CN114060440A - 一种耐磨复合材料、摩擦片、风电偏航制动块及风电偏航制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了耐磨复合材料、摩擦片、风电偏航制动块及风电偏航制动系统。以重量百分含量计，耐磨复合材料包括30～90％的粘结基材、3～50％的摩阻材料和3～50％的减摩材料，粘结基材包括聚醚醚酮，摩阻材料包括玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须(PTW晶须)、氧化铝晶须中的任意一种或多种，减摩材料包括铜纤维、芳纶纤维微粉、石墨纤维、含氟聚合物纤维中的任意一种或多种。上述粘结基材、摩阻材料和减摩材料各自的作用得到充分发挥，由于采用晶须、微粉或纤维作为摩阻材料或减摩材料，因此同样的添加量，比细粉料的比表面积小，对聚醚醚酮的结晶度影响小；制作成摩擦片后各部分之间结合力强，摩擦时不易抽离。
Description
技术领域
本发明涉及风电偏航制动材料领域，具体而言，涉及一种耐磨复合材料、摩擦片、风电偏航制动块及风电偏航制动系统。
背景技术
现阶段风电偏航器制动摩擦片主要分为液压主动式摩擦片与碟簧被动式摩擦片。主动式摩擦片主要采用改性酚醛树脂，其具有价格便宜、摩擦系数较大、技术成熟等优势，但是其抗压强度低、易崩边、耐磨效果较差等缺点无法满足日益苛刻的工况。
碟簧被动式摩擦片是基于新型偏航结构，对抗压、耐磨、韧性等要求更高，现有材料主要有三类：
一是高性能环氧或丙烯酸酯/石墨/聚四氟乙烯等浇注复合材料，其具有低摩擦系数、较高的抗压强度、耐磨效果佳，比酚醛树脂摩擦片有较高的提升，但是抗压性能仍然无法满足要求，且易开裂崩边，耐磨效果无法满足粗糙对偶面的切削，因而性能需要提高。
另外一种是四氟乙烯等柔性纤维布浸渍层压复合材料，由于多层编织布堆叠，其抗压强度高，但是由于编织布之间靠基体树脂粘接，因而受平行剪切力时，容易整层编织布剥离，耐磨效果较差，而且编织布随磨损程度不同，摩擦系数会随接触四氟纤维布面积不同而变化，因而对偏航力控制不利。
第三类是以PEEK(聚醚醚酮)/石墨/PTFE(聚四氟乙烯)或晶须增强的聚醚醚酮耐磨复合材料等作为耐磨抗压摩擦片，由于PEEK作为特种工程塑料，抗压强度大、耐磨效果佳、韧性较好，因而能避免前面两种材料的缺陷，但是添加石墨和PTFE粉料后，由于石墨属于层状结构、PTFE粉料作为颗粒料，影响PEEK的结晶，且易析出，因而力学性能下降厉害，耐磨效果下降明显，因而无法推广使用。另外，还有使用纳米粒子改性摩擦片，一来纳米粉料分散过程易团聚，加工难度大；二来作为刚性纳米粒子，对摩擦系数有增摩效果，不利于摩擦系数的下调。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐磨复合材料、摩擦片、风电偏航制动块及风电偏航制动系统，以解决现有技术中的摩擦片的耐磨性和力学性能不足的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种耐磨复合材料，以重量百分含量计，耐磨复合材料包括30～90％的粘结基材、3～50％的摩阻材料和3～50％的减摩材料，粘结基材包括聚醚醚酮，摩阻材料包括玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须、氧化铝晶须中的任意一种或多种，减摩材料包括铜纤维、芳纶纤维微粉、石墨纤维、含氟聚合物纤维中的任意一种或多种。
进一步地，以重量百分含量计，上述耐磨复合材料包括55～90％的粘结基材、5～25％的摩阻材料和5～25％的减摩材料。
进一步地，上述耐磨复合材料中，聚醚醚酮的粒径在13～150μm之间；优选微粉类材料或晶须类材料的直径在1～100μm之间，优选微粉类材料或晶须类材料的长径比在(10～100):1之间，优选纤维类材料为长度在1～10mm之间的短切纤维，进一步优选为长度在3～5mm之间的短切纤维。
进一步地，上述玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须、氧化铝晶须、铜纤维和石墨纤维各自独立经表面改性，表面改性为偶联剂改性或接枝改性。
进一步地，上述含氟聚合物纤维包括ETFE、PVDF、PTFE、PCTFE。
进一步地，上述粘结基材包括聚醚醚酮，摩阻材料包括玻璃纤维微粉和/或六钛酸钾晶须，减摩材料包括芳纶纤维微粉和/或含氟聚合物纤维。
根据本发明的另一方面，提供了一种摩擦片，包括支撑层和耐磨层，耐磨层采用耐磨材料制备而成，该耐磨材料为上述任一种的耐磨复合材料。
进一步地，上述摩擦片为圆片，优选圆片的厚度在5～20mm之间，直径在50～200mm之间。
进一步地，上述摩擦片还包括增强纤维布层，增强纤维布层设置在支撑层和耐磨层之间和/或嵌入支撑层中设置，增强纤维布层的网眼边长为1～5mm。
进一步地，上述增强纤维布层包括单层增强纤维布或多层增强纤维布，各增强纤维布各自独立地为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、不锈钢纤维布或聚芳酯纤维布。
