一种碳基陶瓷制动片及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104235242 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104235242 A (21)申请号 201410431083.X (22)申请日 2014.08.28 F16D 69/02(2006.01) (71)申请人 万山特区宏安摩擦材料有限公司 地址 554200 贵州省铜仁市万山区万山镇 (72)发明人 周贵宏 单全庆 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 谷庆红 (54) 发明名称 一种碳基陶瓷制动片及其制备方法 (57) 摘要 本发明涉及摩擦材料技术领域， 尤其是一种 碳基陶瓷制动片及其制备方法， 通过碳纤。

2、维、 陶瓷 纤维、 芳纶纤维、 酚醛树脂、 矿物纤维、 硫酸钡粉、 改性碳化硅、 摩擦改性剂、 无机润滑剂、 有机摩擦 粉、 增韧剂、 改良剂等原料的恰当配比与组合， 使 得碳基陶瓷制动片的原料配方合理， 并且通过制 备工艺中的原料混合、 模压成型、 热处理和打磨步 骤， 使得碳基陶瓷制动片的制作工艺流程较短， 生 产周期短， 成产成本低， 具有显著的经济效益 ； 并 且使得制备出来的碳基陶瓷制动片的摩擦系数和 磨损程度相比 GB5763-2008 标准和国内汽车制动 技术生产产品的厂家制备出来的制动片更优。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国。

3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 104235242 A CN 104235242 A 1/2 页 2 1. 一种碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 其原料成份为碳纤维 11-13 份、 陶瓷纤维 14-25 份、 芳纶纤维0.5-1.5份、 酚醛树脂7-9份、 矿物纤维7.5-8.5份、 硫酸钡粉14-16份、 改性碳 化硅 2-3 份、 摩擦改性剂 15-17 份、 无机润滑剂 6-7 份、 有机摩擦粉 3-5 份、 增韧剂 6-8 份、 改良剂 3-5 份。 2.如权利要求1所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的原料成份为碳纤维1。

4、2份、 陶瓷纤维 19 份、 芳纶纤维 1 份、 酚醛树脂 8 份、 矿物纤维 8 份、 硫酸钡粉 15 份、 改性碳化硅 2.5 份、 摩擦改性剂 16 份、 无机润滑剂 6.5 份、 有机摩擦粉 4 份、 增韧剂 7 份、 改良剂 4 份。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的矿物纤维是热膨胀 系数为 0.1、 折光系数为 0.1、 熔点为 1750、 莫氏硬度为 2.4-2.6、 密度 300g/cm3、 PH 值为 7.8。 4. 如权利要求 1 或 2 所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的有机润滑剂是由 54的氟化钙、 16的氟化锂、 3。

5、0三氧化二铝组成的混合物。 5. 如权利要求 1 或 2 所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的有机摩擦粉为石墨、 纳米二氧化硅中的一种。 6.如权利要求1或2所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的增韧剂为环氧树脂增 韧剂。 7.如权利要求1或2所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的改良剂为TORCO限滑 摩擦改良剂。 8. 如权利要求 1-7 任一项所述的碳基陶瓷制动片的制备方法， 其特征在于， 包括以下 步骤 ： (1) 原料混合 ： 将上述原料按照重量份进行称取， 并将其分类为纤维材料、 树脂、 轻 质材料、 重质材料， 并将分类完成的纤维材料按照重量份进行混合， 并采。

6、用 300L 立式 1500-2000r/min 的搅拌速度的搅拌机进行搅拌混合均匀后 ； 再将树脂按照重量份配比加 入其中， 并调整搅拌转速为 2000-3000r/min， 搅拌均匀后， 再向其中依次加入轻质材料、 重 质材料， 并控制混料搅拌时间为 7-10min， 获得混合料待用 ； (2) 模压成型 ： 将步骤 1) 获得的混合料置于模芯楔角 5、 间隙 0.15mm、 硬度 HB210 230、 平面度 0.005-0.15mm、 腔内温度为 181-189的模具中， 并采用模具单位面积承受 40MPa 的压力， 压制 4-5min， 即可获得初成品碳基陶瓷制动片 ； (3)热处理。

