CN106544924A - 一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂分散，然后加入羧基丁苯胶乳乳液，分散后加入絮凝剂充分絮凝后再加入剩余的分散剂，分散得到浆料；将浆料加入纸页成型器抄造成原纸后烘干；经过双重浸渍后热压成型处理，得到。本发明氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，在纸基摩擦材料中加入氧化铝纤维，大大提高了纸基摩擦材料的动摩擦系数稳定性，有效降低磨损率，提高摩擦材料的耐热性。经浸渍和热压后，摩擦片中的各个物料能更加紧密的黏结在一起形成致密的结构，从而使材料的界面性能得到改善。

Description

一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明属于造纸工业技术领域，具体涉及一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法。
背景技术
纸基摩擦材料是将纤维、填料、摩擦性能调节剂用湿式抄造的方法形成摩擦材料原纸，再经树脂浸渍加工而制成的复合材料，主要应用于汽车自动变速器、差速器、扭矩管理器和同步器等湿式离合制动装置中，该类摩擦材料需要适应循环往复的高转速大压力和高温润滑油等苛刻工况条件。
在发达国家，纸基摩擦材料已经被广泛使用。1988年，日本科学家提出玻璃纤维、棉纤维和对位芳纶纤维共同使用，采用造纸工艺生产的摩擦材料，提高了纸基材料的拉伸强度，降低了材料使用过程中的颤振。美国也提出使用高性能的碳纤维、芳纶纤维和棉纤维，以及碳颗粒、石墨作为填料制备双层纸基摩擦材料。国内对纸基摩擦材料也做了相对的研究，西北工业大学的付业伟老师研究了碳纤维复合纸基摩擦材料耐热性能、摩擦性能和磨损性能。这些方法都存在着技术上的不足，竹纤维和木纤维纸基摩擦材料虽然成本低，但其耐热耐磨性差；芳纶纤维和碳纤维等高性能增强纤维的大量使用会提高摩擦材料成本，然而目前只有降低成本才能提高性价比从而获得市场认可。总体而言，国内在增强纤维的选择研究方面虽然有了一定的进展，但纤维类型的选择还比较单一，混杂纤维研究较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，该方法提高了纸基摩擦材料的动摩擦系数，降低了磨损率，并且对对偶损伤小。
本发明所采用的技术方案是，一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比分别称取18-32％对位芳纶纤维、8-12％碳纤维、10-14％氧化铝纤维、12-18％竹浆纤维、8-12％海泡石绒、5-8％摩擦性能调节剂、15-20％填料、0.15-0.25％分散剂、6-10％羧基丁苯胶乳乳液、0.2-0.3％絮凝剂，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂分散，然后加入羧基丁苯胶乳乳液，分散后加入絮凝剂充分絮凝后再加入剩余的分散剂，分散得到浆料；
步骤3，将步骤2得到的浆料加入纸页成型器抄造成原纸后烘干；
步骤4，对步骤3得到的原纸经过双重浸渍后热压成型处理，制成纸基摩擦材料原纸。
本发明的特点还在于，
步骤1称取之前对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，风干后计算水分备用；芳纶短切纤维放入中，用十二烷基苯磺酸钠在60℃的水浴锅中进行清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，搅拌后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2h后用蒸馏水冲洗干净，烘干备用。
步骤1中摩擦性能调节剂为石墨；填料为硅藻土或氧化铝粉体。
步骤1中分散剂为聚氧化乙烯PEO，絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺CPAM。
步骤2具体为：将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解15000-25000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌2500-3500转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌2500-3500转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌2500-3500转使形成分散均匀的浆料。
步骤3中烘干的温度为95-105℃，时间为5-10min。
步骤4中双重浸渍是将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液中浸渍，浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％。
步骤4中热压成型温度为140-160℃，压力为12-18MPa。
本发明的有益效果是，本发明氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，在纸基摩擦材料中加入氧化铝纤维，大大提高了纸基摩擦材料的动摩擦系数，有效降低磨损率，提高压缩回弹性和耐热性。经浸渍和热压后，摩擦片中的各个物料能更加紧密的黏结在一起形成致密的结构，从而使材料的界面性能得到改善。
附图说明
图1是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的动摩擦系数图；
图2是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的动摩擦系数标准偏差图；
图3是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热重图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，称取之前对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，风干后计算水分备用；芳纶短切纤维放入中，用十二烷基苯磺酸钠在60℃的水浴锅中进行清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，搅拌后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2h后用蒸馏水冲洗干净，烘干备用；
步骤2，按质量百分比分别称取18-32％对位芳纶纤维、8-12％碳纤维、10-14％氧化铝纤维、12-18％竹浆纤维、8-12％海泡石绒、5-8％摩擦性能调节剂、15-20％填料、0.15-0.25％分散剂、6-10％羧基丁苯胶乳乳液、0.2-0.3％絮凝剂，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤3，将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解15000-20000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌2500-3500转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌2500-3500转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌2500-3500转使形成分散均匀的浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料在纸页成型器中直接滤水成型，然后在95-105℃下5-10min烘干；
