CN107828373B - 一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料及其制备方法属制动摩擦材料技术领域，本发明的制动摩擦材料由复合纤维交织结构层和填料层组成，其中复合纤维交织结构层由改性玉米秸秆纤维和混合纤维交织排列组合而成，混合纤维由改性芳纶纤维和改性聚苯并双恶唑纤维组成，综合利用各纤维的优势性能，增强摩擦材料热稳定性与耐磨性，同时降低了生产成本；本发明采用复合纤维交织结构层和填料层交替排列方式，保证了纤维分散的均匀性、与基体材料的结合性、以及作为摩擦材料增强体的有效性。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

一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于制动摩擦材料技术领域，具体涉及一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料是交通运输工具中制动或传动装置上的关键性部件，其性能的优劣将直接影响到车辆行驶安全性、稳定性和舒适性。摩擦材料通常由粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂和填料等材料构成，需满足稳定的摩擦因数、低磨损率、低噪音、环保性高等要求。传统的摩擦材料增强纤维通常以石棉为主，因其热衰退性大且属于强致癌物质而被禁止使用。现阶段，金属纤维、有机纤维、无机纤维和植物纤维逐渐代替石棉纤维而被用于摩擦材料中，其性能优劣对摩擦材料性能有着重要的影响。例如：
1.中国专利，公告号为CN104632949B，公告日为2017.02.01，专利号为ZL201510073529.0，发明名称为“一种稻秸秆复合材料纤维摩擦料刹车片”的发明创造描述了一种以稻秸秆复合材料纤维为增强体的摩擦材料及其制造方法。
2.中国专利，公告号为CN103836094B，公告日为2016.08.17，专利号为ZL201310496457.1，发明名称为“一种葛藤纤维增强环保型高性能刹车片及其制备方法”的发明创造描述了一种以葛藤纤维为增强体的环保型高性能摩擦材料及其制造方法。
3.中国专利，公告号为CN101077912B，公告日为2011.03.09，专利号为ZL200610051629.4，发明名称为“新型无石棉非金属摩擦材料及其制备方法”的发明创造描述了一种以芳纶纤维和无机矿物纤维为增强体的非金属摩擦材料及其制造方法。
随着科技的快速发展，摩擦材料被广泛应用到各个领域，如汽车、机械、铁路、航空等，因此对现阶段摩擦材料提出的要求越来越高。单纯地从摩擦材料的组分或工艺设计方面制备和优化摩擦材料已经越来越满足不了现代摩擦材料的要求。因此，应该综合考虑材料配方、组分改性、材料结构、工艺设计，并兼顾适应性、成本性、环保性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料以及制备方法，通过改性摩擦材料组分、设计材料结构、优化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。
1.本发明的一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料，由复合纤维交织结构层2和填料层1组成，按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层8-23％，填料层77-92％；其中复合纤维交织结构层2的材料为改性玉米秸秆纤维和混合纤维，按质量百分比二组分含量为：改性玉米秸秆纤维75-83％，混合纤维17-25％，混合纤维由改性芳纶纤维和改性聚苯并双恶唑纤维组成，按质量百分比二组分含量为：改性芳纶纤维1-99％，改性聚苯并双恶唑纤维1％-99％；复合纤维交织结构层中改性玉米秸秆纤维分为单号改性玉米秸秆纤维纬线A、双号改性玉米秸秆纤维纬线B、单号改性玉米秸秆纤维经线C和双号改性玉米秸秆纤维经线D；混合纤维分为单号混合纤维线E和双号混合纤维线F；单号改性玉米秸秆纤维纬线A和双号改性玉米秸秆纤维纬线B交替平行排列，单号改性玉米秸秆纤维经线C和双号改性玉米秸秆纤维经线D交替平行排列；单号改性玉米秸秆纤维经线C和双号改性玉米秸秆纤维经线D间隔穿插于单号改性玉米秸秆纤维纬线A和双号改性玉米秸秆纤维纬线B，单号改性玉米秸秆纤维经线C和双号改性玉米秸秆纤维经线D与单号改性玉米秸秆纤维纬线A和双号改性玉米秸秆纤维纬线B的夹角α为45°；单号混合纤维线E和双号混合纤维线F交替平行排列，且间隔穿插于单号改性玉米秸秆纤维纬线A和双号改性玉米秸秆纤维纬线B与单号改性玉米秸秆纤维经线C和双号改性玉米秸秆纤维经线D结合点，单号混合纤维线E和双号混合纤维线F与单号改性玉米秸秆纤维纬线A和双号改性玉米秸秆纤维纬线B夹角β为22.5°；填料层1按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂10-38％、芳纶颗粒5-9％、鳞片状石墨4-19％、三硫化二锑5-12％、沸石3-9％、硫酸钡11-26％、泡沫铁粉3-17％、硅灰石7-15％、红蛭石2-5％、石油焦炭7-11％；填料层1和复合纤维交织结构层2上下交替排列，且顶端和底端为填料层1，填料层1和复合纤维交织结构层2的总厚度L1为30.6-97.5mm，其中复合纤维交织结构层2的单层厚度L2为0.6-1.5mm，顶端和底端填料层1的单层厚度L3为6.6-10.5mm，其余填料层1的单层厚度L4为3.6-6mm
