專利名稱：一種混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法，特別是含纖維狀坡縷石的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法，屬于摩擦制動(dòng)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車、火車、飛機(jī)等運(yùn)輸工具向大功率、高速、重載方向發(fā)展，對(duì)其舒適度和安全性要求不斷提高，相應(yīng)對(duì)摩擦制動(dòng)材料的性能也提出了更加苛刻的要求。在傳統(tǒng)的摩擦材料制造技術(shù)中，石棉是摩擦材料的主要增強(qiáng)成分，但石棉已被公認(rèn)是致癌物質(zhì)，對(duì)人體的危害極大，并且石棉粉塵還對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，研制開發(fā)無石棉摩擦材料成為當(dāng)前摩擦材料的重要發(fā)展趨勢(shì)。從無石棉摩擦材料的組成成分角度來進(jìn)行劃分，摩擦材料可分為有機(jī)型和無機(jī)型兩大類。目前研究和使用較多的是有機(jī)型摩擦材料，無石棉有機(jī)型摩擦材料按所含纖維的種類和數(shù)量可劃分為天然及合成無石棉纖維材料、混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料、無纖維摩擦材料?；祀s纖維是綜合考慮各種纖維的物理化學(xué)特性，利用纖維之間的混雜機(jī)理，使其性能達(dá)到石棉在摩擦材料中的增強(qiáng)效果。研究表明，現(xiàn)有任何單一纖維的綜合性能都無法和石棉相比，因此混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料是當(dāng)今無石棉有機(jī)型摩擦材料研究的重要方向。
美國Engelhard公司于1983年2月8日獲得授權(quán)的US4,373,037號(hào)美國專利公開了一種含有綠坡縷石(坡縷石)粘土并和鋼纖維或其他非石棉纖維組成的無石棉摩擦材料，其組分中也包括常規(guī)的填充物、潤(rùn)滑劑和磨損改良劑等。該專利公開的無石棉摩擦材料存在的問題是在該摩擦材料中鋼纖維的重量比范圍為10％～50％，含量過高，因?yàn)殇摾w維代替石棉纖維作為摩擦材料的增強(qiáng)纖維存在著比重大、硬度高，容易損傷對(duì)偶件的缺點(diǎn)，而且該專利雖然是第一次提出將綠坡縷石用于無石棉摩擦材料，但采用綠坡縷石作為無石棉摩擦材料的成分必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的高溫?zé)崽幚?，使綠坡縷石的吸附水的重量比低于5％，在此基礎(chǔ)上碳酸鹽中CO2的重量比不超過5％，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝煩瑣。中國專利CN02119506.6公開了一種采用海泡石纖維、植物纖維代替石棉的無石棉摩擦材料，但該無石棉摩擦材料中使用的植物纖維高溫摩擦?xí)r容易發(fā)生炭化，影響摩擦材料性能。中國專利CN97112643.7公開了一種采用毛發(fā)纖維和鋼纖維作為增強(qiáng)纖維的無石棉摩擦材料，從公開文件中提供的數(shù)據(jù)上看存在沖擊強(qiáng)度不夠理想，而且存在摩擦系數(shù)不夠穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
本申請(qǐng)人已向國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)的專利(申請(qǐng)?zhí)?00610200405.5)，提供了纖維狀坡縷石在制備制動(dòng)器襯片材料中的應(yīng)用及其產(chǎn)品和制法。經(jīng)過進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，申請(qǐng)人獲得了一種更好的含纖維狀坡縷石的無石棉摩擦材料配方和成型工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用金屬纖維(鋼纖維)、有機(jī)纖維(芳綸纖維)、礦物纖維(纖維狀坡縷石、針狀硅灰石)作為混雜纖維組分，改善了鋼纖維易生銹、熱傳導(dǎo)過快、易產(chǎn)生制動(dòng)嘯叫和顫振、容易損傷對(duì)偶件、制品比重大、硬度高，芳綸纖維價(jià)格高、表面處理工藝復(fù)雜以及礦物纖維強(qiáng)度偏弱、礦物纖維含量高時(shí)結(jié)晶水對(duì)材料性能的不良影響等缺點(diǎn)，所得產(chǎn)品的摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損率小、沖擊強(qiáng)度高、硬度適中、價(jià)格低。
本發(fā)明是這樣構(gòu)成的按照重量百分比計(jì)算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強(qiáng)纖維，再加以粘結(jié)劑17％和填料45％制成的。
準(zhǔn)確地說，混雜纖維中各組分在摩擦材料中所占重量百分比為鋼纖維15.41％、芳綸纖維2.73％、針狀硅灰石12.53％、纖維狀坡縷石7.33％。
所述的纖維狀坡縷石為24目和40目?jī)煞N粒度的纖維狀坡縷石的混合物，其混合重量比為3∶7。
所述的纖維狀坡縷石這樣制備將原礦坡縷石進(jìn)行水洗除去雜質(zhì)和殘?jiān)?，然后?00℃溫度下干燥，再用振動(dòng)磨礦機(jī)粉碎1～3min，最后用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩分級(jí)，即得不同目數(shù)的坡縷石。
所用的粘結(jié)劑為13％的丁腈改性酚醛樹脂和4％的橡膠粉。
所用的填料為重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、鉀長(zhǎng)石3％、藍(lán)晶石2％、Al2O33％、鉻鐵礦4％和鱗片石墨8％。
