一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料、其制备方法及应用。所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料包含树脂、丁腈橡胶、石墨烯、人造石墨、焦炭、二硫化钼、刚玉、芳纶、硫酸钙晶须、矿物纤维、钛酸钾、硫酸钡、蛭石、硅酸钙、氧化铁黑以及锌粉等等。本发明专利技术的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料不含钢棉、铜金属及其化合物，添加少量石墨烯，与其它组分合理搭配，就可以达到很好的摩擦稳定性、导热润滑性能和基体亲和性，使用过程中石墨烯与芳纶、锌粉产生摩擦协同作用，可以替代传统陶瓷刹车片中铜的作用，并易于在刹车盘表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜，提高无铜陶瓷刹车片的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，具体涉及一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料及其制备方法与应用，属于制动材料

技术介绍
随着汽车工业的发展，刹车片的开发朝着高速、安全、舒适和环保的方向发展，刹车片摩擦材料需要有显著的耐磨和耐热性能，和对对偶面的保护性，多数陶瓷刹车片配方中含有如石墨、铜、硫化锑等导热润滑性能的关键组份，然而，传统陶瓷刹车片使用中大量粉尘散布到环境中，造成对环境的污染，如铜对许多水生生物具有毒性，所以美国一些州颁布立法来强制要求逐步在刹车片中停用金属铜；法律规定，截止2021年，要大大限制使用含铜的材料，最终不得超过0.5％。在当今世界环境保护的重视下，无铜石墨烯陶瓷刹车片在未来的刹车片行业具有发展前景和庞大的市场竞争潜力。因此，如何对陶瓷刹车片配方进行优化，寻求一种摩擦性能优异、环境友好的新型刹车片摩擦材料，已然成为业界研究人员长期以来一直努力的方向。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料、其制备方法及应用，以克服现有刹车片中所存在的性能和环保问题。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂1～15wt％、丁腈橡胶0.5～10wt％、石墨烯0.1～5wt％、人造石墨1～10wt％、焦炭1～12wt％、二硫化钼0.5～8wt％、刚玉0.1～8wt％、芳纶0.1～8wt％、硫酸钙晶须1～15wt％、矿物纤维1～15wt％、钛酸钾5～20wt％、硫酸钡5～20wt％、蛭石2～10wt％、硅酸钙2～10wt％、氧化铁黑1～8wt％以及锌粉0.5～5wt％。在一些实施例中，所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂5～8wt％、丁腈橡胶0.5～4wt％、石墨烯0.5～2wt％、人造石墨4～8wt％、焦炭8～12wt％、二硫化钼1～5wt％、刚玉0.5～3wt％、芳纶1～5wt％、硫酸钙晶须8～12wt％、矿物纤维8～12wt％、钛酸钾12～18wt％、硫酸钡12～18wt％、蛭石5～8wt％、硅酸钙4～8wt％、氧化铁黑4～8wt％以及锌粉1～3wt％。本专利技术实施例还提供了前述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料于制备刹车片制品中的用途。本专利技术实施例还提供了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片，其包含前述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料。本专利技术实施例还提供了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片的制备方法，其包括：按照前述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料中的配比将各组分均匀混合，得到混合原料；对所述混合原料进行成型处理、热处理和固化处理，获得无铜石墨烯陶瓷刹车片。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)石墨烯具有优异的导热性能、润滑和保护性能，其与芳纶、锌粉协同摩擦，具有替代或减少铜的用量具有应用价值。本专利技术提供的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料不含钢棉、铜金属及其化合物，添加少量石墨烯，与其它组分合理搭配，就可以达到很好的摩擦稳定性、导热润滑性能和基体亲和性，使用过程中石墨烯与芳纶、锌粉产生摩擦协同作用，可以提高无铜陶瓷刹车片的综合性能，摩擦后可以在刹车盘表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜，由其制备的制动材料摩擦性能优异，对偶面磨损小，无噪音，无抖动，同时刹车片具有防腐蚀性能和保护对偶盘的作用。2)本专利技术提供了一种性能优异、安全性和可靠性高的无铜石墨烯陶瓷刹车片的配方和制备方法，该无铜石墨烯陶瓷刹车片除了具有环境友好的特点外，易于在摩擦刹车盘表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜，在不同制动压力、速度、温度下，摩擦系数变化稳定，在高温、高压、高速的工况下，使用具有优异的耐磨、耐热性能和机械强度，并且还具有耐热性好、对偶面磨损小、低噪音、无抖动、刹车舒适等性能，同时摩擦压力/速度特性稳定性、综合制动效能、噪音抖动性能、耐热耐磨性和对偶保护性都有较大的提高，是一种性能优异的环境友好新型刹车片制品。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其组份主要包括粘结剂、石墨烯、增强材料、增摩材料、减摩材料和填料等。