CN102093841A - 一种双粘合剂摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为无机粘合剂30～70％，有机树脂粘合剂8～25％，增强纤维15～40％，摩擦性能调节剂5～15％，填料5-20％；该摩擦材料具有与传统树脂基摩擦材料基本相同的摩擦磨损性能，耐高温性能明显优于传统树脂基摩擦材料；提高了力学强度并改善脆性，能有效抵御摩擦热的影响；适用于在重载或拖摩时间较长工况条件下替代树脂基摩擦材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料，具体是一种双粘合剂摩擦材料，适用于在重载或拖摩时间较长的工况条件下替代树脂基摩擦材料，属于复合材料技术领域。
背景技术
摩擦材料是一类广泛应用于工业传动与制动的功能材料。为了获得良好的传动或制动效果，摩擦材料要求有良好的物理力学性能、高而稳定的动摩擦系数、较小的静摩擦系数和较低的磨损率，这些综合性能的获得较大程度上依赖于材料的组成。根据材料组成的不同，摩擦材料可分为橡胶基摩擦材料、树脂基摩擦材料、金属基摩擦材料、陶瓷基摩擦材料和碳-碳复合摩擦材料，以及半金属摩擦材料和碳-陶复合摩擦材料等。
树脂基摩擦材料是一种含有增强材料(如纤维)、树脂粘结剂、摩擦性能调节剂和填料的多组分材料。由于成本低廉、加工工艺灵活、制备工艺简单和性价比较高而成为目前应用最为广泛地摩擦材料品种之一。酚醛树脂耐热性较高、摩擦性能较好并且价廉易得，故现行树脂基摩擦材料一般使用酚醛树脂或改性酚醛树脂为粘结剂。然而，树脂基摩擦材料中的酚醛树脂一般是耐热性能最差的成分之一，容易在重载荷或长久拖摩情况下出现热衰退问题。摩擦过程是一个生热过程，树脂基摩擦材料在使用过程中经常遇到热冲击并易于出现热衰退现象，影响树脂基摩擦材料的整体摩擦性能并缩短使用寿命。
在树脂基摩擦材料中，树脂粘结剂的耐热性能已成为影响摩擦材料耐热性的重要因素，为了提高摩擦材料的耐热性能，目前研究人员已对酚醛树脂粘结剂进行过较多的物理和化学改性研究，夏新年等人合成了一种含磷马来酰亚胺改性酚醛树脂，见《化工进展》2007，26(9)：1307-1309“新型含磷酚醛树脂的合成与性能表征”；欧阳兆辉等研究了金属钼改性酚醛树脂对摩擦磨损性能的影响，见《化工进展》2005，24(8)：901-904“钼改性酚醛树脂粘结剂的研究”，周重光等认为有机硅改性酚醛树脂能提高摩擦材料的耐热性，见《高分子材料科学与工程》2000，16(1)：164-165“有机硅改性酚醛树脂热稳定性的研究”。
对酚醛树脂粘合剂进行改性虽能在一定程度上提高摩擦材料耐热性，但这种解决方案所能取得的实质效果有限。相对于有机树脂粘合剂而言，无机粘合剂具有更好地耐热性，故在摩擦材料组分中采用酚醛树脂和无机粘合剂结合，发挥这两类粘合剂的各自优点，可以既保持树脂基摩擦材料的摩擦学特征并提高树脂基摩擦材料的耐热性能。就双粘合剂摩擦材料而言，其力学强度和摩擦磨损性能同时受到增强纤维和摩擦性能调节剂的影响，所以在双粘合剂摩擦材料的组分内，选择与之相适应的增强纤维和摩擦性能调节剂是优化该摩擦材料的摩擦与磨损性能的重要方法。
发明内容
为了克服现有树脂基摩擦材料耐热性能不足的缺点，本发明提供了一种含有至少一种无机粘合剂和至少一种有机粘合剂的双粘合剂摩擦材料。
本发明所采用的技术方案是：
一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为无机粘合剂30～70％，有机树脂粘合剂8～25％，增强纤维15～40％，摩擦性能调节剂5～15％，填料5-20％。
所述的无机粘合剂是磷酸盐类无机粘合剂、铝硅酸盐无机黏合剂、铝硅磷酸盐无机黏合剂、高铝水泥、氟铝酸盐早强水泥、硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐早强水泥、超高强水泥其中的一种或几种混合体。
所述的有机树脂粘合剂是橡胶类材料、酚醛树脂类材料、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮其中的一种或几种混合体；其中橡胶类材料是丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、硅橡胶的一种或几种混合体；其中酚醛树脂类材料是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、聚酰亚胺改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂的一种或几种混合体。
