一種番麻纖維增強環保型摩擦材料及其製備方法

2023-04-27 07:40:36 1

一種番麻纖維增強環保型摩擦材料及其製備方法
【專利摘要】一種番麻纖維增強環保型摩擦材料及其製備方法，其組分包括作為材料骨架的番麻纖維，高強高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維，摩擦性能調節劑偶聯劑和填料；所述各組分的重量分數：增強纖維20～30份，粘合劑9～16份，摩擦性能調節劑8～14份，填料40～50份。經過超聲波和化學方法聯合預處理後的番麻纖維，具有耐熱性好，分解溫度高，纖維較長，細度不勻率較低，斷裂伸長率較大等多種優良性能。經微纖化處理後，能夠改善纖維與聚合物界面結構，提高纖維增強聚合物的機械性能。所製備的番麻纖維增強摩擦材料，化學穩定性好，熱衰退性能好，並具有較高的摩擦穩定性，且對環境友好，是綠色環保型摩擦材料。
【專利說明】 一種番麻纖維增強環保型摩擦材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車制動用摩擦材料，具體涉及一種番麻纖維增強環保型摩擦材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]摩擦材料是一種多元複合材料，其主要是由增強纖維、粘結劑(樹脂與橡膠)和摩擦性能調節劑三大類組分及其他填料經一系列製造加工工藝製成的，其製品不僅要具有一定良好摩擦因數和耐磨性，同時還具備一定的耐熱性和機械強度。
[0003]隨著國內外製動摩擦材料行業的生產、技術和市場情況發生了重要變化，使制動材料面臨著嚴峻的形勢，對其性能要求也越來越高:要有足夠而穩定的摩擦係數；動、靜摩擦係數之差小；要有良好的導熱性，較大的熱容量和一定的高溫機械強度；要有良好的耐磨性和抗粘著性，不易擦傷對偶件，無噪聲；低成本，對環境無汙染等。目前，國外摩擦材料的研究、應用工作仍是從材料成分、製取方法、工藝路線、結構設計和試驗分析手段等方面出發進行全面改革，各國採用的方法雖然多種多樣，但其目的仍是為了全面提高新型無石棉摩擦材料的性能，以滿足汽車工業高速度發展的需求和社會對環境保護的要求
[0004]作為制動摩擦材料增強纖維的主要有玻璃纖維和有機合成纖維，如碳纖維、芳綸纖維等，這些纖維材料性能均一，是較為理想的增強材料。然而它們的原材料石油資源卻日益枯竭，同時纖維的製造過程也會消耗大量能源，磨損產物汙染環境。而天然纖維來源廣泛，可再生，綠色無毒以其無毒害、生態環保、可降解、輕質價廉、比強度和比模量高、耐摩擦磨損及可再生等優良特性，在增強聚合物基複合材料的應用中越來越受到人們的重視。
[0005]番麻又叫龍舌蘭麻，葉纖維作物，一張成熟的葉片含有1000?1200根纖維束，纖維硬長，質地優良，每個纖維束中含有60?150個纖維細胞。番麻纖維具有強力高、耐磨、耐腐蝕、伸長率低等特點是一種良好的紡織原料，適於製作產業用紡織品，如繩索、拋輪、鋼絲繩芯紗等。亦適合於紡制室內裝飾用布，如地毯、牆布等產品。目前番麻多為野生狀態，對其纖維的綜合利用水平低，沒有充分挖掘其潛在價值。同有機纖維相比，番麻纖維可以降低材料的密度、減小其磨損量，但同時也會降低材料的摩擦係數。番麻纖維如果用於增強適當的基體則可以製成完全降解的摩擦材料，這種材料將獲得巨大的市場空間。
[0006]由於摩擦材料的強度及其耐磨性與番麻纖維/粘結劑界面結合的狀況有很大的關係，聚合物與纖維相之間的親合力來源於纖維表面的孔隙浸入樹脂而形成的機械作用力、物理吸附力及纖維表面的化學基團與樹脂相中的活性基團反應形成的化學鍵。本專利根據摩擦制動材料的性能要求,研究了番麻纖維的改性處理工藝,將其應用摩擦材料，並對製備出的摩擦材料的摩擦性能進行了實驗研究。如果對番麻纖維進行適當的處理，並與增強適當的基體混合可以製成力學性能優良的環保摩擦材料，這種材料將獲得巨大的市場空間。

【發明內容】
士配方研究專用熱壓機，型號了穴50，吉林大)0,南通奧普機械工程有限公司生產，每次匕海齊新科學有限公司生產。
〔入自製攪拌器中攪拌10?15111111，轉速為勺比例將物料在自動配料系統中進行配料，統能自動實現加料，計量，排料，混料。然後上，在35?501？3壓力下初步預壓成型，將3次放氣、溫控固化的工藝製備摩擦材料。
