本發(fā)明屬于摩擦材料領(lǐng)域，具體涉及一種無石棉可控梯度彈性制動片及其制備方法。
背景技術(shù)：
：制動過程的緩沖主要是為了消除運動機械突然停頓導(dǎo)致的慣性力，以保證制動過程平穩(wěn)性和設(shè)備安全性，這對于大型起吊設(shè)備和高溫?zé)掕F爐翻轉(zhuǎn)設(shè)備等高危設(shè)備的制動過程尤為重要。目前大型起吊設(shè)備的制動片大都采用帶橡膠墊的石棉纖維層制動片，即在石棉摩擦纖維層下方粘接(或安裝)橡膠墊以緩沖其制動過程，其工程性是在利用石棉纖維的摩擦制動性能的同時，使具有彈性性能的橡膠墊緩沖其制動瞬間的沖擊力。由于石棉的優(yōu)良摩擦制動性能與隔熱性以及橡膠墊的良好彈性性能，使帶橡膠墊的石棉纖維層制動片能長期使用在起吊設(shè)備的電機制動系統(tǒng)中。然而，由于石棉為高溫?fù)]發(fā)物屬強致癌物質(zhì)，石棉纖維在摩擦制動過程產(chǎn)生的揮發(fā)物對環(huán)境污染較大，因此無石棉制動片成為近年來摩擦材料的發(fā)展趨勢。迄今為止，傳統(tǒng)緩沖制動片的結(jié)構(gòu)由摩擦制動層與橡膠墊兩部分粘結(jié)而成，涉及的結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜；此外大多數(shù)無石棉摩擦制動層的低隔熱性使摩擦制動熱將迅速傳遞到橡膠墊，橡膠墊的非導(dǎo)熱特性和低熱軟化性嚴(yán)重制約了其制動效率和使用壽命。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對上述該領(lǐng)域技術(shù)存在的不足，提供一種無石棉可控梯度彈性制動片，它為依次設(shè)置的摩擦制動層和梯度彈性模量層形成的梯度彈性模量的連續(xù)耦合結(jié)構(gòu)，可基于制動緩沖要求，量化設(shè)計其彈性復(fù)層的彈性模量，滿足大慣量緩沖制動系統(tǒng)的變化量緩沖涉及要求，同時在彈性復(fù)層之間可設(shè)置強韌層，以提高大慣量緩沖制動穩(wěn)定性；且涉及的原料不含石棉，環(huán)境友好，適用范圍廣。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種無石棉可控梯度彈性制動片，它包括依次設(shè)置的摩擦制動層和梯度彈性模量層，其中梯度彈性模量層由若干個彈性復(fù)層組成，且自與摩擦制動層接觸的彈性復(fù)層起，彈性復(fù)層的彈性模量逐層降低。優(yōu)選的，所述摩擦制動層和梯度彈性模量層之間設(shè)置強韌層。更優(yōu)選的，所述梯度彈性模量層中的彈性復(fù)層之間設(shè)置強韌層。上述方案中，所述摩擦制動層中各組分及其所占重量份數(shù)為：改性酚醛樹脂粉15-25份，增強纖維5-10份，金屬粉10-15份，摩擦粉15-20份，礦物填料30-55份。上述方案中，所述梯度彈性模量層中的彈性復(fù)層選自如下配比方案，配比方案1：改性酚醛樹脂粉10-15重量份，金屬粉10-15重量份，橡膠粉5-15份，礦物填料55-75；配比方案2：改性酚醛樹脂粉10-15重量份，金屬粉10-15重量份，橡膠粉15-20份，礦物填料50-65；配比方案3：改性酚醛樹脂粉10-15重量份，金屬粉10-15重量份，橡膠粉20-25份，礦物填料45-60重量份；配比方案4：改性酚醛樹脂粉10-15重量份，金屬粉10-15重量份，橡膠粉25-30份，礦物填料40-55；配比方案5：改性酚醛樹脂粉10-15重量份，金屬粉10-15重量份，橡膠粉35-40份，礦物填料30-45。不同彈性復(fù)層的配比及其對應(yīng)的彈性模量見表1。