CN109837802B - 一种纸基摩擦材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纸基摩擦材料的制备方法。该摩擦材料主要由植物纤维纸张与功能涂层组成，其制备方法主要涉及高性能涂料设计、纸张表面涂布工艺调控、干燥整饰等过程，最后形成摩擦涂层，并经多次涂布后，得到一定厚度的纸基摩擦材料。本发明创新地以涂布法代替传统热压法制备车用摩擦衬片，以铆接或者粘接于铝合金制动蹄、离合器中，无需模具便可成型，且涂布纸原纸与涂料间粘结性好，不易产生“掉毛掉粉”的现象，制备工艺简单，生产成本低，同时原纸与涂层厚度均可调控，使得纸基摩擦材料的制备具有一定的灵活性，能够极大程度满足不同机动车辆对于摩擦材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及特种纸的制备方法，尤其是一种车用纸基摩擦材料制备方法，具体涉及一种基于涂布法制备车用纸基摩擦材料。
背景技术
摩擦材料是由高分子粘结剂（树脂与橡胶）、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成，经一系列生产加工而制成的制品，具有良好的摩擦系数、耐磨损性能以及一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求，被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。目前摩擦材料的生产工艺路线主要是干法混料，然后通过模具经一次热压成型。此类成型方法所需模具价格昂贵，且制备的摩擦材料易掉粉，使用中磨损率较大，因此，探究一种能够有效提高生产经济效益，增加摩擦材料使用寿命的生产方法具有一定的研究价值和应用意义。
涂布工艺是一种把粘稠浆料以连续或间断的方式均匀地涂覆在基纸上的工序。利用涂布法制备摩擦材料是前人未曾尝试过的研究方法，本发明中基于表面涂布制备车用纸基摩擦材料，简单来说就是在植物纤维纸张上涂布制备完成的高性能摩擦涂料，并通过调控涂布以及干燥工艺参数形成摩擦涂层即得车用纸基摩擦材料，此方法所制备的摩擦材料植物纤维纸张与摩擦涂料间粘结性好，不易产生掉毛掉粉的现象，且制备工艺简单，生产成本低，对传统摩擦材料的生产将带来一定的挑战。
发明内容
本发明旨在提供一种基于表面涂布制备纸基摩擦材料的方法，以替代热压成型的摩擦衬片。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明中的纸基摩擦材料，主要由植物纤维纸张与功能涂层组成，其制备方法主要涉及高性能涂料设计、纸张表面涂布工艺调控、干燥整饰等过程，最后形成摩擦涂层，并经多次涂布后，得到一定厚度的纸基摩擦材料。
所述的高性能涂料的原料按重量份计，包括以下组分：钢纤维2-8份；碳纤维0.5-2份；芳纶纤维1.5-8份；酚醛树脂15-25份；重质碳酸钙25-50份；煅烧高岭土10-25份；石墨2-8；假设以上原料组分共计为A份，还包括丁腈胶乳20%A份、助剂3%A-5%A份，所述助剂包括分散剂、消泡剂和增稠剂；按以下过程制备高性能涂料：
将上述重量份的钢纤维、碳纤维、芳纶纤维、酚醛树脂于混料机中充分混合；然后加入重质碳酸钙、煅烧高岭土以及石墨混合分散均匀得到混料。
称取一定量分散剂溶解于去离子水中，通过高速剪切分散机进行高速剪切分散；随后将上述混料加入高速剪切分散机，继续高速剪切分散，称取丁腈胶乳也加入高速剪切分散机，继续高速剪切分散。
观测涂料状态并滴加适量消泡剂，随之降低剪切速率，加入纳米氧化铝继续剪切分散。
滴加适量的稀NaOH溶液以调整涂料的pH值，即得所需的高性能摩擦涂料。
所述的干燥整饰过程需控制干燥温度为85-105oC，干燥时间为2-3小时。
