以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及重型卡車剎車片的制作領(lǐng)域，尤其是一種以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片及其制備方法。采用碳纖維增韌陶瓷制備多孔“人造骨骼”骨架，并將樹脂、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、填料等充填到多孔骨架材料中，制成高性能的特種剎車片摩擦材料，使其適應(yīng)特種工作環(huán)境，具有密度低、強(qiáng)度高、耐熱性好、摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。可以適應(yīng)高溫高負(fù)荷的極端工作條件，適用于高速重載汽車、礦山提拉裝置等，具有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重型卡車剎車片的制作工藝和方法，尤其是一種以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重型載重卡車的特點(diǎn)是高負(fù)荷、大運(yùn)量、起步頻繁、低速行駛、緊急剎車頻繁，屬剎車系統(tǒng)中的“高技術(shù)含量”產(chǎn)品。傳統(tǒng)的剎車片都是采用的摩擦材料的組成稱為“三元結(jié)構(gòu)”，即樹脂、增強(qiáng)材料和摩擦性能調(diào)節(jié)劑，當(dāng)今摩擦材料的實(shí)際組成顯然已經(jīng)突破了原來的概念，且不說石棉正在逐步被新型纖維材料所替代，而且除了用以調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)及降低磨損率的礦物增摩材料和潤滑材料以外，還出現(xiàn)了不勝枚舉的功能填料，如偶聯(lián)劑、改性劑、搞磨劑、陰尼材料等。載重卡車運(yùn)輸工作條件苛刻，一般剎車片強(qiáng)度低、不耐熱、壽命短，急需高質(zhì)量摩擦片，以滿足這類進(jìn)口重型汽車配件的需要。
[0003]相對新型多孔骨架重型載重卡車剎車片來說，傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)剎車片的制動效能和散熱性都很差，導(dǎo)致制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動力變化很大，不容易控制；由于散熱性不好，特別是下坡時(shí)的連續(xù)制動存在剎車片熱衰退現(xiàn)象，也存在著剎車制動失靈情況。
[0004]普通的多孔金屬骨架重型載重卡車剎車片的制作工藝是在真空環(huán)境中，以網(wǎng)狀金屬材料作為剎車片摩擦材料的主構(gòu)架，將摩擦材料充填到網(wǎng)狀金屬材料中，制成高性能的特種剎車片摩擦材料，使其適應(yīng)特種工作環(huán)境。多孔金屬骨架重型載重卡車剎車片使用銅粉和鋁粉的混合物制備的多孔金屬骨架，但是其中金屬質(zhì)量占整個摩擦材料比重的60%以上，制動時(shí)需要更高的制動壓力來完成同樣的制動效果，而且在低溫環(huán)境中高金屬含量同樣也就意味著剎車片會引起較大的制動盤或制動鼓的表面磨損，同時(shí)會產(chǎn)生更大的噪音。
[0005]此外，傳統(tǒng)的剎車片生產(chǎn)的工藝主要是熱壓法。熱壓法是指將混合均勻的原料放入成形模具當(dāng)中，經(jīng)過加熱加壓，使原料與樹脂粘結(jié)成具有一定密度和強(qiáng)度的毛坯件。但是對于要求具有高耐磨性、高防震性、耐高溫、低噪聲的特種剎車片來說，這種生產(chǎn)工藝無法滿足上述高標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0006]本發(fā)明中的“人造骨骼”是以碳纖維/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制備的具有微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有機(jī)骨架材料。其優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)具備開放式的骨架結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，這些特點(diǎn)使得其在作為摩擦材料的載體方面擁有獨(dú)特的優(yōu)越性。將樹脂、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、填料等充填到多孔骨架材料中，制成高性能的特種剎車片摩擦材料，使其適應(yīng)特種工作環(huán)境，具有強(qiáng)度高、彈性模量適中、耐熱性好、重量輕、膨脹系數(shù)小、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，而所有這些都是重型載重卡車制動所必需的性能要求，不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對重型載重卡車高負(fù)荷、大運(yùn)量、起步頻繁、低速行駛、緊急剎車頻繁等特點(diǎn)而開發(fā)的一種高強(qiáng)度、高耐磨性、高防震性、耐高溫、低噪聲的特種剎車片。采用多種特殊的耐磨、耐高溫材料，并運(yùn)用高新科技工藝研制的新型剎車皮配方，滿足載重汽車制動系統(tǒng)的特定動力、負(fù)荷和剎車的需要。同時(shí)，本發(fā)明提供一種“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片的制備方法。
