一种低噪音摩擦材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及摩擦材料制备技术领域，特别涉及一种低噪音摩擦材料及其制备方法和应用。

背景技术

任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传动装置。摩擦材料是这种制动或传动装置上的关键性材料，其作用通过摩擦来吸收或传递动力，如离合器片传递动力，制动片吸收动能。摩擦材料性能好坏直接关系到车辆运行的可靠性和稳定性。目前，摩擦材料常由多元复合材料如高分子粘结剂(树脂或橡胶)、增强纤维和摩擦性能调节剂及其它配合剂构成，要求其有足够而稳定的摩擦系数，动静摩擦系数之差小，有良好的导热性和一定的高温机械强度，有良好的耐摩性能和抗粘着性，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。近年来，随着新能源汽车的快速发展与普及，由于新能源汽车没有发动机，采用电机替代，行驶过程中几乎不产生噪音，这就对摩擦材料提出了新的要求，即改善制动或刹车噪音，低噪音的刹车片已成为新能源汽车刹车片用摩擦材料的重要性能指标。

目前有研究针对刹车片摩擦材料存在的噪声问题进行了一系列的改进，主要是通过减少金属成分和添加降噪成分，取得了一些进展，但随着技术的不断进步，对摩擦材料性能有更高的要求，这些方法逐渐暴露出一些不足。其中，金属成分的减少将直接导致提升摩擦基体孔隙率相关的降噪成分增加，致使刹车片在常温、高温下的磨损加快，摩擦系数迅速衰减，高温下无法实现稳定的摩擦系数和稳定的较小磨损。因此，必须在保证刹车片性能的前提下，找到更加安全、有效的摩擦材料来替代重金属，以满足兼顾降噪、耐磨性能和摩擦系数稳定等要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种低噪音摩擦材料及其制备方法，并提供了该低噪音摩擦材料在制备刹车片或制动片中的应用，目的在于解决现有技术中的一部分问题或至少缓解现有技术中的一部分问题。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供了一种低噪音摩擦材料，按质量份数计，包括以下组分：改性酚醛树脂5-20份、芳纶纤维2-10、钛酸钾晶须1-4、玻璃纤维5-15份、改性凝胶蛭石3-15份、橡胶粉3-7份、石墨15-30份、氧化铝2-10份和硫酸钡20-40份；其中，所述改性凝胶蛭石由凝胶蛭石与石油焦炭颗粒混料制得。

进一步地，按质量份数计，包括以下组分：改性酚醛树脂14份、芳纶纤维5份、钛酸钾晶须2份、玻璃纤维5份、改性凝胶蛭石6份、橡胶粉3份、石墨25份、氧化铝10份和硫酸钡30份。

进一步地，所述的改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂。

进一步地，所述改性凝胶蛭石的制备方法包括：

S11、将水玻璃和片状蛭石按质量比7：4的比例混合均匀；

S12、向步骤S11的混合物中滴加占所述混合物质量1-2％的碱，直至生成凝胶，将所述凝胶放置进行老化，之后干燥得到凝胶蛭石；

S13、将所述凝胶蛭石与石油焦炭颗粒按质量比7：3的比例混合均匀，得到所述改性凝胶蛭石。

更进一步地，所述改性凝胶蛭石的密度为0.08-0.2g/cm

进一步地，所述改性凝胶蛭石的颗粒直径为0.5-1.5mm，更进一步地，所述改性凝胶蛭石的颗粒直径为0.8mm。

本发明第二方面提供了如上所述的S21、配料：按比例称取各组分，将改性凝胶蛭石和芳纶纤维先行预混，之后加入其它组分，混合均匀；

S22、热压成型：将步骤S21的混合料热压成型，得到预制件；

S23、后固化处理：将所述预制件干燥之后进行后固化处理，得到低噪音摩擦材料。

进一步地，步骤S22中，所述热压成型操作包括：成型温度为160℃，预压时间为10s，泄压排气时间为5s，泄压排气次数为5次，热压压力为10MPa，压制时间为10min。

进一步地，步骤S23中，所述后固化处理操作包括：置于160℃保温10h。

本发明第三方面提供了如上所述的低噪音摩擦材料在制备刹车片或制动片中的应用。

本发明的优点及积极效果为：

1、本发明采用凝胶蛭石与石油焦炭颗粒混料制得的改性凝胶蛭石作为功能性增强填料，气孔率高的石油焦炭颗粒粘附在凝胶蛭石内和表面，增加了改性凝胶蛭石的孔隙率，有利于提升其吸音效果，与其它组分配合，可显著改善摩擦材料摩擦噪音的产生，使得制成的刹车片极大的减小了制动噪音，提升了制动舒适性。

