CN104098042B - 一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方及其制作方法，材料配方由以下组分组成：丁腈改性酚醛树脂，丁腈橡胶，玻璃纤维，FKF纤维，海泡石纤维，芳纶纤维，石墨，硅灰石，长石粉，沸石，摩擦粉份，硫酸钡，纳米铁磁性颗粒，硅烷偶联剂，脱模剂。制作方法包括粉碎、混料、热压成型、充磁和热处理等。有益效果是：纳米铁磁性闸瓦表现出稳定的摩擦学性能和良好的耐热性，较好的适应了高速、重载等极端制动工况。纳米铁磁性颗粒提高了闸瓦的耐热性和韧性，并使磁化后的闸瓦具有较高的剩磁，为制动摩擦过程的磁场控制提供了最基本的物质条件。纳米铁磁性闸瓦经充磁后能长期保持磁性，制动过程不需要外加磁场也能影响并调节摩擦行为。
Description
技术领域
本发明涉及一种提升机闸瓦材料配方，具体涉及一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方及其制作方法。
背景技术
随着科学技术的发展，各种矿山机械装备的功率、速度和载荷均不断提高，高速、重载的工作条件使得机械装备的制动工况越来越恶劣，从而对矿用摩擦材料的摩擦学性能提出了更高的技术要求。
传统的矿井提升机闸瓦一般采用石棉摩擦材料和无石棉有机摩擦材料，由于石棉摩擦材料导热性差、摩擦系数不稳定、制动噪声大、强致癌性等缺点，其逐渐被淘汰。目前对于大多数无石棉摩擦材料来说，在高速、重载等极端制动工况下，其摩擦性能常表现不稳定，经常发生制动摩擦失效，容易酿成安全事故，给社会带来巨大的经济损失。
现有矿井提升机闸瓦工作环境中存在大功率电器设备，使其不可避免承受一定强度电磁场的影响，而相关资料已表明磁场也是摩擦学行为的重要影响因素之一，因此应该重视磁场对闸瓦摩擦磨损性能的影响。此外，由于磁场具有良好的可控性，若能充分利用磁场对制动摩擦行为的积极影响，并将其应用于对制动摩擦过程的主动控制，则可显著提高摩擦制动器的制动效能与可靠性，但由于现有闸瓦材料均为非金属、非铁磁性材料，使得对制动摩擦过程的磁场控制还不具备最基本的物质条件和技术基础。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方及其制作方法，该闸瓦材料耐热性好、摩擦磨损性能稳定，能较好适应矿井提升机高速、重载等极端制动工况，并具有新的功能性——磁性，可为将来发展磁场控制的摩擦制动技术奠定物质基础。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方，材料配方由以下重量份的组分组成：
丁腈改性酚醛树脂8-15份，丁腈橡胶3-5份，
玻璃纤维10-17份，FKF纤维7-15份，
海泡石纤维8-15份，芳纶纤维3-8份，
石墨2-4份，硅灰石6-12份，
长石粉8-15份，沸石5-10份，
摩擦粉2-6份，硫酸钡9-14份，
纳米铁磁性颗粒5-15份，硅烷偶联剂1-3份，
脱模剂1-3份；
其中纳米铁磁性颗粒为：碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒、碳包铁纳米磁性颗粒和碳包镍纳米磁性颗粒中的一种或是任意组合。
一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦的制作方法，包括以下步骤：
A．将所有原材料材料在烘干箱中，在温度30℃干燥处理6小时；
B．将纤维材料制成短纤维；
C．将块状物料经过粉碎机处理，粉碎成细粉碎；
D．将物料投入到混料机中进行高速混合20-30min；
E．将纳米铁磁性颗粒经超声波分散处理30-50min；
F．将超声波分散处理后的纳米铁磁性颗粒加入到粉状材料中混合20-30min，采用开炼机熔融共混；
G．将混料放入模压机的模具内，在温度160℃～180℃条件下加压18MPa～27MPa，经压制、放气、保压，成型后脱模；