进一步地，上述摩擦片包括两层增强纤维布层且分别为第一增强纤维布层和第二增强纤维布层，第一增强纤维布层嵌入支撑层设置，第二增强纤维布层设置在支撑层和耐磨层之间。
进一步地，上述第一增强纤维布层为多层增强纤维布的组合结构，第一增强纤维布层的厚度为2～6mm；第二增强纤维布层为单层增强纤维布，单层增强纤维布的厚度为0.3～1.2mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种风电偏航制动块，包括摩擦片，该摩擦片为上述任一种的摩擦片。
根据本发明的另一方面，提供了一种风电偏航制动系统，包括风电偏航制动块，该风电偏航制动块为上述的风电偏航制动块。
应用本发明的技术方案，通过对耐磨复合材料中粘结基材、摩阻材料和减摩材料的用量进行优选，同时对摩阻材料的具体选择进行了优选，实现了三者的均匀混合，从而使得各部分作用得到充分发挥。通过在上述范围内调整摩阻材料、减摩材料的用量，达到摩擦系数可定制的效果，所得到的摩擦片具有较高的耐磨性和抗压能力，在应用至风电偏航制动系统时，满足制动系统在各工况下的要求。由于本申请采用晶须、微粉或纤维作为摩阻材料或减摩材料，因此同样的添加量，比细粉料的比表面积小，对聚醚醚酮的结晶度影响小；同时由于各物料混合制作成摩擦片，因此各部分之间结合力强，摩擦时不易抽离。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中摩擦片的耐磨性和力学性能不足，为了解决该问题，本申请提供了一种耐磨复合材料、摩擦片、风电偏航制动块及风电偏航制动系统。
在本申请一种实施例中，提供了一种耐磨复合材料，以重量百分含量计，耐磨复合材料包括30～90％的粘结基材、3～50％的摩阻材料和3～50％的减摩材料，粘结基材包括聚醚醚酮，摩阻材料包括玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须(PTW晶须)、氧化铝晶须中的任意一种或多种，减摩材料包括铜纤维、芳纶纤维微粉、石墨纤维、含氟聚合物纤维中的任意一种或多种。
本申请通过对耐磨复合材料中粘结基材、摩阻材料和减摩材料的用量进行优选，同时对摩阻材料的具体选择进行了优选，实现了三者的均匀混合，从而使得各部分作用得到充分发挥。通过在上述范围内调整摩阻材料、减摩材料的用量，达到摩擦系数可定制的效果，所得到的摩擦片具有较高的耐磨性和抗压能力，在应用至风电偏航制动系统时，满足制动系统在各工况下的要求。由于本申请采用晶须、微粉或纤维作为摩阻材料或减摩材料，因此同样的添加量，比细粉料的比表面积小，对聚醚醚酮的结晶度影响小；同时由于各物料混合制作成摩擦片，因此各部分之间结合力强，摩擦时不易抽离。
进一步地，通过摩阻材料、减摩材料配比的调整，静摩擦系数可以在0.01～0.5之间调节，随着摩阻材料占比加大，摩擦系数提高，变形量减少，耐磨效果更好。
为了进一步使粘结基材、摩阻材料和减摩材料实现更好的协同作用，以重量百分含量计，优选耐磨复合材料包括55～90％的粘结基材、5～25％的摩阻材料和5～25％的减摩材料，进一步优选包括55～85％的粘结基材、15～25％的摩阻材料和5～25％的减摩材料。
本申请的耐磨复合材料中，粘结主体为有机材料，摩阻材料均为无机材料，为了避免粒径过小的摩阻材料在于粘结主体混合时出现自团聚现象，导致其作用不能充分发挥，优选上述耐磨复合材料中，聚醚醚酮的l粒径在13～150μm之间；优选微粉类材料或晶须类材料的直径在1～100μm之间，优选纤维类材料为长度在1～10mm之间的短切纤维，进一步优选为长度在3～5mm之间的短切纤维。通过对聚醚醚酮、微粉类材料和晶须类材料的粒径进行控制，使得微粉或晶须的粒径与聚醚醚酮的目数接近，进而保证了分散均一，冷压结合面达到最大化。
纤维长径比越大，抽离力值越大，但是对于物料分散与加工不利，为了保证足够结合力的前提下，保证纤维可以均匀分散在粘结基材里，优选微粉类材料或晶须类材料的长径比在(10～100):1之间，进一步优选在(15～25):1之间。
为了提高上述各无机材料与粘结基材的结合力，优选上述玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须、氧化铝晶须、铜纤维和石墨纤维各自独立经表面改性，表面改性为偶联剂改性或接枝改性。具体的改性方法可以参考现有技术，在此不再赘述。以下对偶联剂改性和接枝改性的可选择方式进行举例说明，硅烷偶联剂适用于玻纤微粉的改性，钛酸酯偶联剂适用于盐类晶须改性；而接枝改性为在表面带有活性基团(羟基、氨基、环氧基团或双键等)，通过自由基等方式接枝丙烯酸或其脂类等，提高与粘结基材的结合力，此种方式结合力强，但是高温压制中有机成分不耐高温，易碳化，因而表面改性方式选用偶联剂改性方式。
可用于本申请的含氟聚合物纤维包括但不限于ETFE、PVDF、PTFE、PCTFE。
