CN108659288B - 高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法，由以下重量份的原料组分制成：丁腈橡胶8‑12份、丁苯橡胶8‑12份、腰果壳油改性酚醛液态树脂0.5‑3份、玄武岩短切纤维6‑13份、玄武岩矿物纤维6‑13份、钢纤维6‑13份、促进剂DTDM0.3‑2份、防老剂RD0.3‑2份、硫磺1‑2.5份、硅灰石5‑9份、鳞片石墨5‑7份、氧化铝1‑4份、硫酸钡6‑10份和炭黑2‑5份。本发明的工艺简便，材料的均匀性好、导热性能好、摩擦系数稳定、低磨耗率、使用寿命长，机械强度高，环境亲和性好，具有很广阔的应用前景。

Description

高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及摩擦材料技术领域，具体涉及一种利用玄武岩纤维材料自身优异的性价比作为主增强纤维的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法。

背景技术

摩擦材料由增强纤维、黏结剂、摩擦性能调节剂、填料等四个部分组成。其中，增强纤维对于保证摩擦材料的力学性能和摩擦磨损性能至关重要。早期的增强纤维大多为石棉纤维，由于石棉纤维增强摩擦材料在制动过程中因磨损产生的粉尘通过呼吸道摄入人体后具有强烈的致癌作用，我国在2003年后也出台了禁止石棉纤维在摩擦材料行业中使用的法律法规和技术标准。迄今为止，多种新型纤维被开发出来以取代石棉纤维，比如芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、植物纤维、海泡石纤维等。

随着交通运输技术不断发展，对摩擦材料技术的要求日渐提高。理想的摩擦材料应有良好的稳定性，在高速下摩擦系数变化小，热磨损小，提高工作可靠性，延长使用寿命；有较小的制动噪音，改善车辆舒适性；还应有良好的机械强度，在重载的条件下仍能保持良好的摩擦磨损性能；环境亲和性好，对环境污染少，更加环保。因此，研制新型的材料配方、改善摩擦材料的性能是刹车片的研究重点和方向。

玄武岩短切纤维在生产过程中对环境无任何污染，是一种环境友好型材料，其具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化、抗辐射、抗腐蚀、绝热隔音、性价比高等优异性能，是一种纯天然的无机非金属材料，被列为我国重点发展的四大高性能纤维之一。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术存在的问题，提供一种能提高材料机械强度，稳定摩擦系数，减小磨损率，同时降低成本，对环境更加亲和，满足摩擦材料要求的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法。

本发明是这样实现的：

一种高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料，包括以下重量份的原料组分制成：丁腈橡胶8-12份、丁苯橡胶8-12份、腰果壳油改性酚醛液态树脂0.5-3份、玄武岩短切纤维6-13份、玄武岩矿物纤维6-13份、钢纤维6-13份、促进剂DTDM 0.3-2份、防老剂RD 0.3-2份、硫磺1-2.5份、硅灰石5-9份、鳞片石墨5-7份、氧化铝1-4份、硫酸钡6-10份和炭黑2-5份。

进一步地，所述的增强橡胶基摩擦材料由以下重量份的组分制成：丁腈橡胶12份、丁苯橡胶8份、腰果壳油改性酚醛液态树脂1.6份、玄武岩短切纤维8份、玄武岩矿物纤维12份、钢纤维8份、促进剂DTDM 0.4份、防老剂RD 0.4份、硫磺1.6份、硅灰石6.4份、鳞片石墨6.4份、氧化铝2.4份、硫酸钡8.8份、炭黑4份。

进一步地，所述的玄武岩短切纤维为玄武岩纤维短切纱，浙江石金玄武岩纤维股份有限公司生产，长度为3-6mm。

进一步地，所述的玄武岩矿物纤维为岩棉纤维摩擦绒，山东鲁阳股份有限公司生产，长度为50µm。

进一步地，所述的腰果壳油改性酚醛液态树脂为市售产品。

进一步地，所述的丁腈橡胶的技术指标为：结合丙烯腈的质量分数大于27%，拉伸强度大于28MPa，灰分小于1%，挥发分小于1.5%，永久变形率小于28%，拉断伸长率大于345%。

