CN107445513B - 一种同步环耐磨材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明本发明属于汽车变速装置领域，具体涉及一种同步环耐磨材料，按重量份数包括以下成分：玄武岩纤维毡23‑35份，耐高温树脂8‑20份，二硫化钼2‑7份，石墨粉12‑25份，碳化硅粉18‑30份，铁粉3‑8份，黄铜粉1‑4份，沉淀硫酸钡12‑20份。本发明通过改变同步环耐磨材料的组分和配比，优化耐磨材料的制备工艺，使本发明所制备的同步环耐磨材料各组分之间结合强度高，成品在实际使用中耐磨性好，寿命高。

Description

一种同步环耐磨材料及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车变速装置领域，具体涉及一种同步环耐磨材料及其制备方法。

背景技术

同步环是同步器中的重要部件，它能够有效地降低汽车换挡过程中的震动、冲击和噪声，从而提高汽车操纵的稳定性和行驶的安全性。当同步环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低或升高到与同步环相等的转速，两者同步旋转，齿轮相对于同步环转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，结合套不受阻碍地与同步器齿环接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合完成换挡过程。同步器齿环由齿环本体与摩擦层粘接而成，摩擦层多采用碳纤维布为基体，增加树脂、石墨粉等制备得到的碳纤维增强复合材料。

玄武岩纤维是采用天然玄武岩矿石经熔融拉丝制取的一种新型高性能纤维。玄武岩矿石是由岩浆形成的基本矿石，岩浆形成过程中的高温高压环境以及喷发时外界压力锐减的状态造成岩浆中非稳定组分大量烧蚀挥发，并最终使冷凝于地表的玄武岩矿石具有极高的化学稳定性和热稳定性。因此，玄武岩纤维传承了玄武岩矿石的结构与性能特点，具有一系列优异的耐高温、耐腐蚀性能，以及理想的隔热、吸音,低吸湿的特性，同时该纤维还具有高强度、高模量的性能，是新一代高性能纤维，被誉为“二十一世纪的新材料”。

玄武岩纤维与碳纤维相比，其抗拉强度略低于碳纤维布，但耐高温性、抗热震性、经济性都远高于碳纤维布，但在同步器齿环耐磨材料当中未见到应用。现有的同步器齿环工作中摩擦层与待接合齿轮齿圈外锥面接触，但由摩擦层的制备配比、方式的不同，导致碳纤维布中纤维束磨损严重，碳纤维布摩擦稳定性差、寿命低。所以急需一种耐磨性好，寿命高同时结合强度高的同步环摩擦材料。

中过发明专利CN200910114345.9公开了一种碳纤维布复合摩擦材料，本专利应用于汽车铝合金同步器齿环摩擦层中，使摩擦层有优异的耐温性能和耐磨性，很高的剪切强度、优异的摩擦性能及抗腐蚀性能。其碳纤维布通过浸渍、烘干、压平、裁剪、粘接制备而成，其中压平是为了方便对碳纤维布进行裁剪。但烘干后的碳纤维布硬度较高，直接进行压平导致碳纤维断裂。其粘接是将同步器齿环基体与碳纤维布用压模压紧，但同步器齿环基体表面为锥形，被压平碳纤维布无法与同步器齿环基体匹配，当压模压紧时，再一次导致碳纤维断裂。导致同步器齿环使用中摩擦稳定性差、寿命低。

中国发明专利CN200410013150.2公开了一种汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料及用法，本专利针对钢制同步器的耐磨材料进行研究，通过改变材料组分和加工方法，解决了由于钢的摩擦性能没有合金铜的摩擦性能好，在同步器齿环的结合锥面上采用喷钼的方法来提高其摩擦性能，由于钼的价格仍然很高，使成品经济性较差。同时也存在制备工艺导致碳纤维断裂的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种同步环耐磨材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种同步环耐磨材料，按重量份数配比如下：

玄武岩纤维毡23-35份，

耐高温树脂8-20份，

二硫化钼2-7份，

石墨粉12-25份，

碳化硅粉18-30份，

铁粉3-8份，

黄铜粉1-4份，

沉淀硫酸钡12-20份。

将碳纤维布替换为玄武岩纤维毡，提高了耐磨材料的耐高温性、抗热震性、经济性。同时，在原有的同步环耐磨材料组分当中增加了碳化硅粉，并调整各组分的配比，提高了耐磨材料的耐磨性和寿命。