7、 ： 将步骤2)获得的初成品碳基陶瓷制动片从常温环境中进行升温至180、 升温时间为 35-45min， 保温处理 30min ； 再从 180进行升温至 190， 升温时间为 50min， 保温处理60min ； 再从190在50min升温至200， 保温处理60min ； 再从200在50min升 温至 210， 保温处理 60min ； 再从 210在 50min 升温至 220， 保温处理 180min ； 再采用 鼓风机进行鼓风吹冷处理， 并控制风速， 使得初成品碳基陶瓷制动片从 220在 65-75min 降低至温度 120， 即可获得碳基陶瓷制动片半成品 ； (4) 打磨 ： 将。

8、步骤 3) 获得的碳基陶瓷制动片半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理， 即可获得成品碳基陶瓷制动片。 9. 如权利要求 8 所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的混合料的水分重量百分 比为 0.01-0.3。 10.如权利要求8所述的碳基陶瓷制动片， 其特征在于， 所述的搅拌机为300L立式搅拌 权 利 要 求 书 CN 104235242 A 2 2/2 页 3 混料机， 有两个铰刀， 其中一个铰刀的角度为 60， 另一个铰刀的角度为 40， 并在其上设 置有挡料网， 挡料网离投料口高度为 130mm， 挡料网的网眼直径为 8mm。 权 利 要 求 书 CN 104235242 A 3 。

9、1/6 页 4 一种碳基陶瓷制动片及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及摩擦材料技术领域， 尤其是一种碳基陶瓷制动片及其制备方法。 背景技术 0002 摩擦材料是一种主要用于制造各种制动和传动机件的耐磨、 耐高温性能的金属或 者非金属复合材料。如汽车用刹车片， 又称制动器称片。按照用途的不同可以分为行车制 动和驻车制动。目前对于汽车制动片的研究已经较为丰富， 其文献量较大。主要研究趋向 于耐磨、 摩擦性能较优、 耐高温、 不易打滑， 即就是提高制动效果， 降低安全系数。 0003 但是， 对于国内国外的制动片的研究， 虽然有大量的技术文献和技术标准的出现， 但基于此， 汽车制动片领域的技。

10、术也还存在着较多的不足， 如制动片的韧性较差、 强度较 弱、 耐高温性能较差， 易打滑、 配方不合理， 成本高、 生产工艺复杂， 周期长， 能耗大等技术问 题。 0004 为此， 本研究人员通过长期的研究与探索， 并对制动片原料配方的调整与改进， 制 作出了一种性能优异、 质量稳定、 生产工艺易操作的碳基陶瓷制动片产品， 进而缩短了工艺 流程、 缩短了产品生产周期、 降低了生产成本， 为摩擦材料技术领域提供了更优异的可行性 材料。 发明内容 0005 为了解决现有技术中存在的上述技术问题， 本发明提供一种碳基陶瓷制动片， 具 有结构合理、 产品韧性好、 强度好、 工艺性好， 有较优的耐高温特征。

11、。 0006 本发明为了实现另外一个目的， 还提供一种碳基陶瓷制动片的制备方法， 其具有 配方结构合理、 选择的原料性能较为优异、 原料混合工艺参数较优、 模压成型的模具选择合 理、 热处理技术参数合理、 并且能够能够增强制动片韧性、 强度等性能， 生产工艺流程短、 产 品生产周期短， 成本低等特征。 0007 具体是通过以下技术方案得以实现的 ： 0008 一种碳基陶瓷制动片， 其原料成份为碳纤维 11-13 份、 陶瓷纤维 14-25 份、 芳纶纤 维 0.5-1.5 份、 酚醛树脂 7-9 份、 矿物纤维 7.5-8.5 份、 硫酸钡粉 14-16 份、 改性碳化硅 2-3 份、 摩擦改。

