專利名稱：：摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸機(jī)械、各種工程作業(yè)機(jī)械摩擦制動(dòng)裝置的摩擦材料領(lǐng)域，是低熔點(diǎn)化合物、工業(yè)廢料和耐高溫樹脂在摩擦材料中的應(yīng)用技術(shù)。本發(fā)明是利用摩擦熱實(shí)現(xiàn)摩擦材料的二次固化，該項(xiàng)技術(shù)包括摩擦材料配方和壓制工藝參數(shù)。
背景技術(shù)：
：汽車的安全行駛和舒適駕駛已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。要達(dá)到制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能力和車輛的行駛的安全性，對(duì)摩擦材料的基本要求是，必須具有足夠大的摩擦系數(shù)，保證在安全剎程內(nèi)平穩(wěn)制動(dòng)，同時(shí)具有足夠的使用壽命。隨著車輛速度的提高，其表面溫度會(huì)達(dá)到300-500℃以上，這樣，摩擦材料就必須具備很高的耐溫性。目前制動(dòng)和傳動(dòng)裝置中的摩擦襯片己形成四種類型石棉基摩擦襯片、半金屬摩擦制動(dòng)襯片、無石棉摩擦制動(dòng)襯片和金屬基燒結(jié)摩擦制動(dòng)襯片。由于石棉是世界公認(rèn)的強(qiáng)致癌物質(zhì)，所以從上世紀(jì)七十年代開始，就出現(xiàn)了各種新型摩擦材料，這就是"半金屬"和半金屬混合型摩擦材料。半金屬型剎車片主要是采用粗糙的鋼絲絨作為加固纖維，這種鋼纖維的加入往往會(huì)使摩擦材料具有一定的銹蝕和磁性。鋼纖維的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，使得半金屬型剎車片同傳統(tǒng)的石棉型剎車片有著不同的制動(dòng)特性。半金屬型剎車片能承受較高的制動(dòng)溫度，同時(shí)它們?cè)趧x車時(shí)將熱量從其表面上散發(fā)出去，這些摩擦熱也會(huì)使剎車液受熱而溫度上升，對(duì)制動(dòng)鉗的活塞密封圈及回位彈簧產(chǎn)生--定的影響，會(huì)加快這些組件老化。半金屬剎車片的最大缺點(diǎn)是材料中的高金屬含量會(huì)損傷制動(dòng)盤(鼓)的表面磨損，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。半金屬摩擦材料中的大量金屬纖維和金屬顆粒，會(huì)使剎車鼓(盤)產(chǎn)生磨礪磨損和犁削。通過試驗(yàn)己經(jīng)證明，這種剎車片對(duì)大型重載作業(yè)設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備的鋼制剎車鼓(盤)是不合適的，其耐磨性及制動(dòng)效果是以犧牲剎車鼓(盤)的壽命為代價(jià)的。無石棉剎車材料可以用于鼓式或盤式制動(dòng)器，就性能而言，無石棉剎車材料剎車片更接近石棉剎車片，它不像半金屬剎車片那樣具有良好的導(dǎo)熱性和良好的高溫可控性。無石棉剎車片的性能已經(jīng)超過了石棉剎車片的性能，這主要是在抗摩性能及噪音等方面。石棉替代物主要有玻璃纖維、芳香族纖維、碳纖維、陶瓷纖維以及其他有機(jī)合成纖維等，制品的性能主要取決于纖維的類型及其它添加物。無石棉剎車片已基本完全達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，正在逐步的擴(kuò)大應(yīng)用。目前已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的無石棉剎車片，新型"環(huán)保劍麻纖維增強(qiáng)汽車剎車片"研制成功，碳碳復(fù)合摩擦材料在航天航空制動(dòng)裝置上成功的應(yīng)用都為摩擦材料家族增添了新成員，但是由于其價(jià)格偏高難以在摩擦材料市場(chǎng)上推廣應(yīng)用。制動(dòng)摩擦材料是由粘合劑和多種添加劑組成的混合物，而剎車片的制動(dòng)效能、使用壽命、耐溫性主要取決于材料組分的科學(xué)組成及其相對(duì)比石棉摩擦材料的主要成分是石棉、粘合劑(樹脂或改性樹脂)、調(diào)整劑、著色劑等。調(diào)整劑主要有陶土、重晶石、硫酸鋇、鉻鐵礦粉、玻纖、丁腈膠粉、氧化鋅、硅灰石、石墨等。著色劑主要有鐵紅、鐵黑、鐵黃、炭黑等。