CN1247668C - 汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料及用法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于汽车钢制同步器齿环摩擦材料及使用方法，该摩擦材料以丙烯腈碳纤维为增强材料，以腰果壳油、三聚氰胺改性酚醛树脂为粘结剂，并添加膨胀铁粉、黄铜粉、人造石墨粉、硬脂酸锌、沉淀硫酸钡及二硫化钼多种摩擦性能调节剂组成。这种摩擦材料摩擦系统稳定，磨损率低，耐温性能好，在100℃～250℃，摩擦系数为0.25～0.38，磨损率为0.04～0.47×10-7cm3/N·m。与钢制同步器齿环偶合工艺简单，对偶件磨损小，提高了同步器齿环的摩擦性能，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车同步器齿环碳纤维摩擦材料及使用方法，属汽车摩擦材料技术领域。
背景技术
碳纤维摩擦材料具有优异的摩擦性能，具有较强的抗冲击，抗剪切强度，具有较强的耐温性及抗腐蚀能力。在美、日等发达国家的汽车制造业中已得到广泛应用。它是替代有石棉汽车摩擦材料的良好替代品。
以往的同步器齿环都是用合金铜制造的，其生产成本昂贵，近年来，一些厂家采用钢制同步器齿环来代替合金铜同步器齿环，但由于钢的摩擦性能没有合金铜的摩擦性能好，所以，在同步器齿环的结合锥面上采用喷钼的方法来提高其摩擦性能，但由于钼的价格仍然很高，所以这种方法对于降低成本也没有很大的意义。
因此研究一种用碳纤维摩擦材料作为钢制同步器齿环的摩擦层，对于提高同步器齿环的摩擦性能，降低其生产成本具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是研究一种钢制同步器齿环摩擦材料及使用方法，这种摩擦材料不会污染环境，并且具有摩擦系数稳定、磨损率低、耐温性能好、对偶件磨损小，可降低钢制同步器齿环的生产成本。
本发明提供的一种用于钢制同步器齿环的碳纤维摩擦材料，它以碳纤维为增强材料，以改性树脂为粘结剂，并添加多种摩擦性能调节剂组成。该摩擦材料由下述组份按重量份数配制成，丙烯腈碳纤维增强材料20～40份，腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂粘结剂26～32份，摩擦性能调节剂膨胀铁粉9～25份，黄铜粉2～4份，人造石墨粉5～15份，硬脂酸锌0.5～1.5份，沉淀硫酸钡10～20份，二硫化钼0.5～1.5份。更佳的组份重量份数配比为：丙烯腈碳纤维增强树指20～26份，腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂粘结剂28～30份，摩擦性能调节剂膨胀铁粉15～25份，黄铜粉2～4份，人造石墨粉5～15份，硬脂酸锌1份，沉淀硫酸钡10～18份，二硫化钼1份。
本发明的摩擦材料的配制方法，按下述的步骤依次进行：
(1)在组成比例范围内称取各种原料，混合均匀；
(2)将步骤(1)所得到的混合料热模压片，热压压力15MPa，温度160℃，压片时间根据摩擦片厚度确定，每1mm厚度加压时间1.5～2分钟；
(3)将步骤(2)所得到的压片，加热固化，固化工艺为：从室温升温1小时至100℃，然后升温1小时到120℃，再升温1小时到140℃，在140℃保温2小时，再升温到160℃，在160℃保温8小时后，随炉降至室温，出炉；
(4)固化好的片材磨削外弧面，并清洁外弧面即制得汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料。
本发明的汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料的用法，按下述的步骤进行：
(1)表面处理：同步器齿环内弧面进行酸洗除油、除水、除锈后用砂纸打磨，对用上述的碳纤维摩擦材料制备的摩擦片的外弧面进行磨削，然后用乙醇清洗其表面磨屑；
(2)涂胶：采用哈尔滨市冰城精细化工厂生产的汽车刹车片用胶——冰城BC-1胶粘剂，涂于经步骤1处理了的摩擦片外弧面表面和同步器齿环内弧表面，用硬毛刷涂第一遍胶，室温25℃晾置30分钟，再涂第二遍胶，晾置12小时，然后合拢加压，压力0.5～0.8MPa，加压时间5小时；或辊涂涂胶一遍，然后置于80℃下预热30～40分钟，趁热合拢加压，压力0.5～0.8MPa，加压时间1分钟；
