專利名稱：：汽車用海泡石摩擦材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以海泡石為基材的汽車用海泡石摩擦材料及制備方法，它主要應(yīng)用于汽車制動器。以石棉作為增強基材的石棉摩擦材料是傳統(tǒng)產(chǎn)品，雖然它具有良好的摩擦性，且價格低廉，但由于石棉特定的礦物晶體結(jié)構(gòu)，使其嚴重污染環(huán)境，并具有誘發(fā)人體致癌的危害。因此當(dāng)今世界限制使用石棉及石棉制品，為此尋求石棉的代用品，發(fā)展無石棉摩擦材料已成為一種世界趨勢。七十年代以來，用來研制和生產(chǎn)摩擦材料的石棉代用品的有玻璃纖維、陶瓷纖維、有機纖維或鋼纖維、碳纖維等，用這些纖維制成的摩擦材料統(tǒng)稱為無石棉摩擦材料。但是，前述的各種纖維的性能不如石棉纖維，同是還存在某些工藝缺陷。即使某些纖維能明顯改進摩擦材料的某些性能，但因纖維未能商品化或成本高，使其應(yīng)用受到限制，因此目前國內(nèi)還是廣泛沿用石棉摩擦材料。本發(fā)明的目的在于提供一種以天然礦物-海泡石為增強填充基材的摩擦材料及生產(chǎn)這種材料的制備方法。這種摩擦材料的性能不低于或部分超過現(xiàn)有的無石棉摩擦材料的性能，且單位成本低，制造工藝簡單，能全部取代石棉制成的摩擦材料。本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的，海泡石摩擦材料以海泡石為基材，以熱塑性樹脂、橡膠或以熱塑性樹脂、熱固性樹脂、膠乳為粘結(jié)劑，以硅灰石、硫酸鋇、氧化鐵、石墨或以硅灰石、硫酸鋇、碳黑為填料，再加上銅粉、鋁粉等金屬材料經(jīng)干法工藝或半濕法工藝制成。海泡石摩擦材料干法生產(chǎn)的配方(按重量%比計)為海泡石25-50粘結(jié)劑(熱塑性樹脂、橡膠)18-30填料(硅灰石、硫酸鋇、氧化鐵、石墨等)22-44金屬材料(銅粉)1-5半濕法生產(chǎn)的配方為海泡石25-60粘結(jié)劑(熱塑性樹脂、熱固性樹脂、膠乳)19-40填料(硅灰石、硫酸鋇、碳黑)16-34金屬材料(鋁粉、銅粉)2-6半濕法生產(chǎn)海泡石摩擦材料的制造方法為先將丁腈膠乳、熱固性樹脂、熱塑性樹脂混合，加入干燥的海泡石及填料，捏合、干燥、粉碎、再加入金屬材料混合，冷型壓制、熱壓成型、熱處理、磨制加工而成。海泡石是含水的鎂硅酸鹽礦物，由兩個二維Si-O四面體片及其之間的Mg-O(OH)八面體片組成一個單位晶胞，屬2∶1型層鏈狀結(jié)構(gòu)。連續(xù)的四面體，相鄰帶的頂點指向相反方向，形成大小固定并平行于鍵的開口孔道(截面積為3.6×10A)(見圖1，圖1中·-Si、-Mg、o-O、⊙-OH結(jié)構(gòu)水、-OH2結(jié)合水、-H2O+沸石水)。海泡石這種特定的晶體結(jié)構(gòu)使其不具備與多環(huán)芳烴有天然聯(lián)系的條件，也決定了海泡石呈纖維束狀，板條束狀，其束徑與長度之比為1∶60-1∶100。海泡石能在極性溶劑、液態(tài)樹脂中高度分散、形成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使海泡石在復(fù)合材料中起到了隨機增強作用。海泡石晶體表面發(fā)育的溝槽、微孔隙及平行于鍵的開口孔道，使其具有較大的比表面積，因此海泡石具有較強的吸附能力，同時海泡石與粘結(jié)劑界面上的物理吸附和化學(xué)鍵合(以共價鍵方式聯(lián)接)，增強了界面上的粘結(jié)力，提高了海泡石摩擦材料的整體強度。在海泡石晶體結(jié)構(gòu)中有三種水，孔益中的沸石水(H2O+)。