一种黄蜀葵纤维增强环保型刹车片及其制备方法
【专利摘要】一种黄蜀葵纤维增强环保型刹车片，其主要组分包括：黄蜀葵纤维，芳纶浆粕，莱佩纳斯纤维，稀土改性酚醛树脂，硅烷偶联剂，钛酸盐偶联剂，棕刚玉增摩材料，煅烧石油焦碳，紫铜粉，人工石墨，沉淀硫酸钡填料，片状蛙石，六钛酸钾晶须。本发明采用黄蜀葵纤维作为天然增强纤维，利用其断裂强度较高、韧性良好、耐高温以及分散容易等特点，制备出一种使用强度高、韧性好、成本低、环保无污染，具有良好的热稳定性能的黄蜀葵纤维增强刹车片。
【专利说明】
-种黄蜀葵纤维増强环保型刹车片及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及汽车制动用刹车片，具体设及一种黄蜀葵纤维增强环保型刹车片及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 在过去20多年中，W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。目前我国汽车刹车片行业面临着环保化和高性能化两大转型，环保型高性能刹车片除 要满足高溫衰退小、磨损率低、摩擦系数稳定等要求外，还应具有振动小、噪声低、落灰少等 环保人性化的性能特点。
[0003] 天然纤维具有较高的强度，可W满足力学性能，而且天然纤维来源广泛，可再生， 绿色无毒，产量巨大。天然纤维的加入，可W降低材料的密度、减小其磨损量，但同时也会降 低材料的摩擦系数。如果将天然纤维与增强适当的基体混合可W制成完全降解的摩擦材 料，运种材料将获得巨大的市场空间。目前，采用天然纤维改性W及结构仿生等技术可W大 幅调高天然纤维与基体的相容性，均一性及耐高溫性能，提高摩擦材料的性能。
[0004] 黄蜀葵是一种一种一年生的麻类作物，在我国广泛种植，初皮经处理后可制成长 而强初的纤维，可磋绳索或编织简单用具。黄蜀葵纤维初性强劲，单纤维长约2~5厘米，与 有机合成纤维相比，具有价廉质轻、强度和模量适当等优点，而且是植物纤维，属可再生资 源，绿色无毒，可自然降解，保护环境。
[0005] 将黄蜀葵纤维与其他几种纤维混合在一起，性能互补，发挥混杂效应，制备的摩擦 材料性能优异，有利于降低刹车片厂家的生产成本。它具有很好的摩擦性能、抗疲劳性能、 溫度适应性、抗磨损能力W及低噪音性等，在不同的溫度和压力下的摩擦性仍然能保持良 好，其性能在低溫或高溫情况下变化不大。此外，黄蜀葵纤维的热解溫度高达35(TC~380 °C，具有良好的耐局溫性能。
[0006] 本专利基于国内外汽车刹车片产品结构的升级换代和项目单位在天然纤维增强 环保型汽车刹车片关键制备技术上所取得的突破，将科研成果转化为产品。该项技术采用 来源广泛的天然纤维，符合国家环保产业的要求，是国家鼓励发展的产业，具有显著的社会 效益和较大的经济效益，对我国汽车行业的发展具有推进意义。
【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、初性好、刹车平稳、噪音小的黄蜀葵纤维增强刹车片。
[000引本发明的第二个目的是提供一种低金属、少粘接剂、成本低，环保无污染，具有良 好的热稳定性能W及其工作稳定性的黄蜀葵纤维增强环保型高性能刹车片的制备方法。 [0009]本发明的实现方法如下： 为实现本发明的第一个目的，黄蜀葵纤维增强环保型高性能刹车片的主要组分如下： 黄蜀葵纤维，芳绝浆巧，莱佩纳斯纤维，稀±改性酪醒树脂，硅烷偶联剂，铁酸盐偶联剂，栋 刚玉增摩材料，般烧石油焦碳，紫铜粉，人工石墨，沉淀硫酸领填料，片状蛙石，六铁酸钟晶 须。