無石棉摩擦材料除了石棉以外的上述材料外，是以大量的金屬纖維和還原鐵粉顆粒為主，對(duì)于高檔摩擦材料還加入適量的碳纖維、芳倫纖維、聚氨酯纖維、二硫化鉬、銅纖維、錫粉、鋁粉、硫化銻等。目前摩擦材料的壓制溫度一般為150-16CTC，壓制壓力為18兆帕，后處理溫度為150-180°C，后處理時(shí)間試制品的幾何尺寸不同，一般在4-12小時(shí)以內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，利用摩擦材料二次固化的特性，確定可進(jìn)行二次固化的粘合劑和能夠進(jìn)行陶瓷轉(zhuǎn)化的低熔點(diǎn)化合物，而提出一種環(huán)保、無噪音的摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料。本發(fā)明的技術(shù)方案包括原材料的組成和重量百分比是粘合劑為1016%、改性骨架材料為820%、摩擦穩(wěn)定劑為1020%、增韌纖維為1025%、各類助劑為515%、燒結(jié)材料313%、增摩劑818%、短切玻纖28%、石油焦316%、焦炭粉416%。其中粘合劑是納米技術(shù)改性酚醛樹脂，其熱分解溫度為460℃。在本發(fā)明中的改性骨架材料是指經(jīng)過表面活化的工業(yè)廢料中的漂珠，其化學(xué)組成為Si02》45%,Mg》5%，作為填充骨架，其作用是消音納屑，改善制品的摩擦磨損性能。摩擦穩(wěn)定劑是一種多元復(fù)合材料，其組成為石墨或金屬硫化物以及芳倫纖維、預(yù)氧絲、補(bǔ)強(qiáng)劑和人造纖維或不含石棉的天然礦物纖維；所述金屬硫化物包括鉬或銻、鋁、錫、鉛、鋅的硫化物。增韌纖維的化學(xué)組成為Si02>40%，Al20:,》15%，F(xiàn)e2Q,《5%，纖維長(zhǎng)度1-8mm,纖維直徑30-60wm，密度為1.5-2.4g/cm3，增韌纖維可以增強(qiáng)制品韌性，提高制品強(qiáng)度。燒結(jié)材料包含錫粉5080%，硫化劑2050%。增摩劑的化學(xué)組成為Si02>75%，Al20:^15%，MgO》3%,Fe2O:i《0.8%，增大磨擦系數(shù)。本發(fā)明中的各類助劑包括防老劑、硫化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、阻燃劑、消煙劑和著色劑等。摩擦熱自燒結(jié)摩擦材料剎車片的制造工藝如下首先對(duì)粉料進(jìn)行活化處理，混料，然后將模具加熱到14(TC19(TC，放入粉料，在1828Mpa的壓力下保溫，出模后在16(TC22(TC的溫度下，保溫23小時(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后處理。1.本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是摩擦材料的二次固化原理本發(fā)明中的二次固化是指利用摩擦熱，在制動(dòng)過程中使摩擦材料實(shí)現(xiàn)二次固化，同時(shí)燒結(jié)材料燒結(jié)后產(chǎn)生類陶瓷產(chǎn)物，從而得到陶瓷摩擦材料。摩擦材料二次固化的理論是本次發(fā)明的依據(jù)。依據(jù)克拉蓋爾斯基的觀點(diǎn)，單純靠使用高價(jià)格的原材料來提高摩擦材料的使用性能是不經(jīng)濟(jì)的，利用摩擦材料在制動(dòng)過程產(chǎn)生的熱量可以使摩擦材料進(jìn)行二次固化，得到更加有益的使用性能。這樣在壓制產(chǎn)品進(jìn)行后處理的時(shí)候可以選用較低的后處理溫度和較短的后處理時(shí)間，在本發(fā)發(fā)明中采用的后處理溫度為160-220°C;后處理時(shí)間為2-8小時(shí)。低熔點(diǎn)化合物的熔點(diǎn)在300-600°C。利用摩擦溫度，這種低熔點(diǎn)合金可以在高溫下產(chǎn)生燒結(jié)，與燒結(jié)陶瓷材料相類似，燒結(jié)后形成第二粘合劑。從顯微照片可以看出，在不加入燒結(jié)材料(圖l)時(shí)，無石棉摩擦材料的組織粗大有團(tuán)聚，加入燒結(jié)材料(圖2)后，使得材料的顆粒細(xì)化、致密，顆粒的分布更加均勻，從而提高了材料的結(jié)合強(qiáng)度。試驗(yàn)表明加入燒結(jié)材料后，可以減小磨擦系數(shù)的熱衰退、降低制品的磨損和剎車噪音。2.新型燒結(jié)材料的選擇及其制備。