一种摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料

摘要

本发明公开了一种摩擦材料组合物，该摩擦材料组合物含有增强材料、粘结剂、树脂改性剂、摩擦调节剂和填料，其中所述增强材料含有玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1-3重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.4-1.2重量份，所述陶瓷纤维的含量为0.5-2重量份；且，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.3-0.9重量份，所述树脂改性剂的含量为0.1-0.5重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.2-0.8重量份，所述填料的含量为0.5-1.5重量份。本发明还提供了由摩擦材料组合物制得的汽车制动用摩擦材料。通过上述技术方案，本发明提高了摩擦材料的强度和高温条件下摩擦系数的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及摩擦材料领域，具体地，涉及一种摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料。

背景技术

汽车摩擦材料是汽车制动器、离合器等的关键材料，它是兼有结构性能要求的多组分复合材料。随着各国汽车工业的发展，人们对车辆环保和安全的要求越来越高，这就使得摩擦材料的性能要求也越来越高，其中主要应满足一下技术要求：1、足够而稳定的摩擦系数，动静摩擦系数之差较小；2、良好的机械强度和物理性能；3、要有良好的导热性、耐磨性以及抗黏着性；4、无噪声，环保可持续。

汽车制动用摩擦材料是一种复合材料，它主要由高分子粘合剂(树脂和橡胶)、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类以及其它配合剂组成，按照增强纤维发展历程可以分为两大类：石棉摩擦材料和无石棉摩擦材料。石棉摩擦材料在制动过程中产生的石棉磨屑颗粒粉尘，具有强烈的致癌作用，已被禁止使用；当前国内摩擦材料的研发主要集中在无石棉摩擦材料上，逐渐出现了半金属型摩擦材料(采用金属纤维替代石棉纤维，金属含量超过50％)，玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维和陶瓷纤维等增强摩擦材料。但是半金属摩擦材料存在容易锈蚀、刹车噪音大和损伤摩擦对偶等缺陷，芳纶纤维和碳纤维增强摩擦材料成本过高且难以普及，玻璃纤维和陶瓷纤维等增强摩擦材料在强度和摩擦系数稳定性等综合性能方面不足，难以满足汽车行业目前日益增加的安全、高效和环保的需求。

因此，迫切需要一种无石棉、无金属且强度高和摩擦系数稳定的汽车制动摩擦材料。

发明内容

为了克服增强摩擦材料的强度和摩擦系数稳定性不足的缺陷，本发明提供了一种摩擦材料组合物。

本发明的目的是提供一种摩擦材料组合物，该摩擦材料组合物含有增强材料、粘结剂、树脂改性剂、摩擦调节剂和填料，其中，所述增强材料含有玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1-3重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.4-1.2重量份，所述陶瓷纤维的含量为0.5-2重量份；且，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.3-0.9重量份，所述树脂改性剂的含量为0.1-0.5重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.2-0.8重量份，所述填料的含量为0.5-1.5重量份。

本发明还提供了由上述摩擦材料组合物制备得到的汽车制动用摩擦材料。

通过上述技术方案，本发明提供的摩擦材料组合物通过采用特定含量的玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维作为增强摩擦材料，避免金属锈蚀问题的同时，提高了摩擦材料的强度和高温条件下摩擦系数的稳定性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种摩擦材料组合物，该摩擦材料组合物含有增强材料、粘结剂、树脂改性剂、摩擦调节剂和填料，其中，所述增强材料含有玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1-3重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.4-1.2重量份，所述陶瓷纤维的含量为0.5-2重量份；且，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.3-0.9重量份，所述树脂改性剂的含量为0.1-0.5重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.2-0.8重量份，所述填料的含量为0.5-1.5重量份。

根据本发明，发明人出乎意料地发现，采用特定含量的玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维作为增强摩擦材料，且将该增强材料与粘结剂、树脂改性剂、摩擦调节剂和填料以特定含量组合，制备得到的汽车制动用摩擦材料避免金属锈蚀问题的同时，提高了摩擦材料的强度和高温条件下摩擦系数的稳定性。另外，本发明的摩擦材料组合物采用无金属配方且使用特定比例的纸纤维作为增强材料，有效防止了制动噪声的产生，降低了汽车制动噪音。

