CN102705410A - 一种复合摩擦片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合摩擦片及其制备方法，所述复合摩擦片是由耐磨层和承载层组成；其中耐磨层是由基础树脂、耐磨材料、增强材料等经共混改性、注塑而成；承载层是纤维增强环氧树脂复合材料，承载层与耐磨层经热压粘接成复合摩擦片；本发明解决了原有摩擦片耐磨性能、力学性能不佳及耐热性能低的问题，具有优异的耐磨性能和良好的力学性能，同时复合摩擦片是在承载层成型同时与耐磨层热压粘接而成，生产工艺简单、生产效率高，产品质量稳定，产品可广泛应用在车辆、军工、风电设备等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦片及其制备方法，特别具体涉及一种环氧树脂增强材料与一种特种工程塑料耐磨材料的制备，以及两种材料的热压粘接，属于材料科学领域。
背景技术
摩擦片是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动或传动的部件。任何机械设备与运动车辆都必须有制动或传动装置，摩擦片是这些制动和传动装置上的关键部件。它的主要功能是通过摩擦来吸收和传递动力，如离合器片传递动力，制动片吸收动能。它们使机械设备和各种机动车辆能安全地工作。摩擦片被广泛地应用在汽车、火车、飞机、军工、石油钻机、风电设备等各类工程机械上。随着各种机械设备和车辆等行业不断向大功率、高速度方向发展，对摩擦片的性能提出了越来越高的要求。
先进的摩擦片材料必须具有良好的摩擦系数和耐磨损性能、高的弹性模量、足够的机械强度、高的耐热性（包括高的熔点和高的抗变形温度）、高的导热性和热容量，才能保证使用寿命达到设计要求、实现系统的小型化和轻量化，进而提高车辆的机动性和可靠性，风电系统的使用寿命和可靠性。而这些性能的同时获得必须依靠复合材料性能的提高。
目前市面上常见的复合摩擦片其耐磨层材料有聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯或尼龙材料等类型，聚四氟乙烯耐磨层、超高分子量聚乙烯耐磨层虽然具有耐腐蚀、抗老化、摩擦系数低等优点，但是也有机械强度不高、成型收缩率大，二次加工困难、硬度低，耐磨损性差，耐蠕变性差等特点，应用在聚四氟乙烯耐磨片上存在机械强度低，耐磨损差等缺点，使用寿命达不到要求。尼龙材料也有稳定的摩擦系数和较低的磨损量，但尼龙的吸水性和较低的耐热性限制了其在高要求摩擦材料中的应用。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种在风力发电、汽车、军工等领域使用的复合摩擦片，具有优异的耐磨性能和良好的力学性能，同时生产工艺简单、生产效率高，产品质量稳定，价格低，具有良好的经济性。本发明的另一目的是提供一种用于制造这种复合摩擦片的工艺方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种复合摩擦片，包括耐磨层和承载层，其中，所述耐磨层的成分由基础树脂、耐磨材料和增强材料组成，所述承载层的成分由纤维增强环氧树脂复合材料组成。
作为本发明的进一步改进，所述耐磨层的原材料配比为，按重量份计：基础树脂45~8份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份。
作为本发明的进一步改进，所述的基础树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯酯中的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的耐磨材料为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的增强材料为碳纤维粉、聚酯纤维粉、钛酸钾晶须中的一种或几种混合物。
本发明还提供一种制备所述耐磨层的制备方法，步骤如下：(a)配料混料：按重量份称取基础树脂45~85份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份，加入到高速搅拌机中搅拌3~5分钟混合均匀，混合均匀的原料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；(b)挤出造粒：将干燥后的混合原料通过耐高温特种双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度：270~390℃，主机转速：200~250 rpm，挤出的粒料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；(c)注塑成型：干燥后的粒料通过专用注塑机注塑成耐磨层制品，注塑温度为280~400℃，模具温度为120~160℃，注塑压力为70~100MPa，螺杆转速为50~100 rpm，制得耐磨层的成品。
作为本发明的进一步改进，所述承载层是由纤维增强环氧树脂复合材料制成，其中，纤维与环氧树脂的质量配比为60~80:20~40。
作为本发明的进一步改进，所述纤维为玻璃纤维布、聚酯型纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的环氧树脂为低粘度环氧树脂，粘度值为1000~1600cps，环氧当量160~180g/eq，固化剂粘度10~15cps。二者质量配比为100:30。
