CN103570956A - 一种制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，将改性酚醛树脂溶解在无水乙醇中得到溶液A；将碳纤维、摩擦性能调节剂、芳纶纤维以及填料在水中均匀混合制浆，抄纸成型制成预制体得到样品B；在真空浸渍槽中放入筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空至0.09MPa以上，利用真空压力抽取溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B浸渍1-5分钟，最后将溶液A从真空浸渍槽中抽出后取出样品B晾干，得样品C；将样品C于硫化机上热压成型，即得到真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。本发明浸渍时间大幅度缩短，并且保证了硫化过程中树脂网状结构的连续性，有效提高了碳纤维增强湿式摩擦材料的摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明属于摩擦材料领域，具体涉及一种制备真空浸渍碳纤维增强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CN1446875A的中国专利”公开了一种碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法，其组分重量百分组成为：增强纤维7-40%、摩擦性能调节剂5-35%、填料11-35%、摩擦材料原纸增强剂2-15%和粘结剂22-55%。其制备方法为：将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂加入水中，在打浆池制浆、成型、烘干、机械冲压出外圆相连的摩擦环片，并浸渍粘结剂，再经热压固化，机械加工得到成品摩擦片。文献2“公开号是CN101024760A的中国专利”公开了一种柔性纸基摩擦材料，含有重量百分比3-7%的柔性增强纤维，5-20%的碳纤维，4-25%的其他纤维，2-10%的柔性粘合剂，20-44%的脆性粘合剂，10-25%的摩擦性能调节剂，15-30%的填料。制备的摩擦材料具有良好的柔韧性、力学强度和耐热性。但文献1制备纸基摩擦材料使用的浸渍方法为普通浸渍方法，即将摩擦材料预制体直接放入酚醛树脂溶液中浸渍，文献2制备纸基摩擦材料使用的浸渍方法为酚醛树脂喷涂技术，这两种方法均会使得酚醛树脂溶液浸渍不够均匀，不能充分填充于预制体孔隙中，从而导致了摩擦材料的摩擦稳定性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，该方法浸渍时间短且能够提高材料摩擦学性能。
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）将改性酚醛树脂溶解在无水乙醇中，得到溶液A；
2）按质量百分比，将50-65%的碳纤维、5-10%的摩擦性能调节剂、5-10%的芳纶纤维以及20-35%的填料在水中均匀混合制浆，然后抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，得到样品B；
3）在真空浸渍槽中放入筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍1-5分钟，最后将溶液A从真空浸渍槽中抽出后取出样品B晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，即得到真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
所述的步骤1）中每375-1000g的改性酚醛树脂溶解在1500mL的无水乙醇中。
所述的步骤1）溶液A是按照如下方法配制的：
将改性酚醛树脂加入到无水乙醇中，磁力搅拌1-3小时，并静置待改性酚醛树脂溶于无水乙醇中，得溶液A。
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2）中碳纤维的长度为100μm-800μm。
所述的步骤2）中摩擦性能调节剂为石墨、氧化铝、纳米碳化硅颗粒、纳米二硫化钼颗粒中的一种或多种任意比例的混合物。
所述的步骤2）中芳纶纤维的长度在1-2mm，直径在10-20μm。
所述的步骤2）中的填料为高岭土、硅藻土、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种任意比例的混合物。
所述的步骤2）中填料的颗粒直径小于100μm。
所述的步骤4）中热压成型时控制热压温度为160℃，热压时间为5-10分钟，热压压力为5-8MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明将样品B（即碳纤维增强湿式摩擦材料预制体）置于真空浸渍装置的真空浸渍槽中，待真空浸渍装置抽真空后，在真空条件下浸渍一段时间，可以使碳纤维增强湿式摩擦材料预制体孔隙中的空气在抽真空过程中逸出，有利于树脂溶液的迅速扩散，从而使浸渍时间大幅度缩短，并且使树脂分布更为均匀，保证了硫化过程中树脂网状结构的连续性，有效提高了碳纤维增强湿式摩擦材料的摩擦学性能。
附图说明
图1为真空条件下浸渍的碳纤维增强湿式摩擦材料；
图2为空气条件下浸渍的碳纤维增强湿式摩擦材料；
图3为不同条件下浸渍的样品动摩擦系数随制动次数的变化趋势。
具体实施方式
实施例1：
1）将375g的腰果壳油改性酚醛树脂加入到1500mL的无水乙醇中，磁力搅拌1小时，并静置24小时，此时腰果壳油改性酚醛树脂全部溶于无水乙醇中，得溶液A；
2）按质量百分比，将50%的碳纤维、5%的纳米碳化硅颗粒、10%的芳纶纤维和35%颗粒直径小于100μm的硅藻土在水中均匀混合制浆，然后抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，并将碳纤维增强湿式摩擦材料预制体烘干，得样品B；
3）在真空浸渍槽中放入一个筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取1500mL的溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍1分钟，将溶液A从真空浸渍槽中全部抽出后取出样品B自然条件下晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，控制热压温度为160℃，热压时间为5分钟，热压压力为5MPa，即得到树脂交联均匀的真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
实施例2：
1）将643g的硼改性酚醛树脂加入到1500mL的无水乙醇中，磁力搅拌2小时，并静置24小时，此时硼改性酚醛树脂全部溶于无水乙醇中，得溶液A；
2）按质量百分比，将55%的碳纤维、8%质量比为1:1的石墨和氧化铝的混合物、7%的芳纶纤维和30%颗粒直径小于100μm的硫酸钡在水中均匀混合制浆，然后抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，并将碳纤维增强湿式摩擦材料预制体烘干，得样品B；
