无石棉抗抖动汽车用离合器面片及其生产工艺

摘要

本发明公开一种无石棉抗抖动汽车用离合器面片及其生产工艺，具体方法是按所述配比量对橡胶进行硫化加工，然后与腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度100～150℃下密炼混合10～15分钟，再与所述配比量的填料辊压15～25分钟，经开炼制成胶片，然后切胶，以纤维线为骨架材料进行包胶，通过缠绕机缠绕成不同规格的毛坯，毛坯通过热压，在热压温度为140～160℃、热压压强为14～16Mpa的条件下热压成型，经温度为160～200℃、时间为15-18小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成成品。该制品的主要特点和优点是：花纹清晰，强度高，韧性好，摩擦系数稳定，抗抖动性能好，旋转爆破强度高，在高温下具有较稳定的摩擦性能，不易产生衰退现象。使用时不打滑及烧片。

说明书

技术领域

本发明属于汽车传动系统技术领域，尤其涉及一种无石棉抗抖动汽车用离合器面片的生产配方及其生产工艺。 

背景技术

离合器面片是一种高分子三元复合材料，主要由高分子粘结剂（树脂和橡胶）、增强材料、摩擦填料三大类组分及其他配合剂组成，经一系列生产加工而成的制品。由于汽车行业的蓬勃发展，其对制动系统的要求也更加严格，进而摩擦材料就要顺应需求，一方面必须满足汽车传动时应达到的各项性能指标，另一方面必须满足使用安全、舒适平稳、对人体无害、对环境无污染，还要有节能减耗的效果。 

国际劳工组织的数据表明，每年全世界至少有10万人死于石棉引起的疾病，这个数字每年都在增长。专家称当含石棉的材料发生破损时，细小的纤维进入空气并产生污染。石棉纤维进入空气后，可以对人体产生物理损伤和细胞毒性，进而可导致石棉肺，以全肺弥漫性纤维化为主的全身性疾病，主要表现为咳嗽、呼吸困难和严重的肺功能障碍。石棉纤维在肺中沉积可引起肺癌和恶性间皮瘤，几乎所有商品中的石棉均具有致癌性。另外石棉的耐热性能不好，当受热温度达到400℃以上时，其机械强度急剧下降。因此开发无石棉产品成为汽车摩擦材料行业重点项目。 

抗抖动是汽车行业的又一挑战，在行车过程中抖动，会造成心里恐惧而增加安全驾驶的不确定性，还会影响汽车其他部件的使用寿命，而且舒适度也大打折扣，所以抗抖动性能好的摩擦材料更受青睐。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种无石棉抗抖动汽车用离合器面片的生产配方及其生产工艺，不仅解决了使用石棉造成环境污染和危害健康的难题，又在舒适度方面上了一个新台阶。该制品主要优点是：强度高，韧性好，摩擦系数稳定，抗抖动性能好，旋转爆裂强度高，在高温下具有较稳定的摩擦性能，不易产生衰退现象，而且是环境友好型产品。本发明使用的耐碱玻璃纤维为增强材料，制成的离合器面片，能够在较高负荷与较高温度（350℃以上）下，不发生熔融，而且使用耐碱玻璃纤维制成的摩擦片，具有良好的耐热性以及较高的机械强度，耐磨性好，热膨胀小，抗抖动性能好。 

