專利名稱：一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料原紙及摩擦片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紙基摩擦材料原紙及其摩擦片的制作方法，特別涉及一種可在剎 車和離合器中工作的高性能紙基摩擦材料以及利用這種材料制作摩擦片的方法。
背景技術(shù)：
紙基摩擦材料是指利用濕法造紙工藝生產(chǎn)均質(zhì)多物料原紙，然后通過模切、浸漬、 疊合熱壓成型的方法制備摩擦片，廣泛應(yīng)用于工程機械、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、重型汽車、轎 車和船舶等機械的離合和制動系統(tǒng)中用以傳遞扭矩、減速和制動。在中國，以往的摩擦材料廣泛采用干法粉末冶金模壓制造摩擦片。其優(yōu)點是一次 成型，物料組成中可以充分的利用粉體摩擦原料，摩擦片的生產(chǎn)成本低廉；其缺點是摩擦材 料的孔隙結(jié)構(gòu)得不到控制，影響摩擦性能的壓縮回彈不能調(diào)節(jié)，摩擦系數(shù)低，動/靜摩擦差 異大。而引進傳統(tǒng)意義上的紙基摩擦材料，其主要采用用石棉作為增強纖維基體，利用石棉 纖維高抗張強度、高撓性、耐化學(xué)和熱侵蝕以及其價格低廉；但是石棉纖維能引起石棉肺、 胸膜間皮瘤等疾病。同時，隨著現(xiàn)代機械向著高速、重載的方向發(fā)展，對耐熱性好、壽命長的 高級紙基摩擦材料的需求，人們對無石棉紙基摩擦材料進行了研究和開發(fā)。紙基摩擦材料的研究，國外主要集中在增強纖維、填料和調(diào)節(jié)劑、粘結(jié)劑，工藝 上進行了研究，例如纖維的采用上美國專利552966中使用的是的5-35%芳綸纖維和 15-55%的棉纖維；美國專利6331358中介紹使用25%的纖維素纖維和15%的聚酰胺纖維； 美國專利5989390中使用纖維索纖維、碳纖維和Novoloid纖維(一種芳綸纖維)。粘結(jié)劑 的使用上美國專利5529666中采用了 30-15%的Novolac樹脂(一種酚醛樹脂)和30-10% 的硅酮樹脂；美國專利6331358和美國專利6182804中也使用了酚醛樹脂和硅酮樹脂。填 料和調(diào)節(jié)劑上美國專利4256801加入了 20-30%的層片狀石墨。工藝上美國專利6060536 介紹了用造紙機分別制造基層與摩擦層并合成紙基摩擦材料的方法。中國專利03114475. 6公開了一種碳纖維增強紙基摩擦材料及其制備方法，該方 法的主要特點是通過邊角料的回收利用，使生產(chǎn)成本降低。中國專利040073261. 2雙層紙 基摩擦材料及摩擦片制作方法采用分別制造基層與摩擦層并合成紙基摩擦材料的方法，同 時還回收利用邊角料。通過對以上專利的研究可以看到紙基摩擦材料的應(yīng)用中，對原材料的研究和邊 角料的回收應(yīng)用都做得可行了，問題的關(guān)鍵是紙基摩擦材料的摩擦性能是由原料和工藝共 同影響的。例如紙基摩擦材料的抄造原紙的勻度、孔隙結(jié)構(gòu)；浸漬工藝后摩擦材料摩擦片 的壓縮回彈性能等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，此系列 摩擦材料具有優(yōu)良的摩擦性能，良好的導(dǎo)油、導(dǎo)熱和耐高溫性能，高強的耐磨性能，可以用 于高級汽車與建筑和礦場重載汽車的離合器和制動系統(tǒng)中。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案組份的重量百分比例
基體采用碳纖維7-15%、短切芳綸纖維5-10%、芳綸漿粕5-10%和竹纖維漿 9-30% ；摩擦劑采用硅藻土 10-20%和腰果殼粉8-12% ；摩擦性能調(diào)節(jié)劑采用橡膠顆粒2-4%、碳酸鈣5-10%和片狀石墨10-15% ；成形黏結(jié)劑采用氟橡膠1_2%、硅酮樹脂3-15%和酚醛樹脂3-15%。一種采用權(quán)利要求1所述的高性能環(huán)保紙基摩擦材料制作摩擦材料原紙的方法，(1)先將竹纖維打漿，打漿濃度為1_4%，打漿度為25-50SR，再將碳纖維、短 切芳綸纖維和芳綸漿粕在聚氧乙烯PEO和苯磺酸鈉混合液中分散均勻，其質(zhì)量濃度 為0. 05-0. 的苯磺酸鈉、質(zhì)量濃度為0. 05-0. 聚氧乙烯ΡΕ0，再加入質(zhì)量濃度為 0.01-0. 05%聚丙烯酞胺；(2)按常規(guī)造紙工藝抄造后，通過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓 力 0. 