CN112338821B - 一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法 - Google Patents

一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料及其无水制备方法，以疏松多孔的非织造无纺布为纤维预制体，首先在无纺布的一面喷涂适量的树脂溶液，干燥后热压固化形成支撑层，利用筛网在预制体另一面均匀添加摩擦性能调节剂，之后喷涂混合粘结剂溶液，干燥后热压固化形成摩擦层，最终获得双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料。本发明以非织造布为纤维预制体，通过喷涂浸渍的方法，在无纺布上逐步处理、制备支撑层和摩擦层，实现有限量树脂溶液均匀浸渍；利用筛网实现摩擦性能调节剂的均匀添加，工艺简单易行，可实现制备过程的无水化，获得性能可观的双层结构无纺布增强湿式摩擦材料。

Description

一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法
技术领域
本发明属于摩擦材料领域，涉及一种利用喷涂法制备的双层结构无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法。
背景技术
湿式摩擦材料通常是指工作环境为润滑油润滑条件的摩擦材料，其中，孔隙结构丰富、具有压缩回弹性的纸基摩擦材料，因其生产成本低、摩擦磨损特性良好、使用寿命长等特点而广泛作为湿式摩擦材料应用于汽车、工程机械等领域。纸基摩擦材料通常采用抄纸工艺进行制备，为满足不同的应用需求，已经设计了多种纸基摩擦材料结构，开发出相应的制备技术，其中双层结构的纸基摩擦材料就是一种可行的技术路线。
专利CN1632034A中公开了一种双层纸基摩擦材料及摩擦片制作方法，采用抄纸方法分别抄造摩擦层和支撑层预制体，将两层预制体叠合后，经压榨脱水和干燥，再浸渍树脂并固化，制得双层纸基摩擦材料。该专利以边角料等廉价原料抄造支撑层预制体，可有效降低材料成本，同时在摩擦层中使用纳米填料，提高了产品的耐热性能和韧性，但该工艺需经过两次抄造成型，消耗更多的水，且当摩擦材料较薄时，难以抄造组分均匀的单层预制体。
专利CN102093842A中公开了一种碳质双层纸基摩擦材料及其制备方法，以抄造成型的纸基摩擦材料预制体为支撑层，在其表面涂覆一层由摩擦性能调节剂组成的摩擦层混合物，再浸渍树脂并固化，制得层间区别明显的双层纸基摩擦材料。该方法工艺较简单，并可有效提升材料的摩擦系数，但所制备材料的摩擦层仅由树脂粘结剂及摩擦性能调节剂组成，而不含增强纤维，对于摩擦材料的机械强度、热学性能等综合性能产生不利影响。
专利CN102588460A中公开了一种用于同步器的同步环及其制造方法，以浸渍树脂后干燥的纸基材料为基层，在其上均匀施加由摩擦性能调节剂和树脂粉末组成的摩擦层混料，再经热压固化获得摩擦材料。该方法工艺简单，材料利用率高，但同样的摩擦层仅由树脂粘结剂和摩擦性能调节剂组成，摩擦层结构不完备，影响材料的综合性能。
上述专利中所设计的双层结构材料都具有较好的摩擦磨损性能，有利于提高材料利用率，节约原料，但以上材料都是基于抄纸成型的技术发展而来。采用一次成型制备基层再施加填料并制备摩擦层的方法，不利于摩擦层及材料整体的综合性能，而采用两层分别抄造的方法，则会造成更多的用水及废液排放问题。随着环保要求的提高，有必要发展不同于抄纸成型技术的双层结构湿式摩擦材料及其无水化制备方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有双层结构纸基摩擦材料制备过程中，存在摩擦材料预制体制备过程大量用水，摩擦层结构不完备，材料综合性能较差的问题。本发明提出一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法，以无纺布预制体为纤维骨架，制备支撑层和摩擦层，利用筛网实现摩擦性能调节剂的均匀和无水添加，通过喷涂施胶的方法实现有限量粘结剂的均匀浸渍并实现双层材料的制备。
本发明的技术方案是：一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，包括支撑层和摩擦层，由支撑层树脂粘结剂、无纺布纤维预制体、摩擦层混合粘结剂和摩擦性能调节剂组成；其中纤维预制体一面喷涂浸渍树脂粘结剂，固化制得支撑层；纤维预制体另一面均匀添加摩擦性能调节剂之后喷涂浸渍混合粘结剂，固化制得摩擦层；无纺布纤维预制体重量百分比为20～30％，摩擦性能调节剂重量百分比为10～25％，粘结剂的总重量百分比为45～70％。