本发明的目的是这样实现的，所述的无石棉抗抖动汽车用离合器面片，它由下述重量百分比配比的原料制成： 

耐碱玻璃纤维              20～35%；           

芳纶纤维                      1～4%；

铜纤维                          4～8%；                

硅灰石纤维                  5～10%；

金属粉                         2～5%；

油焦炭粉                      3～5%；

摩擦粉                          2～5%；

铁红                             1～5%；

石墨                             5～13%；

蛭石                              3～7%；

重晶石                          5～15%；

萤石                               8～15%；

粉末丁腈橡胶                15～25%；

硫磺                              0.5～2.5%；

防老剂                             0.2～1%； 

腰果壳油改性酚醛树脂     6.5～11%。

本发明所述的无石棉抗抖动汽车用离合器面片的生产工艺，包括如下步骤：1）称取配比量的粉末丁腈橡胶、硫化剂和防老剂并进行硫化加工，硫化温度在140～150℃，硫化罐蒸汽压力为0.2～0.4MPa，硫化时间为3～5h；2）硫化加工后与配比量的腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度100～150℃下密炼混合10～15分钟；3）密炼混合后再与所述配比量的金属粉、油焦炭粉、石墨 、蛭石、重晶石、萤石、摩擦粉和铁红填料辊压15～25分钟，经开炼制成胶片，然后切胶；4）将上述配比量的耐碱玻璃纤维、芳纶纤维、铜纤维、硅灰石纤维预先加工成线状纤维；5）包胶过程：将步骤3）中制得的胶片切胶产品包在步骤4）加工制得的线状纤维线上，通过缠绕机缠绕成不同规格的毛坯，毛坯通过热压，在热压温度为140～160℃、热压压强为14～16Mpa的条件下热压成型，经温度为160～200℃、时间为15～18小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成无石棉抗抖动汽车用离合器面片成品。 

具体地说，本发明采用包胶法生产工艺结合缠绕成型方式生产出离合器面片。具体方法是：（1）按所述配比量对橡胶（粉末丁腈橡胶、硫磺、防老剂）进行加工，改善橡胶的物理机械性能。（2）与腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度100～150℃下密炼混合10～15分钟，以降低橡胶的弹性，增加可塑性。（3）与所述配比量的填料（金属粉、油焦炭粉、石墨 、蛭石、重晶石、萤石、摩擦粉、铁红）辊压15～25分钟，经开炼制成胶片，然后切胶。（4）将各种纤维（耐碱玻璃纤维、芳纶纤维、铜纤维、硅灰石纤维）预先加工成线状纤维，纤维线根据需要加捻以增加纤维线的强度。通过缠绕机制成规定重量不同规格的毛坯， 毛坯通过热压，在热压温度为140～160℃、热压压强为14～16Mpa的条件下热压成型，经温度为160～200℃、时间为15～18小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成成品。             

上述的原料特性和用途如下：

1）耐碱玻璃纤维，又称AR玻璃纤维，主要用于玻璃纤维增强（水泥）混凝土（简称GRC）的肋筋材料，是100%无机纤维，在非承重的水泥构件中是钢材和石棉的理想替代品。它的特点是耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，是广泛应用在高性能增强（水泥）混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。

2）芳纶纤维，增强材料。热稳定性好，它在180℃下可长期使用，初始热分解温度高达500℃，而且加热到分解也不熔融。而其它天然、人造或合成的非石棉纤维，共同点是：耐热性低，初始分解温度只有200～300℃，部分人造纤维达到热分解前都先软化后而熔融，使摩擦系数产生热衰退。芳纶纤维除了具有一般无机纤维（玻璃纤维、石棉纤维、钢纤维）的高强度、高弹性模量、耐热性好等优点外，还具有有机纤维的优点。芳纶纤维质地柔软，密度低，比表面积大，吸附性良好。因此，使用芳纶纤维为增强材料的摩擦材料有如下优点：低、高温摩擦系数稳定，磨损小；增强效果好，有较好的抗冲击强度；产品密度低；制品硬度低，制动噪音低，不易损伤制动对偶。适宜现代车辆高速、重负荷使用的工况。但因其价格昂贵，一般只使用产品性价比较高或NAO型产品。 

3）铜纤维，铜纤维与有机、无机纤维相比，具有高的弹性、高的耐磨性、好的通气性、导电性、导磁性、导热性以及自润滑性和烧结性，应用范围广阔，前景引人瞩目。 

4）硅灰石纤维，为市售产品，该纤维耐酸、耐碱耐化学腐蚀、热稳定性好，不含吸附水和结晶水，在摩擦材料中作为辅助增强组分配合其他主体纤维使用，它除了增强作用外，还兼具增摩作用，对常温摩擦系数和高温摩擦材料均有提高作用。

5）金属粉，为市售产品，本发明采用江苏震泽金属材料厂生产的产品，金属粉末是指尺寸小于1mm的金属颗粒群。包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末，是粉末冶金的主要原材料。它是填料的一种，作为摩擦性能调节剂来使用，以调节制品的硬度、密度、冲击强度、热膨胀等物理机械性能。

6）油焦炭粉：也称焦炭粉或石油焦粉，增摩材料。可使制品具有疏松的结构，降低制品噪音。 

7）摩擦粉，为市售产品，本发明采用厦门嘉年工贸有限公司生产的产品，其在本发明的作用是降低制品硬度，提高制品柔韧性能，改善制品摩擦系数的稳定性，还有利于减少制品的制动噪音。