在一种实施例中，上述粘结基材包括聚醚醚酮，摩阻材料包括玻璃纤维微粉和/或六钛酸钾晶须，减摩材料包括芳纶纤维微粉和/或含氟聚合物纤维。通过协同效应，可进一步提高耐磨性能。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种摩擦片，包括支撑层和耐磨层，耐磨层采用耐磨材料制备而成，该耐磨材料为上述任一种的耐磨复合材料。
由于本申请对耐磨复合材料中粘结基材、摩阻材料和减摩材料的用量进行优选，同时对摩阻材料的具体选择进行了优选，实现了三者的均匀混合，从而使得各部分作用得到充分发挥。通过在上述范围内调整摩阻材料、减摩材料的用量，达到摩擦系数可定制的效果，所得到的摩擦片具有较高的耐磨性和抗压能力，在应用至风电偏航制动系统的摩擦片时，满足制动系统在各工况下的要求。由于本申请采用晶须、微粉或纤维作为摩阻材料或减摩材料，因此同样的添加量，比细粉料的比表面积小，对聚醚醚酮的结晶度影响小；同时由于各物料混合制作成摩擦片，因此各部分之间结合力强，摩擦片应用时不易抽离。
采用本申请的耐磨复合材料制备上述耐磨层的工艺可以采用现有技术中常规的工艺，当使用短切纤维时，为了提高各组分的流动性，优选成型工艺采用高温模压工艺，典型的工艺路线如下：物料经混合后依次进行冷压、热压和后处理工艺，即可得摩擦片。
本申请的摩擦片可以为圆片也可以为其它形状，优选为圆片，优选圆片的厚度在5～20mm之间，直径在50～200mm之间，以实现持久的耐磨效果。
在本申请一种优选的实施例中，上述摩擦片还包括增强纤维布层，增强纤维布层设置在支撑层和耐磨层之间和/或嵌入支撑层中设置，增强纤维布层的网眼边长为1～5mm。
使用增强纤维布层提高摩擦片的抗压能力；而且采用的增强纤维布层中的网眼为大网眼，因此使得在层压过程中支撑层和耐磨层的粘结材料可以穿过该增强纤维布层而将两层牢固粘结，同时增强纤维布层被包裹在支撑层和耐磨层的粘结材料中既可以为摩擦片提供足够的抗压强度有再一定程度上缓冲了增强纤维布层的硬应力。
如前所述增强纤维布层的主要作用是用于增强摩擦片的抗压能力，但是同时也希望其能够和支撑层耐磨层形成良好的粘结，因此本申请对增强纤维布层的结构进行了进一步的试验，增强纤维布层包括单层增强纤维布或多层增强纤维布，各增强纤维布各自独立地为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、不锈钢纤维布或聚芳酯纤维布。
在一种优选的实施例中，上述摩擦片包括两层增强纤维布层且分别为第一增强纤维布层和第二增强纤维布层，第一增强纤维布层嵌入支撑层设置，第二增强纤维布层设置在支撑层和耐磨层之间。在支撑层中嵌入第一增强纤维布层同时在支撑层和耐磨层之间设置第二增强纤维布层，将增强纤维布层分开设置，从而既可以充分提高摩擦片的抗压能力，同时有尽可能减少对层间粘结力的影响。优选地，第一增强纤维布层为多层增强纤维布的组合结构，第一增强纤维布层的厚度为2～6mm；第二增强纤维布层为单层增强纤维布，单层增强纤维布的厚度为0.3～1.2mm。
可通过加热模压的工艺一体成型，可以压制具有本发明耐磨层、中间大网眼玻纤布、具有高强度PEEK增强作用支撑层等三层复合圆片，可用于风力发电、汽车、机器电气等轴承与慢速制动领域。
或者通过冷压本发明耐磨层，在其正中位置放置同直径玻纤布，添加具有增强纤维改性PEEK圆片作为支撑层，一次性冷压三层结构形成冷压片，在加热加压的条件下压制成型，经过机加工为指定尺寸的摩擦片。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种风电偏航制动块，包括摩擦片，该摩擦片为上述任一种的摩擦片，由于本申请的摩擦片的耐磨性和力学性能较高，因此具有其的风电偏航制动块的偏航制动能力更可靠。
在本申请再一种典型的实施方式中，提供了一种风电偏航制动系统，包括一种风电偏航制动块，该风电偏航制动块为上述的风电偏航制动块。本申请的风电偏航制动系统的风电偏航制动块的制动能力更可靠，因此使得该风电偏航制动系统的制动效果更好。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
粘结主体质量含量为70％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用10％质量含量的硅烷偶联剂改性的玻纤微粉(维佳复合材料有限公司，直径为5μm、长径比为15:1)和15％质量含量的钛酸酯偶联剂改性的PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径为3μm，长径比为17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径为2μm、长径比为25:1)，质量含量为5％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例2
