CN113249093B - 一种玻璃钢基碳陶摩擦材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于摩擦材料技术领域，具体涉及一种玻璃钢基碳陶摩擦材料及其制备方法和应用。玻璃钢基碳陶摩擦材料，包括以重量份计的如下组分：酚醛树脂15～20份、鳞片石墨5～10份、无定型石墨20～25份、增摩矿粉1～4份和矿物纤维45～55份；玻璃钢基碳陶摩擦材料的基部采用浸胶玻璃纤维网格布增强。本发明通过对摩擦材料的各组分进行优化，使其既和碳陶制动材料的基础材料保持基本一致，也能适应目前传统的铸铁制动盘，并且做到材料来源广泛易得，成品性能优良且价格低廉；另外，通过浸胶玻璃纤维网格布进行加筋增强，形成玻璃钢制品的结构实现摩擦材料的紧固面的强度大幅提高，符合车辆零配件轻量化、环境友好、综合性优异等特点。
Description
技术领域
本发明属于摩擦材料技术领域，具体涉及一种玻璃钢基碳陶摩擦材料及其制备方法和应用。
背景技术
碳陶制动盘材料是一种以C-C键或C-Si键二元材质为基体的复合材料，其以轻量、耐温、耐候、耐磨、高制动效能等特性，成为新一代制动材料或摩擦材料，在各个领域具有广泛的应用前景。因此，碳陶复合材料的研究进度从未止步，例如，公开号为CN110372389A的专利文献公开的一种碳陶汽车刹车盘、公开号为CN110713385A的专利文献公开的一种碳陶摩擦材料等。
与此同时，碳陶制动盘的对偶材料作为摩擦副，既要做到匹配耦合性好，又要做到性价比高，而且还要与传统的铸铁制动盘的普适性好，则对偶材料的基础材料及配方研究也需要更为深入的研究和开发。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种玻璃钢基碳陶摩擦材料及其制备方法和应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种玻璃钢基碳陶摩擦材料，包括以重量份计的如下组分：
酚醛树脂15～20份、鳞片石墨5～10份、无定型石墨20～25份、增摩矿粉1～4份和矿物纤维45～55份；
其中，玻璃钢基碳陶摩擦材料的基部采用浸胶玻璃纤维网格布增强。
作为优选方案，所述酚醛树脂的细度为-200目。
作为优选方案，所述鳞片石墨的细度为150目，含碳量为99.5％以上。
作为优选方案，所述无定型石墨的细度为-200目，含碳量为85％以上。
作为优选方案，所述矿物纤维为锰硅质矿物纤维，细度为1～3.5mm，纤维直径为3～8μm。
作为优选方案，所述增摩矿粉的细度为325目。
本发明还提供如上任一方案所述的玻璃钢基碳陶摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维网格布进行浸胶处理，得到浸胶玻璃纤维网格布；
将酚醛树脂、增摩矿粉和矿物纤维进行混料，混料后加入鳞片石墨、无定型石墨继续混料，得到混合料；
(2)将浸胶玻璃纤维网格布置于模具中，然后添加混合料至浸胶玻璃纤维网格布之上，进行模压成型，得到毛坯；
(3)将毛坯进行热处理，得到玻璃钢基碳陶摩擦材料。
作为优选方案，所述步骤(2)中，模压成型的温度为145～160℃、压力为10～30MPa、保压时间为10～20min。
作为优选方案，所述步骤(3)中，热处理的工艺，包括：
第一升温阶段：升温至150～160℃，保温3～5h；
第二升温阶段：升温至160～170℃，保温3～5h；
第三升温阶段：升温至170～180℃，保温3～5h。
本发明还提供如上任一方案所述的玻璃钢基碳陶摩擦材料或如上任一方案所述的制备方法制得的玻璃钢基碳陶摩擦材料的应用，作为摩擦制动零部件。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明通过对摩擦材料的各组分进行优化，由传统的三元复合(三元是指三种基本组成：作为粘接剂的酚醛树脂，作为增强材料的各种有机无机纤维，作为填充剂的各种粉状、粒状性能改性剂和矿物填料)简化成二元复合(即陶和碳)，减少了变量和熵值，有效保障了摩擦材料的低中高各温度段的综合力学性能，摩擦材料的稳定性；并对二元材质的配比进行调整，使其既和碳陶制动材料的基础材料保持基本一致，也能适应目前传统的铸铁制动盘，并且做到材料来源广泛易得，成品性能优良且价格低廉；另外，通过浸胶玻璃纤维网格布进行加筋增强，形成玻璃钢制品的结构实现摩擦材料的紧固面的强度大幅提高，符合车辆零配件轻量化、环境友好、综合性优异等特点，而且由于强度的增加，使得制成品安全性得到了更有效的提升。
