一种制动器衬片及其制备方法 【技术领域】
本发明属于植物纤维复合摩擦材料，特别涉及一种制动器衬片及其制备方法。
背景技术
制动器衬片是一种广泛应用于汽车、火车、建筑以及工程机械等的摩擦材料。传统的制动衬片多选用石棉作为增强纤维。但是，石棉纤维的导热率低，摩擦热不易散出，因而导致材料的热衰退和磨损加剧，使其不能更好地适应高速、重载的工况；同时，在生产和使用过程中，石棉粉尘具有污染环境及致癌的作用，对人体健康和环境的影响很大，已经引起了国内外汽车行业的高度重视。因而在许多工业发达国家已经开始立法禁止使用，并且开始研制无石棉摩擦材料。我国也规定2003年10月1日起在汽车上全面禁止使用石棉材料。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，制造和使用过程中无环境污染，摩擦系数稳定，热衰退性小，磨耗低，对对偶磨损小，制动平稳，噪声低的制动器衬片及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的制备工艺为：首先将剑麻纤维切成长度为10～20mm短剑麻纤维；按1∶1的体积比制备无水乙醇+苯溶液，将切好的剑麻纤维浸泡在其中24～30小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.5～7.0即可；将上述清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于75～85℃煮2～3小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.5～7.0，并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于150～170℃处理4～6小时制成备用的剑麻纤维原料；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％～45％的酚醛树脂、25％～35％的备用剑麻纤维原料、5％～15％的铜粉、1％～8％的石墨粉、2～9％的二硫化钼、5％～15％的高分子预聚物、2％～10％的金属氧化物、5％～15％地丁腈橡胶、5％～15％的非金属化合物和1％～8％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2～2.5Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在90～110℃下干燥10～15分钟；在190～200℃，压力为20～25Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为15～25分钟；热压成型后在190～200℃，热处理1～3小时即可。
本发明的高分子预聚物为聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯；金属氧化物为三氧化二铁或氧化锌或三氧化二铝；非金属化合物为二氧化硅或碳化钨或碳化硅；对备用的剑麻纤维原料还可以用浓度为5％的酒精溶液浸泡2～3小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干；
按照本发明的制备方法制得的制动器衬片含质量百分比为：35％～45％的酚醛树脂、25％～35％的备用剑麻纤维原料、5％～15％的铜粉、1％～8％的石墨粉、2～9％的二硫化钼、5％～15％的高分子预聚物、2％～10％的金属氧化物、5％～15％的丁腈橡胶、5％～15％的非金属化合物和1％～8％的硫酸钡。
由于剑麻纤维作为增强材料，由于剑麻纤维具有纤维长、质地坚韧、富于弹性、拉伸强度大、耐磨擦、耐酸碱、耐海水腐蚀以及耐低温等多种优良性能，所以本发明采用剑麻纤维为作为增强材料制成的汽车用无石棉制动衬片，摩擦系数稳定，热衰退性小，磨耗低，对对偶磨损小，制动平稳，噪声低，制造和使用过程中无环境污染。
【具体实施方式】
实施例1：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为10mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中30小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.5即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于75℃煮3小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.0并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于150℃处理5.3小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡2小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、35％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、1％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚丙烯酰胺2％的三氧化二铁5％的丁腈橡胶、5％的二氧化硅和5％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在110℃下干燥10分钟；在190℃，压力为20Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为25分钟；热压成型后在190℃，热处理1小时即可。
实施例2：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为20mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中24小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.0即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于78℃煮2小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.2并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于158℃处理5.3、6、5.8、4、4.9、5、5.7、4.5、5.5小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡2.5小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：45％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、6％的铜粉、2％的石墨粉、3％的二硫化钼、6％的聚四氟乙烯、2％的氧化锌、5％的丁腈橡胶、5％的碳化钨和1％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.5Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在100℃下干燥15分钟；在200℃，压力为21Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为15分钟；热压成型后在200℃，热处理3小时即可。
实施例3：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为15mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中25小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.2即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于76℃煮2.6小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.4并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于162℃处理5.8小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡3小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：36％的酚醛树脂、26％的备用剑麻纤维原料、15％的铜粉、1％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚丙烯酰胺、3％的三氧化二铝、5％的丁腈橡胶、5％的碳化硅和2％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.3Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在90℃下干燥14分钟；在195℃，压力为22Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为18分钟；热压成型后在193℃，热处理2小时即可。
