一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，采用電泳沉積法在紙基摩擦材料預制體表面沉積碳化硅涂層，并通過噴涂改性酚醛樹脂乙醇溶液、熱壓固化等工藝制備出表面結構均勻致密、與基體結合緊密的碳化硅涂層，本發(fā)明制備的碳化硅涂層與紙基摩擦材料預制體結合緊密，能夠有效改善材料在磨損過程中的界面狀態(tài)，有利于提高材料的摩擦磨損性能，本發(fā)明通過電泳沉積制備碳化硅涂層工藝簡單、原料易得、生產周期短、成本低，具有廣闊的發(fā)展前景。
【專利說明】一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種濕式紙基摩擦材料，尤其涉及一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]濕式摩擦材料是指工作于潤滑介質中的摩擦材料，主要應用于自動變速器、差速器、扭矩管理器和同步器等濕式傳動系統(tǒng)。對于濕式摩擦材料，界面狀態(tài)對材料性能影響很大，良好的界面可以提高濕式摩擦材料的摩擦學性能，減少制動過程中噪音的產生，為高速嚙合和分離時摩擦材料維持相對連續(xù)的摩擦提高保證。到目前為止，改善摩擦材料界面狀態(tài)，已經成為了提高摩擦材料摩擦磨損性能的有效途徑。申請?zhí)枮镃N20130529853.X的中國專利“一種真空浸潰碳布濕式摩擦材料的方法”，采用在真空條件下抽濾樹脂溶液，減少浸潰時間，使樹脂分布較為均勻，減少了熱壓過程樹脂向材料表面的溢出量，改善了摩擦材料表面的界面狀態(tài)。但是其對設備要求較高。申請?zhí)枮镃N201280036450.5的中國專利“濕式摩擦材料”制備的摩擦材料通過加入原纖化納米纖維以及摩擦調節(jié)顆粒從而在摩擦過程中產生一個摩擦接界表面，有效改善材料的摩擦性能。但是其在連續(xù)制動過程中動摩擦系數較低。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術缺點，提供一種在摩擦材料預制體表面進行定向沉積，改善材料的表面狀態(tài)，提高材料的摩擦磨損性能的電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術方案為:包括以下步驟:
[0005]步驟一:將碳纖維、紙纖維、芳綸纖維和填料采用濕法制漿工藝均勻分散于水中，連續(xù)攪拌，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝將預制體漿液制備成摩擦材料預制體，烘干后，得到預制體A，其中，碳纖維、紙纖維、芳綸纖維和填料的質量百分比為:(20 - 40):(10 - 20):(20 - 35):(20 - 35)；
[0006]步驟二:取濃度為0.01 -0.02g/mL的碳化硅懸濁液，超聲分散后，連續(xù)攪拌6 _12h后向其中加入碘，其中，每加入500mL的碳化硅懸濁液時，向其中加入0.5 -1g的碘，超聲分散后，連續(xù)攪拌24 - 36h，得到電泳沉積液；
[0007]步驟三:將預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法進行定向電泳沉積碳化硅涂層，隨后取出試樣，晾干后得到預制體B ；
[0008]步驟四:向步驟三)得到的預制體B上噴涂改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的15 - 30%，然后將含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙經熱壓固化得到電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0009]所述的碳纖維采用長度為0.1 -1mm的聚丙烯腈基碳纖維或浙青基碳纖維。
[0010]所述的填料為無機填料。
[0011]所述的無機填料包括高嶺土、硅藻土、石英粉、螢石粉、硫酸鋇中的多種任意比例的混合物。
[0012]所述的濃度為0.01 - 0.02g/mL的碳化娃懸池液通過將5 -1Og碳化娃分散于500 -1OOOmL異丙醇得到。
[0013]所述的步驟一)中攪拌的轉速為10000r/min，時間為30min。
[0014]所述的直流電沉積法的電壓為200 - 600V、占空比為40 - 60%，溫度為室溫，時間為 1- 2min。
[0015]所述的熱壓固化方法為:將含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙在壓力為5MPa、溫度為160°C的條件下熱壓10分鐘。
[0016]所述的改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量15 -30%的改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
[0017]所述的改性酚醛樹脂為硼改性酚醛樹脂、腰果殼油改性酚醛樹脂或丁腈改性酚醛樹脂。
[0018]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明采用直流電泳沉積的方法，在預制體表面進行定向電泳沉積，將電泳沉積液定向沉積于預制體表面，從而填充預制體表面，形成致密的碳化硅涂層，能夠有效改善材料的界面狀態(tài)，提高材料的摩擦學性能，本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，按照GB/T 13826 -2008技術標準檢測，其動摩擦系數達到0.14 - 0.16，摩擦材料磨損率小于1.lX10_8cm3/J，展現出了優(yōu)異的摩擦磨損性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料SEM示意圖；
[0020]圖2為未改性樣品表面SEM示意圖。

【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖以及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明:
[0022]實施例1:
[0023]步驟一:按照質量百分比將30.0 %的碳纖維、15.4%的紙纖維、27.6%芳綸纖維、10 %的高嶺土、12.3 %的硅藻土以及4.7 %的石英粉，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm,得到預制體A ；
[0024]步驟二:取5g碳化娃分散于500mL異丙醇中制成濃度為0.01g/mL的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌6h，然后加入Ig的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌24h，得到電泳沉積液；
[0025]步驟三:將預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為400V、占空比為50%的條件下進行電泳沉積lmin，隨后取出試樣，晾干后得到預制體B;
[0026]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂硼改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完硼改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含硼改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含硼改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中硼改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的20%，然后將含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料；
[0027]其中，硼改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量20%的硼改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到；
[0028]本發(fā)明制備的紙基摩擦材料lMPa、2000的動摩擦系數為0.15，磨損率為
0.9 X 10" 8cm3/Jo
[0029]實施例2:
