CN103194039B - 一种低摩擦系数合成材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低摩擦系数合成材料及制备方法。所述合成材料经密炼造粒处理而成，各组份的重量百分比为：甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。采用该方法制得的合成材料摩擦系数稳定，拉伸强度、抗冲击强度、压缩强度高，且耐磨性较好，可制作成应用在多种场合的摩擦部件，并能抑制使用过程中材料出现裂纹、掉块、噪音大等问题，减少对车轮的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料的制备领域，尤其涉及一种低摩擦系数合成材料及制备方法。
背景技术
目前，高分子复合摩擦材料广泛应用在铁路货车、地铁车辆、重载卡车、工业机械等制动领域，现用的摩擦材料一般采用高速混料机或开炼机处理后压制成型，原材料分散不均匀，工艺不稳定。采用现有工艺生产的摩擦材料强度低、磨耗大，在一般应用条件可以满足使用要求，但在一些特特殊场合则无法达到相应的要求。
例如以铁路列车为例，铁路车辆制动闸瓦大都采用树脂为粘结体系，各种原材料通过高速混料机搅拌经热压制备成型，这种材料制备的闸瓦在载重小、速度低的条件下，其性能基本满足制动要求，但在载重大、速度高、制动压力大的使用情况下，现有体系制备的闸瓦存在摩擦性能不稳定，摩擦体强度低易断裂、掉块，易造成车轮划痕、热损伤、龟裂等现象，危机行车安全，且使用寿命短，无法保证铁路车辆行驶中的制动要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低摩擦系数合成材料及制备方法，采用该方法制得的合成材料摩擦系数稳定，强度高，且耐磨性较好，可制作成应用在多种场合的摩擦部件，并能抑制使用过程中材料出现裂纹、掉块、噪音大等问题，减少对车轮的损伤。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种低摩擦系数合成材料，所述合成材料经密炼造粒处理而成，各组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。
所述促进剂具体为二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）或一硫化四甲基秋兰姆（TMTM）。
所述甲阶段酚醛树脂为液体树脂，且在130℃下凝胶时间为10～15min，在135℃下非挥发份为70～80%。
所述硫化锑为金属硫化物，在高温下起到无机粘结剂的作用，并在摩擦界面形成界面膜，有效降低磨耗。
一种低摩擦系数合成材料的制备方法，所述制备方法包括：
将各原材料组份在啮合型密炼机中经橡胶预炼、密炼加热3～5分钟、清扫、密炼、密炼调节3～5分钟，温度控制在80～120℃，压力控制在5～7Mpa；
排出后经破碎处理得到所述低摩擦系数合成材料；
其中，各原材料组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。
所述破碎处理的过程具体包括三级破碎处理，其中：
一级粗碎后，使混合料的力度小于200mm；二级粗碎后，使混合料的粒度小于20mm；三级细碎后，使混合料的粒径小于5mm，且有机粘结剂均匀包裹在无机颗粒表面。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述合成材料经密炼造粒处理而成，各组份的重量百分比为：甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。采用该方法制得的合成材料摩擦系数稳定，拉伸强度、抗冲击强度、压缩强度高，且耐磨性较好，可制作成应用在多种场合的摩擦部件，并能抑制使用过程中材料出现裂纹、掉块、噪音大等问题，减少对车轮的损伤。
附图说明
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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的低摩擦系数合成材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例将甲阶段酚醛树脂、丁腈橡胶、钢纤维、石油焦炭、矿物纤维、重晶石、云母氧化铁、云母粉、石墨、固化剂、促进剂、炭黑、不溶性硫磺、硫化锑按一定重量配比合成了高分子复合材料，该高分子复合材料属于高分子三元复合材料，材料配方中以甲阶段酚醛树脂、丁腈橡胶为粘结体系，以矿物纤维、钢纤维为增强组份，以石墨、炭黑、硫化锑为摩擦性能调节剂或配合剂，尤其配方中粘结体系与无机纤维的配合，可起到提高合成材料强度和韧性的作用。且该摩擦材料采用的特殊组份在高温下能起到无机粘结剂的作用，在摩擦界面形成界面膜，可有效稳定摩擦系数降低磨耗，适合铁路车辆制动使用要求。
具体来说，上述本发明实施例所述合成材料经密炼造粒处理而成，各组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。
其中，所述促进剂具体可以为二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）或一硫化四甲基秋兰姆（TMTM）；所述固化剂具体可以为六次甲基四胺；所述炭黑可以为高强耐磨型：N110。