进一步地，所述的丁苯橡胶的技术指标为：拉伸强度大于22MPa，灰分小于0.1%，挥发分小于0.75%，永久变形率小于50%，拉断伸长率大于550%。

进一步地，一种高速重载玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按照所述的丁腈橡胶8-12份、丁苯橡胶8-12份、腰果壳油改性酚醛液态树脂0.5-3份、玄武岩短切纤维6-13份、玄武岩矿物纤维6-13份、钢纤维6-13份、促进剂DTDM0.3-2份、防老剂RD 0.3-2份、硫磺1-2.5份、硅灰石5-9份、鳞片石墨5-7份、氧化铝1-4份、硫酸钡6-10份和炭黑2-5份用电子称称取各原料组分；

（2）密炼：将步骤（1）所述的原料组分不分先后投入密炼机，启动密炼机，当密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：将密炼的胶料投入粉碎机中充分粉碎，过3mm筛网，然后保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎的胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度50-80℃、压力15-23Mpa，压制时间1-10min，放气1-3次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温-180℃，温升速度为1-3℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃的区域保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

进一步地，所述步骤（4）中所述的平板硫化机上热压温度65℃，压力20MPa，压制化时间5min，放气2次；步骤（5）中所述的温升为2℃/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明采用丁腈橡胶和丁苯橡胶作为黏合剂，二者配合使用能够降低硬度，改善成形工艺条件，稳定摩擦系数，降低磨损量，防止对偶损伤，减少热裂纹和热斑。

（2）本发明采用耐高温、高强度的玄武岩短切纤维和玄武岩矿物纤维能够改善制动时摩擦系数的平稳性，提高材料的压缩强度和冲击强度，配合钢纤维使用提高散热性能，在承受冲击、剪切、拉伸等力的作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。

（3）本发明的采用具有润滑作用的鳞片石墨，能够起到降低摩擦系数、减少对偶磨损和降低噪音的作用；其他填料的加入可提高材料的摩擦系数，并调节摩擦材料的硬度、密度、结构密实度、制品外观。

（4）本发明以丁腈橡胶和丁苯橡胶为黏合剂的摩擦材料，能有效的降低制品的硬度，从而防止对偶损伤，减少热裂纹和热斑。玄武岩短切纤维与芳纶纤维、碳纤维、铜纤维等相比，具有性价比高，耐高温性能好，在600-700℃条件下使用作为摩擦材料的增强体具有高温摩擦系数稳定、热衰退小和制动噪音低的优点；玄武岩矿物纤维是由连续玄武岩短切纤维经酚醛树脂、柔软剂、偶联剂、憎水剂等助剂表面改性后破碎除渣而成，其自身性能和玄武岩短切纤维相仿，是玄武岩短切纤维增强功能的有力补充；钢纤维具有稳定的摩擦系数，优良的抗热衰退性能和耐磨性能。

（5）本发明的热压温度定在65℃可保证橡胶在压制过程中具有较好的流动性，压力定在20MPa使得材料具有较好的压缩强度和冲击强度，放气2次是为了排出模具中的残余气体；热处理温升小于2℃是为了保证热处理过程中小分子气体缓慢释放同时保证减小导热系数不同材料之间因膨胀产生的热裂纹。

（6）本发明的工艺简便可行，材料的均匀性好、导热性能好、摩擦系数稳定、低磨耗率、使用寿命长，机械强度高，环境亲和性好，具有很广阔的应用前景。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明方法作进一步的详细描述，实施例仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

一种高速重载玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶88g，丁苯橡胶120g，腰果壳油改性酚醛液态树脂8g，玄武岩短切纤维88g，玄武岩超短纤维72g，钢纤维104g，促进剂DTDM8g，防老剂RD16g，硫磺12g，硅灰石80g，鳞片石墨64g，氧化铝16g，硫酸钡84g，炭黑40g。

