熱塑性樹脂摩擦材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱塑性樹脂摩擦材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來由于碳纖維產量增加價格降低和加工技術的發(fā)展，碳纖維增強熱塑性樹脂 復合材料的應用越來越廣，如美國專利US6, 231，788揭示了一種由PC-ABS樹脂復合物和碳 纖維組成的具有電磁屏蔽性的碳纖維復合材料，可用于防塵設備和筆記本電腦外殼；中國 專利CN101139462揭示了一種由聚酰胺樹脂、碳纖維、紅磷阻燃劑、增韌劑等組成的阻燃碳 纖維復合材料；中國專利CN1165523揭示了一種由研磨碳纖維、聚烯烴樹脂（PP)(或聚酰胺 樹脂或聚醚醚酮樹脂）和聚四氟乙烯（PTFE)粉末組成的耐磨性優(yōu)異的碳纖維復合材料，可 用作在半導體的某些加工操作過程中的支持夾具。
[0003] 耐磨碳纖維復合材料是一類重要的碳纖維復合材料，有廣泛的用途。取代金屬材 料做齒輪、軸承、滑輪、機械泵轉子等機器零部件的耐磨碳纖維復合材料一般要求具有較低 的摩擦系數(shù)，這樣可降低動力消耗，延長使用壽命。用做剎車片等制動部件的耐磨碳纖維復 合材料（又稱摩擦材料）要求具有中等大小的摩擦系數(shù)(一般為〇. 3(Γ〇. 70)，因為摩擦系數(shù) 太高的材料對對偶件的磨損會比較大，會降低對偶件的使用壽命，而摩擦系數(shù)太小制動效 果較差。以往的剎車片材料一般采用熱固性樹脂加碳纖維、鋼纖維、玻璃纖維等增強纖維和 潤滑劑、研磨劑等組成。如中國專利CN103059504揭示了一種以有機硅改性酚醛樹脂為基 體樹脂，鋼纖維、碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維兩種或兩種以上作增強纖維，加入填料、增韌 齊U、固化劑等經固化制備的耐磨汽車制動復合材料。這種熱固性樹脂基復合材料存在加工 周期長，抗沖擊強度低的缺點。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題之一是現(xiàn)有技術采用熱固性樹脂為基體樹脂加碳纖 維、鋼纖維、填料、固化劑等的方案存在的加工周期長，無缺口抗沖擊強度低的缺點，提供一 種熱塑性樹脂摩擦材料，該熱塑性樹脂摩擦材料具有無缺口抗沖擊強度高等優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題之二是與上述技術問題之一相應的熱塑性樹脂摩擦 材料的制備方法。
[0006] 為了解決上述技術問題之一，本發(fā)明的技術方案如下：熱塑性樹脂摩擦材料，以重 量份數(shù)計包括以下組分： Α. 45?70份尼龍66樹脂； Β. 1?20份金屬銅粉； C. 5?15份聚四氟乙烯（PTFE)樹脂； D. ΚΓ40份碳纖維； Ε. 0.01?5份助劑。
[0007] 上述技術方案中，所述尼龍66樹脂的相對粘度優(yōu)選為2. Γ3. 2。
[0008] 上述技術方案中，所述金屬銅粉的粒徑以目數(shù)表示優(yōu)選大于100目；或者所述金 屬銅粉優(yōu)選可通過>〇且< 150微米的篩孔。
[0009] 上述技術方案中，所述聚四氟乙烯樹脂的粒徑優(yōu)選為2~20微米。
[0010] 上述技術方案中，所述碳纖維優(yōu)選采用連續(xù)長纖維。
[0011] 上述技術方案中，所述碳纖維以重量份數(shù)計用量優(yōu)選為15~40份。
[0012] 上述技術方案中，所述助劑為抗氧劑或相容劑中的至少一種。
[0013] 上述技術方案中，所述助劑以重量份數(shù)計用量為0. 1~2份。
