專利名稱：雙層紙基摩擦材料及摩擦片制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種摩擦材料及其制作方法，特別涉及一種可在油中工作的雙層高性能紙基摩擦材料以及利用這種材料制作摩擦片的方法。
背景技術：
紙基摩擦材料是指利用造紙工藝生產(chǎn)的濕式摩擦材料，它廣泛應用于工程機械、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、重型汽車、轎車和船舶等機械的離合和制動系統(tǒng)中。
眾所周知，傳統(tǒng)的紙基摩擦材料主要是以石棉為增強劑的石棉紙基摩擦材料。由于石棉對人體有害，且石棉的蘊藏量有限，所以，從環(huán)境和資源的觀點來看必須重新考慮石棉的使用；另一方面，隨著現(xiàn)代機械向著高速、重載的方向發(fā)展，對耐熱性好、壽命長的高級紙基摩擦材料的需要變的越來越迫切。基于上述原因，人們對無石棉紙基摩擦材料進行了研究和開發(fā)，其中，以碳纖維或/和芳綸為增強劑的高級紙基摩擦材料是人們研究和開發(fā)的熱點。例如美國專利6130177報道了使用碳纖維和芳綸纖維的混合纖維制作紙基摩擦材料的方法。美國專利4256801介紹了使用碳纖維、纖維素纖維和阻燃有機纖維的混合纖維制作紙基摩擦材料。日本專利1040700介紹了使用芳綸和纖維素纖維的混合纖維制作紙基摩擦材料等。采用碳纖維和芳綸等高性能纖維制作紙基摩擦材料存在的主要問題一是生產(chǎn)成本過高，即使僅含10％碳纖維或芳綸的摩擦片，其成本也是一般工業(yè)難以接受的；二是碳纖維和芳綸在料漿中難以分散均勻，從而影響其性能的充分發(fā)揮；三是缺少耐熱性高而韌性好的樹脂粘合劑，現(xiàn)在最常用的粘結劑主要是腰果殼油或丁腈橡膠納米酚醛樹脂，這類樹脂的韌性較普通酚醛樹脂有所改善，但其耐熱性仍不能滿足高級紙基摩擦材料的要求。
中國專利03114475.6公開了一種碳纖維增強紙基摩擦材料及其制備方法，該方法的主要特點是通過邊角料的回收利用，使生產(chǎn)成本降低，但是，由于細小組分的流失，將使含邊角料的摩擦材料中各組成成分的比例發(fā)生變化，從而引起產(chǎn)品摩擦學性能的不穩(wěn)定；另外，利用該方法生產(chǎn)碳纖維增強紙基摩擦片的成本仍偏高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙層紙基無石棉摩擦材料及摩擦片制作方法，該摩擦材料耐熱性好、壽命長以及成本低，可在重載工況下使用，同時能保持石棉紙基摩擦材料的高摩擦系數(shù)，低靜、動摩擦系數(shù)比，價廉等主要優(yōu)點。
本發(fā)明解決的技術方案一種雙層紙基摩擦材料，它由摩擦層和支撐層組成，其摩擦層的組分及質(zhì)量百分比碳纖維10-25％、丙烯腈漿粕5-10％、棉絨漿15-20％、納米酚醛樹脂18-25％、石墨3-8％、鐵紅3-8％、氧化鋁1-5％、碳酸鈣5-15％、羧基丁腈膠乳3-6％、硫酸鋁1-2％、氫氧化鈉0.7-1.4％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％；支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20-30％、玻璃纖維25-40％、碳酸鈣0-30％、硫酸鋁1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、納米酚醛樹脂15-25％、邊角料0-30％。
一種雙層紙基摩擦材料制作摩擦片的方法，先將棉絨漿打漿，打漿濃度為1-3％，打漿度為25-45°SR，將碳纖維和丙烯腈漿粕均勻分散于由硫酸鋁與氫氧化鈉反應生成的膠體狀液體中，硫酸鋁溶液和氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)分別為0.03-0.08％和0.02-0.06％，碳纖維和丙烯腈漿粕的加入量為5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方進行配料、制漿；按常規(guī)造紙工藝分別抄造摩擦層和支撐層，接著，將摩擦層和支撐層疊合在一起，經(jīng)過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0.2-0.4MPa，時間1-3min；干燥工藝真空度0.07-0.1MPa，時間5-10min；按產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)片；環(huán)片浸漬納米酚醛樹脂，將環(huán)片放入固體含量為30-40％的納米酚醛樹脂溶液中浸膠，浸漬時間20-40分鐘，納米酚醛樹脂的浸漬量25±4％，繼而干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片，干燥工藝溫度60±5℃，時間3-5h；熱處理工藝溫度160±5℃，時間3-4h；通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0.3-2MPa，溫度155±5℃，時間10-15min；最后經(jīng)過磨平面和銑槽即制成摩擦片。
