CN110394913A - 两步法生产摩擦材料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两步法生产摩擦材料的工艺，包括以下步骤：(1)将包括粘接树脂在内的摩擦材料原料混合，得到混合物料；(2)对混合物料进行开炼，至粘接树脂的固化度达到10％‑40％结束开炼；(3)将经开炼的混合物料冷却至室温或以下，造粒制得物料颗粒；(4)将物料颗粒热压成型，经热处理制得所述摩擦材料。本发明工艺先对混合原料进行开练，开炼过程中可以将粘结树脂熔融，利用其粘结性和浸润性，使物料混合更加充分、均匀，解决了物料混合不均匀出现空鼓和分层的为模拟题；通过开炼升温，可以使粘结树脂在固化剂作用下固化，减少混合料压制过程的发气量，避免因放气不充分产生气泡。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料技术领域，尤其涉及一种两步法生产摩擦材料的工艺。
背景技术
摩擦材料是一种以酚醛树脂为粘接剂的复合材料，其主要成分为树脂粘接剂、增强纤维和填料，属于无机和有机高分子相结合的复合材料。摩擦材料主要用于运动器械及装备中作为制动、驻车等作用的功能配件，按照功能和安装部位可以分为制动器衬片和离合器片。摩擦材料要求具有一定的耐热性和机械强度，在满足车辆或机械的传动与制动性能要求的情况下，具有良好的摩擦系数和耐磨损性能。
摩擦材料的混料方式主要包括干式混料和湿式混料两种，干式混料是按照原料配比一次性加入混料机，固定混合时间10-60分钟，一般混料量为混料机容积的30-80％，混合足够时间后直接放料到承接料盘，然后到生产现场，根据制品大小及密度要求，称量后进行压制。
干式混料会产生比较多的粉尘(原料存在粉体物料)，放料过程会造成粉体物料的流失，同时污染空气。因物料均为固体，各原料的粒径和密度不同，只靠物理搅拌和静电吸附很难混合均匀，放料后静置备用期间，不同密度的物料可能逐渐分层。
湿式混料是在混料过程中人为地添加一定量的液体树脂粘结剂，虽然可以减少一定量的粉尘产生，但是因为液体树脂加入量有限，反而在混料过程中容易产生料团，仅靠物料搅拌很难打开，从而造成混料不均匀。
如CN103012876A公开了一种摩擦材料的制备方法，它将所有原料加入混料机内混料，再将混合料与丁腈橡胶混合，螺杆挤出造粒，最后将粒子热压成型和硫化。
如上所述，现有摩擦材料生产工艺均是一步法混合物料，仅仅是物理混合，树脂与其他物料很难充分接触，而在压制过程中，易形成粘接薄弱点，从而造成产品不耐磨，摩擦系数不稳定等问题。
发明内容
本发明提供了一种两步法生产摩擦材料的生产工艺，解决了现有工艺树脂与其它物料混合不充分，造成摩擦材料不耐磨、摩擦系数不稳定的问题。
一种两步法生产摩擦材料的工艺，包括以下步骤：
(1)将包括粘接树脂在内的摩擦材料原料混合，得到混合物料；
(2)对混合物料进行开炼，至粘接树脂的固化度达到10％-40％结束开炼；
(3)将经开炼的混合物料冷却至室温或以下，造粒制得物料颗粒；
(4)将物料颗粒热压成型，经热处理制得所述摩擦材料。
所述粘接树脂一般是酚醛树脂，所述酚醛树脂可以是未经改性的普通酚醛树脂、改性酚醛树脂或两者的混合物。
所述普通酚醛树脂是由酚类化合物和醛类化合物聚合形成的缩聚物。所述改性酚醛树脂是指通过化学接枝或物理混合添加有其它成分的酚醛树脂，如腰果壳油改性、丁腈粉改性、橡胶改性等，以提升摩擦材料的性能。
普通市售的酚醛树脂均混合有相应的固化剂，如没有需要额外添加，添加量一般为粘接树脂的5％-15％。固化剂一般是乌洛托品，在受热状态下，酚醛树脂在固化剂作用下交联固化。乌洛托品受热会升华分解产生气体，导致摩擦材料内部形成起泡。
开炼能够将混合好的粉状物料(尤其是粘结树脂)炼塑成熔融料，有助于将物料之间的团聚结构打破，粘结树脂受热熔融后，具有粘结性和浸润性，可以均匀分布在其它物料表面，物料混合会更加均匀。
粘结树脂的固化程度对摩擦性能具有重要影响，如果固化程度过高，在成型时物料之间粘结性较差，严重会导致分层；如果开炼过程固化程度较低，与传统工艺差异较小，因乌洛托品在固化时会产生大量气体，产品内部会形成气泡，甚至产生裂纹，从而对产品性能构成影响。
本发明开炼控制粘结树脂的固化度为10％-40％，更优选为20％-30％，过高或过低的固化度对摩擦材料性能具有较大影响。
在其中一个实施例，粘结树脂固化度达到25％结束开炼。
所述摩擦材料原料包括粘结树脂、增强纤维和填料。
优选的，以重量份计，所述摩擦材料原料包括：
粘接树脂 10-20份
增强纤维 25-45份
填料 35-65份。
增强纤维构成摩擦材料的基材，它赋予摩擦制品足够的机械强度，使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷力以及使用过程中由于制动和传动而产生的冲击力、剪切力、压力。
增强纤维可以是无机纤维，也可以是有机纤维，如可以选用芳纶纤维、陶瓷纤维、矿物纤维和碳纤维中的一种或多种。
填料主要由摩擦性能调节剂及配合剂组成，摩擦性能调节剂根据在摩擦材料中的作用不同，分为增磨填料和减磨填料，其中增磨填料是摩擦性能调节剂的主要成分。
增磨填料一般是高硬度材料，如氧化铝、锆英石、碳化硅(金刚砂)等。
减磨填料一般是低硬度材料，如石墨、二硫化钼、滑石粉、云母、海泡石、硅灰石、重晶石、磨灰等。
更优选的，以重量份计，所述摩擦材料原料包括：
粘接树脂 10-20份
增强纤维 30-40份
填料 40-50份。
在其中一个实施例，所述摩擦材料原料的重量百分比组成为：F2143-2酚醛树脂15％、刚棉35％、海泡石9％、石墨12％、二硫化钼3％、碳化硅15％、长石6％、磨灰5％。