[0008]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片的骨架材料采用碳纖維/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。采用碳纖維增韌SiC陶瓷，從而改善陶瓷的脆性，增強(qiáng)“人造骨骼”骨架材料的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)高溫結(jié)構(gòu)材料所必需的性能，如抗氧化、耐高溫、耐腐蝕等，與普通的金屬骨架剎車材料相比，具有密度低、強(qiáng)度高、耐高溫、制動比大和使用壽命長等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其是摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，對環(huán)境的影響不敏感。
[0010]所述的多孔“人造骨骼”骨架制備方法熱壓-燒結(jié)制得。以石灰石作為致孔劑，將碳纖維通過一個含有超細(xì)基體陶瓷粉末的料漿容器使之浸潰，然后將浸掛料漿的纖維纏繞在卷筒上，烘干、切斷，得到纖維無緯布，將無緯布按所需規(guī)格剪裁，層疊在一起，最后熱模壓成型和熱壓燒結(jié)后制得復(fù)合材料。
[0011]致孔劑在高溫下燃盡在陶瓷骨架中留下孔隙，孔洞在多孔骨架材料內(nèi)部隨機(jī)分布，最大孔洞的直徑為2mm,最小的為0.5mm,最終“人造骨骼”骨架的孔隙率為50%左右。
[0012]其中的燒結(jié)方法采用無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1850°C~2000°C。由于燒結(jié)溫度低而且不加壓，因而陶瓷骨架具有明顯多孔結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度和韌性大大改善。
[0013]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提供的“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片的填料的主要組分如下:空心微球粉，芳綸原纖，聯(lián)苯型聚酰亞胺粉末，粉末狀改性環(huán)氧樹月旨，超細(xì)全硫化粉末橡膠，鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑，超細(xì)紫銅纖維，人工石墨，石油焦炭粉，電熔氧化鎂，超細(xì)硅石粉，鈦酸鉀片晶。
[0014]所述的空心微球粉由美國Potters Industries Inc生產(chǎn),其主要組成:硼娃酸鹽，外觀:微細(xì)粉體，平均粒徑:35μπι，相對密度:0.70g/cm3，熔點(diǎn):700°C，抗壓強(qiáng)度:27MPa。空心微球粉用于多孔骨架的耐高溫多功能填料，具有以下性能優(yōu)點(diǎn):相對密度低，能明顯降低產(chǎn)品重量；其微粒為密閉光滑球體，能夠和其他填料很好的交聯(lián)，這一點(diǎn)有助于增加剎車片的強(qiáng)力。
[0015]所述的芳綸原纖采用特殊工藝加工成絨狀纖維，再研磨原纖化，使其表面呈蓬松的毛羽狀，沿纖維軸向排列許多微原纖，形成很大的表面積，具有良好的吸附性，可很好的與樹脂及填料濕潤結(jié)合，熱穩(wěn)定性好。所以，芳綸原纖在摩擦材料中呈現(xiàn)出摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低，強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)，還具有產(chǎn)品密度低，硬度低，制動噪音低等特點(diǎn)。本發(fā)明使用的芳綸原纖的性能指標(biāo)如下:纖維長度0.8~2.7mm，抗拉強(qiáng)度14~20 X 103K/cm2，密度1.41~
1.44g/Cm30
[0016]所述的聯(lián)苯型聚酰亞胺粉末是采用聯(lián)苯二酐和對苯二胺合成的聚酰亞胺。聯(lián)苯型聚酰亞胺具有優(yōu)良的機(jī)械性能，熱分解溫度達(dá)到600°C，其抗張強(qiáng)度可以達(dá)到400Mpa，彈性膜量3~4Gpa。利用其較高的強(qiáng)度、彈性模量、密度小及耐熱性好等特點(diǎn)，制備出的高性能剎車片高溫下尺寸穩(wěn)定性好、耐磨性好。
