一种低磨损盘式摩擦片及其制备方法与流程

本发明涉及摩擦制动技术领域，具体涉及一种低磨损盘式摩擦片，以及该盘式摩擦片的制备方法。

背景技术：

盘式摩擦片是指由钢背与摩擦材料层组成的组件，广泛应用于机械工程和汽车制造领域。它的优劣不仅影响车辆的行驶性能，而且关系着驾乘人员的生命安全和驾驶舒适性。

随着新能源汽车行业的蓬勃发展，乘用车市场对制动舒适性、环境友好性要求越来越高。消除制动噪音、震颤等现象受到客户及市场越来越强烈的关注，盘式摩擦片由传统金属半金属基类型向陶瓷基过渡。

陶瓷基摩擦片虽然设计之初没有添加任何金属类材料(例如钢纤维)，但在实际生产中，陶瓷基摩擦片中的矿物纤维及填料中会混入少量金属质点，这是无法避免的。因此在制动过程中，金属质点，例如铁杂质会分布于摩擦片工作面并与制动盘接触，会产生尖锐刺耳的尖叫，并产生刮伤制动盘、制动震颤等故障。铁质质点的介入会导致局部摩擦面制动系数不稳定，产生制动跑偏，甚至侧翻、追尾等事故发生。因此需要避免陶瓷基摩擦片与钢背的直接接触。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种低磨损盘式摩擦片。

本发明的第二目的在于提供该盘式摩擦片的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种低磨损盘式摩擦片，所述盘式摩擦片包括依次贴合的钢背、缓冲层和陶瓷层，其中，

所述缓冲层由包括以下重量份数的原料制备得到：玻璃纤维10～20份，蛭石1～10份，酚醛树脂7～15份，轻质碳酸钙15～25份，麻纤维2～8份，氢氧化钙1～10份，钕铁硼粉状合金1～10份，石油焦炭粉1～10份，矿物纤维7～15份，epdm橡胶粉6～13份，硫酸钡1～10份；

所述陶瓷层由包括以下重量份数的原料制备得到：碳纤维7～15份，陶瓷纤维6～13份，轻质碳酸钙10～20份，酚醛树脂10～20份，氢氧化钙1～7份，硅藻土7～15份，硫酸钡10～20份，石墨4～10份，石油焦炭粉1～10份，云母1～7份，氧化铝1～7份，芳纶纤维1～7份。

优选地，所述缓冲层由包括以下重量份数的原料制备得到：玻璃纤维15份，蛭石5份，酚醛树脂13份，轻质碳酸钙20份，麻纤维5份，氢氧化钙5份，钕铁硼粉状合金6份，石油焦炭粉5份，矿物纤维10份，epdm橡胶粉8份，硫酸钡6份。

优选地，所述陶瓷层由包括以下重量份数的原料制备得到：碳纤维10份，陶瓷纤维1018份，轻质碳酸钙14份，酚醛树脂16份，氢氧化钙4份，硅藻土10份，硫酸钡15份，石墨6份，石油焦炭粉6份，云母4份，氧化铝3份，芳纶纤维4份。

优选地，所述缓冲层和陶瓷层的原料中，粉体填料粒度均≤150目。

优选地，所述缓冲层与陶瓷层的厚度比为1:(2～5)，优选1:3。

优选地，所述缓冲层与陶瓷层的厚度和为15～25mm。

本发明还提供了所述盘式摩擦片的制备方法，包括以下步骤：

(1)缓冲层混料：将缓冲层的各原料投入混料机中，混料完成后得到缓冲层混合料；

(2)陶瓷层混料：将陶瓷层的各原料投入混料机中，混料完成后得到陶瓷层混合料；

(3)热压成型：向模具中依次放入钢背、缓冲层混合料和陶瓷层混合料，采用定密度等比压机压制工艺，热压得到所述盘式摩擦片。

优选地，步骤(1)前，先对钢背进行喷砂打磨，然后在钢背与缓冲层的接触面喷涂耐高温胶，在钢背的其它各面喷涂消音阻尼漆。

优选地，步骤(2)的混料完成后，将铁锰合金块投入陶瓷层混合料中然后取出，若表面吸附的粉状合金均匀分布则混料合格，若表面吸附的粉状合金出现结团堆积现象则混料不合格。