[0010] 为实现本发明的第二个目的，本发明提供的黄蜀葵纤维增强环保型汽车刹车片的 制备工艺，具体工艺设备及生产方案如下： 工艺设备:盘磨机（ZSP-300)，摩擦材料配方研究专用热压机，型号JFY50,吉林大学 机电设备研究所制造；自制混料机，型号CM100,南通奥普机械工程有限公司生产，每次可混 料约Ikg;恒溫干燥箱，型号D服一9070A，上海齐新科学有限公司生产。
[0011] 工艺流程:配料^计量^混料^涂胶^热压^热处理^磨平面^开槽^表面高溫 处理^喷漆^质检^印标^包装^入库。
[0012] 根据正交实验研究热压法制备黄蜀葵纤维增强环保型刹车片的最佳工艺参数中， 压制溫度、压制时间和压制压力对刹车片性能影响最大。
[001引生产方案： 首先，将称量的原料放入自制揽拌器中揽拌10~15 min,转速为300~400 r/min。其中 的配料、混料，按照配方的比例将物料在自动配料系统中进行配料，选用摩擦材料全自动配 料计算机控制系统，该系统能自动实现加料，计量，排料，混料。尽量使黄蜀葵W单纤维形态 分散于混合料中，才能在摩擦材料中达到最佳增强效果。
[0014]然后，将揽拌均匀的原料放入模具中，置于冷压成型机上初步预压成型，将初步成 型的产品转移到热压机上，采用2步升溫、3次放气、溫控固化的工艺制备摩擦材料。其中热 压溫度为180°C，压力50~60MPa，热压时间为10~15分钟。
[001引最后，为使刹车片材质能更加稳定、耐热性更高，将热压好的刹车片送到保溫炉中 进行热处理，炉溫保持在250°C，保溫时间地，然后随炉溫冷却，得到试件。热处理后的刹车 片，其表面还是有需多毛边，采用磨削设备将热处理后的刹车片进行磨削处理，磨削设备的 转速为30~40转/分，使其表面平整。
[0016] 本发明采用的天然增强纤维是黄蜀葵纤维，黄蜀葵纤维断裂强度较高，纤维较长， 初性良好。其加工工艺性好，最突出的是分散容易，不像许多代用石棉的有机合成纤维或无 机人造纤维在高速揽拌中产生静电、结团，影响混合的均匀性和刹车片摩擦性能及强度和 稳定性。经过正交试验分析表明：质量分数为12%的黄蜀葵纤维增强的轿车制动块具有较好 的断裂强度和初性。
[0017] 黄蜀葵使用前要经过化学预处理和超声波处理： 1)化学预处理。将黄蜀葵纤维切成主体纤维长度<12mm，浸泡于质量分数为2~3%的 NaO田容液中，常溫下浸泡处理12~2地。
[0018] 2)超声波处理。将浸泡在碱液中的黄蜀葵纤维置于再放置到超声波发生器中，处 理12h，频率为28kHz，溫度控制范围50~60°C，然后用去离子水冲洗呈中性，烘干至恒重， 备用。
[0019] 有机增强材料，本发明选用的有机增强材料是美国杜邦公司生产的芳绝浆巧。该 芳绝浆巧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 ~2.5 mm，伸长率4~6%，比表面积为5.0~12.5 mVg。芳绝加入可提高材料的耐高溫性， 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4%的芳绝 纤维作为增强材料。
[0020]无机增强纤维，本发明中采用的无机增强纤维是莱佩纳斯纤维。莱佩纳斯纤维是 由玄武岩经过粉碎、般烧烙化、离屯、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5ym~15ym，平均长度15化m~65化m，比表面积0.2 m Yg。莱佩纳斯纤维对 复合材料的增强效果好，可耐ll〇〇°C高溫，提高了刹车片的热稳定性。 本发明专利中使用的粘合剂选用稀±改性酪醒树脂。采用的稀±材料为氯化稀±，树 脂为下腊改性酪醒树脂，改性方法为外加入式物理共混改性，稀±添加量为下腊改性酪醒 树脂的4%。用稀±改性树脂按照常规工艺参数制造的摩擦材料，摩擦系数普遍较高而且稳 定。稀±的化学活性高，它的加入与树脂形成均匀的网络结构，有利于各组元在界面处的相 互作用及相互润湿，使整个材料体系处于热力学最稳状态，在摩擦材料高溫工况下产生的 炭化物及小分子物料质少，所W摩擦系数的热衰退小。经过改性的酪醒树脂可W将各种原 料很好地加W粘合，生产出的刹车片不但各项理化性能指标优良。作为刹车片基体树脂可 W明显提高刹车片的抗热衰退能力，具有良好的摩阻性能。本发明中加入10%的稀上改性 酪醒树脂作为粘合剂。
