CN100340592C

CN100340592C - 双层纸基摩擦材料及摩擦片制作方法

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Publication number: CN100340592C
Application number: CNB2004100732612A
Authority: CN
Inventors: 林荣会; 方亮; 李新平; 殷修海; 胡小川; 苏强; 孙平; 李志文
Original assignee: Shengli Oil Field Sheng Construction Engineering Co Ltd; Xian Jiaotong University
Current assignee: Shengli Oil Field Sheng Construction Engineering Co Ltd; Xian Jiaotong University
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2024-11-11
Also published as: CN1632034A

Abstract

本发明公开一种双层纸基摩擦材料及摩擦片制作方法，由摩擦层和支撑层组成，其摩擦层：碳纤维10-25%、丙烯腈浆粕5-10%、棉绒浆15-20%、纳米酚醛树脂18-25%、石墨3-8%、铁红3-8%、氧化铝1-5%、碳酸钙5-15%、羧基丁腈胶乳3-6%、硫酸铝1-2%、氢氧化钠0.7-1.4%、聚丙烯酰胺0.01-0.03%；支撑层由：棉绒浆20-30%、玻璃纤维25-40%、碳酸钙0-30%、硫酸铝1-2%、聚丙烯酰胺0.01-0.03%、纳米酚醛树脂15-25%、边角料0-30%。支撑层采用边角料和廉价原料配方制作，可节省碳纤维或芳纶，大大降低材料成本。

Description

双层纸基摩擦材料及摩擦片制作方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料及其制作方法，特别涉及一种可在油中工作的双层高性能纸基摩擦材料以及利用这种材料制作摩擦片的方法。

背景技术

纸基摩擦材料是指利用造纸工艺生产的湿式摩擦材料，它广泛应用于工程机械、农业机械、矿山机械、重型汽车、轿车和船舶等机械的离合和制动系统中。

众所周知，传统的纸基摩擦材料主要是以石棉为增强剂的石棉纸基摩擦材料。由于石棉对人体有害，且石棉的蕴藏量有限，所以，从环境和资源的观点来看必须重新考虑石棉的使用；另一方面，随着现代机械向着高速、重载的方向发展，对耐热性好、寿命长的高级纸基摩擦材料的需要变的越来越迫切。基于上述原因，人们对无石棉纸基摩擦材料进行了研究和开发，其中，以碳纤维或/和芳纶为增强剂的高级纸基摩擦材料是人们研究和开发的热点。例如：美国专利6130177报道了使用碳纤维和芳纶纤维的混合纤维制作纸基摩擦材料的方法。美国专利4256801介绍了使用碳纤维、纤维素纤维和阻燃有机纤维的混合纤维制作纸基摩擦材料。日本专利1040700介绍了使用芳纶和纤维素纤维的混合纤维制作纸基摩擦材料等。采用碳纤维和芳纶等高性能纤维制作纸基摩擦材料存在的主要问题：一是生产成本过高，即使仅含10％碳纤维或芳纶的摩擦片，其成本也是一般工业难以接受的；二是碳纤维和芳纶在料浆中难以分散均匀，从而影响其性能的充分发挥；三是缺少耐热性高而韧性好的树脂粘合剂，现在最常用的粘结剂主要是腰果壳油或丁腈橡胶纳米酚醛树脂，这类树脂的韧性较普通酚醛树脂有所改善，但其耐热性仍不能满足高级纸基摩擦材料的要求。

中国专利03114475.6公开了一种碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法，该方法的主要特点是通过边角料的回收利用，使生产成本降低，但是，由于细小组分的流失，将使含边角料的摩擦材料中各组成成分的比例发生变化，从而引起产品摩擦学性能的不稳定；另外，利用该方法生产碳纤维增强纸基摩擦片的成本仍偏高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层纸基无石棉摩擦材料及摩擦片制作方法，该摩擦材料耐热性好、寿命长以及成本低，可在重载工况下使用，同时能保持石棉纸基摩擦材料的高摩擦系数，低静、动摩擦系数比，价廉等主要优点。

本发明解决的技术方案：

一种双层纸基摩擦材料，它由摩擦层和支撑层组成，其摩擦层的组分及质量百分比：碳纤维10-25％、丙烯腈浆粕5-10％、棉绒浆15-20％、纳米酚醛树脂18-25％、石墨3-8％、铁红3-8％、氧化铝1-5％、碳酸钙5-15％、羧基丁腈胶乳3-6％、硫酸铝1-2％、氢氧化钠0.7-1.4％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％；支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20-30％、玻璃纤维25-40％、碳酸钙0-30％、硫酸铝1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、纳米酚醛树脂15-25％、边角料0-30％。

