一种无铜陶瓷型摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无铜陶瓷型摩擦材料及其制备方法，该摩擦材料至少含有质量含量为２～３０％的碱土基金属化合物和质量含量为２～３０％的碳纤维，其中所述碱土基金属化合物为ＭｘＦｅｙＴｉＯｚ，Ｍ为碱土金属元素Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ或Ｂａ，ｘ为０．２～２，ｙ为１～２，ｚ为４～１６。该发明专利技术制得摩擦材料具有优异的摩擦磨损性能，较高的导热性能，优良的抗高温衰退性能，在制动过程中有效地降低了摩擦表面的温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于摩擦材料领域，具体涉及一种无铜无石棉的环境友好型刹车片材料。
技术介绍
当今很多汽车朝着高速高载方向发展，这对制动材料提出更加苛刻的要求，如盘 式制动器制动时瞬时温度可达到400 600°C，在一些长坡道制动温度高达800°C以上，亟 待开发出一种高性能环保型的摩擦材料。高档轿车普遍采用的ABS(防抱死制动)系统。ABS 系统工作时相当于以很高的频率进行点刹，如何能够使在停刹间隙把积聚的热量快速散发 出去，这就需要摩擦材料具有较高的导热系数，与此同时材料还需有良好的摩擦磨损性能， 这样才能提高制动材料的使用寿命。铜纤维、紫铜纤维、铜颗粒等铜质材料作为一种常见的摩擦添加剂，其特点在于铜 质材料质软，导热系数高，利于摩擦产生的热量快速地散去，且有利于形成摩擦转移膜面。 但环保人士调查表明环境中大量铜污染来源于制动粉尘，环境中高浓度的铜会对生物产生 毒害作用尤其是对于水环境中的生物。因此铜在制动材料的含量也将逐步受到严格的限 制，美国华盛顿州等也开始对于制动器中的铜含量进行了逐步的限制。美国专利也开始涉 及这方面的研究。例如美国专利US2010084232(A1)、US2010084233(A1)专利技术了一种无铜的 无石棉刹车片。这些专利中在不含有铜和铜合金的情况下，采用酚醛树脂、有机纤维、金属 硫化物等制得性能优良的摩擦材料。碳纤维是一种高模量高强度的纤维，质轻、耐高温，在高温段不发生无蠕变，耐疲 劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，具有较高的导热性能。在ABS制动过程中更加有利 于热量的散失，使得制动盘面不会产生过热点，从而影响摩擦性能。在摩擦材料中，碳纤维 更多的应用于C/C复合材料中。例如专利EP1357310-A采用碳纤维增强C/SiC材料，通 过添加铜，制得高导热系数的制动材料，使得该材料在高温下具有良好的摩擦性能；专利 EP1028098-A通过碳纤维增强碳/碳复合材料制得适用于高速高载下的摩擦材料。本专利技术 借鉴C/C复合材料的思想，利用碳纤维高导热的特点，把其应用于酚醛树脂基摩擦材料中， 制得在高速高载下仍能保持良好摩擦性能的材料。在摩擦过程中，碳纤维在一定程度上提高了材料的导热性能。但作为制动摩擦材 料，其制动力要求比较高，需要加入其它的物质提高材料的摩擦磨损性能。石棉是早期刹车片常用的一种材料，但由于其耐热性较差，且是一种致癌物质， 在很多国家已经属于一种被禁止使用在刹车片中的物质。未来的刹车中的材料将会更多 的使用长径比小于3或者层状块状结构的物质。钛酸盐是一种新型的陶瓷材料，作为一种 石棉的替代品，最近几年在刹车片上有很广泛的应用。日本大塚公司专利技术了一种摩擦材 料(ZL00800133.2)。它以碱金属钛酸盐为摩擦材料，它是一种具有平面层状的钛酸盐。通 过添加3 50%的碱金属钛酸盐能够达到摩擦磨损较好的性能。在其他的一些专利中也 涉及到关于钛酸盐在刹车片中应用。例如专利CN101631747专利技术提供一种具有新颖的形 状、具有摩擦材料中的优异的耐磨损性和树脂组合物中的优异的增强性能的钛酸钾；专利KR2009019982-A提供了一种含有7 9%铜纤维和6 8%钛酸钾纤维的摩擦材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在无铜环境下，摩擦材料抗热衰退及摩擦稳定性不佳的 问题，提供一种环境友好型刹车片的摩擦材料，该摩擦材料在250 600°C仍然能保持稳定 且良好的摩擦性能。本专利技术的目的可以通过以下措施达到一种无铜陶瓷型摩擦材料，该摩擦材料至少含有质量含量为2 30%的碱土基金 属化合物和质量含量为2 30%的碳纤维，其中所述碱土基金属化合物为MxFeyTiOz，所述M 为碱土金属元素Be、Mg、Ca、Sr或Ba，χ为0. 