一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片及其制备方法
【专利摘要】一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片及其制备方法，其组分包括作为天然苘麻纤维，芳纶浆粕，稀土改性酚醛树脂，摩擦性能调节剂和填料等；所述各组分的重量分数：增强纤维30～35份，粘合剂13～16份，摩擦性能调节剂9～12份，填料40～45份。经过碱处理和超声波后的苘麻纤维价廉质轻、比强度、比模量高、拉伸强度高、耐摩擦性好等多种优良性能，且属于可再生资源。在最优工艺条件下所制备的掺有苘麻纤维的轿车刹车片，具有稳定的摩擦系数，舒适的刹车制动效果和刹车平顺性，噪音小，舒适性好，对环境友好，是理想的环保型摩擦材料。
【专利说明】一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轿车制动用摩擦材料【技术领域】，具体涉及一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]摩擦材料是用于汽车和机械中起传动、制动、减速、转向、驻车等作用的功能配件。按功能及安装的部位主要分为制动器衬片和离合器面片。在过去20多年中，以汽车为代表的行走机械用摩擦材料的组成和制造工艺已发生了明显变化，新型摩擦材料有更好的抗热衰退性能、更长的寿命且更有利于环保与人类健康。摩擦材料在汽车工业中属于关键的安全件，汽车的启动、制动和驻车都离不开摩擦材料，摩擦材料的好坏、优劣直接关系着人民的生命财产安全。
[0003]从使用棉线作为增强纤维的第一片制动摩擦片诞生，到石棉制动摩擦片、半金属摩擦材料，再到NAO摩擦材料，高性能的碳纤维摩擦材料。摩擦材料行业的每一次重大突破，都是伴随着新材料的研发和应用。特别是增强纤维，粘结剂等主要成分与摩擦材料的性能关系最为密切。增强纤维是摩擦材料的“骨架”，主要作用是使摩擦材料具有一定的强度和韧性，使材料在冲击、剪切、拉伸等机械作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。
[0004]此外，摩擦材料是复合材料，其性能直接受其组分的性能、含量、配比、几何尺寸等因素影响。此外，摩擦材料是由基体材料、增强体、填料等多元组份配合而成的复合材料。其性能不仅受组分材料性能的影响，同时也受制于组分的配比。因此，配方设计一直是提高复合材料性能的主要途径。`
[0005]在我国九十年代开始，纤维素纤维就应用于摩擦材料。天然植物纤维具有质轻价廉及对环境无污染等优点，使得国内外对其复合材料研制格外关注，其中一些制品已开始工程应用。
[0006]苘麻是一种一年生的麻类作物，在我国广泛种植，韧皮经处理后可制成长而强韧的纤维，可搓绳索或编织简单用具，但苘麻韧皮的合理开发应用在国内外尚属空白。苘麻纤维除与其它麻类纤维一样，具有价廉质轻、比强度、比模量高、拉伸强度高、耐摩擦性好等优良特性。此外，苘麻属于再生的天然纤维素纤维，热分解时不产生有害气体，可自然降解，不会对环境构成负担。目前国内汽车刹车片的发展还停留在注重制动效果与安全性的阶段，没有发展到注重舒适性、环保性的阶段。但现代汽车正朝着高性能、高速度、安全舒适等方向发展，这就要求作为汽车重要组成部分的制动系统必须安全可靠，同时必须不断开发新的刹车材料以满足更严格的要求，天然纤维增强刹车片必然成为今后的一个发展趋势。
【发明内容】
[0007]本发明的第一个目的是针对国内现有轿车刹车片的缺点而提供的一种使用寿命好、柔韧性好、易磨合、刹车平稳、噪音小、舒适性和环保性好的掺有苘麻纤维的轿车刹车片。[0008]本发明的第二个目的是提供一种生产效率高，产品质量稳定的掺有苘麻纤维的轿车刹车片的制备工艺。该制备工艺与摩擦材料内部各成分性能互补，能够充分发挥各组分的作用。
[0009]本发明的实现方法如下:
[0010]为实现本发明的第一个目的，掺有苘麻纤维的刹车片的主要组分如下:苘麻纤维，芳纶浆柏，莱佩纳斯纤维，陶瓷纤维绒，稀土改性酚醛树脂，非离子聚丙烯酰胺，硅烷偶联齐Li，钦酸盐偶联剂，氣化石墨，柔性焦炭，二硫化钥，鱗片招粉，超细娃石粉，钦酸盐片晶。
[0011]为实现本发明的第二个目的，本发明提供的掺有苘麻纤维的轿车刹车片的制备工艺，具体工艺流程为:配料一混料一冷压成型一热压固化一热处理一表面处理一包装。
