一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料.pdf

本发明公开了一种鼓式刹车片摩擦材料，包含以下重量份数的各成分：酚醛树脂10～15，三聚氰胺甲醛树脂2～5，丁腈胶粉3～8，玻璃纤维5～12，芳纶纤维3～6，矿物纤维8～15，硫酸钡15～21，氧化铝5～10，石墨6～15，摩擦粉5～8，氟硅酸钠0～4，分散剂0.1～0.5，交联剂0.5～1.2。本发明提供的鼓式刹车片在高温条件下，能够保持良好的制动性能，承受的冲击强度大于6KJ/m2。

权利要求书
1.  一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，包含以下重量份数的各成分：
酚醛树脂10～15，三聚氰胺甲醛树脂2～5，丁腈胶粉3～8，玻璃纤维5～12，芳纶纤维3～6，矿物纤维8～15，硫酸钡15～21，氧化铝5～10，石墨6～15，摩擦粉5～8，氟硅酸钠0～4，分散剂0.1～0.5，交联剂0.5～1.2。

2.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，包括以下重量份数的各成分：
酚醛树脂13，三聚氰胺甲醛树脂4，丁腈胶粉5，玻璃纤维10，芳纶纤维5，矿物纤维12，硫酸钡18，氧化铝8，石墨10，摩擦粉7，氟硅酸钠2，分散剂0.3，交联剂1。

3.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述酚醛树脂为腰果壳改性酚醛树脂，粒度200目～250目，游离酚含量≤2.5%，150℃时的固化速度为50s～90s，125℃时流动距离20mm～50mm。

4.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述三聚氰胺甲醛树脂的平均分子量为1100～1400。

5.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述丁腈胶粉粒度40目～60目，100℃下门尼粘度为90～140，结合丙烯腈含量37%～40%，凝胶含量70%～90%，挥发份≤1.0%。

6.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述摩擦粉的粒度为40目～60目，370℃下挥发物为21%～25%；所述石墨粒度40目～60目，含碳量大于99%。

7.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述玻璃纤维的纤维直径为15μm～17μm，纤维长度为14.5μm～17.5μm，纤维直径的变异系数小于等于13%；所述矿物纤维的纤维长度为100μm～150μm，渣球的含量小于等于1%；所述芳纶纤维的纤维长度为0.75mm～1.40mm，比表面积7m2/g～15m2/g。

8.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述硫酸钡和氧化铝的粒度为200目～325目。

9.  根据权利要求1所述的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，其特征在于，所述分散剂为纤维素衍生物、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种；所述交联剂为三羟甲基丙烷。

10.  一种高冲击强度鼓式刹车片的制备方法，包含以下步骤：
（1）原料混配：将酚醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂、丁腈胶粉、氟硅酸钠和交联剂混合均匀得到A混料；将玻璃纤维、芳纶纤维、矿物纤维、硫酸钡、氧化铝、石墨、摩擦粉和分散剂进行预混，得到B混料，然后将A混料加入到B混料中，混合成均匀得到摩擦材料；
（2）热压成型：将混合好的摩擦材料预热至105-110℃，然后，将其与刹车片背板送入压制工序，通过压力机在145-155℃、20-25MPa的压力下5-10分钟热压成刹车片的半成品；
（3）热处理：将热压成型刹车片的半成品放入热处理箱进行150-160℃，5-8h的热处理。

