專利名稱：一種改進型紙基摩擦材料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種紙基摩擦材料，特別是一種用于制作機械、車輛、船舶等動力傳輸、制動總成中的摩擦片的紙基摩擦材料及其制造方法。
背景技術：
濕式紙基摩擦材料作為濕式離合器的主要摩擦材料，主要的應用領域之一是始自汽車自動變速器，這種離合器片吸收的能量較低，并有大量的冷卻油，設計上選擇紙基摩擦材料的動機是考慮到紙基摩擦材料是借助造紙技術發展起來的一種材料，能工業化生產，價格低，同時動靜摩擦系數高，可以使離合器的結構縮小。
CN1084447C公開了“一種紙基摩擦材料及其制造方法”，它是選用竹纖維或/和木纖維作為基體，加入摩擦劑和摩擦調整劑，用熱固性樹脂FM2123P酚醛樹脂作為成形劑浸漬固結而成。這種紙基摩擦材料由于其基體沒有耐高溫的纖維材料，所選用的成形劑實質上又僅是一種未改性的普通酚醛樹脂，在實際使用中無論耐熱性和耐磨性都存在不足。
上述專利所述的制造方法是采用濕式球磨法，這種方法每次都必須進行球料分離操作，顯然實現工業化生產難度較大，特別是為了提高摩擦系數，在摩擦劑中添加重晶石粉或鑄石粉，這兩種原料比重與紙纖維的比重相差十分懸殊，這在造紙工藝中，其下沉速度快，很難制造出成份均勻的紙基摩擦材料，從而造成產品性能不穩定，產品質量難控制。
而且，大家也知道，紙基摩擦材料的生產工藝希望能控制紙基摩擦襯片的性能，使其與貼合在芯板上后的性能基本趨于一致，這就要求紙基摩擦材料浸漬成形劑后基本處于所要求的最終狀態，所有的成份都各就各位，處于最終的含量，沒有進一步的化學反應和密度孔隙率的變化，而上述專利所公開的方法中，成形劑浸漬后進行的是60-80℃的熱定形工藝，實際上這種工藝得到的紙基摩擦襯片的性能還未定形，因為普通酚醛樹脂的熔化溫度在100℃以上，凝膠固化溫度在150℃以上，可見用上述工藝后的紙基摩擦襯片貼合在芯板上進行熱固化，還要進一步發生化學反應，其密度和孔隙率都要發生變化，顯然該工藝難于控制最終產品的質量。
發明內容
本發明的目的在于提供一種摩擦系數高、耐磨性好、耐熱性優良的改進型紙基摩擦材料。
本發明的另一目的在于提供產品質量易于控制的紙基摩擦材料的制造方法。
本發明是這樣實現的一種改進型紙基摩擦材料，其主要組份的重量百分比為基體采用竹纖維和無石棉復合纖維(商品名稱NACF復合纖維)40-60％；摩擦劑采用硅藻土和二氧化硅5-10％；摩擦調整劑4-20％；成形劑腰果油改性酚醛樹脂15-35％。本發明由于基體采用了耐溫性能優良的無石棉復合纖維，以及與其他相關組份的合理配比，從而使本發明所述的紙基摩擦材料耐熱性能等得到提高。
上述基體中竹纖維和無石棉復合纖維的配比量，以在基體總量不變的情況下，按3-4∶1配比為佳；上述摩擦劑中硅藻土和二氧化硅的配比量，以在摩擦劑總量不變的情況下，可任意配比。
上述成形劑最好選用腰果油改性酚醛樹脂。
上述摩擦調整劑是滑石粉或/和云母粉或/和石墨粉。
為了提高產品的靜摩擦系數，摩擦調整劑中可適當加入丁晴橡膠粉，其加入量為摩擦調整劑總量的0-4％。
本發明還可另加入著色劑即各種染料，其加入量為上述各組份總量的0-5％。
為了進一步增加本發明所述的紙基摩擦材料的摩擦、耐久、抗磨損和阻熱性能，上述成品可對其進行表面浸漬處理，所采用的表面浸漬劑為硅酸鹽和樹脂酒精混合溶液。
上述硅酸鹽和樹脂酒精混合溶液具體是指至少含28％二氧化硅的硅酸鹽溶液和腰果油改性酚醛樹脂含量為3-4％的樹脂酒精混合溶液，且兩種溶液的混合配比關系是1-3∶1。
本發明的另一目的是這樣實現的一種改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于按上述比例稱量各組份，并對基體、摩擦劑、摩擦調整劑進行疏解制得漿料；對漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化得成品。