2、本发明将改性凝胶蛭石与芳纶纤维以及其他组分混合，一方面，石油焦炭颗粒粘附在凝胶蛭石内和表面构成了凝胶蛭石的摩擦质点，起到了提高其耐磨性和降低摩擦材料磨损的作用；另一方面，芳纶纤维质地柔软，其多分支多触角结构，也能够很好地填充并链接改性凝胶蛭石以及摩擦材料基体微观结构上的多孔隙，起到增加强度、进一步减少磨损的作用，维持刹车片在常温以及高温下的摩擦系数稳定，减小摩擦材料的磨损。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，各实施例及试验例中所用的设备和试剂如无特殊说明，均可从商业途径得到。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。

为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明实施例提供了一种低噪音摩擦材料，按质量份数计，包括以下组分：改性酚醛树脂5-20份、芳纶纤维2-10、钛酸钾晶须1-4、玻璃纤维5-15份、改性凝胶蛭石3-15份、橡胶粉3-7份、石墨15-30份、氧化铝2-10份和硫酸钡20-40份；其中，所述改性凝胶蛭石由凝胶蛭石与石油焦炭颗粒混料制得。

在本实施例中，改性酚醛树脂通常采用腰果壳油改性酚醛树脂，酚醛树脂作为摩擦材料的粘结剂把各组分粘结成一个整体，酚醛树脂(PR)具有较高的力学强度，良好的耐热性和尺寸稳定性，原材料便宜且易加工等特点，是聚合物基摩擦材料最常用的基体树脂。芳纶纤维和钛酸钾晶须组合使用，用于降低摩擦材料的硬度，同时提高热稳定性及抗热衰退性。玻璃纤维作为增强纤维，用于提升摩擦材料强度，进而增强耐磨性。橡胶粉和石墨作为润滑剂，用于减小制动时摩擦系数的变化。氧化铝作为研磨剂，用于增加摩擦材料的摩擦系数。硫酸钡作为无机填料，用于提高摩擦材料的热稳定性和改善热衰退性。改性凝胶蛭石作为功能性增强填料，其多孔结构吸音效果好，与其它组分配合，可显著改善摩擦材料摩擦噪音的产生，使得制成的刹车片极大的减小了制动噪音，提升了制动舒适性；且将改性凝胶蛭石与芳纶纤维以及其他组分混合，一方面，改性凝胶蛭石自身由石油焦炭颗粒和凝胶蛭石组成，石油焦炭颗粒具有孔隙颗粒结构和较好的吸附性，其与凝胶蛭石混合后，会粘附在凝胶蛭石孔隙和表面，起到降低蛭石磨损的效果，另一方面，芳纶纤维质地柔软，其多分支多触角结构，也能够很好地填充并链接改性凝胶蛭石以及摩擦材料基体微观结构上的多孔隙，起到增加强度、进一步减少磨损的作用，有利于维持刹车片在常温以及高温下的摩擦系数稳定，减小摩擦材料的磨损。

为了更好地兼顾降噪性能和抗磨损性能的提升，优选地，按质量份数计，包括以下组分：改性酚醛树脂14份、芳纶纤维5份、钛酸钾晶须2份、玻璃纤维5份、改性凝胶蛭石6份、橡胶粉3份、石墨25份、氧化铝10份和硫酸钡30份。

上述所述的改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂。腰果壳油改性酚醛树脂可改善刹车片中无机纤维、填料颗粒如石墨、氧化铝、硫酸钡、改性凝胶蛭石等的界面结合状况，从而导致制动片的热分解、热衰退和热龟裂现象减少，有效地提高其耐磨性能和机械性能。

使用凝胶蛭石降低噪声效果好于蛭石的降噪效果，但单独以凝胶的形式加入到摩擦材料中容易造成产品磨损大，进而降低降噪性能，达不到理想效果。本发明首先通过水玻璃和碱反应，在片状蛭石表面生成凝胶，之后老化得到多孔隙结构的凝胶蛭石，再将其与石油焦炭颗粒共混，使多孔隙结构的凝胶蛭石的孔隙内和表面粘附气孔率高的石油焦炭颗粒，一方面改善改性凝胶蛭石的孔隙率，得到孔隙结构丰富的改性凝胶蛭石，本发明方法制得的改性凝胶蛭石的密度为0.08-0.2g/cm

