CN103387816B - 摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，属于复合纤维技术领域，其技术要点包括下述步骤：（1）将废弃陶瓷研磨成粉末；（2）制备陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料；（3）将废弃陶瓷粉末、陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料进行混合，混合时添加添加表面活性剂和偶联剂进行纤维表面改性处理；（4）将经过处理的物料、有机粘接剂、软化剂、交联剂和润滑剂进行捏合，将捏合后的物料加工成颗粒料；（5）按重量份称取颗粒料，芳纶纤维、硫酸钡、碳酸钙和摩擦粉进行搅拌混合，即得复合纤维颗粒；本发明旨在提供一种强度高、抗磨性能和吸附性能好且分散性能高的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法；用于制备复合纤维用于摩擦材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维的制备方法，更具体地说，尤其涉及一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法。
背景技术
近年来，由于石棉纤维的应用受到严格的限制，各种非石棉纤维应运而生，但客观地说，这种无石棉纤维受加工技术和加工设备的局限在摩擦材料中的应用还停留在几种纤维的机械混台上。而且纤维的加工处理工艺落后，纤维中杂质和渣球含量高，纤维的化学成分不稳定，耐热性差，分散性差，吸附性也差，所以纤维在摩擦材料制品中的功能和作用，未能充分得以发挥。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种强度高、抗磨性能和吸附性能好且分散性能高的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其中该方法包括下述步骤：(1)将废弃陶瓷进行研磨制得600～900目的废弃陶瓷粉末；(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料；(3)按重量份将废弃陶瓷粉末8～12份、陶瓷纤维6～12份、矿物纤维16～24份和无机晶须材料12～20份进行混合，混合时添加总纤维量0.1～2％的添加表面活性剂和纤维量0.1～2％的偶联剂，进行纤维表面改性处理；(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料25～35份、有机粘接剂15～28份、软化剂2～4份、交联剂0.5～2份和润滑剂8～12份进行捏合，捏合时间为10～12分钟，捏合温度为70～90℃，将捏合后的物料通过造粒设备加工成颗粒料；(5)按重量份称取颗粒料48～60份，芳纶纤维0.8～1.6份、硫酸钡8～16、碳酸钙3.2～8份和摩擦粉2.4～4份进行搅拌混合，搅拌时间为3～5分钟，搅拌时物料温度为70～90℃，即得复合纤维颗粒。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，步骤(1)所述制备废弃陶瓷粉末的具体方法为：首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径5～10mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成600～900目的粉末。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，所述步骤(3)具体为：首先按重量份将废弃陶瓷粉末8～12份、陶瓷纤维6～12份、矿物纤维16～24份和无机晶须材料12～20份进行初步混合，混合时混合设备转速600～800转/分钟，混合时间为80～100秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加总纤维量0.1～2％的表面活性剂和纤维量0.1～2％的偶联剂，进行纤维表面改性处理。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，步骤(3)所述的无机晶须材料为碳酸钙晶须或六钛酸钾晶须。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，步骤(3)所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；偶联剂为氨基硅烷。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，步骤(4)所述的重量份为15～28份的有机粘接剂是由重量份7～16份的酚醛树脂和重量份8～12份的丁睛橡胶组成。
上述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法中，步骤(4)所述软化剂为油酸；所述交联剂为硫磺；所述润滑剂为石墨。
本发明采用上述方法后，与现有技术相比，具有下述的优点：
(1)废弃陶瓷和各种纤维经过多次混合，形成一种均匀的混合体能耐高温、耐磨、充分满足摩擦材料对纤维的要求；采用废弃陶瓷，不仅可以提高摩擦材料的性能，而且可以将目前无法处理的废弃陶瓷有效的消耗掉，达到节能环保的目的；
(2)多种纤维按一定比例均匀混合，集结了单一纤维的优良特性，有良好的分散性和耐热性，化学成分稳定均一，硬度适中，与其他材料粘附性能好，各种纤维充分发挥各自的功能和作用，摩擦材料用本发明的复合纤维比用传统技术的单一纤维的机械混合体，性能明显提高；可以作为石棉的替代品。
(3)各种纤维经过风选大大减少砂石、渣球和杂质的含量，无毒、无污染。
(4)初混合的复合纤维经过表面改性处理提高了纤维表面的活性，扩大了粘接界面，提高了亲和性和吸附能力，充分发挥复合纤维的使用功能，有效提高了摩擦材料制品的各项性能，如摩擦性能、强度等等。
总之，本发明的高性能复合纤维具有理想的理化特性，不仅可以满足摩擦材料产品的性能要求，而且加工工艺完全适合于工业化生产。
