CN106084646A - 一种玄武岩纤维摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维摩擦材料，由混合纤维骨架、粘结剂、增强纤维和填料组成，本发明的混合纤维骨架和增强纤维以玄武岩为主要原料，能够增强摩擦材料的耐高低温性能，降低摩擦损耗，提升摩擦材料的温度形变性能。本发明的摩擦材料不添加石棉，且所用成本低廉，基体材料整体结合性更好，金属丝分布均匀，摩擦材料导热、散热更快、更优。利用本发明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸较现有摩擦材料精度更高。完全避免了层压产品的生产过程出现的气泡肿胀、分层以及翘曲等问题。本发明的摩擦材料具有耐高低温、耐磨损、低噪音、以及摩擦制动力矩稳定、环保等特点。

Description

一种玄武岩纤维摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及摩擦材料，尤其是涉及一种玄武岩纤维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，可以说从有机械运动开始，人类就有了刹车制动的要求，木块、牛皮、橡胶等都曾经被用来作为制动材料。在上世纪七、八十年代以前石棉摩擦材料作为传统产品一直被人类大量使用，在此之后，由于盛传石棉会引起肺部病变及问皮瘤并与肺癌的发生有关。1972年国际肿瘤医学讨论会确认石棉纤维含有致癌物质，此后，摩擦制品的无石棉化和无污染化逐渐成为世界性发展的共识。联合国欧洲经济委员会(ECE)第13号法规及国际标准委员会(ISO)有关标准中，明文规定禁止生产、销售和使用石棉产品。国际海事组织1974S0LAS公约2000修正案明确规定"对于所有船舶，含有石棉材料的新颖安装应禁止，除非有特殊要求。"国家技术监督局在强制性国家标准GB12676-1999中规定，"从2003年10月1日起，制动衬片应不含有石棉"。
在现有的无石棉摩擦材料技术中，作为石棉纤维增强材料的替代材料很多，金属纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维和芳纶纤维都是制造各类制动器、离合器衬片等摩擦元件的原材料中的较为理想的增强材料，其特性和价格以及相互之间的配比很大程度上决定着摩擦元件的性能和应用前景。摩擦材料主要由三部分组成:1、粘合剂；2、增强纤维；3、摩擦性能调节剂。必须根据所要达到的预期目标来进行各种配方和组成材料的选择，并选择合适的制造方法和生产工艺。
目前，汽车制动器摩擦片大量使用二硫化二锑，用于摩擦材料在高温摩擦时的润滑，确保高温摩擦系数的稳定。硫化锑是由辉锦矿经过精选和化学提纯而得，为黑色固体粉末。它的熔点比较低，为548 0C，高温分解后生成的氧化锑，以及在还原剂存在时生成的金属锑，能防止高温时材料的氧化燃烧，保持材料的摩擦系数稳定性，提高材料的抗烧性能，还能降低有机粘合剂在高温时分解速度，提高材料的使用寿命，起到了高温无机粘合剂和润滑摩擦调整剂的作用。但是，锑为重金属元素，随摩擦粉尘进入空气、雨水和土壤中后不易降解，直接或间接进入人体，会对人们健康造成重金属中毒，破坏人体的内循环呼吸道和消化道口因此，欧盟法规要求要逐步减少在摩擦材料中三硫化二锑的用量，最迟在2020年彻底禁止在摩擦材料中的加入。显然，现有技术汽车制动器摩擦片存在着含有重金属锑，对环境造成污染，对人体造成伤害，即将被禁用在汽车制动器摩擦片中使用等问题。
前摩擦材料的结构是由玻璃纤维、金属纤维以及天然或合成混合纤维加捻绞合而成的股纱，这种作为基材的股纱，由于其组成材质之间存在明显的性能差异，如玻璃纤维表面坚硬光滑，而金属纤维表面则具有一定的强度和韧性，混合纤维表面强度较低，材料之间界面十分明显，相容性差，结合力弱，特别是浸润胶后，由于该结构股纱的外层材料表现为多元特点，其截面周向分布着不同性质的材料，各自的粘连性能差异较大，粘连强度高低不一，与其他股纱不能形成均匀一致的粘连强度，使用中，极易因股纱周面粘连应力分布不均，而在薄弱部分产生应力集中，加剧开裂损坏，难以发挥不同材质的各自优势，直接影响成品的整体强度和质量指标，缩短使用寿命。
目前这种结构的股纱均为玻璃纤维、金属纤维以及天然或者合成混合纤维加捻并绞后，进行下道浸胶工序。该结构的股纱的耐高温性能和高温稳定性能不足，存在因温度上升摩擦性能降低的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是一种能够降低生产成本，提高摩擦材料的导热、散热性能、降低噪音、提高摩擦系数的稳定性的摩擦材料。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，包括：由玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维组成的混合纤维骨架；由丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉组成的粘结剂；由玄武岩纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和钢纤维组成的增强纤维；由重晶石粉、摩擦粉、锆英石粉、膨胀蛭石粉组成的填料；所述粘结剂、增强纤维、填料之间重量比为1:4:4；所述粘结剂、增强纤维、填料烧结在混合纤维骨架上。