一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料及其制備方法，其組分包括作為材料骨架的番麻纖維，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維，摩擦性能調(diào)節(jié)劑偶聯(lián)劑和填料；所述各組分的重量分?jǐn)?shù)：增強(qiáng)纖維20～30份，粘合劑9～16份，摩擦性能調(diào)節(jié)劑8～14份，填料40～50份。經(jīng)過超聲波和化學(xué)方法聯(lián)合預(yù)處理后的番麻纖維，具有耐熱性好，分解溫度高，纖維較長，細(xì)度不勻率較低，斷裂伸長率較大等多種優(yōu)良性能。經(jīng)微纖化處理后，能夠改善纖維與聚合物界面結(jié)構(gòu)，提高纖維增強(qiáng)聚合物的機(jī)械性能。所制備的番麻纖維增強(qiáng)摩擦材料，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱衰退性能好，并具有較高的摩擦穩(wěn)定性，且對環(huán)境友好，是綠色環(huán)保型摩擦材料。
【專利說明】 一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車制動(dòng)用摩擦材料，具體涉及一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦材料是一種多元復(fù)合材料，其主要是由增強(qiáng)纖維、粘結(jié)劑(樹脂與橡膠)和摩擦性能調(diào)節(jié)劑三大類組分及其他填料經(jīng)一系列制造加工工藝制成的，其制品不僅要具有一定良好摩擦因數(shù)和耐磨性，同時(shí)還具備一定的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0003]隨著國內(nèi)外制動(dòng)摩擦材料行業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)和市場情況發(fā)生了重要變化，使制動(dòng)材料面臨著嚴(yán)峻的形勢，對其性能要求也越來越高:要有足夠而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差??；要有良好的導(dǎo)熱性，較大的熱容量和一定的高溫機(jī)械強(qiáng)度；要有良好的耐磨性和抗粘著性，不易擦傷對偶件，無噪聲；低成本，對環(huán)境無污染等。目前，國外摩擦材料的研究、應(yīng)用工作仍是從材料成分、制取方法、工藝路線、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)分析手段等方面出發(fā)進(jìn)行全面改革，各國采用的方法雖然多種多樣，但其目的仍是為了全面提高新型無石棉摩擦材料的性能，以滿足汽車工業(yè)高速度發(fā)展的需求和社會(huì)對環(huán)境保護(hù)的要求
[0004]作為制動(dòng)摩擦材料增強(qiáng)纖維的主要有玻璃纖維和有機(jī)合成纖維，如碳纖維、芳綸纖維等，這些纖維材料性能均一，是較為理想的增強(qiáng)材料。然而它們的原材料石油資源卻日益枯竭，同時(shí)纖維的制造過程也會(huì)消耗大量能源，磨損產(chǎn)物污染環(huán)境。而天然纖維來源廣泛，可再生，綠色無毒以其無毒害、生態(tài)環(huán)保、可降解、輕質(zhì)價(jià)廉、比強(qiáng)度和比模量高、耐摩擦磨損及可再生等優(yōu)良特性，在增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用中越來越受到人們的重視。
[0005]番麻又叫龍舌蘭麻，葉纖維作物，一張成熟的葉片含有1000?1200根纖維束，纖維硬長，質(zhì)地優(yōu)良，每個(gè)纖維束中含有60?150個(gè)纖維細(xì)胞。番麻纖維具有強(qiáng)力高、耐磨、耐腐蝕、伸長率低等特點(diǎn)是一種良好的紡織原料，適于制作產(chǎn)業(yè)用紡織品，如繩索、拋輪、鋼絲繩芯紗等。亦適合于紡制室內(nèi)裝飾用布，如地毯、墻布等產(chǎn)品。目前番麻多為野生狀態(tài)，對其纖維的綜合利用水平低，沒有充分挖掘其潛在價(jià)值。同有機(jī)纖維相比，番麻纖維可以降低材料的密度、減小其磨損量，但同時(shí)也會(huì)降低材料的摩擦系數(shù)。番麻纖維如果用于增強(qiáng)適當(dāng)?shù)幕w則可以制成完全降解的摩擦材料，這種材料將獲得巨大的市場空間。
