CN105299081B

CN105299081B - 一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料

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Publication number: CN105299081B
Application number: CN201510866659.XA
Authority: CN
Inventors: 刘德良; 陈立铭
Original assignee: TIANJIN UHT SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN UHT SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: CN105299081A

Abstract

本发明公开了一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂12～16份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12～16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20～22份，粉末橡胶3～6份，摩擦性能调节剂5～12份，炭纤维材料10～13份，硫酸钡8～10份，用有机活化粘土为填充料加至100份。本发明在配料中使用高耐温环氧树脂，并辅以增韧成分，所制得离合器片具有耐高比压、耐高冲击摩擦并耐瞬间高摩擦生热的效果，可以输出极大的瞬间制动功，并提供精准的制动力和制动平稳性，适合于重载、大比压、紧急调速和制动至急停等苛刻度高的工况条件。

Description

一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料。

背景技术

船坞、风电、矿井、冶金等使用的电磁或液压离合器环片，需要输出极大的瞬间制动功，并提供精准的制动力和制动平稳性，使得设备的升降或旋转部件能够灵敏地调速或减速至停。

制造离合器片广泛采用合成材料，普遍采用改性酚醛树脂基体，辅以增强材料和摩擦调节剂等。该材料体系耐压性能、韧性、摩擦性能和耐热性比较全面，因此在工业上得到广泛而持久的应用，并在其材料组分更新和性能挖潜方面上形成了许多专利。

中国专利文献CN 1202501A公开了一种用于制动控制系统的摩擦材料，由丁腈橡胶或尼龙改性酚醛树脂、玻璃纤维、炭纤维、石墨、炭黑和铜纤维等制成，其摩擦系数范围仅报道了100～300℃之间的数据，接近一汽集团JF04-2A的摩擦系数控制标准；中国专利文献CN 102343679 A公开了一种用于湿式离合器的炭纤维布摩擦材料制备方法，采用炭毡或炭纤维布为预制体，浸渍含SiO₂、ZrO₂、硼铁、锰铁、铬铁的耐高温酚醛树脂后加压固化，再热粘结钢背，所制得的材料可以传递比较大的扭矩并有较好的耐磨性；中国专利文献CN103453038 A公开了一种高耐磨离合器面片，采用无尘石棉布浸渍酚醛树脂，并引入特制的橡胶浆料后热压而成，所得产品摩擦系数高且耐磨损；中国专利文献CN 102993635 A公开了一种以水溶性酚醛树脂溶液为粘结剂制备离合器面片的方法，采用聚乙烯醇和凹凸棒石等改性水溶性酚醛树脂，与纤维和摩擦性能调节剂等制坯热压成型，制得的离合器片不易开裂，具有较高的热稳定性和耐磨性；中国专利文献CN 103939512 A公开了一种客车用离合器摩擦片的制备方法，其突出特点是在常温至350℃之间摩擦系数波动范围不超过0.1，磨损率的波动范围不超过0.2，而且300℃时摩擦系数大于0.25，其有益的效果是半离合状况下离合器工作温度由于摩擦很快提高到300℃以上时，摩擦系数稳定，不会造成离合器抖动现象。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，采用该摩擦材料所制得的离合器片具有高抗压、高抗冲击、高耐热、高稳定摩擦系数和高耐磨性的特点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂12～16份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12～16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20～22份，粉末橡胶3～6份，摩擦性能调节剂5～12份，炭纤维材料10～13份，硫酸钡8～10份，用有机活化粘土为填充料加至100份。

所述联苯酚醛环氧树脂具有如下的分子结构：

环氧值在0.35～0.37之间，外观为红褐色松香状固体，熔融粘度在60～120mPa·s之间，有机氯含量＜500ppm。选用联苯酚醛环氧树脂替代目前普遍使用的酚醛树脂，优点在于环氧树脂固化体系具有优异而广谱的粘结力，可以对粉末橡胶、摩擦性能调节剂和炭纤维及有机活化粘土等产生极强的相互作用，这样可以使制得的离合器片压缩强度、冲击强度和耐热性提高，更适合于重载、大比压、紧急调速和制动至急停等苛刻度高的工况条件。