根据上述复合摩擦片的结构，本发明还提供一种用于制造所述复合摩擦片的制备方法，先制备耐磨层，再利用热压粘结的方法将固化的承载层和耐磨层粘结在一起，实现耐磨层与承载层的复合，然后，将复合摩擦片出模后机加工去处飞边毛刺，即获得复合摩擦片。
作为本发明的进一步改进，所述复合摩擦片的制备方法，耐磨层和承载层的复合是通过热压粘结的方法实现的，具体步骤如下：(a)按上述耐磨层的制备方法制备好耐磨层； (b)将所述纤维布整齐平铺在复合摩擦片的模具内，具体层数由承载层厚度决定；(c)将模具升温到40℃~60℃；(d) 将所述的环氧树脂与固化剂配比混合后，真空浇注到铺有纤维布的模具内；(e) 纤维增强环氧树脂复合材料固化30±2 min后，制得承载层的成品；(f)将上述制备好的耐磨层平行放置于承载层上，施压到15~20MPa，保压3~4小时；(g) 模具自然冷却降温至室温后，取出复合摩擦片模压产品，(h)机加工去除飞边毛刺后，制得成品。
本发明解决了原有摩擦片耐磨性能、力学性能不佳及耐热性能低的问题，具有优异的耐磨性能和良好的力学性能，同时复合摩擦片是在承载层成型同时与耐磨层热压粘接而成，生产工艺简单、生产效率高，产品质量稳定，产品可广泛应用在车辆、军工、风电设备等领域。
附图说明
图1是复合摩擦片的结构示意图；
图2是复合摩擦片制备方法的流程示意图。
图中：1.承载层；2.耐磨层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
根据附图可以看出，本发明涉及一种复合摩擦片，包括耐磨层和承载层，其中，所述耐磨层的成分由基础树脂、耐磨材料和增强材料组成，所述承载层的成分由纤维增强环氧树脂复合材料组成。
作为本发明的进一步改进，所述耐磨层的原材料配比为，按重量份计：基础树脂45~8份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份。
作为本发明的进一步改进，所述的基础树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯酯中的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的耐磨材料为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的增强材料为碳纤维粉、聚酯纤维粉、钛酸钾晶须中的一种或几种混合物。
本发明还提供一种制备所述耐磨层的制备方法，步骤如下：(a)配料混料：按重量份称取基础树脂45~85份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份，加入到高速搅拌机中搅拌3~5分钟混合均匀，混合均匀的原料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；(b)挤出造粒：将干燥后的混合原料通过耐高温特种双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度：270~390℃，主机转速：200~250 rpm，挤出的粒料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；(c)注塑成型：干燥后的粒料通过专用注塑机注塑成耐磨层制品，注塑温度为280~400℃，模具温度为120~160℃，注塑压力为70~100MPa，螺杆转速为50~100 rpm，制得耐磨层的成品。
作为本发明的进一步改进，所述承载层是由纤维增强环氧树脂复合材料制成，其中，纤维与环氧树脂的质量配比为60~80:20~40。
作为本发明的进一步改进，所述纤维为玻璃纤维布、聚酯型纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布的一种或几种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述的环氧树脂为低粘度环氧树脂，粘度值为1000~1600cps，环氧当量160~180g/eq，固化剂粘度10~15cps。二者质量配比为100:30。
根据上述复合摩擦片的结构，本发明还提供一种用于制造所述复合摩擦片的制备方法，先制备耐磨层，再利用热压粘结的方法将固化的承载层和耐磨层粘结在一起，实现耐磨层与承载层的复合，然后，将复合摩擦片出模后机加工去处飞边毛刺，即获得复合摩擦片。
作为本发明的进一步改进，所述复合摩擦片的制备方法，耐磨层和承载层的复合是通过热压粘结的方法实现的，具体步骤如下：(a)按上述耐磨层的制备方法制备好耐磨层； (b)将所述纤维布整齐平铺在复合摩擦片的模具内，具体层数由承载层厚度决定；(c)将模具升温到40℃~60℃；(d) 将所述的环氧树脂与固化剂配比混合后，真空浇注到铺有纤维布的模具内；(e) 纤维增强环氧树脂复合材料固化30±2 min后，制得承载层的成品；(f)将上述制备好的耐磨层平行放置于承载层上，施压到15~20MPa，保压3~4小时；(g) 模具自然冷却降温至室温后，取出复合摩擦片模压产品，(h)机加工去除飞边毛刺后，制得成品。
实施例一，耐磨层2的原材料配比，按重量份计：聚苯硫醚55份，聚四氟乙烯25份，二硫化钼5份，碳纤粉15份；在高速搅拌机中搅拌混合均匀，混合均匀的原料在130℃温度下干燥4小时，将干燥后的混合原料通过耐高温特种双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为270~390℃，主机转速为240 rpm。挤出的粒料在130±5℃的温度下干燥4小时，干燥后的粒料通过专用注塑机注塑成耐磨层2制品，注塑温度为280~400℃，模具温度为140℃，注塑压力为80MPa，螺杆转速为90 rpm，制得耐磨层2的成品。