12、性剂15-17份、 无机润滑剂6-7份、 有机摩擦粉3-5份、 增韧剂6-8份、 改良剂3-5 份。 0009 所述的原料成份为碳纤维 12 份、 陶瓷纤维 19 份、 芳纶纤维 1 份、 酚醛树脂 8 份、 矿 物纤维 8 份、 硫酸钡粉 15 份、 改性碳化硅 2.5 份、 摩擦改性剂 16 份、 无机润滑剂 6.5 份、 有 机摩擦粉 4 份、 增韧剂 7 份、 改良剂 4 份。 0010 所述的矿物纤维是热膨胀系数为 0.1、 折光系数为 0.1、 熔点为 1750、 莫氏硬度 为 2.4-2.6、 密度 300g/cm3、 PH 值为 7.8。 0011 所述的有机润滑剂是由 54的。

13、氟化钙、 16的氟化锂、 30三氧化二铝组成的混 合物。 说 明 书 CN 104235242 A 4 2/6 页 5 0012 所述的有机摩擦粉为石墨、 纳米二氧化硅中的一种。 0013 所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂。 0014 所述的改良剂为 TORCO 限滑摩擦改良剂。 0015 所述的碳纤维为黑色纤维状， 比重为 1.20 1.30g/cm3， 长度 3 5mm， 丝径 8 10m。 0016 所述的陶瓷纤维为白色或浅灰色纤维状， 长度 1 3mm， 丝径 10 15m， 水分含 量 1.5 (300 )， 渣球含量 1.0 (230 目 )。 0017 所述的酚醛树脂为无机改性酚醛树。

14、脂， 为白色或淡黄色粉末， 650热分解残余量 42， 游离酚含量 1.0， 流动度 18 25 秒， 细度 300 目通过率 99。 0018 所述的摩擦改性剂是 ： 刚玉、 蛭石、 长石、 重晶石、 硅灰石、 萤石、 沸石、 石灰石、 冰晶 石、 氧化铁、 铬铁矿粉、 泡沫铁粉、 不生锈铁粉、 黄铜粉、 紫铜粉、 铝粉、 铅粉、 氧化铝、 锆英石、 石英岩、 高岭土、 硅藻土、 白云石、 铝矾土、 石墨、 二硫化钼、 滑石、 云母、 硫化锑中的一种或者 任意组合。 0019 本发明还提供一种碳基陶瓷制动片的制备方法， 包括以下步骤 ： 0020 (1) 原料混合 ： 将上述原料按照重量份进。

15、行称取， 并将其分类为纤维材料、 树脂、 轻质材料、 重质材料， 并将分类完成的纤维材料按照重量份进行混合， 并采用 300L 立式 1500-2000r/min 的搅拌速度的搅拌机进行搅拌混合均匀后 ； 再将树脂按照重量份配比加 入其中， 并调整搅拌转速为 2000-3000r/min， 搅拌均匀后， 再向其中依次加入轻质材料、 重 质材料， 并控制混料搅拌时间为 7-10min， 获得混合料待用 ； 0021 (2) 模压成型 ： 将步骤 1) 获得的混合料置于模芯楔角 5、 间隙 0.15mm、 硬度 HB210230、 平面度0.005-0.15mm、 腔内温度为181-189的模具中。

16、， 并采用模具单位面积 承受 40MPa 的压力， 压制 4-5min， 即可获得初成品碳基陶瓷制动片 ； 0022 (3) 热处理 ： 将步骤 2) 获得的初成品碳基陶瓷制动片从常温环境中进行升温至 180、 升温时间为 35-45min， 保温处理 30min ； 再从 180进行升温至 190， 升温时间为 50min， 保温处理 60min ； 再从 190在 50min 升温至 200， 保温处理 60min ； 再从 200在 50min 升温至 210， 保温处理 60min ； 再从 210在 50min 升温至 220， 保温处理 180min ； 再采用鼓风机进行鼓风吹冷处。

