CN105111675B - 一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸钙晶须增强树脂‑橡胶基摩擦材料及其制备方法,液体丁腈橡胶改性酚醛树脂10~15份、丁苯橡胶5~10份、碳酸钙晶须0~25份、钢纤维10~20份、海泡石纤维0~8份、矿物纤维0~8份、芳纶纤维0~3份、硫酸钡5~8份、氧化镁5~10份、氧化铝2~3份、鳞片石墨5~10份、炭黑1~5份、石油焦炭5~10份和摩擦粉3~7份。碳酸钙晶须增强树脂‑橡胶基摩擦材料的制备方法包括配料、密炼、破碎、热压成型、固定化处理、冷却、包装步骤,本发明制备的制动片经MM1000‑Ⅲ型摩擦磨损试验机试验,摩擦磨损性能优异、制动性能稳定、安全、绿色环保,还具有摩擦系数稳定性好、磨损率低、耐热性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及交通材料技术领域,尤其是一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料是用于诸多运动机械和装备中起传动、制动、减速、转向、驻车等作用的功能配件。摩擦材料广泛用于各种交通运输工具,如汽车、火车、飞机、舰船等和各种机器设备的刹车片和离合器片,在制动装置中,利用刹车片的摩擦性能,将转动的动能转化为热能及其他形式的能量,从而使传动装置制动。汽车作为人们出行的主要交通工具,汽车制动系统中的制动材料直接影响着汽车的安全性能。目前市场上所使用的汽车制动片主要存在的问题:摩擦系数稳定性较差,耐热性较低,紧急制动时噪音大等一系列问题。
我国目前应用于汽车的制动摩擦材料中增强纤维主要有芳纶纤维、玻璃纤维、硫酸钙晶须和矿物纤维等,其中芳纶纤维和矿物纤维价格普遍较高,玻璃纤维容易伤对偶且摩擦系数不稳定。目前有关碳酸钙晶须在树脂基摩擦材料中的应用较少,且是主要是作为辅助成分,如中国专利CN104214257A公开了一种双晶须复合增强树脂基汽车制动器衬片,按重量计,包括碳酸钙晶须14~16%、六钛酸钾晶须2~3%、酚醛树脂12~14%、羧基粉末丁腈橡胶2~4%、石墨8~12%,摩擦性能调节剂15~25%,填料30~40%。该发明粘结剂是酚醛树脂,且含量较高,在高温制动时摩擦性能存在衰退现象,缩短了摩擦材料使用寿命。
目前,尚未有关于碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料的研究报导。本发明摩擦材料的制备是通过添加碳酸钙晶须与其他高性能纤维混合增强,并通过添加一定量的树脂-橡胶组成的双粘结剂,可以解决当前制动摩擦材料制动噪音、高温易氧化分解、硬度高、韧性差、摩擦系数低等问题。
发明内容
本发明提供了一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料及其制备方法,采用密炼机混料,经过压制成型、固化热处理等工艺路线,制备新型的碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料,可以部分或全部取代有机或无机纤维在摩擦材料中的地位,解决汽车用制动摩擦材料耐热性低、热裂纹、摩擦系数不稳定、成本过高的问题。
为了实现以上目的,本发明是通过以下技术方案实现:
一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:液体丁腈橡胶改性酚醛树脂10~15份、丁苯橡胶5~10份、碳酸钙晶须0~25份、钢纤维10~20份、海泡石纤维0~8份、矿物纤维0~8份、芳纶纤维0~3份、硫酸钡5~8份、氧化镁5~10份、氧化铝2~3份、鳞片石墨5~10份、炭黑1~5份、石油焦炭5~10份和摩擦粉3~7份。
本发明优选的方案为:液体丁腈橡胶改性酚醛树脂12份、丁苯橡胶7份、碳酸钙晶须15份、钢纤维20份、海泡石纤维3份、硫酸钡8份、鳞片石墨10份、炭黑3份、氧化铝粉3份、石油焦炭6份、氧化镁10份和摩擦粉7份。
以上所述摩擦粉为卡德莱腰果壳油摩擦粉。
所述的碳酸钙晶须直径为0.5~1μm,长度为20~30μm,莫氏硬度为2.8~3.1,密度为2.7~2.9g/cm3,pH值为9~9.5。
一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照权利要求1所述配方称取各组分;
(2)密炼:将上述各组分原料投入密炼机,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却烘干,得到干燥物料;
(3)破碎:将干燥物料放入破碎机,破碎至5~10目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合物料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上,在热压温度160~170℃、压力15~18MPa下热压固化3~8S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,升温至200~220℃,保温4~5h;再将其冷却至室温,即可得到制动片摩擦材料。
以上所述步骤(4)和步骤(5)的升温速率均小于3℃/min。
以上所述密炼机为强力加压翻转式密炼机。
与现有技术相比,本发明的技术方案为:
(1)采用液体丁腈橡胶改性酚醛树脂和丁苯橡胶作为黏合剂,液体丁腈橡胶改性酚醛树脂可以增加摩擦材料的韧性、摩擦系数、耐热性等,提高了制动片的抗冲击性和降低硬度,提高和稳定了摩擦系数,解决汽车用制动摩擦材料耐热性低、热裂纹、摩擦系数不稳定、成本过高的问题。
(2)采用耐高温、高强度的碳酸钙晶须,与玻璃纤维、芳纶浆粕、铜纤维和矿物棉相比,具有更高的性价比,在高温条件下具有高温摩擦系数低、热衰退小和制动噪音低的优点,能够改善合成摩擦材料制动时摩擦系数的平稳性,是制备大功率制动用合成摩擦材料的理想增强材料,可以部分或全部取代有机或无机纤维在摩擦材料中的地位。
(3)本发明增强材料配合钢纤维使用,提高了材料强度和韧性,减少了合成摩擦材料的热衰退,以及在承受冲击、剪切、拉伸等力的作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。
