車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，包括如下步驟：1)粉末冶金摩擦材料的制備：將基體材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成細長桿狀，將各細長桿狀壓坯分隔開，燒結，得到粉末冶金摩擦材料；2)剪切、粉碎和篩選：3)混料：以質量百分比計，將耐高溫改性樹脂10‐20％、粉末冶金摩擦材料40‐60％、增強纖維10‐20％、磨料5?15％、潤滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均勻；4)樹脂基復合摩擦材料的生產制備；5)后處理；6)機械加工成。本發明樹脂基粉末冶金復合摩擦材料保留了粉末冶金摩擦材料具有穩定的摩擦系數和良好的抗磨損特性。摩擦材料的使用壽命和高溫穩定性得到提高。
【專利說明】
車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種復合摩擦材料，特別是涉及一種以樹脂基粉末冶金為主的車用樹 脂基粉末冶金復合摩擦材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 復合摩擦材料是將不同物化特性的材料與強度低、韌性好的高分子聚合物基體組 成的。由于高分子材料通常不能承受高的應力和高的溫度，為了提高高分子材料的屈服強 度，提高其高溫穩定性，都采用網狀結構的熱固性樹脂，一般為各種改性高溫酚醛樹脂。同 時，為了達到理想的制動效果和綜合機械性能，還需加入各種纖維，潤滑材料，磨料以及填 料，而其中的高聚物基體材料幾乎只是作為傳遞或分散載荷的媒介。因此，復合摩擦材料的 強度主要取決于包括纖維在內的其它組份與基體界面的粘結強度。目前，在各類摩擦制動 器中，復合摩?祭材料使用的比例尚達90 %以上。但在飛機和尚速鐵路等尚速重載的制動條 件下，摩擦高溫造成復合摩擦材料中的高分子聚合物分解氧化，喪失穩定的摩擦制動性能。 因此常采用粉末冶金摩擦材料。
[0003] 粉末冶金摩擦材料又稱燒結摩擦材料主要有銅基和鐵基兩種，它是以金屬粉末為 基體，加入適當減磨劑和增磨劑，均勻混合后壓制成型或加壓燒結而成的。粉末冶金摩擦材 料一般由3種組分組成：基體的組分，主要有Cu、Fe、Ni、Sn等及其合金；摩擦組分，主要有 3102^1203、51(：，某些金屬和非金屬的氧化物或碳化物;潤滑組分，主要有石墨肩 〇52、0&?2、 WS2、BN和易熔金屬Pb、Bi等。粉末冶金摩擦材料是一種優良的制動摩擦材料，特別對于重載 高速的制動場合，其優良的散熱性和耐熱性可以保證其完成較為苛刻的制動功能。絕大多 數軍用飛機和民用飛機都采用粉末冶金剎車片。日本的新干線列車(250公里/小時)和我國 高速鐵路都使用粉末冶金摩擦材料。但是由于粉末冶金摩擦材料較強的剛度和硬度，易造 成汽車制動盤或鼓的劃傷以及摩擦噪聲。因此粉末冶金摩擦材料也很少在汽車制動器上使 用。

【發明內容】

[0004] 本發明目的在于結合粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點和樹脂基復合摩擦 材料韌性好、硬度低的特點，提供一種同時具有耐高溫、低磨耗、韌性好、硬度低的樹脂基粉 末冶金復合摩擦材料及其制備方法，該材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基 礎上，柔韌的樹脂基體有利于吸收沖擊能，提高制動片的沖擊強度;有利于降低制動片的硬 度，使之與對偶件貼合良好。
[0005] 本發明目的通過如下技術方案實現：
[0006] 車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，在于包括如下步驟：
[0007] 1)粉末冶金摩擦材料的制備:將基體材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成多 根細長桿，將各細長桿壓坯分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣或氫氣的條件下溫升至900 _ 1100°C，保溫2_5h，冷卻至室溫，得到粉末冶金摩擦材料;所述成型劑為煤油；
[0008] 以質量百分比計，所述基體材料的原料配比組成為：基體組分55-70%，摩擦組分 15-25%，潤滑組分10-25% ;以質量百分比計，所述基體組分由85-95%主體金屬和5-15% 輔助金屬組成;所述主體金屬為銅或鐵;所述輔助金屬為錫和鎳中的一種或兩種;摩擦組分 為石英石、三氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種；潤滑組分為石墨、M〇S2、CaF2、WS 2、BN、Pl^P Bi中的兩種以上；
[0009] 2)剪切、粉碎和篩選:將步驟1)所得金屬基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，采用5 - 10目的篩網，進行篩選；