本发明进一步的技术方案是：所述无纺布纤维预制体为针刺法非织造布或水刺法非织造布，由芳纶纤维、锦纶纤维、碳纤维预氧丝、麻纤维的任一种或任几种纤维组成。
本发明进一步的技术方案是：所述针刺法非织造布或水刺法非织造布的叠层层数为5～20层，克重90～130g/m2。
本发明进一步的技术方案是：所述支撑层由无纺布纤维预制体和支撑层树脂粘结剂组成。
本发明进一步的技术方案是：所述摩擦层由无纺布纤维预制体、摩擦层混合粘结剂和摩擦性能调节剂组成。
本发明进一步的技术方案是：所述支撑层树脂粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂的任一种。
本发明进一步的技术方案是：支撑层树脂粘结剂占摩擦材料重量百分比10～15％。
本发明进一步的技术方案是：所述摩擦层混合粘结剂是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、环氧树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氟橡胶的任一种或几种。
本发明进一步的技术方案是：摩擦层混合粘结剂占摩擦材料重量百分比30～60％。
本发明进一步的技术方案是：一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构的无水制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将纤维材料制成单纤维薄网之后随气流成网获得三维非定向纤网，采用铺网机将纤网逐层叠加铺层后，进行针刺获得疏松多孔的无纺布纤维预制体A；
步骤二：将树脂溶解于无水乙醇获得溶液B，将溶液B均匀喷涂于无纺布预制体A的一面，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150～180℃，压力3～8MPa，热压时间5～10min，获得具有支撑层的预制体C；
步骤三：将摩擦性能调节剂混合成均匀混料，并添加到预制体C未浸渍树脂的一面；
步骤四：将混合粘结剂溶解于乙酸乙酯获得溶液D，均匀喷涂于预制体C添加了摩擦性能调节剂的一面，并使粘结剂充分浸渍预制体，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150～180℃，压力3～8MPa，热压时间5～10min，获得包括支撑层和摩擦层双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明提出的一种双层结构无纺布增强湿式摩擦材料及无水制备方法，通过喷涂浸渍的方法，在同一块无纺布上逐步处理、制备支撑层和摩擦层，实现有限量粘结剂胶液条件下的均匀浸渍，获得双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料；利用筛网实现摩擦性能调节剂的均匀添加，工艺简单易行，并可实现制备过程的无水化，获得性能可观的湿式摩擦材料。
改进了摩擦性能调节剂的添加方式，实现摩擦材料预制体成型过程的无水化，有效避免废液污染；采用喷涂浸渍方法，实现了有限量粘结剂胶液条件下的均匀浸渍，可有效制备双层结构湿式摩擦材料；以无纺布预制体为纤维骨架，可对摩擦层起到增强增韧作用，增强两层间的结合能力，提升摩擦层和材料整体的综合性能。
附图说明
图1为双层结构无纺布增强湿式摩擦材料的结构示意图。
图中：1-支撑层，2-摩擦层，3-支撑层树脂粘结剂，4-无纺布纤维预制体，5-摩擦层混合粘结剂，6-摩擦性能调节剂。
图2为本发明的制备方法流程图
具体实施方式
参见图1，本发明设计了一种由支撑层1和摩擦层2组成的双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料，包括支撑层树脂粘结剂3、无纺布纤维预制体4、摩擦层混合粘结剂5和摩擦性能调节剂6。本发明的制备方法流程图参见图2，通过喷涂施胶的方法在同一块纤维预制体上逐步制备支撑层和摩擦层，可实现有限量胶液条件下的均匀施胶；利用筛网进行筛料，实现摩擦性能调节剂的均匀添加，并实现摩擦材料预制体成型过程的无水化。
实施例1：材料组成为芳纶纤维和锦纶纤维28.6％，氧化铝3.4％，石墨1.7％，重晶石2.4％，钾长石粉1.7％，高岭土2.7％，二硫化钼0.7％，萤石粉1.7％，酚醛树脂57.1％。
步骤一：将短切芳纶纤维和锦纶纤维投入给棉机，开松机松解后，经梳理机梳理成单纤维薄网，随后气流成网获得三维非定向纤网，采用铺网机将纤网逐层叠加铺层后，由针刺机以针刺密度26针/cm2的参数进行针刺，获得疏松多孔的无纺布纤维预制体A；
