CN110004760B - 复合乳化剂、酚醛树脂水乳液及纸基摩擦材料的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合乳化剂、酚醛树脂水乳液及纸基摩擦材料的生产工艺,所述复合乳化剂以水为溶剂,含有酪蛋白酸盐、尿素和吐温。本发明复合乳化剂可以将酚醛树脂分散在水中,乳液长时间静置不会分层,可以很好地与纸基摩擦材料的其它原料混合,因整个工艺过程没有使用有机溶剂,减少了环境污染,另外缩短了工艺流程,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳化剂,尤其涉及一种复合乳化剂、酚醛树脂水乳液及纸基摩擦材料的生产工艺。
背景技术
纸基摩擦材料是一种主要由纤维材料、粘结剂、摩擦性能调节剂、填充材料等组成,采用造纸工艺生产的摩擦材料。传统制备工艺如图1所示,先抄造摩擦材料原纸,使纸基成型,烘干处理,然后浸渍树脂粘结剂,再烘干处理,涂胶,最后热压固化,制得纸基摩擦材料产品。
纸基摩擦材料具有摩擦系数高、接合平稳柔和、噪声较低、对偶盘损伤小等优点。目前广泛应用在自动挡汽车、农业机械、工程机械、矿山机械、重型汽车和船舶等机械的离合和制动系统中,用以传递扭矩、减速及制动。
但是,传统纸基摩擦材料生产工艺存在许多不足之处,主要体现在两个方面:(1)浸渍与涂覆工艺中,使用的酚醛树脂为溶剂型,含有大量有机溶剂,在浸渍与涂覆工序中,尤其在干燥与固化工序,会释放大量有害气体,污染环境,危害操作者身体健康;(2)传统工艺还存在着工艺繁琐复杂,生产效率低,需要两次干燥处理,能耗较高。
目前制作摩擦材料的方法不尽相同,传统生产工艺流程主要为:制浆-抄纸-烘干-浸胶-烘干-切纸-贴片-热压-固化。如CN1292465A公开了一种纸基摩擦材料的制造方法,包括:按比例将基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行湿式球磨-抄造-冲裁-在热固性树脂粉溶液中浸渍-热定形-与芯板贴合-热固化得成品。
又如CN107245898A公开了一种制备碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)对植物纤维进行打浆;(2)打浆后,对植物纤维、聚醚醚酮纤维、碳纤维进行疏解,得到混合纤维;(3)将步骤(2)所得混合纤维与水混合得混合浆料,在混合浆料中,加入分散剂、增强剂、助留助滤剂、填料,搅拌,得到纸料;(4)将上述纸料进行湿法成型、脱水、烘干处理,得到原纸;(5)用稀释剂将树脂稀释成树脂溶液,将原纸在树脂溶液中浸渍,烘干、热压,得到碳纤维增强聚醚醚酮纸基摩擦材料。
以上专利所采用的粘粘结剂通过将酚醛树脂溶解在丙酮、乙醇等有机溶剂中制得,由于丙酮等有机溶剂存在易制毒,挥发性有机溶剂,对环境会造成污染,危害操作者身体健康;而且纸浆脱水和浸胶是两步完成,需要两次干燥处理,存在生产工艺复杂,生产效率低,能耗较高等问题。
发明内容
本发明提供了一种用于分散酚醛树脂的复合乳化剂,该乳化剂没有危害性,同时对酚醛树脂具有很好的乳化效果,能够制备出环保型水溶性酚醛树脂乳液,解决传统乳化剂存在的污染环境,危害操作者身体健康的问题。
一种用于分散酚醛树脂的复合乳化剂,以水为溶剂,含有酪蛋白酸盐、尿素和吐温。
所述酪蛋白酸盐由酪蛋白和强碱反应生成,所述强碱为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠或它们的组合。
所述吐温是常规的表面活性剂,包括吐温20、吐温60、吐温80等。
所述水用于溶解所述乳化剂,其含量根据需要进行调整,复合乳化剂的乳化性能主要在于三种乳化剂的配比,优选的,所述复合乳化剂包括:5-10重量份的酪蛋白酸盐、5-10重量份尿素、5-10重量份吐温。