一種雙層紙基摩擦材料，它由摩擦層和支撐層組成，所述的摩擦層的組分及質(zhì)量百分比為芳綸10-25％、丙烯腈漿粕5-10％、棉絨漿10-20％、納米酚醛樹脂18-25％、石墨3-8％、硅藻土6-15％、氧化鋁1-5％、羧基丁腈膠乳3-6％、硫酸鋁1-2％、聚氧化乙烯0.15-0.35％；支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20-30％、玻璃纖維25-40％、碳酸鈣0-30％、硫酸鋁1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、納米酚醛樹脂15-25％、邊角料0-30％。
一種雙層紙基摩擦材料制作摩擦片的方法，先將棉絨漿打漿，打漿濃度為1-3％，打漿度為25-45°SR，將芳綸和丙烯腈漿粕均勻分散于聚氧化乙烯的稀溶液中，聚氧化乙烯的濃度為0.005-0.01％，芳綸和丙烯腈漿粕的加入量為5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方進行配料、制漿；按常規(guī)造紙工藝分別抄造摩擦層和支撐層，將摩擦層和支撐層疊合在一起，經(jīng)過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0.2-0.4MPa，時間1-3min；干燥工藝真空度0.07-0.1MPa，時間5-10min；按產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)片；環(huán)片浸漬納米酚醛樹脂，將環(huán)片放入固體含量為30-40％的納米酚醛樹脂溶液中浸膠，浸漬時間20-40分鐘，納米酚醛樹脂的浸漬量25±4％，繼而干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片，干燥工藝溫度60±5℃，時間3-5h；熱處理工藝溫度160±5℃，時間3-4h；通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0.3-2MPa，溫度155±5℃，時間10-15min；最后經(jīng)過磨平面和銑槽即制成摩擦片。
沖裁剩余的原紙板邊角料返回制漿工序再利用。
本發(fā)明采用包含摩擦層和支撐層的雙層結構。由于高級紙基摩擦材料在達到它的使用壽命時，其所受到的磨損僅占整個厚度的15％左右，即約85％的摩擦材料不受磨損，這部分材料僅起支撐作用，所以，對它們可只要求強度，而不要求摩擦學性能。據(jù)此，本發(fā)明將摩擦材料沿厚度方向分成上下兩部分，并分別稱為摩擦層和支撐層(摩擦層占20-25％)，其中，支撐層采用包含邊角料和廉價原料的材料配方制作，從而，可節(jié)省碳纖維或芳綸約80％，其它原材料約30％，大大降低了材料成本。
本發(fā)明采用先沖裁后浸漬納米酚醛樹脂的工藝，因而，沖裁剩余的原紙板邊角料可以回收再利用。
本發(fā)明采用由納米銅粉和納米氧化鋁纖維聯(lián)合改性的納米酚醛樹脂作粘結劑，由于該樹脂與純酚醛樹脂相比，其初始熱分解溫度可提高40-60℃，韌性可提高1-2倍，所以，本發(fā)明的摩擦材料具有較高的耐熱性和韌性。
本發(fā)明的優(yōu)點在于產(chǎn)品的耐高溫性能好，傳遞扭矩大，使用壽命長；原紙板的勻度高；制造成本低。
具體實施例方式
實施例1
一種雙層碳纖維紙基摩擦材料，摩擦層的組分及質(zhì)量百分比碳纖維12％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿20％、納米酚醛樹脂22％、石墨8％、鐵紅6％、氧化鋁1.5％、碳酸鈣11.29％、羧基丁腈膠乳6％、硫酸鋁1.92％、氫氧化鈉1.28％、聚丙烯酰胺0.01％；支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20％、玻璃纖維35％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂15％，邊角料28％。