[0030]步驟一:按照質量百分比將33.2%的碳纖維、15.8%的紙纖維、26.0 %的芳綸纖維、11.0%的高嶺土、8.6%的硅藻土以及5.4%的螢石粉，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm,得到預制體A。
[0031]步驟二:取1g碳化娃分散于500mL異丙醇中制成濃度為0.02g/ml的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌8h，然后加入0.6g的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌36h，得到電泳沉積液；
[0032]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為500V、占空比為60%的條件下進行電泳沉積2min，隨后取出試樣，晾干后得到預制體B ；
[0033]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含腰果殼油改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含腰果殼油改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中腰果殼油改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的29.6%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0034]其中，腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量的29.6%的腰果殼油改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到；
[0035]本發(fā)明制備的摩擦材料的動摩擦系數為0.16，磨損率為1.1 X 10'8CmVjο
[0036]實施例3:
[0037]步驟一:按照質量百分比將30.7%的碳纖維、10.4%的紙纖維、30.6%的芳綸纖維、13.6 %的高嶺土、11.4%的硅藻土和3.3 %的硫酸鋇，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm,得到預制體A。
[0038]步驟二:取8g碳化娃分散于100ml異丙醇中制成濃度為0.0125g/ml的碳化娃懸濁液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌12h，然后加入0.8g的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌27h，得到電泳沉積液。
[0039]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為200V、占空比為40%的條件下進行電泳沉積
1.5min,隨后取出試樣,晾干后得到預制體B ；
[0040]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中丁腈改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的25.4%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0041]本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料的動摩擦系數為0.14，磨損率為1.0 X 10"8CmVjo
[0042]其中，丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量25.4%的丁腈改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到；
[0043]實施例4:
[0044]步驟一:按照質量百分比將23.7%的碳纖維、16.6%的紙纖維、26.3%的芳綸纖維、13.6%高嶺土、10.4%的硫酸鋇和9.4%的螢石粉，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm,得到預制體A。
[0045]步驟二:取8g碳化娃分散于100ml異丙醇中制成濃度為0.0125g/ml的碳化娃懸濁液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌10h，然后加入0.8g的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌24h，得到電泳沉積液。
[0046]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為500V、占空比為50%的條件下進行電泳沉積1.0min,隨后取出試樣，晾干后得到預制體B ；
[0047]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中丁腈改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的23%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0048]本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料的動摩擦系數為0.14，磨損率為1.0 X 10"8CmVjo
[0049]其中，丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量23%的丁腈改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
[0050]實施例5:
[0051]步驟一:按照質量百分比將37.7%的碳纖維、16.4的紙纖維、21.6%的芳綸纖維、3.6%的螢石粉、17.4%的硅藻土、3.3%的高嶺土，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min,得到預制體衆(zhòng)液,然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm，得到預制體A。
[0052]步驟二:取5g碳化娃分散于500ml異丙醇中制成濃度為0.01g/ml的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌12h，然后加入0.5g的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌36h，得到電泳沉積液。
[0053]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為400V、占空比為60%的條件下進行電泳沉積2min，隨后取出試樣，晾干后得到預制體B ；
[0054]步驟二:取5g碳化娃分散于500ml異丙醇中制成濃度為0.01g/ml的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌12h，然后加入Ig的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌30h，得到電泳沉積液。
[0055]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為300V、占空比為50%的條件下進行電泳沉積1.5min,隨后取出試樣,晾干后得到預制體B ；
[0056]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含丁腈改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中丁腈改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的22%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0057]其中，丁腈改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量22%的丁腈改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