[0006]由于摩擦材料的強(qiáng)度及其耐磨性與番麻纖維/粘結(jié)劑界面結(jié)合的狀況有很大的關(guān)系，聚合物與纖維相之間的親合力來源于纖維表面的孔隙浸入樹脂而形成的機(jī)械作用力、物理吸附力及纖維表面的化學(xué)基團(tuán)與樹脂相中的活性基團(tuán)反應(yīng)形成的化學(xué)鍵。本專利根據(jù)摩擦制動(dòng)材料的性能要求,研究了番麻纖維的改性處理工藝,將其應(yīng)用摩擦材料，并對制備出的摩擦材料的摩擦性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。如果對番麻纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，并與增強(qiáng)適當(dāng)?shù)幕w混合可以制成力學(xué)性能優(yōu)良的環(huán)保摩擦材料，這種材料將獲得巨大的市場空間。

【發(fā)明內(nèi)容】
士配方研究專用熱壓機(jī)，型號(hào)了穴50，吉林大)0,南通奧普機(jī)械工程有限公司生產(chǎn)，每次匕海齊新科學(xué)有限公司生產(chǎn)。
〔入自制攪拌器中攪拌10?15111111，轉(zhuǎn)速為勺比例將物料在自動(dòng)配料系統(tǒng)中進(jìn)行配料，統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)加料，計(jì)量，排料，混料。然后上，在35?501？3壓力下初步預(yù)壓成型，將3次放氣、溫控固化的工藝制備摩擦材料。
三更高，將熱壓好的摩擦材料送到保溫爐中后隨爐溫冷卻，得到試件。熱處理后的摩擦辦處理后的摩擦材料進(jìn)行磨削處理，磨削設(shè)泡于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液中，常溫下浸泡處理4h，再放置到超聲波發(fā)生器中，功率為40kHz，溫度控制范圍60?80°C，然后用去離子水沖洗呈中性。
[0021]為了改善纖維與聚合物界面結(jié)構(gòu)，提高纖維增強(qiáng)聚合物的機(jī)械性能，對番麻進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒗w維處理，使番麻短纖維增強(qiáng)摩擦材料具有比強(qiáng)度高、耐磨性高及易成型等優(yōu)點(diǎn)。微纖維化前，番麻纖維在水中浸泡24h，番麻纖維的微纖維化在盤磨機(jī)(ZSP-300)上進(jìn)行，然后將番麻短纖放置于80°C的烘箱中烘干備用；經(jīng)過正交試驗(yàn)分析表明:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的番麻纖維增強(qiáng)的轎車制動(dòng)塊具有較好的機(jī)械性能。
[0022]其中的有機(jī)增強(qiáng)纖維采用高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，突出的特性是與其極高的分子量，平均分子量大于170萬，其抗沖擊性比對位芳酰胺纖維高近一倍，耐磨性好。比強(qiáng)度是同等截面鋼絲的十多倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多，比模量僅次于特級(jí)碳纖維。纖維密度低，密度是0.97g/cm3。斷裂伸長低，斷裂功大，具有很強(qiáng)的吸收能量的能力，而且耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。它用于摩擦材料具有以下作用:可以使摩擦材料具有突出的抗沖擊性，耐久性好，并具有較高的摩擦穩(wěn)定性。本發(fā)明中加入3%的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維作為增強(qiáng)材料。
[0023]本發(fā)明中采用的無機(jī)增強(qiáng)纖維是荷蘭萊佩納斯纖維公司生產(chǎn)的玄武巖纖維。玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過漏板快速拉制而成的。直徑范圍3?15 μ m,纖維平均長度125?650 μ m,密度2.75Kg/dm3,抗拉強(qiáng)度800GPa,斷裂伸長率I?2%。玄武巖連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優(yōu)異性能。本發(fā)明中加入16%的優(yōu)質(zhì)玄武巖纖維作為增強(qiáng)材料。
