CN103450492A

CN103450492A - 一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103450492A
Application number: CN2013103822268A
Authority: CN
Inventors: 费杰; 罗威; 王洪坤; 黄剑锋
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: CN103450492B

Abstract

一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料及其制备方法，首先将改性酚醛树脂溶于乙醇中制成改性酚醛树脂乙醇溶液，随后再加入纳米二硫化钼与填料，制备得到悬浮浸渍液，接着在真空浸渍仪器中使用悬浮浸渍液浸渍碳布10～15min，保证树脂浸渍量达到15%-25%后取出，待溶剂挥发后热压固化得到二硫化钼改性碳布摩擦材料。该方法制得的二硫化钼改性的碳布摩擦材料具有高动摩擦系数、低磨损率并且对对偶材料磨损小的特点。

Description

一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳布摩擦材料，尤其涉及一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料及其制备方法。

技术背景

在湿式离合器中要求所使用的湿式摩擦材料具有动摩擦系数和静摩擦系数高、使用寿命长、换挡平稳并能够经受过载条件下的热冲击、制动过程中对对偶盘损伤小等一系列优异的性能。

申请号为200910114345.9的中国专利“碳纤维布复合摩擦材料及在制造汽车铝合金同步器齿环摩擦层上的应用”采用碳纤维布作为增强材料，以耐高温树脂作粘接剂，并添加一些摩擦组分制备而成的。这种材料是以铝合金作为汽车同步器齿环基体，在基体表面覆盖碳纤维布复合摩擦材料作摩擦层；这种摩擦材料具有优异的耐温性能、耐磨性和剪切强度，是一种性能突出的摩擦材料。但是其在制备过程中加入了铁粉来增强材料，加大了材料在制动过程中对对偶盘的磨损率。同时，铁元素的引入可能会导致摩擦片与对偶片发生粘接，从而导致制动系统失效，这些缺点都限制了此类材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料及其制备方法，该方法制得的二硫化钼改性的碳布摩擦材料具有高动摩擦系数、低磨损率并且对对偶材料磨损小的特点。

为了达到上述目的，本发明的二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量份数计，分别称取15-25份的改性酚醛树脂、5-10份的纳米二硫化钼、10-15份的填料以及50-70份的PAN基碳纤维布；

2）将改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成改性酚醛树脂乙醇溶液，然后将纳米二硫化钼和填料加入到改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；

3）将PAN基碳纤维布清洗干净，随后自然晾干；然后将PAN基碳纤维布置于真空浸渍仪器中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后加入悬浮浸渍液，控制浸渍时间以使浸渍树脂量达到15%-25%，然后将浸渍后的PAN基碳纤维布晾干，得到含改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

4）将含改性酚醛树脂的摩擦材料预制体热压硫化、冲裁，即得到二硫化钼改性的碳布摩擦材料。

所述的PAN基碳纤维布为PAN基1K碳纤维布、PAN基3K碳纤维布、PAN基6K碳纤维布或PAN基12K碳纤维布。

所述的改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛树脂。

所述的填料为高岭土、硅藻土、石英粉、硫酸钡中两种或两种以上任意比例的混合物。

所述的步骤2）中改性酚醛树脂乙醇溶液中改性酚醛树脂的质量浓度为11-20%。

所述的步骤3）清洗干净的PAN基碳纤维布还要经过质量浓度为10%-15%的硝酸浸洗5-10分钟然后晾干。

所述的步骤3）中的浸渍时间为10-15min。

所述的步骤4）热压硫化的方法为：将含改性酚醛树脂的摩擦材料在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。

一种采用该制备方法制备的二硫化钼改性的碳布摩擦材料，碳布摩擦材料的动摩擦系数为0.10～0.12，静摩擦系数为0.13～0.15，摩擦材料磨损率小于1.0×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率小于0.9×10^-8cm³/J。

进一步，本发明采用的PAN基碳纤维布选择T300-6000的1K碳纤维布、T300-6000的3K碳纤维布、T300-6000的6K碳纤维布或T300-6000的12K碳纤维布。

本发明采用真空浸渍工艺在PAN基碳纤维布摩擦材料中引入纳米二硫化钼组分来获得一种高动摩擦系数、低磨损率并且对对偶材料磨损小的二硫化钼改性型摩擦材料。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所配制的悬浮浸渍液中含有改性酚醛树脂、纳米二硫化钼、填料，因此，采用真空浸渍工艺可以将悬浮浸渍液中的二氧化钼、填料以及改性酚醛树脂引入PAN基碳纤维布中，而二硫化钼有优异的润滑性能，使得到二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制动摩擦状态改善，且降低了磨损率，对对偶损伤小。另外，在纳米二硫化钼组分的质量百分含量在5%～15%之间时，将制得的二硫化钼改性的碳布摩擦材料按照GB/T13826-2008技术标准检测，其动摩擦系数和静摩擦系数分别达到0.10～0.12和0.13～0.15，摩擦材料磨损率小于1.0×10^-8cm³/J，并且对偶材料的磨损率小于0.9×10^-8cm³/J，摩擦副制动过程中的磨损非常小。

