本发明公开了一种耐高温陶瓷基汽车摩擦材料 及制备方法，属于 摩擦材料技术领域。

背景技术

车辆行驶趋向于高速重载， 制动瞬间动能转化为热能， 制动系统 中摩擦片承受的能量负荷很大，对摩擦材料的 耐温性提出了更高的要 求。传统的作法是使用改性的树脂， 树脂的热分解温度的提高， 使得 摩擦材料的抗热衰退性提高， 但是树脂失效后仍然存在崩边、开裂等 现象， 因此耐高温粘接剂成为研究热点。

同时噪音性能在驾乘舒适性中也引起了越来 越多的关注。在改善噪音 的办法中，有研究者从纤维着手，使用了成本 较高的钛酸钾系列产品， 如六钛酸钾晶须 /鳞片六钛酸钾、 八钛酸钾晶须 /鳞片八钛酸钾， 如美 国专利 US 6475614中混合搭配使用了钛酸钾晶须和鳞片钛� �钾， 有 良好的增摩效应和噪音性能， 但存在成本较高的缺点。有采用有机纤 维， 如美国专利 US 5106884, 使用聚丙烯纤维， 改善噪音性能， 会 导致耐温性差。有从填料着手， 如美国专利 US 5576369， 中使用氧化 铜改善低频噪音， 但综合性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供 一种制备工艺简 单、 操作方便、 组分配比合理、 耐高温、 制动性能稳定、 热衰退小、 噪音低的耐高温陶瓷基汽车摩擦材料及制备方 法。

本发明一种耐高温陶瓷基汽车摩擦材料，包括 下述组份按重量百 分比组成：

粘结基体 10〜30，

增强纤维 15〜45，

摩擦性能调节剂 8〜18，

填料 10〜30， 各组分重量百分之和为 100%;

所述粘结基体由无机陶瓷粘结剂和有机粘结剂 按重量比： （1〜 4) : 1组成；

所述增强纤维由钢纤维和辅助增强纤维按重量 比 1 : ( 1〜3 ) 的 比例组成； '

所述摩擦性能调节剂由增摩剂和减摩剂按重量 比 1 : (4〜7) 的 比例组成。

本发明中， 所述无机陶瓷粘结剂是磷酸二氢铜； 有机粘结剂是酚 醛树脂； 所述磷酸二氢铜的粒度为 350〜400 目； 所述酚醛树脂的粒 度为 180〜200目。

本发明中， 所述钢纤维直径为 62〜100微米； 所述辅助增强纤维 选自铜纤维， 矿物纤维， 陶瓷纤维， 碳纤维， 芳纶纤维， 聚丙烯纤维， 碳酸钙晶须， 硫酸钙晶须中的至少两种中的至少两种； 所述铜纤维直 径 100〜150微米， 所述矿物纤维的长度 300〜800微米， 直径小于 5 微米，所述陶瓷纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚 丙烯纤维的长度为 300〜 500微米， 直径小于 5微米； 所述碳酸钙晶须、 硫酸钙晶须的直径为 40〜80微米并经过硅垸偶联剂表面处理。

本发明中， 所述增摩剂选自氧化铝、硫铁矿中的至少一种 ； 所述 减磨剂选自硫化锑、 石墨、 云母中的至少一种； 所述氧化铝、 硫铁矿 的粒度为 40〜74微米； 所述硫化锑、 石墨、 云母的粒度为 40〜74微 米。

本发明中， 所述填料包含占填料总量 3%〜8%的多孔橡胶， 余量 选自蛭石、 硫酸钡、 腰果壳粉中的至少一种， 所述多孔橡胶粒度为 20〜40目； 所述蛭石、 硫酸钡、 腰果壳粉的粒度为 100〜150微米。

本发明中， 所述多孔橡胶由硬丁腈橡胶塑炼发泡制得， 塑炼温度 为： 35〜50°C， 分三段塑炼， 每段塑炼时间为 20〜30min _; 相邻两段 塑炼之间冷却停放 3〜4h; 塑炼助剂为碳酸氢钠或明矾。

本发明一种低噪音耐高温陶瓷基汽车摩擦材料 的制备方法，包括 以下步骤：

第一步： 配料

按设计的低噪音耐高温陶瓷基汽车摩擦材料各 组分配比称量各 组分物料； 混合均匀；

第二步： 成型

将第一步所得混合物料置入热压模中压制成型 ， 压制压力 250〜 500kgf/cm ² , 热压温度 150〜180°C， 排气 4〜10次， 保压时间按压坯 厚度计算， 每毫米厚度保压 55〜65s;