[0010] 3)混料：以質量百分比計，將耐高溫改性樹脂10 - 20 %、粉末冶金摩擦材料40 - 60 %、增強纖維10- 20 %、磨料5-15 %、潤滑材料10- 20 %和填料5- 20 %共混均勻;所述耐高 溫改性樹脂為腰果油改性酚醛樹脂、丁腈橡膠改性酚醛樹脂和芳烴改性酚醛樹脂的一種或 多種；
[0011] 4)樹脂基復合摩擦材料的生產制備:將步驟3)所得混合粉料稱重放入模具內，在 140 °C -165 °C，8 - 20MPa壓力條件下，熱壓成型，保壓6 -15分鐘；卸壓出模；
[0012] 5)后處理:在150°C-180°C保溫8-24h，7令卻至室溫，出爐；
[0013] 6)機械加工成樹脂基粉末冶金復合摩擦材料。
[0014] 為進一步實現本發明目的，優選地，所述成型劑用量為粉末冶金材料原料質量的 0.1-0.5%。
[0015] 優選地，所述粉末冶金摩擦材料為銅基粉末冶金摩擦材料、鐵基粉末冶金摩擦材 料的一種或多種。
[0016] 優選地，所述增強纖維為石棉纖維、蛭石纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、玻璃纖 維、陶瓷纖維、芳綸纖維、碳纖維和聚丙烯腈纖維的一種或多種。
[0017] 優選地，所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的 一種或多種。
[0018] 優選地，所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、 鉛、鉍、銻、焦碳和滑石粉的一種或多種。
[0019] 優選地，所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或 多種。
[0020] 優選地，所述倒入模具壓制的壓力為200 - 500MPa。
[0021] 優選地，所述細長桿的直徑為2 - 4mm，長為200 - 300mm;步驟1)和步驟5)所述冷卻至 室溫是隨爐冷卻至室溫;所述機械加工成樹脂基粉末冶金復合摩擦材料后還包括噴漆。
[0022] -種車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料，由上述的制備方法制得。
[0023] 本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
[0024] (1)本發明采用了高分子聚合物作為材料的基體，使得車用樹脂基粉末冶金復合 摩擦材料的表面硬度較低，彈性模量適中，材料的摩擦表面粗糙度增加、材料的氣孔系數增 加。
[0025] (2)本發明車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料保留了粉末冶金摩擦材料具有穩定 的摩擦系數和良好的抗磨損特性。摩擦材料的使用壽命和高溫穩定性得到提高。
[0026] (3)本發明結合粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點和樹脂基復合摩擦材料 韌性好、硬度低的特點，所得車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料同時具有耐高溫、低磨耗、 韌性好、硬度低的特性，該材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎上，柔韌的 樹脂基體有利于吸收沖擊能，提高制動片的沖擊強度;有利于降低制動片的硬度，使之與對 偶件貼合良好。
【具體實施方式】
[0027]為更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步說明，發明人經過多年 的研究和試驗，有許多成功的實施例，下面列舉部分具體實施例，但本發明要求保護的范圍 并不局限于實施例表述的范圍。
[0028] 實施例1
[0029] 短細鐵基粉末冶金摩擦材料的制備：以質量百分比計，材料基本配方:鐵55%，錫 10%，石英石粉10%，三氧化二鋁5%，二硫化鉬5% ;石墨粉15%。成型劑為煤油，成型劑的 加入量為上述材料基本配方總重量的〇. 3 %。將以上的材料均勻混合，倒入模具以500MPa壓 力，壓制成直徑Φ 2_X長200_細長桿狀，將各細長桿狀壓還，分隔開，裝入燒結爐中，在通 入氮氣的條件下溫升l〇〇〇°C，保溫4h，隨爐冷卻至室溫。
[0030] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用10目的篩網，進行篩 選。
[0031] 復合摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量分數計）：腰果油改性酚醛樹脂(圣泉 6200A，http: //www. shengquan. com) 15 % ;短細粉末冶金摩擦材料20 % ;海泡石纖維（長度 4-8mm)10% ;蛭石纖維(長度約2-3mm)5% ;石英石粉15% ;片狀石墨15% ;硫酸鋇20%。
