CN101956775B - 风力发电机用树脂基偏航刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机用树脂基偏航刹车片及其制备方法，该材料包含了酚醛树脂、丁腈橡胶和有机摩擦粉、短切钢纤维、紫铜纤维、芳纶纤维、硅酸铝/KFK纤维、石墨以及重晶石等。其制备方法为首先将各组分材料按照配方称料，在犁耙式混料机高速搅拌进行混合，保证各纤维充分分散、均匀，在160～200℃下热压成型，然后在热处理箱里进行热处理，随炉冷却至室温，最后进行机加工即得本发明的材料。同普通粉末冶金刹车片片相比，本发明制备的偏航刹车片具有适中的静摩擦系数、摩擦系数稳定、低制动噪音、对对偶磨损较小且制造成本较低的优点，能充分满足风力发电机偏航低速制动的要求。

Description

风力发电机用树脂基偏航刹车片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种刹车片，特别是涉及一种用于风力发电机偏航制动系统的树脂基复合摩擦材料及制备方法，属新材料技术领域。

背景技术

随着科技的进步和经济的高速发展，人类对电力的需求不断扩大。利用煤、石油等不可再生能源发电，都面临资源日益贫乏的窘境，且不符合国家可持续发展的战略决策。风能作为绿色清洁能源，其不仅符合国家能源改革方向，而且又是可再生资源，对环境保护也有积极的意义。进几十年来受到世界各国特别是欧美、日本等发达国家的青睐。

风能发电时，螺旋桨叶片的方向因风力方向的改变需要随时调整，以保证叶片总是朝向风力最大的方向。偏航制动器起着调节风力发电机叶片方向的作用，正常情况下，偏航刹车片在活塞的压力作用下，可靠刹住刹车盘，不允许转动。当需要刹车盘偏航转动时，减小活塞的压力(可调整)，在整个偏航过程中，这可以确保有一定的刹车力矩。在机舱定位后，满压力作用锁死刹车盘，让叶片在风力最大的方向上保持不动。

铁基粉末冶金摩擦片具有摩擦系数较高、耐温性能好、使用寿命长等优点，特别适合在重载、高温的环境下使用，目前国内偏航刹车片普遍采用铁基粉末冶金摩擦材料。但铁基摩擦片存在容易起绣、伤对偶盘、易产生啸叫等缺陷，而树脂基摩擦材料具有摩擦性能可调性大、不伤对偶盘、低制动噪音，价格便宜等一系列优点，尽管其耐热性能不如粉末冶金摩擦片，但由于偏航制动器是在低速下运转，摩擦片温度很难超过200℃，所以现在国外普遍采用树脂基合成材料代替铁基粉末冶金摩擦材料。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题提供一种低成本、安全和可靠性更高的风力发电机用树脂基偏航刹车片。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该风力发电机用树脂基偏航刹车片的制备方法。

为了解决上述第一技术问题，本发明提供的风力发电机用树脂基偏航刹车片，其材料配方按重量百分比计为：

树脂/橡胶   5～10，     硅酸铝/KFK纤维  15～25，

芳纶纤维    1～2，      钛酸钾晶须      4～10，

钢纤维      10～20，    紫铜纤维        5～10，

硫化锑        3～8，    石墨          6～16，

铬铁矿        1～2，    硫铁矿        1～2，

改性氧化铝    4～8      有机摩擦粉    2～5，

重晶石        10～20。

为了解决上述第二技术问题，本发明提供的制备风力发电机用树脂基偏航刹车片的方法，包括如下步骤：

(1)、配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)、混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间4～5分钟；

(3)、成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200～300kgf/cm²，热压温度160～200℃，排气10～12次，保压时间根据刹车片的厚度而定，一般是55～65s/mm；

(4)、热处理：将刹车片在1.8～2.2小时从室温升温到155～165℃，保温3.5～4.5小时，再在0.8～1.2小时升温到205～215℃，保温3.5～4.5小时，然后随炉冷却至室温；

(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工成为树脂基偏航刹车片。

采用上述技术方案的风力发电机用树脂基偏航刹车片及其制备方法，和铁基粉末冶金刹车片相比，通过加入不同金属纤维、有机纤维和陶瓷纤维混杂增强，大幅度提高材料力学性能，特别是抗压缩强度和剪切强度，并改善其摩擦稳定性；同时，通过加入一些增摩材料，显著提高了刹车片的静摩擦系数；另外，由于树脂基摩擦材料以树脂为基体，和粉末冶金烧结产品相比，硬度大幅度降低，和钢对偶摩擦时，产生噪音的概率大大降低。而且由于树脂基摩擦片所用原材料便宜，制备周期短，因此，产品制造成本大幅度降低，约为铁基粉末冶金摩擦片的2/3，性价比优势明显，是一种性价比较高的新型摩擦材料制品，能完全满足风力发电机偏航低速制动的要求。

综上所述，本发明制备的偏航刹车片具有适中的静摩擦系数、摩擦系数稳定、低制动噪音、对对偶磨损较小且制造成本较低的优点，能充分满足风力发电机偏航低速制动的要求。

附图说明

图1是常温静扭矩试验曲线事例。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明提供的风力发电机偏航刹车片的配方说明

