含有機改性磷酸鋯的摩擦材料的制作方法

本發明屬于摩擦材料領域，涉及含有機改性磷酸鋯的摩擦材料，更涉及其摩擦材料制備方法。
背景技術：
：隨著汽車產業的快速發展，人們對汽車的安全可靠性和舒適性的要求越來越高。摩擦材料作為車輛和機械的離合器總成及制動器中的關鍵安全零件，要求其具有適宜而穩定的摩擦系數，良好的耐磨性，一定的機械強度和物理性能，低的制動噪聲，低磨損。摩擦材料是一種多元復合材料，是由粘結劑、增強纖維和摩擦性能調節劑三大主要組分及其他配合劑加工制備而成。溫度是影響摩擦系數的重要因素。摩擦材料在摩擦過程中，由于溫度的迅速升高，一般溫度達200℃以上，摩擦系數開始下降。當溫度達到樹脂和橡膠分解溫度范圍后，產生摩擦系數的驟然降低，這種現象稱為“熱衰退”。嚴重的“熱衰退”會導致制動效能變差和惡化。在實際應用中會降低摩擦力，從而降低了制動作用，這很危險也是必須要避免的。技術實現要素：在現有層狀材料的摩擦學性能研究中作為摩擦調節劑應用的石墨、二硫化鉬以及α-二硅酸鈉對比，與α-磷酸鋯在相同含量及測試條件中，添加α-磷酸鋯的摩擦材料展現了更為優異的減摩性能。在有α-磷酸鋯與二硫化鉬的摩擦材料往復摩擦測試研究中，發現添加α-磷酸鋯比添加二硫化鉬的摩擦材料能承受更強的負載以及更高的往復頻率并表現出優異且穩定的摩擦性能。其中，α-磷酸鋯是用于潤滑劑中提高其摩擦性能的陽離子型層狀化合物，由zro6八面體與hpo4四面體交替連接而構成。每層由zr原子組成平面，磷酸基團以三個原子分別于三個zr原子相連，交錯地位于平面上下。相比于蒙脫土，層狀α-磷酸鋯具有更高的離子交換能力，大的表面積，高的熱穩定性、耐酸堿性和較好的粒徑分布。進一步，利用分子設計的多樣性可進行不同有機官能團和客體分子的插層，有機胺插層改性的磷酸鋯與基體的相容性更好，并提高了摩擦材料的抗“熱衰退”性，另外還可根據不同的摩擦要求進行選擇不同層間距的有機胺插層胺改性磷酸鋯對摩擦材料的摩擦性能進行有效的調節。有鑒于此，本發明的目的在于提供一種含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：1.含有機改性磷酸鋯的摩擦材料，所述摩擦材料按質量百分比為如下組分：酚醛樹脂13～15％，芳綸纖維6～8％，礦物纖維8～10％，鈦酸鉀晶須18～20％，氧化鋁2～4％，石墨5～7％，硫酸鋇34～40％和有機改性磷酸鋯0.5～5％。進一步，所述有機改性磷酸鋯質量百分比為1～3％。進一步，所述有機改性磷酸鋯為聚醚胺d230改性α-磷酸鋯或聚醚胺d400改性α-磷酸鋯。進一步，所述酚醛樹脂為丁腈橡膠改性的酚醛樹脂、腰果殼油改性酚醛樹脂或聚乙烯醇縮丁醛改性酚醛樹脂。進一步，所述石墨的粒度為80～100目。進一步，所述有機改性磷酸鋯制備方法為：取α-磷酸鋯分散于水中8h，α-磷酸鋯摩爾濃度為0.2mol/l，將等體積摩爾濃度為0.4mol/l的聚醚胺溶液逐滴緩慢地滴加入α-磷酸鋯的分散液中，室溫下反應24h，過濾洗滌后在60℃下干燥12h后得有機改性磷酸鋯。進一步，所述聚醚胺為聚醚胺d230或聚醚胺d400。進一步，所述α-磷酸鋯制備方法為：將八水氧氯化鋯與水配制成0.21～0.25mol/l的水溶液依次加入鹽酸、氫氟酸和磷酸，室溫下攪拌96h后過濾洗滌至ph＝5，真空干燥后粉碎、研磨、過篩，備用；所述水溶液、鹽酸、氫氟酸和磷酸體積比為80:5:5:46。2、含有機改性磷酸鋯的摩擦材料的制備方法步驟為：(1)取質量百分比之和為100％的各組分先用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；(2)將步驟(1)粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3～5min后泄壓放氣，再保壓2～3min后放氣，最后保溫保壓5～10min，冷卻到18～25℃取出模具，脫模；(3)步驟(2)所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。