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、钛酸钾纤维、纤维素纤维和钢纤维的长度为1-3毫米，直径为160-220微米。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料，所述重晶石粉、摩擦粉、锆英石粉、膨胀蛭石粉组分的粒度为小于60目。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维的重量比为3:2:2:1。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和钢纤维的重量比为3:2:3:1。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备混合纤维骨架：按照重量比3:2:2:1取玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维，取适量由丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉组成的粘结剂，放入高速搅拌机中搅拌5-7分钟，高速搅拌机转速为3000-3500转/min；混合均匀后送入热压成型机的模腔中，在温度为150-170摄氏度、压力为30-35MPa条件下热压200-250秒，制得混合纤维骨架；
(2)配料、混料：按照重量比1:1取混合纤维骨架重量的1.2-2倍的增强纤维和填料，放入高速搅拌机中，并添加适量粘结剂搅拌3-6分钟，高速搅拌机转速为3000-3500转/min，制得均匀混料；
(3)压制成型：将步骤(2)制得的均匀混料铺设在塑料液压成型机模具的模腔底部，然后将步骤(1)制得的混合纤维骨架铺设在均匀混料上，最后在混合纤维骨架上再铺设一层均匀混料，在室温条件下，以4MPa/min的速率双向加压至60-180MPa时，保持压力30-70分钟后，脱模得到预成型样品；
(4)热处理：将步骤(3)制得的预成型样品放入电炉中，按照室温到240摄氏度升温3小时，240摄氏度保温6小时，然后随炉温冷却至低于80摄氏度出炉，制得玄武岩纤维摩擦材料。
(5)外部处理：对玄武岩纤维摩擦材料进行修磨加工和表面处理。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，所述步骤(1)中高速搅拌机搅拌6分钟，高速搅拌机转速为3400转/min。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，所述步骤(1)中热压温度为160摄氏度、压力为35MPa、热压时间为200秒。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，所述步骤(2)中搅拌时间为5分钟，高速搅拌机的转速为3000转/min。
进一步，根据上述设计方案所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，所述步骤(3)中塑料液压成型机的压力加至120MPa，保持压力50分钟，制得预成型样品。
本发明的技术效果如下：本发明的玄武岩纤维摩擦材料，由混合纤维骨架、粘结剂、增强纤维和填料组成，本发明的混合纤维骨架和增强纤维以玄武岩为主要原料，能够增强摩擦材料的耐高低温性能，降低摩擦损耗，提升摩擦材料的温度形变性能。本发明的摩擦材料不添加石棉，且所用成本低廉，基体材料整体结合性更好，金属丝分布均匀，摩擦材料导热、散热更快、更优。利用本发明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸较现有摩擦材料精度更高。完全避免了层压产品的生产过程出现的气泡肿胀、分层以及翘曲等问题。本发明的摩擦材料具有耐高低温、耐磨损、低噪音、以及摩擦制动力矩稳定、环保等特点。
附图说明
图1为玄武岩纤维摩擦材料的截面图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例：玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备混合纤维骨架：按照重量比3:2:2:1取玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维，取适量由丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉组成的粘结剂，放入高速搅拌机中搅拌5-7分钟，高速搅拌机转速为3300转/min；混合均匀后送入热压成型机的模腔中，在温度为160摄氏度、压力为35MPa条件下热压200秒，制得混合纤维骨架；
(2)配料、混料：按照重量比1:1取混合纤维骨架重量的1.2-2倍的增强纤维和填料，放入高速搅拌机中，并添加适量粘结剂搅拌5分钟，高速搅拌机转速为3000转/min，制得均匀混料；
