CN104119837A - 一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：(a)配物料，将粘结剂、碳纤维、附和纤维、摩擦性能调节剂按配比进行称重并混合，得到混合物料；(b)挤出造粒，将所述混合物料通过螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料；(c)热压成型。与现有技术相比，本方法有效地解决了纤维增强陶瓷基摩擦材料中碳纤维和矿物纤维的集束性；也有利于固体组分被粘结剂充分浸润，使得固体组分充分分散；用本方法制备的摩擦材料具有优异的力学性能和摩擦磨损性能。

Description

一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料的制备方法，尤其涉及一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基摩擦材料的主要特点是制动力强、热稳定性好、对偶磨损小以及耐高温，其综合性能大大优于普通摩擦材料。而由纤维增强陶瓷基摩擦材料制备的刹车片具有如下优势：(1)热衰退小，在连续刹车时，刹车片不变形、不融化，制动力矩大，刹车距离短；(2)使用寿命长，比半金属型刹车片平均使用寿命高出50％以上；(3)对偶件的损伤小；(4)噪音低，刹车时无尖叫声，制动性能好。

一般刹车片用的纤维增强陶瓷基摩擦材料是由增强纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂按比例进行混料，依次经冷压－热压成型－基体陶瓷化处理－机加工－表面陶瓷化处理工艺制成的。但是现有的纤维增强陶瓷基摩擦材料无法实现纤维在基体中的充分分散，不能使纤维增强陶瓷基摩擦材料达到最佳的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对技术现状提供一种纤维能充分分散的纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)配物料，将粘结剂、碳纤维、附和纤维、摩擦性能调节剂按配比进行称重并混合，得到混合物料；

(b)挤出造粒，将所述混合物料通过螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料；

(c)热压成型。

优选的，步骤(b)中，所述螺杆挤出机的挤出温度为100℃～145℃。当低于100℃时，热固性硼酚醛树脂粉末不能充分熔融，熔体粘度太大，容易造成纤维的断裂；当高于145℃时，此时，热固性硼酚醛树脂粉末会提前固化，这对以后制备纤维增强陶瓷基摩擦材料工艺带来影响。

进一步优选，步骤(b)中，所述螺杆挤出机的挤出温度为110℃～120℃，更优选为120℃。

优选的，步骤(b)中，所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，并且螺杆直径为150mm，长径比(即螺杆有效长度与螺杆直径之比)为20:1。

优选的，步骤(a)中，配方包括如下重量份的组分，粘结剂12～18份(例如可以是14份、15份或16份)、碳纤维15～30份(例如可以是16份、19份、22份、25份或28份)、附和纤维10～30份(例如可以是13份、15份、20份、22份、25份或27份)以及摩擦性能调节剂20～40份(例如可以是23份、27份、30份、33份、35份或38份)。

所述碳纤维为短切碳纤维与碳纤维粉的混合物，所述短切碳纤维的长度为3～6mm，所述碳纤维粉的目数为200～250目，例如220目、230目或240目。

优选的，所述短切碳纤维与碳纤维粉的重量比为1:1，即各占50％。

优选的，粘结剂为热固性硼酚醛树脂粉末，当然，粘结剂也可以选用热固性酚醛树脂的改性物，其中热固性硼酚醛树脂是苯酚、双酚类化合物、硼酸和甲醛在催化剂作用下生成的一种热固性酚醛树脂，而热固性硼酚醛树脂粉末优选采用喷雾干燥的方法制成的，该方法制成的粉末粒径均一；

所述附和纤维为玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上，所述附和纤维的长度为3～6mm，例如4mm或5mm；

所述摩擦性能调节剂为石墨、碳化硅、三氧化二铝、氧化锆、二氧化硅、硫酸钡中的一种或两种以上。

优选的，步骤(a)中，将配方中的组分按配比在高速搅拌机(或高拌机)内混合，混合温度为30℃～50℃，例如35℃、40℃、44℃、48℃，混合时间为5min～15min，例如8min、10min、13min。

优选的，步骤(c)中，热压成型的工艺为，将步骤(b)中挤出的粒料置于模具中，放在热压机上加热、加压，热压固化，然后冷却、脱模，得到纤维增强陶瓷基摩擦材料，热压机的温度为200℃，压力为22～40MPa，例如25MPa、28 MPa、30MPa、35MPa、38MPa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在常规的热压成型之前先采用螺杆挤出机将混合物料挤出造粒，采用螺杆挤出加工工艺，将干法制备的物料在酚醛树脂熔融状态下挤出，这样有利于使碳纤维和附和纤维得到充分的分散和定向，有效地解决了碳纤维和附和纤维的集束性；也有利于使固体组分被粘结剂充分浸润，使得固体组分充分分散。用本方法制备的摩擦材料具有优异的力学性能和摩擦磨损性能，而且本制备方法操作性强，便于工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例的纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)配物料，将粘结剂、碳纤维、附和纤维、摩擦性能调节剂按配比进行称重并混合，得到混合物料；

