CN114276047A - 一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于摩擦材料技术领域，特别涉及一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法，该高强耐磨摩擦材料包括玄武岩纤维8~12份、石墨烯微胶囊0.5~2份、石墨10~16份、复合纤维25~35份、丁腈胶粉2~3份、酚醛树脂5~6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份。由玄武岩纤维和其他纤维作为增强纤维，石墨烯微胶囊作为填料的多元复合材料，该制备方法解决玄武岩纤维易团聚、分散不均匀的问题，并避免产品摩擦面因纤维拔出而出现较大缺陷；同时将石墨烯包裹在微胶囊添加到摩擦材料中，解决石墨烯不易分散均匀，与树脂界面结合强度低的问题。
Description
技术领域
本发明属于摩擦材料技术领域，特别涉及一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料是一种多元复合材料，是由粘接剂、增强纤维和填料三大主要组分经一系列加工工艺制造而成，其制品不仅要具有良好的摩擦性能，同时还要具有良好的耐热性和机械强度。
玄武岩纤维具有优异的耐高温性能、突出的力学性能，良好的吸音性能及绿色环保等特点，是一种综合性能优异、性价比高的新型无机纤维材料。玄武岩纤维用于摩擦材料已有报导，例如，现有技术 CN 103410893 B 披露了一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法，类似的还有现有技术CN 108659288 A披露的高速重载玄武岩短纤维增强橡胶基摩擦材料及其制备方法。现有技术中用到的玄武岩纤维的长度一般在3mm以上，试验中发现存在以下两个问题：（1）纤维太长，在混料过程中容易团聚，不易分散均匀；（2）由于纤维较长，容易导致摩擦面因纤维拔出而出现较大缺陷。
另外，石墨烯因其低层间剪切力和高模量而表现出优良的润滑性和承载性。相比传统材料，石墨烯在提升复合材料摩擦磨损性能方面具有更突出的优势，被广泛研究应用于摩擦材料领域。石墨烯摩擦复合材料的核心问题是石墨烯的分散及与其它组分的相容性问题，以形成协同效应，使材料的摩擦磨损性能达到最优范围。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，本发明提供一种高强耐磨摩擦材料及其制备方法，解决玄武岩纤维易团聚、分散不均匀的问题，并避免产品摩擦面因纤维拔出而出现较大缺陷。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强耐磨摩擦材料，其特征在于，包括玄武岩纤维8~12份、石墨烯微胶囊0.5~2份、石墨10~16份、复合纤维25~35份、丁腈胶粉2~3份、酚醛树脂5~6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份。
具体的，所述玄武岩纤维长度为0.5mm~1.5mm，直径为7um~13um。
具体的，所述复合纤维包含金属纤维、陶瓷纤维和有机纤维。
具体的，所述石墨烯微胶囊芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂。
具体的，所述的石墨烯为多层石墨烯，粒径为5~25um。
本发明还提供上述任一项高强耐磨摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玄武岩纤维预处理：将市面上常规的玄武岩短切纤维处理成长度为0.5~1.5mm的超短纤维，并用硅烷偶联剂对其表面进行处理；
（2）石墨烯微胶囊制备：采用化学包覆的方法制备芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂的微胶囊；
（3）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀；
（4）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型；
（5）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化得到高强耐磨摩擦材料。
优选的，所述步骤（4）中成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次，热压压力为20MPa，压制时间为15min。
优选的，所述步骤（5）中后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出。
与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：
本发明设计了一种由玄武岩纤维和其他纤维作为增强纤维，石墨烯微胶囊和石墨作为填料的多元复合材料，（1）其中玄武岩成本低绿色环保，具有突出的力学性能，通过预处理工艺制备长度为0.5~1.5mm的玄武岩短纤维，解决玄武岩纤维易团聚、分散不均匀的问题，并避免产品摩擦面因纤维拔出而出现较大缺陷；（2）石墨烯和石墨填充摩擦材料的同时，承载耐磨和润滑的作用，将石墨烯包裹在微胶囊添加到摩擦材料中，解决石墨烯不易分散均匀，与树脂界面结合强度低的问题。所制的摩擦材料摩擦系数稳定，耐磨损性能好，剪切强度高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
（1）玄武岩纤维预处理：将市面上长度为3mm，直径13um的玄武岩短切纤维处理成长度为0.5~1.5mm的超短纤维，并用硅烷偶联剂对其表面进行处理；
（2）石墨烯微胶囊制备：采用化学包覆的方法制备芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂的微胶囊。
（3）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀，其中玄武岩纤维8份、石墨烯微胶囊1份、石墨16份、复合纤维35份、丁腈胶粉2份、酚醛树脂6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份；
（4）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型，成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次、热压压力为20MPa、压制时间为15min；
