[发明专利]一种重型卡车刹车片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及重型汽车制动用刹车片技术领域，具体涉及一种重型卡车刹车片及其制备方法。

背景技术

随着汽车向重载化和高速化发展，人们对汽车的摩擦制动材料的性能要求越来越高。重型载重卡车的特点是高负荷、大运量、起步频繁、低速下坡时频繁刹车、高速行驶时紧急刹车，属刹车系统中的“高技术含量”产品。载重卡车运输工作条件苛刻，目前应用的重型卡车刹车片在上述条件下易产生断裂或表面龟裂，急需高强度刹车片，以满足重型汽车刹车片的需要。

刹车片属于复合材料，其性能直接受其组分的性能、含量、配比、几何尺寸等因素影响。特别是增强纤维，粘结剂等主要成分与摩擦材料的性能关系最为密切。从使用棉线作为增强纤维的第一片制动摩擦片诞生，到石棉制动摩擦片、半金属摩擦材料，再到NAO摩擦材料，高性能的碳纤维增强摩擦材料，都是伴随着新型增强材料的研发和应用。而载重车刹车片研制的重点是使增强纤维充分发挥增强骨架作用，减少刹车片加工及使用过程中的裂缝、龟裂现象。

荨麻是主产于中国北方的野生天然纤维，属于麻类纤维的一种。荨麻纤维中间粗，两头细，呈哑铃型，其木质素含量高，具有纤维刚性大、断裂强度高、断裂伸长小、初始模量大等特点。以天然荨麻纤维作为增强纤维制备摩擦材料，可以有效提高刹车片的韧性，延长刹车盘的使用寿命，不产生或少产生有害的摩擦粉尘，符合现代环保要求，代表目前摩擦材料的发展方向。此外，我国十二五规划将开发利用再生生物质资源放到国家发展战略的优先地位，开发荨麻可以充分利用天然绿色资源、发展生物质产业，符合当前国家政策。

碳纤维具有比强度高、比模量高等优点，抗拉强度是是钢的7～9倍，在航空航天领域已得到广泛应用。但是，碳纤维作为摩擦材料的增强体主要存在三方面问题：一是原材料价格高；二是碳纤维比较脆、失效应变低、抗冲击性能差；三是碳纤维表面活性低，比表面积小，与基体树脂相容性差。如果将碳纤维与天然荨麻纤维混杂使用，可以使两种纤维的特性得到复合、优化、互补，从而改善摩擦材料的性能。

三维编织技术是自20世纪末发展起来的一种新型高性能复合材料制备技术，发展它的目的是为了解决传统复合材料很难用于制作主承力的结构件和高功能制件的缺点。而普通的纤维增强刹车片是典型的脆性基体复合材料，其界面是材料内部的薄弱环节，纤维与基体、填料的界面结构和性能极大地影响着材料的机械性能。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有重型卡车刹车片的缺点而提供的一种强度高、韧性好的一种重型卡车刹车片。一方面，采用仿生结构设计，将荨麻纤维和碳纤维混纺制备竹节纱，同时利用荨麻纤维的哑铃状结构，端部球可以使纤维在刹车片中的轴向应力分布均匀化，同时降低界面剪切力；另一方面，采用三维编织技术将竹节纱纺制成三维立体结构，改善了力的传递，使复合材料性能较少依赖界面，显著提升刹车片的冲击韧性和抵抗裂纹扩展的能力，使得材料的强度和冲击韧性大大提高。

其优点是竹节纱可显著改善纤维的增强效果，使复合材料的性能较少的依赖界面强度，其拉伸强度达到普通刹车片的5～8倍，弯曲强度是普通刹车片的1.5倍；采用竹节纱制备的三维编织复合材料作为增强骨架，其作用类似于建筑物中的螺纹钢结构框架，可以提高刹车片的强度和韧性，有效减少刹车片使用过程中的龟裂现象，满足重型卡车刹车制动所必需的性能要求。

本发明的第二个目的是充分利用现有的天然荨麻纤维，制备一种金属含量低，制动时磨损率小、振颤较小，制动过程中无噪音，不产生有害气体和粉末，对环境友好的载重卡车刹车片的制备方法。

本发明的实现方法如下：

为实现本发明的第一个目的，本发明采用三维编织复合材料作为增强骨架，首先将天然荨麻纤维与碳纤维混纺制备竹节纱，采用三维编织机编制成预成型体，再采用模塑工艺注入树脂、填料和摩擦性能调节剂等，最后利用挤压铸造工艺固化形成高性能的重型卡车刹车片。

为实现本发明的第二个目的，一种重型卡车刹车片的主要组分如下：荨麻纤维，碳纤维，芳纶原纤，聚酰亚胺改性环氧树脂，硅烷偶联剂，超细氧化铁粉，氧化锆-氧化镁，鳞片石墨，柔性焦粉，软质超细碳酸钙，空心微球粉，蛭石，硫酸钙晶须，重晶石粉。

具体工艺流程如下：

1、荨麻纤维预处理：荨麻使用前要经过化学方法和超声波联合预处理：将荨麻纤维浸泡于质量分数为5％的NaOH溶液中，煮沸处理3h，再放置到超声波发生器中，频率为28kHz，功率2000W，每次处理200g，温度控制范围50～60℃，然后将分离成单根纤维的荨麻用去离子水冲洗呈中性，烘干备用。