一种低制动力矩波动性的盘式制动片及其制备方法

摘要

本发明公开了一种低制动力矩波动性的盘式制动片及其制备方法，属于汽车零部件技术领域。所述盘式制动片包括以下原料组分及质量百分比为：酚醛树脂5％‑14％，芳纶浆粕8％‑11％，矿物纤维5％‑6％，黄铜纤维2％‑3％，摩擦粉3％‑7％，氧化铝2％‑3％，合成石墨4％‑5％，颗粒焦炭4％‑10％，硫化亚铁4％‑7％，硫化锑2％‑5％，钛酸钾5％‑10％，重晶石30‑36％，丁腈橡胶3‑11％，所述丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶。本发明利用不同交联程度的粉末丁腈橡胶的协同作用，有效的平稳制动片的制动力矩波动性，从而降低了制动片诱发制动抖动可能性，降低了制动噪音的发生率。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种低制动力矩波动性的盘式制动片及其制备方法。

背景技术

汽车用盘式制动片，是指安装在汽车车轮的盘式制动器上的，在汽车制动系统中最关键的安全零件，汽车刹车效果的好坏由制动片起着决定性的作用。

而汽车刹车时制动引起的方向盘抖动现象等，其根源是制动时制动力矩波动性过大。为了控制激发源，就需要减小制动力矩的波动性。另外，考虑到盘式制动片的压缩特性，现有在多个盘式制动片体系中经常利用增加压缩率的方式来改善抖动现象。

目前，制动力矩波动性和对刹车盘的友好性并没有达到最优状态，可能会引发制动盘DTV(disc thickness variation)升高，并且制动系统乃至整车某些部件在制动过程产生强迫振动或制动抖动现象，而这些问题也是客户越来越关注的问题。而且随着我国汽车产业的快速升级，越来越多的客户对制动舒适性的要求越来越高，因此，汽车盘式制动片需要在制动力矩波动性上有新的突破，急需生产出一种新的盘式制动片，使其具有低制动力矩波动性、压缩特性好、对制动盘友好的特点，以满足客户需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低制动力矩波动性的盘式制动片及其制备方法，克服现有技术中存在的制动力矩波动性大、压缩特性差、对制动盘不友好等问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低制动力矩波动性的盘式制动片，以盘式制动片的原料组分的总质量为基准计，所述盘式制动片包括以下原料组分及质量百分比为：酚醛树脂5％-14％，芳纶浆粕8％-11％，矿物纤维5％-6％，黄铜纤维2％-3％，摩擦粉3％-7％，氧化铝2％-3％，合成石墨4％-5％，颗粒焦炭4％-10％，硫化亚铁4％-7％，硫化锑2％-5％，钛酸钾5％-10％，重晶石30-36％，丁腈橡胶3-11％，所述丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶。

进一步地，所述微交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的25％-50％，半交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的15％-40％，全交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的20％-40％。

进一步地，所述酚醛树脂的流动距离为25-30mm，凝胶化时间为80-90S。其中，流动距离和凝胶化时间参考GB/T 24411-2009标准中附录A2和A4的方法测得。

进一步地，所述芳纶浆粕长径比为55-70。

所述矿物纤维的纤维长度为0.45-0.70mm。

所述黄铜纤维的纤维长度为3.50-4.12mm。

所述合成石墨的粒度为45-60目。

所述颗粒焦炭粒度为36-45目。

所述硫化亚铁的粒度为300-350目。

所述重晶石的粒度为325-400目。

进一步地，所述摩擦粉的成分是腰果壳油改性的酚醛树脂，相比于普通酚醛树脂，摩擦粉加入了柔性基团，使其比普通酚醛树脂更软，所述摩擦粉的粒度为40目。

进一步地，所述微交联丁腈橡胶粒径为0.7-1.4mm，门尼粘度为54.5-60.8M，结合丙烯腈质量分数27.8-32.4％。

所述半交联丁腈橡胶粒径为0.7-1.5mm，门尼粘度为131M，结合丙烯腈质量分数32.2％。

所述全交联丁腈橡胶粒径为0.8-1.2mm，门尼粘度为150-170M，结合丙烯腈质量分数35.9-42.3％。其中，本发明中的门尼粘度参考GB/T1723-93中的方法测得。