2.所述改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料的制备方法，包括下列步骤：
2.1改性玉米秸秆纤维的制备包括下列步骤：
2.1.1将玉米秸秆纤维浸泡在清洗剂中清洗，清洗剂为乙醇和六偏磷酸钠的混合溶液，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇30-45％，六偏磷酸钠10-15％，蒸馏水40-60％，清洗时间为15-20min；再用蒸馏水清洗，清洗温度为35-45℃，清洗时间为3-5min，清洗次数3-6次；烘干处理，处理温度为65-80℃，处理时间为1.5-2h，至纤维的含水率6-10％；
2.1.2将步骤2.1.1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溶液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜65-75％，二甲苯25-35％，浸泡时间为25-40min；
2.1.3将步骤2.1.2处理后的玉米秸秆纤维浸泡在混合溶液中，混合溶液按质量百分比各组分含量为：环己烷55-65％，丁醇15-20％，氯仿10-26％，五氧化二铌(Nb2O5)2-2.5％，钌(Ru)2-2.5％，浸泡温度为35-55℃，浸泡时间为3-3.5h；
2.1.4将步骤2.1.3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5-20min，震荡频率30-60kHz，功率为300-900W；然后将玉米秸秆纤维取出并用蒸馏水清洗，烘干，得到改性玉米秸秆纤维；
2.2改性芳纶纤维的制备包括下列步骤：
2.2.1将芳纶纤维浸泡在丙酮溶液中进行超声清洗，处理时间为0.5-1h，震荡频率50-75kHz，功率为500-750W，然后用蒸馏水清洗，烘干；
2.2.2将步骤2.2.1处理后的芳纶纤维浸泡在混合溶液中，混合溶液按质量百分比各组分含量为：二氯甲烷15-27％、氯化盐5-9％、醇64-80％，再用蒸馏水清洗，并烘干；
2.2.3将步骤2.2.2处理后的芳纶纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：偶联剂2.5-4.5％，醇溶剂95.5-97.5％，处理时间为2-4h；
2.2.4将步骤2.2.3处理后的芳纶纤维进行烘干处理，处理时间为1.5-3.5h，处理温度为45-65℃，得到改性芳纶纤维；
2.3改性聚苯并双恶唑纤维的制备包括下列步骤：
2.3.1将聚苯并双恶唑纤维浸泡在丙酮和强质子酸的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：丙酮25-35％，强质子酸65-75％，处理温度为50-80℃，处理时间为3-5h；
2.3.2将步骤2.3.1处理后的聚苯并双恶唑纤维浸泡在混合溶液中进行超声处理，混合溶液按质量百分比二组分含量为：醇溶剂35-50％，酸剂50-65％，处理时间为20-40min，震荡频率30-80kHz，功率为350-550W，然后用蒸馏水反复清洗4-6次，烘干；
2.3.3将步骤2.3.2处理后的聚苯并双恶唑纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：偶联剂2.5％-4.5％，醇溶剂95.5％-97.5％；
2.3.4将步骤2.3.3处理后的聚苯并双恶唑纤维进行烘干处理，处理时间为2.5-4.5h，处理温度为40-75℃，得到改性聚苯并双恶唑纤维；
2.4复合纤维交织结构层按1中所述进行制备；
2.5填料层的制备包括下列步骤：
2.5.1填料层原料的准备，填料层原料：酚醛树脂、芳纶颗粒、鳞片状石墨、三硫化二锑、沸石、硫酸钡、泡沫铁粉、硅灰石、红蛭石、石油焦炭，各组分含量按权利要求1所述；
2.5.2将步骤2.5.1准备的原料先按硅灰石、红蛭石、三硫化二锑、泡沫铁粉、硫酸钡、鳞片状石墨、石油焦炭顺序投入混料机中，均匀混合7-15min，再将芳纶颗粒、沸石、酚醛树脂投入混料机中，混料13-20min，得到填料层；
2.6将步骤2.5.2得到的填料层与步骤2.4得到的复合纤维交织结构层按“填料层-复合纤维交织结构层-填料层”的顺序依次均匀地填装在模具内，其中顶端和底端为填料层，顶端和底端的填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为7:1～11:1，其余填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为4:1～6:1；
2.7将步骤2.6填装完的填料层和复合纤维交织结构层进行热压处理，压制方向与纤维轴向垂直，压强为150-400MPa，热压温度为140-450℃，保压时间为30-130min，保压过程中放气3-6次，每次放气时间为7-21s，得到压制品；
2.8将步骤2.7得到的压制品进行热处理，加热温度为90-220℃，保温时间为110-330min，然后自然冷却至室温；
2.9对步骤2.8热处理后的压制品的与复合纤维交织结构层方向垂直的面进行预磨，形成制动磨损面，即得到改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料。
步骤2.1.4所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇和异丙醇；
步骤2.2.2所述氯化盐包括氯化锂、氯化钙、氯化镁和氯化钾；所述醇包括甲醇、乙醇和丙醇；
