專利名稱：一種混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法，特別是含纖維狀坡縷石的混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法，屬于摩擦制動材料技術領域。
背景技術：
隨著汽車、火車、飛機等運輸工具向大功率、高速、重載方向發展，對其舒適度和安全性要求不斷提高，相應對摩擦制動材料的性能也提出了更加苛刻的要求。在傳統的摩擦材料制造技術中，石棉是摩擦材料的主要增強成分，但石棉已被公認是致癌物質，對人體的危害極大，并且石棉粉塵還對環境造成嚴重污染。因此，研制開發無石棉摩擦材料成為當前摩擦材料的重要發展趨勢。從無石棉摩擦材料的組成成分角度來進行劃分，摩擦材料可分為有機型和無機型兩大類。目前研究和使用較多的是有機型摩擦材料，無石棉有機型摩擦材料按所含纖維的種類和數量可劃分為天然及合成無石棉纖維材料、混雜纖維增強摩擦材料、無纖維摩擦材料。混雜纖維是綜合考慮各種纖維的物理化學特性，利用纖維之間的混雜機理，使其性能達到石棉在摩擦材料中的增強效果。研究表明，現有任何單一纖維的綜合性能都無法和石棉相比，因此混雜纖維增強摩擦材料是當今無石棉有機型摩擦材料研究的重要方向。
美國Engelhard公司于1983年2月8日獲得授權的US4,373,037號美國專利公開了一種含有綠坡縷石(坡縷石)粘土并和鋼纖維或其他非石棉纖維組成的無石棉摩擦材料，其組分中也包括常規的填充物、潤滑劑和磨損改良劑等。該專利公開的無石棉摩擦材料存在的問題是在該摩擦材料中鋼纖維的重量比范圍為10％～50％，含量過高，因為鋼纖維代替石棉纖維作為摩擦材料的增強纖維存在著比重大、硬度高，容易損傷對偶件的缺點，而且該專利雖然是第一次提出將綠坡縷石用于無石棉摩擦材料，但采用綠坡縷石作為無石棉摩擦材料的成分必須對其進行嚴格的高溫熱處理，使綠坡縷石的吸附水的重量比低于5％，在此基礎上碳酸鹽中CO2的重量比不超過5％，導致生產工藝煩瑣。中國專利CN02119506.6公開了一種采用海泡石纖維、植物纖維代替石棉的無石棉摩擦材料，但該無石棉摩擦材料中使用的植物纖維高溫摩擦時容易發生炭化，影響摩擦材料性能。中國專利CN97112643.7公開了一種采用毛發纖維和鋼纖維作為增強纖維的無石棉摩擦材料，從公開文件中提供的數據上看存在沖擊強度不夠理想，而且存在摩擦系數不夠穩定的缺點。
本申請人已向國家知識產權局申請的專利(申請號200610200405.5)，提供了纖維狀坡縷石在制備制動器襯片材料中的應用及其產品和制法。經過進一步的試驗研究，申請人獲得了一種更好的含纖維狀坡縷石的無石棉摩擦材料配方和成型工藝。
發明內容
本發明的目的在于提供一種混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法，本發明針對現有技術的不足，采用金屬纖維(鋼纖維)、有機纖維(芳綸纖維)、礦物纖維(纖維狀坡縷石、針狀硅灰石)作為混雜纖維組分，改善了鋼纖維易生銹、熱傳導過快、易產生制動嘯叫和顫振、容易損傷對偶件、制品比重大、硬度高，芳綸纖維價格高、表面處理工藝復雜以及礦物纖維強度偏弱、礦物纖維含量高時結晶水對材料性能的不良影響等缺點，所得產品的摩擦系數穩定、磨損率小、沖擊強度高、硬度適中、價格低。
本發明是這樣構成的按照重量百分比計算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強纖維，再加以粘結劑17％和填料45％制成的。
準確地說，混雜纖維中各組分在摩擦材料中所占重量百分比為鋼纖維15.41％、芳綸纖維2.73％、針狀硅灰石12.53％、纖維狀坡縷石7.33％。
所述的纖維狀坡縷石為24目和40目兩種粒度的纖維狀坡縷石的混合物，其混合重量比為3∶7。
所述的纖維狀坡縷石這樣制備將原礦坡縷石進行水洗除去雜質和殘渣，然后在100℃溫度下干燥，再用振動磨礦機粉碎1～3min，最后用標準檢驗篩分級，即得不同目數的坡縷石。
所用的粘結劑為13％的丁腈改性酚醛樹脂和4％的橡膠粉。
所用的填料為重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、鉀長石3％、藍晶石2％、Al2O33％、鉻鐵礦4％和鱗片石墨8％。
本發明混雜纖維增強摩擦材料的制備方法為采用干法預成型工藝，按以下四個步驟進行(1)原材料的預處理將各種纖維和填料放置在烘箱內于120℃烘1小時；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內于60～70℃烘0.5小時。