粘结主体含量为90％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用5％质量含量的氧化铝晶须(北京北新新材料科技有限公司，直径为1μm，长径比为25:1)，减摩材料选用5％质量含量的PVDF短切纤维(苏膜超滤科技(苏州)有限公司，中空纤维分切成线径50μm，长度3mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例3
粘结主体含量为55％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为150μm)，摩阻材料选用20％质量含量的硫酸钡晶须(江苏锡沂高新区科技发展有限公司，直径10μm，长径比为20:1)，减摩材料选用20％质量含量的铜纤维(临沂鑫盛摩擦材料有限公司，100μm直径，长度3mm)、5％质量含量的PTFE纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径1μm，长度3mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例4
粘结主体含量为72％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为13μm)，摩阻材料选用10％质量含量的钛酸酯偶联剂改性硫酸钡晶须(江苏锡沂高新区科技发展有限公司，直径10μm，长径比为20:1)，减摩材料选用15％质量含量的芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径为2μm、长径比为25:1)和3％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径1μm，长度5mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例5
粘结主体含量为55％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为48μm)，摩阻材料选用10％质量含量的钛酸酯偶联剂改性硫酸钙晶须(江苏锡沂高新区科技发展有限公司，直径10μm，长径比为20:1)，减摩材料选用15％质量含量的芳纶微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径为2μm、长径比为25:1)和20％质量含量的ETFE短切纤维(线径10μm，长度3mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例6
粘结主体质量含量为30％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为48μm)，摩阻材料选用35％质量含量的钛酸酯偶联剂改性硫酸钡晶须(江苏锡沂高新区科技发展有限公司，直径10μm，长径比为20:1)，减摩材料选用10％质量含量的芳纶微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径为2μm、长径比为25:1)和25％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径2μm，长度3mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例7
粘结主体含量为50％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用25％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为25％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例8
粘结主体含量为50％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用25％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为5％芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)和20％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径2μm，长度1mm)。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例9
粘结主体含量为80％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用5％质量含量的硅烷偶联剂改性玻纤微粉(维佳复合材料有限公司，直径5μm，长径比15:1)和5％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为5％芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)和5％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径2μm，长度10mm)。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例10
