CN107011859A - 一种导热摩擦制动材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热摩擦制动材料的制备方法，属于摩擦制动材料制备技术领域。本发明首先用液氮将含水石墨进行冷冻处理后球磨，使石墨得到单片层化，然后再用树胶和微生物对其进行改性，单片层石墨具有优异的导热性和耐磨性，经树胶和微生物改性后表面的天然树脂颗粒增加，提高其与树脂的相容性，接着将氧化锌在含氧条件下煅烧，得到氧化锌晶须，氧化锌晶须具有良好的耐磨性和防滑性，使材料在使用时不易形成空转，然后与改性石墨、树脂等物质进行混合加热后，置于模具中进行热压，得到坯料，最后经烧结即可。本发明制备的导热摩擦制动材料导热系数高，使得车辆制动产生的热量易发散，且在车辆运行中不易造成空转，提高了车辆的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种导热摩擦制动材料的制备方法，属于摩擦制动材料制备技术领域。
背景技术
摩擦制动材料是用于各种交通运输工具以及机器设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中的制动材料。在这些制动装置中，利用摩擦材料的摩擦性能将转动的动能转化为热能或其它形式的能量，从而使转动装置制动。理想的摩擦制动材料应具有以下性能：足够而稳定的摩擦系数；高的导热性与耐热性；高的耐磨性；良好的耐油、湿和腐蚀能力；足够的强度；在与被贴合的部件进行摩擦接触时产生很少或不产生噪声；在工作中不发生黏结或咬合；原材料来源充裕，价格性能比高，具有良好的工艺性能等。
摩擦制动材料主要用于铁路机车制动装置，重型汽车制动装置，钻井机制动装置等。目前普遍采用的摩擦制动材料主要有铸铁、橡（胶）塑（料）合成材料两类。铸铁导热性好，受气候影响也较小，用它作机车制动闸瓦时，对车轮的损害小，它可使车轮踏面粗化而获得较大的粘着力。但铸铁比重大，且耐磨性能差，在制动时有粉尘产生，对环境保护不利，同时产生火花，不利于防火防爆。橡塑合成材料相对于铸铁而言，摩擦系数在高低速时数值相差不大；其耐磨性和耐久性是铸铁的5～15倍，且摩擦制动时粉尘少，无火花产生；其比重相当于铸铁的1/2～1/3。但橡塑导热性低，一般只有0.7～0.9/m℃，使得在制动产生的热量不易散发，导致车轮温度升高。这种周期性的热胀冷缩一段时间后将使车轮材质性能发生变化导致车轮热裂，影响安全。由于橡塑材料中含有较多的石墨等润滑剂，使粘着系数降低。橡塑闸瓦能把车轮踏面磨得光滑，也降低了粘着系数，在机车车辆运行中易造成空转，致使车轮和钢轨擦伤，影响铁路安全运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的摩擦制动材料导热系数过低，在车辆使用中易形成空转的问题，提供了一种用“冰劈”和研磨对石墨进行剥离，然后再经阿拉伯树胶和微生物处理得到高导热改性石墨，再将氧化锌在含氧条件下高温煅烧产生具有耐磨合防滑作用的三维网状氧化锌晶须，再与树脂和助剂压制成型、烧结来制备导热摩擦制动材料的方法，本发明首先用液氮将含水石墨进行冷冻处理后球磨，使石墨得到单片层化，然后再用树胶和微生物对其进行改性，单片层石墨具有优异的导热性和耐磨性，经树胶和微生物改性后表面产生树胶基团，提高其与树脂的相容性，接着将氧化锌在含氧条件下煅烧，得到氧化锌晶须，氧化锌晶须具有良好的耐磨性和防滑性，使材料在使用时不易形成空转，然后与改性石墨、树脂等物质进行混合加热后，置于模具中进行热压，得到坯料，最后经烧结即可得到导热摩擦制动材料。本发明制备的导热摩擦制动材料导热系数高，使得车辆制动产生的热量易发散，且在车辆运行中不易造成空转，提高了车辆的安全性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取300～400g石墨加入到盛有1～2L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以400～450kHz的频率超声40～50min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理2～3min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨60～80min，得到预处理石墨；
（2）将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为60～70℃，转速为400～500r/min条件下搅拌混合30～40min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为35～40℃，密封发酵6～8天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心10～15min，收集沉淀，将沉淀用水清洗3～5次，得到改性石墨，备用；
（3）称取100～200g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1000～1200℃后，保温50～60min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；
（4）按重量份数计，称取40～50份双酚A型酚醛树脂、5～8份步骤（2）备用的改性石墨、8～12份上述氧化锌晶须、0.5～0.8份抗氧化剂1010和0.3～0.5份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为120～130℃，转速为400～500r/min条件下搅拌反应30～40min，将烧杯中的物料置于模具中，于180～200℃、8～10MPa下热压10～15min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下，于500～600℃烧结60～90min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
本发明的应用方法：将本发明制备的导热摩擦制动材料采用真空填充法填充到多孔金属材料的空隙中，形成摩擦材料毛坯，并将摩擦材料毛坯置于压制模具中进行热压，控制热压温度为140～150℃，热压4～5min后，取出压制物，随后将压制物按照所需要的尺寸切割成刹车片摩擦块，并将刹车片摩擦块与钢背置于模具中压制成刹车片毛坯，最后经热处理、打磨和钻孔，即可得到刹车片。经检测，使用本发明制备的导热摩擦制动材料制得的刹车片导热系数为45～50W·m-1·k-1，摩擦系数达到0.56以上。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的导热摩擦制动材料导热系数高，导热系数达到45～50W·m-1·k-1，使得制动产生的热量易分散；
