一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玄武巖纖維摩擦材料，由混合纖維骨架、粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維和填料組成，本發(fā)明的混合纖維骨架和增強(qiáng)纖維以玄武巖為主要原料，能夠增強(qiáng)摩擦材料的耐高低溫性能，降低摩擦損耗，提升摩擦材料的溫度形變性能。本發(fā)明的摩擦材料不添加石棉，且所用成本低廉，基體材料整體結(jié)合性更好，金屬絲分布均勻，摩擦材料導(dǎo)熱、散熱更快、更優(yōu)。利用本發(fā)明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸較現(xiàn)有摩擦材料精度更高。完全避免了層壓產(chǎn)品的生產(chǎn)過程出現(xiàn)的氣泡腫脹、分層以及翹曲等問題。本發(fā)明的摩擦材料具有耐高低溫、耐磨損、低噪音、以及摩擦制動(dòng)力矩穩(wěn)定、環(huán)保等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及摩擦材料，尤其是涉及一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦材料是用于諸多運(yùn)動(dòng)機(jī)械和裝備中起傳動(dòng)、制動(dòng)、減速、轉(zhuǎn)向、駐車等作用的 功能配件，可以說從有機(jī)械運(yùn)動(dòng)開始，人類就有了剎車制動(dòng)的要求，木塊、牛皮、橡膠等都曾 經(jīng)被用來作為制動(dòng)材料。在上世紀(jì)七、八十年代以前石棉摩擦材料作為傳統(tǒng)產(chǎn)品一直被人 類大量使用，在此之后，由于盛傳石棉會(huì)引起肺部病變及問皮瘤并與肺癌的發(fā)生有關(guān)。1972 年國際腫瘤醫(yī)學(xué)討論會(huì)確認(rèn)石棉纖維含有致癌物質(zhì)，此后，摩擦制品的無石棉化和無污染 化逐漸成為世界性發(fā)展的共識(shí)。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)第13號(hào)法規(guī)及國際標(biāo)準(zhǔn)委員 會(huì)(ISO)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，明文規(guī)定禁止生產(chǎn)、銷售和使用石棉產(chǎn)品。國際海事組織1974S0LAS公 約2000修正案明確規(guī)定〃對(duì)于所有船舶，含有石棉材料的新穎安裝應(yīng)禁止，除非有特殊要 求?！▏壹夹g(shù)監(jiān)督局在強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB12676-1999中規(guī)定，〃從2003年10月1日起，制動(dòng) 襯片應(yīng)不含有石棉"。
[0003] 在現(xiàn)有的無石棉摩擦材料技術(shù)中，作為石棉纖維增強(qiáng)材料的替代材料很多，金屬 纖維、碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維和芳綸纖維都是制造各類制動(dòng)器、離合器襯片等摩擦元 件的原材料中的較為理想的增強(qiáng)材料，其特性和價(jià)格以及相互之間的配比很大程度上決定 著摩擦元件的性能和應(yīng)用前景。摩擦材料主要由三部分組成：1、粘合劑;2、增強(qiáng)纖維;3、摩 擦性能調(diào)節(jié)劑。必須根據(jù)所要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)來進(jìn)行各種配方和組成材料的選擇，并選擇 合適的制造方法和生產(chǎn)工藝。
[0004] 目前，汽車制動(dòng)器摩擦片大量使用二硫化二銻，用于摩擦材料在高溫摩擦?xí)r的潤 滑，確保高溫摩擦系數(shù)的穩(wěn)定。硫化銻是由輝錦礦經(jīng)過精選和化學(xué)提純而得，為黑色固體粉 末。它的熔點(diǎn)比較低，為548 0C，高溫分解后生成的氧化銻，以及在還原劑存在時(shí)生成的金 屬銻，能防止高溫時(shí)材料的氧化燃燒，保持材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性，提高材料的抗燒性能， 還能降低有機(jī)粘合劑在高溫時(shí)分解速度，提高材料的使用壽命，起到了高溫?zé)o機(jī)粘合劑和 潤滑摩擦調(diào)整劑的作用。但是，銻為重金屬元素，隨摩擦粉塵進(jìn)入空氣、雨水和土壤中后不 易降解，直接或間接進(jìn)入人體，會(huì)對(duì)人們健康造成重金屬中毒，破壞人體的內(nèi)循環(huán)呼吸道和 消化道口因此，歐盟法規(guī)要求要逐步減少在摩擦材料中三硫化二銻的用量，最遲在2020年 徹底禁止在摩擦材料中的加入。顯然，現(xiàn)有技術(shù)汽車制動(dòng)器摩擦片存在著含有重金屬銻，對(duì) 環(huán)境造成污染，對(duì)人體造成傷害，即將被禁用在汽車制動(dòng)器摩擦片中使用等問題。
[0005] 前摩擦材料的結(jié)構(gòu)是由玻璃纖維、金屬纖維以及天然或合成混合纖維加捻絞合而 成的股紗，這種作為基材的股紗，由于其組成材質(zhì)之間存在明顯的性能差異，如玻璃纖維表 面堅(jiān)硬光滑，而金屬纖維表面則具有一定的強(qiáng)度和韌性，混合纖維表面強(qiáng)度較低，材料之間 界面十分明顯，相容性差，結(jié)合力弱，特別是浸潤膠后，由于該結(jié)構(gòu)股紗的外層材料表現(xiàn)為 多元特點(diǎn)，其截面周向分布著不同性質(zhì)的材料，各自的粘連性能差異較大，粘連強(qiáng)度高低不 一，與其他股紗不能形成均勻一致的粘連強(qiáng)度，使用中，極易因股紗周面粘連應(yīng)力分布不 均，而在薄弱部分產(chǎn)生應(yīng)力集中，加劇開裂損壞，難以發(fā)揮不同材質(zhì)的各自優(yōu)勢(shì)，直接影響 成品的整體強(qiáng)度和質(zhì)量指標(biāo)，縮短使用壽命。
[0006] 目前這種結(jié)構(gòu)的股紗均為玻璃纖維、金屬纖維以及天然或者合成混合纖維加捻并 絞后，進(jìn)行下道浸膠工序。該結(jié)構(gòu)的股紗的耐高溫性能和高溫穩(wěn)定性能不足，存在因溫度上 升摩擦性能降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的問題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提出創(chuàng)新方案，尤其是一 種能夠降低生產(chǎn)成本，提高摩擦材料的導(dǎo)熱、散熱性能、降低噪音、提高摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性 的摩擦材料。
