CN102093842A - 碳质双层纸基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳质双层纸基摩擦材料及其制备方法，用于解决现有的双层纸基摩擦材料摩擦系数低的技术问题。碳质双层纸基摩擦材料的技术方案是由15～30％的增强纤维、20～35％的填料、5～15％的碳质材料、5～10％的氧化铝和石墨和25～35％的腰果壳油改性酚醛树脂制备而成。制备方法是一次抄造成型支撑层，在支撑层表面涂覆摩擦层获得碳质双层纸基摩擦材料，较背景技术两次抄造成型工艺更加简单。其动摩擦系数由背景技术的0.112～0.140提高到0.145～0.168；静摩擦系数由背景技术的0.155～0.191提高到0.194～0.232。

Description

碳质双层纸基摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纸基摩擦材料，特别是一种碳质双层纸基摩擦材料。还涉及这种碳质双层纸基摩擦材料的制备方法。
背景技术
纸基摩擦材料是采用造纸工艺制备的湿式摩擦材料，因其诸多优点被广泛应用于轿车、客车及工程机械等机动车辆的自动变速箱和湿式制动装置中。
机动车辆向高速、重载方向发展对摩擦材料的摩擦性能、耐热性及摩擦稳定性等提出了更高的要求，研究表明使用碳纤维可以改善纸基摩擦材料综合性能，但其生产成本较高。鉴于摩擦材料达到其使用寿命时，磨损量仅占整个摩擦片厚度的10％～30％，国内外已有双层摩擦材料的专利报道。
文献1“专利申请号是200410073261.2的中国专利”公开了一种双层纸基摩擦材料。这种双层纸基摩擦材料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％。但是，该摩擦材料的摩擦系数较低，如动摩擦系数是0.112～0.140，静摩擦系数是0.155～0.191，故制动效率不高，难以达到现代高速、重载情况下的制动要求。
该文献公开的双层纸基摩擦材料的制备方法，采用常规造纸工艺分别抄造摩擦层和支撑层，这样双层纸基摩擦材料预制体需要经过两次抄造成型，然后压榨叠合，由此造成的工业废水等环境污染较大。而且当制备的纸基摩擦材料厚度较薄时，给摩擦层抄造成型造成较大困难。
发明内容
为了克服现有的双层纸基摩擦材料摩擦系数低的不足，本发明提供一种碳质双层纸基摩擦材料，充分利用碳质材料优异摩擦磨损性能、热物理性能和化学性能等优点，可以提高双层纸基摩擦材料的摩擦系数。
本发明还提供这种碳质双层纸基摩擦材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种碳质双层纸基摩擦材料，其特点是由15～30％的增强纤维、20～35％的填料、5～15％的碳质材料、5～10％的氧化铝和石墨和25～35％的腰果壳油改性酚醛树脂制备而成。
所述增强纤维是纸纤维、麻纤维、竹纤维、硅酸铝陶瓷纤维、多晶莫来石陶瓷纤维、碳化硅陶瓷纤维、玻璃纤维或矿物棉纤维的任一种或任几种。
所述填料是高岭土、重晶石、矿粉、碳酸钙或氧化锌的任一种或任几种。
所述腰果壳油改性酚醛树脂的浓度是5～20wt％。
所述的碳质材料是碳纳米管或热解碳的任一种。
所述氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂，氧化铝∶石墨＝1～4∶1。
一种上述碳质双层纸基摩擦材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：将15～30％的增强纤维、20～35％的填料混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体；将5～15％的碳质材料、5～10％的氧化铝和石墨混合成摩擦层混合物；将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为5～20wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂含量25～35％；在温度为60～90℃下干燥3～8h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料；硫化工艺：压力6～15MPa，温度为140～180℃，时间10～30min；后固化工艺：常压，温度160～200℃，时间20～40min。
所述摩擦层占碳质双层纸基摩擦材料整体厚度的10～30％。
本发明的有益效果是：由于摩擦层组分中添加了碳质材料，使得所制备的碳质双层纸基摩擦材料的摩擦系数提高；动摩擦系数由背景技术的0.112～0.140提高到0.145～0.168；静摩擦系数由背景技术的0.155～0.191，提高到0.194～0.232。制备方法是一次抄造成型支撑层，经表面涂覆摩擦层获得碳质双层纸基摩擦材料，较背景技术两次抄造成型工艺更加简单。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明碳质双层纸基摩擦材料的制备方法的流程图。
图2是实施例1制备的碳质双层纸基摩擦材料支撑层与碳质层的界面SEM照片。
具体实施方式
以下实施例参照图1～2。
实施例1：制备纸基摩擦材料支撑层预制体：取纸纤维7g、硅酸铝陶瓷纤维5g、矿物棉纤维3g；取高岭土12g、矿粉9g、碳酸钙10g，将纸纤维、硅酸铝陶瓷纤维、矿物棉纤维、高岭土、矿粉和碳酸钙混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体。
取碳纳米管10g、氧化铝4g和石墨1g，混合成摩擦层混合物。其中，氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂。
将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为10wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂溶液含量350g，在温度为60℃下干燥8h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料。硫化工艺：压力6MPa，温度为180℃，时间30min；后固化工艺：常压，温度160℃，时间40min。
从图2中可以看出，双层纸基摩擦材料的整个厚度在0.7mm左右，摩擦层和支撑层的厚度分别为0.15mm、0.55mm，二者有明显的界面，通过树脂的粘结作用结合和纤维的非定向作用连接在一起。
根据GB13826-2008标准测试，本实施例制备的碳质双层纸基摩擦材料的动摩擦系数是0.147～0.158，静摩擦系数是0.194～0.223，磨损率是1.6×10-8cm3/J。且由于表面碳质材料优异的导热性可以有效传导摩擦面累积热量，降低摩擦表面温度，抑制可能出现的热衰退。
实施例2：制备纸基摩擦材料支撑层预制体：取麻纤维8g、多晶莫来石陶瓷纤维5g，玻璃纤维7g；取高岭土10g，重晶石17g，碳酸钙8g，将麻纤维、多晶莫来石陶瓷纤维、玻璃纤维、高岭土、重晶石和碳酸钙混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体。
取热解碳5g、氧化铝4g和石墨4g，混合成摩擦层混合物。其中，氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂。
将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为5wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂溶液含量640g；在温度为70℃下干燥6h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料。硫化工艺：压力10MPa，温度为160℃，时间25min；后固化工艺：常压，温度170℃，时间30min。
根据GB13826-2008标准测试，本实施例制备的碳质双层纸基摩擦材料的动摩擦系数是0.151～0.165，静摩擦系数是0.205～0.230，磨损率是2.7×10-8cm3/J。
实施例3：制备纸基摩擦材料支撑层预制体：取竹纤维11.5g、碳化硅陶瓷纤维10g；取实施例1支撑层边角余料10g；取重晶石6g，矿粉3.5g，氧化锌9g，将竹纤维、碳化硅陶瓷纤维、实施例1中支撑层边角余料、重晶石、矿粉和氧化锌混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体。
取碳纳米管15g、氧化铝6g和石墨4g，混合成摩擦层混合物。其中，氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂。
将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为15wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂溶液含量165g；在温度为80℃下干燥5h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料。硫化工艺：压力12MPa，温度为150℃，时间20min；后固化工艺：常压，温度180℃，时间25min。
根据GB13826-2008标准测试，本实施例制备的碳质双层纸基摩擦材料的动摩擦系数是0.145～0.160，静摩擦系数是0.210～0.232，磨损率是3.0×10-8cm3/J。
实施例4：制备纸基摩擦材料支撑层预制体：取纸纤维4g、竹纤维7g，硅酸铝陶瓷纤维6g、碳化硅陶瓷纤维8g；取实施例2支撑层边角余料15g；取矿粉7g，氧化锌3g，将纸纤维、竹纤维、硅酸铝陶瓷纤维、碳化硅陶瓷纤维、实施例2中支撑层边角余料、矿粉和氧化锌混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体。
取热解碳12g、氧化铝6g和石墨2g，混合成摩擦层混合物。其中，氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂。
将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为20wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂溶液含量150g；在温度为90℃下干燥3h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料。硫化工艺：压力15MPa，温度为140℃，时间10min；后固化工艺：常压，温度200℃，时间20min。
根据GB13826-2008标准测试，本实施例制备的碳质双层纸基摩擦材料的动摩擦系数是0.153～0.168，静摩擦系数是0.198～0.224，磨损率是2.3×10-8cm3/J。

