一種碳纖維汽車剎車材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開一種碳纖維汽車剎車材料的制備方法，屬于剎車材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 剎車材料應具有3種主要功能：1、摩擦元件，能產生足夠大的制動力矩；2、熱庫， 能吸收由交通設備動能轉化來的全部熱量，并及時散發出去；3、結構元件，能將制動力矩傳 遞給輪胎。這要求剎車材料具有較高的摩擦因數、熱導率和足夠的強韌性。C/C剎車材料在 國外從上世紀70年代開始成為剎車領域的研宄熱點。我國C/C復合材料的研制起步于上 世紀70年代，90年代后逐步成為研宄熱點。國外對C/SiC剎車材料的研宄始于上世紀90 年代，此后迅速成為國內外研宄的熱點。
[0003] 隨著科技的進步，汽車向高速、環保、節能、輕量化方向發展，這促使剎車片向高性 能化方向發展。但從目前的研宄現狀來看，仍然存在以下問題：1、黏結劑品種單一：在生產 剎車片用的所有原料中，對溫度最敏感的就是樹脂黏結劑，黏結劑耐高溫性能的好壞直接 決定了剎車片抗熱衰退性能的好壞，因此耐高溫樹脂的開發是研制高性能剎車片的關鍵。 目前剎車片工業上使用的黏結劑大都是改性酚醛樹脂，可選擇的種類有限，無法滿足剎車 片產品高性能化的發展要求，所以很有必要開發不含酚醛樹脂的黏結劑。2、磨損機理問題。 汽車剎車片成分復雜，這使得它與對偶件之間的磨損也變得十分復雜。汽車緊急制動時，在 高溫和機械力的共同作用下，剎車片與對偶件之間的界面處會發生諸如氧化、高溫分解、顆 粒化、爆裂融化、蒸發和升華等一系列物理化學變化，導致材料磨損。國內外在磨損機理方 面做了大量研宄，但是由于摩擦表面的復雜性，至今仍然沒有形成一套成熟的理論。報道比 較多的磨損機理主要有黏著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、熱磨損，但宄竟哪方面起主要作用， 還有待進一步研宄與完善。3、熱衰退問題：目前對剎車片熱衰退現象的研宄主要集中在應 用方面，如選用耐高溫樹脂、耐高溫纖維、金屬纖維、金屬粉末等來提高剎車片的抗熱衰退 性能。但要從根本上解決這個問題，還需要對熱衰退機理作深入系統的研宄。CN104421362A 公開了一種重載貨車剎車片的材料配方，所使用的材料按如下重量百分比組成：輕質碳酸 鈣2~10、重晶粉10~35、石墨3~15、炭黑1~5、焦炭粉5~20、膨脹蛭石2~10、有 機硅改性酚醛樹脂10~35、芳綸漿柏5~15、玻璃纖維5~15、氧化鈣2~10,但是這種 剎車材料的強度系數并不好，另外，在使用過程中仍然存在著磨損較嚴重的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的所要解決的技術問題是：碳纖維基汽車剎車盤材料存在的磨損率偏高、 剪切強度低的問題，主要通過對碳纖維和填料進行改性來對上述性能提升。
[0005] 技術方案： 一種碳纖維汽車剎車材料的制備方法，包括如下步驟： 第1步、按重量份計，在冰浴條件下，將二甲基亞砜15~20份滴加到三氯化鋁20~30 份中，滴加完畢后，加熱使三氯化鋁溶解，得到三氯化鋁溶液；再將聚乙烯醇40~80份和碳 纖維40~55份混合于二甲基亞砜300~400份中，混合均勻之后加入到三氯化鋁溶液中， 進行反應；反應結束后，用甲醇和稀鹽酸的混合溶液對反應體系中的固相物進行洗滌，然后 將固相物在35~45 °C下減壓干燥3~4h后，將其加入至倒錐形不銹鋼流化床內進行噴霧， 噴入硅烷偶聯劑3~6份，得到改性碳纖維； 第2步、按重量份計，將甲氧基二甲苯3~5份、苯酚9~10重量份以及酸性催化劑 0. 4~0. 6份，在110~140°C的條件下反應2~3h，再加入的堿性催化劑0. 4~0. 8份、有 機溶劑12~20份以及甲醛9~11份，再進行真空下的脫水反應，反應結束后減壓除去有 機溶劑，至透明后，得到改性酚醛樹脂； 第3步、將改性碳纖維、改性酚醛樹脂、碳酸鈣10~15份、鐵粉8~12份、氧化鎂4~ 8份、石墨25~35份、鈦酸鉀晶須3~5份混合均勻，再將混合料在熱壓機中模壓成型，冷 卻后，再進行熱處理，再經過打磨之后，得到剎車材料。