（2）本发明中制备的导热摩擦制动材料在机车车辆运行中不易造成空转，其摩擦系数达到0.56以上，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先称取300～400g石墨加入到盛有1～2L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以400～450kHz的频率超声40～50min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理2～3min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨60～80min，得到预处理石墨；将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为60～70℃，转速为400～500r/min条件下搅拌混合30～40min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为35～40℃，密封发酵6～8天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心10～15min，收集沉淀，将沉淀用水清洗3～5次，得到改性石墨，备用；再称取100～200g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1000～1200℃后，保温50～60min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；最后按重量份数计，称取40～50份双酚A型酚醛树脂、5～8份备用的改性石墨、8～12份上述氧化锌晶须、0.5～0.8份抗氧化剂1010和0.3～0.5份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为120～130℃，转速为400～500r/min条件下搅拌反应30～40min，将烧杯中的物料置于模具中，于180～200℃、8～10MPa下热压10～15min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下于500～600℃烧结60～90min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
实例1
首先称取400g石墨加入到盛有2L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以450kHz的频率超声50min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理3min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨80min，得到预处理石墨；将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为70℃，转速为500r/min条件下搅拌混合40min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为40℃，密封发酵8天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以5000r/min的转速离心15min，收集沉淀，将沉淀用水清洗5次，得到改性石墨，备用；再称取200g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1200℃后，保温60min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；最后按重量份数计，称取50份双酚A型酚醛树脂、8份备用的改性石墨、12份上述氧化锌晶须、0.8份抗氧化剂1010和0.5份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为130℃，转速为500r/min条件下搅拌反应40min，将烧杯中的物料置于模具中，于200℃、10MPa下热压15min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下于600℃烧结90min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
将本发明制备的导热摩擦制动材料采用真空填充法填充到多孔金属材料的空隙中，形成摩擦材料毛坯，并将摩擦材料毛坯置于压制模具中进行热压，控制热压温度为150℃，热压5min后，取出压制物，随后将压制物按照所需要的尺寸切割成刹车片摩擦块，并将刹车片摩擦块与钢背置于模具中压制成刹车片毛坯，最后经热处理、打磨和钻孔，即可得到刹车片。经检测，使用本发明制备的导热摩擦制动材料制得的刹车片导热系数为50W·m-1·k-1，摩擦系数达到0.57。
实例2
首先称取300g石墨加入到盛有1L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以400kHz的频率超声40min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理2min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨60min，得到预处理石墨；将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为60℃，转速为400r/min条件下搅拌混合30min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为35℃，密封发酵6天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以4000r/min的转速离心10min，收集沉淀，将沉淀用水清洗3次，得到改性石墨，备用；再称取150g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1000℃后，保温50min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；最后按重量份数计，称取40份双酚A型酚醛树脂、5份备用的改性石墨、8份上述氧化锌晶须、0.5份抗氧化剂1010和0.3份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为120℃，转速为400r/min条件下搅拌反应30min，将烧杯中的物料置于模具中，于180℃、8MPa下热压10min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下于500℃烧结60min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
