一種複合樹脂摩擦材料及其製備方法與流程
2023-07-17 22:57:31
本發明涉及摩擦材料技術領域，尤其涉及一種複合樹脂摩擦材料及其製備方法。
背景技術：
摩擦學材料，按摩擦元件的工作條件和要求，可分為減摩材料、耐磨材料和摩擦材料。按材料的類型，分為金屬摩擦學材料、無機非金屬摩擦學材料以及聚合物摩擦學材料，金屬材料易腐燭的特點，阻礙了其在航海或化工行業等特殊場合的應用;陶瓷材料的脆性更嚴重阻礙了其應用，尤其是陶瓷材料在燒結過程中殘留的氣孔對性能影響相當大;聚合物及其複合材料具有優良的物理、化學性能，質量輕、比強度高、比模量大、耐腐蝕性好、自潤滑性好，且具有多功能性、易於加工，具有廣泛的應用領域，可作為貴重金屬的替代材料。西方國家不斷地開發高性能的工程塑料複合材料用於製作軸承、軸套、閥座、閥片、墊片等配件以及通用機械及其密封件，以滿足耐高溫、耐磨損、耐腐燭、使用壽命長等要求，所以，研製高性能的聚合物基減摩耐磨複合材料已顯得尤為重要。
摩擦材料製品在裝配使用之前，需要進行一些後加工處理，如鑽孔、錯裝、裝配等機械加工，才能裝配成剎車片總成或離合器總成。此外，摩擦材料在工作過程中，除了要承受較高的溫度以為，還要承受較大的壓力和剪切力。因此，摩擦材料在保持較好的摩擦性能同時，還必須具有足夠的機械強度，以保證在後加工或使用過程中不會破損或碎裂。對制動片而已，衝擊強度和彎曲性能是其較為關注的力學性能指標，較好的衝擊強度和彎曲性能使其在後加工和工作條件下不致損壞；
聚合物自潤滑材料包括兩種主要類型，一種是本身具有較低摩擦係數的聚合物材料，如聚四氟乙烯、尼龍、聚丙稀等;另一種是以聚合物材料為基體，添加潤滑組分和改性增強組分，並按一定工藝製備而成的聚合物基自潤滑複合材料。近年來，單獨使用聚合物材料作為潤滑材料的已不太多，對第一類材料，人們也往往都要對其進行改性增強，以進一步改善其綜合性能。因此，所謂聚合物自潤滑材料，其實就是聚合物基的自潤滑複合材料；聚合物基自潤滑複合材料已經在機電行業獲得了廣泛的應用，如家電、電子、輕工紡織和機械等行業的許多軸承、齒輪、襯套、導軌、鍋輪、凸輪和活塞環等都是用聚合物基自潤滑複合材料製備的；
介孔材料孔道內外表面含有較多的輕基，研究人員採用不同修飾方法將一些功能性基團引人介孔孔道表面，對介孔材料進行功能化修飾，製得介孔主體-有機組分客體的組裝體系，由於主客體間存在親合作用，組裝體系研究用於新型功能材料。從近年來研究發現，將介孔材料用於增強聚合物基體，使樹脂分子鏈引入介孔孔道內製得聚合物基介孔複合材料。這種無機材料增強聚合物基體將有助於納米材料的分散和有機無機兩相的界面相容性。聚合物基介孔複合材料的研究尚處於起步階段，製備過程中存在一些共性問題:(1)如何對介孔材料進行有效的表面修飾，改善兩相間的界面相容性，同時表面修飾不能引起介孔材料孔道口的堵塞，影響單體小分子或大分子鏈的進入。(2)如何使小分子單體或預聚物更多進入介孔材料孔道，並使介孔材料均勻分散於單體中。有助於形成較好「有機-無機互穿網絡結構」。(3)針對不同的樹脂基體，採用何種製備方法讓介孔材料在聚合物基體中均勾分散，形成較好的「有機-無機互穿網絡結構」；
