摩擦材料及摩擦製品的製作方法
2023-12-09 05:44:36 3
本發明涉及摩擦材料技術領域，尤其涉及一種摩擦材料及摩擦製品。
背景技術：
目前，摩擦材料一般分為粉末冶金摩擦材料和複合摩擦材料兩類。複合摩擦材料具備適當的硬度、比重低、工藝簡單而在各類商用、乘用車以及普通火車等領域應用廣泛，其缺點是耐熱低，不能長期工作於350℃以上的場合，雖然有半金屬複合材料能夠短時間工作於350℃附近，但因其較高的鐵含量，會在使用中生鏽。粉末冶金摩擦材料因耐高溫而在對使用溫度要求較高的領域如礦山機械和高鐵等領域應用，缺點是硬度高，比重大且易產生制動噪音，且生產工藝需要氣氛燒結，工藝難度高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種摩擦材料及摩擦製品。該摩擦製品在能夠保證硬度要求的同時具有較高的耐熱性能，且製造工藝簡便，並且摩擦製品中不含鐵，不會鏽蝕。
本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為：
摩擦材料，它包括金屬纖維25-35重量份，酚醛樹脂2-4重量份、丁腈橡膠1-2重量份、硫酸鋇37-64重量份、氧化鋁1-4重量份、鉻鐵礦1-4重量份、石墨2-5重量份、石油焦顆粒2-5重量份及雲母2-6重量份，所述金屬纖維包括多根複合鎳錫金屬纖維絲，所述多根複合鎳錫金屬纖維絲以無序狀態分布，每根複合鎳錫金屬纖維絲中以鎳纖維為主幹，錫纖維分成多段自下而上纏繞在鎳纖維上，每段錫纖維的首未端分別突出於主幹的兩側。
上述方案中，每根複合鎳錫金屬纖維絲中鎳纖維的直徑為100-120μm，錫纖維的直徑為25-35μm。
上述方案中，所述金屬纖維中鎳纖維和錫纖維的質量比為3:2。
上述方案中，每根複合鎳錫金屬纖維絲中鎳纖維的長度為1-5cm，每段錫纖維的長度為1-5cm。
上述方案中，金屬纖維和酚醛樹脂的總質量佔摩擦材料的33％且金屬纖維與酚醛樹脂的質量比為10:1。
摩擦製品，它由下述方法製備而成：
提供模具，所述模具包括模框、上電極壓板及下電極壓板，所述上電極壓板及下電極壓板分別設置於所述模框的模腔的上部和下部；
將所述的摩擦材料投入所述模腔內；
將上電極壓板及下電極壓板加壓後通電，控制電流強度，升溫，達到180-200℃後斷電，保持壓力10-15分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
上述方案中，所述模框為絕緣陶瓷材料，所述模具可承受小於等於50MPa的壓力，所述上電極壓板及下電極壓板為鋼板。
上述方案中，加壓的壓力為15-30MPa，加壓時間為5-10分鐘。
上述方案中，升溫速率為50-100℃/min。
上述方案中，所述摩擦製品為摩擦片。
與現有技術相比，本發明取得的技術效果是：
1)摩擦材料中的鎳錫金屬纖維通電後作為發熱源，其溫度將高於摩擦材料基體的溫度，並超過231℃，這時具有特殊的樹枝狀結構的鎳錫金屬複合纖維中的錫纖維將熔化，但鎳熔點較高，仍保持原有形態，由於這種特殊的樹枝狀結構在摩擦製品所受壓力的作用下，熔化後纏繞在鎳纖維上的部分錫與鎳纖維融合，呈枝狀伸出的部分錫與摩擦材料基體其它成分融合，從而生成一種以鎳錫纖維為骨架並融合其它基體材料的結構，類似於粉末冶金的金屬界面結合粘接。這種結構與一定比例的酚醛樹脂相結合，達到一種較好的金屬-酚醛複合體系，這種體系結構的優點是，在普通300℃以內的工作環境中，摩擦製品中的粘接劑樹脂與金屬纖維起共增強作用，其強度高於普通摩擦材料。特別是當工作環境溫度較高，如超過350℃，當摩擦材料中的樹脂受熱分解失效後，金屬融合體還能提供較好的結構強度，從而保證了高溫使用性能。
2)由於該摩擦製品具備導電性，直接利用上電極壓板和下電極壓板通電後，由於摩擦材料的導電性質從內部將複合材料加熱，減少由外部加熱導致的熱損失，因此加熱效率更高，從而節約能源。
3)由於摩擦製品中不含以單質金屬形式存在的鐵，不會鏽蝕。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的多根複合鎳錫金屬纖維絲無序分布的結構示意圖。
