一种摩擦材料及其摩擦片及摩擦片制备方法

摘要

本发明涉及一种摩擦材料，由泡沫铁粉，粘结剂和润滑剂组成，以100重量份泡沫铁粉为基准，所述粘结剂含量为7~17重量份，所述润滑剂含量为11~35重量份。本发明还涉及一种由上述摩擦材料制得的摩擦片及其制备方法，所述摩擦片以泡沫铁粉作为主体材料，具有密度低，不热衰退，噪音低，耐磨性好的特性。该配方中不含钢纤维及为调节钢纤维性能而添加的辅助组分，并进一步减少了粘结剂的用量，同时由于泡沫铁粉的成本低廉，而具有较好的经济性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦制动材料，具体涉及一种以泡沫铁粉作为主体的摩擦材料。

背景技术

摩擦材料中，随着石棉的淘汰，多种替代纤维被广泛采用，如“半金属”混合型刹车片（Semi-met），主要是采用粗糙的钢纤维/钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物，钢纤维/钢丝绒具有较高的强度和导热性。通常需要更高的制动压力来完成同样的制动效果，特别是在低温环境中易引起较大的制动盘或制动鼓的表面磨损，同时产生更大噪音且易生锈。

除“半金属”混合型刹车外，替代石棉刹车片的还有NAO（无石棉有机物型）刹车片。主要使用玻璃纤维、芳纶或碳纤维等来作为加固材料。这种刹车片在低温或高温水平下都能保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命，但是成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不热衰退、噪音低、耐磨性好且成本低廉的摩擦材料。

为解决上述问题，发明提供了一种摩擦材料，其配方包括如下组分：泡沫铁粉、胶粘剂和润滑剂；以100重量份泡沫铁粉为基准，所述粘结剂含量为7~17重量份，所述润滑剂含量为11~35重量份。

本发明所提供的摩擦材料配方中以泡沫铁为主体，所述泡沫铁是以纯铁为原材料，经过粉碎、磁选、风选、级配、混料后，进行高温发泡，最后制成粗糙、疏松、多孔、有塑性、低密度、延缓生锈的多孔材料。

发明人通过大量实验，发现所述泡沫铁粉作为主体应用在摩擦材料具有以下特性：1、增强作用：用高含量的泡沫铁粉取代了钢纤维等增强材料，由于泡沫铁粉具有良好的塑性，在压制过程中有很好的变形，与其他材料的结合效果好，压力越大增强作用越大；2、减少粘结剂用量：泡沫铁粉在压力的作用下相互连接结合能够起到一定的等效粘结剂的功效，这样可以减少粘结剂的使用量；3、噪音小、脚感舒适：泡沫铁粉具有多孔性，在摩擦制动中有一定的缓冲、柔韧和弹性调节作用，提高车辆的舒适度，并减少噪音；4、防止金属火花和金属镶嵌：泡沫铁粉在制作过程中改变了金属的金相结构，不同于单质铁，在与对偶摩擦时不会产生火花和金属镶嵌。

本发明还提供一种摩擦片，所述摩擦片由上述中的摩擦材料制作而成。

通过本发明获得的摩擦片具有密度低，不热衰退，噪音低，耐磨性好的特性。该配方中不含钢纤维及为调节钢纤维性能而添加的辅助组分，并进一步减少了粘结剂的用量，同时由于泡沫铁粉的成本低廉，使该摩擦片具有较好的经济性。再次，本配方中所用的材料配方较为简易，主要成分为铁、及少量铝/钙元素，从而在生产和使用过程中不会对环境造成负担，较为环保。

本发明还提供了一种摩擦片的制备方法，制备过程包含以下步骤：

⑴将一定比例的泡沫铁粉、粘结剂、润滑剂和防锈助剂混合物投入混料机中，得到粉状混合物；

⑵将预制好的钢背放入热压机模具内，并取适量步骤（1）所述的粉状混合物投入热压机模具中，在一定温度和压力下热压后获得预制件；

⑶向步骤（2）中热压后的预制件放入烘箱中，在一定温度下烘烤；

⑷将步骤（3）中的制品进行磨削喷涂后获得摩擦片。

发明内容

本发明的技术方案涉及一种摩擦材料，所述摩擦材料包含以下成分：泡沫铁粉、胶粘剂和润滑剂，以100重量份的泡沫铁粉为基准，所述粘结剂含量为7~17重量份，所述润滑剂含量为11~35重量份。所述泡沫铁粉为商购，优选情况下，泡沫铁粉中Fe含量大于95wt%，总碳含量小于0.03wt%，松装密度1.5-2%，为树脂状多孔颗粒，粒径-20~+120目。