2-0. 4MPa,時間 l_3min ；(3)干燥工藝真空度 0. 06-0. 08MPa，溫度 90_150°C，時間 10_30min。一種采用上述所述制作的摩擦材料原紙制作摩擦片的方法，(1)將上述得到的原紙板沖裁成環(huán)片，然后將環(huán)片浸漬首先浸漬在固體含量 20-30%氟橡膠溶液中15-25min，然后將環(huán)片放入固體含量為40-50%的酚醛樹脂和固體 含量為25-40%酚醛樹脂和硅酮樹脂的混合溶液中浸漬，浸漬時間30-40分鐘，然后干燥；(2)固化熱處理后就制得摩擦環(huán)片，其熱處理的工藝溫度160士5°C，時間3_4h， 通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0. 5-1.8MPa，溫度160士5°C，時間 10_15min。本發(fā)明中原紙的抄造主要采用苯磺酸鈉做表面活性劑，聚氧乙烯為分散劑可以使 疏水性的多物料形成分散均勻的漿料；在后續(xù)的分散攪拌中又加入聚丙烯酞胺(還有可能 是改性淀粉)促使在抄造摩擦材料原紙時，漿料中細小組分能得到充分的留著。本發(fā)明采用兩次浸漬不同粘結(jié)劑的方式，主要根據(jù)碳纖維、kevlar纖維及其漿粕、 竹纖維喜愛氟橡膠基體中可以提供更高的能量吸收率和適應(yīng)更高的溫度，從而更適用于重 載情況和高溫；而第二次浸漬主要是讓纖維以及其它的物料充分粘結(jié)并形成立體的網(wǎng)絡(luò)， 其中要合理的控制Novolac樹脂的固化劑的用量。本發(fā)明采用先沖裁后浸漬納米酚醛樹脂的工藝，沖裁剩余的原紙板邊角料可以回 收到漿池中再利用。本發(fā)明的特點主要表現(xiàn)在控制原紙的勻度和孔隙率進而影響摩擦片的摩擦性 能的穩(wěn)定性、壓縮回彈性和導(dǎo)油性；通過改變傳統(tǒng)的浸漬工藝使摩擦材料的各物料充分形 成整體有效地改善摩擦片的物理機械性能-提高其摩擦系數(shù)，調(diào)節(jié)動靜摩擦比例系數(shù)，降 低摩擦片的磨耗率。根據(jù)國家標準采用采用西安順通機電應(yīng)用技術(shù)研究所產(chǎn)MM-1000II 型摩擦磨損性能試驗機對一系列摩擦片進行檢測動摩擦系數(shù)0. 14-0. 17，靜摩擦系數(shù) 0. 15-0. 18，動靜摩擦比 0. 76-0. 95 ；磨損率為 1. 33-1. 42X10-5mm3 · Γ1。
具體實施例方式本發(fā)明一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，其摩擦材料原料的使用 比例碳纖維10-25%、芳綸短切纖維5-10%、芳綸漿粕5-10%、竹纖維漿20-30%、石墨 10-30 %、硅藻土 20-30 %、橡膠顆粒2-4 %、紅鐵粉3_8 %、氧化鋁1_5 %，碳酸鈣5_15 %、氟 橡膠l-2%、N0V0laC樹脂(一種酚醛樹脂)3-15%和硅酮樹脂3-15%。一種雙層紙基摩擦材料制作摩擦片的方法先將竹纖維打漿，打漿濃度為2_4%， 打漿度為25-50SR，再將碳纖維、短切芳綸纖維和芳綸漿粕在聚氧乙烯(PEO)和苯磺酸鈉 混合液中分散均勻，其濃度要求苯磺酸鈉0. 05-0. 1%, ΡΕ00. 05-0. 1%，再加入聚丙烯酞胺 0. 01-0. 05% ；基體用量碳纖維10-25%、短切芳綸纖維5-10%、芳綸漿粕5_10%、竹纖維漿 20-30%，然后按上述的摩擦材料配方進行配料、制漿；按常規(guī)造紙工藝抄造后，通過壓榨 脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0. 2-0. 4MPa,時間l-3min ；干燥工藝真空度 0. 06-0. 08MPa，溫度90_150°C，時間10-30min ；產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)；環(huán)片浸漬首先 浸漬在固體含量氟橡膠溶液中15-25min，然后將環(huán)片放入固體含量為40-50 %的Novolac 樹脂(一種酚醛樹脂)和固體含量為25-40%硅酮樹脂混合溶液中浸漬，浸漬時間30-40 分鐘，然后干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片；熱處理的工藝溫度160士5°C，時間3-4h， 通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0. 5-1. 8MPa，溫度160 士 5°C，時間 10-15min ；最后經(jīng)過磨平面和銑槽即制成摩擦片。