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的方案如下：一種玄武巖纖維摩擦材料，其特征在 于，包括：由玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀纖維組成的混合纖維骨架；由丁腈改性 酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結(jié)劑；由玄武巖纖維、芳綸纖維、纖維素纖維和鋼纖維組成 的增強(qiáng)纖維；由重晶石粉、摩擦粉、鋯英石粉、膨脹蛭石粉組成的填料;所述粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖 維、填料之間重量比為1:4:4;所述粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維、填料燒結(jié)在混合纖維骨架上。
[0009] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、碳纖維、鈦酸鉀纖維、纖維素纖維和鋼纖維的長度為1-3毫米，直徑為160-220微米。 [0010]進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述重晶石粉、摩擦粉、鋯 英石粉、膨脹蛭石粉組分的粒度為小于60目。
[0011] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、碳纖維和鈦酸鉀纖維的重量比為3:2:2:1。
[0012] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、纖維素纖維和鋼纖維的重量比為3:2:3:1。
[0013] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結(jié)劑，放入高速攪拌機(jī)中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3000-3500轉(zhuǎn)/min;混合均勾后送入熱壓成型機(jī)的模腔中，在溫度 為150-170攝氏度、壓力為30-35MPa條件下熱壓200-250秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料:按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強(qiáng)纖維和填料，放 入高速攪拌機(jī)中，并添加適量粘結(jié)劑攪拌3-6分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3000-3500轉(zhuǎn)/min，制 得均勻混料； (3) 壓制成型:將步驟(2)制得的均勻混料鋪設(shè)在塑料液壓成型機(jī)模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設(shè)在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設(shè)一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至60-180MPa時(shí)，保持壓力30-70分鐘 后，脫模得到預(yù)成型樣品； (4) 熱處理:將步驟(3)制得的預(yù)成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時(shí)，240攝氏度保溫6小時(shí)，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料。
[0014] (5)外部處理:對(duì)玄武巖纖維摩擦材料進(jìn)行修磨加工和表面處理。
[0015] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟（1)中 高速攪拌機(jī)攪拌6分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3400轉(zhuǎn)/min。
[0016] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟（1)中 熱壓溫度為160攝氏度、壓力為35MPa、熱壓時(shí)間為200秒。
[0017] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟(2)中 攪拌時(shí)間為5分鐘，高速攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min。
[0018] 進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟(3)中 塑料液壓成型機(jī)的壓力加至120MPa，保持壓力50分鐘，制得預(yù)成型樣品。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下：本發(fā)明的玄武巖纖維摩擦材料，由混合纖維骨架、粘結(jié) 劑、增強(qiáng)纖維和填料組成，本發(fā)明的混合纖維骨架和增強(qiáng)纖維以玄武巖為主要原料，能夠增 強(qiáng)摩擦材料的耐高低溫性能，降低摩擦損耗，提升摩擦材料的溫度形變性能。本發(fā)明的摩擦 材料不添加石棉，且所用成本低廉，基體材料整體結(jié)合性更好，金屬絲分布均勻，摩擦材料 導(dǎo)熱、散熱更快、更優(yōu)。利用本發(fā)明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸較現(xiàn)有摩擦材料精度 更高。完全避免了層壓產(chǎn)品的生產(chǎn)過程出現(xiàn)的氣泡腫脹、分層以及翹曲等問題。