表1編號改性酚醛樹脂粉金屬粉橡膠粉礦物填料彈性模量(MPa)110-1510-155-1555-751100-850210-1510-1515-2050-65850-650310-1510-1520-2545-60650-450410-1510-1525-3040-55450-300510-1510-1535-4030-45300-200上述方案中，所述強韌層中各組分所占重量份數(shù)為：改性酚醛樹脂粉10-15份，金屬纖維20-30份，增強纖維25-35份，礦物填料20-45份。上述方案中，所述改性酚醛樹脂為丁腈橡膠改性酚醛樹脂。上述方案中，所述增強纖維為陶瓷纖維或礦物纖維。上述方案中，所述礦物填料為250-325目的鉀長石或重晶石。上述方案中，所述金屬粉為銅粉或鐵粉。上述方案中，所述摩擦粉為市售摩擦粉產(chǎn)品，或為石墨與炭黑粉按任意比例的混合物。上述方案中，所述金屬纖維為銅纖維或不銹鋼纖維。上述一種無石棉可控梯度彈性制動片的制備方法，它包括如下步驟：1)配料：按上述配比要求分別稱取摩擦制動層和梯度彈性模量層中的彈性浮層中的各組分，并分別攪拌均勻得各功能層的混合原料；2)裝模：將各功能層的混合原料按照摩擦制動層、梯度彈性模量層的順序分層填充至熱壓模中；3)控溫：分別控制熱壓模中摩擦制動層混合原料的溫度為120-160℃，梯度彈性模量層混合原料的模具溫度為100-140℃；4)壓制成型：在壓力為10-25MPa，保壓時間為60-80s/mm的條件下進行壓制成型；5)分級熱處理：將壓制成型所得產(chǎn)物加熱至130-150℃保溫2-3h，繼續(xù)升溫至155-165℃保溫2-3h，最后加熱至170-180℃保溫為1-2h后隨爐自然冷卻，即得所述無石棉可控梯度彈性制動片。上述方案中，所述熱壓模包括上模具和下模具，上模具對應(yīng)摩擦制動層混合原料一端，下模具對應(yīng)梯度彈性模量層混合原料一端，步驟3)中通過對上、下模具分別施不同溫度，其中上模具溫度高于下模具溫度，控制熱壓模中摩擦制動層混合原料的溫度為120-160℃，梯度彈性模量層混合原料的模具溫度為100-140℃。優(yōu)選的，所述擦制動層和梯度彈性模量層之間設(shè)置一層強韌層。更優(yōu)選的，在所述梯度彈性模量層中的彈性復(fù)層之間設(shè)置強韌層。本發(fā)明的原理為：1)結(jié)構(gòu)原理：采用小差異化粘結(jié)劑(改性酚醛樹脂粉)組分和大差異化彈性體(橡膠粉)組分的結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計，使各層在形成連續(xù)體耦合的同時實現(xiàn)其功能差異化；2)功能原理：在摩擦制動層實現(xiàn)其制動的同時，彈性復(fù)層吸收其制動過程中的慣性動能，而復(fù)層的彈性梯度可控其慣性動能吸收速率，從而實現(xiàn)制動過程的緩沖可控性。本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明采用無石棉摩擦制動層實現(xiàn)其制動功能，環(huán)境友好；2)本發(fā)明采用梯度彈性模量層中的彈性復(fù)層的彈性模量可變性，可有效解決緩沖制動器的量化設(shè)計和控制的技術(shù)問題，特別是高危設(shè)備制動器的緩沖控制技術(shù)難題；3)本發(fā)明可在梯度彈性模量層中耦合強韌層，解決厚彈性復(fù)層的變形失穩(wěn)問題而設(shè)置，適用于具有大制動慣性動能情況。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1所得無石棉可控梯度彈性制動片，圖中1為摩擦制動層，2為第一彈性復(fù)層，3為第二彈性復(fù)層，4為第三彈性復(fù)層。圖2為本發(fā)明實施例2所得無石棉可控梯度彈性制動片，圖中1為摩擦制動層，2為第一彈性復(fù)層，3為強韌層，4為第二彈性復(fù)層。圖3為本發(fā)明實施例3所得無石棉可控梯度彈性制動片，圖中1為摩擦制動層，2為梯度彈性模量層。圖4為本發(fā)明實施例4所得無石棉可控梯度彈性制動片，圖中1為摩擦制動層，2為強韌層，3為梯度彈性模量層。