CN108084601A - 一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法 - Google Patents

一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，以碳化硅微粉和α‑Al2O3为骨料,以乙基纤维素为造孔剂，得到多孔碳化硅陶瓷；然后将该陶瓷进行接枝改性处理，并与聚氯乙烯树脂进行复合，得到多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料，该新型复合材料具有良好的刚度和抵抗变形的能力，大大增加了聚氯乙烯树脂的耐摩擦性能和抗热震性能，提高了其在铁道车辆上的使用性能，是一种新型的树脂基陶瓷复合摩擦材料。

Description

一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法。
背景技术
摩擦材料是可用于动力机械制动与传动的多元复合材料，其质量的好坏对机器使用的可靠性和操作人员的生命安全影响非常大。随着科学技术的发展，对动力机械和交通运输工具的速度、负荷和安全性要求越来越高。随着列车运行速度的不断提高,对轻量化和制动安全性能提出越来越高的要求。
粉末冶金摩擦材料是以金属粉末为基体，加入适当减磨剂和增磨剂，均匀混合后压制成型或加压烧结而成。烧结金属基摩擦材料中含有大量的非金属颗粒，由于它们与金属的相互作用很少，润湿性很差，因而一般烧结金属基摩擦材料的强度不高。
树脂基陶瓷复合材料虽具有类似于金属的物理力学性能，但因含有较多的非金颗粒，由于其分散隔离作用，其量值要远低于致密金属。尽管如此，与其它摩擦材料相比，它具有一系列优异的使用性能：高的机械强度和使用温度、大的热容量、优异的导热性能、高的抗腐蚀能力、优良的抗磨损性能和稳定的摩擦性能。树脂基陶瓷摩擦材料在铁道车辆上的应用随着国民经济的快速发展，铁路客货运输量的迅速增加已成为必然的发展趋势。
发明内容
本发明旨在提供一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，将多孔碳化硅填入聚氯乙烯树脂中，可以提高其耐磨性和强度，该新型复合材料具有良好的刚度和抵抗变形的能力，大大增加了聚氯乙烯树脂的耐摩擦性能和抗热震性能，为树脂基陶瓷摩擦材料在铁道车辆上的应用提供了新的技术。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先制备多孔碳化硅陶瓷：
(1.1)以碳化硅微粉和α-Al2O3为骨料,将两者混合均匀，然后在混合料中加入质量分数为8％的聚丙烯醇水溶液，将两者混合均匀并一起放入球磨机中，再放入刚玉球，球磨2h，得到浆料；
(1.2)向球磨后的浆料中加入乙基纤维素，然后再加入十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，继续球磨30min；之后倒入模具中成型；
(1.3)将模具中的浆料自然晾干后放入烘箱中进行烘烤，先升温至500℃保温1h,然后升温至1200℃烧结3h,烧结后自然冷却至室温，得到多孔碳化硅陶瓷；
(2)多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料的制备
(2.1)将步骤(1)所得多孔碳化硅陶瓷在90℃下真空干燥,除去水分，然后放入适量的无水乙醇中，加入异丁基三乙氧基硅，然后利用溶液自由基聚合法，在粒子表面接枝聚丙烯酰胺，得到接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷；
(2.2)按照聚氯乙烯树脂与碳化硅陶瓷的质量比为3:2的比例取聚氯乙烯树脂放入坩埚，在90℃的烘箱中放置1h，使树脂变稀软，然后向坩埚中快速加入聚酰胺树脂作为固化剂，其中，聚氯乙烯树脂与聚酰胺树脂的质量比为8:1；
(2.3)将步骤(2.1)所得接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷用丙酮湿润，然后放入步骤(2.2)的坩埚中，使多孔碳化硅陶瓷均匀铺设在聚氯乙烯树脂上；
(2.4)将步骤(2.3)的坩埚放入真空瓶中，并抽真空40min，使聚氯乙烯树脂浸入多孔碳化硅陶瓷的孔隙中；之后取出坩埚，放入60℃的烘箱中烘烤24h，等待聚氯乙烯树脂完全固化；取出坩埚中的样品，切除四周多余的树脂即得到多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其中，步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3的质量比为：SiC:α-Al2O3＝7:1。
前述的一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其中，步骤(1.2)中乙基纤维素的加入量为步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的8-10％；所述十二烷基苯磺酸钠的加入量为步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的2-3％。
前述的一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其中，步骤(1.3)所得多孔氧化锆陶瓷的孔隙率为86％，抗压强度为3.5MPa。
本发明将多孔碳化硅填入聚氯乙烯树脂中，可以提高其耐磨性和强度，该新型复合材料具有良好的刚度和抵抗变形的能力，大大增加了聚氯乙烯树脂的耐摩擦性能和抗热震性能，在摩擦试验机制动压力为0.3MPa时、刹车速度为200km/h、转动惯量为0.8kg/m2时，所得复合材料的摩擦系数为0.45-0.52，磨损量为0.28Vol.％/次左右。
附图说明
无
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
