CN100463949C - 柔性纸基摩擦材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性纸基摩擦材料，含有重量百分比3～7%的Kevlar纤维，或者碳纤维预氧丝，或者是Kevlar纤维与碳纤维预氧丝混合纤维，5～20%的聚丙烯腈基碳纤维，或者沥青基碳纤维，或者是聚丙烯腈基碳纤维与沥青基碳纤维混合纤维，4～25%的柔性矿物纤维，或者植物纤维，或者纤维素纤维，2～10%的柔性粘合剂，20～44%的脆性粘合剂，10～25%的摩擦性能调节剂，15～30%的填料。由于采用Kevlar等纤维作为纸基摩擦材料的增强纤维，同时使用柔性粘结剂和脆性粘结剂作为纸基摩擦材料的粘结剂，柔性增强纤维和碳纤维的性能互补提高了纸基摩擦材料的柔韧性，同时还提高了纸基摩擦材料的摩擦磨损性能。

Description

柔性纸基摩擦材料
技术领域
本发明涉及一种柔性纸基摩擦材料，尤其适用于作为自动变速箱制动带用纸基摩擦材料。
背景技术
纸基摩擦材料一般工作于润滑油介质中。为了获得良好的传扭和制动效果，纸基摩擦材料要求有较高的热稳定性、良好的物理力学性能、高而稳定的动摩擦系数、较低的静摩擦系数和较小的磨损率，而这些性能的获得依赖于材料的组成，也依赖于材料界面组织结构、孔隙率及回弹性。所以，纸基摩擦材料通常由增强纤维、摩擦性能调节剂、粘结剂和填料组成。在纸基摩擦材料用增强纤维和粘结剂中，可选择的增强纤维和粘结剂种类较多，但它们的耐热性、柔韧性、物理力学性能、摩擦和磨损性能差异较大，采用不同的增强纤维和粘结剂会导致纸基摩擦材料在摩擦磨损性能和物理/力学性能上的差异。
当纸基摩擦材料作为自动变速器摩擦面片时一般只考虑满足摩擦磨损性能的要求；但作为自动变速箱制动带使用时，由于长期处于弯曲工作状态，制动过程要经受反复的曲率半径变化和拉、压作用，不仅有对摩擦和磨损性能的要求，还要求材料具有柔韧性。
文献“中国专利CN1529068A”介绍了一种高分子复合纸基摩擦材料，其基本组成重量百分比为：酚醛树脂31～45％，木纤维20～30％，竹纤维5～15％，碳纤维15～20％，石墨5～10％，二氧化硅1～5％，硅藻土2～5％，氧化铁1～3％。这种以酚醛树脂为粘结剂纸基摩擦材料在树脂固化后成为三维网状结构，使得摩擦材料的柔韧性较差，尚未报道能是否具有足够的柔韧性够作为摩擦制动带使用。虽然另有研究通过腰果壳油改性或其他方法改性来改善酚醛树脂的柔韧性，仍不能较大幅度提高这种纸基摩擦材料的柔韧性。
文献“中国专利CN1456589A”介绍了一种纸基摩擦材料，其特征在于至少含有一种纤维，至少一种填料以及树脂和调节剂组成，各种组成的组分重量百分比为：纤维27—47％，填料16—33％，树脂30—35％，调节剂3—13％，所述调节剂包括有3—5％的橡胶，尚未报道能是否具有足够的柔韧性能够作为摩擦制动带使用。
文献“CN85105905A”介绍了一种使用橡胶作为粘结剂的油浴式离合器橡胶镶片，这种摩擦材料的柔韧性相对较好，且摩擦系数较高。但这种摩擦材料的静/动摩擦系数比大，摩擦力矩随制动时间变化较大，摩擦稳定性差，摩擦材料的耐热性较差。
发明内容
为了克服现有技术纸基摩擦材料在弯曲工作状态下柔韧性差的不足，本发明提供一种柔性纸基摩擦材料，既具有柔韧性、有具有良好摩擦磨损性能的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性纸基摩擦材料，含有重量百分比3～7％的Kevlar纤维，或者碳纤维预氧丝，或者是Kevlar纤维与碳纤维预氧丝混合纤维，5～20％的聚丙烯腈基碳纤维，或者沥青基碳纤维，或者是聚丙烯腈基碳纤维与沥青基碳纤维混合纤维，4～25％的柔性矿物纤维，或者植物纤维，或者纤维素纤维，2～10％的柔性粘合剂，20～44％的脆性粘合剂，10～25％的摩擦性能调节剂，15～30％的填料。
