CN108148549B - 一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法，这种材料包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，其中每立方分米的摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维；这种材料的制备过程包括：电解溶液的制备：铝纤维表面的等离子电解氧化和铝纤维增强摩擦材料的制备。与现有技术相比，本发明的有益效果是：这种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料不仅具有良好的耐磨性，而且在摩擦过程中，展现了良好的耐热性；同时又克服了传统的配方中抑制热衰减和产生噪音之间的矛盾。本发明的这种制备方法操作简单，便于大批量生产。

Description

一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于摩擦材料的制备领域，特别涉及一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料是具有高的摩擦系数和低的磨损率的聚合物基复合材料。为了保证良好的耐磨性，通常在聚合物粘结剂中添加耐磨性好的无机颗粒，保证摩擦材料具有良好的耐磨性。但是摩擦材料在摩擦过程中产生的热量会导致摩擦材料软化，摩擦系数变小，磨损率增加，从而形成热衰减，降低使用寿命。为此，在摩擦材料中添加热导率高的金属纤维，用以增加摩擦材料的热导性能，保证摩擦材料良好的摩擦性能，抑制热衰减。但是，添加金属纤维量过少，热导效果不理想。添加金属纤维过多，摩擦系数下降，而且在摩擦过程中金属纤维与金属摩擦副相互摩擦，产生尖锐的噪音，同时对金属摩擦副产生磨损破坏。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有金属纤维增强摩擦材料方面存在的上述问题，提供一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料，包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，每立方分米的所述摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维，所述等离子氧化金属铝纤维的长度为1cm～3cm；
所述摩擦材料包括以下质量百分含量的原料组份：酚醛树脂10％～14％、丁腈橡胶6％～8％、铝矾土8％～10％、碳酸钙晶须8％～10％、碳酸钡8％～10％、云母3％～5％、蛭石8％～10％、炭黑6％～10％、石油焦5％～8％、氧化铝8％～10％和铬铁10％～14％。
一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、电解溶液的制备：
将硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠溶解在去离子水中，得到电解溶液；所述电解溶液中，硅酸钠的浓度为8g/L～10g/L，六偏磷酸钠的浓度为4g/L～6g/L，铝酸钠的浓度为1g/L～2g/L；
S2、铝纤维表面的等离子电解氧化：
首先，对铝纤维进行表面去油处理；然后，将铝纤维放置在电解溶液中电解20min～40min；最后，将铝纤维截断成1cm～3cm的长度后，待用；其中，电解过程中铝纤维为阳极，金属铜为阴极，电流密度为7A/dm2～9A/dm2，频率480Hz～520Hz；
S3、铝纤维增强摩擦材料的制备：
首先，将以下质量百分含量的原料：酚醛树脂10％～14％、丁腈橡胶6％～8％、铝矾土8％～10％、碳酸钙晶须8％～10％、碳酸钡8％～10％、云母3％～5％、蛭石8％～10％、炭黑6％～10％、石油焦5％～8％、氧化铝8％～10％、铬铁10％～14％和S2中得到的长度为1cm～3cm的铝纤维，搅拌均匀得到混合料；然后，将混合料倒入模具中直到混合料填满模具后，所述压力为50MPa～100MPa；最后，加热处理，以10℃/min～20℃/min的升温速度将模具温度升至145℃～155℃后，保温25min～30min，冷却凝固后制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料。
进一步的，所述S2中，对铝纤维进行表面去油处理的过程为：将铝纤维在20％的硫酸、稀盐酸或者丙酮中浸泡20min～40min。