本發明基於介孔材料有序孔道，較高比表面積，較大孔徑和孔容等結構特徵，採用超聲處理使單體進入介孔孔道，再通過聚合製備三聚氰胺甲醛樹脂基介孔複合材料，該樹脂分子鏈或鏈段嵌入介孔孔道中，形成新型「有機-無機互穿網絡結構」，以三聚氰胺甲醛樹脂樹脂基介孔複合材料為基體樹脂製得力學性能、熱性能和摩擦性能較好的摩擦材料。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種複合樹脂摩擦材料及其製備方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種複合樹脂摩擦材料，它是由下述重量份的原料組成的：
1，3，5-三甲基苯0.01-0.02、矽灰石粉5-7、烷基化二苯胺0.1-0.3、油酸鉀皂1-2、聚丙烯10-15、二甲基二烯丙基氯化銨0.6-1、聚氯乙烯140-170、正矽酸乙酯6-8、三聚氰胺37-40、37-40%的甲醛水溶液50-60、烷基酚聚氧乙烯醚0.3-0.5、二烴基五硫化物RC25402-3、六鈦酸鉀晶須1-2、鈦酸酯偶聯劑kt1050.3-1、水解聚馬來酸酐0.8-1、檸檬酸三丁酯4-6、苄基三苯基氯化膦0.6-1、乙氧基化烷基酚硫酸銨1-2、二甲基甲醯胺30-34、三乙醇胺0.2-0.3。
一種所述的複合樹脂摩擦材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述乙氧基化烷基酚硫酸銨加入到其重量10-14倍的去離子水中，攪拌均勻，得水分散液；
（2）將上述聚氯乙烯重量的10-12%，與上述矽灰石粉、1，3，5-三甲基苯混合，加入到混合料重量70-80倍的、27-30%的鹽酸溶液中，送入到36-40℃的恆溫水浴中，200-300轉/分攪拌4-5小時，加入上述水分散液，攪拌均勻，滴加上述正矽酸乙酯，攪拌反應24-26小時，出料，在100-110℃下恆溫乾燥20-22小時，再在550-580℃下焙燒4-5小時，得介孔材料；
（3）將上述烷基酚聚氧乙烯醚、水解聚馬來酸酐混合，加入到混合料重量60-100倍的去離子水中，加入上述介孔材料，超聲2-3分鐘，得介孔材料分散液；
（4）將上述苄基三苯基氯化膦加入到二甲基甲醯胺中，攪拌均勻，升高溫度為60-70℃，加入上述聚丙烯，保溫攪拌30-40分鐘，加入上述油酸鉀皂，攪拌至常溫，得聚丙烯分散液；
（5）將上述鈦酸酯偶聯劑kt105加入到其重量27-30倍的無水乙醇中，升高溫度為60-65℃，加入上述二甲基二烯丙基氯化銨、六鈦酸鉀晶須，保溫攪拌20-25小時，得偶聯劑醇液；
（6）將上述三聚氰胺、37-40%的甲醛水溶液、三乙醇胺混合，在65-70℃下保溫攪拌70-78分鐘，加入上述介孔材料分散液、二烴基五硫化物RC2540，在上述溫度下，1500-1600轉/分攪拌17-20分鐘，滴加0.1-0.2g/ml的氯化銨溶液，調節pH為4-5，升高溫度為80-83℃，保溫攪拌90-100分鐘，降低溫度為47-50℃，加入上述偶聯劑醇液，保溫攪拌17-20分鐘，加入上述聚丙烯分散液，攪拌均勻，抽濾，將得到的沉澱用丙酮、去離子水交替洗滌2-3次，常溫乾燥，得樹脂改性介孔材料；
（7）將上述樹脂改性介孔材料與剩餘各原料混合，送入擠出機中，熔融擠出，擠出的產物經過循環水浴冷卻和切粒，即得。
本發明的優點是：本發明首先以1，3，5-三甲苯為擴孔劑，以正矽酸乙酯為矽源，在強酸性條件下合成了介孔材料，該介孔材料具有較高的比表面積、較大孔徑和孔容，然後將該介孔材料與由三聚氰胺、甲醛形成的樹脂共混，三聚氰胺－甲醛樹脂力學強度高，熱穩定性好，分子鏈與介孔材料內外表面發生鍵接作用，部分分子鏈或鏈段嵌入介孔材料孔道內，形成介孔孔道內外分子鏈相纏結，形成有機-無機互穿網絡結構，這種結構改善了兩相的界面相容性，並限制了分子鏈運動，提高了複合材料的熱穩定性，在摩擦過程中，由於聚合物分子鏈與介孔內外纏結，使介孔材料較難從基體樹脂中剝離，降低了磨損量，提高了複合材料的高溫摩擦性能；在受到衝擊時，能夠有效地傳遞外應力，引起介孔材料包覆基體產生局部屈服形變，增加耗散衝擊能，有利於衝擊強度的提高，同時降低了磨損量，提高了複合材料的高溫摩擦性能；