所述的柔性粘结剂是丁晴橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、硅橡胶任一种。
所述的脆性粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、硼胶改性酚醛树脂任一种。
本发明的有益效果是：由于采用柔性增强纤维和摩擦性能较好的碳纤维作为纸基摩擦材料的增强纤维，同时使用柔性粘结剂和脆性粘结剂作为纸基摩擦材料的粘结剂，柔性增强纤维和碳纤维的性能互补提高了纸基摩擦材料的柔韧性，同时还提高了纸基摩擦材料的摩擦磨损性能；按照本发明配方制备的柔性纸基摩擦材料最小弯曲曲率半径为6.0～6.8cm，既具有良好的柔韧性又具有良好的力学强度和耐热性。
下面结合实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
基于复合材料的综合性能与组分性能之间存在线性或非线性关系，若将摩擦性能较好的碳纤维和柔性增强纤维混用，将脆性粘结剂和柔性粘结剂混用，发挥不同纤维和粘结剂的性能优势并实现优势性能互补，同时控制摩擦磨损性能较好的碳纤维和柔韧性增强纤维以及脆性粘结剂和柔性粘结剂的比例，使纸基摩擦材料既具有良好的柔韧性，又具有良好的摩擦磨损性能。
实施例1：取柔性增强纤维：Kevlar纤维3kg，碳纤维：聚丙烯腈基碳纤维11kg、沥青基碳纤维9kg，其他纤维：纤维素纤维4kg，摩擦性能调节剂10kg，填料15kg，柔性粘结剂：120目的丁腈橡胶粉2kg，脆性粘结剂：丁腈橡胶改性酚醛树脂20kg，按照抄纸方法将上述材料放入到适量水中，均匀分散后加入到抄纸设备中成型，烘干，裁取成适当的摩擦片尺寸后，浸渍腰果壳油改性酚醛树脂-乙醇溶液使其质量百分含量达到26％，烘干，于温度170℃、压力7.0MPa下热压固化成型，机加工后得到所述柔性纸基摩擦材料，这种柔性纸基摩擦材料的最小弯曲曲率半径为6.8cm；采用MM1000-II型摩擦性能试验机测试动摩擦系数1.20～1.30，静摩擦系数0.168，磨损率6.0×10-8cm3/J；剧烈失重起始温度高于358℃。
实施例2：取柔性增强纤维：碳纤维预氧丝3kg，碳纤维：沥青基碳纤维17kg，其他纤维：植物纤维22kg，摩擦性能调节剂13kg，填料18kg，柔性粘结剂：180目的丁苯橡胶粉4kg，脆性粘结剂：酚醛树脂25kg，按照抄纸方法将上述材料放入到适量水中，均匀分散后加入到抄纸设备中成型，烘干，裁取成适当的摩擦片尺寸后，喷涂腰果壳油改性酚醛树脂-乙醇溶液使其质量百分含量达到12.5％，烘干，于温度170℃、压力7.0MPa下热压固化成型，机加工后得到柔性纸基摩擦材料，这种柔性纸基摩擦材料的最小弯曲曲率半径为6.0cm，采用MM1000-II型摩擦性能试验机测试动摩擦系数1.20～1.26，静摩擦系数0.16，磨损率7.4×10-8cm3/J，剧烈热失重起始温度高于345℃。
实施例3：取柔性增强纤维：Kevlar纤维2kg、碳纤维预氧丝3kg，碳纤维：聚丙烯腈基碳纤维14kg，其他纤维：无石棉矿物纤维25kg，摩擦性能调节剂16kg，填料21kg，柔性粘结剂：240目的氟橡胶粉6kg，脆性粘结剂：腰果壳油改性酚醛树脂30kg，按照抄纸方法将上述材料放入到适量水中，均匀分散后加入到抄纸设备中成型，烘干，裁取成适当的摩擦片尺寸后，喷涂胶，热压固化成型，机加工后得到柔性纸基摩擦材料。
实施例4～6的配方见下表。柔性粘结剂还选用了硅橡胶；脆性粘结剂还选用了硼改性酚醛树脂。
为了更好的说明本发明，下面对实施例1～6列表说明(表中单位：kg)。
 