本发明还提供了一种酚醛树脂水乳液,由酚醛树脂、所述的复合乳化剂以及水混合均匀后,乳化制成。
理论上,酚醛树脂含量越低,乳化效果越好,过低浓度并不适于制造纸基摩擦材料,优选的,所述酚醛树脂的质量百分数为40%-60%。
优选的,以重量份计,包括50-60重量份酚醛树脂、10-15重量份复合乳化剂、30-40重量份水,100重量份所述复合乳化剂中含有70-80重量份的水。
为了提高酚醛树脂的性能,所述酚醛树脂经三聚氰胺和烷基酚改性。
所述酚醛树脂由摩尔比为1.4-1.6的甲醛与苯酚合成,在该摩尔比下酚醛树脂的乳化效果最好。
本发明又提供了一种纸基摩擦材料的生产工艺,包括以下步骤:
(1)将除酚醛树脂外的其它原料加入水中,破碎制得浆液;
(2)将所述浆液与所述的酚醛树脂水乳液混合,制得纸浆;
(3)抄纸获得原纸,烘干,冲压成型;
(4)在芯板表面涂覆粘结剂,晾干后与原纸复合,热压、固化,制得纸基摩擦材料。
所述其它原料包括纤维材料、摩擦性能调节剂和填料。
所述纤维材料可以是纸纤维、玻璃纤维、棉纤维、竹纤维、木纤维、碳纤维、涤纶纤维一种或多种的组合。
所述摩擦性能调节剂可以是云母粉,石墨粉、石油焦碳粉、二硫化钼的一种或多种的组合。
所述填料为铬铁矿粉、萤石粉、硫酸钡、氧化铝、腰果壳油树脂粉、硅藻土、高岭土、橡胶粉的一种或多种的组合。
优选,以重量份计,原料包括20-40份纤维材料、15-30份填料、5-10摩擦性能调节剂和5-10份酚醛树脂乳液,所述酚醛树脂乳液的质量百分数为40%-60%。
更优选的,以重量份计,所述原料包括:10-20份玻璃纤维、10-20份碳纤维、5-10份硅藻土、5-10份铁红、5-10份丁腈橡胶粉、5-10粉石墨粉、5-10份酚醛树脂水乳液。
本发明复合乳化剂可以将酚醛树脂分散在水中,乳液长时间静置不会分层,可以很好的与纸基摩擦材料的其它原料混合,因整个工艺过程没有使用有机溶剂,减少了环境污染,另外缩短了工艺流程,降低了生产成本。
附图说明
图1为传统纸基摩擦材料的生产工艺流程图。
图2为本发明纸基摩擦材料的生产工艺流程图。
具体实施方式
复合乳化剂的制备
复合乳化剂A:取55重量份的温水,在高速搅拌下加入5重量份的尿素和加入5重量份的酪蛋白,滴加氢氧化钠溶液,调节pH值在10-12,搅拌30min,加入1重量份的吐温20,搅拌30min,制备得到复合乳化剂A。
复合乳化剂B:取55重量份的温水,在高速搅拌下加入10重量份的尿素和加入10重量份的酪蛋白,滴加氢氧化钠溶液,调节pH值在10-12,搅拌30min,加入1重量份的吐温20,搅拌30min,制备得到复合乳化剂B。
复合乳化剂C:取55重量份的温水,在高速搅拌下加入10重量份的尿素和加入10重量份的酪蛋白,滴加氢氧化钠溶液,调节pH值在10-12,搅拌30min,加入6重量份的吐温20,搅拌30min,制备得到复合乳化剂C。
复合乳化剂D:取55重量份的温水,在高速搅拌下加入11重量份的尿素和加入11重量份的酪蛋白,滴加氢氧化钠溶液,调节pH值在10-12,搅拌30min,加入1重量份的吐温20,搅拌30min,制备得到复合乳化剂D。
酚醛树脂的制备
酚醛树脂E:按照此摩尔比1.4将甲醛和苯酚加入烧瓶,加入氢氧化钠催化剂,加入20g烷基酚,升温至95℃,当反应物聚合速度达到90s,加入20g三聚氰胺,真空脱水,制备酚醛树脂E。
酚醛树脂F:按照此摩尔比1.7将甲醛和苯酚加入烧瓶,加入氢氧化钠催化剂,加入20g烷基酚,升温至95℃,当反应物聚合速度达到90s,加入20g三聚氰胺,真空脱水,制备大分量酚醛树脂F。
酚醛树脂水乳液的制备