[0006] 所述的碳纖維是指PAN基碳纖維，碳纖維的長度是0. 5~5mm。
[0007] 所述的第1步中，反應時間5~10h。
[0008] 所述的甲醇和稀鹽酸的體積比是I :4~6。
[0009] 所述的鹽酸的質量濃度是7~12wt%。
[0010] 所述的硅烷偶聯劑是指KH-550、KH-560或者KH-570中的一種或者幾種的混合物。
[0011] 酸性催化劑為硫酸、鹽酸、草酸、對甲苯磺酸、磷酸中的一種。
[0012] 所述堿性催化劑為氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水、或氫氧化鉀中的一種。
[0013] 所述有機溶劑為甲苯、酒精、丙酮、或甲酰胺中的一種。
[0014] 所述的第3步中，模壓溫度140~170°C，模壓壓力15~25MPa，模壓時間5~ 15min〇
[0015] 所述的第3步中，熱處理溫度是170~190°C，熱處理時間是8~10小時。
[0016] 有益效果 本發明通過對碳纖維進行表面改性，可以有效地提高碳纖維與其它材料的融合程度， 可以有效地提高剎車材料的剪切強度并且減小磨損率。
【具體實施方式】
[0017] 實施例1 第1步、在冰浴條件下，將二甲基亞砜15g滴加到三氯化鋁20g中，滴加完畢后，加熱使 三氯化鋁溶解，得到三氯化鋁溶液；再將聚乙烯醇40g和PAN基碳纖維（碳纖維的長度是 0. 5~5mm )40g混合于二甲基亞砜300g中，混合均勾之后加入到三氯化錯溶液中，進行反 應，反應時間5h ;反應結束后，用甲醇和稀鹽酸的混合溶液對反應體系中的固相物進行洗 滌，甲醇和稀鹽酸的體積比是1 :4,鹽酸的質量濃度是7wt%，然后將固相物在35°C下減壓干 燥3h后，將其加入至倒錐形不銹鋼流化床內進行噴霧，噴入硅烷偶聯劑KH-550 3g，得到改 性碳纖維； 第2步、將甲氧基二甲苯3g、苯酚9g以及酸性催化劑硫酸0. 4g，在IKTC的條件下反應 2h，再加入的堿性催化劑氫氧化鈉 0. 4g、有機溶劑甲苯12g以及甲醛9g，再進行真空下的脫 水反應，反應結束后減壓除去有機溶劑，至透明后，得到改性酚醛樹脂； 第3步、將改性碳纖維、改性酚醛樹脂、碳酸鈣10g、鐵粉8g、氧化鎂4g、石墨25g、鈦酸 鉀晶須3g混合均勻，再將混合料在熱壓機中模壓成型，模壓溫度140°C，模壓壓力15MPa，模 壓時間5min，冷卻后，再進行熱處理，熱處理溫度是170°C，熱處理時間是8小時，再經過打 磨之后，得到剎車材料。
[0018] 實施例2 第1步、在冰浴條件下，將二甲基亞砜20g滴加到三氯化鋁30g中，滴加完畢后，加熱使 三氯化鋁溶解，得到三氯化鋁溶液；再將聚乙烯醇80g和PAN基碳纖維（碳纖維的長度是 0. 5~5mm )55g混合于二甲基亞砜400g中，混合均勾之后加入到三氯化錯溶液中，進行反 應，反應時間IOh ;反應結束后，用甲醇和稀鹽酸的混合溶液對反應體系中的固相物進行洗 絳，甲醇和稀鹽酸的體積比是1 :6,鹽酸的質量濃度是12wt%，然后將固相物在45°C下減壓 干燥4h后，將其加入至倒錐形不銹鋼流化床內進行噴霧，噴入硅烷偶聯劑KH-550 6g，得到 改性碳纖維； 第2步、將甲氧基二甲苯5g、苯酚10 g以及酸性催化劑硫酸0. 6g，在140°C的條件下反 應3h，再加入的堿性催化劑氫氧化鈉0. 8g、有機溶劑甲苯20g以及甲醛llg，再進行真空下 的脫水反應，反應結束后減壓除去有機溶劑，至透明后，得到改性酚醛樹脂； 第3步、將改性碳纖維、改性酚醛樹脂、碳酸鈣15g、鐵粉12g、氧化鎂8g、石墨35g、鈦酸