优选地，步骤(3)中，压力控制误差≤0.3mpa，温度控制误差≤5℃，通过plc程控控制压制时间。

优选地，步骤(3)的混料完成后，如混合料高度为100cm，分别在料车底部5cm处、35cm处、75cm处取样进行堆密度检测，若三处堆密度差大于5％则混料不合格。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种低磨损盘式摩擦片，通过向钢背与陶瓷层之间加入含有磁性材料的缓冲层，具有以下优点：

(1)由于向缓冲层中添加了磁性材料，可以提高缓冲层与钢背结合面之间的粘接性，有效防止因制动高温(400～500℃)时摩擦材料缓冲层从钢背面脱落，导致刹车失灵的事故。并增大摩擦片与钢背之间的粘接强度。

(2)缓冲层可作为摩擦片的降噪阻尼层，能够改变摩擦片及钢背整体的固有频率。特别是加入磁性材料后，在摩擦片热压成型过程中，缓冲层混料中的磁性材料会吸附陶瓷层混料中的铁杂质及其它铁制合金，使上述含铁杂质在外界压力作用下聚集于缓冲层与陶瓷层的结合部，从而：

a、增加缓冲层与陶瓷层之间的抗剪切强度；

b、避免摩擦面出现铁质硬点，消除制动过程中产生的尖锐刺耳声和制动震颤；

c、避免因铁质硬点产生的制动盘刮伤和沟槽，提高制动盘的使用寿命；

d、避免因铁质硬点产生摩擦片工作面出现沟槽或过度磨损，提高摩擦片使用寿命；

e、消除工作面，即制动盘与摩擦片陶瓷层制动时的接触面的铁质硬点，为每次制动提供更稳定的摩擦系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明低磨损盘式摩擦片的结构示意图。

图2为实施例1与对比例的摩擦系数与温度变化关系图。

图中：1-钢背；2-缓冲层；3-陶瓷层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明实施例涉及一种低磨损盘式摩擦片，该盘式摩擦片包括依次贴合的钢背1、缓冲层2和陶瓷层3。

其中，钢背的主要作用是固定陶瓷层等摩擦材料。在制备过程中，粉状的摩擦材料在高温高压下发生化学及物理作用，压制到钢背上，形成一体结构的摩擦片，起到降噪、隔热和缓冲作用。也可以先将陶瓷层单独成型，然后与钢背粘结。但这种方式会导致两者结合力不够，制动抖动、制动噪音等故障发生频次增多。

缓冲层是由包括以下重量份数的原料制备得到：玻璃纤维10～20份，蛭石1～10份，酚醛树脂7～15份，轻质碳酸钙15～25份，麻纤维2～8份，氢氧化钙1～10份，钕铁硼粉状合金1～10份，石油焦炭粉1～10份，矿物纤维7～15份，epdm橡胶粉6～13份，硫酸钡1～10份。

陶瓷层由包括以下重量份数的原料制备得到：碳纤维7～15份，陶瓷纤维6～13份，轻质碳酸钙10～20份，酚醛树脂10～20份，氢氧化钙1～7份，硅藻土7～15份，硫酸钡10～20份，石墨4～10份，石油焦炭粉1～10份，云母1～7份，氧化铝1～7份，芳纶纤维1～7份。

在上述制备缓冲层和陶瓷层的原料中，酚醛树脂为耐高温酚醛树脂，如b4c改性的酚醛树脂可以耐1000℃以上的高温。

轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙，其沉降体积(2.4-2.8ml/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9ml/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。轻质碳酸钙无毒、无臭、无刺激性，通常为白色，相对密度为2.7～2.9；沉降体积2.5ml/g以上，比表面积为5m²/g左右。