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说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明的一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径5～10mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成600～900目的粉末。废弃陶瓷，首选为工业废弃陶瓷，工业废弃陶瓷量大，作为废弃物，企业无法对其进行处理，而本发明刚好可以有效地消耗这些废弃物。既达到提高刹车片性能的作用，又可以达到节能环保的目的。
(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料。同时，为了既提高产品的韧性及抗拉强度，又可以有效地消耗废弃皮革，达到节能环保的目的，在上述纤维中，还可以加入废弃皮革制得的皮革纤维粗料。所述矿物纤维粗料为广东清远博尔纤维有限公司生产；所述的无机晶须材料为碳酸钙晶须或六钛酸钾晶须。
(3)首先按重量份将步骤(1)制得的废弃陶瓷粉末8～12份以及步骤(2)制得的陶瓷纤维6～12份、矿物纤维16～24份、无机晶须材料12～20份和皮革纤维3～5份投入多功能混合器进行初步混合，混合时混合设备转速600～800转/分钟，混合时间为80～100秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加的总纤维量0.1～2％的表面活性剂和总纤维量0.1～2％的偶联剂，进行纤维表面改性处理。所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；偶联剂为氨基硅烷。
(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料25～35份、有机粘接剂15～28份、软化剂2～4份、交联剂0.5～2份和润滑剂8～12份投入捏合机进行捏合，捏合时间为10～12分钟，捏合温度为70～90℃，采用强力剪切式造粒机作为捏合机的辅助设备，完成捏合造粒，加工成颗粒料；其中，所述的重量份为15～28份的有机粘接剂是由重量份7～16份的酚醛树脂和重量份8～12份的丁睛橡胶组成；所述软化剂优选为油酸；所述交联剂优选为硫磺；所述润滑剂优选为石墨。
(5)按重量份称取颗粒料48～60份，芳纶纤维0.8～1.6份、硫酸钡8～16、碳酸钙3.2～8份和摩擦粉2.4～4份投入水冷式高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌机主机转速980～1000转/分钟，铰刀转速为1800～2200转/分钟，搅拌时间为3～5分钟，搅拌时物料温度为70～90℃，即得复合纤维颗粒。
实施例1
一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径5mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成600目的粉末。
(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和碳酸钙晶须材料。
(3)首先按重量份将步骤(1)制得的废弃陶瓷粉末8份以及步骤(2)制得的陶瓷纤维6份、矿物纤维16份和碳酸钙晶须材料12份投入多功能混合器进行初步混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间为80秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加总纤维量，即陶瓷纤维和矿物纤维总重量的0.1％的十二烷基硫酸钠和总纤维量0.1％的氨基硅烷，进行纤维表面改性处理。
(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料25份、酚醛树脂7份、丁睛橡胶8份、油酸2份、硫磺0.5份和石墨8份投入捏合机进行捏合，捏合时间为10分钟，捏合温度为70～90℃，采用强力剪切式造粒机作为捏合机的辅助设备，完成捏合造粒，加工成颗粒料。
(5)按重量份称取颗粒料48份，芳纶纤维0.8份、硫酸钡8、碳酸钙3.2份和摩擦粉2.4份投入水冷式高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌机主机转速980～1000转/分钟，铰刀转速为1800～2200转/分钟，搅拌时间为3分钟，搅拌时物料温度为70℃，即得复合纤维颗粒。
实施例2
一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径8mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成800目的粉末。
(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维、无机晶须材料和皮革纤维的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和碳酸钙晶须材料。
(3)首先按重量份将步骤(1)制得的废弃陶瓷粉末10份以及步骤(2)制得的陶瓷纤维10份、矿物纤维20份、无机晶须材料15份和皮革纤维3份投入多功能混合器进行初步混合，混合时混合设备转速700转/分钟，混合时间为90秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加总纤维量，即陶瓷纤维和矿物纤维总重量的1％的十二烷基硫酸钠和总纤维量1％的氨基硅烷，进行纤维表面改性处理。
(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料30份、酚醛树脂10份、丁睛橡胶10份、油酸3份、硫磺1份和石墨10份投入捏合机进行捏合，捏合时间为11分钟，捏合温度为80℃，采用强力剪切式造粒机作为捏合机的辅助设备，完成捏合造粒，加工成颗粒料。
(5)按重量份称取颗粒料53份，芳纶纤维1.2份、硫酸钡12、碳酸钙5.6份和摩擦粉3.2份投入水冷式高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌机主机转速980～1000转/分钟，铰刀转速为1800～2200转/分钟，搅拌时间为4分钟，搅拌时物料温度为80℃，即得复合纤维颗粒。
实施例3