步骤二：称取占摩擦材料重量百分比14.3％的酚醛树脂溶解在无水乙醇溶液中，得到重量百分比为20％的酚醛树脂的酒精溶液B，将溶液B均匀喷涂于无纺布预制体A的一面，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度160℃，压力5MPa，热压时间5min，获得单面浸渍树脂的预制体C；
步骤三：使用混料机将摩擦性能调节剂混合成均匀混料，选用目数230目的筛网，并利用刮板，将调节剂均匀筛料、添加到预制体C未浸渍树脂的一面；
步骤四：将占摩擦材料重量百分比为42.8％的酚醛树脂溶解于乙酸乙酯，获得重量百分比为20％的酚醛树脂的乙酸乙酯溶液D，将溶液D均匀喷涂于预制体C添加了摩擦性能调节剂的一面，并利用滚筒进行滚压处理，以使树脂粘结剂胶液充分浸渍预制体；自然晾干后，再次于平板硫化机上热压固化成型，固化温度160℃，压力5MPa，热压时间5min，获得厚度为0.6mm的包括支撑层和摩擦层双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料。
参照GB/T13826-92使用QM-II型摩擦性能试验机进行摩擦性能测试，测得动摩擦系数0.110～0.130，静摩擦系数0.140～0.165。
实施例2：材料组成为芳纶纤维和碳纤维预氧丝28.6％，氧化铝3.0％，石墨1.7％，重晶石2.4％，钾长石粉1.7％，高岭土2.7％，二硫化钼0.7％，萤石粉1.7％，炭黑0.4％，酚醛树脂48.5％，液体硅橡胶8.6％。
步骤一：将短切芳纶纤维和碳纤维预氧丝投入给棉机，开松机松解后，经梳理机梳理成单纤维薄网，随后气流成网获得三维非定向纤网，采用铺网机将纤网逐层叠加铺层后，由针刺机以针刺密度26针/cm2的参数进行针刺，获得疏松多孔的无纺布纤维预制体A；
步骤二：称取占摩擦材料重量百分比14.3％的酚醛树脂溶解在无水乙醇溶液中，得到重量百分比为20％的酚醛树脂的酒精溶液B，将溶液B均匀喷涂于无纺布预制体A的一面，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150℃，压力3MPa，热压时间10min，获得单面浸渍树脂的预制体C；
步骤三：使用混料机将摩擦性能调节剂混合成均匀混料，选用目数200目的筛网，并利用刮板，将调节剂均匀筛料、添加到预制体C未浸渍树脂的一面；
步骤四：将占摩擦材料重量百分比为34.2％的酚醛树脂和重量百分比为8.6％的液体硅橡胶分别溶解于乙酸乙酯并混合，获得重量百分比为50％的混合粘结剂的乙酸乙酯溶液D，将溶液D均匀喷涂于预制体C添加了摩擦性能调节剂的一面，并利用滚筒进行滚压处理，以使树脂粘结剂充分浸渍预制体；自然晾干后，再次于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150℃，压力3MPa，热压时间10min，获得厚度为1mm的包括支撑层和摩擦层双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料。
参照GB/T13826-92使用QM-II型摩擦性能试验机进行摩擦性能测试，测得动摩擦系数0.110～0.150，静摩擦系数0.130～0.160。
实施例3：材料组成为芳纶纤维和碳纤维预氧丝22.2％，氧化铝5.3％，石墨2.6％，重晶石3.7％，钾长石粉2.6％，高岭土4.2％，二硫化钼1.0％，萤石粉2.0％，升华硫0.8％，酚醛树脂42.3％，丁腈橡胶13.3％。
步骤一：将短切芳纶纤维和碳纤维预氧丝投入给棉机，开松机松解后，经梳理机梳理成单纤维薄网，随后气流成网获得三维非定向纤网，采用铺网机将纤网逐层叠加铺层后，由针刺机以针刺密度26针/cm2的参数进行针刺，获得疏松多孔的无纺布纤维预制体A；
步骤二：称取占摩擦材料重量百分比11.1％的酚醛树脂溶解在无水乙醇溶液中，得到重量百分比为20％的酚醛树脂的酒精溶液B，将溶液B均匀喷涂于无纺布预制体A的一面，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度165℃，压力6MPa，热压时间5min，获得单面浸渍树脂的预制体C；
步骤三：使用混料机将摩擦性能调节剂混合成均匀混料，选用目数250目的筛网，并利用刮板，将调节剂均匀筛料、添加到预制体C未浸渍树脂的一面；
