CN104613113A - 一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片及其制备方法，该材料包含酚醛树脂、橡胶和有机摩擦粉、短切钢纤维、紫铜纤维、芳纶纤维、高铝陶瓷纤维、矿物纤维、硅烷偶联剂、石墨以及复合填料等。其制备方法如下：首先用硅烷偶联剂改性人造石墨，然后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方法进行压制、热固化处理，最后机加工、陶瓷化处理、检验包装。按照所述方法制得的硅烷偶联剂一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基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、而且生产方法简单，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。

Description

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片及其制备方法。

背景技术

随着生活水平的日益提高，汽车已经成为人们出行的一种重要的交通工具，而汽车摩擦材料的发展在一定程度上制约了汽车速度的提高和刹车系统的安全性。科技的进步推动了汽车速度的不断提高，汽车提速会引起刹车片的高温热衰退问题，改善热衰退性能已经成为刹车片研究的主要方向。当前，汽车摩擦材料遇到的最大问题就是现阶段汽车摩擦材料的热衰退严重和稳定性较差。特别是在高温（350℃以上）下，汽车刹车材料磨损十分严重，在一些下坡过程中，由于长时间踩刹车，刹车片的温度急剧升高，严重情况下，树脂会分解甚至碳化，导致刹车失灵，产生严重的安全性问题。

石墨作为汽车刹车片里面的关键原材料，其主要起润滑、降噪和稳定摩擦系数的作用，但由于石墨表面羟基结构少，和树脂基体相容性差，在制动时容易脱落导致产品磨损偏大，特别是高温磨损时磨损率成倍增加，同时石墨的多孔吸附结构也容易粘附污染轮毂。本专利采用硅烷偶联剂表面改性人造石墨可以有效地改善树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能，降低热衰退。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片及其制备方法。本发明通过偶联剂表面改性作用，改善人造石墨的表面物理和化学特性，提高树脂和纤维及填料的结合力，降低热衰退带来的负面影响，从而显著改善汽车刹车片的摩擦系数和磨损率，提高刹车系统的安全性。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶5～12%，陶瓷/矿物纤维10～25%，芳纶纤维1～4%，钛酸钾晶须4～21%，钢纤维10～20%，紫铜纤维5～10%，硫化锑3～8%，人造石墨6～16%，铬铁矿1～2%，硫铁矿1～5%，改性氧化铝2～8%，有机摩擦粉2～5%，硅烷偶联剂1～3%，矿物填料10～20%。

在其中一个实施例中，所述其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶8%，陶瓷/矿物纤维15%，芳纶纤维2%，钛酸钾晶须8%，钢纤维15%，紫铜纤维8%，硫化锑6%，人造石墨10%，铬铁矿2%，硫铁矿3%，改性氧化铝6%，有机摩擦粉3%，硅烷偶联剂2%，矿物填料12%。

在其中一个实施例中，所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。

在其中一个实施例中，所述矿物填料为冰晶石、轻质高润土、沉淀硫酸钡、氰盐中的一种或几种混合物。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=3-5、质量分数为3-4％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌40-60min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌8-10min，然后在110-130℃下干燥150-200min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为3～7min；

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在230-270℃进行热压；

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到200～230℃，保温4～5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

在其中一个实施例中，所述步骤1）中改性的具体操作为用盐酸配置PH=4、质量分数为3％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌50min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌9min，然后在120℃下干燥180min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨。

在其中一个实施例中，所述步骤3）中混料时间为5min。

在其中一个实施例中，所述步骤4）中热压成型温度为250℃。

在其中一个实施例中，所述步骤5）中热处理的具体操作为将刹车片热处理炉内阶段升温到210℃，保温4.5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温。

本发明的有益效果为：（1）本发明提供一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，在其配方体系中，摩擦材料采用树脂、橡胶为基体，铬铁矿、硫铁矿、改性氧化铝为增摩剂，硫化锑、鳞片石墨、改性人造石墨作为润滑组元，加入钢纤维、铜纤维、芳纶纤维、钛酸钾晶须、陶瓷纤维和矿物纤维作为增强相。矿物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，提高制动稳定性。同时通过偶联剂对人造石墨表面改性作用，改善人造石墨的表面物理和化学特性，提高树脂和纤维及填料的结合力，降低热衰退带来的负面影响。和未改性刹车片相比，通过硅烷偶联剂改性人造石墨，能大幅度提高材料力学性能，特别是高温衰退性能，并改善其摩擦稳定性。