一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径10mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成900目的粉末。
(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维、无机晶须材料和皮革纤维的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和六钛酸钾晶须材料。
(3)首先按重量份将步骤(1)制得的废弃陶瓷粉末12份以及步骤(2)制得的陶瓷纤维12份、矿物纤维24份、无机晶须材料20份和皮革纤维5份投入多功能混合器进行初步混合，混合时混合设备转速800转/分钟，混合时间为100秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加总纤维量，即陶瓷纤维和矿物纤维总重量的2％的十二烷基硫酸钠和总纤维量2％的氨基硅烷，进行纤维表面改性处理。
(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料35份、丁睛橡胶12份、酚醛树脂16份、油酸4份、硫磺2份和石墨12份投入捏合机进行捏合，捏合时间为12分钟，捏合温度为90℃，采用强力剪切式造粒机作为捏合机的辅助设备，完成捏合造粒，加工成颗粒料。
(5)按重量份称取颗粒料60份，芳纶纤维1.6份、硫酸钡16、碳酸钙8份和摩擦粉4份投入水冷式高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌机主机转速980～1000转/分钟，铰刀转速为1800～2200转/分钟，搅拌时间为5分钟，搅拌时物料温度为90℃，即得复合纤维颗粒。
实验例
分别将本发明的复合纤维颗粒及传统的石棉应用于汽车用制动器衬片，然后分别对两种汽车用制动器衬片进行摩擦材料性能检验。测试情况及结果如下：
一、含石棉材料的汽车用制动衬片摩擦性能实验
表一实验参数
表二汽车左侧试片测试数据
表三汽车右侧试片测试数据
试验综合记录：单位：试片厚度平均差(10-3mm)磨损率(10-7cm3/N.m)
试验正常，过程中无噪音，无凸起，无裂纹；
100度到300度重量磨损(g)：0.06、0.09、0.04、0.16、0.33
恢复磨损(g)：0.19
冲击强度(J/cm2):0.477洛氏硬度：77.2
二、含本发明复合材料的汽车用制动衬片摩擦性能实验
表四实验参数
表五汽车左侧试片测试数据
表六汽车右侧试片测试数据
试验综合记录：单位：试片厚度平均差(10-3mm)磨损率(10-3cm3/N.m)
试验过程正常，无噪音，无起泡，无裂纹
100度道300度重量磨损(g):0.04,0.03,0.06,0.08,0.13
恢复磨损(g):0.07密度(g/cm3):2.08
冲击程度(J/cm2):0.03洛氏硬度：64.2HRM
通过上述实验表明，本发明复合纤维颗粒的摩擦性能优于石棉材料的摩擦性能，可以使制动器衬片的质量得到显著提高。本发明复合纤维颗粒可用于替代石棉材料用作摩擦材料。
Claims (9)
1.一种摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)将废弃陶瓷进行研磨制得600～900目的废弃陶瓷粉末；(2)将经过熔融拉丝的陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料的粗料分别进行梳理，分别对熔融过程中产生的渣球进行击碎，将团状纤维束松解拉伸；最后分别通过风选负压除渣系统将砂石、渣球与纤维丝分离，分别制得陶瓷纤维、矿物纤维和无机晶须材料；(3)按重量份将废弃陶瓷粉末8～12份、陶瓷纤维6～12份、矿物纤维16～24份和无机晶须材料12～20份进行混合，混合时添加总纤维量0.1～2％的添加表面活性剂和纤维量0.1～2％的偶联剂，进行纤维表面改性处理；(4)按重量份称取经过表面改性处理的物料25～35份、有机粘接剂15～28份、软化剂2～4份、交联剂0.5～2份和润滑剂8～12份进行捏合，捏合时间为10～12分钟，捏合温度为70～90℃，将捏合后的物料通过造粒设备加工成颗粒料；(5)按重量份称取颗粒料48～60份，芳纶纤维0.8～1.6份、硫酸钡8～16、碳酸钙3.2～8份和摩擦粉2.4～4份进行搅拌混合，搅拌时间为3～5分钟，搅拌时物料温度为70～90℃，即得复合纤维颗粒。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制备废弃陶瓷粉末的具体方法为：首先采用破碎设备将废弃陶瓷破碎成直径5～10mm的碎粒，然后再用研磨设备将碎粒研磨成600～900目的粉末。
3.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：首先按重量份将废弃陶瓷粉末8～12份、陶瓷纤维6～12份、矿物纤维16～24份和无机晶须材料12～20份进行初步混合，混合时混合设备转速600～800转/分钟，混合时间为80～100秒；然后将初步混合后的物料进行二次混合，混合时混合设备转速600转/分钟，混合时间30分钟，混合时添加总纤维量0.1～2％的表面活性剂和纤维量0.1～2％的偶联剂，进行纤维表面改性处理。
4.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的无机晶须材料为碳酸钙晶须或六钛酸钾晶须。
5.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；偶联剂为氨基硅烷。
6.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的重量份为15～28份的有机粘接剂是由重量份7～16份的酚醛树脂和重量份8～12份的丁腈橡胶组成。
7.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4) 所述软化剂为油酸。
8.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述交联剂为硫磺。
9.根据权利要求1所述的摩擦材料用复合纤维颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述润滑剂为石墨。
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