一种碳基陶瓷摩擦材料及其用途

摘要

本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种碳基陶瓷摩擦材料及其用途，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维20‑40份、石英纤维5‑9份、钢纤维1‑3份、铝纤维1‑3份、剑麻纤维10‑18份、摩擦性能调节剂0.8‑1.4份、填料20‑30份、粘结剂2‑4份；本发明摩擦材料无热衰退，摩擦系数稳定，摩擦性能很好，制动平稳，灵敏可靠，硬度低，磨耗率小，不伤对偶，用于制造制动片，使得制动片具有耐高温、耐磨、耐烧蚀、高比强度、高比模量、低噪音、热膨胀系数小、磨合期短、制动粉尘低以及摩擦制动力矩稳定等特点。

权利要求

1.一种碳基陶瓷摩擦材料，其特征在于，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维20‑40份、石英纤维5‑9份、钢纤维1‑3份、铝纤维1‑3份、剑麻纤维10‑18份、摩擦性能调节剂0.8‑1.4份、填料20‑30份、粘结剂2‑4份；

所述摩擦性能调节剂按重量份计由如下原料组成：铜粉1‑2份、竹炭粉8‑10份、钨粉1‑3份、银粉0.04‑0.08份、稀土粉0.01‑0.03份；

所述填料按重量份计由如下原料组成：蛭石粉30‑40份、钾长石10‑15份、镍铁矿渣50‑

60份、煤矸石粉15‑20份、麦饭石粉15‑20份；

所述粘结剂按重量份计由如下原料组成：聚酰胺改性硼酚醛树脂10‑12份、腰果壳油改性酚醛树脂7‑9份、水溶性酚醛树脂4‑6份。

2.如权利要求1所述碳基陶瓷摩擦材料，其特征在于，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维30份、石英纤维7份、钢纤维2份、铝纤维2份、剑麻纤维14份、摩擦性能调节剂1.1份、填料25份、粘结剂3份。

3.如权利要求1或2所述碳基陶瓷摩擦材料，其特征在于，所述摩擦性能调节剂的粒度为80‑100目。

4.如权利要求1或2所述碳基陶瓷摩擦材料，其特征在于，所述填料的粒度为80‑100目。

5.如权利要求1‑4任意一项所述碳基陶瓷摩擦材料用于制造车用制动片。

6.如权利要求5所述碳基陶瓷摩擦材料用于制造车用制动片，其应用方法为：(1)混料：将陶瓷纤维、石英纤维、钢纤维、铝纤维、剑麻纤维、填料、粘结剂混合，并加水至体系含水率为30‑40％，然后在温度为110‑130℃条件下反应20‑30min，然后降温至75‑95℃，加入摩擦性能调节剂混合均匀，保温反应15‑25min，得料浆；

(2)压制：将料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型；将热压成型的半成品；

(3)热处理：将半成品脱模后，先在150‑160℃条件下保温2‑3h，在130‑150℃条件下保温1‑2h，在170‑180℃条件下保温2‑3h；

(4)切槽、磨削。

说明书

一种碳基陶瓷摩擦材料及其用途

技术领域

[0001] 本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种碳基陶瓷摩擦材料及其用途。

背景技术

[0002] 随着车辆向环保、高速以及重载方向发展，人们对汽车制动材料的性能提出了更高的要求，特别是在高温制动时，材料的稳定性及安全性至关重要。因此，开发和研制一种
高性能汽车制动材料是当今摩擦材料行业的当务之急。

[0003] 陶瓷制动片作为一种新型制动片，其在刹车性能、寿命及对环境的影响上都有巨大的优势。陶瓷制动片主要由黏合剂、增强纤维、摩擦改进剂和填料组成。陶瓷基摩擦材料
具有密度低、高耐磨性，高温性能稳定，但韧性、导热和透气性差，在制动性能方面存在摩擦
衰退现象以及机械强度不足等缺陷。

