CN105155334B - 一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料，按重量份数计，包括15～20份纤维素纸、8～12份碳纤维、10～15份芳纶浆粕、10～15份改性酚醛树脂、5～10份粉末丁腈橡胶、5～10份石墨、6～12份蛭石、15～20份硅藻土、4～8份摩擦粉，并包含0.5～1份浆料助剂。本发明能够有效解决现有的纸基摩擦材料的摩擦性能受外界负荷影响变化大，耐久性能差，不能满足自适应自动变速器中弹性锥套摩擦材料传递扭矩的要求的问题，可广泛应用于变速器纸基摩擦材料领域。

Description

一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料及制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料及制作方法。

背景技术

纸基摩擦材料是一种广泛应用于工程机械变速箱、汽车自动变速箱和摩托车等湿式离合器中的中关键的功能材料，主要由纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂、填料等组成，采用造纸工艺制成。用于自适应自动变速器的中弹性锥套纸基摩擦材料是靠压紧锥面产生摩擦力来传递扭矩的，在传动过程中还受外界负荷的影响，所以要求摩擦材料不但要有足够的机械强度，同时还要求摩擦材料热衰退小，恢复性能好，磨损率小，但现有的纸基摩擦材料的摩擦性能受外界负荷影响变化大，耐久后衰退大，不能满足用于自适应自动变速器的中弹性锥套摩擦材料传递扭矩的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料及制作方法，解决现有的纸基摩擦材料的摩擦性能受外界负荷影响变化大，耐久性能差，不能满足自适应自动变速器的中弹性锥套摩擦材料传递扭矩的要求的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料，按重量份数计，包括15～20份纤维素纸、8～12份碳纤维、10～15份芳纶浆粕、10～15份改性酚醛树脂、5～10份粉末丁腈橡胶、5～10份石墨、6～12份蛭石、15～20份硅藻土、4～8份摩擦粉，并包含0.5～1份浆料助剂。

为了提高吸附性及力学性能，芳纶浆粕的长度为0.5～2mm，直径为10～20μm。

一种制作用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料的方法，包括如下步骤：

a)、配料搅拌工序：将碳纤维、芳纶浆粕、改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、蛭石、硅藻土、摩擦粉以及浆料助剂进行称重，然后放入搅拌机中，以1000～1500r/min的转速搅拌5分钟，使其混合均匀，得到混合干料；

b)、打浆工序：将混合干料、纤维素纸投入打浆池中，并注入水和丁腈胶乳，其中混合干料、纤维素纸的总和和水的重量比为7～8：42～43；然后搅拌4小时；搅拌均匀后输入磨浆池进行磨浆，磨浆1小时制成均匀的混合浆料；混合浆料中混合干料占总重量的5～8％，丁腈胶乳占总重量的8～10％；

c)、抄纸干燥工序：将通过步骤b)中得到混合浆料制成厚度为3.5～4mm的干燥毛胚纸基摩擦材料，该毛胚纸基摩擦材料的厚度均匀，且表面平整；

d)、浸胶工序：将毛坯纸基摩擦材料置于网状托板上，浸入盛有浓度为0.90～0.95g/cm³的腰果油液体树脂胶液的胶水箱内，浸胶20min后抽真空，真空度达-0.08～-0.1Mpa后，再浸胶10min；浸胶完全后的纸基摩擦材料置于通风片晾干；

e)、冲切工序：将晾干的纸基摩擦材料冲切成扇形；

f)、压锥形：将扇形纸基摩擦材料放入锥形模具型腔内，然后上下模具喷上脱模水，热压制成锥形纸基摩擦材料；

g)、弹性锥套粘接工序：将锥形纸基摩擦材料放入内锥套，热压粘结成弹性锥套纸基摩擦材料；

h)、固化工序：将弹性锥套纸基摩擦材料进行固化，固化温度：151℃，保温时间：560min。

i)、将通过步骤h)固化后的锥套纸基摩擦材料车削并入库。

进一步，在步骤f)压锥形时，热压时间为36S，压力18～21Mpa，温度200±10℃，放气次数为3次，每次放气时间为3S。

更进一步，在步骤g)弹性锥套粘接工序中，热压时间200S，压力18～21Mpa，温度200±10℃，放气次数3次，每次放气时间为8S。

优选的，在步骤c)抄纸干燥工序中，将混合浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，通过高位箱的流量调节和抄纸机的网速调节精确控制纸张厚度。

