技术领域
[0001] 本
发明涉及轿车
制动新材料技术领域，尤其是涉及环保型高速轿车
刹车片及其温 压工艺。
背景技术
[0002] 随着社会经济的高速发展，中国已进入轿车时代，特别是政府出台的一系列经济 政策给轿车市场提供了更大的发展空间；随着轿车市场的迅速发展，人们越来越多地关注 轿车的各项性能，尤其是制动性能，因其直接关系到驾车人和乘车人的生命安全。而轿车的 制动性能则是由轿车的
制动系统来实现的，由此可见轿车制动系统的重要性。
[0003] 轿车的制动系统是由刹车油
泵、刹车钳、刹车片、刹车盘等四大部分组成的，刹车 片性能的好坏直接关系着
汽车运行的可靠性、
稳定性和安全性。该轿车刹车片由
钢背、摩擦 材料和附件组成，该
摩擦材料粘结在钢背上，轿车刹车片通过刹车钳安装在轿车上。目前， 用于轿车制动的刹车片主要有以下三种，其存在的不足是：
[0004] (1)
石棉基刹车片：石棉基刹车片摩擦材料的配方主要以石棉
纤维为骨架材料， 石棉含量达到40%〜50%，以酚
醛树脂为粘结剂再加其它功能性填料的多元
复合材料组 成。由于人体吸入石棉纤维就会引起身体健康问题，因此被发达国家限制使用。另外，石棉 基刹车片热失严重，不适应轿车高速运行制动。
[0005] (2)半金属基刹车片：半金属刹车片摩擦材料的配方主要是由钢纤维作为骨架材 料，
酚醛树脂作为
粘合剂，
铁粉作为耐磨剂，再加入各种功能性填料的多元复合材料组成。 由于半金属摩擦材料中大量加入金属材料，因此其比重与导热性明显增大，对对偶的攻击 性增强，容易生锈、出现低频噪音等。高比重，必将增加整车重量，增大行车成本。导热性能 的增大，必将削弱刹车片在高温使用状况下的抗剪强度，引发制动危险。另外，过高导热性 能也会迅速将车辆在频繁制动中产生的大量
热能传到制动
阀，使液压制动管内产生气泡与 气阻，从而严重影响车辆制动时的安全性。
[0006] (3)有机陶瓷基刹车片：有机陶瓷基刹车片摩擦材料的配方是少量的
铜纤维、陶 瓷纤维、矿物纤维和凯夫拉纤维为基体，酚醛树脂作为粘结剂，再加入多种功能性陶瓷材料 的多元复合材料组成。其缺点是：不适用大型SUV车辆，并且价格昂贵，一般消费者很难接 受。
[0007] (4)现有轿车刹车片的制备方法主要是用干法混料为主，其中成型工艺主要由二 步法板式模生产，该制备方法的缺点是：刹车片的成品率低、生产周期长、生产效率低、产品 的
质量不稳定，机械化程度不高，
能源消耗大。
[0008] (5)随着轿车市场的不断扩大，我们的国产刹车片也拥有了国外轿车市场，例如欧 洲。欧洲市场的特点是注重刹车片与速度相关的性能，因为欧洲的高速路一般不限速，特别 是德国高速路的车辆行车速度可以达到200公里/小时以上，这就是在欧洲使用的刹车片 必须要重视与速度相关性能的原因，因此就需要我们研发出一种适合欧洲市场的高速轿车 刹车片。发明内容
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高温高速衰退小，速度敏感性低，高速运 行时
制动距离缩短，安全系数增大，
摩擦系数稳定；制动安全、舒适、无噪音；以及绿色环 保、对环境无污染的环保型高速轿车刹车片。本发明所要解决的另一个技术问题是提供一 种成品率高、产品质量稳定、生产周期短、生产效率高、机械化程度高和能源消耗小的环保 型高速轿车刹车片的温压工艺。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0011] 一种环保型高速轿车刹车片，包括钢背和粘结在钢背上的摩擦材料，其摩擦材料 由以下重量份的组分组成：酚醛树脂6〜8份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维1〜3份、硫化
锡 5〜7份、人造
石墨5〜7份、聚四氟乙烯2份、钢纤维18〜20份、紫铜纤维4〜6份、
氧化
铝2份、
硅酸锆3〜5份、氧化铁黑5〜7、
钛白粉7〜9份、矿物纤维6〜8份、白蛭石7〜 9份、硅灰石8〜10份、