與八面體中Mg+2離子配位的結(jié)合水(OH2)，以及結(jié)構(gòu)水(OH)。把海泡石加熱至100-300℃，脫去H2O+和一半(OH)，300-500℃時脫去(OH2)和部分(OH)，700℃以上，(OH)全部脫去，海泡石結(jié)構(gòu)被破壞，開始轉(zhuǎn)化為頑火輝石、方英石。400-800℃晶體發(fā)生折迭，因此，海泡石具有良好的熱穩(wěn)定性，海泡石摩擦材料則具有一定的耐熱降解性，尤其是高溫摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損小。綜上所述，海泡石能在摩擦材料中全部替代石棉，從而排除了石棉摩擦材料對環(huán)境的污染及對人體的危害。而且以海泡石為基材的摩擦材料的密度也降低了。干法生產(chǎn)海泡石摩擦材料配方的實施例見表1。半濕法生產(chǎn)海泡石摩擦材料配方的實施例見表2。海泡石摩擦材料干法生產(chǎn)的工藝流程與國內(nèi)現(xiàn)行的石棉摩擦材料干法生產(chǎn)的工藝流程(見武漢材料保護研究所周順隆編譯的《制動器、離合器摩擦材料專利譯文集》第一集)相同。半濕法生產(chǎn)的工藝流程如圖2。圖1海泡石晶體結(jié)構(gòu)2本發(fā)明的半濕法生產(chǎn)工藝流程3現(xiàn)行石棉摩擦材料濕法生產(chǎn)工藝流程圖從圖2、圖3可見，半濕法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)工藝流程和區(qū)別在于半濕法生產(chǎn)海泡石摩擦材料不使用溶劑，經(jīng)捏合、干燥、粉碎后還需加金屬材料混合，冷型壓制，而后再熱壓成型、熱處理、磨制加工成產(chǎn)品。半濕法生產(chǎn)海泡石摩擦材料的具體制備方法是先將丁腈膠乳、熱固性樹脂、熱塑性樹脂混合5、6分鐘，再加入經(jīng)干燥后的商品海泡石，填料進行捏合，捏合時間10-15分鐘。海泡石基材通過丁腈膠乳和樹脂粘結(jié)劑的捏合預(yù)浸潤處理，增加了其與粘結(jié)劑的濕潤力。經(jīng)捏合后在干燥設(shè)備中干燥，干燥溫度80±5℃，時間2小時，揮發(fā)份≤3%。粉碎至粒度為100-350微米，加入金屬材料混合。在室溫條件下冷型壓制，以150kg/cm2的壓力連續(xù)進行。再熱壓成型，熱壓條件為溫度160±5℃，壓力200kg/cm2，熱壓時間1分鐘/mm。再經(jīng)熱處理，磨制加工，檢驗包裝為所需產(chǎn)品。本發(fā)明的海泡石摩擦材料作了各項性能指標(biāo)的測試，其測試結(jié)果見表3-表8。湖北石棉制品廠科研所對本廠試制和生產(chǎn)的海泡石摩擦材料及石棉摩擦片在D-MS定速式摩擦試驗機上作了摩擦系數(shù)及磨損率的測試，測試結(jié)果見表3。物理機械性能的測試結(jié)果見表4。甘肅甘谷石棉制品廠科研所在美國CHAS試驗機上對湖北石棉制品廠生產(chǎn)的海泡石摩擦片及石棉摩擦片進行了摩擦系數(shù)μ和磨損測試對比，結(jié)果如表5、表6。第二汽車制造廠技術(shù)中心對幾種摩擦片作了慣性試驗臺試驗，其中半濕法成型的海泡石摩擦片的試驗結(jié)果見表7注資料來源第二汽車制造廠技術(shù)中心;數(shù)據(jù)計算湖北石棉制品廠科研所湖北石棉制品廠科研所作了密度測試，結(jié)果見表8。表8各種摩擦片密度表材料海泡石摩擦片(半濕法成型)海泡石摩擦片(干法成型)石棉摩擦片(干法成型)日本石棉摩擦片密度(g/cm3)1.901.852.101.82</table></tables>各種增強纖維的價格見表9從以上測試數(shù)據(jù)及其對比可以看出，本發(fā)明的海泡石摩擦材料的各項技術(shù)指標(biāo)均達到國家標(biāo)準，抗高溫衰退性好，磨損，尤其是高溫磨損小，密度比國產(chǎn)的石棉摩擦片小，無噪音，成本低。