CN110821995A - 含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片及其制备方法。该摩擦片是由如下质量百分比的成分制备而成：树脂8～14％，长度10‑50μm的芳纶微纤3～6％，增摩剂20～45％，减磨剂10～20％以及填充料25～35％。本发明主要是以具有较好的增摩与减磨的双重作用的这种新型材料，制成摩擦片，其性能比用常规的方法制成的摩擦材料，在耐磨性上取得了明显的效果。可降低磨损率达35％以上。芳纶微纤是以芳纶纤维为原料制备的微细粉状类材料，纤维长度10‑50μm，代替芳纶纤维用作摩擦材料的增强材料，采用造粒技术可以制备1‑3mm的小颗粒，与3‑5mm颗粒形成级配，混合所压制的摩擦材料由于颗粒间接触面积大、空隙小，摩擦材料机械强度、摩擦稳定性和耐磨性等明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦片及其制备方法，具体的说涉及含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片及其制备方法。
背景技术
摩擦材料是一种多元复合材料，广泛用于各种交通工具和机器设备中的制动器、离合器及摩擦传动装置中，是传递和转换能量的材料，摩擦材料的性能直接影响制动平稳性及安全性。
摩擦材料的性能不仅取决于各组份材料的合理选择、配方设计及相应的成型工艺技术，而且摩擦材料各组分的分布及结构对摩擦材料性能有重要影响。
摩擦材料主要以酚醛树脂或改性的酚醛树脂为粘结剂，以石棉纤维、化学纤维等纤维为增强材料，再以各种增摩填料、耐磨填料等材料为填充材料，通过混料、制型、热压成型、热处理以及磨削等工序制得。现有摩擦材料制备工艺，存在两大问题：一是各种组份混合不够均匀，材料性能一致性不佳；二是摩擦材料组份主要是粉体材料，混料和制型等工序操作过程存在粉尘飞扬，对环境和员工均造成损害。
造粒技术是各类粉体、颗粒、溶液或熔融原料在一定外力作用下互相聚集，制成具有一定形状、大小或强度固体颗粒单元的操作过程，将造粒技术应用到摩擦材料制备，能够减少纤维偏析、提高制品的孔隙率、降低噪声和减少配副表面的磨损，而且还具有净化生产环境、减少摩擦材料粉尘对员工的伤害。
芳纶纤维是一种高强度、高模量、低密度和高耐磨的有机合成材料，与酚醛树脂有较好的相容性，作为摩擦材料增强材料能显著提高材料的机械强度和耐磨损性能。然而，摩擦材料采用的短切芳纶纤维长度一般为3-5mm，纤维相互缠绕，造粒时分散效果不佳，需要的连桥液也较多，造粒颗粒直径普遍过大，一般在10mm左右，成型时，相对较小直径颗粒，颗粒之间接触面积较小，颗粒间粘结力较小，在摩擦颗粒之间粘结容易被破坏，使颗粒脱落从而使磨损率增大，影响摩擦材料摩擦性能。因此，以芳纶纤维为增强材料的摩擦材料很难造粒，且为确保摩擦材料性能，需要添加较多的芳纶纤维，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片及其制备方法。
本发明提供一种含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，该摩擦片是由如下质量百分比的成分制备而成：树脂8～14％，长度10-50μm的芳纶微纤3～6％，增摩剂20～45％，减磨剂10～20％以及填充料25～35％。
优选的，该摩擦片是由如下质量百分比的成分制备而成：树脂10％，长度10-50μm的芳纶微纤4％，增摩剂40％，减磨剂16％以及填充料30％。
优选的，长度10-50μm的芳纶微纤为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
优选的，长度10-50μm的芳纶微纤的加工方法步骤如下：
步骤S1:聚对苯二甲酰对苯二胺与浓硫酸按比例混合、溶解及脱泡处理；
步骤S2：步骤S1处理后的物料经计量挤出，挤出的热物料与一定比例的纳米级助剂一同进入研磨设备，经研磨分散至微米级；
步骤S3：步骤S2处理后的微米级热物料入凝固浴成型，然后经水洗、碱洗、水洗和热处理形成微米级芳纶微纤成品。
优选的，纳米级助剂选用纳米级二氧化钛和/或纳米级氧化铝。
优选的，纳米级助剂的质量用量为热物料的10-15％。
优选的，所述研磨设备采用球磨机，所述热物料与纳米级助剂的混合物总质量与磨球的总质量比为1：(50～60)，球磨时间2-3h，球磨温度与热物料挤出时的温度相同。