本发明一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)先制备多孔碳化硅陶瓷：
(1.1)以碳化硅微粉和α-Al2O3为骨料,将两者按照质量比为SiC:α-Al2O3＝7:1混合均匀，然后在混合料中加入质量分数为8％的聚丙烯醇水溶液，将两者混合均匀并一起放入球磨机中，再放入刚玉球，球磨2h，得到浆料；
(1.2)向球磨后的浆料中加入乙基纤维素，乙基纤维素的加入量为步骤(1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的8-10％；然后再加入十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠的加入量为步骤(1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的2-3％，继续球磨30min；之后倒入模具中成型；
(1.3)将模具中的浆料自然晾干后放入烘箱中进行烘烤，先升温至500℃保温1h,然后升温至1200℃烧结3h,烧结后自然冷却至室温，得到多孔碳化硅陶瓷；
所得多孔氧化锆陶瓷的孔隙率为86％，抗压强度为3.5MPa。
(2)多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料的制备
(2.1)将步骤(1)所得多孔碳化硅陶瓷在90℃下真空干燥,除去水分，然后放入适量的无水乙醇中，加入异丁基三乙氧基硅，然后利用溶液自由基聚合法，在粒子表面接枝聚丙烯酰胺，得到接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷；
(2.2)按照聚氯乙烯树脂与碳化硅陶瓷的质量比为3:2的比例取聚氯乙烯树脂放入坩埚，在90℃的烘箱中放置1h，使树脂变稀软，然后向坩埚中快速加入聚酰胺树脂作为固化剂，其中，聚氯乙烯树脂与聚酰胺树脂的质量比为8:1；
(2.3)将步骤(2.1)所得接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷用丙酮湿润，然后放入步骤(2.2)的坩埚中，使多孔碳化硅陶瓷均匀铺设在聚氯乙烯树脂上；
(2.4)将步骤(2.3)的坩埚放入真空瓶中，并抽真空40min，使聚氯乙烯树脂浸入多孔碳化硅陶瓷的孔隙中；之后取出坩埚，放入60℃的烘箱中烘烤24h，等待聚氯乙烯树脂完全固化；取出坩埚中的样品，切除四周多余的树脂即得到多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料。
对得到的多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料测试其抗弯强度和抗压强度以及热震性能实验，结果表明，复合材料的抗弯强度可达到130MPa以上，其抗压强度大于170MPa，经过6次热震实验，复合材料的抗弯强度下降了5MPa左右，下降率小于3.8％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)先制备多孔碳化硅陶瓷：
(1.1)以碳化硅微粉和α-Al2O3为骨料,将两者混合均匀，然后在混合料中加入质量分数为8％的聚丙烯醇水溶液，将两者混合均匀并一起放入球磨机中，再放入刚玉球，球磨2h，得到浆料；
(1.2)向球磨后的浆料中加入乙基纤维素，然后再加入十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，继续球磨30min；之后倒入模具中成型；
(1.3)将模具中的浆料自然晾干后放入烘箱中进行烘烤，先升温至500℃保温1h,然后升温至1200℃烧结3h,烧结后自然冷却至室温，得到多孔碳化硅陶瓷；
(2)多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料的制备
(2.1)将步骤(1)所得多孔碳化硅陶瓷在90℃下真空干燥,除去水分，然后放入适量的无水乙醇中，加入异丁基三乙氧基硅，然后利用溶液自由基聚合法，在粒子表面接枝聚丙烯酰胺，得到接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷；
(2.2)按照聚氯乙烯树脂与碳化硅陶瓷的质量比为3:2的比例取聚氯乙烯树脂放入坩埚，在90℃的烘箱中放置1h，使树脂变稀软，然后向坩埚中快速加入聚酰胺树脂作为固化剂，其中，聚氯乙烯树脂与聚酰胺树脂的质量比为8:1；
(2.3)将步骤(2.1)所得接枝改性后的多孔碳化硅陶瓷用丙酮湿润，然后放入步骤(2.2)的坩埚中，使多孔碳化硅陶瓷均匀铺设在聚氯乙烯树脂上；
(2.4)将步骤(2.3)的坩埚放入真空瓶中，并抽真空40min，使聚氯乙烯树脂浸入多孔碳化硅陶瓷的孔隙中；之后取出坩埚，放入60℃的烘箱中烘烤24h，等待聚氯乙烯树脂完全固化；取出坩埚中的样品，切除四周多余的树脂即得到多孔碳化硅/聚氯乙烯树脂复合材料。
2.如权利要求1所述的树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3的质量比为：SiC:α-Al2O3＝7:1。
3.如权利要求1所述的树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤(1.2)中乙基纤维素的加入量为步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的8-10％；所述十二烷基苯磺酸钠的加入量为步骤(1.1)碳化硅微粉和α-Al2O3混合料质量的2-3％。
4.如权利要求1所述的树脂基陶瓷摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤(1.3)所得多孔氧化锆陶瓷的孔隙率为86％，抗压强度为3.5MPa。
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