專利名稱：一種低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣壓盤式剎車片，特別是涉及一種用于客車氣壓盤式制動系統(tǒng)的低金屬陶瓷基剎車片，本發(fā)明還涉及該剎車片的制備方法。

背景技術(shù)：
從技術(shù)角度來講，汽車制動就是利用摩擦將動能轉(zhuǎn)換成熱能，使汽車失去動能而停止下來。而這些熱能又主要都集中著制動器上，引起熱衰退。這種情況在鼓式制動器上尤為明顯，這是由于鼓式制動器的結(jié)構(gòu)決定了它的散熱性較差。在長距離制動過程中，制動器的溫度可上升到500～700℃，甚至更高。熱衰退會導(dǎo)致制動器性能急劇下降，甚至制動功能失效，從而引發(fā)事故。
為改善商用車的制動性能，歐洲研制了氣壓盤式制動器。從上世紀(jì)七十年代起，盤式制動器開始在客車和卡車上小批量使用，九十年代開始，盤式制動器得到大批量應(yīng)用，目前在歐洲幾乎所有新的大型商用車都已采用氣壓盤式制動器。而在我國，除了少數(shù)高級客車開始采用氣壓盤式制動器，絕大多數(shù)的商用車都使用鼓式制動器。
眾所周知，我國是一個多山之國，東部地區(qū)的三分之二是丘陵與山區(qū)，而中西部則山更高，路更陡，我國的地貌與路況對汽車的制動系統(tǒng)的熱衰退性能要求就更為苛刻。鑒于氣壓盤式制動器優(yōu)異的抗熱衰退性，可以說，盤式制動器的應(yīng)用推廣是解決我國車輛在山區(qū)道路連續(xù)下坡過程中造成的汽車制動失靈問題的有效方法。
盤式制動器逐漸取代鼓式制動器的趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的。
目前市場上主流的氣壓盤式剎車片多采用半金屬或少金屬樹脂基摩擦材料。從剎車片的配方特點來說，汽車制動時剎車片和制動盤表面的溫度高達500～700℃，由于樹脂基剎車片耐溫性能欠佳，在高溫下會分解放出水、氣、油等，在摩擦表面形成一層薄膜，使干摩擦變成混合摩擦或濕摩擦，摩擦系數(shù)顯著降低，存在剎車失效的隱患，同時由于樹脂的大量熱分解，降低了其粘結(jié)作用，材料高溫磨損加劇，導(dǎo)致剎車片的使用壽命顯著降低。目前市面上的一些陶瓷汽車剎車片采用較多量的陶瓷纖維替代傳統(tǒng)的鋼纖維，盡管其制動舒適性能(包括噪音、落灰以及與對偶匹配性等)明顯提高，但是由于仍然采用樹脂作為主要粘結(jié)劑，導(dǎo)致了其存在高溫?zé)崴ネ艘约霸诟邷叵聵O易產(chǎn)生裂紋和高溫磨損性能較差等問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供適用于客車盤式制動器要求的使用壽命長、制動靈敏、舒適性好的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片。
本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種該低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的制備方法。
為了解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片，其材料配方按重量百分比計為陶瓷粘結(jié)劑15～25，酚醛樹脂0～5，非金屬混雜纖維10～30，金屬纖維10～25，摩擦性能調(diào)節(jié)劑10～30，彈性增韌劑0～20，填料10～20，其中所述陶瓷粘結(jié)劑是指硅酸鹽；所述酚醛樹脂為腰果殼液改性樹脂，主要起輔助粘結(jié)劑的作用，所述的非金屬混雜纖維主要包括芳綸漿泊、碳纖維、陶瓷纖維等，所述的金屬纖維由鋼纖維、紫銅棉組成；所述的摩擦性能調(diào)節(jié)劑主要包括鉻鐵礦、氧化鋯、石墨等；所述的彈性增韌劑由丁腈橡膠粉、摩擦粉組成，其重量配比為丁腈橡膠粉∶摩擦粉＝1∶1；所述的填料由重晶石、碳酸鈣粉組成，其重量配比為重晶石粉∶碳酸鈣粉＝1∶1。。
其材料配方按重量百分比計算為 陶瓷粘結(jié)劑15～25，芳綸漿粕0～5， 碳纖維0～5， 陶瓷纖維10～20， 鋼纖維10～20，紫銅棉 0～5， 鉻鐵礦0～5， 氧化鋯 0～5， 石墨 10～20，丁腈橡膠0～10 摩擦粉0～10， 重晶石粉5～10 碳酸鈣粉 5～10， 酚醛樹脂0～5。
為了解決上述第二技術(shù)問題，本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的制備方法，包括如下步驟 (1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌； (2)、熱壓壓制壓力200～300kgf/cm2，熱壓溫度150～160℃，排氣5～8次，保壓時間根據(jù)剎車片的厚度而定，一般是55～65s/mm； (3)、將成型后的剎車片在5～7小時從室溫升溫到200～220℃，保溫4～8小時，然后隨爐冷卻至室溫； (4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在300～400℃的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
采用上述技術(shù)方案制得的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片，具有制動力矩較大、緊急制動舒適平穩(wěn)、無明顯衰退、無噪音、少落灰、而且生產(chǎn)工藝簡單、環(huán)保。
綜上所述，按照所述工藝制得的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片具有制動力矩較大、緊急制動舒適平穩(wěn)、無明顯衰退、無噪音、少落灰、而且生產(chǎn)工藝簡單，環(huán)保，特別適用于城市客車氣壓盤式制動器，具有廣闊的市場前景。

具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1 本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的配方說明 鋁硅酸鈉 15，芳綸漿粕2， 碳纖維5， 陶瓷纖維20， 鋼纖維10，紫銅棉 5， 鉻鐵礦5， 氧化鋯 5， 石墨 10，丁腈橡膠5 摩擦粉3， 重晶石粉5 碳酸鈣粉 5， 酚醛樹脂5。
在這個配方體系中，所述陶瓷基體是指硅鋁鹽、金屬硫化物等無機高溫粘結(jié)劑，可顯著提高材料的耐溫性能，降低材料在高溫下的磨損量，同時也可以使材料形成多孔結(jié)構(gòu)，增加制動平穩(wěn)性，減少制動噪音，本實施例中采用的陶瓷粘結(jié)劑為鋁硅酸鈉。為繼續(xù)沿用樹脂基汽車剎車片的成型工藝和生產(chǎn)設(shè)備，加入少量的樹脂和橡膠，以降低設(shè)備投入和生產(chǎn)成本。礦物纖維具有使用溫度高、防潮性能好、磨損小等優(yōu)點，并且可以起到微觀強化和提高剎車舒適性的作用。石墨用作中、低溫潤滑劑，在材料表面形成減摩薄膜，可以增加制動平穩(wěn)性，降低磨損，延長使用壽命。鉻鐵礦可以提高摩擦系數(shù)，增加制動效能。重晶石、碳酸鈣粉等除起到降低成本的作用外，還可以穩(wěn)定摩擦系數(shù)、調(diào)節(jié)材料的孔隙率，提高剎車舒適性。
低金屬陶瓷基汽車剎車片的制備工藝說明，包括如下步驟 (1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌； (2)、熱壓壓制壓力300kgf/cm2，熱壓溫度150℃，排氣5次，保壓時間是55s/mm； (3)、將成型后的剎車片在6小時從室溫升溫到210℃，保溫4小時，然后隨爐冷卻至室溫； (4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在300℃的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的性能 按GB5763-2008、QC/T479-1999和QC/T239-1997分別對武漢元豐DR01的低金屬陶瓷基剎車片小樣及樣件進行試驗及評價，實驗結(jié)果見表1以及表2。
表1DR01小樣定速檢驗報告
表2DR01樣件在武漢元豐氣壓盤式制動器檢驗報告 附表一效能試驗主要數(shù)據(jù)
附表二熱衰退及恢復(fù)試驗主要數(shù)據(jù)
附表三1摩擦片平均磨損量 內(nèi)片0.34mm 外片0.31mm 2制動噪音無 摩擦片型號DR01生產(chǎn)廠家湖南博云樣件試驗匹配氣室24′
結(jié)果表明，低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的制動力矩較大、平穩(wěn)性較高，且無明顯衰退，摩擦系數(shù)維持在0.36～0.41，制動力矩維持在20000～24000N·m，磨損量為0.3mm，對偶的磨損量小于0.01mm，摩擦片表面完整、較少落灰、無塌邊、無裂紋。
另外，由摩擦學(xué)可知，正常工作期內(nèi)摩擦片的表面磨損量與車輛行駛里程之間的關(guān)系服從一元線性規(guī)律，即 W＝ωL 式中W-總摩損量ω-單位行程磨損量L-車輛行駛里程 隨著車輛的行駛里程的不斷增加，盤式制動器摩擦片的磨損越來越大，當(dāng)厚度接近磨損極限時，對客車的行駛安全來說，就構(gòu)成一種嚴(yán)重的威脅。因此，我們以盤式制動器摩擦片的厚度作為控制客車安全性的一個重要指標(biāo)，將摩擦片的允許磨損量轉(zhuǎn)化為車輛的行駛里程。
采用本發(fā)明制得的20mm厚的制動摩擦車片經(jīng)鄭州宇通公司試裝，單位行程磨損量約為0.0003mm/km，一般使用極限為4mm，由此確定該摩擦片的使用壽命約為53000km。
實施例2 本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的配方說明 鋁硅酸鈉 17，芳綸漿粕5， 碳纖維5， 陶瓷纖維10， 鋼纖維15，紫銅棉 5， 鉻鐵礦5， 氧化鋯 0， 石墨 10，丁腈橡膠3 摩擦粉2， 重晶石粉10， 碳酸鈣粉 10，酚醛樹脂3。
低金屬陶瓷基汽車剎車片的制備工藝說明，包括如下步驟 (1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌； (2)、熱壓壓制壓力200kgf/cm2，熱壓溫度160，排氣8次，保壓時間是65s/mm； (3)、將成型后的剎車片在5小時從室溫升溫到220，保溫8小時，然后隨爐冷卻至室溫； (4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在400的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的性能 按GB5763-2008對武漢元豐DR01的低金屬陶瓷基剎車片小樣進行試驗及評價，實驗結(jié)果見表3。
表3DR01小樣定速檢驗報告
實施例3 本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的配方說明 鋁硅酸鈉25，芳綸漿粕0， 碳纖維 2， 陶瓷纖維20， 鋼纖維 20，紫銅棉 0， 鉻鐵礦 3， 氧化鋯 5， 石墨10，丁腈橡膠3 摩擦粉 2， 重晶石粉5， 碳酸鈣粉5， 酚醛樹脂0 低金屬陶瓷基汽車剎車片的制備工藝說明，包括如下步驟 (1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌； (2)、熱壓壓制壓力200kgf/cm2，熱壓溫度160，排氣8次，保壓時間是65s/mm； (3)、將成型后的剎車片在5小時從室溫升溫到220，保溫8小時，然后隨爐冷卻至室溫； (4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在400的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的性能 按GB5763-2008對武漢元豐DR01的低金屬陶瓷基剎車片小樣進行試驗及評價，實驗結(jié)果見表4。
表4DR01小樣定速檢驗報告
實施例4 本發(fā)明提供的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的配方說明 鋁硅酸鈉 20，芳綸漿粕3， 碳纖維2， 陶瓷纖維10， 鋼纖維10，紫銅棉 5， 鉻鐵礦5， 氧化鋯 5， 石墨 20，丁腈橡膠3 摩擦粉2， 重晶石粉5， 碳酸鈣粉 5， 酚醛樹脂5 低金屬陶瓷基汽車剎車片的制備工藝說明，包括如下步驟 (1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌； (2)、熱壓壓制壓力200kgf/cm2，熱壓溫度160，排氣8次，保壓時間是65s/mm； (3)、將成型后的剎車片在5小時從室溫升溫到220，保溫8小時，然后隨爐冷卻至室溫； (4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在400的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的性能 按GB5763-2008對武漢元豐DR01的低金屬陶瓷基剎車片小樣進行試驗及評價，實驗結(jié)果見表5。
表5DR01小樣定速檢驗報告

權(quán)利要求
1.一種低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片，其特征是其材料配方按重量百分比計為陶瓷粘結(jié)劑15～25，酚醛樹脂0～5，非金屬混雜纖維10～30，金屬纖維10～25，摩擦性能調(diào)節(jié)劑10～30，彈性增韌劑0～20，填料10～20，其中所述陶瓷粘結(jié)劑是指硅酸鹽；所述的酚醛樹脂為腰果殼液改性樹脂，主要起輔助粘結(jié)劑的作用，所述的非金屬混雜纖維包括芳綸漿泊、碳纖維、陶瓷纖維，所述的金屬纖維由鋼纖維、紫銅棉組成；所述的摩擦性能調(diào)節(jié)劑包括鉻鐵礦、氧化鋯、石墨；所述的彈性增韌劑由丁腈橡膠粉、摩擦粉組成，其重量配比為丁腈橡膠粉∶摩擦粉＝1∶1；所述的填料由重晶石、碳酸鈣粉組成，其重量配比為重晶石粉∶碳酸鈣粉＝1∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片，其特征是其材料配方按重量百分比計算為
陶瓷粘結(jié)劑 15～25， 芳綸漿粕0～5，
碳纖維 0～5， 陶瓷纖維10～20，
鋼纖維 10～20， 紫銅棉 0～5，
鉻鐵礦 0～5， 氧化鋯 0～5，
石墨10～20， 丁腈橡膠0～10
摩擦粉 0～10， 重晶石粉5～10
碳酸鈣粉5～10， 酚醛樹脂0～5。
3.制備權(quán)利要求1所述的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片的方法，其特征是包括如下步驟
(1)、混料將稱量好的各物料投入高速混料機中的次序為先將非金屬復(fù)合纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑進行預(yù)混合，保證復(fù)合纖維處于均勻分散狀態(tài)，然后加入其它原輔材料，進行均勻攪拌；
(2)、熱壓壓制壓力200～300kgf/cm2，熱壓溫度150～160℃，排氣5～8次，保壓時間根據(jù)剎車片的厚度而定，一般是55～65s/mm；
(3)、將成型后的剎車片在5～7小時從室溫升溫到200～220℃，保溫4～8小時，然后隨爐冷卻至室溫；
(4)、將熱處理后的剎車片按技術(shù)要求進行平磨、鉆孔，然后在300～400℃的溫度下進行陶瓷化處理，噴涂、印標(biāo)、檢驗、包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片及其制備方法，其材料配方按重量百分比計為陶瓷粘結(jié)劑15～25，酚醛樹脂0～5，非金屬混雜纖維10～30，金屬纖維10～25，摩擦性能調(diào)節(jié)劑10～30，彈性增韌劑0～20，填料10～20。其生產(chǎn)流程如下首先依次稱取放入高速混料機內(nèi)混勻，然后按照傳統(tǒng)樹脂基摩擦材料的干法一次成型工藝進行壓制、熱固化處理，最后機加工、陶瓷化處理、檢驗包裝。按照所述工藝制得的低金屬陶瓷基氣壓盤式剎車片具有制動力矩較大、緊急制動舒適平穩(wěn)、無明顯衰退、無噪音、少落灰、而且生產(chǎn)工藝簡單，環(huán)保，特別適用于城市客車氣壓盤式制動器，具有廣闊的市場前景。
文檔編號F16D65/12GK101813148SQ20101017799
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者賀云果, 劉伯威, 唐兵 申請人:湖南博云汽車制動材料有限公司, 中南大學(xué)