一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種玄武巖纖維摩擦材料，由混合纖維骨架、粘結劑、增強纖維和填料組成，本發明的混合纖維骨架和增強纖維以玄武巖為主要原料，能夠增強摩擦材料的耐高低溫性能，降低摩擦損耗，提升摩擦材料的溫度形變性能。本發明的摩擦材料不添加石棉，且所用成本低廉，基體材料整體結合性更好，金屬絲分布均勻，摩擦材料導熱、散熱更快、更優。利用本發明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸較現有摩擦材料精度更高。完全避免了層壓產品的生產過程出現的氣泡腫脹、分層以及翹曲等問題。本發明的摩擦材料具有耐高低溫、耐磨損、低噪音、以及摩擦制動力矩穩定、環保等特點。
【專利說明】
一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及摩擦材料，尤其是涉及一種玄武巖纖維摩擦材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 摩擦材料是用于諸多運動機械和裝備中起傳動、制動、減速、轉向、駐車等作用的 功能配件，可以說從有機械運動開始，人類就有了剎車制動的要求，木塊、牛皮、橡膠等都曾 經被用來作為制動材料。在上世紀七、八十年代以前石棉摩擦材料作為傳統產品一直被人 類大量使用，在此之后，由于盛傳石棉會引起肺部病變及問皮瘤并與肺癌的發生有關。1972 年國際腫瘤醫學討論會確認石棉纖維含有致癌物質，此后，摩擦制品的無石棉化和無污染 化逐漸成為世界性發展的共識。聯合國歐洲經濟委員會(ECE)第13號法規及國際標準委員 會(ISO)有關標準中，明文規定禁止生產、銷售和使用石棉產品。國際海事組織1974S0LAS公 約2000修正案明確規定〃對于所有船舶，含有石棉材料的新穎安裝應禁止，除非有特殊要 求。〃國家技術監督局在強制性國家標準GB12676-1999中規定，〃從2003年10月1日起，制動 襯片應不含有石棉"。
[0003] 在現有的無石棉摩擦材料技術中，作為石棉纖維增強材料的替代材料很多，金屬 纖維、碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維和芳綸纖維都是制造各類制動器、離合器襯片等摩擦元 件的原材料中的較為理想的增強材料，其特性和價格以及相互之間的配比很大程度上決定 著摩擦元件的性能和應用前景。摩擦材料主要由三部分組成：1、粘合劑;2、增強纖維;3、摩 擦性能調節劑。必須根據所要達到的預期目標來進行各種配方和組成材料的選擇，并選擇 合適的制造方法和生產工藝。
[0004] 目前，汽車制動器摩擦片大量使用二硫化二銻，用于摩擦材料在高溫摩擦時的潤 滑，確保高溫摩擦系數的穩定。硫化銻是由輝錦礦經過精選和化學提純而得，為黑色固體粉 末。它的熔點比較低，為548 0C，高溫分解后生成的氧化銻，以及在還原劑存在時生成的金 屬銻，能防止高溫時材料的氧化燃燒，保持材料的摩擦系數穩定性，提高材料的抗燒性能， 還能降低有機粘合劑在高溫時分解速度，提高材料的使用壽命，起到了高溫無機粘合劑和 潤滑摩擦調整劑的作用。但是，銻為重金屬元素，隨摩擦粉塵進入空氣、雨水和土壤中后不 易降解，直接或間接進入人體，會對人們健康造成重金屬中毒，破壞人體的內循環呼吸道和 消化道口因此，歐盟法規要求要逐步減少在摩擦材料中三硫化二銻的用量，最遲在2020年 徹底禁止在摩擦材料中的加入。顯然，現有技術汽車制動器摩擦片存在著含有重金屬銻，對 環境造成污染，對人體造成傷害，即將被禁用在汽車制動器摩擦片中使用等問題。
[0005] 前摩擦材料的結構是由玻璃纖維、金屬纖維以及天然或合成混合纖維加捻絞合而 成的股紗，這種作為基材的股紗，由于其組成材質之間存在明顯的性能差異，如玻璃纖維表 面堅硬光滑，而金屬纖維表面則具有一定的強度和韌性，混合纖維表面強度較低，材料之間 界面十分明顯，相容性差，結合力弱，特別是浸潤膠后，由于該結構股紗的外層材料表現為 多元特點，其截面周向分布著不同性質的材料，各自的粘連性能差異較大，粘連強度高低不 一，與其他股紗不能形成均勻一致的粘連強度，使用中，極易因股紗周面粘連應力分布不 均，而在薄弱部分產生應力集中，加劇開裂損壞，難以發揮不同材質的各自優勢，直接影響 成品的整體強度和質量指標，縮短使用壽命。
[0006] 目前這種結構的股紗均為玻璃纖維、金屬纖維以及天然或者合成混合纖維加捻并 絞后，進行下道浸膠工序。該結構的股紗的耐高溫性能和高溫穩定性能不足，存在因溫度上 升摩擦性能降低的問題。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的問題是，針對上述現有技術中的缺點，提出創新方案，尤其是一 種能夠降低生產成本，提高摩擦材料的導熱、散熱性能、降低噪音、提高摩擦系數的穩定性 的摩擦材料。
[0008] 為解決上述問題，本發明采用的方案如下：一種玄武巖纖維摩擦材料，其特征在 于，包括：由玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀纖維組成的混合纖維骨架；由丁腈改性 酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結劑；由玄武巖纖維、芳綸纖維、纖維素纖維和鋼纖維組成 的增強纖維；由重晶石粉、摩擦粉、鋯英石粉、膨脹蛭石粉組成的填料;所述粘結劑、增強纖 維、填料之間重量比為1:4:4;所述粘結劑、增強纖維、填料燒結在混合纖維骨架上。
