專利名稱：一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕式摩擦材料領(lǐng)域，特別涉及碳纖維粉改性紙基摩擦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
紙基摩擦材料是一種采用造紙工藝制備的復(fù)合材料，工作于潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂等潤(rùn)滑介質(zhì)中的濕式摩擦材料，用于實(shí)現(xiàn)裝置系統(tǒng)的傳扭制動(dòng)功能，主要應(yīng)用于汽車自動(dòng)變速器、同步器、差速器以及其它濕式離合器中。作為裝置系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)傳扭制動(dòng)的主要功能元件，該類摩擦材料需要適應(yīng)壓力速度的大范圍變化以及潤(rùn)滑油的高溫浸蝕等苛刻工況條件，因此要求摩擦材料在外界條件變化 時(shí)具有適中穩(wěn)定的摩擦系數(shù)以及較低的磨損率，以提高材料的使用壽命。文獻(xiàn)I專利號(hào)是ZL03114475. 6的中國(guó)專利公開(kāi)一種碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的制備方法。其原材料質(zhì)量百分比如下碳纖維5 35%, Kevlar纖維2 15%,重晶石3 20%，高嶺土 7 15%，二硫化鑰I 10%，三氧化二鋁2 15%，石墨粉2 25%，酚醛樹(shù)脂2 15%，腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂25 55%。采用打漿、成型、烘干、浸潰、熱壓以及機(jī)加工等步驟制備而成。以短切碳纖維為增強(qiáng)纖維的紙基摩擦材料，其動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 13-0. 15之間，靜摩擦系數(shù)在O. 15-0. 17之間，磨損率小于5X10_8cm3/J。該專利中所采用碳纖維的長(zhǎng)度為3-8mm，碳纖維最高含量為35%，但是當(dāng)碳纖維含量較高時(shí)纖維之間易團(tuán)聚，分散性不好。進(jìn)一步的研究表明(文獻(xiàn)2論文“增強(qiáng)纖維對(duì)紙基摩擦材料性能的影響”)由于該類摩擦材料采用的碳纖維較長(zhǎng)，纖維之間橋聯(lián)搭接，形成的孔隙直徑分布在0-500 μ m之間，范圍較大，材料的均勻性較差，導(dǎo)致該類摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)隨著制動(dòng)壓力增加降低幅度較大，其動(dòng)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)在92%左右，磨損略高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料均勻性差、摩擦系數(shù)隨外界工況變化較大，磨損率略高的缺點(diǎn)。本發(fā)明提供一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料及其制備方法，通過(guò)在配方體系中引入碳纖維粉作為增強(qiáng)體，提高其含量，制備出孔徑分布范圍窄，均勻性良好的紙基摩擦材料。該紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)受工況條件影響小,并且該材料的耐磨性能比現(xiàn)有紙基摩擦材料大為提聞。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料的制備方法，首先將碳纖維粉、芳綸纖維和填料在水溶液中攪拌混合均勻，然后采用紙樣抄取系統(tǒng)成型摩擦材料的預(yù)制體；接著，將改性酚醛樹(shù)脂溶于乙醇溶劑中形成酚醛樹(shù)脂乙醇溶液后，浸潰于摩擦材料的預(yù)制體中，待溶劑揮發(fā)烘干后，采用硫化機(jī)熱壓固化獲得碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其中，所述碳纖維粉、芳綸纖維、改性酚醛樹(shù)脂和填料按照質(zhì)量百分比分別為50 68%，2 5%，20 30%，10 20%，其中，所述碳纖維粉為微米級(jí)。所述硫化機(jī)熱壓固化的溫度為160 175°C，壓力為5· ΓIOMPa ；
所述碳纖維粉首先采用質(zhì)量濃度為10%的十二烷基苯磺酸鈉將微米級(jí)碳纖維進(jìn)行浸泡預(yù)處理12小時(shí)，使碳纖維表面帶陰離子；一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，主要由質(zhì)量百分比為50 68%的碳纖維粉、質(zhì)量百分比為2-5%的芳綸纖維、質(zhì)量百分比為20 30%的改性酚醛樹(shù)脂和質(zhì)量百分比為10 20%的填料制備而成，其中，所述碳纖維粉為微米級(jí)。所述碳纖維粉的長(zhǎng)度為20(Γ600 μ m,直徑為5 15 μ m ；所述碳纖維粉是PAN基碳纖維粉、浙青基碳纖維粉或者黏膠基碳纖維粉中的任一種；所述芳綸纖維的長(zhǎng)度為I 2mm，直徑為10 20 μ m,所述填料的直徑小于100 μ m ;所述改性酚醛樹(shù)脂是腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂、丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂或者硼改性酚醛樹(shù)脂；所述填料是高嶺土、硅藻土、碳酸鈣或者硫酸鋇的一種，或者是其混合物；所述碳纖維粉改性紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)為O. 123、. 137，穩(wěn)定系數(shù)為95. 6% 97%，磨損率為 I. Γ . 25Χ l(T8cm3/J。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是其一本發(fā)明采用的碳纖維粉的粒徑為微米級(jí)，因此，碳纖維與樹(shù)脂基體以及填料更容易接合，在材料中的分布更為均勻，沒(méi)有出現(xiàn)毫米級(jí)碳纖維之間嚴(yán)重搭接架橋現(xiàn)象。故而，由本發(fā)明方法制備的摩擦材料的孔徑分布范圍較窄，在0-200 μ m之間，摩擦材料的均勻性好。動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 125-0. 