粘结主体含量为90％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用5％质量含量的硅烷偶联剂改性玻纤微粉(维佳复合材料有限公司，直径5μm，长径比15:1)，减摩材料选用5％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径2μm，长度3mm)。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例11
粘结主体含量为90％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用5％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为5％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例12
粘结主体含量为70％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用25％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为5％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
实施例13
粘结主体含量为70％，选用PEEK(英国威格斯450G，粒径为75μm)，摩阻材料选用5％质量含量的钛酸酯偶联剂改性PTW晶须(上海典扬实业有限公司，直径3μm，长径比17:1)，减摩材料选用芳纶纤维微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径2μm，长径比25:1)，质量含量为25％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
对比例1
粘结主体含量为90％，粒径为75μm，材料为PEEK(英国威格斯450G)，摩阻材料选用5％质量含量的碳纤维(深圳市东利电子有限公司，GJ-CF400，直径5μm，长径比7:1)，减摩材料选用粒径为48μm的聚四氟乙烯粉料(日本大金)质量含量为5％。通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
对比例2
粘结主体质量含量为20％，材料为PEEK(英国威格斯450G，粒径为48μm)，摩阻材料选用10％质量含量的钛酸酯偶联剂改性硫酸钡晶须(江苏锡沂高新区科技发展有限公司，直径10μm，长径比为20:1)，减摩材料选用10％质量含量的芳纶微粉(深圳市特力新材料科技有限公司，1414芳纶粉，直径为2μm、长径比为25:1)和60％质量含量的PTFE短切纤维(上海金由氟材料股份有限公司，线径2μm，长度3mm)，通过200MPa压力下冷压成圆片，再在400℃、20MPa下，保温40min，冷却后得到压制的摩擦圆片。
对所得摩擦圆片性能的摩擦系数、耐磨性能、抗压强度和噪音进行检测，检测方法为销盘模式摩擦测试设备测试摩擦系数与耐磨性能，抗压强度使用标准GBT 1041-2008塑料压缩性能的测定；噪音在配合摩擦测试设备测试时，距离摩擦圆片1米处用声级计测得音量，检测结果见表1。
表1
| 静摩擦系数 | 耐磨性能，mm/km | 抗压强度MPa | 噪音，dB | |
| 实施例1 | 0.4 | 0.02 | 230 | ＜84 |
| 实施例2 | 0.3 | 0.02 | 200 | ＜80 |
| 实施例3 | 0.25 | 0.025 | 202 | ＜82 |
| 实施例4 | 0.2 | 0.01 | 230 | ＜80 |
| 实施例5 | 0.1 | 0.01 | 200 | ＜80 |
| 实施例6 | 0.1 | 0.24 | 134 | >90 |
| 实施例7 | 0.25 | 0.015 | 220 | ＜80 |
| 实施例8 | 0.15 | 0.01 | 215 | ＜80 |
| 实施例9 | 0.2 | 0.02 | 220 | ＜80 |
| 实施例10 | 0.1 | 0.01 | 200 | ＜80 |
| 实施例11 | 0.15 | 0.015 | 205 | ＜80 |
| 实施例12 | 0.4 | 0.015 | 220 | ＜84 |
| 实施例13 | 0.15 | 0.01 | 225 | ＜80 |
| 对比例1 | 0.2 | 1.50 | 180 | >85 |
| 对比例2 | 0.05 | 0.01 | 80 | ＜80 |
