CN105778403A - 纤维增强曲面摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，用于解决现有曲面摩擦材料的制备方法复杂的技术问题。技术方案是将短纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂及填料通过干法混料后，再加入粘结剂溶液进行捏合，将捏合后的半干态原材料加入挤压设备中薄通为薄片型材料，将薄片型材料冲裁为所需形状的摩擦材料预制体，然后进行缠绕，经过自然干燥后，放入烘箱进行热处理，得到纤维增强曲面摩擦材料。该制备方法中固体粘结剂与液体粘结剂的同时使用，使摩擦材料预制体具有很好的柔软性，短纤维的加入提高了摩擦材料预制体的韧性，故预制体可以根据所需形状摩擦材料的曲面弧度进行缠绕，最终得到曲面摩擦材料，制备过程无需通过模具模压成型，方法简单。

Description

纤维增强曲面摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种曲面摩擦材料的制备方法，特别是涉及一种纤维增强曲面摩擦材料的制备方法。
背景技术
摩擦材料作为一种在传动或制动装置中起增磨或减磨的材料，广泛地应用于各种动力机械装置中，其形状多样，主要由客观使用条件决定。根据不同的使用条件需制备出相适应的形状，主要有环状、块状、带状等，可以满足大部分常规使用要求，但针对某些特殊工况，如深井测量钻杆表面的耐磨处理，需要开发一种大尺寸的耐磨曲面摩擦材料。虽然摩擦材料的制备工艺很多，但当前曲面摩擦材料主要选择模压工艺制备。
文献1“刘红普，陆茵，李峰等.汽车鼓式刹车片筒式多层热压模具的设计，设计计算，2007；(9)：143～145”报道了采用筒式多层热压模具制备汽车鼓式刹车片，模具由27个零件组成，模压时需要严格的压力、压制温度和压制时间的参数控制，模压压力为13.8～27.6MPa，压制温度为160℃，压制时间为1小时。
文献2“授权公开号为CN102225467B的中国发明专利”公开了一种粉末状材料成型管件的成型模具及成型方法，成型模具由8部分组成，成型过程需要6个步骤，同时需要对模压保温温度和时间有严格的要求，保温温度为80～120℃，模压成型需要1小时。
文献3“胡坤芳.薄片状摩擦制品制作技术研究.贵州大学硕士学位论文.2009”报道了一种厚度为1.2mm的薄片状摩擦材料，使用模压成型工艺，模具包括上模、下模、底板和中心模，模压压力高达25MPa，结果产生厚度不均、起泡、缺边缺角等问题。
现有技术制备基摩擦材料产品的方法虽然很多，但对超薄曲面摩擦材料的制备并没有简单高效的途径。
发明内容
为了克服现有曲面摩擦材料的制备方法复杂的不足，本发明提供一种纤维增强曲面摩擦材料的制备方法。该方法将短纤维、部分粘结剂、摩擦性能调节剂及填料通过干法混料后，在捏合设备中加入粘结剂溶液进行捏合，待捏合均匀并保持一定的粘度后，将捏合后的半干态原材料加入挤压设备中薄通至厚度为0.3mm的薄片型材料，将薄片型材料冲裁为所需形状的摩擦材料预制体，然后根据一定弧度将其进行缠绕，经过自然干燥后，放入烘箱进行热处理，得到纤维增强曲面摩擦材料。该制备方法中固体粘结剂与液体粘结剂的同时使用，使摩擦材料预制体具有很好的柔软性，短纤维的加入提高了摩擦材料预制体的韧性，故预制体可以根据所需形状摩擦材料的曲面弧度进行缠绕，最终得到曲面摩擦材料，制备过程无需通过模具模压成型，方法简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、干法混料：将重量百分含量为25～35％的短纤维、10～20％的摩擦性能调节剂、7～25％的粘结剂和10～30％的填料加入到高速混料机中形成干法混料；
步骤二、半干法捏合：将重量百分含量为25～45％的粘结剂树脂配成质量分数为45～60％的树脂-乙醇溶液，与步骤一形成的干法混料经半干法捏合得到摩擦原材料；
步骤三、薄通：将步骤二形成的摩擦原材料薄通至所需厚度0.3～2.5mm，获得薄片型材料；
步骤四、冲裁：对步骤三形成的薄片型材料进行冲裁，根据所需曲面弧度缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
步骤五、干燥：将步骤四得到的摩擦材料预制体置于干燥处1～3天自然晾干；
步骤六、热处理：将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中进行热处理，即90～100℃保温60～70min，115～130℃保温80～100min，150～180℃保温120～140min，获得纤维增强曲面摩擦材料。
所述的短纤维是植物纤维、矿物纤维、玻璃纤维、丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、陶瓷纤维、钛酸盐晶须、无机钙盐晶须或碳化硅晶须的任一种或任几种。
