一种耐磨耐热刹车片用摩擦材料及其制备方法与流程

本发明涉及刹车片材料，具体涉及一种耐磨耐热刹车片用摩擦材料及其制备方法。

背景技术：

1、刹车片是乘用车、商用车及各类工程机械设备制动系统不可或缺的核心安全构件，其通过摩擦材料与制动对偶盘之间的摩擦接触产生制动力矩，以此实现车辆及设备的减速、驻车及紧急制动功能，制动工作性能直接决定整车行驶与设备作业的安全可靠性。在车辆重载运输、山区长下坡连续制动、工程机械频繁启停制动等高强度严苛服役工况下，刹车片摩擦材料长期经受高强度机械剪切摩擦、瞬时高温热冲击及交变载荷循环作用，服役环境恶劣。为此，摩擦材料需具备优异的高温热稳定性能、良好耐磨损耗特性、稳定摩擦系数、优异结构力学强度及优良抗热衰退性能，同时还需兼顾制动噪声低、对偶盘损伤小、服役使用寿命长等综合应用要求，通过各项关键性能协同匹配，保证制动系统在宽温度区间及复杂工况下制动响应稳定、制动效果持续可靠，有效规避制动失效、制动抖动等安全风险。

2、现有技术中，传统刹车片摩擦材料大多采用酚醛树脂作为粘结基体，复配常规无机矿物填料及单一纤维增强组分混炼压制制备而成，材料整体配方体系及结构设计较为常规，综合服役性能存在明显技术缺陷，难以适配高负荷、强制动的严苛使用场景。现有摩擦材料耐热耐受温度较低，在连续制动产生的高温工况条件下，树脂基体易发生热降解、碳化及结构失效，造成摩擦材料内部结合力下降、组织结构疏松，进而产生显著热衰退现象，导致摩擦系数大幅波动、制动效能明显衰减；同时，传统摩擦材料耐磨补强体系设计单一，高温工况下磨损率高，长期服役后损耗快、更换周期短，设备运维成本较高。此外，现有摩擦材料所添加的常规碳基填料及普通无机填料未经改性处理，与树脂基体界面结合相容性差、填料易团聚分散不均，摩擦接触界面难以形成连续致密且稳定的高温耐磨防护摩擦膜，不仅加剧摩擦材料自身磨损消耗，还易造成制动对偶盘异常磨损，并伴随制动噪声、制动抖动等使用缺陷，整体综合服役性能难以满足当前重载车辆及高端工程机械对刹车片摩擦材料的实际应用需求。

3、因此，如何进一步提高刹车片摩擦材料的耐磨耐热性能，成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐磨耐热刹车片用摩擦材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种耐磨耐热刹车片用摩擦材料，按重量份计，包括以下原料：酚醛树脂8-15份、碳纤维4-8份、陶瓷纤维3-6份、钢纤维2-4份、复合改性生物炭材料5-10份、蛭石粉2-4份、橡胶粉3-6份、滑石粉2-4份、钛酸钾晶须5-10份、碳酸钙3-8份、二硫化钼1-3份、氧化铝2-4份。

4、在本发明公开的技术方案中，所述复合改性生物炭材料的制备方法如下：

5、s1、制备磷酸活化生物炭

6、将生物炭浸入磷酸溶液中，加热搅拌处理，随后经过滤、洗涤、干燥，得到磷酸活化生物炭。

7、本步骤中，所选用的生物炭的粒径为200-400目。

8、本步骤中，生物炭和磷酸溶液的用量比为10g:80-120ml，其中磷酸溶液的质量分数为40-55%。

9、本步骤中，加热搅拌处理的温度为75-85℃，加热搅拌处理的时间为2-4h。

10、本步骤中，采用磷酸化活化处理的方式，相比传统的碱活化处理更具有针对性，所引入的磷酸根不仅能与la3+发生配位预吸附，定向引导lapo4在生物炭表面均匀原位成核，提高了无机负载层的结合强度。

11、s2、制备磷酸镧负载生物炭复合材料

12、将磷酸活化生物炭分散在去离子水和乙二醇的混合溶剂中，随后加镧盐和磷酸盐，水热反应，待反应结束后，经洗涤、干燥、煅烧，得到磷酸镧负载生物炭复合材料。

13、本步骤中，磷酸活化生物炭和混合溶剂的用量比为10g:150-250ml。

14、本步骤中，混合溶剂中去离子水和乙二醇的体积比为4-5:1。

15、本步骤中，镧盐和磷酸盐的摩尔比为1:1.05-1.2。

16、本步骤中，所述镧盐选自可溶于水的镧盐，例如可以选择硝酸镧或氯化镧。

17、本步骤中，所述磷酸盐选自可溶于水的磷酸盐，例如可以选择磷酸二氢铵或磷酸氢二钠。

18、本步骤中，镧盐和磷酸活化生物炭的质量比为0.15-0.3:1，例如可以选择0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