步骤2.2.3所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、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、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷和乙烯基甲基二氯硅烷；所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和正丁醇；
步骤2.3.1所述强质子酸包括甲基磺酸、多聚磷酸和浓硝酸；
步骤2.3.2所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、丙二醇和正丁醇，酸剂包括甲基磺酸、多聚磷酸和甲酸；
步骤2.3.3所述偶联剂包括γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二氯硅烷、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和乙烯基甲基二氯硅烷，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和正丁醇。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.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。
2.本发明采用了复合纤维交织结构层和填料层交替排列结构，保证了纤维分散的均匀性，提高了纤维与材料基体之间的结合性；纤维的轴向与磨损方向呈一定角度，降低了材料磨损过程中纤维拔出现象，确保了纤维作为摩擦材料增强体的有效性，提高了摩擦材料的耐磨性能和机械性能。
3.本发明的复合纤维交织结构层采用改性玉米秸秆纤维和混合纤维组合编织而成，综合利用各纤维的优势性能，与混合纤维相比，降低了生产成本，与单一的玉米秸秆相比，增强了热稳定性与耐磨性，综合性价比高。
4.本发明对玉米秸秆纤维进行改性，通过化学处理和物理处理相结合的方式提高玉米秸秆纤维的综合性能，增强了复合纤维交织结构层与基体材料的结合性，从而提高摩擦材料性能。该过程操作简便，工艺流程短，既保证纤维改性效果，又提高了改性效率。
附图说明
图1为复合纤维交织结构层示意图
其中：A、C为单数号改性玉米秸秆纤维；B、D为双数号改性玉米秸秆纤维；E为单数号混合纤维；F为双数号混合纤维；α为改性玉米秸秆纤维之间的编织角，α＝45°；β为改性玉米秸秆纤维与混合纤维之间的编织角，β＝22.5°。
图2为摩擦材料示意图
其中：1为填料层，即酚醛树脂、芳纶颗粒、鳞片状石墨、三硫化二锑、沸石、硫酸钡、泡沫铁粉、硅灰石、红蛭石、石油焦炭的混合物；2为复合纤维交织结构层，即改性玉米秸秆纤维和混合纤维的编织物；L1为填料层和复合纤维交织结构层的总厚度；L2为复合纤维交织结构层的单层厚度；L3为顶端和底端填料层的单层厚度；L4为其余填料层的单层厚度。
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。
本发明所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料由复合纤维交织结构层和填料层交替排列组成，按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层8-23％，填料层77-92％；复合纤维交织结构层采用改性玉米秸秆纤维和混合纤维组合编织而成，混合纤维由改性芳纶纤维和改性聚苯并双恶唑纤维组成；复合纤维交织结构层材料的改性和结构的设计，不仅提高了纤维与材料基体之间的结合性，确保了纤维作为摩擦材料增强体的有效性，为摩擦材料提供良好的耐剪切性能和耐磨性能，同时玉米秸秆纤维和混合纤维按质量百分比进行设计，既改善了摩擦材料的热稳定性、机械性能、耐磨性、抗热衰退性、环保性等综合性能，又极大降低了生产成本，提高了摩擦材料的综合性价比；填料层材料按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂10-38％、芳纶颗粒5-9％、鳞片状石墨4-19％、三硫化二锑5-12％、沸石3-9％、硫酸钡11-26％、泡沫铁粉3-17％、硅灰石7-15％，红蛭石2-5％，石油焦炭7-11％，确定各组分在摩擦材料中的含量，充分发挥调节剂的辅助作用，以提升摩擦材料的整体性能和使用寿命，保证摩擦材料在制动过程中的稳定性和可靠性。
实施例1
1.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层材料8％，填料层材料92％；其中填料层材料按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂38％、芳纶颗粒5％、鳞片状石墨4％、三硫化二锑5％、沸石3％、硫酸钡26％、泡沫铁粉3％、硅灰石7％，红蛭石2％，石油焦炭7％。
2.所述的复合纤维交织结构层材料，通过下列步骤制得：
