CN104389231A - 一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，采用电泳沉积法在纸基摩擦材料预制体表面沉积碳化硅涂层，并通过喷涂改性酚醛树脂乙醇溶液、热压固化等工艺制备出表面结构均匀致密、与基体结合紧密的碳化硅涂层，本发明制备的碳化硅涂层与纸基摩擦材料预制体结合紧密，能够有效改善材料在磨损过程中的界面状态，有利于提高材料的摩擦磨损性能，本发明通过电泳沉积制备碳化硅涂层工艺简单、原料易得、生产周期短、成本低，具有广阔的发展前景。

Description

一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种湿式纸基摩擦材料，尤其涉及一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法。
背景技术
湿式摩擦材料是指工作于润滑介质中的摩擦材料，主要应用于自动变速器、差速器、扭矩管理器和同步器等湿式传动系统。对于湿式摩擦材料，界面状态对材料性能影响很大，良好的界面可以提高湿式摩擦材料的摩擦学性能，减少制动过程中噪音的产生，为高速啮合和分离时摩擦材料维持相对连续的摩擦提高保证。到目前为止，改善摩擦材料界面状态，已经成为了提高摩擦材料摩擦磨损性能的有效途径。申请号为CN20130529853.X的中国专利“一种真空浸渍碳布湿式摩擦材料的方法”，采用在真空条件下抽滤树脂溶液，减少浸渍时间，使树脂分布较为均匀，减少了热压过程树脂向材料表面的溢出量，改善了摩擦材料表面的界面状态。但是其对设备要求较高。申请号为CN201280036450.5的中国专利“湿式摩擦材料”制备的摩擦材料通过加入原纤化纳米纤维以及摩擦调节颗粒从而在摩擦过程中产生一个摩擦接界表面，有效改善材料的摩擦性能。但是其在连续制动过程中动摩擦系数较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种在摩擦材料预制体表面进行定向沉积，改善材料的表面状态，提高材料的摩擦磨损性能的电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：包括以下步骤：
步骤一：将碳纤维、纸纤维、芳纶纤维和填料采用湿法制浆工艺均匀分散于水中，连续搅拌，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺将预制体浆液制备成摩擦材料预制体，烘干后，得到预制体A，其中，碳纤维、纸纤维、芳纶纤维和填料的质量百分比为：(20‐40)：(10‐20)：(20‐35)：(20‐35)；
步骤二：取浓度为0.01‐0.02g/mL的碳化硅悬浊液，超声分散后，连续搅拌6‐12h后向其中加入碘，其中，每加入500mL的碳化硅悬浊液时，向其中加入0.5‐1g的碘，超声分散后，连续搅拌24‐36h，得到电泳沉积液；
步骤三：将预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法进行定向电泳沉积碳化硅涂层，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：向步骤三)得到的预制体B上喷涂改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的15‐30％，然后将含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸经热压固化得到电泳沉积改性纸基摩擦材料。
所述的碳纤维采用长度为0.1‐1mm的聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。
所述的填料为无机填料。
所述的无机填料包括高岭土、硅藻土、石英粉、萤石粉、硫酸钡中的多种任意比例的混合物。
所述的浓度为0.01‐0.02g/mL的碳化硅悬浊液通过将5‐10g碳化硅分散于500‐1000mL异丙醇得到。
所述的步骤一)中搅拌的转速为10000r/min，时间为30min。
所述的直流电沉积法的电压为200‐600V、占空比为40‐60％，温度为室温，时间为1‐2min。
所述的热压固化方法为：将含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。
所述的改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量15‐30％的改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
所述的改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛树脂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用直流电泳沉积的方法，在预制体表面进行定向电泳沉积，将电泳沉积液定向沉积于预制体表面，从而填充预制体表面，形成致密的碳化硅涂层，能够有效改善材料的界面状态，提高材料的摩擦学性能，本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料具有优异的摩擦磨损性能，按照GB/T 13826‐2008技术标准检测，其动摩擦系数达到0.14‐0.16，摩擦材料磨损率小于1.1×10‐8cm3/J，展现出了优异的摩擦磨损性能。
附图说明
图1为本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料SEM示意图；
图2为未改性样品表面SEM示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
步骤一：按照质量百分比将30.0％的碳纤维、15.4％的纸纤维、27.6％芳纶纤维、10％的高岭土、12.3％的硅藻土以及4.7％的石英粉，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A；
步骤二：取5g碳化硅分散于500mL异丙醇中制成浓度为0.01g/mL的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌6h，然后加入1g的碘，超声分散30min，连续搅拌24h，得到电泳沉积液；
步骤三：将预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为400V、占空比为50％的条件下进行电泳沉积1min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂硼改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完硼改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中硼改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的20％，然后将含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料；
