CN107216602A - 一种离合器从动盘用摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离合器从动盘用摩擦材料及其制备方法。该摩擦材料由以下原材料组成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6‑12％、钢纤维4.6‑12％、钛酸钾晶须4.6‑12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％。按上述配方称料，然后混合均匀，再采用干法一次热压成型，热处理后加工而制得。该摩擦材料具有耐高温、耐磨、耐冲击、抗热衰退性好的特性，而且制备工艺简单，有效解决了同类摩擦材料在高温时磨损率大、摩擦系数不稳定、冲击强度较低等问题，能很好满足企业生产的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种混杂纤维增强树脂基摩擦材料技术领域，特别是一种离合器从动盘用摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料已经被普遍应用于轨道交通工具的制动器摩擦材料和离合器从动盘上，它们是实现减速、启停功能的十分关键的零部件，通过行驶过程中的摩擦将机器的动能转化为热能或其它形式的能量，从而达到制动的目的。随着摩擦材料所应用的工况条件越来越严峻，同时，伴着国内外越来越注重摩擦材料在各领域使用的过程中对人类健康、周围环境及能源资源的影响，在企业生产中，摩擦材料除了需要良好而适中的摩擦系数、较低的磨损率、优秀的耐热性、较高的力学强度、不易损伤对偶材料等综合性能，还需要具有环保性，如低噪音、落灰少、无污染等。
多种纤维混杂增强摩擦材料已经成了这个行业主流的发展趋势，增强纤维之间的协同作用是影响摩擦材料综合性能的关键因素之一，科学设计增强纤维的混杂配比能有效提高摩擦材料的摩擦磨损性能。
摩擦材料的增强纤维主要是金属纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、有机纤维、矿物纤维及碳纤维等，但它们在作为单一纤维使用时都存在一些问题，如传统的石棉纤维会污染环境，产生致癌作用，现在已被禁止投入生产；而玻璃纤维材料的磨损率比较大，涉水性差，高温摩擦系数不稳定；碳纤维增强摩擦材料的性能优异，但是生产中材料成本过高，量产化的收益比较低；其它的纤维增强材料，有的浸润性不佳，有的制备工艺复杂，因此本发明选择玄武岩纤维、钢纤维和钛酸钾晶须混杂增强摩擦材料，充分利用它们之间协同作用，取长补短，弥补摩擦材料综合性能上的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对单一纤维增强作用的不足以及同类摩擦产品出现的一些问题，提供一种多种纤维和晶须混杂增强摩擦材料，降低了高温摩擦材料的磨损率，稳定了高温工况下的摩擦系数，明显改善了其抗热衰退性。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的离合器从动盘用摩擦材料，其是以玄武岩纤维、钢纤维和钛酸钾晶须混杂作为主要增强材料，以腰果壳油改性酚醛树脂和丁腈胶粉为基体材料，按照质量百分比，由以下原材料组成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6-12％、钢纤维4.6-12％、钛酸钾晶须4.6-12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％。
本发明提供的离合器从动盘用摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：
将配方中各组分按质量百分比进行称量，所述配方为：
腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6-12％、钢纤维4.6-12％、钛酸钾晶须4.6-12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％。
(2)混料：
先将玄武岩纤维、钢纤维和摩擦填料加入混料机中搅拌5-8分钟，混合均匀后，再依次加入腰果壳油改性酚醛树脂和钛酸钾晶须再次搅拌5-8分钟至混合均匀；
(3)热压成型：
将混合均匀的粉料倒入模具中，设置压机成型温度为170℃，成型压力为15MPa，分别间隔25s、20s、15s、10s排气一次，一共4次，保压450s；
(4)热处理：
将脱模出的半成品放入烘箱中，设置以每20℃的温度变化梯度，从室温开始等速升温至155℃，每个温度梯度保温1h。
本发明中，所述的玄武岩纤维采用短切玄武岩纤维，其直径3-15um，长径比100-300。
本发明中，所述的钢纤维采用短切钢纤维，其直径0.5-0.8mm，长径比30-60。
