CN1228410C - 一种改进型纸基摩擦材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制作机械、车辆、船舶等动力传输、制动总成中的摩擦片的纸基摩擦材料及其制造方法。其主要组份的重量百分比为：基体40-60%；摩擦剂5-10%；摩擦调整剂：4-20%；成形剂：15-35%。其方法是按上述比例称量各组份，进行疏解制得浆料；对浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板帖合、热固化得成品。本发明提供的是一种摩擦系数高、耐磨性好、耐热性优良的摩擦材料；且产品制造工艺和产品质量易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种纸基摩擦材料，特别是一种用于制作机械、车辆、船舶等动力传输、制动总成中的摩擦片的纸基摩擦材料及其制造方法。
背景技术
湿式纸基摩擦材料作为湿式离合器的主要摩擦材料，主要的应用领域之一是始自汽车自动变速器，这种离合器片吸收的能量较低，并有大量的冷却油，设计上选择纸基摩擦材料的动机是考虑到纸基摩擦材料是借助造纸技术发展起来的一种材料，能工业化生产，价格低，同时动静摩擦系数高，可以使离合器的结构缩小。
CN1084447C公开了“一种纸基摩擦材料及其制造方法”，它是选用竹纤维或/和木纤维作为基体，加入摩擦剂和摩擦调整剂，用热固性树脂FM2123P酚醛树脂作为成形剂浸渍固结而成。这种纸基摩擦材料由于其基体没有耐高温的纤维材料，所选用的成形剂实质上又仅是一种未改性的普通酚醛树脂，在实际使用中无论耐热性和耐磨性都存在不足。
上述专利所述的制造方法是采用湿式球磨法，这种方法每次都必须进行球料分离操作，显然实现工业化生产难度较大，特别是为了提高摩擦系数，在摩擦剂中添加重晶石粉或铸石粉，这两种原料比重与纸纤维的比重相差十分悬殊，这在造纸工艺中，其下沉速度快，很难制造出成份均匀的纸基摩擦材料，从而造成产品性能不稳定，产品质量难控制。
而且，大家也知道，纸基摩擦材料的生产工艺希望能控制纸基摩擦衬片的性能，使其与贴合在芯板上后的性能基本趋于一致，这就要求纸基摩擦材料浸渍成形剂后基本处于所要求的最终状态，所有的成份都各就各位，处于最终的含量，没有进一步的化学反应和密度孔隙率的变化，而上述专利所公开的方法中，成形剂浸渍后进行的是60-80℃的热定形工艺，实际上这种工艺得到的纸基摩擦衬片的性能还未定形，因为普通酚醛树脂的熔化温度在100℃以上，凝胶固化温度在150℃以上，可见用上述工艺后的纸基摩擦衬片贴合在芯板上进行热固化，还要进一步发生化学反应，其密度和孔隙率都要发生变化，显然该工艺难于控制最终产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摩擦系数高、耐磨性好、耐热性优良的改进型纸基摩擦材料。
本发明的另一目的在于提供产品质量易于控制的纸基摩擦材料的制造方法。
本发明是这样实现的：一种改进型纸基摩擦材料，其主要组份的重量百分比为：基体采用竹纤维和纳凯夫纤维(商品名称：NACF复合纤维)40-60％；摩擦剂采用硅藻土和二氧化硅5-10％；摩擦调整剂：4-20％；成形剂：腰果油改性酚醛树脂：15-35％。本发明由于基体采用了耐温性能优良的纳凯夫纤维，以及与其他相关组份的合理配比，从而使本发明所述的纸基摩擦材料耐热性能等得到提高。
上述基体中竹纤维和纳凯夫纤维的配比量，以在基体总量不变的情况下，按3-4∶1配比为佳；上述摩擦剂中硅藻土和二氧化硅的配比量，以在摩擦剂总量不变的情况下，可任意配比。
上述成形剂最好选用腰果油改性酚醛树脂。
上述摩擦调整剂是滑石粉或/和云母粉或/和石墨粉。
为了提高产品的静摩擦系数，摩擦调整剂中可适当加入丁腈橡胶粉，其加入量为摩擦调整剂总量的0-4％。
本发明还可另加入着色剂即各种染料，其加入量为上述各组份总量的0-5％。
为了进一步增加本发明所述的纸基摩擦材料的摩擦、耐久、抗磨损和阻热性能，上述成品可对其进行表面浸渍处理，所采用的表面浸渍剂为硅酸盐和树脂酒精混合溶液。