步骤5，将步骤4得到的原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液(浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％)中浸渍，最后经过热压成型处理(温度为140-160℃，压力为12-18MPa)，制成纸基摩擦材料原纸。
本发明在纸基摩擦材料中加入氧化铝纤维，氧化铝纤维作为国内外最新型的超轻质高温绝热材料之一，集晶体材料和纤维材料特性于一体，有较好的耐热稳定性和化学稳定性，与金属基体的浸润性良好，界面反应较小，其复合材料的力学性能、耐磨性、硬度均有提高，热膨胀系数降低；又与树脂基体结合良好，比玻璃纤维的弹性大，比碳纤维的压缩强度高，其复合材料正逐步在一些领域取代玻璃纤维和碳纤维。添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料大大提高了这种纸基摩擦材料的动摩擦系数，有效降低磨损率，提高压缩回弹性和耐热性。经浸渍和热压后，摩擦片中的各个物料能更加紧密的黏结在一起形成致密的结构，从而使材料的界面性能得到改善。氧化铝纤维的造价低，在维持其他优异性能不变的同时，减少芳纶纤维和碳纤维的添加量，加入氧化铝纤维，既可以降低生产成本，又可以生产出来性能更加优异的摩擦材料，更容易获得市场的认可。
本发明方法在维持其他优异性能不变的同时，节约了生产成本，更容易获得市场的认可，对提升复合材料产品的性能和档次，推动其相关产业发展具有重大的现实意义。
实施例1
(1)纤维打浆预处理：对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，芳纶纤维打浆度30°SR，竹浆纤维打浆度20°SR，风干后计算水分备用；
(2)纤维清洗预处理：芳纶短切纤维放入60℃的水中，加入十二烷基苯磺酸钠进行清洗，再用清水清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，并用电动搅拌器适当搅拌，然后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡1小时，取出后用蒸馏水冲洗2次，烘干备用；
(3)按质量百分比分别称取18％对位芳纶纤维(绝干)、8％碳纤维、14％氧化铝纤维、13％竹浆纤维(绝干)、12％海泡石绒、6.55％摩擦性能调节剂(石墨)、20％填料(硅藻土)、0.25％分散剂PEO、8％羧基丁苯胶乳乳液、0.2％絮凝剂CPAM，上述组分质量百分比之和为100％；
(4)将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解15000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌2500转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌2500转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌2500转使形成分散均匀的浆料；
(5)将得到的浆料在纸页成型器中直接滤水成型，然后在95℃下10min烘干；
(6)将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液(浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％)中浸渍，最后经过热压成型处理(温度为140℃，压力为12MPa)，制成纸基摩擦材料原纸。
实施例2
(1)纤维打浆预处理：对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，芳纶纤维打浆度25°SR，竹浆纤维打浆度15°SR，风干后计算水分备用；
(2)纤维清洗预处理：芳纶短切纤维放入60℃的水中，加入适量的十二烷基苯磺酸钠进行清洗，再用清水清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，并用电动搅拌器适当搅拌，然后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡1.5小时，取出后用蒸馏水冲洗3次，烘干备用；
(3)按质量百分比分别称取32％对位芳纶纤维(绝干)、10％碳纤维、10％氧化铝纤维、12％竹浆纤维(绝干)、8％海泡石绒、6.55％摩擦性能调节剂(石墨)、15％填料(硅藻土或三氧化二铝)、0.15％分散剂PEO、6％羧基丁苯胶乳乳液、0.3％絮凝剂CPAM，上述组分质量百分比之和为100％；
(4)将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解20000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌3000转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌3000转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌3000转使形成分散均匀的浆料；
(5)将浆料在纸页成型器中直接滤水成型，然后在100℃下8min烘干；
(6)将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液(浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％)中浸渍，最后经过热压成型处理(温度为160℃，压力为14MPa)，制成纸基摩擦材料原纸。
实施例3
(1)纤维打浆预处理：对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，芳纶纤维打浆度35°SR，竹浆纤维打浆度25°SR，风干后计算水分备用；
(2)纤维清洗预处理：芳纶短切纤维放入60℃的水中，加入适量的十二烷基苯磺酸钠进行清洗，再用清水清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，并用电动搅拌器适当搅拌，然后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡2小时，取出后用蒸馏水冲洗2次，烘干备用；
(3)按质量百分比分别称取20％对位芳纶纤维(绝干)、12％碳纤维、10％氧化铝纤维、18％竹浆纤维(绝干)、9％海泡石绒、5％摩擦性能调节剂(石墨)、15.55％填料(硅藻土或三氧化二铝)、0.2％分散剂PEO、10％羧基丁苯胶乳乳液、0.25％絮凝剂CPAM，上述组分质量百分比之和为100％；
(4)将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解16000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌3500转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌3500转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌3500转使形成分散均匀的浆料；
(5)将浆料在纸页成型器中直接滤水成型，然后在105℃下9min烘干；
