CN111022534A - 一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其按照重量百分比的组成为：酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份。本发明的有益技术效果是在高温制动工况下可防止制动块和制动盘之间相互发生材料转移，杜绝了因为刹车盘材料向制动块发生材料转移引发的制动尖叫及制动块摩擦材料向刹车盘发生材料转移引发的抖动问题。

Description

一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料

技术领域

本发明涉及汽车制动衬片及其制备技术，特别涉及一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料及其制备方法。

背景技术

随着消费者对汽车品质和主观驾乘感受要求越来越高，各主机整车厂在噪音，主观驾乘感受等智能驾驶方面都进行了较大技术提升。噪音方面，由于目前自动挡车型普及程度越来越高，为减少蠕动噪音及制动噪音发生概率，各主机厂主要车型在摩擦材料的选择上几乎都摒弃了早期应用较多的半金属基及少金属基摩擦材料，选择使用NAO摩擦材料(无石棉有机摩擦材料)。这种材料由于不含铁单质，在自动挡车型起步时制动力释放较平稳，蠕动噪音较低，且此种摩擦材料不含铁元素，制动产生的磨削粉尘不容易吸附到轮辋上，不会因为落灰严重导致轮辋发黑。

无石棉有机摩擦材料具有噪音及落灰方面较突出的优异性能，因此，有机纤维完全替代了铁元素制品，如钢纤维，使摩擦面更柔和，制动力释放也较平稳，但是摩擦材料基体中的钢纤维等铁元素制品由有机纤维替代，带来的直接问题是摩擦材料的传热性能变差。摩擦材料热传导性能变差在制动过程中摩擦产生的热量主要集中在摩擦块表面，向内传导的速度较慢，容易造成摩擦块表面一层的粘接剂迅速碳化后形成硬质点，把制动盘的材质刮到摩擦片上形成制动盘向摩擦片的材料转移，这种制动盘的材料转移到摩擦块后，后续制动过程中，由于摩擦块上有硬质点，极易引发制动噪音及划伤制动盘。

针对目前无石棉有机摩擦材料容易造成刹车盘向制动块发生金属转移的现象，较普遍采取的改善措施是在摩擦材料体系中添加较大比例的石墨或者其他形式的碳元素。添加较大比例的石墨等碳元素原理是石墨具有片层结构，层间结构的结合力较低，摩擦时片层剥落形成润滑作用，高温制动时，石墨层间结合力低，迅速剥落防止刹车盘的材料转移到摩擦块上。添加石墨虽然可以解决刹车盘向摩擦材料发生材料转移，但是由于石墨层间强度低容易造成摩擦材料表层强度偏低，高温制动时，刹车盘的强度大于摩擦材料表层强度，此时容易造成刹车盘对摩擦材料的攻击性增大，刹车盘刮落摩擦材料表层材料后，导致掉落的摩擦材料部分附着在制动盘上，这时则容易形成摩擦材料向制动盘发生材料转移，当摩擦材料附着在刹车盘上后，局部改变了刹车盘的的厚度，造成刹车盘的厚薄差，容易引起制动抖动，产生安全问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料及其制备方法。

一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份。

芳纶纤维全称是聚苯二甲酰苯二胺,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，可有效增加制动块基体强度。

氧化镁在高温下具有优良的耐碱性和电绝缘性。热膨胀系数和导热率高具有良好的光透过性，添加后可提高制动块的耐热性。

矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，纤维强度高，分散性较好，添加后可提高制动块基体强度，降低磨损。

硫酸钡是白色无定形粉末，无毒，难溶于水，不溶于酸，用作填充剂，起补强作用，能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆。

优选摩擦材料的重量百分比的组成为：酚醛树脂9份，芳纶纤维5份，硅酸锆12份，丁腈橡胶粉5份，氧化镁8份，紫铜纤维5份，碳纤维10份，氢氧化钙6份，矿物纤维10份，硫酸钡30份。

优选碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，该碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。

优选硅酸锆的细度大于1000目，丁腈橡胶粉细度为60目～100目，氢氧化钙的细度大于1000目。

特别优选硅酸锆的细度为1500目，丁腈橡胶粉细度为80目，氢氧化钙的细度为1500目。

硅酸锆强度高，硬度高、耐磨性好、熔点高，添加后可以有效提高制动块的高温抗衰退性能。

丁腈橡胶粉可以适当调节制动块硬度，改善制动的舒适性。

氢氧化钙可以提高制动块基体的PH值，使摩擦块呈碱性状态。

优选紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。

特别优选紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。

紫铜纤维具有优异的导热性，添加后可提高制动块的传热性，可快速吸收制动产生的热量，防止摩擦表面温度急剧上升。

一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

S1、混料，按比例称取各种组分，在高速犁耙混料机中混合均匀；各种组分的重量百分比为，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份；

S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm²和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；

S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、1700℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理；

S4、成品。

附图说明

附图1是本发明防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料的制备步骤示意图。

附图2是未作性能优化的摩擦材料在高温工况下刹车盘向制动块的材料转移图。

附图3是添加较大比例石墨等碳元素后的摩擦材料在高温工况下刹车盘向制动块的材料转移图。

附图4是本发明制备的摩擦材料在高温工况下刹车盘向制动块的材料转移图。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，按重量百分比称取：酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份。