(3)固化及卸压：将压合有碳纤维摩擦片的同步器齿环在180℃恒温固化1～2小时，然后随炉晾置到室温后卸压；
(4)车或磨粘好摩擦片的汽车钢制同步器齿环内弧表面即可。其产品结构如图2、3示所
本发明中所用的原材料如下：
名称 规格 密度g/cm3 产地
丙烯腈碳纤维 12K小于0.5m长 0.5 常州武进布宏达摩材公司
5160树脂(腰果 300目以上 1.3 浙江海盐华强树脂公司
壳油和三聚氰胺
改性酚醛树脂)
膨胀铁粉 120目以上 4.5 常州武进布宏达摩材公司
黄铜粉 80目以上 8.5 常州武进布宏达摩材公司
人造石墨粉 300～400目 2.2 常州武进布宏达摩材公司
硬脂酸锌 300目以上 3 武汉汉昌化工原料公司
沉淀硫酸钡 300目以上 2.3 武汉汉昌化工原料公司
二硫化钼 400目左右 4.9 常州武进布宏达摩材公司
本发明的汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料性能测试：
磨损率和摩擦系数用DMS-150型定速式摩擦试验机按国家标准GB-5763/1998测定。
冲击强度：按标准GB5766-86测定。
粘胶拉伸剪切强度：按标准GB7124-86测定。
表观硬度：用XHR-150塑料洛氏硬度计按标准GB/T5766-1996测定。
本发明的碳纤维摩擦材料的性能测定结果：摩擦系数μ在100℃时为0.28～0.38；150℃时为0.29～0.33；200℃时为0.3～0.37；250℃时为0.25～0.32；磨损率V(10-7cm3/N·m)100℃时为0.04～0.21；150℃时为0.05～0.21；200℃时为0.07～0.51；250℃时为0.38～0.47；冲击强度大于3.0kgf·cm/cm2；粘胶拉伸剪切强度大于4.0Mpa(钢与摩擦材料粘接)。洛式表观强度100～115。
附图说明
图1是汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦层制备工艺流程图。
图2是有碳纤维摩擦层的汽车钢制同步器齿环结构图。
图3是有碳纤维摩擦层的汽车钢制同步器齿环剖面图。
图中标号表示：1汽车钢制同步器齿环，2碳纤维摩擦层
图1所示工艺过程：汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料按其组成进行原料配置，用混料机混料，然后在热压机及热压模具中于15MPa，160℃条件下热压成片，在160℃固化8小时，冷却后磨外弧，清洁外弧面，刷涂或辊涂粘胶剂，齿环内弧面表面进行酸洗除油、除锈、打磨后，涂粘胶剂，摩擦片涂胶面和齿环涂胶面合拢粘接，加压到0.5～0.8MPa，然后180℃恒温1～2小时粘接固化，固化后随炉晾置到室温卸压，有摩擦材料的同步器齿环车或磨内弧面，即得到有碳纤维摩擦层汽车钢制同步器齿环产品。
具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料的配制及用法。
实施例1～3
汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料的配制：按表1的原料配比称取原料，用混料机混合均匀，再用热压机及热压模具热压成片，热压条件为压力15MPa，温度160℃，压片时间根据摩擦片厚度确定，每1mm厚度加压时间为1.5～2分钟，其操作工艺是160℃温度下15MPa压力压40秒，0MPa排气20秒，再15MPa压力压40秒，0MPa排气20秒，再15MPa压力压4分钟后，0MPa出模，得压制摩擦片样品；将压制片加热固化，固化工艺是：从室温升温1小时到100℃，再升温1小时到120℃，再升温1小时到140℃，在140℃保温2小时后升温到160℃，保温8小时，然后随炉降温到室温后出炉，得固化了的碳纤维摩擦片样品，该样品进行磨削外弧面，磨好弧面后用乙醇清洗其表面磨屑，备用。
将钢制汽车同步器齿环内弧面用酸洗涂油、除水、除锈，然后用砂纸打磨。在打磨清洗好的同步器齿环和摩擦片磨面上用硬毛刷涂冰冻城BC-1胶粘剂，刷涂第一遍胶后，在25℃晾置30分钟，再涂第二遍胶，晾置12小时，然后合拢加压，压力0.6MPa，加压时间5小时，然后将其在180℃恒温1.5小时固化，再随炉晾置到室温卸压。即得到有碳纤维摩擦层的汽车钢制同步器齿环产品。经检测实施例1、2、3三种配方的摩擦性能列于表2。
从表2所列数据可以看出，按实施例2配方的摩擦性能最好，实施例3配方次之。从经济角度来看，实施例3的配方成本最低，实施例2的配方次之。