所述高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂的环氧当量为1250～1500g·eq^-1，100℃之下(不包括100℃)熔融粘度为300～500mPa·s，高丙烯腈含量橡胶所占的重量比为30～32％。采用橡胶改性固体环氧树脂可提高离合器片材料的贴合度，稳定摩擦系数并降低制动尖叫声。

所述腰果酚改性酚醛胺固化剂的胺值为200mgKOH/g，25℃粘度为8000～20000mPa·s，外观为橙色液体。采用腰果酚改性酚醛胺可以取得适宜的固化速度，并适当提高固化产物的耐温性，稳定高温下离合器片的摩擦系数和耐磨性。

所述粉末橡胶系丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶，结合腈含量26～35％，门尼粘度76～80，粒径范围为60～80目。粉末橡胶可降低离合器片的表面硬度，减小制动噪音，稳定高速和高温下离合器片的摩擦系数。

所述摩擦调节剂是锆英粉、γ-氧化铝和镁铝尖晶石中的至少一种物质，粒度小于300目。该摩擦调节剂作为硬质单元可以提高离合器片的摩擦系数，但是由于其莫氏硬度较高，极易于对制动盘有攻击性，所以应选用粒径小于300目的细粉。

所述炭纤维材料是采用水溶性环氧上浆剂处理过的短切炭纤维，非炭元素含量＜9.0％，纤维等效直径18～36μm，长度0.8～1.6mm。炭纤维具有轻质、高强、耐温及减摩效果，又可以和环氧树脂良好结合，因此可以综合提高离合器片的耐热性能、机械性能和摩擦性能。

所述有机活化粘土是由十六烷基三甲基盐酸盐为插层剂活化处理的蒙脱土，插层后硅酸盐片层之间的距离控制在2.2nm。将片层状材料加入到离合器片材料中，可以发挥其层板形貌的优势，增加离合器片对制动盘的真实接触面积，起到改善贴合性，并稳定提高摩擦系数的效果。

本发明具有的优点和积极效果是：在配料中使用高耐温环氧树脂，并辅以增韧成分，所制得离合器片具有耐高比压、耐高冲击摩擦并耐瞬间高摩擦生热的效果，可以输出极大的瞬间制动功，并提供精准的制动力和制动平稳性，适合于重载、大比压、紧急调速和制动至急停等苛刻度高的工况条件。

附图说明

图1为本发明实施例1采用的联苯酚醛环氧树脂加高丙烯腈含量橡胶改性环氧树脂用腰果酚改性酚醛胺固化后所得产物的TG曲线图；

图2为采用本发明实施例1提供的摩擦材料制得的离合器片在不同制动初速度下的摩擦系数曲线图；

图3为采用本发明实施例2提供的摩擦材料制得的离合器片在不同制动初速度下的摩擦系数曲线图；

图4为采用本发明实施例1提供的摩擦材料制得的离合器片和采用本发明实施例2提供的摩擦材料制得的离合器片在不同温度下的瞬时摩擦系数测试结果对比图。

图5为采用本发明实施例3、4、5提供的摩擦材料制得的离合器片在定速试验机上在0.98Mpa比压下随着对偶盘转动圈数增加而所得的摩擦系数变动曲线。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂16份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12份，腰果酚改性酚醛胺固化剂22份，粉末橡胶6份，摩擦性能调节剂5份，炭纤维材料13份，硫酸钡8份，有机活化粘土18份。

所用联苯酚醛环氧树脂分子结构式为：

其环氧值在0.35～0.37之间，外观为红褐色松香状固体，熔融粘度在60～120mPa·s之间，有机氯含量＜500ppm。

上述高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂的环氧当量为1250～1500g·eq^-1，100℃下熔融粘度为300～500mPa·s，高丙烯腈含量橡胶所占的重量比为30～32％。

上述腰果酚改性酚醛胺固化剂的胺值为200mgKOH/g，25℃粘度为8000～20000mPa·s，外观为橙色液体。

上述粉末橡胶是丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶，结合腈含量26～35％，门尼粘度76～80，粒径范围为60～80目。