说明书一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种鼓式刹车片摩擦材料，尤其涉及鼓式刹车片摩擦材料及由此摩擦材料制作的鼓式刹车片和制备方法。
背景技术
对于商用车载重的加大，对关键零件制动系统的要求越来越高，对刹车片的要求也越来越高。鼓式制动器一般采用铆接的方式，用铆钉将刹车片铆接到蹄铁上。在刹车时，通过脚踏板推动气室带动凸轮轴旋转，使蹄铁张开，挤压刹车片与鼓贴合，通过刹车片与鼓贴合产生的摩擦力达到使车辆减速的目的。而在整个制动过程中，摩擦片通过鼓的带动产生切向力，而摩擦片通过铆钉固定在了蹄铁上，所以要求摩擦片有足够的强度抵抗这种切向力，而冲击强度是体现摩擦片抵抗这种切向力及抵抗铆接时冲击力的重要指标。现有的刹车片的冲击强度一般在4KJ/m2左右，经常出现铆接断裂、制动断裂甚至制动碎裂的现象。
刹车片摩擦材料主要由粘结剂、摩擦性能调节剂和增强纤维等部分组成。摩擦材料一般使用的粘接剂为酚醛树脂，根据酚醛树脂的特性，在一定的温度压力下，将其他材料粘接到一起，粘接剂能影响材料的热衰退性能、恢复性能、摩擦系数、磨损和机械性能。摩擦性能调节剂主要为莫氏硬度低的减磨材料如石墨、二硫化钼等，加入为了降低摩擦系数减小磨损。而纤维在整个摩擦片中起到骨架的作用，是支撑摩擦片的框架，纤维强度的大小直接影响了整个摩擦片的冲击强度的大小。专利CN103387816A公开了一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，属于复合纤维技术领域，其技术要点包括下述步骤：（1）将废弃陶瓷研磨成粉末；（2）制备陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料；（3）将废弃陶瓷粉末、陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料进行混合，混合时添加添加表面活性剂和偶联剂进行纤维表面改性处理；（4）将经过处理的物料、有机粘接剂、软化剂、交联剂和润滑剂进行捏合，将捏合后的物料加工成颗粒料；（5）按重量份称取颗粒料，芳纶纤维、硫酸钡、碳酸钙和摩擦粉进行搅拌混合，即得复合纤维颗粒；提供一种强度高、抗磨性能和吸附性能好且分散性能高的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法；用于制备复合纤维用于摩擦材料。专利CN103906942A公开了一种用于刹车衬垫的非石棉摩擦材料，其不含有金属纤维，铜和钛酸盐。该摩擦材料包括以体积百分比计的如下组分：16-24%的粘合剂，例如酚醛树脂；4-12%的纤维，例如芳纶纤维；2-5%的润滑剂，例如三硫化锑和另一金属硫化物的混合物；10-22%的至少一种磨料，例如矿物纤维，氧化镁以及云母的混合物。该摩擦材料进一步包括体积百分比为至少4%的橡胶粉末。该刹车衬垫可以由成本低廉的工艺制成，基本上包括混合组分，将摩擦材料冲压和固化到背板上，以及后烘烤该刹车衬垫。专利CN102796492A公开了一种汽车制动用摩擦材料的制备方法，该摩擦材料以重量份计由下列组份组成：酚醛树脂20-24份，六次甲基四胺6-8份，钢纤维1-3份，玻璃纤维4-6份，氧化铝纤维5-7份，硅藻土4-6份，60-80目碳化硅3-4份，80-150目三氧化二铝5-8份，200-320目莫来石2-3份，腰果壳粉5-7份，鳞片石墨12-15份，绢云母3-4份，胶体二硫化钼2-4份，所述的制备方法为：1)按配比承重，分步混料，得混合料；2)将步骤1)的混合料冷压成型，成型压力为约23-27MPa，得坯料；3)将坯料热压成型，所述热压成型的温度为约175-185℃，压力为约26-30MPa，加压速度为约1-2mm/min。
而现用的纤维主要有金属纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维等。而随着摩擦材料向着无金属方向发展，金属纤维的应用越来越少。矿物纤维有部分增强效果，增强效果却不是很明显。玻璃纤维的增强效果明显，但用量超过10%后，它的摩擦系数及磨损率的负面影响却增大，有机纤维的主要缺点是耐温性差。
现有的鼓式刹车片摩擦材料在摩擦磨损性能及搞冲击强度等综合性能上还存在许多不足之处，，难以满足日益增加的安全、高效和环保的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点，本发明对刹车片磨擦材料中的组分进行改进，提供一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料和用此摩擦材料制作的刹车片，以及此鼓式刹车片的制备工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，包括以下重量份数的各成分：
酚醛树脂10～15，三聚氰胺甲醛树脂2～5，丁腈胶粉3～8，玻璃纤维5～12，芳纶纤维3～6，矿物纤维8～15，硫酸钡15～21，氧化铝5～10，石墨6～15，摩擦粉5～8，氟硅酸钠0～4，分散剂0.1～0.5，交联剂0.5～1.2。
优选的，所述高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，包括以下重量份数的各成分：