H．充磁：磁感应强度为10000GS—200000GS，充磁时间为20min-40min；
I．再经定型热处理，在180℃～200℃温度下热处理保温6h，最后，去毛刺打光上漆、制成成品。
本发明的有益效果是：在配合外加磁场作用下，纳米铁磁性矿井提升机闸瓦表现出稳定的摩擦磨损性能和良好的耐热性，较好的适应了高速、重载等极端制动工况。纳米铁磁性颗粒对闸瓦进行改性，提高了闸瓦的耐热性、抗冲击强度和韧性，减小了磨损率。磁化后的纳米铁磁性矿井提升机闸瓦具有较高的剩磁，为制动摩擦过程的磁场控制提供了最基本的物质条件。利用磁场的可控性和其对制动摩擦行为的积极影响，将纳米铁磁性矿井提升机闸瓦应用于对制动摩擦过程的主动控制，可实现摩擦制动器的制动效能与可靠性的显著提高。此外，纳米铁磁性矿井提升机闸瓦需事先充磁，可持续提供磁性，制动过程不需要外加磁场也能影响并调节摩擦行为，而在外磁场作用下这种积极效应还能得到更进一步的增强。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程图。
图2为本发明实施例二闸瓦样品磁滞回线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方，材料配方由以下重量份的组分组成：
改性树脂组分包括：丁腈改性酚醛树脂8-15份，丁腈橡胶3-5份；
复合纤维组分包括：玻璃纤维10-17份，FKF纤维7-15份，
海泡石纤维8-15份，芳纶纤维3-8份；
辅料组分包括：石墨2-4份，硅灰石6-12份，
长石粉8-15份，沸石5-10份，硫酸钡9-14份；
矿物填料组分包括：摩擦粉2-6份，硅烷偶联剂1-3份，
脱模剂1-3份；
纳米铁磁性颗粒5-15份，
其中纳米铁磁性颗粒为：碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒、碳包铁纳米磁性颗粒和碳包镍纳米磁性颗粒中的一种或是任意组合；碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒为30nm-50nm、碳包铁纳米磁性颗粒为25nm-55nm、碳包镍纳米磁性颗粒为30nm-60nm。
实施例一
丁腈改性酚醛树脂8份，丁腈橡胶3份；玻璃纤维10份，FKF纤维7份，海泡石纤维15份，芳纶纤维3份；石墨2份，硅灰石6份，长石粉8份，沸石5份，硫酸钡12份；摩擦粉2份，碳包铁纳米磁性颗粒（25nm-55nm）15份，硅烷偶联剂2份，脱模剂2份。
实施例二
丁腈改性酚醛树脂12份，丁腈橡胶3份；玻璃纤维15份，FKF纤维8份，海泡石纤维8份，芳纶纤维4份；石墨3份，硅灰石10份，长石粉8份，沸石6份，硫酸钡9份；摩擦粉3份，碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒（30nm-50nm）8份，硅烷偶联剂1份，脱模剂2份。
实施例三
丁腈改性酚醛树脂15份，丁腈橡胶3份；玻璃纤维10份，FKF纤维13份，海泡石纤维8份，芳纶纤维3份；石墨4份，硅灰石12份，长石粉8份，沸石5份，硫酸钡9份；摩擦粉2份，碳包镍纳米磁性颗粒（30nm-60nm）5份，硅烷偶联剂1份，脱模剂2份。
如图1所示：纳米铁磁性矿井提升机闸瓦的制作方法，将所有原材料材料在烘干箱中，在温度30℃干燥处理6小时；将纤维材料制成短纤维；将块状物料经过粉碎机处理，粉碎成细粉碎；将物料投入到混料机中进行高速混合20-30min；将纳米铁磁性颗粒经超声波分散处理30-50min；将超声波分散处理后的纳米铁磁性颗粒加入到粉状材料中混合20-30min，采用开炼机熔融共混；将混料放入模压机的模具内，在温度160℃～180℃条件下加压18MPa～27MPa，经压制、放气，保压成型后充磁，其中磁感应强度为10000GS—200000GS，充磁时间为20-40min；再经定型热处理，在180℃～200℃温度下热处理保温6h，最后，去毛刺打光上漆、制成成品。