将20层聚酯纤维布整齐平铺在模具内，模具升温至60℃，将质量配比为100:30的环氧树脂和固化剂混合后，真空浇注到密封的模具内，聚酯玻纤布与树脂比例为75:25，环氧树脂增强层固化30分钟后，制得承载层1的成品，将耐磨层2平行放置于承载层1上，施压到20MPa，保压4小时。然后自然冷却降温至室温后，取出复合摩擦片模压产品，然后机加工去除飞边毛刺后，制得成品。
实施例二，与实施例一的不同之处为：耐磨层2的原材料配比，按重量份计：聚苯硫醚40份，聚苯酯15份，聚四氟乙烯22份，二硫化钼5份，石墨3份，碳纤粉15份。
实施例三，与实施例一的不同之处为：耐磨层2的原材料配比，按重量份计：聚醚醚酮55份，聚四氟乙烯25份，二硫化钼5份，碳纤粉15份；造粒的挤出温度为360~390℃，注塑温度为370~400℃。
实施例四，与实施例三的不同之处为：耐磨层2的原材料配比，按重量份计：聚醚醚酮40份，聚苯酯15份，聚四氟乙烯22份，二硫化钼5份，碳纤粉15份。
实施例五，与实施例三的不同之处为：耐磨层2的原材料配比，按重量份计：聚醚醚酮40份，聚苯酯15份，聚四氟乙烯22份，二硫化钼5份，钛酸钾晶须15份。
下文表明了本发明复合摩擦片性能的测试结果，按照ENISO0527检测拉伸强度、压缩强度和动力摩擦系数，本发明复合摩擦片的各项技术性能均达到标准，参见下表：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合摩擦片，其特征在于：一种复合摩擦片包括耐磨层和承载层，其中，所述耐磨层的成分由基础树脂、耐磨材料和增强材料组成，所述承载层的成分由纤维增强环氧树脂复合材料组成。
2.如权利要求1所述的一种复合摩擦片，其特征在于：所述耐磨层的原材料配比为，按重量份计：基础树脂45~8份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份。
3.如权利要求2所述的一种复合摩擦片，其特征在于：，所述的基础树脂为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯酯中的一种或几种混合物。
4.如权利要求2所述的一种复合摩擦片，其特征在于：所述的耐磨材料为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼中的一种或几种混合物。
5.如权利要求2所述的一种复合摩擦片，其特征在于：所述的增强材料为碳纤维粉、聚酯纤维粉、钛酸钾晶须中的一种或几种混合物。
6.如权利要求2所述的一种复合摩擦片，其特征在于：所述承载层是由纤维增强环氧树脂复合材料制成，其中，纤维与环氧树脂的质量配比为60~80:20~40；所述纤维为玻璃纤维布、聚酯型纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布的一种或几种混合物。
7.如权利要求1所述的一种复合摩擦片，其特征在于：所述的环氧树脂为低粘度环氧树脂，粘度值为1000~1600cps，环氧当量160~180g/eq，固化剂粘度10~15cps；
二者质量配比为100:30。
8.一种复合摩擦片的制备方法，其特征在于：先制备耐磨层，再利用热压粘结的方法将固化的承载层和耐磨层粘结在一起，实现耐磨层与承载层的复合，然后，将复合摩擦片出模后机加工去处飞边毛刺，即获得复合摩擦片。
9.如权利要求8所述的一种复合摩擦片的制备方法，其特征在于：所述耐磨层的制备方法至少包括以下步骤：
(a)配料混料：按重量份称取基础树脂45~85份，耐磨材料10~30份，增强材料5~25份，加入到高速搅拌机中搅拌3~5分钟混合均匀，混合均匀的原料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；
(b)挤出造粒：将干燥后的混合原料通过耐高温特种双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度：270~390℃，主机转速：200~250 rpm，挤出的粒料在130±5℃的温度下干燥3~4小时；
(c)注塑成型：干燥后的粒料通过专用注塑机注塑成耐磨层制品，注塑温度为280~400℃，模具温度为120~160℃，注塑压力为70~100MPa，螺杆转速为50~100 rpm，制得耐磨层的成品。
10.如权利要求9所述的一种复合摩擦片的制备方法，其特征在于：所述复合摩擦片的制备方法，耐磨层和承载层的复合是通过热压粘结的方法实现的，具体步骤如下：
（a）先制备好耐磨层；
(b)将所述纤维布整齐平铺在复合摩擦片的模具内，具体层数由承载层厚度决定；
(c)将模具升温到40℃~60℃；
(d)将所述的环氧树脂与固化剂配比混合后，真空浇注到铺有纤维布的模具内；
(e)纤维增强环氧树脂复合材料固化30±2 min后，制得承载层的成品；
(f)将步骤(a)制备好的耐磨层平行放置于承载层上，施压到15~20MPa，保压3~4小时；
(g)模具自然冷却降温后，取出复合摩擦片模压产品；
(h)机加工去除飞边毛刺后，制得成品。
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