酚醛树脂13，三聚氰胺甲醛树脂4，丁腈胶粉5，玻璃纤维10，芳纶纤维5，矿物纤维12，硫酸钡18，氧化铝8，石墨10，摩擦粉7，氟硅酸钠2，分散剂0.3，交联剂1。
所述酚醛树脂为腰果壳改性酚醛树脂，粒度200目～250目，游离酚含量≤2.5%，150℃时的固化速度为50s～90s，125℃时流动距离20mm～50mm。
所述三聚氰胺甲醛树脂的平均分子量为1100～1400。
所述丁腈胶粉粒度40目～60目，100℃下门尼粘度为90～140，结合丙烯腈含量37%～40%，凝胶含量70%～90%，挥发份≤1.0%。
所述摩擦粉的粒度为40目～60目，370℃下挥发物为21%～25%；所述石墨粒度40目～60目，含碳量大于99%。
所述玻璃纤维的纤维直径为15μm～17μm，纤维长度为14.5μm～17.5μm，纤维直径的变异系数小于等于13%；所述矿物纤维的纤维长度为100μm～150μm，渣球的含量小于等于1%；所述芳纶纤维的纤维长度为0.75mm～1.40mm，比表面积7m2/g～15m2/g。
所述硫酸钡和氧化铝的粒度为200目～325目。
所述分散剂为纤维素衍生物、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
所述交联剂为三羟甲基丙烷。
一种高冲击强度鼓式刹车片的制备方法，包含以下步骤：
（1）原料混配：将酚醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂、丁腈胶粉、氟硅酸钠和交联剂混合均匀得到A混料；将玻璃纤维、芳纶纤维、矿物纤维、硫酸钡、氧化铝、石墨、摩擦粉和分散剂进行预混，得到B混料，然后将A混料加入到B混料中，混合成均匀得到摩擦材料；
（2）热压成型：将混合好的摩擦材料预热至105-110℃，然后，将其与刹车片背板送入压制工序，通过压力机在145-155℃、20-25MPa的压力下5-10分钟热压成刹车片的半成品；
（3）热处理：将热压成型刹车片的半成品放入热处理箱进行150-160℃，5-8h的热处理。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：采用酚醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂、丁腈胶粉和氟硅酸钠，可有效提高摩擦材料的耐摩及耐高温性能；采用芳纶纤维与玻璃纤维混合使用，配以少量矿物纤维，消除了矿物纤维增强效果不是很明显，玻璃纤维用量超过10%后摩擦系数及磨损率有负面影响的缺点，同时可以避免普通有机纤维耐温性差对鼓式刹车片摩擦材料带来的性能缺陷，以提高鼓式刹车片摩擦材料的整体性能；制备方法采用原料分类混合，促进原料间的协同作用，提高摩擦材料的性能，并对摩擦材料预热，使材料整体受热均匀，摩擦系数稳定，有效降低摩擦材料的摩损率，所制备的成品的性能更加优良。本发明实施例提供的鼓式刹车片在高温条件下，能够保持良好的制动性能，承受的冲击强度大于6KJ/m2。
具体实施方式
下述实施例中，酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂，其技术参数为：粒度200-250目，游离酚含量≤2.5%，150℃时的固化速度为50-90秒，125℃时流动距离20-50mm；
三聚氰胺甲醛树脂，其技术参数为：平均分子量为1100～1400；
玻璃纤维，其技术参数为：纤维直径16±1um，纤维长度6±1.5mm，纤维直径变异系数≤13%；
芳纶，其技术参数为：纤维长度0.75～1.40mm, 比表面积7～15m2/g；
矿物纤维，其技术参数为：纤维长度100～150 um，渣球含量≤1 %；
硫酸钡，其技术参数为：粒度200-325目，水分≤2%；
氧化铝，其技术参数为：粒度200-325目；
石墨，其技术参数为：粒度40-60目，含碳量＞99%；
摩擦粉，其技术参数为：粒度40-100目，370℃下挥发物为21-25%；
丁腈胶粉，其技术参数为：粒度40-60目，100℃下门尼粘度为90-140，结合丙烯腈含量37-40%，凝胶含量70-90%，挥发份≤1.0%。
实施例1
一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，包括以下重量份数的各成分：
酚醛树脂13，三聚氰胺甲醛树脂4，丁腈胶粉5，玻璃纤维10，芳纶纤维5，矿物纤维12，硫酸钡18，氧化铝8，石墨10，摩擦粉7，氟硅酸钠2，分散剂0.3，交联剂1；
按照上述配比，作如下制备：
（1）原料混配：将酚醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂、丁腈胶粉、氟硅酸钠和交联剂混合均匀得到A混料；将玻璃纤维、芳纶纤维、矿物纤维、硫酸钡、氧化铝、石墨、摩擦粉和分散剂进行预混，得到B混料，然后将A混料加入到B混料中，混合成均匀得到摩擦材料；
（2）热压成型：将混合好的摩擦材料预热至105-110℃，然后，将其与刹车片背板送入压制工序，通过压力机在145-155℃、20-25MPa的压力下5-10分钟热压成刹车片的半成品；
（3）热处理：将热压成型刹车片的半成品放入热处理箱进行150-160℃，5-8h的热处理。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：2.02g/cm3
洛氏硬度：83HRS
冲击强度：7.58 KJ/m2
表1. 摩擦磨损性能

