一種2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)改性腰果殼油酚醛樹脂基摩擦材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種采用2.5維碳纖維/芳綸纖維增強(qiáng)改性腰果殼油酚醛樹脂摩擦材料的制備方法
【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己廣泛應(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)計性低的嚴(yán)重缺陷，己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。
[0003]腰果殼油是一種從天然成熟的腰果殼中提煉出的粘稠性液體，其主要結(jié)構(gòu)特征是苯酚的間位上帶有長鏈脂肪烴，因此，腰果殼油既含有剛性基團(tuán)又含有柔性基團(tuán)，并具有酚類化合物的特征，用其改性酚醛樹脂的韌性可得到明顯的提高。這種改性的酚醛樹脂摩擦性能優(yōu)良，在摩擦過程中形成的碳化膜柔性好而又不易脫落。在歐美國家和日本普遍應(yīng)用，國內(nèi)也有批量生產(chǎn)。且以它作基體壓制成的摩擦材料制品，摩擦、耐熱和力學(xué)性能均非常優(yōu)升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請人提供了一種2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)改性腰果殼油酚醛樹脂基摩擦材料。本發(fā)明進(jìn)行了碳纖維和芳綸纖維的混編，極大提高了摩擦材料的散熱性能并且能在大壓力工作下彌補(bǔ)剎車片的熱衰退性;本發(fā)明摩擦材料中接結(jié)經(jīng)紗貫通材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。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)改性腰果殼油酚醛樹脂基摩擦材料，所述摩擦材料采用碳纖維與芳綸纖維的混編制成的2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體作為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，與改性腰果殼油酚醛樹脂膠液復(fù)合固化制成所述摩擦材料。
[0007]所述2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體的制備方法為:先將碳纖維與芳綸纖維進(jìn)行并捻，制成合股紗線，作為瑋紗，碳纖維作為經(jīng)紗;然后進(jìn)行織造，接結(jié)紗沿厚度方向呈0°?90°貫穿各層，織成深交聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳纖維機(jī)織預(yù)制體；其中碳纖維體積含量為15%?85 %，芳綸纖維體積含量為15 %?85 瑋紗層數(shù)為2?50層;碳纖維/芳綸纖維預(yù)制體密度為1.2?2.6g/Cm30
[0008]所述碳纖維使用前經(jīng)過了預(yù)處理，預(yù)處理的方法為:使用硝酸溶液對碳纖維進(jìn)行液相氧化表面處理。
[0009]所述碳纖維與芳綸纖維均為SOOtex。所述碳纖維經(jīng)過捻狀加捻、解捻或無捻處理。
[0010]所述碳纖維為聚丙烯晴基碳纖維、瀝青基碳纖維、黏膠基碳纖維或者酚醛基碳纖維的預(yù)氧絲或氧化長絲。
[0011 ]所述改性腰果殼油酚醛樹脂膠液所含原料及各原料的重量份數(shù)為:改性腰果殼油酚醛樹脂10?50份，增磨劑5?30份，減磨劑5?30份，填料10?40份，添加劑5?20份;將各原料混合攪拌均勻制得粘度為100?500Pa.s的膠液。
[0012]所述所述增磨劑為氧化鋁、氧化鐵粉、二硫化鉬中的一種或多種;所述減磨劑為石墨或焦炭;所述填料為石粉、硫酸鋇、黏土中的一種或多種;所述添加劑為紫銅粉、黃銅粉、鋁粉中的一種或多種。
[0013]所述摩擦材料的制備方法為:
[0014](I)清潔自制模具，均勻涂覆脫模蠟，依次平鋪離型紙、石墨紙，然后將改性腰果殼油酚醛樹脂膠液緩慢倒入模具中，然后放入修剪后的2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體并鋪平;再倒入改性腰果殼油酚醛樹脂膠液使預(yù)制體完全浸沒，用毛刷單向輕刷被浸沒的預(yù)制體表層，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(I)中裝有預(yù)浸料的模具加入蓋板置于20?60V烘箱中，以20°C/h速率升溫至1000C，期間于700C時保溫Ih;在1000C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I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、切削得到所述摩擦材料。
