本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法。
背景技术：
汽车工业的发展，为汽车摩擦材料提供了巨大的发展空间，汽车购买者使用者对于汽车的要求，主要是安全性、耐久性、舒适性、价格基本合理。摩擦材料是汽车保证安全的关键性零部件，按功能可分为传动和制动两大类摩擦材料。传动作用的离合器片，系通过离合器总成中离合器摩擦面片的贴合与分离将发动机产生的动力传递到驱动轮上，使车辆开始行走。而对于制动作用的刹车片(分为盘式或鼓式刹车片)，系通过车辆制动机构将刹车片紧贴在制动盘(鼓)上，使行走中的车辆减速或停下来。对于起制动作用的刹车片，其在工作过程中主要靠滑动摩擦来制动车辆，如果材质性能不佳，在使用过程中会出现严重磨损，更换较频繁，给汽车及车主造成很大困扰。目前市场上的刹车片可分为两种：一种为高分子材料的刹车片，以橡胶为主，添加树脂，其抗磨效果好，但耐热性差，寿命短；一种为无机材料的刹车片，其耐热性强，但摩擦性能较差，并且噪音较大。
中国专利cn103644231a公开了一种耐磨、耐高温汽车刹车片，汽车刹车片包括钢基层和粘结在钢基层上的摩擦层，摩擦层的各组分及各组分的重量份数为：改性酚醛树脂、硼酚醛树脂、环氧树脂、氮化硼、碳化硅、氧化锌、硫化锑、硫酸钙晶须、重晶石粉、重质碳酸钙，以及偶联剂和石墨，并用浓硫酸、双氧水对石墨进行处理，该专利制备的刹车片在骤热过程中性能稳定，物理性能稳定，不释放有毒气体。但是该专利的耐磨性不佳，且噪音污染较大。
中国专利cn104109342a公开了一种低噪音、抗热衰退树脂基摩擦材料，材料由质量百分含量为纳米氧化铝酚醛树脂、芳纶浆粕、矿物纤维、石墨、三硫化二锑、焦炭、氧化铝、氧化铁、腰果油摩擦粉、膨胀蛭石、硅藻土、丁腈橡胶和硫酸钡，本发明结合纳米氧化铝改性酚醛树脂来稳定摩擦系数，添加焦炭、膨胀蛭石、硅藻土和丁腈橡胶降低噪音，芳纶浆粕和矿物纤维作为增强材料，提高了摩擦材料的耐磨性和抗热衰退特性，但该发明制备的摩擦材料的耐磨性不佳。
因此，急需一种耐磨效果好，噪音低的摩擦片材料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提供一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：所述耐磨低噪音汽车刹车片包括半金属骨架和填充在半金属骨架的改性填充料，制备所述半金属骨架的原料包括：黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉；制备所述改性填充料包括硼酚醛树脂、玻璃纤维、钢棉、碳化硅、硅烷偶联剂、改性天然矿石和二氧化钛。
进一步的，制备上述半金属骨架的原料按其重量份包括：黄铜粉10份～25份、丁腈橡胶粉5份～10份、泡沫铁粉3份～5份和石墨粉1份～5份。其中，泡沫铁粉为疏松多孔粉末，比重较轻，将其添加到刹车片中可以减少制动噪音，稳定摩擦系数；石墨粉添加到半金属骨架中可以提高摩擦材料的摩擦系数，防止金属粘着，将泡沫铁粉与石墨粉以一定的比例添加到骨架中，可以使半金属骨架具有较优的综合性能提高摩擦性能。
进一步的，制备上述改性填充料的原料按其重量份包括：硼酚醛树脂15份～25份、玻璃纤维5份～10份、钢棉5份～15份、碳化硅1份～5份、硅烷偶联剂1份～5份、改性天然矿石5份～15份和二氧化钛0.5份～2份。其中，硼酚醛树脂比普通酚醛树脂的耐热性高，具有较好的瞬时耐高温性能和耐热氧化性能，可以提高刹车片的耐热性。
进一步的，制备上述改性填充料的原料按其重量份包括：硼酚醛树脂20份、玻璃纤维8份、钢棉10份、碳化硅3份、硅烷偶联剂3份、改性天然矿石10份和二氧化钛1.2份。
进一步的，改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石1份～5份、海泡石1份～5份和硅藻土1份～5份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨1小时～2小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在550℃～600℃下煅烧3小时～4小时，冷却至室温后放到8wt％～12wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化8小时～9小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
更进一步的，氢氧化钠溶液的浓度为3wt％～4wt％
本发明的另一发明目的在于提供一种上述耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌5分钟～10分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片。
其中，使用硅烷偶联剂对碳化硅、改性天然矿石和二氧化钛进行表面处理，提高无机材料与有机高分子的结合程度，提高无机材料的分散性，使制得的刹车片具有较高的稳定性。