进一步的，所述的植物纤维纸张的定量为144±1g/m2，厚度为0.19±0.01mm，水滴表面接触角高达120°。
进一步的，所述的高性能涂料固含量不低于65%，且所述的高性能涂料的各组分中，丁腈胶乳固含量为48%，助剂为分散剂、消泡剂和增稠剂，其中，增稠剂选用纳米氧化铝和羧甲基纤维素中的一种或两种。
更进一步的，植物纤维纸张上一次涂布量控制在15-20g/m2，且最终制备的纸基摩擦材料的厚度不少于4.5mm。
本发明的有益效果：
（1）本发明创新地以涂布法代替传统热压法制备机车用摩擦衬片，以铆接或者粘接于铝合金制动蹄、离合器中，无需模具便可成型，生产工艺简单并极大降低生产成本。
（2）本发明中制备的高性能摩擦涂料原料无石棉、无硫化物等有毒物质，并降低重金属使用量，可有效改善环境；将纤维材料与无机颜填料混合分散，辅以丁腈胶乳和酚醛树脂，所制备的涂料粘结性好，力学性能稳定，涂布纸摩擦强度高，表面无掉毛、掉粉现象。
（3）本发明中以植物纤维纸张作为压缩底材，植物纤维纸张与涂层厚度均可调控，使得摩擦材料的制备具有一定的灵活性，能够极大程度满足不同机动车辆对于摩擦材料的要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）混料：将4g钢纤维、1g碳纤维、7g芳纶纤维、20g酚醛树脂于混料机中充分混合；然后加入35g重质碳酸钙、25份煅烧高岭土以及8g石墨混合分散均匀以备用。
（2）涂料制备：称取3g分散剂六偏磷酸钠于去离子水中，经高速剪切分散机以1100r/mim的速度分散10min，随后将步骤（1）中的混料加入分散机中以3500r/min的速度高速剪切分散30min，然后称取20g丁腈胶乳以4000r/min的速度继续剪切分散20min，观测涂料状态并滴加适量有机硅消泡剂，随之降低剪切速率，加入1.5g纳米氧化铝以1100r/min的速度剪切分散10min，最后滴加适量2%的稀NaOH溶液以调整涂料的pH为10，即得所需的高性能摩擦涂料。
（3）涂布与干燥：将步骤（2）所制备的高性能摩擦涂料以15-20g/m2的涂布量涂覆于植物纤维纸张表面，并设置烘箱温度为85oC，将其置于烘箱中3小时形成摩擦涂层，而后将涂布一次的涂布纸进行反复涂布、干燥过程等直至形成的摩擦涂层厚度不少于4.5mm，以此制备完成纸基摩擦材料。
实施例2
（1）混料：将8g钢纤维、2g碳纤维、8g芳纶纤维、25g酚醛树脂于混料机中充分混合；然后加入25g重质碳酸钙、25份煅烧高岭土以及7g石墨混合分散均匀以备用。
（2）涂料制备：称取3g分散剂六偏磷酸钠于去离子水中，经高速剪切分散机以1100r/mim的速度分散10min，随后将步骤（1）中的混料加入分散机中以3500r/min的速度高速剪切分散30min，然后称取20g丁腈胶乳以4000r/min的速度继续剪切分散20min，观测涂料状态并滴加适量有机硅消泡剂，随之降低剪切速率，加入1.5g纳米氧化铝以1100r/min的速度剪切分散10min，最后滴加适量2%的稀NaOH溶液以调整涂料的pH为10，即得所需的高性能摩擦涂料。
（3）涂布与干燥：将步骤（2）所制备的高性能摩擦涂料以15-20g/m2的涂布量涂覆于植物纤维纸张表面，并设置烘箱温度为105oC，将其置于烘箱2小时形成摩擦涂层，而后将涂布一次的涂布纸进行反复涂布、干燥过程等直至形成的摩擦涂层厚度不少于4.5mm，以此制备完成纸基摩擦材料。
实施例3
（1）混料：将4g钢纤维、2g碳纤维、8g芳纶纤维、20g酚醛树脂于混料机中充分混合；然后加入50g重质碳酸钙、10份煅烧高岭土以及6g石墨混合分散均匀以备用。
