本發(fā)明屬于摩擦材料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合摩擦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
摩擦材料是用于諸多運(yùn)動機(jī)械和裝備中起傳動、制動、減速、轉(zhuǎn)向、駐車等作用的功能配件，可以說從有機(jī)械運(yùn)動開始，人類就有了剎車制動的要求，木塊、牛皮、橡膠等都曾經(jīng)被用來作為制動材料。在上世紀(jì)七、八十年代以前石棉摩擦材料作為傳統(tǒng)產(chǎn)品一直被人類大量使用，在此之后，由于盛傳石棉會引起肺部病變及問皮瘤并與肺癌的發(fā)生有關(guān)。
1972年國際腫瘤醫(yī)學(xué)討論會確認(rèn)石棉纖維含有致癌物質(zhì)，此后，摩擦制品的無石棉化和無污染化逐漸成為世界性發(fā)展的共識。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(ECE)第13號法規(guī)及國際標(biāo)準(zhǔn)委員會(ISO)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，明文規(guī)定禁止生產(chǎn)、銷售和使用石棉產(chǎn)品。國際海事組織1974S0LAS公約2000修正案明確規(guī)定"對于所有船舶，含有石棉材料的新穎安裝應(yīng)禁止，除非有特殊要求。"國家技術(shù)監(jiān)督局在強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999中規(guī)定，"從2003年10月1日起，制動襯片應(yīng)不含有石棉"。
在現(xiàn)有的無石棉摩擦材料技術(shù)中，作為石棉纖維增強(qiáng)材料的替代材料很多，金屬纖維、碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維和芳綸纖維都是制造各類制動器、離合器襯片等摩擦元件的原材料中的較為理想的增強(qiáng)材料，其特性和價格以及相互之間的配比很大程度上決定著摩擦元件的性能和應(yīng)用前景。摩擦材料主要由三部分組成:1、粘合劑；2、增強(qiáng)纖維；3、摩擦性能調(diào)節(jié)劑。必須根據(jù)所要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)來進(jìn)行各種配方和組成材料的選擇，并選擇合適的制造方法和生產(chǎn)工藝。
復(fù)合摩擦材料是將不同物化特性的材料與強(qiáng)度低、韌性好的高分子聚合物基體組成的。由于高分子材料通常不能承受高的應(yīng)力和高的溫度，為了提高高分子材料的屈服強(qiáng)度，提高其高溫穩(wěn)定性，都采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂，一般為各種改性高溫酚醛樹脂。同時，為了達(dá)到理想的制動效果和綜合機(jī)械性能，還需加入各種纖維，潤滑材料，磨料以及填料，而其中的高聚物基體材料幾乎只是作為傳遞或分散載荷的媒介。因此，復(fù)合摩擦材料的強(qiáng)度主要取決于包括纖維在內(nèi)的其它組份與基體界面的粘結(jié)強(qiáng)度。目前，在各類摩擦制動器中，復(fù)合摩擦材料使用的比例高達(dá)90％以上。但在飛機(jī)和高速鐵路等高速重載的制動條件下，摩擦高溫造成復(fù)合摩擦材料中的高分子聚合物分解氧化，喪失穩(wěn)定的摩擦制動性能。因此常采用粉末冶金摩擦材料。
鐵基粉末冶金摩擦材料它是以Fe粉末為基體，加入適當(dāng)減磨劑和增磨劑，均勻混合后壓制成型或加壓燒結(jié)而成的。它是一種優(yōu)良的制動摩擦材料，特別對于重載高速的制動場合，其優(yōu)良的散熱性和耐熱性可以保證其完成較為苛刻的制動功能。絕大多數(shù)軍用飛機(jī)和民用機(jī)都采用粉末冶金剎車片。但是由于鐵基粉末冶金摩擦材料較強(qiáng)的剛度和硬度，易造成汽車制動盤或鼓的劃傷以及摩擦噪聲。因此鐵基粉末冶金摩擦材料也很少在汽車制動器上使用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種復(fù)合摩擦材料的制備方法，包括如下步驟：
1)鐵基粉末冶金摩擦材料的制備：將基體粉末材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成多根細(xì)長桿狀，將各細(xì)長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結(jié)爐中，在通入氮?dú)饣驓錃獾臈l件下溫升900～1000℃，保溫3～6h，冷卻至室溫，得到鐵基粉末冶金摩擦材料；以質(zhì)量百分比計，所述基體材料的配方組成為：鐵基粉組分60～75％，摩擦組分20～25％，潤滑組分20～25％；以質(zhì)量百分比計，所述鐵基粉組分由85～90％鐵粉和10～15％銅粉組成；所述摩擦組分為石英石，三氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種；所述潤滑組分為石墨和MoS2；
2)剪切、粉碎和篩選：將步驟1)所得鐵基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，過篩；