本发明中，所述玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它可以为摩擦材料领域用作增强纤维的常规的玻璃纤维，例如，它可以包括但不限于商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司的玻璃纤维(平均长度2-6mm)；所述纸纤维为废旧纸屑，例如纸箱、纸卷、报纸、书纸等，加工成纤维状的纸纤维，本发明中使用的灰色纸纤维是由报纸、书纸、纸卷等材料加工而成的纸纤维，例如，它可以包括但不限于商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂的灰色纸纤维(平均长度2-6mm)，所述黄色纸纤维是由牛皮纸、纸箱等材料加工而成的纸纤维，例如，它可以包括但不限于商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂的黄色纸纤维(平均长度2-6mm)；所述陶瓷纤维又叫硅酸铝纤维，是一种新型轻质耐火材料，它可以为摩擦材料领域用作增强纤维的常规的陶瓷纤维，例如，它可以包括但不限于商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司(平均长度100-200mm)。

根据本发明，为了进一步提高摩擦材料的强度，优选地，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1.5-2.5重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.5-1重量份，所述陶瓷纤维的含量为1-1.5重量份，进一步优选地，所述玻璃纤维、黄色纸纤维和灰色纸纤维的平均长度为2-6mm；陶瓷纤维的平均长度为100-200mm。

根据本发明，为了进一步提高摩擦材料的强度和高温条件下摩擦系数的稳定性，优选地，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.4-0.8重量份，所述树脂改性剂的含量为0.2-0.4重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.3-0.6重量份，所述填料的含量为0.6-1.2重量份。

根据本发明，粘结剂是摩擦材料的基体组分，它将摩擦材料的各种组分有机地粘结在一起，本发明所用粘结剂可以为摩擦材料领域常规的树脂粘结剂，例如，可以包括但不限于商购自济宁华凯树脂有限公司的热固性酚醛树脂。

本发明中，所述树脂改性剂可以为本领域常规的树脂改性剂，为了进一步提高粘结剂的耐热性，进而防止摩擦材料发生热衰退，优选地，所述树脂改性剂为丁腈橡胶和/或腰果壳油粉，更优选地，所述树脂改性剂为丁腈橡胶和腰果壳油粉，且丁腈橡胶和腰果壳油粉的重量比为1：2-7。

根据本发明，所述摩擦调节剂可以含有增磨剂和润滑剂，所述增磨剂和润滑剂可以为本领域技术人员熟知的增磨剂和润滑剂，为了提高摩擦材料的耐磨性和摩擦系数稳定性，减小对偶的磨损，优选地，所述增磨剂为白刚玉粉和/或棕刚玉粉，所述润滑剂包括石墨、滑石粉和碳粉中的至少一种。

其中，为了使摩擦材料在摩擦过程中极有较大的颗粒作为骨架，增大摩擦且减小磨损，又有较小的颗粒保证一定的成膜性，进而进一步提高制得的摩擦材料的力学性能和耐磨性，优选地，所述增磨剂的平均粒径为53-106μm；所述润滑剂的平均粒径为106-212μm。

根据本发明，所述填料可以为调节摩擦材料硬度、比重、结构密实度、改善制动噪音等的填充物，为了提高摩擦材料的高温摩擦系数的稳定性，降低汽车制动噪音，优选地，所述填料含有碳酸钙粉、硫酸钡粉和蛭石中的至少一种，优选地，所述填料的平均粒径为40-60μm。

