CN107778901B - 一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料及其制备方法属于制动摩擦材料技术领域，本发明的制动摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构11‑24％，填料76‑89％；其中纤维空间网状复合结构由骨架和均匀分布的球形空腔组成，填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。本发明通过改性摩擦材料组分、优化组分结构、设计材料整体结构、改进工艺流程相结合的方式制备一种摩擦材料，过程涉及仿刺果结构玉米秸秆纤维的制备、纤维空间网状复合结构的制备、玉米秸秆纤维增强摩擦材料成型。本发明提供了一种具有摩擦因数较稳定、磨损率较低、抗热衰退性能好、耐剪切性能强、制动噪音小、环保性强、成本低、综合性价比高等特点的摩擦材料。

Description

一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属制动摩擦材料技术领域，具体涉及一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料及其制备方法。
背景技术
制动摩擦材料是保证交通车辆安全运行的关键部件，其性能直接影响车辆行驶的稳定性和乘驾人员的安全性。摩擦材料按发展过程可以分为石棉摩擦材料阶段和无石棉摩擦材料阶段，但石棉纤维具有致癌性，对人体健康存在较大危害且易造成环境污染，已被禁止使用，因此人们开始寻求无石棉纤维材料来制造摩擦材料。现阶段，金属纤维(钢纤维、铜纤维等)、无机纤维(陶瓷纤维、玻璃纤维等)、有机纤维(芳纶纤维、纤维素纤维和植物纤维等)逐渐被用于摩擦材料中。例如：
1.中国专利，公告号为CN105542387B，公告日为2017.09.29，专利号为ZL201610101047.6，发明名称为“一种生物纤维增强摩擦材料及其制备方法”的发明创造描述了一种松针纤维增强摩擦材料及其制造方法。
2.中国专利，公告号为CN103834363B，公告日为2016.01.13，专利号为ZL201310496472.6，发明名称为“一种番麻纤维增强环保型摩擦材料及其制备方法”的发明创造描述了一种番麻纤维增强摩擦材料及其制造方法。
3.中国专利，公告号为CN103361031B，公告日为2014.12.03，专利号为ZL201310314744.6，发明名称为“胡麻纤维增强环保型轿车用制动块及其制备方法”的发明创造描述了一种以天然胡麻纤维为增强体的环保型轿车制动摩擦材料及其制造方法。
随着社会的不断发展和进步，汽车、机械、石油、铁路等领域对摩擦材料性能的要求越来越高，除了具有摩擦因数稳定、磨损率较低、制动噪音小、增强纤维与基体材料结合性良好等特点外，还应兼顾成本性和环保性问题。因此，在制备摩擦材料时不能单纯地从材料配方、工艺设计等角度考虑，还应综合分析组分改性、材料整体结构、组分结构、制备方法等多方面问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料及其制备方法，通过改性摩擦材料组分、优化组分结构、设计材料整体结构、改进工艺流程相结合的方式制备一种摩擦材料，兼具增强纤维与基体材料结合性良好、摩擦因数较稳定、磨损率较低、抗热衰退性能好、耐剪切性能强、制动噪音小、环保性强、成本低、综合性价比高等特点。
本发明的玉米秸秆纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构11-24％，填料76-89％；其中纤维空间网状复合结构由骨架和均匀分布的球形空腔组成，骨架由酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维构成，酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维的含量比为11:13-19:21，球形空腔直径为1-2mm，球形空腔与骨架的体积比为2.5:1-4:1；填料由三硫化二锑、人造石墨、沸石、三氧化二铝、硅灰石、橡胶粉末、泡沫铁粉、石油焦炭和硫酸钡组成，其制备过程总体包括三大步骤：仿刺果结构玉米秸秆纤维的制备、纤维空间网状复合结构的制备、玉米秸秆纤维增强摩擦材料的制备。
玉米秸秆纤维增强摩擦材料的具体制备方法包括下列步骤：
1.仿刺果结构玉米秸秆纤维的制备，包括下列步骤：
1.1将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇25-35％，六偏磷酸钠8-13％，蒸馏水52-67％，浸泡时间为10-15min，取出纤维，蒸馏水清洗。
1.2将步骤1.1处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜55-65％，二甲苯35-45％，浸泡时间为20-30min，取出纤维，蒸馏水清洗。