實施例1 一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，其摩擦材料原料的使用比例 碳纖維10 %、芳綸短切纖維5 %、芳綸漿粕5 %、竹纖維漿30 %、石墨10 %、硅藻土 20 %、橡 膠顆粒2 %、紅鐵粉4 %、氧化鋁1 %，碳酸鈣5 %、氟橡膠1 %、Novolac樹脂(一種酚醛樹 脂)4%和硅酮樹脂3%。紙基摩擦片的制作方法工藝流程原料處理_配料_打漿_配漿疏解_抄紙_壓 榨-干燥-成型-兩次浸漬_熱處理_貼片。其中打漿的漿濃1 %，打漿度30SR ；配漿及疏 解中苯磺酸鈉0. 05%,PE00. 05%、聚丙烯酞胺0. 02% ；壓榨工藝壓力0. 2MPa，時間3min ； 干燥工藝真空度0. 06MPa，溫度145°C，時間15min ；產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)；環(huán)片浸 漬首先浸漬在固體含量氟橡膠溶液中25min，然后將環(huán)片放入固體含量為40%的Novolac 樹脂(一種酚醛樹脂)和固體含量為25%硅酮樹脂混合溶液中浸漬，浸漬時間40分鐘，然 后干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片；熱處理的工藝溫度160士5°C，時間3h，通過熱壓將 摩擦環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0. 5MPa，溫度160士5°C，時間IOmin ；最后經(jīng)過磨 平面和銑槽即制成摩擦片。根據(jù)國家標準采用采用西安順通機電應(yīng)用技術(shù)研究所產(chǎn)MM-1000II型摩擦磨損 性能試驗機對一系列摩擦片進行檢測動摩擦系數(shù)0. 14，靜摩擦系數(shù)0. 17，動靜摩擦比 0. 82 ；磨損率為 1. 42 X 10-5讓3 · Γ1。實施例2:一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，其摩擦材料原料的使用比例 碳纖維14%、芳綸短切纖維8%、芳綸漿粕7%、竹纖維漿19%、石墨12%、硅藻土 15%、橡 膠顆粒3.5%、紅鐵粉3%、氧化鋁2%，碳酸鈣6%、氟橡膠1.5% ,Novolac樹脂(一種酚醛 樹脂)5%和硅酮樹脂4%。
紙基摩擦片的制作方法工藝流程原料處理_配料_打漿_配漿疏解_抄紙_壓 榨-干燥-成型-浸漬-熱處理_貼片。其中打漿的漿濃2. 5%，打漿度40SR ；配漿及疏解 中苯磺酸鈉0. 07%,PE00. 08%、聚丙烯酞胺0. 03% ；壓榨工藝壓力0. 3MPa，時間2min ；干 燥工藝真空度0. 07MPa，溫度120°C，時間25min ；產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)；環(huán)片浸漬 首先浸漬在固體含量氟橡膠溶液中20min，然后將環(huán)片放入固體含量為45%的Novolac樹 脂(一種酚醛樹脂)和固體含量為30%硅酮樹脂混合溶液中浸漬，浸漬時間35分鐘，然后 干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片；熱處理的工藝溫度160士5°C，時間3. 5h，通過熱壓將 摩擦環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力1. 7MPa，溫度160 士 5°C，時間15min ；最后經(jīng)過 磨平面和銑槽后制成摩擦片。根據(jù)國家標準采用采用西安順通機電應(yīng)用技術(shù)研究所產(chǎn)MM-1000II型摩擦磨損 性能試驗機對一系列摩擦片進行檢測動摩擦系數(shù)0. 153，靜摩擦系數(shù)0. 175，動靜摩擦比 0. 87 ；磨損率為 1. 37X10-5mm3 · Γ1實施例3 一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，其摩擦材料原料的使用比例 碳纖維7%、短切芳綸纖維10%、芳綸漿粕9%、竹纖維漿9%、石墨15 %、硅藻土 15 %、橡 膠顆粒3 %、紅鐵粉5 %、氧化鋁3 %、碳酸鈣7 %、氟橡膠2%、Novolac樹脂(一種酚醛樹 脂)10%和硅酮樹脂10%。紙基摩擦片的制作方法工藝流程原料處理_配料_打漿_配漿疏解_抄紙_壓 榨-干燥-成型-浸漬-熱處理_貼片。其中打漿的漿濃3%，打漿度45SR ；配漿及疏解 中苯磺酸鈉0. 1%, ΡΕ00. 09%、聚丙烯酞胺0. 05% ；壓榨工藝壓力0. 4MPa，時間Imin ；干 燥工藝真空度0. 