17、理， 并控制风速， 使得初成品碳基陶瓷制动片从 220在 65-75min 降低至温度 120， 即可获得碳基陶瓷制动片半成品 ； 0023 (4) 打磨 ： 将步骤 3) 获得的碳基陶瓷制动片半成品按照常规工艺步骤进行打磨处 理， 即可获得成品碳基陶瓷制动片。 0024 所述的混合料的水分重量百分比为 0.01-0.3。 0025 所述的混合料为深灰色蓬松状混合物， 颜色均匀， 无杂质和纤维团， 水分含量 0.3 (100 )。 0026 所述的搅拌机为 300L 立式搅拌混料机， 有两个铰刀， 其中一个铰刀的角度为 60， 另一个铰刀的角度为 40， 并在其上设置有挡料网， 挡料网离投料口。

18、高度为 130mm， 挡料网的网眼直径为 8mm。 0027 所述的碳基陶瓷制动片(以比亚迪F3前刹产品为例)性能为外观 ： 深灰色块状制 品， 无裂纹、 起泡、 掉块等缺欠， 颜色均匀一致， 标识清晰完整 ； 尺寸 ： 最大厚度差 0.15mm， 平 面度 0.20mm， 其它尺寸符合图纸要求 ； 主要性能指标远高出 GB5763-2008 汽车用制动器 说 明 书 CN 104235242 A 5 3/6 页 6 衬片 标准， 也高出国内汽车制造商的质量标准。 0028 与现有技术相比， 本发明的技术效果体现在 ： 0029 通过碳纤维、 陶瓷纤维、 芳纶纤维、 酚醛树脂、 矿物纤维、 硫。

19、酸钡粉、 改性碳化硅、 摩擦改性剂、 无机润滑剂、 有机摩擦粉、 增韧剂、 改良剂等原料的恰当配比与组合， 使得碳基 陶瓷制动片的原料配方合理， 并结合制备工艺中的各个步骤， 使得制备出来的产品的韧性 较优， 强度较好， 能够满足汽车制动标准的要求。 0030 通过制备工艺中的原料混合、 模压成型、 热处理和打磨步骤， 使得碳基陶瓷制动 片的制作工艺流程较短， 生产周期短， 成产成本低， 具有显著的经济效益 ； 并且使得制备出 来的碳基陶瓷制动片的摩擦系数和磨损程度相比 GB5763-2008 标准和国内汽车制动技术 生产产品的厂家制备出来的制动片更优， 具有显著的进步。 具体实施方式 003。

20、1 下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定， 但要求保护的 范围不仅局限于所作的描述。 0032 实施例 1 0033 一种碳基陶瓷制动片， 原料配比为碳纤维 12kg、 陶瓷纤维 19kg、 芳纶纤维 1kg、 酚 醛树脂8kg、 矿物纤维8kg、 硫酸钡粉15kg、 改性碳化硅2.5kg、 摩擦改性剂16kg、 无机润滑剂 6.5kg、 有机摩擦粉 4kg、 增韧剂 7kg、 改良剂 4kg。 0034 矿物纤维是热膨胀系数为 0.1、 折光系数为 0.1、 熔点为 1750、 莫氏硬度为 2.4、 密度 300g/cm3、 PH 值为 7.8。 0035 有机润滑剂是由。

21、 54的氟化钙、 16的氟化锂、 30三氧化二铝组成的混合物， 以 重量百分比计。 0036 有机摩擦粉为石墨。 0037 增韧剂为环氧树脂增韧剂。 0038 改良剂为 TORCO 限滑摩擦改良剂。 0039 其制备方法， 包括以下步骤 ： 0040 (1) 原料混合 ： 将上述原料按照重量份进行称取， 并将其分类为纤维材料、 树脂、 轻质材料、 重质材料， 并将分类完成的纤维材料按照重量份进行混合， 并采用有两个铰刀， 其中一个铰刀的角度为 60， 另一个铰刀的角度为 40， 并在其上设置有挡料网， 挡料网 离投料口高度为 130mm， 挡料网的网眼直径为 8mm 的 300L 立式搅拌混料。