[0024]本發(fā)明專利中使用的粘合劑選用耐高溫型聚酰亞胺改性環(huán)氧膠粘劑。普通環(huán)氧樹脂系膠結(jié)劑的粘附性好，內(nèi)聚強(qiáng)度高，摻混性好，但耐熱性差，長期使用溫度僅為_60°C?150°C。而聚酰亞胺(PI)在_200°C?260°C之間有優(yōu)良的力學(xué)性能和絕緣性能，還具有優(yōu)良的耐磨性、尺寸穩(wěn)定性。用聚酰亞胺對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，粘結(jié)力提高1.4倍，剪切強(qiáng)度提高1.7倍，經(jīng)受住300°C以上的溫度，得到具有良好機(jī)械性能和粘結(jié)強(qiáng)度的耐高溫環(huán)氧膠粘劑。經(jīng)過改性的環(huán)氧樹脂可以將各種原料很好地加以粘合，生產(chǎn)出的剎車片不但各項(xiàng)理化性能指標(biāo)優(yōu)良，作為摩擦材料基體樹脂可以明顯提高剎車片的抗熱衰退能力，使其具有良好的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明中加入12%的聚酰亞胺改性環(huán)氧樹脂作為粘合劑。
[0025]本發(fā)明專利中使用的摩擦性能調(diào)節(jié)劑為棕剛玉增摩材料，紫銅粉，人工石墨。
[0026]棕剛玉以優(yōu)質(zhì)耐磨材料高鋁含量的釩土為原料，于電弧中經(jīng)2000度以上高溫熔煉而成，經(jīng)自磨機(jī)粉碎整形，、篩分成多種粒度，其質(zhì)地致密、硬度高，其突出的特點(diǎn)是晶體尺寸小耐沖擊，表面干潔，易于與粘合劑結(jié)合，高溫性能特別穩(wěn)定，能有效的降低摩擦材料高溫制動(dòng)的衰退性。
[0027]紫銅粉是采用優(yōu)質(zhì)的黃銅為原料經(jīng)過特殊工藝專門加工而成，外觀呈不規(guī)則形狀，有一定的韌性，質(zhì)地柔軟。用于摩擦材料中，具有很好的粘結(jié)力，能很好的與其他原料均勻混合，具有減摩擦作用，能減少摩擦材料對盤和轱的磨損。另外，紫銅粉耐高溫，在高溫軟化時(shí)吸收大量的熱量，且散熱快，有助于降低摩擦材料制動(dòng)時(shí)表面的溫度。其粒度為40目-80目，純度大于96%，比重8.7g/cm3。[0028]所采用的人工石墨是由瑞士物密高集團(tuán)(HMCAL GROUP)公司生產(chǎn)。由于石墨作為碳質(zhì)原料，具有很高的熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，所以能較多地吸收由摩擦功轉(zhuǎn)化的熱量，并順利地散發(fā)出去，有助于提高摩擦材料的耐溫性能。人工石墨為鱗片層疊結(jié)構(gòu)，硬度又很低，可以作為減磨材料以調(diào)整摩擦系數(shù)，可減小磨損；石墨顆粒富含微孔，且具彈性恢復(fù)作用，所以被賦予良好的阻尼功能，在摩擦材料中起到減小震動(dòng)、遏制噪音、減小震動(dòng)的效果。此外，人工石墨很容易被有機(jī)粘結(jié)劑浸潤，而且其顆粒與粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度很高。
[0029]鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑能夠能夠無機(jī)礦物填料與有機(jī)聚合物間的界面，從而使玄武巖纖維、樹脂膠黏劑和礦物填料形成較好的結(jié)合，從而提高礦物的填充量而降低成本，并改進(jìn)最終廣品的性能。
[0030]本發(fā)明專利中使用填料為沉淀硫酸鋇填料，片狀蛙石，F(xiàn)M-1陶瓷空心微粉。
[0031 ] 沉淀硫酸鋇由淄博雍濱微粉廠生產(chǎn)，熔點(diǎn)1580°C，相對密度:4.50 (15°C )。沉淀硫酸鋇具有硬度適中、比重大及無毒、耐高溫的特點(diǎn)，因而在摩擦密封材料中得到了普遍應(yīng)用，特別在摩擦材料中它已是不可或缺的無機(jī)填料。使用沉淀硫酸鋇，有利于穩(wěn)定摩擦系數(shù)，降低磨損率，而且摩擦面光滑、潔凈，不易攻擊對偶。本發(fā)明中加入5%沉淀硫酸鋇作為摩擦性能調(diào)節(jié)劑
[0032]蛭石是一種化學(xué)成分復(fù)雜的含水鋁硅酸鹽礦物，化學(xué)分子式為(Mg，F(xiàn)e, Al)(SiAl)4(OH)2.4Η20，常變化不定。單斜晶系，顏色為褐色、黃褐色和古銅色，油脂光澤。硬度I~1.5，比重2.4~2.7，熔點(diǎn)1320°C~1350°C。蛭石外形常呈鱗片狀、片狀，鱗片重疊，在I英寸厚度內(nèi)可疊100萬片?？箟簭?qiáng)度I~1.5t/cm2。蛭石具有隔熱、耐凍、抗菌、防火、吸水、吸聲等優(yōu)異性能，是一種新型的高技術(shù)無機(jī)纖維結(jié)構(gòu)和功能材料，用于摩擦材料具有力學(xué)性能佳，耐高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0033]FM-1陶瓷空心微粉是由美國potters Industries Inc.