圖2為本發明實施例提供的每根複合鎳錫金屬纖維絲的結構示意圖。
圖3為本發明實施例提供的模具的結構示意圖。
圖4為現有技術使用的模具的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述，當然下述實施例不應理解為對本發明的限制。
實施例1
本實施例提供一種摩擦材料，它包括金屬纖維26重量份，酚醛樹脂4重量份、丁腈橡膠2重量份、硫酸鋇50重量份、氧化鋁4重量份、鉻鐵礦4重量份、石墨5重量份、石油焦碳顆粒3重量份及雲母2重量份。
如圖1所示，金屬纖維包括多根複合鎳錫金屬纖維絲2，多根複合鎳錫金屬纖維絲2以無序狀態分布於摩擦材料的基體1中。如圖2所示，每根複合鎳錫金屬纖維絲中以鎳纖維3為主幹，錫纖維分成多段自下而上纏繞在鎳纖維3上，每段錫纖維4的首未端分別突出於主幹的兩側。在本實施例中，鎳纖維3的直徑為100μm，鎳纖維3的長度為1.5cm。每段錫纖維4的直徑為25μm，每段錫纖維4的長度為1.5cm。
本實施例還提供一種摩擦製品，它由下述方法製備而成：
1)如圖3所示，提供熱固化模具，該模具包括模框5、上電極壓板6及下電極壓板7，模框5為絕緣陶瓷材料，上電極壓板6及下電極壓板7為鋼板；
2)將上述摩擦材料投入模具內；
3)將上電極壓板6及下電極壓板7加壓15MPa，通電，控制電流強度，使摩擦材料以50℃/min的速度升溫，達到180℃溫度後斷電保持壓力10分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
在本實施例中，該模具可承受大於等於50MPa的壓力。在本實施例中，摩擦製品為摩擦片。
經檢測在未經表面磨削和磨合的狀態下，本實施例的摩擦製品在400℃時仍具有0.37的摩擦係數和0.4×10-7cm3/Nm的磨損率，即具有較高的耐熱性能和適當的硬度，以及良好的摩擦性能。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM45
實施例2
本實施例提供一種摩擦材料，與實施例1大致相同，不同之處在於它包括金屬纖維30重量份，酚醛樹脂3重量份、丁腈橡膠2重量份、硫酸鋇47重量份、氧化鋁4重量份、鉻鐵礦4重量份、石墨5重量份、石油焦碳顆粒3重量份及雲母2重量份。本實施例中，鎳纖維3的直徑為100μm，鎳纖維3的長度為1.5cm。每段錫纖維4的直徑為25μm，每段錫纖維4的長度為1.5cm。
本實施例還提供一種摩擦製品，它由下述方法製備而成：
1)如圖3所示，提供熱固化模具，該模具包括模框5、上電極壓板6及下電極壓板7，模框5為絕緣陶瓷材料，上電極壓板6及下電極壓板7為鋼板；
2)將上述摩擦材料投入模具內；
3)將上電極壓板6及下電極壓板7加壓15MPa，通電，控制電流強度，使摩擦材料以50℃/min的速度升溫，達到180℃溫度後斷電保持壓力10分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
經檢測在未經表面磨削和磨合的狀態下，本實施例的摩擦製品即具有較高的耐熱性能和適當的硬度，以及良好的摩擦性能。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM48
實施例3
本實施例提供一種摩擦材料，與實施例1大致相同，不同之處在於它包括金屬纖維25重量份，酚醛樹脂3重量份、丁腈橡膠2重量份、硫酸鋇52重量份、氧化鋁4重量份、鉻鐵礦4重量份、石墨5重量份、石油焦碳顆粒3重量份及雲母2重量份。鎳纖維3的直徑為100μm，鎳纖維3的長度為1.5cm。每段錫纖維4的直徑為25μm，每段錫纖維4的長度為1.5cm。
本實施例還提供一種摩擦製品，它由下述方法製備而成：
1)圖3所示，提供熱固化模具，該模具包括模框5、上電極壓板6及下電極壓板7，模框5為絕緣陶瓷材料，上電極壓板6及下電極壓板7為鋼板；
2)將上述摩擦材料投入模具內；
3)將上電極壓板6及下電極壓板7加壓15MPa，通電，控制電流強度，使摩擦材料以50℃/min的速度升溫，達到180℃溫度後斷電保持壓力10分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
