以“人造骨骼”為骨架的重型卡車(chē)剎車(chē)片及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及重型卡車(chē)剎車(chē)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(chē)剎車(chē)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(shù)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(chē)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？梢赃m應(yīng)高溫高負(fù)荷的極端工作條件，適用于高速重載汽車(chē)、礦山提拉裝置等，具有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】以“人造骨骼”為骨架的重型卡車(chē)剎車(chē)片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重型卡車(chē)剎車(chē)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(chē)剎車(chē)片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重型載重卡車(chē)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(chē)頻繁，屬剎車(chē)系統(tǒng)中的“高技術(shù)含量”產(chǎn)品。傳統(tǒng)的剎車(chē)片都是采用的摩擦材料的組成稱(chēng)為“三元結(jié)構(gòu)”，即樹(shù)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(lái)的概念，且不說(shuō)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(rùn)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(chē)運(yùn)輸工作條件苛刻，一般剎車(chē)片強(qiáng)度低、不耐熱、壽命短，急需高質(zhì)量摩擦片，以滿(mǎn)足這類(lèi)進(jìn)口重型汽車(chē)配件的需要。
[0003]相對(duì)新型多孔骨架重型載重卡車(chē)剎車(chē)片來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)剎車(chē)片的制動(dòng)效能和散熱性都很差，導(dǎo)致制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)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(dòng)存在剎車(chē)片熱衰退現(xiàn)象，也存在著剎車(chē)制動(dòng)失靈情況。
[0004]普通的多孔金屬骨架重型載重卡車(chē)剎車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)剎車(chē)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(gè)摩擦材料比重的60%以上，制動(dòng)時(shí)需要更高的制動(dòng)壓力來(lái)完成同樣的制動(dòng)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(chē)片會(huì)引起較大的制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)鼓的表面磨損，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的噪音。
[0005]此外，傳統(tǒng)的剎車(chē)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(guò)加熱加壓，使原料與樹(shù)脂粘結(jié)成具有一定密度和強(qiáng)度的毛坯件。但是對(duì)于要求具有高耐磨性、高防震性、耐高溫、低噪聲的特種剎車(chē)片來(lái)說(shuō)，這種生產(chǎn)工藝無(wú)法滿(mǎn)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(kāi)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(shù)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(chē)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(chē)制動(dòng)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(duì)重型載重卡車(chē)高負(fù)荷、大運(yùn)量、起步頻繁、低速行駛、緊急剎車(chē)頻繁等特點(diǎn)而開(kāi)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(chē)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(chē)皮配方，滿(mǎn)足載重汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的特定動(dòng)力、負(fù)荷和剎車(chē)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(chē)剎車(chē)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(gè)目的，“人造骨骼”為骨架的重型卡車(chē)剎車(chē)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(chē)材料相比，具有密度低、強(qiáng)度高、耐高溫、制動(dòng)比大和使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其是摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，對(duì)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(guò)一個(gè)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(wú)緯布，將無(wú)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(wú)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(gè)目的，本發(fā)明提供的“人造骨骼”為骨架的重型卡車(chē)剎車(chē)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(shù)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(guó)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(duì)密度:0.70g/cm3，熔點(diǎn):700°C，抗壓強(qiáng)度:27MPa?？招奈⑶蚍塾糜诙嗫坠羌艿哪透邷囟喙δ芴盍?，具有以下性能優(yōu)點(diǎn):相對(duì)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(chē)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(shù)脂及填料濕潤(rùn)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(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(chē)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(shù)脂由美國(guó)3M公司生產(chǎn)，采用馬來(lái)酰亞胺來(lái)改性環(huán)氧樹(shù)脂制備，從而改善環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性和韌性。用雙馬來(lái)酰亞胺改性環(huán)氧樹(shù)脂制得的耐高溫膠粘劑，它對(duì)金屬、硅石粉、石墨等均有優(yōu)異的粘接性能，可在高溫下長(zhǎng)期使用。本發(fā)明中加入12%的馬來(lái)酰亞胺來(lái)改性環(huán)氧樹(shù)脂粉末作為粘合劑。
[0018]超細(xì)全硫化粉末橡膠由中國(guó)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(dòng)性好，加上納米級(jí)的細(xì)度優(yōu)勢(shì)，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(dòng)，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(guó)CAVED0N化學(xué)公司生產(chǎn)，其商品名稱(chēng)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(wú)機(jī)反應(yīng)點(diǎn)，可增強(qiáng)與無(wú)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(shù)脂中混合后，然后再在高速混合機(jī)中與無(wú)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(wú)氧電解銅為原料，經(jīng)過(guò)特殊工藝專(zhuān)門(mén)加工成的不定超細(xì)纖維，切碎后的長(zhǎng)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(chē)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(duì)在剎車(chē)過(guò)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(dòng)、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(rùn)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(chē)平穩(wěn)，不損傷制動(dòng)盤(pán)，剎車(chē)時(shí)無(wú)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(guò)程如下:
[0027](I)配料、混料:按照配方的比例將物料在自動(dòng)配料系統(tǒng)中進(jìn)行配料，選用摩擦材料全自動(dòng)配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)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(duì)混合后的填料進(jìn)行研磨，通過(guò)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(guò)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(guò)超聲波的機(jī)械振動(dòng)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(chē)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(chē)片，再經(jīng)過(guò)外形加工，表面處理，打印包裝，完成整個(gè)剎車(chē)片的工藝過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以“人造骨骼”為骨架的重型卡車(chē)剎車(chē)片是針對(duì)重型載重卡車(chē)開(kāi)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(chē)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(chē)剎車(chē)皮，滿(mǎn)足載重汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的特定動(dòng)力、負(fù)荷和剎車(chē)的需要，具有強(qiáng)度高、耐高溫使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其是摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，對(duì)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(guò)一個(gè)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(wú)緯布，將無(wú)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(wú)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(chē)剎車(chē)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(shù)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(guò)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(chē)剎車(chē)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(wú)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(chē)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(chē)剎車(chē)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(shù)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(chē)剎車(chē)片的填充工藝過(guò)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(guò)超聲波的機(jī)械振動(dòng)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(hào)】C09K3/14GK103836095SQ201310536150
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:姜著川