第三步： 热处理

将第二步所得压坯按 1〜2°C/分钟的加热速度加热到 140°C， 保 温 1小时后继续升温到 160〜180°C， 保温 4小时； 然后按 0.5〜1 °C/ 分钟的加热速度加热到 210°C， 保温 4小时， 随炉冷却至室温；

第四步： 表面处理

将第三步所得坯料加热至 650〜700°C， 进行高温烧蚀表面处理， 随炉冷却， 即得到低金属陶瓷基汽车摩擦材料。

本发明由于采用上述组份配比及制备方法， 在粘结基体中使用 了大部分的陶瓷粘结剂一磷酸二氢铜， 少部分的传统有机粘结剂一 树脂， 即基体主要为无机陶瓷相； 在粘结基体中添加了金属纤维如钢 纤维、 铜纤维， 有机纤维如芳纶纤维、 聚丙烯纤维， 无机纤维如矿物 纤维、碳纤维或陶瓷纤维等作为增强组元； 特别是在填料中使用了发 泡多孔橡胶作为增韧材料及降噪材料； 其工作机理及优点简述于下： 本发明在制备时， 磷酸二氢铜在热压成型时受热发生一次脱水 反应， 其本身的铜 -磷-氧键网络结构形成， 熔融， 对材料进行浸渍， 与树脂橡胶受热固化中形成的海岛结构进行交 联，同时使得多孔橡胶 中的半封闭孔或开孔继续保持。

在摩擦材料使用过程中， 当出现高速重载或紧急制动连续制动 等情况时， 对偶件和摩擦材料的温度很快升高到 500°C以上， 此时有 机粘接剂树脂橡胶已受热失重达 50%，粘结作用不强，摩擦系数开始 降低， 出现衰退现象， 而无机盐则出现二次脱水交联， 网络结构进一 步紧密， 摩擦材料结构趋向陶瓷化， 由于类陶瓷表现出的增摩性能， 摩擦系数下降的趋势被减缓， 趋于稳定， 使得材料衰退减小。 同时， 材料高温粘结力的保持， 使得材料结构紧密， 高温内部粘结强度得以 保持， 降低材料在高温下的磨损量。发泡多孔橡胶可 以促使材料形成 多孔结构， 显著增加材料孔隙度， 改变材料内部产生共振的频率， 减 少制动噪音。

综上所述， 本发明制备工艺简单、 操作方便、 耐高温、 组分配比 合理、 制动性能稳定、 热衰退小、 噪音低、 耐高温、 制动效能高、 性 价比高。 适于工业化生产， 是一种新型的高性能环保型摩擦材料。

附图说明

附图 1为实施例 1的试样检测的噪音曲线。

附图 2为实施例 2的试样检测的噪音曲线。

附图 3为实施例 4的试样检测的噪音曲线。

附图 4为实施例 5的试样检测的噪音曲线。

附图 5为实施例 6的试样检测的噪音曲线。

附图 6为实施例 7的试样检测的噪音曲线。

图 1中， 实施例 1的试样检测的噪音为 9.7%;

图 2中， 实施例 2的试样检测的噪音为 6.7%;

图 3中， 实施例 4的试样检测的噪音为 0.3%;

图 4中， 实施例 5的试样检测的噪音为 0%;

图 5中， 实施例 6的试样检测的噪音为 0.1%;

图 6中， 实施例 7的试样检测的噪音为 3.4%;

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明 。

实施实例采用了以下材料， 不同比例的搭配和调整。 粘接剂：

粒度为 350〜400目的磷酸二氢铜盐，粒度为 180〜200目的酚醛 树脂；

增强纤维：

直径 62〜100微米的钢纤维， 直径 100〜150微米的铜纤维， 直 径小于 5微米， 长度 300〜500微米的芳纶纤维（杜邦， Kevl _ar ,)、 碳 纤维、 聚丙烯腈纤维， 直径小于 5微米， 长度 300〜800微米的矿物 纤维 （Lapinus), 长度 300〜500微米， 直径小于 5微米的陶瓷纤维， 经硅烷偶联剂表面处理的， 直径 40〜80微米的碳酸钙晶须、 硫酸钙 晶须；

摩擦性能调节剂：

经硅烷偶联剂表面处理的， 粒度为 40〜74微米的氧化铝、 硫化 锑、 人造石墨；

填料：

粒度为 20〜40目的多孔橡胶， 粒度为 100〜150微米的蛭石、 硫酸钡、 腰果壳粉；

本发明提供 8个实施例， 编号依次为 1〜8， 每个实施例的组份 如表 1

其中， 实例 1〜3采用以下工艺制备- 按设计的低噪音耐高温陶瓷基汽车摩擦材料各 组分配比称量各 组分物料；混合均匀后置入热压模中压制成型 ，压制压力 250kgf/cm ² ， 热压温度 150° (：， 排气 4〜10次， 保压 7分钟； 然后将压坯按 1〜2 °C/分钟的加热速度加热到 140°C， 保温 1小时后继续升温到 160°C， 保温 4小时； 然后按 0.5〜1 °C/分钟的加热速度加热到 210°C， 保温 4 小时， 随炉冷却至室温后； 再将坯料加热至 650°C， 进行高温烧蚀表 面处理， 随炉冷却， 即得到低金属陶瓷基汽车摩擦材料。