本发明还提供了一种汽车制动用摩擦材料，该摩擦材料由上述摩擦材料组合物制备得到。

下面通过实施例来更详细地描述本发明。

实施例1

将增强材料：玻璃纤维(平均长度4mm，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、黄色纸纤维(平均长度2.5mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)、灰色纸纤维(平均长度4mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为150mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)，放入犁耙式混料机(JF801SJ，吉利大学机电设备研究所)，混合搅拌10分钟，然后将树脂改性剂：丁腈橡胶(商购自衡水瀚邦达橡塑贸易有限公司)和腰果壳油粉(商购自上海隆发化工有限公司)；粘结剂：热固性酚醛树脂(商购自济宁华凯树脂有限公司)；摩擦调节剂：石墨(平均粒径为150μm，商购自青岛星远石墨乳有限公司)和白刚玉粉(平均粒径为86μm，商购自淄博凤达刚玉新材料有限公司)；填料：碳酸钙粉(平均粒径为53μm，商购自灵寿恒阳矿产品加工厂)、硫酸钡粉(平均粒径为53μm，商购自广州嘉亮矿产品有限公司)和蛭石(金黄色蛭石，商购自灵寿县华都矿产品加工厂)均加入犁耙式混料机中，混合均匀，得到摩擦材料组合物；其中，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为2重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.6重量份，所述陶瓷纤维的含量为1重量份；相对于1重量份的丁腈橡胶，所述腰果壳油粉的含量为5重量份；相对于1重量份的增强材料，所述热固性酚醛树脂的含量为0.6重量份，所述丁腈橡胶和腰果壳油粉的含量为0.3重量份，所述刚玉粉和石墨的含量为0.5重量份，所述碳酸钙粉、硫酸钡粉和蛭石的含量为1重量份。

然后将混合均匀的上述组合物倒入模具中，在热压机(JF60，吉利大学机电设备研究所)，将组合物热压成型，制备得到汽车制动用摩擦材料，其中，热压成型的条件为：温度为175℃，压力为20MPa，保压时间为2min/mm。

实施例2

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1.5重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.5重量份，所述陶瓷纤维的含量为1.5重量份。

实施例3

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为2.5重量份，所述灰色纸纤维的含量为1重量份，所述陶瓷纤维的含量为1重量份。

实施例4

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用玻璃纤维(平均长度6mm，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、黄色纸纤维(平均长度为2mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)、灰色纸纤维(平均长度为2mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为100mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)作为增强材料，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为3重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.4重量份，所述陶瓷纤维的含量为2重量份。

实施例5

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用玻璃纤维(平均长度为2.5，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、黄色纸纤维(平均长度为6mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)、灰色纸纤维(平均长度为3mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为200mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)作为增强材料，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为1重量份，所述灰色纸纤维的含量为1.2重量份，所述陶瓷纤维的含量为0.5重量份。

实施例6

采用与实施例3相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的丁腈橡胶，所述腰果壳油粉的含量为2重量份；相对于1重量份的增强材料，所述热固性酚醛树脂的含量为0.4重量份，所述丁腈橡胶和腰果壳油粉的含量为0.2重量份，所述刚玉粉和石墨的含量为0.3重量份，所述碳酸钙粉、硫酸钡粉和蛭石的含量为0.6重量份。

实施例7

采用与实施例3相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的丁腈橡胶，所述腰果壳油粉的含量为7重量份；相对于1重量份的增强材料，所述热固性酚醛树脂的含量为0.8重量份，所述丁腈橡胶和腰果壳油粉的含量为0.4重量份，所述刚玉粉和石墨的含量为0.6重量份，所述碳酸钙粉、硫酸钡粉和蛭石的含量为1.2重量份。

实施例8

采用与实施例3相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用丁腈橡胶(商购自衡水瀚邦达橡塑贸易有限公司)和腰果壳油粉(商购自上海隆发化工有限公司)作为树脂改性剂；采用热固性酚醛树脂(商购自济宁华凯树脂有限公司)作为粘结剂；采用石墨(平均粒径为212μm，商购自青岛星远石墨乳有限公司)和棕刚玉粉(平均粒径为53μm，商购自淄博凤达刚玉新材料有限公司)作为摩擦调节剂；采用碳酸钙粉(平均粒径为53μm，商购自灵寿恒阳矿产品加工厂)和蛭石(银白色蛭石，商购自灵寿县华都矿产品加工厂)作为填料，相对于1重量份的丁腈橡胶，所述腰果壳油粉的含量为3重量份；相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.3重量份，所述树脂改性剂的含量为0.5重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.2重量份，所述填料的含量为1.5重量份。