取18重量份水,加入10重量份的复合乳化剂A、B、C、D,混合均匀后,再加入25重量份的酚醛树脂E和F,搅拌均匀后,在5Mp压力下均质20min,制得8种酚醛树脂水乳液,分别是酚醛树脂水乳液AE、AF、BE、BF、CE、CF、DE、DF,常温下放置24小时,观察水乳液的稳定性。
观察发现,AF、BF、CF、DF、CE、DE酚醛树脂乳液存在不同程度的分层现象和部分悬浮物出现;AE、BE酚醛树脂乳液比较稳定,复合乳化剂A、B对酚醛树脂的乳化效果更好。
纸基摩擦材料的制备
采用优质冷轧钢板做板材制作成料坯,对料坯进行球化预处理,然后对料坯进行机械加工,要求形状和精度达到图纸要求,要求平面度≤0.1,对料坯进行淬火处理并进行表面清洗,使得料坯表面无污染物和杂质,然后涂覆25%的204树脂并晾干,得到钢芯板。
称取6重量份滤纸、2重量份的玻璃纤维、2重量份的碳纤维、4重量份的硅藻土、0.75重量份的铁红、1重量份的丁腈橡胶粉、2重量份的石墨粉、用水补足至25重量份,同时投入打浆机中,均匀破碎处理,达到需要的细度,制备好混合均匀的浆料,并调整好浓度。
将5份水溶性酚醛树脂乳液AE、BE与50份的浆液混合,搅拌30min,制得纸浆。称取1800ml纸浆放在脱水装置中,真空脱水成型,制得纸基材料,一次性烘干处理,含水率在3%-5%,冲压裁剪成相应大小尺寸,得到原纸。
将处理好的钢芯板和原纸按照图纸和工艺要求叠放一起,进行热压,在热压温度:175℃、热压压力:0.1MPa,热压时间:40s,最后置于170℃条件下,固化处理1h,制得纸基摩擦材料。
对纸基材料制备的纸基摩擦材料进行性能测试,分别测试动摩擦系数和静摩擦系数,经多次试验检测,得出动摩擦系数为0.12-0.142,静摩擦系数为0.15-0.16,能够适应不同车辆的需求。
Claims (5)
1.一种纸基摩擦材料的生产工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将除酚醛树脂外的其它原料加入水中,破碎制得浆液;
(2)将所述浆液与酚醛树脂水乳液混合,制得纸浆;
(3)抄纸获得原纸,烘干,冲压成型;
(4)在芯板表面涂覆粘结剂,晾干后与原纸复合,热压、固化,制得纸基摩擦材料;
所述酚醛树脂水乳液由酚醛树脂、复合乳化剂以及水混合均匀后,乳化制成;
所述复合乳化剂以水为溶剂,含有酪蛋白酸盐、尿素和吐温;
所述酚醛树脂经三聚氰胺改性;
所述其它原料包括纤维材料、填料和摩擦性能调节剂;
以重量份计,所述纸基摩擦材料的原料包括20-40份纤维材料、15-30份填料、5-10摩擦性能调节剂和5-10份酚醛树脂水乳液,所述酚醛树脂水乳液的质量百分数为40%-60%。
2.如权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,以重量份计,所述复合乳化剂包括:5-10重量份的酪蛋白酸盐、5-10重量份的尿素、5-10重量份的吐温。
3.如权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述酚醛树脂水乳液中,所述酚醛树脂的质量百分数为40%-60%。
4.如权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,以重量份计,所述酚醛树脂水乳液包括50-60重量份酚醛树脂、10-15重量份复合乳化剂、30-40重量份水,100重量份复合乳化剂中含有70-80重量份的水。
5.如权利要求1所述的生产工艺,其特征在于,所述酚醛树脂由摩尔比为1.4-1.6的甲醛与苯酚合成。
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