(1)①将玉米秸秆纤维浸泡在乙醇和六偏磷酸钠的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:22)，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇30％，六偏磷酸钠15％，蒸馏水55％，处理时间为15min；再用蒸馏水清洗，清洗温度为35℃，清洗时间为5min，清洗次数6次；烘干处理，处理温度为65℃，处理时间为2h，至纤维的含水率6％；②将玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:27)，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40min；③将玉米秸秆纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:32)，按质量百分比各组分含量为：环己烷65％，丁醇15％，氯仿16％，五氧化二铌(Nb2O5)2％，钌(Ru)2％，浸泡温度为55℃，浸泡时间为3.3h；④将玉米秸秆纤维浸泡在65wt％异丙醇中(纤维与异丙醇的质量比为1:23)，超声震荡，处理时间5min，震荡频率60kHz，功率为900W；然后将玉米秸秆纤维取出并用蒸馏水清洗，并烘干，得到改性玉米秸秆纤维。
(2)①将芳纶纤维浸泡在75wt％丙酮溶液中(纤维与丙酮溶液的质量比为1:25)进行超声清洗，处理时间为0.5h，震荡频率75kHz，功率为500W，然后用蒸馏水清洗，烘干；②将芳纶纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:23)，混合溶液按质量百分比各组分含量为：二氯甲烷15％、氯化锂5％、甲醇80％；再用蒸馏水清洗，并烘干；③将芳纶纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:32)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷4.5％，异丙醇溶剂95.5％，处理时间为2h；④将芳纶纤维进行烘干处理，处理时间为1.5h，处理温度为65℃，得到改性芳纶纤维。
(3)①将PBO纤维浸泡在丙酮和甲基磺酸的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:21)，按质量百分比二组分含量为：丙酮35％，甲基磺酸65％，处理温度为50℃，处理时间为5h；②将PBO纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:24)进行超声处理，混合溶液按质量百分比二组分含量为：正丁醇50％，多聚磷酸50％，处理时间为40min，震荡频率30kHz，功率为350W，然后用蒸馏水反复清洗4次，烘干；③将PBO纤维浸泡在偶联剂和醇的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:33)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷2.5％，甲醇97.5％；④将PBO纤维进行烘干处理，处理时间为2.5h，处理温度为75℃，得到改性PBO纤维。
(4)混合纤维由改性芳纶纤维和改性PBO纤维组成，按质量百分比二组分含量为：改性芳纶纤维99％，改性PBO纤维1％；
(5)①取改性玉米秸秆纤维，水平面内，纤维轴向与X轴平行，将数根改性玉米秸秆纤维沿Y轴方向依次等距排列，其中单数号纤维记为A，双数号纤维记为B；②取数根改性玉米秸秆纤维，按照编织角α为45°的方向进行穿插固定，其中单数号纤维(记为C)插入方式为在A上方B下方，双数号纤维(记为D)的插入方式为A下方B上方，形成交织结构；③将混合纤维按照编织角β为22.5°的方向进行穿插固定，其中单根号纤维的插入方式为AC点上方BD点下方，双根号纤维的插入方式为AC点下方BD点上方，形成复合纤维交织结构层；④复合纤维交织结构层材料按质量百分比二组分含量为：改性玉米秸秆纤维83％，混合纤维17％，复合纤维交织结构层的单层厚度为0.6mm。
3.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料采用热压-热处理的方法制备，制备工序如下：
(1)将填料层原料投入混料机中混匀，混料顺序为硅灰石、红蛭石、三硫化二锑、泡沫铁粉、硫酸钡、鳞片状石墨、石油焦炭投入混料机中，混料7min，再将芳纶颗粒、沸石、酚醛树脂投入混料机中，混料20min。
(2)将制得的填料层与复合纤维交织结构层按“填料层-复合纤维交织结构层-填料层”的顺序依次均匀地填装在模具内，其中顶端和底端为填料层，顶端和底端的填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为11:1，其余填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为6:1，即填料层和复合纤维交织结构层的总厚度L1为30.6mm，其中复合纤维交织结构层的单层厚度L2为0.6mm，顶端和底端填料层的单层厚度L3为6.6mm，其余填料层的单层厚度L4为3.6mm。
(3)将填装完毕的复合纤维交织结构层和填料层进行热压处理，压强为150MPa，热压温度为140℃，保压时间为130min，保压过程中进行放气3次，每次放气时间为21s，压制方向与纤维轴向垂直。
(4)将得到的压制品进行热处理，加热温度为90℃，保温时间为190min，加热温度为180℃，保温时间为140min，然后自然冷却至室温，将与复合纤维交织结构层方向垂直的面进行预磨，得到制动磨损面，即成为改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料。
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0.357-0.462，磨损率为0.26×10-7cm3/Nm-0.49×10-7cm3/Nm。
实施例2
