CN108456395A - 一种玄武岩增强树脂基制动复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种玄武岩增强树脂基制动复合材料及其制备方法，其原料粉末按重量比加入22～30％的酚醛树脂，10～20％的玄武岩纤维，30～40％的碳酸钙，5～8％的丁晴橡胶，8～12％的等轴石墨，1～2％的二硫化钼，6～10％的铬铁矿和2～5％的二氧化硅，通过原料预处理、设计原料配比、混料、压制、烧结和热处理，形成具有各向同性的树脂基摩擦材料，与GCr15钢配对，形成摩擦对偶，适用于汽车盘式刹车装置，或者重型货运列车的制动器和离合器。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种玄武岩增强树脂基制动复合材料及其制备方法。
背景技术
有机复合摩擦材料由于其廉价的成本、简单的成型制备工艺、良好的耐热性和适宜的机械强度被广泛应用于中低速(80～150km/h)汽车、货运列车制动闸片、离合器及石油钻井、运动机械等大型设备中。有机制动复合材料主要由粘结剂、摩擦性能改性剂、增强纤维和填料组成。有机复合摩擦材料的耐磨性，即长寿命，和抗热衰退性，即稳定性，一直是研究其性能提升的主要方向。其中增强纤维成为关注的重点。传统增强纤维主要包含石棉或金属纤维，石棉因致癌性受到限制使用，而金属铁、铜纤维则易于锈蚀且常常引起噪音和震颤，近年来铜屑产生的环境污染亦受到关注。而优质的玄武岩矿物纤维一方面具有良好的机械强度、优异的热稳定性和耐腐蚀性，且价格低廉，对环境友好；另一方面作为无机非金属材料，玄武岩纤维具有5～7的莫氏硬度，除了纤维本身对粘结相的增强作用，在减少磨耗的同时配合摩擦性能调节组分可以有效减小热衰退现象，改善制动稳定性。玄武岩纤维在新型有机复合制动摩擦材料的开发利用中具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玄武岩增强树脂基制动复合材料及其制备方法，具有摩擦性能稳定，磨损率低，各项力学性能优异，同时制备工艺简单、成本低廉，易于实现工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种玄武岩增强树脂基制动复合材料，按重量百分比分别为：酚醛树脂22～30％，丁晴橡胶5～8％，二氧化硅2～5％，铬铁矿6～10％，等轴石墨8～12％，二硫化钼1～2％，武岩纤维10～20％，碳酸钙30～40％。
一种玄武岩增强树脂基制动复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：原料的预处理：将玄武岩纤维置于无水乙醇中进行超声分散30min，然后于烘箱中60～70℃干燥处理；
步骤2：首先按重量百分比称取酚醛树脂22～30％，碳酸钙30～40％，丁晴橡胶5～8％，铬铁矿6～10％和二氧化硅2～5％，将混合粉末置于JHT型台式双运动混料机内，外筒转速为25r/min，搅拌叉转速为50r/min，并加入1～3％的无水乙醇作为分散剂，混合6～8h后暂停；
步骤3：按重量百分比称取步骤1中分散干燥后的玄武岩纤维10～20％，等轴石墨8～12％，二硫化钼1～2％，加入步骤2中的在混料筒内，与之前混料机内的粉末继续混合4～6h，混料机转动参数不变；
步骤4：将步骤3完成后的混合粉末取适量装入模具型腔内，采用双向模压成型，压制力为15～20MPa，同时以8～10℃/min的升温速率升温至180～220℃加热磨具，保温8～12min，随模具冷却；
步骤5：将步骤4中所得烧结体放入烘箱中在80℃、110℃和180℃进行分段热处理，各温度段保温3h，升温速率小于5℃/min，最终随炉冷却，获得复合材料；
步骤6：切割加工，根据精度要求对摩擦材料进行打磨处理。
所述的玄武岩纤维直径为3～8μm，长度小于500μm。
所述的固体润滑剂石墨为等轴石墨，其粒径为200～250μm。
本专利制备的玄武岩增强树脂基制动复合材料与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过改变热压烧结工艺中，烧结温度和压力，提高材料的力学性能；
(2)通过调节玄武岩纤维含量和固体润滑剂(等轴石墨)的含量，可以获得摩擦系数稳定、磨损率低的树脂基制动复合材料。
(3)通过调节原料中粘结剂(酚醛树脂、丁晴橡胶)含量和填料(碳酸钙)配比，可以调节材料的力学性能；
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明。