上述摩擦性能调节剂是锆英粉、γ-氧化铝和镁铝尖晶石中的至少一种物质，粒度＜300目。

上述炭纤维材料是采用水溶性环氧上浆剂处理的短切炭纤维，非炭元素含量＜9.0％，纤维等效直径18～36μm，长度0.8～1.6mm。

上述有机活化粘土是采用十六烷基三甲基盐酸盐为插层剂活化处理的蒙脱土，插层后硅酸盐片层之间的距离为2.2nm。

采用上述摩擦材料制作离合器片的方法：

16份联苯酚醛环氧树脂混料前与8份的硫酸钡一起粉碎至100～120目作为A组分，12份高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂混料前与5份摩擦性能调节剂一起粉碎至100～120目为B组分，22份腰果酚改性酚醛胺固化剂混料前与18份的有机化活性粘土捏合成泥状，然后加入粉末橡胶6份和炭纤维13份共捏合，再与A组分和B组分预混合粉料拌均，将该物料置于选定的模具内合模加热至80℃进行固化，固化时间30min，脱模即得离合器片。

所得离合器片的机械性能如下：

用该实施例中纯胶粘剂体系(即配方里的联苯酚醛环氧树脂与高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂，加腰果酚改性酚醛胺固化剂)固化后进行TG-DSC热性能测试，结果显示，本发明选用的耐高温环氧树脂与腰果酚改性酚醛胺固化产品耐温性高，其初始热分解温度高达379℃，在700℃时的残留质量分数达40％以上。

联苯酚醛环氧树脂加高丙烯腈含量橡胶改性环氧树脂用腰果酚改性酚醛胺固化后所得产物的TG曲线请参见图1。所得离合器片的不同制动初速度下的平均摩擦系数测试结果请参见图2。经测试，所得离合器片的磨损率为0.27cm³/MJ。

综上：采用本实施例提供的材料制造离合器片，具有高耐冲击性能、高耐压、高耐热、高稳定摩擦系数和高耐磨性的特征，综合性能十分优异。

实施例2：

一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂12份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20份，粉末橡胶3份，摩擦性能调节剂12份，炭纤维材料10份，硫酸钡10份，有机活化粘土17份。

以上所用原料均与实施例1相同，只是混合所用的重量份比不同。依据实施例1所述工艺过程和固化条件制得相应的离合器片。

所得离合器片的机械性能如下：

所得离合器片的不同制动初速度下的平均摩擦系数测试结果请参见图3。所得离合器片的磨损率为0.74cm³/MJ。

综上：采用本实施例提供的材料制造离合器片，也具有高耐冲击性能、高抗压、高稳定摩擦系数和高耐磨性的特征，综合性能表现优秀。

另外，对实施例1和实施例2所制得的离合器片在恒速、恒比压时不同温度下的瞬时摩擦系数进行了测试，其结果对比请参见图4。从图中可见，实施例1和2所得离合器产品在不同温度下的摩擦系数都较高，基本保持在0.40以上，且随温度变化跨度达300℃时摩擦系数波动范围区间为0.11，尤其是实施例1的产品摩擦系数更为平稳，波动范围仅为0.08。

实施例3：

为了保证离合器片适合于高压重载场合，其机械强度应取较大值并在运行一段时间内应能有较大保留值，所以环氧树脂基体的使用量应有一定的优选范围，低于该范围，离合器材料性能就会劣化。作为对照，本实施例提供了一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂10份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12份，腰果酚改性酚醛胺固化剂16份，粉末橡胶3份，摩擦性能调节剂9份，炭纤维10份，硫酸钡10份，有机活化粘土30份。

所用原料均与实施例2相同，只是混合所用的重量份比不同。依据实施例1中所述工艺过程和固化条件制得相应的离合器片。

所得离合器片的机械性能如下：

由上述性能指标来看，对比实施例1和2所得的离合器片的机械性能指标可知，离合器片的冲击强度和压缩强度下降明显，压缩模量和硬度明显上升。

实施例4：

一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂10份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20份，粉末橡胶6份，摩擦性能调节剂12份，炭纤维10份，硫酸钡10份，有机活化粘土16份。