本发明还提供了一种制备上述低制动力矩波动性的盘式制动片的方法，包括如下步骤：

(1)三步混料：第一步混料：将芳纶浆粕、氧化铝、重晶石加入到高速搅拌机中，搅拌；

第二步混料：将酚醛树脂、合成石墨、黄铜纤维、硫化锑和硫化亚铁加入到高速搅拌机中，搅拌；

第三步混料：将矿物纤维、摩擦粉、颗粒焦炭、钛酸钾和丁腈橡胶加入到高速搅拌机中，搅拌；

(2)热压成型：将步骤(1)中混合后的原料加入到热压模具型腔内，摊平，然后加入垫层料，摊平，热压成型，脱模；

(3)热处理：将步骤(2)脱模后的制动片分别置于170-180℃、180-200℃的烘烤温度下烘烤；

(4)磨削：将步骤(3)热处理后的制动片利用圆磨机进行磨削处理；

(5)喷塑：对步骤(4)处理得到的制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品。

进一步地，步骤(1)中第一步混料后搅拌时间为3-6分钟，第二步混料中搅拌时间为6-9分钟，第三步混料中搅拌时间为4-7分钟，使各原料组分混合均匀。本发明中采用三步混料法，在第一步混料中更有助于预开松芳纶浆粕，帮助芳纶与其他原料组分混合均匀；而第二步混料和第三步混料则有助于纤维和颗粒焦炭的分散均匀。

更进一步地，高速搅拌机的搅拌速度为1000-3000r/min。

进一步地，步骤(2)中，以垫层料的原料组分的总质量为基准计，所述垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂13-17％，钢纤维20-26％，半交联丁腈橡胶3-7％，摩擦颗粒8-12％，石灰石28-32％，黄铜粉6-8％，芳纶浆粕2-5％。所述垫层料混合搅拌均匀后再加入到热压模具型腔中。添加垫层料是为了增加剪切强度并具有一定的降噪效果。

更进一步地，所述钢纤维的粒度是80目；摩擦颗粒的粒度为100目；石灰石粒度为325目；黄铜粉的粒度为100目。其中，垫层料中采用的酚醛树脂、半交联丁腈橡胶、芳纶浆粕与前述盘式制动片原料组分中的对应一致。

进一步地，步骤(2)中加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的6-9％。

进一步地，步骤(2)中热压成型的条件为；加载压力300-650kg/cm²，热压时间3-5分钟，热压温度160-170℃。

进一步地，步骤(3)中在170-180℃的烘烤温度烘烤1-2小时，180-200℃的烘烤温度下烘烤3-5小时。

进一步地，步骤(4)中将制动片磨削处理至平行度为±0.14mm，平面度为±0.10mm。

进一步地，步骤(5)中利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，可以防止制动片背板生锈，美化制动片外观，对制动片起着一定的高温热处理作用。静电喷涂设备的转速为500-1000rpm，温度为150-200℃。

本发明中采用不同交联程度的丁腈橡胶制备制动片，这种改进的制动片可以有效降低单次制动过程制动力矩波动性。由于不同交联程度的粉末丁腈橡胶的门尼特性和阻尼性能明显不同：微交联粉末丁腈橡胶由于自身交联程度低，阻尼损耗峰所在的温度较低，具有低温下较好的阻尼特性；半交联粉末丁腈橡胶由于自身较为中等的交联程度，阻尼损耗峰所在温度升高，具有中温下较好的阻尼特性；全交联粉末丁腈橡胶，由于自身较为完整的交联程度，阻尼损耗峰所在的温度最高，具有高温下较好的阻尼特性；而且这三者在各个温度下自身的阻尼也不同，并且在加工和使用过程中也存在丁腈橡胶表面与酚醛树脂或其他材料的包覆和反应，有效改善了丁腈橡胶与其他组分之间的润湿角和相容性。因此，将这三种丁腈橡胶复合使用，有效地利用了多种粉末丁腈橡胶的特性，有效平抑各种制动条件、制动温度下的噪音和降低制动力矩波动。通过加入复合粉末丁腈橡胶，可以调节刹车片的“粘弹性”，降低刹车片弹性模量，改善和制动盘之间的贴合性。因此，可以提升制动过程中整体摩擦系数稳定性，也可以改善单次制动过程制动力矩的稳定性。