(6)将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液(浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％)中浸渍，最后经过热压成型处理(温度为150℃，压力为16MPa)，制成纸基摩擦材料原纸。
实施例4
(1)纤维打浆预处理：对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，芳纶纤维打浆度35°SR，竹浆纤维打浆度25°SR，风干后计算水分备用；
(2)纤维清洗预处理：芳纶短切纤维放入60℃的水中，加入适量的十二烷基苯磺酸钠进行清洗，再用清水清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，并用电动搅拌器适当搅拌，然后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡2小时，取出后用蒸馏水冲洗2次，烘干备用；
(3)按质量百分比分别称取26％对位芳纶纤维(绝干)、9％碳纤维、12％氧化铝纤维、12％竹浆纤维(绝干)、9％海泡石绒、8％摩擦性能调节剂(石墨)、17.6％填料(硅藻土或三氧化二铝)、0.2％分散剂PEO、6％羧基丁苯胶乳乳液、0.2％絮凝剂CPAM，上述组分质量百分比之和为100％；
(4)将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解18000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌2800转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌2800转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌2800转使形成分散均匀的浆料；
(5)将浆料在纸页成型器中直接滤水成型，然后在100℃下5min烘干；
(6)将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液(浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％)中浸渍，最后经过热压成型处理(温度为160℃，压力为18MPa)，制成纸基摩擦材料原纸。
图1是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的动摩擦系数图；图2是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的动摩擦系数标准偏差图；图中所示：P1为未添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的样品；P2为添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的样品。由图1和图2可知：添加氧化铝纤维后纸基摩擦材料的动摩擦系数略微下降，为0.1647，符合国家标准，且添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的动摩擦系数标准偏差有所降低，说明氧化铝纤维的添加有利于提高摩擦系数的稳定性，使材料更好的应用于汽车等离合装置中，达到安全、舒适的标准。
图3是未添加氧化铝纤维和添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热重图。其中样品P1为未添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热重曲线，样品P2为添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热重曲线。由图3中曲线可知：两种纸基摩擦材料的分解温度相近，这主要是由于纸基摩擦材料的耐热性能主要取决于酚醛树脂浸渍液，且添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热分解温度始终高于未添加氧化铝纤维的纸基摩擦材料的热分解温度，而样品P1与样品P2最大分解速率点温度均在350℃附近，说明氧化铝纤维优异的耐热性能，在一定程度上可以降低纸基摩擦材料的分解速率，减少质量损失。

Claims (8)

1.一种氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比分别称取18-32％对位芳纶纤维、8-12％碳纤维、10-14％氧化铝纤维、12-18％竹浆纤维、8-12％海泡石绒、5-8％摩擦性能调节剂、15-20％填料、0.15-0.25％分散剂、6-10％羧基丁苯胶乳乳液、0.2-0.3％絮凝剂，上述组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂分散，然后加入羧基丁苯胶乳乳液，分散后加入絮凝剂充分絮凝后再加入剩余的分散剂，分散得到浆料；
步骤3，将步骤2得到的浆料加入纸页成型器抄造成原纸后烘干；
步骤4，对步骤3得到的原纸经过双重浸渍后热压成型处理，制成纸基摩擦材料原纸。
2.根据权利要求1所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤1称取之前对于对位芳纶浆粕和竹浆纤维分别进行打浆处理，风干后计算水分备用；芳纶短切纤维放入中，用十二烷基苯磺酸钠在60℃的水浴锅中进行清洗，干燥备用；碳纤维使用浓硝酸浸泡，搅拌后用水清洗后干燥备用；氧化铝纤维在丙酮中浸泡1-2h后用蒸馏水冲洗干净，烘干备用。
3.根据权利要求1所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤1中摩擦性能调节剂为石墨；填料为硅藻土或氧化铝粉体。
4.根据权利要求1～3任一所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤1中分散剂为聚氧化乙烯PEO，絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺CPAM。
5.根据权利要求1所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤2具体为：将对位芳纶纤维、碳纤维、氧化铝纤维、竹浆纤维、海泡石绒、摩擦性能调节剂和填料混合后加入部分分散剂，疏解15000-25000转，待均匀分散后，加入质量浓度为2％的羧基丁苯胶乳乳液，搅拌2500-3500转，使胶乳均匀分散在浆料中，再加入絮凝剂后搅拌2500-3500转，使纤维与填料、摩擦性能调节剂充分絮聚结合，再加剩余的分散剂搅拌2500-3500转使形成分散均匀的浆料。
6.根据权利要求1所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤3中烘干的温度为95-105℃，时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤4中双重浸渍是将原纸放入聚酰亚胺树脂和酚醛树脂组合的浸渍液中浸渍，浸渍液中聚酰亚胺树脂的浓度为3％、酚醛树脂的浓度为8％。
8.根据权利要求1或7所述的氧化铝纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤4中热压成型温度为140-160℃，压力为12-18MPa。
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