1.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层材料23％，填料层材料77％；其中填料层材料按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂10％、芳纶颗粒9％、鳞片状石墨7％、三硫化二锑12％、沸石9％、硫酸钡11％、泡沫铁粉11％、硅灰石15％，红蛭石5％，石油焦炭11％。
2.所述的复合纤维交织结构层材料，通过下列步骤制得：
(1)①将玉米秸秆纤维浸泡在乙醇和六偏磷酸钠的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:24)，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇45％，六偏磷酸钠10％，蒸馏水45％，处理时间为20min；再用蒸馏水清洗，清洗温度为45℃，清洗时间为3min，清洗次数3次；烘干处理，处理温度为80℃，处理时间为1.5h，至纤维的含水率10％；②将玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:25)，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜75％，二甲苯25％，浸泡时间为25min；③将玉米秸秆纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:30)，按质量百分比各组分含量为：环己烷55％，丁醇20％，氯仿20％，五氧化二铌(Nb2O5)2.5％，钌(Ru)2.5％，浸泡温度为35℃，浸泡时间为3.5h；④将玉米秸秆纤维浸泡在75wt％乙醇中(纤维与乙醇的质量比为1:21)，超声震荡，处理时间20min，震荡频率30kHz，功率为300W；然后将玉米秸秆纤维取出并用蒸馏水清洗，并烘干，得到改性玉米秸秆纤维。
(2)①将芳纶纤维浸泡在65wt％丙酮溶液中(纤维与丙酮溶液的质量比为1:23)进行超声清洗，处理时间为1h，震荡频率50kHz，功率为750W，然后用蒸馏水清洗，烘干；②将芳纶纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:22)，混合溶液按质量百分比各组分含量为：二氯甲烷27％、氯化锂9％、甲醇64％；再用蒸馏水清洗，并烘干；③将芳纶纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:33)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷2.5％，甲醇溶剂97.5％，处理时间为4h；④将芳纶纤维进行烘干处理，处理时间为3.5h，处理温度为45℃，得到改性芳纶纤维。
(3)①将PBO纤维浸泡在丙酮和甲基磺酸的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:23)，按质量百分比二组分含量为：丙酮25％，浓硝酸75％，处理温度为80℃，处理时间为3h；②将PBO纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:22)进行超声处理，混合溶液按质量百分比二组分含量为：丙二醇35％，甲基磺酸65％，处理时间为20min，震荡频率80kHz，功率为550W，然后用蒸馏水反复清洗6次，烘干；③将PBO纤维浸泡在偶联剂和醇的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:31)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷4.5％，乙二醇95.5％；④将PBO纤维进行烘干处理，处理时间为4.5h，处理温度为40℃，得到改性PBO纤维。
(4)混合纤维由改性芳纶纤维和改性PBO纤维组成，按质量百分比二组分含量为：改性芳纶纤维1％，改性PBO纤维99％；
(5)①②③与实施例1所述的相同；④复合纤维交织结构层材料按质量百分比二组分含量为：改性玉米秸秆纤维75％，混合纤维25％，复合纤维交织结构层的单层厚度为1.5mm。
3.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料采用热压-热处理的方法制备，制备工序如下：
(1)将填料层原料投入混料机中混匀，混料顺序为硅灰石、红蛭石、三硫化二锑、泡沫铁粉、硫酸钡、鳞片状石墨、石油焦炭投入混料机中，混料15min，再将芳纶颗粒、沸石、酚醛树脂投入混料机中，混料13min。
(2)将制得的填料层材料与复合纤维交织结构层材料按“填料层-复合纤维交织结构层-填料层”的顺序依次均匀地填装在模具内，其中顶端和底端为填料层，顶端和底端的填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为7:1，其余填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为4:1，即填料层和复合纤维交织结构层的总厚度L1为97.5mm，其中复合纤维交织结构层的单层厚度L2为1.5mm，顶端和底端填料层的单层厚度L3为10.5mm，其余填料层的单层厚度L4为6mm。
(3)将填装完毕的复合纤维交织结构层和填料层进行热压处理，压强为400MPa，热压温度为450℃，保压时间为30min，保压过程中进行放气4次，每次放气时间为7s，压制方向与纤维轴向垂直。
(4)将得到的压制品进行热处理，加热温度为130℃，保温时间为120min，加热温度为190℃，保温时间为100min，然后自然冷却至室温，将与复合纤维交织结构层方向垂直的面进行预磨，得到制动磨损面，即成为改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料。