本发明制得的玻璃钢基碳陶摩擦材料具有耐温、耐候、耐湿、结构强度高、制动效能高、中高低温摩擦系数稳定等特性，可运用于汽车、摩托车、电动自行车以及工程机械类的摩擦制动零部件中，特别是对耐温性要求比较高的盘式制动器中具有广泛的应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
除非另有说明，以下实施例及对比例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以已知方法制备得到。
本发明实施例的增摩矿粉为北京恒年伟业矿物纤维加工有限公司生产的FK-1型复合材料，细度为325目；
本发明实施例的作为陶类连续相的矿物纤维为北京恒年伟业矿物纤维加工有限公司生产的北京恒年1号锰硅质矿物纤维，细度为1～3.5mm，纤维直径为3～8μm；
本发明实施例的酚醛树脂作为粘接剂的有机碳，细度为-200目；
本发明实施例的作为减磨剂的无机碳：鳞片石墨的细度为150目，含碳量为99.5％以上；无定型石墨的细度为-200目，含碳量为85％以上；
本发明实施例的液体树脂Y-6331为杭摩新材料集团股份有限公司生产的液体树脂Y-6331。
实施例1：
本实施例的玻璃钢基碳陶摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将规格型为EWR400-1000mm的玻璃纤维网格布浸入盛装有液体树脂Y-6331的浸胶桶中180min，然后取出平铺鼓风晾干60min，接着在烘箱中155℃烘烤30min，出烘箱冷却至室温，再根据玻璃钢基碳陶摩擦材料的底层料尺寸对浸胶玻璃纤维网格布裁剪，得到所需尺寸的浸胶玻璃纤维网格布；
(2)按重量份配方配比：酚醛树脂16份、鳞片石墨8份、无定型石墨25份、增摩矿粉3份、矿物纤维48份，按上述比例备好上述各种原材料；
(3)将上述原材料按以下方法进行混合：先将锰硅质矿物纤维、酚醛树脂和增摩矿粉，分别投入混料机中进行混合，主轴转速500r/min，小飞刀转速1500r/mm，混合180秒，然后加入鳞片石墨和无定型石墨，继续混合180秒，得到混合料；
(4)将浸胶玻璃纤维网格布平铺展开在模具的底部，接着将混合料称重投入模具中进行模压成型，模压温度150℃，模压压力25MPa，保压时间15分钟，得到毛坯；
(5)将毛坯放入烘箱中，从室温升温至155℃，保温4h；然后升温至165℃，保温4h；最后再升温至175℃，保温4h；冷却至室温后即得到玻璃钢基碳陶摩擦材料。
以下各实施例的制备方法，可以参考实施例1，不同之处在于，原材料的配比不同，具体参见表1。
表1实施例1-3的原材料的配方表
| 原材料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 酚醛树脂 | 16 | 18 | 17 |
| 鳞片石墨 | 8 | 7 | 15 |
| 无定型石墨 | 25 | 24 | 16 |
| 增摩矿粉 | 3 | 2 | 4 |
| 矿物纤维 | 48 | 49 | 48 |
另外，对比例1的摩擦材料采用荆门源云新材料科技有限公司的产品，型号规格为富华16T的挂车用鼓式制动器衬片。
根据国家标准GB5763-2008对上述实施例1-3及对比例1的摩擦材料进行测试，测试结果如表2和3所示。
表2实施例1-3及对比例1的摩擦材料在不同温度下的摩擦性能结果
表3实施例1-3及对比例1的摩擦材料的冲击强度测试结果
通过以上的试验测试结果表明：实施例1、2、3的摩擦材料的摩擦系数的低中高温度段和对比例1的摩擦材料相比，摩擦系数的波动值要小得多，最高值和最低值差值分别为0.05、0.04、0.07、0.15，高温350℃相对低温100℃衰退值也要小一些，分别为-0.05％、0.00％、0.08％、0.27％，总磨损率也要小一些，分别为1.72、1.53、1.56、2.36。因此，本发明实施例的玻璃钢基碳陶摩擦材料的高温稳定性得到显著的提升。另外，高温衰退值也下降许多，磨损从低温看差不太多，但高温看玻璃钢基碳陶摩擦材料还是下降不少。而从冲击强度试验的结果来看，实施例1、2、3的摩擦材料的底层紧固面经过浸胶玻璃纤维网格布进行加筋增强，形成玻璃钢制品的结构相对摩擦工作面来说有较大的增强效果，冲击强度分别提高了53.33％、68.75％、54.84％，而相比对比例1的摩擦材料来说，摩擦工作面没有大的区别，但底层紧固面的冲击强度提高了53.33％。