将本发明制备的导热摩擦制动材料采用真空填充法填充到多孔金属材料的空隙中，形成摩擦材料毛坯，并将摩擦材料毛坯置于压制模具中进行热压，控制热压温度为140℃，热压4min后，取出压制物，随后将压制物按照所需要的尺寸切割成刹车片摩擦块，并将刹车片摩擦块与钢背置于模具中压制成刹车片毛坯，最后经热处理、打磨和钻孔，即可得到刹车片。经检测，使用本发明制备的导热摩擦制动材料制得的刹车片导热系数为45W·m-1·k-1，摩擦系数达到0.58。
实例3
首先称取350g石墨加入到盛有2L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以420kHz的频率超声45min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理3min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨70min，得到预处理石墨；将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为65℃，转速为450r/min条件下搅拌混合35min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为37℃，密封发酵7天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以4500r/min的转速离心12min，收集沉淀，将沉淀用水清洗4次，得到改性石墨，备用；再称取150g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1150℃后，保温55min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；最后按重量份数计，称取45份双酚A型酚醛树脂、7份备用的改性石墨、10份上述氧化锌晶须、0.7份抗氧化剂1010和0.4份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为125℃，转速为450r/min条件下搅拌反应35min，将烧杯中的物料置于模具中，于190℃、9MPa下热压12min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下于550℃烧结70min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
将本发明制备的导热摩擦制动材料采用真空填充法填充到多孔金属材料的空隙中，形成摩擦材料毛坯，并将摩擦材料毛坯置于压制模具中进行热压，控制热压温度为145℃，热压4min后，取出压制物，随后将压制物按照所需要的尺寸切割成刹车片摩擦块，并将刹车片摩擦块与钢背置于模具中压制成刹车片毛坯，最后经热处理、打磨和钻孔，即可得到刹车片。经检测，使用本发明制备的导热摩擦制动材料制得的刹车片导热系数为47W·m-1·k-1，摩擦系数达到0.58。
Claims (1)
1.一种导热摩擦制动材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取300～400g石墨加入到盛有1～2L水的烧杯中，将烧杯移入超声波振荡仪中，以400～450kHz的频率超声40～50min后，过滤，得到滤渣，立即向所得滤渣表面喷淋液氮冷冻处理2～3min，再将冷冻处理后的滤渣置于球磨机中球磨60～80min，得到预处理石墨；
（2）将上述预处理石墨、阿拉伯树胶和水按质量比1:1:15加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为60～70℃，转速为400～500r/min条件下搅拌混合30～40min后，将烧杯取出，待烧杯中的物料自然冷却至室温后，得到发酵底物，将发酵底物加入到发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%的枯草芽孢杆菌菌粉，控制发酵罐温度为35～40℃，密封发酵6～8天后，将发酵罐中的物料取出并置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心10～15min，收集沉淀，将沉淀用水清洗3～5次，得到改性石墨，备用；
（3）称取100～200g氧化锌加入到坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设定马弗炉的升温速率为125℃/h，升温至1000～1200℃后，保温50～60min，待坩埚中的物料随炉冷却至室温后，得到氧化锌晶须；
（4）按重量份数计，称取40～50份双酚A型酚醛树脂、5～8份步骤（2）备用的改性石墨、8～12份上述氧化锌晶须和0.3～0.5份N-羟甲基丙烯酰胺加入到烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温搅拌器中，于温度为120～130℃，转速为400～500r/min条件下搅拌反应30～40min，将烧杯中的物料置于模具中，于180～200℃、8～10MPa下热压10～15min后，脱模得到成型后的坯料，将成型后的坯料置于烧结炉中，在氮气保护条件下于500～600℃烧结60～90min，并自然冷却至室温，即可得到导热摩擦制动材料。
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