上述甲阶段酚醛树脂可以为液体树脂，且在130℃下凝胶时间为10～15min，在135℃下非挥发份为70～80%。
所述硫化锑为金属硫化物，在高温下能起到无机粘结剂的作用，在摩擦界面形成界面膜，可有效稳定摩擦系数降低磨耗。
下面将结合附图对本发明实施例所述材料的制备方法作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的低摩擦系数合成材料制备方法的流程示意图，所述制备方法包括：
步骤11：选取原材料。
在该步骤中，所选取的各原材料组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10。
步骤12：将各原材料组份在啮合型密炼机中经橡胶预炼、密炼加热3～5分钟、清扫、密炼、密炼调节3～5分钟。
在该步骤中，可以将温度控制在80～120℃，压力控制在5～7Mpa。
步骤13：排出后经破碎处理后得到所述低摩擦系数合成材料。
在该步骤中，所述破碎处理的过程具体包括三级破碎处理，其中：
一级粗碎后，使混合料的力度小于200mm；二级粗碎后，使混合料的粒度小于20mm；三级细碎后，使混合料的粒径小于5mm，且有机粘结剂均匀包裹在无机颗粒表面。
举例来说，下面以具体的制造实例对上述低摩擦系数合成材料及制备过程进行说明，本实例中合成材料各组份按重量百分比包含有：
甲阶段酚醛树脂：5，丁腈橡胶：10，钢纤维：13，石油焦炭：29，矿物纤维：12，重晶石：5.5，云母氧化铁：3，云母粉：7，石墨：6，固化剂：1.5，促进剂：1，炭黑：3，不溶性硫磺：1，硫化锑：3。
上述固化剂可以为二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）或一硫化四甲基秋兰姆（TMTM）；所述固化剂具体可以为六次甲基四胺；
然后，将上述各组份在啮合型密炼机中经橡胶预炼、密炼加热、清扫、密炼、密炼调节，排出后经破碎处理即得到低摩擦系数合成材料。具体来说，将上述各组份在啮合型密炼机中经橡胶预炼、密炼加热3～5分钟、清扫、密炼、密炼调节3～5分钟，温度控制在80～120℃，压力控制在5～7Mpa。
然后，排出后经破碎处理即得到低摩擦系数合成材料。所述破碎处理具体包括三级破碎处理，其中：
一级粗碎后，使所述混合料的力度小于200mm，二级粗碎后，使混合料的粒度小于20mm，三级细碎后，使混合料的粒径小于5mm。
将破碎好的胶料热压成型，工艺为：模具温度165℃，产品保压压力34Mpa/cm2；保压时间：30min。
将由上述步骤得到的合成材料取样测试，检测结果为洛氏硬度85，拉伸强度15.92MPa，压缩强度50.34MPa，压缩模量620MPa，冲击强度5.2kJ/m2，密度2.26g/cm3。
由此可见，该合成材料属于高分子三元复合材料，材料配方中以甲阶段酚醛树脂、丁腈橡胶为粘结体系，以矿物纤维、钢纤维为增强组份，以石墨、炭黑、硫化锑为摩擦性能调节剂或配合剂，尤其配方中粘结体系与无机纤维的配合，可起到提高所制得合成材料的强度和韧性的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种低摩擦系数合成材料，其特征在于，所述合成材料经密炼造粒处理而成，各组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10；
其中，所述甲阶段酚醛树脂为液体树脂，且在130℃下凝胶时间为10～15min，在135℃下非挥发份为70～80％。
2.根据权利要求1所述低摩擦系数合成材料，其特征在于，所述促进剂具体为二硫化四甲基秋兰姆TMTD或一硫化四甲基秋兰姆TMTM；所述固化剂具体为六次甲基四胺。
3.根据权利要求1所述低摩擦系数合成材料，其特征在于，所述硫化锑为金属硫化物，在高温下起到无机粘结剂的作用，并可在摩擦界面形成界面膜。
4.一种低摩擦系数合成材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将各原材料组份在啮合型密炼机中经橡胶预炼、密炼加热3～5分钟、清扫、密炼、密炼调节3～5分钟；其中，温度控制在80～120℃，压力控制在5～7MPa；
排出后经破碎处理后得到所述低摩擦系数合成材料；
其中，各原材料组份的重量百分比为：
甲阶段酚醛树脂：5～10；丁腈橡胶：5～10；钢纤维：10～20；石油焦炭：30～50；矿物纤维：5～10；重晶石：5～10；云母氧化铁：1～10；云母粉：1～10；石墨：1～10；固化剂：≤2；促进剂：≤2；炭黑：1～10；不溶性硫磺：1～5；硫化锑：1～10；
其中，所述甲阶段酚醛树脂为液体树脂，且在130℃下凝胶时间为10～15min，在135℃下非挥发份为70～80％。
5.如权利要求4所述低摩擦系数合成材料的制备方法，其特征在于，所述破碎处理的过程具体包括三级破碎处理，其中：
一级粗碎后，使混合料的力度小于200mm；二级粗碎后，使混合料的粒度小于20mm；三级细碎后，使混合料的粒径小于5mm，且有机粘结剂均匀包裹在无机颗粒表面。
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