所得离合器片的机械性能如下：

由上述性能指标来看，对比实施例1和2所得的离合器片的机械性能指标可知，离合器片的冲击强度和压缩强度有所下降，压缩模量和硬度上升；对比实施例3的性能指标看，增加高丙烯腈含量橡胶固体环氧树脂和粉末橡胶的含量可以提高离合器材料耐冲击性和耐压性，但是提高幅度有限。

实施例5：

一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂10份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20份，粉末橡胶6份，摩擦性能调节剂12份，炭纤维13份，硫酸钡10份，有机活化粘土13份。

所得离合器片的机械性能如下：

由上述性能指标来看，对比实施例1和2所得的离合器片的机械性能指标可知，离合器片的冲击强度和压缩强度有所下降，压缩模量和硬度上升；对比实施例4的性能指标看，增加炭纤维的含量可以微量提高离合器材料耐冲击性和耐压强度。

将实施例3、4、5所得离合器片，采用DS-M定速试验机测得的摩擦系数请参见图5。由图5可见，该三个实施例所得离合器片在对磨过程中摩擦系数有一定的波动。

实施例6：

一种离合器片的摩擦材料，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛型环氧树脂16份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20份，粉末橡胶6份，摩擦性能调节剂5份，炭纤维13份，硫酸钡10份，有机活化粘土18份。

所用联苯酚醛环氧树脂分子结构式为：

其环氧值在0.15～0.19之间，外观为红褐色脆性固体。

上述高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂的高丙烯腈含量橡胶所占的重量比为20～22％。

上述腰果酚改性酚醛胺固化剂的胺值为150mgKOH/g。

所用的胶粘剂体系原料规格与实施例1有所不同，所用的粉末填料和炭纤维品种和重量份比相同。依据实施例1中所述工艺过程和固化条件制得相应的离合器片。

所得离合器片的机械性能如下：

由上述性能指标来看，对比实施例1和2所得的离合器片的机械性能指标可知，离合器片的冲击强度和压缩强度下降，压缩模量和硬度上升，这样其抗压性降低硬度上升，究其原因在于胶粘剂体系成分的微观结构改变后，离合器材料固化之后的交联密度改变所致。综合对比来看，实施例1和实施例2所得到的离合器材料具有耐冲击性高、耐压性高、摩擦系数稳定和耐磨性高的优点。

以上实施例所列举的仅是为了阐明本发明的材料组成和所制产品的主要性能特征及本发明的创新点。所属领域的技术人员应该知悉本发明不受上述实施例的限制，在本发明的技术方案的基础上，不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变动仍在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，由下列重量份比的原料制成：联苯酚醛环氧树脂12～16份，高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂12～16份，腰果酚改性酚醛胺固化剂20～22份，粉末橡胶3～6份，摩擦性能调节剂5～12份，炭纤维材料10～13份，硫酸钡8～10份，用有机活化粘土为填充料加至100份，所使用的摩擦性能调节剂是锆英粉、γ-氧化铝和镁铝尖晶石中的至少一种物质，粒度小于300目。

2.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的联苯酚醛环氧树脂具有如下的分子结构：

环氧值在0.35～0.37之间，外观为红褐色松香状固体，熔融粘度在60～120mPa·s之间，有机氯含量＜500ppm。

3.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的高丙烯腈含量橡胶改性固体环氧树脂的环氧当量为1250～1500g·eq^-1，100℃下熔融粘度为300～500mPa·s，高丙烯腈含量橡胶所占的重量比为30～32％。

4.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的腰果酚改性酚醛胺固化剂的胺值为200mgKOH/g，25℃粘度为8000～20000mPa·s，外观为橙色液体。

5.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的粉末橡胶是丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶，结合腈含量26～35％，门尼粘度76～80，粒径范围为60～80目。

6.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的炭纤维材料是采用水溶性环氧上浆剂处理的短切炭纤维，非炭元素含量＜9.0％，纤维等效直径18～36μm，长度0.8～1.6mm。

7.根据权利要求1所述的适合于高压重载离合器片的摩擦材料，其特征是，所使用的有机活化粘土是采用十六烷基三甲基盐酸盐为插层剂活化处理的蒙脱土，插层后硅酸盐片层之间的距离为2.2nm。