[0014] 上述技術方案中，所述66樹脂以重量份數(shù)計用量優(yōu)選為5(Γ65份。
[0015] 上述技術方案中，所述金屬銅粉以重量份數(shù)計用量優(yōu)選為2~15份。
[0016] 上述技術方案中，所述聚四氟乙烯樹脂以重量份數(shù)計用量優(yōu)選為5~15份。
[0017] 作為本發(fā)明最優(yōu)選的技術方案熱塑性樹脂摩擦材料，以重量份數(shù)計包括以下組 分： 尼龍66樹脂56?65份， 金屬銅粉5~15份， 聚四氟乙烯（PTFE)樹脂5?10份， 碳纖維25?30份， 助劑0. Γ2份。
[0018] 上述技術方案中，為了在提高Izod無缺口沖擊強度的情況下突出所述熱塑性材 料的彎曲強度、彎曲模量，進一步優(yōu)選的最佳方案之一是：所述熱塑性樹脂摩擦材料，以重 量份數(shù)計包括以下組分： 尼龍66樹脂56. 5?58. 5份， 金屬銅粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)樹脂6. 5?8. 5份， 碳纖維26. 5?28. 5份， 助劑0. Γ2份。
[0019] 上述技術方案中，為了在提高Izod無缺口沖擊強度的情況下突出所述熱塑性材 料的洛氏硬度，進一步優(yōu)選的最佳方案之二是：所述熱塑性樹脂摩擦材料，以重量份數(shù)計包 括以下組分： 尼龍66樹脂48. 5?50. 5份， 金屬銅粉13. 5?15. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)樹脂6. 5?8. 5份， 碳纖維27. 5~29. 5份， 助劑0. Γ2份。
[0020] 上述技術方案中，為了在提高Izod無缺口沖擊強度的情況下突出所述熱塑性材 料的Izod缺口沖擊強度，進一步優(yōu)選的最佳方案之三是：所述熱塑性樹脂摩擦材料，以重 量份數(shù)計包括以下組分： 尼龍66樹脂59. 5?61. 5份， 金屬銅粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)樹脂6. 5?8. 5份， 碳纖維23. 5?25. 5份， 助劑0. Γ2份。
[0021] 上述技術方案中，為了在提高Izod無缺口沖擊強度的情況下突出所述熱塑性材 料的拉伸強度，進一步優(yōu)選的最佳方案之四是：所述熱塑性樹脂摩擦材料，以重量份數(shù)計包 括以下組分： 尼龍66樹脂52. 5?54. 5份， 金屬銅粉6. 5~8. 5份， 聚四氟乙烯（PTFE)樹脂6. 5?8. 5份， 碳纖維30. 5?32. 5份， 助劑0. Γ2份。
[0022] 為了解決上述技術問題之二，本發(fā)明的技術方案如下：上述技術問題之一所述技 術方案中所述熱塑性樹脂摩擦材料的制備方法，包括以下過程： i )尼龍66樹脂在8(Tl00°C真空干燥8?12小時； ii) 尼龍66樹脂、金屬銅粉、聚四氟乙烯樹脂和所述助劑按重量比例加入雙螺桿擠出機 中混合，雙螺桿擠出機料筒溫度為25(T300°C ; iii) 連續(xù)長度碳纖維從雙螺桿擠出機中部開口引入樹脂體系中，碳纖維在雙螺桿擠出 機中被剪切破碎，和樹脂一起擠出，然后切粒得到所述所述熱塑性樹脂摩擦材料。
[0023] 為了充分說明本發(fā)明所述熱塑性樹脂摩擦材料的特點，下面以舉例的方式更具體 地介紹各優(yōu)選組分的優(yōu)選制法、優(yōu)選技術要求和優(yōu)選組成范圍。
