CN107035800A - 一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法。步骤如下：将氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布浸入到纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中浸渍，待浸渍完成后，将复合纤维布在烘干塔内烘干，然后将烘干后的复合纤维布撕条，再在缠绕机上缠绕成型；将缠绕后的型坯置于模具中热压成型，将热压后的型坯置于烘箱中进行热处理，热处理完成后将产品切割、表面磨削制成所需规格的汽车离合器面片。本发明无需填料粒子等成分即工艺中去除了浆料浸渍这一步骤，直接将改性复合纤维布直接浸渍于改性水溶性酚醛树脂中，即可制得高耐磨高耐热的汽车离合器面片。本发明采用热处理科学合理，可以完全消除制品的内应力，提高制品的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车离合器面片的制备方法，具体涉及一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法。
背景技术
汽车离合器面片是车辆依靠摩擦作用执行传动功能的部件材料，是摩擦材料的一种，是汽车车辆中非常重要的安全零件，对于汽车的功能性、安全性以及舒适性的实现都有着重要影响。常用的汽车离合器面片主要有粘结剂、增强纤维以及填料粒子三大部分构成，粘结剂的作用是将增强纤维和填料粒子连接为一个整体，即离合器面片制品；增强纤维赋予制品足够的机械性能，保证制品在其加工过程和使用过程有足够的机械强度承受冲击力、剪切力、离合器面片高速旋转的作用力，避免制品破裂；填料的种类较多，既有降低成本所使用的填充粒子，也有调控材料摩擦系数大小的填料，这些填料可分为增摩填料和减磨填料，增摩填料可以 加大摩擦材料的摩擦系数，减磨填料则可以减小摩擦材料和摩擦对偶面的相互磨损，延长使用寿命。
刘祥坤、胡以强在其《水溶性改性酚醛树脂制备离合器摩擦材料的研究》一文中提出了以水溶性改性酚醛树脂做胶粘剂,采用湿法工艺制备离合器摩擦材料，具体工艺步骤如下：流程如下:①将水溶性酚醛树脂、硫化剂、促进剂、填料等放入搅拌机中,搅拌15-60分钟,成待用浆料。②将连续纤维在浆料中浸渍,连续纤维的上胶量在100%-200%之间。③把浸渍好的纤维在烘干,烘烤温度控制在100℃-120℃,时间是5-15分钟。④将烘干的含浆料纤维缠绕成坯料。⑤将坯料在压机和模具上热压成型,压制温度是160℃,压力是20MPa,压制时间10分钟。⑥成型后,进行热处理,120℃起温,阶梯升温(1小时升10℃),到200℃保温4小时,随炉冷却至室温。⑦在经后续处理,成制品。所制备的离合器摩擦材料摩擦系数稳定，磨损率较低，硬度、孔隙率适中，冲击强度、弯曲强度较高。但是随着汽车朝着高速、重载、舒适安全的的发展，对汽车所使用的离合器面片的性能要求也越来越高，这就要求离合器面片需要更强的耐磨性能、更好的耐热性能，同时上述文献工艺中增强纤维需要浸渍浆料这一步骤，大大增加了生产强度和生产成本，且热处理工艺不合理，无法完全消除制品内应力。
因此，本发明采用导热性和耐磨性优异的氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布作为增强纤维和耐热性和耐磨性优异的纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂作为粘结剂，无需填料粒子等成分即工艺中去除了浆料浸渍这一步骤，直接将氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布直接浸渍于纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中，即可制得高耐磨高耐热的汽车离合器面片，减少了生产强度和生产成本。本发明采用先在乙二醇中、矿物油、液体石蜡三种介质中进行升温降温热处理，科学合理，可以完全消除制品的内应力，提高制品的机械性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法。本发明工艺去除了浆料浸渍，无需使用填料粒子等成分，减少了生产强度和生产成本，同时热处理科学合理，能够完全消除制品内应力。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布浸入到纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中浸渍，待浸渍完成后，将复合纤维布在烘干塔内烘干，温度控制在80-90℃，时间控制在20-30min，然后将烘干后的复合纤维布撕条，再在缠绕机上缠绕成型；
（2）将缠绕后的型坯置于模具中热压成型，热压温度为160-180℃，压力为20-30MPa，保压时间为70-90s/mm，放气次数为3-5次；
（3）将热压后的型坯置于烘箱中进行热处理：将型坯放入乙二醇中以2-3℃/min的速率升温至70-80℃，保温1-2h，再以1-2℃/min的速率升温至100-120℃，保温2-3h，再以0.5-1℃/min的速率降温至60-70℃，保温1-2h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入矿物油中以3-5℃/min的速率升温至140-160℃，保温3-4h，再以1-3℃/min的速率降温至90-100℃，保温1.5-2.5h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入液体石蜡中以2-4℃/min的速率升温至170-190℃，保温4-6h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干；
