摩擦材料用無石棉複合增強纖維及其生產工藝的製作方法

2023-05-29 17:00:21

專利名稱：：摩擦材料用無石棉複合增強纖維及其生產工藝的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種無石棉複合纖維，具體為一種低成本的無石棉摩擦材料用複合增強纖維及其生產工藝，屬於制動摩擦材料增強纖維，主要用於填加於汽車摩擦片內，以增強產品的耐摩擦性能。技術背景增強纖維是摩擦材料的重要組分，是主要承載單元，起骨架作用，使材料具有一定的強度和韌性，可經受衝擊、剪切、拉伸等機械作用而不出現裂紋、斷裂、崩缺等機械損傷，對材料的摩擦磨損等性能有著重要影響，增強纖維應滿足如下性能要求足夠的強度和模量以及較好的韌性；在一定的溫度範圍內穩定的摩擦係數及適當的摩擦損耗；較高的熱分解溫度，在一定溫度範圍內不發生熱分解、脫水、相變等以及較高的高溫分解殘碳率；分散性好，與基體較好的相容性；適當的硬度，不產生嚴重的噪音；量廣、價廉、無毒性、不汙染環境。石棉作為摩擦材料的增強纖維有一定的歷史，如今石棉代用纖維雖有不少，但仍有一些問題需解決易結團、分散性差、混合性不好、價格偏高等。例如美國Dupont公司出品的Kevlar纖維性能雖較好，但價格十分昂貴，目前僅用於高檔轎車。為保持社會的可持續發展，研製新型低成本可適用於摩擦材料的大生產，可降解無石棉摩擦材料的增強複合纖維迫在眉睫。
發明內容本發明針對現有技術存在的缺陷，提供一種新型低成本的摩擦材料用無石棉複合增強纖維，該纖維環保、可降解無汙染，填加後能增加摩擦材料的抗衝擊強度，在高溫使用時摩擦係數穩定，摩耗較小。本發明的另一目的是提供上述複合增強纖維的生產工藝，該工藝方法簡單，生產成本低廉，適於摩擦材料的生產。本發明的技術方案如下摩擦材料用無石棉複合增強纖維，其特徵在於它由以下重量份的原料組成礦巖棉或粒狀棉5080份，麻纖維佔210份，木質纖維38份，雲母粉或陶粉220份，偶聯劑或相容劑15份。偶聯劑選用矽炳偶聯劑或矽烷偶聯劑，相容劑選用羥丙基纖維素，所用雲母粉或陶粉選用細度為0.003-0.005um的納米級材料。礦巖棉或粒狀棉主要由以下重量份原料經高溫熔爐抽絲生成，其中玄武巖18-20份，輝綠巖58-62份，石灰巖8-12份，白雲巖6-12份，冶金焦碳1-3份。複合增強纖維的生產工藝包括以下步驟首先取上述重量份原料，先將礦巖棉或粒狀棉進行切割，再通過離心機水洗除渣得主纖維，並控制渣球含量小於0.5-1%。主纖維中加入植物纖維(麻纖維與木質纖維)和功能纖維(雲母粉或陶粉)在2000-2500轉高速混合機中進行混合，然後在滾筒式烘乾機或乾燥機中進行混合烘乾，並同時噴入偶聯劑或相容劑，烘乾溫度105-150°C，烘乾時間l-2小時，即得到複合增強纖維。所用雲母粉或陶粉選用細度為0.003-0.005um的納米級材料。由於植物纖維的麻纖維與木質纖維長度會較長，在混合前先要進行切割。本發明的特色是"100%無石棉"、"高溫摩擦係數穩定"、"可降解"、"高分散性"、"高吸附性"與"低成本"，研發的無石棉可降解高性能汽車剎車片增強纖維，實現"傳統材料的高性能化"與"傳統材料的環保化"，.首次從輝綠巖、石灰巖、炭煤磚、石油焦炭等原料中研製出的一種新型纖維。在理論上有所突破，在工程應用上有所創新，並能夠在短時間內迅速實現產業化並應用於生產。本發明相比現有技術具有如下優點(1)100%無石棉複合增強纖維為一種新產品。從灰綠巖、玄武巖、礦渣等材料通過高溫溶融、水洗除渣抽絲、有機偶聯、高速切割並添加一定量的植物纖維、功能性纖維經特殊工藝精製而成複合型摩擦材料專用增強纖維，100%無石棉，該產品主材料為無機材料、環保可降解、無汙染。(2)本產品使用方法簡單，便於摩擦片材料的大生產。