用于摩擦片的少铜摩擦材料.docx

有创造无创新、有创新无专利、有专利无标准、有标准无应用”都不是真正的自主创新

用于刹车片的少铜摩擦材料
WO 2012159284 A1
摘要
提供一种用于刹车片的少铜摩擦材料，由下列重量份的组分组成：芳纶纤维4〜6份、轮胎粉2〜2.5份、重质氧化镁5〜6份、红蛭石5〜6份、陶瓷纤维8〜10份、磁铁矿3.5〜5份、硼酚酸树脂7〜8份、硫酸钙晶须15〜17份、钛酸钾16〜18份、重晶石15〜17份、鳞片石墨5.5〜7份、腰果油摩擦粉6〜8份、煅烧石油焦碳6〜8份、氮化硼1.5〜2份、鳞片铝粉5〜7份、紫铜纤维0.4〜0.5份、黑碳化硅0.4〜0.6份。该摩擦材料对环境非常友好，重金属含量低，其中铜含量低于0.5%，并且在使用过程中可以形成优异的摩擦层和转移膜。该摩擦材料的抗高温热衰退性能好，使用寿命长，耐磨性能好，摩擦系数稳定。
权利要求  （OCR 文本中可能有错误）
1.一种用于刹车片的少铜摩擦材料组合物， 其特征是该摩擦材料组合物 由下列重量份的组分配比制成：
芳仑纤维 4〜6份、轮胎粉 2〜2. 5份、 重质氧化镁 5〜6份、 红蛭石 5〜6 份、 陶瓷纤维 8〜10份、 磁铁矿 3. 5〜5份、 硼酚醛树脂 7〜8份、 硫酸钙晶 须 15〜： 17份、 钛酸钾 16〜： 18份、 重晶石 15〜： 17份、 鳞片石墨 5. 5〜7份、 腰果油摩擦粉 6〜8份、 煅烧石油焦碳 6〜8份、 氮化硼 1. 5〜2份、 鳞片铝粉 5〜7份、 紫铜纤维 0. 4〜0. 5份、 黑碳化硅 0. 4〜0. 6份。
2.根据权利要求 1 所述的用于刹车片的少铜摩擦材料组合物， 其特征是 所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成： 芳仑纤维 4. 5份、 轮胎 粉 2. 5份、 重质氧化镁 6份、 红蛭石 5. 7份、 陶瓷纤维 9. 5份、 磁铁矿 5份、 硼酚醛树脂 7. 7份、 硫酸钙晶须 16份、 钛酸钾 16. 7份、 重晶石 16份、 鳞片 石墨 6份、 腰果油摩擦粉 7. 5份、 煅烧石油焦碳 7份、 氮化硼 1. 5份、 鳞片 铝粉 5 5份、 紫铜纤维 0. 43份、 黑碳化硅 0. 5份。
3.根据权利要求 1 所述的用于刹车片的少铜摩擦材料组合物， 其特征是 所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成： 芳仑纤维 5份、 轮胎粉 2. 3份、 重质氧化镁 5. 7份、 红蛭石 5. 5份、 陶瓷纤维 10份、 磁铁矿 4. 7份、 硼酚醛树脂 7. 3份、 硫酸钙晶须 16. 3份、 钛酸钾 16. 7份、 重晶石 15. 5份、 鳞片石墨 6. 2份、 腰果油摩擦粉 6. 9份、 煅烧石油焦碳 7. 3份、 氮化硼 1. 7 份、 鳞片铝粉 5份、 紫铜纤维 0. 46份、 黑碳化硅 0. 6份。
说明  （OCR 文本中可能有错误）
用于刹车片的少铜摩擦材料 技术领域
本发明涉及汽车刹车片的摩擦材料组合物， 尤其是涉及一种用于刹车片 的少铜摩擦材料组合物。
背景技术
现在我们使用的汽车刹车片所使用的摩擦材料中含有很多重金属物质， 包括铜、 铬、 镉、 铅金属等。 汽车在每次刹车过程中， 就有少量的重金属粉 尘释放并积累在环境中造成危害。 如镉化合物经呼吸被体内吸收积存于肝或 肾脏中， 对人体肾脏、 肝脏造成危害。 含铜粉尘进入环境后可以对大马哈鱼 等的鱼类造成生物毒害， 据有关资料显示， 环境中 30%的铜污染是由汽车刹车 片造成的。 因此汽车刹车片对环境造成的影响， 我们必须加以重视。 目前， 世界各国正研究如何克服此类现象蔓延。 比如美国华盛顿州州长克里斯格力 高尔在该州 2010年第 61届立法会上签署并通过了 SB6557号法案， 该法案旨 在逐渐在汽车刹车片中禁止使用铜， 并对违反者给予严厉惩罚。 其规定是： 自 2014年 1月 1日起， 汽车摩擦材料的制造商， 批发商， 零售商， 经销商在 华盛顿州内销售或者销往华盛顿的摩擦材料含有的以下物质不得超过限量： 1、石棉纤维，不得超过总重量的 1%; 2、镉及其化合物不得超过总重量的 0. 