CN102925105A

CN102925105A - 硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102925105A
Application number: CN2012103820268A
Authority: CN
Inventors: 付业伟; 朱文婷; 李贺军; 齐乐华; 张兆民
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料及其制备方法，用于解决现有碳纤维树脂基摩擦材料高温时摩擦系数低的技术问题。技术方案是硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料由重量百分比为5-20％的粘结剂、重量百分比为15-30％的纤维增强体、重量百分比15-33％的摩擦性能调节剂和重量百分比20-40％的填料制备而成。由于采用了硫酸钙晶须/碳纤维的混杂增强体系，不仅能够满足材料在不同尺度范围内的增强作用，而且碳纤维与硫酸钙晶须均具有的耐高温特性，能够有效抑制材料的热衰退现象，在制动过程中形成连续的摩擦膜，提高了材料的摩擦系数，不划伤对偶，降低了噪音。另外，硫酸钙晶须的存在，减少了粘结剂的用量1-3％，降低了树脂在高温下的热分解现象。

Description

硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纤维树脂基摩擦材料，特别是涉及一种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，还涉及这种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料制备方法。

背景技术

制动摩擦材料是一种应用于各种交通工具和机械设备中用以实现减速或制动功能的复合材料。为了应对环境保护、适应各种车型、复杂路况和各种极端使用工况的需求，汽车用非石棉摩擦材料也在不断地创新，目前基本存在三种不同配方体系：半金属配方体系，少金属配方体系和无金属配方体系，但是有金属配方材料存在产品密度大、易锈蚀、易刮伤对偶、噪音大、摩擦磨损性能不稳定等缺点，因此采用无金属配方体系代替有金属配方体系逐渐成为一种发展趋势。

文献1“专利公开号是CN101177601A的中国专利”公开了一种硫酸钙晶须用于制备刹车片的方法，材料配方中采用硫酸钙晶须作为增强材料与硫酸钡、硅酸锆等摩擦性能调节剂及多种矿物纤维复合而成，所制备的材料能够改善摩擦材料的压缩性能和高温性能，提高气孔率，具有摩擦系数稳定，无噪音，磨耗小等优点，但是其配方结构中含有金属成分，会影响产品密度及外观均匀性，同时易出现锈蚀严重、导热过快及黑灰污染等缺点。

在非金属纤维中，碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能。文献2“专利公开号是CN1580100A的中国专利”公开了一种汽车同步器齿环碳纤维摩擦材料的制备方法，主要以碳纤维为增强体，所制备的摩擦材料提高了摩擦稳定性、耐磨性和耐高温性，但由于采用单一碳纤维作为增强体，大大提高了树脂基摩擦材料的成本，并且碳纤维易出现团聚现象。而且采用的陶瓷矿物纤维即矿棉纤维，容易划伤对偶材料，高温时摩擦系数较低，从而导致材料的热稳定性较差。

发明内容

为了克服现有碳纤维树脂基摩擦材料高温时摩擦系数低的不足，本发明提供一种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料。以NAO摩擦材料配方体系为基础，采用硫酸钙晶须与碳纤维作为增强体，既可以制备出无污染、摩擦系数稳定、抗热衰退性好、磨耗低、噪音小、不损伤对偶材料、力学性能好、使用寿命长的无金属制动摩擦材料，又可以减少碳纤维和粘结剂的用量，降低成本及树脂在高温下的热分解现象，同时可以满足材料在不同尺度范围内的增强作用，有效抑制材料的热衰退现象，在制动过程中行程连续的摩擦膜，有利于提高材料的摩擦系数稳定性和耐磨性。

本发明还提供这种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特点是由重量百分比为5-20％的粘结剂、重量百分比为15-30％的纤维增强体、重量百分比15-33％的摩擦性能调节剂和重量百分比20-40％的填料制备而成。