(3)本產品增強性好，曲折率高，可以增加摩擦材料的抗衝擊強度，在高溫使用時摩擦係數穩定，摩耗較小，適應摩擦材料片生產的需要。(4)由於纖維表面通過特殊的有機偶聯劑處理，親和性好，與摩擦材料配方中樹脂及其它組份材料聯接性優良，不會傷害摩擦材料的配偶。(5)本產品的纖維添加一定量納米材料，即納米級雲母粉或陶粉的加入，並通過混合烘乾，從而進行膨化處理，使得到的纖維比表面積大，且呈絨毛狀，具有優良的吸附性能，在摩擦材料使用過程中具有極好的恢復性，可以明顯提高剎車片的使用壽命。(6)本材料纖維的臨界形態比為(L/d)，可以通過控制纖維的直徑(d)和纖維的長度(L)來調節，滿足客戶對纖維形貌的要求。(7)本材料纖維生產工藝簡單，便於操作生產，生產成本低廉，作為摩擦片的主纖維，可以降低無石棉摩擦片的生產成本，較其它無石棉摩擦材料相比，具有相當有利的市場競爭力。圖l為本發明的纖維生產工藝流程圖。具體實施方式實施例l原料礦巖棉或粒狀棉可以從市場上購買或製備，製備過程精選玄武巖200kg、輝綠巖600kg、石灰巖110kg、白雲巖80kg、冶金焦碳20kg為主要材料，通過超過IOO(TC的高溫熔爐進行紡絲並進行表面處理。經高溫熔融製成纖維，切割至長度為1020rnrn的纖維，再經過離心機水洗、除渣，控制纖維渣球含量不超過0.5-1%，製成主纖維。如圖1示，取製得的主纖維600kg、精選植物纖維的麻纖維80kg、木質纖維60kg，.並將麻纖維與木質纖維預先切割至815mrn，及粒徑為0.005um的雲母粉100kg為原料，將原料在2000~2500轉高速混合機混合均勻，形成混合狀纖維，進入滾筒式烘乾機內進行混合烘乾，混合烘乾的過程中噴入矽炳偶聯劑30kg，烘乾溫度12(TC，烘乾時間1.5小時，即得本發明的複合增強纖維，對製得的纖維再切割至所需規格，所得纖維應需防水包裝。實施例2所用主纖維製備方法同實施例l，取主纖維700kg與麻纖維100kg、木質纖維30kg，麻纖維與木質纖維預先切割至8~15mm，粒徑為0.005um的陶粉200kg為原料，將其在2000-2500轉高速混合機均勻，形成混合狀纖維，進入滾筒式烘乾機內進行混合烘乾，混合烘乾的過程中噴入矽烷偶聯劑10kg，烘乾溫度110'C，烘乾時間2小時，即得本發明的複合增強纖維，對製得的纖維再切割至所需規格，所得纖維應需防水包裝。實施例3市購的礦巖棉或粒狀棉，按規格進行切割，再通過離心機水洗、除渣，控制纖維渣球含量不超過0.5-1%，製得主纖維。取製得的主纖維800kg，麻纖維30kg，木質纖維80kg，麻纖維與木質纖維預先切割至8-15mm，粒徑為0.004um的雲母粉50kg為原料，將其在2000~2500轉高速混合機均勻，形成混合狀纖維，進入滾筒式乾燥機內進行混合烘乾，混合烘乾的過程中噴入羥丙基纖維素50kg,烘乾溫度140'C，烘乾時間L2小時，即得本發明的複合增強纖維，對製得的纖維再切割至所需規格，所得纖維應需防水包裝。使用上述複合纖維增強的制動摩擦材料在室溫至500。C幹滑動條件下，摩擦係數為0.37~0.45，磨損壽命與填充石棉摩擦材料基本相當。由於這種可降解增強複合纖維的綜合摩擦性能優越，因此可用於製造制動摩擦材料，以及用於密封材料等等，應用前景廣闊。應用實例1:分別填充本發明無石棉複合增強纖維與原有的石棉纖維製成半金屬摩擦制動材料:無石棉複合增強纖維或石棉纖維10%，不鏽鋼纖維25%，酚醛樹脂20%，其它填料45%。將各組分高速攪拌至混合均勻後，在(165士5)'C溫度下熱壓成型，壓力35MPa.然後在(200±5)'C下保溫15小時進行熱處理，得到實驗用試件。實驗條件對磨件為45鋼，硬度41HRC，表面粗糙度Ra0.1um，試件往復頻率1Hz，正應力6MPa，相對溼度50~70%。