一種碳基陶瓷制動片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及摩擦材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種碳基陶瓷制動片及其制備方法，通過碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、酚醛樹脂、礦物纖維、硫酸鋇粉、改性碳化硅、摩擦改性劑、無機潤滑劑、有機摩擦粉、增韌劑、改良劑等原料的恰當配比與組合，使得碳基陶瓷制動片的原料配方合理，并且通過制備工藝中的原料混合、模壓成型、熱處理和打磨步驟，使得碳基陶瓷制動片的制作工藝流程較短，生產(chǎn)周期短，成產(chǎn)成本低，具有顯著的經(jīng)濟效益；并且使得制備出來的碳基陶瓷制動片的摩擦系數(shù)和磨損程度相比GB5763-2008標準和國內(nèi)汽車制動技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品的廠家制備出來的制動片更優(yōu)。
【專利說明】一種碳基陶瓷制動片及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及摩擦材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種碳基陶瓷制動片及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦材料是一種主要用于制造各種制動和傳動機件的耐磨、耐高溫性能的金屬或 者非金屬復合材料。如汽車用剎車片，又稱制動器稱片。按照用途的不同可以分為行車制 動和駐車制動。目前對于汽車制動片的研究已經(jīng)較為豐富，其文獻量較大。主要研究趨向 于耐磨、摩擦性能較優(yōu)、耐高溫、不易打滑，即就是提高制動效果，降低安全系數(shù)。
[0003] 但是，對于國內(nèi)國外的制動片的研究，雖然有大量的技術(shù)文獻和技術(shù)標準的出現(xiàn)， 但基于此，汽車制動片領(lǐng)域的技術(shù)也還存在著較多的不足，如制動片的韌性較差、強度較 弱、耐高溫性能較差，易打滑、配方不合理，成本高、生產(chǎn)工藝復雜，周期長，能耗大等技術(shù)問 題。
[0004] 為此，本研究人員通過長期的研究與探索，并對制動片原料配方的調(diào)整與改進，制 作出了一種性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝易操作的碳基陶瓷制動片產(chǎn)品，進而縮短了工藝 流程、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期、降低了生產(chǎn)成本，為摩擦材料【技術(shù)領(lǐng)域】提供了更優(yōu)異的可行性 材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳基陶瓷制動片，具 有結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品韌性好、強度好、工藝性好，有較優(yōu)的耐高溫特征。
[0006] 本發(fā)明為了實現(xiàn)另外一個目的，還提供一種碳基陶瓷制動片的制備方法，其具有 配方結(jié)構(gòu)合理、選擇的原料性能較為優(yōu)異、原料混合工藝參數(shù)較優(yōu)、模壓成型的模具選擇合 理、熱處理技術(shù)參數(shù)合理、并且能夠能夠增強制動片韌性、強度等性能，生產(chǎn)工藝流程短、產(chǎn) 品生產(chǎn)周期短，成本低等特征。
[0007] 具體是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：
[0008] -種碳基陶瓷制動片，其原料成份為碳纖維11-13份、陶瓷纖維14-25份、芳綸纖 維0. 5-1. 5份、酚醛樹脂7-9份、礦物纖維7. 5-8. 5份、硫酸鋇粉14-16份、改性碳化硅2-3 份、摩擦改性劑15-17份、無機潤滑劑6-7份、有機摩擦粉3-5份、增韌劑6-8份、改良劑3-5 份。
[0009] 所述的原料成份為碳纖維12份、陶瓷纖維19份、芳綸纖維1份、酚醛樹脂8份、礦 物纖維8份、硫酸鋇粉15份、改性碳化硅2. 5份、摩擦改性劑16份、無機潤滑劑6. 5份、有 機摩擦粉4份、增韌劑7份、改良劑4份。
[0010] 所述的礦物纖維是熱膨脹系數(shù)為〇. 1、折光系數(shù)為〇. 1、熔點為1750°c、莫氏硬度 為 2. 4-2. 6、密度 300g/cm3、PH 值為 7. 8。
[0011] 所述的有機潤滑劑是由54 %的氟化鈣、16 %的氟化鋰、30 %三氧化二鋁組成的混 合物。
[0012] 所述的有機摩擦粉為石墨、納米二氧化硅中的一種。