通常，摩擦表面的平均工作溫度在400-700°C，微突起處的溫度最高可達(dá)到80(TC以上。本發(fā)明的目的就是讓摩擦材料在工作過程中，利用摩擦材料的工作溫度使燒結(jié)材料進(jìn)行燒結(jié)，以達(dá)到類似陶瓷燒結(jié)的效果，實(shí)現(xiàn)顆粒的重新分布、細(xì)化和進(jìn)一步的粘結(jié)。本發(fā)明所說明的燒結(jié)材料可以是銻、鋁、錫、鉛、鋅的硫化物。本發(fā)明以錫的硫化物為例，發(fā)明的特點(diǎn)是利用摩擦熱得到硫化錫，而不是利用現(xiàn)成的硫化錫。由于硫化錫是--種云母鱗片狀結(jié)構(gòu)，因此，硫化錫的形成有利于摩擦材料綜合性能的提高。在普通摩擦材料配方中加入重量比為0.5%—9%的錫粉和適量的硫磺，經(jīng)均勻攪拌混合，在模壓和后處理過程中利用壓制溫度和后處理溫度，在有氧氛圍中使錫粉初步氧化，在制動(dòng)過程中利用摩擦熱使氧化錫硫化形成硫化錫，得到鱗片狀硫化錫。當(dāng)摩擦表面的溫度達(dá)到356t:時(shí)，達(dá)到硫化錫的燒結(jié)的燒結(jié)溫度，從而使鱗片狀硫化錫被燒結(jié)形成類陶瓷燒結(jié)材料，得到如圖2所示的細(xì)密的燒結(jié)摩擦材料。3.采用多元納米復(fù)合改性樹脂形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為摩擦材料粘合劑，提高摩擦材料的韌性，以得到適中的摩擦磨損性能，是本發(fā)明的第三項(xiàng)內(nèi)容。增韌粘合劑的改造。在摩擦材料生產(chǎn)中，以酚醛樹脂作粘合劑，酚醛樹脂的缺點(diǎn)是脆性斷裂，所以通常使用纖維(如石棉等礦物纖維和人造纖維)作為骨架材料來補(bǔ)強(qiáng)，纖維含量在3070%左右。由于本發(fā)明是以漂珠代替石棉，而漂珠是小直徑空心微粒，如何提高粘合劑材料的韌性就是本發(fā)明要解決的關(guān)鍵課題之一。目前生產(chǎn)摩擦材料用的粘合劑是以2123酚醛樹脂為主，有些廠家則利用桐油、腰果殼油和橡膠粉或膠乳等對(duì)2123樹脂進(jìn)行改性。但是用此種樹脂來生產(chǎn)大尺寸的重負(fù)荷剎車片時(shí)，其脆性斷裂就成為剎車片的一大缺點(diǎn)。由于酚醛樹脂和橡膠有優(yōu)良的相容性，二者可以實(shí)現(xiàn)充分的相互分散，樹脂對(duì)橡膠又有補(bǔ)強(qiáng)作用，從而使橡膠與合成樹脂并用體具有一定的柔韌性和耐熱性。高分子彈性體的改性共混有機(jī)械熔融共混法、溶液沉積法、溶液共混法以及近年來出現(xiàn)的粉末高分子共混法，后二者工藝復(fù)雜、設(shè)備投資高，一般很少采用。以上四種方法總稱為物理共混法。化學(xué)反應(yīng)改性共混是在化學(xué)反應(yīng)下的共混改性。采用彈性體和低分子物的機(jī)械熔融共混，充分利用在反映過程中所產(chǎn)生的力-化學(xué)反應(yīng)，生成一定的接枝或嵌段共聚物。本發(fā)明中利用橡膠和樹脂的優(yōu)良的相容性，通過納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)熔融共混，形成有接枝和嵌段組成的均勻分散的兩相體系，該技術(shù)改性的酚醛樹脂的熱分解溫度達(dá)到40℃以上，從而達(dá)到了降低樹脂硬脆性、增加柔韌性，提高產(chǎn)品的彈性、耐溫性和強(qiáng)度的目的。有益效果與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有摩擦材料相比，本發(fā)明所使用的原材料不含石棉，含有少量軟金屬，含有類陶瓷材料。本發(fā)明的特點(diǎn)是，以二次固化理論依據(jù)，利用摩擦表面的熱量實(shí)現(xiàn)類陶瓷轉(zhuǎn)化成低熔點(diǎn)化合物，這種轉(zhuǎn)化的過程致使顆粒細(xì)化、致密，分布更加均勻。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，本發(fā)明的摩擦材料磨擦系數(shù)穩(wěn)定，波動(dòng)小，偏差不大于士0.035(國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的偏差為±0.05±0.1以上)，磨耗小，使用壽命長(zhǎng)，制動(dòng)是無噪音，無煙火，無粉塵，其突出特點(diǎn)是不損傷剎車鼓(盤)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的各類助劑包括防老劑、硫化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、阻燃劑、消煙劑和著色劑等，均為已有摩擦材料所使用的。