一種多維纖維類高性能摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摩擦材料，尤其涉及一種多維纖維類高性能摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦副是坦克裝甲車輛機械傳動部分的重要組件，它涉及到車輛動力傳遞和控制的可靠性。摩擦副由摩擦片和對偶片組成，其中摩擦副的性能主要取決于摩擦片的摩擦磨損性能?，F(xiàn)有國產(chǎn)摩擦片在使用過程中，依然存在摩擦性能不穩(wěn)地、磨損率高和耐熱性能低等問題，嚴重制約了坦克優(yōu)良機動性能的發(fā)揮。因此，研制與坦克傳動系統(tǒng)相匹配的、使用壽命長、可靠性高的新型摩擦片及摩擦副十分迫切和必要。
[0003]摩擦材料是組成摩擦副的關(guān)鍵材料，目前應(yīng)用于高速、重載工況下的高性能摩擦材料主要包括:粉末冶金摩擦材料、碳/碳摩擦材料、陶瓷基摩擦材料、半金屬摩擦材料和紙基摩擦材料。
[0004]與金屬基摩擦材料相比，非金屬基摩擦材料具有優(yōu)良的摩擦學性能，是當前摩擦材料重要發(fā)展方向之一。當前主要應(yīng)用的非金屬基摩擦材料有碳/碳摩擦材料、陶瓷基摩擦材料和紙基摩擦材料。
[0005](I)碳/碳摩擦材料
碳/碳摩擦材料由于具有高比強比模、低密度、導熱性能和摩擦性能優(yōu)良以及高承載能力、長使用壽命等突出特點，在用作飛機剎車材料比金屬基剎車材料質(zhì)量減少40%，使用壽命延長3-5倍，能用于大能量剎車，具有高的可靠性和可維護性。因此，碳/碳摩擦材料廣泛用作飛機剎車裝置的關(guān)鍵材料。在美國，許多軍用飛機均已采用碳/碳剎車盤，如F-16，B-1等；國內(nèi)中南工業(yè)大學、西北工業(yè)大學和沈陽金屬所等在碳/碳剎車盤的制備及其摩擦性能的研究等方面取得了豐富的成果。目前，國內(nèi)制備碳/碳摩擦材料采用的工藝方法主要為CVD法，存在生產(chǎn)周期長，批量小、成本高的缺點；在靜態(tài)和濕態(tài)摩擦系數(shù)低、易于氧化、熱庫體積大，從而大大降低了使用性能和壽命。上述問題是碳/碳摩擦材料發(fā)展中需要解決的。
[0006](2)陶瓷基摩擦材料
陶瓷基摩擦材料可承受高的表面溫度，具有較高的摩擦系數(shù)，較高的抗壓強度和較低的熱膨脹系數(shù)，抗滑動磨損性和抗蝕性好，是近幾年摩擦材料研究領(lǐng)域中一類重要材料。目前研究較多的陶瓷基摩擦材料有Al2O3基摩擦材料和C/SiC摩擦材料，并且以纖維增強陶瓷摩擦材料為重要發(fā)展方向，以解決陶瓷材料的脆性問題。
[0007]C/SiC摩擦材料具有密度低、強度高、耐高溫、熱物理性能好等性能，尤其具有摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，對環(huán)境的影響不敏感等優(yōu)點，具有取代C/C摩擦材料的優(yōu)勢，被美國四大摩擦材料公司定為新一代飛機摩擦材料。同時，因C/SiC摩擦材料優(yōu)異的摩擦磨損性能，在高速列車、汽車、飛機、坦克等高能載領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景，因而C/SiC摩擦材料成為當今高性能摩擦材料研究的熱點之一。采用化學氣相滲透法(CVI)結(jié)合反應(yīng)熔體浸滲法(RMI)制備了低成本、高性能的C/SiC飛機摩擦材料，具有動、靜摩擦系數(shù)高(分別為0.34、
0.41)，濕態(tài)幾乎無衰減(約2.9%)，磨損小(約1.9 ym)，摩擦性能穩(wěn)定等特點。目前，解決陶瓷材料的脆性是陶瓷基摩擦材料的研究重點。
[0008](3)紙基摩擦材料紙基摩擦材料出現(xiàn)于20世紀50年代末，是當今世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的濕式摩擦材料之一。紙基摩擦材料由纖維素纖維、高性能纖維、特殊的顆粒和添加劑以及不同的粘接劑制成，是軟而多孔的材料，沿厚度方向結(jié)構(gòu)均勻，孔隙之間相互連通。當摩擦副未接合時，孔隙里可貯存潤滑油，摩擦副接合時，油從多孔材料中流出，從而冷卻摩擦表面。紙基材料彈性好，接合時可以通過變形將載荷均勻地分布在整個表面上。但是由于它為有機結(jié)構(gòu)，因此紙基摩擦材料的導熱系數(shù)、熱容量比銅基摩擦材料小。同時，過大的表面壓力會使材料表面以下的纖維粘結(jié)劑斷開，材料出現(xiàn)斑點或大面積脫落，導致材料失效。