(b)挤出造粒，将混合物料通过螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料；

(c)热压成型。

步骤(a)中，本实施例的配方包括如下重量份的组分，粘结剂12～18份(本实施例优选为15份)、碳纤维15～30份(本实施例优选为25份)、附和纤维10～30份(本实施例优选为25份)以及摩擦性能调节剂20～40份(本实施例优选为35份)。该配方可以使得步骤(b)挤出造粒的效果更佳，获得的摩擦材料具有更优异的力学性能和摩擦磨损性能。

其中粘结剂具体为热固性硼酚醛树脂粉末(也可以采用热固性的改性硼酚醛树脂粉末)，而且热固性硼酚醛树脂粉末采用喷雾干燥的方法制成，由该方法制备的粉末粒径较为均一。

碳纤维为短切碳纤维与碳纤维粉的混合物，短切碳纤维的长度为3～6mm，本实施例优选为5mm，碳纤维粉的目数为200～250目，本实施例优选为220目；而且短切碳纤维与碳纤维粉的重量比为1:1，即各占50％。该配比的碳纤维能在步骤(b)挤出造粒的作用下充分地分散和定向，更有效地解决了碳纤维和附和纤维的集束性。

附和纤维为重量比为1:1的玻璃纤维和芳纶纤维的混合物，两者的长度为3～6mm，本实施例优选为5mm；摩擦性能调节剂为石墨与碳化硅的混合物，其中石墨占摩擦材料的重量百分数为20％，碳化硅占摩擦材料的重量百分数为15％。

上述物料按配比称重后，将配方中的组分按配比在高速搅拌机内混合，混合温度为30℃～50℃，本实施例优选为40℃，混合时间为5min。

步骤(b)中，螺杆挤出机为单螺杆挤出机，并且螺杆直径为150mm，长径比为20:1；单螺杆挤出机的挤出温度为120℃。

步骤(c)中，热压成型的工艺为，将步骤(b)中挤出的粒料计量好并置于模具中，放在热压机上加热、加压，热压固化，然后冷却、脱模，得到纤维增强陶瓷基摩擦材料，热压机的温度为200℃，压力为22～40MPa，本实施例优选为22MPa。

对比实施例

本实施例与实施例1不同之处在于：只包括配物料(即实施例1中的步骤(a))和热压成型(即实施例1中的步骤(c))，而没有挤出造粒这一步骤(即实施例1中的步骤(b)。

另外，在配物料这一步中(即实施例1中的步骤(a))，将配方中的组分按配比在高速搅拌机内混合，混合时间为10min；在热压成型步骤中(即实施例1中的步骤(c))，热压机的温度为200℃，压力为25～40MPa，并在此温度、压力条件下保持1小时。

其他的反应条件、所使用的仪器、配方中的组分及其配比与实施例1相同。

比较实施例1和对比实施例发现，实施例1中碳纤维和矿物纤维分散性更好；而且实施例1所制备的摩擦材料具有更优异的力学性能和摩擦磨损性能，其中力学性能比对比实施例提高了5％～35％，摩擦磨损性能比对比实施例提高了10％～50％。

上述实施例说明，实施例1有利于使碳纤维和附和纤维得到充分的分散和定向，有效地解决了碳纤维和附和纤维的集束性；也有利于使固体组分被粘结剂充分浸润，使得固体组分充分分散。用实施例1中的方法制备的摩擦材料具有优异的力学性能和摩擦磨损性能，而且其制备方法操作性强，便于工业化生产。

申请人声明，本发明最主要的改进点在于：在常规的热压成型前添加了“挤压造粒”这一步骤，所以采用的具体组成成分及配比并没有在实施例中列举出，本领域的技术人员应该明了，只要是在制备陶瓷基摩擦材料时，包括了配物料、挤压造粒和热压成型这三步骤，均落入了本发明的保护范围内。

申请人还声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维增强陶瓷基摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)配物料，将粘结剂、碳纤维、附和纤维、摩擦性能调节剂按配比进行称重并混合，得到混合物料；

(b)挤出造粒，将所述混合物料通过螺杆挤出机挤出造粒，得到粒料；

(c)热压成型。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述螺杆挤出机的挤出温度为100℃～145℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述螺杆挤出机的挤出温度为110℃～120℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，并且螺杆直径为150mm，长径比为20:1。

5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(a)中，配方包括如下重量份的组分，粘结剂12～18份、碳纤维15～30份、附和纤维10～30份以及摩擦性能调节剂20～40份。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述碳纤维为短切碳纤维与碳纤维粉的混合物，所述短切碳纤维的长度为3～6mm，所述碳纤维粉的目数为200～250目。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述短切碳纤维与碳纤维粉的重量比为1:1。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

所述粘结剂为热固性硼酚醛树脂粉末，并且热固性硼酚醛树脂粉末采用喷雾干燥的方法制成；

所述附和纤维为玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上，所述附和纤维的长度为3～6mm；

所述摩擦性能调节剂为石墨、碳化硅、三氧化二铝、氧化锆、二氧化硅、硫酸钡中的一种或两种以上。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(a)中，将配方中的组分按配比在高速搅拌机内混合，混合温度为30℃～50℃，混合时间为5min～15min。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，热压成型的工艺为，将步骤(b)中挤出的粒料置于模具中，放在热压机上加热、加压，热压固化，然后冷却、脱模，得到纤维增强陶瓷基摩擦材料，热压机的温度为200℃，压力为22～40MPa。