137之間，受工況條件的影響很小，其穩(wěn)定系數(shù)達(dá)95%以上，磨損率由現(xiàn)有技術(shù)的5. OX 10_8cm3/J降低到I. 25X 10-8cm3/J以下，僅為現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的25%左右；其二 本發(fā)明摩擦材料中，碳纖維粉的含量為50飛8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的35%，而對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，如果碳纖維的含量大于35%，則摩擦材料將出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，為解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先采用濃度為10%的十二烷基苯磺酸鈉將微米級(jí)碳纖維進(jìn)行浸泡預(yù)處理12小時(shí)，使碳纖維表面帶陰離子，以提高碳纖維的表面活性，從而使得碳纖維的含量高達(dá)50飛8%，并沒(méi)有出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。


圖I是普通碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的微觀掃描電鏡照片；圖2是碳纖維粉改性紙基摩擦材料的微觀掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明摩擦材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)闡述實(shí)施例I :分別稱量預(yù)處理的PAN基碳纖維粉45g，芳綸纖維4g，高嶺土 14g，腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂24g，無(wú)水乙醇100ml，配制濃度為O. 24g/ml的腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液。采用高速打漿機(jī)將碳纖維粉、芳綸纖維和高嶺土在水中高速混合后，在磨漿機(jī)中將漿液進(jìn)一步均勻化分散。采用紙樣抄取系統(tǒng)成型預(yù)制體后，將預(yù)制體在80 100°C條件下烘干。采用腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液均勻浸潰預(yù)制體，使樹(shù)脂含量達(dá)到27%，并在室溫下將溶劑乙醇蒸發(fā)。然后采用平板硫化機(jī)在溫度為160°C，壓力為5. OMPa條件下熱壓30min，獲得紙基摩擦材料。采用QM1000-II型濕式摩擦材料性能試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行摩擦性能測(cè)試。本實(shí)施例制備的紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 125-0. 137之間，動(dòng)摩擦系數(shù)隨壓力的變化很小，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到了 95. 6%，磨損率僅為I. 25X 10-8cm3/Jo實(shí)施例2 :分別稱量預(yù)處理的PAN基碳纖維粉50g，芳綸纖維3g，高嶺土 13g，腰果殼油改性酚醛 樹(shù)脂23g，無(wú)水乙醇100ml，配制濃度為O. 23g/ml的腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液。采用高速打漿機(jī)將碳纖維粉、芳綸纖維和高嶺土在水中高速混合后，在磨漿機(jī)中將漿液進(jìn)一步分散均勻化。采用紙樣抄取系統(tǒng)成型預(yù)制體后，將預(yù)制體在80 100°C條件下烘干。采用腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液均勻浸潰預(yù)制體，使樹(shù)脂含量達(dá)到25%，并在室溫下將溶劑乙醇蒸發(fā)。然后采用平板硫化機(jī)在溫度為1651，壓力為8.010^條件下熱壓25min，獲得紙基摩擦材料。采用QM1000-II型濕式摩擦材料性能試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行摩擦性能測(cè)試。本實(shí)施例制備的紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 126-0. 135之間，動(dòng)摩擦系數(shù)隨壓力的變化很小，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到了 96. 7%，磨損率僅為I. 16X 10-8cm3/Jo實(shí)施例3 :分別稱量預(yù)處理的浙青基碳纖維粉56g，芳綸纖維3g，硅藻土 llg，丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂22g，無(wú)水乙醇100ml，配制濃度為O. 22g/ml的丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液。采用高速打漿機(jī)將浙青基碳纖維粉、芳綸纖維和硅藻土在水中高速混合后，在磨漿機(jī)中將漿液進(jìn)一步分散均勻化。采用紙樣抄取系統(tǒng)成型預(yù)制體后，將預(yù)制體在80 100°C條件下烘干。采用丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液均勻浸潰預(yù)制體，使樹(shù)脂含量達(dá)到23%，并在室溫下將溶劑乙醇蒸發(fā)。然后采用平板硫化機(jī)在溫度為170°C，壓力為10. OMPa條件下熱壓20min，獲得紙基摩擦材料。采用QM1000-II型濕式摩擦材料性能試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行摩擦性能測(cè)試。本實(shí)施例制備的紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 127-0. 135之間，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到了 97. 0%，磨損率僅為 I. 10X10-8cm3/J。