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂1～15wt％、丁腈橡胶0.5～10wt％、石墨烯0.1～5wt％、人造石墨1～10wt％、焦炭1～12wt％、二硫化钼0.5～8wt％、刚玉0.1～8wt％、芳纶0.1～8wt％、硫酸钙晶须1～15wt％、矿物纤维1～15wt％、钛酸钾5～20wt％、硫酸钡5～20wt％、蛭石2～10wt％、硅酸钙2～10wt％、氧化铁黑1～8wt％以及锌粉0.5～5wt％。石墨烯具有优异的导热性能、润滑和保护性能，具有替代或减少铜和硫化物的用量具有应用价值。本专利技术提供的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料不含钢棉、铜金属及其化合物，添加少量石墨烯，与其它组分合理搭配，就可以达到很好的摩擦稳定性、导热润滑性能和基体亲和性，使用过程中石墨烯与芳纶、锌粉产生摩擦协同作用，可以提高无铜陶瓷刹车片的综合性能，摩擦后可以在刹车盘表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜，由其制备的制动材料摩擦性能优异，对偶面磨损小，无噪音，无抖动，同时刹车片具有防腐蚀性能和保护对偶盘的作用。其中，树脂和丁腈橡胶为粘结剂，人造石墨和二硫化钼为减摩材料，刚玉为增摩材料，石墨烯、芳纶、硫酸钙晶须、矿物纤维为增强材料，焦炭、钛酸钾、硫酸钡、蛭石、硅酸钙、氧化铁黑以及锌粉为填料。作为优选实施方案之一，所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂5～8wt％、丁腈橡胶0.5～4wt％、石墨烯0.5～2wt％、人造石墨4～8wt％、焦炭8～12wt％、二硫化钼1～5wt％、刚玉0.5～3wt％、芳纶1～5wt％、硫酸钙晶须8～12wt％、矿物纤维8～12wt％、钛酸钾12～18wt％、硫酸钡12～18wt％、蛭石5～8wt％、硅酸钙4～8wt％、氧化铁黑4～8wt％以及锌粉1～3wt％。作为最优选实施方案之一，所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂5～7wt％、丁腈橡胶1～3wt％、石墨烯0.5～1.5wt％、人造石墨5～7wt％、焦炭8～11wt％、二硫化钼2～4wt％、刚玉1～3wt％、芳纶2～4wt％、硫酸钙晶须9～11wt％、矿物纤维9～11wt％、钛酸钾12～16wt％、硫酸钡12～16wt％、蛭石6～8wt％、硅酸钙5～7wt％、氧化铁黑4～6wt％以及锌粉1～2.5wt％。进一步的，所述硅酸钙包括PROMAXON硅酸钙。进一步地，所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料不含金属铜或含铜化合物。进一步地，所述无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料不含钢棉。本专利技术实施例的另一个方面提供了前述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料于制备机动车辆刹车片制品中的用途。本专利技术实施例的另一个方面还提供了一种无铜石墨烯陶瓷刹车片，其包含前述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料。本专利技术实施例的另一个方面还提供了一种无铜石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其特征在于包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂1～15wt％、丁腈橡胶0.5～10wt％、人造石墨1～10wt％、二硫化钼0.5～8wt％、刚玉0.1～8wt％、石墨烯0.1～5wt％、芳纶0.1～8wt％、硫酸钙晶须1～15wt％、矿物纤维1～15wt％、焦炭1～12wt％、钛酸钾5～20wt％、硫酸钡5～20wt％、蛭石2～10wt％、硅酸钙2～10wt％、氧化铁黑1～8wt％以及锌粉0.5～5wt％。

【技术特征摘要】
1.一种无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其特征在于包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂1～15wt％、丁腈橡胶0.5～10wt％、人造石墨1～10wt％、二硫化钼0.5～8wt％、刚玉0.1～8wt％、石墨烯0.1～5wt％、芳纶0.1～8wt％、硫酸钙晶须1～15wt％、矿物纤维1～15wt％、焦炭1～12wt％、钛酸钾5～20wt％、硫酸钡5～20wt％、蛭石2～10wt％、硅酸钙2～10wt％、氧化铁黑1～8wt％以及锌粉0.5～5wt％。2.根据权利要求1所述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其特征在于包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂5～8wt％、丁腈橡胶0.5～4wt％、石墨烯0.5～2wt％、人造石墨4～8wt％、焦炭8～12wt％、二硫化钼1～5wt％、刚玉0.5～3wt％、芳纶1～5wt％、硫酸钙晶须8～12wt％、矿物纤维8～12wt％、钛酸钾12～18wt％、硫酸钡12～18wt％、蛭石5～8wt％、硅酸钙4～8wt％、氧化铁黑4～8wt％以及锌粉1～3wt％。3.根据权利要求2所述的无铜石墨烯陶瓷刹车片复合材料，其特征在于包含按照质量百分比计算的如下组分：树脂5～7wt％、丁腈橡胶1～3wt％、石墨烯0.5～1.5wt％、人造石墨5～7wt％、焦炭8～11wt％、二硫化钼2～4wt％、刚玉1～3wt％、芳纶2～4wt％、硫酸钙晶须9～11wt％、矿物纤维9～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江柯敏，苗利静，卢焕明，李勇，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33