一种蕉麻纤维增强环保型刹车片及其制备方法
【专利摘要】一种蕉麻纤维增强环保型刹车片，其主要组分包括：蕉麻纤维，聚四氟乙烯纤维，FKF复合矿物纤维，甲基二异氰酸酯，硅烷偶联剂，稀土MoSi2_Mo5Si3复合材料，软性泡沫铁粉，鳞片铝粉，硫化铜粉末，电熔氧化镁，超细硅石粉，四针状氧化锌晶须。本发明天然蕉麻纤维作为增强材料，在最优工艺条件下所制备的环保型轿车刹车片，其成型工艺简单、原料来源广、成本低，具有稳定的摩擦系数、舒适的刹车制动效果和刹车平顺性，噪音小、舒适性好、对环境友好等优点，是理想的环保型摩擦材料。
【专利说明】
-种蕉麻纤维増强环保型刹车片及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及汽车制动用刹车片技术领域，具体设及一种蕉麻纤维增强环保型刹车 片及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在汽车工业快速发展的今天，车辆的安全、环保尤为重要，对汽车刹车片的新要求 不断提高。汽车刹车片在工作时通过承受外来压力，产生摩擦，使车辆达到减速的目的。因 此，刹车片的材料的耐磨和耐热性能十分重要。我国刹车片的研究比国外起步晚，与世界发 达国家还有较大差距。天然纤维源于植物纤维，无环境污染，是绿色环保材料。同有机纤维 相比，天然纤维具有无可比拟的优势:来源广泛，无毒无害，有利于保护环境。可见，开发可 完全生物降解的天然纤维刹车片不仅可W拓宽复合材料的应用范围，还有可能缓解困扰人 类发展的环境问题。利用运些天然生物纤维制备成结构仿生纤维用来增强刹车片既满足力 学性能，又能顺应环境友好及可持续发展要求。
[0003] 刹车片属于复合材料，其性能直接受其组分的性能、含量、配比、几何尺寸等因素 影响。特别是增强纤维，粘结剂等主要成分与摩擦材料的性能关系最为密切。从使用棉线作 为增强纤维的第一片制动摩擦片诞生，到石棉制动摩擦片、半金属摩擦材料，再到NA0摩擦 材料，高性能的碳纤维增强摩擦材料，都是伴随着新型增强材料的研发和应用。而优质刹车 片研制的重点是使增强纤维充分发挥增强骨架作用，减少刹车片加工及使用过程中的裂 缝、龟裂现象。
[0004] 蕉麻又名马尼拉麻，是一种热带纤维作物。蕉麻纤维细长、质轻，非常坚初，强度达 127公斤力/克，为硬质纤维麻类中强度最大者，断裂伸长率约2~4%，麻束长度达150~250 厘米，纤维比重1.45,单细胞由胶质聚合成束状。蕉麻纤维约含纤维素63.2%，半纤维素约 19.6%，木质素约5.1%，果胶0.5%，水溶物1.4%，脂蜡质0.2%，含水率10%。细胞中腔较大，胞壁 较厚，横断面呈多角形，单细胞长约3~12毫米，宽约16~32微米。蕉麻纤维耐水性很强，强 度高，适宜制作船舶绳索、矿用绳缆，还可编织席子和地毯及优质麻织衣料。
[0005] 蕉麻纤维具有纤维刚性大、断裂强度高、断裂伸长小、初始模量大等特点。W蕉麻 纤维作为增强纤维制备摩擦材料，可W有效提高刹车片的初性，延长刹车盘的使用寿命，不 产生或少产生有害的摩擦粉尘，符合现代环保要求，代表目前摩擦材料的发展方向。此外， 我国十二五规划将开发利用再生生物质资源放到国家发展战略的优先地位，开发利用蕉麻 纤维可W充分利用天然绿色资源、发展生物质产业，符合当前国家政策。