[0004] 除了陶瓷基摩擦材料，还有金属基、半金属基、碳基等，但是金属基摩擦材料，如铁基摩擦材料摩擦系数较高、耐热性好、强度高、成本低，但易与对偶件产生黏着，600℃以上
摩擦系数的稳定性较差，耐磨性差，摩擦表面易氧化，铜基摩擦材料具有良好的导热性能，
稳定的摩擦系数，低磨损率，但成本高且高温性能不稳定；半金属摩擦材具有良好的导热性
和耐磨性，摩擦系数高，但在温度350℃以上，摩擦性能不够稳定，在制动过程中常出现热衰
退率、硬度高等问题；碳基摩擦材料具有高温(2000℃以下)热稳定性好、耐磨损性和密度低
等有点，但在常温潮湿的环境下，摩擦表面容易氧化，强烈影响摩擦系数的稳定性和磨损
率，并且制备周期长和成本较高。

[0005] 因此，寻找一种低成本、高性能的摩擦材料成为本行业发展的重点。

发明内容

[0006] 本发明为解决上述技术问题，提供了一种碳基陶瓷摩擦材料及其用途。

[0007] 具体是通过以下技术方案来实现的：

[0008] 一种碳基陶瓷摩擦材料，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维20‑40份、石英纤维5‑9份、钢纤维1‑3份、铝纤维1‑3份、剑麻纤维10‑18份、摩擦性能调节剂0.8‑1.4份、填料20‑
30份、粘结剂2‑4份。

[0009] 进一步的，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维30份、石英纤维7份、钢纤维2份、铝纤维2份、剑麻纤维14份、摩擦性能调节剂1.1份、填料25份、粘结剂3份。

[0010] 所述摩擦性能调节剂按重量份计由如下原料组成：铜粉1‑2份、竹炭粉8‑10份、钨粉1‑3份、银粉0.04‑0.08份、稀土粉0.01‑0.03份。

[0011] 所述摩擦性能调节剂的粒度为80‑100目。

[0012] 所述填料按重量份计由如下原料组成：蛭石粉30‑40份、钾长石10‑15份、镍铁矿渣50‑60份、煤矸石粉15‑20份、麦饭石粉15‑20份。

[0013] 所述填料的粒度为80‑100目。

[0014] 所述粘结剂按重量份计由如下原料组成：聚酰胺改性硼酚醛树脂10‑12份、腰果壳油改性酚醛树脂7‑9份、水溶性酚醛树脂4‑6份。

[0015] 本发明的碳基陶瓷摩擦材料用于制造车用制动片。

[0016] 所述碳基陶瓷摩擦材料用于车用制动片，其应用方法为：

[0017] (1)混料：将陶瓷纤维、石英纤维、钢纤维、铝纤维、剑麻纤维、填料、粘结剂混合，并加水至体系含水率为30‑40％，然后在温度为110‑130℃条件下反应20‑30min，然后降温至
75‑95℃，加入摩擦性能调节剂混合均匀，保温反应15‑25min，得料浆；

[0018] (2)压制：将料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型；将热压成型的半成品；

[0019] (3)热处理：将半成品脱模后，先在150‑160℃条件下保温2‑3h，在130‑150℃条件下保温1‑2h，在170‑180℃条件下保温2‑3h；

[0020] (4)切槽、磨削。

[0021] 所述预压的工作条件为：加载压力0.5‑1MPa，时间10‑20s。

[0022] 所述热压的工作条件为：温度为160‑168℃，压力为18‑22MPa，总时间300‑350s，压制90s后放气10s且循环2次。

[0023] 纤维组分是摩擦材料的重要组分，本发明采用多种纤维组成，具有良好的强度和韧性，能够起到骨架作用，对材料的摩擦磨损性能有着重要影响。并且，还具有高温稳定性
好、耐磨损且吸音功能。