[0016]所述自制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](I)本發(fā)明基于碳纖維預(yù)制體優(yōu)異的摩擦磨損性能、自潤滑性能以及低密度等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于濕式摩擦材料中，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大壓力或潤滑不充分等極端工況條件。在碳纖維束與束之間可以形成整體結(jié)構(gòu)，使材料顯示出較強(qiáng)的整體性，具有承載能力高耐沖擊，不易破裂與剝離等特點(diǎn)，克服了短切纖維增強(qiáng)聚合物易分層破壞的缺點(diǎn)，作為摩擦襯層材料在苛刻工況條件具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0019](2)本發(fā)明所含芳綸纖維是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕、韌性好等優(yōu)良性能.由于其韌性好，可便于紡織，用作制備紡織復(fù)合材料，提高復(fù)合材料的耐沖擊性能.在560度的溫度下，不分解，不融化，使用范圍寬，耐熱性能優(yōu)良；它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。但是芳綸纖維是由許多貫穿整個纖維的微原纖維組成，原纖維間多以結(jié)合力較弱的氫鍵和范德華力相連，因而在受到軸向壓縮時，原纖維會彎曲形成扭結(jié)帶而導(dǎo)致纖維破壞，所以纖維的壓縮強(qiáng)度較低，如Kevlar的壓縮強(qiáng)度僅為0.32?0.48GPa.這將會導(dǎo)致芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的壓縮性能差，但是可以通過與其他纖維混雜增強(qiáng)的方式改善復(fù)合材料的彎曲性能，例如碳纖維。
[0020](3)本發(fā)明改性腰果殼油酚醛樹脂價格低廉，而韌性較普通的酚醛樹脂則提高了很多，耐熱性也有很大的提升，可以適用于重載高速的大型車上。
[0021](4)本發(fā)明產(chǎn)品可以完全使用于大載重，高速度等極端工作條件上，較強(qiáng)的機(jī)械性能不但能承載較高的沖擊力還能在較高的速度下耐磨損，及時將內(nèi)部熱量傳導(dǎo)出去，并能很好的保護(hù)制動盤，而且耐磨損延長剎車片的使用壽命。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1?3所得材料的摩擦系數(shù)測試曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]—種2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體增強(qiáng)改性腰果殼油酚醛樹脂基摩擦材料，該摩擦材料的制備方法包括如下步驟:
[0026](1)2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體的制備:
[0027]先將碳纖維與芳綸纖維進(jìn)行并捻，制成合股紗線，作為瑋紗(80根/10cm)，碳纖維作為經(jīng)紗(80根/1cm);然后進(jìn)行織造，接結(jié)紗沿厚度方向呈20°貫穿各層，織成深交聯(lián)結(jié)構(gòu)的碳纖維機(jī)織預(yù)制體(厚度為2mm);其中碳纖維體積含量為20%，芳綸纖維體積含量為35% ;瑋紗層數(shù)為2層;碳纖維/芳綸纖維預(yù)制體密度為1.4/cm3。
[0028]所述碳纖維與芳綸纖維均為SOOtex;所述碳纖維為聚丙烯晴基碳纖維的預(yù)氧絲。
[0029](2)改性腰果殼油酚醛樹脂膠液的制備:
[0030]將改性腰果殼油酚醛樹脂15份，增磨劑氧化鋁10份，減磨劑石墨10份，填料石粉10份，添加劑紫銅粉5份混合攪拌均勻制得粘度為10Pa.s的膠液，再加入稀釋劑無水乙醇40份，采用機(jī)械攪拌、超聲振蕩和真空消泡技術(shù)相結(jié)合的方式分散均勻，制得粘度為10Pa.s的膠液。
[0031](3)摩擦材料的制備:
[0032]①清潔自制模具，均勻涂覆脫模蠟，依次平鋪離型紙、石墨紙，然后將改性腰果殼油酚醛樹脂膠液緩慢倒入模具中，然后放入修剪后的2.5維碳纖維/芳綸纖維機(jī)織預(yù)制體并鋪平;再倒入改性腰果殼油酚醛樹脂膠液使預(yù)制體完全浸沒，用毛刷單向輕刷被浸沒的預(yù)制體表層，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50°C條件下保溫8h，使稀釋劑充分揮發(fā)，得到預(yù)浸料;所述自制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。
[0033]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100C,期間于70 0C時保溫Ih;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120°C保溫I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)