[发明专利]一种晶须增强汽车制动复合摩擦材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种新型晶须增强复合摩擦材料，更具体涉及到作为汽车摩擦制动装置中的制动片材料及其制备方法。

背景技术

高性能制动复合材料及制品在航空、汽车、高速列车、摩托车等现代交通领域具有广泛用途。高速发展的汽车工业已成为我国经济发展的一个最具潜力和活力的支柱产业。据中国汽车工业协会预测，到2010年，全国汽车产量在800万～1000万辆之间；到2020年，国内汽车需求量及产量在1400万～1800万辆之间；可能超过美国，成为全球第一大汽车生产国。随着汽车拥有量激增，初次装配和定期维护更换均为制动材料提供极大市场空间。因此，研制高性能制动材料具有重要的意义和广阔的应用市场。汽车的高速发展和产品的快速更新，其安全、舒适和环保性能不断提高。基于目前国内外差距较大的现状，高性能刹车部件作为汽车安全关键零部件列入国家发改委、科技部发布的“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2004年度)”，可见开发高性能汽车用制动器衬片非常迫切。

制动片是汽车制动系统中通过制动片与制动盘的摩擦将动能转化为热能的关键部件，制动摩擦热引起摩擦副温升，严重影响制动材料的摩擦学性能。我国现有生产的汽车制动材料许多仍以石棉式、低性能刹车片为主，在制动时易出现摩擦性能热衰退，尤其长距离下坡的持续刹车，出现制动性能衰退而发生严重事故，给社会造成极大伤害。随着汽车技术的高速发展，高速重载下制动产生的摩擦热越来越大，对制动材料摩擦学性能提出更高要求，要求耐磨、低噪声、无污染等同时，对显著影响制动安全的摩擦稳定性和抗热衰退性，更要求在广泛的温度范围内及速度、压力与环境改变的情况下摩擦系数达到要求并保持稳定。

传统的石棉制动材料，由于摩擦过程石棉受热分解产生热衰退以及石棉毒害性而被许多国家严格限制生产和使用。其后出现的半金属制动片，因金属易锈蚀、高发热以及造价高、摩擦噪声等缺点，并未能完全取代石棉式制动材料。目前出现的许多混杂纤维增强制动摩擦材料，因其性能调控余地大、工艺简单、原材料获取方便而受到肯定。像钢纤维、玻璃纤维、凯夫拉(Kevlar)纤维、碳纤维、铜纤维、钛酸钾纤维、云母纤维、硅酸铝纤维、尼龙纤维等新纤维，为广泛开展混杂纤维摩擦材料的研究提供了原料选择余地。现在市面上比较畅销的国外产品主要有日本和德国产品牌产品，性能比石棉式刹车制动片优良，但这些混杂纤维摩擦材料价格较贵，摩擦系数也不够稳定，有些纤维对对偶件攻击性较强。因此寻求新型的增强纤维，改善性能；寻找适宜的矿物原料作为添加剂和填料，使其发挥缓冲减振、改变热传导、降低成本等作用；成为混杂纤维制动摩擦材料的进一步开发应用的关键。

近年来，晶须增强复合材料已成为复合材料研究领域内极为活跃的一个方面，晶须增强复合材料表现出来的优异性能也大大地推动了各种晶须的研制和开发，现已开发出了一百多种不同的晶须。晶须有金属晶须、无机晶须和聚合物晶须。无机晶须又包括陶瓷质晶须、无机盐晶须等。但大部分高品质晶须价格昂贵，极大限制了它们的应用。以钙、镁盐为代表的低成本的无机盐晶须合成以及增强树脂的研究逐渐增多。无机盐晶须作为一种新型的增强材料，具有十分优异的物理力学性能，还有阻燃、防腐、绝缘、减振、吸波等许多特殊的功能，制成各种耐热、耐腐蚀、高强度的新型复合材料。同时，无机盐本身是土壤、海湖盐的成分，与自然环境协调性好，从生物分解性和环境安全性方面，无机盐晶须与玻纤相比危害要小得多。和其它晶须相比，生产成本大幅度降低(价格仅为碳化硅晶须的1/300-1/200)，在聚合物改性中具有更高的性价比，极具发展前途。碱式硫酸镁(镁盐)晶须是无机盐晶须的一种典型代表，是一种廉价易得的新型高性能的阻燃、增强纤维，在一些通用塑料的力学性能增强改性中得到研究应用。目前关于碱式硫酸镁晶须在摩擦材料尤其汽车制动材料方面的研究和应用还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶须增强汽车制动复合摩擦材料及其制备方法，利用价格极为低廉的碱式硫酸镁晶须[分子式为MgSO₄·5MgO·8H₂O]增强酚醛树脂，并选用叶腊石[分子式为Al₄[Si₈O₂₀](OH)₄]作为混杂纤维制动摩擦材料的填料，再配以适当的增摩、抗磨剂，发挥基体、晶须、填料之间的协同耦合作用，从而获得耐热性好，摩擦系数适中，磨损率小，抗热衰退性高，制动效果好，成本低的新型汽车制动复合材料。