本发明的有益效果：在压紧力值一定的条件下，结合传递的摩擦力矩为75±5N.m，使变速器传递效能稳定，而且无打滑现象。结合脱离30000次后热衰退小，衰退值为1～5N.m，很好地解决了一般纸基摩擦材料传递扭矩不足，易产生热衰退和热磨损的难题。本纸基摩擦材料应用于自适应传动传感自动变速系统中，起步加速性能优势明显，爬坡性能强，续驶里程长。由以上可知，本纸基摩擦材料的摩擦性能稳定，耐久性能优异，使用寿命长。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为实施例1的摩擦力矩曲线图。

图2为实施例2的摩擦力矩曲线图。

图3为实施例3的摩擦力矩曲线图。

具体实施方式

实施例1，将12重量份的碳纤维、15重量份的芳纶浆粕、10重量份改性酚醛树脂、9重量份粉末丁腈橡胶、5重量份石墨、12重量份蛭石、18重量份硅藻土、3重量份摩擦粉以及0.5重量份的浆料助剂，放入搅拌机中，以1000-1500r/min的转速，搅拌5分钟，使其混合均匀成混合干料；将混合干料、15重量份的纤维素纸投入打浆池，注入水和丁腈胶乳，其中混合干料、纤维素纸的总和和水的重量比为8：42；然后在浆池内搅拌4小时，搅拌均匀后输入磨浆池内磨浆1小时，制成均匀的混合浆料。将混合浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，通过高位箱的流量调节和抄纸机的网速调节精确控制纸张厚度，制成均匀平整的厚度为3.5～4mm的干燥干燥毛胚纸基摩擦材料。将毛胚纸基摩擦材料置于网状托板上，浸入浓度为0.90～0.95g/cm³的腰果油液体树脂胶液的胶水箱内，浸胶20min后抽真空，真空度达-0.08～-0.1Mpa后再浸10min；浸胶完全后的纸基摩擦材料置于通风片晾干；将晾干的纸基摩擦材料冲切成扇形；将扇形纸基摩擦材料放入锥形模具型腔内，然后上下模具喷上脱模水，热压成锥形纸基摩擦材料，热压参数为：时间：36S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3S；将锥形纸基摩擦材料放入内锥套，热压粘结为弹性锥套摩擦材料半成品，热压粘结工艺参数为：时间：200S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为8S；将弹性锥套纸基摩擦材料进行固化，固化温度：151℃，保温时间：560min；最后将固化得到的半成品纸基摩擦材料车削入库。

实施例2，将10重量份的碳纤维、13重量份的芳纶浆粕、13重量份改性酚醛树脂、7重量份粉末丁腈橡胶、7重量份石墨、10重量份蛭石、16重量份硅藻土、5重量份摩擦粉以及0.8重量份的浆料助剂，让入搅拌机中，以1000-1500r/min的转速搅拌5分钟，使其混合均匀，得到混合干料。将混合干料与18重量份的纤维素纸投入打浆池，注入水和丁腈胶乳，其中混合干料、纤维素纸的总和和水的重量比为7.5：42.5；在浆池内搅拌4小时，搅拌均匀后输入磨浆池中磨浆1小时，制成均匀的混合浆料。将混合浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，通过高位箱的流量调节和抄纸机的网速调节精确控制纸张厚度，制成均匀平整的厚度为3.5～4mm的干燥毛胚纸基摩擦材料。将毛胚纸基摩擦材料置于网状托板上，浸入浓度为0.90～0.95g/cm³的腰果油液体树脂胶液的胶水箱内，浸胶20min后抽真空，真空度达-0.08～-0.1Mpa后，再浸10min；浸胶完全后的纸基摩擦材料置于通风片晾干；将晾干的纸基摩擦材料冲切成扇形。将扇形纸基摩擦材料放入锥形模具型腔内，然后上下模具喷上脱模水，热压成锥形纸基摩擦材料；热压参数为：时间：36S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3S。将锥形纸基摩擦材料放入内锥套，热压粘结为弹性锥套摩擦材料半成品；热压粘结工艺参数为：时间：200S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为8S。将弹性锥套纸基摩擦材料进行固化，固化温度：151℃，保温时间：560min；最后将固化得到的半成品纸基摩擦材料车削入库。