本发明中，所述的钛酸钾晶须的直径为0.5-1.5um，长径比8-30。
本发明制备的离合器从动盘用摩擦材料，其在250℃以上摩擦系数＞0.45，每个温度下的磨损率很低仅有0.08-0.31。
本发明相对于现有的技术而言具有以下主要的优势：
本发明提供离合器从动盘用摩擦材料的体系中，玄武岩纤维能使摩擦材料在200℃-300℃时摩擦系数稳定，但是100℃-200℃时摩擦系数较低；而钢纤维能提高摩擦材料的摩擦系数和机械强度，但其磨损率会增大；钛酸钾晶须对提高摩擦材料的摩擦系数影响不大，但可以降低摩擦材料在高温时的磨损率，这三种增强材料混杂后能取长补短，充分发挥它们之间的协同作用，使摩擦材料在250℃以上，摩擦系数u＞0.45，冲击强度＞4.5KJ/m2，而每个温度下的磨损率在0.08-0.31之间。采用步骤(2)中的混料顺序，可以让钛酸钾晶须更好包裹着玄武岩纤维和钢纤维，并均匀分散在摩擦体系中，在摩擦过程中使摩擦表面形成连续的转移膜，既能提供比较高的摩擦系数，又能降低磨损率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。
本发明提供的一种用于离合器从动盘用摩擦材料，原材料按质量百分比计算，包括：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6-12％、钢纤维4.6-12％、钛酸钾晶须4.6-12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％。
所述离合器从动盘用摩擦材料中树脂和橡胶的含量须适中，过大则会使材料的硬度太高，影响摩擦性能；过小则导致不能充分、完全浸润纤维和填料，导致粘结作用降低，使它们发生剥落，因此本发明选择腰果壳油改性酚醛树脂14％，丁腈胶粉7％。
增强纤维之间的协同作用对摩擦材料综合性能的影响比较显著，钢纤维和玄武岩纤维对材料摩擦系数影响较大，同时也会造成高温时磨损率较高、摩擦系数不稳定，而钛酸钾晶须对增大材料摩擦系数的效果不大，但是能有效降低摩擦材料高温时磨损率和稳定摩擦系数，本发明控制它们的总质量百分比为24％时，可以获得良好的综合性能。
实施例1：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％，丁腈胶粉7％，玄武岩纤维12％，钢纤维7.4％，钛酸钾晶须4.6％，硫酸钡粉末21％，石墨12％，蛭石6％，铝粉5％，重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
上述离合器从动盘用摩擦材料的制备方法，其步骤如下：
(1)配料：将配方中各组分按质量百分比进行称量；
(2)混料：先将玄武岩纤维、钢纤维和摩擦填料加入混料机中搅拌5-8分钟，混合均匀后依次加入腰果壳油改性酚醛树脂和钛酸钾晶须，然后搅拌5-8分钟至混合均匀；所述摩擦填料为硫酸钡粉末、石墨、蛭石、铝粉、重晶石，棕刚玉；
(3)热压成型：将混合均匀的粉料倒入模具中，设置压机成型温度为165-170℃，成型压力为15MPa，分别间隔25s、20s、15s、10s排气一次，一共4次，保压450s；
(4)热处理：将脱模出的半成品放入烘箱中，设置以每20℃的温度变化梯度，从室温开始等速升温至155℃，每个温度梯度保温1h，待自然冷却至常温后取出，得到离合器从动盘用摩擦材料。
实施例2：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维12％、钢纤维4.6％、钛酸钾晶须7.4％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
按上述质量百分比称取各原材料，同实施例1所述步骤制备。
实施例3：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维7.4％、钢纤维12％、钛酸钾晶须4.6％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
按上述质量百分比称取各原材料，同实施例1所述步骤制备。
实施例4：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6％、钢纤维12％、钛酸钾晶须7.4％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
按上述质量百分比称取各原材料，同实施例1所述步骤制备。
实施例5：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维7.4％、钢纤维4.6％、钛酸钾晶须12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