钕铁硼合金又称为钕磁铁，是由钕、铁、硼(nd2fe14b)形成的四方晶系晶体。其具有优异的磁性能，是最常使用的稀土磁铁。

石油焦炭是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂转化而成的产品。从外观上看，石油焦炭为形状不规则，大小不一的黑色块状或颗粒，有金属光泽，焦炭的颗粒具多孔隙结构。

矿物纤维以矿石为原料。例如矿物纤维，其采用玄武岩等矿石为原料，经预处理、在1500℃高温熔融、提炼抽丝、并经特殊的表面处理而成。矿物纤维的品质按iso9001:2000质量认证体系要求贯穿于整个产品的生产和服务。矿物纤维的软化点约1200℃，纤维外表平滑完整，使用安全性高不会造成人体伤害。

epdm橡胶为三元乙丙橡胶，是由乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物。因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。

在本发明的一个具体实施例中，缓冲层由包括以下重量份数的原料制备得到：玻璃纤维15份，蛭石5份，酚醛树脂13份，轻质碳酸钙20份，麻纤维5份，氢氧化钙5份，钕铁硼粉状合金6份，石油焦炭粉5份，矿物纤维10份，epdm橡胶粉8份，硫酸钡6份。

在本发明的一个具体实施例中，陶瓷层由包括以下重量份数的原料制备得到：碳纤维10份，陶瓷纤维1018份，轻质碳酸钙14份，酚醛树脂16份，氢氧化钙4份，硅藻土10份，硫酸钡15份，石墨6份，石油焦炭粉6份，云母4份，氧化铝3份，芳纶纤维4份。

在本发明的一个实施例中，为了保证热压成型后得到的平面效果，缓冲层和陶瓷层的原料中粉体填料粒度均≤150目。

由于盘式摩擦片的厚度是一定的，在钢背厚度不变的前提下，缓冲层增厚会降低陶瓷层的厚度。导致制动过程中摩擦片工作面与制动盘之间的摩擦力降低，容易引发事故。因此缓冲层的厚度不能过大，同时厚度过小的缓冲层中磁性材料的含量较低，无法起到充分吸附陶瓷层中铁质杂质的作用。在本发明的一个实施例中，缓冲层与陶瓷层的厚度和为15～25mm。其中缓冲层与陶瓷层的厚度比为1:(2～5)，优选1:3。

本发明实施例还提供了盘式摩擦片的制备方法，包括以下步骤：

(1)钢背表面处理：对钢背进行喷砂打磨，然后在钢背与缓冲层的接触面喷涂耐高温胶，在钢背的其它各面喷涂消音阻尼漆。

其中，耐高温胶可以采用酚醛树脂液体胶，其粘度为1500～1700(25℃cp)，游离酚含量≤1.0％，凝胶时间5～6min。

消音阻尼漆的原料重量组成为：上述酚醛树脂液体胶45％，稀释剂35％，云母10％，木质粉10％，将上述原料搅拌混匀后即得。其粘度为150～200(25℃cp)。

(2)缓冲层混料：采用plc程控投料，将缓冲层的各原料按照纤维类材料、有机树脂类材料、粉体材料的顺序加入犁耙式混料机中进行干混，混料时间为8～10min，得到缓冲层混合料。

混料完成后，将铁锰合金块投入陶瓷层混合料中然后取出，若表面吸附的粉状合金均匀分布则混料合格，若表面吸附的粉状合金出现结团堆积现象则混料不合格。

(3)陶瓷层混料：采用plc程控投料，将陶瓷层的各原料按照纤维类材料、有机树脂类材料、粉体材料的顺序加入犁耙式混料机中进行干混，混料完成后得到陶瓷层混合料。

混料完成后，如混合料高度为100cm，分别在料车底部5cm处、35cm处、75cm处取样进行堆密度检测，若三处堆密度差大于5％则混料不合格。

(4)热压成型：向模具中依次放入钢背、缓冲层混合料和陶瓷层混合料，采用定密度等比压机压制工艺。一缸一模，生产压机采用单缸25吨等比压机。该过程中压力控制误差≤0.3mpa，温度控制误差≤5℃，通过plc程控控制压制时间，得到盘式摩擦片。