一种玄武岩增强树脂基制动复合材料，按重量百分比分别为：其组分包括22～30％的酚醛树脂(腰果油改性)，10～20％的玄武岩纤维，30～40％的碳酸钙，5～8％的丁晴橡胶，8～12％的等轴石墨，1～2％的二硫化钼，6～10％的铬铁矿和2～5％的二氧化硅。其中玄武岩纤维直径为3～8μm，长度小于500μm；等轴石墨为合成石墨，粒径为200～250μm。酚醛树脂和丁晴橡胶为粘结剂，二氧化硅和铬铁矿为增磨剂，等轴石墨和二硫化钼为润滑剂，玄武岩纤维为增强体，碳酸钙为填料；
具体实施例见表1所列组成。
本有机复合摩擦材料的制备方法具体实施如下：
步骤1：原料的预处理：将玄武岩纤维置于无水乙醇中进行超声分散30min，然后于烘箱中60～70℃干燥处理；
步骤2：首先按重量百分比称取：酚醛树脂22～30％，碳酸钙30～40％，丁晴橡胶5～8％，铬铁矿6～10％和二氧化硅2～5％，将混合粉末置于JHT型台式双运动混料机内，外筒转速为25r/min，搅拌叉转速为50r/min，并加入1～3％的无水乙醇作为分散剂，混合6～8h后暂停；
步骤3：按重量百分比称取：玄武岩纤维10～20％，等轴石墨8～12％，二硫化钼1～2％，加入步骤2中的在混料筒内，与之前混料机内的粉末继续混合4～6h，混料机转动参数不变；
步骤4：将步骤3完成后的混合粉末取适量装入模具型腔内，双向模压成型，压制力为15～20MPa，同时以8～10℃/min的升温速率升温至180～220℃加热磨具，保温8～12min，随模具冷却；
步骤5：将步骤4中所得烧结体放入烘箱中在80℃、110℃和180℃进行分段热处理，各段温度下保温3h，升温速率小于5℃/min，最终炉冷，获得复合材料；
步骤6：切割加工，根据精度要求对摩擦材料进行打磨处理。
采用上述步骤制备得到的摩擦材料在CFT-I型多功能材料表面性能综合测试仪上进行，采用球-盘式往复干摩擦体系，磨球为Gr15轴承钢，磨盘为所制备的树脂基复合材料，摩擦速度为0.8m/s，正压力为50N。用TH210型邵氏硬度计测定试样硬度，每个样品测试5次所得的平均值作为最终结果。采用INSTRON-1195型力学性能实验机测试了材料的抗弯强度，每个样品3次测量的平均值作为最终结果。所得到的数据见表2。
在与铁路重载货运列车现用铁纤维增强有机复合制动材料的对比实验中，实施例中制备的玄武岩增强树脂基制动复合材料的力学性能良好，摩擦系数稳定，磨损率仅为市面商用铁纤维增强有机制动复合材料的1/6～1/4。
表1：本发明的材料配比
表2：本发明材料的力学性能和摩擦性能
Claims (2)
1.一种玄武岩增强树脂基制动复合材料，其特征在于，按重量百分比分别为：酚醛树脂22～30％，丁晴橡胶5～8％，二氧化硅2～5％，铬铁矿6～10％，等轴石墨8～12％，二硫化钼1～2％，武岩纤维10～20％，碳酸钙30～40％；
所述的玄武岩纤维直径为3～8μm，长度小于500μm；
所述的固体润滑剂石墨为等轴石墨，其粒径为200～250μm。
2.一种玄武岩增强树脂基制动复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：原料的预处理：将玄武岩纤维置于无水乙醇中进行超声分散30min，然后于烘箱中60～70℃干燥处理；
步骤2：首先按重量百分比称取酚醛树脂22～30％，碳酸钙30～40％，丁晴橡胶5～8％，铬铁矿6～10％和二氧化硅2～5％，将混合粉末置于JHT型台式双运动混料机内，外筒转速为25r/min，搅拌叉转速为50r/min，并加入1～3％的无水乙醇作为分散剂，混合6～8h后暂停；
步骤3：按重量百分比称取步骤1中分散干燥后的玄武岩纤维10～20％，等轴石墨8～12％，二硫化钼1～2％，加入步骤2中的在混料筒内，与之前混料机内的粉末继续混合4～6h，混料机转动参数不变；
步骤4：将步骤3完成后的混合粉末取适量装入模具型腔内，采用双向模压成型，压制力为15～20MPa，同时以8～10℃/min的升温速率升温至180～220℃加热磨具，保温8～12min，随模具冷却；
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步骤6：切割加工，根据精度要求对摩擦材料进行打磨处理；
所述的玄武岩纤维直径为3～8μm，长度小于500μm。
所述的固体润滑剂石墨为等轴石墨，其粒径为200～250μm。
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