综合以上，本发明利用不同交联程度的粉末丁腈橡胶的协同作用，能够有效的降低制动片的制动力矩波动性，从而减小了制动片的诱发制动抖动可能性，降低了制动噪音的发生率，有效的提高了制动片的生产效率并改善了生产环境。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例中所用到的原料均为本领域技术人员所熟知的常规物料，可通过一般商业途径获得。

其中，所述酚醛树脂的流动距离为25-30mm，凝胶化时间为80-90S。芳纶浆粕长径比为55-70，矿物纤维的纤维长度为0.45-0.70mm，黄铜纤维的纤维长度为3.50-4.12mm，合成石墨的粒度为45-60目，颗粒焦炭粒度为36-45目，硫化亚铁的粒度为300-350目，重晶石的粒度为325-400目，摩擦粉的粒度为40目；微交联丁腈橡胶粒径为0.7-1.4mm，门尼粘度为54.5-60.8M，结合丙烯腈质量分数27.8-32.4％；半交联丁腈橡胶粒径为0.7-1.5mm，门尼粘度为131M，结合丙烯腈质量分数32.2％；全交联丁腈橡胶粒径为0.8-1.2mm，门尼粘度为150-170M，结合丙烯腈质量分数35.9-42.3％。

上述各原料的配比不同，可以构成不同的实施例，具体如下：

实施例1

盘式制动片的原料组分及质量百分比：

酚醛树脂14％，芳纶浆粕8％，矿物纤维6％，黄铜纤维2％，摩擦粉7％，氧化铝2％，合成石墨4％，颗粒焦炭7％，硫化亚铁4％，硫化锑2％，钛酸钾7％，重晶石30％，丁腈橡胶7％，其中，丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶；微交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的25％，半交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的40％，全交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的35％。

盘式制动片制备方法包括如下步骤：

(1)三步混料：第一步混料：首先在高速搅拌机中放入芳纶浆粕，氧化铝与重晶石，搅拌5分钟；第二步混料：然后在高速搅拌机内放入酚醛树脂、合成石墨、黄铜纤维、硫化锑和硫化亚铁，搅拌7分钟；第三步混料：在高速搅拌机中放入矿物纤维、摩擦粉、颗粒焦炭、钛酸钾和配比好的丁基橡胶，搅拌6分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压成型：在热压模具型腔内首先放入步骤(1)混合完毕的原料，然后摊平，再将垫层料放入热压模具型腔，摊平，加载压力300kg/cm²，热压时间4.5分钟，热压上模温度160℃，中模温度160℃，下模温度160℃，热压成型后脱模；

加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的8％；

其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂17％，钢纤维26％，半交联丁腈橡胶7％，摩擦颗粒8％，石灰石32％，黄铜粉6％，芳纶浆粕4％；使用前混合均匀；

(3)热处理：制动片脱模后首先置于170℃的烘烤温度烘烤1小时，随后置于185℃的烘烤温度下烘烤3小时；

(4)磨削：利用圆磨机磨削(3)处理后的制动片至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

(5)喷塑：利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品，静电喷涂设备的转速为1000rpm，温度为200℃。

性能测试：

(1)压缩特性、硬度测试：

将实施例1制得的制动片成品安装在压缩试验机和塑料用洛氏硬度计，进行压缩特性、硬度测试。其中，压缩测试参考的标准是ISO6310-2009，在不同测试压力下测量压缩特性，测试结果见表1。硬度测试参考的标准为：GB5766-2007。硬度测试的结果为：硬度平均值为69.4HRR。

表1常温压缩实验结果

12345678910测试载荷[bar]160100204060160100204060平均值[μm]149.699.818.441.162.2249.8157.343.775.8103.4

(2)DTV测试、台架试验：

对实施例1获得制动片进行DTV测试、台架试验：

DTV测试采用韩国SUNBEE公司生产的静态DTV试验机进行测量，实验盘为从汽车4S店购买的OE原厂盘。实验前距制动盘大外圆10mm处制动面同心圆处DTV值为2.57μm；实验后制动盘DTV值为4.19μm。

利用模拟车辆制动系统的惯性制动台架试验机对本实施例获得的制动片进行台架试验测量。

台架测试程序SAE J2522测试中选取第二次衰退章节，计算制动力矩波动最大值(BTV最大值)：36.41N.m。按照台架测试程序SAE J2707A测试磨损量，结果见表2。按照台架测试程序SAE J2521测试噪音结果，结果见表3。

