CN103103868B - 高性能纸基摩擦材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高性能纸基摩擦材料及其制备工艺，所述的摩擦材料包括原纸、碳纤维、改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、氧化铝、铁黄、硅藻土及摩擦调整剂。本发明与现有技术相比，静摩擦系数达0.18，动摩擦系数达0.16，动静比值接近，制动磨合1000次后热衰退小，很好地解决了一般纸基摩擦材料动静摩擦系数低，传递扭矩不足，易产生热衰退和热磨损的难题。

Description

高性能纸基摩擦材料及其制备工艺

技术领域：

本发明涉及一种摩擦材料及其制备工艺，特别涉及一种动静摩擦系数高、耐久耐热性能优异、摩擦性能稳定的一种高性能湿式纸基摩擦材料及其制备工艺。

背景技术：

纸基摩擦材料是一种主要应用于各类车辆及工程机械的湿式离合器和制动器中关键的功能材料，特别是作为汽车自动变速器中湿式离合器的摩擦片材料，更具有广阔的应用前景。纸基摩擦材料主要由纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂、填料等组成，但现有的纸基摩擦材料的摩擦系数稳定性不好。

发明内容：

本发明所要解决的第1个技术问题是提供一种静动摩擦系数高、摩擦性能稳定，结合平稳柔和、耐久性、耐热性能优异的高性能纸基摩擦材料。

本发明所要解决的第2个技术问题是上述高性能纸基摩擦材料的制备工艺。

本发明解决技术问题的技术方案为：高性能纸基摩擦材料，含有以下物质及重量份：

所述的碳纤维的长度为2～3mm，直径为5～8μm。

本发明的高性能纸基摩擦材料的制备工艺，依次包括以下工序：

a)配料搅拌工序：将碳纤维、改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、氧化铝、铁黄、硅藻土及摩擦调整剂进行称重，以1000-1500r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀；得到混合料

b)打浆工序：将混合料、原纸与水投入打浆池，在浆池内搅拌30～35分钟，搅拌均匀后注入打浆机进行打浆，打浆时间30～35分钟，得到浆料，混合料、原料的总重量与水的重量比为1：40-50；

c)真空抽滤干燥抄纸工序：使浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，制成均匀平整的厚度为2～3mm的干燥纸张；

d)浸胶工序：将毛坏纸张置于网状托板上，浸入胶液浓度为0.85～0.95g/cm3的胶水箱内，浸胶时间15±2min；浸胶完全后的纸基摩擦材料进行烘干，温度120±5℃，保温4小时，取出烘干件空冷；

所述的胶液为改性酚醛树脂的乙酸己酯溶液。

e)热压工序：将烘干件放入液压机的平板上，平板两侧用等高压条定位，然后上下模具喷上脱模水，进行热压；热压参数为：时间：140S；压力：170～175Mpa；温度：130±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3S；得到模压后的纸基片；

f)自动成型贴纸工序：模压后纸基片送入自动贴片机，完成冲切成型、粘结工艺；得到纸基摩擦片；

g)热固工序：将纸基摩擦片进行热压固化；热压时间：180S；热压压力：25Mpa热压温度：150±10℃；固化时间：140℃，保温时间：2.5～3h。

h)半成品磨削、整平后入库。

本发明中：

1、制备厚度均匀、材料分解均匀无层积、强度合理的纸基摩擦材料是极为关键的。

碳纤维为单丝直纤维，与其他配料的物理、化学结合性差，不易在水中分散，难以制备分散均匀的浆料，本发明采用的直径5～8μm的短切碳纤维在树脂基体中均匀分散，相互桥接，形成了大小不一的贯穿性孔隙，使材料分解均匀无层积，厚度均匀，强度合理。

2、孔隙率是纸基摩擦材料重要的结构参数之一，对纸基摩擦材料的压缩回弹性能以及对偶件之间滑动表面的摩擦磨损性能具有重要影响。

纸基摩擦材料预制体厚度的不均将造成孔隙率不同，使后续的浸胶不均，产品的含胶量不均，这将导致摩擦系数和磨损速度不同；预制体中的摩擦性能调节剂和填料的分布严重不均——层积现象，大量高硬度、低目数的填料集中了摩擦材料的工作表面，会使在后续的浸胶过程中层积部分胶量也较低而不均匀，造成了与对偶盘对磨时大量磨屑的产生，既加剧了对偶的磨损，也加剧了润滑液的污染，将会影响静/动摩擦系数比和磨损率。本发明采用真空抽滤干燥抄纸工序：将浆料匀速通过真空抽滤干燥抄纸流水线，一步完成真空抽滤成型干燥，获得平整度好，厚度均匀、强度合理的摩擦材料预制纸张。该工序是瞬间负压，脱水迅速，加上负压产生一定压力，使毛坯平整度完全符合要求。毛坯厚度通过间隙调整进料量进行控制，毛坯等厚度差在0.5mm左右，误差小，强度好，不易破损，完全满足后续加工的要求。