22、机， 在 1500r/min 的搅拌速度下进行搅拌混合均匀后 ； 再将树脂按照重量份配比加入其中， 并调整搅拌转速 为 2000r/min， 搅拌均匀后， 再向其中依次加入轻质材料、 重质材料， 并控制混料搅拌时间为 7min， 获得水分重量百分比为 0.01的混合料， 待用 ； 0041 (2) 模压成型 ： 将步骤 1) 获得的混合料置于模芯楔角 5、 间隙 0.15mm、 硬度 HB210、 平面度 0.005mm、 腔内温度为 181的模具中， 并采用模具单位面积承受 40MPa 的压 力， 压制 4min， 即可获得初成品碳基陶瓷制动片 ； 0042 (3) 热处理 ： 将步骤 2)。

23、 获得的初成品碳基陶瓷制动片从常温环境中进行升温 至 180、 升温时间为 35min， 保温处理 30min ； 再从 180进行升温至 190， 升温时间为 50min， 保温处理 60min ； 再从 190在 50min 升温至 200， 保温处理 60min ； 再从 200在 说 明 书 CN 104235242 A 6 4/6 页 7 50min 升温至 210， 保温处理 60min ； 再从 210在 50min 升温至 220， 保温处理 180min ； 再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理， 并控制风速， 使得初成品碳基陶瓷制动片从 220在 65min 降低至温度 120， 。

24、即可获得碳基陶瓷制动片半成品 ； 0043 (4) 打磨 ： 将步骤 3) 获得的碳基陶瓷制动片半成品按照常规工艺步骤进行打磨处 理， 即可获得成品碳基陶瓷制动片。 0044 实施例 2 0045 在实施例 1 的基础上， 其他步骤同实施例 1， 一种碳基陶瓷制动片， 其原料成份为 碳纤维 11kg、 陶瓷纤维 14kg、 芳纶纤维 0.5kg、 酚醛树脂 7kg、 矿物纤维 7.5kg、 硫酸钡粉 14kg、 改性碳化硅2kg、 摩擦改性剂15kg、 无机润滑剂6kg、 有机摩擦粉3kg、 增韧剂6kg、 改良 剂 3kg。 0046 矿物纤维是热膨胀系数为 0.1、 折光系数为 0.1、 。

25、熔点为 1750、 莫氏硬度为 2.6、 密度 300g/cm3、 PH 值为 7.8。 0047 有机摩擦粉为纳米二氧化硅。 0048 其制备方法， 包括以下步骤 ： 0049 (1) 原料混合 ： 将上述原料按照重量份进行称取， 并将其分类为纤维材料、 树脂、 轻质材料、 重质材料， 并将分类完成的纤维材料按照重量份进行混合， 并采用 300L 立式 2000r/min 的搅拌速度的搅拌机进行搅拌混合均匀后 ； 再将树脂按照重量份配比加入其 中， 并调整搅拌转速为 3000r/min， 搅拌均匀后， 再向其中依次加入轻质材料、 重质材料， 并 控制混料搅拌时间为 10min， 获得混合料待。

26、用 ； 0050 (2) 模压成型 ： 将步骤 1) 获得的混合料置于模芯楔角 5、 间隙 0.15mm、 硬度 HB230、 平面度 0.15mm、 腔内温度为 189的模具中， 并采用模具单位面积承受 40MPa 的压 力， 压制 5min， 即可获得初成品碳基陶瓷制动片 ； 0051 (3) 热处理 ： 将步骤 2) 获得的初成品碳基陶瓷制动片从常温环境中进行升温 至 180、 升温时间为 45min， 保温处理 30min ； 再从 180进行升温至 190， 升温时间为 50min， 保温处理 60min ； 再从 190在 50min 升温至 200， 保温处理 60min ； 再。

27、从 200在 50min 升温至 210， 保温处理 60min ； 再从 210在 50min 升温至 220， 保温处理 180min ； 再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理， 并控制风速， 使得初成品碳基陶瓷制动片从 220在 75min 降低至温度 100， 即可获得碳基陶瓷制动片半成品 ； 0052 (4) 打磨 ： 将步骤 3) 获得的碳基陶瓷制动片半成品按照常规工艺步骤进行打磨处 理， 即可获得成品碳基陶瓷制动片。 0053 混合料的水分重量百分比为 0.3。 0054 实施例 3 0055 在实施例 1 的基础上， 其他步骤同实施例 1， 一种碳基陶瓷制动片， 其原料成份为 碳纤维 。