Claims (8)

1.一种碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于由15～30％的增强纤维、20～35％的填料、5～15％的碳质材料、5～10％的氧化铝和石墨和25～35％的腰果壳油改性酚醛树脂制备而成。
2.根据权利要求1所述的碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于：所述增强纤维是纸纤维、麻纤维、竹纤维、硅酸铝陶瓷纤维、多晶莫来石陶瓷纤维、碳化硅陶瓷纤维、玻璃纤维或矿物棉纤维的任一种或任几种。
3.根据权利要求1所述的碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于：所述填料是高岭土、重晶石、矿粉、碳酸钙或氧化锌的任一种或任几种。
4.根据权利要求1所述的碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于：所述腰果壳油改性酚醛树脂的浓度是5～20wt％。
5.根据权利要求1所述的碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于：所述的碳质材料是碳纳米管或热解碳的任一种。
6.根据权利要求1所述的碳质双层纸基摩擦材料，其特征在于：所述氧化铝和石墨是摩擦性能调节剂，氧化铝∶石墨＝1～4∶1。
7.一种权利要求1所述碳质双层纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将15～30％的增强纤维、20～35％的填料混合打浆制备出均匀浆液，采用湿法工艺成型出纸基摩擦材料支撑层预制体；将5～15％的碳质材料、5～10％的氧化铝和石墨混合成摩擦层混合物；将支撑层预制体烘干后机械冲裁并在其表面均匀涂覆一层摩擦层混合物；浸渍浓度为5～20wt％的腰果壳油改性酚醛树脂溶液，腰果壳油改性酚醛树脂含量25～35％；在温度为60～90℃下干燥3～8h；经硫化工艺、后固化工艺后制成碳质双层纸基摩擦材料；硫化工艺：压力6～15MPa，温度为140～180℃，时间10～30min；后固化工艺：常压，温度160～200℃，时间20～40min。
8.根据权利要求7所述的碳质双层纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述摩擦层占碳质双层纸基摩擦材料整体厚度的10～30％。
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