进一步的，步骤i中，压制成形的工艺条件为：温度150℃～160℃，压力25mpa～30mpa，时间15分钟～20分钟。
进一步的，步骤iii中，填充压制的工艺条件为：温度160℃～180℃，压力20mpa～22mpa，时间10分钟～15分钟。
本发明的优点是：
1.本发明制备的耐磨低噪音汽车刹车片由半金属骨架和填充料组成，半金属骨架具有高强度、热稳定性强的特点，为刹车片提供结构支架；填充料为复合材料，具有耐磨、低噪音的特点，将两部分结合使用可以提高刹车片的耐磨性能；
2.本发明中添加有改性天然矿石，天然矿石经煅烧和酸碱处理后呈现多孔状，具有丰富的比表面积，可以提高声波的传输途径，有效增加声波的吸收程度，降低刹车片噪音；
3.本发明制备的耐磨低噪音汽车刹车片的耐磨性好，噪音音量较低，降噪效果明显，且制备方法简单，制作工艺流程易操作，适合大规模推广。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法
金属骨架的原料组成：黄铜粉18kg、丁腈橡胶粉8kg、泡沫铁粉4kg和石墨粉3kg；
改性填充料的原料组成：硼酚醛树脂20kg、玻璃纤维8kg、钢棉10kg、碳化硅3kg、硅烷偶联剂3kg、改性天然矿石10kg和二氧化钛1.2kg。
改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石3份、海泡石3份和硅藻土5份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨1.5小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在570℃下煅烧3.5小时，冷却至室温后放到10wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化8.5小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架，压制成形的工艺条件为：温度155℃，压力27mpa，时间17分钟；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌8分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片，填充压制的工艺条件为：温度170℃，压力21mpa，时间12分钟。
实施例2
一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法
金属骨架的原料组成：黄铜粉10kg、丁腈橡胶粉10kg、泡沫铁粉3kg和石墨粉1kg；
改性填充料的原料组成：硼酚醛树脂15kg、玻璃纤维10kg、钢棉5kg、碳化硅5kg、硅烷偶联剂5kg、改性天然矿石5kg和二氧化钛2kg。
改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石4份、海泡石1份和硅藻土3份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨1.0小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在550℃下煅烧4小时，冷却至室温后放到12wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化8.0小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架，压制成形的工艺条件为：温度150℃，压力25mpa，时间15分钟；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌10分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片，填充压制的工艺条件为：温度160℃，压力20mpa，时间15分钟。
实施例3
一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法
金属骨架的原料组成：黄铜粉25kg、丁腈橡胶粉5kg、泡沫铁粉5kg和石墨粉4kg；
改性填充料的原料组成：硼酚醛树脂25kg、玻璃纤维5kg、钢棉15kg、碳化硅1kg、硅烷偶联剂1kg、改性天然矿石6kg和二氧化钛0.5kg。