8）铁红，即氧化铁，别名烧褐铁矿、烧赭上、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红（主要成分为氧化铁）、三氧化二铁等。化学式Fe2O3，溶于盐酸，为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中，可做催化剂，玻璃、宝石、金属的抛光剂，可用作炼铁原料。在本发明中可以提高产品常温摩擦系数，并且可以改变产品的颜色。 

9）石墨：减摩材料。质软，具有良好的导电、导热和耐高温性能。而天然石墨，如磷片石墨，润滑性好，减摩作用好，可使摩擦表面传热、散热速度快，制动柔和。 

10）蛭石：增摩填料，有很好的吸声性能，可有效的降低噪音，并降低产品的比重。 

11）重晶石，在摩擦填料中使用广泛，它能使摩擦系数稳定，磨耗小，特别是在高温下能形成的摩擦界层，能防止对偶表面擦伤，使对偶表面磨得更光洁。 

12）萤石：增摩填料，有良好的低温和高温增摩效果，且价格便宜。 

13）粉末丁腈橡胶：粘接剂，为市售产品。具有较好的抗拉强度和耐热性，质地柔软，低温摩擦性能较好，可减少制动振颤和噪音。而粉末丁腈橡胶优点是：使用方便，能直接与树脂、纤维、填料等混合使用，其用量不受工艺条件限制，可根据制品机械强度、硬度及其它性能的要求，来调节其用量多少。但其价格较高，一般只有产品性价比较高的产品使用。 

14）硫磺，作为粉末丁腈橡胶的硫化剂使用。 

15）防老剂，防老剂指能防止或抑制诸如氧、热、光、臭氧、机械应力、重金属离子等因素破坏制品性能、延长制品储存和使用寿命的配合剂。本发明实施例优选6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉商品名称为防老剂AW或者防老剂2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹聚合体商品名称为防老剂RD。 

16）腰果壳油改性酚醛树脂，为市售产品，本发明采用昆盟化学工业有限公司生产的产品，其在本发明中和粉末丁腈橡胶一起作为摩擦材料的粘结剂使用。

本发明所述的无石棉抗抖动汽车用离合器面片的生产工艺，包括如下步骤：1）称取配比量的粉末丁腈橡胶、硫化剂和防老剂并进行硫化加工（为本领域常规技术）；2）硫化加工后与配比量的腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度110±10℃下密炼混合13分钟（为本领域常规技术）；3）密炼混合后再与所述配比量的金属粉、油焦炭粉、石墨 、蛭石、重晶石、萤石、摩擦粉和铁红填料辊压20分钟，经开炼制成胶片，然后切胶；4）将上述配比量的耐碱玻璃纤维、芳纶纤维、铜纤维、硅灰石纤维预先加工成线状纤维；5）包胶过程：将步骤3）中制得的胶片切胶产品包在步骤4）加工制得的线状纤维线上，通过缠绕机缠绕成不同规格的毛坯，毛坯通过热压，在热压温度为140～160℃、热压压强为14～16Mpa的条件下热压成型，经温度为160～200℃、时间为15～18小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成无石棉抗抖动汽车用离合器面片成品。 

本发明具有如下特点，它是以耐碱玻璃纤维（又称AR玻璃纤维）、芳纶纤维等按一定比例混合为骨架材料，这样的骨架与仅以钢纤维和玻璃纤维形成的骨架在物理性能上区别在于：高温时摩擦系数稳定，强度高，硬度低，不损伤对偶；以腰果壳油改性树脂、粉末丁腈橡胶为粘接剂，选用石墨、重晶石、蛭石、萤石等优质稳定的填料与摩擦性能调节剂，经密炼、开炼制成胶片，再经辊压、缠绕制坯、热压成型、热处理、磨削及钻孔等多道工序加工制造而成。在生产和使用过程中均无危害和污染。本发明的配方中的成分具有协同作用，制得的离合器面片的性能（见实施例的表1和表2测试数据）比已有的产品机械性能指标如摩擦系数、磨耗等具有明显改善，抗抖动性能突出。 

该配方制品的主要特点是：花纹清晰，外观高档。该制品主要优点是：强度高，韧性好，摩擦系数稳定，抗抖动性能好，旋转爆破强度高，在高温下具有较稳定的摩擦性能，不易产生衰退现象。使用时不打滑不烧片。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的结构和工作原理及工作过程进行详细说明： 

本发明实施例的防老剂选用6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉、商品名称为防老剂AW；硫化剂选用硫磺。

