低磨耗环保型复合陶瓷基摩擦材料

摘要

本发明公开了一种低磨耗环保型复合陶瓷基摩擦材料，该摩擦材料各组分及其重量比如下：酚醛树脂5～7％、丁腈橡胶5～9％、芳纶纤维2～5％、碳化硅2～6％、陶瓷纤维15～20％、氧化锆3～5％、人造石墨、8～10％、二硫化钼3～10％、硅酸锆5～15％、氧化铝1～3％、钛酸钾晶须8～10％、沉淀硫酸钡5～15％、氧化镁1～3％、石油焦1～3％、摩擦粉3～5％、蛭石8～10％、氮化硼4～9％。本发明的有益技术效果是：使采用本发明组分和配比制作出的制动摩擦材料具有：不含石棉、无制动噪音、磨损率低、高温制动性能稳定、减速制动平稳、比同类进口产品成本低廉等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料，尤其涉及一种低磨耗环保型复合陶瓷基摩擦材料。

背景技术

目前国内车用摩擦材料类型可分为三种：

1)石棉基：其制造成本低，工艺简单；主要用于农用车和工程机械。

其存在的缺点：石棉对人体有害，污染环境，高温热衰退严重，制动性能差，安全系数小，该种产品已在逐年减少，属淘汰产品。

2)半金属基：具有良好的耐温性和在高温下耐衰退性能，制造成本适中；国内应用较广泛。

其存在的缺点：产品的硬度高、制动时有噪音，特别是低速制动或早晨效应易产生噪音，制品表面易生锈，同时腐蚀对偶件，导热系数高，当摩擦温度高于300℃时，易使摩擦材料与钢片间的粘合剂分解，另一方面高度摩擦热迅速传导到制动器液压机构，导致液压“O”型密封圈老化和制动液发生气阻而造成制动失效。

3)少金属基：优点是对盘鼓的攻击性较小，噪音小，磨耗相对半金属基要小；在轿车上使用较多。

存在的缺点：噪音和落灰问题仍没有解决，易锈蚀。

目前国外车用摩擦材料现状分析：

国外的车用摩擦材料的发展趋势是以陶瓷基为主，陶瓷基摩擦材料由日本摩擦材料企业发明，优点是耐高温热衰退好、耐磨性能优、热传导系数小、强度高、环保，非常适合高性能乘用车的制动要求。目前陶瓷基摩擦材料已经占据了全球两大主要汽车市场——北美和日本市场的60％以上。

发明内容

本发明提出了一种低磨耗环保型复合陶瓷基摩擦材料，该摩擦材料各组分及其重量比如下：酚醛树脂5～7％、丁腈橡胶5～9％、芳纶纤维2～5％、碳化硅2～6％、陶瓷纤维15～20％、氧化锆3～5％、人造石墨、8～10％、二硫化钼3～10％、硅酸锆5～15％、氧化铝1～3％、钛酸钾晶须8～10％、沉淀硫酸钡5～15％、氧化镁1～3％、石油焦1～3％、摩擦粉3～5％、蛭石8～10％、氮化硼4～9％。

本发明的有益技术效果是：采用本发明组分和配比制作出的制动摩擦材料具有：不含石棉、无制动噪音、磨损率低、高温制动性能稳定、减速制动平稳、比同类进口产品成本低廉等优点。

具体实施方式

摩擦材料制作技术是一项集试验性、边缘性于一身的综合性技术，它随着化工、材料技术的发展而不断完善更新；为适应国际汽车工业的高速发展趋势，制动摩擦材料发展的趋势可预见为：以少金属或无金属为骨架材料，同时，还要求材料具备耐高温、高强度、导热系数小、比重小、无噪音的特点。其中，配方技术又是摩擦材料制作技术的核心关键。

目前国内外本领域的学者大都以陶瓷基材料为主要的研究方向，正是在这种国内外研究的大背景前提下，发明人经过潜心研究和大量试验，提出了本发明的摩擦材料的组分和配方。

本发明的基本思路是：以不含石棉、金属的有机纤维和结构陶瓷材料复合而成的纤维为主体骨架材料，与有机耐高温硼改性酚醛树脂、功能性陶瓷材料、摩擦材料性能调节剂等多种材料，经常规制动摩擦材料制作工艺加工和处理后即可得到含有特定气孔率、具备特定摩擦系数、耐高温、高耐磨的复合材料。

如能采用专用混料装置充分混合，进一步细化和精密控制工艺参数，采用对顶专用模具使材料在额定温度下加压起缩聚合反应，将进一步使成品材料的各项参数指标大幅提升。

材料和配方的确定：

1)主体骨架材料的选择：传统的石棉纤维和半金属纤维因存在背景技术中述及的缺点而不能采用。美国杜邦生产的Kelvar纤维具有良好的分散性能和比表面积；经过纤维成分分析和结构研究，确定纤维的用量，掌握制品的成型机理，在细致调研和大量试验验证的基础上，确定选用荷兰生产的RB215结构性复合陶瓷纤维。利用Kelvar纤维、陶瓷材料的比重轻、导热性高、比热高、物理强度大和热稳定性好等优点通过复合，进行功能互补，引入到摩擦材料中，改善摩擦环境，提高制动效果。

2)在长期配方设计经验的基础上，采用正交试验法和计算机优化设计，使材料的配方体系在耐温性、耐磨性、气孔率、制动灵敏性、粘结性、抗压抗剪性等方面处于最佳交叉点。

本发明要解决的关键问题是：摩擦材料在汽车高速、高压、高温时制动的稳定性和行驶时出现的噪音、制动震颤、过度磨损(落灰)的问题；采用本发明的组分和配比而制作出的制动摩擦材料具有如下优点：

1、材质无石棉，对人体无害，不污染环境；

2、密度满足：1.8～2.1g/cm³；剪切强度：大于等于5Mpa；压缩量(16Mpa)：达到175±25μm。

3、二次制动效能因数在100Km/h，0.6G的减速度下，摩擦系数为0.35±0.05；衰退试验时摩擦系数≥0.3；最小涉水试验时摩擦系数≥0.3。

4、制动噪音：在整个使用过程中无制动噪音出现。

5、磨损率：国标GB5763规定轿车盘式制动块的总磨耗不大于9.7×10^-7cm³/(N.m)；国际上先进的轿车用盘式块的总磨耗不大于1.5×10^-7cm³/(N.m)，由本发明配方制作出的成品总磨耗不大于1.25×10^-7cm³/(N·m)。

综上所述，本发明利用结构性复合陶瓷纤维的管网结构特点(易与有机树脂浸合)和Kelvar纤维的耐高温、高耐磨、导热系数小、强度高、对制动盘无划伤的优点，添加摩擦材料性能调节剂，使最终的复合材料具备以下优点：

(1)结构性复合陶瓷纤维耐高温，高强度，特别适合乘用车高速高压制动性能要求。

(2)导热系数小，一方面避免在高温制动时摩擦材料与钢片间的粘合剂分解而造成的摩擦材料脱落现象；另一方面避免高度摩擦热迅速传导到制动器液压机构，导致液压“O”型密封圈老化和制动液发生气阻而造成制动失效。