CN103194172A - 一种无石棉复合纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无石棉复合纤维及其制备方法，属于化工材料制造技术领域。其主要技术特点是该材料各原料组成及重量百分比为：纤维材料62％～80％、粉体材料17％～34％、改性剂3％～6％。其中纤维材料为经过高温处理后的非天然纤维材料，粉体材料选自硅酸盐材料中滑石粉、膨润土、蛭石、云母粉等，其粒度在100目通过率100％，改性剂为高分子树脂或它们的组合。本发明的复合纤维材料制作工艺简单、成本较低，不仅具有渣球含量低、纤维直径小、纤维强度高等良好的综合性能，而且所用的纤维不含有石棉和类石棉纤维，无毒，对人体和环境没有危害。因此，无论生产和使用都可确保安全可靠，是一种环保的新型复合纤维材料。

Description

一种无石棉复合纤维及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种用于摩擦材料的复合纤维及其制备方法，具体地说是一种无石棉复合纤维及其制备方法。属于化学复合材料制造技术领域。

二、背景技术

摩擦材料主要由树脂、纤维材料和摩擦密封性能调节剂三部分组成。它是技术含量较高的一类复合材料制品，作为一种汽车零部件起着制动安全、节能、环保的重要作用。此外，在石油、化工、航天、军工等行业对摩擦材料的市场需求量也很大。随着汽车工业技术的不断发展，汽车制动对摩擦材料的要求也越来越高，除了最主要的安全性能外，还要求在绿色环保、消除噪音、舒适度、热稳定性等方面具有优异的性能。传统摩擦材料中的石棉天然纤维材料具有一系列优良的性能和价格低廉的优点，过去一直作为摩擦材料中主要纤维的原材料，并在生产实践中得到了广泛的应用。但是，目前已证明石棉纤维对人体具有致癌危险、对环境造成污染等问题，世界上除了非洲、中亚、东南亚等地区的一些国家外，其他国家和地区都已经明确要求使用无石棉摩擦材料。我国在1999年颁布执行的《汽车制动系统结构、性能和试验方法》(GB12676-1999)标准中规定制动衬片中不得含有石棉，无石棉化的进程逐渐加快。目前，国内外相关的单位都相继研发出了一些用于制作摩擦材料的无石棉纤维材料，如芳纶纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维、矿物纤维等等。这些纤维材料的结构、形态和性能各不相同。大量的研究和实验表明，没有任何一种纤维材料可以单独取代石棉纤维用于摩擦材料。

目前国外的无石棉矿物纤维产品质量稳定，在使用中无需经常因矿物纤维原料质量的变化而改变配方。纤维的渣球含量平均值3％，最大值5％；纤维直径≤6μm，纤维强度好，且针对不同产品及原矿性质，采用多种不同的表面处理剂，这样可以使其与摩擦材料中有机粘结剂更好的融合，产品质量更好，性能稳定可靠。尽管矿物纤维的价格较高，但依然占据着国内大部分高端市场，产品供不应求。而国内现有的产品由于未经前期处理、提纯、改性等工艺，造成渣球含量高(5％～7％)、纤维直径大(8μm以上)、纤维强度低，分散性差，与摩擦材料的有机粘结剂融合不好，易团聚，最终造成摩擦材料制品的工艺性和产品质量较差，性能不够理想。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有摩擦材料中无石棉纤维材料渣球含量高、与其它有机粘结剂融合不好、易团聚，最终造成摩擦材料成品率低、性能差的情况，提供一种渣球含量低(≤1％)、纤维直径小(≤6μm)的无石棉复合纤维摩擦材料及其制备方法，从而提供一种新的技术方案。