實(shí)施例l:中摩擦系數(shù)試用配方如下表:<table><row><column>序號(hào)</column><column>1</column><column>2</column><column>3</column><column>4</column><column>5</column><column>6</column><column>7</column><column>8</column><column>9</column><column>10</column><column>11</column></row><row><column>材料名稱</column><column>增韌纖維</column><column>多元納米改性樹脂</column><column>增摩劑</column><column>硫磺+錫粉</column><column>耐磨炭黑</column><column>氧化鋅</column><column>硫酸鋇</column><column>摩擦穩(wěn)定劑</column><column>氫氧化鋇</column><column>改性漂珠</column><column>硬脂酸鋅</column></row><row><column>比例%</column><column>15</column><column>16</column><column>14</column><column>9</column><column>1.6</column><column>2.5</column><column>8</column><column>8.4</column><column>8.5</column><column>14</column><column>3</column></row><table>實(shí)施例2:高摩擦系數(shù)試用配方如下表:<table><row><column>序號(hào)</column><column>1</column><column>2</column><column>3</column><column>4</column><column>5</column><column>6</column><column>7</column><column>8</column><column>9</column><column>10</column><column>11</column></row><row><column>材料名稱</column><column>增韌纖維</column><column>多元納米改性樹脂</column><column>增摩劑</column><column>硫磺+錫粉</column><column>耐磨炭黑</column><column>氧化鋅</column><column>硫酸鋇</column><column>摩擦穩(wěn)定劑</column><column>氫氧化鋇</column><column>改性漂珠</column><column>硬脂酸鋅</column></row><row><column>比例%</column><column>10</column><column>14</column><column>16</column><column>10.5</column><column>2.5</column><column>3</column><column>5</column><column>10.5</column><column>9.5</column><column>16</column><column>4</column></row><table>按上述配方和工藝制作了不同性能的剎車片，對(duì)上述樣品進(jìn)行了摩擦磨損試驗(yàn)驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。結(jié)果如下表中摩擦系數(shù)材料<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>利用本技術(shù)加工的石油鉆機(jī)剎車塊在勝利油田試用的結(jié)論是本產(chǎn)品的使用壽命是石棉或半金屬剎車片的4-6倍，對(duì)輪轂無損傷，不產(chǎn)生煙霧、粉塵，無火星，無刺激性氣味。