（2）本发明提供一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其通过硅烷偶联剂表面改性的人造石墨填充树脂基摩擦材料，它的摩擦系数波动幅度小，高温摩擦系数基本保持在0.35以上，其他各项性能都要优于没有改性的树脂基摩擦材料。且经改性过的人造石墨填充树脂基摩擦材料的磨屑相比没有表面改性的材料，磨屑粒径离散性较小，大粒径所占比例较小。该方法工艺简单可行易操作，利于实现大规模推广与应用。

（3）综上利用本发明制得的刹车片具有适中的静摩擦系数、高温衰退性能稳定、摩擦系数稳定、低制动噪音、对对偶磨损较小且制造成本较低的优点，能充分满足汽车高温摩擦材料制动的要求。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶5～12%，陶瓷/矿物纤维10～25%，芳纶纤维1～4%，钛酸钾晶须4～21%，钢纤维10～20%，紫铜纤维5～10%，硫化锑3～8%，人造石墨6～16%，铬铁矿1～2%，硫铁矿1～5%，改性氧化铝2～8%，有机摩擦粉2～5%，硅烷偶联剂1～3%，矿物填料10～20%。

优选的，所述其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶8%，陶瓷/矿物纤维15%，芳纶纤维2%，钛酸钾晶须8%，钢纤维15%，紫铜纤维8%，硫化锑6%，人造石墨10%，铬铁矿2%，硫铁矿3%，改性氧化铝6%，有机摩擦粉3%，硅烷偶联剂2%，矿物填料12%。

其中，所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。

其中，所述矿物填料为冰晶石、轻质高润土、沉淀硫酸钡、氰盐的混合物。

在上述配方体系中，摩擦材料采用树脂、橡胶为基体，铬铁矿、硫铁矿、改性氧化铝为增摩剂，硫化锑、鳞片石墨、改性人造石墨作为润滑组元，加入钢纤维、铜纤维、芳纶纤维、钛酸钾晶须、陶瓷纤维和矿物纤维作为增强相。矿物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，提高制动稳定性。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=3-5、质量分数为3-4％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌40-60min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌8-10min，然后在110-130℃下干燥150-200min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

优选的，所述步骤1）中改性的具体操作为用盐酸配置PH=4、质量分数为3％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌50min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌9min，然后在120℃下干燥180min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨。

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为3～7min；

优选的，所述步骤3）中混料时间为5min。

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在230-270℃进行热压；

优选的，所述步骤4）中热压成型温度为250℃。

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到200～230℃，保温4～5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

优选的，所述步骤5）中热处理的具体操作为将刹车片热处理炉内阶段升温到210℃，保温4.5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温。

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

上述制备方法通过硅烷偶联剂表面改性的人造石墨填充树脂基摩擦材料，它的摩擦系数波动幅度小，高温摩擦系数基本保持在0.35以上，其他各项性能都要优于没有改性的树脂基摩擦材料。且经改性过的人造石墨填充树脂基摩擦材料的磨屑相比没有表面改性的材料，磨屑粒径离散性较小，大粒径所占比例较小。该方法工艺简单可行易操作，利于实现大规模推广与应用。

以下是具体实施例。

实施例1

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶5%，陶瓷/矿物纤维25%，芳纶纤维1%，钛酸钾晶须18%，钢纤维20%，紫铜纤维5%，硫化锑3%，人造石墨6%，铬铁矿1%，硫铁矿1%，改性氧化铝2%，有机摩擦粉2%，硅烷偶联剂1%，矿物填料10%。所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。所述矿物填料为冰晶石（1%）、轻质高润土（2%）、沉淀硫酸钡（6%）、氰盐（1%）的混合物。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=3、质量分数为3％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌60min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌8min，然后在110℃下干燥200min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为3min；

