CN105199669B - 一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废弃物回收利用技术领域，尤其是一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，通过将废旧的陶瓷摩擦材料采用粉碎机粉碎后，再将其采用改性剂进行改性处理，并与陶瓷摩擦材料的原料进行混合制备陶瓷摩擦材料，并控制改性回收的陶瓷摩擦材料的添加量，使得制备的陶瓷摩擦材料的性能得到保障，降低了陶瓷摩擦材料制备的原料成本，使得废旧陶瓷摩擦材料得到了合理的，有效的回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物回收利用技术领域，尤其是一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法。
背景技术
随着陶瓷摩擦材料的优异性被发现，其在制动领域得到了较大程度的应用，进而出现大量对陶瓷摩擦材料研究的文献，如专利号为CN201410431083、CN201210427347等，但是，这些仅仅是基于陶瓷摩擦材料的配方以及采用的配方如何进行陶瓷摩擦材料的制备工艺进行研究；于是又有研究者基于上述陶瓷摩擦材料中的原料在进行混合时的如何混合方法进行了研究，如专利号为CN201410430755的文献，并且还有研究者对陶瓷摩擦材料的原料的性能进行了研究，如专利号为CN201410431234，CN201410431255等。
可是，陶瓷摩擦材料在进行制动领域的应用过程中，其依然避免不了报废的情况，而随着陶瓷摩擦材料大量的使用，使得陶瓷材料的报废量增大，进而将其排放在环境中造成环境的污染，并且不对其进行回收，还造成了资源的浪费；但是，将其回收后直接应用于陶瓷摩擦材料领域，其又会影响陶瓷摩擦材料本身的性能，进而造成陶瓷摩擦材料的安全性和耐磨性能较差，故而，对于废旧陶瓷摩擦材料回收后，如何应用于陶瓷摩擦材料制作领域制作成陶瓷摩擦材料，进而使得陶瓷摩擦材料的摩擦性能和热稳定性等得到保障，成为当前陶瓷摩擦材料技术领域研究的核心技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，包括以下步骤：
(1)将废旧碳基陶瓷摩擦片置于粉碎机粉碎过80-100目筛，并将改性剂与粉末按照1:1进行混合后，调整温度为200-350℃，控制真空度为0.02-0.08MPa，搅拌速度为1000-4000r/min搅拌处理10-20min，再将其置于超声波处理器超声处理10-20s，并向其中加入清水淹没至2-4cm深，并控制温度为60-80℃，浸泡10-20min，脱水至含水率为20-30％；
(2)将步骤1处理好的物料与陶瓷摩擦材料的原料混合，其中步骤1处理好的物料占陶瓷摩擦材料的原料10-30％，并将其混合均匀后，再将获得的混合料置于模芯楔角5°、间隙0.15mm、硬度HB210～230、平面度0.005-0.15mm、腔内温度为181-189℃的模具中，并采用模具单位面积承受40MPa的压力，压制4-5min，即可获得初成品陶瓷摩擦材料；
(3)将步骤2)获得的初成品陶瓷摩擦材料从常温环境中进行升温至300℃、升温时间为35-45min，保温处理30min；再从300℃进行升温至390℃，升温时间为50min，保温处理60min；再从390℃在50min升温至500℃，保温处理60min；再从500℃在50min升温至510℃，保温处理60min；再从510℃在50min升温至520℃，保温处理180min；再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理，并控制风速，使得初成品陶瓷摩擦材料从520℃在30-40min降低至温度≤90℃，即可获得陶瓷摩擦材料半成品；
(4)将步骤3)获得的陶瓷摩擦材料半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理，即可获得成品陶瓷摩擦材料。
所述的改性剂，其原料以重量份计为硫酸20-30份、磷矿粉3-5份、硝酸10-15份、尿素10-20份、地沟油10-30份、柴油1-9份、松油3-9份、草木灰8-10份、生石灰5-9份、苯酚3-9份、甲醛1-7份、氯化铵1-7份。
所述的改性剂，其原料以重量份计为硫酸25份、磷矿粉4份、硝酸13份、尿素15份、地沟油20份、柴油7份、松油6份、草木灰9份、生石灰8份、苯酚6份、甲醛3份、氯化铵5份。
所述的改性剂的制备方法是将原料进行混合均匀后，再将其在温度为200-300℃采用超声波频率为300-700Hz处理20-30min，即可获得。
所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量份计为碳纤维8-10份、陶瓷纤维13-19份、芳纶纤维0.3-1.1份、酚醛树脂7.6-9.3份、矿物纤维7.8-8.3份、硫酸钡粉14.1-15.9份、改性碳化硅2.3-3.5份、摩擦改性剂13-16份、无机润滑剂2-5份、有机摩擦粉1-3份、增韧剂1-5份、改良剂1-4份。