28、13kg、 陶瓷纤维 25kg、 芳纶纤维 1.5kg、 酚醛树脂 9kg、 矿物纤维 8.5kg、 硫酸钡粉 16kg、 改性碳化硅3kg、 摩擦改性剂17kg、 无机润滑剂7kg、 有机摩擦粉5kg、 增韧剂8kg、 改良 剂 5kg。 0056 矿物纤维是热膨胀系数为 0.1、 折光系数为 0.1、 熔点为 1750、 莫氏硬度为 2.5、 密度 300g/cm3、 PH 值为 7.8。 0057 有机摩擦粉为纳米二氧化硅。 说 明 书 CN 104235242 A 7 5/6 页 8 0058 其制备方法， 包括以下步骤 ： 0059 (1) 原料混合 ： 将上述原料按照重量份进行称取。

29、， 并将其分类为纤维材料、 树脂、 轻质材料、 重质材料， 并将分类完成的纤维材料按照重量份进行混合， 并采用 300L 立式 1680r/min 的搅拌速度的搅拌机进行搅拌混合均匀后 ； 再将树脂按照重量份配比加入其 中， 并调整搅拌转速为 2240r/min， 搅拌均匀后， 再向其中依次加入轻质材料、 重质材料， 并 控制混料搅拌时间为 8min， 获得混合料待用 ； 0060 (2) 模压成型 ： 将步骤 1) 获得的混合料置于模芯楔角 5、 间隙 0.15mm、 硬度 HB220、 平面度0.1mm、 腔内温度为185的模具中， 并采用模具单位面积承受40MPa的压力， 压制 4.5m。

30、in， 即可获得初成品碳基陶瓷制动片 ； 0061 (3) 热处理 ： 将步骤 2) 获得的初成品碳基陶瓷制动片从常温环境中进行升温 至 180、 升温时间为 40min， 保温处理 30min ； 再从 180进行升温至 190， 升温时间为 50min， 保温处理 60min ； 再从 190在 50min 升温至 200， 保温处理 60min ； 再从 200在 50min 升温至 210， 保温处理 60min ； 再从 210在 50min 升温至 220， 保温处理 180min ； 再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理， 并控制风速， 使得初成品碳基陶瓷制动片从 220在 70min 。

31、降低至温度 110， 即可获得碳基陶瓷制动片半成品 ； 0062 (4) 打磨 ： 将步骤 3) 获得的碳基陶瓷制动片半成品按照常规工艺步骤进行打磨处 理， 即可获得成品碳基陶瓷制动片。 0063 混合料的水分重量百分比为 0.1。 0064 试验例 ： 下面通过检测机构对本发明的产品的性能检测结果来对本发明的技术方 案做进一步的阐述和说明。 0065 试验例 1 0066 将实施例1获得的产品按照实验方法分别为SAEJ2522:2013全球制动效能台架实 验和 SAEJ2707:2012 制动摩擦材料惯性台架磨损实验方法对摩擦系数的稳定性和制动片 的磨损程度在不同的温度下进行检测， 其结果如下表 1 所示 ： 0067 表1本发明实施例1获得的制动片再不同温度环境下的摩擦系数和磨损程度的检 测结果。 0068 说 明 书 CN 104235242 A 8 6/6 页 9 0069 由上表实验数据显示的结果可以看出， 本发明的制动片具有较优的速度稳定性和 温度稳定性， 并且其磨损较低， 是一种比较优异的制动片。 0070 在此有必要指出的是， 以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案作进一步 的阐述， 并不是对本发明的进一步的限制， 本领域技术人员在此基础上作出的非突出实质 性特征和非显著进步的改进均属于本发明的保护范畴。 说 明 书 CN 104235242 A 9 。