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在230℃进行热压；

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到200℃，保温5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

实施例2

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，所述其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶12%，陶瓷/矿物纤维10%，芳纶纤维4%，钛酸钾晶须4%，钢纤维10%，紫铜纤维5%，硫化锑3%，人造石墨16%，铬铁矿2%，硫铁矿5%，改性氧化铝8%，有机摩擦粉5%，硅烷偶联剂1%，矿物填料15%。所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。所述矿物填料为冰晶石（2%）、轻质高润土（3%）、沉淀硫酸钡（8%）、氰盐（2%）的混合物。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=5、质量分数为4％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌60min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌10min，然后在130℃下干燥150min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为7min；

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在270℃进行热压；

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到230℃，保温4h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

实施例3

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶8%，陶瓷/矿物纤维15%，芳纶纤维2%，钛酸钾晶须8%，钢纤维15%，紫铜纤维8%，硫化锑6%，人造石墨10%，铬铁矿2%，硫铁矿3%，改性氧化铝6%，有机摩擦粉3%，硅烷偶联剂2%，矿物填料12%。所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。所述矿物填料为冰晶石（2%）、轻质高润土（3%）、沉淀硫酸钡（6%）、氰盐（1%）的混合物。

一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=4、质量分数为3％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌50min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌9min，然后在120℃下干燥180min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为5min；

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在250℃进行热压；

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到210℃，保温4.5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

利用实施例3所得刹车片进行性能测试试验，试验结果分别如表1和表2所示。

表1：磨损试验

表2：台架试验

结果表明，采用硅烷偶联剂改性人造石墨制备的盘式刹车片的磨损性能良好，磨损量为0.35mm左右。衰退性能良好、平稳性较高，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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶5～12%，陶瓷/矿物纤维10～25%，芳纶纤维1～4%，钛酸钾晶须4～21%，钢纤维10～20%，紫铜纤维5～10%，硫化锑3～8%，人造石墨6～16%，铬铁矿1～2%，硫铁矿1～5%，改性氧化铝2～8%，有机摩擦粉2～5%，硅烷偶联剂1～3%，矿物填料10～20%。

2.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：所述其材料配方以质量百分比计：树脂/橡胶8%，陶瓷/矿物纤维15%，芳纶纤维2%，钛酸钾晶须8%，钢纤维15%，紫铜纤维8%，硫化锑6%，人造石墨10%，铬铁矿2%，硫铁矿3%，改性氧化铝6%，有机摩擦粉3%，硅烷偶联剂2%，矿物填料12%。

3.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：所述改性氧化铝为硅烷改性氧化铝。

4.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片，其特征在于：所述矿物填料为冰晶石、轻质高润土、沉淀硫酸钡、氰盐中的一种或几种混合物。

5.一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）改性：用盐酸配置PH=3-5、质量分数为3-4％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌40-60min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌8-10min，然后在110-130℃下干燥150-200min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨；

2）配料：按上述配比称量各个组分物料；

3）混料：将称量好的各物料投入封闭的混料机中，混料时间为3～7min；

4）成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，常温冷坯压制，然后在230-270℃进行热压；

5）热处理：将刹车片热处理炉内阶段升温到200～230℃，保温4～5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温；

6）最后将热处理所得的产品按照规格要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工等工序成为硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片。

6.根据权利要求5所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中改性的具体操作为用盐酸配置PH=4、质量分数为3％的硅烷偶联剂溶液，常温下搅拌50min，使硅烷偶联剂水解；将配置好的硅烷偶联剂溶液按照质量比3：10滴加到人造石墨中搅拌9min，然后在120℃下干燥180min，干燥后得到硅烷偶联剂改性人造石墨。

7.根据权利要求5所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中混料时间为5min。

8.根据权利要求5所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中热压成型温度为250℃。

9.根据权利要求5所述的一种硅烷偶联剂改性人造石墨树脂基刹车片的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中热处理的具体操作为将刹车片热处理炉内阶段升温到210℃，保温4.5h，然后将刹车片取出炉冷却至室温。