CN112096764B - 多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法，所属复合摩擦材料技术领域，包括多维度的纳米碳增强摩擦材料芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材；所述的基材上下端均设有多维度的纳米碳衬片层。第一步：编织纤维布。第二步：将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却。第三步：取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层。第四步：纳米碳与铜粉的球磨合金化。第五步：成型的摩擦片两端面采用压机将含纳米碳的铜粉压嵌在纳米碳衬片层的缝隙内。具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小、制品气孔率低、摩擦材料均匀致密和抗热衰退性能更好的特点。延长了产品使用寿命，减少纤维脱落现象。
Description
技术领域
本发明涉及复合摩擦材料技术领域，具体涉及一种多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦离合器利用摩擦副间的摩擦力实现机械机构或机器主动部份与从动部份的接合、分离或不同步运转；摩擦制动器利用摩擦副间的摩擦力实现机械机构或机器的减速、限速或停止。摩擦副由摩擦片和对偶片组成，其中摩擦副的性能主要取决于摩擦片的摩擦磨损性能。随着机械装置向高负载、高运转速度及大功率发展的要求，对摩擦装置也提出了更高性能的要求，如能量负荷值大于70000J·W/cm4，功率大于1500HP，速度大于75m/s的要求，传统的粉末冶金摩擦材料已不能完全满足高能量密度摩擦系统。
摩擦装置是机械传动系统中的重要部件，其广泛应用于船舶动力传动系统、车辆传动系统、农业与工程机械传动系统、通用机械传动系统，以及军民用飞机刹车制动系统、车辆及摩托赛车刹车制动系统，和工程及矿用湿式桥制动系统等领域，摩擦装置包括摩擦离合器和摩擦制动器，它涉及到船舶或车辆动力传递与控制的可靠性。
目前应用于高速、重载工况下的高性能摩擦材料主要包括：粉末冶金摩擦材料、碳/碳摩擦材料、陶瓷基摩擦材料、半金属摩擦材料和纸基摩擦材料。沉积型碳/碳摩擦材料的高成本和陶瓷基摩擦材料的脆性制约了其规模化应用，因此，具有超稳定摩擦系数、高动态冲击强度、高耐热性、低磨损率、低制造成本的摩擦材料及摩擦副，成为国内外研究机构和摩擦材料企业研究的热点、重点和难点。
近年来，我国机械传动装备的整体技术提升与产业发展趋势，要求在摩擦材料行业领域里开发出具有更高耐热性能和耐磨性能的摩擦材料与之相适应，因而研究具有较低制造成本，且具有稳定的摩擦系数、低磨损率和高耐热性能的摩擦材料及其摩擦副，是国内外摩擦材料市场非金属基摩擦副的研究和发展方向。
此外，现有国产摩擦片在实际使用过程中，依然存在摩擦性能不稳定、磨损率高和耐热性能低等问题，严重制约了机械系统优良机动性能的发挥。特别是在军工领域高速、重载、高能量负荷工况下，摩擦副的性能稳定性更显得重要。因此，研制与传动系统或制动系统相匹配的、使用寿命长、可靠性高的新型摩擦片及摩擦副显得十分迫切和必要。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在能量负荷和压力负荷较小，摩擦性能低、对摩擦层的磨损较高、制动不稳定和制造成本高的不足，提供了一种多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法，其具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小、制品气孔率低、摩擦材料均匀致密和抗热衰退性能更好的特点。延长了产品使用寿命，减少纤维脱落现象。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种多维度的纳米碳增强摩擦材料，包括多维度的纳米碳增强摩擦材料芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材；所述的基材上下端均设有多维度的纳米碳衬片层。