[0009] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、碳纖維、鈦酸鉀纖維、纖維素纖維和鋼纖維的長度為1-3毫米，直徑為160-220微米。 [0010]進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述重晶石粉、摩擦粉、鋯 英石粉、膨脹蛭石粉組分的粒度為小于60目。
[0011] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、碳纖維和鈦酸鉀纖維的重量比為3:2:2:1。
[0012] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料，所述玄武巖纖維、芳綸纖 維、纖維素纖維和鋼纖維的重量比為3:2:3:1。
[0013] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結劑，放入高速攪拌機中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機轉速為3000-3500轉/min;混合均勾后送入熱壓成型機的模腔中，在溫度 為150-170攝氏度、壓力為30-35MPa條件下熱壓200-250秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料:按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強纖維和填料，放 入高速攪拌機中，并添加適量粘結劑攪拌3-6分鐘，高速攪拌機轉速為3000-3500轉/min，制 得均勻混料； (3) 壓制成型:將步驟(2)制得的均勻混料鋪設在塑料液壓成型機模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至60-180MPa時，保持壓力30-70分鐘 后，脫模得到預成型樣品； (4) 熱處理:將步驟(3)制得的預成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時，240攝氏度保溫6小時，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料。
[0014] (5)外部處理:對玄武巖纖維摩擦材料進行修磨加工和表面處理。
[0015] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟（1)中 高速攪拌機攪拌6分鐘，高速攪拌機轉速為3400轉/min。
[0016] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟（1)中 熱壓溫度為160攝氏度、壓力為35MPa、熱壓時間為200秒。
[0017] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟(2)中 攪拌時間為5分鐘，高速攪拌機的轉速為3000轉/min。
[0018] 進一步，根據上述設計方案所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，所述步驟(3)中 塑料液壓成型機的壓力加至120MPa，保持壓力50分鐘，制得預成型樣品。
[0019] 本發明的技術效果如下：本發明的玄武巖纖維摩擦材料，由混合纖維骨架、粘結 劑、增強纖維和填料組成，本發明的混合纖維骨架和增強纖維以玄武巖為主要原料，能夠增 強摩擦材料的耐高低溫性能，降低摩擦損耗，提升摩擦材料的溫度形變性能。本發明的摩擦 材料不添加石棉，且所用成本低廉，基體材料整體結合性更好，金屬絲分布均勻，摩擦材料 導熱、散熱更快、更優。利用本發明的摩擦材料所制成的摩擦原件尺寸較現有摩擦材料精度 更高。完全避免了層壓產品的生產過程出現的氣泡腫脹、分層以及翹曲等問題。本發明的摩 擦材料具有耐高低溫、耐磨損、低噪音、以及摩擦制動力矩穩定、環保等特點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為玄武巖纖維摩擦材料的截面圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面通過實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0022]實施例:玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結劑，放入高速攪拌機中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機轉速為3300轉/min;混合均勾后送入熱壓成型機的模腔中，在溫度為160 攝氏度、壓力為35MPa條件下熱壓200秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料:按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強纖維和填料，放 入高速攪拌機中，并添加適量粘結劑攪拌5分鐘，高速攪拌機轉速為3000轉/min，制得均勻 混料； (3) 壓制成型:將步驟(2)制得的均勻混料鋪設在塑料液壓成型機模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至120MPa時，保持壓力50分鐘后，脫 模得到預成型樣品； (4) 熱處理:將步驟(3)制得的預成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時，240攝氏度保溫6小時，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料。