1.3将步骤1.2处理后的玉米秸秆纤维浸泡在有机溶剂中，有机溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种，超声震荡，处理时间为10-25min，震荡频率为30-60kHz，功率为300-900W，取出纤维，蒸馏水清洗。
1.4将步骤1.3处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为3-4mm。
1.5将步骤1.4处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为100-120℃，处理时间为3-6min。
1.6将步骤1.5处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇5-9％，蒸馏水91-95％，浸泡时间为3-5min，待纤维产生弯曲现象时取出。
1.7将步骤1.6处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为45-65℃，处理时间为7-15min。
1.8将步骤1.7处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇5-9％，蒸馏水91-95％，处理时间为5-7min，取出后蒸馏水清洗。
1.9将步骤1.8处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为4％-9％，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角α为105-145°。
2.纤维空间网状复合结构的制备，包括下列步骤：
2.1将各原料投入混料机中混匀，按质量百分比各组分含量为：石膏粉43-63％，阴离子表面活性剂1.5-2.5％，硅树脂聚醚乳液0.5-1.5％，蒸馏水11-13％，仿刺果结构玉米秸秆纤维13-21％，酚醛树脂11-19％；混料顺序为：将仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中进行预混合，混合时间为3-6min，取出；将石膏粉、蒸馏水、阴离子表面活性剂、硅树脂聚醚乳液投入混料机中，混料13-20min，得到具有均匀分布孔隙结构的石膏球状颗粒，颗粒粒径为1-2mm；再将预混后的仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中，继续混料8-12min。
所述石膏粉为二水石膏和半水石膏的混合物，按质量百分比二组分含量为二水石膏67-79％、半水石膏21-33％；所述阴离子表明活性剂包括十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、α-烯基磺酸钠中的一种。
2.2将步骤2.1处理后的混料填装入长、宽、厚比例为4:3:1-4:3:1.5的模具内，进行热压处理，压强为：10-30MPa，热压温度为95-120℃，保压时间为15-30min，然后自然冷却至室温。
2.3将步骤2.2得到的压制品用大量蒸馏水进行冲洗，以去除石膏球状颗粒，得到具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构。由于仿刺果结构玉米秸秆纤维之间存在一定空隙，蒸馏水进行清洗过程中，水分充分渗入到空隙当中，与石膏成分充分接触，经反复冲洗，石膏成分得以完全去除。
2.4用混合液喷洒步骤2.3得到的具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构，进行定型处理，混合液按质量百分比各组分含量为：共聚物3-5.5％，醇溶剂88-93％，偶联剂4-6.5％；共聚物按质量百分比各组分含量为：聚乙烯吡咯烷酮29％，辛基丙烯酰胺48％，二甲基乙基丙烯酸甲酯23％，得到具有均匀分布球形空腔的纤维空间网状复合结构。
所述醇溶剂包括异丙醇、乙醇、甲醇、正丁醇中的至少一种；所述偶联剂包括γ-氯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
3.玉米秸秆纤维增强摩擦材料成型，包括下列步骤：
3.1将各填料投入混料机中混匀，按质量百分比各组分含量为：三硫化二锑8-16％，人造石墨5-17％，沸石5-11％，三氧化二铝3-10％，硅灰石9-19％，橡胶粉末6-10％，泡沫铁粉4-16％，石油焦炭8-14％，其余为硫酸钡。
3.2将2-4层步骤2.4得到的纤维空间网状复合结构置于长、宽、厚比例为4:3:3-4:3:4的模具内，将模具置于振动平台上，振动方向为xyz轴三向振动，其中x轴方向振幅为1-1.5mm，y轴振幅为1-1.5mm，z轴振幅为0.2-0.5mm，振动频率为50-80Hz，功率为3.2-7.5kW，同时向模具中填装步骤3.1中混匀的填料，保证填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。纤维空间网状复合结构受重力影响，其z轴方向比x、y轴方向稳定性低，因此设置z轴方向振幅小于x、y轴方向振幅，以保证纤维空间网状复合结构不被破坏。