3、浸胶工序是将干燥后的纸基摩擦材料毛坯浸入胶液中，然后烘干。浸胶的目的是毛坯中的各种材料粘结成一个整体，浸胶对摩擦材料的强度起到关键作用，浸胶要探索的关键参数是胶体的种类、浸胶时间、胶液浓度，由于各种材料配方不同，浸胶时间及含胶量不一样。本发明得出浸胶的基本工艺参数是：浸胶时间：15±2min；胶液浓度：0.85～0.95g/cm3。

4、为保证纸基材料具有较好的强度和表面的平整度，固化时需采用加压固化。因为纸基材料在工作时必须具备一定的孔隙率，所以为了保证固化时，纸基材料既要有一定的致密性和强度，又要有合理的孔隙率，必须严格控制加压时间，防止因树脂固化时间过长，影响强度；准确控制压力，防止压力过大致使材料结构过密。本发明采用的热压参数为：时间140S；压力170～175Mpa；温度130±10℃；放气次数3次，每次放气时间为3S。

本发明高性能纸基摩擦材料有着以下优点：静摩擦系数达0.18，动摩擦系数达0.16，动静比值接近，制动磨合1000次后热衰退小，很好地解决了一般纸基摩擦材料动静摩擦系数低，传递扭矩不足，易产生热衰退和热磨损的难题。本发明高性能纸基摩擦材料与当前国内外优秀产品对比具有一定的优势，其中，应用于摩托车发动机中，与日本雅马哈产品相比，本发明的产品静动摩擦系数分别为0.18和0.16，制动磨合1000次后动静摩擦系数同为0.15；日本产品静动摩擦系数分别为0.17和0.14，制动磨合1000次后动静摩擦系数同为0.14。由以上可知，本发明产品热衰退小，摩擦性能稳定，耐久性能优异。

附图说明

图1为实施例1的摩擦力矩曲线图。

图2为实施例2的摩擦力矩曲线图。

图3为实施例3的摩擦力矩曲线图。

图4为日本FCC的摩擦力矩曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细的说明。

本发明中，碳纤维型号为长度2～3mm的碳纤丝，为南京昊成复合材料有限公司生产；

原纸为杭州特种造纸厂生产；

改性酚醛树脂型号为RD-902，为山东莱芜润达化工有限公司生产；

摩擦调整剂为YM2103，为杭州宏远公司生产。

实施例1：

将10重量份直径为5～8μm的碳纤维、20重量份改性酚醛树脂、7重量份粉末丁腈橡胶、8重量份石墨、8重量份氧化铝、3重量份铁黄、25重量份硅藻土及摩擦调整剂3重量份，以1000-1500r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀，与19重量份原纸混合与4200重量份的水在浆池内搅拌30分钟，搅拌均匀后注入打浆机进行打浆30分钟成为均匀的浆料，将浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，制成均匀平整的厚度为2mm的干燥纸张。将毛坏纸张置于网状托板上，浸入胶液浓度为0.85g/cm³的胶水箱内13min，浸胶完全后放入烘箱烘干，温度120℃，保温4小时；采用等高压条定位进行热压。热压参数为：时间140S；压力170Mpa；温度120℃；放气次数为3次，每次放气时间为3S。热压后纸基片送入自动贴片机，完成冲切成型、粘结工艺后进行热固，热固参数为：热压时间：180S；热压压力：25Mpa热压温度：140℃；固化时间：140℃，保温时间：3h，将热固好的半成品进行磨削、整平后即为成品。

实施例2：

将15重量份直径为5～8μm的碳纤维、15重量份改性酚醛树脂、5重量份粉末丁腈橡胶、10重量份石墨、5重量份氧化铝、5重量份铁黄、20重量份硅藻土及摩擦调整剂3重量份以1000-1500r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀，与25重量份原纸混合与4500重量份的水在浆池内搅拌32分钟，搅拌均匀后注入打浆机进行打浆32分钟成为均匀的浆料，将浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，制成均匀平整的厚度为2.5mm的干燥纸张。将毛坏纸张置于网状托板上，浸入胶液浓度为0.9的胶水箱内15min，浸胶完全后放入烘箱烘干，采用等高压条定位进行热压。热压参数为：时间140S；压力172Mpa；温度130℃；放气次数为3次，每次放气时间为3S。热压后纸基片送入自动贴片机，完成冲切成型、粘结工艺后进行热固，热固参数为：热压时间：180S；热压压力：25Mpa热压温度：150℃；固化时间：140℃，保温时间：2.8h，将热固好的半成品进行磨削、整平后即为成品。

