专利名称：：一种陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种汽车制动摩擦材料，特别涉及一种用于汽车制动系统的陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料，本发明还涉及该复合摩擦材料的制备方法。
背景技术：
：汽车刹车片是汽车制动系统的A类关键零部件，其性能的好坏直接关系到汽车运行的安全性和可靠性。目前市场上主流的汽车刹车片均采用金属或少金属树脂基摩擦材料。相对于石棉片，金属纤维增强树脂基摩擦材料比较环保，降低了刹车片的粉尘污染，但其存在易锈蚀、制动噪音大、易伤对偶盘、落灰严重等缺陷。另外，由于基体采用树脂，高温下存在热衰退大、耐磨性差等问题。而炭纤维、芳纶纤维和陶瓷晶须尽管性能优异，但价格昂贵，不适于在汽车摩擦片中大量应用。玻璃纤维价格低廉，但对生产操作人员刺激较大、添加过多可导致刹车片磨损加大，并容易产生制动噪音。研究和使用发现，作为汽车刹车片的增强相，氧化铝陶瓷纤维具有使用温度高、耐腐蚀、与基体相容性良好、结构强度较高、制动噪音低、制动效力好、刹车平稳性强、价格适中等一系列的优良品质，是一种较理想的石棉及金属纤维替代物，也是制备中、高档汽车刹车片的优先选择纤维；同时，以陶瓷基体部分取代树脂粘结剂，可大幅度改善刹车片的热衰退性能，减少高温磨损量。
发明内容本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种使用寿命长、耐温性能好、低制动噪音、落灰少、制造性能好的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料。本发明所要解决的第二个技术问题是提供该陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明提供的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，其材料配方按重量百分比计算为粘结基体1530，增强纤维2540，摩擦性能调节剂1020，抗磨润滑剂1530，弹性增韧剂510，空间填料1030，所述的粘结基体主要以改性铝硅酸钠作为无机高温粘结剂，少量酚醛树脂作为有机中低温辅助粘结剂；所述的增强纤维由耐高温氧化铝陶瓷纤维组成；所述的摩擦性能调节剂由24%的铬铁矿粉组成；所述的抗磨润滑剂由硫化锑、石墨等组成；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=11；所述的空间填料由重晶石和复合填料组成。本发明进一步提供的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，其材料配方按重量百分比计为改性铝硅酸钠1020(wt.%)，酚醛树脂/丁腈橡胶510(wt.%)，氧化铝纤维2035(wt.%)，芳纶浆泊12(wt.%)，石墨616(wt.%)，硫化锑38(wt.%)，铬铁矿24(wt.%)，有机摩擦粉25(wt.%)，重晶石1020(wt.%)，复合填料48(wt.%)。为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的该陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备方法，包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间45分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200300kgf/cm2,热压温度160200°C，排气1012次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是5565s/mm；(4)、热处理将刹车片在1.82.2小时从室温升温到150170°C，保温35小时，再在0.81.2小时升温到200220°C，保温35小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在650700°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。采用上述技术方案的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料及其制备方法，相对于金属纤维增强树脂基汽车刹车片，陶瓷纤维增强陶瓷基汽车刹车片在速度/压力相关性、制动效能、噪音控制、落灰控制、使用寿命尤其是耐高温性能等方面都有显著的提高，而制造成本基本持平，是一种性价比较高的新型汽车制动摩擦材料。综上所述，本发明是一种使用寿命长、制造性能好的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，该材料的制备方法简单可行。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本发明提供的陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料的配方改性铝硅酸钠20(wt.%)，酚醛树脂/丁腈橡胶5(wt.%)，氧化铝纤维35(wt.%)，芳纶浆泊2(wt.%)，石墨6(wt.%)，硫化锑7(wt.%)，铬铁矿2(wt.%)，有机摩擦粉2(wt.%)，重晶石14(wt.%)，复合填料7(wt.%)。在这个配方体系中，陶瓷粘结剂主要是以改性的铝硅酸纳作为高温粘结剂，可显著提高材料的耐温性能，降低材料在高温下的磨损量，并可以使材料形成网状多孔结构，增加制动平稳性，减少制动噪音。为继续沿用树脂基汽车刹车片的成型工艺和生产设备，力口入少量的树脂和橡胶，以降低设备投入和生产成本。陶瓷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，硫化锑用作中、高温润滑剂，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、有机摩擦粉等可以提高摩擦系数，增加制动效能。重晶石、复合填料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。陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备工艺，包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间4分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力300kgf/cm2，热压温度160°C，排气12次，保压时间是65s/mm；(4)、热处理将刹车片在2小时从室温升温到160°C，保温4小时，再在1小时升温到210°C，保温4小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在700°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的性能按GB5763-2008对陶瓷纤维增强陶瓷基汽车刹车片进行了定速摩擦试验，试验结果见表1。