[发明专利]用于刹车片的耐高温地质聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于新材料技术领域，具体涉及用于刹车片的耐高温地质聚合物基复合材料及其制备方法。本发明公开了用于刹车片的耐高温地质聚合物基复合材料，包括地质聚合物原料、碱激发剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、抗氧化剂；地质聚合物原料为偏高岭土、矿渣和粉煤灰中的一种或多种，碱激发剂为硅酸钠与氢氧化钠的混合液，增强纤维为碳纤维、碳纤维毡和玄武岩纤维中的一种或多种，摩擦性能调节剂为墨粉、二硫化钼和碳化硅中的一种或多种，抗氧化剂为氧化铝。它能够使纤维组成的骨架材料可进行空间结构设计，具有较好的增强效果；氧化铝溶胶包覆在碳毡纤维丝表面提高碳纤维抗氧化性；明制备的材料具有耐高温性，摩擦系数不随摩擦表面温度发生变化。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及用于刹车片的耐高温地质聚合物基复合材料及其 制备方法。

背景技术

制动摩擦材料根据基体不同可分为树脂基、粉末冶金(金属基)、C/C复合(碳基)、陶瓷基等几类；

树脂基刹车片采用树脂作黏结剂，无机、有机和金属纤维等材料作增强剂，以非金属粉末作为摩擦性能调 节剂，混合后压缩成型，制备工艺简单，经济实用，其性能能满足一般使用要求。为了散热和增强，一般加入钢纤维、铜纤 维或碳纤维等，但金属纤维与金属制动盘在摩擦发热时易产生焊附黏着，含量大会使制动盘的磨损加剧；而碳纤维非常 微细(仅7μm)、经真空高温处理，表面惰性大，在树脂中很难均匀分散，故常采用5mm以内的短切碳纤维， 添加量一般在3％以内。加入硅灰石、氧化铝、长石、矾土等可提高耐高温性，加入石墨、MoS₂、BaSO₄等固体润滑剂 既可提高刹车片的耐高温性，也可稳定摩擦系数，降低磨损率。黏结剂常用酚醛树脂，但在紧急及长距离制动时， 摩擦产生的高温易使酚醛树脂软化分解，在对偶件接触界面处发生诸如氧化、高温分解、颗粒化、爆裂融化、蒸发 和升华等一系列物理化学变化，导致刹车片磨损过快，摩擦系数随摩擦温度升高易降低，刹车性能显著下降，要 求摩擦表面温度不应高于250℃。

粉末冶金刹车片(金属陶瓷)采用铜粉、铁粉等为基体组元，石墨、MoS₂、BaSO₄、FeSO₄等为润滑组元，Al₂O₃、 SiO₂、Cr₂O₃、SiC、莫来石等陶瓷粉末为摩擦组元热压烧结生产。优点是：导热性好、耐高温，摩擦系数高且随摩 擦温度升高变化小，磨损小，寿命长等。缺点是：制造成本高，制动噪音大，易氧化，易与对偶件产生黏着，对偶 件擦伤和磨损大，材料脆性大，密度高等。为改善强度，常加入Ni、Cr、Sn、Al等金属形成固溶强化，或用 钢纤维、碳纤维、三维网络SiC、三维网络铁骨架等强化基体，或用纳米SiO₂、SiC、Ni/石墨烯来增强。其常应用于 飞机、坦克、高铁等特殊场合。

C/C复合摩擦材料是伴随航空用摩擦材料的高标准要求出现的。碳纤维具有强度大、模量高、密度低、导热 好、耐热、耐摩擦等优点，以其织成的三维碳毡(3D-CFF)、纤维呈三维网状分布，紧密性更高。起初采用气相沉 积和液相沉积碳制备得到，但在使用中，碳在较高温度下(＞450℃)易氧化分解，使用寿命缩短，另外摩擦系数 也较低。故在此基础上又发展了碳陶刹车盘(C/C-SiC复合刹车片)，其以碳毡为坯料，通过气相沉积法、先 驱体浸渗热解法、液相硅浸渍法、温压-原位反应法等引入SiC制得。其具有密度低，热强度高，抗热衰退， 耐磨性好，抗氧化，能载水平高，热容量高，摩擦系数稳定适中，耐腐蚀等优异的摩擦性能，但其制备对设备要求较 高，工艺复杂、制备周期长，成本高，对碳纤维的损伤较大，技术还欠完善，仅限于飞机以及一些高档轿车、跑车上应用。