实例1 

按下述所选择的配方各种原料，总量为100千克，其重量比为：耐碱玻璃纤维：芳纶纤维: 铜纤维：硅灰石纤维：金属粉: 油焦炭粉：摩擦粉：铁红：石墨: 蛭石：重晶石：萤石: 粉末丁腈橡胶: 硫磺：防老剂：腰果壳油改性酚醛树脂=25：4:  6：6：2：3: 2: 1：6：5：8：9：15:  0.5: 0.2：7.3 。具体步骤为：1）按所述配比量对橡胶（粉末丁腈橡胶、硫化剂、防老剂）进行硫化加工，硫化温度在145℃，硫化罐蒸汽压力为0.3MPa，硫化时间为4h。2）硫化加工后与配比量的腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度110±10℃下密炼混合13分钟。3）密炼混合后再与所述配比量的填料（金属粉、油焦炭粉、石墨 、蛭石、重晶石、萤石、摩擦粉、铁红）辊压20分钟，控制辊筒表面的温度不要超过65℃，并且随着辊筒上物料增多需要调整辊筒间距，经开炼制成胶片，然后切胶。4）将上述配比量的各种纤维（耐碱玻璃纤维、芳纶纤维、铜纤维、硅灰石纤维）预先加工成线状纤维，这里对温度、压力没有特殊要求，常温常压即可。5）包胶过程：将过程3）中制得的胶片切胶产品包在过程4）加工制得的线状纤维线上，通过缠绕机缠绕成每份1.6千克（重量可根据面片的规格型号定）的毛坯，每份毛坯通过热压机热压成型，热压成型工艺条件为：温度为150℃、压强为15Mpa，时间为8分钟，通过缠绕机缠绕成不同规格的毛坯，毛坯通过热压，在热压温度为150℃、热压压强为15Mpa的条件下热压成型，经温度为180℃、时间为17小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成本发明的无石棉抗抖动汽车用离合器面片成品。

实例2 

按下述所选择的配方各种原料，总量为100千克，其重量比为：耐碱玻璃纤维：芳纶纤维: 铜纤维：硅灰石纤维：金属粉: 油焦炭粉：摩擦粉：铁红：石墨: 蛭石：重晶石：萤石: 粉末丁腈橡胶: 硫磺：防老剂：腰果壳油改性酚醛树脂=20：4:  6：6：2：3: 2: 1：11：5：8：9：15:  0.5: 0.2：7.3 。具体步骤为：1）按所述配比量对橡胶（粉末丁腈橡胶、硫化剂、防老剂）进行硫化加工，硫化温度在149℃，硫化罐蒸汽压力为0.39MPa，硫化时间为4.9h。2）硫化加工产品与配比量的腰果壳油改性酚醛树脂共混，在温度110±10℃下密炼混合14分钟。3）密炼混合后再与所述配比量的填料（金属粉、油焦炭粉、石墨 、蛭石、重晶石、萤石、摩擦粉、铁红）辊压19分钟，控制辊筒表面的温度不要超过65℃，并且随着辊筒上物料增多需要调整辊筒间距（这里对压力没有特殊要求），经开炼制成胶片，然后切胶。4）将上述配比量的各种纤维（耐碱玻璃纤维、芳纶纤维、铜纤维、硅灰石纤维）预先加工成线状纤维，这里对温度、压力没有特殊要求，常温常压即可。5）包胶过程：将过程3）中制得的胶片切胶产品包在过程4）加工制得的线状纤维线上，通过缠绕机缠绕成每份1.4千克（注:重量可根据面片的规格型号定）的毛坯，每份毛坯通过热压机热压成型，热压成型工艺条件为：温度为150℃、压强为15Mpa，时间为8分钟，通过缠绕机缠绕成不同规格的毛坯，毛坯通过热压，在热压温度为150℃、热压压强为15Mpa的条件下热压成型，经温度为180℃、时间为16小时的热处理及磨削、钻孔步骤后加工制成本发明的无石棉抗抖动汽车用离合器面片成品。

无石棉抗抖动汽车用离合器面片成品数据测试结果（样品规格200*134*3.5）

1.物理性能测试结果见表1（依据标准：GB/T5764-2011）

     表1

2．摩擦、磨损测试结果见表2（依据标准：GB/T5764-2011）

 表2

上述试验数据得知，耐碱玻璃纤维的用量以及各物质及其配比会直接影响本发明的产品性能，另外本发明样品在公司内部抖动试验机台做过试验，表中数据显示本发明抗抖动等性能良好。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的例。