[0032 ] 將以上各材料在混料機中混合均勻。
[0033]然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ;壓力15MPa條件下;熱壓保溫時間8分 鐘。
[0034]后處理:在160-170 °C保溫時間24h;機械加工成樹脂基粉末冶金復合摩擦材料，噴 漆。
[0035] 本實施例所得材料的檢測結果見表1。
[0036] 實施例2
[0037]短細銅基粉末冶金摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計）：銅60%，鎳 5%，三氧化二鋁20%，二硫化鉬5% ;石墨粉10%。成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基 準，所述成型劑的含量為0.5%總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模具以400MPa壓力，壓 制成直徑Φ 3_X長300mm細長桿狀，將各細長桿狀壓還，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮 氣的條件下溫升900°C，保溫5h，隨爐冷卻至室溫。
[0038] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用8目的篩網，進行篩 選。
[0039] 復合摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計)腰果油改性酚醛樹脂(圣 泉PF6291A)10% ;短細粉末冶金摩擦材料40%，鋼纖維5% ;硅灰石纖維5% ;氧化鋁15% ;片 狀石墨15 % ;硫酸鋇15 % ;碳酸鈣10 %。
[0040] 將以上各材料在混料機中混合均勻。
[0041] 然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ;壓力8MPa條件下;熱壓保溫時間15分 鐘。
[0042] 后處理。根據后處理溫度180°C;保溫時間8h;機械加工，噴漆。
[0043]本材料的檢測結果見后附表1，
[0044] 實施例3
[0045] 短細鐵基粉末冶金摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量分數計）：鐵65%，錫 2%，石英石粉10%，三氧化二鋁8%，石墨粉15 %。成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基 準，所述成型劑的含量為0.4%總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模具以500MPa壓力，壓 制成直徑Φ 3_X長300mm細長桿狀，將各細長桿狀壓還，分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮 氣的條件下溫升ll〇〇°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫。
[0046] 在干燥的條件下，放置24小時以上;然后進行剪切、粉碎，采用8目的篩網，進行篩 選。
[0047] 復合摩擦材料的制備:材料基本配方（以質量百分數計）：腰果油改性酚醛樹脂(圣 泉PF6200A) 15 % ;短細粉末冶金摩擦材料50 % ;鈦酸鉀纖維10 % ;石英石粉5% ;片狀石墨 5 % ;長石粉5 % ;碳酸鈣5 % ;硫酸鋇5 %。
[0048] 將以上各材料在混料機中混合均勻。然后，將混合均勻粉料倒入模腔內，在150°C ; 壓力20MPa條件下;熱壓保溫時間15分鐘。
[0049] 后處理。根據后處理溫度160°C以上;保溫時間20h;機械加工，噴漆。
[0050]本材料的檢測結果見表1。
[00511 表1摩擦材料的摩擦磨損測試結果(根據國家標準(GB5763 - 2008))
[0052]
[0053]以上試驗數據采用D-MS型定速摩擦材料試驗機，根據國家標準GB5763-2008進行 測量，試驗用普通摩擦材料由東莞市奧利德耐磨材料有限公司提供。
[0054]通過以上的試驗測試結果表明：實施例1，2,3材料的摩擦系數都比普通車用復合 摩擦材料略有下降，100°C至350°C熱衰退系數分別為10%，4.7 %，8.8%而普通復合摩擦材 料的熱衰退系數為14.5 %，表明樹脂基粉末冶金摩擦材料高溫穩定性明顯提升。在200°C以 下，樹脂基粉末冶金復合摩擦材料，其磨損量比普通的復合摩擦材料減少了一些，而在較高 溫度條件下例如350°C時，實施例1和實施例3的樹脂基粉末冶金復合摩擦材料磨損量比普 通摩擦材料的磨損量減少了一半以上。實施例2的磨損量也比普通摩擦材料的磨損量減少 44.5%，提高了車用制動片的使用壽命。主要原因：
[0055] 1)樹脂基粉末冶金摩擦材料繼承了粉末冶金摩擦材料具有優良的散熱性和耐熱 性，具有較好的高溫耐磨特性。
