一種汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合 材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 汽車摩擦材料在過去的幾十年的發展過程中，原料和制備工藝都發生了較大的變化， 以無石棉有機型、半金屬型、粉末冶金型摩擦材料占據了汽車摩擦材料領域的主導地位。隨 著汽車制動工況越來越惡劣，研制高性能、低成本、高環保的新型摩擦材料已成為當前的一 種趨勢。近年來，以現有較為成熟的纖維配比工藝，尋找可替代多填料組分的一種或幾種新 型填料是汽車摩擦材料發展的新方向。新型填料可以同時含有其它多種填料的組分元素， 不僅減少摩擦材料的原料種類，還有利于摩擦磨損機理的研究；另外，汽車領域內制動摩擦 材料每年需求量高達百萬噸，其數量龐大；此外還可將其進行產業鏈資源化利用，為充分利 用資源提供新思路。可見，尋找足夠的原料來滿足汽車和社會的發展需求也是摩擦材料行 業的重要任務之一。
[0003] 汽車剎車片材料通常由幾種成分組成，主要包括粘結劑、增強纖維和填料三大類。 其中填料作為摩擦材料中不可或缺的組成部分，起到改善材料的物理化學性能，調節表面 摩擦條件，降低生產成本。常用的填料分為有機、無機和金屬三類。有機填料主要起到降 低模量，改善硬度及穩定摩擦系數的作用，常有瀝青、橡膠等。無機填料又分為增摩填料和 減摩填料，增摩填料主要起到提高和改善材料物理力學性能，高溫增大摩擦系數的效果，如 Si02、Al203、SiC等；減摩填料主要用于降低摩擦因數、提高耐磨性和減少制動噪聲，如石墨、 滑石、云母和MoS2Xu2S等。金屬填料可以提高摩阻材料的耐磨性和穩定摩擦系數，如銅粉、 鑄鐵粉、多孔鐵粒、還原鐵粉、鋁粉及鋅粉等。目前實際生產中應用較多的是Al2O3，其次是 Si02、SiC、BaSO4、石墨等。在摩擦材料中，因不同工作溫度的需要，往往摩擦材料中包含了 好幾種甚至幾十種不同的填料，以達到不同制動溫度下填料的性能互補，使材料保持較好 的摩擦性能。正因為摩擦材料的組分種類多，使得摩擦機理復雜；且工藝復雜，生產成本較 尚。
[0004] 高爐水淬礦渣是煉鐵廠的副產品。在高爐煉鐵過程中，金屬或化合物的氧化產物 以及被熔融金屬或熔渣侵蝕和沖刷下來的爐襯材料等成分組成的液態爐渣，定時從渣口、 鐵口排出。有研究表明：爐渣通常是一種非常復雜的多組分體系，除含有Ca0、Fe0、Mn0、 MgO、A1203、Si0 2、P205、Fe2O3等氧化物外，還可能含有少量的氟化物(如CaF2)、氯化物（如 NaCl)、硫化物(如CaS、MnS)等其它類型的化合物，甚至還夾帶少量的金屬。目前高爐渣主 要應用于硅肥、玻璃、建筑材料、海床鋪設等方面。高爐水渣經過超細磨，可作為生產礦渣微 粉的主要原料。礦渣微粉是一種新型綠色建筑材料，可以代替水泥，具有價格較低的優勢， 并且強度、抗腐蝕等性能也更為突出。選用礦渣微粉作為制動復合材料的填料，不僅降低大 部分成本，實現礦渣的資源再利用和高附加值化，而且可以有效解決樹脂基復合材料熱衰 退嚴重、摩擦系數不穩定、耐磨性差等缺陷。中國作為世界潛在的礦渣粉生產和應用量最大 的國家，如何更好地開發和利用礦渣粉在環保方面的功效，讓礦渣粉更好地體現出它應有 的價值，對于保護我們的生存環境，促進經濟和社會發展具有積極的現實意義。目前有關高 爐礦渣微粉在制動片填料方向的研究還未見報道。本發明以改性酚醛樹脂為粘結劑，以礦 渣微粉作為填料，配以適當的增強相，采用熱壓成型的方法制備制動復合摩擦材料。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合材料；利用價格極 為低廉的礦渣微粉作為填料，選用無機鹽晶須和天然竹原纖維等作為增強纖維，再配以適 當的摩擦性能調節劑，并通過改性樹脂作為粘結劑，通過一定的熱壓成形工藝，獲得耐熱性 好、摩擦系數適中、磨損率小、抗熱衰退性高、制動效果好、成本低的新型汽車制動復合材 料。