实施例3，将9重量份的碳纤维、10重量份的芳纶浆粕、15重量份改性酚醛树脂、5重量份粉末丁腈橡胶、9重量份石墨、8重量份蛭石、15重量份硅藻土、8重量份摩擦粉以及1重量份的浆料助剂，以1000-1500r/min高速搅拌5分钟使其混合均匀，得到混合干料。将混合干料、20重量份的纤维素纸投入打浆池，注入水和丁腈胶乳后，其中混合干料、纤维素纸的总和和水的重量比为7：43；在浆池内搅拌4小时，搅拌均匀后输入磨浆池中磨浆1小时，制成均匀的混合浆料。将混合浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，通过高位箱的流量调节和抄纸机的网速调节精确控制纸张厚度，制成均匀平整的厚度为3.5～4mm的干燥毛胚纸基摩擦材料。将毛胚纸基摩擦材料置于网状托板上，浸入浓度为0.90～0.95g/cm³的腰果油液体树脂胶液的胶水箱内，浸胶20min后抽真空，真空度达-0.08～-0.1Mpa后再浸10min；浸胶完全后的纸基摩擦材料置于通风片晾干；将晾干的纸基摩擦材料冲切成扇形。将扇形纸基摩擦材料放入锥形模具型腔内，然后上下模具喷上脱模水，热压成锥形纸基摩擦材料，热压参数为：时间：36S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3S；将锥形纸基摩擦材料放入内锥套，热压粘结为弹性锥套摩擦材料半成品，热压粘结工艺参数为：时间：200S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为8S。将弹性锥套纸基摩擦材料进行固化，固化温度：151℃，保温时间：560min；最后将固化得到的半成品纸基摩擦材料车削入库。

关于实施例1、2、3所述的技术方案的一些补充说明，具体如下：

1、弹性锥套纸基摩擦材料在传动过程中，承受的正压力随着外界负荷的增大而增大，所以材料合理的强度是至关重要的。

增强纤维在摩擦材料的制作和生产中决定了摩擦材料的强度，并对摩擦材料的耐热和摩擦磨损性能产生影响。芳纶纤维有着较高的强度和韧性，中等的弹性模量，低密度以及优良的热稳定性，研究发现，应用芳纶纤维的摩擦材料具有足够的强度和适宜的硬度。但是，进一步研究发现，纸基摩擦材料中芳纶纤维的用量和分散的均匀性是关键。本发明通过采用质量百分比为10～15％的芳纶纤维，与其它纤维进行混合增强，同时采用长度0.5～2mm的绒状纤维，其不但具有良好的吸附性，可很好的与树脂及填料结合，在水中均匀分散，而且还提高了摩擦材料的力学性能。

2、弹性锥套纸基摩擦材料的厚度比一般的纸基摩擦材料厚约1.5mm，厚度均匀一致性是该纸基材料的关键。

该纸基摩擦材料配方中采用了多种高性能增强纤维和填料等进行增强，提高材料的强度和耐磨性。但是高性能增强纤维和填料在水介质中的润湿性较差，所以制备过程中浆料分散均匀是材料厚度均匀一致性的保证。本发明中加入浆料助剂与丁腈胶乳增强内部纤维结合，提高材料的匀度。丁腈胶乳与浆料助剂中的聚丙烯酰胺在纤维表面形成微凝聚力，促使纤维之间形成架桥链接，形成均匀的悬浮液，阻止浆料沉降。同时，填料、摩擦性能调节剂能够很好的粘结在纤维表面，增强了填料的留着。

该纸基摩擦材料抄纸干燥工序中，为了精确控制纸张的厚度，必须控制纸浆流量。纸浆流量由纸机网速和烘道网的运行速度同步控制。纸机网速参数为4.5，烘道网参数为2.5，制成的纸张均匀一致，厚薄差小，平整度好。

3、弹性锥套纸基摩擦材料重要的结构是锥形纸的制备和粘接。锥形纸的制备过程中，从扇形平面到锥形面的制备既要求严密结合，保证一定的强度，同时又不能影响纸基摩擦材料的压缩回弹性能以及摩擦磨损性能。在锥形纸与基体粘接工艺中，必须保证合适的气孔率和密度。

4、本发明锥形纸热压和粘接工艺中的关键点是：第一必须严格控制加压时间，防止因树脂固化时间过长，影响强度；第二准确控制压力，防止压力过大致使材料结构过密；第三必须掌握好放气时间和放气次数，防止产生气泡和裂纹。本发明热压锥形纸为了保证接合强度，采用的热压参数为：时间：36S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为3S；热压粘接工艺为了保证粘接牢固以及合适的密度和气孔率，以保证弹性锥套摩擦力矩稳定，衰减小，并且压缩回弹性好，耐磨性能优异，因此采用的热压参数为：时间：200S；压力：18～21Mpa；温度：200±10℃；放气次数：3次，每次放气时间为8S。

为测试通过实施例1至3所制的纸基摩擦材料应用于自适应自动变速器中摩擦性能的稳定性，采用光中MTS-II型电机测试系统进行测试，测试结果如表1所示：

表一：

以上结果显示：本用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料在外界阻力增加到一定值即输入功率一定时，弹性锥套纸基摩擦材料结合输出转矩达75±5N.m，变速器变速平稳，随着外界阻力的增加转矩增大，保持转速稳定，输出功率效率达75％以上。