（5）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化，后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出，得到高强耐磨摩擦材料。
实施例2
（1）玄武岩纤维预处理：将市面上长度为3mm，直径13um的玄武岩短切纤维处理成长度为0.5~1.5mm的超短纤维，并用硅烷偶联剂对其表面进行处理；
（2）石墨烯微胶囊制备：采用化学包覆的方法制备芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂的微胶囊；
（3）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀，其中玄武岩纤维12份、石墨烯微胶囊2份、石墨15份、复合纤维31份、丁腈胶粉2份、酚醛树脂6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份；
（4）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型，成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次、热压压力为20MPa、压制时间为15min；
（5）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化，后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出，得到高强耐磨摩擦材料。
对比实施例1
对比实施例1与实施例1的区别是：对比实施例1中加入的是未处理的玄武岩纤维和未经包覆的石墨烯，实施例1中加入的是处理过的玄武岩纤维和微胶囊包覆的石墨烯。
（1）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀，其中玄武岩纤维8份、石墨烯1份、石墨16份、复合纤维35份、丁腈胶粉2份、酚醛树脂6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份；
（2）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型，成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次、热压压力为20MPa、压制时间为15min；
（3）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化，后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出，得到摩擦材料。
对比实施例2
对比实施例2与实施例2的区别是：对比实施例中2加入的是未处理的玄武岩纤维和未经包覆的石墨烯，实施例2中加入的是处理过的玄武岩纤维和微胶囊包覆的石墨烯。
（1）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀，其中玄武岩纤维12份、石墨烯2份、石墨15份、复合纤维31份、丁腈胶粉2份、酚醛树脂6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份；
（2）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型，成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次、热压压力为20MPa、压制时间为15min；
（3）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化，后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出，得到摩擦材料。
性能测试
备注：技术指标要求摩擦系数0.41/0.39±10% ，磨损率≤1.5%，剪切强度≥4MPa。
Claims (8)
1.一种高强耐磨摩擦材料，其特征在于，包括玄武岩纤维8~12份、石墨烯微胶囊0.5~2份、石墨10~16份、复合纤维25~35份、丁腈胶粉2~3份、酚醛树脂5~6份、硫酸钡16份、硫化铁4份、氧化镁4份、氧化铝3份、铬铁矿5份。
2.根据权利要求1所述高强耐磨摩擦材料，其特征在于，所述玄武岩纤维长度为0.5mm~1.5mm，直径为7um~13um。
3.根据权利要求1所述高强耐磨摩擦材料，其特征在于，所述复合纤维包含金属纤维、陶瓷纤维和有机纤维。
4.根据权利要求1所述高强耐磨摩擦材料，其特征在于，所述石墨烯微胶囊芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂。
5.根据权利要求1所述高强耐磨摩擦材料，其特征在于，所述的石墨烯为多层石墨烯，粒径为5~25um。
6.一种权利要求1~5任一项所述高强耐磨摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）玄武岩纤维预处理：将市面上常规的玄武岩短切纤维处理成长度为0.5~1.5mm的超短纤维，并用硅烷偶联剂对其表面进行处理；
（2）石墨烯微胶囊制备：采用化学包覆的方法制备芯材为石墨烯，壳材为氨基树脂的微胶囊；
（3）配料与混料：按比例称取各种物料，采用犁耙式混料机进行搅拌混合，使各种物料分散均匀；
（4）热压成型：按单件产品重量称取物料，装于模具中进行模压成型；
（5）后固化处理：将热压成型后的预制件放入电热恒温鼓风干燥箱中进行后固化得到高强耐磨摩擦材料。
7.根据权利要求6所述高强耐磨摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中成型温度为170℃，预压时间45s，泄压排气次数为5次，热压压力为20MPa，压制时间为15min。
8.根据权利要求6所述高强耐磨摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中后固化工艺为：80℃保温2h，升温至120℃保温2h，再次升温160℃保温2h，最后升温至200℃保温2h后取出。
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