(3)压制成型：将步骤(2)制得的均匀混料铺设在塑料液压成型机模具的模腔底部，然后将步骤(1)制得的混合纤维骨架铺设在均匀混料上，最后在混合纤维骨架上再铺设一层均匀混料，在室温条件下，以4MPa/min的速率双向加压至120MPa时，保持压力50分钟后，脱模得到预成型样品；
(4)热处理：将步骤(3)制得的预成型样品放入电炉中，按照室温到240摄氏度升温3小时，240摄氏度保温6小时，然后随炉温冷却至低于80摄氏度出炉，制得玄武岩纤维摩擦材料。
(5)外部处理：对玄武岩纤维摩擦材料进行修磨加工和表面处理。
本发明的三方氮化硼汽车制动器摩擦材料还按做了噪音测试。在15000次制动噪音测试中，噪音大于70db的发生率为0.31％，噪音大于80db的发生率为0，远高于国际标准噪音大于70db的发生率小于10％，噪音大于105db的发生率为0的要求。
表一为本发明的摩擦材料的摩擦系数和磨损率测试结果表。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，包括：由玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维组成的混合纤维骨架；由丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉组成的粘结剂；由玄武岩纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和钢纤维组成的增强纤维；由重晶石粉、摩擦粉、锆英石粉、膨胀蛭石粉组成的填料；所述粘结剂、增强纤维、填料之间重量比为1:4:4；所述粘结剂、增强纤维、填料烧结在混合纤维骨架上。
2.根据权利要求1所述玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、钛酸钾纤维、纤维素纤维和钢纤维的长度为1-3毫米，直径为160-220微米。
3.根据权利要求1所述玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，所述重晶石粉、摩擦粉、锆英石粉、膨胀蛭石粉组分的粒度为小于60目。
4.根据权利要求1所述玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维的重量比为3:2:2:1。
5.根据权利要求1所述玄武岩纤维摩擦材料，其特征在于，所述玄武岩纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和钢纤维的重量比为3:2:3:1。
6.根据权利要求1所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备混合纤维骨架：按照重量比3:2:2:1取玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维和钛酸钾纤维，取适量由丁腈改性酚醛树脂和丁腈橡胶粉组成的粘结剂，放入高速搅拌机中搅拌5-7分钟，高速搅拌机转速为3000-3500转/min；混合均匀后送入热压成型机的模腔中，在温度为150-170摄氏度、压力为30-35MPa条件下热压200-250秒，制得混合纤维骨架；
（2）配料、混料：按照重量比1:1取混合纤维骨架重量的1.2-2倍的增强纤维和填料，放入高速搅拌机中，并添加适量粘结剂搅拌3-6分钟，高速搅拌机转速为3000-3500转/min，制得均匀混料；
（3）压制成型：将步骤（2）制得的均匀混料铺设在塑料液压成型机模具的模腔底部，然后将步骤（1）制得的混合纤维骨架铺设在均匀混料上，最后在混合纤维骨架上再铺设一层均匀混料，在室温条件下，以4MPa/min的速率双向加压至60-180MPa时，保持压力30-70分钟后，脱模得到预成型样品；
（4）热处理：将步骤（3）制得的预成型样品放入电炉中，按照室温到240摄氏度升温3小时，240摄氏度保温6小时，然后随炉温冷却至低于80摄氏度出炉，制得玄武岩纤维摩擦材料；
（5）外部处理：对玄武岩纤维摩擦材料进行修磨加工和表面处理。
7.根据权利要求6所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中高速搅拌机搅拌6分钟，高速搅拌机转速为3400转/min。
8.根据权利要求6所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中热压温度为160摄氏度、压力为35MPa、热压时间为200秒。
9.根据权利要求6所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中搅拌时间为5分钟，高速搅拌机的转速为3000转/min。
10.根据权利要求6所述玄武岩纤维摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中塑料液压成型机的压力加至120MPa，保持压力50分钟，制得预成型样品。
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