3)混料：以質(zhì)量百分比計，將腰果油改性酚醛樹脂15～25％、鐵基粉末冶金摩擦材料40～55％、增強(qiáng)纖維10～20％、磨料5～15％、潤滑材料10～20％和填料5～20％共混均勻；
4)復(fù)合摩擦材料的制備：將步驟3)所得混合粉料稱重放入模具內(nèi)，熱壓成型，保壓；卸壓出模；
5)后處理：在150～180℃保溫8～24h，冷卻至室溫，出爐；
6)機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料。
在某些實施方式中，所述成型劑為煤油作；成型劑用量為金屬基粉末冶金摩擦材料原料質(zhì)量的0.3～0.5％。
在某些實施方式中，所述增強(qiáng)纖維為蛭石纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、碳纖維和聚丙烯腈纖維的一種或多種。
在某些實施方式中，所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的一種或多種。
在某些實施方式中，所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、鉛、鉍、銻、焦碳和滑石粉的一種或多種。
在某些實施方式中，所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或多種。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合摩擦材料的制備方法，所述倒入模具壓制成多根細(xì)長桿是將基體粉末材料和成型劑倒入模具以300～400MPa壓力，壓制成直徑為2～3mm，長度為200～250mm的細(xì)長桿狀。
在某些實施方式中，所述熱壓成型是在150℃，5～20MPa壓力條件下進(jìn)行；所述保壓的時間為5～10分鐘。
在某些實施方式中，所述機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料后還包括噴漆；所述步驟1)和5)的冷卻至室溫為隨爐冷卻至室溫；所述過篩采用10～15目篩網(wǎng)進(jìn)行篩選。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合摩擦材料。
本發(fā)明所提供的復(fù)合摩擦材料與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的復(fù)合摩擦材料結(jié)合鐵基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點(diǎn)和樹脂基復(fù)合摩擦材料韌性好、硬度低的特點(diǎn)，提供一種同時具有耐高溫、低磨耗、韌性好、硬度低特點(diǎn)的鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料及其制備方法，本發(fā)明車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎(chǔ)上，有效避免汽車制動盤或鼓的劃傷，且摩擦噪聲小。
并且可以理解的是：
(1)本發(fā)明采用了高分子聚合物作為材料的基體，結(jié)合鐵基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點(diǎn)和樹脂基復(fù)合摩擦材料韌性好、硬度低的特點(diǎn)，使得車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料的表面硬度較低，彈性模量適中。
(2)本發(fā)明復(fù)合摩擦材料保留了粉末冶金摩擦材料具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和良好的抗磨損特性，摩擦材料的使用壽命得到提高，高溫穩(wěn)定性得到提高。
(3)復(fù)合摩擦材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎(chǔ)上，有效避免汽車制動盤或鼓的劃傷。
(4)復(fù)合摩擦材料特別適用于大中型車輛以及城市軌道交通車輛，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合摩擦材料，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實用價值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，產(chǎn)生了好用且實用的效果，較現(xiàn)有的保健茶具有增進(jìn)的多項功效，從而較為適于實用，并具有廣泛的產(chǎn)業(yè)價值。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例的方式對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)說明，在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。
但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
如本文所用，術(shù)語：
“一個”、“一種”和“所述”可交換使用并指一個或多個。
“和/或”用于表示所說明的情況的一者或兩者均可能發(fā)生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；