19、本步骤中，水热反应的温度为160-190℃，例如可以选择160℃、170℃、180℃、190℃；水热反应的时间为8-12h，例如可以选择8h、9h、10h、11h、12h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

20、本步骤中，通过将磷酸镧负载在生物炭上，利用lapo4自身高熔点及优异的高温相结构稳定性，在摩擦界面形成致密的硬质支撑骨架以抵抗磨损，赋予复合填料优异的减摩耐磨和高温结构稳定性能。

21、s3、制备环氧基接枝复合材料

22、将磷酸镧负载生物炭复合材料分散在乙醇水溶液中，调节溶液的ph为4-5，然后向其中加入硅烷偶联剂kh560，搅拌处理，随后经过滤、洗涤、干燥，得到环氧基接枝复合材料。

23、本步骤中，磷酸镧负载生物炭复合材料和乙醇水溶液的用量比为10g:150-200ml。

24、本步骤中，所选用的乙醇水溶液的体积比为3-4:1。

25、本步骤中，磷酸镧负载生物炭复合材料和硅烷偶联剂kh560的质量比为10:0.8-1.5，例如可以选择10:0.8、10:0.9、10:1、10:1.1、10:1.2、10:1.3、10:1.4、10:1.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

26、本步骤中，通过将环氧基团引入到复合填料表面，利于后续反应的进行。

27、s4、制备复合改性生物炭材料

28、将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶解在n-甲基吡咯烷酮中，然后向其中加入环氧基接枝复合材料和三乙胺，加热反应，待反应结束后，经过滤、洗涤、干燥，即得到复合改性生物炭材料。

29、本步骤中，环氧基接枝复合材料、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和三乙胺的质量比为10:2-4:0.8-1.5。

30、本步骤中，加热反应的温度为120-140℃，例如可以选择120℃、125℃、130℃、135℃、140℃；加热反应的时间为4-8h，例如可以选择4h、5h、6h、7h、8h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

31、本步骤中，通过将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑接枝在复合材料表面，凭借其苯并咪唑刚性杂环结构和高热稳定性，在填料颗粒与酚醛树脂基体之间构建高温稳定的共价键合界面层，显著提升两者的界面相容性与结合强度，从而有效防止高温重载工况下填料颗粒的界面剥离与脱出，进而提升摩擦材料的整体耐热性和耐磨性。

32、本发明还提供上述耐磨耐热刹车片用摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：按配方量将各组分均匀混合，得到混合原料，将所述混合原料置于模压腔中进行成型处理，然后进行热处理，即得到耐磨耐热刹车片用摩擦材料。

33、其中，成型处理的具体工艺为：在160-180℃、30-40mpa下压制6-8min，热压开始的3min内，期间排气5-6次。

34、热处理的具体工艺为：在170-190℃下保温4-6h。

35、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

36、（1）本发明采用酚醛树脂为粘结基体，复配碳纤维、陶瓷纤维、钢纤维与钛酸钾晶须构成多元补强体系，配合特制复合改性生物炭材料及矿物填料、润滑耐磨组分协同配伍，各组分性能互补、协同增效。其中，复合改性生物炭材料可在摩擦界面形成致密高温防护摩擦膜，有效提升材料耐热稳定性与高温抗热衰退能力，降低高温磨损率，延长服役使用寿命；二硫化钼与氧化铝协同调控摩擦系数，保证制动过程摩擦系数稳定，有效降低制动噪音与对偶盘磨损；本发明提供的摩擦材料具有耐磨耐热性能好的优势，适配重载车辆及工程机械高强度严苛制动工况使用需求。

37、（2）本发明采用磷酸化活化处理的方式，相比传统的碱活化处理更具有针对性，所引入的磷酸根不仅能与la3+发生配位预吸附，定向引导lapo4在生物炭表面均匀原位成核，提高了无机负载层的结合强度；本发明通过将磷酸镧负载在生物炭上，利用lapo4自身高熔点及优异的高温相结构稳定性，在摩擦界面形成致密的硬质支撑骨架以抵抗磨损，赋予复合填料优异的减摩耐磨和高温结构稳定性能。

38、（3）本发明通过将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑接枝在复合材料表面，凭借其苯并咪唑刚性杂环结构和超高热稳定性，在填料颗粒与酚醛树脂基体之间构建高温稳定的共价键合界面层，显著提升两者的界面相容性与结合强度，从而有效防止高温重载工况下填料颗粒的界面剥离与脱出，进而提升摩擦材料的整体耐热性和耐磨性。