硫酸钡5〜9份。
[0012] 一种环保型高速轿车刹车片，包括钢背和粘结在钢背上的摩擦材料，其摩擦材料 由以下重量份的组分组成：酚醛树脂6份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维3份、硫化锡5份、人 造石墨7份、聚四氟乙烯2份、钢纤维18份、紫铜纤维6份、氧化铝2份、
硅酸锆3份、氧化 铁黑7、钛白粉7份、矿物纤维6份、白蛭石9份、硅灰石8份、硫酸钡9份。
[0013] 一种环保型高速轿车刹车片，包括钢背和粘结在钢背上的摩擦材料，其摩擦材料 由以下重量份的组分组成：酚醛树脂7份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维2份、硫化锡6份、人 造石墨6份、聚四氟乙烯2份、钢纤维19份、紫铜纤维5份、氧化铝2份、硅酸锆4份、氧化 铁黑6、钛白粉8份、矿物纤维7份、白蛭石8份、硅灰石9份、硫酸钡7份。
[0014] 一种环保型高速轿车刹车片，包括钢背和粘结在钢背上的摩擦材料，其摩擦材料 由以下重量份的组分组成：酚醛树脂8份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维1份、硫化锡7份、人 造石墨5份、聚四氟乙烯2份、钢纤维20份、紫铜纤维4份、氧化铝2份、硅酸锆5份、氧化 铁黑5份、钛白粉9份、矿物纤维8份、白蛭石7份、硅灰石10份、硫酸钡5份。
[0015] 一种环保型高速轿车刹车片的温压工艺，包括以下步骤：
[0016] (1)配料工序：将物料按比例在PCS-18型自动配料系统自动配料设备中进行配 料；
[0017] (2)混料工序：进行干法混料，设备是
犁耙式混料机，混料时间5〜7分钟，混料温 度0〜50°C ；
[0018] (3)温压成型工序：采用等比模压法温压一次成型，设备是四柱压机，压强设定在 6〜8Mpa，温压时间15〜30秒钟，温压
温度70〜90°C ；
[0019] (4)
热处理工序：设备采用热处理箱，处理所需时间为6士0. 05小时，热处理的温度 180°c ；
[0020] (5)磨削工序：磨削设备是圆盘磨，磨削要求是设备转速20〜30转/分钟，制品 的平行度ο〜0. 02mm ；
[0021] (6)
喷涂工序：是静电喷涂工艺，静电喷涂的工艺要求是设备的转速380〜400转 /分钟，温度165〜175 0C ；
[0022] 所述步骤C3)温压成型工序中的温压是
温度控制在70〜90°C的一种模压方法，等比模压是各个模腔的压强相等、比重相等。
[0023] 一种环保型高速轿车刹车片的温压工艺，还包括以下步骤：
[0024] (7)附件安装工序：附件安装的主要设备是
铆接机，工艺要求是调整铆接头压强 0. 2〜0. 3Mpa,铆接时间3〜5秒钟；
[0025] (8)
包装工序：先是喷码，喷码完成后包装。
[0026] 本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：
[0027] (1)本发明的特点是高速高温的衰退小，特别是速度敏感性低，车辆从低速每小时 40公里制动到高速每小时180公里制动时，摩擦系数非常稳定，平均摩擦系数0. 30 μ，车辆 高速制动有0. 30 μ摩擦系数，是非常好的结果，它能使高速运动的车辆制动时制动距离缩 短，增大车辆的安全系数。
[0028] (2)本发明使用的原材料是无毒无害的，使用过程中不会给环境造成污染，制造过 程中出现的废品也不会污染环境，没有重金属硫化物如硫化铅、硫化锑等，是一种非常绿色 环保的产品。
[0029] (3)本发明使用的
润滑剂是硫化锡、聚四氟乙烯和人造石墨。硫化锡的分解温度 600°C，正适合刹车片的高温运行，是一种很好的固体润滑材料；聚四氟乙烯具有耐高温、耐 低温、耐
腐蚀、高润滑、无毒害等特点，使用温度-190〜^KTC,具有塑料中最小的摩擦系 数，也是刹车片理想的润滑剂；人造石墨是大家比较常见的固体润滑剂，它们在各种温度阶 段下相互作用，使刹车片的使用寿命提高了一倍。