另外，本文中由端點(diǎn)表述的范圍包括該范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)值(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。
另外，本文中“至少一個”的表述包括一個及以上的所有數(shù)目(例如，至少2個、至少4個、至少6個、至少8個、至少10個、至少25個、至少50個、至少100個等)。
本發(fā)明提供了一種復(fù)合摩擦材料的制備方法，包括如下步驟：
1)鐵基粉末冶金摩擦材料的制備：將基體粉末材料和成型劑混合均勻，倒入模具壓制成多根細(xì)長桿狀，將各細(xì)長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結(jié)爐中，在通入氮?dú)饣驓錃獾臈l件下溫升900～1000℃，保溫3～6h，冷卻至室溫，得到鐵基粉末冶金摩擦材料；以質(zhì)量百分比計，所述基體材料的配方組成為：鐵基粉組分60～75％，摩擦組分20～25％，潤滑組分20～25％；以質(zhì)量百分比計，所述鐵基粉組分由85～90％鐵粉和10～15％銅粉組成；所述摩擦組分為石英石，三氧化二鋁和碳化硅中的一種或多種；所述潤滑組分為石墨和MoS2；
2)剪切、粉碎和篩選：將步驟1)所得鐵基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，過篩；
3)混料：以質(zhì)量百分比計，將腰果油改性酚醛樹脂15～25％、鐵基粉末冶金摩擦材料40～55％、增強(qiáng)纖維10～20％、磨料5～15％、潤滑材料10～20％和填料5～20％共混均勻；
4)復(fù)合摩擦材料的制備：將步驟3)所得混合粉料稱重放入模具內(nèi)，熱壓成型，保壓；卸壓出模；
5)后處理：在150～180℃保溫8～24h，冷卻至室溫，出爐；
6)機(jī)械加工成復(fù)合摩擦材料。
上述，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的復(fù)合摩擦材料結(jié)合鐵基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點(diǎn)和樹脂基復(fù)合摩擦材料韌性好、硬度低的特點(diǎn)，提供一種同時具有耐高溫、低磨耗、韌性好、硬度低特點(diǎn)的鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料及其制備方法，本發(fā)明車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎(chǔ)上，有效避免汽車制動盤或鼓的劃傷，且摩擦噪聲小。
并且可以理解的是：
(1)本發(fā)明采用了高分子聚合物作為材料的基體，結(jié)合鐵基粉末冶金摩擦材料耐高溫、低磨耗的特點(diǎn)和樹脂基復(fù)合摩擦材料韌性好、硬度低的特點(diǎn)，使得車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料的表面硬度較低，彈性模量適中。
(2)本發(fā)明復(fù)合摩擦材料保留了粉末冶金摩擦材料具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和良好的抗磨損特性，摩擦材料的使用壽命得到提高，高溫穩(wěn)定性得到提高。
(3)復(fù)合摩擦材料用于制備汽車剎車配件，具有良好剎車性能基礎(chǔ)上，有效避免汽車制動盤或鼓的劃傷。
(4)復(fù)合摩擦材料特別適用于大中型車輛以及城市軌道交通車輛，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
在某些發(fā)明實施例中，所述成型劑為煤油作；成型劑用量為金屬基粉末冶金摩擦材料原料質(zhì)量的0.3～0.5％。
在某些發(fā)明實施例中，所述增強(qiáng)纖維為蛭石纖維、硅灰石纖維、海泡石纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維、碳纖維和聚丙烯腈纖維的一種或多種。
在某些發(fā)明實施例中，所述磨料為氧化鋁、氧化硅、硫酸鋯、氟化鈣、碳化硅、氧化鐵和鑄石粉的一種或多種。
在某些發(fā)明實施例中，所述潤滑材料為石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、硫化亞銅、硫化銻、氧化鎂、鉛、鉍、銻、焦碳和滑石粉的一種或多種。
在某些發(fā)明實施例中，所述填料為高嶺土、長石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、輪胎粉和硅灰石粉的一種或多種。
在某些發(fā)明實施例中，所述倒入模具壓制成多根細(xì)長桿是將基體粉末材料和成型劑倒入模具以300～400MPa壓力，壓制成直徑為2～3mm，長度為200～250mm的細(xì)長桿狀。
在某些發(fā)明實施例中，所述熱壓成型是在150℃，5～20MPa壓力條件下進(jìn)行；所述保壓的時間為5～10分鐘。
在某些發(fā)明實施例中，所述機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料后還包括噴漆；所述步驟1)和5)的冷卻至室溫為隨爐冷卻至室溫；所述過篩采用10～15目篩網(wǎng)進(jìn)行篩選。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合摩擦材料。