所述粘结剂是改性树脂或者改性橡胶的任一种。

所述纤维增强体是硫酸钙晶须、碳纤维、芳纶纤维或者海泡石纤维的任一种或任几种。

所述摩擦性能调节剂是氧化铝、铬铁矿、萤石、石墨或者云母的任一种或任几种。

所述填料是硫酸钡、高岭土、硅藻土、氧化锌或者炭黑的任一种或任几种。

一种上述硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料制备方法，其特点是包括以下步骤：称取重量百分比为5-20％的粘结剂、重量百分比为15-30％的纤维增强体、重量百分比15-33％的摩擦性能调节剂、重量百分比20-40％的填料，首先将除硫酸钙晶须外的纤维增强体和填料加入混料机中搅拌至纤维均匀分散，然后将硫酸钙晶须材料、粘结剂和摩擦性能调节剂加入混料机中搅拌均匀得到压塑料；将压塑料填入模具中压制成预制体，模压工艺参数：温度160-180℃，压力20-35MPa，时间60-100s/mm；将预制体放入程序控温鼓风干燥箱中，于4-12h内从120℃梯度升温至200℃进行热处理，得到硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料。

本发明的有益效果是：由于采用了硫酸钙晶须/碳纤维的混杂增强体系，不仅能够满足材料在不同尺度范围内的增强作用，而且碳纤维与硫酸钙晶须均具有的耐高温特性，能够有效抑制材料的热衰退现象，在制动过程中形成连续的摩擦膜，提高了材料的摩擦系数稳定性和耐磨性，不划伤对偶，并且该混杂体系比重轻，降低了材料的密度，降低了噪音。另外，硫酸钙晶须的存在，提高了树脂的流动性，减少了粘结剂的用量(1-3％)，降低了树脂在高温下的热分解现象。同时还降低了对单一高性能碳纤维的使用成本及避免较多用量时的易团聚现象。本发明制备的混杂纤维增强无金属制动材料，具有摩擦系数稳定、磨损率低、无噪音、无污染、制动平稳、不损伤对偶材料、延长了摩擦副使用寿命及抗剪切破坏能力高的优点。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是未添加硫酸钙晶须的碳纤维树脂基摩擦材料试样磨后表面形貌SEM照片。

图2是本发明方法实施例2制备的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料试样的磨后表面形貌SEM照片。

具体实施方式

实施例1：原材料组成：改性酚醛树脂粘结剂20g；增强体40g，包括硫酸钙晶须22g，碳纤维13g，芳纶纤维5g；摩擦性能调节剂40g，包括氧化铝12g，铬铁矿9g，萤石9g，石墨10g；填料100g，包括硫酸钡40g，高岭土30g，硅藻土25g，炭黑5g。

制备工艺：按配比称取一定量的原材料，首先将除晶须外的增强体、填料、加入高速混料机中搅拌至纤维均匀分散，再将硫酸钙晶须、粘结剂和摩擦性能调节剂加入高速混料机中搅拌均匀得到压塑料；称取一定量的压塑料，填入模具中压制，模压工艺参数：温度160℃，压力35MPa，时间60s/mm；将预制体放入程序控温鼓风干燥箱，于4h内从120℃梯度升温至200℃热处理；最后裁制，得到混杂纤维增强的无金属制动材料。

实施例2：原材料组成：改性酚醛树脂粘结剂25g，丁腈橡胶5g；增强体60g，包括硫酸钙晶须30g，碳纤维15g，芳纶纤维5g，海泡石纤维10g；摩擦性能调节剂50g，包括氧化铝15g，铬铁矿9g，萤石9g，石墨10g，云母7g；填料60g，包括硫酸钡25g，高岭土18g，硅藻土10g，氧化锌5g，炭黑2g。

制备工艺：按配比称取上述原材料，首先将除晶须外的增强体、填料、加入高速混料机中搅拌至纤维均匀分散，再将硫酸钙晶须、粘结剂和摩擦性能调节剂加入高速混料机中搅拌均匀得到压塑料；称取一定量的压塑料，填入模具中压制，模压工艺参数：温度170℃，压力25MPa，时间80s/mm；将预制体放入程序控温鼓风干燥箱，于10h内从120℃梯度升温至200℃热处理；最后裁制，得到混杂纤维增强的无金属制动材料。