所述的增强纤维是Kevlar纤维、碳纤维、碳纤维预氧丝、陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、非石棉矿物纤维、植物纤维、晶须其中的一种或几种混合体。
所述的摩擦性能调节剂是石墨、二硫化钼、硫化锑粉、硬脂酸锌、氧化铝、碳化硅、氮化硼、铬铁矿粉、氧化镁和有机摩擦粉其中的一种或几种混合体。
所述的填料选用硫酸钡、高岭土、硅藻土、氧化锌、莹石粉、重晶石粉其中的一种或几种混合体。
本发明的制备工艺为：将各种原材料经干法混合后，放入模具中冷压成型，制成摩擦材料冷压毛坯；将摩擦材料冷压毛坯进行热压固化，使摩擦材料中的树脂固化，最后将经过热压固化后的摩擦材料冷压毛坯进行无机粘合剂常温固化，得到摩擦材料成品。
所述的摩擦材料冷压成型工艺参数为室温时压制压力25-100MPa，压制时间2-20min；摩擦材料冷压毛坯热压固化工艺参数为温度150-180℃，压力5-30MPa，固化时间根据材料厚度按照1-8min/mm设定；摩擦材料冷压毛坯的无机粘合剂常温固化工艺条件为常温常压条件下将已经过热压固化的摩擦材料浸入水中至全部被水浸透，然后置于相对湿度大于90％的大气环境中静置养护7-15天。
本发明的积极效果是：该摩擦材料因为含有无机粘合剂而耐高温性能明显优于传统的树脂基摩擦材料；并在双粘剂组分内含有与之相适应的增强纤维，提高了力学强度并改善脆性，能有效抵御摩擦热的影响；使用摩擦性能调节剂平衡了因使用无机粘合剂带来的摩擦系数不匹配、摩擦材料自身磨损及对偶材料磨损问题，其摩擦磨损特性与树脂基摩擦材料基本相同，可在重载或拖摩时间较长的工况条件下替代树脂基摩擦材料，选用无机粘合剂弥补了有机树脂粘合剂耐热性能的缺陷，使摩擦材料的耐热性能得到了显著改善。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例一：一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为：超高强水泥50％，腰果壳油改性酚醛树脂8％，碳纤维8％，陶瓷纤维10％，铬铁矿粉4％，石墨4％，云母粉2％，其余成分为等量混合的硫酸钡与高岭土；将上述材料在干法混料机中混和均匀后，加入到预制体冷压模具中加压成型，取出后放入热固化模具中于160℃和10MPa压力下热压固化，固化时间为每毫米片厚3分钟，最后在吸水情况下养护48小时，在相对湿度为90％的条件下养护7-10天，该摩擦材料具有树脂基摩擦材料的摩擦力矩特征，动摩擦系数≥0.35，失重10％的温度大于580℃。
实施例二：一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为：高铝水泥50％，丁腈橡胶改性酚醛树脂5％，三聚氰胺改性酚醛树脂5％，碳纤维4％，碳纤维预氧丝3％，陶瓷纤维3％，Kevlar纤维4％，铬铁矿粉5％，石墨3％，氧化镁1％，云母粉1％，其余成分为等量混合的高岭土与硅藻土；制备方法同实施例一，该摩擦材料具有树脂基摩擦材料的摩擦力矩特征，动摩擦系数≥0.35，失重10％的温度大于600℃。
实施例三：一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为：氟铝酸盐早强水泥70％，腰果壳油改性酚醛树脂6％，碳纤维4％，非石棉矿物纤维6％，陶瓷纤维％，Kevlar纤维2％，铬铁矿粉2％，石墨8％，氧化镁0.5％，其余成分为等量混合的硅藻土与氧化锌；制备方法同实施例一，该摩擦材料具有树脂基摩擦材料的摩擦力矩特征，动摩擦系数≥0.34，失重10％的温度大于620℃。
实施例四：一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为：磷酸盐类粘合剂8％，氟铝酸盐早强水泥55％，丁腈橡胶改性酚醛树脂3％，有机硅改性酚醛树脂陶瓷纤维3％，非石棉矿物纤维6％，Kevlar纤维5％，铬铁矿粉2％，石墨6％，二硫化钼3％、硫化锑粉2％，氧化镁2％，其余成分为等量混合的氧化锌与莹石粉；制备方法同实施例一，该摩擦材料具有树脂基摩擦材料的摩擦力矩特征，动摩擦系数≥0.36，失重10％的温度大于630℃。