表2台架试验SAE J2707A测试磨损量

表3台架试验SAE J2521测试噪音结果

实施例2

盘式制动片的原料组分及质量百分比：

酚醛树脂7％，芳纶浆粕11％，矿物纤维5％，黄铜纤维2.5％，，摩擦粉3％，氧化铝3％，合成石墨4.5％，颗粒焦炭4％，硫化亚铁7％，硫化锑5％，钛酸钾5％，重晶石32％，丁腈橡胶11％，其中，丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶，微交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的50％，半交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的15％，全交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的35％。

盘式制动片制备方法包括如下步骤：

(1)三步混料：第一步混料：首先在高速搅拌机中放入芳纶浆粕，氧化铝与重晶石，搅拌6分钟；第二步混料：然后在高速搅拌机内放入酚醛树脂、合成石墨、黄铜纤维、硫化锑和硫化亚铁，搅拌6分钟；第三步混料：在高速搅拌机中放入矿物纤维、摩擦粉、颗粒焦炭、钛酸钾和丁基橡胶，搅拌4分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压成型：在热压模具型腔内首先放入步骤(1)混合完毕的原料，然后摊平，再将垫层料放入热压模具型腔，摊平，加载压力500kg/cm²，热压时间4分钟，热压上模温度165℃，中模温度160℃，下模温度160℃，热压成型后脱模；加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的9％；

其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂17％，钢纤维22％，半交联丁腈橡胶6％，摩擦颗粒12％，石灰石30％，黄铜粉8％，芳纶浆粕5％；使用前混合均匀；

(3)热处理：制动片脱模后首先置于175℃的烘烤温度烘烤2小时，随后置于190℃的烘烤温度下烘烤4小时；

(4)磨削：利用圆磨机磨削(3)处理后的制动片至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

(5)喷塑：利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品，静电喷涂设备的转速为800rpm，温度为180℃。

性能测试：

(1)压缩特性、硬度测试：

将实施例2获得的制动片进行压缩特性、硬度测试，测试条件见实施例1。

其中，压缩测试结果见表4。硬度平均值为：76.3HRR。

表4常温压缩实验结果

12345678910测试载荷[bar]160100204060160100204060平均值[μm]125.483.616.135.453.1211.2140.135.069.595.0

(2)DTV测试、台架试验：

对实施例2获得制动片进行DTV测试、台架试验：

DTV测试采用韩国SUNBEE公司生产的静态DTV试验机进行测量，实验盘为从汽车4S店购买的OE原厂盘。实验前距制动盘大外圆10mm处制动面同心圆处DTV值为1.88μm；实验后制动盘DTV值为4.84μm。

利用模拟车辆制动系统的惯性制动台架试验机对本实施例获得的制动片进行台架试验测量。

台架测试程序SAE J2522测试中选取第二次衰退章节，计算制动力矩波动最大值(BTV最大值)：45.3N.m。按照台架测试程序SAE J2707A测试磨损量，结果见表5。按照台架测试程序SAE J2521测试噪音结果，结果见表6。

表5台架试验SAE J2707A测试磨损量

表6台架试验SAE J2521测试噪音结果

实施例3

盘式制动片的原料组分及质量百分比：

酚醛树脂5％，芳纶浆粕10.5％，矿物纤维5.5％，黄铜纤维3％，摩擦粉5％，氧化铝3％，合成石墨5％，颗粒焦炭10％，硫化亚铁6％，硫化锑3％，钛酸钾10％，重晶石31％，丁腈橡胶3％，其中，丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶；微交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的30％，半交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的30％，全交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的40％。

该低制动力矩波动性盘式制动片的加工方法，包括如下步骤：

(1)三步混料：第一步混料：首先在高速搅拌机中放入芳纶浆粕，氧化铝与重晶石，搅拌3分钟；第二步混料：然后在高速搅拌机内放入酚醛树脂、合成石墨、黄铜纤维、硫化锑和硫化亚铁，搅拌9分钟；第三步混料：在高速搅拌机中放入矿物纤维、摩擦粉、颗粒焦炭、钛酸钾和丁基橡胶，搅拌7分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压成型：在热压模具型腔内首先放入步骤(1)混合完毕的原料，然后摊平，再将垫层料放入热压模具型腔，摊平，加载压力650kg/cm²，热压时间5分钟，热压上模温度170℃，中模温度165℃，下模温度165℃，热压成型后脱模；加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的6％；

