一种低磨损低噪刹车片用复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及刹车片材料，具体涉及一种低磨损低噪刹车片用复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、刹车片作为汽车制动系统的核心执行部件，其性能直接决定车辆制动的安全性、稳定性与舒适性，是保障车辆行驶安全的关键核心部件。刹车片在制动卡钳活塞的作用下与高速旋转的制动盘紧密贴合，通过摩擦作用将车辆行驶过程中的动能转化为热能并散发，进而实现车辆的减速或驻车，其工作性能直接影响制动距离、制动平稳性以及整车的nvh（噪声、振动与声振粗糙度）性能，广泛应用于乘用车、商用车等各类机动车领域，对车辆行驶安全具有不可替代的保障作用。

2、目前，刹车片用复合材料主要包括非石棉有机（nao）材料、低金属材料、半金属材料及陶瓷基复合材料等，其通常以树脂为基体相，搭配纤维增强体及各类功能填料复合制备而成，但现有刹车片用材料在耐磨性能与降噪性能的协同优化上仍存在明显不足。在耐磨性能方面，多数常规复合材料在长期制动工况下，尤其是在高温、高负荷制动工况下，易发生树脂基体碳化、纤维增强体脱落等现象，导致摩擦材料磨损速率过快，不仅缩短刹车片的服役寿命，还可能因磨损不均引发制动抖动，影响制动稳定性；部分非石棉有机复合材料虽具备优异的环保性能，但耐磨性能欠佳，无法适配重型商用车等高温、高负荷使用场景，而半金属、低金属复合材料虽耐热性能较好，却存在对制动盘产生异常磨损的问题。在降噪性能方面，现有复合材料普遍存在摩擦系数不稳定、动静摩擦系数差值过大的缺陷，易引发粘滞-滑动现象，进而产生groan（呻吟声）等制动噪声，其中低金属和半金属复合材料因摩擦系数偏高且差值较大，噪声问题更为突出。

3、因此，如何提高刹车片材料的耐磨性与降噪功能，是当前刹车片复合材料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低磨损低噪刹车片用复合材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种低磨损低噪刹车片用复合材料，按重量份计，包括以下原料：腰果油改性酚醛树脂10-15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4-8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2-4份、鳞片石墨2-3份、氧化铝3-6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、制备氨基接枝复合材料

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kh550，搅拌处理，随后经过滤、洗涤、干燥，得到氨基接枝复合材料。

23、本步骤中，磷酸镧负载生物炭复合材料和硅烷偶联剂kh550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。

24、本步骤中，通过将氨基基团引入到复合填料表面，利于后续反应的进行。

25、s4、制备复合改性生物炭材料

26、将氨基接枝复合材料分散在n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入端羧基丁腈橡胶、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，在氮气保护下加热搅拌反应，待反应结束后，经过滤、洗涤、干燥，得到复合改性生物炭材料。

27、本步骤中，氨基接枝复合材料、端羧基丁腈橡胶、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的质量比为10:2-4:0.8-1.5:0.1-0.2。

28、本步骤中，加热搅拌反应的温度为60-80℃，例如可以选择60℃、65℃、70℃、75℃、80℃；加热搅拌反应的时间为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。

29、本步骤中，通过酰胺化反应将端羧基丁腈橡胶接枝到氨基功能化复合填料表面，构建一层柔性的粘弹性阻尼包覆层，通过吸收和耗散摩擦过程中的振动能量来降低制动噪音，同时缓冲界面的机械冲击以协同提升材料的耐磨性。

30、本发明还提供上述低磨损低噪刹车片用复合材料的制备方法，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，即得到低磨损低噪刹车片用复合材料。

31、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。

32、热处理的具体工艺为：在170-190℃下保温4-6h。

33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

34、（1）本发明提供的刹车片用复合材料，腰果油改性酚醛树脂作为基体相，保障材料成型性与粘结稳定性；碳纤维、陶瓷纤维、钢纤维与钛酸钾晶须协同增强，搭配氧化铝提升材料硬度与耐磨性，减少制动过程中的磨损损耗；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，降低高温磨损率，其表面的丁腈橡胶接枝层提供粘弹性耗散，配合橡胶粉的阻尼降噪效果，极大抑制了制动噪声产生；此外，二硫化钼与鳞片石墨作为固体润滑剂，与滑石粉、蛭石粉协同改善摩擦界面的润滑状态，防止高温下对偶件的过度擦伤，碳酸钙则作为硬度调节剂稳定摩擦系数；本发明通过各组分共同作用，使复合材料兼具优异的耐磨性能与降噪性能，延长刹车片服役寿命，提升制动稳定性与舒适性，适配各类机动车制动需求。

35、（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。

36、（3）本发明通过酰胺化反应将端羧基丁腈橡胶接枝到氨基功能化复合填料表面，构建一层柔性的粘弹性阻尼包覆层，通过吸收和耗散摩擦过程中的振动能量来降低制动噪音，同时缓冲界面的机械冲击以协同提升材料的耐磨性。