[0013] 所述的增韌劑為環(huán)氧樹脂增韌劑。
[0014] 所述的改良劑為T0RC0限滑摩擦改良劑。
[0015] 所述的碳纖維為黑色纖維狀，比重為1. 20?1. 30g/cm3,長度3?5mm，絲徑8? 10 u m〇
[0016] 所述的陶瓷纖維為白色或淺灰色纖維狀，長度1?3mm，絲徑10?15 iim，水分含 量< 1. 5% (300°C )，渣球含量< 1. 0% (230 目）。
[0017] 所述的酚醛樹脂為無機改性酚醛樹脂，為白色或淡黃色粉末，650°C熱分解殘余量 >42%，游離酚含量< 1.0%，流動度18?25秒，細度300目通過率>99%。
[0018] 所述的摩擦改性劑是：剛玉、蛭石、長石、重晶石、硅灰石、螢石、沸石、石灰石、冰晶 石、氧化鐵、鉻鐵礦粉、泡沫鐵粉、不生銹鐵粉、黃銅粉、紫銅粉、鋁粉、鉛粉、氧化鋁、鋯英石、 石英巖、高嶺土、硅藻土、白云石、鋁礬土、石墨、二硫化鑰、滑石、云母、硫化銻中的一種或者 任意組合。
[0019] 本發(fā)明還提供一種碳基陶瓷制動片的制備方法，包括以下步驟：
[0020] (1)原料混合：將上述原料按照重量份進行稱取，并將其分類為纖維材料、樹脂、 輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并將分類完成的纖維材料按照重量份進行混合，并采用300L立式 1500-2000r/min的攪拌速度的攪拌機進行攪拌混合均勻后；再將樹脂按照重量份配比加 入其中，并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速為2000-3000r/min，攪拌均勻后，再向其中依次加入輕質(zhì)材料、重 質(zhì)材料，并控制混料攪拌時間為7-10min，獲得混合料待用；
[0021] (2)模壓成型：將步驟1)獲得的混合料置于模芯楔角5°、間隙0.15mm、硬度 HB210?230、平面度0. 005-0. 15mm、腔內(nèi)溫度為181-189°C的模具中，并采用模具單位面積 承受40MPa的壓力，壓制4-5min，即可獲得初成品碳基陶瓷制動片；
[0022] (3)熱處理：將步驟2)獲得的初成品碳基陶瓷制動片從常溫環(huán)境中進行升溫至 180°C、升溫時間為35-45min，保溫處理30min ;再從180°C進行升溫至190°C，升溫時間為 50min，保溫處理60min ;再從190°C在50min升溫至200°C，保溫處理60min ;再從200°C在 50min升溫至2KTC，保溫處理60min ;再從2KTC在50min升溫至220°C，保溫處理180min ; 再采用鼓風機進行鼓風吹冷處理，并控制風速，使得初成品碳基陶瓷制動片從220°C在 65-75min降低至溫度< 120°C，即可獲得碳基陶瓷制動片半成品；
[0023] (4)打磨：將步驟3)獲得的碳基陶瓷制動片半成品按照常規(guī)工藝步驟進行打磨處 理，即可獲得成品碳基陶瓷制動片。
[0024] 所述的混合料的水分重量百分比為0. 01-0. 3%。
[0025] 所述的混合料為深灰色蓬松狀混合物，顏色均勻，無雜質(zhì)和纖維團，水分含量 < 0. 3% (100°C ) 〇
[0026] 所述的攪拌機為300L立式攪拌混料機，有兩個鉸刀，其中一個鉸刀的角度為 60°，另一個鉸刀的角度為40°，并在其上設(shè)置有擋料網(wǎng)，擋料網(wǎng)離投料口高度為130mm， 擋料網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑為8_。
[0027] 所述的碳基陶瓷制動片（以比亞迪F3前剎產(chǎn)品為例）性能為外觀：深灰色塊狀制 品，無裂紋、起泡、掉塊等缺欠，顏色均勻一致，標識清晰完整；尺寸：最大厚度差0. 15mm，平 面度< 0. 20mm，其它尺寸符合圖紙要求；主要性能指標遠高出《GB5763-2008汽車用制動器 襯片》標準，也高出國內(nèi)汽車制造商的質(zhì)量標準。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0029] ①通過碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、酚醛樹脂、礦物纖維、硫酸鋇粉、改性碳化硅、 摩擦改性劑、無機潤滑劑、有機摩擦粉、增韌劑、改良劑等原料的恰當配比與組合，使得碳基 陶瓷制動片的原料配方合理，并結(jié)合制備工藝中的各個步驟，使得制備出來的產(chǎn)品的韌性 較優(yōu)，強度較好，能夠滿足汽車制動標準的要求。
[0030] ②通過制備工藝中的原料混合、模壓成型、熱處理和打磨步驟，使得碳基陶瓷制動 片的制作工藝流程較短，生產(chǎn)周期短，成產(chǎn)成本低，具有顯著的經(jīng)濟效益；并且使得制備出 來的碳基陶瓷制動片的摩擦系數(shù)和磨損程度相比GB5763-2008標準和國內(nèi)汽車制動技術(shù) 生產(chǎn)產(chǎn)品的廠家制備出來的制動片更優(yōu)，具有顯著的進步。