实施例9

采用与实施例3相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用丁腈橡胶(商购自衡水瀚邦达橡塑贸易有限公司)和腰果壳油粉(商购自上海隆发化工有限公司)作为树脂改性剂；采用热固性酚醛树脂(商购自济宁华凯树脂有限公司)作为粘结剂；碳粉(平均粒径为106μm，商购自青岛星远石墨乳有限公司)和棕刚玉粉(平均粒径为106μm，商购自淄博凤达刚玉新材料有限公司)作为摩擦调节剂；蛭石(乳白色蛭石，商购自灵寿县华都矿产品加工厂)、硫酸钡粉(平均粒径为53μm，商购自广州嘉亮矿产品有限公司)作为填料，相对于1重量份的丁腈橡胶，所述腰果壳油粉的含量为6重量份；相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.9重量份，所述树脂改性剂的含量为0.1重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.8重量份，所述填料的含量为0.5重量份。

对比例1

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用黄色纸纤维(平均长度为2.5mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)、灰色纸纤维(平均长度为4mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为150mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)作为增强材料。

对比例2

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用玻璃纤维(平均长度4mm，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、灰色纸纤维(平均长度为4mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为150mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)作为增强材料。

对比例3

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用玻璃纤维(平均长度为4mm，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、黄色纸纤维(平均长度为2.5mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)和陶瓷纤维(平均长度为150mm，商购自淄博市淄川锦岳耐火纤维有限公司)作为增强材料。

对比例4

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，采用玻璃纤维(平均长度为4mm，商购自盐城市固驰玻璃纤维有限公司)、黄色纸纤维(平均长度为2.5mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)、灰色纸纤维(平均长度为4mm，商购自江门市新会区双水镇木江伟华香料厂)。

对比例5

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为0.8重量份，所述灰色纸纤维的含量为0.3重量份，所述陶瓷纤维的含量为0.4重量份。

对比例6

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，不同在于，相对于1重量份的玻璃纤维，所述黄色纸纤维的含量为3.2重量份，所述灰色纸纤维的含量为1.3重量份，所述陶瓷纤维的含量为2.1重量份。

对比例7

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为0.2重量份，所述树脂改性剂的含量为0.05重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.1重量份，所述填料的含量为0.25重量份。

对比例8

采用与实施例1相同的方法制备摩擦材料组合物和汽车制动用摩擦材料，相对于1重量份的增强材料，所述粘结剂的含量为1重量份，所述树脂改性剂的含量为0.6重量份，所述摩擦调节剂的含量为0.9重量份，所述填料的含量为1.6重量份。

测试实施例

根据GB/T5766-1996标准，分别测试实施例1-9和对比例1-8中得到的汽车制动用摩擦材料的硬度，结果如表1所示。

根据GB 5765-86标准，分别测试实施例1-9和对比例1-8中得到的汽车制动用摩擦材料的冲击强度，结果如表1所示。

根据GB 5763-1998标准，分别测试实施例1-9和对比例1-8中得到的汽车制动用摩擦材料的摩擦系数和磨损率，结果如表1所示。

表1

从上表1中的数据可以看出，在温度为100到300的范围内变化时，相对于对比例1-8中的摩擦材料，本发明实施例1-9中的摩擦材料的摩擦系数和磨损率的变化较小，说明本发明的摩擦材料组合物提高了汽车制动用摩擦材料的高温摩擦系数的稳定性，且本发明实施例1-9中的冲击强度和硬度显著提高，说明通过采用特定含量的玻璃纤维、黄色纸纤维、灰色纸纤维和陶瓷纤维作为增强摩擦材料，提高了摩擦材料的强度和高温条件下摩擦系数的稳定性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。