CN104371650A - 一种含有有机纳米膨润土的摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，包括如下组分：粘结剂12~15份；增强纤维10~30份；有机纳米膨润土10~50份；填料30~60份，各组分以重量份计。本发明使用有机纳米膨润土来制备高性能摩擦材料，改善了膨润土添加引起的界面不良问题，通过十六烷基三甲基溴化铵作为插层剂，将层状结构的膨润土剥离成微纳米级的片层，使膨润土与摩擦材料中的其他有机无机组分有较好的物理结合效果，提高摩擦材料的性能。本发明通过硅烷偶联剂作为膨润土的表面改性剂，使膨润土与摩擦材料中的其他有机无机组分从微观上有内部化学键的结合，从而达到更好的化学结合效果，进一步提升摩擦材料的性能。

Description

一种含有有机纳米膨润土的摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保摩擦材料的领域，具体的，涉及到一种有机纳米膨润土增强的轿车用高性能摩擦材料。

背景技术

近年来，汽车产业发展迅猛，我国已然成为一个汽车产销大国。人们对汽车用摩擦材料的要求越来越高，要求其具有合适的摩擦系数，低磨损，环保，高性能，低成本。但对于大多数企业来讲，生产中遇到的关键问题是成本太高，他们迫切希望在不改变原有产品性能的条件下降低成本。人们发现，很多填料（如，膨润土、陶土、高岭土、重晶石、碳酸钙等）来源广，价廉，可以大量加入摩擦材料。

膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具体从膨润土的结构来看，它是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型层状晶体结构，而且由于片层之间常吸附一些阳离子，这些阳离子在层间不牢固，其它阳离子进入层间会交换该类阳离子，发生离子交换现象。

然而，膨润土本身属于一种无机材料，作为填料添加到摩擦材料中，必然涉及到摩擦材料内部有机体-无机体之间的界面结合不紧密问题，从而影响材料的强度。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种无机组分和有机组分更好结合的含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

本发明的另一目的在于提供一种制备所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料的制备方法。

本发明再一个目的在于提供一种有机纳米膨润土的制备方法。

技术方案：本发明所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，包括如下组分：

粘结剂                             12~15份；

增强纤维                         10~30份；

有机纳米膨润土             10~50份；

填料                                 30~60份，

各组分以重量份计。

以有机纳米膨润土来制备高性能摩擦材料，从而改善了膨润土添加引起的界面不良问题。具体从膨润土的结构来看，它是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型层状晶体结构，而且由于片层之间常吸附一些阳离子，这些阳离子在层间不牢固，其它阳离子进入层间会交换该类阳离子，发生离子交换现象。当使用有机类插层剂，利用离子交换的方式打开蒙脱土的层间距，即可将层状结构的膨润土剥离成微纳米级的片层。根据纳米材料的特性：尺寸小，比表面积大，表面能很高，极易与其他物质发生吸附。纳米化处理后的有机膨润土用作摩擦材料的改性剂，与传统的直接添加方式相比，膨润土与摩擦材料中的其他有机无机组分有更好的结合效果，摩擦材料的性能优异。

优选地，上述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料，包括如下组分：

粘结剂                             14份；

增强纤维                         20份；

有机纳米膨润土             40份；

填料                                 45份。

优选地，所述粘结剂由腰果壳油改性酚醛树脂与丁腈胶粉按照质量比为5:1混合而成。

优选地，所述增强纤维为脱蜡芦荟纤维粉，所述脱蜡芦荟纤维粉为脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末。

优选地，所述填料由碳酸钙、长石粉、精铁矿粉和铬铁矿粉按照质量比为7:5:5:2混合而成。

本发明所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）有机纳米膨润土制备：

a、将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为6~8.5%的膨润土悬浮液，取1~10%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；

b、将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温40~90℃搅拌4~8小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；

c、搅拌完成后，放于80~90℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，装袋备用；

（2）摩擦材料制备：

a、按照重量份选取上述步骤制得的有机纳米膨润土，以及粘结剂、增强纤维和填料；

b、将各原料置于高速混合机中，搅拌20~30min使其混合均匀；

c、将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，在155~165℃的温度下预热3~5min，接着开始热压，压力设置为35~45Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气，最后再压5~10min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；

d、将上述制得的样片在180~200℃热处理6~10小时后随炉冷却，得到所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