本發(fā)明的制造方法與現(xiàn)行濕法生產(chǎn)石棉片相比只增加了少許程序，且干法生產(chǎn)又一樣，因而易于推廣。采用海泡石摩擦材料減少或根除了對環(huán)境的污染，杜絕了使人體致癌的危害，為無石棉摩擦材料提供了一種切實可行的新品種，填補了我國這方面的空白，其經(jīng)濟、社會效益相當(dāng)可觀。權(quán)利要求1.一種汽車用海泡石摩擦材料，其特征在于以海泡石為基材，以熱塑性樹脂、橡膠或以熱塑性樹脂、熱固性樹脂、膠乳為粘結(jié)劑，以硅灰石、硫酸鋇、氧化鐵、石墨或以硅灰石、硫酸鋇、碳黑為填料，再加上銅粉、銘粉等金屬材料經(jīng)干法工藝或半溫法工藝制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海泡石摩擦材料，其特征在于干法生產(chǎn)的配方(按重量%比計)為海泡石25-50粘結(jié)劑(熱塑性樹脂、橡膠)18-30填料(硅灰石、硫酸鋇、氧化鐵、石墨等)22-44金屬材料(銅粉)1-5半濕法生產(chǎn)的配方為海泡石25-60粘結(jié)劑(熱塑性樹脂、熱固性樹脂、膠乳)19-40填料(硅灰石、硫酸鋇、碳黑)16-34金屬材料(鋁粉、銅粉)2-63.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1、2所述的海泡石摩擦材料的制備方法，其特征在于半濕法生產(chǎn)的方法為先將丁腈膠乳、熱固性樹脂、熱塑性樹脂混合，加入干燥的海泡石及填料，捏合、干燥、粉碎，再加入金屬材料混合、冷型壓制、熱壓成型、熱處理、磨制加工成海泡石摩擦材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于丁腈膠乳，熱固性樹脂、熱塑性樹脂，混合5、6分鐘加入海泡石，填料捏合，捏合時間10-15分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于捏合后干燥、粉碎，干燥溫度80±5℃，時間2小時，揮發(fā)份≤3%，粉碎粒度為100～350微米。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于冷型壓制在室溫條件下進行，以150kg/cm2的壓力連續(xù)壓制。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于熱壓成型的條件為溫度160±5℃，壓力200kg/cm2，熱壓時間1分鐘/mm。全文摘要本發(fā)明為汽車用海泡石摩擦材料及制備方法。海泡石摩擦材料以海泡石為增強基材，加上粘結(jié)劑、填料、金屬材料經(jīng)干法工藝和半濕法工藝制成，干法與石棉摩擦材料的生產(chǎn)方法相同，半濕法比濕法多了少許工序。本發(fā)明的產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)均達到國家標(biāo)準，抗高溫衰退性好，磨損、尤其是高溫磨損小，密度比石棉摩擦片小，無噪音，成本低，對環(huán)境無污染，沒有致癌的危害，宜于推廣使用。文檔編號C09K3/14GK1049858SQ8910698公開日1991年3月13日申請日期1989年9月1日優(yōu)先權(quán)日1989年9月1日發(fā)明者孫祁,樓運漁,施躍,趙金保,唐天德申請人:湖北非金屬地質(zhì)公司,湖北石棉制品廠