[0024] 酚醛树脂具有良好的压缩强度、耐溶剂性及阻燃性能，常用作基体粘接剂。采用聚酰胺、腰果壳油改性，弥补了酚醛树脂硬度高、质脆、粘接力小、耐热性差等缺陷，还使得粘
结剂具有良好的热稳定性，能有效抑制高温热衰退的发生，稳定摩擦系数。

[0025] 添加稀土和银粉的摩擦性能调节剂，具有好的热稳定性，具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能。添加竹炭粉，能够降低导热系
数，用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退，稳定摩擦材料的摩擦系数，防止摩擦材料对偶
的表面金属转移。

[0026] 采用多种物料组成填料，具有较高的比热容，能够储存大量的摩擦热，而温度不会上升太高，能有效减少树脂基体的热分解，保护制动片整体结构不受破坏，从而有效提高制
动片的抗热衰退性；同时能够更好的填充压制过程中产生的密闭气孔，提升制动片的密实
度，降低磨损率，具有加好的抗热膨胀性能，提高制动片的力学性能。

[0027] 与现有技术相比，本发明创造的有益效果在于：

[0028] 本发明摩擦材料无热衰退，摩擦系数稳定，摩擦性能很好，制动平稳，灵敏可靠，硬度低，磨耗率小，不伤对偶，用于制造制动片，使得制动片具有耐高温、耐磨、耐烧蚀、高比强
度、高比模量、低噪音、热膨胀系数小、磨合期短、制动粉尘低以及摩擦制动力矩稳定等特
点。

具体实施方式

[0029] 下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的
范围。

[0030] 实施例1

[0031] 一种碳基陶瓷摩擦材料，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维20份、石英纤维5份、钢纤维1份、铝纤维1份、剑麻纤维10份、摩擦性能调节剂0.8份、填料20份、粘结剂2份；

[0032] 所述摩擦性能调节剂按重量份计由如下原料组成：铜粉1份、竹炭粉8份、钨粉1份、银粉0.04份、稀土粉0.01份。

[0033] 所述摩擦性能调节剂的粒度为80目；

[0034] 所述填料按重量份计由如下原料组成：蛭石粉30份、钾长石10份、镍铁矿渣50份、煤矸石粉15份、麦饭石粉15份；

[0035] 所述填料的粒度为80目；

[0036] 所述粘结剂按重量份计由如下原料组成：聚酰胺改性硼酚醛树脂10份、腰果壳油改性酚醛树脂7份、水溶性酚醛树脂4份。

[0037] 实施例2

[0038] 一种碳基陶瓷摩擦材料，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维40份、石英纤维9份、钢纤维3份、铝纤维3份、剑麻纤维18份、摩擦性能调节剂1.4份、填料30份、粘结剂4份；

[0039] 所述摩擦性能调节剂按重量份计由如下原料组成：铜粉2份、竹炭粉10份、钨粉3份、银粉0.08份、稀土粉0.03份。

[0040] 所述摩擦性能调节剂的粒度为100目；

[0041] 所述填料按重量份计由如下原料组成：蛭石粉40份、钾长石15份、镍铁矿渣60份、煤矸石粉20份、麦饭石粉20份；

[0042] 所述填料的粒度为100目；

[0043] 所述粘结剂按重量份计由如下原料组成：聚酰胺改性硼酚醛树脂12份、腰果壳油改性酚醛树脂9份、水溶性酚醛树脂6份。

[0044] 实施例3

[0045] 一种碳基陶瓷摩擦材料，按重量份计包括如下原料：陶瓷纤维30份、石英纤维7份、钢纤维2份、铝纤维2份、剑麻纤维14份、摩擦性能调节剂1.1份、填料25份、粘结剂3份；