酚醛树脂/丁腈橡胶 8，    硅酸铝/KFK纤维  22，

芳纶纤维          2，    钛酸钾晶须      5，

钢纤维            10，   紫铜纤维        5，

硫化锑        8，    石墨          15，

铬铁矿        1，    硫铁矿        2，

改性氧化铝    7，    有机摩擦粉    2，

重晶石        15。

在这个配方体系中，摩擦材料采用树脂、橡胶为基体，铬铁矿、硫铁矿、改性氧化铝为增摩剂，硫化锑、鳞片石墨作为润滑组元，加入钢纤维、铜纤维、芳纶纤维、钛酸钾晶须、陶瓷纤维和矿物纤维作为增强相。矿物填料等除起到降低成本的作用外，还可以稳定摩擦系数、调节材料的孔隙率，提高制动稳定性。

风力发电机树脂基偏航刹车片的制备工艺说明

(1)、配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)、混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间5分钟；

(3)、成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200kgf/cm²，热压温度160，排气10次，保压时间是65s/mm；

(4)、热处理：将刹车片在2小时从室温升温到160，保温4小时，再在1小时升温到210℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温；

(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工成为树脂基偏航刹车片。

风力发电机树脂基偏航刹车片的性能

在美国Instron3369材料力学试验机上，选取5个试样按GB/T10424-2002烧结金属摩擦材料压缩试验进行抗压缩试验，结果如表1所示。

表1树脂基偏航刹车片抗压缩性能试验结果

试样号	直径(mm)	高度(mm)	最大压缩载荷(KN)	压缩强度(MPa)
					1	20.08	7.54	40.06	126.51
2	19.94	7.60	41.34	132.38
					3	20.10	7.52	40.50	127.65
4	20.14	7.54	36.90	115.65
					5	20.10	7.50	42.86	135.09
平均值	20.07	7.54	40.33	127.49

在美国格林台架试验机上进行静扭矩试验，做十次取平均数，结果如表2所示。

表2静摩擦系数检验结果汇总表

常温静扭矩试验曲线事例见图1。

实施例2：

本发明提供的风力发电机偏航刹车片的配方说明

酚醛树脂/丁腈橡胶     5，     硅酸铝/KFK纤维  25，

芳纶纤维              1，     钛酸钾晶须      10，

钢纤维                20，    紫铜纤维        10，

硫化锑                3，     石墨            6，

铬铁矿                2，     硫铁矿          1，

改性氧化铝            4，     有机摩擦粉      3，

重晶石                10。

风力发电机树脂基偏航刹车片的制备工艺说明

(1)、配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)、混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间5分钟；

(3)、成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力300kgf/cm²，热压温度200℃，排气11次，保压时间是60s/mm；

(4)、热处理：将刹车片在1.8小时从室温升温到155℃，保温3.5小时，再在0.8小时升温到205℃，保温3.5小时，然后随炉冷却至室温；

(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工成为树脂基偏航刹车片。

实施例3：

本发明提供的风力发电机偏航刹车片的配方说明

酚醛树脂/丁腈橡胶     10，    硅酸铝/KFK纤维  15，

芳纶纤维              2，     钛酸钾晶须      4，

钢纤维                10，    紫铜纤维        5，

硫化锑                3，     石墨            16，

铬铁矿                1，     硫铁矿          1，

改性氧化铝            8，     有机摩擦粉      5，

重晶石                20。

风力发电机树脂基偏航刹车片的制备工艺说明

(1)、配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)、混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间4分钟；

(3)、成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力280kgf/cm²，热压温度180℃，排气12次，保压时间是55s/mm；

(4)、热处理：将刹车片在2.2小时从室温升温到165℃，保温4.5小时，再在1.2小时升温到215℃，保温4.5小时，然后随炉冷却至室温；

(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工成为树脂基偏航刹车片。

Claims (2)

1.一种风力发电机用偏航刹车片，其特征是：其材料配方按重量百分比计为：

酚醛树脂/丁腈橡胶 5～10，     硅酸铝/KFK纤维    15～25，

芳纶纤维          1～2，      钛酸钾晶须        4～10，

钢纤维            10～20，    紫铜纤维          5～10，

硫化锑            3～8，      石墨              6～16，

铬铁矿            1～2，      硫铁矿            1～2，

改性氧化铝        4～8，      有机摩擦粉        2～5，

重晶石            10～20。

2.制备权利要求1所述的风力发电机用偏航刹车片的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、配料：按上述配比称量各个组分物料；

(2)、混料：将称量好的各物料投入高速混料机中，混料时间4～5分钟；

(3)、成型：按刹车片型号称取混合料，倒入热压模中，压制压力200～300kgf/cm²，热压温度160～200℃，排气10～12次，保压时间根据刹车片的厚度而定，是55～65s/mm；

(4)、热处理：将刹车片在1.8～2.2小时从室温升温到155～165℃，保温3.5～4.5小时，再在0.8～1.2小时升温到205～215℃，保温3.5～4.5小时，然后随炉冷却至室温；

(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行磨削、倒角，开槽，再经喷涂、印标，加工成为偏航刹车片。

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