制备方法为：

（1）配料：用电子称称取各组分丁腈橡胶88g，丁苯橡胶120g，腰果壳油改性酚醛液态树脂8g，玄武岩短切纤维88g，玄武岩超短纤维72g，钢纤维104g，促进剂DTDM8g，防老剂RD16g，硫磺12g，硅灰石80g，鳞片石墨64g，氧化铝16g，硫酸钡84g，炭黑40g。

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料。

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中。

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度50℃、压力15Mpa，压制时间2min，放气1次，

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为1℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

本实施例成品测得摩擦材料的物理性能如下：

洛氏硬度：27.4；冲击强度：11.0kJ/cm²；压缩强度：139MPa。

本实施例成品测得摩擦材料的摩擦磨损试验机制动试验结果如表1所示。

表1：实施例1成品的摩擦磨损试验结果表

实施例2：

一种高速重载玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶104g，丁苯橡胶88g，腰果壳油改性酚醛液态树脂8g，玄武岩短切纤维120g，玄武岩超短纤维104g，钢纤维96g，促进剂DTDM8g，防老剂RD16g，硫磺12g，硅灰石56g，鳞片石墨64g，氧化铝16g，硫酸钡68g，炭黑40g。

制备方法为：

（1）配料：用电子称称取原料组分丁腈橡胶104g，丁苯橡胶88g，腰果壳油改性酚醛液态树脂8g，玄武岩短切纤维120g，玄武岩超短纤维104g，钢纤维96g，促进剂DTDM8g，防老剂RD16g，硫磺12g，硅灰石56g，鳞片石墨64g，氧化铝16g，硫酸钡68g，炭黑40g；

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度60℃、压力18Mpa，压制时间4min，放气1次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为1℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

本实施例成品测得摩擦材料的物理性能如下：

洛氏硬度31.8；冲击强度：10.57kJ/cm²；压缩强度：151MPa。

本实施例成品测得摩擦材料的摩擦磨损试验机制动试验结果如表2所示。

表2：实施例2成品的摩擦磨损试验结果表

实施例3：

一种高速重载玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶80g，丁苯橡胶104g，腰果壳油改性酚醛液态树脂24g，玄武岩短切纤维96g，玄武岩超短纤维88g，钢纤维64g，促进剂DTDM16g，防老剂RD8g，硫磺20g，硅灰石72g，鳞片石墨64g，氧化铝24g，硫酸钡100g，炭黑40g。

制备方法为：

（1）配料：用电子称称取原料组分丁腈橡胶80g，丁苯橡胶104g，腰果壳油改性酚醛液态树脂24g，玄武岩短切纤维96g，玄武岩超短纤维88g，钢纤维64g，促进剂DTDM16g，防老剂RD8g，硫磺20g，硅灰石72g，鳞片石墨64g，氧化铝24g，硫酸钡100g，炭黑40g；

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度70℃、压力21Mpa，压制时间7min，放气3次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为3℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

本实施例成品测得摩擦材料的物理性能如下：

洛氏硬度：30.8；冲击强度：11.4kJ/cm²；压缩强度：145MPa。

本实施例成品测得摩擦材料的摩擦磨损试验机制动试验结果如表3。

表3：实施例3成品的摩擦磨损试验结果表

实施例4：

一种高速重载玄武岩纤维增强橡胶基摩擦材料由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶120g，丁苯橡胶80g，腰果壳油改性酚醛液态树脂16g，玄武岩短切纤维80g，玄武岩矿物纤维120g，钢纤维80g，促进剂DTDM4g，防老剂RD4g，硫磺16g，硅灰石64g，鳞片石墨64g，氧化铝24g，硫酸钡88g，炭黑40g。

制备方法为：

（1）配料：用电子称称取原料组分丁腈橡胶120g，丁苯橡胶80g，腰果壳油改性酚醛液态树脂16g，玄武岩短切纤维80g，玄武岩矿物纤维120g，钢纤维80g，促进剂DTDM4g，防老剂RD4g，硫磺16g，硅灰石64g，鳞片石墨64g，氧化铝24g，硫酸钡88g，炭黑40g；

