[发明专利]一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料

说明书

本发明公开了一种利用粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜树脂基制动材料，由以下重量份数的原料制成：粉煤灰空心微珠10～20份、腰果壳油改性酚醛树脂10～20份、椰壳纤维5～10份、氧化铝10~20份、石墨3份、橡胶粉5份、硫酸钡粉末22～47份。本发明利用粉煤灰空心微珠替代制动材料中对环境有害而且成本较高的铜，提高制动材料摩擦性能的同时有效降低制动材料的成本。该制动材料不含铜、铅、锌、锑等重金属组分，具有出色的摩擦磨损性能，解决了无铜制动材料高温摩擦学性能不佳的问题。

技术领域

本发明涉及制动材料领域，特别将粉煤灰空心微珠应用到制动材料中，制备了一种高性能、无铜的环境友好型制动材料。

背景技术

人们在粉煤灰利用的研究中，发现在火电站的粉煤灰中含有50~80%的空心玻璃微珠，其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，经高温烧制而成，直径在5~1000微米之间，是一种松散、流动性好的无机非金属粉体材料。空心微珠具有隔音性、隔热性，密度小，耐高温，耐磨并且抗压强度高。可作为保温涂料、胶粘剂、工程塑料、改性橡胶、电器绝缘件中、玻璃钢等产品的优质填料。

随着全球工业的快速发展以及人们环保意识的增强，对制动材料（刹车片）的要求也日益提高，不仅要求其安全和舒适，而且要求其环保，对高性能摩擦材料的需求也更为迫切。然而，近年来人们发现制动材料在使用过程中形成的颗粒中含有一定的重金属元素，如铜、铅、锌、锑等，粒径小于10μm的颗粒物可以被人体吸入，从而引发疾病，威胁人类和动植物的健康。相关研究表明，制动产生的含铜磨屑是公路雨主要水径流中铜的来源之一，铜因其神经行为毒性可导致水生生物快速死亡。制动产生的有害颗粒物已经成为了一个日益严重的环境问题。2014年美国华盛顿州首先通过法案限制铜粉及其它有害物质在制动材料中的使用，要求2021年制动材料中的铜含量低于5wt%，2023年低于0.5wt%，世界各国也逐步开始限制铜在制动材料中的使用。因此，寻求铜在制动材料中的替代材料已成为目前摩擦材料行业迫在眉睫的研究课题。

树脂基摩擦材料具有成本低、生产工艺简单、适用面广、性能调节容易等优点，是目前应用最为广泛的汽车制动材料。而铜具有优良的导热性能，对树脂基制动材料的高温摩擦学性能起着至关重要的作用。如铜具有优良的导热性能，可有效传导摩擦表面的高温，使制动材料的抗热衰退性能得以提高；铜可起到高温固体润滑的作用，降低制动噪音等。如专利CN112745802A、CN107461436A中，分别用单层热改性合成石墨和铝纤维配合其它成分来替代铜粉，试图将制动过程中的摩擦热迅速传导出去，减小热衰退现象的产生；专利CN109929511B通过添加人造石墨、铝合金纤维等来降低摩擦材料磨损率；专利CN109931350A利用制动过程中石墨烯与芳纶、锌粉产生摩擦协同作用，在表面形成石墨烯增强的摩擦转移膜从而达到替代铜的作用，提高了材料的耐磨性。上述研究所获得的无铜制动材料的高温摩擦性能均不及含铜材料。

如上所述，火电厂废料——粉煤灰空心微珠的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，经高温烧制而成，具有隔音性、隔热性，密度小，耐高温，耐磨等特点。将其用于制备树脂基制动材料，不仅可实现粉煤灰空心微珠的高附加值再利用，还能实现制动材料的无铜化，这对我国制动材料产业的绿色可持续发展具有重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本专利运用了粉煤灰空心微珠作为制动材料的功能填料，替代铜粉在制动材料所起的作用，通过研究粉煤灰空心微珠含量及其与树脂、增强纤维间的交互作用，制备一种高性能、无铜的环境友好型制动材料，具有出色的摩擦磨损性能，摩擦系数为0.55~0.65，350℃高温的摩擦系数比低温摩擦系数（100℃）更高，解决了无铜制动材料高温摩擦学性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种由粉煤灰空心微珠制备的高性能无铜制动材料，包括以下组分：粉煤灰空心微珠、腰果壳油改性酚醛树脂、椰壳纤维、氧化铝、石墨、橡胶粉、硫酸钡。