进一步的，所述S3的加压过程中，需要将压力升高到50MPa～100MPa后保持10s～12s，然后立即释放压力，如此反复三次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在铝纤维经过等离子电解氧化后，铝纤维表面形成一层氧化铝涂层，可以显著地提高铝纤维表面的耐磨性和耐腐蚀性，同时兼顾铝纤维的柔顺性和导热性。
(2)等离子氧化处理后的铝纤维，因为氧化铝涂层以多孔形态存在，比表面大，且氧化铝原位生长在铝纤维基体表面，所以氧化铝涂层能够与聚合物粘结剂有效的接触，从而保证良好的界面结合，赋予摩擦材料高的力学性能。
(3)因为等离子氧化处理后的铝纤维具有良好的耐磨性和导热性，所以不仅赋予摩擦材料良好的耐磨性，同时在摩擦过程中，产生的热量可以通过铝纤维及时导出，显著的提高了摩擦材料的耐热性，抑制了热衰减，而传统的金属纤维在增强摩擦材料时只是起到导热的作用，而没有耐磨作用。
(4)本发明的这种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料还能够克服传统的配方中添加金属纤维对抑制热衰减和产生噪音之间的矛盾。
(5)本发明的这种制备方法操作简单，便于大批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例3的铝纤维表面等离子氧化后横截面的SEM图；
图2是本发明实施例3的铝纤维表面等离子氧化后氧化膜的SEM图；
图3是本发明实施例3制备得到的等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的SEM图；
图4是铝纤维添加密度不同的情况下制备得到的等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料磨损率与温度的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料，包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，其中每立方分米的摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维，等离子氧化金属铝纤维的长度为1cm～3cm；
摩擦材料包括以下质量百分含量的原料组份：酚醛树脂10％、丁腈橡胶6％、铝矾土8％、碳酸钙晶须8％、碳酸钡10％、云母5％、蛭石10％、炭黑10％、石油焦8％、氧化铝10％和铬铁14％。
这种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备过程如下：
S1、电解溶液的制备：
将硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠溶解在去离子水中，得到电解溶液；电解溶液中，硅酸钠的浓度为8g/L，六偏磷酸钠的浓度为4g/L，铝酸钠的浓度为1g/L；
S2、铝纤维表面的等离子电解氧化：
首先，将铝纤维在20％的硫酸中浸泡20min；然后，将铝纤维放置在电解溶液中电解20min；最后，将铝纤维截断成1cm～3cm的长度后，待用；其中，电解过程中铝纤维为阳极，金属铜为阴极，电流密度为7A/dm2，频率480Hz；
S3、铝纤维增强摩擦材料的制备：
首先，将以下质量百分含量的原料：酚醛树脂10％、丁腈橡胶6％、铝矾土8％、碳酸钙晶须8％、碳酸钡10％、云母5％、蛭石10％、炭黑10％、石油焦8％、氧化铝10％和铬铁14％和S2中得到的长度为1cm～3cm的铝纤维300g，搅拌均匀得到混合料；然后，将混合料倒入模具中直到混合料填满模具后，压力为50MPa，将压力升高到50MPa后保持10s，然后立即释放压力，如此反复三次；最后，加热处理，以10℃/min的升温速度将模具温度升至145℃后，保温25min，冷却凝固后制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料。因为本实施例1用的模具的体积为1立方分米，所以S3中添加的铝纤维的质量的300g。
实施例2
一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料，包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，其中每立方分米的摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维，等离子氧化金属铝纤维的长度为1cm～3cm；
摩擦材料包括以下质量百分含量的原料组份：酚醛树脂14％、丁腈橡胶8％、铝矾土10％、碳酸钙晶须10％、碳酸钡9％、云母5％、蛭石9％、炭黑6％、石油焦7％、氧化铝9％和铬铁13％。