本發(fā)明混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料的制備方法為采用干法預(yù)成型工藝，按以下四個(gè)步驟進(jìn)行(1)原材料的預(yù)處理將各種纖維和填料放置在烘箱內(nèi)于120℃烘1小時(shí)；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內(nèi)于60～70℃烘0.5小時(shí)。
(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進(jìn)攪拌機(jī)中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min。在混料過程中，芳綸纖維、纖維狀坡縷石、樹脂以及各種填料的加料次序、加料時(shí)間以及混料機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，是混料均勻，特別是有利于芳綸纖維分散的重要因素。
(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時(shí)間60s/mm的條件下進(jìn)行熱壓；熱壓開始時(shí)每隔10s打開模腔排氣3～5次。
(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用金屬纖維、有機(jī)纖維和礦物纖維作為混雜纖維組分，改善了鋼纖維易生銹、熱傳導(dǎo)過快、易產(chǎn)生制動(dòng)嘯叫和顫振、容易損傷對(duì)偶件、制品比重大、硬度高，芳綸纖維價(jià)格高、表面處理工藝復(fù)雜以及礦物纖維強(qiáng)度偏弱、礦物纖維含量高時(shí)結(jié)晶水對(duì)材料性能的不良影響等缺點(diǎn)，所制得的摩擦材料的耐磨性、熱衰退性、沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)均符合并優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，并且摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損率小、硬度適中、價(jià)格較低，使完全替代石棉摩擦材料成為可能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1芳綸纖維2.73％，鋼纖維15.41％，針狀硅灰石12.53％，纖維狀坡縷石7.33％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長(zhǎng)石3％，Al2O33％，藍(lán)晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，采用干法預(yù)成型工藝，按以下四個(gè)步驟制備(1)原材料的預(yù)處理將各種纖維和填料放置在烘箱內(nèi)于120℃烘1小時(shí)；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內(nèi)于60～70℃烘0.5小時(shí)。
(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進(jìn)攪拌機(jī)中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min。
在混料過程中，芳綸纖維、纖維狀坡縷石、樹脂以及各種填料的加料次序、加料時(shí)間以及混料機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，是混料均勻，特別是有利于芳綸纖維分散的重要因素。上述操作即可保證芳綸纖維分散良好、混料均勻。
(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時(shí)間60s/mm的條件下進(jìn)行熱壓；熱壓開始時(shí)每隔10s打開模腔排氣3～5次。
(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
實(shí)施例2芳綸纖維3％，鋼纖維14％，針狀硅灰石纖維9％，纖維狀坡縷石12％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長(zhǎng)石3％，Al2O33％，藍(lán)晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實(shí)施例1所述工藝步驟制備。
實(shí)施例3芳綸纖維1％，鋼纖維25％，針狀硅灰石7％，纖維狀坡縷石5％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長(zhǎng)石3％，Al2O33％，藍(lán)晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實(shí)施例1所述工藝步驟制備。
實(shí)施例4芳綸纖維1％，鋼纖維12％，針狀硅灰石16％，纖維狀坡縷石9％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長(zhǎng)石3％，Al2O33％，藍(lán)晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實(shí)施例1所述工藝步驟制備。
實(shí)施例5芳綸纖維6％，鋼纖維16％，針狀硅灰石10％，纖維狀坡縷石6％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長(zhǎng)石3％，Al2O33％，藍(lán)晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實(shí)施例1所述工藝步驟制備。
