CN104449571A - 一种炭纤维摩擦粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于摩擦材料技术领域，具体涉及一种炭纤维摩擦粒的制备方法。以水、分散剂、短切炭纤维、微细无机粉料、树脂粉末为原料；经过对分散剂的溶解、并与短切炭纤维、微细无机粉料、树脂粉末倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料；将浆料挤出，摊成片状，加热烘干，获得半干摩擦物料；将半干摩擦物料混炼成片状；继续晾干，获得片物料；将片物料扎压成模塑料颗粒；经筛选分级、固化，获得炭纤维摩擦粒。本发明在很大程度上降低了摩擦材料的磨损率，同时利用炭纤维的蓬松搭构获得多孔隙高阻尼复合材料，获得低磨损、低硬度、无噪音、低热衰退的摩擦材料，本发明简单的工艺，实现了炭纤维的分散和与树脂的良好浸润。

Description

一种炭纤维摩擦粒的制备方法

技术领域

本发明属于摩擦材料技术领域，具体涉及一种用于制动设备或部件的炭纤维摩擦粒的制备方法。

背景技术

应用于制动的摩擦材料，其主要功能是将动能转变为其它形式的能量，从而逐步降低刹车片和被它贴合的对偶部件之间的相对运动速度，直至停止运动，达到制动目的。要使刹车副完成上述制动过程，理想的摩擦材料应具有以下性能：足够而稳定的摩擦因数；高的导热性与耐热性；高的耐磨性；良好的耐油、湿和腐蚀能力；足够的强度；在和被贴合的部件进行摩擦接触时产生很少或不产生噪声；在工作中不发生黏结或咬合；原材料来源充裕，价格性能比高，具有良好的工艺性能等。

目前，很大一部分刹车片产品，主要是通过将动能转变为切削能或热能等方式达到制动效果。这些材料一般都存在热衰退、摩擦噪音、颤动、磨损较大等现象。随着汽车行业的蓬勃发展以及人们消费重心的转移和消费水平的提高，对刹车片的需求量越来越大的同时，对其安全、环保、舒适性等方面的要求也越来越高，尤其是噪音、制动舒适性等方面，国内以前普遍对此缺乏关注。

文献“Nishiwakim,OkamuraH,Harada H,etal Study on disc brake squeal[R].SAEPaper,NO.890864.1989.”“贾宏禹，材料的粘弹性对摩擦片振动与制动噪声的影响[D].武汉理工大学.”认为高阻尼摩擦材料是抑制制动噪音的首要考虑。采用高阻尼多孔材料，可以有效消除噪音，增加制动舒适性。还可以有效的吸收动能，并能增加有效摩擦接触面积，多孔结构可以吸收热解小分子，减缓“气垫”造成的摩擦系数波动。国内外部分厂家采用造粒工艺制备出各种高孔隙率的摩擦颗粒，有效的提高刹车片的耐磨性能和热稳定性，但由于摩擦颗粒内部强度不足以及摩擦颗粒之间的结合不牢固，这种刹车片普遍存在强度较低的缺点，尤其是抗冲击强度，很难达到要求，对其制动安全性有一定的影响，从而限制了摩擦颗粒的应用。

专利ZL 200610039959.1通过普通造粒工艺采用纤维增强石墨摩擦粒，较好的解决了石墨摩擦粒内部强度较低的问题。

常用的造粒方法包括搅拌造粒、辊筒造粒、挤出造粒、网孔式造粒机造粒、扎片—破碎造粒等。

如文献“王振玉,宋黎,王铁山.摩擦材料混料造粒一体机的研制[J].非金属矿,2010,33(3):66-67”采用铰刀搅拌混料造粒。辊筒造粒是采用少量造粒剂剂通过核化、团聚、滚制、墩圆而实现颗粒化，粘结剂可以是常温造粒剂或高温造粒剂，采用高温造粒剂时需要加热辊筒。如专利ZL 200610044212.5采用蜂蜜作为常温造粒剂制备摩擦材料。但这些工艺普遍只适合粉体，纤维加入极易成团或剪切成粉末，尤其不适合炭纤维。