这种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备过程如下：
S1、电解溶液的制备：
将硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠溶解在去离子水中，得到电解溶液；电解溶液中，硅酸钠的浓度为9g/L，六偏磷酸钠的浓度为5g/L，铝酸钠的浓度为1.5g/L；
S2、铝纤维表面的等离子电解氧化：
首先，将铝纤维在稀盐酸中浸泡30min；然后，将铝纤维放置在电解溶液中电解30min；最后，将铝纤维截断成1cm～3cm的长度后，待用；其中，电解过程中铝纤维为阳极，金属铜为阴极，电流密度为8A/dm28，频率500Hz；
S3、铝纤维增强摩擦材料的制备：
首先，将以下质量百分含量的原料：：酚醛树脂14％、丁腈橡胶8％、铝矾土10％、碳酸钙晶须10％、碳酸钡9％、云母5％、蛭石9％、炭黑6％、石油焦7％、氧化铝9％和铬铁13％和S2中得到的长度为1cm～3cm的铝纤维600g，搅拌均匀得到混合料；然后，将混合料倒入模具中加压处理，压力为100MPa，将压力升高到100MPa后保持12s，然后立即释放压力，如此反复三次；最后，加热处理，以15℃/min的升温速度将模具温度升至150℃后，保温28min，冷却凝固后制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料。因为本实施例2用的模具的体积为2立方分米，所以S3中添加的铝纤维的质量的600g。
实施例3
一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料，包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，其中每立方分米的摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维，等离子氧化金属铝纤维的长度为1cm～3cm；
摩擦材料包括以下质量百分含量的原料组份：酚醛树脂12％、丁腈橡胶8％、铝矾土10％、碳酸钙晶须10％、碳酸钡10％、云母5％、蛭石10％、炭黑10％、石油焦5％、氧化铝10％和铬铁10％。
这种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备过程如下：
S1、电解溶液的制备：
将硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠溶解在去离子水中，得到电解溶液；电解溶液中，硅酸钠的浓度为10g/L，六偏磷酸钠的浓度为6g/L，铝酸钠的浓度为2g/L；
S2、铝纤维表面的等离子电解氧化：
首先，将铝纤维在丙酮中浸泡40min；然后，将铝纤维放置在电解溶液中电解40min；最后，将铝纤维截断成1cm～3cm的长度后，待用；其中，电解过程中铝纤维为阳极，金属铜为阴极，电流密度为9A/dm2，频率520Hz；
S3、铝纤维增强摩擦材料的制备：
首先，将以下质量百分含量的原料：酚醛树脂12％、丁腈橡胶8％、铝矾土10％、碳酸钙晶须10％、碳酸钡10％、云母5％、蛭石10％、炭黑10％、石油焦5％、氧化铝10％和铬铁10％和S2中得到的长度为1cm～3cm的铝纤维300g，搅拌均匀得到混合料；然后，将混合料倒入模具中加压处理，压力为70MPa，将压力升高到70MPa后保持11s，然后立即释放压力，如此反复三次；最后，加热处理，以20℃/min的升温速度将模具温度升至155℃后，保温30min，冷却凝固后制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料。因为本实施例3用的模具的体积为1立方分米，所以S3中添加的铝纤维的质量的300g。
为了进一步检测本发明实施例1～3所制备的等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的性能，我们以实施例3制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料为例，进行性能测试和分析，具体内容如下：
图1为铝纤维表面等离子氧化后横截面的SEM图，从图中可以清楚地看到铝纤维外表面包裹了一层氧化铝涂层。
图2为铝纤维表面等离子氧化后氧化膜的SEM图，从图中能够看到经过等离子氧化后的表面形成了具有多孔结构的氧化物层。
图3为实施例3制备得到的等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的SEM图，可以看出等离子氧化后的铝纤维与摩擦材料基体结合紧密，铝纤维表面的多孔结构有利于酚醛树脂基体的结合。