其中， 实例 4〜6采用以下工艺制备：

按设计的低噪音耐高温陶瓷基汽车摩擦材料各 组分配比称量各 组分物料；混合均匀后置入热压模中压制成型 ，压制压力 350kg^cm ² ， 热压温度 165°C， 排气 4〜10次， 保压 7分钟； 然后将压坯按 1〜2 °C/分钟的加热速度加热到 140°C， 保温 1小时后继续升温到 170°C， 保温 4小时； 然后按 0.5〜1 °C/分钟的加热速度加热到 210°C， 保温 4 小时， 随炉冷却至室温后； 再将坯料加热至 680°C， 进行高温烧蚀表 面处理， 随炉冷却， 即得到低金属陶瓷基汽车摩擦材料。

其中， 实例 7〜8采用以下工艺制备：

按设计的低噪音耐高温陶瓷基汽车摩擦材料各 组分配比称量各 组分物料；混合均匀后置入热压模中压制成型 ，压制压力 500kgf/cm ² ， 热压温度 180°C， 排气 4〜10次， 保压 7分钟； 然后将压坯按 1〜2 °C/分钟的加热速度加热到 140 °C， 保温 1小时后继续升温到 180°C， 保温 4小时； 然后按 0.5〜 C/分钟的加热速度加热到 210°C， 保温 4 小时， 随炉冷却至室温后； 再将坯料加热至 700°C， 进行高温烧蚀表 面处理， 随炉冷却， 即得到低金属陶瓷基汽车摩擦材料。 表 1

其中， 实例 1， 2号树脂含量 8%， 橡胶含量 3%， 无机粘接剂与 有机粘接剂比例为 1.125和 1.5； 3, 4号树脂含量 6%， 橡胶含量 5%， 无机粘接剂与有机粘接剂比例为 1.5和 2; 5, 6号树脂含量 4%， 橡 胶含量 8%， 无机粘接剂与有机粘接剂比例为 2.25和 3; 7， 8号树脂 含量 3%， 橡胶含量 10%, 无机粘接剂与有机粘接剂比例为 3和 4。

每一个实施例制备的试件分别进行如下检测：

1) 孔隙度， 采用孔隙度分析仪。

2) 高温材料内剪切强度 （300°C， 30min) , 采用剪切试验机。 采用 LINK产 NVH3900的台架试验机， 对以下性能进行检测：

3) 衰退性能 （SAEJ2522，100km/h， 0.4g的减速度,两次） ，

4) 制动效能 （SAEJ2522, 80 km/h, 120km/h ， 200km/h) ,

5) 制动噪音 （SAE J2521,2— 17kHz) .

检测数据见表 2

表 2

由表 2的数据可以看出， 随着树脂含量的减少， 磷酸二氢铜盐粘 结剂含量的增多，无机粘结剂与有机粘结剂的 比例从 1.125变化到 4， 材料的热衰退现象明显减弱， 且内部粘结强度有所提高， 高温剪切强 度达到 3Mpa以上。 但随着多孔橡胶含量的增加， 材料孔隙度不断增 大， 当橡胶含量达到 8%以上， 有机物含量较大， 300°C时橡胶部分分 解， 使得高温内剪切强度有所降低， 衰退性能略有下降。 同时随着无 机粘结剂和有机粘结剂比例的增加，由于无机 粘结剂在高温脱水后形 成的交联网络效应， 各组分能保持更好的相互协同作用， 保持有效摩 擦力， 制动效能稳定性显著提高， 高速时摩擦系数降低幅度减小。 随 着多孔橡胶含量的增加， 噪音发生率显著减小， 在含量为 8%时， 噪 音发生率降低到 0%， 且制动中容易出现的低频噪音显著消除。 当无 机粘结剂和有机粘结剂的比例超过 3以后，制动材料在使用过程中陶 瓷化程度较高， 材料硬脆性增加， 制动噪音出现的几率反而增大， 可 参考附图 1到 6。因此建议无机陶瓷粘接剂与有机粘结剂的� �例在 3: 2到 3:1， 材料有较好的综合性能， 低噪音、 耐高温、 抗热衰退性好、 制动效能稳定。