碳纖維為瀝青基碳纖維，其直徑為5-16μm，長度為1-3mm。丙烯腈纖維為CFFV111-3濕漿粕。玻璃纖維的直徑為6-15μm，長度為1-3mm。石墨為片狀，粒度為60-100目。鐵紅、氧化鋁和碳酸鈣的粒度均小于200目。羧基丁腈膠乳含丙烯腈35-45％。納米酚醛樹脂中的納米銅粉和納米氧化鋁纖維的含量分別為1-3％(Wt)，1-3％(Wt)。
制作方法如下制漿，摩擦層將棉絨漿放入打漿機中打漿，打漿濃度為1％，打漿度為30°SR；將硫酸鋁和氫氧化鈉分別配成質(zhì)量分數(shù)為0.06％和0.04％的溶液并使之反應，制成膠體狀的混合液，然后，按1L混合液加10g的碳纖維和丙烯腈漿粕的比例，將碳纖維和丙烯腈漿粕加入混合液中分散；按上述摩擦層配方依次將打好漿的棉漿、碳纖維與丙烯腈漿粕的懸浮液和摩擦調(diào)節(jié)劑加入攪拌機中進行混合攪拌20min，然后，加入造紙助劑繼續(xù)混合攪拌10min，即制得摩擦層的料漿。支撐層先將邊角料加入疏解機中疏解15min，接著按上述支撐層配方依次將打好漿的棉漿和玻璃纖維加入攪拌機中進行混合攪拌10min，然后，加入造紙助劑繼續(xù)混合攪拌10min，即制得支撐層的料漿。
制作原紙板，用140目不銹鋼網(wǎng)將摩擦層和支撐層抄片成型(根據(jù)支撐層厚度不同，將其漿料均分成2-4份，分別抄片成型)，然后，將支撐層和摩擦層疊合在一起，經(jīng)壓榨脫水、真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0.3MPa，時間2min，干燥工藝真空度0.08MPa，時間8min。
沖裁，按產(chǎn)品尺寸用沖模將原紙板沖裁成環(huán)片。
浸膠，將環(huán)片放入固體含量為30-40％的納米酚醛樹脂溶液中浸膠，浸漬時間30±5min，納米酚醛樹脂的浸漬量25±4％。將浸膠的環(huán)片取出，置于干燥箱中干燥，干燥工藝溫度60±5℃，時間4h。
固化熱處理，在經(jīng)浸膠和干燥處理的環(huán)片間插入成型用金屬板，然后，放入熱處理爐內(nèi)進行熱處理即制得摩擦環(huán)片，熱處理工藝壓力0.03-0.06MPa，溫度160±5℃，時間4h±10min。
鋼芯板的表面處理，將鋼芯板放入盛有10％鹽酸溶液的洗槽內(nèi)，浸泡10min；然后，取出，用自來水沖洗；接著，放入干燥箱中干燥，干燥工藝溫度105±5℃，時間2h。
鋼芯板涂膠，將已處理的鋼芯板表面均勻涂上J-04粘結劑，涂層厚度為0.05-0.1mm。
貼片8，通過熱壓，將摩擦環(huán)片粘結到涂膠鋼芯板上，熱壓工藝溫度155±5℃，壓力0.3-2MPa，時間12min。機械加工，將摩擦片磨平面和開槽。
按此工藝制得的摩擦片，其氣孔率為25-40％；按GB13826-92標準測試，其動摩擦系數(shù)為0.126-0.140，靜摩擦系數(shù)為0.180-0.187，磨損率為小于4.7×10-8cm3J-1。
實施例2一種雙層碳纖維紙基摩擦材料，摩擦層的組分及質(zhì)量百分比碳纖維18％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿18％、納米酚醛樹脂24％、石墨6％、鐵紅6％、氧化鋁1.3％、碳酸鈣8.29％、羧基丁腈膠乳5％、硫酸鋁2％、氫氧化鈉1.4％、聚丙烯酰胺0.01％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿25％、玻璃纖維40％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂15％，碳酸鈣18％。
制備方法同實施例1。
實施例3一種雙層碳纖維紙基摩擦材料，摩擦層的組分及質(zhì)量百分比碳纖維23％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿16％、納米酚醛樹脂25％、石墨4％、鐵紅6％、氧化鋁1.3％、碳酸鈣6.29％、羧基丁腈膠乳5％、硫酸鋁2％、氫氧化鈉1.4％、聚丙烯酰胺0.01％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20％、玻璃纖維36％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂17％，邊角料25％。
制備方法同實施例1。