实施例 柔性纤维 碳纤维 其它纤维 柔性粘结剂 脆性粘结剂 调节剂 填料
实施例1 3 20 4 2 20 10 15
实施例2 4 17 22 4 25 13 18
实施例3 5 14 25 6 30 16 21
实施例4 5 11 18 6 35 19 24
实施例5 6 8 12 8 40 22 27
实施例6 7 5 9 10 44 25 30
上述纸基摩擦材料使用抄纸工艺生产，使用至少一种柔性增强纤维和至少一种碳纤维作为纸基摩擦材料的增强纤维，同时使用至少一种柔性粘结剂和至少一种脆性粘结剂作为纸基摩擦材料的粘结剂。碳纤维和柔性增强纤维的性能互补可以使纸基摩擦材料既具有良好的柔韧性，同时具有良好的摩擦磨损性能；与此同时，脆性粘合剂和柔性粘合剂的性能互补可以使纸基摩擦材料既具有良好的柔韧性又具有良好的力学强度和耐热性。
经过多次试验，柔性增强纤维可单独选用Kevlar纤维、碳纤维预氧丝，或是Kevlar纤维与碳纤维预氧丝的混合纤维；碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维；其他纤维包括柔性无石棉矿物纤维、植物纤维或纤维素纤维。其组成的重量百分含量为：
柔性增强纤维           3～7％；
碳纤维                5～20％；
其它纤维              4～25％；
柔性粘结剂            2～10％；
脆性粘结剂            20～44％；
摩擦性能调节剂        10～25％；
填料                  15～30％；
为了使所述纸基摩擦材料满足柔韧性要求，柔性增强纤维的质量百分含量不低于3.0％；为了保证这种纸基摩擦材料的摩擦力矩和摩擦系数稳定性要求，柔性增强纤维的重量百分含量不大于7.0％，摩擦性能较好的碳纤维的质量百分含量应大于5.0％。
柔性粘结剂为橡胶类粘合剂，包括丁腈橡胶、丁苯橡胶，氟橡胶、硅橡胶，颗粒粒径在120～240目之间；脆性粘结剂为酚醛树脂类粘结剂，包括酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂。
为了使这种纸基摩擦材料获得相应的柔韧性，柔性粘结剂的质量百分含量应大于2.0％，但为了保证摩擦材料的摩擦力矩和摩擦系数稳定性，柔性粘结剂的质量百分含量应小于10.0％；为了保证这种摩擦材料具有相应的力学强度和良好的耐热性，脆性粘结剂的质量百分含量应大于20％。
摩擦性能调节剂选可选用石墨、MoS2粉、硫化锑粉、Al2O3、SiC4、BN、铬铁矿粉、有机摩擦粉、锆砂粉等。填料选用BaSO4、高岭土、硅藻土等常规物质。
为了使所述柔性纸基摩擦材料获得较好的柔韧性和摩擦磨损性能，其柔性能强纤维、碳纤维、柔性粘结剂和脆性粘结剂可部分或全部混合使用。

Claims (3)

1.一种柔性纸基摩擦材料，含有重量百分比3～7％的Kevlar纤维，或者碳纤维预氧丝，或者是Kevlar纤维与碳纤维预氧丝混合纤维，5～20％的聚丙烯腈基碳纤维，或者沥青基碳纤维，或者是聚丙烯腈基碳纤维与沥青基碳纤维混合纤维，4～25％的柔性矿物纤维，或者植物纤维，或者纤维素纤维，2～10％的柔性粘合剂，20～44％的脆性粘合剂，10～25％的摩擦性能调节剂，15～30％的填料。
2.根据利用权利要求1所述的柔性纸基摩擦材料，其特征在于：所述的柔性粘结剂是丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、硅橡胶任一种。
3.根据利用权利要求1所述的柔性纸基摩擦材料，其特征在于：所述的脆性粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、硼胶改性酚醛树脂任一种。
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