3.3原料填装完毕后进行一次热压处理，压强为50-350MPa，热压温度为140-420℃，保压时间为30-130min，保压过程中放气3-6次，每次放气时间为6-18s。
3.4将步骤3.3处理后的压制品进行二次热压处理，压强为5-15MPa，热压温度为50-130℃，保压时间为15-105min。
3.5将步骤3.4得到的压制品进行第三次热处理，在真空条件下加热温度为120-210℃，保温时间为50-230min，即得玉米秸秆纤维增强摩擦材料。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.本发明所制备的石膏球状颗粒，加入阴离子表面活性剂后，促进了石膏混合料液中气泡的形成，同时混入硅树脂聚醚乳液，进而增强了气泡的稳定性，使所制备的石膏球状颗粒充满致密的孔隙结构，单位用量的石膏原料可以制得更多石膏球状颗粒，降低了石膏使用成本。
2.本发明所制备的石膏球状颗粒在与纤维和树脂混合时，表面存在孔隙结构增强了物料之间的摩擦力，提高了石膏球状颗粒与其他材料结合性；在进行石膏材料去除的环节中，同样由于孔隙结构的存在，提高了水分与石膏材料的接触面积，两者充分接触，极大地增强了石膏球状颗粒的去除率，保证了石膏的去除效果，进而提高了摩擦材料的纯度。
3.本发明所制备的仿刺果结构玉米秸秆纤维，通过化学处理、物理处理、加热处理和定型处理等相结合的方法，使原有纤维形成类似于刺果形状的弯曲结构，保证了在纤维空间网状复合结构的制造过程中，各个纤维之间实现和刺果类似的勾连粘附现象，极大提高了纤维之间的关联性，避免了由于纤维分散度太大而造成的网状复合结构的不稳定现象，同时避免了在去除石膏成分过程中纤维量的损失。
4.本发明在纤维空间网状复合结构的制备过程中，对纤维空间网状复合结构进行了二次加固处理，进一步增强了结构的稳定性，使其能够承受后续填料过程中所产生的压力，避免填料填装过程对空间网状结构的破坏，保证了填料后整体材料组分的均匀性以及结构的完整性。
5.本发明混料过程中，采用了三维复合振动条件下进行混料，在保证网状结构稳定的同时，填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内，避免了压制后的摩擦材料空腔结构的产生，使组分均匀混合，稳定性更强。
6.本发明采用玉米秸秆纤维作为增强体，玉米秸秆是我国第二大作物秸秆，分布广泛，成本低，可收集资源量大，但其利用率低，焚烧现象严重。利用玉米秸秆为主要原料制备摩擦材料，一方面极大降低了摩擦材料的生产成本，另一方面为玉米秸秆的资源化利用提供有效途径。
附图说明
图1为纤维空间网状复合结构示意图
其中：Ⅰ为纤维空间网状复合结构；1为骨架；2为球形空腔；
图2为仿刺果结构玉米秸秆纤维示意图
其中：3为仿刺果结构玉米秸秆纤维；α为纤维弯曲角；
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明进行详细的描述，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料按质量百分比的组成为：纤维空间网状复合结构11-24％和填料76-89％；其中纤维空间网状复合结构由骨架和均匀分布的球形空腔组成，骨架由酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维构成，填料由三硫化二锑、人造石墨、沸石、三氧化二铝、硅灰石、橡胶粉末、泡沫铁粉、石油焦炭和硫酸钡组成；填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。本发明通过改性摩擦材料组分、优化组分结构、设计材料整体结构、改进工艺流程相结合的方式制备一种制动摩擦材料，该材料兼具增强纤维与基体材料结合性良好、摩擦因数较稳定、磨损率较低、抗热衰退性能好、耐剪切性能强、制动噪音小、环保性强、成本低、综合性价比高等特点。
实施例1
1.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构24％，填料76％；其中纤维空间网状复合结构中球形空腔与骨架的体积比为2.5:1，骨架中酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维的含量比为19:21，球形空腔直径为1mm；填料按质量百分比各组分含量为：三硫化二锑16％，人造石墨5％，沸石11％，三氧化二铝10％，硅灰石9％，橡胶粉末6％，泡沫铁粉4％，石油焦炭14％，硫酸钡25％。
2.所述的仿刺果结构玉米秸秆纤维，通过下列步骤制得：
(1)将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇25％，六偏磷酸钠8％，蒸馏水67％，浸泡时间为15min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(2)将步骤(1)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜55％，二甲苯45％，浸泡时间为30min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(3)将步骤(2)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在异丙醇中，超声震荡，处理时间为25min，震荡频率为30kHz，功率为300W，取出纤维，蒸馏水清洗。