作为优选，一种同步环耐磨材料，按重量份数配比如下：

玄武岩纤维毡28-32份，

耐高温树脂10-15份，

二硫化钼3-5份，

石墨粉14-20份，

碳化硅粉20-26份，

铁粉4-6份，

黄铜粉2-3份，

沉淀硫酸钡14-18份。

对各组分的重量份数进行优化，提耐磨材料的耐磨性和寿命。

进一步优选，一种同步环耐磨材料，按重量份数包括以下成分：

玄武岩纤维毡30份，

耐高温树脂12份，

二硫化钼4份，

石墨粉16份，

120目碳化硅粉24份，

铁粉5份，

黄铜粉2.5份，

沉淀硫酸钡16份。

对各组分的重量份数进行优化，进一步提耐磨材料的耐磨性和寿命。选用粒度为120目的碳化硅粉，该粒度的碳化硅粉所制备出的成品其磨损率更低，耐磨性更好。

将上述材料用于制备同步环的方法，包括以下步骤：

步骤A、将上述配比中除玄武岩纤维毡外的组分按各重量份数制作浸液：

步骤B、将玄武岩纤维毡按与同步环基体表面匹配的尺寸进行裁剪；将裁剪后玄武岩纤维毡用浸液浸渍，将浸渍后的玄武岩纤维毡烘干；

现有技术中碳纤维布经过浸渍、烘干、压平后再进行裁剪，而本制备方法则是在玄武岩纤维毡浸渍、烘干之前进行裁剪具有以下好处：

1、现有技术中碳纤维布必须经过浸渍、烘干塑形后才能进行裁剪，浸渍、烘干后的碳纤维布硬度增加，塑形变差，且平整性无法保证，须经过压平后才能进行裁剪，压平导致纤维断裂，影响使用效果。而玄武岩纤维毡本身具有较好的平整性，同时玄武岩纤维毡内纤维无序交错穿插，裁剪不会造成滑丝的现象，可直接进行裁剪，在进行浸渍、烘干。烘干后无须进行压平，使工艺更简单。

2、玄武岩纤维毡经裁剪后形成玄武岩纤维毡的周边，该周边在浸渍时具有更好的浸润性，特别是提高了碳纤维布周边与树脂的结合强度，碳纤维布周边的强度、耐磨性更高。现有技术中碳纤维布采用浸渍、烘干、压平、裁剪的工艺，浸渍、烘干、压平后的碳纤维布中碳纤维与树脂结合、凝固，其硬度很高，使裁剪过程十分不便，更重要的是裁剪过程破坏了裁剪处碳纤维与树脂之间的良好结合，使裁剪处的强度、耐磨性降低。

3、烘干后的玄武岩纤维毡不需要经过其他工艺，利用烘干后的残余温度可直接进行粘接、压制成型工艺，制备方法更简便。而现有技术中烘干后需进过压平、裁剪，其残余温度无法达到粘接制备的要求，需再一次加热。

步骤C、将烘干后的玄武岩纤维毡粘接在同步环基体表面，并放入模具中热压成形，即得。

进一步优选，所述步骤B与步骤C之间还包括步骤B’：将烘干后的玄武岩纤维毡两端粘接，随即压制为锥形。

现有技术中直接将碳纤维布进行粘接，但事实上碳纤维布的与同步环基体表面粘接时分为两个过程，首先是碳纤维布受力弯曲使碳纤维表面与同步环基体表面匹配，然后碳纤维布再与同步环基体表面粘接。

将烘干后的玄武岩纤维毡压制为锥形，将玄武岩纤维毡弯曲工艺从粘接工艺中独立出来，使玄武岩纤维毡粘接精度更高，粘接稳定性更好。

需要说明的是：为了使玄武岩纤维毡与同步环基体表面贴合，本压制工艺是必须经过的工艺，该工艺与现有技术中烘干后压平工艺不同。

进一步优选，所述步骤A与步骤B之间还包括步骤A'：对玄武岩纤维毡进行等离子处理。等离子处理能清除玄武岩纤维毡表面的杂质颗粒，提高基体表面粗糙度和表面浸润性，在玄武岩纤维毡浸渍后提高各组分之间的结合强度。

进一步优选，所述步骤C中粘接是指在同步环基体表面上粘接一层或多层玄武岩纤维毡。增加玄武岩纤维毡的粘贴层数不仅能够增加摩擦层的厚度，同时可以显著提高玄武岩纤维毡的粘接强度。但考虑到层数越多，制作难度越高，优选采用一层或两层碳纤维布进行粘接。

进一步优选，所述步骤B中烘干是指将玄武岩纤维毡放入真空干燥器烘干。经真空干燥器烘干后的玄武岩纤维毡内部各组分之间浸润更加充实、饱满，浸润性更佳，实际使用中耐磨性更好。