【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體的實施方式來對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的限定，但要求保護的 范圍不僅局限于所作的描述。
[0032] 實施例1
[0033] -種碳基陶瓷制動片，原料配比為碳纖維12kg、陶瓷纖維19kg、芳纟侖纖維1kg、酚 醒樹脂8kg、礦物纖維8kg、硫酸鋇粉15kg、改性碳化娃2. 5kg、摩擦改性劑16kg、無機潤滑劑 6. 5kg、有機摩擦粉4kg、增韌劑7kg、改良劑4kg。
[0034] 礦物纖維是熱膨脹系數(shù)為0. 1、折光系數(shù)為0. 1、烙點為1750°C、莫氏硬度為2. 4、 密度 300g/cm3、PH 值為 7. 8。
[0035] 有機潤滑劑是由54%的氟化鈣、16 %的氟化鋰、30 %三氧化二鋁組成的混合物，以 重量百分比計。
[0036] 有機摩擦粉為石墨。
[0037] 增韌劑為環(huán)氧樹脂增韌劑。
[0038] 改良劑為T0RC0限滑摩擦改良劑。
[0039] 其制備方法，包括以下步驟：
[0040] (1)原料混合：將上述原料按照重量份進行稱取，并將其分類為纖維材料、樹脂、 輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并將分類完成的纖維材料按照重量份進行混合，并采用有兩個鉸刀， 其中一個鉸刀的角度為60°，另一個鉸刀的角度為40°，并在其上設(shè)置有擋料網(wǎng)，擋料網(wǎng) 離投料口高度為130mm，擋料網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑為8mm的300L立式攪拌混料機，在1500r/min 的攪拌速度下進行攪拌混合均勻后；再將樹脂按照重量份配比加入其中，并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速 為2000r/min，攪拌均勻后，再向其中依次加入輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并控制混料攪拌時間為 7min，獲得水分重量百分比為0. 01%的混合料，待用；
[0041] (2)模壓成型：將步驟1)獲得的混合料置于模芯楔角5°、間隙0.15mm、硬度 HB210、平面度0. 005mm、腔內(nèi)溫度為181°C的模具中，并采用模具單位面積承受40MPa的壓 力，壓制4min，即可獲得初成品碳基陶瓷制動片；
[0042] (3)熱處理：將步驟2)獲得的初成品碳基陶瓷制動片從常溫環(huán)境中進行升溫 至180°C、升溫時間為35min，保溫處理30min ;再從180°C進行升溫至190°C，升溫時間為 50min，保溫處理60min ;再從190°C在50min升溫至200°C，保溫處理60min ;再從200°C在 50min升溫至210°C，保溫處理60min ;再從2KTC在50min升溫至220°C，保溫處理180min ; 再采用鼓風機進行鼓風吹冷處理，并控制風速，使得初成品碳基陶瓷制動片從220°C在 65min降低至溫度120°C，即可獲得碳基陶瓷制動片半成品；
[0043] (4)打磨：將步驟3)獲得的碳基陶瓷制動片半成品按照常規(guī)工藝步驟進行打磨處 理，即可獲得成品碳基陶瓷制動片。
[0044] 實施例2
[0045] 在實施例1的基礎(chǔ)上，其他步驟同實施例1，一種碳基陶瓷制動片，其原料成份為 碳纖維11kg、陶瓷纖維14kg、芳纟侖纖維0. 5kg、酚醒樹脂7kg、礦物纖維7. 5kg、硫酸鋇粉 14kg、改性碳化硅2kg、摩擦改性劑15kg、無機潤滑劑6kg、有機摩擦粉3kg、增韌劑6kg、改良 劑 3kg。
[0046] 礦物纖維是熱膨脹系數(shù)為0. 1、折光系數(shù)為0. 1、熔點為1750°C、莫氏硬度為2. 6、 密度 300g/cm3、PH 值為 7. 8。
[0047] 有機摩擦粉為納米二氧化硅。
[0048] 其制備方法，包括以下步驟：
[0049] (1)原料混合：將上述原料按照重量份進行稱取，并將其分類為纖維材料、樹脂、 輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并將分類完成的纖維材料按照重量份進行混合，并采用300L立式 2000r/min的攪拌速度的攪拌機進行攪拌混合均勻后；再將樹脂按照重量份配比加入其 中，并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速為3000r/min，攪拌均勻后，再向其中依次加入輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并 控制混料攪拌時間為lOmin，獲得混合料待用；