所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量份计为碳纤维9份、陶瓷纤维16份、芳纶纤维0.7份、酚醛树脂8.2份、矿物纤维7.9份、硫酸钡粉14.7份、改性碳化硅3.4份、摩擦改性剂15份、无机润滑剂3份、有机摩擦粉2份、增韧剂3份、改良剂3份。
所述的矿物纤维是热膨胀系数为0.1、折光系数为0.1、熔点为1750℃、莫氏硬度为2.4-2.6、密度300g/cm3、pH值为7.8。
所述的无机润滑剂是由54％的氟化钙、16％的氟化锂、30％三氧化二铝组成的混合物；有机摩擦粉为石墨、纳米二氧化硅中的一种。
所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂；改良剂为TORCO限滑摩擦改良剂。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
通过将废旧的陶瓷摩擦材料采用粉碎机粉碎后，再将其采用改性剂进行改性处理，并与陶瓷摩擦材料的原料进行混合制备陶瓷摩擦材料，并控制改性回收的陶瓷摩擦材料的添加量，使得制备的陶瓷摩擦材料的性能得到保障，降低了陶瓷摩擦材料制备的原料成本，使得废旧陶瓷摩擦材料得到了合理的，有效的回收利用。
本发明尤其经过对改性剂的原料以及原料配比设计，再结合对制备工艺中的温度以及超声波的引入，进而使得制备的改性剂能够有效的使得废旧陶瓷中的成分活化，进而使得回收的废旧陶瓷的成分添加在陶瓷摩擦材料原料中进行陶瓷摩擦材料的制备时，经过对制备过程中的原料配比以及原料的处理方式以及压制成型后的初成品处理工艺步骤以及工艺参数的控制，使得制备的陶瓷摩擦材料的抗磨损能力较强，热稳定性较优，并且动静摩擦系数比较高，使得动静摩擦系数比达到了95.76-97.13％，并且温度在370℃时候的磨损率为0.22×10-7cm3/N.m。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，包括以下步骤：
(1)将废旧碳基陶瓷摩擦片置于粉碎机粉碎过80目筛，并将改性剂与粉末按照1:1进行混合后，调整温度为200℃，控制真空度为0.02MPa，搅拌速度为1000r/min搅拌处理10min，再将其置于超声波处理器超声处理10s，并向其中加入清水淹没至2cm深，并控制温度为60℃，浸泡10min，脱水至含水率为20％；
(2)将步骤1处理好的物料与陶瓷摩擦材料的原料混合，其中步骤1处理好的物料占陶瓷摩擦材料的原料10％，并将其混合均匀后，再将获得的混合料置于模芯楔角5°、间隙0.15mm、硬度HB210～230、平面度0.005mm、腔内温度为181℃的模具中，并采用模具单位面积承受40MPa的压力，压制4min，即可获得初成品陶瓷摩擦材料；
(3)将步骤2)获得的初成品陶瓷摩擦材料从常温环境中进行升温至300℃、升温时间为35min，保温处理30min；再从300℃进行升温至390℃，升温时间为50min，保温处理60min；再从390℃在50min升温至500℃，保温处理60min；再从500℃在50min升温至510℃，保温处理60min；再从510℃在50min升温至520℃，保温处理180min；再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理，并控制风速，使得初成品陶瓷摩擦材料从520℃在30min降低至温度≤90℃，即可获得陶瓷摩擦材料半成品；
(4)将步骤3)获得的陶瓷摩擦材料半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理，即可获得成品陶瓷摩擦材料。
所述的改性剂，其原料以重量计为硫酸20kg、磷矿粉3kg、硝酸10kg、尿素10kg、地沟油10kg、柴油1kg、松油3kg、草木灰8kg、生石灰5kg、苯酚3kg、甲醛1kg、氯化铵1kg。
所述的改性剂的制备方法是将原料进行混合均匀后，再将其在温度为200℃采用超声波频率为300Hz处理20min，即可获得。
所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量计为碳纤维8kg、陶瓷纤维13kg、芳纶纤维0.3kg、酚醛树脂7.6kg、矿物纤维7.8kg、硫酸钡粉14.1kg、改性碳化硅2.3kg、摩擦改性剂13kg、无机润滑剂2kg、有机摩擦粉1kg、增韧剂1kg、改良剂1kg。所述的矿物纤维是热膨胀系数为0.1、折光系数为0.1、熔点为1750℃、莫氏硬度为2.4-2.6、密度300g/cm3、pH值为7.8。所述的无机润滑剂是由54％的氟化钙、16％的氟化锂、30％三氧化二铝组成的混合物；有机摩擦粉为石墨。所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂；改良剂为TORCO限滑摩擦改良剂。
实施例2
一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，包括以下步骤：