[0017]粉末狀改性環(huán)氧樹脂由美國3M公司生產(chǎn)，采用馬來酰亞胺來改性環(huán)氧樹脂制備，從而改善環(huán)氧樹脂的耐熱性和韌性。用雙馬來酰亞胺改性環(huán)氧樹脂制得的耐高溫膠粘劑，它對金屬、硅石粉、石墨等均有優(yōu)異的粘接性能，可在高溫下長期使用。本發(fā)明中加入12%的馬來酰亞胺來改性環(huán)氧樹脂粉末作為粘合劑。
[0018]超細(xì)全硫化粉末橡膠由中國石化總公司北京化工研究院生產(chǎn)。該產(chǎn)品膠?；ハ嗖徽尺B，分散性好，成型時(shí)的流動性好，加上納米級的細(xì)度優(yōu)勢，可降低摩擦材料的密度和硬度，提高摩擦性能和耐高溫性能，還可在一定程度上減輕震動，降低噪音。本發(fā)明中使用的超細(xì)全硫化粉末橡膠粒徑為80~150nm，凝膠含量在80%以上。
[0019]所述的鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑由美國CAVED0N化學(xué)公司生產(chǎn)，其商品名稱為“CAVC0M0D”，它是由水合氯化氧鋯(ZrOCl2.8H20)、氯醇鋁(Al2OH5Cl)、丙烯醇、羧酸等為原料合成的性能穩(wěn)定，溶于水，但起作用進(jìn)不需要水。與硅烷偶聯(lián)劑相比，鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑分子具有更多的無機(jī)反應(yīng)點(diǎn)，可增強(qiáng)與無機(jī)粉體表面的作用。使用時(shí)將鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑直接加入到基體樹脂中混合后，然后再在高速混合機(jī)中與無機(jī)礦物填料復(fù)合，溫度約70°C。
[0020]所述的超細(xì)紫銅纖維由常州市耀邦摩擦材料廠生產(chǎn)，采用無氧電解銅為原料，經(jīng)過特殊工藝專門加工成的不定超細(xì)纖維，切碎后的長度為0.5~0.8mm。超細(xì)紫銅纖維秉承了金屬單質(zhì)銅的硬度，耐磨損，導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，在剎車片骨架微孔中添加超細(xì)紫銅纖維可以提高摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，降低磨損率的作用，同時(shí)可以對在剎車過程中損失的粘合劑起到一定的補(bǔ)償作用。本發(fā)明中超細(xì)紫銅纖維在填料混合物中占6%。
[0021]人工石墨由瑞士物密高集團(tuán)公司生產(chǎn)，具有很高的熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，能較多地吸收由摩擦功轉(zhuǎn)化的熱量并散發(fā)出去，有助于提高摩擦材料的耐溫性能；石墨為鱗片層疊結(jié)構(gòu)，顆粒富含微孔，且具彈性恢復(fù)作用，在摩擦材料中起到減小震動、遏制噪音的效果。本發(fā)明所用的人工石墨顆粒規(guī)格30 μ m,灰分0.075 %，水分0.5 %，可與紫銅粉末很好的混合，改善摩擦材料的機(jī)械強(qiáng)度。
[0022]所用的石油焦炭粉為常州市武進(jìn)華東特種纖維制造有限公司生產(chǎn)，采用高純度的碳質(zhì)原料，經(jīng)適當(dāng)溫度焙燒并以特殊工藝加工制造的焦炭粉，其灰分、硫含量很低，不含揮發(fā)分，能在摩擦材料中起到潤滑、減震、耐磨等作用，與人工石墨配合使用。本發(fā)明所用的石油焦炭粉顆粒規(guī)格250 μ m，灰分0.07，水分0.02 %。
[0023]電熔氧化鎂由澳大利亞MUSCLE SHOALSMINERALS公司生產(chǎn)，以電爐熔融法工藝制造，主要成分有 Mg096%、Ca01.l%,Si022.2%,Fe2O3O- 2%,Al2O30.5%，密度 3.56 g/em3，粒徑100目。它不僅能夠耐高溫，還可以起到摩擦性能調(diào)節(jié)劑的作用。本發(fā)明中電熔氧化鎂的應(yīng)用比例為8%。
[0024]超細(xì)硅石粉由江西奧特精細(xì)礦粉有限公司生產(chǎn)，分子式為Ca3 (Si3O9),其熱膨脹小、燒失量低、有良好的助熔性，由于其力學(xué)性能和補(bǔ)強(qiáng)性好，在填料中起到增強(qiáng)材料的作用。
[0025]鈦酸鉀片晶(TFC)材料是一種新型的環(huán)保摩擦控制劑，該材料具有高溫摩擦系數(shù)穩(wěn)定、剎車平穩(wěn)，不損傷制動盤，剎車時(shí)無噪音等特性。鈦酸鹽片晶與鈦酸鉀晶須相比，熔點(diǎn)更高，高溫區(qū)磨損更小，能保證在高溫區(qū)的摩擦性能；堆積密度較大，能減小粉塵飛揚(yáng)引起的環(huán)境污染。
[0026]摩擦材料的加工和填充過程如下:
[0027](I)配料、混料:按照配方的比例將物料在自動配料系統(tǒng)中進(jìn)行配料，選用摩擦材料全自動配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動實(shí)現(xiàn)加料，計(jì)量，排料，混料；[0028](2)研磨處理:采用高速研磨機(jī)對混合后的填料進(jìn)行研磨，通過調(diào)整研磨機(jī)的轉(zhuǎn)速和研磨時(shí)間，使填料粒度控制在5 μ m以下。
[0029](3)超聲波輔助填充:經(jīng)過研磨后的填料加入到注射裝置中，采用的注射機(jī)向多空骨架材料中注射。通過超聲波的機(jī)械振動作用，使微細(xì)的填料充分填充到骨架材料的內(nèi)部。其中超聲波的頻率為28KHz，功率為10000W，處理時(shí)間為lh。
[0030](4)熱壓處理:填充完成后將剎車片置于熱壓機(jī)上，保持熱壓溫度在200°C左右，熱壓壓力為25MPa，保壓時(shí)間為IOMin ；
[0031]最后，熱壓處理后的剎車片，再經(jīng)過外形加工，表面處理，打印包裝，完成整個剎車片的工藝過程。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片是針對重型載重卡車開發(fā)的一種高強(qiáng)度、高耐磨性、高防震性、耐高溫、低噪聲的特種剎車片。采用采用碳纖維/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制作多空骨架，并運(yùn)用超聲波輔助填充工藝研制的新型載重卡車剎車皮，滿足載重汽車制動系統(tǒng)的特定動力、負(fù)荷和剎車的需要，具有強(qiáng)度高、耐高溫使用壽命長等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其是摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，對環(huán)境的影響不敏感。
[0033]所述的多孔“人造骨骼”骨架制備方法熱壓一燒結(jié)一脫溶法制得。以石灰石作為致孔劑，將碳纖維通過一個含有超細(xì)基體陶瓷粉末的料漿容器使之浸潰，然后將浸掛料漿的纖維纏繞在卷筒上，烘干、切斷，得到纖維無緯布，將無緯布按所需規(guī)格剪裁，層疊在一起，最后熱模壓成型和熱壓燒結(jié)后制得復(fù)合材料。
[0034]其中孔洞在多孔骨架材料內(nèi)部隨機(jī)分布，孔洞直徑0.5mm~2mm，最終“人造骨骼”骨架的孔隙率為50%左右。燒結(jié)方法采用無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1850°C~2000°C。
[0035]本發(fā)明提供的“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片的填料的主要組分如下:空心微球粉，芳綸原纖，聯(lián)苯型聚酰亞胺粉末，粉末狀改性環(huán)氧樹脂，超細(xì)全硫化粉末橡膠，鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑，超細(xì)紫銅纖維，人工石墨，石油焦炭粉，電熔氧化鎂，超細(xì)硅石粉，鈦酸鉀片晶。
[0036]本發(fā)明經(jīng)過多次試驗(yàn)得到的的最佳配方比例為:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片及其制備方法，其特征在于:采用碳纖維增韌陶瓷制備多孔“人造骨骼”骨架，以石灰石作為致孔劑，采用無壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1850°C~2000°C，最終“人造骨骼”骨架的孔隙率為50%左右。并將填充材料充填到多孔骨架材料中，制成高性能的特種剎車片摩擦材料，使其適應(yīng)特種工作環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片，其特征在于多種特殊的耐磨、耐高溫材料充填到多孔骨架材料中。主要組分如下:空心微球粉18%，芳綸原纖3.5 %，聯(lián)苯型聚酰亞胺粉末3 %，粉末狀改性環(huán)氧樹脂12%，超細(xì)全硫化粉末橡膠5.5%,鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑3.5%，超細(xì)紫銅纖維6 %，人工石墨2.5%，石油焦炭粉3 %，電熔氧化鎂8 %，超細(xì)硅石粉20 %，鈦酸鉀片晶15 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以“人造骨骼”為骨架的重型卡車剎車片的填充工藝過程，先按照配方的比例將物料混合后充分研磨，使填料粒度控制在5μπι以下；然后通過超聲波的機(jī)械振動作用，使微細(xì)的填料填充到骨架內(nèi)部，其中超聲波頻率為28ΚΗζ，功率10000W，處理時(shí)間Ih。
【文檔編號】C09K3/14GK103836095SQ201310536150
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月27日
【發(fā)明者】姜著川 申請人:姜著川