本發(fā)明所述的摩擦材料參照GB5763-1998，GBn257-1986規(guī)定，采用GB5763-1998《汽車用制動(dòng)器襯片》中規(guī)定的測(cè)試方法對(duì)按照實(shí)施例1至實(shí)施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨損性能進(jìn)行測(cè)試；參照GB5765-1986方法，對(duì)實(shí)施例1至實(shí)施例5所提供的配方制造的摩擦材料的沖擊強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。
表1GB5763-1998摩擦性能的要求

GBn257-1986中對(duì)摩擦材料的沖擊強(qiáng)度的規(guī)定為沖擊強(qiáng)度應(yīng)≥2.94KJ/m2。
采用咸陽新益摩擦密封材料設(shè)備研究所生產(chǎn)的XD-MSM型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)和承德市試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的XJJ-50型沖擊試驗(yàn)機(jī)，對(duì)按照實(shí)施例1至實(shí)施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨損性能和沖擊強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2、表3所示。
表2摩擦磨損性能

表3沖擊強(qiáng)度

從表2、表3中的檢測(cè)結(jié)果可見，本發(fā)明所制得的含纖維狀坡縷石的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料的耐摩性、熱衰退性、沖擊強(qiáng)度等性能指標(biāo)均符合并優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于按照重量百分比計(jì)算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強(qiáng)纖維，再加以粘結(jié)劑17％和填料45％制成的。
2.按照權(quán)利要求1所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于混雜纖維中各組分在摩擦材料中所占重量百分比為鋼纖維15.41％、芳綸纖維2.73％、針狀硅灰石12.53％、纖維狀坡縷石7.33％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所述的纖維狀坡縷石為24目和40目?jī)煞N粒度的纖維狀坡縷石的混合物，其混合重量比為3∶7。
4.按照權(quán)利要求3所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所述的纖維狀坡縷石這樣制備將原礦坡縷石進(jìn)行水洗除去雜質(zhì)和殘?jiān)?，然后?00℃溫度下干燥，再用振動(dòng)磨礦機(jī)粉碎1～3min，最后用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩分級(jí)，即得不同目數(shù)的坡縷石。
5.按照權(quán)利要求1所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所用的粘結(jié)劑為13％的丁腈改性酚醛樹脂和4％的橡膠粉。
6.按照權(quán)利要求1所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所用的填料為重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、鉀長(zhǎng)石3％、藍(lán)晶石2％、Al2O33％、鉻鐵礦4％和鱗片石墨8％。
7.如權(quán)利要求1、5或6所述的混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料的制備方法，其特征在于采用于法預(yù)成型工藝，按以下四個(gè)步驟進(jìn)行(1)原材料的預(yù)處理將各種纖維和填料放置在烘箱內(nèi)于120℃烘1小時(shí)；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內(nèi)于60～70℃烘0.5小時(shí)；(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進(jìn)攪拌機(jī)中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min；(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時(shí)間60s/mm的條件下進(jìn)行熱壓；熱壓開始時(shí)每隔10s打開模腔排氣3～5次；(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法，按照重量百分比計(jì)算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強(qiáng)纖維，再加以粘結(jié)劑17％和填料45％制成的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改善了鋼纖維、芳綸纖維以及礦物纖維各自存在的諸多缺點(diǎn)，所制得的摩擦材料的耐磨性、熱衰退性、沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)均符合并優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，并且摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損率小、硬度適中、價(jià)格較低，使完全替代石棉摩擦材料成為可能。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1888004SQ20061020069
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者何林, 閆建偉 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)