挤出造粒一般是采用湿法，通过螺杆挤出机挤出成条并短切、墩圆，设备投资较大。为保证物料的流动性，纤维含量较低且一般被剪切、磨碎至1mm以下，增强效果被大大削弱。

专利申请号200710015984.0采用网孔式造粒机制备摩擦粒，获得性能较好的刹车片。笔者尝试这种工艺制备纤维增强摩擦颗粒，其纤维—树脂结合力极差，增强效果有限，颗粒强度极低。且纤维长度较长时，由于纤维的蓬松性，颗粒的孔隙率过大，甚至不能成型为颗粒。

扎片—破碎—二次模压制备摩擦材料法可以较好的改善树脂与纤维、粉体的浸润性。如文献“刘耀宗,等.树脂基摩擦材料二次压制工艺研究[J].非金属矿,2004,27(6):53-55”。通过热辊压制制成2-4mm薄片，将薄片破碎后进行二次模压。所得刹车片稳定性得到极大的提高，但同时也带来密度增大的问题。

上述工艺基本适用于粉体和少纤维配方的造粒，并不适用于炭纤维配方。专利申请号95108742.8，专利ZL 01130477.4采用炭纤维、钢棉纤维、有机纤维、矿物纤维等混杂增强制备了性能较好的盘式制动衬片。其炭纤维是一种具有独特性能的军民两用材料，被誉为当今世界材料综合性能的尖端产品，其具有优良的热稳定性、适中的热导率、良好的耐酸碱腐蚀和较高的力学性能，且硬度低、耐磨损，应用于摩擦材料，不仅可以调节摩擦系数、硬度、抗冲击强度等并降低磨损率。但炭纤维的分散一直是一个难题，不仅仅影响了炭纤维作用的发挥，使其用量很难提高，甚至由于分散不均反而会带来负面的影响，造成高温摩擦系数不稳，磨损增大。采用常用的干法工艺，炭纤维含量过高时成团严重，带来很多负面影响。文献“张西奎,等.炭纤维含量对摩擦材料性能的影响[J].机械工程材料,2003,27(7):49-51”对干法制备炭纤维摩擦材料中炭纤维含量作系列研究认为5％的含量比较合适，这是基于炭纤维含量增加后摩擦系数偏低、高温欠稳定等现象而做出的选择。但相反，文献“Gopal P.Load,Speed and temperature sensitivities of acarbon-fiber-reinforced phenolic friction material”认为炭纤维增强酚醛树脂摩擦材料有良好的恢复性能，以及在高温、高速下比玻璃纤维摩擦材料更高的摩擦系数和低的磨损率。因此，若炭纤维得不到有效的应用，是很难发挥其在摩擦材料中的优良特性的。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术中存在的问题，提供一种低磨损、低硬度、无噪音、低热衰退的炭纤维摩擦粒的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种炭纤维摩擦粒的制备方法，包括下列重量份数的原料：

水90～100份、分散剂0.3～2份、短切炭纤维5～10份、微细无机粉料5～20份、树脂粉末5～10份；其中：包括以下步骤：

(1)取水90～100份、分散剂0.3～2份，放入带有出料螺杆的混捏锅内进行充分溶解制得分散剂的溶解液；

(2)然后再将短切炭纤维5～10份、微细无机粉料5～20份、树脂粉末5～10份也依次倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料；