本發明的有益效果在于：本發明提出利用α-磷酸鋯和有機胺插層改性α-磷酸鋯作為減摩調節材料進行制備的摩擦材料的方案，對比于常用的減摩材料諸如二硫化鉬、硅酸鹽、石墨等能更有效地提高和調節摩擦材料的摩擦性能，降低磨損率，同時也拓展了有機改性磷酸鋯的更多應用，使其在不僅在潤滑領域有所應用，在摩擦材料方面也有著重要應用。按照本發明方法中，利用有機胺進行α-磷酸鋯的插層改性調節層間距，研究不同層間距的磷酸鋯對摩擦材料的摩擦性能的調節影響，為后續制備具有適宜摩擦系數，性能穩定的摩擦材料提供依據。附圖說明為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：圖1為實施例3制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖；圖2為實施例4制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖；圖3為實施例5制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖；圖4為對比例制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖；圖5為不同層間距的有機改性磷酸鋯及α-磷酸鋯的xrd圖。具體實施方式下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。實施例1聚醚胺d230/α-磷酸鋯的制備(1)制備α-磷酸鋯：將八水氧氯化鋯與蒸餾水配制成0.21～0.25mol/l的水溶液80ml依次加入5ml鹽酸、5ml氫氟酸和46ml磷酸，室溫下攪拌96h后過濾洗滌至ph＝5，真空干燥后粉碎、研磨、過篩；其中鹽酸質量分數為37％、氫氟酸質量分數為40％和磷酸質量分數為85％；(2)制備有機改性磷酸鋯：取10mmolα-磷酸鋯分散于50ml蒸餾水中8h，取20mmol聚醚胺d230稀釋于50ml蒸餾水中，將稀釋后的聚醚胺溶液逐滴緩慢地滴加入上述的α-磷酸鋯的分散液中，室溫下反應24h，過濾洗滌后在60℃下干燥12h后得到聚醚胺d230改性α-磷酸鋯，記作聚醚胺d230/α-磷酸鋯，為白色粉末。實施例2聚醚胺d400/α-磷酸鋯的制備(1)制備α-磷酸鋯：將八水氧氯化鋯與蒸餾水配制成0.21～0.25mol/l的水溶液80ml依次加入5ml鹽酸、5ml氫氟酸和46ml磷酸，室溫下攪拌96h后過濾洗滌至ph＝5，真空干燥后粉碎、研磨、過篩；其中鹽酸質量分數為37％、氫氟酸質量分數為40％和磷酸質量分數為85％；(2)制備有機改性磷酸鋯：取10mmolα-磷酸鋯分散于50ml蒸餾水中8h，取20mmol聚醚胺d400稀釋于50ml蒸餾水中，將稀釋后的聚醚胺溶液逐滴緩慢地滴加入上述的α-磷酸鋯的分散液中，室溫下反應24h，過濾洗滌后在60℃下干燥12h后得到聚醚胺d400改性α-磷酸鋯，記作聚醚胺d400/α-磷酸鋯，為白色粉末。圖5為實施例1‐2不同層間距的有機改性磷酸鋯及α-磷酸鋯的xrd圖。實施例3按質量百分數取如下組分：丁腈橡膠改性的酚醛樹脂13.86％，芳綸纖維6.93％，礦物纖維8.91％，鈦酸鉀晶須18.81％，氧化鋁2.97％，石墨(粒度80目)5.94％，硫酸鋇41.58％，聚醚胺d230/α-磷酸鋯1％(實施例1所制備)；將其用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3min后泄壓放氣，再保壓2min后放氣，最后保溫保壓8min，冷卻到20℃取出模具，脫模；再將所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。