S11、将水玻璃和片状蛭石按质量比7：4的比例混合均匀；

S12、向步骤S11的混合物中滴加占所述混合物质量1-2％的碱，直至生成凝胶，将所述凝胶放置进行老化，之后干燥得到凝胶蛭石；

S13、将所述凝胶蛭石与石油焦炭颗粒按质量比7：3的比例混合均匀，得到所述改性凝胶蛭石。

其中，步骤S13通过犁耙式混料机将所述凝胶蛭石与石油焦炭颗粒按质量比为7：3的比例进行混合均匀，由此利用犁耙混料机较小的内部空间能，降低凝胶蛭石的颗粒直径，且在压力挤压下，有利于焦炭颗粒均匀粘附到凝胶蛭石上。

可选地，所述改性凝胶蛭石的颗粒直径为0.5-1.5mm。通过对改性凝胶蛭石颗粒大小、蛭石含量和树脂含量进行三因素三水平正交试验，各因素的水平设置见表1，实验分组设置和实验结果见表2，以A1B2C3组为例，A1表示改性凝胶蛭石含量为35％，B2表示改性凝胶蛭石粒径为0.80mm，C3表示树脂种类选自腰果壳油耐高温改性酚醛树脂，含量为65％，除前述三因素之外，其余组分如芳纶纤维、钛酸钾晶须等保持一致。结果发现，改性凝胶蛭石颗粒由0.56mm增至0.80mm时，冲击强度呈现增加的趋势，但当颗粒由0.80mm进一步增至1.25mm时，强度略有下降，其中以粒径为0.80mm时最好，此时冲击强度最大，抗冲击能力最好，因此，优所述改性凝胶蛭石的颗粒直径为0.56-1.25mm，更优选为0.8mm。

表1各因素的水平设置

表2实验分组设置和实验结果

基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了如上所述的低噪音摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

S21、配料：按比例称取各组分，将改性凝胶蛭石和芳纶纤维先行预混，之后加入其它组分，混合均匀；

S22、热压成型：将步骤S21的混合料热压成型，得到预制件；

S23、后固化处理：将所述预制件干燥之后进行后固化处理，得到低噪音摩擦材料。

本实施例中，先通过加入芳纶纤维和凝胶蛭石单独预混，再和其他组分进行混合，可利用利用芳纶纤维的质地柔软、高强度、耐高温等特点，使芳纶纤维的多分支多触角结构填充改性凝胶蛭石的孔隙，之后与其它组分混合，芳纶纤维充当链接网络，将改性凝胶蛭石固定在摩擦材料基体结构中，并填充链接基体结构中的孔隙，由此，增加基体强度，减少改性凝胶蛭石和基体的磨损，大大常温和高温下的提高耐磨性能。所述低噪音摩擦材料的制备方法与如上所述的低噪音摩擦材料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

步骤S21中，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各组分充分分散并混合均匀。

步骤S22中，所述热压成型操作包括：成型温度为160℃，预压时间为10s，泄压排气时间为5s，泄压排气次数为5次，热压压力为10MPa，压制时间为10min。

步骤S23中，所述后固化处理操作包括：置于160℃保温10h。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了如上所述的低噪音摩擦材料在制备刹车片或制动片中的应用。

所述低噪音摩擦材料在制备刹车片或制动片中的应用与如上所述的低噪音摩擦材料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

一种低噪音摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

S21、配料：按比例称取各组分，其中，腰果壳油改性酚醛树脂14份、芳纶纤维5份、钛酸钾晶须2份、玻璃纤维5份、改性凝胶蛭石6份、橡胶粉3份、石墨25份、氧化铝10份、硫酸钡30份，先将改性凝胶蛭石和芳纶纤维进行预混，达到充分混合，之后加入剩余组分，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料充分分散，混合均匀；

S22、热压成型：将步骤S21的混合料投入四柱液压机中热压成型，成型温度为160℃，预压时间为10s，泄压排气时间为5s，泄压排气次数为5次，热压压力为10MPa，压制时间为10min，得到预制件；