(4)将步骤(3)处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为3mm。
(5)将步骤(4)处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为100℃，处理时间为6min。
(6)将步骤(5)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇5％，蒸馏水95％，浸泡时间为3min，待纤维产生弯曲现象时取出。
(7)将步骤(6)处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为45℃，处理时间为7min。
(8)将步骤(7)处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇5％，蒸馏水95％，处理时间为5min，取出后蒸馏水清洗。
(9)将步骤(8)处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为4％，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角为105°。
3.所述的纤维空间网状复合结构，通过下列步骤制得：
(1)将各原料投入混料机中混匀，按质量百分比各组分含量为：石膏粉43％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2.5％，硅树脂聚醚乳液1.5％，蒸馏水13％，仿刺果结构玉米秸秆纤维21％，酚醛树脂19％，所述石膏粉为二水石膏和半水石膏的混合物，按质量百分比二组分含量为二水石膏67％、半水石膏33％；混料顺序为：将仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中进行预混合，混合时间为6min，取出；将石膏粉、蒸馏水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、硅树脂聚醚乳液投入混料机中，混料13min，得到具有均匀分布孔隙结构的石膏球状颗粒，颗粒粒径为1mm；再将预混后的仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中，继续混料12min。
(2)将步骤(1)处理后的混料填装入长、宽、厚比例为4:3:1.5的模具内，进行热压处理，压强为：10MPa，热压温度为120℃，保压时间为15min，然后自然冷却至室温。
(3)将步骤(2)得到的压制品用大量蒸馏水进行冲洗，以去除石膏球状颗粒，得到具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构。
(4)用混合液喷洒步骤(3)得到的具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构，进行定型处理，混合液按质量百分比各组分含量为：聚乙烯吡咯烷酮/辛基丙烯酰胺/二甲基乙基丙烯酸甲酯(29:48:23)共聚物5.5％，异丙醇88％，偶联剂γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷6.5％，得到具有均匀分布球形空腔的纤维空间网状复合结构。
4.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料，通过下列步骤制得：
(1)将各填料三硫化二锑、人造石墨、沸石、三氧化二铝、硅灰石、橡胶粉末、泡沫铁粉、石油焦炭和硫酸钡按上述质量百分比投入混料机中混匀。
(2)将2层纤维空间网状复合结构(步骤3制得)置于长、宽、厚比例为4:3:3的模具内，将模具置于振动平台上，振动方向为xyz轴三向振动，其中x轴方向振幅为1.5mm，y轴振幅为1.5mm，z轴振幅为0.5mm，振动频率为80Hz，功率为7.5kW，同时向模具中填装填料，保证填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。
(3)原料填装完毕后进行一次热压处理，压强为350MPa，热压温度为420℃，保压时间为30min，保压过程中放气3次，每次放气时间为6s。
(4)将步骤(3)处理后的压制品进行二次热压处理，压强为15MPa，热压温度为130℃，保压时间为15min。
(5)将步骤(4)得到的压制品进行第三次热处理，在真空条件下加热温度为210℃，保温时间为50min，即得玉米秸秆纤维增强摩擦材料。
按上述实施例工艺方法所生产的摩擦材料的摩擦系数范围为0.381-0.463，磨损率为0.26×10-7cm3/Nm-0.47×10-7cm3/Nm。
实施例2