按照本實施例制成的摩擦材料，在室溫及干摩擦條件下用hsr-2m往復摩擦磨損試驗機，對偶試樣軸承鋼球直徑4mm，摩擦時間60min，往復頻率100t/min，往復直徑5mm，負載25n下進行摩擦磨損試驗，摩擦系數(μ)和磨損率(ν)分別為0.218和1.173×10-8mm3/(nm)。同時在上述相同條件下(除溫度外)，分別用不同溫度(100、150、200、250和300℃)對摩擦材料的摩擦磨損性能的測試，發現在250℃之后摩擦系數仍然處于上升趨勢(250℃：0.649，300℃：0.653)，能有效改善熱衰退現象。圖1為本實施例制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖。實施例4按質量百分數取如下組分：丁腈橡膠改性的酚醛樹脂13.86％，芳綸纖維6.93％，礦物纖維8.91％，鈦酸鉀晶須18.81％，氧化鋁2.97％，石墨(粒度80目)5.94％，硫酸鋇41.58％，聚醚胺d400/α-磷酸鋯1％(實施例2所制備)；將其用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3min后泄壓放氣，再保壓2min后放氣，最后保溫保壓5～10min，冷卻到18～25℃取出模具，脫模；再將所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。按照本實施例制成的摩擦材料，在室溫及干摩擦條件下用hsr-2m往復摩擦磨損試驗機，對偶試樣軸承鋼球直徑4mm，摩擦時間60min，往復頻率100t/min，往復直徑5mm，負載25n下進行摩擦磨損試驗，摩擦系數(μ)和磨損率(ν)分別為0.232和1.893×10-8mm3/(nm)。同時在上述相同條件下(除溫度外)，分別用不同溫度(100、150、200、250和300℃)對摩擦材料的摩擦磨損性能的測試，發現在250℃之后摩擦系數仍然處于上升趨勢(250℃：0.66，300℃：0.672)，有效改善熱衰退現象。圖2為本實施例制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖。實施例5按質量百分數取如下組分：丁腈橡膠改性的酚醛樹脂13.86％，芳綸纖維6.93％，礦物纖維8.91％，鈦酸鉀晶須18.81％，氧化鋁2.97％，石墨(粒度80目)5.94％，硫酸鋇41.58％，α-磷酸鋯1％；將其用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3min后泄壓放氣，再保壓2min后放氣，最后保溫保壓5～10min，冷卻到18～25℃取出模具，脫模；再將所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。以上技術方案還可以使用腰果殼油改性酚醛樹脂或聚乙烯醇縮丁醛改性酚醛樹脂達到本發明目的。按照本實施例制成的摩擦材料，在室溫及干摩擦條件下用hsr-2m往復摩擦磨損試驗機，對偶試樣軸承鋼球直徑4mm，摩擦時間60min，往復頻率100t/min，往復直徑5mm，負載25n下進行摩擦磨損試驗，摩擦系數(μ)和磨損率(ν)分別為0.202和6.13×10-9mm3/(nm)。同時在上述相同條件下(除溫度外)，分別用不同溫度(100、150、200、250和300℃)對摩擦材料的摩擦磨損性能的測試，發現在250℃之后摩擦系數仍然處于上升趨勢(250℃：0.621，300℃：0.648)，能有效改善熱衰退現象。圖3為本實施例制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖。實施例6按質量百分數取如下組分：丁腈橡膠改性的酚醛樹脂13.86％，芳綸纖維6.93％，礦物纖維8.91％，鈦酸鉀晶須18.81％，氧化鋁2.97％，石墨(粒度80目)5.94％，硫酸鋇41.58％，并按表1所示分別添加不同含量聚醚胺d400/α-磷酸鋯、聚醚胺d230/α-磷酸鋯或α-磷酸鋯，再根據以下制備方法制備不同的摩擦材料樣品：將各組分用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3min后泄壓放氣，再保壓2min后放氣，最后保溫保壓5～10min，冷卻到18～25℃取出模具，脫模；再將所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。按照本實施例制成的各摩擦材料，在室溫及干摩擦條件下用hsr-2m往復摩擦磨損試驗機，對偶試樣軸承鋼球直徑4mm，摩擦時間60min，往復頻率100t/min，往復直徑5mm，負載25n下進行摩擦磨損試驗，磨損試驗結果如表1所示。表1添加不同量的各種α-磷酸鋯制備的摩擦材料及其性能測試參數方案添加物添加量摩擦系數(μ)磨損率(ν)1聚醚胺d230/α-磷酸鋯0.5％0.2912.53×10-8mm3/nm2聚醚胺d400/α-磷酸鋯0.5％0.2993.453×10-8mm3/nm3α-磷酸鋯0.5％0.2892.227×10-8mm3/nm4聚醚胺d230/α-磷酸鋯3％0.2482.267×10-8mm3/nm5聚醚胺d400/α-磷酸鋯3％0.2583.893×10-8mm3/nm6α-磷酸鋯3％0.2272.187×10-8mm3/nm7聚醚胺d230/α-磷酸鋯5％0.2673.387×10-8mm3/nm8聚醚胺d400/α-磷酸鋯5％0.2754.73×10-8mm3/nm9α-磷酸鋯5％0.2422.946×10-8mm3/nm對比例按質量百分數取如下組分:丁腈橡膠改性的酚醛樹脂14％，芳綸纖維7％，礦物纖維9％，鈦酸鉀晶須19％，氧化鋁3％，石墨(粒度80目)6％，硫酸鋇42％；將其用高速粉碎機進行粉碎再用球磨機進行混合；粉碎后的混合物放入模具中，將模具置于預熱到170～175℃熱壓機的中，加壓至35～40mpa，保壓3min后泄壓放氣，再保壓2min后放氣，最后保溫保壓5～10min，冷卻到18～25℃取出模具，脫模；再將所得產物進行梯度升溫固化，溫度升至140℃，保溫2h；升溫至160℃，保溫2h；升溫至190℃，保溫24h后，冷卻，得含有機改性磷酸鋯的摩擦材料。按照對比例制成的摩擦材料，在室溫及干摩擦條件下用hsr-2m往復摩擦磨損試驗機，對偶試樣軸承鋼球直徑4mm，摩擦時間60min，往復頻率100t/min，往復直徑5mm，負載25n下進行摩擦磨損試驗，摩擦系數(μ)和磨損率(ν)分別為0.412和5.29×10-8mm3/(nm)。同時在上述相同條件下(除溫度外)，分別用不同溫度(100、150、200、250和300℃)對摩擦材料的摩擦磨損性能的測試中發現其在250℃時發生熱衰退現象,其中250℃和300℃的摩擦系數分別為0.66和0.49。測試結果表明，對比空白樹脂基摩擦材料，添加α-磷酸鋯和有機胺插層改性后的磷酸鋯對摩擦材料的摩擦磨損性能有較大提高；對比有機胺插層改性后的磷酸鋯，不同層間距的層狀磷酸鋯能夠對酚醛樹脂基摩擦材料的摩擦系數進行有效的調節，同時能降低其磨損率(ν)并增強其抗熱衰退性能。圖4為對比例制得摩擦材料在250℃下摩擦磨損試驗的sem圖，由圖1-4可以看出實施例3、實施例4和實施例5所制備的含有機胺插層改性磷酸鋯的摩擦材料相對于對比例，纖維拔出現象明顯減少，磨屑也相應減少，磨損表面相較光滑。最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。當前第1頁12