本发明具有以下优点：

本发明通过改变同步环耐磨材料的组分和配比，优化耐磨材料的制备工艺，使本发明所制备的同步环耐磨材料各组分之间结合强度高，成品在实际使用中耐磨性好，寿命高。

附图说明

图1是裁剪后的玄武岩纤维毡的示意图。

图2是图1中玄武岩纤维毡浸渍、压制后的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

对比例1，采用现有专利申请号200910114345.9中的制备工艺，其制备方法包括以下步骤：

步骤1、按下述的组份重量份配比称取原料：FB耐高温树脂48份，铁粉5份，人造石墨粉5份；沉淀硫酸钡21份；滑石粉20份；二硫化钼2份；丁腈橡胶14份；6K碳纤维布12份。

步骤2、将除碳纤维布外的组分按重量配比搅拌均匀制成浸液，将浸液涂刷在碳纤维布上进行浸渍，再进行烘干、压平、裁剪。

步骤3、将碳纤维布粘接在同步环上、放入模具中热压成形，即得。

实施例1，同步环耐磨材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将表1中实施例1除玄武岩纤维毡外的组分重量配比的原料，将原料搅拌均匀，制成浸液。

步骤2、对玄武岩纤维毡进行等离子处理，等离子反映时间2-3min。

步骤3、将玄武岩纤维毡按与同步环匹配的尺寸进行裁剪，如图1所示。将浸液涂刷在玄武岩纤维毡上进行浸渍，将浸渍后的玄武岩纤维毡放入真空烘干器烘干。

步骤4、将烘干后的玄武岩纤维毡两端粘接，随即放在锥形模具上压制，使得玄武岩纤维毡与同步环基体表面锥度相同，如图2所示。

步骤5、在同步环基体表面高温胶粘接一层玄武岩纤维毡，并放入模具中热压成形，即得。

实施例2，将表1中实施例2各组分重量配比制备同步环耐磨材料，其制备方法同实施例1。

实施例3，将表1中实施例3各组分重量配比制备同步环耐磨材料，其制备方法同实施例1。

实施例4，将表1中实施例4各组分重量配比制备同步环耐磨材料，其制备方法除步骤5以外同实施例1。实施例4中步骤5为：在同步环基体表面高温胶粘接两层玄武岩纤维毡，并放入模具中热压成形，即得。

实施例5，将表1中实施例5各组分重量配比制备同步环耐磨材料，其制备方法同实施例1。

实施例6，将实施例3的碳化硅粉替换为240目，其余各组分重量配比同实施例3制备同步环耐磨材料，其制备方法同实施例1。

通过检测对比例、实施例1-6的力学性能与摩擦性能如表2所示。

表1

表2：力学性能与摩擦性能对比表

注：磨损率(10^-7cm³/N·m)

通过表2可知，在150℃时，实施例4摩擦性能最优，实施例3次之，但在250℃时，实施例3展现出较优的摩擦系数和最低的磨损率，其磨损率低于对比例18％，所以实施例3是最优方案。同时，在150℃时和250℃时，实施例3的磨损率都优于实施例6。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种同步环耐磨材料，其特征在于：按重量份数配比如下：

玄武岩纤维毡23-35份，

耐高温树脂8-20份，

二硫化钼2-7份，

石墨粉12-25份，

碳化硅粉18-30份，

铁粉3-8份，

黄铜粉1-4份，

沉淀硫酸钡12-20份。

2.根据权利要求1所述的一种同步环耐磨材料，其特征在于：按重量份数配比如下：

玄武岩纤维毡28-32份，

耐高温树脂10-15份，

二硫化钼3-5份，

石墨粉14-20份，

碳化硅粉20-26份，

铁粉4-6份，

黄铜粉2-3份，

沉淀硫酸钡14-18份。

3.根据权利要求2所述的一种同步环耐磨材料，其特征在于：按重量份数配比如下：

玄武岩纤维毡30份，

耐高温树脂12份，

二硫化钼4份，

石墨粉16份，

120目碳化硅粉24份，

铁粉5份，

黄铜粉2.5份，

沉淀硫酸钡16份。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种同步环耐磨材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、将上述配比中除玄武岩纤维毡外的组分按各重量份数制作浸液：

步骤B、将玄武岩纤维毡按与同步环基体表面匹配的尺寸进行裁剪；将裁剪后玄武岩纤维毡用浸液浸渍，将浸渍后的玄武岩纤维毡烘干；

步骤C、将玄武岩纤维毡粘接在同步环基体表面，并放入模具中热压成形，即得。

5.根据权利要求4所述的一种同步环耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B与步骤C之间还包括步骤B’：将烘干后的玄武岩纤维毡两端粘接，压制为锥形。

6.根据权利要求5所述的一种同步环耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A与步骤B之间还包括步骤A'：对玄武岩纤维毡进行等离子处理。

7.根据权利要求6所述的一种同步环耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述步骤C中粘接是指在同步环基体表面上粘接一层或多层玄武岩纤维毡。

8.根据权利要求7所述的一种同步环耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B中烘干是指将玄武岩纤维毡放入真空干燥器烘干。