CN1446875A - 碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于摩擦片的碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法。其材料质量百分组成为：增强纤维7～40％、摩擦性能调节剂5～35％、填料11～35％、摩擦材料原纸增强剂2～15％、粘接剂22～55％。其制备方法为：将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂加入水中，在打浆池制浆、成型、烘干、机械冲压出外圆相连的摩擦环片，边角料返回打浆池再分散利用；摩擦环片被浸渍粘接剂，再经热压固化、后固化，机械加工得到成品摩擦片。该方法通过加入摩擦材料原纸增强剂，来提高摩擦材料原纸的强度，又不影响边角料的回收再利用，而且摩擦环片在热压固化时变形率小于3‰；可节省原材料约40～60％，生产成本降低30～40％。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法，特别是用于摩擦片的碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法。
背景技术
纸基摩擦材料是以造纸工艺方法生产的湿式摩擦材料，是制备摩擦片基础材料，广泛用于自动变速器和湿式刹车装置中以传递扭矩、减速和制动。美国专利[Kitahara Shun，Umezawa，Shigeki.Wet friction material USP 6,130,177]介绍了使用碳纤维和芳纶纤维的混合纤维制备单层纸基摩擦材料的方法，文献[Andrew Kears，Dagobert Wagner.Carbon fiberfor wet friction applications.SAE Paper 972754]和美国专利[Yesnik，M.A..USP 6,194,059]介绍了单独或混合使用芳纶纤维(浆泊)、碳纤维作为增强纤维用于摩擦材料使用面，制备双层纸基摩擦材料的方法，以上文献所介绍的方法均为先抄造摩擦材料原纸，随后浸渍树脂粘接剂并热压固化，最后进行机械冲压，形成摩擦片。但这些方法都存在着技术上的不足，即有大约40-60％的已固化边角料无法利用，造成原材料浪费并产生大量工业垃圾，使碳纤维增强纸基摩擦材料的生产成本居高不下。由于碳纤维为单丝纤维，在打浆过程中不能发生细纤维化、扭曲和卷曲等化学、物理变化，加之碳纤维表面惰性大，难与基体成份发生物理、化学键合和吸附作用。因此，这类纸基摩擦材料原纸在未浸渍粘接剂前，强度太低，冲压操作极易变形，浸渍树脂粘结剂固化后，冲压出的摩擦材料原纸边角料不能在水中分散，无法重复利用。
中国专利99114959.9公开了一种基体为竹纤维或/和木纤维的纸基摩擦材料及其制造方法，该方法采用先将原纸按产品尺寸冲剪落料后再浸渍树脂的工艺步骤，但对基体为碳纤维等高性能纤维此工艺显然是不合适的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种碳纤维增强纸基摩擦材料及其制备方法，通过加入摩擦材料原纸增强剂，来提高摩擦材料原纸的强度，在浸渍树脂粘合剂前对摩擦材料原纸进行机械冲压，同时又要保证原纸边角料重新利用时易于在水中分散。
一种碳纤维增强纸基摩擦材料，含有增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂、粘接剂，其质量百分组成为：增强纤维7～40％、摩擦性能调节剂5～35％、填料11～35％、摩擦材料原纸增强剂2～15％、粘接剂22～55％。
所述的增强纤维是碳纤维或者是碳纤维和Kevlar纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维、陶瓷纤维、酚醛树脂纤维、碳纤维预氧丝的任一种或几种。
所述的摩擦性能调节剂可以是二硫化钼、氧化铝、石墨粉、碳化硅的任一种或几种。
所述的填料可以是重晶石、高岭土、硅藻土的任一种或几种。
所述的摩擦材料原纸增强剂是酚醛树脂，还可以是聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、缩甲基纤维素、腰果壳液改性酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、开环聚合改性酚醛树脂、丁氰橡胶乳液、硅橡胶乳液的任一种或几种。
所述的粘接剂是腰果壳液改性酚醛树脂，还可以是酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶、含氟弹性体的任一种或几种。
一种碳纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：
按比例将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂加入水中，在打浆池中将它们混合均匀，制成增强纤维混合物浆液，混合物浆液内增强纤维含量为0.2～0.6％；
成型，加压脱水；
烘干，脱去剩余水分，烘干后的摩擦材料原纸中水分含量应保持在1～2.5％；
机械冲压出外圆相连的摩擦环片，边角料返回打浆池再分散利用；外圆相连的摩擦环片被浸渍粘接剂，粘接剂的浓度为20～40％；再经热压固化、后固化，机械加工得到成品摩擦片。
本发明相比现有技术的优点在于，当浸渍树脂粘合剂的摩擦环片在热压固化时，变形率小于3‰；边角料返回打浆池中重新使用后，可使原材料节省大约40～60％，生产成本降低30～40％；含边角料摩擦片的机械强度、耐热性能和摩擦磨损性能与原配材料摩擦片相比无显著性差异。
附图说明
图1是机械冲压出外圆相连的摩擦环片四片组合式示意图
图2是机械冲压出外圆相连的摩擦环片七片组合式示意图
具体实施方式
实施例1：一种碳纤维增强纸基摩擦材料，含有碳纤维、Kevlar纤维、重晶石、高岭土、二硫化钼、氧化铝、石墨粉、酚醛树脂和腰果壳液改性酚醛树脂，其质量百分组成为：碳纤维5～35％、Kevlar纤维2～15％、重晶石3～20％、高岭土7～15％、二硫化钼1～10％、三氧化二铝2～15％、石墨粉2～25％、酚醛树脂2～15％、腰果壳液改性酚醛树脂25～55％。