为了进一步确定等离子体氧化后铝纤维的添加量对等离子体氧化后铝纤维增强摩擦材料性能的影响，本发明在实施例3的基础上，又做了两个对比实施例，即在实施例3的基础上仅仅将等离子体氧化后铝纤维的添加密度分别更改为100g/dm3和200g/dm3，探究铝纤维的添加密度不同时，等离子体氧化后铝纤维增强摩擦材料的磨损率与温度的关系，从图4可以看出，当每立方分米的摩擦材料中添加100g或200g的铝纤维时，制备得到的铝纤维增强摩擦材料的摩擦系数均表现为，当温度升高到一定程度后，磨损率发生急剧的上升，说明材料的磨损率受到温度的严重影响，且材料的热稳定性差。而实施例3，即每立方分米的摩擦材料中添加300g的铝纤维时，材料的磨损率并没有随着温度的变化发生较大的改变，一直稳定在0.45～0.47的范围内，说明铝纤维的添加密度只有是300g/dm3时，等离子体氧化后铝纤维增强摩擦材料的磨损率才不会随着温度的增加而增加，进而提高的材料的使用寿命，同时说明材料具有更优的耐热性和热稳定性。
以实施例3制备的等离子体氧化后铝纤维增强摩擦材料为例，在摩擦的过程中，也没有尖锐的噪音。
综上所述，本发明的有益效果是：
(1)离子氧化处理后的铝纤维具有良好的耐磨性和导热性，所以不仅赋予摩擦材料良好的耐磨性，同时在摩擦过程中，产生的热量可以通过铝纤维及时导出，显著的提高了摩擦材料的耐热性，抑制了热衰减；能够克服传统的配方中添加金属纤维对抑制热衰减和产生噪音之间的矛盾。
(2)本发明的这种制备方法操作简单，便于大批量生产。
以上公开的仅为本发明的较佳实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料，其特征在于，包括摩擦材料和等离子氧化金属铝纤维，其中每立方分米的所述摩擦材料内添加300g等离子氧化金属铝纤维，所述等离子氧化金属铝纤维的长度为1cm～3cm；所述等离子氧化金属铝纤维是铝纤维表面的等离子电解氧化，经过等离子电解氧化后，在铝纤维表面形成一层氧化铝涂层；
所述摩擦材料包括以下质量百分含量的原料组份：酚醛树脂10％～14％、丁腈橡胶6％～8％、铝矾土8％～10％、碳酸钙晶须8％～10％、碳酸钡8％～10％、云母3％～5％、蛭石8％～10％、炭黑6％～10％、石油焦5％～8％、氧化铝8％～10％和铬铁10％～14％。
2.如权利要求1所述的一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、电解溶液的制备：
将硅酸钠、六偏磷酸钠和铝酸钠溶解在去离子水中，得到电解溶液；所述电解溶液中，硅酸钠的浓度为8g/L～10g/L，六偏磷酸钠的浓度为4g/L～6g/L，铝酸钠的浓度为1g/L～2g/L；
S2、铝纤维表面的等离子电解氧化：
首先，对铝纤维进行表面去油处理；然后，将铝纤维放置在电解溶液中电解20min～40min；最后，将铝纤维截断成1cm～3cm的长度后，待用；其中，电解过程中铝纤维为阳极，金属铜为阴极，电流密度为7A/dm2～9A/dm2，频率480Hz～520Hz；
S3、铝纤维增强摩擦材料的制备：
首先，将以下质量百分含量的原料：酚醛树脂10％～14％、丁腈橡胶6％～8％、铝矾土8％～10％、碳酸钙晶须8％～10％、碳酸钡8％～10％、云母3％～5％、蛭石8％～10％、炭黑6％～10％、石油焦5％～8％、氧化铝8％～10％、铬铁10％～14％和S2中得到的长度为1cm～3cm的铝纤维，搅拌均匀得到混合料；然后，将混合料倒入模具中直到混合料填满模具后，加压处理，所述压力为50MPa～100MPa；最后，加热处理，以10℃/min～20℃/min的升温速度将模具温度升至145℃～155℃后，保温25min～30min，冷却凝固后制备得到等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料。
3.如权利要求2所述的一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，对铝纤维进行表面去油处理的过程为：将铝纤维在20％的硫酸、稀盐酸或者丙酮中浸泡20min～40min。
4.如权利要求2所述的一种等离子氧化金属铝纤维增强摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述S3的加压过程中，需要将压力升高到50MPa～100MPa后保持10s～12s，然后立即释放压力，如此反复三次。
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