實施例4一種雙層芳綸紙基摩擦材料，摩擦層的組成組分及質(zhì)量百分比芳綸15％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿20％、納米酚醛樹脂22％、石墨8％、硅藻土15％、氧化鋁2％、羧基丁腈膠乳6％、硫酸鋁1.75％、聚氧化乙烯0.25％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿22％、玻璃纖維34％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂16％，邊角料26％。
芳綸的直徑為3-14μm，長度為1-3mm。
制作方法如下制漿，摩擦層將棉絨漿放入打漿機中打漿，打漿濃度為1％，打漿度為30°SR；將芳綸放入打漿機中打漿，打漿濃度為1％，打漿度為40°SR；將聚氧化乙烯配制成0.01％的水溶液，然后，按1L溶液加10g的芳綸和丙烯腈漿粕的比例，將芳綸和丙烯腈漿粕分散在該溶液中；按上述摩擦層材料配方依次將打好漿的棉漿、芳綸與丙烯腈漿粕的懸浮液和摩擦調(diào)節(jié)劑加入攪拌機中進行混合攪拌20min，然后，加入造紙助劑繼續(xù)混合攪拌10Min，即制得摩擦層的漿料。其余同實施例1。按此工藝制得的摩擦片，其氣孔率為25-40％；按GB13826-92標準測試，其動摩擦系數(shù)為0.112-0.123，靜摩擦系數(shù)為0.155-0.191，磨損率為小于4.4×10-8cm3J-1。
實施例5一種雙層芳綸紙基摩擦材料，摩擦層的組成組分及質(zhì)量百分比芳綸20％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿18％、納米酚醛樹脂24％、石墨8％、硅藻土11％、氧化鋁2％、羧基丁腈膠乳5％、硫酸鋁1.7％、聚氧化乙烯0.3％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿21％、玻璃纖維35％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂18％，碳酸鈣24％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿25％、玻璃纖維40％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂15％，碳酸鈣18％。
制備方法同實施例4。
實施例6一種雙層芳綸紙基摩擦材料，摩擦層的組成組分及質(zhì)量百分比芳綸23％、丙烯腈纖維10％、棉絨漿16％、納米酚醛樹脂25％、石墨7％、硅藻土10％、氧化鋁2％、羧基丁腈膠乳5％、硫酸鋁1.67％、聚氧化乙烯0.33％。支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿23％、玻璃纖維33％、硫酸鋁1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、納米酚醛樹脂18％，邊角料24％。
制備方法同實施例4。
權利要求
1.一種雙層紙基摩擦材料，它由摩擦層和支撐層組成，其特征在于，摩擦層的組分及質(zhì)量百分比為碳纖維10-25％、丙烯腈漿粕5-10％、棉絨漿15-20％、納米酚醛樹脂18-25％、石墨3-8％、鐵紅3-8％、氧化鋁1-5％、碳酸鈣5-15％、羧基丁腈膠乳3-6％、硫酸鋁1-2％、氫氧化鈉0.7-1.4％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％；支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20-30％、玻璃纖維25-40％、碳酸鈣0-30％、硫酸鋁1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、納米酚醛樹脂15-25％、邊角料0-30％。