本發(fā)明的摩 擦材料具有耐高低溫、耐磨損、低噪音、以及摩擦制動(dòng)力矩穩(wěn)定、環(huán)保等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為玄武巖纖維摩擦材料的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例:玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結(jié)劑，放入高速攪拌機(jī)中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3300轉(zhuǎn)/min;混合均勾后送入熱壓成型機(jī)的模腔中，在溫度為160 攝氏度、壓力為35MPa條件下熱壓200秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料:按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強(qiáng)纖維和填料，放 入高速攪拌機(jī)中，并添加適量粘結(jié)劑攪拌5分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，制得均勻 混料； (3) 壓制成型:將步驟(2)制得的均勻混料鋪設(shè)在塑料液壓成型機(jī)模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設(shè)在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設(shè)一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至120MPa時(shí)，保持壓力50分鐘后，脫 模得到預(yù)成型樣品； (4) 熱處理:將步驟(3)制得的預(yù)成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時(shí)，240攝氏度保溫6小時(shí)，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料。
[0023] (5)外部處理:對(duì)玄武巖纖維摩擦材料進(jìn)行修磨加工和表面處理。
[0024]本發(fā)明的三方氮化硼汽車制動(dòng)器摩擦材料還按做了噪音測(cè)試。在15000次制動(dòng)噪 音測(cè)試中，噪音大于70db的發(fā)生率為0.31 %，噪音大于80db的發(fā)生率為0,遠(yuǎn)高于國際標(biāo)準(zhǔn) 噪音大于70db的發(fā)生率小于10%，噪音大于105db的發(fā)生率為0的要求。 [0025]表一為本發(fā)明的摩擦材料的摩擦系數(shù)和磨損率測(cè)試結(jié)果表。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，包括：由玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦 酸鉀纖維組成的混合纖維骨架；由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結(jié)劑；由玄武 巖纖維、芳綸纖維、纖維素纖維和鋼纖維組成的增強(qiáng)纖維；由重晶石粉、摩擦粉、鋯英石粉、 膨脹蛭石粉組成的填料;所述粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維、填料之間重量比為1:4:4;所述粘結(jié)劑、增 強(qiáng)纖維、填料燒結(jié)在混合纖維骨架上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 碳纖維、鈦酸鉀纖維、纖維素纖維和鋼纖維的長度為1-3毫米，直徑為160-220微米。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述重晶石粉、摩擦粉、鋯英 石粉、膨脹蛭石粉組分的粒度為小于60目。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 碳纖維和鈦酸鉀纖維的重量比為3:2:2:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 纖維素纖維和鋼纖維的重量比為3:2:3:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結(jié)劑，放入高速攪拌機(jī)中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3000-3500轉(zhuǎn)/min;混合均勾后送入熱壓成型機(jī)的模腔中，在溫度 為150-170攝氏度、壓力為30-35MPa條件下熱壓200-250秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料：按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強(qiáng)纖維和填料，放 入高速攪拌機(jī)中，并添加適量粘結(jié)劑攪拌3-6分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3000-3500轉(zhuǎn)/min，制 得均勻混料； (3) 壓制成型：將步驟(2)制得的均勻混料鋪設(shè)在塑料液壓成型機(jī)模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設(shè)在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設(shè)一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至60-180MPa時(shí)，保持壓力30-70分鐘 后，脫模得到預(yù)成型樣品； (4) 熱處理:將步驟（3)制得的預(yù)成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時(shí)，240攝氏度保溫6小時(shí)，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料； (5) 外部處理:對(duì)玄武巖纖維摩擦材料進(jìn)行修磨加工和表面處理。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中 高速攪拌機(jī)攪拌6分鐘，高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為3400轉(zhuǎn)/min。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中 熱壓溫度為160攝氏度、壓力為35MPa、熱壓時(shí)間為200秒。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中 攪拌時(shí)間為5分鐘，高速攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中 塑料液壓成型機(jī)的壓力加至120MPa，保持壓力50分鐘，制得預(yù)成型樣品。
【文檔編號(hào)】C08L77/10GK106084646SQ201610490328
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】錢華, 錢忠標(biāo), 史玉慶, 余淑莉, 錢家蓉, 史睿陽
【申請(qǐng)人】東臺(tái)市華陽玻纖有限責(zé)任公司