其中，硼改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量20％的硼改性酚醛树脂溶于乙醇中得到；
本发明制备的纸基摩擦材料1MPa、2000的动摩擦系数为0.15，磨损率为0.9×10‐8cm3/J。
实施例2：
步骤一：按照质量百分比将33.2％的碳纤维、15.8％的纸纤维、26.0％的芳纶纤维、11.0％的高岭土、8.6％的硅藻土以及5.4％的萤石粉，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取10g碳化硅分散于500mL异丙醇中制成浓度为0.02g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌8h，然后加入0.6g的碘，超声分散30min，连续搅拌36h，得到电泳沉积液；
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为500V、占空比为60％的条件下进行电泳沉积2min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中腰果壳油改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的29.6％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
其中，腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量的29.6％的腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中得到；
本发明制备的摩擦材料的动摩擦系数为0.16，磨损率为1.1×10‐8cm3/J。
实施例3：
步骤一：按照质量百分比将30.7％的碳纤维、10.4％的纸纤维、30.6％的芳纶纤维、13.6％的高岭土、11.4％的硅藻土和3.3％的硫酸钡，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取8g碳化硅分散于1000ml异丙醇中制成浓度为0.0125g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌12h，然后加入0.8g的碘，超声分散30min，连续搅拌27h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为200V、占空比为40％的条件下进行电泳沉积1.5min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中丁腈改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的25.4％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料的动摩擦系数为0.14，磨损率为1.0×10‐8cm3/J。
其中，丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量25.4％的丁腈改性酚醛树脂溶于乙醇中得到；
实施例4：
步骤一：按照质量百分比将23.7％的碳纤维、16.6％的纸纤维、26.3％的芳纶纤维、13.6％高岭土、10.4％的硫酸钡和9.4％的萤石粉，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取8g碳化硅分散于1000ml异丙醇中制成浓度为0.0125g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌10h，然后加入0.8g的碘，超声分散30min，连续搅拌24h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为500V、占空比为50％的条件下进行电泳沉积1.0min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中丁腈改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的23％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料的动摩擦系数为0.14，磨损率为1.0×10‐8cm3/J。
其中，丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量23％的丁腈改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
实施例5：
步骤一：按照质量百分比将37.7％的碳纤维、16.4的纸纤维、21.6％的芳纶纤维、3.6％的萤石粉、17.4％的硅藻土、3.3％的高岭土，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取5g碳化硅分散于500ml异丙醇中制成浓度为0.01g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌12h，然后加入0.5g的碘，超声分散30min，连续搅拌36h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为400V、占空比为60％的条件下进行电泳沉积2min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤二：取5g碳化硅分散于500ml异丙醇中制成浓度为0.01g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌12h，然后加入1g的碘，超声分散30min，连续搅拌30h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为300V、占空比为50％的条件下进行电泳沉积1.5min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含丁腈改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中丁腈改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的22％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
其中，丁腈改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量22％的丁腈改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料的动摩擦系数为0.16，磨损率为1.1×10‐8cm3/J。
实施例7：