01%； 3、 铬盐不得超过总重量的 0. 1%； 4、 铅及其化合物不得超过总重量的 0. 1%； 5、 汞及其化合物不得超过总重量的 0. 1%。 自 2021年 1月 1日起， 汽车摩擦 材料的制造商， 批发商， 零售商， 经销商在华盛顿州内销售或者销往华盛顿 的摩擦材料含有的铜不得超过总重量的 5%。 同时， 工业， 安全， 环境专家成 立了咨询委员会， 研究和评估在未来将铜的含量限制在 0. 5%的可行性。
无独有偶， 同样是在 2010年， 加州州长斯瓦辛格 （Schwarzenegger ) 签 署并通过了 SB346 号法案， 要求所有的汽车刹车片制造商减少所有在加州出 售的刹车片摩擦材料中铜的用量， 到 2021年不能超过 5%， 到 2025年不能超 过 0. 5
上述两个美国法案预示着人类对环境保护的要求日益严格和细致。 因此不 能不引起汽车零部件制造商的重视， 我们必须在保证刹车片性能的前提下， 找到更加安全， 有效和环保的摩擦材料来替代铜等重金属， 以顺应人类对环 境保护日益严格的要求。
发明内容
本发明提供一种刹车噪音低、 热传导效果好、 含铜量少的摩擦材料组合 物， 以解决现有汽车刹车片中的铜等重金属物质含量超标， 刹车时噪音较高， 对环境危害较大等技术问题。
为解决上述问题， 本发明采用的技术方案是： 一种用于刹车片的少铜摩 擦材料组合物， 由下列重量份的组分配比制成：芳仑纤维 4〜6份、轮胎粉 2〜
2. 5份、 重质氧化镁 5〜6份、 红蛭石 5〜6份、 陶瓷纤维 8〜10份、 磁铁矿
3. 5〜5份、 硼酚醛树脂 7〜8份、 硫酸钙晶须 15〜17份、 钛酸钾 16〜18份、 重晶石 15〜17份、 鳞片石墨 5. 5〜7份、 腰果油摩擦粉 6〜8份、 煅烧石油焦 碳 6〜8份、 氮化硼 1. 5〜2份、 鳞片铝粉 5〜7份、 紫铜纤维 0. 4〜0. 5份、 黑碳化硅 0. 4〜0. 6份。
作为优选， 所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成： 芳仑纤 维 4. 5份、 轮胎粉 2. 5份、 重质氧化镁 6份、 红蛭石 5. 7份、 陶瓷纤维 9. 5 份、 磁铁矿 5份、 硼酚醛树脂 7. 7份、 硫酸钙晶须 16份、 钛酸钾 16. 7份、 重晶石 16份、 鳞片石墨 6份、 腰果油摩擦粉 7. 5份、 煅烧石油焦碳 7份、 氮 化硼 1. 5份、 鳞片铝粉 5. 5份、 紫铜纤维 0. 43份、 黑碳化硅 0. 5份。
作为优选， 所述摩擦材料组合物由下列重量份的组分配比制成： 芳仑纤 维 5份、轮胎粉 2. 3份、重质氧化镁 5. 7份、红蛭石 5. 5份、 陶瓷纤维 10份、 磁铁矿 4. 7份、 硼酚醛树脂 7. 3份、 硫酸钙晶须 16. 3份、 钛酸钾 16. 7份、 重晶石 15. 5份、 鳞片石墨 6. 2份、 腰果油摩擦粉 6. 9份、 煅烧石油焦碳 7. 3 份、 氮化硼 1. 7份、 鳞片铝粉 5份、 紫铜纤维 0. 46份、 黑碳化硅 0. 6份。
以下是采用上述摩擦材料组合物制作刹车片的方法：
按重量比将芳仑纤维 4〜6份、 轮胎粉 2〜2. 5份、 重质氧化镁 5〜6份、 红蛭 石 5〜6份、 陶瓷纤维 8〜10份、 磁铁矿 3. 5〜5份、 硼酚醛树脂 7〜8份、 硫 酸钙晶须 15〜17份、 钛酸钾 16〜18份、 重晶石 15〜17份、鳞片石墨 5. 5〜7 份、 腰果油摩擦粉 6〜8份、 煅烧石油焦碳 6〜8份、 氮化硼 1. 5〜2份、 鳞片 铝粉 5〜7份、 紫铜纤维 0. 4〜0. 5份、 黑碳化硅 0. 4〜0. 6份倒入高速分散机 内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物， 然后取出该摩擦材料组合物 放入成形模具内压制成形， 再与钢背复合后放入平板硫化机于高温 270°C， 压 力为 18MPa的条件下保持 15分钟， 最后取出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