综上，本发明的玻璃钢基碳陶摩擦材料只引入了碳和陶二元复合材料，优化了物料结构，减少了可变因子，从而减少了熵值，由于碳和陶两种材料的特性有极强的互补作用，从而有效地保障了摩擦系数的稳定性。本发明充分利用了碳陶产品的耐温、耐候、耐湿、结构强度高、制动效能高、中高低温摩擦系数稳定等特性，另外本发明还利用了浸胶玻璃纤维网格布进行加筋增强，形成玻璃钢制品的结构对底层材料(紧固面)大幅增强，使得制品更加安全可靠，可运用于汽车、摩托车、电动自行车以及工程机械类的摩擦制动零部件中，特别是在耐温性要求比较高的盘式制动器中具有较为广泛地应用前景。
在上述实施例及其替代方案中，酚醛树脂的重量份还可以为15份、16.5份、19份、20份等，鳞片石墨的重量份还可以为5份、6份、7.5份、9份、10份等，无定型石墨的重量份还可以为20份、21份、22份、23份、25份等，增摩矿粉的重量份还可以为1份、1.5份、2.5份、3.5份、4份等，矿物纤维的重量份还可以为45份、46份、50份、53份、55份等。
在上述实施例及其替代方案中，模压成型的工艺参数中，温度还可以为145℃、155℃、160℃等，压力还可以为10MPa、15MPa、20MPa、30MPa等，保压时间还可以为10min、18min、20min等。
在上述实施例及其替代方案中，第一升温阶段的升温目标温度还可以为150℃、154℃、158℃、160℃等，保温时间还可以为3h、3.5h、4.5h、5h等；第二升温阶段的升温目标温度还可以为160℃、162℃、167℃、170℃等，保温时间还可以为3h、3.5h、4.5h、5h等；第三升温阶段的升温目标温度还可以为170℃、173℃、176℃、180℃等，保温时间还可以为3h、3.5h、4.5h、5h等。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-3(特别是实施例1-2)作为代表说明本发明的优异之处。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种玻璃钢基碳陶摩擦材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
酚醛树脂15～20份、鳞片石墨5～10份、无定型石墨20～25份、增摩矿粉1～4份和矿物纤维45～55份；
其中，玻璃钢基碳陶摩擦材料的基部采用浸胶玻璃纤维网格布增强；
所述酚醛树脂的细度为-200目；
所述鳞片石墨的细度为150目，含碳量为99.5％以上；
所述无定型石墨的细度为-200目，含碳量为85％以上；
所述矿物纤维为锰硅质矿物纤维，细度为1～3.5mm，纤维直径为3～8μm；
所述增摩矿粉的细度为325目。
2.如权利要求1所述的玻璃钢基碳陶摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对玻璃纤维网格布进行浸胶处理，得到浸胶玻璃纤维网格布；将酚醛树脂、增摩矿粉和矿物纤维进行混料，混料后加入鳞片石墨、无定型石墨继续混料，得到混合料；
(2)将浸胶玻璃纤维网格布置于模具中，然后添加混合料至浸胶玻璃纤维网格布之上，进行模压成型，得到毛坯；
(3)将毛坯进行热处理，得到玻璃钢基碳陶摩擦材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，模压成型的温度为145～160℃、压力为10～30MPa、保压时间为10～20min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，热处理的工艺，包括：
第一升温阶段：升温至150～160℃，保温3～5h；
第二升温阶段：升温至160～170℃，保温3～5h；
第三升温阶段：升温至170～180℃，保温3～5h。
5.如权利要求1所述的玻璃钢基碳陶摩擦材料或如2-4任一项所述制备方法制得的玻璃钢基碳陶摩擦材料的应用，其特征在于，作为摩擦制动零部件。
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2021
- 2021-05-18 CN CN202110539188.7A patent/CN113249093B/zh active Active
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