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0.348-0.469，磨损率为0.32×10-7cm3/Nm-0.51×10-7cm3/Nm。
实施例3
1.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层材料16％，填料层材料84％；其中填料层材料按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂13％、芳纶颗粒6％、鳞片状石墨19％、三硫化二锑7％、沸石5％、硫酸钡13％、泡沫铁粉17％、硅灰石9％，红蛭石3％，石油焦炭8％。
2.所述的复合纤维交织结构层材料，通过下列步骤制得：
(1)①将玉米秸秆纤维浸泡在乙醇和六偏磷酸钠的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:23)，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇38％，六偏磷酸钠13％，蒸馏水49％，处理时间为18min；再用蒸馏水清洗，清洗温度为40℃，清洗时间为4min，清洗次数5次；烘干处理，处理温度为73℃，处理时间为1.8h，至纤维的含水率8％；②将玉米秸秆纤维浸泡在二甲基亚砜和二甲苯的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:25)，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜70％，二甲苯30％，浸泡时间为33min；③将玉米秸秆纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:30)，按质量百分比各组分含量为：环己烷60％，丁醇17％，氯仿18.5％，五氧化二铌(Nb2O5)2％，钌(Ru)2.5％，浸泡温度为45℃，浸泡时间为3.5h；④将玉米秸秆纤维浸泡在70wt％乙二醇中(纤维与乙二醇的质量比为1:21)，超声震荡，处理时间13min，震荡频率45kHz，功率为600W；然后将玉米秸秆纤维取出并用蒸馏水清洗，并烘干，得到改性后的玉米秸秆纤维。
(2)①将芳纶纤维浸泡在70wt％丙酮溶液中(纤维与丙酮溶液的质量比为1:24)进行超声清洗，处理时间为0.8h，震荡频率63kHz，功率为620W，然后用蒸馏水清洗，烘干；②将芳纶纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:20)，混合溶液按质量百分比各组分含量为：二氯甲烷21％、氯化镁7％、丙醇72％；再用蒸馏水清洗，并烘干；③将芳纶纤维浸泡在偶联剂和醇的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:34)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂乙烯基甲基二氯硅烷3.5％，正丁醇溶剂96.5％，处理时间为3h；④将芳纶纤维进行烘干处理，处理时间为2.5h，处理温度为55℃，得到改性芳纶纤维。
(3)①将PBO纤维浸泡在丙酮和多聚磷酸的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:22)，按质量百分比二组分含量为：丙酮30％，多聚磷酸70％，处理温度为65℃，处理时间为4h；②将PBO纤维浸泡在混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:26)进行超声处理，混合溶液按质量百分比二组分含量为：乙醇43％，甲酸57％，处理时间为30min，震荡频率55kHz，功率为450W，然后用蒸馏水反复清洗5次，烘干；③将PBO纤维浸泡在偶联剂和醇的混合溶液中(纤维与混合溶液的质量比为1:29)，按质量百分比二组分含量为：偶联剂乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷3.5％，乙醇96.5％；④将PBO纤维进行烘干处理，处理时间为3.5h，处理温度为58℃，得到改性PBO纤维。
(4)混合纤维由改性芳纶纤维和改性PBO纤维组成，按质量百分比二组分含量为：改性芳纶纤维50％，改性PBO纤维50％；
(5)①②③与实施例1所述的相同；④复合纤维交织结构层材料按质量百分比二组分含量为：改性玉米秸秆纤维79％，混合纤维21％，复合纤维交织结构层的单层厚度为1.1mm。
3.所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料采用热压-热处理的方法制备，制备工序如下：
(1)将填料层原料投入混料机中混匀，混料顺序为硅灰石、红蛭石、三硫化二锑、泡沫铁粉、硫酸钡、鳞片状石墨、石油焦炭投入混料机中，混料11min，再将芳纶颗粒、沸石、酚醛树脂投入混料机中，混料16min。
(2)将制得的填料层材料与复合纤维交织结构层材料按“填料层-复合纤维交织结构层-填料层”的顺序依次均匀地填装在模具内，其中顶端和底端为填料层，顶端和底端的填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为9:1，其余填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为5:1，即填料层和复合纤维交织结构层的总厚度L1为69.3mm，其中复合纤维交织结构层的单层厚度L2为1.1mm，顶端和底端填料层的单层厚度L3为9.9mm，其余填料层的单层厚度L4为5.5mm。
