CN106566471A - 一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料及制备方法 - Google Patents

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赵盖
宋敬伏
丁庆军
裘进浩
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Abstract

本发明公开了一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，以质量百分比计，它由以下组分制成：酚醛树脂55‑70%；芳纶纤维10‑20%；硅酸铝10‑20%；铜粉0‑10%；石墨0‑10%；本发明还公开了其制备方法：将混合均匀的物料热压成型，再将热压成型的复合材料切片后供超声电机使用；通过本方法制备的摩擦材料综合性能良好，能够满足超声电机在宽温域范围内、超长使用寿命要求以及大载荷等苛刻环境下的使用要求，拓宽了超声电机在航空航天、精密仪器和高端装备的应用需求，且该方法简单可靠，制备的材料性能稳定，是一种理想的超声电机用摩擦材料及可靠的制备方法。

Description

一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料及制备方法
技术领域
本发明属于电机材料制备领域，涉及一种酚醛树脂复合材料及制备方法，具体讲是一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料及制备方法。
背景技术
超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而界面的摩擦特性对超声电机的整体性能的发挥至关重要。目前超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免，由于磨损造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，从而导致超声电机输出转速不稳定。超声电机按运动输出方式可以分为直线型超声电机以及旋转型超声电机。其中直线型超声电机在使用过程中主要问题在于：摩擦材料的摩擦性能不高，降低了超声电机的使用寿命；而旋转型超声电机使用的摩擦材料主要存在问题在于：摩擦性能不稳定，使用寿命短，使用温度范围较窄，抗过载能力较弱等。
目前，酚醛树脂是一种高性能聚合物，具有良好的化学稳定性和力学性能，耐热性好，硬度大，是一种理想的摩擦材料，通过改性可以应用在不同的机械运动部件中。典型的应用就是热固性酚醛树脂中加入大量的填料作为刹车片材料，耐温性和耐磨性较好。截至目前，还未见有关此类硼酚醛树脂复合材料作为超声电机摩擦材料的专利报导。
此外，随着超声电机技术的不断发展和应用，针对高低温环境、大载荷、强冲击、超长服役时间等特殊需求，发展一种热稳定性好、抗过载、耐磨性极好的摩擦材料是超声电机一直是本领域技术人员厄待解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供了一种酚醛树脂基复合材料作为超声电机摩擦材料使用，其耐温性更好，抗冲击能力强，进一步提高超声电机的温度使用范围、抗过载能力以及使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，以质量百分比计，它由以下组分制成：
酚醛树脂55-70%；
芳纶纤维10-20%；
硅酸铝10-20%；
铜粉0-10%；
石墨0-10%。
进一步，所述的硼酚醛树脂是硼酚醛树脂粉末，粒径为50-100μm；所采用的硼酚醛树脂为黄色的硼酚醛树脂模压粉，具有普通酚醛树脂更高的耐热性，瞬时耐高温性能、耐热氧化性能、抗辐照的优良性能；其次性能稳定，非常适合无机颗粒填充和模压。
进一步，所述的芳纶纤维是芳纶纤维粉末，粒径为50-75μm；其具有良好的力学性能和有机兼容性，芳纶纤维在电机运行过程中起到增强作用，能够进一步提高硼酚醛树脂的耐磨性。
进一步，所述的硅酸铝是白色的硅酸铝粉末，粒径为60-80μm；其良好的抗承载能力以及热稳定性；硅酸铝无机颗粒的填充，在高过载情况下具有良好的承载能力，进一步提高了电机的抗过载能力。
进一步，所述的铜粉粒径为20-50μm；铜粉起到润滑作用，能够延长超声电机的使用寿命，增加该类电机的服役时间和可靠性，铜粉作为润滑剂得益于对超声电机定子配副的兼容性，同时跟石墨协同润滑能够提高该摩擦材料的耐磨性。
进一步，所述的石墨的粒径为50-70μm；石墨价格便宜和润滑性能突出；石墨起到润滑作用，能够延长超声电机的使用寿命，增加该类电机的服役时间和可靠性。
本发明还公开了一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料的制备方法，其具体步骤如下：
1）按质量百分比准确称量各组分并将其混合均匀；
2）将混合均匀的物料热压成型，即得到摩擦材料；
3）上述步骤2)得到的摩擦材料切片后供超声电机使用。
进一步，所述的热压工艺参数为：压力30-40MPa，烧结温度为180-200℃，烧结2-3.5h后自然冷却。
本发明与现有技术的有益效果在于：
（1）通过使用综合性能良好的硼酚醛树脂基摩擦材料并加入兼容性良好的有机纤维为增强体在电机运行过程中起到增强作用，能够进一步提高硼酚醛树脂的耐磨性；其次铜粉和石墨协同润滑能够大大延长超声电机的使用寿命，增加该类电机的服役时间和可靠性；硅酸铝颗粒在高过载情况下具有良好的承载能力，进一步提高了电机的抗过载能力。