在往復滑動摩擦實驗機上完成，在室溫至50(TC幹滑動條件下，實驗結果見下下表表1填充本發明無石棉複合增強纖維與填充石棉纖維的摩擦制動材料的摩擦性能比較tableseeoriginaldocumentpage6應用實例2:7#配方採用了本發明製備的無石棉複合增強纖維15%、陶瓷纖維8%，將其各組分量，均勻拌合，在(150±5)'C下，熱壓成型，工作壓力在30Mpa，然後在250'C下，烘乾處理12-15小時，得出實驗產品，在按照國家標準GB5763-98標準測試的檢測條件下，其結果如下國標指定(鼓式)摩擦係數為0.40utableseeoriginaldocumentpage6tableseeoriginaldocumentpage7硬度HRL95.759#配方採用本發明製備的無石棉複合增強纖維12%，其它纖維5%，將其各組分量，均勻拌合，在(150±5)'C下，熱壓成型，工作壓力在30Mpa，然後在250'C下，烘乾處理12-15小時，得出實驗產品，在按照國家標準GB5763-98標準測試的檢測條件下，檢測結果如下，其摩擦係數性能如下國標指定(盤式)摩擦係數為0.47utableseeoriginaldocumentpage7硬度HRL105.8注25(TC及300'C未出現噪音。由以上應用實例可見，本發明的無石棉複合增強纖維填加入摩擦件中，產品增強性好，曲折率高，在高溫使用時摩擦係數穩定，摩耗較小，可增強摩擦材料的性能，環保可降解。權利要求1、摩擦材料用無石棉複合增強纖維，其特徵在於它由以下重量份的原料組成礦巖棉或粒狀棉50～80份，麻纖維佔2～10份，木質纖維3～8份，雲母粉或陶粉2～20份，偶聯劑或相容劑1～5份。2、根據權利要求1所述的增強複合纖維，其特徵在於所述偶聯劑選用矽炳偶聯劑或矽烷偶聯劑；相容劑選用羥丙基纖維素。3、根據權利要求1所述的增強複合纖維，其特徵在於所述雲母粉或陶粉選用細度為0.003-0.005um的納米級材料。4、根據權利要求1所述的增強複合纖維，其特徵在於所述礦巖棉或粒狀棉主要由以下重量份原料經高溫熔爐抽絲生成，其中玄武巖18-20份，輝綠巖58-62份，石灰巖8-12份，白雲巖6-12份，冶金焦碳l-3份。5、權利要求l、2、3或4所述摩擦材料用無石棉複合增強纖維的生產工藝，其特徵在於它包括以下步驟首先取上述重量份原料，先將礦巖棉或粒狀棉進行切割，再通過離心機水洗除渣得主纖維，並控制渣球含量小於0.5-1%,加入麻纖維、木質纖維及雲母粉或陶粉進行高速混合，混合後進行烘乾，烘乾的過程中噴入偶聯劑或相容劑，烘乾溫度105-150°C，烘乾時間l-2小時，即得複合增強纖維。6、根據權利要求5所述的生產工藝，其特徵在於所用雲母粉或陶粉選用細度為0.003-0.005nm的納米級材料。7、根據權利要求5所述的生產工藝，其特徵在於所用麻纖維與木質纖維在混合前需進行切割。全文摘要本發明提供一種新型低成本的摩擦材料用無石棉複合增強纖維及其生產工藝，該纖維環保、可降解無汙染，可增加摩擦材料的抗衝擊強度，在高溫使用時摩擦係數穩定，摩耗較小。該工藝方法簡單，生產成本低廉，適於摩擦材料的生產。該摩擦材料用無石棉複合增強纖維由以下重量份的原料組成礦巖棉或粒狀棉50～80份，麻纖維佔2～10份，木質纖維3～8份，雲母粉或陶粉2～20份，偶聯劑或相容劑1～5份。其製備的工藝過程為首先取上述重量份原料，先將礦巖棉或粒狀棉進行切割，再通過離心機水洗除渣得主纖維，並控制渣球含量小於0.5-1％，加入麻纖維、木質纖維及雲母粉或陶粉進行高速混合，混合後進行烘乾，烘乾的過程中噴入偶聯劑或相容劑，烘乾溫度105-150℃，烘乾時間1-2小時，即得複合增強纖維。文檔編號C09K3/14GK101235153SQ20081001901公開日2008年8月6日申請日期2008年1月9日優先權日2008年1月9日發明者韓德忠申請人:韓德忠