具體實施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。以下實施例中，所述無石棉可控梯度彈性制動片為摩擦制動層、梯度彈性模量層組成的連續(xù)體，其中梯度彈性模量層由若干個彈性復(fù)層組成，且彈性復(fù)層之間可設(shè)置強韌層；將上述各功能層按配比進行混料、在模具中進行分層填料，再進行熱壓壓制成型和熱處理后，即得所述無石棉梯度彈性制動片。所述梯度彈性制動片中各組分摩擦制動層中各組分所占重量份數(shù)為：所述摩擦制動層中各組分及其所占重量份數(shù)為：改性酚醛樹脂粉15-25份，增強纖維5-10份，金屬粉10-15份，摩擦粉15-20份，礦物填料30-55份。所述強韌層中各組分所占重量份數(shù)為：改性酚醛樹脂粉10-15份，金屬纖維20-30份，增強纖維25-35份，礦物填料20-45份。所述梯度彈性模量層中的彈性復(fù)層選自若干個表1中的所述配方條件。表1梯度彈性模量層中不同彈性復(fù)層的配比及其對應(yīng)的彈性模量編號改性酚醛樹脂粉金屬粉橡膠粉礦物填料彈性模量(MPa)110-1510-155-1555-751100-850210-1510-1515-2050-65850-650310-1510-1520-2545-60650-450410-1510-1525-3040-55450-300510-1510-1535-4030-45300-200以下實施例中，所述改性酚醛樹脂粉為丁腈橡膠改性酚醛樹脂，增強纖維為市售化學(xué)纖維，金屬纖維為銅纖維；金屬粉為鐵粉；摩擦粉由石墨與炭黑粉按1:1的質(zhì)量比混合而成；礦物填料為重晶石，粒度為200-325目。對比例一種無石棉單層制動片，其組分配比及制品性能如表2所示：表2以下實施中所采用的單層制動片組分配比(重量份數(shù))及其制動片性能所述無石棉單層制動片的制備方法包括如下步驟：1)按表2所述配比進行配料，得混合原料；2)將所得混合原料填充至熱壓模中；3)控制熱壓模中溫度為150℃；4)在壓力為20MPa和保壓時間為70s/mm的條件下進行壓制成型；5)將壓制成型所得產(chǎn)物加熱至150℃保溫2h，繼續(xù)升溫至160℃保溫2h，最后加熱至180℃保溫為2h后隨爐自然冷卻，即得所述無石棉單層制動片。實施例1一種無石棉可控梯度彈性制動片，其結(jié)構(gòu)圖見圖1，它自上而下包括依次設(shè)置的摩擦制動層1和梯度彈性模量層，其中梯度彈性模量層由依次設(shè)置的第一彈性復(fù)層2、第二彈性復(fù)層3和第三彈性復(fù)層4組成；所述彈性制動片中各功能層的組分配比及其所得制動片性能見表3。表3實施例1中所述彈性制動片各功能層配比(重量份數(shù))及所得制動片性能所述無石棉可控梯度彈性制動片的制備方法包括如下步驟：1)按表3所述各功能層(摩擦制動層和梯度彈性模量)的組分配比分別備料，并分別攪拌均勻得各功能層的混合原料；2)將各功能層的混合原料按圖1所述順序分層填充至熱壓模中；3)分別控制熱壓模中摩擦制動層模具的溫度為120-150℃，梯度彈性模量層模具的溫度為100-120℃；4)在壓力為20MPa和保壓時間為70s/mm的條件下進行壓制成型；5)將壓制成型所得產(chǎn)物加熱至150℃保溫2h，繼續(xù)升溫至160℃保溫2h，最后加熱至180℃保溫為2h后隨爐自然冷卻。實施例2一種無石棉可控梯度彈性制動片，其結(jié)構(gòu)圖見圖2，它自上而下包括依次設(shè)置的摩擦制動層1和梯度彈性模量層，其中梯度彈性模量層包含依次設(shè)置的第一彈性復(fù)層2和第二彈性復(fù)層4，兩個彈性復(fù)層之間耦合了強韌層3；所述彈性制動片中各功能層的組分配比及所得制品性能見表4。