表1陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料定速试验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从表1可以看出，陶瓷纤维增强陶瓷基汽车刹车片的摩擦系数从100°C到350°C变化较少，高温下没有出现衰退现象，磨损率基本不受温度的影响，特别是在350°C下，陶瓷基体在高温下形成立体网络结构，将各组元牢固的粘合在一起，同时，陶瓷纤维具有较好的耐高温性能，能起到很好的增强作用，高温材料的整体强度并没有降低，材料的磨损率基本保持不变。实验完后，材料表面上无油膜，摩擦块表面完整，无裂纹。实施例2本发明提供的陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料的配方陶瓷粘结剂10(wt.%)，酚醛树脂/丁腈橡胶10(wt.%)，氧化铝纤维20(wt.%)，芳纶浆泊2(wt.%)，石墨16(wt.%)，硫化锑8(wt.%)，铬铁矿4(wt.%)，有机摩擦粉5(wt.%)，重晶石17(wt.%)，复合填料8(wt.%)。陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备工艺，包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间5分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200kgf/cm2，热压温度200°C，排气10次，保压时间是55s/mm；(4)、热处理将刹车片在1.8小时从室温升温到150°C，保温3小时，再在0.8小时升温到210°C，保温3小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在650°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。实施例3本发明提供的陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料的配方改性铝硅酸钠18(wt.%)，酚醛树脂/丁腈橡胶8(wt.%)，氧化铝纤维27(wt.%)，芳纶浆泊1(wt.%)，石墨12(wt.%)，硫化锑3(wt.%)，铬铁矿3(wt.%)，有机摩擦粉4(wt.%)，重晶石20(wt.%)，复合填料4(wt.%)。陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备工艺，包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间5分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力260kgf/cm2，热压温度180°C，排气11次，保压时间是60s/mm；(4)、热处理将刹车片在2.2小时从室温升温到170°C，保温5小时，再在1.2小时升温到220°C，保温5小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在680°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。实施例4本发明提供的陶瓷纤维增强陶瓷基复合摩擦材料的配方改性铝硅酸钠16(wt.%)，酚醛树脂/丁腈橡胶8(wt.%)，氧化铝纤维32(wt.%)，芳纶浆泊2(wt.%)，石墨14(wt.%)，硫化锑6(wt.%)，铬铁矿4(wt.%)，有机摩擦粉2(wt.%)，重晶石10(wt.%)，复合填料6(wt.%)。陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的制备工艺，包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间5分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力250kgf/cm2，热压温度180°C，排气10次，保压时间是62s/mm；(4)、热处理将刹车片在2.1小时从室温升温到170°C，保温5小时，再在0.9小时升温到220°C，保温3.5小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在680°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。权利要求一种陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，其特征是其材料配方按重量百分比计算为粘结基体15～30，增强纤维25～40，摩擦性能调节剂10～20，抗磨润滑剂15～30，弹性增韧剂5～10，空间填料10～30；所述的粘结基体以改性铝硅酸钠作为无机高温粘结剂，酚醛树脂作为有机中低温辅助粘结剂；所述的增强纤维由单一耐高温氧化铝陶瓷纤维组成；所述的摩擦性能调节剂，由2～4％的铬铁矿粉组成；所述的抗磨润滑剂由硫化锑、石墨组成；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；所述的空间填料由重晶石和复合填料组成。2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，其特征是其材料配方按重量百分比计为改性铝硅酸钠1020，酚醛树脂/丁腈橡胶510，氧化铝纤维2035，芳纶浆泊12，石墨616，硫化锑38，铬铁矿24，有机摩擦粉25，重晶石1020，复合填料48。3.制备权利要求1所述的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料的方法，其特征是包括如下步骤(1)、配料按上述配比称量各个组分物料；(2)、混料将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间45分钟；(3)、成型按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200300kgf/cm2，热压温度160200°C，排气1012次，保压时间是5565s/mm；(4)、热处理将刹车片在1.82.2小时从室温升温到150170°C，保温35小时，再在0.81.2小时升温到200220°C，保温35小时，然后随炉冷却至室温；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，然后在650700°C的温度下进行高温烧蚀表面处理，再经喷涂、印标，加工成为汽车刹车片。全文摘要本发明公开了一种陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料及其制备方法，其材料配方按重量百分比计算为粘结基体15～30，增强纤维25～40，摩擦性能调节剂10～20，抗磨润滑剂15～30，弹性增韧剂5～10，空间填料10～30。本发明是一种使用寿命长、制造性能好、性价比高的陶瓷纤维增强陶瓷基汽车制动摩擦材料，该材料的制备方法简单可行。文档编号F16D69/02GK101813150SQ20101017879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日发明者刘伯威,杨阳,黄伯云申请人:湖南博云汽车制动材料有限公司;中南大学