（2）本发明所制备的材料综合性能良好，能够满足超声电机在宽温域范围内、超长使用寿命要求以及大载荷等苛刻环境下的使用要求，拓宽了超声电机在航空航天、精密仪器和高端装备的应用需求。
（3）同时采用典型的热压烧结法制备成型，工艺简单可靠，制备的材料性能稳定，是一种理想的超声电机用摩擦材料及可靠的制备方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
按硼酚醛树脂粉末55%、芳纶纤维粉末20%、硅酸铝粉末15%、铜粉5%和石墨5%的质量百分比称量各组分，其中硼酚醛树脂粒径为50-100μm，芳纶纤维粉末粒径为50-75μm，硅酸铝粉末粒径为60-80μm，铜粉粒径为20-50μm，石墨的粒径为50-70μm。
利用上述配比的组分制备摩擦材料，具体制备步骤如下：
（1）先将硼酚醛树脂粉末、芳纶纤维粉末、硅酸铝、石墨和铜粉按比例分散到无水乙醇中在超声水浴中机械搅拌2h，将各组分充分混合均匀；然后烘干待用；
（2）再将混合均匀的物料倒入模具中热压成型，压力40MPa，烧结温度为200℃，烧结3.5h后自然冷却；
（3）对步骤2）所得的摩擦复合材料切片后表面处理供超声电机使用。
实施例2
按硼酚醛树脂60%、芳纶纤维15%、硅酸铝20%、铜粉2%和石墨3%的质量百分比称量各组分，其中硼酚醛树脂粒径为50-100μm，芳纶纤维粉末粒径为50-75μm，硅酸铝粉末粒径为60-80μm，铜粉粒径为20-50μm，石墨的粒径为50-70μm。
利用上述配比的组分制备摩擦材料，具体制备步骤如下：
（1）先将硼酚醛树脂粉末、芳纶纤维粉末、硅酸铝、石墨和铜粉按比例分散到无水乙醇中在超声水浴中机械搅拌1.5h，将各组分充分混合均匀；然后烘干待用；
（2） 再将混合均匀的物料倒入模具中热压成型，压力35MPa，烧结温度为195℃，烧结3h后自然冷却；
（3）对步骤2）所得的摩擦复合材料切片后表面处理供超声电机使用。
实施例3
按硼酚醛树脂65%、芳纶纤维15%、硅酸铝10%、石墨10%的质量百分比称量各组分，其中硼酚醛树脂粒径为50-100μm，芳纶纤维粉末粒径为50-75μm，硅酸铝粉末粒径为60-80μm，铜粉粒径为20-50μm，石墨的粒径为50-70μm。
利用上述配比的组分制备摩擦材料，具体制备步骤如下：
（1）先将硼酚醛树脂粉末、芳纶纤维粉末、硅酸铝和石墨按比例分散到无水乙醇中在超声水浴中机械搅拌1.5h，将各组分充分混合均匀；然后烘干待用；
（2）将混合均匀的物料倒入模具中热压成型，压力35MPa，烧结温度为190℃，烧结2.5h后自然冷却；
（3）对步骤2）所得的摩擦复合材料切片后表面处理供超声电机使用。
实施例4
按硼酚醛树脂70%、芳纶纤维10%、硅酸铝10%、铜粉10%的质量百分比称量各组分，其中硼酚醛树脂粒径为50-100μm，芳纶纤维粉末粒径为50-75μm，硅酸铝粉末粒径为60-80μm，铜粉粒径为20-50μm，石墨的粒径为50-70μm。
利用上述配比的组分制备摩擦材料，具体制备步骤如下：
（1）先将硼酚醛树脂粉末、芳纶纤维粉末、硅酸铝和铜粉按比例分散到无水乙醇中在超声水浴中机械搅拌1.5h，将各组分充分混合均匀；然后烘干待用；
（2）将混合均匀的物料倒入模具中热压成型，压力30MPa，烧结温度为180℃，烧结2h后自然冷却；
（3）对步骤2）所得的摩擦复合材料切片后表面处理供超声电机使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，以质量百分比计，它由以下组分制成：
酚醛树脂55-70%；
芳纶纤维10-20%；
硅酸铝10-20%；
铜粉0-10%；
石墨0-10%。
2.根据权利要求1所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的硼酚醛树脂是硼酚醛树脂粉末，粒径为50-100μm。
3.根据权利要求1所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的芳纶纤维是芳纶纤维粉末，粒径为50-75μm。
4.根据权利要求1所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的硅酸铝是硅酸铝粉末，粒径为60-80μm。
5.根据权利要求1所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的铜粉粒径为20-50μm。
6.根据权利要求1所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的石墨的粒径为50-70μm。
7.一种用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）按质量百分比准确称量各组分并将其混合均匀；
2）将混合均匀的物料热压成型，即得到摩擦材料；
3）上述步骤2)得到的摩擦材料切片后供超声电机使用。
8.根据权利要求7所述的用于超声电机的酚醛树脂基摩擦材料，其特征在于，所述的步骤2）中的热压工艺参数为：压力30-40MPa，烧结温度为180-200℃，烧结2-3.5h后自然冷却。
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