CN103320092A

CN103320092A - 一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法

Info

Publication number: CN103320092A
Application number: CN2013102374527A
Authority: CN
Inventors: 费杰; 王洪坤; 罗威; 黄剑锋; 王文静
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN103320092B

Abstract

一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，以碳布、纳米碳化硅（SiC）和改性酚醛树脂为原料，将纳米SiC和改性酚醛树脂按照一定的比例溶于无水乙醇溶液中，并加入硅烷偶联剂，磁力搅拌获得均匀分散的悬浮液；将预处理过的碳布浸入其中1-1.5小时，自然晾干后，采用硫化机热压成型得到纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。本发明通过添加一定含量纳米SiC，可以将纳米SiC的耐磨性、耐腐蚀、高导热和高强度等优异性能融入到碳布湿式摩擦材料中，大大改善了碳布湿式摩擦材料的摩擦学性能，并且由于纳米粉体在微观摩擦过程中表现出来的纳米效应大幅度减小了对偶材料的磨损，提高摩擦副的使用寿命。

Description

一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法

技术领域

本发明属于摩擦材料领域，涉及一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法。

背景技术

湿式摩擦材料是指工作于润滑油、润滑脂等润滑介质中的摩擦材料，用于实现装置的传扭制动功能。主要应用于汽车自动变速器、差速器、同步器、扭矩管理器以及其它湿式离合器中。

文献1“公开号为CN102757621A的中国专利”公开了一种用于风力发电设备制动器的烧结摩擦材料及其制备方法。通过控制基元组元、润滑组元和摩擦组元重量百分比分别为78%、14%和8%，并将各组元按配比配置的粉料进行混合、压制、烧结得到所述的铜基烧结摩擦材料。其具有摩擦性能稳定、导热及耐热性能好、耐磨性能优等优点。但是，动摩擦系数较低，同时不能完全避免铜基摩擦材料静动摩擦系数差别大，长时间连续制摩擦系数衰减幅度较大的固有缺陷。

为了改善铜基烧结摩擦材料的缺点，文献2“公开号是CN102031087A的中国专利”公开了一种重载差速器用湿式摩擦材料及其制备方法，其主要由质量百分比为40～50%的碳布、质量百分比为25～40%的改性酚醛树脂、质量百分比为2～10%的石墨、质量百分比为3～8%的氧化铝和质量百分比为10～20%的填料制备而成。相比于普通湿式摩擦材料，该材料加入低磨损率的碳布作为增强体，一定程度上降低了湿式摩擦材料的磨损率，磨损率仅为0.99×10^-8cm³/J，并且可以提高湿式摩擦材料在高转速大压力条件下的适应能力。但是，由于该摩擦材料加入了氧化铝，导致该材料对对偶材料的磨损较为严重，降低了整个摩擦副的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，该方法得到的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料高摩擦系数、低磨损率和对对偶材料损伤小。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将改性酚醛树脂和纳米SiC粉体溶解在无水乙醇中，然后加入硅烷偶联剂，搅拌均匀，得到悬浮液A；其中，改性酚醛树脂和纳米SiC粉体的质量比为（20～40）:（4～30），每160mL的无水乙醇溶解20～40g的改性酚醛树脂；每100g的悬浮液A中含有0.1～0.3g的硅烷偶联剂；

2）将碳布放于无水乙醇中浸泡后取出，然后自然条件下晾干，得样品B；

3）将样品B浸渍到悬浮液A中1-1.5小时，取出后于自然条件下晾干，得样品C；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为5～10分钟，热压压力为5～8MPa，即得到纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。

所述的步骤1）中改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂、丁晴橡胶改性酚醛树脂或硼改性酚醛树脂。

所述的步骤1）中分散剂为硅烷偶联剂或表面活性剂。

所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠或琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

所述的步骤2）中的碳布先被剪成12cm×12cm的正方形状，然后再放于乙醇溶液中浸泡24小时。

所述的步骤2）中的碳布为机织碳布。

所述的步骤2）中的机织碳布为平纹布、斜纹布或缎纹布。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明将纳米SiC的高刚性、耐腐蚀、高导热和强度高等优异性能融入到碳布湿式摩擦材料中，大大提高了碳布湿式摩擦材料的摩擦学性能，磨损率从现有技术的0.99×10^-8cm³/J降低到0.75×10^-8cm³/J，并且由于纳米粉体在微观摩擦过程中表现出来的纳米效应减小了对偶材料的磨损，对偶材料磨损率在0.3×10^-8cm³/J以下，大幅度提高摩擦副的使用寿命。

具体实施方式

实施例1：

1）将25g腰果壳油改性酚醛树脂和4g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-570），磁力搅拌3小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.1g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