（4）热处理完成后将产品切割、表面磨削制成所需规格的汽车离合器面片。
所述氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布的制备方法包括如下步骤：
（1）将采用Hummers法制得的氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.5-1.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声功率为200-300W，超声时间为5-10min；
（2）按照质量比15-18:0.3-0.5:0.4-0.6:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，超声功率为150-250W，超声时间为10-15min；
（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1-2cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在15-20V，电泳沉积30-40min后取出复合纤维布，在1-2L/minN2保护气氛、（2-3）×10-3Pa真空保护以及280-360℃温度条件高温处理4-7h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在40-50V，电泳沉积5-10min后取出复合纤维布，在2-3L/minN2保护气氛、（1-2）×10-3Pa真空保护以及350-400℃温度条件高温处理2-5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。
所述纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为1-10nmm。
所述复合纤维布中的复合纤维选自玻璃纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、碳纤维、铜纤维、钢纤维、海泡石纤维、钛酸钾纤维、硅酸铝纤维中的两种或两种以上纤维捻合而成。
所述纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂的制备方法包括以下步骤：
（1）按照摩尔比1-2:1:0.008-0.012称取甲醛、苯酚和氢氧化钡，待用；
（2）将甲醛加水搅拌制成质量分数为30-40%的甲醛水溶液，待用；
（3）按照质量比1:3-5将N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到体积分数为95%的乙醇水溶液中，充分搅拌均匀，待用；
（4）取相当于苯酚质量6-8%的纳米钛酸铝加水搅拌制成质量分数为40-50%的悬浮液，然后加入步骤（3）制得的溶液，N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入量为纳米钛酸铝质量的1-2%，充分搅拌均匀，在功率为300-500W的条件下超声分散20-30min，真空抽滤，干燥，研磨，过筛，即得改性纳米钛酸铝；
（5）将预先称量好的的苯酚、氢氧化钡、改性纳米钛酸铝混合，不断搅拌并升温至40-45℃并保持20-30min，然后加入总量70-80%的甲醛水溶液，继续搅拌并缓慢升温至45-50℃，恒温搅拌20-30min，然后以0.5-1℃/min的速率升温至85-90℃，恒温搅拌30-40min，再以0.1-0.2℃/min的速率升温至90-95℃，恒温搅拌20-30min，再以0.3-0.6℃/min的速率降温至80-85℃，加入余下甲醛水溶液，恒温搅拌10-15min，再缓慢升温至90-95℃，恒温搅拌0.5-1h，然后加入相当于苯酚质量0.5-1%的磷酸、2-3%的硼酸和1-2%的钼酸铵，继续升温至90-100℃，恒温搅拌2-3h，再后加入水解后的脲丙基三甲氧基硅烷，脲丙基三甲氧基硅烷的加入量为苯酚质量的1-3%，缓慢升温至85-95℃，恒温搅拌1-2h，即得纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂。
本发明的有益效果：
本发明采用导热性和耐磨性优异的氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布作为增强纤维和耐热性和耐磨性优异的纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂作为粘结剂，无需填料粒子等成分即工艺中去除了浆料浸渍这一步骤，直接将氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布直接浸渍于纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中，即可制得高耐磨高耐热的汽车离合器面片，减少了生产强度和生产成本。本发明采用先在乙二醇中、矿物油、液体石蜡三种介质中进行升温降温热处理，科学合理，可以完全消除制品的内应力，提高制品的机械性能。
具体实施方式
实施例1
一种氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布的制备方法，包括如下步骤：