本发明采用的纳米二硫化钼有优异的润滑性能，其纳米微粒是由数目很多原子或分子组成的聚合体，具有小尺寸效应，表面与界面效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等一系列不同于普通颗粒的特点，已经广泛应用于各类复合材料中。基于纳米二硫化钼优异的自润滑特性与表面活性高，比表面积大，强度和韧性高等突出特点以及在微观摩擦过程中表现出来的纳米效应，使得其可以显著改善材料表面的摩擦磨损性能，降低材料的磨损率。

进一步，所述的PAN基碳纤维布在浸渍前经过硝酸浸洗，这样能够增加PAN基碳纤维布上活性基团，提高浸渍效果。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：

1）按质量份数计，分别称取20份的丁晴橡胶改性酚醛树脂、10份的纳米二硫化钼、5份的高岭土、5份的硅藻土、5份的硫酸钡以及55份T300-6000的6K碳纤维布；

2）将丁晴橡胶改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成均匀的丁晴橡胶改性酚醛树脂乙醇溶液，然后将纳米二硫化钼、高岭土、硅藻土以及硫酸钡加入到丁晴橡胶改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；其中，丁晴橡胶改性酚醛树脂乙醇溶液中丁晴橡胶改性酚醛树脂质量浓度为15%；

3）将T300-6000的6K碳纤维布清洗干净，然后用质量浓度为10%的硝酸浸洗5分钟，随后用丙酮清洗，再将T300-6000的6K碳纤维布放入真空浸渍设备中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后向其中加入悬浮浸渍液进行15min真空浸渍以使浸渍量达到20%，然后将浸渍后的T300-6000的6K碳纤维布取出晾干，得到含丁晴橡胶改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

4）将含丁晴橡胶改性酚醛树脂的摩擦材料预制体用硫化机进行热压硫化，最后将所得到的碳纤维布按所需要的宽度与长度在冲床上进行冲裁，并将其粘接在钢环上就得到二硫化钼改性的碳布摩擦材料；其中，热压硫化的方法是在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。

这种摩擦材料的动摩擦系数为0.11～0.12，静摩擦系数为0.14～0.15，磨损率为1.0×10^-8cm³/J，对偶的磨损率为0.8×10^-8cm³/J。

实施例2：

1）按质量份数计，分别称取20份的硼改性酚醛树脂、8份的纳米二硫化钼、5份的高岭土、5份的石英粉、5份的硫酸钡以及58份T300-6000的12K碳纤维布；

2）将硼改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成均匀的硼改性酚醛树脂乙醇溶液，然后将纳米二硫化钼、高岭土、石英粉、硫酸钡加入到硼改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；其中，硼改性酚醛树脂乙醇溶液中硼改性酚醛树脂的质量浓度为11%；

3）将T300-6000的12K碳纤维布清洗干净，然后用质量浓度为10%的硝酸浸洗5分钟，随后在用丙酮清洗，再将T300-6000的12K碳纤维布放入真空浸渍设备中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后向其中加入悬浮浸渍液进行15min真空浸渍以使浸渍量达到15%，然后将浸渍后的T300-6000的12K碳纤维布取出晾干，得到含硼改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

4）将含硼改性酚醛树脂的摩擦材料预制体用硫化机进行热压硫化，最后将所得到的碳纤维布按所需要的宽度与长度在冲床上进行裁剪并将其粘接在钢环上就得到二硫化钼改性的碳布摩擦材料；其中，热压硫化的方法是在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。

这种摩擦材料的动摩擦系数为0.10～0.11，静摩擦系数为0.13～0.15，磨损率为0.7×10^-8cm³/J，对偶的磨损率为0.6×10^-8cm³/J。

实施例3：

1）按质量分数计，分别称取20份的腰果壳油改性酚醛树脂、7份的纳米二硫化钼、5份的高岭土、5份的硅藻土、5份的硫酸钡、59份T300-6000的3K碳纤维布；

2）将腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成均匀的腰果壳油改性酚醛乙醇树脂溶液，然后将纳米二硫化钼、高岭土、硅藻土以及硫酸钡加入到腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；其中，腰果壳油改性酚醛乙醇树脂溶液中腰果壳油改性酚醛乙醇树脂的质量浓度为17%；