三更高，將熱壓好的摩擦材料送到保溫爐中後隨爐溫冷卻，得到試件。熱處理後的摩擦辦處理後的摩擦材料進行磨削處理，磨削設泡於質量分數為10%的NaOH溶液中，常溫下浸泡處理4h，再放置到超聲波發生器中，功率為40kHz，溫度控制範圍60?80°C，然後用去離子水衝洗呈中性。
[0021]為了改善纖維與聚合物界面結構，提高纖維增強聚合物的機械性能，對番麻進行適當的微纖維處理，使番麻短纖維增強摩擦材料具有比強度高、耐磨性高及易成型等優點。微纖維化前，番麻纖維在水中浸泡24h，番麻纖維的微纖維化在盤磨機(ZSP-300)上進行，然後將番麻短纖放置於80°C的烘箱中烘乾備用；經過正交試驗分析表明:質量分數為9%的番麻纖維增強的轎車制動塊具有較好的機械性能。
[0022]其中的有機增強纖維採用高強高模聚乙烯纖維，突出的特性是與其極高的分子量，平均分子量大於170萬，其抗衝擊性比對位芳醯胺纖維高近一倍，耐磨性好。比強度是同等截面鋼絲的十多倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多，比模量僅次於特級碳纖維。纖維密度低，密度是0.97g/cm3。斷裂伸長低，斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，而且耐化學腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。它用於摩擦材料具有以下作用:可以使摩擦材料具有突出的抗衝擊性，耐久性好，並具有較高的摩擦穩定性。本發明中加入3%的高強高模聚乙烯纖維作為增強材料。
[0023]本發明中採用的無機增強纖維是荷蘭萊佩納斯纖維公司生產的玄武巖纖維。玄武巖纖維是一種新出現的新型無機環保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融後，通過漏板快速拉制而成的。直徑範圍3?15 μ m,纖維平均長度125?650 μ m,密度2.75Kg/dm3,抗拉強度800GPa,斷裂伸長率I?2%。玄武巖連續纖維不僅穩定性好，而且還具有電絕緣性、抗腐蝕、抗燃燒、耐高溫等多種優異性能。本發明中加入16%的優質玄武巖纖維作為增強材料。
[0024]本發明專利中使用的粘合劑選用耐高溫型聚醯亞胺改性環氧膠粘劑。普通環氧樹脂系膠結劑的粘附性好，內聚強度高，摻混性好，但耐熱性差，長期使用溫度僅為_60°C?150°C。而聚醯亞胺(PI)在_200°C?260°C之間有優良的力學性能和絕緣性能，還具有優良的耐磨性、尺寸穩定性。用聚醯亞胺對環氧樹脂進行改性可以綜合兩者的優點，粘結力提高1.4倍，剪切強度提高1.7倍，經受住300°C以上的溫度，得到具有良好機械性能和粘結強度的耐高溫環氧膠粘劑。經過改性的環氧樹脂可以將各種原料很好地加以粘合，生產出的剎車片不但各項理化性能指標優良，作為摩擦材料基體樹脂可以明顯提高剎車片的抗熱衰退能力，使其具有良好的熱穩定性。本發明中加入12%的聚醯亞胺改性環氧樹脂作為粘合劑。
[0025]本發明專利中使用的摩擦性能調節劑為棕剛玉增摩材料，紫銅粉，人工石墨。
[0026]棕剛玉以優質耐磨材料高鋁含量的釩土為原料，於電弧中經2000度以上高溫熔煉而成，經自磨機粉碎整形，、篩分成多種粒度，其質地緻密、硬度高，其突出的特點是晶體尺寸小耐衝擊，表面幹潔，易於與粘合劑結合，高溫性能特別穩定，能有效的降低摩擦材料高溫制動的衰退性。
[0027]紫銅粉是採用優質的黃銅為原料經過特殊工藝專門加工而成，外觀呈不規則形狀，有一定的韌性，質地柔軟。用於摩擦材料中，具有很好的粘結力，能很好的與其他原料均勻混合，具有減摩擦作用，能減少摩擦材料對盤和軲的磨損。另外，紫銅粉耐高溫，在高溫軟化時吸收大量的熱量，且散熱快，有助於降低摩擦材料制動時表面的溫度。其粒度為40目-80目，純度大於96%，比重8.7g/cm3。[0028]所採用的人工石墨是由瑞士物密高集團(HMCAL GROUP)公司生產。由於石墨作為碳質原料，具有很高的熱容和導熱係數，所以能較多地吸收由摩擦功轉化的熱量，並順利地散發出去，有助於提高摩擦材料的耐溫性能。人工石墨為鱗片層疊結構，硬度又很低，可以作為減磨材料以調整摩擦係數，可減小磨損；石墨顆粒富含微孔，且具彈性恢復作用，所以被賦予良好的阻尼功能，在摩擦材料中起到減小震動、遏制噪音、減小震動的效果。此外，人工石墨很容易被有機粘結劑浸潤，而且其顆粒與粘結劑的粘結強度很高。