[0012]1.配料、混料，根据正交实验研究得出的各种组分的配方，将物料在自动配料系统中进行配料，配料过程采用计算机控制，自动实现加料，计量，排料，混料；
[0013]2.冷压成型，采用冷压法工艺，将混合好的原料倒入模具里，在自制的预压机上初步预压成型；
[0014]3.热压固化，将初步成型的产品转移到热压机上，采用的是一次成型工艺，压力设定值为50~60MPa，热压温度为180~200°C，热压时间为15~20min ；
[0015]4.热处理，将热压好的刹车片送到保温炉中进行热处理，炉温保持在220°C，保温时间10~15h ；
[0016]5.表面处理，热处理后的刹车片，其表面还是有需多毛边，采用磨削设备对刹车片进行磨削处理，磨削设备的转速为30~40r / min，使其表面平整；
[0017]6.包装，将加工好的刹车片进行喷码，喷码完成后进行包装入库。
[0018]本发明采用的天然增强纤维是苘麻纤维。
[0019]这里要说明的是；分布在我国安徽江浙一带的汽车刹车器中小企业，有几十家，十分强烈的希望能把当地的种类繁多的麻类的下脚料充分应用到自身企业中来，原因是；一是国家相关部门三令五申，不准使用石棉一类有毒的纤维材料。二，成千万吨的麻类下脚料亟待再生应用,应用成本极低。
[0020]然而，不同麻类的性质各不相同，不能拿来就用，必须按照不同的麻类配置不用的辅料，形成一种配方。由此派生的研究课题，即为以废弃麻类为添加主纤维的汽车刹车片的研究内容。近十年，本课题组对天然纤维做了大量实验研究，分析了不同纤维的特性，并通过几十万公里的上路实验，积累了大量的实验数据，由此形成了新型的天然纤维增强刹车片的工艺配方。
[0021 ] 苘麻纤维是绿色环保的植物纤维，其纤维素含量52 %，木质化程度较高，木质素约占16.4%。苘麻纤维用于摩擦材料具有以下作用:无任何毒性，既不影响人体健康，也不污染环境；分散容易，不像有机合成纤维或无机人造纤维在高速搅拌中产生静电、结团，影响混合的均匀性及刹车片的强度和稳定性。此外，纤维素纤维在300°C左右被直接炭化，不会破坏摩擦材料的内部结构，并增加了刹车片的气孔率，维持了摩擦性能的稳定。
[0022]由于苘麻原麻中还含有3096的纤维素共生物，苘麻使用前要经过以下处理工艺:苘麻原麻一喊处理一水洗一超声波处理一水洗一偶联剂处理一苘麻纤维。
[0023]I)碱处理:将苘麻纤维切成长度0.5cm，浸泡于质量分数为5%的NaOH溶液中，常温下浸泡处理12h，再用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重。[0024]2)超声波处理:将碱处理后的苘麻纤维放置到超声波发生器中，频率为28kHz，功率5kw，每次处理苘麻2.5kg，处理时间6h，温度控制范围50~60°C，然后用清水冲洗呈中性。从而使半纤维素等纤维素共生物成分得到去除，纤维素含量提高。将超声波处理后的纤维收集备用。
[0025]3)偶联剂处理:将经过碱处理和超声波处理后的苘麻纤维均匀喷雾KH-550的乙醇溶液，然后在80°C下烘干备用。通过以上处理后的苘麻纤维符合了作为刹车片纤维增强材料的要求。
[0026]本发明选用的聚酯纤维是芳纶浆柏。
[0027]该芳纶浆柏通过独特的技术的纤维加工成微纤化、团絮状的羽毛结构，其纤维平均长度为1.5~2.5mm，伸长率4~6%，比表面积为5.0~12.5m2 / g。芳纶加入可提高材料的耐高温性，摩擦稳定性，降低磨损量，赋予刹车片较好的机械性能、耐热性能。本发明中加入3.5%的芳纶纤维作为增强材料。
[0028]发明中采用的无机增强纤维是莱佩纳斯纤维和陶瓷纤维绒。
[0029]莱佩纳斯纤维是由玄武岩经过粉碎、煅烧熔化、离心力纺丝等加工而成，其中包含40%的非纤维微珠和60%的纤维，纤维的直径5 μ m~15 μ m，平均长度150 μ m~650 μ m，比表面积0.2m2 / g。莱佩纳斯纤维对复合材料的增强效果好，可耐1100°C高温，提高了刹车片的热稳定性。
[0030]陶瓷纤维绒主要成分为氧化硅、氧化钙和氧化镁，是通过电阻炉将原材料高温熔融，经喷吹/甩丝成纤工艺生产制成。陶瓷纤维绒具有优良的柔韧性和弹性，对刹车盘磨损小，噪音低。
[0031 ] 本发明专利中使用的粘合剂选用稀土改性酚醛树脂。
[0032]稀土改性酚醛树脂以氯化稀土和丁腈改性酚醛树脂为原料，采用物理共混的方法制备，稀土添加量为丁腈改性酚醛树脂的4%。由于稀土的化学活性高，它可以与酚醛树脂形成均匀的网络结构，有利于各组元在界面处的相互作用，使整个材料体系处于热力学最稳状态，摩擦材料的高温磨损率大大降低，摩擦系数的热衰退减小。
[0033]本发明专利中使用表面活性剂为非离子聚丙烯酰胺。
[0034]非离子聚丙烯酰胺分子链含有酰胺基或离子基团，可以改善矿物纤维与有机物的未和力，提闻矿物纤维与树脂粘结剂的相容性。
[0035]本发明专利中使用偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸盐偶联剂。
[0036]硅烷偶联剂为低价偶联剂，能很好地与硅灰石等填料偶联。
[0037]钛酸盐偶联剂在混料的过程中加入，将钛酸盐偶联剂喷洒在钛酸盐片晶上，改善其与树脂的结合界面。
[0038]本发明专利中使用的摩擦性能调节剂为氟化石墨，柔性焦炭，二硫化钥，鳞片铝粉。
[0039]氟化石墨热稳定性和化学稳定性非常好，可耐400°C~500°C高温，在摩擦材料中能够起到减磨和调节高温摩擦系数等作用。
[0040]柔性焦炭是经适当温度焙烧并以特殊工艺加工制造的焦炭粉，能在摩擦材料中起到润滑、减震、耐磨等作用，与氟化石墨配合使用，效果较好。
[0041]二硫化钥用于摩擦材料主要功能是低温时减摩，高温时增摩。同时，它覆盖在摩擦材料的表面，能保护其他材料，防止它们被氧化。
[0042]鳞片铝粉以纯铝箔加入少量润滑剂，经捣击压碎为鳞状粉末。用于摩擦材料，起到稳定摩擦系数、降低磨损以及散热的作用。
[0043]本发明专利中使用填料为超细硅石粉，钛酸盐片晶。
[0044]超细硅石粉是一种天然硅酸钙矿物，用于摩擦材料具有热稳定性及尺寸稳定性良好、力学性能以及具有补强性好等优点。本发明专利中使用的超细硅石粉粒径为2500~6000 目，密度:2.65g / cm3。
[0045]钛酸盐片晶与钛酸钾晶须相比，它熔点更高，高温区磨损更小，能保证在高温区的摩擦性能；它堆积密度较大，能减小粉尘飞扬引起的环境污染。钛酸盐片晶硬度适中，刹车时不损伤制动盘；耐热性好，从室温到高温都能保持稳定的摩擦系数，保证了刹车的平稳；无摩擦噪音，能避免刹车时产生的“尖叫声”。钛酸盐片晶作为环保型的摩擦填料，在国内、外广泛使用。本发明中钛酸盐片晶在摩擦材料中的加入量为16%。
【具体实施方式】:
[0046]—种掺有苘麻纤维的轿车刹车片针对国内现有轿车刹车片的缺点而提供的一种刹车平稳、噪音小、舒适性和环保性好的轿车刹车片。该刹车片采用稀土改性酚醛树脂作为粘结剂，以苘麻纤维、芳纶浆柏等作为增强材料，并加入多种摩擦性能调节剂和填料，采用热压法法制成。
[0047]实施例1
[0048]配方I中的各组分的比例为:
[0049]`
【权利要求】
1.一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片及其制备方法，其特征在于:其组分包括作为苘麻纤维，芳纶浆柏，莱佩纳斯纤维，陶瓷纤维绒，稀土改性酚醛树脂，非离子聚丙烯酰胺，硅烷偶联剂，钛酸盐偶联剂，氟化石墨，柔性焦炭，二硫化钥，鳞片铝粉，超细硅石粉，钛酸盐片晶；所述各组分的重量分数:增强纤维30~35份，粘合剂13~16份，摩擦性能调节剂9~12份，填料40~45份。
2.根据权利要求1所述的一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片，其特征在使用天然苘麻纤维作为增强材料，经碱处理和超声波处理后，分离出单根纤维，再经过偶联剂处理后，苘麻纤维可以通过改性酚醛树脂与填料形成较好的粘结。
3.根据权利要求1所述的一种掺有苘麻纤维的轿车刹车片，其制备工艺为热压压力50~60MPa，热压温度为180~200°C，热压时间为15~20min。此工艺条件下生产的刹车片具有稳定的摩擦系数，舒适的刹车制动效果和刹车平顺性，在摩擦工作时产生噪音小，制动性能优良 。
【文档编号】C09K3/14GK103836098SQ201310755552
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月21日 优先权日:2013年12月21日
【发明者】姜著川 申请人:姜著川