3）将T300-6000的3K碳纤维布用质量浓度为10%的硝酸浸洗5分钟，随后用丙酮清洗，再将T300-6000的3K碳纤维布放入真空浸渍设备中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后向其中加入悬浮浸渍液进行15min真空浸渍以使浸渍量达到22%，然后将浸渍后的T300-6000的3K碳纤维布取出晾干，得到含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

4）将得到含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料预制体用硫化机进行热压硫化，最后将所得到的碳纤维布按所需要的宽度与长度在冲床上进行裁剪并将其粘接在钢环上就得到二硫化钼改性的碳布摩擦材料；其中，热压硫化的方法是在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。

这种摩擦材料的动摩擦系数为0.10～0.12，静摩擦系数为0.13～0.14，磨损率为0.9×10^-8cm³/J，对偶的磨损率为0.8×10^-8cm³/J。

实施例4：

1）按质量分数计，分别称取25份的腰果壳油改性酚醛树脂、10份的纳米二硫化钼、3份的高岭土、5份的硅藻土、7份的硫酸钡、50份T300-6000的3K碳纤维布；

2）将腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成均匀的腰果壳油改性酚醛乙醇树脂溶液，然后将纳米二硫化钼、高岭土、硅藻土以及硫酸钡加入到腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；其中，腰果壳油改性酚醛乙醇树脂溶液中腰果壳油改性酚醛乙醇树脂的质量浓度为13%；

3）将T300-6000的3K碳纤维布用质量浓度为15%的硝酸浸洗7分钟，随后用丙酮清洗，再将T300-6000的3K碳纤维布放入真空浸渍设备中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后向其中加入悬浮浸渍液进行10min真空浸渍以使浸渍量达到17%，然后将浸渍后的T300-6000的3K碳纤维布取出晾干，得到含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

实施例5：

1）按质量份数计，分别称取15份的硼改性酚醛树脂、5份的纳米二硫化钼、6份的高岭土、4份的石英粉、以及70份T300-6000的6K碳纤维布；

2）将硼改性酚醛树脂溶于乙醇中搅拌均匀，配成均匀的硼改性酚醛树脂乙醇溶液，然后将纳米二硫化钼、高岭土、石英粉、硫酸钡加入到硼改性酚醛树脂乙醇溶液中，得到悬浮浸渍液；其中，硼改性酚醛树脂乙醇溶液中硼改性酚醛树脂的质量浓度为20%；

3）将T300-6000的6K碳纤维布清洗干净，然后用质量浓度为12%的硝酸浸洗10分钟，随后在用丙酮清洗，再将T300-6000的6K碳纤维布放入真空浸渍设备中，密封好真空浸渍仪器后并将真空浸渍仪器抽成真空，然后向其中加入悬浮浸渍液进行13min真空浸渍以使浸渍量达到25%，然后将浸渍后的T300-6000的6K碳纤维布取出晾干，得到含硼改性酚醛树脂的摩擦材料预制体；

本发明基于二硫化钼与碳布各自优异的性能，旨在结合二者的优点，制备出一种可以适用于重载车辆的湿式摩擦材料，替代传统铜基摩擦材料，节约金属铜资源；同时拓展碳布摩擦材料的应用范围。

Claims

1.一种二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料，其特征在于：所述的PAN基碳纤维布为PAN基1K碳纤维布、PAN基3K碳纤维布、PAN基6K碳纤维布或PAN基12K碳纤维布。

3.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料，其特征在于：所述的改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛树脂。

4.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳纤维布摩擦材料，其特征在于：所述的填料为高岭土、硅藻土、石英粉、硫酸钡中两种或两种以上任意比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中改性酚醛树脂乙醇溶液中改性酚醛树脂的质量浓度为11-20%。

6.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）清洗干净的PAN基碳纤维布还要经过质量浓度为10%-15%的硝酸浸洗5-10分钟然后晾干。

7.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）中的浸渍时间为10-15min。

8.根据权利要求1所述的二硫化钼改性的碳布摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤4）热压硫化的方法为：将含改性酚醛树脂的摩擦材料在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。

9.一种如权利要求1～8中任意一项制备方法制备的二硫化钼改性的碳布摩擦材料，其特征在于：碳布摩擦材料的动摩擦系数为0.10～0.12，静摩擦系数为0.13～0.15，摩擦材料磨损率小于1.0×10^-8cm³/J，对偶材料的磨损率小于0.9×10^-8cm³/J。