上述硅酸盐和树脂酒精混合溶液具体是指至少含28％二氧化硅的硅酸盐溶液和腰果油改性酚醛树脂含量为3-4％的树脂酒精混合溶液，且两种溶液的混合配比关系是1-3∶1。
本发明的另一目的是这样实现的：一种改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：按上述比例称量各组份，并对基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行疏解制得浆料；对浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板帖合、热固化得成品。
如果要提高摩擦、耐久、抗磨损和阻热性能，上述成品可再对其进行表面浸渍处理，热固化得最终成品。
借助造纸工艺发展起来的纸基摩擦材料，首先是把各组份作成浆料，进而在造纸机上实现摩擦原纸的抄造，为了使各组份在水中能得到均匀混合，在悬浮浆液中下沉速度相差不大，从而抄造出组份均匀、厚薄均匀的纸页，各组份以下列参数为最佳：竹纤维和纳凯夫纤维长度介于1.4-8mm之间，纤维平均直径介于0.01-0.06mm之间；硅藻土的纯度为88％，二氧化硅的纯度为95％，硅藻土和二氧化硅的颗粒大小为-200目；石墨粉、滑石粉、云母粉颗粒形状为鳞片状，颗粒大小为-200目，丁腈橡胶颗粒大小为30-40目。
一种改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：按上述比例称量各组份，并对基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行疏解制得浆料，加入着色剂进行染色；对染色后的浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板帖合、热固化；用表面浸渍剂进行表面浸渍处理、热固化得成品。
制造改进型纸基摩擦材料的具体方法是：将疏解后的含干基体量为25-30％的湿浆料，按比例加入摩擦剂和摩擦调整剂后，投料进搅拌机中，再加入含染料的水溶液即着色剂，水溶液总量为基体、摩擦剂和摩擦调整剂总量的5-8倍，水溶液温度为80-90℃，搅拌时间20-30分钟，之后放置2-4小时；再进行碎浆和抄造原纸，其中碎浆度为40°-50°，抄造原纸是在改良型的长网造纸机上；进行热固化的温度为160-180℃，固化时间为1-2小时；进行表面浸渍处理是待表面浸渍剂中的溶剂挥发后，再热固化，热固化的温度仍为160-180℃，固化时间为1-2小时。
本发明针对纸基摩擦材料的广泛应用和可以通过配方和工艺的调整获得各种水平摩擦性能的固有特点，提出一种用着色剂对浆料进行染色而得到不同颜色的纸基摩擦材料，也即用颜色来直观地标明不同摩擦性能的纸基摩擦材料，这种特别适用于制造汽车自动变速器摩擦片纸基摩擦材料。
本发明加入着色剂是这样实现的：它是根据摩擦片的颜色要求，而加入不同的染料和摩擦调整剂，比如：浅色的加入滑石粉和云母粉，深色的加石墨粉；又比如：欲得到桔黄色纸基摩擦材料：是在浆料中加入直接染料黄色3％和红色染料0.9％；欲得到褐灰色纸基摩擦材料：是在浆料中加入直接染料黑色1％和嫩黄色染料0.2％；欲得到军绿色纸基摩擦材料：是在浆料中加入直接染料墨绿色1％和嫩黄色0.2％；欲得到黑色纸基摩擦材料：是在浆料中加入直接染料黑色1.3％；欲得到咖啡色纸基摩擦材料：是在浆料中加入直接染料深棕色1％和嫩黄色0.2％。
本发明中，舍弃了木纤维和FM2123P酚醛树脂及重晶石粉和铸石粉，而采用耐温性能优良的纳凯夫纤维和腰果油改性酚醛树脂，从而使本发明所述的纸基摩擦材料耐热性能得到提高。这是因为木纤维仅是普通的纸纤维，而纳凯夫纤维的主要成份是硅、钙、铝、镁等元素的氧化物，无论从对摩擦材料的增强效果和耐高温性能都大大优于木纤维，而其纤维长度、粗细度及成本均与木纤维相当；在提高纸基摩擦材料的摩擦性能和耐热性能等诸方面，腰果油改性酚醛树脂均优于FM2123P酚醛树脂；由于舍弃了重晶石粉和铸石粉，所以在制造过程中，在水浆的混均工序更容易，产品的质量更于控制。