为达到上述目的，本发明可通过以下技术方案来实现：

一种无石棉复合纤维，其特征是由下列原料按照重量百分比制成的材料：

纤维材料      62％～80％

粉体材料      17％～34％

改性剂        3％～6％

其中，所述纤维材料是合成纤维、矿棉纤维、短切玻璃纤维、岩棉纤维、陶瓷纤维中的一种或一种以上的混合物，两种纤维材料按6∶4比例混合、三种纤维材料按4∶3∶3比例混合、四种纤维材料按4∶3∶2∶1比例混合、五种纤维材料4∶3∶1∶1∶1比例混合；所述粉体材料是硅酸盐材料，选自滑石粉、膨润土、蛭石、云母粉、高岭土粉、碳酸钙粉、凹凸棒粉中的一种或一种以上的混合物，两种硅酸盐材料按1∶1比例混合、三种硅酸盐材料按4∶3∶3比例混合、四种硅酸盐材料按4∶3∶2∶1比例混合、五种硅酸盐材料按4∶3∶1∶1∶1比例混合、六种硅酸盐材料按4∶2∶1∶1∶1∶1比例混合、七种硅酸盐材料按3∶2∶1∶1∶1∶1∶1比例混合，粉体材料的粒度都在100目通过率100％；所述改性剂是高分子树脂中的一种或一种以上的混合物，高分子树脂是指液体酚醛树脂和液体腰果油树脂，如用两种树脂按1∶1比例混合。

一种无石棉复合纤维的制备方法，其特征是由下述方法和步骤制备而成：

原料重量份取：

纤维材料      62％～80％

粉体材料      17％～34％

改性剂        3％～6％

方法和步骤是：

(一)纤维材料的预处理：所述纤维材料中的合成纤维、矿棉纤维、短切玻璃纤维、岩棉纤维、陶瓷纤维中的一种或一种以上纤维材料按其给出的比例混合后进行预处理，预处理首先是对经950℃～1200℃高温处理的非天然纤维材料进行筛选，然后将纤维材料短切成长度1mm～5mm的短纤维，用开松机将纤维材料开松成蓬松状；

(二)粉体材料预处理：所述粉体材料是硅酸盐材料滑石粉、膨润土、蛭石、云母粉、高岭土粉、碳酸钙粉、凹凸棒粉中的一种或一种以上硅酸盐材料按其给出的比例进行预处理，预处理过程是通过研磨将粉体材料的粒度控制在100目通过率100％，部分微米级粉体材料经研磨到微米细度；

(三)表面活化改性剂处理：高分子树脂是指液体酚醛树脂和液体腰果油树脂，如用两种树脂按其给出的比例先进行机械混合，然后用高分子树脂材料对粉体材料表面进行改性处理；

(四)复合纤维制备：首先将步骤(三)的表面活化改性剂与步骤(二)中的粉体材料混合；该混合物再与步骤(一)中短切纤维材料按组方充分混匀，从而使所有的纤维材料和粉体材料的表面得到改性处理，从而改善了纤维表面吸附能力，提高了纤维的综合性能。

本发明相比现有技术具有如下优点：该复合纤维材料制备工艺可靠，成本较低，纤维渣球含量低，具有强度高、热稳定性好、与其它摩擦原料有良好的相容性，制备的摩擦材料的综合性能好等优点。而且该复合纤维材料无毒、无污染，是一种环保型的新型无石棉纤维材料。

四、具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

各原料重量为：

1.纤维材料：200kg

岩棉纤维80kg；矿棉纤维60kg；合成纤维60kg。

2.粉体材料：80kg

滑石粉32kg；膨润土24kg；蛭石粉16kg；高岭土粉8kg。

3.改性材料：10kg

高分子树脂10kg(溶液浓度≤50％)。

制备方法和步骤是：

将80kg岩棉纤维、60kg矿棉纤维、60kg合成纤维混合，并由开松机将纤维开松成蓬松状；接着将粒度在100目通过率100％混合的32kg滑石粉、24kg膨润土、16kg蛭石粉、8kg高岭土粉用10kg高分子树脂表面活化处理；最后将蓬松状的短纤维和经活化处理的粉体材料再通过粉碎活化处理后即为本发明的无石棉复合纤维材料。