上述步骤（1）中所述的十六烷基三甲基溴化铵作为有机插层剂，将膨润土的层状结构打开，剥离成纳米片。因为纳米材料具有颗粒尺寸小，比表面积大，表面能高等特点，所以这些剥离成片层的纳米膨润土小颗粒为了释放表面的高能，就与摩擦材料中的其他组分发生吸附作用，所以说膨润土制备成纳米级，目的是让它与其他有机无机组分有较好物理结合效果。

作为优选，所述步骤（1）中所述硅烷偶联剂溶液的配制方法，包括如下步骤：

a、选取10~30份硅烷偶联剂，加入到60~80份乙醇、5~10份水的混合溶液中，搅拌均匀；

b、在混合溶液中逐步加入少量醋酸，直至溶液PH值达到4~5，制得所述硅烷偶联剂溶液。

本发明采用硅烷偶联剂作为膨润土的有机表面改性剂，改性后的膨润土与组分中其他有机、无机组分能达到更好的化学结合效果。

作为优选，所述步骤（2）中所述增强纤维的制备方法，包括如下步骤：

a、将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

b、将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

c、重复步骤b，多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

本发明所述一种有机纳米膨润土的制备方法，包括如下步骤：

（1）将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为6~8.5%的膨润土悬浮液，取1~10%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；

（2）将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温40~90℃搅拌4~8小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；

（3）搅拌完成后，放于80~90℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，制得所述有机纳米膨润土。

有益效果：（1）本发明使用有机纳米膨润土来制备高性能摩擦材料，改善了膨润土添加引起的界面不良问题，通过十六烷基三甲基溴化铵作为插层剂，将层状结构的膨润土剥离成微纳米级的片层，使膨润土与摩擦材料中的其他有机无机组分有较好的物理结合效果，提高摩擦材料的性能；（2）本发明通过硅烷偶联剂作为膨润土的表面改性剂，使膨润土与摩擦材料中的其他有机无机组分从微观上有内部化学键的结合，从而达到更好的化学结合效果，进一步提升摩擦材料的性能；（3）本发明所需的膨润土来源广泛，价廉，在提高摩擦性能的同时，大幅度降低成本低，易推广；（4）本发明有机纳米膨润土增强的轿车用摩擦材料的制备工序简单，其纳米化过程和偶联剂处理过程工序简单，实验条件要求不高，适合企业推广生产。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本发明实施例中粘结剂为腰果壳油改性酚醛树脂，丁腈胶粉，按照5：1混合。

本发明实施例中填料为碳酸钙，长石粉，精铁矿粉，铬铁矿粉，各组分按照7：5：5：2混合。

本发明实施例中增强纤维为脱蜡芦荟纤维粉，由如下方法制备：

（1）将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

（2）将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为114℃；

（3）重复步骤（2），多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

本发明实施例中膨润土由浙江丰虹粘土化工有限公司提供，其典型化学成分如下表所示：

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	MnO2	P2O5	SO3	烧失量
													含量	59.61	19.17	6.22	7.91	2.95	2.24	0.60	0.73	0.08	0.23	0.03	0.23

对比例：用未处理的膨润土作为原料，经热压成型制得轿车用摩擦材料。

首先选用如下质量比的原料：粘结剂 14%、增强纤维21%、膨润土（未处理）13%、其他填料52%；再按上述配比，将各原料置于高速混合机中，搅拌20min使其混合均匀；将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，再将模具置于层压试验机中在160℃的温度下预热4min，接着开始热压，压力设置为40Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气；最后再压5min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；将上述制得的样片在180℃热处理8小时后随炉冷却，得到所述未处理的膨润土制得的摩擦材料。

实施例1：首先将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为6%的膨润土悬浮液，取1%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温40℃搅拌4小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；搅拌完成后，放于80℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，得到有机纳米膨润土；

选取重量份计的粘结剂12份；增强纤维10份；有机纳米膨润土10份；填料30份，置于高速混合机中，搅拌20min使其混合均匀；将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，在155℃的温度下预热3min，接着开始热压，压力设置为35Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气，最后再压5min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；将上述制得的样片在180℃热处理6小时后随炉冷却，得到所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

实施例2：首先将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为8.5%的膨润土悬浮液，取10%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温90℃搅拌8小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；搅拌完成后，放于90℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，制得有机纳米膨润土。

选取重量份计的粘结剂15份；增强纤维30份；有机纳米膨润土50份；填料60份，置于高速混合机中，搅拌30min使其混合均匀；将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，在165℃的温度下预热5min，接着开始热压，压力设置为45Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气，最后再压10min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；将上述制得的样片在200℃热处理10小时后随炉冷却，得到所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

