的提升；

29、2.改性碳纤维中的氧化石墨烯能够进一步提高碳纤维的导热性能，并且氧化石墨烯与碳纤维具备组合效果，即碳纤维的加入也能够使得加入摩擦材料中的氧化石墨烯具备提升刹车片导热以及耐磨的效果。