(1)将废旧碳基陶瓷摩擦片置于粉碎机粉碎过100目筛，并将改性剂与粉末按照1:1进行混合后，调整温度为350℃，控制真空度为0.08MPa，搅拌速度为4000r/min搅拌处理20min，再将其置于超声波处理器超声处理20s，并向其中加入清水淹没至4cm深，并控制温度为80℃，浸泡20min，脱水至含水率为30％；
(2)将步骤1处理好的物料与陶瓷摩擦材料的原料混合，其中步骤1处理好的物料占陶瓷摩擦材料的原料30％，并将其混合均匀后，再将获得的混合料置于模芯楔角5°、间隙0.15mm、硬度HB210～230、平面度0.15mm、腔内温度为189℃的模具中，并采用模具单位面积承受40MPa的压力，压制5min，即可获得初成品陶瓷摩擦材料；
(3)将步骤2)获得的初成品陶瓷摩擦材料从常温环境中进行升温至300℃、升温时间为45min，保温处理30min；再从300℃进行升温至390℃，升温时间为50min，保温处理60min；再从390℃在50min升温至500℃，保温处理60min；再从500℃在50min升温至510℃，保温处理60min；再从510℃在50min升温至520℃，保温处理180min；再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理，并控制风速，使得初成品陶瓷摩擦材料从520℃在40min降低至温度≤90℃，即可获得陶瓷摩擦材料半成品；
(4)将步骤3)获得的陶瓷摩擦材料半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理，即可获得成品陶瓷摩擦材料。
所述的改性剂，其原料以重量计为硫酸30kg、磷矿粉5kg、硝酸15kg、尿素20kg、地沟油30kg、柴油9kg、松油9kg、草木灰10kg、生石灰9kg、苯酚9kg、甲醛7kg、氯化铵7kg。
所述的改性剂的制备方法是将原料进行混合均匀后，再将其在温度为300℃采用超声波频率为700Hz处理30min，即可获得。
所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量计为碳纤维10kg、陶瓷纤维19kg、芳纶纤维1.1kg、酚醛树脂9.3kg、矿物纤维8.3kg、硫酸钡粉15.9kg、改性碳化硅3.5kg、摩擦改性剂16kg、无机润滑剂5kg、有机摩擦粉3kg、增韧剂5kg、改良剂4kg。所述的矿物纤维是热膨胀系数为0.1、折光系数为0.1、熔点为1750℃、莫氏硬度为2.4-2.6、密度300g/cm3、pH值为7.8。所述的无机润滑剂是由54％的氟化钙、16％的氟化锂、30％三氧化二铝组成的混合物；有机摩擦粉为纳米二氧化硅。所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂；改良剂为TORCO限滑摩擦改良剂。
实施例3
一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，包括以下步骤：
(1)将废旧碳基陶瓷摩擦片置于粉碎机粉碎过90目筛，并将改性剂与粉末按照1:1进行混合后，调整温度为300℃，控制真空度为0.06MPa，搅拌速度为3000r/min搅拌处理15min，再将其置于超声波处理器超声处理15s，并向其中加入清水淹没至3cm深，并控制温度为70℃，浸泡15min，脱水至含水率为25％；
(2)将步骤1处理好的物料与陶瓷摩擦材料的原料混合，其中步骤1处理好的物料占陶瓷摩擦材料的原料20％，并将其混合均匀后，再将获得的混合料置于模芯楔角5°、间隙0.15mm、硬度HB210～230、平面度0.11mm、腔内温度为185℃的模具中，并采用模具单位面积承受40MPa的压力，压制4-5min，即可获得初成品陶瓷摩擦材料；
(3)将步骤2)获得的初成品陶瓷摩擦材料从常温环境中进行升温至300℃、升温时间为40min，保温处理30min；再从300℃进行升温至390℃，升温时间为50min，保温处理60min；再从390℃在50min升温至500℃，保温处理60min；再从500℃在50min升温至510℃，保温处理60min；再从510℃在50min升温至520℃，保温处理180min；再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理，并控制风速，使得初成品陶瓷摩擦材料从520℃在35min降低至温度≤90℃，即可获得陶瓷摩擦材料半成品；
(4)将步骤3)获得的陶瓷摩擦材料半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理，即可获得成品陶瓷摩擦材料。
所述的改性剂，其原料以重量计为硫酸25kg、磷矿粉4kg、硝酸13kg、尿素15kg、地沟油20kg、柴油7kg、松油6kg、草木灰9kg、生石灰8kg、苯酚6kg、甲醛3kg、氯化铵5kg。
所述的改性剂的制备方法是将原料进行混合均匀后，再将其在温度为250℃采用超声波频率为500Hz处理25min，即可获得。