[0021 ]本发明专利中使用的偶联剂为铁酸盐偶联剂和硅烷偶联剂。
[0022] 铁酸盐偶联剂在混料的过程中加入，还可用其对填料进行预处理。将铁酸盐偶联 剂喷洒在娃灰石上，改善其与树脂的结合界面。
[0023] 硅烷偶联剂为低价偶联剂，能很好地与娃灰石等填料偶联。
[0024] 本发明专利中使用的摩擦性能调节剂为栋刚玉增摩材料，般烧石油焦碳，紫铜粉， 人工石墨。
[0025] 栋刚玉W优质耐磨材料高侣含量的饥±为原料，于电弧中经2000度W上高溫烙炼 而成，经自磨机粉碎整形，、筛分成多种粒度，其质地致密、硬度高，其突出的特点是晶体尺 寸小耐冲击，表面干洁，易于与粘合剂结合，高溫性能特别稳定，能有效的降低摩擦材料高 溫制动的衰退性。
[0026] 般烧石油焦碳是由硬度低气孔率高的优质石油焦经过高溫赔烧制成的颗粒。摩擦 材料中加入按一定比例混合而成的般烧焦炭与石墨能使摩擦材料具有完美的综合性能，提 高摩擦性能。另外，焦炭的气孔率较高，提高了摩擦材料的摩擦系数，减少了制动噪音，减轻 了高溫时摩擦材料的热衰退。粒度30~60目，碳含量98.5%，密度1.97~2.25 g/cm3。
[0027] 紫铜粉是采用优质的黄铜为原料经过特殊工艺专口加工而成，外观呈不规则形 状，有一定的初性，质地柔软。用于摩擦材料中，具有很好的粘结力，能很好的与其他原料均 匀混合，具有减摩擦作用，能减少摩擦材料对盘和钻的磨损。另外，紫铜粉耐高溫，在高溫软 化时吸收大量的热量，且散热快，有助于降低摩擦材料制动时表面的溫度。其粒度为40~80 目，纯度大于96%，比重8.7g/cm3。
[002引所采用的人工石墨是由瑞±物密高集团（TIMCAL GROUP)公司生产。由于石墨作为 碳质原料，具有很高的热容和导热系数，所W能较多地吸收由摩擦功转化的热量，并顺利地 散发出去，有助于提高摩擦材料的耐溫性能。人工石墨为鱗片层叠结构，硬度又很低，可W 作为减磨材料W调整摩擦系数，可减小磨损;石墨颗粒富含微孔，且具弹性恢复作用，所W 被赋予良好的阻尼功能，在摩擦材料中起到减小震动、遏制噪音、减小震动的效果。此外，人 工石墨很容易被有机粘结剂浸润，而且其颗粒与粘结剂的粘结强度很高。
[0029] 本发明专利中使用填料为沉淀硫酸领填料，片状蛙石，六铁酸钟晶须。
[0030] 改性娃灰石除具有与娃灰石原矿相同的耐热性好及具有一事实上的增强效果W 夕h外观、手感、交能均有一定的提高。颗粒表面覆盖的偶联剂薄膜对娃灰石的原有形态起 到很好的保护作用，产生润湿感，类纤维的针状清晰可辨，更利于混合分散和起增强作用。 由于改性娃灰石表面既有可与无机材料结合的官能团，又有可与有机材料结合的官能团， 正好符合有机粘结剂和无机填料二者兼有的摩擦材料的技术要求，与各种成分全面相容， 在局部增强、耐溫效果、摩擦性能诸方面的作用较好。改性娃灰石的主要技术参数为:长径 比：〉15,密度:2.8 ~3.1 g/cm3,细度：18 目。
[0031] 片状蛙石是一种层状含儀的水侣娃酸盐次生变质的矿物，具有隔热、耐冻、抗菌、 防火、吸水、吸声等优异性能，在800~1000°C下赔烧0.5~1.0分钟，体积可迅速增大8~15 倍，最高达30倍。赔石是一种新型的高技术无机纤维结构和功能材料，具有力学性能佳，耐 局溫性能好等优点。