（1）将采用Hummers法制得的氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.8mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声功率为250W，超声时间为8min；
（2）按照质量比16:0.4:0.5:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，超声功率为200W，超声时间为12min；
（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1.5cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在18V，电泳沉积35min后取出复合纤维布，在1.5L/minN2保护气氛、2.5×10-3Pa真空保护以及320℃温度条件高温处理6h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在45V，电泳沉积8min后取出复合纤维布，在2.5L/minN2保护气氛、1.5×10-3Pa真空保护以及380℃温度条件高温处理4h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。
所述纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为5nmm。
所述的复合纤维布中的复合纤维为玻璃纤维、腈纶纤维、铜纤维三种纤维捻合而成。
实施例2
一种汽车离合器面片用纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照摩尔比1.5:1:0.01称取甲醛、苯酚和氢氧化钡，待用；
（2）将甲醛加水搅拌制成质量分数为35%的甲醛水溶液，待用；
（3）按照质量比1:4将N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到体积分数为95%的乙醇水溶液中，充分搅拌均匀，待用；
（4）将纳米钛酸铝加水搅拌制成质量分数为45%的悬浮液，然后加入步骤（3）制得的溶液，充分搅拌均匀，在功率为400W的条件下超声分散25min，真空抽滤，干燥，研磨，过筛，即得改性纳米钛酸铝；
（5）将预先称量好的的苯酚、氢氧化钡、改性纳米钛酸铝混合，不断搅拌并升温至42℃并保持25min，然后加入总量75%的甲醛水溶液，继续搅拌并缓慢升温至48℃，恒温搅拌25min，然后以0.7℃/min的速率升温至88℃，恒温搅拌35min，再以0.15℃/min的速率升温至92℃，恒温搅拌25min，再以0.4℃/min的速率降温至83℃，加入余下甲醛水溶液，恒温搅拌12min，再缓慢升温至92℃，恒温搅拌45min，然后加入磷酸、硼酸和钼酸铵，继续升温至95℃，恒温搅拌2.5h，再后加入水解后的脲丙基三甲氧基硅烷，缓慢升温至90℃，恒温搅拌1.5h，即得纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂。
所述纳米钛酸铝的加入量为苯酚质量的7%。
所述N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入量为纳米钛酸铝质量的1.5%。
所述磷酸的加入量为苯酚质量的0.8%；所述硼酸的加入量为苯酚质量的2.5%；所述钼酸铵的加入量为苯酚质量的1.5%。
所述脲丙基三甲氧基硅烷的加入量为苯酚质量的2%。
实施例3
一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，包括以下步骤：
（1）将实施例1制得的氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布浸入到实施例2制得的纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中浸渍，待浸渍完成后，将复合纤维布在烘干塔内烘干，温度控制在85℃，时间控制在25min，然后将烘干后的复合纤维布撕条，再在缠绕机上缠绕成型；
（2）将缠绕后的型坯置于模具中热压成型，热压温度为170℃，压力为25MPa，保压时间为80s/mm，放气次数为4次；
（3）将热压后的型坯置于烘箱中进行热处理：将型坯放入乙二醇中以2℃/min的速率升温至75℃，保温1.5h，再以1℃/min的速率升温至110℃，保温2.5h，再以0.8℃/min的速率降温至65℃，保温1.5h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入矿物油中以4℃/min的速率升温至150℃，保温3.5h，再以2℃/min的速率降温至95℃，保温2h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入液体石蜡中以3℃/min的速率升温至180℃，保温5h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干；
（4）热处理完成后将产品切割、表面磨削制成所需规格的汽车离合器面片。
Claims (5)
1.一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布浸入到纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂中浸渍，待浸渍完成后，将复合纤维布在烘干塔内烘干，温度控制在80-90℃，时间控制在20-30min，然后将烘干后的复合纤维布撕条，再在缠绕机上缠绕成型；
