CN104230362B - 一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摩擦材料的原料处理技术领域，尤其是一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，通过改性处理和保养步骤，并具体通过对改性处理和保养步骤的参数以及改性处理步骤中的操作方法，使得陶瓷纤维的性能得到较大程度的改善，进一步的提高了陶瓷纤维的柔韧性、耐磨性、以及耐高温性，进而从为制作较优性能的碳基陶瓷制动片提供可靠的保障，降低了碳基陶瓷制动片制作材料的局限性，降低了碳基陶瓷制动片的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料的原料处理技术领域，尤其是一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法。
背景技术
碳基陶瓷制动片在现有技术中，均是采用碳素原料与陶瓷纤维进行混合，并加入其它原料物质进行再一定的温度环境下搅拌均匀，在进行模压成型后，热处理(调质)处理后，打磨获得。在该工艺中，对于原料纤维的选取是确保制备的碳基陶瓷制动片质量的关键环节之一，为此，对于其原料进行处理，使得其符合碳基陶瓷制动片制作的要求，通常需要对原料进行改性处理。
目前，对于陶瓷纤维的应用领域较为宽泛，有大量的采用陶瓷作为原料来生产制动片，但是，对于陶瓷进行改性处理后的工艺还未出现，特别是针对碳基陶瓷制动片中，以陶瓷作为原料时，对陶瓷纤维进行改性处理的技术方案还维持出现过，并且现有技术中的陶瓷碳纤维用以制作碳基陶瓷制动片的效果也较为不理想，得到的碳基陶瓷制动片的性能也较为不理想。
为此，本研究人员结合碳基陶瓷制动片的制备工艺，对碳基陶瓷的原料进行研究与探索，结合制作出来的碳基陶瓷制动片的性能变化情况，为碳基陶瓷制动片用原料领域提供了一种新思路。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其具有高韧性、高抗磨损、耐高温性能的特征。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)改性处理：取陶瓷纤维3kg，置于惰性材料桶内，并将3kg陶瓷纤维分成5份，每放置一份陶瓷纤维在惰性材料桶内，并摊铺平整后，再向上面撒一层纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶，其中纳米二氧化硅粉末与石墨溶胶的质量比为(0.5-0.7)：(0.1-0.5)，纳米二氧化硅的总用量为3kg，每一层撒的重量相等；待摊铺完陶瓷纤维，并撒完纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶之后，在顶层洒上0.03kg的澄清石灰水，并存放4-5h后，再盖上一层生石灰，生石灰的用量为0.5-1.1kg，采用生石灰重量1.3％的水分喷洒表面，并在10min将温度升高至180-210℃，恒温1-3h，并撒入陶瓷纤维重量2-7％的食盐水，其中食盐水的浓度为15-45％，再将温度在20min升高至1100-1170℃，恒温0.5h，将惰性材料桶置于旋转机上，并加入重量为陶瓷纤维1.1-1.3倍的酚醛树脂熔融液，在5-10min升温至温度为1300-1450℃后，开启旋转机进行旋转，旋转速度为50-100r/min，旋转处理1-3h后，再将惰性材料桶置于温度为0-5℃的环境中，并加鼓风机进行鼓风冷却，使得惰性材料桶在10-20min冷却至80-90℃后，将其移入自然环境中，待用；
(2)保养：将步骤1)处理完成的材料置于蒸汽温度为110-130℃的环境中，进行蒸汽保湿保温处理1-20h，并在蒸汽保湿保温处理时，采用澄清石灰水喷洒处理，澄清石灰水中的钙离子含量为2-7％，澄清石灰水的用量为陶瓷纤维的0.7-0.9倍重量；蒸汽保湿保温处理的蒸汽为水蒸气，蒸汽保温保湿处理结束后，再将其从惰性材料桶中取出，并置于烘干机中，采用温度为120-130℃的温度进行烘干处理1-3h，再将其进行过筛处理，筛除微米级粉末物质，即可获得陶瓷纤维。
所述的惰性材料桶是指其中充有惰性气体材料的桶。
所述的桶为木桶、铁桶、铝桶中的一种。
所述的惰性气体材料是指氮气、氩气、氦气中的一种。
所述的微米级粉末物质是指粉末的颗粒度的数量级单位达不到1mm的粉末物质。
所述的陶瓷纤维其性能为浅灰色纤维状，长度1～3mm，丝径10～15μm，水分含量在300℃时＜1.5％，目数不大于230目的渣球含量＜1.0％。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
①通过改性处理和保养步骤，并具体通过对改性处理和保养步骤的参数以及改性处理步骤中的操作方法，使得陶瓷纤维的性能得到较大程度的改善，进一步的提高了陶瓷纤维的柔韧性、耐磨性、以及耐高温性，进而从为制作较优性能的碳基陶瓷制动片提供可靠的保障，降低了碳基陶瓷制动片制作材料的局限性，降低了碳基陶瓷制动片的制作成本。