(4)本发明工艺采用密炼机混合原材料,保证了摩擦材料中各组分混合的均匀性,减少树脂基摩擦材料使用犁钉耙式和立式高速混料机对纤维的损伤,使得两种粘结剂与其他组分的界面结合更加紧密,保证了合成材料的综合力学性能。密炼后的混合料通过破碎造粒再进行压制进一步材料组分分布的均匀性,保证了材料制备后性能的稳定。
(5)一般树脂基摩擦材料固化热处理的温度是180℃,而本发明采用200℃热处理温度,提高了材料制动过程中高温摩擦材料的稳定性。
(6)本发明还具有制备工艺简单、能耗低、材料均匀性好、导热性能好、湿态和高温摩擦系数稳定低磨耗率、使用寿命长等优点,适合汽车及动力机械用制动装置,具有很广阔的应用前景,且适用于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步说明,但不限于本发明保护范围。
实施例1
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂12kg、丁苯橡胶6kg、碳酸钙晶须5kg、钢纤维15kg、海泡石纤维8kg、矿物纤维1kg、硫酸钡8kg、氧化镁5kg、氧化铝3kg、鳞片石墨8kg、炭黑3kg、石油焦炭6kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉5kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至5目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度165℃、压力15MPa,热压固化时间5S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h;冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(Mpa) |
同意2.541 | 37 | 3.05 | 37 |
通过在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例2
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂10kg、丁苯橡胶8kg、碳酸钙晶须10kg、钢纤维10kg、海泡石纤维5kg、硫酸钡5kg、氧化镁8kg、氧化铝2kg、鳞片石墨5kg、炭黑5kg、石油焦炭8kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉3kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至5目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度165℃、压力15MPa,热压固化时间6S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h,冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.503 | 38 | 3.12 | 39 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例3
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂15kg、丁苯橡胶8kg、碳酸钙晶须15kg、钢纤维20kg、矿物纤维8kg、芳纶纤维3kg、硫酸钡8kg、氧化镁8kg、氧化铝3kg、鳞片石墨10kg、炭黑1kg、石油焦炭5kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉6kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至10目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度170℃、压力17MPa,热压固化时间3S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,220℃下保温时间为4h,冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.589 | 35 | 3.15 | 43 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例4
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂12kg、丁苯橡胶10kg、碳酸钙晶须20kg、钢纤维18kg、硫酸钡7kg、氧化镁10kg、氧化铝3kg、鳞片石墨10kg、炭黑5kg、石油焦炭6kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉7kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料;,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至10目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度160℃、压力15MPa,热压固化时间8S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h,冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.601 | 40 | 3.27 | 40 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例5