步骤四：将占摩擦材料重量百分比为31.2％的酚醛树脂和重量百分比为13.3％的丁腈橡胶分别溶解于乙酸乙酯并混合，获得重量百分比为20％的混合粘结剂的乙酸乙酯溶液D，将溶液D均匀喷涂于预制体C添加了摩擦性能调节剂的一面，并利用滚筒进行滚压操作，以使树脂粘结剂充分浸渍预制体；自然晾干后，再次于平板硫化机上热压固化成型，固化温度165℃，压力6MPa，热压时间5min，获得厚度为0.8mm的包括支撑层和摩擦层双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料。
参照GB/T13826-92使用QM-II型摩擦性能试验机进行摩擦性能测试，测得动摩擦系数0.110～0.160，静摩擦系数0.160～0.190。

Claims (9)

1.一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，其特征在于：包括支撑层(1)和摩擦层(2)，由支撑层树脂粘结剂(3)、无纺布纤维预制体(4)、摩擦层混合粘结剂(5)和摩擦性能调节剂(6)组成；其中纤维预制体(4)一面喷涂浸渍树脂粘结剂(3)，固化制得支撑层(1)；纤维预制体(4)另一面均匀添加摩擦性能调节剂(6)之后喷涂浸渍混合粘结剂，固化制得摩擦层(2)；无纺布纤维预制体重量百分比为20～30％，摩擦性能调节剂重量百分比为10～25％，粘结剂的总重量百分比为45～70％；该双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构的无水制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将纤维材料制成单纤维薄网之后随气流成网获得三维非定向纤网，采用铺网机将纤网逐层叠加铺层后，进行针刺获得疏松多孔的无纺布纤维预制体A；
步骤二：将树脂溶解于无水乙醇获得溶液B，将溶液B均匀喷涂于无纺布预制体A的一面，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150～180℃，压力3～8MPa，热压时间5～10min，获得具有支撑层的预制体C；
步骤三：将摩擦性能调节剂混合成均匀混料，并添加到预制体C未浸渍树脂的一面；
步骤四：将混合粘结剂溶解于乙酸乙酯获得溶液D，均匀喷涂于预制体C添加了摩擦性能调节剂的一面，并使粘结剂充分浸渍预制体，自然晾干后，于平板硫化机上热压固化成型，固化温度150～180℃，压力3～8MPa，热压时间5～10min，获得包括支撑层和摩擦层双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构。
2.根据权利要求1所述的无纺布增强湿式摩擦材料，其特征在于：所述无纺布纤维预制体(4)为针刺法非织造布或水刺法非织造布，由芳纶纤维、锦纶纤维、碳纤维预氧丝、麻纤维的任一种或任几种纤维组成。
3.根据权利要求2所述的无纺布纤维预制体(4)，其特征在于：所述针刺法非织造布或水刺法非织造布的叠层层数为5～20层，克重90～130g/m2。
4.根据权利要求1所述的无纺布增强湿式摩擦材料，其特征在于：所述支撑层(1)由无纺布纤维预制体(4)和支撑层树脂粘结剂(3)组成。
5.根据权利要求1所述的无纺布增强湿式摩擦材料，其特征在于：所述摩擦层(2)由无纺布纤维预制体(4)、摩擦层混合粘结剂(5)和摩擦性能调节剂(6)组成。
6.根据权利要求5所述的一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，其特征在于，所述支撑层树脂粘结剂(3)是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂的任一种。
7.根据权利要求5所述的一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，其特征在于，支撑层树脂粘结剂(3)占摩擦材料重量百分比10～15％。
8.根据权利要求6所述的一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，其特征在于，所述摩擦层混合粘结剂(5)是酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂、环氧树脂、硅橡胶、丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氟橡胶的任一种或几种。
9.根据权利要求6所述的一种双层结构的无纺布增强湿式摩擦材料结构，其特征在于，摩擦层混合粘结剂(5)占摩擦材料重量百分比30～60％。
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