(3)将浆料通过混捏锅的出料螺杆挤出，落在钢带输送机上，摊成片状，再自然晾干或通过烘干仪在45～80℃的温度下加热烘干，获得含水率在5～15％的半干摩擦物料；

(4)将半干摩擦物料在15～20℃下通过辊混炼机混炼成厚度为1～5mm的片状；

(5)继续晾干，获得含水率在3～8％的片物料；

(6)然后将片物料用对辊造粒机在温度为0～180℃的条件下一次性扎压成直径为1～8mm的模塑料颗粒；

(7)将制得的模塑料颗粒经筛选机筛选分级，筛选目数为5～20目，在100～120℃下固化2～6小时，获得炭纤维摩擦粒。

所述的分散剂是甲基纤维素、羧甲基纤维素、木质纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的任意一种；

所述的短切炭纤维是采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维；

所述的微细无机粉料是100～200目的石墨粉、焦粉、氧化锌、氧化铝、铬铁矿粉、硫磺、水合硅酸钠、碳酸钙、硫酸钡、膨胀蛭石、高岭土、锆英石、萤石粉、尖晶石粉中的任意一种或几种。

所述的树脂粉末是100～200目的酚醛树脂、改性酚醛树脂、脲醛树脂、改性脲醛树脂中的任意一种或几种。

与现有技术相比，本发明炭纤维摩擦粒在很大程度上降低了摩擦材料的磨损率，同时利用炭纤维的蓬松搭构获得多孔隙高阻尼复合材料，从而获得低磨损、低硬度、无噪音、低热衰退的摩擦材料，本发明简单的工艺，实现了炭纤维的分散和与树脂的良好浸润。

具体实施方式

实施例1

本实施例一种炭纤维摩擦粒的制备方法，包括下列重量份数的原料：

水90份、甲基纤维素0.3份、采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维5份、100目的石墨粉5份、100目的酚醛树脂5份；

具体制备方法：包括以下步骤：

(1)取水90份、甲基纤维素0.3份，放入带有出料螺杆的混捏锅内进行充分溶解制得甲基纤维素的溶解液；

(2)然后再将采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维5份、100目的石墨粉5份、100目的酚醛树脂5份也依次倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料；

(3)将浆料通过混捏锅的出料螺杆挤出，落在钢带输送机上，摊成片状，再自然晾干，获得含水率在5％的半干摩擦物料；

(4)将半干摩擦物料在15℃下通过辊混炼机混炼成厚度为1mm的片状；

(5)继续晾干，获得含水率在3％的片物料；

(6)然后将片物料用对辊造粒机在温度为100℃的条件下一次性扎压成直径为1mm的模塑料颗粒；

(7)将制得的模塑料颗粒经筛选机筛选分级，筛选目数为5目，在100℃下固化2小时，获得炭纤维摩擦粒。

实施例2

本实施例一种炭纤维摩擦粒的制备方法，包括下列重量份数的原料：

水100份、甲基纤维素2份、采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维10份、200目的石墨粉20份、200目的酚醛树脂10份；

具体制备方法：包括以下步骤：

(1)取水100份、甲基纤维素2份，放入带有出料螺杆的混捏锅内进行充分溶解制得甲基纤维素的溶解液；

(2)然后再将采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维10份、200目的石墨粉20份、200目的酚醛树脂10份也依次倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料；

(3)将浆料通过混捏锅的出料螺杆挤出，落在钢带输送机上，摊成片状，再通过烘干仪在80℃的温度下加热烘干，获得含水率在15％的半干摩擦物料；

(4)将半干摩擦物料在20℃下通过辊混炼机混炼成厚度为5mm的片状；

(5)继续晾干，获得含水率在8％的片物料；

(6)然后将片物料用对辊造粒机在温度为180℃的条件下一次性扎压成直径为8mm的模塑料颗粒；

(7)将制得的模塑料颗粒经筛选机筛选分级，筛选目数为20目，在120℃下固化6小时，获得炭纤维摩擦粒。

实施例3

本实施例一种炭纤维摩擦粒的制备方法，包括下列重量份数的原料：

水95份、甲基纤维素1份、采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维8份、150目的石墨粉15份、150目的酚醛树脂8份。