为测试通过实施例1至3制成的纸基摩擦材料的耐磨、耐久和耐热性能，采用自适应自动变速摩擦力矩测试机，根据湿式(非金属类)摩擦材料、中华人民共和国国家标准(GB/T13826-2008)进行检测，压紧力为600～700kg时，脱离结合30000次，结合时间为15S。测试结果如表2所示：

表二：

以上结果显示：本自适应自动变速器纸基摩擦材料摩擦力矩衰减率小，耐久性能优异。

实验结果证明：本用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料有着以下优点：(1)、在外界阻力为600～700kg时，弹性锥套纸基材料结合柔和，转矩达75±5N.m，无级变速平稳，随着阻力的增加，转矩继续增大，保持转速稳定，效能传递在75％以上。(2)在进行30000次耐久试验后，摩擦力矩衰减值为1～5N.m。本发明自适应自动变速器纸基摩擦材料传递扭矩稳定，摩擦性能衰退小，耐磨性能优异，很好地解决了一般纸基摩擦材料动静摩擦系数低，传递扭矩不足，易产生热衰退和热磨损的难题。本发明自适应自动变速器纸基摩擦材料产品为国内首创，其中，应用于电动轻便摩托车变速箱中，经重庆国家摩托车质量监督检验中心试验证明：本发明的产品应用于自适应传动传感自动变速系统中，起步加速性能优势明显，爬坡性能强，续驶里程长。由以上可知，本用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料的摩擦性能稳定，耐久性能优异，使用寿命长。

Claims (3)

1.一种用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)、配料搅拌工序：按重量份数计，称取15～20份纤维素纸、8～12份碳纤维、10～15份芳纶浆粕、10～15份改性酚醛树脂、5～10份粉末丁腈橡胶、5～10份石墨、6～12份蛭石、15～20份硅藻土、4～8份摩擦粉、0.5～1份浆料助剂，然后将碳纤维、芳纶浆粕、改性酚醛树脂、粉末丁腈橡胶、石墨、蛭石、硅藻土、摩擦粉以及浆料助剂放入搅拌机中，以1000～1500r/min的转速搅拌5分钟，使其混合均匀，得到混合干料；

b)、打浆工序：将混合干料、纤维素纸投入打浆池中，并注入水和丁腈胶乳，其中混合干料、纤维素纸的总和和水的重量比为7～8：42～43；然后搅拌4小时；搅拌均匀后输入磨浆池进行磨浆，磨浆1小时制成均匀的混合浆料；混合浆料中混合干料占总重量的5～8％，丁腈胶乳占总重量的8～10％；

c)、抄纸干燥工序：将通过步骤b)中得到混合浆料制成厚度为3.5～4mm的干燥毛胚纸基摩擦材料，该毛胚纸基摩擦材料的厚度均匀，且表面平整；

d)、浸胶工序：将毛坯纸基摩擦材料置于网状托板上，浸入盛有浓度为0.90～0.95g/cm³的腰果油液体树脂胶液的胶水箱内，浸胶20min后抽真空，真空度达-0.08～-0.1Mpa后，再浸胶10min；浸胶完全后的纸基摩擦材料置于通风片晾干；

e)、冲切工序：将晾干的纸基摩擦材料冲切成扇形；

f)、压锥形：将扇形纸基摩擦材料放入锥形模具型腔内，然后上下模具喷上脱模水，热压制成锥形纸基摩擦材料；

g)、弹性锥套粘接工序：将锥形纸基摩擦材料放入内锥套，热压粘结成弹性锥套纸基摩擦材料；

h)、固化工序：将弹性锥套纸基摩擦材料进行固化，固化温度：151℃，保温时间：560min；

i)、将通过步骤h)固化后的锥套纸基摩擦材料车削并入库；

在步骤f)压锥形时，热压时间为36S，压力18～21Mpa，温度200±10℃，放气次数为3次，每次放气时间为3S；

在步骤g)弹性锥套粘接工序中，热压时间200S，压力18～21Mpa，温度200±10℃，放气次数3次，每次放气时间为8S。

2.根据权利要求1所述的用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料的制作方法，其特征在于：在步骤c)抄纸干燥工序中，将混合浆料匀速通过自动化抄纸成型干燥流水线，通过高位箱的流量调节和抄纸机的网速调节精确控制纸张厚度。

3.根据权利要求2所述的用于自适应自动变速器的纸基摩擦材料的制作方法，其特征在于：芳纶浆粕的长度为0.5～2mm，直径为10～20μm。