表4實施例2中所述彈性制動片各功能層配比(重量份數(shù))及所得制動片性能所述無石棉可控梯度彈性制動片的制備方法包括如下步驟：1)按表4所述各功能層(摩擦制動層、梯度彈性模量、強韌層)的組分配比分別備料，并分別攪拌均勻得各功能層的混合原料；2)將各功能層的混合原料按圖2所述順序分層填充至熱壓模中；3)分別控制熱壓模中摩擦制動層和強韌層模具的溫度為120-160℃，梯度彈性模量層模具的溫度為100-140℃；4)在壓力為20MPa和保壓時間為70s/mm的條件下進行壓制成型；5)將壓制成型所得制品加熱至150℃保溫2h，繼續(xù)升溫至160℃保溫2h，最后加熱至180℃保溫為2h后隨爐自然冷卻，即得所述無石棉可控梯度彈性制動片。將實施例1和實施例2所得無石棉可控梯度彈性制動片的性能測試結(jié)果進行對比(分別見表3和表4)，可以看出：(1)本發(fā)明實施例1和2所得制動片的綜合彈性模量明顯低于單層制動片的彈性模量(見表2)，使其表現(xiàn)出良好的緩沖性能。(2)本發(fā)明實施例2所述制動片中耦合強韌層后，其綜合彈性模量變化不大，但剛度系數(shù)明顯提高，從而提高了抗變形能力，改善了其制動穩(wěn)定性。實施例3一種無石棉可控梯度彈性制動片，結(jié)構(gòu)圖見圖3，它包括依次設(shè)置的摩擦制動層1和梯度彈性模量層2；所述彈性制動片中各功能層的組分配比及所得制動片性能測試結(jié)果見表5。表5實施例3中所述彈性制動片各功能層配比(重量份數(shù))及所得制動片性能所述無石棉可控梯度彈性制動片的制備方法包括如下步驟：1)按表5所述各功能層(摩擦制動層、梯度彈性模量)的組分配比分別備料，并分別攪拌均勻得各功能層的混合原料；2)將各功能層的混合原料按圖3所述順序分層填充至熱壓模中；3)分別控制熱壓模中摩擦制動層和強韌層模具的溫度為120-160℃，梯度彈性模量層模具的溫度為100-140℃；4)在壓力為20MPa和保壓時間為70s/mm的條件下進行壓制成型；5)將壓制成型所的制品加熱至150℃保溫2h，繼續(xù)升溫至160℃保溫2h，最后加熱至180℃保溫為2h后隨爐自然冷卻。將本實施例所得制動片(表5)與對比例所得單層制動片(表2)進行對比，可以看出：本實施例所得制動片得綜合彈性模量明顯地低于單層制動片，但摩擦系數(shù)相同；從而實現(xiàn)其緩沖制動功能。實施例4一種無石棉可控梯度彈性制動片，其結(jié)構(gòu)圖見圖4，它包括依次設(shè)置的摩擦制動層1、強韌層2和梯度彈性模量層3；所述彈性制動片中各功能層的組分配比及所得制動片的性能測試結(jié)果見表6。表6實施例4中所述彈性制動片各功能層配比(重量份數(shù))及所得制動片性能所述無石棉可控梯度彈性制動片的制備方法包括如下步驟：1)按表6所述各功能層(摩擦制動層、強韌層、梯度彈性模量層)的組分配比分別備料，并分別攪拌均勻得各功能層的混合原料；2)將各功能層的混合原料按圖4所述順序分層填充至熱壓模中；3)分別控制熱壓模中摩擦制動層和強韌層模具的溫度為120-150℃，梯度彈性模量層模具的溫度為100-120℃；4)在壓力為20MPa和保壓時間為70s/mm的條件下進行壓制成型；5)將壓制成型所的制品加熱至150℃保溫2h，繼續(xù)升溫至160℃保溫2h，最后加熱至180℃保溫為2h后隨爐自然冷卻。將實施例3和4所得無石棉可控梯度彈性制動片的性能測試結(jié)果進行對比(分別見表5和表6)，可以看出：本實施例通過在摩擦制動層與彈性層之間耦合強韌層，在降低所得制動片彈性模量的同時，可大幅度地提高其剛度系數(shù)。綜上，本發(fā)明可為制動片的緩沖性能設(shè)計和穩(wěn)定性控制提供多種實施方式，從而拓寬其工程應(yīng)用范疇，具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而并非對實施方式的限制。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化或者變動，這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉，因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3