实施例3：原材料组成：改性酚醛树脂粘结剂17g；增强体45g，包括硫酸钙晶须20g，碳纤维12g，芳纶纤维3g，海泡石纤维10g；摩擦性能调节剂55g，包括氧化铝15g，铬铁矿9g，萤石12g，石墨12g，云母7g；填料83g，包括硫酸钡35g，高岭土25g，硅藻土15g，炭黑3g，轮胎粉5g。

制备工艺：按上述配比称取原材料，首先将除晶须外的增强体、填料、加入高速混料机中搅拌至纤维均匀分散，再将硫酸钙晶须、粘结剂和摩擦性能调节剂加入高速混料机中搅拌均匀得到压塑料；称取一定量的压塑料，填入模具中压制，模压工艺参数：温度180℃，压力20MPa，时间100s/mm；将预制体放入程序控温鼓风干燥箱，于12h内从120℃梯度升温至200℃热处理；最后裁制，得到混杂纤维增强的无金属制动材料。

参照标准GB/T5763-2008汽车用制动器衬片，在定速试验机上测试得到材料的摩擦系数和磨损率，参照标准QC/T 473-1999汽车制动器衬片材料内抗剪强度试验方法，在万能力学试验机上测试得到材料的内抗剪强度，具体试验数据见表1：

表1试样的摩擦磨损试验数据及内抗剪强度数据

由表1可知，三组实例试样的摩擦系数稳定值均在90％以上，衰退率在10％左右，且350℃高温摩擦系数均大于100℃低温摩擦系数，表明材料的热衰退性好，无过恢复现象出现，各温度下磨损率小，材料的抗剪切破坏能力高，满足了“JFD4-2A-1996”一汽汽车公司企业标准的内抗剪强度要求值（11.8MPa），能够避免制动过程中出现的分层现象。所制得混杂纤维增强摩擦材料具有稳定且较高的摩擦系数、抗热衰退性好、磨损小、力学强度好等优良效果。

以上实施例是应用该技术方案制作无金属制动摩擦材料的个例，不限制这种技术方案在其他配方条件下的使用。

对比图1和图2，由图2中可以明显的看出，硫酸钙晶须与碳纤维混杂能够增加材料磨后的摩擦膜，形成连续、完整、平滑的摩擦膜，进而摩擦实际接触面积增多，摩擦系数得到提高，且稳定。因此硫酸钙晶须/碳纤维混杂增强体系能够较好地提高树脂基摩擦材料的性能。

Claims

1.一种硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特征在于由重量百分比为5-20％的粘结剂、重量百分比为15-30％的纤维增强体、重量百分比15-33％的摩擦性能调节剂和重量百分比20-40％的填料制备而成。

2.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特征在于：所述粘结剂是改性树脂或者改性橡胶的任一种。

3.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特征在于：所述纤维增强体是硫酸钙晶须、碳纤维、芳纶纤维或者海泡石纤维的任一种或任几种。

4.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦性能调节剂是氧化铝、铬铁矿、萤石、石墨或者云母的任一种或任几种。

5.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料，其特征在于：所述填料是硫酸钡、高岭土、硅藻土、氧化锌或者炭黑的任一种或任几种。

6.一种权利要求1所述的硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：称取重量百分比为5-20％的粘结剂、重量百分比为15-30％的纤维增强体、重量百分比15-33％的摩擦性能调节剂、重量百分比20-40％的填料，首先将除硫酸钙晶须外的纤维增强体和填料加入混料机中搅拌至纤维均匀分散，然后将硫酸钙晶须材料、粘结剂和摩擦性能调节剂加入混料机中搅拌均匀得到压塑料；将压塑料填入模具中压制成预制体，模压工艺参数：温度160-180℃，压力20-35MPa，时间60-100s/mm；将预制体放入程序控温鼓风干燥箱中，于4-12h内从120℃梯度升温至200℃进行热处理，得到硫酸钙晶须增强碳纤维树脂基摩擦材料。