本发明通过对多种成分进行合理的搭配，确保各材料的优点在摩擦材料 中得到充分的发挥。 如多种新纤维材料的复合， 不仅能相互弥补其各自性能 的不足， 还会因相互牵扯作用而产生高性能。 本发明中的重金属物质含量微 乎其微， 铜含量低于 0. 5%, 因此对环境非常友好。 同时在使用过程中， 可以 形成优异的摩擦层和转移膜， 试验表明， 本发明抗高温热衰退性能好， 使用 寿命长， 并且耐磨性能良好， 摩擦系数稳定。 应用本发明后， 小汽车刹车灵 敏， 制动平稳， 无制动尖叫声， 舒适性能较好， 并且对偶盘无损伤。
具体实施方式
下面通过实施例， 对本发明的技术方案作进一歩具体的说明。
实施例 1 : 按重量比将芳仑纤维 4份、 轮胎粉 2. 2份、 重质氧化镁 5份、 红蛭石 5份、 陶瓷纤维 8份、 磁铁矿 3. 5份、 硼酚醛树脂 7份、 硫酸钙晶须 15. 5份、 钛酸钾 17份、 重晶石 15份、 鳞片石墨 7份、 腰果油摩擦粉 6份、 煅烧石油焦碳 6. 5份、 氮化硼 1. 5份、 鳞片铝粉 6. 5份、 紫铜纤维 0. 4份、 黑碳化硅 0. 6份倒入高速分散机内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合 物， 然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形， 再与钢背复合后 放入平板硫化机于高温 270°C， 压力为 18MPa的条件下保持 15分钟， 最后取 出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
实施例 2 :按重量比将芳仑纤维 4. 2份、轮胎粉 2份、重质氧化镁 5. 2份、 红蛭石 5. 5份、 陶瓷纤维 9. 2份、 磁铁矿 3. 9份、 硼酚醛树脂 7. 5份、 硫酸 钙晶须 15. 5份、 钛酸钾 16份、 重晶石 16. 5份、 鳞片石墨 5. 5份、 腰果油摩 擦粉 6. 5份、煅烧石油焦碳 6份、氮化硼 2份、鳞片铝粉 6份、紫铜纤维 0. 47 份、 黑碳化硅 0. 4份倒入高速分散机内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料 组合物， 然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形， 再与钢背复 合后放入平板硫化机于高温 270°C， 压力为 18MPa的条件下保持 15分钟， 最 后取出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
实施例 3 :按重量比将芳仑纤维 4. 5份、轮胎粉 2. 5份、重质氧化镁 6份、 红蛭石 5. 7份、 陶瓷纤维 9. 5份、 磁铁矿 5份、 硼酚醛树脂 7. 7份、 硫酸钙 晶须 16份、钛酸钾 16. 7份、重晶石 16份、鳞片石墨 6份、腰果油摩擦粉 7. 5 份、煅烧石油焦碳 7份、氮化硼 1. 5份、鳞片铝粉 5. 5份、紫铜纤维 0. 43份、 黑碳化硅 0. 5份倒入高速分散机内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合 物， 然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形， 再与钢背复合后 放入平板硫化机于高温 270°C， 压力为 18MPa的条件下保持 15分钟， 最后取 出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