3）在真空浸渍槽中放入一个筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取1500mL的溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍2分钟，将溶液A从真空浸渍槽中全部抽出后取出样品B，自然条件下晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，控制热压温度为160℃，热压时间为7分钟，热压压力为6MPa，即得到树脂交联均匀的真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
实施例3：
1）将807g的丁晴橡胶改性酚醛树脂加入到1500mL的无水乙醇中，磁力搅拌2小时，并静置24小时，此时丁晴橡胶改性酚醛树脂全部溶于无水乙醇中，得溶液A；
2）按质量百分比，将60%碳纤维、7%的纳米二硫化钼颗粒、8%的芳纶纤维和25%颗粒直径小于100μm的高岭土在水中均匀混合制浆，然后抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，并将碳纤维增强湿式摩擦材料预制体烘干，得样品B；
3）在真空浸渍槽中放入一个筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取1500mL的溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍4分钟，将溶液A从真空浸渍槽中全部抽出后取出样品B，自然条件下晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，控制热压温度为160℃，热压时间为10分钟，热压压力为7MPa，即得到树脂交联均匀的真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
实施例4：
1）将1000g的丁晴橡胶改性酚醛树脂溶解在1500mL的无水乙醇中，磁力搅拌3小时，并静置24小时，此时丁晴橡胶改性酚醛树脂全部溶于无水乙醇中，得溶液A；
2）按质量百分比，将65%的碳纤维、10%的氧化铝、5%的芳纶纤维以及20%质量比为3:2的碳酸钙和硅藻土的混合物在水中均匀混合制浆，抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，并将碳纤维增强湿式摩擦材料预制体烘干，得到样品B；其中，碳酸钙和硅藻土的混合物的颗粒直径小于100μm；
3）在真空浸渍槽中放入一个筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取1500mL的溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍5分钟，将溶液A从真空浸渍槽全部抽出后取出样品B，自然条件下晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，控制热压温度为160℃，热压时间为10分钟，热压压力为8MPa，即得到树脂交联均匀的真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
上述实施例步骤2）所采用的碳纤维的长度为100μm-800μm；芳纶纤维的长度在1-2mm，直径在10-20μm。
上述实施例步骤4）中的筛网目数为200目。
从图1和图2可以看出，真空条件下浸渍的碳纤维增强湿式摩擦材料优点在于树脂浸渍均匀度有所提高，孔隙较小，而且从图3连续制动500次摩擦磨损实验中动摩擦系数的变化趋势可以看出，真空条件下浸渍的碳纤维增强湿式摩擦材料动摩擦系数随制动次数的增加变化幅度较小，说明在长时间制动过程中，真空条件下浸渍的碳纤维增强湿式摩擦材料稳定好，其磨损率也从3.95×10-8cm-3/J降低到2.40×10-8cm-3/J。
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读本发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 (10)
1.一种制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将改性酚醛树脂溶解在无水乙醇中，得到溶液A；
2）按质量百分比，将50-65%的碳纤维、5-10%的摩擦性能调节剂、5-10%的芳纶纤维以及20-35%的填料在水中均匀混合制浆，然后抄纸成型制成碳纤维增强湿式摩擦材料预制体，得到样品B；
3）在真空浸渍槽中放入筛网，并将样品B置于筛网上，密封真空浸渍装置，然后将真空浸渍装置抽真空，直到真空度达到10KPa，利用真空压力抽取溶液A进入真空浸渍槽中，使溶液A浸没样品B，再浸渍1-5分钟，最后将溶液A从真空浸渍槽中抽出后取出样品B晾干，得样品C；
4）将样品C于硫化机上热压成型，即得到真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤1）中每375-1000g的改性酚醛树脂溶解在1500mL的无水乙醇中。
3.根据权利要求1或2所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤1）溶液A是按照如下方法配制的：
将改性酚醛树脂加入到无水乙醇中，磁力搅拌1-3小时，并静置待改性酚醛树脂溶于无水乙醇中，得溶液A。
4.根据权利要求1或2所述的制备真空浸渍碳纤维增强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。
5.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中碳纤维的长度为100μm-800μm。
6.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中摩擦性能调节剂为石墨、氧化铝、纳米碳化硅颗粒、纳米二硫化钼颗粒中的一种或多种任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中芳纶纤维的长度在1-2mm，直径在10-20μm。
8.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中的填料为高岭土、硅藻土、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种任意比例的混合物。
9.根据权利要求1或8所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤2）中填料的颗粒直径小于100μm。
10.根据权利要求1所述的制备真空浸渍碳纤维增强湿式摩擦材料的方法，其特征在于：所述的步骤4）中热压成型时控制热压温度为160℃，热压时间为5-10分钟，热压压力为5-8MPa。
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