實(shí)施例4 :分別稱量預(yù)處理的浙青基碳纖維粉63g,芳纟侖纖維2g,娃藻土 IOg, 丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂20g，無(wú)水乙醇100ml，配制濃度為O. 20g/ml的丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液。采用高速打漿機(jī)將浙青基碳纖維粉、芳綸纖維和硅藻土在水中高速混合后，在磨漿機(jī)中將漿液進(jìn)一步分散均勻化。采用紙樣抄取系統(tǒng)成型預(yù)制體后，將預(yù)制體在80 100°C條件下烘干。采用丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂乙醇溶液均勻浸潰預(yù)制體，使樹(shù)脂含量達(dá)到21%，并在室溫下將溶劑乙醇蒸發(fā)。然后采用平板硫化機(jī)在溫度為175°C，壓力為10. OMPa條件下熱壓lOmin，獲得紙基摩擦材料。采用QM1000-II型濕式摩擦材料性能試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行摩擦性能測(cè)試。本實(shí)施例制備的紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)在O. 123-0. 134之間，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到了 95. 8%，磨損率僅為 I. 22 X 10-8cm3/J。下面，請(qǐng)參閱圖I所示，是現(xiàn)有技術(shù)制備的碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的SEM形貌。由圖可以看出碳纖維相互搭接，孔徑在0-500微米之間，均勻性較差。請(qǐng)參閱圖2所示，其是本發(fā)明制備的碳纖維粉改性紙基摩擦材料的SEM形貌。由圖可以看出本發(fā)明制備的紙基摩擦材料均勻性較好，孔徑在0-200微米之間。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于首先將碳纖維粉、芳綸纖維和填料在水溶液中攪拌混合均勻，然后采用紙樣抄取系統(tǒng)成型摩擦材料的預(yù)制體；接著，將改性酚醛樹(shù)脂溶于乙醇溶劑中形成酚醛樹(shù)脂乙醇溶液后，浸潰于摩擦材料的預(yù)制體中，待溶劑揮發(fā)烘干后，采用硫化機(jī)熱壓固化獲得碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其中，所述碳纖維粉、芳綸纖維、改性酚醛樹(shù)脂和填料按照質(zhì)量百分比分別為50 68%，2 5%，20 30%，1(Γ20%，其中，所述碳纖維粉為微米級(jí)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于所述硫化機(jī)熱壓固化的溫度為16(Tl75°C，壓力為5. ΓΙΟΜΡβο
3.如權(quán)利要求I所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于所述碳纖維粉首先采用質(zhì)量濃度為10%的十二烷基苯磺酸鈉將微米級(jí)碳纖維進(jìn)行浸泡預(yù)處理12小時(shí)，使碳纖維表面帶陰離子。
4.一種如權(quán)利要求I所述的方法制備的碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于主要由質(zhì)量百分比為50 68%的碳纖維粉、質(zhì)量百分比為2-5%的芳綸纖維、質(zhì)量百分比為20 30%的改性酚醛樹(shù)脂和質(zhì)量百分比為10 20%的填料制備而成，其中，所述碳纖維粉為微米級(jí)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于所述碳纖維粉的長(zhǎng)度為200 600 μ m,直徑為5 15 μ m。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于所述碳纖維粉是PAN基碳纖維粉、浙青基碳纖維粉或者黏膠基碳纖維粉中的任一種。
7.如權(quán)利要求4所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于所述芳綸纖維的長(zhǎng)度為廣2mm，直徑為1(Γ20 μ m,所述填料的直徑小于100 μ m。
8.如權(quán)利要求4所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于所述改性酚醛樹(shù)脂是腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂、丁晴橡膠改性酚醛樹(shù)脂或者硼改性酚醛樹(shù)脂。
9.如權(quán)利要求4所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于所述填料是高嶺土、硅藻土、碳酸鈣或者硫酸鋇的一種，或者是其混合物。
10.如權(quán)利要求4所述的一種碳纖維粉改性紙基摩擦材料，其特征在于該碳纖維粉改性紙基摩擦材料的動(dòng)摩擦系數(shù)為O. 123、. 137，穩(wěn)定系數(shù)為95. 6°/Γ97%，磨損率為I. Γ1. 25X10_8cm3/J。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳纖維粉改性濕式紙基摩擦材料及其制備方法，通過(guò)在配方體系中引入碳纖維粉作為增強(qiáng)體，提高其含量，制備出孔徑分布范圍窄，均勻性良好的紙基摩擦材料。所制備的濕式紙基摩擦材料的孔徑分布在0-200μm之間，摩擦材料的均勻性好。動(dòng)摩擦系數(shù)在0.125-0.137之間，動(dòng)摩擦系數(shù)隨壓力的增加略有降低，其穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到95%以上，磨損率由現(xiàn)有技術(shù)的5.0×10-8cm3/J降低到1.25×10-8cm3/J以下，僅為現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)紙基摩擦材料的25%左右。
文檔編號(hào)C09K3/14GK102864678SQ20121027703
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者費(fèi)杰, 黃劍鋒, 王洪坤, 曹麗云, 李翠艷, 歐陽(yáng)海波, 王文靜, 盧靖 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)