【发明内容】
[0006] 本发明的第一个目的是针对现有半金属刹车片的缺点而提供的一种使用寿命长、 安全性、稳定性好，摩擦性能稳定，刹车制动好，磨损小，具有高性能的蕉麻纤维增强环保型 高性能轿车用刹车片。
[0007] 本发明的第二个目的是提供一种金属含量低，具有较高的气孔率，能降低制动噪 音和振动，对粉体材料有较强的吸附性，具有良好的热稳定性能w及其工作稳定性的蕉麻 纤维增强环保型刹车片的制备方法。
[000引本发明的实现方法如下： 为实现本发明的第一个目的，蕉麻纤维增强环保型刹车片的主要组分如下:蕉麻纤维， 聚四氣乙締纤维，FKF复合矿物纤维，甲基二异氯酸醋，硅烷偶联剂，稀上MoSi2_MosSi3复合 材料，软性泡沫铁粉，鱗片侣粉，硫化铜粉末，电烙氧化儀，超细娃石粉，四针状氧化锋晶须。
[0009] 为实现本发明的第二个目的，本发明提供的蕉麻纤维增强环保型刹车片的制备工 艺，具体工艺设备及生产方案如下： 工艺设备:刹车片配方研究专用热压机，型号JFY50，吉林大学机电设备研究所制造；自 制混料机，型号CM100,南通奥普机械工程有限公司生产，每次可混料约化g;恒溫干燥箱，型 号D服一9070A，上海齐新科学有限公司生产。
[0010] 工艺流程:配料一计量一混料一热压一热处理一表面高溫处理一质检一包装一入 库。
[0011] 生产方案： 用正交实验研究热压法制备蕉麻纤维增强环保型刹车片的最佳工艺参数，压制溫度、 压制时间和压制压力对刹车片性能影响最大。
[0012] 1.配料、混料，按照配方的比例将物料在自动配料系统中进行配料，选用摩擦材料 全自动配料计算机控制系统，该系统能自动实现加料，计量，排料，混料； 2. 热压，本发明采用的是一次成型工艺，在180-220°C溫度下热压成型，压力55-60MPa， 热压时间为15~20分钟； 3. 热处理，为使刹车片材质能更加稳定、耐热性更高，将热压好的刹车片送到保溫炉中 进行热处理，炉溫保持在220°C W上，保溫时间4-化，然后随炉溫冷却，得到试件； 4. 磨削处理，热处理后的刹车片，其表面还是有需多毛边，采用磨削设备将热处理后的 刹车片进行磨削处理，磨削设备的转速为30~40转/分，使其表面平整。
[0013] 所述的增强纤维包含蕉麻纤维、FKF复合矿物纤维、聚四氣乙締纤维。
[0014] 本发明采用的天然增强纤维是蕉麻纤维，具有纤维刚性大、断裂强度高、断裂伸长 小、初始模量大等特点。W蕉麻纤维作为增强纤维制备摩擦材料，可W有效提高刹车片的初 性，延长刹车盘的使用寿命，不产生或少产生有害的摩擦粉尘，无任何毒性，既不影响人体 健康，也不污染环境，符合现代环保要求。经过正交试验分析表明：质量分数为8%的蕉麻纤 维增强的轿车刹车片具有较好的机械性能。
[0015] 本发明采用的有机纤维是聚四氣乙締纤维，聚四氣乙締相对分子质量较大，断裂 强度高，耐高溫，使用工作溫度达350°c。聚四氣乙締纤维加入可提高材料的摩擦稳定性，降 低磨损量，改善摩擦材料存在着易伤对偶、热衰退率和硬度等缺点。
[0016] 由于聚四氣乙締纤维化学性能稳定，难W粘结，使用前需要采用钢-糞络合物进行 化学处理，引入了径基、幾基和不饱和键等极性基团，提高粘接强度。本发明中加入8%的聚 四氣乙締纤维作为增强材料。