将三种实施例制备的纳米铁磁性闸瓦分别在摩擦标准试验机上进行恒压定速试验，压力为0.98MPa，速度为16.7m/s，分别在温度为100℃、150℃、200℃、250℃以及从250℃降到100℃五个温度范围下进行摩擦试验测定摩擦系数和磨损率，并对其在室温下的冲击强度、硬度进行测试（试验盘材料为16Mn钢板，表面粗糙度Ra值应小于1.6μm，其硬度为150～160HB）。本发明参照国家标准JB/T3721-1999《矿井提升机盘形制动器闸瓦》的有关技术规范，经试验测试摩擦系数、磨损率、室温下的冲击强度和硬度，结果如下表所示。
实施例一制备闸瓦摩擦性能测试表
实施例二制备闸瓦摩擦性能测试表
实施例三制备闸瓦摩擦性能测试表
从上述三个表可以看到，以上三种实施例制备的矿井提升机闸瓦全都满足并高于国家标准，并且摩擦系数表现稳定，磨损率都处于低位，相对于实施例一和实施例三，实施例二摩擦系数较大，磨损率较低，综合性能好。
对实施例二制备的闸瓦进行磁性测试，将本发明样品制成Φ2mm，长为5mm的小圆柱，设定最大磁场为1000kA/m，用振动样品磁强计进行磁性测试；结果如图2所示，表明闸瓦样品磁性能较强。
由于实施例二闸瓦的常规摩擦磨损性能较好，将实施例二制备的闸瓦放在15KA/m的静磁场中，其他试验条件与上述试验相同，用定速摩擦试验机进行试验，结果如下表所示，结果表明：相对于不加磁场的相同闸瓦，磁场下的闸瓦摩擦系数较高且磨损率较低，综合摩擦磨损性能较好。从而可知磁场对铁磁闸瓦的摩擦磨损性能产生了有利的影响。
实施例二闸瓦磁场摩擦磨损性能测试表
Claims (3)
1.一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方，其特征在于，材料配方由以下重量份的组分组成：
丁腈改性酚醛树脂12-15份，丁腈橡胶3份，
玻璃纤维10-15份，FKF纤维7-15份，
海泡石纤维8份，芳纶纤维3份，
石墨2-4份，硅灰石6-12份，
长石粉8-15份，沸石5-10份，
摩擦粉2-6份，硫酸钡9-14份，
纳米铁磁性颗粒5-15份，硅烷偶联剂1-3份，
脱模剂1-3份；
其中纳米铁磁性颗粒为：碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒、碳包铁纳米磁性颗粒和碳包镍纳米磁性颗粒中的一种或是任意组合。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方，其特征在于，所述的碳包镍锌铁氧体纳米磁性颗粒为30nm-50nm、碳包铁纳米磁性颗粒为25nm-55nm、碳包镍纳米磁性颗粒为30nm-60nm。
3.制备如权利要求1所述的一种纳米铁磁性矿井提升机闸瓦配方的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．将所有原材料在烘干箱中，在温度30℃干燥处理6小时；
B．将纤维材料制成短纤维；
C．将块状物料经过粉碎机处理，粉碎成细粉碎；
D．将物料投入到混料机中进行高速混合20-30min；
E．将纳米铁磁性颗粒经超声波分散处理30-50min；
F．将超声波分散处理后的纳米铁磁性颗粒加入到粉状材料中混合20-30min，采用开炼机熔融共混；
G．将混料放入模压机的模具内，在温度160℃～180℃条件下加压18MPa～27MPa，经压制、放气、保压，成型后脱模；
H．充磁：磁感应强度为10000GS—200000GS，充磁时间为20min-40min；
I．再经定型热处理，在180℃～200℃温度下热处理保温6h，最后，去毛刺打光上漆、制成成品。
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