制备方法包括以下步骤：

S1、混料，在高速犁耙混料机中混合均匀；

S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm2和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；

S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、170℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理；

S4、成品。

作为优选，防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料的重量百分比的组成为：酚醛树脂9份，芳纶纤维5份，硅酸锆12份，丁腈橡胶粉5份，氧化镁8份，紫铜纤维5份，碳纤维10份，氢氧化钙6份，矿物纤维10份，硫酸钡30份。

作为优选，碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维。

作为优选，硅酸锆的细度大于1000目，丁腈橡胶粉细度为60目～100目，氢氧化钙的细度大于1000目。

作为特别优选，硅酸锆的细度为1500目，丁腈橡胶粉细度为80目，氢氧化钙的细度为1500目。

作为优选，紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。

作为特别优选，紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。

为验证本发明防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移摩擦材料及其制备方法的技术效果，按国家标准GB 5763-2018中M1类摩擦片的要求在国家非金属矿质量监督检验中心对按照本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数进行了测试，按照本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数在国家标准规定的范围内，符合国标GB5763-2018中关于M1类摩擦片的技术要求。

本发明方法制备的汽车制动衬片的摩擦系数

对比试验例

在大型制动性能台架试验机上进行仿真模拟整车高温制动时材料相互转移的情况，验证本发明的技术效果。

第一步，对比验证未做过材料转移规避的制动块和刹车盘在高温工况后材料转移程度。

未在材料转移性能做过优化的摩擦材料，在高温工况下容易发生刹车盘向制动块的材料转移，见附图2中的箭头所示，该摩擦材料是无石棉有机摩擦材料，不含铁元素，但是在高温制动后，有较大面积制动盘向摩擦材料转移的铁质材料富集。出现这样的情况后，由于制动块表面有较大面积的硬质点，对刹车盘的攻击会增大，如右侧刹车盘表面已经出现划伤，此时极易引发制动尖叫。

第二步，按照当前较通用的措施，在摩擦材料中大比例添加石墨等碳元素后，验证材料转移程度。

在摩擦材料中较大比例添加石墨等碳元素后，可增加热传导性，高温工况下，制动块表面的石墨片层脱落，可防止刹车盘材料向制动块转移，见附图3，较大比例添加石墨后，无刹车盘向制动块发生材料转移，但是此时由于石墨加速剥落，形成了制动块表层摩擦材料向刹车盘的材料转移，如图3箭头处。当摩擦材料向刹车盘转移后，局部改变了刹车盘的厚薄差，此时极易引发制动抖动，发生安全问题。

第三步，按同样方法验证按照本发明防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料制备的制动块的技术效果。

按照本发明制备的制动块在高温制动工况下未发生制动块摩擦材料向刹车盘转移，也未发生刹车盘材料向制动块表面转移，见附图4。

本发明的有益技术效果是在保证制动衬片制动性能完全满足相关标准要求的前提下，在高温制动工况下可防止制动块和制动盘之间相互发生材料转移，杜绝了因为刹车盘材料向制动块发生材料转移引发的制动尖叫及制动块摩擦材料向刹车盘发生材料转移引发的抖动问题。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (8)

1.一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份。

2.根据权利要求1所述的防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述摩擦材料的重量百分比的组成为：酚醛树脂9份，芳纶纤维5份，硅酸锆12份，丁腈橡胶粉5份，氧化镁8份，紫铜纤维5份，碳纤维10份，氢氧化钙6份，矿物纤维10份，硫酸钡30份。

3.根据权利要求1或2所述的防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。

4.根据权利要求1或2所述防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述硅酸锆的细度大于1000目，所述丁腈橡胶粉细度为60目～100目，所述氢氧化钙的细度大于1000目。

5.根据权利要求4所述防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述硅酸锆的细度为1500目，所述丁腈橡胶粉细度为80目，所述氢氧化钙的细度为1500目。

6.根据权利要求1或2所述防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述紫铜纤维的长度为1～5mm，直径为0.3～0.7mm。

7.根据权利要求6所述防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料，其特征在于，所述紫铜纤维的长度为3mm，直径为0.5mm。

8.一种防止制动块和刹车盘间发生相互材料转移的摩擦材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

S1、混料，按比例称取各种组分，在高速犁耙混料机中混合均匀；各种组分的重量百分比为，酚醛树脂7～10份，芳纶纤维2～5份，硅酸锆8～12份，丁腈橡胶粉3～7份，氧化镁4～9份，紫铜纤维3～6份，碳纤维4～12份，氢氧化钙4～7份，矿物纤维4～10份，硫酸钡15～30份；

S2、热压，根据汽车车型选取相应的制动衬片压制模具，并按要求称取步骤S1制备的混合料，其重量误差为±0.5g，然后，按照温度为155℃±5℃、压力为350Kg/cm²和硬化时间为300秒±5秒的要求设定工艺参数，在400吨热压成型机上进行热压；

S3、热处理，按照室温到170℃升温3小时、1700℃保温5小时和随炉温冷却至低于80℃出炉的工艺参数在烘箱中对步骤S2热压成型的制动衬片进行热处理；

S4、成品。

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