一种双层纸基摩擦材料制作摩擦片的方法，先将棉绒浆打浆，打浆浓度为1-3％，打浆度为25-45°SR，将碳纤维和丙烯腈浆粕均匀分散于由硫酸铝与氢氧化钠反应生成的胶体状液体中，硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液的质量分数分别为0.03-0.08％和0.02-0.06％，碳纤维和丙烯腈浆粕的加入量为5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方进行配料、制浆；按常规造纸工艺分别抄造摩擦层和支撑层，接着，将摩擦层和支撑层叠合在一起，经过压榨脱水和真空干燥制成原纸板，压榨工艺：压力0.2-0.4MPa，时间1-3min；干燥工艺：真空度0.07-0.1MPa，时间5-10min；按产品尺寸将原纸板冲裁成环片；环片浸渍纳米酚醛树脂，将环片放入固体含量为30-40％的纳米酚醛树脂溶液中浸胶，浸渍时间：20-40分钟，纳米酚醛树脂的浸渍量：25±4％，继而干燥和固化热处理即制得摩擦环片，干燥工艺：温度60±5℃，时间3-5h；热处理工艺：温度160±5℃，时间3-4h；通过热压将摩擦环片粘结到钢芯板上，热压工艺：压力0.3-2MPa，温度155±5℃，时间10-15min；最后经过磨平面和铣槽即制成摩擦片。

一种双层纸基摩擦材料，它由摩擦层和支撑层组成，所述的摩擦层的组分及质量百分比为：芳纶10-25％、丙烯腈浆粕5-10％、棉绒浆10-20％、纳米酚醛树脂18-25％、石墨3-8％、硅藻土6-15％、氧化铝1-5％、羧基丁腈胶乳3-6％、硫酸铝1-2％、聚氧化乙烯0.15-0.35％；支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20-30％、玻璃纤维25-40％、碳酸钙0-30％、硫酸铝1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、纳米酚醛树脂15-25％、边角料0-30％。

一种双层纸基摩擦材料制作摩擦片的方法，先将棉绒浆打浆，打浆浓度为1-3％，打浆度为25-45°SR，将芳纶和丙烯腈浆粕均匀分散于聚氧化乙烯的稀溶液中，聚氧化乙烯的浓度为0.005-0.01％，芳纶和丙烯腈浆粕的加入量为5-10g/L，然后按上述的摩擦材料配方进行配料、制浆；按常规造纸工艺分别抄造摩擦层和支撑层，将摩擦层和支撑层叠合在一起，经过压榨脱水和真空干燥制成原纸板，压榨工艺：压力0.2-0.4MPa，时间1-3min；干燥工艺：真空度0.07-0.1MPa，时间5-10min；按产品尺寸将原纸板冲裁成环片；环片浸渍纳米酚醛树脂，将环片放入固体含量为30-40％的纳米酚醛树脂溶液中浸胶，浸渍时间：20-40分钟，纳米酚醛树脂的浸渍量：25±4％，继而干燥和固化热处理即制得摩擦环片，干燥工艺：温度60±5℃，时间3-5h；热处理工艺：温度160±5℃，时间3-4h；通过热压将摩擦环片粘结到钢芯板上，热压工艺：压力0.3-2MPa，温度155±5℃，时间10-15min；最后经过磨平面和铣槽即制成摩擦片。

冲裁剩余的原纸板边角料返回制浆工序再利用。

本发明采用包含摩擦层和支撑层的双层结构。由于高级纸基摩擦材料在达到它的使用寿命时，其所受到的磨损仅占整个厚度的15％左右，即约85％的摩擦材料不受磨损，这部分材料仅起支撑作用，所以，对它们可只要求强度，而不要求摩擦学性能。据此，本发明将摩擦材料沿厚度方向分成上下两部分，并分别称为摩擦层和支撑层(摩擦层占20-25％)，其中，支撑层采用包含边角料和廉价原料的材料配方制作，从而，可节省碳纤维或芳纶约80％，其它原材料约30％，大大降低了材料成本。

本发明采用先冲裁后浸渍纳米酚醛树脂的工艺，因而，冲裁剩余的原纸板边角料可以回收再利用。

本发明采用由纳米铜粉和纳米氧化铝纤维联合改性的纳米酚醛树脂作粘结剂，由于该树脂与纯酚醛树脂相比，其初始热分解温度可提高40-60℃，韧性可提高1-2倍，所以，本发明的摩擦材料具有较高的耐热性和韧性。