表观硬度实施例1为115，实施例2为108，实施例3为105。冲击强度均大于3.0kgf·cm/cm2。
表1
| 材料名称 | 各组分含量％ | ||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 5160树脂(腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂) | 30 | 30 | 28 |
| 丙烯腈碳纤维 | 36 | 26 | 20 |
| 膨胀铁粉 | 9 | 15 | 25 |
| 黄铜粉 | 2 | 4 | 2 |
| 人造石墨粉 | 5 | 5 | 15 |
| 硬脂酸锌 | 1 | 1 | 1 |
| 沉淀硫酸钡 | 16 | 18 | 10 |
| 二硫化钼 | 1 | 1 | 1 |
表2：摩擦性能对比表
| 温度实施例μ·v | 100℃ | 50℃ | 200℃ | 250℃ | |||||||
| μ | v | μ | v | μ | v | μ | v | ||||
| 实施例1 | 0.38 | 0.04 | 0.33 | 0.05 | 0.3 | 0.07 | 0.25 | 0.38 | |||
| 实施例2 | 0.29 | 0.09 | 0.29 | 0.21 | 0.37 | 0.26 | 0.34 | 0.38 | |||
| 实施例3 | 0.28 | 0.21 | 0.31 | 0.14 | 0.32 | 0.51 | 0.32 | 0.47 | |||
注：μ摩擦系数
v磨损率(10-7cm3/N·m)
Claims (4)
1、一种汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料，其特征在于由下述组份按重量份数配制成，丙烯腈碳纤维增强材料20～40份，腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂粘结剂26～32份，摩擦性能调节剂膨胀铁粉9～25份，黄铜粉2～4份，人造石墨粉5～15份，硬脂酸锌0.5～1.5份，沉淀硫酸钡10～20份，二硫化钼0.5～1.5份。
2、如权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于由下述组份按重量份数配制而成，丙烯腈碳纤维增强材料20～26份，腰果壳油和三聚氰胺改性酚醛树脂粘结剂28～30份，摩擦性能调节剂膨胀铁粉15～25份，黄铜粉2～4份，人造石墨粉5～15份，硬脂酸锌1份，沉淀硫酸钡10～18份，二硫化钼1份。
3、权利要求1或2所述的摩擦材料的配制方法，其特征是按下述的步骤依次进行：
(1)在组成比例范围内称取各种原料，混合均匀；
(2)将步骤(1)所得到的混合料热模压片，热压压力15MPa，温度160℃，压片时间根据摩擦片厚度确定，每1mm厚度加压时间1.5～2分钟；
(3)将步骤(2)所得到的压片，加热固化，固化工艺为：从室温升温1小时至100℃，然后升温1小时到120℃，再升温1小时到140℃，在140℃保温2小时，再升温到160℃，在160℃保温8小时后，随炉降至室温，出炉；
(4)固化好的片材磨削外弧面，并清洁外弧面即制得汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料。
4、权利要求1所述的汽车钢制同步器齿环碳纤维摩擦材料的用法，其特征是按下述的步骤进行：
(1)表面处理：同步器齿环内弧面进行酸洗除油、除水、除锈后用砂纸打磨，对用权利要求1所述的碳纤维摩擦材料制备的摩擦片的外弧面进行磨削，然后用乙醇清洗其表面磨屑；
(2)涂胶：采用哈尔滨市冰城精细化工厂生产的汽车刹车片用胶——冰城BC-1胶粘剂，涂于经步骤1处理了的摩擦片外弧面表面和同步器齿环内弧表面，用硬毛刷涂第一遍胶，室温25℃晾置30分钟，再涂第二遍胶，晾置12小时，然后合拢加压，压力0.5～0.8MPa，加压时间5小时；或辊涂涂胶一遍，然后置于80℃下预热30～40分钟，趁热合拢加压，压力0.5～0.8MPa，加压时间1分钟；
(3)固化及卸压：将压合有碳纤维摩擦片的同步器齿环在180℃恒温固化1～2小时，然后随炉晾置到室温后卸压；
(4)车或磨粘好摩擦片的汽车钢制同步器齿环内弧表面即可。
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