优选的，热处理在惰性气氛下进行，热处理温度为300-340℃。
一种含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片的制备方法，该方法的具体步骤如下：
步骤S1:称取配方量的各种原材料，依次加入混料机中，混合3-5min直至混合均匀；
步骤S2：将混合均匀的混合料一次性放入造粒机，用水做造粒剂，水温控制在60±5℃，将一定量水喷注入造粒机的滚筒内，相对湿度控制在50±5％，时间控制在8-10分钟左右，粉体全部造粒；
步骤S3：用筛网分选出1-3mm和3-5mm两种规格的颗粒，进行热处理，其余颗粒留作下一批重新造粒，热处理工艺如下：室温升至100-105℃，升温时间25-30min，保温时间1-1.5h，再升温至140-150℃，升温时间1.5-2h，保温时间2-3h；
步骤S4：选用3-5mm颗粒和1-3mm颗粒重量比4-5:1，加入模具中进行热压成型，于热模中进行热压，热压温度为175±5℃，热压压力为10-12MPa，保压时间控制在0.30-1分/毫米；
步骤S4：对热压成型的产品表面进行磨制加工、包装即为成品。
本发明提供了一种耐高温与具有增摩与减磨双重作用的芳纶微纤材料，为汽车用制动器衬片的重要成份。这种摩擦片具有热衰退小、制动平稳、耐高温，尤其是具有高温磨损较小的特点，并能够使摩擦片，在制动摩擦过程中，克服热稳定性不好，热衰退较大的问题，从而减少和避免了由于热性能不理想而出现安全事故。
芳纶微纤具有耐碱耐酸的化学特性，通过在摩擦材料中应用试验，发现其不但具有较好的增摩作用的同时，还具有较好的减磨作用，具有这种双重作用特性的摩擦材料用料，尤其是具有良好的耐磨性特性，是不多见的一种特性。
本发明的有益效果是：本发明主要是以具有较好的增摩与减磨的双重作用的这种新型材料，制成摩擦片，其性能比用常规的方法制成的摩擦材料，在耐磨性上取得了明显的效果。可降低磨损率达35％以上。芳纶微纤是以芳纶纤维为原料制备的微细粉状类材料，纤维长度10-50μm，代替芳纶纤维用作摩擦材料的增强材料，采用造粒技术可以制备1-3mm的小颗粒，与3-5mm颗粒形成级配，混合所压制的摩擦材料由于颗粒间接触面积大、空隙小，摩擦材料机械强度、摩擦稳定性和耐磨性等明显提高。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片配方(重量比)如下表：
| 名称 | 树脂 | 芳纶微纤 | 增摩剂 | 减磨剂 | 填料 |
| 配方％ | 8～14 | 3～6 | 20～45 | 10-20 | 25～35 |
本发明中，长度10-50μm的芳纶微纤为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，加工方法步骤如下：
步骤S1:聚对苯二甲酰对苯二胺与浓硫酸按比例混合、溶解及脱泡处理；
步骤S2：步骤S1处理后的物料经计量挤出，挤出的热物料与一定比例的纳米级助剂一同进入研磨设备，经研磨分散至微米级；
步骤S3：步骤S2处理后的微米级热物料入凝固浴成型，然后经水洗、碱洗、水洗和热处理形成微米级芳纶微纤成品。
具体的说，纳米级助剂选用纳米级二氧化钛和/或纳米级氧化铝，本实施例中采用纳米级二氧化钛，纳米级助剂的质量用量为热物料的10-15％，如10％、12％，15％，所研磨设备采用球磨机，所述热物料与纳米级助剂的混合物总质量与磨球的总质量比为1：(50～60)，本实施例具体采用1:50，球磨时间2-3h，本实施例具体采用2h，球磨温度与热物料挤出时的温度相同，热处理在惰性气氛下进行，热处理温度为300-340℃，如300℃，320℃，340摄氏度。
下表则是本发明的三个实施例配方及现有技术所用的对比例配方：
| 材料名称 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 树脂 | 12％ | 12％ | 12％ | 12％ |
| 芳纶微纤 | 3％ | 4％ | 6％ | |
| 芳纶纤维 | 25％ | |||
| 增磨剂 | 35％ | 36％ | 35％ | 32％ |
| 减磨剂 | 13％ | 13％ | 13％ | 10％ |
| 填料 | 37％ | 35％ | 34％ | 21％ |
| 合计 | 100％ | 100％ | 100％ | 100％ |