具体制备方法：包括以下步骤：

(1)取水95份、甲基纤维素1份，放入带有出料螺杆的混捏锅内进行充分溶解制得甲基纤维素的溶解液；

(2)然后再将采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维8份、150目的石墨粉15份、150目的酚醛树脂8份也依次倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料；

(3)将浆料通过混捏锅的出料螺杆挤出，落在钢带输送机上，摊成片状，再通过烘干仪在60℃的温度下加热烘干，获得含水率在10％的半干摩擦物料；

(4)将半干摩擦物料在18℃下通过辊混炼机混炼成厚度为3mm的片状；

(5)继续晾干，获得含水率在6％的片物料；

(6)然后将片物料用对辊造粒机在温度为150℃的条件下一次性扎压成直径为5mm的模塑料颗粒；

(7)将制得的模塑料颗粒经筛选机筛选分级，筛选目数为15目，在110℃下固化4小时，获得炭纤维摩擦粒。

本发明中，所述的分散剂还可以是上述实施外的羧甲基纤维素、木质纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的任意一种；

所述的短切炭纤维是采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维；

所述的微细无机粉料还可以是上述实施外的100～200目的焦粉、氧化锌、氧化铝、铬铁矿粉、硫磺、水合硅酸钠、碳酸钙、硫酸钡、膨胀蛭石、高岭土、锆英石、萤石粉、尖晶石粉中的任意一种或几种。

所述的树脂粉末还可以是上述实施外的100～200目的改性酚醛树脂、脲醛树脂、改性脲醛树脂中的任意一种或几种。

Claims (5)

1.一种炭纤维摩擦粒的制备方法，包括下列重量份数的原料： 

水90～100份、分散剂0.3～2份、短切炭纤维5～10份、微细无机粉料5～20份、树脂粉末5～10份；其特征是包括以下步骤： 

(1)取水90～100份、分散剂0.3～2份，放入带有出料螺杆的混捏锅内进行充分溶解制得分散剂的溶解液； 

(2)然后再将短切炭纤维5～10份、微细无机粉料5～20份、树脂粉末5～10份也依次倒入带有出料螺杆的混捏锅中，搅拌并分散均匀形成浆料； 

(3)将浆料通过混捏锅的出料螺杆挤出，落在钢带输送机上，摊成片状，再自然晾干或通过烘干仪在45～80℃的温度下加热烘干，获得含水率在5～15％的半干摩擦物料； 

(4)将半干摩擦物料在15～20℃下通过辊混炼机混炼成厚度为1～5mm的片状； 

(5)继续晾干，获得含水率在3～8％的片物料； 

(6)然后将片物料用对辊造粒机在温度为0～180℃的条件下一次性扎压成直径为1～8mm的模塑料颗粒； 

(7)将制得的模塑料颗粒经筛选机筛选分级，筛选目数为5～20目，在100～120℃下固化2～6小时，获得炭纤维摩擦粒。 

2.根据权利要求1所述的一种炭纤维摩擦粒的制备方法，其特征是：所述的分散剂是甲基纤维素、羧甲基纤维素、木质纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的任意一种。 

3.根据权利要求1所述的一种炭纤维摩擦粒的制备方法，其特征是：所述的短切炭纤维是采用酚醛树脂乳化液上浆处理过的炭纤维。 

4.根据权利要求1所述的一种炭纤维摩擦粒的制备方法，其特征是：所述的微细无机粉料是100～200目的石墨粉、焦粉、氧化锌、氧化铝、铬铁矿粉、硫磺、水合硅酸钠、碳酸钙、硫酸钡、膨胀蛭石、高岭土、锆英石、萤石粉、尖晶石粉中的任意一种或几种。 

5.根据权利要求1所述的一种炭纤维摩擦粒的制备方法，其特征是：所述的树脂粉末是100～200目的酚醛树脂、改性酚醛树脂、脲醛树脂、改性脲醛树脂中的任意一种或几种。