泡沫铁粉的含量应控制在一定范围内，如果含量过高将导致其他功能材料的用量过低而使综合性能下降。发明人通过实验发现，如果主体材料含量过高，产品摩擦系数增高，同时噪音和磨损率也会增大；而主体材料含量过低时，产品的硬度下降，摩擦强度不够，无法能满足需求。此时常靠添加芳纶、聚丙烯纤维、钢纤维等增强纤维来解决问题；于此同时也需要进一步增加粘结剂的用量，而粘结剂增加后将导致热衰退效应上升。

优选情况下，所述粘结剂为树脂和橡胶粉中一种或几种；所述树脂为酚醛树脂；所述橡胶粉为丁腈橡胶或丁苯橡胶中的一种或几种。

优选情况下，所述树脂为硼酚醛树脂，其耐热性、粘结力学性能比普通酚醛树脂好，使材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能得以进一步提高。

优选情况下，所述橡胶粉粒径为80~100目。橡胶粉作为摩擦材料中的弹性填料，有减噪作用。

优选情况下，所述润滑剂为石墨、焦炭、摩擦粉中的一种或几种。发明人通过实验发现，在摩擦材料中加入适当比例的石墨、焦炭后能完善摩擦材料的综合性能，有利于防止金属粘着，提高摩擦性能，减少磨损、稳定摩擦系数、防止摩擦材料的对偶的表面金属转移，保护对偶，减少制动抖动、噪音的产生。

优选情况下，所述摩擦材料中还含有防锈助剂，所述防锈助剂为氢氧化铝、氢氧化钙中的一种或几种。所添入的氢氧化物能改善摩擦材料的酸碱度，一定量的碱性物质能进一步防止生锈，制动过程中有阻燃和防止摩擦材料氧化的作用，同时也能提高粘结剂的软化点。氢氧化物的含量越高防锈效果越好，但含量过高时，无法平衡材料的整体性能，导致其他性能，如摩擦性能等的降低。因此，需要用量要控制在一定的范围内，以100重量份的泡沫铁粉为基准，所述防锈助剂含量为6~17重量份为佳。

优选情况下，以摩擦材料的总重量计，以100重量份的泡沫铁粉为基准，所述粘结剂含量为10~16重量份，所述润滑剂含量为14~27重量份，所述防锈助剂含量为7~16重量份。泡沫铁粉在范围时制取的摩擦片能兼顾摩擦系数稳定，无热衰退和噪音低、寿命长性能的特性，可以达到成本低、综合性能优异，可以和铁基粉末冶金摩擦材料相媲美。

本发明的技术方案还涉及一种摩擦片，由上述摩擦材料制备而成。

本发明的技术方案还涉及一种摩擦片制备方法，将摩擦材料和钢背热压后即可获得摩擦片，具体包括如下步骤：

⑴将一定比例的上述摩擦材料混合物投入混料机中混料10~60min后，得到粉状混合物；

⑵将钢背与摩擦材料连接的一面涂覆胶粘剂后放入热压机模具内，再取适量步骤（1）所述的粉状混合物投入热压机模具中，在一定温度和压力下压制后获得预制件；

⑶向步骤（2）中压制后的预制件放入烘箱中，在一定温度下烘烤；

⑷将步骤（3）中的制品进行磨削喷涂后获得摩擦片

步骤（2）中热压机压力为5-15MPa，温度为135~155℃，压制时间在90-250S为佳。所述胶粘剂为本领域技术人员常用的胶粘剂，通过商购即可获得，如爱牢达64-1、西邦62W、铁锚204等。