（2）涂料制备：称取3g分散剂六偏磷酸钠于去离子水中，经高速剪切分散机以1100r/mim的速度分散10min，随后将步骤（1）中的混料加入分散机中以3500r/min的速度高速剪切分散30min，然后称取20g丁腈胶乳以4000r/min的速度继续剪切分散20min，观测涂料状态并滴加适量有机硅消泡剂，随之降低剪切速率，加入2g羧甲基纤维素以1100r/min的速度剪切分散10min，最后滴加适量2%的稀NaOH溶液以调整涂料的pH为10，即得所需的高性能摩擦涂料。
（3）涂布与干燥：将步骤（2）所制备的高性能摩擦涂料以15-20g/m2的涂布量涂覆于植物纤维纸张表面，并设置烘箱温度为85oC，将其置于烘箱中3小时形成摩擦涂层，而后将涂布一次的涂布纸进行反复涂布、干燥过程等直至形成的摩擦涂层厚度不少于4.5mm，以此制备完成纸基摩擦材料。
Claims (7)
1.一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，该纸基摩擦材料主要由植物纤维纸张与功能涂层组成，其制备方法主要涉及高性能涂料设计、纸张表面涂布工艺调控、干燥整饰过程，最后形成摩擦涂层，并经多次涂布后，得到厚度不少于4.5mm的纸基摩擦材料；
所述的高性能涂料包括以下按重量计的组分：钢纤维2-8份；碳纤维0.5-2份；芳纶纤维1.5-8份；酚醛树脂15-25份；重质碳酸钙25-50份；煅烧高岭土10-25份；石墨2-8份；假设以上原料组分共计为A份，还包括丁腈胶乳20%A份、助剂3%A-5%A份，所述助剂包括分散剂、消泡剂和增稠剂，其中增稠剂选用纳米氧化铝；按以下过程制备高性能涂料：
将上述重量份的钢纤维、碳纤维、芳纶纤维、酚醛树脂于混料机中充分混合；然后加入重质碳酸钙、煅烧高岭土以及石墨混合分散均匀得到混料；
称取一定量分散剂溶解于去离子水中，通过高速剪切分散机进行高速剪切分散；随后将上述混料加入高速剪切分散机，继续高速剪切分散，称取丁腈胶乳也加入高速剪切分散机，继续高速剪切分散；
观测涂料状态并滴加适量消泡剂，随之降低剪切速率，加入纳米氧化铝继续剪切分散；
滴加适量的稀NaOH溶液以调整涂料的pH值，即得所需的高性能摩擦涂料；
所述的干燥整饰过程中控制干燥温度为85-105oC，干燥时间为2-3小时。
2.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的植物纤维纸张的定量为144±1g/m2，厚度为0.19±0.01mm，水滴表面接触角高达120°。
3.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的高性能涂料固含量不低于65%，且所述的高性能涂料的各组分中，丁腈胶乳固含量为48%，助剂为分散剂、消泡剂和增稠剂。
4.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，每次涂布量为15-20g/m2。
5.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为六偏磷酸钠，其在高速剪切分散机中分散10分钟，此时高速剪切分散机的转速为1100转/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述混料加入高速剪切分散机中，以3500转/分钟的速度高速剪切分散30分钟；加入丁腈胶乳后，高速剪切分散机中以4000转/分钟的速度高速剪切分散20分钟。
7.根据权利要求1所述的一种纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述的消泡剂为有机硅，其加入高速剪切分散机后，随之剪切速率降低，加入纳米氧化铝后，高速剪切分散机以1100转/分钟的速度剪切分散10分钟。
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