改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石1份、海泡石5份和硅藻土1份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨2.0小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在600℃下煅烧3.0小时，冷却至室温后放到8wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化9.0小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架，压制成形的工艺条件为：温度160℃，压力30mpa，时间20分钟；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌5分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片，填充压制的工艺条件为：温度180℃，压力22mpa，时间10分钟。
实施例4
一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法
金属骨架的原料组成：黄铜粉15kg、丁腈橡胶粉6kg、泡沫铁粉3kg和石墨粉2kg；
改性填充料的原料组成：硼酚醛树脂20kg、玻璃纤维6kg、钢棉5kg、碳化硅1kg、硅烷偶联剂5kg、改性天然矿石15kg和二氧化钛2.0kg。
改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石5份、海泡石1份和硅藻土3份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨2.0小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在560℃下煅烧3.0小时，冷却至室温后放到9wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化8.0小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架，压制成形的工艺条件为：温度150℃，压力28mpa，时间18分钟；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌10分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片，填充压制的工艺条件为：温度150℃，压力23mpa，时间10分钟。
实施例5
一种耐磨低噪音汽车刹车片及其制备方法
金属骨架的原料组成：黄铜粉22kg、丁腈橡胶粉12kg、泡沫铁粉3kg和石墨粉4kg；
改性填充料的原料组成：硼酚醛树脂26kg、玻璃纤维6kg、钢棉12kg、碳化硅2kg、硅烷偶联剂6kg、改性天然矿石6kg和二氧化钛1.5kg。
改性天然矿石通过如下方法制备：
a.按下列重量份称取制备改性天然矿石的原料：煤矸石5份、海泡石2份和硅藻土4份；
b.将煤矸石、海泡石和硅藻土放到研磨机中研磨2.0小时，得到天然矿石粉末；
c.将天然矿石粉末在590℃下煅烧3.0小时，冷却至室温后放到11wt％的盐酸溶液中，调节ph为4～5，陈化9.5小时，加入氢氧化钠溶液调节ph至中性，过滤烘干得到改性天然矿石。
耐磨低噪音汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：
步骤i，半金属骨架的制备：按上述重量份称取制备半金属骨架的原料，将所述重量份的黄铜粉、丁腈橡胶粉、泡沫铁粉和石墨粉放到高速分散机内，搅拌混合后取出，放到成型模具内压制成形，得到半金属骨架，压制成形的工艺条件为：温度150℃，压力20mpa，时间15分钟；
步骤ii，按上述重量份称取制备改性填充料的原料，将碳化硅、改性天然矿石、二氧化钛和硅烷偶联剂投入到混料机中，充分搅拌12分钟，加入硼酚醛树脂、玻璃纤维和钢棉，充分搅拌得到混合料；
步骤iii，将步骤ii得到的混合料填充压制在半金属骨架上，得到刹车片毛坯，将刹车片毛坯除去毛刺得到耐磨低噪音汽车刹车片，填充压制的工艺条件为：温度190℃，压力18mpa，时间15分钟。
实验例
为了进一步说明本发明的技术进步性，现采用实验进一步说明。
实验材料：市售汽车刹车片、本发明实施例1～5所生产的耐磨低噪音汽车刹车片。
实验方法：同等情况下比较各种材料的各项性能。
表1.实施例1～5制备的耐磨低噪音汽车刹车片的磨损率测试结果
表2.实施例1～5制备的耐磨低噪音汽车刹车片的噪声测试结果
实验结果表明：本发明制备的耐磨低噪音汽车刹车片的磨损率在100℃～350℃之间均小于0.46×104mg/nm，在温度为350℃时，本实施例1～5制备的耐磨低噪音汽车刹车片的磨损率在0.361×04mg/nm～0.46×104mg/nm范围内；在温度为100℃～350℃之间时，本实施例1～5制备的耐磨低噪音汽车刹车片的噪声均小于83db，当温度为350℃时，噪声的大小在77.2db～82.7db范围内。
结论：与市售汽车刹车片相比，本实施例1～5制备的耐磨低噪音汽车刹车片的磨损率小，噪音也较低。由此可知，本发明制备的耐磨低噪音汽车刹车片的耐磨效果好，噪音音量较小，且制备方法简单、制备工艺流程易操作，适合大规模生产。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。