(3)将填装完毕的复合纤维交织结构层和填料层材料进行热压处理，压强为280MPa，热压温度为290℃，保压时间为80min，保压过程中进行放气6次，每次放气时间为14s，压制方向与纤维轴向垂直。
(4)将得到的压制品进行热处理，加热温度为145℃，保温时间为65min，加热温度为220℃，保温时间为45min，然后自然冷却至室温，将与复合纤维交织结构层方向垂直的面进行预磨，得到制动磨损面，即成为改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料。
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0.372-0.453，磨损率为0.23×10-7cm3/Nm-0.42×10-7cm3/Nm。

Claims (3)

1.一种改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料，其特征在于：由复合纤维交织结构层(2)和填料层(1)组成，按质量百分比二组分含量为：复合纤维交织结构层8-23％，填料层77-92％；其中复合纤维交织结构层(2)的材料为改性玉米秸秆纤维和混合纤维，按质量百分比二组分含量为：改性玉米秸秆纤维75-83％，混合纤维17-25％，混合纤维由改性芳纶纤维和改性聚苯并双恶唑纤维组成，按质量百分比二组分含量为：改性芳纶纤维1-99％，改性聚苯并双恶唑纤维1％-99％；
1)改性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清洗剂中清洗，清洗剂为乙醇和六偏磷酸钠的混合溶液，按质量百分比各组分含量为：无水乙醇30-45％，六偏磷酸钠10-15％，蒸馏水40-60％，清洗时间为15-20min；再用蒸馏水清洗，清洗温度为35-45℃，清洗时间为3-5min，清洗次数3-6次；烘干处理，处理温度为65-80℃，处理时间为1.5-2h，至纤维的含水率6-10％；
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溶液中，按质量百分比二组分含量为：二甲基亚砜65-75％，二甲苯25-35％，浸泡时间为25-40min；
1.3将步骤1.2处理后的玉米秸秆纤维浸泡在混合溶液中，混合溶液按质量百分比各组分含量为：环己烷55-65％，丁醇15-20％，氯仿10-26％，五氧化二铌(Nb2O5)2-2.5％，钌(Ru)2-2.5％，浸泡温度为35-55℃，浸泡时间为3-3.5h；
1.4将步骤1.3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5-20min，震荡频率30-60kHz，功率为300-900W；然后将玉米秸秆纤维取出并用蒸馏水清洗，烘干，得到改性玉米秸秆纤维；
2)改性芳纶纤维的制备包括下列步骤：
2.1将芳纶纤维浸泡在丙酮溶液中进行超声清洗，处理时间为0.5-1h，震荡频率50-75kHz，功率为500-750W，然后用蒸馏水清洗，烘干；
2.2将步骤2.1处理后的芳纶纤维浸泡在混合溶液中，混合溶液按质量百分比各组分含量为：二氯甲烷15-27％、氯化盐5-9％、醇64-80％，再用蒸馏水清洗，并烘干；
2.3将步骤2.2处理后的芳纶纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：偶联剂2.5-4.5％，醇溶剂95.5-97.5％，处理时间为2-4h；
2.4将步骤2.3处理后的芳纶纤维进行烘干处理，处理时间为1.5-3.5h，处理温度为45-65℃，得到改性芳纶纤维；
3)改性聚苯并双恶唑纤维的制备包括下列步骤：
3.1将聚苯并双恶唑纤维浸泡在丙酮和强质子酸的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：丙酮25-35％，强质子酸65-75％，处理温度为50-80℃，处理时间为3-5h；
3.2将步骤3.1处理后的聚苯并双恶唑纤维浸泡在混合溶液中进行超声处理，混合溶液按质量百分比二组分含量为：醇溶剂35-50％，酸剂50-65％，处理时间为20-40min，震荡频率30-80kHz，功率为350-550W，然后用蒸馏水反复清洗4-6次，烘干；
3.3将步骤3.2处理后的聚苯并双恶唑纤维浸泡在偶联剂和醇溶剂的混合溶液中，按质量百分比二组分含量为：偶联剂2.5％-4.5％，醇溶剂95.5％-97.5％；
3.4将步骤3.3处理后的聚苯并双恶唑纤维进行烘干处理，处理时间为2.5-4.5h，处理温度为40-75℃，得到改性聚苯并双恶唑纤维；
