[發明專利]具有多孔結構的碳纖維剎車片材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810253177.0
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108662050A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 史曉亮;陳遠;鄧驍斌;閆昭;盧冠辰;劉錫堯;黃玉春
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;C09K3/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了具有多孔結構的碳纖維剎車片材料及其制備方法，以碳纖維?碳納米管（CF?CNTs）復合纖維和填料為基體，以腰果油改性酚醛樹脂為粘合劑，通過添加造孔劑獲得多孔結構，采用干熱壓成型技術制備碳纖維剎車片材料。該具有多孔結構的碳纖維剎車片材料具有配方簡單，密度低，制動噪音小，散熱性能優良，強度和耐磨性較好等優點；此外，剎車片的孔隙結構能夠容納一定的磨屑，減小了磨屑對剎車盤或剎車鼓造成的損傷。

技術領域

本發明涉及一種具有多孔結構的碳纖維剎車片材料及其制備方法，屬于汽車工業領域。

背景技術

汽車日益成為人們生活日常出行的代步工具，其制動性能得到人們的廣泛關注。汽車在緊急制動過程中，剎車片與剎車盤/剎車鼓之間劇烈摩擦，不僅會產生大量的熱和磨屑，而且會發出刺耳的噪音。一旦產生的熱量不能及時散失，將會導致剎車片局部炭化，降低剎車片的制動性能，影響行駛安全(鮑向明.汽車剎車片產生制動噪音的原因分析[J].城市建設理論研究:電子版,2013(24).)。此外，在接觸應力作用下，由于材料容易疲勞而產生裂紋，在制動過程中高速震動將會造成剎車片材料剝落(高鳴,陳躍,張永振,等.制動條件對動車進口剎車片制動性能的影響[J].熱加工工藝,2011,40(8):41-42.)，產生的磨屑會進一步對剎車片/剎車鼓表面造成損傷。

碳纖維作為一種具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕等優異性能的新型非金屬材料，被廣泛應用于汽車工業領域，其制作成的碳纖維剎車片具有密度低、制動性好、耐磨性好、制動噪音低等優點(李建利,張元,張新元.碳纖維復合材料剎車片的發展及應用前景[J].材料開發與應用,2012,27(2):107-111.)。然而現有的碳纖維復合材料剎車片仍存在一些局限性，首先直接將碳纖維和基體樹脂結合，樹脂和碳纖維之間很難形成穩定牢固的結合界面，當碳纖維樹脂基復合材料承受較大的剪切作用力時，作為增強相的碳纖維不能有效地傳遞載荷、阻止裂紋擴張，從而影響復合材料的強度和耐磨性；其次，現有的碳纖維復合材料剎車片在高速緊急制動時，瞬間溫度可能達到500℃，而碳纖維在空氣中超過400℃時會發生碳化，具體表現為摩擦系數和磨損率波動較大，從而影響制動效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供具有多孔結構的碳纖維剎車片材料及其制備方法，通過添加造孔劑形成多孔結構來改善剎車片的散熱和降噪功能，通過在碳纖維(CF)表面生長碳納米管(CNTs)形成碳纖維-碳納米管(CF-CNTs)復合纖維來改善碳纖維與樹脂的結合性，結合干熱壓成型工藝進一步增強剎車片的強度和耐磨性。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

具有多孔結構的碳纖維剎車片材料，它是以CF-CNTs復合纖維和填料為基體，腰果油改性酚醛樹脂為粘合劑，通過添加造孔劑并采用干熱壓成型工藝制備得到多孔結構的碳纖維剎車片材料；其中，填料包括石墨、氧化鈦、氧化鋁、鐵、丁腈橡膠、三硫化二銻、硫酸鋇、云母、蛭石。

按上述方案，所述粘合劑和基體中各組成成分及質量百分比為：CF-CNTs復合纖維(15-30％)；腰果油改性酚醛樹脂粉末(8-15％)；填料：石墨粉(4-7％)、氧化鈦粉末(0.5-3％)、氧化鋁粉末(1.2-4％)、鐵粉(2-3.4％)、丁腈橡膠粉(12-18％)、三硫化二銻(5-9％)、硫酸鋇(13-19％)、云母(5-7％)、蛭石(3-8％)。

按上述方案，所述造孔劑的質量百分數為粘合劑和基體總質量的15-20％。

按上述方案，所述造孔劑主要選用碳酸銨，其粒徑為10-100μm。

按上述方案，所述的CF-CNTs復合纖維的制備方法為：CF首先依次進行除膠、酸法表面改性處理以及催化劑加載，然后再采用微波等離子體化學氣相沉積法(MPCVD)在CF表面生長CNTs，從而得到CF-CNTs復合纖維。具體過程為：