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

复合乳化剂、酚醛树脂水乳液及纸基摩擦材料的生产工艺 Download PDF

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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

复合乳化剂、酚醛树脂水乳液及纸基摩擦材料的生产工艺
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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