[0030] (4)本发明采用温压等比模压法工艺，该温压等比模压法工艺与原有的
热压工艺 相比，能够节约
电能，例如：原有热压工艺的模具加热温度为150〜170°C，该温压等比模压 法工艺的模具加热温度为70〜90°C，经测算，每套节电0. 25度，按年产100万套计算，年可 节约用电25万度、节约电费18万元。该温压等比模压法工艺提高了生产效率，原有热压工 艺的热压时间7〜9分钟，该温压等比模压法工艺的温压时间15〜30秒钟，生产效率提高 20倍左右。成品率由原来的98%提高到99. 8%以上，这充分体现了节能降耗的原则。
[0031] (5)总之，本发明环保型高速轿车刹车片具有制动安全、舒适、无噪音，高速制动的 优越性好，制动距离缩短，高温高速衰退小，不伤对偶、摩擦系数稳定，绿色环保、对环境无 污染，以及使用寿命长等优点。其温压工艺具有成品率高，产品质量稳定，机械化程度高，生 产周期短，生产效率高，以及能源消耗小等优点。
[0032] (6)配方组分解析：
[0033] a、增强纤维的选择：
[0034] 本发明所用增强纤维主要是钢纤维，考虑到刹车片配方的速度敏感性，因此我们 用钢纤维、凯夫拉纤维、紫铜纤维和矿物纤维进行四元复合，起到增强基体和改善摩擦材料 速度敏感性的作用。
[0035] b、粘结剂的选择：
[0036] 有机摩擦材料基本上都采用酚醛树脂或改性酚醛树脂为粘结剂。根据我们的经 验，最终采用纯酚醛树脂加丁腈胶粉作为粘结剂，丁腈胶粉作为
偶联剂起到了消除噪音、提 高使用寿命、不伤对偶的作用。粘结剂的正确选择及其适量应用直接影响着摩擦材料的衰 退和恢复性能，当然，配合适当的摩擦性能调节剂也是解决此类问题不可缺少的关键因素。
[0037] C、摩擦性能调节剂的选择：[0038] 摩擦性能调节剂也可称为功能性填料，功能性填料能有效地稳定摩擦系数，改善 衰退，提高刹车片及刹车盘的磨损寿命。另外刹车片在高速制动的过程中，产生较高的温 度，在一定的压
力下，必将形成新的摩擦层，尤其是摩擦界面会发生化学变化，新的摩擦层 在低温下表现出很低的摩擦系数，因此多种功能性填料的加入，可以有效地提高摩擦材料 内部的粘接力，从而避免刹车片在高温条件下表面变软，进而改善因高速制动而形成转移 膜的黏附力，降低摩擦材料的速度、压力和温度的敏感性。本发明的功能性填料有：氧化铝、 硅酸锆、氧化铁黑、钛白粉、白蛭石、硅灰石、硫酸钡。
附图说明
[0039] 图1-1至图1-15为
实施例一中的配方一的AK-MASTER试验曲线图；
[0040] 图2-1至图2-15为实施例二中的配方二的AK-MASTER试验曲线图；
[0041] 图3-1至图3-15为实施例三中的配方三的AK-MASTER试验曲线图。
具体实施方式
[0042]( 一 )下面结合三个实施例，对本发明做进一步地详细说明：
[0043] 本发明环保型高速轿车刹车片摩擦材料的配方是适应欧洲路况的一种环保型高 速轿车刹车片摩擦材料的配方。由于摩擦材料对高速高温的敏感性，我们决定采用一种温 压等比模压法工艺来生产环保型高速轿车刹车片摩擦材料。其中：温压是指温度控制在 70°C〜90°C的一种模压方法，等比模压是各个模腔的压强相等、比重相等，这种工艺生产出 的刹车片摩擦材料具有质量稳定、性能可靠、无制动噪音、生产效率高、能源消耗少等优点。
[0044] 实施例一
[0045] 配方一组分的重量份为：
[0046] 酚醛树脂6份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维3份、硫化锡5份、人造石墨7份、聚四氟 乙烯2份、钢纤维18份、紫铜纤维6份、氧化铝2份、硅酸锆3份、氧化铁黑7、钛白粉7份、 矿物纤维6份、白蛭石9份、硅灰石8份、硫酸钡9份。
[0047] 使用配方一的工艺流程是：
[0048] (1)配料工序：将物料按比例在PCS-18型自动配料系统自动配料设备中进行配 料；