实施例3：

将8重量份直径为5～8μm的碳纤维、18重量份改性酚醛树脂、10重量份粉末丁腈橡胶、5重量份石墨、10重量份氧化铝、4重量份铁黄、30重量份硅藻土及摩擦调整剂3重量份，以1000-1500r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀，与15重量份原纸混合与5000重量份水在浆池内搅拌30～35分钟，搅拌均匀后注入打浆机，打浆35分钟成为均匀的浆料，将浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，制成均匀平整的厚度为3mm的干燥纸张。将毛坏纸张置于网状托板上，浸入胶液浓度为0.95的胶水箱内15±2min，浸胶完全后放入烘箱烘干，采用等高压条定位进行热压。热压参数为：时间140S；压力175Mpa；温度140℃；放气次数为3次，每次放气时间为3S。热压后纸基片送入自动贴片机，完成冲切成型、粘结工艺后进行热固，热固参数为：热压时间：180S；热压压力：25Mpa热压温度：160℃；固化时间：140℃，保温时间：2.5h，将热固好的半成品进行磨削、整平后即为成品。

为考察本发明摩擦材料按实施例1所制产品的动静摩擦系数及耐磨耐久耐热性能，采用STML-II综合性能试验台，根据湿式(非金属类)摩擦材料、中华人民共和国国家标准(GB/T13826-2008)进行检测，耐久为制动磨合1000次，拖磨为15S。摩擦性能结果如下表及图1、2、3、4所示：

以上结果显示：本发明高性能纸基摩擦材料静摩擦系数达0.18，动摩擦系数达0.16，动静比值接近，热衰退小，耐久性能优异。

实验结果证明：本发明高性能纸基摩擦材料有着以下优点：静摩擦系数达0.18，动摩擦系数达0.16，动静比值接近，制动磨合1000次后热衰退小，很好地解决了一般纸基摩擦材料动静摩擦系数低，传递扭矩不足，易产生热衰退和热磨损的难题。本发明高性能纸基摩擦材料与当前国内外优秀产品对比具有一定的优势，其中，应用于摩托车发动机中，与日本雅马哈产品相比，本发明的产品静动摩擦系数分别为0.18和0.16，制动磨合1000次后动静摩擦系数同为0.15；日本产品静动摩擦系数分别为0.17和0.14，制动磨合1000次后动静摩擦系数同为0.14。由以上可知，本发明产品热衰退小，摩擦性能稳定，耐久性能优异。

Claims (4)

1.高性能纸基摩擦材料，含有以下物质及重量份：

原纸                      15~20

碳纤维                     8~15

改性酚醛树脂  　　　  　　15~20

粉末丁腈橡胶　　　　　　　 5~10

石墨　　　　　　　　   　  5~10

氧化铝                     5~10

铁黄　　　 　　 　          3~5

硅藻土                     20~30

摩擦调整剂                  3~5；

所述的碳纤维的长度为2~3mm，直径为5~8μm；

所述摩擦调整剂为YM2013，为杭州宏远公司生产；

所述的高性能纸基摩擦材料的制备工艺，依次包括以下工序：a)配料搅拌工序；b)打浆工序；c)真空抽滤干燥抄纸工序；d)浸胶工序；e)热压工序；f)自动成型贴纸工序；g)热固工序；h)半成品磨削、整平、入库工序；

所述的c)真空抽滤干燥抄纸工序：使浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，制成均匀平整的厚度为2~3mm的干燥纸张；

所述的d)浸胶工序：将毛坏纸张置于网状托板上，浸入胶液浓度为0.85~0.95 g/cm³的胶水箱内，浸胶时间15±2min；浸胶完全后的纸基摩擦材料进行烘干，温度120±5℃，保温4小时，取出烘干件空冷；

所述的胶液为改性酚醛树脂的乙酸已酯溶液；

所述的a)配料搅拌工序:将碳纤维、改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、氧化铝、铁黄、硅藻土及摩擦调整剂进行称重，以1000-1500 r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀；得到混合料。

2.根据权利要求1所述的高性能纸基摩擦材料，其特征在于：

所述的b)打浆工序：将混合料、原纸与水投入打浆池，在浆池内搅拌30~35分钟，搅拌均匀后注入打浆机进行打浆，打浆时间30~35分钟，得到浆料，混合料、原料的总重量与水的重量比为1：40-50。

3.根据权利要求1所述的高性能纸基摩擦材料，其特征在于：

所述的e)热压工序：将烘干件放入液压机的平板上，平板两侧用等高压条定位，然后上下模具喷上脱模水，进行热压；热压参数为：时间：140s；压力：170～175MPa；温度：130±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3s；得到模压后的纸基片。

4.根据权利要求1所述的高性能纸基摩擦材料，其特征在于：

所述的g)热固工序：将纸基摩擦片进行热压固化；热压时间：180s；热压压力：25MPa；热压温度：150±10℃；固化时间：140℃，保温时间：2.5~3h。