多维度的纳米碳增强摩擦材料的制备方法，其特征在于包括如下操作步骤：
第一步：编织纤维布；编织采用碳组元，碳组元成份的配比：纳米碳3～5份、碳纤维80～85份、芳纶纤维7～9份、玻璃纤维5～6份；将混合碳组元纤维进行纺纱成型，将成型的纺纱纤维通过3～6层纤维的2.5D多维碳纤维自动编织，按接纱沿厚度方向0°～90°贯穿各层，织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体，实现内径、外径、层数和厚度可控且让不同纤维混合编织成圆环；
第二步：将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却；
第三步：取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层；底层的钢芯板层用丙酮擦洗芯板两面晾干后与上层的环形摩擦层通过中间层的有机粘接剂进行粘结形成摩擦片；
第四步：纳米碳与铜粉的球磨合金化，纳米碳与铜粉快速熔融，冷却后用多螺杆挤压破碎造粒，经过多次循环造粒；
第五步：成型的摩擦片两端面分别喷胶，将造粒后的含纳米碳的铜粉喷洒在摩擦片两端的衬片层面上，接着采用压机将含纳米碳的铜粉压嵌在纳米碳衬片层的缝隙内。
作为优选，所述的铜粉在1100℃的温度下融化，同时在融化的铜粉中添加纳米碳粉末，接着进行冷却到常温，放入冰柜进行-5℃制冷，再取出放置到常温。
作为优选，浸渍树脂时，把扇形卷曲成环形，并放入套置工装将之固定成型，采用每层摩擦片用铁丝网隔开，将工装沉入到浸胶器内，浸胶器加盖紧固，打开真空泵抽真空，真空是0.08～0.12Pa之间，抽真空的时间为D分钟，然后关真空泵加入胶液，浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精，浸胶时间为αH1小时，直至浸透并打开盖，取出工装控干胶液，沥干时间为αH2小时。所述的D数值为10～15，α为可调节系数0.8～1.2，H1数值为2～2.5，H2数值为2～2.5。
作为优选，进行烘干固化时，待酒精挥发到5%～10%后，进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变，烘干的温度设置成T1℃，烘至酒精完全挥发后烘干的温度设置成T2℃，至烘干为止。所述的T1数值为55～70，T2数值为120～130。
作为优选，将粘结成型的摩擦片进行倒角和开油槽，所述的开油槽采用热刀开预留尺寸槽，再用冷刀将槽型开到所需尺寸。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法，与现有技术相比较，具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小、制品气孔率低、摩擦材料均匀致密和抗热衰退性能更好的特点。延长了产品使用寿命，减少纤维脱落现象。
具体实施方式
下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种多维度的纳米碳增强摩擦材料，包括多维度的纳米碳增强摩擦材料芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材；所述的基材上下端均设有多维度的纳米碳衬片层。
多维度的纳米碳增强摩擦材料的制备方法包括如下操作步骤：
第一步：编织纤维布；编织采用碳组元，碳组元成份的配比：纳米碳4份、碳纤维82份、芳纶纤维8份、玻璃纤维6份；将混合碳组元纤维进行纺纱成型，将成型的纺纱纤维通过5层纤维的2.5D多维碳纤维自动编织，按接纱沿厚度方向45度贯穿各层，织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体，实现内径、外径、层数和厚度可控且让不同纤维混合编织成圆环。
第二步：将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却。