2 2，y为1 2，ζ为4 16。该无铜陶瓷 型摩擦材料中除了上述的两种组分外，还含有现有无铜陶瓷型摩擦材料的常用组分。一种优选的无铜陶瓷型摩擦材料，其除了碱土基金属化合物和碳纤维外，还包括 粘结剂、摩擦性能调节剂及填料，其中粘结剂的质量含量为5 20%，摩擦性能调节剂及填 料的质量含量为20 80%，各组分之和满足100%。本专利技术的无铜陶瓷型摩擦材料中，碱土基金属化合物的质量含量优选为5% 25%，进一步优选为10% 20%。为了达到一种更佳或更特殊的性能，可以将碱土基金属 化合物的含量控制在10% 15%。碳纤维的质量含量优选为2% 25%，进一步优选为 2% 20%，更进一步为5% 10%。碱土基金属化合物MxFeyTiOz中，M优选为碱土金属元素Mg、Ca或Ba，χ优选为 0.2 1，最优选为0.2 0.5，7优选为1 2，ζ优选为4 8。本专利技术的碱土基金属化合 物的微观形态，优选采用当量长度与当量宽度之比为1 3、厚度为0. 5 20微米、宽度为 0. 5 20微米的微粒，具体形状如片状或者块状。本专利技术的碱土基金属化合物的制备方法 为以光卤石和含钛矿物为主要原料，或者还包括碱金属化合物，在800 1200°C下烧结得 到，详细方法可参考CN101254944A。本专利技术的碳纤维可以采用现有常规使用的各种碳纤维，具体优选选自聚丙烯腈基 碳纤维、浙青基碳纤维、粘胶丝基碳纤维或酚醛纤维基碳纤维中的一种或者几种。粘结剂选自酚醛树脂、改性酚醛树脂或丁腈橡胶中的一种或几种。摩擦性能调节剂及填料选自玻璃纤维、陶瓷纤维、复合矿物纤维、硅酸盐纤维、木 质素纤维、纤维素纤维、芳纶、铁黑、锆英石、铁红、氧化锆、氧化镁、云母粉、萤石粉、沸石、蛭 石、锐钛矿、凹土、高岭土、立德粉、硫酸钡、摩擦粉或重质碳酸钙中的一种或几种。本专利技术中 的摩擦性能调节剂是指除碳纤维外的其他摩擦性能调节性纤维。本专利技术的无铜陶瓷型摩擦材料的制备方法，其包括如下步骤(1)预混取碱土基金属化合物和碳纤维，混合均勻；(2)混合取粘结剂、摩擦性能调节剂及填料，与步骤(1)中的混合物料搅拌混合 后，加入热压模具中；(3)热压升温到155 200°C，在压力为10 30MPa下保温保压3 10分钟进 行热压处理；(4)后处理将热压后的材料在185 200°C下保温3 8小时，然后降温，得到无 铜陶瓷型摩擦材料。碱土基金属化合物具有良好的抗衰退性能，摩擦系数比较大，能够有效降低磨损。 由于碱土金属的制造原料以及产物都较碱金属呈现出更弱的碱性，其作为刹车片对保护树 脂等不耐碱原材料更加有利。另外实验表明加入该类材料可以明显改善复合材料的力学性 能，在制动过程中还能吸收部分制动过程的制动噪音，无疑这种材料是理想的摩擦材料。这 种材料非纤维状结构，是一种无毒无害的物质，不存在可吸入纤维，因此不会对工作环境有 不利的影响。另外本专利技术中的碱土金属化合物是一种含有铁的碱土基金属化合物，其导电 性能是普通钛酸盐导电性的2 10倍。在制动过程中，可以有效的导出摩擦材料表面因摩 擦产生的静电，起到一个防静电作用。碳纤维是一种高模量高强度的纤维，质轻。它耐高温，在高温段不发生无蠕变，耐 疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，具有较高的导热性能，在制动过程中更加有利于热 量的散失。在无铜陶瓷刹车片体系中，单独使用碱土基金属化合物时，摩擦系数比较高，但是 高温时段摩擦系数不稳定，力学性能比较差；单独使用碳纤维时，在高温段能够保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铜陶瓷型摩擦材料，其特征在于该摩擦材料至少含有质量含量为２％～３０％的碱土基金属化合物和质量含量为２％～３０％的碳纤维，其中所述碱土基金属化合物为Ｍ↓［ｘ］Ｆｅ↓［ｙ］ＴｉＯ↓［ｚ］，所述Ｍ为碱土金属元素Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ或Ｂａ，ｘ为０．２～２，ｙ为１～２，ｚ为４～１６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆小华，史以俊，陈健，王昌松，穆立文，
申请(专利权)人：南京钛威科技有限公司，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]