为了改善本发明所述纸基摩擦材料的摩擦、耐久、抗磨损和阻热性能，在本发明中加入了一种摩擦材料的表面浸渍剂，解决了产品的初期磨损量，其耐磨性得到了极大地提高。大家知道，纸基摩擦材料是靠油膜来传递扭矩的，所以对纸基摩擦材料的表面状态和对偶片的表面光洁度提出了更高的要求。在纸基摩擦材料进行表面浸渍处理后，形成了外涂层，这相当于在纸基摩擦材料表面上了一层如人的牙齿表层的釉质，使本发明具有出色的完整性和光洁度，对本发明的耐磨性起到了重要作用。
本发明所述及的制造方法，舍弃了湿式球磨工艺和热定形工艺，而采用造纸行业的碎浆机和树脂摩擦材料的热固化工艺，这样更利于工业化生产。这是因为球磨工艺中，瓷球的重量和体积影响了浆料的产量，且每次都必须做球料分离的操作，额外地增加了劳动量，难于实现工业化生产，而采用碎浆机，浆料反复经过一对滚刀被截短和混合均匀，只需控制碎浆度，浆料质量便得到控制，结束时只需打开溢浆阀，所得浆料就可全部放出，从制浆生产量和制浆工艺，显然是一种工业化的生产工艺。
也正由于本发明是先用成形剂树脂酒精溶液浸渍，热固化形成第一层，然后用硅酸盐和树脂酒精混合溶液浸渍，加热除去溶剂并固化硅酸盐，由于二氧化硅粒子弥散在基体表面形成比第一层有更高摩擦系数的第二层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：制备一种褐灰色摩擦片的方法
各组份配比关系如表1
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 30.0 |
| 纳凯夫纤维 | 20.0 |
| 硅藻土粉 | 6.0 |
| 二氧化硅粉 | 3.0 |
| 石墨粉 | 12.0 |
| 云母粉 | 5.0 |
| 丁腈橡胶粉 | 3.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 21.0 |
| 着色剂(染料) | 黑色1％，嫩黄色0.2％ |
| 表面浸渍剂 | 硅酸盐∶树脂酒精溶液＝1∶1 |
具体过程：按上表称取竹纤维和纳凯夫纤维，加水润胀，投入到碎浆机中，加水调整浓度为2-3％，疏解30-40分钟，并检查浆料中无1mm2大小的纤维团块，以证明疏解合格，然后除去多余水份使得基体含量为25-30％的湿浆料；再按比例加入硅藻土粉、二氧化硅粉、石墨粉、云母粉和丁腈橡胶粉；
按比例称取上述着色剂并加入温度为80-90℃的热水，进行搅拌至着色剂完全溶解后，将疏解好的湿浆料、摩擦剂、摩擦调整剂再加入，一起继续搅拌20-30分钟，染色后的上述配料放置2-4小时，再注入碎浆机中进行碎浆，碎浆浓度仍为2-3％，当碎浆度达到40-50°时，打开溢流阀，将浆料注入到储浆池中，加水调整浆液浓度为1.8-2％上抄纸机抄造成原纸，原纸压榨至技术要求的厚度，烘干、冲裁，用腰果油改性酚醛树脂浸渍(树脂酒精浓度为30％)，晾干后进行热固化，固化温度为160-180℃，时间1-2小时，得到褐灰色的摩擦纸。
按常规制成摩擦片，并进行表面浸渍处理，最后热固化得成品，其中固化温度为160-180℃，时间1-2小时。
比较例：采用CN1084447C公开的制造方法制得纸基摩擦片。
用实施例1制得的纸基摩擦片与比较例制得的纸基摩擦片在离合器综合试验台上用同样条件进行性能测试，结果见表2：
| 试验条件 | 台架主轴转速1500，润滑油温度100℃，润滑油牌号15W/40SE | |||||||||||||
| 测量项目 | 实施例1 | 比较例 | ||||||||||||
| 静摩擦力矩N.M | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 | ||
| 70.4 | 68.6 | 68.4 | 67.3 | 67.3 | 68.4 | 66.2 | 66.8 | 66.8 | 66.2 | 66.8 | 66.5 | |||
| 动摩擦力矩N.M | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均 | ||
| 53.9 | 54.7 | 54.3 | 54.0 | 54.6 | 54.3 | 61 | 61.4 | 60.6 | 60.7 | 60.6 | 60.9 | |||