实施例1

一种盘式摩擦片，包括依次贴合的钢背、缓冲层和陶瓷层。

其中，缓冲层由包括以下重量份数的原料制备得到：玻璃纤维15份，蛭石5份，酚醛树脂13份，轻质碳酸钙20份，麻纤维5份，氢氧化钙5份，钕铁硼粉状合金6份，石油焦炭粉5份，矿物纤维10份，epdm橡胶粉8份，硫酸钡6份。

陶瓷层由包括以下重量份数的原料制备得到：碳纤维10份，陶瓷纤维1018份，轻质碳酸钙14份，酚醛树脂16份，氢氧化钙4份，硅藻土10份，硫酸钡15份，石墨6份，石油焦炭粉6份，云母4份，氧化铝3份，芳纶纤维4份。

缓冲层和陶瓷层的原料中粉体填料粒度均≤150目。缓冲层与陶瓷层的厚度比为1:3，两者的厚度和为20mm。

该盘式摩擦片通过以下方法制备得到：

(1)钢背表面处理：对钢背进行喷砂打磨，然后在钢背与缓冲层的接触面喷涂酚醛树脂液体胶，在钢背的其它各面喷涂消音阻尼漆。

(2)缓冲层混料：采用plc程控投料，将缓冲层的各原料按照纤维类材料、有机树脂类材料、粉体材料的顺序加入犁耙式混料机中进行干混，混料时间为8～10min，得到缓冲层混合料。

(3)陶瓷层混料：采用plc程控投料，将陶瓷层的各原料按照纤维类材料、有机树脂类材料、粉体材料的顺序加入犁耙式混料机中进行干混，混料完成后得到陶瓷层混合料。

(4)热压成型：向模具中依次放入钢背、缓冲层混合料和陶瓷层混合料，采用定密度等比压机压制工艺。一缸一模，生产压机采用单缸25吨等比压机。该过程中压力控制误差≤0.3mpa，温度控制误差≤5℃，通过plc程控控制压制时间，得到盘式摩擦片。

对比例1

缓冲层中未加入钕铁硼粉状合金，其它原料和制备过程同实施例1。

测试例

按照gb5763-2008，对实施例1和对比例1得到的摩擦片进行定速检测。表1为不同温度下，实施例1与对比例1盘式摩擦片的摩擦系数和磨损率。

表1

图2为实施例1与对比例1的摩擦系数与温度变化关系图。其中横坐标为温度(单位为℃)，纵坐标为摩擦系数。

从表1和图2可知，向缓冲层中加入磁性材料，即钕铁硼粉状合金后，摩擦系数在不同温度下更平稳，磨损率更小。说明采用本发明的方案，当陶瓷层与制动盘接触时，可以降低由铁质硬点产生的磨损，减少对偶面制动盘的拉伤。

按照定速试验机测定的数据，记录在不同温度下实施例1和对比例1得到的摩擦片中，缓冲层与陶瓷层之间，以及缓冲层与钢背之间的剪切强度，结果见表2。

表2

表2说明，在不同温度下，实施例1中缓冲层与陶瓷层之间，以及缓冲层与钢背之间的剪切强度明显高于对比例1。

实施例2～5

实施例2～5中，改变缓冲层与陶瓷层的厚度比，以及磁性材料的加入量，其它原料和制备过程同实施例1。相应的变化参数和100℃下的磨损率见表3。

表3

从表3可知，当缓冲层与陶瓷层的厚度比不在1:3的范围内，或磁性材料的加入量变化后，磨损率均会上升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。