在勝利樁134井試用結(jié)論是本技術(shù)生產(chǎn)的剎車片壽命長(zhǎng)，是石棉或半金屬剎車片的2倍以上，煙塵和火花輕微，不損傷剎車鼓，司鉆稱這是以前沒有遇到過的材料，是一種新型的環(huán)保型產(chǎn)品。利用本技術(shù)加工的汽車剎車片在國(guó)產(chǎn)奇瑞2.0東方之子汽車上裝車試用，經(jīng)過翻越太行山、王屋山、秦嶺、武當(dāng)山和冀北山地，長(zhǎng)途在冰雪封凍的普通公路上的行駛過程，累計(jì)行程100000公里，測(cè)量磨損厚度為2.50mm。生產(chǎn)的汽車剎車片制動(dòng)平穩(wěn)無沖擊，無噪音，有漸進(jìn)感，無粉塵和火花。權(quán)利要求1、一種摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料，其特征是原材料的組成和重量百分比是粘合劑為10～16％、改性骨架材料為8～20％、摩擦穩(wěn)定劑為10～20％、增韌纖維為10～25％、各類助劑為5～15％、燒結(jié)材料3～13％、增摩劑8～18％、短切玻纖2～8％、石油焦3～16％、焦炭粉4～16％。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料，其特征是所述的粘合劑是納米技術(shù)改性酚醛樹脂，其熱分解溫度為46(TC;所述的改性骨架材料是指經(jīng)過表面活化的工業(yè)廢料中的漂珠，其化學(xué)組成為Si02》45°/。，Mg>5%;所述的摩擦穩(wěn)定劑是一種多元復(fù)合材料，其組成為石墨或金屬硫化物以及芳倫纖維、預(yù)氧絲、補(bǔ)強(qiáng)劑和人造纖維或不含石棉的天然礦物纖維，其中的金屬硫化物包括鉬或銻、鋁、錫、鉛、鋅的硫化物；所述的增韌纖維的化學(xué)組成為Si02>40%，A12Q》15%,Fe2(X5。/。，纖維長(zhǎng)度l-8躍，纖維直徑30-60ym，密度為1.5-2.4g/cm3;所述的燒結(jié)材料包含錫粉5080%，硫化劑2050%;所述的增摩劑的化學(xué)組成為Si02》75%，Al20:(》15%，MgO>3%，F(xiàn)e2O3《0.8%;所述的助劑包括防老劑和/或硫化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、阻燃劑、消煙劑著色劑。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料，其特征是摩擦熱自燒結(jié)摩擦材料制備工藝是首先對(duì)粉料進(jìn)行活化處理，混料，然后將模具加熱到14(TC190。C放入粉料，在1828Mpa的壓力下保溫，出模后在160°C22(TC的溫度下，保溫23小時(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后處理。全文摘要本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸機(jī)械、各種工程作業(yè)機(jī)械摩擦制動(dòng)裝置的摩擦材料領(lǐng)域，涉及一種摩擦熱自燒結(jié)耐磨擦材料，包括原材料的組成和重量百分比是粘合劑為10～16％、改性骨架材料為8～20％、摩擦穩(wěn)定劑為10～20％、增韌纖維為10～25％、各類助劑為5～15％、燒結(jié)材料3～13％、增摩劑8～18％、短切玻纖2～8％、石油焦3～16％、焦炭粉4～16％。本發(fā)明的特點(diǎn)是利用摩擦表面的熱量實(shí)現(xiàn)類陶瓷轉(zhuǎn)化成低熔點(diǎn)化合物，這種轉(zhuǎn)化致使顆粒細(xì)化、致密，分布更均勻。試驗(yàn)結(jié)果表明，本摩擦材料磨擦系數(shù)穩(wěn)定，波動(dòng)小，偏差不大于±0.035，磨耗小，使用壽命長(zhǎng)，制動(dòng)是無噪音，無煙火，無粉塵，其突出特點(diǎn)是不損傷剎車鼓(盤)。文檔編號(hào)C09K3/14GK101205457SQ20071011486公開日2008年6月25日申請(qǐng)日期2007年11月27日優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日發(fā)明者峰劉,張金中,王愛國(guó),王艷冰,翟文雷,翟玉生申請(qǐng)人:信義集團(tuán)公司