[0006] 為了達到上述的目的，本發明采用如下技術方案： 一種汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合材料，其原料由礦渣微粉、改性酚醛樹脂、 天然竹原纖維、無機鹽晶須、摩擦性能調節劑組成。
[0007]所述的汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合材料，按照重量份數計，原料組成 為：礦渣微粉10~40份、改性酚醛樹脂16~25份、天然竹原纖維8~12份、無機鹽晶須 21~32份、摩擦性能調節劑14~21份。
[0008]所述礦渣微粉的目數為60~200目，優選為160目。
[0009]所述無機鹽晶須由無水硫酸鈣晶須和堿式硫酸鎂晶須組成，其中無水硫酸鈣晶須 占7~11份、堿式硫酸鎂晶須占14~21份。
[0010] 所述摩擦性能調節劑由銅粉和石墨組成，其中銅粉占11~16份、石墨占3~5份。
[0011] 優選的，所述的汽車制動用的礦渣微粉填充樹脂基復合材料，按照重量份數計，原 料組成為：礦渣微粉（160目）30份、改性酚醛樹脂20份、天然竹原纖維9份、無機鹽晶須26 份、摩擦性能調節劑15份；其中無機鹽晶須是由9份硫酸鈣晶須和17份堿式硫酸鎂晶須組 成，摩擦性能調節劑由13份銅粉和2份石墨組成。
[0012] -種制備如上所述的礦渣微粉填充樹脂基復合摩擦材料的方法，其特征在于：包 括以下步驟： (a) 將無機鹽晶須、天然竹原纖維、礦渣微粉和摩擦性能調節劑分別在100~180°C溫 度下干燥3小時；改性酚醛樹脂在60°C溫度下干燥2小時； (b) 將干燥后的無機鹽晶須、礦渣微粉、摩擦性能調節劑和改性酚醛樹脂裝入高速混料 機中充分攪拌3~5分鐘得混合料，再將混合料與干燥后的天然竹原纖維放入高速轉刀新 型混料機混合40~60秒，得到絮狀混合物； (c) 將步驟（b)的絮狀混合物裝入160°C~180°C模具中進行熱壓成型，其首次閉模在 40~120秒內每隔10~30秒排氣一次，預壓力3~8兆帕，每次排氣后增加1~2兆帕 的壓力，然后在15兆帕下保壓6分鐘； (d) 將步驟（c)的材料在180°C溫度下保溫10小時后冷卻至室溫，得到成品。
[0013]本發明的有益效果在于： 本發明利用價格極為低廉的礦渣微粉作為填料，選用無機鹽晶須和天然竹原纖維等作 為增強纖維，再配以適當的摩擦性能調節劑，并通過改性樹脂作為粘結劑，通過一定的熱壓 成形工藝，獲得耐熱性好、摩擦系數適中、磨損率小、抗熱衰退性高、制動效果好、成本低的 新型汽車制動復合材料。
【具體實施方式】
[0014] 本發明用下列實施例來進一步說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于下列實施 例。
[0015] 實施例1 礦渣的主要成分為：CaO(34~50%)、FeO(0? 5~1%)、MnO(0? 5~5%)、MgO(1~8%)、Al2O3 (10~13%)、3102 (35~40%)、？205、？6203等氧化物，此外還可能含有少量的氟化物(如〇 &?2)、氯 化物(如NaCl)、硫化物(如CaS、MnS)。
[0016] 原料組成為：腰果殼油改性酚醛樹脂20份、天然竹原纖維9份、無水硫酸鈣晶須9 份、堿式硫酸鎂晶須17份、銅粉13份、石墨2份、礦渣微粉（100目）30份； 制備過程為： (a) 將無機鹽晶須、天然竹原纖維、礦渣微粉和摩擦性能調節劑分別在150°C溫度下干 燥3小時；腰果殼油改性酚醛樹脂在60°C溫度下干燥2小時； (