所述的摩擦性能调节剂是氧化铝、硅酸锆、长石、铬铁矿、萤石、碳化硅、氮化硅、石墨或二硫化钼的任一种或任几种。
所述的填料是腰果壳油摩擦粉、蛭石、重晶石、硅藻土、碳酸钙、高岭土、硫酸钡、云母或黑胶粉的任一种或任几种。
所述的粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改姓酚醛树脂或丁腈橡胶的任一种或任几种。
本发明的有益效果是：该方法将短纤维、部分粘结剂、摩擦性能调节剂及填料通过干法混料后，在捏合设备中加入粘结剂溶液进行捏合，待捏合均匀并保持一定的粘度后，将捏合后的半干态原材料加入挤压设备中薄通至厚度为0.3mm的薄片型材料，将薄片型材料冲裁为所需形状的摩擦材料预制体，然后根据一定弧度将其进行缠绕，经过自然干燥后，放入烘箱进行热处理，得到纤维增强曲面摩擦材料。该制备方法中固体粘结剂与液体粘结剂的同时使用，使摩擦材料预制体具有很好的柔软性，短纤维的加入提高了摩擦材料预制体的韧性，故预制体可以根据所需形状摩擦材料的曲面弧度进行缠绕，最终得到曲面摩擦材料，制备过程无需通过模具模压成型，方法简单。
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
实施例1：
(1)称取短纤维共2.5kg，分别为丙烯腈基碳纤维0.2kg、芳纶0.2kg、矿物纤维0.5kg，玻璃纤维0.8kg，硫酸钙晶须0.8kg；称取粉状腰果壳油改性酚醛树脂0.826kg；称取摩擦性能调节剂共1.7kg，分别为石墨0.3kg、三氧化二铝0.2kg、铬铁矿粉0.3kg、萤石粉0.9kg；称取填料共2.8kg，分别为硅藻土0.8kg、硫酸钡0.9kg、黑胶粉1kg、炭黑0.1kg；将所称取的粉状原材料依次加入到高速混料机中，开启设备混料；
(2)待干法混料混匀后，转入到捏合设备中，开启设备，分次加入酚醛树脂含量为45％的酚醛树脂-乙醇溶液4.831kg反复捏合；
(3)至所有材料捏合均匀后，铺于双辊辊压设备入口处，在出口引出薄片型材料，厚度为0.3mm；
(4)使用冲裁工具将薄片型材料加工成所需形状薄片，然后缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
(5)将摩擦材料预制体置于干燥处1天后晾干；
(6)将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中，在90℃—115℃—150℃温度梯度下分别保温60min、80min、120min进行热处理，获得最终的摩擦材料。
实施例2：
(1)称取短纤维共3kg，分别为芳纶0.2kg、硫酸钙晶须0.5kg、木纤维0.5kg、玻璃纤维1kg、矿物纤维0.8kg；称取粉状树脂0.826kg、粉状丁腈橡胶0.9kg；称取摩擦性能调节剂共1.6kg，分别为石墨0.2kg、三氧化二铝0.2kg、铬铁矿粉0.3kg、萤石粉0.9kg；称取填料共1.5kg，分别为硅藻土0.6kg、黑胶粉0.8kg、炭黑0.1kg；将所称取的粉状原材料依次加入到高速混料机中，开启设备混料；
(2)待干法混料混匀后，转入到捏合设备中，开启设备，分次加入酚醛树脂含量为50％的酚醛树脂-乙醇溶液4.348kg反复捏合；
(3)至所有材料捏合均匀后，铺于双辊辊压设备入口处，在出口引出薄片型材料，厚度为0.8mm；
(4)使用冲裁工具将薄片型材料加工成所需形状薄片，然后缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
(5)将摩擦材料预制体置于干燥处2天后晾干，冲裁得到所需薄片型摩擦材料预制体；
(6)将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中，在95℃—120℃—160℃温度梯度下分别保温65min、85min、125min进行热处理，获得最终的摩擦材料。
实施例3：
(1)称取短纤维共3kg，分别为丙烯腈基纤维0.2kg、芳纶0.2kg、沥青基碳纤维0.2kg、玻璃纤维0.8kg、矿物纤维0.8kg、硫酸钙晶须0.8kg；称取粉状树脂1.226kg、粉状丁腈橡胶0.9kg；称取摩擦性能调节剂共1.4kg，分别为氧化铝0.2kg、石墨0.1kg、萤石粉0.8kg、铬铁矿0.3kg；称取填料共1.3kg，分别为硅藻土0.5kg、黑胶粉0.6kg、腰果壳油摩擦粉0.2kg；将所称取的粉状原材料依次加入到高速混料机中，开启设备混料；
(2)待干法混料混匀后，转入到捏合设备中，开启设备，分次加入酚醛树脂含量为55％的酚醛树脂-乙醇溶液3.953kg反复捏合；
(3)至所有材料捏合均匀后，铺于双辊辊压设备入口处，在出口引出薄片型材料，厚度为1.5mm；