[0029]鋯鋁酸鹽偶聯劑能夠能夠無機礦物填料與有機聚合物間的界面，從而使玄武巖纖維、樹脂膠黏劑和礦物填料形成較好的結合，從而提高礦物的填充量而降低成本，並改進最終廣品的性能。
[0030]本發明專利中使用填料為沉澱硫酸鋇填料，片狀蛙石，FM-1陶瓷空心微粉。
[0031 ] 沉澱硫酸鋇由淄博雍濱微粉廠生產，熔點1580°C，相對密度:4.50 (15°C )。沉澱硫酸鋇具有硬度適中、比重大及無毒、耐高溫的特點，因而在摩擦密封材料中得到了普遍應用，特別在摩擦材料中它已是不可或缺的無機填料。使用沉澱硫酸鋇，有利於穩定摩擦係數，降低磨損率，而且摩擦面光滑、潔淨，不易攻擊對偶。本發明中加入5%沉澱硫酸鋇作為摩擦性能調節劑
[0032]蛭石是一種化學成分複雜的含水鋁矽酸鹽礦物，化學分子式為(Mg，Fe, Al)(SiAl)4(OH)2.4Η20，常變化不定。單斜晶系，顏色為褐色、黃褐色和古銅色，油脂光澤。硬度I~1.5，比重2.4~2.7，熔點1320°C~1350°C。蛭石外形常呈鱗片狀、片狀，鱗片重疊，在I英寸厚度內可疊100萬片。抗壓強度I~1.5t/cm2。蛭石具有隔熱、耐凍、抗菌、防火、吸水、吸聲等優異性能，是一種新型的高技術無機纖維結構和功能材料，用於摩擦材料具有力學性能佳，耐高溫性能好等優點。
[0033]FM-1陶瓷空心微粉是由美國potters Industries Inc.生產的工業粉體材料,用於摩擦材料的低密度功能性添加劑。化學組成:Si025 5~60%，Al20325~30%，Fe2034~10%;粒徑範圍:10 ~50 μ m ;相對密度:0.60 ~0.80g/cm3 ;抗壓強度:3950psi(27.2MPa)；莫氏硬度:5。它的密度很小，同體積重量只有硫酸鋇的1/6，不僅可以減輕產品重量，而且可以降低生產成本。FM-1陶瓷空心微珠具有很好的抗壓強度和很好的耐熱筍，有利於提高摩擦材料的抗衰退性及降低磨損率。本發明中FM-1陶瓷空心微粉在摩擦材料中的加入量為 15%。
【具體實施方式】:
[0034]番麻纖維增強環保型的摩擦材料採用耐高溫型聚醯亞胺改性環氧樹脂作為粘結劑，以番麻纖維，高強高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維三種纖維作為混雜增強纖維，並加入剛玉增摩材料、紫銅粉、人工石墨作為摩擦性能調節劑，來改善和提高摩擦材料的摩擦性能。為提高生產效率和摩擦材料的合格率，採用2步升溫、3次放氣、溫控固化的工藝製備摩擦材料。該製品成型工藝簡單、物理機械性能好，摩擦係數隨溫度升高發生的衰減很小、綜合性能良好，制動安全、有效，乘坐舒適、平穩，符合當代汽車人性化設計要求。
[0035]本發明經過多次試驗得到的的最佳配方比例為:
[0036]
【權利要求】
1.一種番麻纖維增強環保型摩擦材料，其特徵在於:其組分包括作為材料骨架的番麻纖維，高強高模聚乙烯纖維，玄武巖纖維，摩擦性能調節劑偶聯劑和填料；所述各組分的重量分數:增強纖維20~30份，粘合劑9~16份，摩擦性能調節劑8~14份，填料40~50份。
2.根據權利要求1所述的一種番麻纖維增強環保型摩擦材料，其特徵在使用番麻纖維作為增強材料，經超聲波和化學方法聯合預處理後，分離出單根纖維，再經過微纖化處理後，改善纖維與聚合物界面結構，能提高增強纖維在摩擦材料中的混雜均勻程度，可改善摩擦材料的負荷能力。
3.根據權利要求1所述的一種番麻纖維增強環保型摩擦材料，其配方為番麻纖維9%、高強高模聚乙烯纖維3.5 %、玄武巖纖維16%、聚醯亞胺4.5%、環氧樹脂9 %、棕剛玉增摩材料2.5%、人工石墨3.5 %、紫銅粉4%、鋯鋁酸鹽偶聯劑3%、片狀蛙石18%、陶瓷空心微粉15%、沉澱硫酸鋇10%。這個配方經過多次試驗調整，表明9%番麻纖維、3.5%高強高模聚乙烯纖維、16%玄武巖纖維、13.5%聚醯亞胺改性環氧樹脂的配方具有最優的化學穩定性好，熱衰退性能好，摩擦性能穩定可靠。
4.根據權利要求1所述的一種番麻纖維增強環保型摩擦材料，其製備工藝為熱壓成型的溫度為約1701，壓力55~65腿^，熱壓時間為15~20分鐘。經過多次試驗調整表明，此工藝條件下生產的剎車片摩擦係數穩定，磨損率低，其物理機械性能達到最優。
【文檔編號】C09K3/14GK103834363SQ201310496472
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】姜著川 申請人:姜著川