[0049] (2)混料工序：进行干法混料，设备是犁耙式混料机，混料时间7分钟，混料温度 24 0C ；
[0050] (3)温压成型工序：采用温压等比模压法工艺一次成型，设备是四柱压机，压强设 定在8Mpa，温压时间15秒钟，温压温度70°C ；
[0051] (4)热处理工序：设备采用热处理箱，处理所需时间为6士0. 05小时，热处理的温度 180°c ；
[0052] (5)磨削工序：磨削设备是圆盘磨，磨削要求是设备转速20转/分钟，制品的平行 度 0 〜0. 02mm ；
[0053] (6)喷涂工序：是静电喷涂工艺，静电喷涂的工艺要求是设备的转速380转/分 钟，温度165 0C ；
[0054] (7)附件安装工序：附件安装的主要设备是铆接机，工艺要求是调整铆接头压强0. 2Mpa，铆接时间5秒钟；
[0055] (8)包装工序：先是喷码，喷码完成后包装。
[0056] 实施例二
[0057] 配方二组分的重量份为：
[0058] 酚醛树脂7份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维2份、硫化锡6份、人造石墨6份、聚四氟 乙烯2份、钢纤维19份、紫铜纤维5份、氧化铝2份、硅酸锆4份、氧化铁黑6、钛白粉8份、 矿物纤维7份、白蛭石8份、硅灰石9份、硫酸钡7份。
[0059] 使用配方二的工艺流程是：
[0060] (1)配料工序：将物料按比例在PCS-18型自动配料系统自动配料设备中进行配 料；
[0061] (2)混料工序：进行干法混料，设备是犁耙式混料机，混料时间6分钟，混料温度 26 0C ；
[0062] (3)温压成型工序：采用温压等比模压法工艺一次成型，设备是四柱压机，压强设 定在6Mpa，温压时间30秒钟，温压温度90°C ；
[0063] (4)热处理工序：设备采用热处理箱，处理所需时间为6士0. 05小时，热处理的温度 180°c ；
[0064] (5)磨削工序：磨削设备是圆盘磨，磨削要求是设备转速30转/分钟，制品的平行 度 0 〜0. 02mm ；
[0065] (6)喷涂工序：是静电喷涂工艺，静电喷涂的工艺要求是设备的转速400转/分 钟，温度175 0C ；
[0066] (7)附件安装工序：附件安装的主要设备是铆接机，工艺要求是调整铆接头压强 0. 3Mpa，铆接时间3秒钟；
[0067] (8)包装工序：先是喷码，喷码完成后包装。
[0068] 实施例三
[0069] 配方三组分的重量份为：
[0070] 酚醛树脂8份、丁腈胶粉2份、凯芙拉纤维1份、硫化锡7份、人造石墨5份、聚四氟 乙烯2份、钢纤维20份、紫铜纤维4份、氧化铝2份、硅酸锆5份、氧化铁黑5、钛白粉9份、 矿物纤维8份、白蛭石7份、硅灰石10份、硫酸钡5份。
[0071] 使用配方三的工艺流程是：
[0072] (1)配料工序：将物料按比例在PCS-18型自动配料系统自动配料设备中进行配 料；
[0073] (2)混料工序：进行干法混料，设备是犁耙式混料机，混料时间5分钟，混料温度 32 0C ；
[0074] (3)温压成型工序：采用温压等比模压法工艺一次成型，设备是四柱压机，压强设 定在7Mpa，温压时间22秒钟，温压温度80°C ；
[0075] (4)热处理工序：设备采用热处理箱，处理所需时间为6士0. 05小时，热处理的温度 180°c ；
[0076] (5)磨削工序：磨削设备是圆盘磨，磨削要求是设备转速25转/分钟，制品的平行 度 0 〜0. 02mm ；[0077] (6)喷涂工序：是静电喷涂工艺，静电喷涂的工艺要求是设备的转速390转/分 钟，温度170 0C ；
[0078] (7)附件安装工序：附件安装的主要设备是铆接机，工艺要求是调整铆接头压强 0. 3Mpa，铆接时间4秒钟；
[0079] (8)包装工序：先是喷码，喷码完成后包装。
[0080] (二）试验结果对比：
[0081] 理化性能试验：