浸渍树脂时，把扇形卷曲成环形，并放入套置工装将之固定成型，采用每层摩擦片用铁丝网隔开，将工装沉入到浸胶器内，浸胶器加盖紧固，打开真空泵抽真空，真空是0.1Pa之间，抽真空的时间为12分钟，然后关真空泵加入胶液，浸胶器中的胶液为50%的基体树脂胶和50%的无水酒精，浸胶时间为2小时，直至浸透并打开盖，取出工装控干胶液，沥干时间为2小时。
进行烘干固化时，待酒精挥发到5%～10%后，进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变，烘干的温度设置成65℃，烘至酒精完全挥发后烘干的温度设置成125℃，至烘干为止。
第三步：取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层；底层的钢芯板层用丙酮擦洗芯板两面晾干后与上层的环形摩擦层通过中间层的有机粘接剂进行粘结形成摩擦片；
第四步：纳米碳与铜粉的球磨合金化，纳米碳与铜粉快速熔融，铜粉在1100℃的温度下融化，同时在融化的铜粉中添加纳米碳粉末，接着进行冷却到常温，放入冰柜进行-5℃制冷，再取出放置到常温。冷却后用多螺杆挤压破碎造粒，经过多次循环造粒。
第五步：成型的摩擦片两端面分别喷胶，将造粒后的含纳米碳的铜粉喷洒在摩擦片两端的衬片层面上，接着采用压机将含纳米碳的铜粉压嵌在纳米碳衬片层的缝隙内。
将粘结成型的摩擦片进行倒角和开油槽，所述的开油槽采用热刀开预留尺寸槽，再用冷刀将槽型开到所需尺寸。
综上所述，该多维度的纳米碳增强摩擦材料及其制备方法，具有质轻、高比强度、较高的摩擦系数、磨损率小、制品气孔率低、摩擦材料均匀致密和抗热衰退性能更好的特点。延长了产品使用寿命，减少纤维脱落现象。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (2)
1.一种多维度的纳米碳增强摩擦材料，其特征在于：包括多维度的纳米碳增强摩擦材料芯板层采用抗热碳纤维65Mn增强材料的基材；所述的基材上下端均设有多维度的纳米碳衬片层；所述的多维度的纳米碳增强摩擦材料的制备方法，具体制备过程如下：
第一步：编织纤维布；编织采用碳组元，碳组元成分的配比：纳米碳3～5份、碳纤维80～85份、芳纶纤维7～9份、玻璃纤维6份；
将混合碳组元纤维进行纺纱成型，将成型的纺纱纤维通过3～6层纤维的2.5D多维碳纤维自动编织，按接纱沿厚度方向0°～90°贯穿各层，织成浅交弯联、深交联或三维正交结构的碳纤维机织预制体，实现内径、外径、层数和厚度可控且让不同纤维混合编织成圆环；
第二步：将纤维布卷曲成型并浸渍树脂及烘干固化和冷却；浸渍树脂时，把扇形卷曲成环形，并放入套置工装将之固定成型，采用每层摩擦片用铁丝网隔开，将工装沉入到浸胶器内，浸胶器加盖紧固，打开真空泵抽真空，真空是0.08～0.12Pa之间，抽真空的时间为D分钟，然后关真空泵加入胶液，浸胶器中的胶液为50％的基体树脂胶和50％的无水酒精，浸胶时间为αH1小时，直至浸透并打开盖，取出工装控干胶液，沥干时间为αH2小时；
进行烘干固化时，待酒精挥发到5％～10％后，进入烘箱中进行预烘干定型控制环形摩擦层的尺度维度不产生微量形变，烘干的温度设置成T1℃，烘至酒精完全挥发后烘干的温度设置成T2℃，至烘干为止；
第三步：取钢板进行冲压成型、热平整、热处理、清洗和晾干后作为底层的钢芯板层；底层的钢芯板层用丙酮擦洗芯板两面晾干后与上层的环形摩擦层通过中间层的有机粘接剂进行粘结形成摩擦片；
第四步：纳米碳与铜粉的球磨合金化，纳米碳与铜粉快速熔融，冷却后用多螺杆挤压破碎造粒，经过多次循环造粒；所述的铜粉在1100℃的温度下融化，同时在融化的铜粉中添加纳米碳粉末，接着进行冷却到常温，放入冰柜进行-5℃制冷，再取出放置到常温；
第五步：成型的摩擦片两端面分别喷胶，将造粒后的含纳米碳的铜粉喷洒在摩擦片两端的衬片层面上，接着采用压机将含纳米碳的铜粉压嵌在纳米碳衬片层的缝隙内。
2.根据权利要求1所述的多维度的纳米碳增强摩擦材料，其特征在于：将粘结成型的摩擦片进行倒角和开油槽，所述的开油槽采用热刀开预留尺寸槽，再用冷刀将槽型开到所需尺寸。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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