增强纤维为碳纤维或碳纤维和Kevlar纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维、陶瓷纤维、酚醛树脂纤维、碳纤维预氧丝的任一种或几种。
摩擦性能调节剂可以是二硫化钼、氧化铝、石墨粉的任一种或几种。
填料可以是重晶石、高岭土的任一种或几种。
粘接剂为腰果壳液改性酚醛树脂，也可以是酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶、含氟弹性体的任一种或几种。
摩擦材料原纸增强剂为酚醛树脂，也可以是聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、缩甲基纤维素、腰果壳液改性酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、开环聚合改性酚醛树脂、丁氰橡胶乳液、硅橡胶乳液的任一种或几种。摩擦材料原纸增强剂在摩擦材料基片中的加入量为2～15％。
重品石粉、高岭土粉和氧化铝粉的粒度为100～300目，二硫化钼粉和石墨粉的粒度为100～250目，酚醛树脂粉的粒度为100～200目。
参见图1、图2。制备方法如下：按比例将碳纤维、Kevlar纤维、重晶石、高岭土、二硫化钼、三氧化二铝、石墨粉、酚醛树脂加入水中，通过打浆池使它们分散均匀，制成增强纤维含量为0.2～0.6％的混合物浆液；将混合物浆液用布浆装置加入到底层铺有造纸毛布的尼龙过滤网上进行过滤，待滤去大部分水分之后，放入辊压装置中加压脱水；将脱水后的湿摩擦材料原纸放在温度为50～95℃的干燥装置中烘干，脱去剩余水分，使水分含量保持在1～2.5％；机械冲压出外圆相连的摩擦环片，边角料返回打浆池再分散利用。由于这时尚未浸渍改性酚醛树脂，边角料返回浆池容易被分散，可重复使用；将这些摩擦环片放入到浓度为20～40％的改性酚醛树脂溶液中浸渍，使改性酚醛树脂在成品摩擦片中的质量百分含量为25～55％，然后放在温度为60～95℃的烘干炉中烘干；将烘干的摩擦环片热压固化10～15Min，固化温度160～180℃，固化压力10～12MPa；随后将摩擦环片置于180℃干燥箱中后固化30Min，机械加工得到成品摩擦片。
按此工艺方法制得的摩擦材料原纸在浸渍树脂前的抗张强度由YQ-Z-8摆锤式张力试验机测定约为18.0N，具有承受机械冲压所需的抗张强度。
浸渍树脂粘接剂后的摩擦环片在热压固化过程中保持原有尺寸，变形率小于3‰；摩擦环片按GB13826-93标准测试，动摩擦系数为0.130～0.145，静摩擦系数为0.147～0.165，磨损率小于5.0×10-8m3/J。
实施例2：一种碳纤维增强纸基摩擦材料，含有实施例1的摩擦材料边角料、碳纤维、Kevlar纤维、硫酸钡、高岭土、二硫化钼、氧化铝、石墨粉、酚醛树脂和改性酚醛树脂，其质量百分组成为：边角料15～60％、碳纤维2～20％、Kevlar纤维1～8％、重晶石1～10％、高岭土3～8％、二硫化钼0.5～5％、三氧化二铝1～7％、石墨粉1～15％、酚醛树脂1～12％、腰果壳液改性酚醛树脂25～55％。
制备方法同实施例1。
Claims (8)
1、一种碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：含有增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂及粘接剂，其质量百分组成为：增强纤维7～40％、摩擦性能调节剂5～35％、填料11～35％、摩擦材料原纸增强剂2～15％、粘接剂22～55％。
2、根据权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述的增强纤维是碳纤维或者是碳纤维和Kevlar纤维、玻璃纤维、纤维素纤维、聚丙烯腈纤维、陶瓷纤维、酚醛树脂纤维、碳纤维预氧丝的任一种或几种。
3、根据权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述的摩擦性能调节剂可以是二硫化钼、氧化铝、石墨粉、碳化硅的任一种或几种。
4、根据权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述的填料可以是重晶石、高岭土、硅藻土的任一种或几种。
5、根据权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述的摩擦材料原纸增强剂是酚醛树脂，还可以是聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、缩甲基纤维素、腰果壳液改性酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、开环聚合改性酚醛树脂、丁氰橡胶乳液、硅橡胶乳液的任一种或几种。
6、根据权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料，其特征在于：所述的粘接剂是腰果壳液改性酚醛树脂，还可以是酚醛树脂、丁氰橡胶改性酚醛树脂、硅橡胶、含氟弹性体的任一种或几种。
7、一种如权利要求1所述的碳纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：
按比例将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、摩擦材料原纸增强剂加入水中，在打浆池中将它们混合均匀，制成增强纤维混合物浆液；
成型，加压脱水；
烘干，脱去剩余水分；
机械冲压出外圆相连的摩擦环片，边角料返回打浆池再分散利用；外圆相连的摩擦环片被浸渍粘接剂，再经热压固化、后固化，机械加工得到成品摩擦片。
8、根据权利要求7所述的碳纤维增强纸基摩擦材料的制备方法，其特征在于：混合物浆液内增强纤维含量为0.2～0.6％；烘干后的摩擦材料原纸中水分含量应保持在1～2.5％；粘接剂的浓度为20～40％。
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