[0082] 根据标准GB/T22310-2008做剪切试验，GB/T5766-2007做硬度试验，GB/ T22311-2008做压缩应变试验，JC/T685-2009做
密度试验，JF 122惯性试验台做摩擦性能 试验，试验标准采用欧洲AK-MASTER标准。模仿实际行车中的各种路况，在满足压力、速度、 温度的前提下，给试验机配置一定的
转动惯量；按照试验程序的要求进行试验。下面表1为 三个配方的理化性能统计表。下面表2为三个配方的磨损性能统计表。
[0083] 表1为三个配方的理化性能统计表
[0084]
[0085] 表2为三个配方的磨损性能统计表
[0086]
[0087] 三个配方的AK-MASTER试验：
[0088] 本发明的试验标准为欧洲AK-MASTER试验标准。实施例一中的配方一的 AK-MASTER试验曲线图，参照图1-1至图1-15。实施例二中的配方二的AK-MASTER试验曲 线图，参照图2-1至图2-15。实施例三中的配方三的AK-MASTER试验曲线图，参照图3_1至 图3-15。上述每个配方的试验曲线图中包括有15步试验，下面介绍每一步试验：
[0089] 1、特征值试验；
[0090] 2、磨合试验；
[0091] 3、特征值试验；
[0092] 4. l、40km/h的制动速度与压力相关性能试验，简称为速度压力线试验；
[0093] 4. 2、80km/h的制动速度与压力相关性能试验，简称为速度压力线试验；
[0094] 4. 3、120km/h的制动速度与压力相关性能试验，简称为速度压力线试验；
[0095] 4. 4、160km/h的制动速度与压力相关性能试验，简称为速度压力线试验；[0096] 4. 5、180km/h的制动速度与压力相关性能试验，简称为速度压力线试验；
[0097] 5、特征值试验；
[0098] 6、冷特征试验；
[0099] 7、高速公路试验；
[0100] 8、恢复特征值试验；
[0101] 9、第一次衰退试验；
[0102] 10、恢复特性试验；
[0103] 11、100°C时制动管路压力试验，简称为压力线试验；
[0104] 12. 1、升温试验；
[0105] 12. 2、500°C时制动管路压力试验，简称为压力线试验；
[0106] 13、恢复特征值试验；
[0107] 14、第二次衰退试验；
[0108] 15、恢复特征值试验，到此整个试验结束。
[0109] 下面是三个配方的AK-MASTER试验报告汇总表：
[0110]
[0113] 试验结果分析：
[0114] 从三个配方的理化性能分析，剪切强度都高于国标的要求，这充分体现了刹车片 是汽车的安全零部件，且硬度适中，不会攻击对偶材料，提高对偶的使用寿命。高的压缩率 不但减少了噪音与震动，而且在制动过程中柔和舒适。孔隙率控制在14%〜17%之间即节 约了原材料，又增强了摩擦材料配方的性能。
[0115] 从三个配方的磨损性能统计表看，根据我们多年的试验数据和实际装车经验，这 样磨损的刹车片在实际装车中能使用到6〜8万公里。
[0116] 从三个配方的AK-MASTER试验报告汇总数据表分析，配方一的冷特征摩擦系数 是0. 325 μ，高速路摩擦系数是0. 403 μ，第一次衰退摩擦系数是0. 312 μ，高温摩擦系数是 0. 300 μ，平均摩擦系数是0. 382 μ，最小摩擦系数是0. 300 μ。配方二的冷特征摩擦系数是0. 354 μ，高速路摩擦系数是0. 404 μ，第一次衰退摩擦系数是0. 286 μ，高温摩擦系数是 0. 304 μ，平均摩擦系数是0. 414 μ，最小摩擦系数是0. 286 μ。配方三的冷特征摩擦系数 是0. 329 μ，高速路摩擦系数是0. 396 μ，第一次衰退摩擦系数是0. 323 μ，高温摩擦系数是 0. 324 μ，平均摩擦μ，最小摩擦系数是0.323 μ。三个配方的摩擦系数数据线比较稳定平 滑，超出了 AK-MASTER标准的要求，特别是速度与压力相关性能试验非常稳定，这正符合欧 洲标准的要求。