②通过对陶瓷纤维采用纳米二氧化硅和石墨溶胶，并在制作过程中，采用钙离子溶液和酚醛树脂进行高温改性处理，使得陶瓷纤维的性能和结构得到改善，提高陶瓷纤维的韧性和抗摩擦、抗磨损性能，增强以该改性陶瓷纤维为原料制作的碳基陶瓷制动片的抗磨损、耐高温性能。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)改性处理：取陶瓷纤维3kg，置于惰性材料桶内，并将3kg陶瓷纤维分成5份，每放置一份陶瓷纤维在惰性材料桶内，并摊铺平整后，再向上面撒一层纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶，其中纳米二氧化硅粉末与石墨溶胶的质量比为0.5：0.1，纳米二氧化硅的总用量为3kg，每一层撒的重量相等；待摊铺完陶瓷纤维，并撒完纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶之后，在顶层洒上0.03kg的澄清石灰水，并存放4h后，再盖上一层生石灰，生石灰的用量为0.5kg，采用生石灰重量1.3％的水分喷洒表面，并在10min将温度升高至180℃，恒温1h，并撒入陶瓷纤维重量2％的食盐水，其中食盐水的浓度为15％，再将温度在20min升高至1100℃，恒温0.5h，将惰性材料桶置于旋转机上，并加入重量为陶瓷纤维1.1倍的酚醛树脂熔融液，在5min升温至温度为1300℃后，开启旋转机进行旋转，旋转速度为50r/min，旋转处理1h后，再将惰性材料桶置于温度为0℃的环境中，并加鼓风机进行鼓风冷却，使得惰性材料桶在10min冷却至80℃后，将其移入自然环境中，待用；
(2)保养：将步骤1)处理完成的材料置于蒸汽温度为110℃的环境中，进行蒸汽保湿保温处理1h，并在蒸汽保湿保温处理时，采用澄清石灰水喷洒处理，澄清石灰水中的钙离子含量为2％，澄清石灰水的用量为陶瓷纤维的0.7倍重量；蒸汽保湿保温处理的蒸汽为水蒸气，蒸汽保温保湿处理结束后，再将其从惰性材料桶中取出，并置于烘干机中，采用温度为120℃的温度进行烘干处理1h，再将其进行过筛处理，筛除微米级粉末物质，即可获得陶瓷纤维。
惰性材料桶是指其中充有惰性气体材料的桶。
桶为木桶。
惰性气体材料是指氮气。
微米级粉末物质是指粉末的颗粒度的数量级单位达不到1mm的粉末物质。
改性后的陶瓷纤维其性能为浅灰色纤维状，长度1mm，丝径10μm，水分含量在300℃时1.45％，目数不大于230目的渣球含量为0.9％。
实施例2
一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)改性处理：取陶瓷纤维3kg，置于惰性材料桶内，并将3kg陶瓷纤维分成5份，每放置一份陶瓷纤维在惰性材料桶内，并摊铺平整后，再向上面撒一层纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶，其中纳米二氧化硅粉末与石墨溶胶的质量比为0.7：0.5，纳米二氧化硅的总用量为3kg，每一层撒的重量相等；待摊铺完陶瓷纤维，并撒完纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶之后，在顶层洒上0.03kg的澄清石灰水，并存放5h后，再盖上一层生石灰，生石灰的用量为1.1kg，采用生石灰重量1.3％的水分喷洒表面，并在10min将温度升高至210℃，恒温3h，并撒入陶瓷纤维重量7％的食盐水，其中食盐水的浓度为45％，再将温度在20min升高至1170℃，恒温0.5h，将惰性材料桶置于旋转机上，并加入重量为陶瓷纤维1.3倍的酚醛树脂熔融液，在10min升温至温度为1450℃后，开启旋转机进行旋转，旋转速度为100r/min，旋转处理3h后，再将惰性材料桶置于温度为5℃的环境中，并加鼓风机进行鼓风冷却，使得惰性材料桶在20min冷却至90℃后，将其移入自然环境中，待用；
(2)保养：将步骤1)处理完成的材料置于蒸汽温度为130℃的环境中，进行蒸汽保湿保温处理20h，并在蒸汽保湿保温处理时，采用澄清石灰水喷洒处理，澄清石灰水中的钙离子含量为7％，澄清石灰水的用量为陶瓷纤维的0.9倍重量；蒸汽保湿保温处理的蒸汽为水蒸气，蒸汽保温保湿处理结束后，再将其从惰性材料桶中取出，并置于烘干机中，采用温度为130℃的温度进行烘干处理3h，再将其进行过筛处理，筛除微米级粉末物质，即可获得陶瓷纤维。
惰性材料桶是指其中充有惰性气体材料的桶。
桶为铁桶。
惰性气体材料是指氩气。
微米级粉末物质是指粉末的颗粒度的数量级单位达不到1mm的粉末物质。
改性后的陶瓷纤维其性能为浅灰色纤维状，长度3mm，丝径15μm，水分含量在300℃时为1.1％，目数不大于230目的渣球含量0.9％。
实施例3
一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，包括以下步骤：