本发明的优点在于：产品的耐高温性能好，传递扭矩大，使用寿命长；原纸板的匀度高；制造成本低。

具体实施方式

实施例1：

一种双层碳纤维纸基摩擦材料，摩擦层的组分及质量百分比：碳纤维12％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆20％、纳米酚醛树脂22％、石墨8％、铁红6％、氧化铝1.5％、碳酸钙11.29％、羧基丁腈胶乳6％、硫酸铝1.92％、氢氧化钠1.28％、聚丙烯酰胺0.01％；支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20％、玻璃纤维35％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂15％，边角料28％。

碳纤维为沥青基碳纤维，其直径为5-16μm，长度为1-3mm。丙烯腈纤维为CFFV111-3湿浆粕。玻璃纤维的直径为6-15μm，长度为1-3mm。石墨为片状，粒度为60-100目。铁红、氧化铝和碳酸钙的粒度均小于200目。羧基丁腈胶乳含丙烯腈35-45％。纳米酚醛树脂中的纳米铜粉和纳米氧化铝纤维的含量分别为1-3％(Wt)，1-3％(Wt)。

制作方法如下：

制浆，摩擦层：将棉绒浆放入打浆机中打浆，打浆浓度为1％，打浆度为30°SR；将硫酸铝和氢氧化钠分别配成质量分数为0.06％和0.04％的溶液并使之反应，制成胶体状的混合液，然后，按1L混合液加10g的碳纤维和丙烯腈浆粕的比例，将碳纤维和丙烯腈浆粕加入混合液中分散；按上述摩擦层配方依次将打好浆的棉浆、碳纤维与丙烯腈浆粕的悬浮液和摩擦调节剂加入搅拌机中进行混合搅拌20min，然后，加入造纸助剂继续混合搅拌10min，即制得摩擦层的料浆。支撑层：先将边角料加入疏解机中疏解15min，接着按上述支撑层配方依次将打好浆的棉浆和玻璃纤维加入搅拌机中进行混合搅拌10min，然后，加入造纸助剂继续混合搅拌10min，即制得支撑层的料浆。

制作原纸板，用140目不锈钢网将摩擦层和支撑层抄片成型(根据支撑层厚度不同，将其浆料均分成2-4份，分别抄片成型)，然后，将支撑层和摩擦层叠合在一起，经压榨脱水、真空干燥制成原纸板，压榨工艺：压力0.3MPa，时间2min，干燥工艺：真空度0.08MPa，时间8min。

冲裁，按产品尺寸用冲模将原纸板冲裁成环片。

浸胶，将环片放入固体含量为30-40％的纳米酚醛树脂溶液中浸胶，浸渍时间：30±5min，纳米酚醛树脂的浸渍量：25±4％。将浸胶的环片取出，置于干燥箱中干燥，干燥工艺：温度60±5℃，时间4h。

固化热处理，在经浸胶和干燥处理的环片间插入成型用金属板，然后，放入热处理炉内进行热处理即制得摩擦环片，热处理工艺：压力0.03-0.06MPa，温度160±5℃，时间4h±10min。

钢芯板的表面处理，将钢芯板放入盛有10％盐酸溶液的洗槽内，浸泡10min；然后，取出，用自来水冲洗；接着，放入干燥箱中干燥，干燥工艺：温度105±5℃，时间2h。

钢芯板涂胶，将已处理的钢芯板表面均匀涂上J-04粘结剂，涂层厚度为：0.05-0.1mm。

贴片8，通过热压，将摩擦环片粘结到涂胶钢芯板上，热压工艺：温度155±5℃，压力0.3-2MPa，时间12min。机械加工，将摩擦片磨平面和开槽。

按此工艺制得的摩擦片，其气孔率为25-40％；按GB13826-92标准测试，其动摩擦系数为0.126-0.140，静摩擦系数为0.180-0.187，磨损率为小于4.7×10^-8cm³J^-1。

实施例2：

一种双层碳纤维纸基摩擦材料，摩擦层的组分及质量百分比：碳纤维18％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆18％、纳米酚醛树脂24％、石墨6％、铁红6％、氧化铝1.3％、碳酸钙8.29％、羧基丁腈胶乳5％、硫酸铝2％、氢氧化钠1.4％、聚丙烯酰胺0.01％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆25％、玻璃纤维40％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂15％，碳酸钙18％。