所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量计为碳纤维9kg、陶瓷纤维16kg、芳纶纤维0.7kg、酚醛树脂8.2kg、矿物纤维7.9kg、硫酸钡粉14.7kg、改性碳化硅3.4kg、摩擦改性剂15kg、无机润滑剂3kg、有机摩擦粉2kg、增韧剂3kg、改良剂3kg。所述的矿物纤维是热膨胀系数为0.1、折光系数为0.1、熔点为1750℃、莫氏硬度为2.4-2.6、密度300g/cm3、pH值为7.8。所述的无机润滑剂是由54％的氟化钙、16％的氟化锂、30％三氧化二铝组成的混合物；有机摩擦粉为石墨。所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂；改良剂为TORCO限滑摩擦改良剂。
Claims (7)
1.一种回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废旧碳基陶瓷摩擦片置于粉碎机粉碎过80-100目筛，并将改性剂与粉末按照1:1进行混合后，调整温度为200-350℃，控制真空度为0.02-0.08MPa，搅拌速度为1000-4000r/min搅拌处理10-20min，再将其置于超声波处理器超声处理10-20s，并向其中加入清水淹没至2-4cm深，并控制温度为60-80℃，浸泡10-20min，脱水至含水率为20-30％；
(2)将步骤1处理好的物料与陶瓷摩擦材料的原料混合，其中步骤1处理好的物料占陶瓷摩擦材料的原料10-30％，并将其混合均匀后，再将获得的混合料置于模芯楔角5°、间隙0.15mm、硬度HB210～230、平面度0.005-0.15mm、腔内温度为181-189℃的模具中，并采用模具单位面积承受40MPa的压力，压制4-5min，即可获得初成品陶瓷摩擦材料；
(3)将步骤2)获得的初成品陶瓷摩擦材料从常温环境中进行升温至300℃、升温时间为35-45min，保温处理30min；再从300℃进行升温至390℃，升温时间为50min，保温处理60min；再从390℃在50min升温至500℃，保温处理60min；再从500℃在50min升温至510℃，保温处理60min；再从510℃在50min升温至520℃，保温处理180min；再采用鼓风机进行鼓风吹冷处理，并控制风速，使得初成品陶瓷摩擦材料从520℃在30-40min降低至温度≤90℃，即可获得陶瓷摩擦材料半成品；
(4)将步骤3)获得的陶瓷摩擦材料半成品按照常规工艺步骤进行打磨处理，即可获得成品陶瓷摩擦材料；
所述的改性剂，其原料以重量份计为硫酸20-30份、磷矿粉3-5份、硝酸10-15份、尿素10-20份、地沟油10-30份、柴油1-9份、松油3-9份、草木灰8-10份、生石灰5-9份、苯酚3-9份、甲醛1-7份、氯化铵1-7份；
所述的改性剂的制备方法是将原料进行混合均匀后，再将其在温度为200-300℃采用超声波频率为300-700Hz处理20-30min，即可获得。
2.如权利要求1所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的改性剂，其原料以重量份计为硫酸25份、磷矿粉4份、硝酸13份、尿素15份、地沟油20份、柴油7份、松油6份、草木灰9份、生石灰8份、苯酚6份、甲醛3份、氯化铵5份。
3.如权利要求1所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量份计为碳纤维8-10份、陶瓷纤维13-19份、芳纶纤维0.3-1.1份、酚醛树脂7.6-9.3份、矿物纤维7.8-8.3份、硫酸钡粉14.1-15.9份、改性碳化硅2.3-3.5份、摩擦改性剂13-16份、无机润滑剂2-5份、有机摩擦粉1-3份、增韧剂1-5份、改良剂1-4份。
4.如权利要求1或3所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的陶瓷摩擦材料的原料，以重量份计为碳纤维9份、陶瓷纤维16份、芳纶纤维0.7份、酚醛树脂8.2份、矿物纤维7.9份、硫酸钡粉14.7份、改性碳化硅3.4份、摩擦改性剂15份、无机润滑剂3份、有机摩擦粉2份、增韧剂3份、改良剂3份。
5.如权利要求4所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的矿物纤维是热膨胀系数为0.1、折光系数为0.1、熔点为1750℃、莫氏硬度为2.4-2.6、密度300g/cm3、pH值为7.8。
6.如权利要求4所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的无机润滑剂是由54％的氟化钙、16％的氟化锂、30％三氧化二铝组成的混合物；有机摩擦粉为石墨、纳米二氧化硅中的一种。
7.如权利要求4所述的回收废旧碳基陶瓷摩擦片制备陶瓷摩擦材料方法，其特征在于，所述的增韧剂为环氧树脂增韧剂；改良剂为TORCO限滑摩擦改良剂。
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