(4)使用冲裁工具将薄片型材料加工成所需形状薄片，然后缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
(5)将摩擦材料预制体置于干燥处2天后晾干；
(6)将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中，在95℃—125℃—170℃温度梯度下分别保温65min、90min、130min进行热处理，获得最终的摩擦材料。
实施例4：
(1)称取短纤维共3.5kg，分别为丙烯腈基碳纤维0.2kg、沥青基碳纤维0.3kg、玻璃纤维1kg、矿物纤维1kg、硫酸钙晶须1kg；称取粉状树脂1.226kg、粉状丁腈橡胶1kg；称取摩擦性能调节剂共1kg，石墨0.1kg、氧化铝0.2kg、铬铁矿0.3kg、萤石粉0.4kg；称取填料共1.2kg，硅藻土0.5kg、重晶石粉0.3kg、腰果壳油摩擦粉0.4kg；将所称取的粉状原材料依次加入到高速混料机中，开启设备混料；
(2)待干法混料混匀后，转入到捏合设备中，开启设备，分次加入酚醛树脂含量为60％的酚醛树脂-乙醇溶液3.623g反复捏合；
(3)至所有材料捏合均匀后，铺于双辊辊压设备入口处，在出口引出薄片型材料，厚度为2.5mm；
(4)使用冲裁工具将薄片型材料加工成所需形状薄片，然后缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
(5)将摩擦材料预制体置于干燥处3天后晾干；
(6)将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中，在100℃—130℃—180℃温度梯度下分别保温70min、100min、140min进行热处理，获得最终的摩擦材料。
发明人还对短纤维是植物纤维、矿物纤维、玻璃纤维、丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、陶瓷纤维、钛酸盐晶须、无机钙盐晶须或碳化硅晶须的任一种或任几种，
摩擦性能调节剂是氧化铝、硅酸锆、长石、铬铁矿、萤石、碳化硅、氮化硅、石墨或二硫化钼的任一种或任几种，
填料是腰果壳油摩擦粉、蛭石、重晶石、硅藻土、碳酸钙、高岭土、硫酸钡、云母或黑胶粉的任一种或任几种，
粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改姓酚醛树脂或丁腈橡胶的任一种或任几种，进行了不同组合的实验，均取得了良好的效果。

Claims (5)

1.一种纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、干法混料：将重量百分含量为25～35％的短纤维、10～20％的摩擦性能调节剂、7～25％的粘结剂和10～30％的填料加入到高速混料机中形成干法混料；
步骤二、半干法捏合：将重量百分含量为25～45％的粘结剂树脂配成质量分数为45～60％的树脂-乙醇溶液，与步骤一形成的干法混料经半干法捏合得到摩擦原材料；
步骤三、薄通：将步骤二形成的摩擦原材料薄通至所需厚度0.3～2.5mm，获得薄片型材料；
步骤四、冲裁：对步骤三形成的薄片型材料进行冲裁，根据所需曲面弧度缠绕成型，得到摩擦材料预制体；
步骤五、干燥：将步骤四得到的摩擦材料预制体置于干燥处1～3天自然晾干；
步骤六、热处理：将晾干后的摩擦材料预制体置于烘箱中进行热处理，即90～100℃保温60～70min，115～130℃保温80～100min，150～180℃保温120～140min，获得纤维增强曲面摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的短纤维是植物纤维、矿物纤维、玻璃纤维、丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、陶瓷纤维、钛酸盐晶须、无机钙盐晶须或碳化硅晶须的任一种或任几种。
3.根据权利要求1所述的纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的摩擦性能调节剂是氧化铝、硅酸锆、长石、铬铁矿、萤石、碳化硅、氮化硅、石墨或二硫化钼的任一种或任几种。
4.根据权利要求1所述的纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的填料是腰果壳油摩擦粉、蛭石、重晶石、硅藻土、碳酸钙、高岭土、硫酸钡、云母或黑胶粉的任一种或任几种。
5.根据权利要求1所述的纤维增强曲面摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶改姓酚醛树脂或丁腈橡胶的任一种或任几种。
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