[0009]綜上所述，碳/碳摩擦材料的高成本、陶瓷基摩擦材料的脆性以及紙基摩擦材料的低強度是制約其大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸問題，因而研究具有較低制造成本，且具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、低磨損率和高耐熱性能的摩擦材料及其摩擦副是非金屬基摩擦副的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有適用于高能量密度傳動系統(tǒng)工況的高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、低磨損率、高沖擊動態(tài)強度和高性價比的一種多維纖維類高性能摩擦材料及其制備方法。
[0011]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種多維纖維類高性能摩擦材料，其特征在于:包括底層、中間層和上層，所述的底層的上部設(shè)有上層，所述的底層與上層通過中間層相粘結(jié)而成，所述的底層為鋼芯板層，所述的中間層為有機粘結(jié)劑，所述的上層為環(huán)形摩擦層。
[0012]一種多維纖維類高性能摩擦材料，按以下步驟進行:
(1)、多維纖維類復(fù)合摩擦材料成份比例:
成份1:碳纖維100% ；
或，
成份2:碳纖維85-90%，芳綸纖維10-15% ；
或，
成份3:碳纖維85-90%，芳綸纖維5-8%，玻璃纖維5-8% ；
(2)、編織成環(huán):
用直徑為7 ym的碳纖維絲，根據(jù)要編織成的摩擦層厚度放上0.05mm余量算好碳纖維絲股數(shù)，如摩擦片厚度為0.50mm,編織時股數(shù)為4200-4700股，再根據(jù)產(chǎn)品摩擦層所需內(nèi)外徑直徑展開后的扇形以及槽型設(shè)計加針方式，在2.5D多維編織機上編織成扇形；
(3)、浸漬樹脂:
把扇形卷曲成環(huán)形，并放入套形工裝將之固定定形，采用每層摩擦片用鐵絲網(wǎng)隔開，將工裝沉入到浸膠器，浸膠器加蓋緊固，打開真空栗抽真空，真空是0.08Pa，抽真空的時間為14分鐘，然后關(guān)真空栗加入膠液，浸膠器中的膠液為50%的改性樹脂膠和50%的無水酒精，浸膠時間為2小時，直至浸透，打開蓋，取出工裝控干膠液，瀝干時間為2小時；
(4)、烘干:
待酒精完全揮發(fā)后，再進入烘箱中進行烘干，烘干的溫度為120°C，至到烘干為止；
(5)、固化:
將纖維摩擦層交錯疊放置入烘箱內(nèi)，烘箱內(nèi)的溫度升至120度，保溫時間為18分鐘，保溫結(jié)束后，將烘箱內(nèi)的溫度升溫至150度，紙片在烘箱內(nèi)保溫26分鐘，打開烘箱門進行放氣一次，然后再升溫至180度，再保溫2小時或2.5小時，保溫結(jié)束后，打開烘箱門待冷卻后拿出纖維摩擦層；
(6)、鋼芯板制作:
取鋼板，先使用沖床沖內(nèi)外圓；再以外圓定位，根據(jù)芯板厚度調(diào)整熱平整的溫度，溫度在650度，進行熱平整，正反疊保溫2小時或2.5小時；然后進行熱處理，淬硬為HRC35-45 ;再振動去氧化皮，在清洗機上進行清洗，去凈表面油污，進行晾干；再用丙酮擦洗芯板兩面，保持潔凈；
(7)、涂月父:
在涂膠機上對鋼芯板兩面進行涂膠，晾干待用；
(8)、加溫加壓粘結(jié):
將涂好膠后晾干的鋼芯板和固化后的纖維摩擦層放入到硫化壓機熱板上，熱板硫化機的溫度為180度，壓力為每平方厘米230kg，保壓時間為8分鐘，形成摩擦片；
(9)、終檢:
根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求，對產(chǎn)品物理性能和幾何尺寸進行檢驗；
(10)、包裝:
根據(jù)顧客要求或企業(yè)產(chǎn)品包裝要求，進行包裝；
(11)、入庫:
合格產(chǎn)品