实施例3：首先将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为7%的膨润土悬浮液，取6%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温65℃搅拌6小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；搅拌完成后，放于85℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，得到有机纳米膨润土；

选取重量份计的粘结剂14份；增强纤维20份；有机纳米膨润土40份；填料45份，置于高速混合机中，搅拌25min使其混合均匀；将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，在160℃的温度下预热4min，接着开始热压，压力设置为40Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气，最后再压8min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；将上述制得的样片在190℃热处理8小时后随炉冷却，得到所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

本发明含有有机纳米膨润土的摩擦材料与对比例得到的摩擦材料的摩擦磨损性能比较结果见表1。

表1 实施例1-3与对比例检测结果。

检测结果表明：相比对比例，改性后的有机纳米膨润土增强摩擦材料其摩擦磨损性能有较大提高，不仅符合国家标准GB/T 5763-2008中对4类片的要求，且摩擦磨损性能优良。该摩擦片制备工艺简单，成本低，环保，适合企业推广生产。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，包括如下组分：

粘结剂               12~15份；

增强纤维             10~30份；

有机纳米膨润土       10~50份；

填料                 30~60份，

各组分以重量份计。

2.根据权利要求1所述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，包括如下组分：

粘结剂               14份；

增强纤维             20份；

有机纳米膨润土       40份；

填料                  45份。

3.根据权利要求1所述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，所述粘结剂由腰果壳油改性酚醛树脂与丁腈胶粉按照质量比为5:1混合而成。

4.根据权利要求1所述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，所述增强纤维为脱蜡芦荟纤维粉，所述脱蜡芦荟纤维粉为脱蜡芦荟纤维与芦荟叶混合成的粉末。

5.根据权利要求1所述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料，其特征在于，所述填料由碳酸钙、长石粉、精铁矿粉和铬铁矿粉按照质量比为7:5:5:2混合而成。

6.根据权利要求1所述的含有有机纳米膨润土的摩擦材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）有机纳米膨润土制备：

a、将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为6~8.5%的膨润土悬浮液，取1~10%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；

b、将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温40~90℃搅拌4~8小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；

c、搅拌完成后，放于80~90℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，装袋备用；

（2）摩擦材料制备：

a、按照重量份选取上述步骤制得的有机纳米膨润土，以及粘结剂、增强纤维和填料；

b、将各原料置于高速混合机中，搅拌20~30min使其混合均匀；

c、将混合好的原料放入模具中，再将模具置于层压试验机中，在155~165℃的温度下预热3~5min，接着开始热压，压力设置为35~45Mpa，先压1min，打开模具放气，合模再压1min，再放气，最后再压5~10min，取出模具，脱模，样片冷却至室温；

d、将上述制得的样片在180~200℃热处理6~10小时后随炉冷却，得到所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料。

7.根据权利要求6所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述硅烷偶联剂溶液的配制方法，包括如下步骤：

a、选取10~30份硅烷偶联剂，加入到60~80份乙醇、5~10份水的混合溶液中，搅拌均匀；

b、在混合溶液中逐步加入少量醋酸，直至溶液PH值达到4~5，制得所述硅烷偶联剂溶液。

8.根据权利要求6所述含有有机纳米膨润土的摩擦材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述增强纤维的制备方法，包括如下步骤：

a、将新鲜芦荟去肉，留下芦荟皮和芦荟叶晾干、研碎得到芦荟粉；

b、将芦荟粉在甲苯/乙醇按2：1配置的混合溶液中进行提取，提取时油浴温度为111℃～117℃；

c、重复步骤b，多次提取，直至提取器中溶液变为无色，取出芦荟粉，55℃烘干，得到所述脱腊芦荟纤维粉。

9.一种有机纳米膨润土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将钠基膨润土与蒸馏水配制成浓度为6~8.5%的膨润土悬浮液，取1~10%的季铵盐十六烷基三甲基溴化铵加入膨润土悬浮液中；

（2）将配好的膨润土悬浮液置于搅拌器中恒温40~90℃搅拌4~8小时，冷却后，加入硅烷偶联剂溶液，搅拌均匀；

（3）搅拌完成后，放于80~90℃的鼓风干燥箱中，直至干燥结块，将制得的块状膨润土粉碎、研磨、过筛，制得所述有机纳米膨润土。