一種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料科學(xué)和加工技術(shù)里領(lǐng)域，尤其是涉及一種將機(jī)織的深交聯(lián)碳纖維 浸漬于酚醛樹脂膠液中，并經(jīng)過一系列的處理后制得摩擦材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料已廣泛應(yīng)用在 汽車、航空航天等領(lǐng)域。目前的碳纖維增強(qiáng)摩擦材料，多采用短切纖維熱壓成型工藝，存在 易分層、結(jié)構(gòu)隨機(jī)、可設(shè)計(jì)性低的嚴(yán)重缺陷，已成為制約碳纖維摩擦材料發(fā)展的重要問題。 此外，近年來大量有關(guān)二維碳布預(yù)制體結(jié)構(gòu)的碳纖維酚醛樹脂基摩擦材料的研究表明碳布 增強(qiáng)摩擦材料性能明顯優(yōu)于短切纖維熱壓成型摩擦材料。但是二維碳布增強(qiáng)摩擦材料又存 在厚度低，難以承受大的扭轉(zhuǎn)力矩，在高轉(zhuǎn)速、大壓力等苛刻工況條件下易失效的缺陷，僅 應(yīng)用于中低能載工況。隨著車輛向高速重載方向發(fā)展，對傳動系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出 了更高的要求，如何克服摩擦材料結(jié)構(gòu)整體性差、易分層破壞、強(qiáng)度低的缺陷成為解決問題 的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請人提供一種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹 脂基摩擦材料及其制備方法。本發(fā)明摩擦材料中接結(jié)經(jīng)紗貫通材料整個厚度方向形成三維 立體結(jié)構(gòu)，克服了脫層問題，增加了層間剪切強(qiáng)度，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、整體抗沖擊 性能和耐疲勞性能，同時本發(fā)明制備方法工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉、便于推廣。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料，該摩擦材料的制備方法包括制 備深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體、制備基體膠液和制備摩擦材料三個步驟。
[0006] 所述深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體的制備方法為：
[0007] 在三維機(jī)織小樣機(jī)上織造深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維織物，接結(jié)經(jīng)紗沿與厚度方向呈一定 角度的方向配置，并貫通材料整個厚度方向，制得深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體；所述碳纖維為 碳纖維預(yù)氧絲或氧化長絲，具有一定的可織性。
[0008] 所述深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體中，碳纖維沿結(jié)構(gòu)厚度方向貫穿各層，纖維體積含 量為20%~80%，煒紗層數(shù)為2~20層，碳纖維預(yù)制體密度為0. 35~1. 4g/cm3。
[0009] 所述基體膠液所含原料及各原料的重量份數(shù)為：
[0010] 改性熱塑性酚醛樹脂粉末 20~25份 熱固性酚醛樹脂膠液 5~10份 增磨劑 20~40份 減磨劑 5~15份 銅粉 5~10份 稀釋劑 20~40份；
[0011] 將各原料混合后采用機(jī)械攪拌、超聲振蕩和真空消泡技術(shù)相結(jié)合的方式，制備出 分散均勻且具有適宜流動性的基體膠液；所述基體膠液的粘度為100~800Pa?s。
[0012] 所述改性熱塑性酚醛樹脂粉末的游離酚含量為2. 55%~3. 5%，125°C流動度為 18~44mm;所述熱固性酚醛樹脂膠液為固含量為65~90%的醇溶性酚醛樹脂膠液，其 25°C時的粘度為800~1500Pa?s;所述增磨劑為6000目超細(xì)硫酸鋇與氧化鋁的共混物； 所述銅粉為1000目霧化法制得的紫銅粉；所述減磨劑為3000目超細(xì)人造石墨粉；所述稀 釋劑為無水乙醇。
[0013] 所述摩擦材料的制備方法為：
[0014] (1)清潔自制模具，均勻涂覆脫模劑，依次平鋪剝離布、石墨紙，然后放入修剪 后的深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體鋪平；將基體膠液緩慢倒入模具中至碳布完全浸沒為止， 用毛刷單向輕刷被浸沒的碳布表面，以利于膠液滲透；將模具放入40°C真空烘箱中維 持-0. 06~-0. 09MPa的真空度抽真空15~30min，然后轉(zhuǎn)移至熱風(fēng)烘箱中50~70°C條件 下保溫4~8h，使稀釋劑充分揮發(fā)，得到預(yù)浸料；
[0015] (2)將步驟（1)中裝有預(yù)浸料的模具加入蓋板置于20~60°C烘箱中，以20°C/h 速率升溫至l〇〇°C，期間于70°C時保溫lh，使雜質(zhì)充分揮發(fā)排出；在100°C時采用熱壓機(jī)預(yù) 壓，壓力0~5MPa，保壓并以20°C/h的速率升溫至110~130°C保溫1小時，繼續(xù)升溫至 150~160°C，此階段酚醛樹脂凝膠化，預(yù)壓完成初步定型；在150~160°C時增壓至20~ 40MPa，保壓升溫至180°C，壓制15~60min固化成型，關(guān)機(jī)并自然冷卻；脫模取料，對制得 的毛坯樣進(jìn)行打磨、切削得到所需的樣品。
[0016] 所述自制熱壓模具，采用普通鋼板制成，由底板、邊框、蓋板組成，其中底板與邊框 可實(shí)現(xiàn)無縫連接作為浸漬槽，亦可便捷拆卸利于脫模。
[0017] 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
[0018] (1)本發(fā)明首次將深交聯(lián)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于摩擦材料的制備，所得的碳纖維增 強(qiáng)樹脂基摩擦材料中接結(jié)經(jīng)紗貫通材料整個厚度方向形成三維立體結(jié)構(gòu)，克服了脫層問 題，增加了層間剪切強(qiáng)度，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、整體抗沖擊性能和耐疲勞性能，使摩 擦材料抗彎強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度得到明顯增強(qiáng)，材料機(jī)械強(qiáng)度顯著提升。