复合纤维交织结构层中改性玉米秸秆纤维分为单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)、双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)、单号改性玉米秸秆纤维经线(C)和双号改性玉米秸秆纤维经线(D)；混合纤维分为单号混合纤维线(E)和双号混合纤维线(F)；单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)和双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)交替平行排列，单号改性玉米秸秆纤维经线(C)和双号改性玉米秸秆纤维经线(D)交替平行排列；单号改性玉米秸秆纤维经线(C)和双号改性玉米秸秆纤维经线(D)间隔穿插于单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)和双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)，单号改性玉米秸秆纤维经线(C)和双号改性玉米秸秆纤维经线(D)与单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)和双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)的夹角α为45°；单号混合纤维线(E)和双号混合纤维线(F)交替平行排列，且间隔穿插于单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)和双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)与单号改性玉米秸秆纤维经线(C)和双号改性玉米秸秆纤维经线(D)结合点，单号混合纤维线(E)和双号混合纤维线(F)与单号改性玉米秸秆纤维纬线(A)和双号改性玉米秸秆纤维纬线(B)夹角β为22.5°；填料层(1)按质量百分比各组分含量为：酚醛树脂10-38％、芳纶颗粒5-9％、鳞片状石墨4-19％、三硫化二锑5-12％、沸石3-9％、硫酸钡11-26％、泡沫铁粉3-17％、硅灰石7-15％、红蛭石2-5％、石油焦炭7-11％；填料层(1)和复合纤维交织结构层(2)上下交替排列，且顶端和底端为填料层(1)，填料层(1)和复合纤维交织结构层(2)的总厚度L1为30.6-97.5mm，其中复合纤维交织结构层(2)的单层厚度L2为0.6-1.5mm，顶端和底端填料层(1)的单层厚度L3为6.6-10.5mm，其余填料层(1)的单层厚度L4为3.6-6mm。
2.按权利要求1所述改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
2.1权利要求1所述的改性玉米秸秆纤维、改性芳纶纤维和改性聚苯并双恶唑纤维的制备，如权利要求1所述；
2.2复合纤维交织结构层的制备权利要求1所述，其中：
2.3填料层的制备包括下列步骤：
2.3.1填料层原料的准备，填料层原料：酚醛树脂、芳纶颗粒、鳞片状石墨、三硫化二锑、沸石、硫酸钡、泡沫铁粉、硅灰石、红蛭石、石油焦炭，各组分含量按权利要求1所述；
2.3.2将步骤2.3.1准备的原料先按硅灰石、红蛭石、三硫化二锑、泡沫铁粉、硫酸钡、鳞片状石墨、石油焦炭顺序投入混料机中，均匀混合7-15min，再将芳纶颗粒、沸石、酚醛树脂投入混料机中，混料13-20min，得到填料层；
2.4将步骤2.3.2得到的填料层与步骤2.2得到的复合纤维交织结构层按“填料层-复合纤维交织结构层-填料层”的顺序依次均匀地填装在模具内，其中顶端和底端为填料层，顶端和底端的填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为7:1～11:1，其余填料层与复合纤维交织结构层的单层厚度比为4:1～6:1；
2.5将步骤2.4填装完的填料层和复合纤维交织结构层进行热压处理，压制方向与纤维轴向垂直，压强为150-400MPa，热压温度为140-450℃，保压时间为30-130min，保压过程中放气3-6次，每次放气时间为7-21s，得到压制品；
2.6将步骤2.5得到的压制品进行热处理，加热温度为90-220℃，保温时间为110-330min，然后自然冷却至室温；
2.7对步骤2.6热处理后的压制品的与复合纤维交织结构层方向垂直的面进行预磨，形成制动磨损面，即得到改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料。
3.按权利要求1所述的改性玉米秸秆复合纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤1.4所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇和异丙醇；
步骤2.2所述氯化盐包括氯化锂、氯化钙、氯化镁和氯化钾；所述醇包括甲醇、乙醇和丙醇；
步骤2.3所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、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、乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷和乙烯基甲基二氯硅烷；所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和正丁醇；
步骤3.1所述强质子酸包括甲基磺酸、多聚磷酸和浓硝酸；
步骤3.2所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、丙二醇和正丁醇，酸剂包括甲基磺酸、多聚磷酸和甲酸；
步骤3.3所述偶联剂包括γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二氯硅烷、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和乙烯基甲基二氯硅烷，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和正丁醇。
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