1.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构11％，填料89％；其中纤维空间网状复合结构中球形空腔与骨架的体积比为4:1，骨架中酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维的含量比为11:13，球形空腔直径为2mm；其中填料按质量百分比各组分含量为：三硫化二锑8％，人造石墨17％，沸石5％，三氧化二铝3％，硅灰石19％，橡胶粉末10％，泡沫铁粉16％，石油焦炭8％，硫酸钡14％。
2.所述的仿刺果结构玉米秸秆纤维，通过下列步骤制得：
(1)将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇35％，六偏磷酸钠13％，蒸馏水52％，浸泡时间为10min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(2)将步骤(1)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜65％，二甲苯35％，浸泡时间为20min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(3)将步骤(2)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在乙二醇中，超声震荡，处理时间为10min，震荡频率为60kHz，功率为900W，取出纤维，蒸馏水清洗。
(4)将步骤(3)处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为4mm。
(5)将步骤(4)处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为120℃，处理时间为3min。
(6)将步骤(5)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇9％，蒸馏水91％，浸泡时间为5min，待纤维产生弯曲现象时取出。
(7)将步骤(6)处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为65℃，处理时间为15min。
(8)将步骤(7)处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇9％，蒸馏水91％，处理时间为7min，取出后蒸馏水清洗。
(9)将步骤(8)处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为9％，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角为145°。
3.所述的纤维空间网状复合结构，通过下列步骤制得：
(1)将各原料投入混料机中混匀，按质量百分比各组分含量为：石膏粉63％，十二烷基硫酸钠1.5％，硅树脂聚醚乳液0.5％，蒸馏水11％，仿刺果结构玉米秸秆纤维13％，酚醛树脂11％，所述石膏粉为二水石膏和半水石膏的混合物，按质量百分比二组分含量为二水石膏79％、半水石膏21％；混料顺序为：将仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中进行预混合，混合时间为3min，取出；将石膏粉、蒸馏水、十二烷基硫酸钠、硅树脂聚醚乳液投入混料机中，混料20min，得到具有均匀分布孔隙结构的石膏球状颗粒，颗粒粒径为2mm；再将预混后的仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中，继续混料8min。
(2)将步骤(1)处理后的混料填装入长、宽、厚比例为4:3:1的模具内，进行热压处理，压强为：30MPa，热压温度为95℃，保压时间为30min，然后自然冷却至室温。
(3)与实施例1所述的相同。
(4)用混合液喷洒步骤(3)得到的具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构，进行定型处理，混合液按质量百分比各组分含量为：聚乙烯吡咯烷酮/辛基丙烯酰胺/二甲基乙基丙烯酸甲酯(29:48:23)共聚物3％，正丁醇93％，偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷4％，得到具有均匀分布球形空腔的纤维空间网状复合结构。
4.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料，通过下列步骤制得：
(1)与实施例1所述的相同。
(2)将4层纤维空间网状复合结构(步骤3制得)置于长、宽、厚比例为4:3:4模具内，将模具置于振动平台上，振动方向为xyz轴三向振动，其中x轴方向振幅为1mm，y轴振幅为1mm，z轴振幅为0.2mm，振动频率为50Hz，功率为3.2kW，同时向模具中填装填料，保证填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。