实施例4：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为18mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中26小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.4即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于82℃煮2.8小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.1并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于167℃处理4小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡2.7小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、28％的备用剑麻纤维原料、8％的铜粉、8％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚四氟乙烯、2％的三氧化二铁5％的丁腈橡胶、5％的碳化钨和2％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.2Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在93℃下干燥11分钟；在198℃，压力为23Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为24分钟；热压成型后在197℃，热处理1.5小时即可。
实施例5：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为16mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中27小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.3即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于85℃煮2.3小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.3并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于165℃处理4.9小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡2.8小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、1％的石墨粉、9％的二硫化钼、5％的聚四氟乙烯、2％的氧化锌、5％的丁腈橡胶、5％的碳化硅和8％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.1Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在102℃下干燥13分钟；在196℃，压力为24Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为17分钟；热压成型后在191℃，热处理2.6小时即可。
实施例6：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为17mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中28小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.1即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于80℃煮2.7小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.5并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于155℃处理5小时制成备用的剑麻纤维原料；对备用的剑麻纤维原料用浓度为5％的酒精溶液浸泡2.2小时，然后在温度不高于100℃下将酒精洪干即可；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、2％的石墨粉、3％的二硫化钼、15％的聚丙烯酰胺、2％的三氧化二铝、5％的丁腈橡胶、5％的二氧化硅和3％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.4Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在108℃下干燥12分钟；在193℃，压力为25Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为22分钟；热压成型后在194℃，热处理1.8小时即可。
实施例7：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为14mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中25小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.0即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于79℃煮2.9小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.0并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于160℃处理5.7小时制成备用的剑麻纤维原料；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、1％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚四氟乙烯、10％的氧化锌、10％的丁腈橡胶、6％的碳化钨和1％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.5Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在95℃下干燥15分钟；在197℃，压力为25Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为21分钟；热压成型后在195℃，热处理2.9小时即可。
实施例8：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为12mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中29小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.5即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于77℃煮3小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.4并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于170℃处理4.5小时制成备用的剑麻纤维原料；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、1％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚丙烯酰胺、2％的三氧化二铝、15％的丁腈橡胶、7％的碳化硅和3％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在98℃下干燥13分钟；在191℃，压力为20Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为20分钟；热压成型后在198℃，热处理1.3小时即可。
实施例9：首先将剑麻纤维捋顺成束，切成长度为13mm短剑麻纤维；将切好的剑麻纤维浸泡在体积比为1∶1无水乙醇+苯溶液中30小时；取出浸泡后的剑麻纤维，依次用无水乙醇和去离子水清洗，洗至剑麻纤维的pH值为7.3即可；将清洗过的剑麻纤维浸入重量百分比浓度为10％的NaOH溶液中在水裕锅中于83℃煮2小时取出，冷却至室温；用去离子水清洗碱煮后的剑麻纤维洗至剑麻纤维的pH值为7.5并用硫酸液中和至中性；再用离子水清洗至pH值为7.0；最后将剑麻纤维放入烘箱于153℃处理5.5小时制成备用的剑麻纤维原料；采用湿法混料，在高速混料机中将质量百分比为：35％的酚醛树脂、25％的备用剑麻纤维原料、5％的铜粉、1％的石墨粉、2％的二硫化钼、5％的聚四氟乙烯、2％的三氧化二铁、6％的丁腈橡胶、15％的碳化钨和4％的硫酸钡混合均匀制成原料；在2.2Mpa的压力下将混合均匀的原料压制成坯体；将压好的坯体在106℃下干燥10分钟；在194℃，压力为23Mpa的情况下对干燥后的坯体进行热压成型，热压成型时间为16分钟；热压成型后在196℃，热处理1.7小时即可。
本发明采用了剑麻纤维，由于剑麻纤维具有纤维长、质地坚韧、富于弹性、拉伸强度大、耐磨擦、耐酸碱、耐海水腐蚀以及耐低温等多种优良性能，从而决定了制得制动器衬片的摩擦性能和制动性能；Cu粉，主要是为了改善导热性，减少磨损与保持高温摩擦系数的稳定性；石墨、MoS2，作为固体润滑剂以提高摩擦系数的稳定性、减少冲击与噪声；SiO2、ZnO，硫酸钡，氧化铁，为了调节摩擦系数，减少磨耗。