[0032] 六铁酸钟晶须具有优良的力学性能、物理性能，稳定的活性性质，优异的耐腐蚀 性、耐热性、耐磨性。六铁酸钟晶须易与基体复合，不增加烙体粘度，成型性好，对成型设备 和模具的损伤小。W铁酸钟晶须替代石棉制造的汽车摩擦片，摩擦性能在溫度高达350°C未 出现衰退现象。六铁酸钟晶须不仅不含毒性，而且具有摩擦材料所要求的全面优良的综合 性能。其中抗拉强度和弹性模量比传统的增强纤维高出很多，而耐热性能更为突出，使用溫 度也高达1000°C，完全符合现代汽车对摩擦材料更高耐溫性和使用寿命的要求。
[0033]
【具体实施方式】
[0034] 黄蜀葵纤维增强环保型刹车片采用稀±改性的酪醒树脂作为粘结剂，W黄蜀葵纤 维，芳绝浆巧，莱佩纳斯纤维作为增强材料，并加入栋刚玉增摩材料，般烧石油焦碳，紫铜 粉，人工石墨作为摩擦性能调节剂，来改善和提高刹车片的摩擦性能。该刹车片在高溫、高 速状态下，强度高、热衰性小、无污染、安全性、稳定性好，其主要性能指标已达到国家有关 标准，有望成为新一代环保型高性能汽车用刹车片。
[0035] 本发明经过多次试验得到的的最佳配方比例为：
本配方的所使用的具体工艺及生产方案： 工艺流程:配料^计量^混料^涂胶^热压^热处理^磨平面^开槽^表面高溫处理 ^喷漆^质检^印标^包装^入库。
[0036] 根据正交实验研究热压法制备黄蜀葵纤维增强环保型刹车片的最佳工艺参数中， 压制溫度、压制时间和压制压力对刹车片性能影响最大。
[0037] 生产方案： 首先，将称量的原料放入自制揽拌器中揽拌10~15 min,转速为300~400 r/min。其中 的配料、混料，按照配方的比例将物料在自动配料系统中进行配料，选用摩擦材料全自动配 料计算机控制系统，该系统能自动实现加料，计量，排料，混料。尽量使黄蜀葵W单纤维形态 分散于混合料中，才能在摩擦材料中达到最佳增强效果。
[0038] 然后，将揽拌均匀的原料放入模具中，置于冷压成型机上初步预压成型，将初步成 型的产品转移到热压机上，采用2步升溫、3次放气、溫控固化的工艺制备摩擦材料。其中热 压溫度为180°C，压力50~60MPa，热压时间为10~15分钟。
[0039] 最后，为使刹车片材质能更加稳定、耐热性更高，将热压好的刹车片送到保溫炉中 进行热处理，炉溫保持在250°C，保溫时间地，然后随炉溫冷却，得到试件。热处理后的刹车 片，其表面还是有需多毛边，采用磨削设备将热处理后的刹车片进行磨削处理，磨削设备的 转速为30~40转/分，使其表面平整。
[0040] 本发明经过多次正交试验得到最优的配方体系和加工工艺，在最优工艺条件下所 制备的黄蜀葵纤维增强环保型刹车片，具有产品强度高，耐热性好，摩擦性能稳定等特点。 此外，其制动噪音小，不污染环境，是一种新型性能优良的高性能汽车刹车片。
【主权项】
1. 一种黄蜀葵纤维增强环保型刹车片，其特征在于:其配方中各组分的质量比例为黄 蜀葵纤维12%，芳纶浆柏4%，莱佩纳斯纤维14%，稀土改性酚醛树脂10%，硅烷偶联剂1.5%，钛 酸盐偶联剂2.5%，棕刚玉增摩材料3%，煅烧石油焦碳3%，紫铜粉4%，人工石墨4%，沉淀硫酸钡 填料18%，片状蛙石8%，六钛酸钾晶须16%。2. -种黄蜀葵纤维增强环保型刹车片的制备方法，其特征在于其制备工艺为:首先，将 称量的原料放入自制搅拌器中搅拌10~15 min，转速为300~400 r/min;然后，将搅拌均匀 的原料放入模具中，置于冷压成型机上初步预压成型，将初步成型的产品转移到热压机上， 其中热压温度为180 °C，压力50~60MPa，热压时间为10~15分钟;最后将热压好的刹车片送 到保温炉中进行热处理，炉温保持在250°C，保温时间4h。
【文档编号】F16D69/02GK106015400SQ201610401559
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月11日
【发明人】姜宜宽
【申请人】姜宜宽