实施例五：一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为：硅铝酸盐类粘合剂15％，硅酸盐类水泥40％，丁腈橡胶改性酚醛树脂3％，聚酰亚胺树脂5％、有机硅改性酚醛树脂陶瓷纤维3％，非石棉矿物纤维6％，碳纤维预氧丝2％，Kevlar纤维2％，铬铁矿粉2％，石墨4％，二硫化钼3％，硫化锑粉1％，氧化镁1％，其余成分为等量混合的莹石粉与重晶石粉；将上述材料在干法混料机中混和均匀后，加入到预制体冷压模具中加压成型，取出后放入热固化模具中于160℃和10MPa压力下热压固化，固化时间为每毫米片厚3分钟，最后在吸水情况下养护48小时，在相对湿度为90％的条件下养护7-10天，该摩擦材料具有树脂基摩擦材料的摩擦力矩特征，动摩擦系数≥0.36，失重10％的温度大于660℃。
Claims (7)
1.一种双粘合剂摩擦材料，其组分质量百分含量为无机粘合剂30～70％，有机树脂粘合剂8～25％，增强纤维15～40％，摩擦性能调节剂5～15％，填料5-20％。
2.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是无机粘合剂是磷酸盐类无机粘合剂、铝硅酸盐无机黏合剂、铝硅磷酸盐无机黏合剂、高铝水泥、氟铝酸盐早强水泥、硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐早强水泥、超高强水泥其中的一种或几种混合体；有机树脂粘合剂是橡胶类材料、酚醛树脂类材料、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮其中的一种或几种混合体；其中橡胶类材料是丁腈橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、硅橡胶的一种或几种混合体；其中酚醛树脂类材料是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、聚酰亚胺改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂的一种或几种混合体；增强纤维是Kevlar纤维、碳纤维、碳纤维预氧丝、陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、非石棉矿物纤维、植物纤维、晶须其中的一种或几种混合体；摩擦性能调节剂是石墨、二硫化钼、硫化锑粉、硬脂酸锌、氧化铝、碳化硅、氮化硼、铬铁矿粉、氧化镁和有机摩擦粉其中的一种或几种混合体；填料选用硫酸钡、高岭土、硅藻土、氧化锌、莹石粉、重晶石粉其中的一种或几种混合体。
3.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是其组分质量百分含量为：超高强水泥50％，腰果壳油改性酚醛树脂8％，碳纤维8％，陶瓷纤维10％，铬铁矿粉4％，石墨4％，云母粉2％，其余成分为等量混合的硫酸钡与高岭土。
4.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是组分质量百分含量为：高铝水泥50％，丁腈橡胶改性酚醛树脂5％，三聚氰胺改性酚醛树脂5％，碳纤维4％，碳纤维预氧丝3％，陶瓷纤维3％，Kevlar纤维4％，铬铁矿粉5％，石墨3％，氧化镁1％，云母粉1％，其余成分为等量混合的高岭土与硅藻土。
5.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是组分质量百分含量为：氟铝酸盐早强水泥70％，腰果壳油改性酚醛树脂6％，碳纤维4％，非石棉矿物纤维6％，陶瓷纤维％，Kevlar纤维2％，铬铁矿粉2％，石墨8％，氧化镁0.5％，其余成分为等量混合的硅藻土与氧化锌。
6.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是组分质量百分含量为：磷酸盐类粘合剂8％，氟铝酸盐早强水泥55％，丁腈橡胶改性酚醛树脂3％，有机硅改性酚醛树脂陶瓷纤维3％，非石棉矿物纤维6％，Kevlar纤维5％，铬铁矿粉2％，石墨6％，二硫化钼3％、硫化锑粉2％，氧化镁2％，其余成分为等量混合的氧化锌与莹石粉。
7.根据权利要求1所述的一种双粘合剂摩擦材料，其特征是组分质量百分含量为：硅铝酸盐类粘合剂15％，硅酸盐类水泥40％，丁腈橡胶改性酚醛树脂3％，聚酰亚胺树脂5％、有机硅改性酚醛树脂陶瓷纤维3％，非石棉矿物纤维6％，碳纤维预氧丝2％，Kevlar纤维2％，铬铁矿粉2％，石墨4％，二硫化钼3％，硫化锑粉1％，氧化镁1％，其余成分为等量混合的莹石粉与重晶石粉。
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