[0050] (2)模壓成型：將步驟1)獲得的混合料置于模芯楔角5°、間隙0.15mm、硬度 HB230、平面度0. 15mm、腔內(nèi)溫度為189°C的模具中，并采用模具單位面積承受40MPa的壓 力，壓制5min，即可獲得初成品碳基陶瓷制動片；
[0051] (3)熱處理：將步驟2)獲得的初成品碳基陶瓷制動片從常溫環(huán)境中進行升溫 至180°C、升溫時間為45min，保溫處理30min ;再從180°C進行升溫至190°C，升溫時間為 50min，保溫處理60min ;再從190°C在50min升溫至200°C，保溫處理60min ;再從200°C在 50min升溫至2KTC，保溫處理60min ;再從2KTC在50min升溫至220°C，保溫處理180min ; 再采用鼓風機進行鼓風吹冷處理，并控制風速，使得初成品碳基陶瓷制動片從220°C在 75min降低至溫度10(TC，即可獲得碳基陶瓷制動片半成品；
[0052] (4)打磨：將步驟3)獲得的碳基陶瓷制動片半成品按照常規(guī)工藝步驟進行打磨處 理，即可獲得成品碳基陶瓷制動片。
[0053] 混合料的水分重量百分比為0. 3 %。
[0054] 實施例3
[0055] 在實施例1的基礎(chǔ)上，其他步驟同實施例1，一種碳基陶瓷制動片，其原料成份為 碳纖維13kg、陶瓷纖維25kg、芳纟侖纖維1. 5kg、酚醒樹脂9kg、礦物纖維8. 5kg、硫酸鋇粉 16kg、改性碳化硅3kg、摩擦改性劑17kg、無機潤滑劑7kg、有機摩擦粉5kg、增韌劑8kg、改良 劑 5kg。
[0056] 礦物纖維是熱膨脹系數(shù)為0. 1、折光系數(shù)為0. 1、熔點為1750°C、莫氏硬度為2. 5、 密度 300g/cm3、PH 值為 7. 8。
[0057] 有機摩擦粉為納米二氧化硅。
[0058] 其制備方法，包括以下步驟：
[0059] (1)原料混合：將上述原料按照重量份進行稱取，并將其分類為纖維材料、樹脂、 輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并將分類完成的纖維材料按照重量份進行混合，并采用300L立式 1680r/min的攪拌速度的攪拌機進行攪拌混合均勻后；再將樹脂按照重量份配比加入其 中，并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速為2240r/min，攪拌均勻后，再向其中依次加入輕質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并 控制混料攪拌時間為8min，獲得混合料待用；
[0060] (2)模壓成型：將步驟1)獲得的混合料置于模芯楔角5°、間隙0.15mm、硬度 HB220、平面度0. 1mm、腔內(nèi)溫度為185°C的模具中，并采用模具單位面積承受40MPa的壓力， 壓制4. 5min，即可獲得初成品碳基陶瓷制動片；
[0061] (3)熱處理：將步驟2)獲得的初成品碳基陶瓷制動片從常溫環(huán)境中進行升溫 至180°C、升溫時間為40min，保溫處理30min ;再從180°C進行升溫至190°C，升溫時間為 50min，保溫處理60min ;再從190°C在50min升溫至200°C，保溫處理60min ;再從200°C在 50min升溫至2KTC，保溫處理60min ;再從2KTC在50min升溫至220°C，保溫處理180min ; 再采用鼓風機進行鼓風吹冷處理，并控制風速，使得初成品碳基陶瓷制動片從220°C在 70min降低至溫度110°C，即可獲得碳基陶瓷制動片半成品；
[0062] (4)打磨：將步驟3)獲得的碳基陶瓷制動片半成品按照常規(guī)工藝步驟進行打磨處 理，即可獲得成品碳基陶瓷制動片。
[0063] 混合料的水分重量百分比為0? 1 %。
[0064] 試驗例：下面通過檢測機構(gòu)對本發(fā)明的產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果來對本發(fā)明的技術(shù)方 案做進一步的闡述和說明。
[0065] 試驗例1
[0066] 將實施例1獲得的產(chǎn)品按照實驗方法分別為SAEJ2522:2013全球制動效能臺架實 驗和SAEJ2707:2012制動摩擦材料慣性臺架磨損實驗方法對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和制動片 的磨損程度在不同的溫度下進行檢測，其結(jié)果如下表1所示：
[0067] 表1本發(fā)明實施例1獲得的制動片再不同溫度環(huán)境下的摩擦系數(shù)和磨損程度的檢 測結(jié)果。