2.一種采用權利要求1所述的雙層紙基摩擦材料制作摩擦片的方法，其特征在于，先將棉絨漿打漿，打漿濃度為1-3％，打漿度為25-45°SR，再將碳纖維和丙烯腈漿粕均勻分散于由硫酸鋁與氫氧化鈉反應生成的膠體狀混合液中，硫酸鋁溶液和氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)分別為0.03-0.08％和0.02-0.06％，碳纖維和丙烯腈漿粕的加入量為5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方進行配料、制漿；按常規(guī)造紙工藝分別抄造摩擦層和支撐層，將摩擦層和支撐層疊合在一起，經(jīng)過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0.2-0.4MPa，時間1-3min；干燥工藝真空度0.07-0.1MPa，時間5-10min；按產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)片；環(huán)片浸漬納米酚醛樹脂，將環(huán)片放入固體含量為30-40％的納米酚醛樹脂溶液中浸膠，浸漬時間20-40分鐘，納米酚醛樹脂的浸漬量25±4％，繼而干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片，熱處理的工藝溫度160±5℃，時間3～4h；通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0.3-2MPa，溫度160±5℃，時間10-15min；最后經(jīng)過磨平面和銑槽即制成摩擦片。
3.根據(jù)權利要求2所述的制作摩擦片的方法，其特征在于，原紙板經(jīng)沖裁制成摩擦環(huán)片后再浸漬浸漬納米酚醛樹脂，剩余的邊角料返回制漿工序再利用。
4.一種雙層紙基摩擦材料，它由摩擦層和支撐層組成，其特征在于，所述的摩擦層的組分及質(zhì)量百分比為芳綸10-25％、丙烯腈漿粕5-10％、棉絨漿10-20％、納米酚醛樹脂18-25％、石墨3-8％、硅藻土6-15％、氧化鋁1-5％、羧基丁腈膠乳3-6％、硫酸鋁1-2％、聚氧化乙烯0.15-0.35％；支撐層的組分及質(zhì)量百分比棉絨漿20-30％、玻璃纖維25-40％、碳酸鈣0-30％、硫酸鋁1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、納米酚醛樹脂15-25％、邊角料0-30％。
5.一種采用權利要求4所述的雙層紙基摩擦材料制作摩擦片的方法，其特征在于，先將棉絨漿打漿，打漿濃度為1-3％，打漿度為25-45°SR，將芳綸和丙烯腈漿粕均勻分散于聚氧化乙烯的稀溶液中，聚氧化乙烯的濃度為0.005-0.01％，芳綸和丙烯腈漿粕的加入量為5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方進行配料、制漿；按常規(guī)造紙工藝分別抄造摩擦層和支撐層，將摩擦層和支撐層疊合在一起，經(jīng)過壓榨脫水和真空干燥制成原紙板，壓榨工藝壓力0.2-0.4MPa，時間1-3min；干燥工藝真空度0.07-0.1MPa，時間5-10min；按產(chǎn)品尺寸將原紙板沖裁成環(huán)片；環(huán)片浸漬納米酚醛樹脂，將環(huán)片放入固體含量為30-40％的納米酚醛樹脂溶液中浸膠，浸漬時間20-40分鐘，納米酚醛樹脂的浸漬量25±4％，繼而干燥和固化熱處理即制得摩擦環(huán)片，干燥工藝溫度60±5℃，時間3-5h；熱處理工藝溫度160±5℃，時間3-4h；通過熱壓將摩擦環(huán)片粘結到鋼芯板上，熱壓工藝壓力0.3-2MPa，溫度155±5℃，時間10-15min；最后經(jīng)過磨平面和銑槽即制成摩擦片。
6.根據(jù)權利要求5所述的制作摩擦片的方法，其特征在于，原紙板經(jīng)沖裁制成摩擦環(huán)片后再浸漬納米酚醛樹脂，剩余的邊角料返回制漿工序再利用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙層紙基摩擦材料及摩擦片制作方法，由摩擦層和支撐層組成，其摩擦層碳纖維10－25％、丙烯腈漿粕5－10％、棉絨漿15－20％、納米酚醛樹脂18－25％、石墨3－8％、鐵紅3－8％、氧化鋁1－5％、碳酸鈣5－15％、羧基丁腈膠乳3－6％、硫酸鋁1－2％、氫氧化鈉0.7－1.4％、聚丙烯酰胺0.01－0.03％；支撐層由棉絨漿20－30％、玻璃纖維25－40％、碳酸鈣0－30％、硫酸鋁1－2％、聚丙烯酰胺0.01－0.03％、納米酚醛樹脂15－25％、邊角料0－30％。支撐層采用邊角料和廉價原料配方制作，可節(jié)省碳纖維或芳綸，大大降低材料成本。
文檔編號C09K3/14GK1632034SQ20041007326
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權日2004年11月11日
發(fā)明者林榮會, 方亮, 李新平, 殷修海, 胡小川, 蘇強, 孫平, 李志文 申請人:西安交通大學, 勝利油田勝建園林工程有限公司