2）将平纹布裁剪成12cm×12cm的正方形状，并放于无水乙醇中浸泡24小时后取出，然后于自然条件下晾干，得样品B；

3）将样品B浸渍到悬浮液A中1小时，迅速取出于自然条件下晾干，得样品C；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为5分钟，热压压力为5MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。采用QM1000-II型湿式摩擦材料性能试验机进行测试，本实施例制备的湿式摩擦材料的静摩擦系数为0.160，动摩擦系数为0.140，磨损率为0.65×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率为0.28×10^-8cm³/J。

实施例2：

1）将30g腰果壳油改性酚醛树脂和10g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-570），磁力搅拌4小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.2g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

2）将缎纹布裁剪成12cm×12cm的正方形状，并放于无水乙醇中浸泡24小时后取出，然后于自然条件下晾干，得样品B；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为7分钟，热压压力为6MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。采用QM1000-II型湿式摩擦材料性能试验机进行测试，本实施例制备的湿式摩擦材料的静摩擦系数为0.165，动摩擦系数为0.138，磨损率为0.58×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率为0.23×10^-8cm³/J。

实施例3：

1）将35g丁腈橡胶改性酚醛树脂和16g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-570），磁力搅拌4小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.2g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

3）将样品B浸渍到悬浮液A中1.5小时，迅速取出于自然条件下晾干，得样品C；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为8分钟，热压压力为7MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。采用QM1000-II型湿式摩擦材料性能试验机进行测试，本实施例制备的湿式摩擦材料的静摩擦系数为0.159，动摩擦系数为0.143，磨损率为0.72×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率为0.34×10^-8cm³/J。

实施例4：

1）将40g硼改型酚醛树脂和24g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-570），磁力搅拌5小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.3g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

2）将斜纹布裁剪成12cm×12cm的正方形状，并放于无水乙醇中浸泡24小时后取出，然后于自然条件下晾干，得样品B；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为10min，热压压力为8MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。采用QM1000-II型湿式摩擦材料性能试验机进行测试，本实施例制备的湿式摩擦材料的静摩擦系数为0.150，动摩擦系数为0.144，磨损率为0.70×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率为0.30×10^-8cm³/J。

实施例5：

1）将25g丁腈橡胶改性酚醛树脂和30g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-560），磁力搅拌4小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.2g的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；

3）将样品B浸渍到悬浮液A中1.2小时，迅速取出于自然条件下晾干，得样品C；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为8分钟，热压压力为7MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。

实施例6：

1）将35g丁腈橡胶改性酚醛树脂和16g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH-550），磁力搅拌4小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.2g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷；

实施例7：

1）将40g硼改型酚醛树脂和24g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，磁力搅拌5小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.3g的十二烷基苯磺酸钠；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为10min，热压压力为8MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。

实施例8：

1）将20g腰果壳油改性酚醛树脂和4g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入琥珀酸二异辛酯磺酸钠，磁力搅拌3小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.1g的琥珀酸二异辛酯磺酸钠；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为5分钟，热压压力为5MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。

实施例9：

1）将30g腰果壳油改性酚醛树脂和10g纳米SiC粉体溶解在160mL的无水乙醇中，然后加入对苯乙烯磺酸钠，磁力搅拌4小时，得到均匀分散的悬浮液A；其中，每100g的悬浮液A中含有0.2g的对苯乙烯磺酸钠；

4）将样品C在硫化机上热压成型，控制硫化机的热压温度为160℃，热压时间为7分钟，热压压力为6MPa，即得到摩擦磨损性能稳定的纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅明说明书而对本发明技术法案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将改性酚醛树脂和纳米SiC粉体溶解在无水乙醇中，然后加入分散剂，搅拌均匀，得到悬浮液A；其中，改性酚醛树脂和纳米SiC粉体的质量比为（20～40）:（4～30），每160mL的无水乙醇溶解20～40g的改性酚醛树脂；每100g的悬浮液A中含有0.1～0.3g的分散剂；

2）将碳布放于无水乙醇浸泡后取出，然后自然条件下晾干，得样品B；

2.根据权利要求1所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤1）中改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂、丁晴橡胶改性酚醛树脂或硼改性酚醛树脂。

3.根据权利要求1所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤1）中分散剂为硅烷偶联剂或表面活性剂。

4.根据权利要求3所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求3所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠或琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

6.根据权利要求1所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的碳布先被剪成12cm×12cm的正方形状，然后再放于乙醇溶液中浸泡24小时。

7.根据权利要求1所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的碳布为机织碳布。

8.根据权利要求7所述的制备纳米碳化硅改性碳布湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的机织碳布为平纹布、斜纹布或缎纹布。