S23、后固化处理：将预制件干燥之后置于电热恒温鼓风干燥箱中，160℃保温10h后进行固化处理，得到低噪音摩擦材料。

上述使用的改性凝胶蛭石的制备方法，包括以下步骤：

S11、将水玻璃和片状蛭石按质量比7：4的比例混合均匀；

S12、向步骤S11的混合物中滴加占混合物质量2％的碱，直至生成凝胶，将凝胶放置进行老化，之后干燥得到凝胶蛭石；

S13、将凝胶蛭石与石油焦炭颗粒按质量比7：3的比例加入犁耙式混料机内，进行混合，得到颗粒直径为0.8mm的改性凝胶蛭石。

实施例2

一种低噪音摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

S21、配料：按比例称取各组分，其中，腰果壳油改性酚醛树脂14份、芳纶纤维5份、钛酸钾晶须2份、玻璃纤维5份、改性凝胶蛭石5份、橡胶粉3份、石墨25份、氧化铝10份、硫酸钡31份，先将改性凝胶蛭石和芳纶纤维进行预混，达到充分混合，之后加入剩余组分，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料充分分散，混合均匀；

S22、热压成型：将步骤S21的混合料投入四柱液压机中热压成型，成型温度为160℃，预压时间为10s，泄压排气时间为5s，泄压排气次数为5次，热压压力为10MPa，压制时间为10min，得到预制件；

S23、后固化处理：将预制件干燥之后置于电热恒温鼓风干燥箱中，160℃保温10h后进行固化处理，得到低噪音摩擦材料。

上述使用的改性凝胶蛭石的制备方法同实施例1。

实施例3

一种低噪音摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

S21、配料：按比例称取各组分，其中，腰果壳油改性酚醛树脂14份、芳纶纤维5份、钛酸钾晶须2份、玻璃纤维5份、改性凝胶蛭石7份、橡胶粉3份、石墨25份、氧化铝10份、硫酸钡29份，先将改性凝胶蛭石和芳纶纤维进行预混，达到充分混合，之后加入剩余组分，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料充分分散，混合均匀；

S22、热压成型：将步骤S21的混合料投入四柱液压机中热压成型，成型温度为160℃，预压时间为10s，泄压排气时间为5s，泄压排气次数为5次，热压压力为10MPa，压制时间为10min，得到预制件；

S23、后固化处理：将预制件干燥之后置于电热恒温鼓风干燥箱中，160℃保温10h后进行固化处理，得到低噪音摩擦材料。

上述使用的改性凝胶蛭石的制备方法同实施例1。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，其区别在于，将实施例1中的改性凝胶蛭石替换为普通蛭石，普通蛭石购自河北博耐特，货号F-11,其余操作同实施例1。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，其区别在于，将实施例1中的改性凝胶蛭石中的石油焦炭颗粒替换为碳纤维(购自河北博耐特，货号F-11)，制得碳纤维与凝胶蛭石共混的改性凝胶蛭石，其余操作同实施例1。

低噪音摩擦材料性能测试

将实施例1-3和对比例1-2制备的摩擦材料在定速摩擦试验机上进行不同温度下的摩擦性能测定，结果如表3所示，之后采用定速摩擦试验机测定不同温度下的磨损性能，结果如表4所示。进一步通过缩比台架摩擦试验机方法进行摩擦材料噪声测试，底噪设置为72dB，结果如表5所示。

表3实施例1-3和对比例1-2制备的摩擦材料的摩擦性能对比试验结果

表4实施例1-3和对比例1-2制备的摩擦材料的磨损性能对比试验结果

表5实施例1-3和对比例1-2制备的摩擦材料的摩擦性能对比试验结果

由表3-5可知，实施例1-3制得的摩擦材料的相较于实施例1-2采用普通蛭石或者改性凝胶蛭石制备方法不同时得到的摩擦材料在高温下的摩擦系数更为稳定，磨损率明显减小，且降噪性能更为优异，而且，通过调整改性凝胶蛭石的含量发现，实施例1-3分别加入6份、5份和7份改性凝胶蛭石时，实施例2制得的摩擦材料的摩擦系数最为稳定，各实施例磨损程度在250℃以下差不多，但在250℃以上的高温磨损阶段实施例2更优，但都优于对比例1-2。这说明加入本发明的改性凝胶蛭石，有效改善了摩擦材料的噪音，同时也兼顾降低了摩擦材料的磨损，提高了其高温下的抗磨损性能和保证了高温下的摩擦系数稳定，这将有利于其在刹车片和/或制动片领域的应用，并提升刹车片和/或制动片的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。