[0019] (2)本發(fā)明保持了碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料制備工藝簡單，熱穩(wěn)定性能突 出、機(jī)械性能良好和摩擦磨損性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，并改善了材料結(jié)構(gòu)的整體性和可設(shè)計(jì)性。
[0020] (3)本發(fā)明提出了深交聯(lián)結(jié)構(gòu)較厚織物增強(qiáng)體摩擦材料的制備工藝，所提出的特 殊復(fù)合固化方式，工藝簡單，制品品質(zhì)優(yōu)良，生產(chǎn)成本低廉，便于推廣應(yīng)用。
[0021] (4)本發(fā)明增磨劑、減磨劑、填料組合使用，其協(xié)同作用的發(fā)揮可有效改善材料的 物理機(jī)械性能、調(diào)節(jié)摩擦性能和降低成本。本發(fā)明人造石墨作為減磨劑；增摩劑主要是耐熱 材料粉末，用以提高材料的物理機(jī)械性能和增加摩擦系數(shù)；紫銅粉提升材料的耐高溫性能， 同時添加的BaSOdt為填料，以降低成本，調(diào)節(jié)摩擦材料綜合性能。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明摩擦材料的制備工藝流程圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明所用深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] -種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料，該摩擦材料的制備方法包括制 備深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體、制備基體膠液和制備摩擦材料三個步驟：
[0027] (1)制備深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體：
[0028] 在三維機(jī)織小樣機(jī)上織造2層深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維機(jī)織物，接結(jié)經(jīng)紗沿與厚度方向 呈一定角度的方向配置，并貫通材料整個厚度方向，厚度約2mm，經(jīng)密為20根/10cm，煒密為 80根/10cm，織造張力適度，制得深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體；所述碳纖維為碳纖維預(yù)氧絲或 氧化長絲，具有一定的可織性。
[0029] 所述的2層深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體中，碳纖維沿結(jié)構(gòu)厚度方向貫穿各層，纖維 體積含量為20%，煒紗層數(shù)為2層，碳纖維預(yù)制體密度為0. 25g/cm3。
[0030] (2)制備基體膠液：
[0031] 所述基體膠液所含原料及各原料的重量份數(shù)為：改性熱塑性酚醛樹脂粉末（游離 酚含量為3. 5%，125°C流動度為18mm) 25份，熱固性酚醛樹脂膠液（固含量為90%的醇溶 性酚醛樹脂膠液，其25°C時的粘度為1500Pa*s) 10份，6000目超細(xì)硫酸鋇25份，氧化鋁15 份，3000目超細(xì)人造石墨粉15份，1000目紫銅粉10份，稀釋劑無水乙醇40份；
[0032] 將各原料混合后采用機(jī)械攪拌、超聲振蕩和真空消泡技術(shù)相結(jié)合的方式，制備出 分散均勻且具有適宜流動性的基體膠液；所述基體膠液的粘度為200Pa?s。
[0033] (3)制備摩擦材料：
[0034] ①清潔自制模具，均勻涂覆脫模劑，依次平鋪剝離布、石墨紙，然后放入修剪后的 深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體鋪平；將基體膠液緩慢倒入模具中至碳布完全浸沒為止，用毛刷 單向輕刷被浸沒的碳布表面，以利于膠液滲透；將模具放入40°C真空烘箱中維持-0. 06MPa 的真空度抽真空15min，然后轉(zhuǎn)移至熱風(fēng)烘箱中60°C條件下保溫8h，使稀釋劑充分揮發(fā)，得 到預(yù)浸料；
[0035] ②將步驟①中裝有預(yù)浸料的模具加入蓋板置于20°C烘箱中，以20°C/h速率升溫 至l〇〇°C，期間于70°C時保溫lh，使雜質(zhì)充分揮發(fā)排出；在KKTC時采用熱壓機(jī)預(yù)壓，壓力 0. 05MPa，保壓并以20°C/h的速率升溫至120°C保溫1小時，繼續(xù)升溫至150°C，此階段酚 醛樹脂凝膠化，預(yù)壓完成初步定型；在150°C時增壓至20MPa，保壓升溫至180°C，壓制15min 固化成型，關(guān)機(jī)并自然冷卻；脫模取料，對制得的毛坯樣進(jìn)行打磨、切削得到所需的樣品。
[0036]所述自制熱壓模具，采用普通鋼板制成，由底板、邊框、蓋板組成，其中底板與邊框 可實(shí)現(xiàn)無縫連接作為浸漬槽，亦可便捷拆卸利于脫模。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] -種深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基摩擦材料，該摩擦材料的制備方法包括制 備深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體、制備基體膠液和制備摩擦材料三個步驟：
[0039] (1)制備深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體：
[0040] 在三維機(jī)織小樣機(jī)上織造4層深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維織物，接結(jié)經(jīng)紗沿與厚度方向呈 一定角度的方向配置，并貫通材料整個厚度方向，厚度約4_，經(jīng)密為40根/10cm，煒密為 214根/10cm，織造張力適度，制得深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體；所述碳纖維為碳纖維預(yù)氧絲 或氧化長絲，具有一定的可織性。
[0041] 所述深交聯(lián)結(jié)構(gòu)碳纖維預(yù)制體中，碳纖維沿結(jié)構(gòu)厚度方向貫穿各層，纖維體積含 量為50%，煒紗層數(shù)為4層，碳纖維預(yù)制體密度為0