(3)原料填装完毕后进行一次热压处理，压强为50MPa，热压温度为140℃，保压时间为130min，保压过程中放气6次，每次放气时间为18s。
(4)将步骤(3)处理后的压制品进行二次热压处理，压强为5MPa，热压温度为50℃，保压时间为105min。
(5)将步骤(4)得到的压制品进行第三次热处理，在真空条件下加热温度为120℃，保温时间为230min，即得玉米秸秆纤维增强摩擦材料。
按上述实施例工艺方法所生产的摩擦材料的摩擦系数范围为0.352-0.474，磨损率为0.34×10-7cm3/Nm-0.53×10-7cm3/Nm。
实施例3
1.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构18％，填料82％；其中纤维空间网状复合结构中球形空腔与骨架的体积比为3:1，骨架中酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维的含量比为15:17，球形空腔直径为1.5mm；其中填料按质量百分比各组分含量为：三硫化二锑12％，人造石墨11％，沸石8％，三氧化二铝7％，硅灰石14％，橡胶粉末8％，泡沫铁粉10％，石油焦炭11％，硫酸钡19％。
2.所述的仿刺果结构玉米秸秆纤维，通过下列步骤制得：
(1)将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇30％，六偏磷酸钠11％，蒸馏水59％，浸泡时间为13min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(2)将步骤(1)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜60％，二甲苯40％，浸泡时间为25min，取出纤维，蒸馏水清洗。
(3)将步骤(2)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在异丙醇中，超声震荡，处理时间为18min，震荡频率为45kHz，功率为600W，取出纤维，蒸馏水清洗。
(4)将步骤(3)处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为3.5mm。
(5)将步骤(4)处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为110℃，处理时间为5min。
(6)将步骤(5)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比各组分含量为：聚乙烯醇7％，蒸馏水93％，浸泡时间为4min，待纤维产生弯曲现象时取出。
(7)将步骤(6)处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为55℃，处理时间为11min。
(8)将步骤(7)处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，按质量百分比二组分含量为：聚乙烯醇7％，蒸馏水93％，处理时间为6min，取出后蒸馏水清洗。
(9)将步骤(8)处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为6.5％，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角为125°。
3.所述的纤维空间网状复合结构，通过下列步骤制得：
(1)将各原料投入混料机中混匀，按质量百分比各组分含量为：石膏粉53％，α-烯基磺酸钠2％，硅树脂聚醚乳液1％，蒸馏水12％，仿刺果结构玉米秸秆纤维17％，酚醛树脂15％，所述石膏粉为二水石膏和半水石膏的混合物，按质量百分比二组分含量为二水石膏73％、半水石膏27％；混料顺序为：将仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中进行预混合，混合时间为5min，取出；将石膏粉、蒸馏水、α-烯基磺酸钠、硅树脂聚醚乳液投入混料机中，混料17min，得到具有均匀分布孔隙结构的石膏球状颗粒，颗粒粒径为1.5mm；再将预混后的仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中，继续混料10min。
(2)将步骤(1)处理后的混料填装在长、宽、厚比例为4:3:1.2的模具内，进行热压处理，压强为：20MPa，热压温度为108℃，保压时间为23min，然后自然冷却至室温。
(3)与实施例1所述的相同。
(4)用混合液喷洒步骤(3)得到的具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构，进行定型处理，混合液按质量百分比各组分含量为：聚乙烯吡咯烷酮/辛基丙烯酰胺/二甲基乙基丙烯酸甲酯(29:48:23)共聚物4％，甲醇91％，偶联剂γ-氯丙基三乙氧基硅烷5％，得到具有均匀分布球形空腔的纤维空间网状复合结构。