实施例 4:按重量比将芳仑纤维 5份、轮胎粉 2. 3份、重质氧化镁 5. 7份、 红蛭石 5. 5份、 陶瓷纤维 10份、 磁铁矿 4. 7份、 硼酚醛树脂 7. 3份、 硫酸钙 晶须 16. 3份、 钛酸钾 16. 7份、 重晶石 15. 5份、 鳞片石墨 6. 2份、 腰果油摩 擦粉 6. 9份、 煅烧石油焦碳 7. 3份、 氮化硼 1. 7份、 鳞片铝粉 5份、 紫铜纤 维 0. 46份、 黑碳化硅 0. 6份倒入高速分散机内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩 擦材料组合物， 然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形， 再与 钢背复合后放入平板硫化机于高温 270 °C， 压力为 18MPa的条件下保持 15分 钟， 最后取出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
实施例 5 :按重量比将芳仑纤维 4. 4份、轮胎粉 2. 5份、重质氧化镁 5份、 红蛭石 5份、 陶瓷纤维 8. 3份、 磁铁矿 4. 1份、 硼酚醛树脂 8份、 硫酸钙晶 须 15份、钛酸钾 16. 5份、重晶石 17份、鳞片石墨 7份、腰果油摩擦粉 8份、 煅烧石油焦碳 6. 5份、 氮化硼 2份、 鳞片铝粉 7份、 紫铜纤维 0. 5份、 黑碳 化硅 0. 4份。 倒入高速分散机内， 搅拌成均匀分散的粉末状摩擦材料组合物， 然后取出该摩擦材料组合物放入成形模具内压制成形， 再与钢背复合后放入 平板硫化机于高温 270 °C， 压力为 18MPa的条件下保持 15分钟， 最后取出刹 车片， 除去毛剌即成为成品。
上述各实施例所选用材料说明：
芳仑纤维具有高强度、 高模量和耐高温、 耐酸耐碱、 重量轻等优良性能。 其强度是钢丝的 5〜6倍， 模量为钢丝或玻璃纤维的 2〜3倍， 韧性是钢丝的 2倍， 而重量仅为钢丝的 1/5左右， 在 560°C的温度下， 不分解、 不融化。 采 用芳仑纤维制成的刹车片具有良好的耐热性和抗剪、 抗弯强度， 制动效果好 等特点。 轮胎粉 (60〜80目）作为弹性填料用于摩擦材料中，起着增磨减噪的效果。 红蛭石具有多孔、 质轻、 熔点高的特性， 最适合作高温绝热材料 （1000 °C以下）和防火绝缘材料。 经高温加热后形成熟料作为填料（50〜100目）加 入摩擦材料， 可起到增强剂、 热稳定剂的作用。
陶瓷纤维采用优质硅酸铝纤维经过短切加工而成的人造矿物纤维。 具有 重量轻、 环保、 耐高温、 热稳定性好、 导热率低、 比热小及耐机械震动、 抗 拉抗折强度高等优点， 可以大大提高摩擦材料在制造和使用过程中的稳定性。 以上实施例中的陶瓷纤维可以选用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司生 产的高铝型 （氧化铝 65%) 陶瓷纤维。
磁铁矿 (300〜350目）作为摩阻材料， 用于摩擦材料中可增加摩擦系数。 硼酚醛树脂的耐热性、 瞬时耐高温性、 耐烧蚀性和力学性能比普通酚醛 树脂好得多， 使材料的热衰退性能、 恢复性能、 磨损性能和机械性能得以提 高。 硼改性酚醛树脂的合成的方法有多种， 其中最主要的一种方法是： 先将 硼酸与苯酚进行酯化反应， 生成硼酸苯酚酯， 再与甲醛反应生成硼改性酚醛 树脂。
硫酸钙晶须 （1〜6 μ ιη， 长径比 30)， 集增强纤维和超细无机填料二者 的优势于一体， 具有高强度、 高模量、 高韧性、 高绝缘性、 耐磨耗、 耐高温、 耐酸碱、 抗腐蚀、 红外线反射性良好、 易于表面处理、 易与聚合物复合、 无 毒等诸多优良的理化性能。 硫酸钙晶须制备的刹车片具有降低有机物在高温 时的热分解造成的热衰退现象， 其摩擦系数稳定， 使用过程中制动舒适， 无 噪音产生， 产品磨耗小。 以上实施例中的硫酸钙晶须可以选用中国安徽省合 肥健坤化工有限公司提供的硫酸钙晶须。
钛酸钾可用作绝热材料， 与石棉相比， 磨耗量约减少 32%。
重晶石选用 500〜600目的重晶石粉末。
鳞片石墨（60〜80 目）用于摩擦材料能减小摩擦材料的热衰退， 稳定摩擦 材料的摩擦系数。 以上实施例中的鳞片石墨可以选用中国河南省内乡县道川 石墨矿提供的含碳量为 94- 99%的鳞片石墨。以上实施例中的鳞片铝粉可以选 用中国江苏省常州丰润特种纤维有限公司提供的鳞片铝粉。