(1)改性处理：取陶瓷纤维3kg，置于惰性材料桶内，并将3kg陶瓷纤维分成5份，每放置一份陶瓷纤维在惰性材料桶内，并摊铺平整后，再向上面撒一层纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶，其中纳米二氧化硅粉末与石墨溶胶的质量比为0.5：0.5，纳米二氧化硅的总用量为3kg，每一层撒的重量相等；待摊铺完陶瓷纤维，并撒完纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶之后，在顶层洒上0.03kg的澄清石灰水，并存放4.5h后，再盖上一层生石灰，生石灰的用量为0.9kg，采用生石灰重量1.3％的水分喷洒表面，并在10min将温度升高至200℃，恒温2h，并撒入陶瓷纤维重量5％的食盐水，其中食盐水的浓度为30％，再将温度在20min升高至1140℃，恒温0.5h，将惰性材料桶置于旋转机上，并加入重量为陶瓷纤维1.2倍的酚醛树脂熔融液，在8min升温至温度为1330℃后，开启旋转机进行旋转，旋转速度为80r/min，旋转处理2h后，再将惰性材料桶置于温度为3℃的环境中，并加鼓风机进行鼓风冷却，使得惰性材料桶在15min冷却至85℃后，将其移入自然环境中，待用；
(2)保养：将步骤1)处理完成的材料置于蒸汽温度为120℃的环境中，进行蒸汽保湿保温处理15h，并在蒸汽保湿保温处理时，采用澄清石灰水喷洒处理，澄清石灰水中的钙离子含量为5％，澄清石灰水的用量为陶瓷纤维的0.8倍重量；蒸汽保湿保温处理的蒸汽为水蒸气，蒸汽保温保湿处理结束后，再将其从惰性材料桶中取出，并置于烘干机中，采用温度为125℃的温度进行烘干处理2h，再将其进行过筛处理，筛除微米级粉末物质，即可获得陶瓷纤维。
惰性材料桶是指其中充有惰性气体材料的桶。
桶为铝桶。
惰性气体材料是指氦气。
微米级粉末物质是指粉末的颗粒度的数量级单位达不到1mm的粉末物质。
改性后的陶瓷纤维其性能为浅灰色纤维状，长度2mm，丝径13μm，水分含量在300℃时为0.9％，目数不大于230目的渣球含量为0.5％。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的解释和说明，并不是对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员在此基础上做出的非显著进步的改进，均属于本发明的保护范畴。
Claims (6)
1.一种碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)改性处理：取陶瓷纤维3kg，置于惰性材料桶内，并将3kg陶瓷纤维分成5份，每放置一份陶瓷纤维在惰性材料桶内，并摊铺平整后，再向上面撒一层纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶，其中纳米二氧化硅粉末与石墨溶胶的质量比为(0.5-0.7)：(0.1-0.5)，纳米二氧化硅的总用量为3kg，每一层撒的重量相等；待摊铺完陶瓷纤维，并撒完纳米二氧化硅粉末和石墨溶胶之后，在顶层洒上0.03kg的澄清石灰水，并存放4-5h后，再盖上一层生石灰，生石灰的用量为0.5-1.1kg，采用生石灰重量1.3％的水分喷洒表面，并在10min将温度升高至180-210℃，恒温1-3h，并撒入陶瓷纤维重量2-7％的食盐水，其中食盐水的浓度为15-45％，再将温度在20min升高至1100-1170℃，恒温0.5h，将惰性材料桶置于旋转机上，并加入重量为陶瓷纤维1.1-1.3倍的酚醛树脂熔融液，在5-10min升温至温度为1300-1450℃后，开启旋转机进行旋转，旋转速度为50-100r/min，旋转处理1-3h后，再将惰性材料桶置于温度为0-5℃的环境中，并加鼓风机进行鼓风冷却，使得惰性材料桶在10-20min冷却至80-90℃后，将其移入自然环境中，待用；
(2)保养：将步骤1)处理完成的材料置于蒸汽温度为110-130℃的环境中，进行蒸汽保湿保温处理1-20h，并在蒸汽保湿保温处理时，采用澄清石灰水喷洒处理，澄清石灰水中的钙离子含量为2-7％，澄清石灰水的用量为陶瓷纤维的0.7-0.9倍重量；蒸汽保湿保温处理的蒸汽为水蒸气，蒸汽保温保湿处理结束后，再将其从惰性材料桶中取出，并置于烘干机中，采用温度为120-130℃的温度进行烘干处理1-3h，再将其进行过筛处理，筛除微米级粉末物质，即可获得陶瓷纤维。
2.如权利要求1所述的碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，所述的惰性材料桶是指其中充有惰性气体材料的桶。
3.如权利要求2所述的碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，所述的桶为木桶、铁桶、铝桶中的一种。
4.如权利要求2所述的碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，所述的惰性气体材料是指氮气、氩气、氦气中的一种。
5.如权利要求1所述的碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，所述的微米级粉末物质是指粉末的颗粒度的数量级单位达不到1mm的粉末物质。
6.如权利要求1所述的碳基陶瓷制动片原料中的陶瓷纤维改性方法，其特征在于，所述的陶瓷纤维其性能为浅灰色纤维状，长度1～3mm，丝径10～15μm，水分含量在300℃时＜1.5％，目数不大于230目的渣球含量＜1.0％。
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