4.所述的玉米秸秆纤维增强摩擦材料，通过下列步骤制得：
(1)与实施例1所述的相同。
(2)将3层纤维空间网状复合结构(步骤3制得)置于长、宽、厚比例为4:3:3.6的模具内，将模具置于振动平台上，振动方向为xyz轴三向振动，其中x轴方向振幅为1.3mm，y轴振幅为1.3mm，z轴振幅为0.3mm，振动频率为65Hz，功率为5.5kW，同时向模具中填装填料，保证填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内。
(3)原料填装完毕后进行一次热压处理，压强为200MPa，热压温度为280℃，保压时间为80min，保压过程中放气4次，每次放气时间为12s。
(4)将步骤(3)处理后的压制品进行二次热压处理，压强为10MPa，热压温度为90℃，保压时间为60min。
(5)将步骤(4)得到的压制品进行第三次热处理，在真空条件下加热温度为165℃，保温时间为140min，即得玉米秸秆纤维增强摩擦材料。
按上述实施例工艺方法所生产的摩擦材料的摩擦系数范围为0.359-0.468，磨损率为0.29×10-7cm3/Nm-0.51×10-7cm3/Nm。

Claims (3)

1.一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料，其特征在于，摩擦材料由纤维空间网状复合结构(Ⅰ)和填料组成；其中纤维空间网状复合结构(Ⅰ)由骨架(1)和均匀分布的球形空腔(2)组成，骨架(1)由酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维(3)构成，酚醛树脂和仿刺果结构玉米秸秆纤维的质量百分比为11:13-19:21，球形空腔(2)直径为1-2mm，球形空腔(2)与骨架(1)的体积比为2.5:1 - 4:1；填料充分填入纤维空间网状复合结构(Ⅰ)的球形空腔(2)内；摩擦材料按质量百分比二组分含量为：纤维空间网状复合结构11-24%，填料76-89%；填料按质量百分比各组分含量为：三硫化二锑8-16%，人造石墨5-17%，沸石5-11%，三氧化二铝3-10%，硅灰石9-19%，橡胶粉末6-10%，泡沫铁粉4-16%，石油焦炭8-14%，其余为硫酸钡；制备仿刺果结构玉米秸秆纤维包括下列步骤：
1)将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇25-35%，六偏磷酸钠8-13%，蒸馏水52-67%，浸泡时间为10-15min，取出纤维，蒸馏水清洗；
2)将步骤1)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜55-65%，二甲苯35-45%，浸泡时间为20-30min，取出纤维，蒸馏水清洗；
3)将步骤2)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在有机溶剂中超声震荡，处理时间为10-25min，震荡频率为30-60kHz，功率为300-900W，取出纤维，蒸馏水清洗；
4)将步骤3)处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为3-4mm；
5)将步骤4)处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为100-120℃，处理时间为3-6min；
6)将步骤5)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，浸泡时间为3-5min，待纤维产生弯曲现象时取出；
7)将步骤6)处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为45-65℃，处理时间为7-15min；
8)将步骤7)处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，处理时间为5-7min，取出后蒸馏水清洗；
9)将步骤8)处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为4%-9%，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角α为105-145°。
2.一种玉米秸秆纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)制备纤维空间网状复合结构包括下列步骤：
1.1)各原料按质量百分比各组分含量为：石膏粉43-63%，阴离子表面活性剂1.5-2.5%，硅树脂聚醚乳液0.5-1.5%，蒸馏水11-13%，仿刺果结构玉米秸秆纤维13-21%，酚醛树脂11-19%；将各原料投入混料机中混匀，混料顺序为：将仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中进行预混合，混合时间为3-6min，取出；将石膏粉、蒸馏水、阴离子表面活性剂、硅树脂聚醚乳液投入混料机中，混料13-20min，得到具有均匀分布孔隙结构的石膏球状颗粒，颗粒粒径为1-2mm；再将预混后的仿刺果结构玉米秸秆纤维和酚醛树脂投入混料机中，继续混料8-12min；