[0023] (5)外部處理:對玄武巖纖維摩擦材料進行修磨加工和表面處理。
[0024]本發明的三方氮化硼汽車制動器摩擦材料還按做了噪音測試。在15000次制動噪 音測試中，噪音大于70db的發生率為0.31 %，噪音大于80db的發生率為0,遠高于國際標準 噪音大于70db的發生率小于10%，噪音大于105db的發生率為0的要求。 [0025]表一為本發明的摩擦材料的摩擦系數和磨損率測試結果表。
【主權項】
1. 一種玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，包括：由玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦 酸鉀纖維組成的混合纖維骨架；由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結劑；由玄武 巖纖維、芳綸纖維、纖維素纖維和鋼纖維組成的增強纖維；由重晶石粉、摩擦粉、鋯英石粉、 膨脹蛭石粉組成的填料;所述粘結劑、增強纖維、填料之間重量比為1:4:4;所述粘結劑、增 強纖維、填料燒結在混合纖維骨架上。2. 根據權利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 碳纖維、鈦酸鉀纖維、纖維素纖維和鋼纖維的長度為1-3毫米，直徑為160-220微米。3. 根據權利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述重晶石粉、摩擦粉、鋯英 石粉、膨脹蛭石粉組分的粒度為小于60目。4. 根據權利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 碳纖維和鈦酸鉀纖維的重量比為3:2:2:1。5. 根據權利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料，其特征在于，所述玄武巖纖維、芳綸纖維、 纖維素纖維和鋼纖維的重量比為3:2:3:1。6. 根據權利要求1所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 制備混合纖維骨架:按照重量比3:2:2:1取玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維和鈦酸鉀 纖維，取適量由丁腈改性酚醛樹脂和丁腈橡膠粉組成的粘結劑，放入高速攪拌機中攪拌5-7 分鐘，高速攪拌機轉速為3000-3500轉/min;混合均勾后送入熱壓成型機的模腔中，在溫度 為150-170攝氏度、壓力為30-35MPa條件下熱壓200-250秒，制得混合纖維骨架； (2) 配料、混料：按照重量比1:1取混合纖維骨架重量的1.2-2倍的增強纖維和填料，放 入高速攪拌機中，并添加適量粘結劑攪拌3-6分鐘，高速攪拌機轉速為3000-3500轉/min，制 得均勻混料； (3) 壓制成型：將步驟(2)制得的均勻混料鋪設在塑料液壓成型機模具的模腔底部，然 后將步驟（1)制得的混合纖維骨架鋪設在均勻混料上，最后在混合纖維骨架上再鋪設一層 均勻混料，在室溫條件下，以4MPa/min的速率雙向加壓至60-180MPa時，保持壓力30-70分鐘 后，脫模得到預成型樣品； (4) 熱處理:將步驟（3)制得的預成型樣品放入電爐中，按照室溫到240攝氏度升溫3小 時，240攝氏度保溫6小時，然后隨爐溫冷卻至低于80攝氏度出爐，制得玄武巖纖維摩擦材 料； (5) 外部處理:對玄武巖纖維摩擦材料進行修磨加工和表面處理。7. 根據權利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中 高速攪拌機攪拌6分鐘，高速攪拌機轉速為3400轉/min。8. 根據權利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中 熱壓溫度為160攝氏度、壓力為35MPa、熱壓時間為200秒。9. 根據權利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中 攪拌時間為5分鐘，高速攪拌機的轉速為3000轉/min。10. 根據權利要求6所述玄武巖纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中 塑料液壓成型機的壓力加至120MPa，保持壓力50分鐘，制得預成型樣品。
【文檔編號】C08L77/10GK106084646SQ201610490328
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】錢華, 錢忠標, 史玉慶, 余淑莉, 錢家蓉, 史睿陽
【申請人】東臺市華陽玻纖有限責任公司