(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進攪拌機中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min。在混料過程中，芳綸纖維、纖維狀坡縷石、樹脂以及各種填料的加料次序、加料時間以及混料機的轉速控制，是混料均勻，特別是有利于芳綸纖維分散的重要因素。
(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時間60s/mm的條件下進行熱壓；熱壓開始時每隔10s打開模腔排氣3～5次。
(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
與現有技術相比，本發明采用金屬纖維、有機纖維和礦物纖維作為混雜纖維組分，改善了鋼纖維易生銹、熱傳導過快、易產生制動嘯叫和顫振、容易損傷對偶件、制品比重大、硬度高，芳綸纖維價格高、表面處理工藝復雜以及礦物纖維強度偏弱、礦物纖維含量高時結晶水對材料性能的不良影響等缺點，所制得的摩擦材料的耐磨性、熱衰退性、沖擊強度等指標均符合并優于國家標準，并且摩擦系數穩定、磨損率小、硬度適中、價格較低，使完全替代石棉摩擦材料成為可能。
具體實施例方式實施例1芳綸纖維2.73％，鋼纖維15.41％，針狀硅灰石12.53％，纖維狀坡縷石7.33％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長石3％，Al2O33％，藍晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，采用干法預成型工藝，按以下四個步驟制備(1)原材料的預處理將各種纖維和填料放置在烘箱內于120℃烘1小時；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內于60～70℃烘0.5小時。
(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進攪拌機中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min。
在混料過程中，芳綸纖維、纖維狀坡縷石、樹脂以及各種填料的加料次序、加料時間以及混料機的轉速控制，是混料均勻，特別是有利于芳綸纖維分散的重要因素。上述操作即可保證芳綸纖維分散良好、混料均勻。
(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時間60s/mm的條件下進行熱壓；熱壓開始時每隔10s打開模腔排氣3～5次。
(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
實施例2芳綸纖維3％，鋼纖維14％，針狀硅灰石纖維9％，纖維狀坡縷石12％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長石3％，Al2O33％，藍晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實施例1所述工藝步驟制備。
實施例3芳綸纖維1％，鋼纖維25％，針狀硅灰石7％，纖維狀坡縷石5％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長石3％，Al2O33％，藍晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實施例1所述工藝步驟制備。
實施例4芳綸纖維1％，鋼纖維12％，針狀硅灰石16％，纖維狀坡縷石9％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長石3％，Al2O33％，藍晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實施例1所述工藝步驟制備。
實施例5芳綸纖維6％，鋼纖維16％，針狀硅灰石10％，纖維狀坡縷石6％，丁腈改性酚醛樹脂13％，橡膠粉4％，重晶石粉15％，云母5％，蛭石5％，鉀長石3％，Al2O33％，藍晶石2％，鉻鐵礦4％，鱗片石墨8％。
按上述重量比例稱取各種原料，同實施例1所述工藝步驟制備。
本發明所述的摩擦材料參照GB5763-1998，GBn257-1986規定，采用GB5763-1998《汽車用制動器襯片》中規定的測試方法對按照實施例1至實施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨損性能進行測試；參照GB5765-1986方法，對實施例1至實施例5所提供的配方制造的摩擦材料的沖擊強度進行測試。