实施例2
酚醛树脂10，三聚氰胺甲醛树脂2，丁腈胶粉3，玻璃纤维5，芳纶纤维3，矿物纤维8，硫酸钡15，氧化铝5，石墨6，摩擦粉5，氟硅酸钠0，分散剂0.1，交联剂0.5；
制备方法同实施例1。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：2.12g/cm3
洛氏硬度：80HRS
冲击强度：6.77 KJ/m2
表2. 摩擦磨损性能

实施例3
一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，包括以下重量份数的各成分：
酚醛树脂15，三聚氰胺甲醛树脂5，丁腈胶粉8，玻璃纤维12，芳纶纤维6，矿物纤维15，硫酸钡21，氧化铝10，石墨15，摩擦粉8，氟硅酸钠4，分散剂0.5，交联剂1.2；
制备方法同实施例1。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：2.08g/cm3
洛氏硬度：85HRS
冲击强度：6.91 KJ/m2
表3. 摩擦磨损性能

实施例4
本对比例中鼓式刹车片摩擦材料的成分不包含三聚氰胺甲醛树脂和氟硅酸钠，其余组分及配比含量与实施例1中相同。其制备过程同实施例1。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：2.12g/cm3
洛氏硬度：93HRS
冲击强度：4.58 KJ/m2
表4. 摩擦磨损性能

实施例5
本对比例中鼓式刹车片摩擦材料的成分与实施例1中相同。
其制备过程如下：
（1）原料混配：将酚醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂、丁腈胶粉、氟硅酸钠、交联剂、玻璃纤维、芳纶纤维、矿物纤维、硫酸钡、氧化铝、石墨、摩擦粉和分散剂混合均匀得到摩擦材料；
（2）热压成型：将混合好的摩擦材料与刹车片背板送入压制工序，通过压力机在145-155℃、20-25MPa的压力下5-10分钟热压成刹车片的半成品；
（3）热处理：将热压成型刹车片的半成品放入热处理箱进行150-160℃，5-8h的热处理。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：2.15g/cm3
洛氏硬度：95HRS
冲击强度：3.58 KJ/m2
表5. 摩擦磨损性能

实施例6
本对比例中鼓式刹车片摩擦材料的成分不包含芳伦纤维，其余组分及配比含量与实施例1中相同。其制备过程同实施例1。
对所制备的鼓式刹车片进行性能测试。其中，摩擦磨损性能在XD-MSM定速试验机上按GB 5763-2008进行。其性能测试结果如下。
物理性能：
密度：1.95g/cm3
洛氏硬度：81HRS
冲击强度：10.58 KJ/m2
表6. 摩擦磨损性能

采用本发明中的摩擦材料制作的鼓式刹车片，实施例其冲击强度均能达到6KJ/m2，摩擦系数平稳，磨损率较小，试验结果符合要求。对比例1、2中，摩擦系数波动较大，磨损率较高，冲击强度未达到要求；对比例3中摩擦系数低，磨损率较高。
以上对本发明实施例所提供的一种高冲击强度鼓式刹车片摩擦材料，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。