制备方法同实施例1。

实施例3：

一种双层碳纤维纸基摩擦材料，摩擦层的组分及质量百分比：碳纤维23％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆16％、纳米酚醛树脂25％、石墨4％、铁红6％、氧化铝1.3％、碳酸钙6.29％、羧基丁腈胶乳5％、硫酸铝2％、氢氧化钠1.4％、聚丙烯酰胺0.01％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20％、玻璃纤维36％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂17％，边角料25％。

制备方法同实施例1。

实施例4：

一种双层芳纶纸基摩擦材料，摩擦层的组成组分及质量百分比：芳纶15％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆20％、纳米酚醛树脂22％、石墨8％、硅藻土15％、氧化铝2％、羧基丁腈胶乳6％、硫酸铝1.75％、聚氧化乙烯0.25％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆22％、玻璃纤维34％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂16％，边角料26％。

芳纶的直径为3-14μm，长度为1-3mm。

制作方法如下：

制浆，摩擦层：将棉绒浆放入打浆机中打浆，打浆浓度为1％，打浆度为30SR；将芳纶放入打浆机中打浆，打浆浓度为1％，打浆度为40°SR；将聚氧化乙烯配制成0.01％的水溶液，然后，按1L溶液加10g的芳纶和丙烯腈浆粕的比例，将芳纶和丙烯腈浆粕分散在该溶液中；按上述摩擦层材料配方依次将打好浆的棉浆、芳纶与丙烯腈浆粕的悬浮液和摩擦调节剂加入搅拌机中进行混合搅拌20min，然后，加入造纸助剂继续混合搅拌10Min，即制得摩擦层的浆料。其余同实施例1。按此工艺制得的摩擦片，其气孔率为25-40％；按GB13826-92标准测试，其动摩擦系数为0.112-0.123，静摩擦系数为0.155-0.191，磨损率为小于4.4×10^-8cm³J^-1。

实施例5：

一种双层芳纶纸基摩擦材料，摩擦层的组成组分及质量百分比：芳纶20％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆18％、纳米酚醛树脂24％、石墨8％、硅藻土11％、氧化铝2％、羧基丁腈胶乳5％、硫酸铝1.7％、聚氧化乙烯0.3％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆21％、玻璃纤维35％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂18％，碳酸钙24％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆25％、玻璃纤维40％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂15％，碳酸钙18％。

制备方法同实施例4。

实施例6：

一种双层芳纶纸基摩擦材料，摩擦层的组成组分及质量百分比：芳纶23％、丙烯腈纤维10％、棉绒浆16％、纳米酚醛树脂25％、石墨7％、硅藻土10％、氧化铝2％、羧基丁腈胶乳5％、硫酸铝1.67％、聚氧化乙烯0.33％。支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆23％、玻璃纤维33％、硫酸铝1.98％、聚丙烯酰胺0.02％、纳米酚醛树脂18％，边角料24％。

制备方法同实施例4。

Claims

1、一种双层纸基摩擦材料，它由摩擦层和支撑层组成，其特征在于，摩擦层的组分及质量百分比为：碳纤维10-25％、丙烯腈浆粕5-10％、棉绒浆15-20％、纳米酚醛树脂18-25％、石墨3-8％、铁红3-8％、氧化铝1-5％、碳酸钙5-15％、羧基丁腈胶乳3-6％、硫酸铝1-2％、氢氧化钠0.7-1.4％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％；支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20-30％、玻璃纤维25-40％、碳酸钙0-30％、硫酸铝1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、纳米酚醛树脂15-25％、边角料0-30％；其中，纳米酚醛树脂中的纳米铜粉和纳米氧化铝纤维的含量分别为1-3重量％、1-3重量％。

2、一种双层纸基摩擦材料，它由摩擦层和支撑层组成，其特征在于，所述的摩擦层的组分及质量百分比为：芳纶10-25％、丙烯腈浆粕5-10％、棉绒浆10-20％、纳米酚醛树脂18-25％、石墨3-8％、硅藻土6-15％、氧化铝1-5％、羧基丁腈胶乳3-6％、硫酸铝1-2％、聚氧化乙烯0.15-0.35％；支撑层的组分及质量百分比：棉绒浆20-30％、玻璃纤维25-40％、碳酸钙0-30％、硫酸铝1-2％、聚丙烯酰胺0.01-0.03％、纳米酚醛树脂15-25％、边角料0-30％；其中，纳米酚醛树脂中的纳米铜粉和纳米氧化铝纤维的含量分别为1-3重量％、1-3重量％。