[0058]本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料的動摩擦系數為0.16，磨損率為
1.1X10 - 8cm3/J。
[0059]實施例7:
[0060]步驟一:按照質量百分比將20%的碳纖維、20%的紙纖維、35%的芳綸纖維、
I1.6%的高嶺土、8.4%的硅藻土以及5%的石英粉，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在10000r/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm,得到預制體A。
[0061]步驟二:取5g碳化娃分散于500ml異丙醇中制成濃度為0.01g/ml的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌12h，然后加入Ig的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌30h，得到電泳沉積液。
[0062]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為300V、占空比為50%的條件下進行電泳沉積
1.5min,隨后取出試樣,晾干后得到預制體B ；
[0063]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含腰果殼油改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含腰果殼油改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中腰果殼油改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的23.5%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0064]其中，腰果殼油改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量23.5%的腰果殼油改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
[0065]實施例8:
[0066]步驟一:按照質量百分比將40%的碳纖維、10%的紙纖維、20%的芳綸纖維、15.6 %的高嶺土、5.4%的硅藻土和石英粉9 %，采用濕法制漿工藝將其均勻分散于水溶液中，在lOOOOr/min的轉速下連續(xù)攪拌30min，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝制備出摩擦材料預制體烘干后將其裁剪為1cmX 1cm，得到預制體A。
[0067]步驟二:取5g碳化娃分散于500ml異丙醇中制成濃度為0.01g/ml的碳化娃懸池液，超聲分散30min后，連續(xù)攪拌12h，然后加入Ig的碘，超聲分散30min，連續(xù)攪拌30h，得到電泳沉積液。
[0068]步驟三:將紙基摩擦材料預制體A固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法在室溫下電壓為300V、占空比為50%的條件下進行電泳沉積1.5min,隨后取出試樣,晾干后得到預制體B ；
[0069]步驟四:稱量預制體B質量，向步驟三)得到的預制體B上噴涂硼改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完硼改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含硼改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含硼改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中硼改性酚醛樹脂的質量為預制體B質量的24%，然后將其在熱壓溫度160°C、壓力5MPa的條件下，熱壓10分鐘，獲得電泳沉積改性紙基摩擦材料。
[0070]其中，硼改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體B質量24%的硼改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
[0071]對比圖1和圖2，圖1為本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料，通過對比可知與未改性樣品表面SEM照片相比，本發(fā)明制備的電泳沉積改性紙基摩擦材料表面有一層均勻致密的碳化硅膜，證明了本發(fā)明有效改性了紙基摩擦材料。
【權利要求】
1.一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:將碳纖維、紙纖維、芳綸纖維和填料采用濕法制漿工藝均勻分散于水中，連續(xù)攪拌，得到預制體漿液，然后采用抄紙成型工藝將預制體漿液制備成摩擦材料預制體，烘干后，得到預制體八，其中，碳纖維、紙纖維、芳綸纖維和填料的質量百分比為(20-40): (10-20): (20-35): (20-35)； 步驟二:取濃度為0.01-0.02^/1111的碳化硅懸濁液，超聲分散后，連續(xù)攪拌6-124后向其中加入碘，其中，每加入500此的碳化硅懸濁液時，向其中加入0.5-1^的碘，超聲分散后，連續(xù)攪拌24-361！，得到電泳沉積液； 步驟三:將預制體八固定于電泳裝置的陰極，并將其置于電泳沉積液中采用直流電沉積法進行定向電泳沉積碳化硅涂層，隨后取出試樣，晾干后得到預制體8 ； 步驟四:向步驟三)得到的預制體8上噴涂改性酚醛樹脂乙醇溶液，待噴涂完改性酚醛樹脂乙醇溶液后自然晾干，得到含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙，該含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙中改性酚醛樹脂的質量為預制體8質量的15-30%，然后將含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙經熱壓固化得到電泳沉積改性紙基摩擦材料。
2.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的碳纖維采用長度為0.1-1.的聚丙烯腈基碳纖維或浙青基碳纖維。
3.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的填料為無機填料。
4.根據權利要求3所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的無機填料為高嶺土、硅藻土、石英粉、螢石粉、硫酸鋇中的多種任意比例的混合物。
5.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的濃度為0.01-0.02^1的碳化硅懸濁液通過將碳化硅分散于異丙醇得到。
6.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟一)中攪拌的轉速為1000017111111，時間為30111111。
7.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的直流電沉積法的電壓為200-6007、占空比為40-60%，溫度為室溫，時間為1-2111111。
8.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的熱壓固化方法為:將含改性酚醛樹脂的摩擦材料原紙在壓力為51？^溫度為1601的條件下熱壓10分鐘。
9.根據權利要求1所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的改性酚醛樹脂乙醇溶液通過將質量為預制體8質量15-30%的改性酚醛樹脂溶于乙醇中得到。
10.根據權利要求1或9所述的一種電泳沉積改性紙基摩擦材料的制備方法，其特征在于:所述的改性酚醛樹脂為硼改性酚醛樹脂、腰果殼油改性酚醛樹脂或丁腈改性酚醛樹脂。
【文檔編號】D21H15/12GK104389231SQ201410498737
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】費杰, 羅威, 黃劍鋒, 王洪坤, 曹麗云, 歐陽海波, 李翠艷, 孔新剛 申請人:陜西科技大學