1.2)将步骤1.1)处理后的混料填装入长、宽、厚比例为4:3:1 - 4:3:1.5的模具内，进行热压处理，压强为：10-30MPa，热压温度为95-120℃，保压时间为15-30min，然后自然冷却至室温；
1.3)将步骤1.2)得到的压制品用蒸馏水进行冲洗，去除石膏球状颗粒，得到具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构；
1.4)用混合液喷洒步骤1.3)得到的具有均匀分布球形空腔的初步纤维空间网状复合结构，混合液按质量百分比各组分含量为：共聚物3-5.5%，醇溶剂88-93%，偶联剂4-6.5%；共聚物按质量百分比各组分含量为：聚乙烯吡咯烷酮29%，辛基丙烯酰胺48%，二甲基乙基丙烯酸甲酯23%，得到具有均匀分布球形空腔的纤维空间网状复合结构；
2)制备仿刺果结构玉米秸秆纤维包括下列步骤：
2.1)将玉米秸秆纤维浸泡在无水乙醇、六偏磷酸钠和蒸馏水的混合液中，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇25-35%，六偏磷酸钠8-13%，蒸馏水52-67%，浸泡时间为10-15min，取出纤维，蒸馏水清洗；
2.2)将步骤2.1)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜55-65%，二甲苯35-45%，浸泡时间为20-30min，取出纤维，蒸馏水清洗；
2.3)将步骤2.2)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在有机溶剂中超声震荡，处理时间为10-25min，震荡频率为30-60kHz，功率为300-900W，取出纤维，蒸馏水清洗；
2.4)将步骤2.3)处理后的玉米秸秆纤维制成短切纤维，纤维长度为3-4mm；
2.5)将步骤2.4)处理后的玉米秸秆纤维进行加热处理，处理温度为100-120℃，处理时间为3-6min；
2.6)将步骤2.5)处理后的玉米秸秆纤维浸泡在聚乙烯醇水溶液中，浸泡时间为3-5min，待纤维产生弯曲现象时取出；
2.7)将步骤2.6)处理后的玉米秸秆纤维进行二次加热处理，处理温度为45-65℃，处理时间为7-15min；
2.8)将步骤2.7)处理后的玉米秸秆纤维再次浸泡在聚乙烯醇水溶液中，处理时间为5-7min，取出后蒸馏水清洗；
2.9)将步骤2.8)处理后的玉米秸秆纤维进行烘干处理，使纤维含水率为4%-9%，即得到仿刺果结构玉米秸秆纤维，且纤维末端呈反向弯曲，弯曲角α为105-145°；
3)玉米秸秆纤维增强摩擦材料成型包括下列步骤：
3.1)将填料：三硫化二锑、人造石墨、沸石、三氧化二铝、硅灰石、橡胶粉末、泡沫铁粉、石油焦炭、硫酸钡，投入混料机中混匀；
3.2)将2-4层步骤1.4)得到的纤维空间网状复合结构置于长、宽、厚比例为4:3:3 - 4:3:4的模具内，将模具置于振动平台上，振动方向为xyz轴三向振动，其中x轴方向振幅为1-1.5mm，y轴振幅为1-1.5mm，z轴振幅为0.2-0.5mm，振动频率为50-80Hz，功率为3.2-7.5kW，同时向模具中填装步骤3.1)中混匀的填料，保证填料充分填入纤维空间网状复合结构的球形空腔内；
3.3)原料填装完毕后进行第一次热压处理，压强为50-350MPa，热压温度为140-420℃，保压时间为30-130min，保压过程中放气3-6次，每次放气时间为6-18s；
3.4)将步骤3.3)处理后的压制品进行第二次热压处理，压强为5-15MPa，热压温度为50-130℃，保压时间为15-105min；
3.5)将步骤3.4)得到的压制品进行第三次热处理，在真空条件下加热温度为120-210℃，保温时间为50-230min，即得玉米秸秆纤维增强摩擦材料。
3.按权利要求2所述玉米秸秆纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于：
步骤1.1)所述的石膏粉为二水石膏和半水石膏的混合物，按质量百分比二组分含量为二水石膏67-79%、半水石膏21-33%；所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或α-烯基磺酸钠；
步骤1.4)所述的醇溶剂为异丙醇、乙醇、甲醇或正丁醇；所述偶联剂为γ-氯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三（2-甲氧乙氧基）硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-（β-氨乙基）氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷；
步骤2.3)所述的有机溶剂为乙醇、乙二醇或异丙醇。
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