[0024] 組分A :組分A為尼龍66樹脂，是己二酸和己二胺的縮聚物(聚（己二酰己二胺)， PA66)，在聚合過程中己二酸和己二胺的摩爾比一般為1 :1，聚合物的分子量可通過加入少 量乙酸或己二酸來調節(jié)，也可通過切粒后的固相聚合來調節(jié)，具體生產過程可參考化學工 業(yè)出版社（2001年）《工程塑料》P43-65。本發(fā)明使用的尼龍66樹脂是可作為工程塑料塑 料使用的聚（己二酰己二胺)，以中等分子量或高分子量為好，用硫酸測試的相對粘度以大 于2. 4小于3. 2為好，為了調節(jié)組合物的加工流動性也可采取高分子量PA66加入少量低分 子量PA66的方式。尼龍66樹脂在本發(fā)明組合物中的含量以重量份數(shù)計為45?70份，優(yōu)選 50?65份。
[0025] 組分B :組分B為金屬銅粉，工業(yè)上金屬銅粉可通過電解法或其他方法生產。本發(fā) 明使用的銅粉粒度要大于100目，大于200目更好，純度要大于99%，大于99. 5%更好。金屬 銅粉可適度提高本發(fā)明組合物的摩擦系數(shù)和硬度，從而提高耐磨性；金屬銅粉作為一種熱 的良導體也可帶走摩擦材料由于摩擦作用而產生的大量熱能，從而提高摩擦材料的使用壽 命。在本發(fā)明組合物中金屬銅粉的用量以重量份數(shù)計為1~20份，優(yōu)選2~15份。
[0026] 組分C :組分C是一種聚四氟乙烯（PTFE)粉末樹脂，在本發(fā)明組合物中主要為了 適度降低材料的摩擦系數(shù)，起潤滑作用，可延長摩擦材料的使用壽命。本發(fā)明組合物選用 PTFE作減摩助劑的另一原因是PTFE是一種聚合物對復合材料的沖擊強度等影響較小。這 種PTFE樹脂可用懸浮聚合法生產，具有較低的分子量，粉末粒徑在1-20微米，以2-10微米 更好。PTFE樹脂在本發(fā)明組合物中的含量以重量份數(shù)計為5~15份，優(yōu)選5~10份。
[0027] 組分D :組分D是一種連續(xù)碳纖維，通過本發(fā)明特定的工藝破碎后分散到復合材料 中。這種碳纖維可以通過聚丙烯腈（PAN)紡絲、牽伸、氧化、碳化等工藝路線生產（PAN基碳 纖維)，也可用特殊的浙青樹脂經紡絲、氧化、碳化等工藝路線生產(浙青基碳纖維)。碳纖維 一般根據(jù)拉伸強度和拉伸模量分為不同的品級，有標準模量型碳纖維（如T300、AS4、T700 等）、中模型碳纖維(如頂6、頂7等)、高模型碳纖維(如M55J、M60J、M65J等)，本發(fā)明主要是 通過特定的工藝減少碳纖維的破碎從而提高復合材料的性能，因此對碳纖維品級沒有特別 的限制。碳纖維的碳含量很高，一般大于90%，所以其表面能較低，與其它材料的結合較差， 為了改進這種不足，商業(yè)的碳纖維表面一般經過特殊的處理(如陽極氧化、強酸腐蝕等）并 涂覆了少量(一般在〇. 59Γ3%范圍內）改進粘接性的樹脂（如環(huán)氧樹脂等），這對提高復合 材料性能往往是有利的。碳纖維在本發(fā)明組合物中的含量以重量份數(shù)計為ΚΓ40份，優(yōu)選 25?30份。
[0028] 組分E :組分E是為了改進尼龍66樹脂等在高溫加工過程中可能發(fā)生的性能降 低的影響而添加的一些助劑，如防止尼龍66樹脂氧化降解的抗氧劑，也可能是改進尼龍 66樹脂與碳纖維結合性的相容劑?？寡鮿┛梢允歉黝愇蛔璺宇惪寡鮿?如Irganoxl076、 IrganoxlOlO等)、亞磷酸酯類抗氧劑（如Irgafos 168、626、852等）或它們的混合物（如 Irganox B215、B225等)。相容劑有苯乙烯-馬來酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、環(huán) 氧樹脂等。組分E在本發(fā)明組合物中的含量以重量份數(shù)計為0. 01飛份，優(yōu)選0. 1~2份。
[0029] 本發(fā)明碳纖維增強尼龍66摩擦