步骤一：按照质量百分比将20％的碳纤维、20％的纸纤维、35％的芳纶纤维、11.6％的高岭土、8.4％的硅藻土以及5％的石英粉，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取5g碳化硅分散于500ml异丙醇中制成浓度为0.01g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌12h，然后加入1g的碘，超声分散30min，连续搅拌30h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为300V、占空比为50％的条件下进行电泳沉积1.5min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含腰果壳油改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中腰果壳油改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的23.5％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
其中，腰果壳油改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量23.5％的腰果壳油改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
实施例8：
步骤一：按照质量百分比将40％的碳纤维、10％的纸纤维、20％的芳纶纤维、15.6％的高岭土、5.4％的硅藻土和石英粉9％，采用湿法制浆工艺将其均匀分散于水溶液中，在10000r/min的转速下连续搅拌30min，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺制备出摩擦材料预制体烘干后将其裁剪为10cm×10cm，得到预制体A。
步骤二：取5g碳化硅分散于500ml异丙醇中制成浓度为0.01g/ml的碳化硅悬浊液，超声分散30min后，连续搅拌12h，然后加入1g的碘，超声分散30min，连续搅拌30h，得到电泳沉积液。
步骤三：将纸基摩擦材料预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法在室温下电压为300V、占空比为50％的条件下进行电泳沉积1.5min，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：称量预制体B质量，向步骤三)得到的预制体B上喷涂硼改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完硼改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含硼改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中硼改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的24％，然后将其在热压温度160℃、压力5MPa的条件下，热压10分钟，获得电泳沉积改性纸基摩擦材料。
其中，硼改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量24％的硼改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
对比图1和图2，图1为本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料，通过对比可知与未改性样品表面SEM照片相比，本发明制备的电泳沉积改性纸基摩擦材料表面有一层均匀致密的碳化硅膜，证明了本发明有效改性了纸基摩擦材料。

Claims (10)

1.一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将碳纤维、纸纤维、芳纶纤维和填料采用湿法制浆工艺均匀分散于水中，连续搅拌，得到预制体浆液，然后采用抄纸成型工艺将预制体浆液制备成摩擦材料预制体，烘干后，得到预制体A，其中，碳纤维、纸纤维、芳纶纤维和填料的质量百分比为(20-40)∶(10-20)∶(20-35)∶(20-35)；
步骤二：取浓度为0.01-0.02g/mL的碳化硅悬浊液，超声分散后，连续搅拌6-12h后向其中加入碘，其中，每加入500mL的碳化硅悬浊液时，向其中加入0.5-1g的碘，超声分散后，连续搅拌24-36h，得到电泳沉积液；
步骤三：将预制体A固定于电泳装置的阴极，并将其置于电泳沉积液中采用直流电沉积法进行定向电泳沉积碳化硅涂层，随后取出试样，晾干后得到预制体B；
步骤四：向步骤三)得到的预制体B上喷涂改性酚醛树脂乙醇溶液，待喷涂完改性酚醛树脂乙醇溶液后自然晾干，得到含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸，该含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸中改性酚醛树脂的质量为预制体B质量的15-30％，然后将含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸经热压固化得到电泳沉积改性纸基摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维采用长度为0.1-1mm的聚丙烯腈基碳纤维或沥青基碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的填料为无机填料。
4.根据权利要求3所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的无机填料为高岭土、硅藻土、石英粉、萤石粉、硫酸钡中的多种任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的浓度为0.01-0.02g/mL的碳化硅悬浊液通过将碳化硅分散于异丙醇得到。
6.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤一)中搅拌的转速为10000r/min，时间为30min。
7.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的直流电沉积法的电压为200-600V、占空比为40-60％，温度为室温，时间为1-2min。
8.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的热压固化方法为：将含改性酚醛树脂的摩擦材料原纸在压力为5MPa、温度为160℃的条件下热压10分钟。
9.根据权利要求1所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的改性酚醛树脂乙醇溶液通过将质量为预制体B质量15-30％的改性酚醛树脂溶于乙醇中得到。
10.根据权利要求1或9所述的一种电泳沉积改性纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的改性酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂或丁腈改性酚醛树脂。
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