[0046] 所述摩擦性能调节剂按重量份计由如下原料组成：铜粉1.5份、竹炭粉9份、钨粉2份、银粉0.06份、稀土粉0.02份。

[0047] 所述摩擦性能调节剂的粒度为90目；

[0048] 所述填料按重量份计由如下原料组成：蛭石粉35份、钾长石125份、镍铁矿渣55份、煤矸石粉18份、麦饭石粉17份；

[0049] 所述填料的粒度为90目；

[0050] 所述粘结剂按重量份计由如下原料组成：聚酰胺改性硼酚醛树脂11份、腰果壳油改性酚醛树脂8份、水溶性酚醛树脂5份。

[0051] 实施例4

[0052] 本实施例将实施例1‑3中任一的碳基陶瓷摩擦材料用于制造车用制动片，其应用方法为：

[0053] (1)混料：将陶瓷纤维、石英纤维、钢纤维、铝纤维、剑麻纤维、填料、粘结剂混合，并加水至体系含水率为30％，然后在温度为110℃条件下反应20min，然后降温至95℃，加入摩
擦性能调节剂混合均匀，保温反应15min，得料浆；

[0054] (2)压制：将料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型；将热压成型的半成品；

[0055] (3)热处理：将半成品脱模后，先在150℃条件下保温2h，在150℃条件下保温2h，在180℃条件下保温2h；

[0056] (4)切槽、磨削；

[0057] 所述预压的工作条件为：加载压力0.5MPa，时间20s；

[0058] 所述热压的工作条件为：温度为160℃，压力为18MPa，总时间350s，压制90s后放气10s且循环2次。

[0059] 实施例5

[0060] 本实施例在实施例3的基础上将碳基陶瓷摩擦材料用于制造车用制动片，其应用方法为：

[0061] (1)混料：将陶瓷纤维、石英纤维、钢纤维、铝纤维、剑麻纤维、填料、粘结剂混合，并加水至体系含水率为35％，然后在温度为120℃条件下反应25min，然后降温至85℃，加入摩
擦性能调节剂混合均匀，保温反应20min，得料浆；

[0062] (2)压制：将料浆与钢背置于热压模具中进行预压、热压成型；将热压成型的半成品；

[0063] (3)热处理：将半成品脱模后，先在155℃条件下保温2.5h，在140℃条件下保温1.5h，在175℃条件下保温2.5h；

[0064] (4)切槽、磨削；

[0065] 所述预压的工作条件为：加载压力0.8MPa，时间15s；

[0066] 所述热压的工作条件为：温度为165℃，压力为20MPa，总时间320s，压制90s后放气10s且循环2次。

[0067] 对比例1

[0068] 与实施例5的区别在于：摩擦性能调节剂不含有银粉。

[0069] 对比例2

[0070] 与实施例5的区别在于：摩擦性能调节剂不含有稀土粉。

[0071] 对比例3

[0072] 与实施例5的区别在于：不含有石英纤维。

[0073] 对比例4

[0074] 与实施例5的区别在于：填料不含有镍铁矿渣。

[0075] 对比例5

[0076] 与实施例5的区别在于：填料不含有麦饭石粉。

[0077] 对比例6

[0078] 与实施例5的区别在于：粘结剂为腰果壳油改性酚醛树脂。

[0079] 对比例7

[0080] 与实施例5的区别在于：聚酰胺改性硼酚醛树脂。

[0081] 试验例

[0082] 将实施例5与对比例进行性能测试，具体如下：

[0083] 试样冲击强度测试按GB 5765‑86在XCJ‑4型冲击强度试验机上进行。

[0084] 根据汽车用制动器衬片国家标准GB5763‑2008，摩擦磨损测试在JF150D型定速摩擦试验机上进行，采用盘‑块接触形式，对偶件为直径300mm的圆盘，材质会灰铸铁，试验尺
寸为25mm×25mm×6mm，25mm×25mm面作为摩擦面；实验条件：圆盘转速：480r/min；压紧力：
0.98MPa；总转数：5000r；测试温度为：100℃，150℃，200℃，250℃，300℃，350℃。

[0085] 冲击强度结果如表1所示：

[0086] 表1

[0087]

[0088] 磨损率结果如表2所示：

[0089] 表2

[0090]

[0091]