表1GB5763-1998摩擦性能的要求
GBn257-1986中對摩擦材料的沖擊強度的規定為沖擊強度應≥2.94KJ/m2。
采用咸陽新益摩擦密封材料設備研究所生產的XD-MSM型定速式摩擦試驗機和承德市試驗機廠生產的XJJ-50型沖擊試驗機，對按照實施例1至實施例5所提供的配方制造的摩擦材料的摩擦磨損性能和沖擊強度進行測試，結果如表2、表3所示。
表2摩擦磨損性能
表3沖擊強度
從表2、表3中的檢測結果可見，本發明所制得的含纖維狀坡縷石的混雜纖維增強摩擦材料的耐摩性、熱衰退性、沖擊強度等性能指標均符合并優于國家標準。
權利要求
1.一種混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于按照重量百分比計算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強纖維，再加以粘結劑17％和填料45％制成的。
2.按照權利要求1所述的混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于混雜纖維中各組分在摩擦材料中所占重量百分比為鋼纖維15.41％、芳綸纖維2.73％、針狀硅灰石12.53％、纖維狀坡縷石7.33％。
3.按照權利要求1或2所述的混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的纖維狀坡縷石為24目和40目兩種粒度的纖維狀坡縷石的混合物，其混合重量比為3∶7。
4.按照權利要求3所述的混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的纖維狀坡縷石這樣制備將原礦坡縷石進行水洗除去雜質和殘渣，然后在100℃溫度下干燥，再用振動磨礦機粉碎1～3min，最后用標準檢驗篩分級，即得不同目數的坡縷石。
5.按照權利要求1所述的混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所用的粘結劑為13％的丁腈改性酚醛樹脂和4％的橡膠粉。
6.按照權利要求1所述的混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所用的填料為重晶石粉15％、云母5％、蛭石5％、鉀長石3％、藍晶石2％、Al2O33％、鉻鐵礦4％和鱗片石墨8％。
7.如權利要求1、5或6所述的混雜纖維增強摩擦材料的制備方法，其特征在于采用于法預成型工藝，按以下四個步驟進行(1)原材料的預處理將各種纖維和填料放置在烘箱內于120℃烘1小時；將丁腈改性酚醛樹脂放置在烘箱內于60～70℃烘0.5小時；(2)混料稱取芳綸纖維和鱗片石墨放入容器中人工攪拌2～3min，然后將其放進攪拌機中在1250r/min下攪拌3～4min，最后加入其它原材料在800r/min下攪拌5min；(3)熱壓將混合完全的原料放入模具中，在壓制溫度160±5℃、壓制壓力25±3Mpa、保溫保壓時間60s/mm的條件下進行熱壓；熱壓開始時每隔10s打開模腔排氣3～5次；(4)熱處理在20～100℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在100～120℃溫度段，等速升溫1h，保溫1h；在120～140℃溫度段，等速升溫40min，保溫140min；在140～170℃溫度段，等速升溫30min，保溫4h。
全文摘要
本發明提供了一種混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法，按照重量百分比計算，它是以鋼纖維12％～25％、芳綸纖維1％～6％、針狀硅灰石7％～16％和纖維狀坡縷石5％～12％組成的混雜纖維作為增強纖維，再加以粘結劑17％和填料45％制成的。與現有技術相比，本發明改善了鋼纖維、芳綸纖維以及礦物纖維各自存在的諸多缺點，所制得的摩擦材料的耐磨性、熱衰退性、沖擊強度等指標均符合并優于國家標準，并且摩擦系數穩定、磨損率小、硬度適中、價格較低，使完全替代石棉摩擦材料成為可能。
文檔編號C09K3/14GK1888004SQ20061020069
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月17日 優先權日2006年7月17日
發明者何林, 閆建偉 申請人:貴州大學