将缠绕后的型坯置于模具中热压成型，热压温度为160-180℃，压力为20-30MPa，保压时间为70-90s/mm，放气次数为3-5次；
将热压后的型坯置于烘箱中进行热处理：将型坯放入乙二醇中以2-3℃/min的速率升温至70-80℃，保温1-2h，再以1-2℃/min的速率升温至100-120℃，保温2-3h，再以0.5-1℃/min的速率降温至60-70℃，保温1-2h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入矿物油中以3-5℃/min的速率升温至140-160℃，保温3-4h，再以1-3℃/min的速率降温至90-100℃，保温1.5-2.5h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干后再放入液体石蜡中以2-4℃/min的速率升温至170-190℃，保温4-6h，取出型坯冷却至常温，洗涤干净，烘干；
热处理完成后将产品切割、表面磨削制成所需规格的汽车离合器面片。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布的制备方法包括如下步骤：
（1）将采用Hummers法制得的氧化石墨烯加水超声搅拌制成质量浓度为0.5-1.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声功率为200-300W，超声时间为5-10min；
（2）按照质量比15-18:0.3-0.5:0.4-0.6:0.01将无水乙醇、丙酮、碘、纳米金刚石混合均匀，超声分散即得纳米金刚石分散液，超声功率为150-250W，超声时间为10-15min；
（3）采用复合纤维布作为阳极，两块同样大小的不锈钢板作为对电极平行地至于复合纤维两侧作为电泳装置，电极距离为1-2cm，然后加入步骤（1）制得的氧化石墨烯水溶液作为电泳液，直流电压控制在15-20V，电泳沉积30-40min后取出复合纤维布，在1-2L/minN2保护气氛、（2-3）×10-3Pa真空保护以及280-360℃温度条件高温处理4-7h，待复合纤维布冷却至室温后重新放入电泳装置中，再加入步骤（2）制得的纳米金刚石分散液作为电泳液，直流电压控制在40-50V，电泳沉积5-10min后取出复合纤维布，在2-3L/minN2保护气氛、（1-2）×10-3Pa真空保护以及350-400℃温度条件高温处理2-5h，冷却至室温，即得氧化石墨烯和纳米金刚石改性复合纤维布。
3.根据权利要求2所述的一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，其特征在于，所述纳米金刚石由爆炸法制得，粒径为1-10nmm。
4.根据权利要求2所述的一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，其特征在于，所述复合纤维布中的复合纤维选自玻璃纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、碳纤维、铜纤维、钢纤维、海泡石纤维、钛酸钾纤维、硅酸铝纤维中的两种或两种以上纤维捻合而成。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨高耐热汽车离合器面片的制备方法，其特征在于，所述纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂的制备方法包括以下步骤：
（1）按照摩尔比1-2:1:0.008-0.012称取甲醛、苯酚和氢氧化钡，待用；
（2）将甲醛加水搅拌制成质量分数为30-40%的甲醛水溶液，待用；
（3）按照质量比1:3-5将N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到体积分数为95%的乙醇水溶液中，充分搅拌均匀，待用；
（4）取相当于苯酚质量6-8%的纳米钛酸铝加水搅拌制成质量分数为40-50%的悬浮液，然后加入步骤（3）制得的溶液，N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入量为纳米钛酸铝质量的1-2%，充分搅拌均匀，在功率为300-500W的条件下超声分散20-30min，真空抽滤，干燥，研磨，过筛，即得改性纳米钛酸铝；
（5）将预先称量好的的苯酚、氢氧化钡、改性纳米钛酸铝混合，不断搅拌并升温至40-45℃并保持20-30min，然后加入总量70-80%的甲醛水溶液，继续搅拌并缓慢升温至45-50℃，恒温搅拌20-30min，然后以0.5-1℃/min的速率升温至85-90℃，恒温搅拌30-40min，再以0.1-0.2℃/min的速率升温至90-95℃，恒温搅拌20-30min，再以0.3-0.6℃/min的速率降温至80-85℃，加入余下甲醛水溶液，恒温搅拌10-15min，再缓慢升温至90-95℃，恒温搅拌0.5-1h，然后加入相当于苯酚质量0.5-1%的磷酸、2-3%的硼酸和1-2%的钼酸铵，继续升温至90-100℃，恒温搅拌2-3h，再后加入水解后的脲丙基三甲氧基硅烷，脲丙基三甲氧基硅烷的加入量为苯酚质量的1-3%，缓慢升温至85-95℃，恒温搅拌1-2h，即得纳米钛酸铝/磷硼钼硅复合改性水溶性酚醛树脂。
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