（2）密炼：将配料投入密炼机中，当密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：将胶料投入粉碎机中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度65℃、压力20Mpa，压制时间5min，放气2次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温-180℃，温升为2℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

本实施例成品测得摩擦材料的物理性能如下：

洛氏硬度：29.6；冲击强度：11.9kJ/cm²；压缩强度：166MPa。

本实施例成品测得摩擦材料的摩擦磨损试验机制动试验结果如表4。

表4：实施例4成品的摩擦磨损试验结果表

Claims (3)

1.一种高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料，其特征在于由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶88份，丁苯橡胶120份，腰果壳油改性酚醛液态树脂8份，玄武岩短切纤维88份，玄武岩超短纤维72份，钢纤维104份，促进剂DTDM8份，防老剂RD16份，硫磺12份，硅灰石80份，鳞片石墨64份，氧化铝16份，硫酸钡84份，炭黑40份；

所述的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料的制备方法为：

（1）配料：用电子称称取各组分丁腈橡胶88份，丁苯橡胶120份，腰果壳油改性酚醛液态树脂8份，玄武岩短切纤维88份，玄武岩超短纤维72份，钢纤维104份，促进剂DTDM8份，防老剂RD16份，硫磺12份，硅灰石80份，鳞片石墨64份，氧化铝16份，硫酸钡84份，炭黑40份；

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中，密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度50℃、压力15Mpa，压制时间2min，放气1次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为1℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

2.一种高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料，其特征在于由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶104份，丁苯橡胶88份，腰果壳油改性酚醛液态树脂8份，玄武岩短切纤维120份，玄武岩超短纤维104份，钢纤维96份，促进剂DTDM8份，防老剂RD16份，硫磺12份，硅灰石56份，鳞片石墨64份，氧化铝16份，硫酸钡68份，炭黑40份；

所述的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料的制备方法为：

（1）配料：用电子称称取原料组分丁腈橡胶104份，丁苯橡胶88份，腰果壳油改性酚醛液态树脂8份，玄武岩短切纤维120份，玄武岩超短纤维104份，钢纤维96份，促进剂DTDM8份，防老剂RD16份，硫磺12份，硅灰石56份，鳞片石墨64份，氧化铝16份，硫酸钡68份，炭黑40份；

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中，密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度60℃、压力18Mpa，压制时间4min，放气1次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为1℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。

3.一种高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料，其特征在于由以下的原料组分重量制成：丁腈橡胶80份，丁苯橡胶104份，腰果壳油改性酚醛液态树脂24份，玄武岩短切纤维96份，玄武岩超短纤维88份，钢纤维64份，促进剂DTDM16份，防老剂RD8份，硫磺20份，硅灰石72份，鳞片石墨64份，氧化铝24份，硫酸钡100份，炭黑40份；

所述的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料的制备方法为：

（1）配料：用电子称称取原料组分丁腈橡胶80份，丁苯橡胶104份，腰果壳油改性酚醛液态树脂24份，玄武岩短切纤维96份，玄武岩超短纤维88份，钢纤维64份，促进剂DTDM16份，防老剂RD8份，硫磺20份，硅灰石72份，鳞片石墨64份，氧化铝24份，硫酸钡100份，炭黑40份；

（2）密炼：选用密炼机，将配料投入其中，密炼温度达到90℃后，从出料孔排出胶料；

（3）粉碎：选用粉碎机，将胶料投入其中，经充分粉碎，通过3mm筛网后，保存到储料筒中；

（4）压制成形：将粉碎胶料预热至50℃，投入模具腔中，经过合模在平板硫化机上于热压温度70℃、压力21Mpa，压制时间7min，放气3次；

（5）固化热处理：将压制后的材料放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～180℃，温升为3℃/min，在80℃、120℃、160℃和180℃保温时间分别为2h、2h、8h、12h；最后，将其冷却至室温即得成品。