| 静摩擦系数 | 0.185 | 0.142 | ||||||||||||
| 动摩擦系数 | 0.146 | 0.128 | ||||||||||||
| 轴向压力N | P前＝744 | P后＝738 | P前＝962 | P后＝947 | ||||||||||
| P平均＝741 | P平均＝954 | |||||||||||||
上述产品在MM-1000试验机上在同样条件下测得的摩擦性能见表3：
| 试验条件 | 转动惯量2Kg.M2 转速2000rpm比压1.0MPa 润滑油DXIII 油温85℃ | |
| 试验项目 | 实施例1 | 比较例 |
| 静摩擦系数 | 0.157 | 0.127 |
| 动摩擦系数 | 0.151 | 0.124 |
从上述性能测试可见，本发明由于在基体中加入了耐高温的复合纤维，采用了腰果油改性酚醛树脂，特别是含硅量高的一种表面浸渍剂硅酸盐的外涂层，使纸基摩擦材料的摩擦性能比比较例的纸基摩擦材料有显著提高。
实施例2：制备一种桔黄色摩擦片的方法
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 40.0 |
| 纳凯夫纤维 | 17.0 |
| 硅藻土粉 | 4.0 |
| 二氧化硅粉 | 1.0 |
| 滑石粉 | 4.0 |
| 云母粉 | 3.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 31.0 |
| 着色剂(染料) | 红色0.9％，嫩黄色3％ |
| 表面浸渍剂 | 硅酸盐∶树脂酒精溶液＝2∶1 |
制造方法同实施例1，制得的产品经MM-1000试验机检测静摩擦系数为0.161，动摩擦系数为0.148。
实施例3：制备一种军绿色摩擦片的方法
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 40.0 |
| 纳凯夫纤维 | 18.0 |
| 硅藻土粉 | 4.0 |
| 二氧化硅粉 | 2.0 |
| 石墨粉 | 5.0 |
| 云母粉 | 2.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 29.0 |
| 着色剂(染料) | 墨绿1％，嫩黄0.2％ |
| 表面浸渍剂 | 正硅酸盐∶树脂酒精溶液＝3∶1 |
制造方法同实施例1。
实施例4：制备一种黑色摩擦片的方法
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 40.0 |
| 纳凯夫纤维 | 19.0 |
| 硅藻土粉 | 4.0 |
| 二氧化硅粉 | 2.0 |
| 石墨粉 | 7.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 28.0 |
| 着色剂(染料) | 黑色染料1.3％ |
| 表面浸渍剂 | 正硅酸盐∶树脂酒精溶液＝1.5∶1 |
制造方法同实施例1。
实施例5：制备一种咖啡色摩擦片的方法
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 40.0 |
| 纳凯夫纤维 | 20.0 |
| 硅藻土粉 | 5.0 |
| 二氧化硅粉 | 2.0 |
| 石墨粉 | 5.0 |
| 云母粉 | 2.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 27.0 |
| 着色剂(染料) | 深棕色染料1％，嫩黄染料0.2％ |
| 表面浸渍剂 | 正硅酸盐∶树脂酒精溶液＝2.5∶1 |
制造方法同实施例1。
实施例6：制备一种本色摩擦片的方法
| 组份 | 重量百分数 |
| 竹纤维 | 30.0 |
| 纳凯夫纤维 | 10.0 |
| 硅藻土粉 | 5.0 |
| 二氧化硅粉 | 4.0 |
| 石墨粉 | 16.0 |
| 腰果油改性酚醛树脂 | 35.0 |
| 表面浸渍剂 | 正硅酸盐∶树脂酒精溶液＝2∶1 |