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種碳基陶瓷制動片，其特征在于，其原料成份為碳纖維11-13份、陶瓷纖維14-25 份、芳綸纖維0. 5-1. 5份、酚醛樹脂7-9份、礦物纖維7. 5-8. 5份、硫酸鋇粉14-16份、改性碳 化硅2-3份、摩擦改性劑15-17份、無機潤滑劑6-7份、有機摩擦粉3-5份、增韌劑6-8份、 改良劑3-5份。
2. 如權(quán)利要求1所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的原料成份為碳纖維12份、 陶瓷纖維19份、芳綸纖維1份、酚醛樹脂8份、礦物纖維8份、硫酸鋇粉15份、改性碳化硅 2. 5份、摩擦改性劑16份、無機潤滑劑6. 5份、有機摩擦粉4份、增韌劑7份、改良劑4份。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的礦物纖維是熱膨脹 系數(shù)為〇. 1、折光系數(shù)為〇. 1、熔點為1750°C、莫氏硬度為2. 4-2. 6、密度300g/cm3、PH值為 7. 8。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的有機潤滑劑是由 54 %的氟化鈣、16 %的氟化鋰、30 %三氧化二鋁組成的混合物。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的有機摩擦粉為石墨、 納米二氧化硅中的一種。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的增韌劑為環(huán)氧樹脂增 韌劑。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的改良劑為TORCO限滑 摩擦改良劑。
8. 如權(quán)利要求1-7任一項所述的碳基陶瓷制動片的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： (1) 原料混合：將上述原料按照重量份進行稱取，并將其分類為纖維材料、樹脂、輕 質(zhì)材料、重質(zhì)材料，并將分類完成的纖維材料按照重量份進行混合，并采用300L立式 1500-2000r/min的攪拌速度的攪拌機進行攪拌混合均勻后；再將樹脂按照重量份配比加 入其中，并調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速為2000-3000r/min，攪拌均勻后，再向其中依次加入輕質(zhì)材料、重 質(zhì)材料，并控制混料攪拌時間為7-10min，獲得混合料待用； (2) 模壓成型：將步驟1)獲得的混合料置于模芯楔角5°、間隙0. 15_、硬度HB210? 230、平面度0. 005-0. 15mm、腔內(nèi)溫度為181-189 °C的模具中，并采用模具單位面積承受 40MPa的壓力，壓制4-5min，即可獲得初成品碳基陶瓷制動片； (3) 熱處理：將步驟2)獲得的初成品碳基陶瓷制動片從常溫環(huán)境中進行升溫至180°C、 升溫時間為35-45min，保溫處理30min ;再從180°C進行升溫至190°C，升溫時間為50min， 保溫處理60min ;再從190°C在50min升溫至200°C，保溫處理60min ;再從200°C在50min升 溫至210°C，保溫處理60min ;再從210°C在50min升溫至220°C，保溫處理180min ;再采用 鼓風機進行鼓風吹冷處理，并控制風速，使得初成品碳基陶瓷制動片從220°C在65-75min 降低至溫度彡120°C，即可獲得碳基陶瓷制動片半成品； (4) 打磨：將步驟3)獲得的碳基陶瓷制動片半成品按照常規(guī)工藝步驟進行打磨處理， 即可獲得成品碳基陶瓷制動片。
9. 如權(quán)利要求8所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的混合料的水分重量百分 比為 0· 01-0. 3%。
10. 如權(quán)利要求8所述的碳基陶瓷制動片，其特征在于，所述的攪拌機為300L立式攪拌 混料機，有兩個鉸刀，其中一個鉸刀的角度為60°，另一個鉸刀的角度為40°，并在其上設(shè) 置有擋料網(wǎng)，擋料網(wǎng)離投料口高度為130_，擋料網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑為8_。
【文檔編號】F16D69/02GK104235242SQ201410431083
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】周貴宏, 單全慶 申請人:萬山特區(qū)宏安摩擦材料有限公司