[0056] 2)樹脂基粉末冶金摩擦材料繼承了樹脂基高分子材料表面硬度較低的特點，對對 偶材料的磨損也沒有明顯的增加。
[0057] 3)通過調整樹脂基內粉末冶金摩擦材料的組分可以較容易的控制材料的耐磨特 性。
[0058]本發明結合粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點和樹脂基復合摩擦材料韌性 好、硬度低的特點，所得車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料同時具有耐高溫、低磨耗、韌性 好、硬度低的特性，該材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎上，柔韌的樹脂 基體有利于吸收沖擊能，提高制動片的沖擊強度;有利于降低制動片的硬度，使之與對偶件 貼合良好本發明材料特別適用于大中型車輛以及城市軌道交通車輛的制動器摩擦材料，具 有非常廣泛的應用前景。
【主權項】
1. 車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 粉末冶金摩擦材料的制備:將基體材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成多根細 長桿，將各細長桿壓坯分隔開，裝入燒結爐中，在通入氮氣或氫氣的條件下溫升至900 -1100 °C，保溫2-5h，冷卻至室溫，得到粉末冶金摩擦材料;所述成型劑為煤油； 以質量百分比計，所述基體材料的原料配比組成為：基體組分55-70%，摩擦組分15-25 %，潤滑組分10- 25% ;以質量百分比計，所述基體組分由85-95 %主體金屬和5-15 %輔助 金屬組成;所述主體金屬為銅或鐵;所述輔助金屬為錫和鎳中的一種或兩種;摩擦組分為石 英石、三氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種;潤滑組分為石墨、MoS 2、CaF2、WS2、BN、Pl^PBi* 的兩種以上； 2) 剪切、粉碎和篩選:將步驟1)所得金屬基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，采用5-10目 的篩網，進行篩選； 3) 混料：以質量百分比計，將耐高溫改性樹脂10-20%、粉末冶金摩擦材料40-60%、增 強纖維10-20%、磨料5-15%、潤滑材料10-20 %和填料5-20 %共混均勻;所述耐高溫改性樹 脂為腰果油改性酚醛樹脂、丁腈橡膠改性酚醛樹脂和芳烴改性酚醛樹脂的一種或多種； 4) 樹脂基復合摩擦材料的生產制備：將步驟3)所得混合粉料稱重放入模具內，在140 °C -165 °C，8 - 20MPa壓力條件下，熱壓成型，保壓6 -15分鐘；卸壓出模； 5) 后處理:在150 °C -180 °C保溫8- 24h，冷卻至室溫，出爐； 6) 機械加工成樹脂基粉末冶金復合摩擦材料。2. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述成型劑用量為粉末冶金材料原料質量的〇. 1 . 5%。3. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述粉末冶金摩擦材料為銅基粉末冶金摩擦材料、鐵基粉末冶金摩擦材料的一種或多種。4. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述增強纖維為石棉纖維、蛭石纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳綸 纖維、碳纖維和聚丙烯腈纖維的一種或多種。5. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的一種或多種。6. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、鉛、鉍、銻、焦碳和滑 石粉的一種或多種。7. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或多種。8. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述倒入模具壓制的壓力為200_500MPa。9. 根據權利要求1所述的車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料的制備方法，其特征在于， 所述細長桿的直徑為2_4mm，長為200-300mm;步驟1)和步驟5)所述冷卻至室溫是隨爐冷卻 至室溫;所述機械加工成樹脂基粉末冶金復合摩擦材料后還包括噴漆。10. -種車用樹脂基粉末冶金復合摩擦材料，其特征在于，其由權利要求1-9任一項所 述的制備方法制得。
【文檔編號】C08K7/08GK105838023SQ201610156122
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】陳東
【申請人】華南理工大學