本申请人试验表明，芳纶微纤用量低于配方总量的3％以下时，其增摩作用不明显，如果用量高于配方总量6％以上时，则其制品性能也不理想，较好的用量为配方总量的3-6％，最好的用量为配方总量的3-5％。本发明选用4％的重量则效果最好。
以下通过测试数据来进一步验证本发明的突出的实质性特点和显著的进步。
基于前述实施例1-3和对比例的配方构成，采用相同设备与生产工艺，以及同样的生产控制参数，按GB5763-2008的标准进行测定，其定速摩擦系数结果如下表：
磨损率测试结果如下表：
从上表中，含芳纶微纤的摩擦材料的性能相对于对比例的性能有了提高，尤其是磨损率也有明显的降低，与采用普通芳纶纤维相比，纤维用量明显减少。试验结果也说明了芳纶微纤用量较低其作用不明显，而用量较高时也是不理想的。其用量最好控制在3-6％较合适。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，摩擦片由如下质量百分比的成分制备而成：树脂8～14％，长度10-50μm的芳纶微纤3～6％，增摩剂20～45％，减磨剂10～20％以及填充料25～35％。
2.根据权利要求1所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，摩擦片由如下质量百分比的成分制备而成：树脂10％，长度10-50μm的芳纶微纤4％，增摩剂40％，减磨剂16％以及填充料30％。
3.根据权利要求1或2所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，芳纶微纤为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
4.根据权利要求3所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，芳纶微纤的加工方法步骤如下：
步骤S1:聚对苯二甲酰对苯二胺与浓硫酸按比例混合、溶解及脱泡处理；
步骤S2：步骤S1处理后的物料经计量挤出，挤出的热物料与一定比例的纳米级助剂一同进入研磨设备，经研磨分散至微米级；
步骤S3：步骤S2处理后的微米级热物料入凝固浴成型，然后经水洗、碱洗、水洗和热处理形成微米级芳纶微纤成品。
5.根据权利要求4所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，纳米级助剂选用纳米级二氧化钛和/或纳米级氧化铝。
6.根据权利要求4所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，纳米级助剂的质量用量为热物料的10-15％。
7.根据权利要求4所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，所述研磨设备采用球磨机，所述热物料与纳米级助剂的混合物总质量与磨球的总质量比为1：(50～60)，球磨时间2-3h，球磨温度与热物料挤出时的温度相同。
8.根据权利要求4所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片，其特征在于，热处理在惰性气氛下进行，热处理温度为300-340℃。
9.一种权利要求1-8任意一项所述含芳纶微纤的机械用制动器摩擦片的制备方法，该方法的具体步骤如下：
步骤S1:称取配方量的各种原材料，依次加入混料机中，混合3-5min直至混合均匀；
步骤S2：将混合均匀的混合料一次性放入造粒机，用水做造粒剂，水温控制在60±5℃，将一定量水喷注入造粒机的滚筒内，相对湿度控制在50±5％，时间控制在8-10分钟左右，粉体全部造粒；
步骤S3：用筛网分选出1-3mm和3-5mm两种规格的颗粒，进行热处理，其余颗粒留作下一批重新造粒，热处理工艺如下：室温升至100-105℃，升温时间25-30min，保温时间1-1.5h，再升温至140-150℃，升温时间1.5-2h，保温时间2-3h；
步骤S4：选用3-5mm颗粒和1-3mm颗粒重量比4-5:1，加入模具中进行热压成型，于热模中进行热压，热压温度为175±5℃，热压压力为10-12MPa，保压时间控制在0.30-1分/毫米；
步骤S4：对热压成型的产品表面进行磨制加工、包装即为成品。
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