其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂16％，钢纤维24％，半交联丁腈橡胶7％，摩擦颗粒11％，石灰石29％，黄铜粉8％，芳纶浆粕5％；使用前混合均匀；

(3)热处理：制动片脱模后首先置于180℃的烘烤温度烘烤2小时，随后置于200℃的烘烤温度下烘烤5小时；

(4)磨削：利用圆磨机磨削(3)处理后的制动片至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

(5)喷塑：利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品，静电喷涂设备的转速为800rpm，温度为180℃。

性能测试：

(1)压缩特性、硬度测试：

将实施例3获得的制动片进行压缩特性、硬度测试，测试条件见实施例1。

其中，压缩测试结果见表7。硬度平均值为：81.8HRR。

表7常温压缩实验结果

12345678910测试载荷[bar]160100204060160100204060平均值[μm]97.364.813.628.141.4159.4108.032.756.374.9

(2)DTV测试、台架试验：

对实施例3获得制动片进行DTV测试、台架试验：

DTV测试采用韩国SUNBEE公司生产的静态DTV试验机进行测量，实验盘为从汽车4S店购买的OE原厂盘。实验前距制动盘大外圆10mm处制动面同心圆处DTV值为2.00μm；实验后制动盘DTV值为4.25μm。

利用模拟车辆制动系统的惯性制动台架试验机对本实施例获得的制动片进行台架试验测量。

台架测试程序SAE J2522测试中选取第二次衰退章节，计算制动力矩波动最大值(BTV最大值)：50.8N.m。按照台架测试程序SAE J2707A测试磨损量，结果见表8。按照台架测试程序SAE J2521测试噪音结果，结果见表9。

表8台架试验SAE J2707A测试磨损量

表9台架试验SAE J2521测试噪音结果

实施例4

盘式制动片的原料组分及质量百分比：

酚醛树脂14％，芳纶浆粕8％，矿物纤维5％，黄铜纤维2％，，摩擦粉6％，氧化铝2.5％，合成石墨4.5％，颗粒焦炭5％，硫化亚铁5％，硫化锑3％，钛酸钾5％，重晶石36％，丁腈橡胶4％，其中，丁腈橡胶包括微交联丁腈橡胶、半交联丁腈橡胶、全交联丁腈橡胶；微交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的40％，半交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的40％，全交联丁腈橡胶占丁腈橡胶总量的20％。

盘式制动片制备方法包括如下步骤：

(1)三步混料：第一步混料：首先在高速搅拌机中放入芳纶浆粕，氧化铝与重晶石，搅拌6分钟；第二步混料：然后在高速搅拌机内放入酚醛树脂、合成石墨、黄铜纤维、硫化锑和硫化亚铁，搅拌6分钟；第三步混料：在高速搅拌机中放入矿物纤维、摩擦粉、颗粒焦炭、钛酸钾和丁基橡胶，搅拌4分钟，使得所有原料混合均匀；

(2)热压成型：在热压模具型腔内首先放入步骤(1)混合完毕的原料，然后摊平，再将垫层料放入热压模具型腔，摊平，加载压力600kg/cm²，热压时间3分钟，热压上模温度160℃，中模温度160℃，下模温度160℃，热压成型后脱模；加入垫层料的总质量占步骤(1)中原料组分和垫层料总质量的7％；

其中，垫层料包括以下原料组分及其质量百分比：酚醛树脂15％，钢纤维26％，半交联丁腈橡胶4％，摩擦颗粒12％，石灰石30％，黄铜粉8％，芳纶浆粕5％；使用前混合均匀；

(3)热处理：制动片脱模后首先置于170℃的烘烤温度烘烤2小时，随后置于190℃的烘烤温度下烘烤4小时；

(4)磨削：利用圆磨机磨削(3)处理后的制动片至平行度为±0.14mm，平面度为±0.1mm；

(5)喷塑：利用静电喷涂设备对制动片的非工作面进行喷塑处理，得到成品，静电喷涂设备的转速为500rpm，温度为150℃。

通过上述实施例可以看出，相比传统陶瓷刹车片，本发明提供的基于复合粉末丁腈橡胶改性的酚醛树脂基陶瓷盘式制动片压缩量较高，诱发制动盘DTV生长较低，在制动力矩波动性方面，制动片磨损量及对制动盘的磨损量上均表现出杰出的性能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。