經檢測在未經表面磨削和磨合的狀態下，本實施例的摩擦製品即具有較高的耐熱性能和適當的硬度，以及良好的摩擦性能。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50
實施例4
本實施例提供一種摩擦材料，與實施例1大致相同，不同之處在於它包括金屬纖維26重量份，酚醛樹脂4重量份、丁腈橡膠2重量份、硫酸鋇50重量份、氧化鋁1重量份、鉻鐵礦1重量份、石墨5重量份、石油焦碳顆粒5重量份及雲母6重量份。在本實施例中，鎳纖維3的直徑為100μm，鎳纖維3的長度為1.5cm。每段錫纖維4的直徑為25μm，每段錫纖維4的長度為1.5cm。
本實施例還提供一種摩擦製品，它由下述方法製備而成：
1)如圖3所示，提供熱固化模具，該模具包括模框5、上電極壓板6及下電極壓板7，模框5為絕緣陶瓷材料，上電極壓板6及下電極壓板7為鋼板；
2)將上述摩擦材料投入模具內；
3)將上電極壓板6及下電極壓板7加壓25MPa，通電，控制電流強度，使摩擦材料以80℃/min的速度升溫，達到200℃溫度後斷電保持壓力10分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
經檢測在未經表面磨削和磨合的狀態下，本實施例的摩擦製品在400℃時仍具有0.35的摩擦係數和0.38×10-7cm3/Nm的磨損率，即具有較高的耐熱性能和適當的硬度，以及良好的摩擦性能。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM43
實施例5
本實施例提供一種摩擦材料，與實施例1大致相同，不同之處在於它包括金屬纖維35重量份，酚醛樹脂3重量份、丁腈橡膠1重量份、硫酸鋇44重量份、氧化鋁4重量份、鉻鐵礦4重量份、石墨3重量份、石油焦碳顆粒3重量份及雲母3重量份。在本實施例中，鎳纖維3的直徑為120μm，鎳纖維3的長度為4.5cm。每段錫纖維4的直徑為35μm，每段錫纖維4的長度為4.5cm。
本實施例還提供一種摩擦製品，它由下述方法製備而成：
1)如圖3所示，提供熱固化模具，該模具包括模框5、上電極壓板6及下電極壓板7，模框5為絕緣陶瓷材料，上電極壓板6及下電極壓板7為鋼板；
2)將上述摩擦材料投入模具內；
3)將上電極壓板6及下電極壓板7加壓30MPa，通電，控制電流強度，使摩擦材料以100℃/min的速度升溫，達到200℃溫度後斷電保持壓力5分鐘後取模，即得到所需的摩擦製品。
經檢測在未經表面磨削和磨合的狀態下，本實施例的摩擦製品在400℃時仍具有0.42的摩擦係數和0.45×10-7cm3/Nm的磨損率，即具有較高的耐熱性能和適當的硬度，以及良好的摩擦性能。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50
對比例1
本對比例的摩擦材料與實施例1的摩擦材料大致相同，不同之處在於錫和鎳纖維無關聯隨機排列。
經檢測在400℃時摩擦係數為0.27，磨損率為0.65×10-7cm3/Nm，高溫摩擦係數較低，且高溫磨損較高。其原因在於無關聯隨機排列的錫纖維不能和鎳纖維形成金屬共融體。
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM50
對比例2
本對比例的摩擦製品與實施例1的摩擦製品大致相同，不同之處在於採用普通的外加熱模壓成型，使用的現有的模具。該模具包括模框8、上壓板9、下壓板10及加熱板11。模框8、上電極壓板9、下電極壓板10及加熱板11均為鋼質材料。加熱方式是通過加熱板11對模具的模框8、上電極壓板9及下電極壓板10加熱，從而熱量傳導至模具中的摩擦材料中，從而使摩擦材料受熱固化，形成摩擦製品。
經檢測在400℃時摩擦係數為0.22，磨損率為0.7×10-7cm3/Nm，高溫摩擦係數較低，且高溫磨損較高。其原因在於從外部傳熱效率不高，導致金屬纖維承受的溫度未達到金屬融化溫度，不能形成金屬共融體
摩擦性能(GB5763-2008)
洛氏硬度(GB5763-2008)：HRM48。