按上述质量百分比称取各原材料，同实施例1所述步骤制备。
实施例6：
离合器从动盘用摩擦材料由以下原材料制成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6％、钢纤维7.4％、钛酸钾晶须12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，均为质量百分比，各组分总质量百分比为100％。
按上述质量百分比称取各原材料，同实施例1所述步骤制备。
采用定速式摩擦试验机、简支梁冲击试验机和多功能数显塑料洛氏硬度计对实施例1至实施例6配方所制备的摩擦材料分别进行摩擦磨损性能、冲击强度、洛氏硬度测试，测试结果如表1、表2所示。
表1 摩擦磨损性能
表2 冲击强度和洛氏硬度
保持粘结剂、摩擦填料的质量百分比不变，单独用玄武岩纤维增强摩擦材料，当温度为100℃-150℃时，摩擦系数仅有0.34-0.38，冲击强度为4.2KJ/m2；单独用钢纤维增强摩擦材料，得出温度达到250℃后，摩擦系数降低到0.36-0.39，磨损率急剧增大到0.55-0.62；单独用钛酸钾晶须增强摩擦材料，当100℃-300℃时，摩擦系数仅有0.29-0.35。
对比上述单一纤维增强摩擦材料的综合性能，从表1和表2中可以看出实施例1至实施例6配方所制备的摩擦材料在低温100℃-200℃时，摩擦系数为0.43-0.48，在高温250℃-300℃时，摩擦系数达到0.46-0.54；每个温度下的磨损率在0.08-0.31之间变化；冲击强度均大于4.5KJ/m2。参照国家标准GB/T5674-2011规定的摩擦磨损性能要求(如表3所示)，本发明方法所制得的离合器从动盘用摩擦材料的摩擦系数、磨损率、冲击强度等性能指标完全符合并优于国家标准规定和企业生产要求。
表3 国家标准GB/T5674-2011摩擦磨损性能
Claims (9)
1.一种离合器从动盘用摩擦材料，其特征在于该材料是以玄武岩纤维、钢纤维和钛酸钾晶须混杂作为主要增强材料，以腰果壳油改性酚醛树脂和丁腈胶粉为基体材料，按照质量百分比，由以下原材料组成：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6-12％、钢纤维4.6-12％、钛酸钾晶须4.6-12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％。
2.根据权利要求1所述的离合器从动盘用摩擦材料，其特征在于：玄武岩纤维采用短切玄武岩纤维，其直径3-15um，长径比100-300。
3.根据权利要求1所述的离合器从动盘用摩擦材料，其特征在于：钢纤维采用短切钢纤维，其直径0.5-0.8mm，长径比30-60。
4.根据权利要求1所述的离合器从动盘用摩擦材料，其特征在于：钛酸钾晶须的直径为0.5-1.5um，长径比8-30。
5.一种离合器从动盘用摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配料：
将配方中各组分按质量百分比进行称量，所述配方为：
腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈胶粉7％、玄武岩纤维4.6-12％、钢纤维4.6-12％、钛酸钾晶须4.6-12％、硫酸钡粉末21％、石墨12％、蛭石6％、铝粉5％、重晶石7％，棕刚玉4％，各组分总质量百分比为100％；
(2)混料：
先将玄武岩纤维、钢纤维和摩擦填料加入混料机中搅拌5-8分钟，混合均匀后，再依次加入腰果壳油改性酚醛树脂和钛酸钾晶须再次搅拌5-8分钟至混合均匀；
(3)热压成型：
将混合均匀的粉料倒入模具中，设置压机成型温度为170℃，成型压力为15MPa，分别间隔25s、20s、15s、10s排气一次，一共4次，保压450s；
(4)热处理：
将脱模出的半成品放入烘箱中，设置以每20℃的温度变化梯度，从室温开始等速升温至155℃，每个温度梯度保温1h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：玄武岩纤维采用短切玄武岩纤维，其直径3-15um，长径比100-300。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：钢纤维采用短切钢纤维，其直径0.5-0.8mm，长径比30-60。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：钛酸钾晶须的直径为0.5-1.5um，长径比8-30。
9.根据权利要求5至8中任一所述方法制备的离合器从动盘用摩擦材料，其特征在于：该材料在250℃以上摩擦系数＞0.45，每个温度下的磨损率很低仅有0.08-0.31。
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