为了避免粘结树脂继续固化，步骤(3)中，开炼后的混合物料需要在不大于2分钟的时间内冷却至室温。
本发明工艺先对混合原料进行开练，开炼过程中可以将粘结树脂熔融，利用其粘结性和浸润性，使物料混合更加充分、均匀，解决了物料混合不均匀出现空鼓和分层的为模拟题；通过开炼升温，可以使粘结树脂在固化剂作用下固化，减少混合料压制过程的发气量，避免因放气不充分产生气泡。
附图说明
图1为摩擦材料传统生产工艺的流程图。
图2为本发明摩擦材料生产工艺的流程图。
具体实施方式
实施例
(1)在相对湿度湿度≤70％，温度≤25℃的恒温恒湿环境下，将摩擦材料原料(其中酚醛树脂含有6％的乌洛托品)按表1所示配比在球磨机充分混合(时间大概为30分钟)，获得混合物料。
(2)将混合物料送入双辊炼胶机进行开炼，高温辊蒸汽压力控制在4-5Kgf/cm2，低温辊通过控制出水温度将辊温控制在80℃左右，同时在固定时间内按照下述方法测量粘结树脂的固化度，待粘结树脂达到表2所示的固化度后结束开炼。
(3)开炼后的物料成片状，需要通过水冷迅速(一般控制在2分钟内)降温到25℃或以下，保持树脂的固化网络不再发生变化，为便于压制，冷却后用切粒机切成粒状或粉碎机粉碎，粒径大致为3-5mm。
(4)将物料颗粒送入压片机模具热压成型，压制温度为160℃，压制压力为20MPa，保温保压条件为10min，中间放气3-4次，热压成型后，进行热处理，首先缓慢升温至160℃，保温2h，再升温至180℃，保温6h，随后自然降温至室温，打磨后制得摩擦材料成品。
固化度测试方法：
1、开炼前按比例称取总量50克(3个样)；
2、将三个50克混合料放置于恒温鼓风烘箱，105℃烘30分钟后每5min取样称重，直至重量不再发生变化；
3、取恒重样品30克，加入到200克酒精中，酒精为分析纯；
4、搅拌溶解20分钟(常温)；
5、称取滤纸重量(选择定性滤纸，慢速：孔径1～3mm)；
6、随后进行-0.05MPa负压抽滤，抽滤10分钟，保证无液滴低落；
7、将滤纸和过滤残存料一起放置于恒温鼓风烘箱，105℃烘30分钟后每5min取样称重，直至重量不再发生变化；
8、溶解前总重量：30克+滤纸重量-烘干后滤纸和物料总重＝可溶物总量；
9、三个数值求平均值A1；
10、开炼后，同等测试方法得出平均值A2；
11、固化度＝(A1-A2)/A1×100％。
对比例
摩擦材料原料按表1所示配比一次性送入混料机，在相对湿度湿度≤70％，温度≤25℃的恒温恒湿环境下，混料60分钟，完成后混合料放至储料车备用。需要成型时，将物料称量后送入压片机模具热压成型，压制温度为160℃，压制压力为20MPa，保温保压条件为10min，中间放气3-4次，成型后进行热处理，首先缓慢升温至160℃，保温2h，再升温至180℃，保温6h，随后自然降温至室温，打磨后制得摩擦材料成品。
表1
在150℃和350℃下测试(定速试验机测试)所有材料的摩擦系数和磨损，具体如下表2所示。
表2
从表2可以看出，本发明生产工艺明显优于传统工艺，尤其当开炼至树脂固化度达到20％-30％时。开炼至固化度达到25％最适合本配方，在中温、高温阶段摩擦系数相对高且磨损较低。
Claims (10)
1.一种两步法生产摩擦材料的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将包括粘接树脂在内的摩擦材料原料混合，得到混合物料；
(2)对混合物料进行开炼，至粘接树脂的固化度达到10％-40％结束开炼；
(3)将经开炼的混合物料冷却至室温或以下，造粒制得物料颗粒；
(4)将物料颗粒热压成型，经热处理制得所述摩擦材料。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，以重量份计，所述摩擦材料原料包括：
粘接树脂 10-20份
增强纤维 25-45份
填料 35-65份。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述粘接树脂为普通酚醛树脂、改性酚醛树脂或两者的混合物。
4.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述增强纤维为芳纶纤维、陶瓷纤维、矿物纤维和碳纤维中的一种或多种。
5.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述填料为钛酸钾、氧化铝、碳化硅、石墨、二硫化钼、硅灰石和重晶石中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，以重量份计，所述摩擦材料原料包括：
粘接树脂 10-20份
增强纤维 30-40份
填料 40-50份。
7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述摩擦材料原料的重量百分比组成为：F2143-2酚醛树脂15％、刚棉35％、海泡石9％、石墨12％、二硫化钼3％、碳化硅15％、长石6％、磨灰5％。
8.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中，当粘接树脂固化度达到25％结束完成。
9.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，在不大于2分钟的时间内冷却至室温。
10.如权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述物料颗粒的粒径为3-5mm。
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