通过实施例6与前面实施例的对比，可以看出粘结基材是保证抗压强度的关键材料。通过对比例1与实施例比较，颗粒状与层状结构填料会使得摩擦圆片耐磨性能急剧下降。而对比例2与实施例的对比说明了减摩纤维添加量增加，抗压强度降得厉害。通过所有实施例可以得出，通过调整摩阻纤维与减摩纤维的比例可以调整到0.1～0.4之间的摩擦系数。
此外，将实施例1的摩擦圆片作为耐磨层，厚度为6mm。
支撑层组成为：聚醚醚酮(PEEK)(英国威格斯450G，粒径为75μm)质量分数50％，表面改性硫酸钙晶须质量分数50％(郑州博凯利生态工程有限公司，直径1μm，长径比为1:300)。
按照以下实施例的方式制作摩擦片。
实施例14:
支撑层和耐磨层之间设置1层厚度为1.2mm左右的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为1mm左右。
压制过程为：将混合好的支撑层原料在50MPa的压力下，预压成型，厚度为4mm，放置上述单层增强玻璃纤维布，厚度为1.2mm，网眼边长为1mm，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成8mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
实施例15
支撑层和耐磨层之间设置3层厚度均为1mm的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为4mm左右。
热压过程为：将混合好的上述支撑层在50MPa的压力下，预压成型，厚度为6mm，放置单层增强玻璃纤维布，厚度为1mm，网眼为四角网眼、边长为4mm，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成10mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
实施例16
支撑层由两层组成。
支撑层内嵌设有3层厚度均为0.8的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为5mm左右，支撑层和耐磨层之间设置有厚度为一层1mm的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为5mm。
热压过程为：将混合好的支撑层原料在50MPa的压力下，预压成型，厚度为2mm，放置单层增强玻璃纤维布，厚度为0.8mm，网眼边长为5mm，倒入相同分量的支撑层料，继续50MPa冷压，三层厚度为5mm；放置单层增强玻璃纤维布层，厚度为1.2mm，网眼边长为5mm，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成12mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
实施例17
支撑层由两层组成。
支撑层内嵌设有3层厚度均为0.3的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为5mm左右，支撑层和耐磨层之间设置有厚度为一层1mm的玻璃纤维布，网眼为四角网眼、网眼边长为5mm。
热压过程为：将混合好的支撑层原料在50MPa的压力下，预压成型，厚度为2mm，放置单层增强玻璃纤维布，厚度为0.8mm，网眼边长为5mm，倒入相同分量的支撑层料，继续50MPa冷压，三层厚度为5mm；放置单层增强玻璃纤维布层，厚度为1.2mm，网眼边长为5mm，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成12mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
对比例3
支撑层和耐磨层二者接触进行热压，热压过程：将混合好的支撑层原料在50MPa的压力下，预压成型，厚度为6mm，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成12mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
对比例4
支撑层和耐磨层二者中间采用平纹玻纤布增强(厚度0.4mm，400g/m2)，热压过程：将混合好的支撑层原料在50MPa的压力下，预压成型，厚度为4mm，放置单层增强玻璃纤维布，厚度0.4mm，400g/m2，再放置本发明耐磨层，拨平后，在200MPa的压力下，保压2min，脱模成8mm厚多层复合冷压片。再在400℃温度、20MPa压力下，保温40min，冷却后得到压制的多层复合摩擦圆片。
对各实施例14至16和对比例3和4得到的摩擦片进行抗压能力和层间粘结力进行测试，测试方法为GBT 1041-2008塑料压缩性能的测定；层间结合力借鉴JGJT110-2017建筑工程饰面砖粘结强度检测标准，剥离方向由垂直拉取变为平行剪切，测试结果见表2。
表2
| 抗压能力(MPa) | 层间剪切力(MPa) | |