本发明所生产的复合纤维材料，经国家非金属矿制品质量监督检验中心检测结果为：水分为0.36％、烧失量为4.40％、渣球含量为(60目，湿法)0.18％、石棉物质定性分析为不含石棉。产品经湖北枣阳兴亚摩擦材料有限公司、湖北枣阳华联摩擦材料有限公司等单位使用均达到用户要求。

本发明所生产的产品历经多年的不断开发，关键性原材料组成较现有技术有显著的特点，产品已经投入企业进行生产试用，实验证明产品性能指标为：纤维长度0.5～3.5mm，纤维直径≤6μm，渣球含量≤1％，水分含量≤1％，烧失量≤5％，表观密度0.4g/mL，组分中不含石棉。本产品通过国际国内查新其技术路线和技术水平均不同于本发明的技术内容。该产品开发投入市场后，整体产品水平和各项技术指标达到或超过国外同类产品指标。

本发明产品与国内外同类产品的比较为：

Claims (2)

1.一种无石棉复合纤维，其特征是由下列原料按照重量百分比制成的材料：

纤维材料      62％～80％

粉体材料      17％～34％

改性剂        3％～6％

其中，所述纤维材料是合成纤维、矿棉纤维、短切玻璃纤维、岩棉纤维、陶瓷纤维中的一种或一种以上的混合物，两种纤维材料按6∶4比例混合、三种纤维材料按4∶3∶3比例混合、四种纤维材料按4∶3∶2∶1比例混合、五种纤维材料4∶3∶1∶1∶1比例混合；所述粉体材料是硅酸盐材料，选自滑石粉、膨润土、蛭石、云母粉、高岭土粉、碳酸钙粉、凹凸棒粉中的一种或一种以上的混合物，两种硅酸盐材料按1∶1比例混合、三种硅酸盐材料按4∶3∶3比例混合、四种硅酸盐材料按4∶3∶2∶1比例混合、五种硅酸盐材料按4∶3∶1∶1∶1比例混合、六种硅酸盐材料按4∶2∶1∶1∶1∶1比例混合、七种硅酸盐材料按3∶2∶1∶1∶1∶1∶1比例混合，粉体材料的粒度都在100目通过率100％；所述改性剂是高分子树脂中的一种或一种以上的混合物，高分子树脂是指液体酚醛树脂和液体腰果油树脂，如用两种树脂按1∶1比例混合。

2.如权利要求1所述的一种无石棉复合纤维的制备方法，其特征是由下述方法和步骤制备而成：

原料重量份取：

纤维材料      62％～80％

粉体材料      17％～34％

改性剂        3％～6％

方法和步骤是：

(一)纤维材料的预处理：所述纤维材料中的合成纤维、矿棉纤维、短切玻璃纤维、岩棉纤维、陶瓷纤维中的一种或一种以上纤维材料按其给出的比例混合后进行预处理，预处理首先是对经950℃～1200℃高温处理的非天然纤维材料进行筛选，然后将纤维材料短切成长度1mm～5mm的短纤维，用开松机将纤维材料开松成蓬松状；

(二)粉体材料预处理：所述粉体材料是硅酸盐材料滑石粉、膨润土、蛭石、云母粉、高岭土粉、碳酸钙粉、凹凸棒粉中的一种或一种以上硅酸盐材料按其给出的比例进行预处理，预处理过程是通过研磨将粉体材料的粒度控制在100目通过率100％，部分微米级粉体材料经研磨到微米细度；

(三)表面活化改性剂处理：高分子树脂是指液体酚醛树脂和液体腰果油树脂，如用两种树脂按其给出的比例先进行机械混合，然后用高分子树脂材料对粉体材料表面进行改性处理；

(四)复合纤维制备：首先将步骤(三)的表面活化改性剂与步骤(二)中的粉体材料混合；该混合物再与步骤(一)中短切纤维材料按组方充分混匀，从而使所有的纤维材料和粉体材料的表面得到改性处理，从而改善了纤维表面吸附能力，提高了纤维的综合性能。