08MPa，溫度90°C，時間30min ；產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)；環(huán)片浸漬首 先浸漬在固體含量氟橡膠溶液中15min，然后將環(huán)片放入固體含量為50%的Novolac樹脂 (一種酚醛樹脂)和固體含量為45%硅酮樹脂混合溶液中浸漬，浸漬時間30分鐘，然后干 燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片；熱處理的工藝溫度160士5°C，時間4h，通過熱壓將摩擦 環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力1. IMPa，溫度160士5°C，時間12min ；最后經(jīng)過磨平面 和銑槽即制成摩擦片。根據(jù)國家標準采用采用西安順通機電應(yīng)用技術(shù)研究所產(chǎn)MM-1000II型摩擦磨損 性能試驗機對一系列摩擦片進行檢測動摩擦系數(shù)0. 167，靜摩擦系數(shù)0. 179，動靜摩擦比 0. 93 ；磨損率為 1. 34 X 10-5讓3 · Γ1。
權(quán)利要求
一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料，其特征在于，組份的重量百分比例基體采用碳纖維7-15％、短切芳綸纖維5-10％、芳綸漿粕5-10％和竹纖維漿9-30％；摩擦劑采用硅藻土10-20％和腰果殼粉8-12％；摩擦性能調(diào)節(jié)劑采用橡膠顆粒2-4％、碳酸鈣5-10％和片狀石墨10-15％；成形黏結(jié)劑采用氟橡膠1-2％、硅酮樹脂3-15％和酚醛樹脂3-15％。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的高性能環(huán)保紙基摩擦材料制作摩擦材料原紙的方法，其 特征在于(1)先將竹纖維打漿，打漿濃度為1_4%，打漿度為25-50SR，再將碳纖維、短切芳綸纖 維和芳綸漿粕在聚氧乙烯PEO和苯磺酸鈉混合液中分散均勻，其質(zhì)量濃度為0. 05-0. 的 苯磺酸鈉、質(zhì)量濃度為0. 05-0. 聚氧乙烯ΡΕ0，再加入質(zhì)量濃度為0. 01-0. 05%聚丙烯酞 胺；(2)按常規(guī)造紙工藝抄造后，通過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力 0. 2-0. 4MPa，時間 l_3min ；(3)干燥工藝真空度0. 06-0. 08MPa，溫度 90_150°C，時間 10_30min。
3.一種采用權(quán)利要求2所述制作的摩擦材料原紙制作摩擦片的方法，其特征在于(1)將上述得到的原紙板沖裁成環(huán)片，然后將環(huán)片浸漬首先浸漬在固體含量20-30% 氟橡膠溶液中15-25min，然后將環(huán)片放入固體含量為40-50%的酚醛樹脂和固體含量為 25-40%酚醛樹脂和硅酮樹脂的混合溶液中浸漬，浸漬時間30-40分鐘，然后干燥；(2)固化熱處理后就制得摩擦環(huán)片，其熱處理的工藝溫度160士5°C，時間3-4h，通 過熱壓將摩擦環(huán)片粘結(jié)到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0. 5-1. 8MPa,溫度160 士 5°C，時間 10_15min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能環(huán)保紙基摩擦材料原紙及摩擦片的制作方法，高性能環(huán)保紙基摩擦材料，其特征在于，組份的重量百分比例基體采用碳纖維7-15％、短切芳綸纖維5-10％、芳綸漿粕5-10％和竹纖維漿9-30％；摩擦劑采用硅藻土10-20％和腰果殼粉8-12％；摩擦性能調(diào)節(jié)劑采用橡膠顆粒2-4％、碳酸鈣5-10％和片狀石墨10-15％；成形黏結(jié)劑采用氟橡膠1-2％、硅酮樹脂3-15％和酚醛樹脂3-15％。本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)的浸漬工藝使摩擦材料的各物料充分形成整體有效地改善摩擦片的物理機械性能-提高其摩擦系數(shù)，調(diào)節(jié)動靜摩擦比例系數(shù)，降低摩擦片的磨耗率。
文檔編號D21H17/37GK101805589SQ2010101083
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張大坤, 王志杰, 花莉, 陸趙情 申請人:陜西科技大學(xué)