摩擦材料中加入一定比列的煅烧石油焦碳 （20〜30 目） 能使摩擦材料具 有完美的综合性能， 有利于防止金属粘着， 提高摩擦性能。 另外， 该焦碳的 气空率较高， 可以提高摩擦材料的摩擦系数， 减少制动噪音， 减轻高温时摩 擦材料的热衰退。
六方相的氮化硼（250〜300目具有润滑性好、热膨胀系数小，化学稳定性 高等特点，尤其是它的热导率与不锈钢相当。
鳞片铝粉 （40〜80 目） 比较柔软、 比重轻。 在摩擦材料中起到稳定摩擦 系数和降低磨损的作用。 在摩擦过程中金属铝的熔化吸收了大量的热能， 起 到了散热的作用； 并且不伤盘， 可延长刹车系统的使用寿命。
紫铜纤维在摩擦材料中它具有稳定摩擦片的摩擦系数和降低磨耗的作 用。 碳化硅高温性能特别稳定， 即使在较高的温度下， 它能保持非常好的摩 擦系数， 碳化硅与少量的紫铜纤维组合就能有效的降低摩擦材料高温制动的 衰退性。 以上实施例中的碳化硅可以选用中国河南安阳佳鑫耐材有限公司提 供的纯度为 98. 50%的黑碳化硅。
对比例 1 : 按重量比将芳仑纤维 2份、轮胎粉 (60〜80目） 1. 8份、 重质氧 化镁 5份、 紫铜纤维 8份、 红蛭石 5. 6份、 陶瓷纤维 8. 5份、 磁铁矿 3份、 酚醛树脂 7份、 硫酸钙晶须 13份、 钛酸钾 16. 5份、 重晶石（500〜600目） 11 份、 石墨 1. 7份、 鳞片石墨 4份、 腰果油摩擦粉 6. 5份、 煅烧石油焦碳 6份 放入高速分散机内， 搅拌成粉末状后取出， 放入成形模具内压制成形， 然后 与钢背复合后放入平板硫化机于高温 270°C， 压力为 18MPa 的条件下， 保持 15分钟， 然后取出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
对比例 2 : 按重量比将丁晴橡胶粉 5%、 轮胎粉 (60〜80 目） 2%、 鳞片石墨 5%、 泡沬铁粉 8%、 酚醛树脂 12%、 粉碎型钢纤维 10%、 氧化铝纤维 3. 5%、 紫 铜纤维 9%、腰果油摩擦粉 5%、石墨颗粒 2%、煅烧石油焦碳 2%、重晶石（500〜 600 目） 9. 3%、 铬铁矿粉（300〜350 目） 3%、 磁铁矿粉 2. 5%、 硅藻土（500〜600 目） 4%、 喷胶硅酸铝纤维 9%、 鳞片铝粉 3. 4%、 二硫化钼 3%、 硬脂酸锌 0. 4%、 硫化锑 1%、 硫化铜 0. 9%放入高速分散机内， 搅拌成粉末状后取出， 再放入成 形模具内压制成形， 然后与钢背复合后放入平板硫化机于高温 270 °C， 压力为 18MPa的条件下， 保持 15分钟， 然后取出刹车片， 除去毛剌即成为成品。
为了验证本发明的效果， 按中国 GB5763-1998国家标准， 对实施例 1〜5 和对比例 1〜2制备的刹车片分别进行检测， 其结果如下:

检测结果表明： 虽然本发明中没有加入或大大减少了诸如铜、 铬等重金 属的使用量， 但通过新配方的设计， 使得本发明配方制备的刹车片的摩擦磨 损性能和抗高温热衰退性能与对比例 1或 2相当， 因而环保效果显著。
为了进一步验证本发明效果， 发明人将本发明制备的刹车片安装在上海 通用别克轿车上进行刹车制动试验， 经过三名驾驶员 （驾龄均在 15年以上） 反复制动， 均确认本发明制备的刹车片灵敏,制动平稳， 同时无噪音， 脚感舒 适。
替换页（细则第 26条)
专利引用
引用的专利
申请日期
公开日
申请人
专利名
CN101555913A *
2009年1月25日
2009年10月14日
瑞阳汽车零部件（仙桃）有限公司
耐高温少金属刹车片
CN101555916A *
2009年1月25日
2009年10月14日
瑞阳汽车零部件（仙桃）有限公司
耐锈蚀、低噪音半金属刹车片
CN101823856A *
2010年5月24日
2010年9月8日
湖南博云汽车制动材料有限公司;中南大学
无铜少落灰陶瓷摩擦材料及其制备方法
* 由审查员引用