[0017] 本发明中采用的无机增强纤维是FKF复合矿物纤维，FKF复合矿物纤维包含多种矿 物纤维，主体纤维为耐高溫非金属矿物经looorw上高溫融烙、离屯、或喷丝而成，再辅W少 量其他增强成份混合制成的新型纤维品种。其纤维长度约为20mm，主要的化学成分有： Si〇2,40~43%;AL2 03，16~18%;CaO，18~22%;MgO,5~7%;Fe2 03,3~5%。本发明中加入12〇/〇 的FKF复合矿物纤维作为增强材料。
[0018] 本发明专利中使用的粘合剂是二甲基异氯酸醋。二甲基异氯酸醋粘合剂可W将增 强纤维和各种填料很好地加W粘合，生产出的摩擦材料不但各项理化性能指标优良而且用 胶量大大降低，不污染环境，同时制动块的摩擦系数稳定，抗热衰退性强，耐磨性能也得到 了改善。本发明中加入12 %的异氯酸醋作为粘合剂。
[0019] 本发明采用有机硅烷偶联剂预先对晶须进行处理，或者直接将偶联剂加入到混料 体系中，改善界面状态，使晶须与材料形成牢固的界面粘合。
[0020] 本发明专利中使用的摩擦性能调节剂为稀±MoSi2_MosSi復合材料、软性泡沫铁 粉，鱗片侣粉，硫化铜粉末。
[0021] 稀上MoSi2_MosSi3复合材料在高溫下强度高，抗蠕变性高，在刹车片中加入适量的 稀±材料可W改善刹车片的摩擦性能、机械性能、物理性能和降低噪音，能有效的提高摩擦 系数的稳定性，增强摩擦材料的抗热衰退性，可W减少对对偶的磨损，同时提高刹车片的安 全性和舒适性。
[0022] 软性泡沫铁粉是在150(TCW上的高溫炉里加入发泡剂，使铁粉变成疏松多孔物 体，用于刹车片中可调节摩擦性能，使摩擦系数稳定，相对于还愿铁粉它的比重较轻，它的 多孔结构有利于减少刹车片制品在使用中的制动噪音。
[0023] 鱗片侣粉采用纯度高的熟侣为原料加工而成，用于各类刹车片中起到稳定摩擦系 数和降低磨损的作用。在摩擦过程中金属侣的烙化吸收了大量的热能，起到了散热的作用。 其粒度为40目-80目，纯度99-85%，松密度1.26g/cm3。
[0024] 硫化铜是比石墨更好的润滑剂，因为酪醒树脂黏结剂与石墨的低黏结强度不能满 足现代汽车工业高效制动的要求，会加速摩擦材料的磨损，硫化铜不存在运个问题，而且硫 化铜无毒环保，是理想的润滑剂。
[0025] 本发明专利中使用填料为电烙氧化儀，超细娃石粉，四针状氧化锋晶须。
[0026] 电烙氧化儀是W电炉烙融法工艺制造，主要成分有MgO 96%、Ca0 l.l%、Si化 2.2%、Fe2〇3 0.2%、Al2〇3 0.5%，密度3.56 g/cm3,粒径100目。它不仅能够耐高溫，还可W起 到摩擦性能调节剂的作用。本发明中电烙氧化儀的应用比例为8%。
[0027] 超细娃石粉由江西奥特精细矿粉有限公司生产，分子式为Ca3(Si3〇9)，其热膨胀 小、烧失量低、有良好的助烙性，由于其力学性能和补强性好，在填料中起到增强材料的作 用。
[0028] 四针状氧化锋晶须为=维四针状立体结构，从核屯、径向方向伸展出四根针状晶 体，每根针状体均为单晶体微纤维，任两根针状体的夹角为109%特殊的立体四针状结构， 使其在具有完全各向同性的增强、改性作用，保证了材料和制品在力学性能、尺寸均匀性、 热收缩、热变形和其它使用性能等方面的各向同性，具有极高的力学强度和弹性模量，而且 可耐172(TC的高溫。四针状氧化锋晶须因其独特的立体四针状=维结构，很容易在基体材 料中的均匀分布，从而各向同性地改善材料的物理性能，同时赋予材料多种独特的功能特 性。它具有普通氧化锋所无法比拟的优良性能。如耐磨、增强、减振、防滑、降噪、吸波、抗老 化、抗静电、抗菌等性能，是一种力学性能十分优异的新型复合材料补强增初剂。
【具体实施方式】
[0029] -种蕉麻纤维增强环保型的刹车片采用二甲基异氯酸醋作为粘结剂，W蕉麻纤 维、FKF复合矿物纤维、聚四氣乙締纤维作为增强材料，并加入稀±MoSi2_MosSi復合材料、 软性泡沫铁粉、鱗片侣粉和硫化铜粉末作为摩擦性能调节剂，来改善和提高刹车片的摩擦 性能。该制品成型工艺简单、原料来源广、成本低、综合性能良好，其主要性能指标已达到国 家有关标准，有望成为新一代环保型刹车片。产品不仅可满足汽车对摩擦系数、磨损率、硬 度、冲击初性等各项性能的要求，而且具有制动噪音低，不污染环境等优点。 「00301 太失巧经讨《次进胳浩卸的的忌钻丽节由.么巧4V的席音比側责. '^本配方的所使用的生产方案：:
' ' 工艺流程:配料^计量^混料^热压^热处理^表面高溫处理^质检^包装^入库。
[0031] 用正交实验研究热压法制备蕉麻纤维增强环保型刹车片的最佳工艺参数，压制溫 度、压制时间和压制压力对刹车片性能影响最大。
[0032] 1.配料、混料，按照配方的比例将物料在自动配料系统中进行配料，选用摩擦材料 全自动配料计算机控制系统，该系统能自动实现加料，计量，排料，混料； 2. 热压，本发明采用的是一次成型工艺，在180-220°C溫度下热压成型，压力55-60MPa， 热压时间为15~20分钟； 3. 热处理，为使刹车片材质能更加稳定、耐热性更高，将热压好的刹车片送到保溫炉中 进行热处理，炉溫保持在220°C W上，保溫时间4-化，然后随炉溫冷却，得到试件； 4. 磨削处理，热处理后的刹车片，其表面还是有需多毛边，采用磨削设备将热处理后的 刹车片进行磨削处理，磨削设备的转速为30~40转/分，使其表面平整。
[0033] 本发明制备的蕉麻纤维增强刹车片，经过多次正交实验对配方中各种原料的比例 分配进行调整，得到最优的配方体系和加工工艺，并利用新型高性能纤维改善现有汽车刹 车片易于断裂、表面龟裂的缺点，最终形成了一种高性能环保汽车刹车片的生产工艺配方。 该刹车片经数十台汽车的道路试验，其摩擦系数、磨损率、冲击初性等各项性能均达到使用 要求，具有增强效果好，摩擦系数稳定，在摩擦工作时产生噪音小，制动性能优良，对环境友 好等优点，是理想的环保型天然纤维增强材料。
【主权项】
1. 一种蕉麻纤维增强环保型刹车片，其特征在于：其配方中各组分的质量比例为蕉麻 纤维8%，聚四氟乙烯纤维8%，FKF复合矿物原纤12%，甲基二异氰酸酯12%，硅烷偶联剂3.5%， 稀土MoSi 2_Mo5Si3复合材料1.5%，软性泡沫铁粉4%，鳞片铝粉2.5%，硫化铜粉末2.5%，电熔氧 化儀8%，超细娃石粉22%，四针状氧化梓晶须16%。
【文档编号】C09K3/14GK106051002SQ201610407696
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】姜宜宽
【申请人】姜宜宽