為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
實施例1
復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本原料配方：以質(zhì)量百分比計，基體材料配方為鐵50％，銅8％，石英石粉10％，三氧化二鋁5％，二硫化鉬1％；石墨粉10％；成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基準(zhǔn)，所述成型劑的含量為0.2％總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模具以500MPa壓力，壓制成直徑φ2mm×長200mm細(xì)長桿狀，將各細(xì)長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結(jié)爐中，在通入氮?dú)獾臈l件下溫升1000℃，保溫4h，隨爐冷卻至室溫。
在干燥的條件下，放置24小時以上；然后進(jìn)行剪切、粉碎，采用8目的篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本配方(以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計)：腰果油改性酚醛樹脂(圣泉PF6218)20％；鐵基粉末冶金摩擦材料30％；海泡石纖維(長度約4～8mm)8％；蛭石纖維(長度約2～3mm)5％；石英石粉10％；片狀石墨10％；硫酸鋇17％。
將以上各材料在混料機(jī)中混合均勻。
然后，將混合均勻粉料倒入模腔內(nèi)，在150℃；壓力15MPa條件下熱壓保溫時間8分鐘。
后處理。根據(jù)后處理溫度，在155～170℃保溫24h；機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料，噴漆。
實施例2
復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本原料配方：以質(zhì)量百分比計，基體材料配方為鐵45％，銅8％，石英石粉10％，三氧化二鋁5％，二硫化鉬3％；石墨粉15％；成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基準(zhǔn)，所述成型劑的含量為0.3％總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模具以600MPa壓力，壓制成直徑φ3mm×長200mm細(xì)長桿狀，將各細(xì)長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結(jié)爐中，在通入氮?dú)獾臈l件下溫升800℃，保溫4h，隨爐冷卻至室溫。
在干燥的條件下，放置15小時以上；然后進(jìn)行剪切、粉碎，采用8目的篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本配方(以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計)：腰果油改性酚醛樹脂(圣泉PF6218)20％；鐵基粉末冶金摩擦材料30％；海泡石纖維(長度約4～8mm)8％；蛭石纖維(長度約2～3mm)5％；石英石粉15％；片狀石墨12％；硫酸鋇15％。
將以上各材料在混料機(jī)中混合均勻。
然后，將混合均勻粉料倒入模腔內(nèi)，在160℃；壓力20MPa條件下熱壓保溫時間12分鐘。
后處理。根據(jù)后處理溫度，在155～160℃保溫12h；機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料，噴漆。
實施例3
復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本原料配方：以質(zhì)量百分比計，基體材料配方為鐵48％，銅12％，石英石粉13％，三氧化二鋁15％，二硫化鉬5％；石墨粉20％；成型劑為煤油，以所述混合物的總重為基準(zhǔn)，所述成型劑的含量為0.3％總重量。將以上的材料均勻混合，倒入模具以800MPa壓力，壓制成直徑φ3mm×長200mm細(xì)長桿狀，將各細(xì)長桿狀壓坯，分隔開，裝入燒結(jié)爐中，在通入氮?dú)獾臈l件下溫升1000℃，保溫4h，隨爐冷卻至室溫。
在干燥的條件下，放置18小時以上；然后進(jìn)行剪切、粉碎，采用8目的篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。復(fù)合摩擦材料的制備：材料基本配方(以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計)：腰果油改性酚醛樹脂(圣泉PF6218)20％；鐵基粉末冶金摩擦材料30％；海泡石纖維(長度約4～8mm)8％；蛭石纖維(長度約2～3mm)5％；石英石粉15％；片狀石墨12％；硫酸鋇15％。
將以上各材料在混料機(jī)中混合均勻。
然后，將混合均勻粉料倒入模腔內(nèi)，在160℃；壓力20MPa條件下熱壓保溫時間12分鐘。
后處理。根據(jù)后處理溫度，在155～160℃保溫12h；機(jī)械加工成車用鐵基粉末冶金復(fù)合摩擦材料，噴漆。