制造方法同实施例1。
Claims (11)
1、一种改进型纸基摩擦材料，其主要组份的重量百分比为：基体采用竹纤维和纳凯夫纤维40-60％；摩擦剂采用硅藻土和二氧化硅5-10％；摩擦调整剂：4-20％；成形剂：腰果油改性酚醛树脂15-35％。
2、如权利要求1所述的改进型纸基摩擦材料，其特征在于：所述基体中竹纤维和纳凯夫纤维的配比量，以在基体总量不变的情况下，按3-4∶1配比；所述摩擦剂中硅藻土和二氧化硅的配比量，以在摩擦剂总量不变的情况下，可任意配比；所述成形剂选用腰果油改性酚醛树脂；所述摩擦调整剂是滑石粉或/和云母粉或/和石墨粉。
3、如权利要求2所述的改进型纸基摩擦材料，其特征在于：所述摩擦调整剂中还加有丁腈橡胶粉，其加入量为摩擦调整剂总量的0-4％。
4、如权利要求1所述的改进型纸基摩擦材料，其特征在于：它还加有着色剂即各种颜料，其加入量为所述各组份总量的0-5％。
5、如权利要求1、2、3或4所述的改进型纸基摩擦材料，其特征在于：对所述摩擦材料进行表面浸渍处理，所采用的表面浸渍剂为硅酸盐和树脂酒精混合溶液。
6、如权利要求5所述的改进型纸基摩擦材料，其特征在于：所述硅酸盐和树脂酒精混合溶液是指至少含28％二氧化硅的硅酸盐溶液和腰果油改性酚醛树脂含量为3-4％的树脂酒精混合溶液，且两种溶液的混合配比关系是1-3∶1。
7、如权利要求1、2、3或4所述的改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：按比例称量各组份，并对基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行疏解制得浆料；对浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板贴合、热固化得成品。
8、如权利要求7所述的改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：对所述摩擦材料进行表面浸渍处理，热固化得最终成品即按比例称量各组份，并对基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行疏解制得浆料；对浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板帖合、热固化；对摩擦材料进行表面浸渍处理，热固化得最终成品。
9、如权利要求7所述的改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：竹纤维和纳凯夫纤维长度介于1.4-8mm之间，纤维平均直径介于0.01-0.06mm之间；硅藻土的纯度为88％，二氧化硅的纯度为95％，硅藻土和二氧化硅的颗粒大小为-200目；石墨粉、滑石粉、云母粉颗粒形状为鳞片状，颗粒大小为-200目，丁腈橡胶粉颗粒大小为30-40目。
10、如权利要求8所述的改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：按比例称量各组份，并对基体、摩擦剂、摩擦调整剂进行疏解制得浆料，加入着色剂进行染色；对染色后的浆料进行碎浆、抄造原纸、冲裁；在成形剂中浸渍、热固化；与芯板帖合、热固化；用表面浸渍剂进行表面浸渍处理、热固化得成品。
11、如权利要求10所述的改进型纸基摩擦材料的制造方法，其特征在于：其具体方法是将疏解后的含干基体量为25-30％的湿浆料，按比例加入摩擦剂和摩擦调整剂后，投料进搅拌机中，再加入含颜料的水溶液即着色剂，水溶液总量为基体、摩擦剂和摩擦调整剂总量的5-8倍，水溶液温度为80-90℃，搅拌时间20-30分钟，之后放置2-4小时；再进行碎浆和抄造原纸，其中碎浆度为40°-50°，抄造原纸是在改良型的长网造纸机上；进行热固化的温度为160-180℃，固化时间为1-2小时；进行表面浸渍处理是待表面浸渍剂中的溶剂挥发后，再热固化，热固化的温度仍为160-180℃，固化时间为1-2小时。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |