专利名称：一种低金属陶瓷基气压盘式刹车片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种气压盘式刹车片，特别是涉及一种用于客车气压盘式制动系统的低金属陶瓷基刹车片，本发明还涉及该刹车片的制备方法。
背景技术：
从技术角度来讲，汽车制动就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。而这些热能又主要都集中着制动器上，引起热衰退。这种情况在鼓式制动器上尤为明显，这是由于鼓式制动器的结构决定了它的散热性较差。在长距离制动过程中，制动器的温度可上升到500～700℃，甚至更高。热衰退会导致制动器性能急剧下降，甚至制动功能失效，从而引发事故。
为改善商用车的制动性能，欧洲研制了气压盘式制动器。从上世纪七十年代起，盘式制动器开始在客车和卡车上小批量使用，九十年代开始，盘式制动器得到大批量应用，目前在欧洲几乎所有新的大型商用车都已采用气压盘式制动器。而在我国，除了少数高级客车开始采用气压盘式制动器，绝大多数的商用车都使用鼓式制动器。
众所周知，我国是一个多山之国，东部地区的三分之二是丘陵与山区，而中西部则山更高，路更陡，我国的地貌与路况对汽车的制动系统的热衰退性能要求就更为苛刻。鉴于气压盘式制动器优异的抗热衰退性，可以说，盘式制动器的应用推广是解决我国车辆在山区道路连续下坡过程中造成的汽车制动失灵问题的有效方法。
盘式制动器逐渐取代鼓式制动器的趋势是不可逆转的。
目前市场上主流的气压盘式刹车片多采用半金属或少金属树脂基摩擦材料。从刹车片的配方特点来说，汽车制动时刹车片和制动盘表面的温度高达500～700℃，由于树脂基刹车片耐温性能欠佳，在高温下会分解放出水、气、油等，在摩擦表面形成一层薄膜，使干摩擦变成混合摩擦或湿摩擦，摩擦系数显著降低，存在刹车失效的隐患，同时由于树脂的大量热分解，降低了其粘结作用，材料高温磨损加剧，导致刹车片的使用寿命显著降低。目前市面上的一些陶瓷汽车刹车片采用较多量的陶瓷纤维替代传统的钢纤维，尽管其制动舒适性能(包括噪音、落灰以及与对偶匹配性等)明显提高，但是由于仍然采用树脂作为主要粘结剂，导致了其存在高温热衰退以及在高温下极易产生裂纹和高温磨损性能较差等问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供适用于客车盘式制动器要求的使用寿命长、制动灵敏、舒适性好的低金属陶瓷基气压盘式刹车片。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该低金属陶瓷基气压盘式刹车片的制备方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片，其材料配方按重量百分比计为陶瓷粘结剂15～25，酚醛树脂0～5，非金属混杂纤维10～30，金属纤维10～25，摩擦性能调节剂10～30，弹性增韧剂0～20，填料10～20，其中所述陶瓷粘结剂是指硅酸盐；所述酚醛树脂为腰果壳液改性树脂，主要起辅助粘结剂的作用，所述的非金属混杂纤维主要包括芳纶浆泊、碳纤维、陶瓷纤维等，所述的金属纤维由钢纤维、紫铜棉组成；所述的摩擦性能调节剂主要包括铬铁矿、氧化锆、石墨等；所述的弹性增韧剂由丁腈橡胶粉、摩擦粉组成，其重量配比为丁腈橡胶粉∶摩擦粉＝1∶1；所述的填料由重晶石、碳酸钙粉组成，其重量配比为重晶石粉∶碳酸钙粉＝1∶1。。
其材料配方按重量百分比计算为 陶瓷粘结剂15～25，芳纶浆粕0～5， 碳纤维0～5， 陶瓷纤维10～20， 钢纤维10～20，紫铜棉 0～5， 铬铁矿0～5， 氧化锆 0～5， 石墨 10～20，丁腈橡胶0～10 摩擦粉0～10， 重晶石粉5～10 碳酸钙粉 5～10， 酚醛树脂0～5。
为了解决上述第二技术问题，本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的制备方法，包括如下步骤 (1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌； (2)、热压压制压力200～300kgf/cm2，热压温度150～160℃，排气5～8次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm； (3)、将成型后的刹车片在5～7小时从室温升温到200～220℃，保温4～8小时，然后随炉冷却至室温； (4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在300～400℃的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
采用上述技术方案制得的低金属陶瓷基气压盘式刹车片，具有制动力矩较大、紧急制动舒适平稳、无明显衰退、无噪音、少落灰、而且生产工艺简单、环保。
综上所述，按照所述工艺制得的低金属陶瓷基气压盘式刹车片具有制动力矩较大、紧急制动舒适平稳、无明显衰退、无噪音、少落灰、而且生产工艺简单，环保，特别适用于城市客车气压盘式制动器，具有广阔的市场前景。
具体实施例方式 下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
实施例1 本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的配方说明 铝硅酸钠 15，芳纶浆粕2， 碳纤维5， 陶瓷纤维20， 钢纤维10，紫铜棉 5， 铬铁矿5， 氧化锆 5， 石墨 10，丁腈橡胶5 摩擦粉3， 重晶石粉5 碳酸钙粉 5， 酚醛树脂5。
在这个配方体系中，所述陶瓷基体是指硅铝盐、金属硫化物等无机高温粘结剂，可显著提高材料的耐温性能，降低材料在高温下的磨损量，同时也可以使材料形成多孔结构，增加制动平稳性，减少制动噪音，本实施例中采用的陶瓷粘结剂为铝硅酸钠。为继续沿用树脂基汽车刹车片的成型工艺和生产设备，加入少量的树脂和橡胶，以降低设备投入和生产成本。矿物纤维具有使用温度高、防潮性能好、磨损小等优点，并且可以起到微观强化和提高刹车舒适性的作用。石墨用作中、低温润滑剂，在材料表面形成减摩薄膜，可以增加制动平稳性，降低磨损，延长使用寿命。铬铁矿可以提高摩擦系数，增加制动效能。重晶石、碳酸钙粉等除起到降低成本的作用外，还可以稳定摩擦系数、调节材料的孔隙率，提高刹车舒适性。
低金属陶瓷基汽车刹车片的制备工艺说明，包括如下步骤 (1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌； (2)、热压压制压力300kgf/cm2，热压温度150℃，排气5次，保压时间是55s/mm； (3)、将成型后的刹车片在6小时从室温升温到210℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温； (4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在300℃的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
低金属陶瓷基气压盘式刹车片的性能 按GB5763-2008、QC/T479-1999和QC/T239-1997分别对武汉元丰DR01的低金属陶瓷基刹车片小样及样件进行试验及评价，实验结果见表1以及表2。
表1DR01小样定速检验报告
表2DR01样件在武汉元丰气压盘式制动器检验报告 附表一效能试验主要数据
附表二热衰退及恢复试验主要数据
附表三1摩擦片平均磨损量 内片0.34mm 外片0.31mm 2制动噪音无 摩擦片型号DR01生产厂家湖南博云样件试验匹配气室24′
结果表明，低金属陶瓷基气压盘式刹车片的制动力矩较大、平稳性较高，且无明显衰退，摩擦系数维持在0.36～0.41，制动力矩维持在20000～24000N·m，磨损量为0.3mm，对偶的磨损量小于0.01mm，摩擦片表面完整、较少落灰、无塌边、无裂纹。
另外，由摩擦学可知，正常工作期内摩擦片的表面磨损量与车辆行驶里程之间的关系服从一元线性规律，即 W＝ωL 式中W-总摩损量ω-单位行程磨损量L-车辆行驶里程 随着车辆的行驶里程的不断增加，盘式制动器摩擦片的磨损越来越大，当厚度接近磨损极限时，对客车的行驶安全来说，就构成一种严重的威胁。因此，我们以盘式制动器摩擦片的厚度作为控制客车安全性的一个重要指标，将摩擦片的允许磨损量转化为车辆的行驶里程。
采用本发明制得的20mm厚的制动摩擦车片经郑州宇通公司试装，单位行程磨损量约为0.0003mm/km，一般使用极限为4mm，由此确定该摩擦片的使用寿命约为53000km。
实施例2 本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的配方说明 铝硅酸钠 17，芳纶浆粕5， 碳纤维5， 陶瓷纤维10， 钢纤维15，紫铜棉 5， 铬铁矿5， 氧化锆 0， 石墨 10，丁腈橡胶3 摩擦粉2， 重晶石粉10， 碳酸钙粉 10，酚醛树脂3。
低金属陶瓷基汽车刹车片的制备工艺说明，包括如下步骤 (1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌； (2)、热压压制压力200kgf/cm2，热压温度160，排气8次，保压时间是65s/mm； (3)、将成型后的刹车片在5小时从室温升温到220，保温8小时，然后随炉冷却至室温； (4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在400的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
低金属陶瓷基气压盘式刹车片的性能 按GB5763-2008对武汉元丰DR01的低金属陶瓷基刹车片小样进行试验及评价，实验结果见表3。
表3DR01小样定速检验报告
实施例3 本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的配方说明 铝硅酸钠25，芳纶浆粕0， 碳纤维 2， 陶瓷纤维20， 钢纤维 20，紫铜棉 0， 铬铁矿 3， 氧化锆 5， 石墨10，丁腈橡胶3 摩擦粉 2， 重晶石粉5， 碳酸钙粉5， 酚醛树脂0 低金属陶瓷基汽车刹车片的制备工艺说明，包括如下步骤 (1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌； (2)、热压压制压力200kgf/cm2，热压温度160，排气8次，保压时间是65s/mm； (3)、将成型后的刹车片在5小时从室温升温到220，保温8小时，然后随炉冷却至室温； (4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在400的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
低金属陶瓷基气压盘式刹车片的性能 按GB5763-2008对武汉元丰DR01的低金属陶瓷基刹车片小样进行试验及评价，实验结果见表4。
表4DR01小样定速检验报告
实施例4 本发明提供的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的配方说明 铝硅酸钠 20，芳纶浆粕3， 碳纤维2， 陶瓷纤维10， 钢纤维10，紫铜棉 5， 铬铁矿5， 氧化锆 5， 石墨 20，丁腈橡胶3 摩擦粉2， 重晶石粉5， 碳酸钙粉 5， 酚醛树脂5 低金属陶瓷基汽车刹车片的制备工艺说明，包括如下步骤 (1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌； (2)、热压压制压力200kgf/cm2，热压温度160，排气8次，保压时间是65s/mm； (3)、将成型后的刹车片在5小时从室温升温到220，保温8小时，然后随炉冷却至室温； (4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在400的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
低金属陶瓷基气压盘式刹车片的性能 按GB5763-2008对武汉元丰DR01的低金属陶瓷基刹车片小样进行试验及评价，实验结果见表5。
表5DR01小样定速检验报告
权利要求
1.一种低金属陶瓷基气压盘式刹车片，其特征是其材料配方按重量百分比计为陶瓷粘结剂15～25，酚醛树脂0～5，非金属混杂纤维10～30，金属纤维10～25，摩擦性能调节剂10～30，弹性增韧剂0～20，填料10～20，其中所述陶瓷粘结剂是指硅酸盐；所述的酚醛树脂为腰果壳液改性树脂，主要起辅助粘结剂的作用，所述的非金属混杂纤维包括芳纶浆泊、碳纤维、陶瓷纤维，所述的金属纤维由钢纤维、紫铜棉组成；所述的摩擦性能调节剂包括铬铁矿、氧化锆、石墨；所述的弹性增韧剂由丁腈橡胶粉、摩擦粉组成，其重量配比为丁腈橡胶粉∶摩擦粉＝1∶1；所述的填料由重晶石、碳酸钙粉组成，其重量配比为重晶石粉∶碳酸钙粉＝1∶1。
2.根据权利要求1所述的低金属陶瓷基气压盘式刹车片，其特征是其材料配方按重量百分比计算为
陶瓷粘结剂 15～25， 芳纶浆粕0～5，
碳纤维 0～5， 陶瓷纤维10～20，
钢纤维 10～20， 紫铜棉 0～5，
铬铁矿 0～5， 氧化锆 0～5，
石墨10～20， 丁腈橡胶0～10
摩擦粉 0～10， 重晶石粉5～10
碳酸钙粉5～10， 酚醛树脂0～5。
3.制备权利要求1所述的低金属陶瓷基气压盘式刹车片的方法，其特征是包括如下步骤
(1)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为先将非金属复合纤维、摩擦性能调节剂进行预混合，保证复合纤维处于均匀分散状态，然后加入其它原辅材料，进行均匀搅拌；
(2)、热压压制压力200～300kgf/cm2，热压温度150～160℃，排气5～8次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm；
(3)、将成型后的刹车片在5～7小时从室温升温到200～220℃，保温4～8小时，然后随炉冷却至室温；
(4)、将热处理后的刹车片按技术要求进行平磨、钻孔，然后在300～400℃的温度下进行陶瓷化处理，喷涂、印标、检验、包装。
全文摘要
本发明公开了一种低金属陶瓷基气压盘式刹车片及其制备方法，其材料配方按重量百分比计为陶瓷粘结剂15～25，酚醛树脂0～5，非金属混杂纤维10～30，金属纤维10～25，摩擦性能调节剂10～30，弹性增韧剂0～20，填料10～20。其生产流程如下首先依次称取放入高速混料机内混匀，然后按照传统树脂基摩擦材料的干法一次成型工艺进行压制、热固化处理，最后机加工、陶瓷化处理、检验包装。按照所述工艺制得的低金属陶瓷基气压盘式刹车片具有制动力矩较大、紧急制动舒适平稳、无明显衰退、无噪音、少落灰、而且生产工艺简单，环保，特别适用于城市客车气压盘式制动器，具有广阔的市场前景。
文档编号F16D65/12GK101813148SQ20101017799
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者贺云果, 刘伯威, 唐兵 申请人:湖南博云汽车制动材料有限公司, 中南大学