同時本發明還將二烴基五硫化物、六鐵酸鉀晶須包覆於樹脂之間，不僅可提高樹脂基體的力學性能，延長使用壽命，還可以在摩擦過程中承擔部分載荷，減少摩擦副表面的粘著，阻止樹脂基體的熱變化，改善摩擦磨損性能，提高了成品材料的綜合性能
本發明採用聚丙烯、聚氯乙烯共混，有效的提高了成品材料的耐候性和表面強度，提高了貯存穩定性。
具體實施方式
一種複合樹脂摩擦材料，它是由下述重量份的原料組成的：
1，3，5三甲基苯0.01、矽灰石粉5、烷基化二苯胺0.1、油酸鉀皂1、聚丙烯10、二甲基二烯丙基氯化銨0.6、聚氯乙烯140、正矽酸乙酯6、三聚氰胺37、37%的甲醛水溶液50、烷基酚聚氧乙烯醚0.3、二烴基五硫化物RC25402、六鈦酸鉀晶須1、鈦酸酯偶聯劑kt1050.3、水解聚馬來酸酐0.8、檸檬酸三丁酯4、苄基三苯基氯化膦0.6、乙氧基化烷基酚硫酸銨1、二甲基甲醯胺30、三乙醇胺0.2。
一種所述的複合樹脂摩擦材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）將上述乙氧基化烷基酚硫酸銨加入到其重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，得水分散液；
（2）將上述聚氯乙烯重量的10%，與上述矽灰石粉、1，3，5三甲基苯混合，加入到混合料重量70倍的、27%的鹽酸溶液中，送入到36℃的恆溫水浴中，200轉/分攪拌4小時，加入上述水分散液，攪拌均勻，滴加上述正矽酸乙酯，攪拌反應24小時，出料，在100℃下恆溫乾燥20小時，再在550℃下焙燒4小時，得介孔材料；
（3）將上述烷基酚聚氧乙烯醚、水解聚馬來酸酐混合，加入到混合料重量60倍的去離子水中，加入上述介孔材料，超聲2分鐘，得介孔材料分散液；
（4）將上述苄基三苯基氯化膦加入到二甲基甲醯胺中，攪拌均勻，升高溫度為60℃，加入上述聚丙烯，保溫攪拌30分鐘，加入上述油酸鉀皂，攪拌至常溫，得聚丙烯分散液；
（5）將上述鈦酸酯偶聯劑kt105加入到其重量27倍的無水乙醇中，升高溫度為60℃，加入上述二甲基二烯丙基氯化銨、六鈦酸鉀晶須，保溫攪拌20小時，得偶聯劑醇液；
（6）將上述三聚氰胺、37%的甲醛水溶液、三乙醇胺混合，在65℃下保溫攪拌70分鐘，加入上述介孔材料分散液、二烴基五硫化物RC2540，在上述溫度下，1500轉/分攪拌17分鐘，滴加0.1g/ml的氯化銨溶液，調節pH為4，升高溫度為80℃，保溫攪拌90分鐘，降低溫度為47℃，加入上述偶聯劑醇液，保溫攪拌17分鐘，加入上述聚丙烯分散液，攪拌均勻，抽濾，將得到的沉澱用丙酮、去離子水交替洗滌2次，常溫乾燥，得樹脂改性介孔材料；
（7）將上述樹脂改性介孔材料與剩餘各原料混合，送入擠出機中，熔融擠出，擠出的產物經過循環水浴冷卻和切粒，即得。
性能測試：
拉伸強度：22.6MPa；
低溫脆化衝擊溫度（℃）：-30℃通過；
阻燃級別：V-0；
100℃×240h熱空氣老化後：拉伸強度變化率（%）-6.8；
斷裂伸長變化率（%）-7.9。