生產(chǎn)的工業(yè)粉體材料,用于摩擦材料的低密度功能性添加劑。化學(xué)組成:Si025 5~60%，Al20325~30%，F(xiàn)e2034~10%;粒徑范圍:10 ~50 μ m ;相對密度:0.60 ~0.80g/cm3 ;抗壓強(qiáng)度:3950psi(27.2MPa)；莫氏硬度:5。它的密度很小，同體積重量只有硫酸鋇的1/6，不僅可以減輕產(chǎn)品重量，而且可以降低生產(chǎn)成本。FM-1陶瓷空心微珠具有很好的抗壓強(qiáng)度和很好的耐熱筍，有利于提高摩擦材料的抗衰退性及降低磨損率。本發(fā)明中FM-1陶瓷空心微粉在摩擦材料中的加入量為 15%。
【具體實(shí)施方式】:
[0034]番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型的摩擦材料采用耐高溫型聚酰亞胺改性環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，以番麻纖維，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維三種纖維作為混雜增強(qiáng)纖維，并加入剛玉增摩材料、紫銅粉、人工石墨作為摩擦性能調(diào)節(jié)劑，來改善和提高摩擦材料的摩擦性能。為提高生產(chǎn)效率和摩擦材料的合格率，采用2步升溫、3次放氣、溫控固化的工藝制備摩擦材料。該制品成型工藝簡單、物理機(jī)械性能好，摩擦系數(shù)隨溫度升高發(fā)生的衰減很小、綜合性能良好，制動(dòng)安全、有效，乘坐舒適、平穩(wěn)，符合當(dāng)代汽車人性化設(shè)計(jì)要求。
[0035]本發(fā)明經(jīng)過多次試驗(yàn)得到的的最佳配方比例為:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料，其特征在于:其組分包括作為材料骨架的番麻纖維，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維，摩擦性能調(diào)節(jié)劑偶聯(lián)劑和填料；所述各組分的重量分?jǐn)?shù):增強(qiáng)纖維20~30份，粘合劑9~16份，摩擦性能調(diào)節(jié)劑8~14份，填料40~50份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料，其特征在使用番麻纖維作為增強(qiáng)材料，經(jīng)超聲波和化學(xué)方法聯(lián)合預(yù)處理后，分離出單根纖維，再經(jīng)過微纖化處理后，改善纖維與聚合物界面結(jié)構(gòu)，能提高增強(qiáng)纖維在摩擦材料中的混雜均勻程度，可改善摩擦材料的負(fù)荷能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料，其配方為番麻纖維9%、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維3.5 %、玄武巖纖維16%、聚酰亞胺4.5%、環(huán)氧樹脂9 %、棕剛玉增摩材料2.5%、人工石墨3.5 %、紫銅粉4%、鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑3%、片狀蛙石18%、陶瓷空心微粉15%、沉淀硫酸鋇10%。這個(gè)配方經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)整，表明9%番麻纖維、3.5%高強(qiáng)高模聚乙烯纖維、16%玄武巖纖維、13.5%聚酰亞胺改性環(huán)氧樹脂的配方具有最優(yōu)的化學(xué)穩(wěn)定性好，熱衰退性能好，摩擦性能穩(wěn)定可靠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種番麻纖維增強(qiáng)環(huán)保型摩擦材料，其制備工藝為熱壓成型的溫度為約1701，壓力55~65腿^，熱壓時(shí)間為15~20分鐘。經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)整表明，此工藝條件下生產(chǎn)的剎車片摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低，其物理機(jī)械性能達(dá)到最優(yōu)。
【文檔編號(hào)】C09K3/14GK103834363SQ201310496472
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】姜著川 申請人:姜著川