步骤（3）预制件的烘烤过程为阶梯式升温和阶梯式降温，低温100~140℃，高温200~230℃。阶梯式升温时，升温速率为10℃/h，每升温20℃后保温1.5~2.5h；阶梯式低温时，降温速率为10℃/h，每降温20℃后保温1.5~2.5h。

以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

本发明中所述实施例中的所有原料如非特指，均为市售产品。

实施例1

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂0.65g，橡胶粉0.97g，，石墨1.13g，石油焦炭0.97g，摩擦粉0.81g，氢氧化铝1.61g。

摩擦片的制备：

⑴将上述摩擦材料混合物投入600L立轴混料机中，得到粉状混合物；

⑵将钢背放入热压机模具内，再取适量步骤（1）所述的粉状混合物投入模具中，在145℃、10MPa，下压制150S获得预制件；

⑶向步骤（2）中压制后的预制件放入烘箱中烘烤，烘烤参数为：低温120℃，高温220℃，升温时，升温速率为10℃/h，每升温20℃后保温2h；降温时，每降温10℃/h，每降温20℃后保温2h。

⑷将步骤（3）中的制品进行磨削喷涂后获得摩擦片。

实施例2

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂0.37g，90目的丁腈橡胶粉0.88g，石墨0.74g，石油焦炭0.74g，摩擦粉0.51g，氢氧化铝1.47g。

摩擦片的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂0.43g，橡胶粉0.71g，石墨0.86g，石油焦炭0.71g，摩擦粉0.43g，氢氧化铝1.15g。

摩擦片的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂0.56g，橡胶粉0.56g，石墨0.97g，石油焦炭0.42g，摩擦粉0.28g，氢氧化铝1.11g。

摩擦片的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例所述摩擦材料，以摩擦材料总重量计，由以下组分组成：泡沫铁粉10，硼酚醛树脂0.53g，橡胶粉0.67g，石墨0.93g，石油焦炭0.27g，摩擦粉0.27g，氢氧化铝0.67g。

摩擦片的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂0.5g，橡胶粉0.63g，石墨0.88g，石油焦炭0.25g，摩擦粉0.25g。不含防锈助剂。

摩擦片的制备方法同实施例1。

实施例7

本实施例所述摩擦材料，由以下组分组成：泡沫铁粉10g，硼酚醛树脂1.2g，石墨0.93g，石油焦炭0.53g，氢氧化铝0.67g。

对比例1

本对比例所述摩擦材料，以摩擦材料总重量计，由以下组分组成：泡沫铁粉32%、玻璃粉15%、氟化钙15%、针状硅灰石14%、酚醛树脂7%、石墨6%、硫化锑6%、橡胶粉5%。

摩擦片的制备方法同实施例1。

对比例2

本对比例所述摩擦材料，以摩擦材料总重量计，由以下组分组成：硫酸钡20wt%、钢纤维22wt%、铁粉19wt%、石灰粉6wt%、纤维3wt%、树脂15wt%、橡胶粉3wt%、石墨5wt%、摩擦粉1wt%、焦炭1wt%。

摩擦片的制备方法同实施例1。

性能测试试验：

1、定速摩擦测试：采用GB5763-2008《汽车用制动器衬片》所述方法，检测实施例1~6以及对比例1~2的摩擦材料制备的摩擦片的摩擦性能。测试结果如表1：

表1

从表1测试结果可以看出，摩擦材料中泡沫铁粉在60-80%范围内，都表现出比较理想的摩擦性能。可以根据客户需求调节出不同特性的产品，如耐磨性、防锈性、低噪音性中某一性能更为突出的产品。

对比例1中，摩擦片总体呈现出较大的摩擦系数和磨损率；对比例2中可见明显的热衰退现象，高温下摩擦系数低，且磨损率大。

2、盐雾实验：采用GB6458-86《盐雾试验国家标准》所述方法，以pH6.5~7.2NaCl溶液检测实施例1~6以及对比例1~2的摩擦材料制备的摩擦片的耐腐蚀性能。测试结果如表2：

表2

从表2测试结果中可以看出，实施例6中没加氢氧化铝，盐雾实验36h后就有锈蚀现象。实施例1~5中添加了氢氧化铝后有明显的抗锈能力，盐雾实验在96h无锈蚀现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。