| 实施例14 | 280 | 20 |
| 实施例15 | 320 | 18 |
| 实施例16 | 360 | 16 |
| 实施例17 | 330 | 17 |
| 对比例3 | 200 | 23 |
| 对比例4 | 280 | 1 |
通过实施例14～16与对比例3的对比可以说明，玻纤布增强层能够大幅度提高摩擦片的抗压强度；而通过实施例14～17与对比例4的对比可以说明，大网眼增强纤维布可以在提高抗压强度的前提下，保证了层间的结合力，避免在长期交变载荷下，由于层间结合力弱，复合摩擦片层间剥离或开裂而失效。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过对耐磨复合材料中粘结基材、摩阻材料和减摩材料的用量进行优选，同时对摩阻材料的具体选择进行了优选，实现了三者的均匀混合，从而使得各部分作用得到充分发挥。通过在上述范围内调整摩阻材料、减摩材料的用量，达到摩擦系数可定制的效果，所得到的摩擦片具有较高的耐磨性和抗压能力，在应用至风电偏航制动系统时，满足制动系统在各工况下的要求。由于本申请采用晶须、微粉或纤维作为摩阻材料或减摩材料，因此同样的添加量，比细粉料的比表面积小，对聚醚醚酮的结晶度影响小；同时由于各物料混合制作成摩擦片，因此各部分之间结合力强，摩擦时不易抽离。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种耐磨复合材料，其特征在于，以重量百分含量计，所述耐磨复合材料包括30～90％的粘结基材、3～50％的摩阻材料和3～50％的减摩材料，所述粘结基材包括聚醚醚酮，所述摩阻材料包括玻璃纤维微粉、硫酸钡晶须、六钛酸钾晶须、氧化铝晶须中的任意一种或多种，所述减摩材料包括铜纤维、芳纶纤维微粉、石墨纤维、含氟聚合物纤维中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于，以重量百分含量计，所述耐磨复合材料包括55～90％的所述粘结基材、5～25％的所述摩阻材料和5～25％的所述减摩材料。
3.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于，所述耐磨复合材料中，所述聚醚醚酮的粒径在13～150μm之间；优选微粉类材料或晶须类材料的直径在1～100μm之间，优选微粉类材料或晶须类材料的长径比在(10～100):1之间，优选纤维类材料为长度在1～10mm之间的短切纤维，进一步优选为长度在3～5mm之间的短切纤维。
4.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维微粉、所述硫酸钡晶须、所述六钛酸钾晶须、所述氧化铝晶须、所述铜纤维和所述石墨纤维各自独立经表面改性，所述表面改性为偶联剂改性或接枝改性。
5.根据权利要求1所述的耐磨复合材料，其特征在于，所述含氟聚合物纤维包括ETFE、PVDF、PTFE、PCTFE。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的耐磨复合材料，其特征在于，所述粘结基材包括聚醚醚酮，所述摩阻材料包括玻璃纤维微粉和/或六钛酸钾晶须，所述减摩材料包括芳纶纤维微粉和/或含氟聚合物纤维。
7.一种摩擦片，包括支撑层和耐磨层，所述耐磨层采用耐磨材料制备而成，其特征在于，所述耐磨材料为权利要求1至6中任一项所述的耐磨复合材料。
8.根据权利要求7所述的摩擦片，其特征在于，所述摩擦片为圆片，优选圆片的厚度在5～20mm之间，直径在50～200mm之间。
9.根据权利要求7所述的摩擦片，其特征在于，所述摩擦片还包括增强纤维布层，所述增强纤维布层设置在所述支撑层和所述耐磨层之间和/或嵌入所述支撑层中设置，所述增强纤维布层的网眼边长为1～5mm。
10.根据权利要求9所述的摩擦片，其特征在于，所述增强纤维布层包括单层增强纤维布或多层增强纤维布，各所述增强纤维布各自独立地为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、不锈钢纤维布或聚芳酯纤维布。
11.根据权利要求9或10所述的摩擦片，其特征在于，所述摩擦片包括两层增强纤维布层且分别为第一增强纤维布层和第二增强纤维布层，所述第一增强纤维布层嵌入所述支撑层设置，所述第二增强纤维布层设置在所述支撑层和耐磨层之间。
12.根据权利要求11所述的摩擦片，其特征在于，所述第一增强纤维布层为多层增强纤维布的组合结构，所述第一增强纤维布层的厚度为2～6mm；所述第二增强纤维布层为单层增强纤维布，所述单层增强纤维布的厚度为0.3～1.2mm。
13.一种风电偏航制动块，包括摩擦片，其特征在于，所述摩擦片为权利要求7至12中任一项所述的摩擦片。
14.一种风电偏航制动系统，包括风电偏航制动块，其特征在于，所述风电偏航制动块为权利要求13所述的风电偏航制动块。
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