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂15kg、丁苯橡胶6kg、碳酸钙晶须25kg、钢纤维15kg、海泡石纤维1kg、矿物纤维5kg、芳纶纤维2kg、硫酸钡8kg、氧化镁8kg、氧化铝2kg、鳞片石墨10kg、炭黑5kg、石油焦炭8kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉5kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至10目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度170℃、压力18MPa,热压固化时间3S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h,冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.589 | 35 | 3.35 | 43 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例6
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂12kg、丁苯橡胶7kg、碳酸钙晶须15kg、钢纤维20kg、海泡石纤维3kg、硫酸钡8kg、氧化镁10kg、氧化铝3kg、鳞片石墨10kg、炭黑3kg、石油焦炭6kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉7kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至10目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度165℃、压力15MPa,热压固化时间5S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h,冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.581 | 35 | 3.32 | 48 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例7
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂10kg、丁苯橡胶6kg、钢纤维20kg、海泡石8kg、矿物纤维8kg、芳纶纤维2kg、硫酸钡8份、氧化镁10kg、氧化铝3kg、鳞片石墨10kg、炭黑3kg、石油焦炭6kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉7kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至5目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度165℃、压力15MPa,热压固化时间5S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h;冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.631 | 42 | 3.18 | 31 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
实施例8
一种碳酸钙晶须增强橡胶基摩擦材料的各组分含量:
液体丁腈橡胶改性酚醛树脂12kg、丁苯橡胶5kg、碳酸钙晶须1kg、钢纤维15kg、海泡石8kg、矿物纤维3kg、芳纶纤维0.5kg、硫酸钡5份、氧化镁6kg、氧化铝3kg、鳞片石墨6kg、炭黑2kg、石油焦炭7kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉6kg。
制备方法:
(1)配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2)密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥物料,物料保存到储料筒中;
(3)破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至5目,得到混合物料;
(4)热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度160℃、压力15MPa,热压固化时间7S;
(5)固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,220℃下保温时间为4.5h;冷却至室温,即可得到制动片。
通过检测本实施例合成的制动片其物理性能如下:
密度(g/cm3) | 洛氏硬度HRR | 冲击强度(kJ/cm2) | 抗拉强度(MPa) |
2.564 | 40 | 3.09 | 33 |
在MM1000-Ⅲ型摩擦磨损试验机上测得本实施合成制动片的摩擦磨损性能如下:
以上所述,仅为本发明部分具体实施方式,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种碳酸钙晶须增强树脂-橡胶基摩擦材料的制备方法,其特征在于:所述摩擦材料由以下重量份数的组分组成:液体丁腈橡胶改性酚醛树脂15kg、丁苯橡胶6kg、碳酸钙晶须25kg、钢纤维15kg、海泡石纤维1kg、矿物纤维5kg、芳纶纤维2kg、硫酸钡8kg、氧化镁8kg、氧化铝2kg、鳞片石墨10kg、炭黑5kg、石油焦炭8kg和卡德莱腰果壳油摩擦粉5kg;
其制备方法,包括以下步骤:
(1) 配料:严格按照上述配方要求用电子称称取各种原料;
(2) 密炼:选用强力加压翻转式密炼机,将配料投入其中,从出料口排料,在转速为30r/min、温度为80℃下密炼15min,从出料口排料,排出的物料在室温下冷却,得到干燥
物料,物料保存到储料筒中;
(3) 破碎:将干燥后的原料放入破碎机,破碎至10 目,得到混合物料;
(4) 热压成形:模具腔中放入加工好的闸瓦钢背,将混合物料预热至80℃,投入模具腔中,经过合模在热压机上于热压温度170℃、压力18MPa,热压固化时间3s;
(5) 固化热处理:将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理,200℃下保温时间为5h,冷却至室温,即可得到制动片。
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