如果要提高摩擦、耐久、抗磨損和阻熱性能，上述成品可再對其進行表面浸漬處理，熱固化得最終成品。
借助造紙工藝發展起來的紙基摩擦材料，首先是把各組份作成漿料，進而在造紙機上實現摩擦原紙的抄造，為了使各組份在水中能得到均勻混合，在懸浮漿液中下沉速度相差不大，從而抄造出組份均勻、厚薄均勻的紙頁，各組份以下列參數為最佳竹纖維和無石棉復合纖維長度介于1.4-8mm之間，纖維平均直徑介于0.01-0.06mm之間；硅藻土的純度為88％，二氧化硅的純度為95％，硅藻土和二氧化硅的顆粒大小為-200目；石墨粉、滑石粉、云母粉顆粒形狀為鱗片狀，顆粒大小為-200目，丁腈橡膠粉顆粒大小為30-40目。
一種改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于按上述比例稱量各組份，并對基體、摩擦劑、摩擦調整劑進行疏解制得漿料，加入著色劑進行染色；對染色后的漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化；用表面浸漬劑進行表面浸漬處理、熱固化得成品。
制造改進型紙基摩擦材料的具體方法是將疏解后的含干基體量為25-30％的濕漿料，按比例加入摩擦劑和摩擦調整劑后，投料進攪拌機中，再加入含染料的水溶液即著色劑，水溶液總量為基體、摩擦劑和摩擦調整劑總量的5-8倍，水溶液溫度為80-90℃，攪拌時間20-30分鐘，之后放置2-4小時；再進行碎漿和抄造原紙，其中碎漿度為40°-50°，抄造原紙是在改良型的長網造紙機上；進行熱固化的溫度為160-180℃，固化時間為1-2小時；進行表面浸漬處理最好是待表面浸漬劑中的溶劑揮發后，再熱固化，熱固化的溫度仍為160-180℃，固化時間為1-2小時。
本發明針對紙基摩擦材料的廣泛應用和可以通過配方和工藝的調整獲得各種水平摩擦性能的固有特點，提出一種用著色劑對漿料進行染色而得到不同顏色的紙基摩擦材料，也即用顏色來直觀地標明不同摩擦性能的紙基摩擦材料，這種特別適用于制造汽車自動變速器摩擦片紙基摩擦材料。
本發明加入著色劑是這樣實現的它是根據摩擦片的顏色要求，而加入不同的染料和摩擦調整劑，比如淺色的加入滑石粉和云母粉，深色的加石墨粉；又比如欲得到桔黃色紙基摩擦材料是在漿料中加入直接染料黃色3％和紅色染料0.9％；欲得到褐灰色紙基摩擦材料是在漿料中加入直接染料黑色1％和嫩黃色染料0.2％；欲得到軍綠色紙基摩擦材料是在漿料中加入直接染料墨綠色1％和嫩黃色0.2％；欲得到黑色紙基摩擦材料是在漿料中加入直接染料黑色1.3％；欲得到咖啡色紙基摩擦材料是在漿料中加入直接染料深棕色1％和嫩黃色0.2％。
在本發明中，舍棄了木纖維和FM2123P酚醛樹脂及重晶石粉和鑄石粉，而采用耐溫性能優良的無石棉復合纖維和腰果油改性酚醛樹酯，從而使本發明所述的紙基摩擦材料耐熱性能得到提高。這是因為木纖維僅是普通的紙纖維，而無石棉復合纖維的主要成份是硅、鈣、鋁、鎂等元素的氧化物，無論從對摩擦材料的增強效果和耐高溫性能都大大優于木纖維，而其纖維長度、粗細度及成本均與木纖維相當；在提高紙基摩擦材料的摩擦性能和耐熱性能等諸方面，腰果油改性酚醛樹脂均優于FM2123P酚醛樹脂；由于舍棄了重晶石粉和鑄石粉，所以在制造過程中，在水漿的混均工序更容易，產品的質量更于控制。
為了改善本發明所述紙基摩擦材料的摩擦、耐久、抗磨損和阻熱性能，在本發明中加入了一種摩擦材料的表面浸漬劑，解決了產品的初期磨損量，其耐磨性得到了極大地提高。大家知道，紙基摩擦材料是靠油膜來傳遞扭矩的，所以對紙基摩擦材料的表面狀態和對偶片的表面光潔度提出了更高的要求。在紙基摩擦材料進行表面浸漬處理后，形成了外涂層，這相當于在紙基摩擦材料表面上了一層如人的牙齒表層的釉質，使本發明具有出色的完整性和光潔度，對本發明的耐磨性起到了重要作用。
本發明所述及的制造方法，舍棄了濕式球磨工藝和熱定形工藝，而采用造紙行業的碎漿機和樹脂摩擦材料的熱固化工藝，這樣更利于工業化生產。這是因為球磨工藝中，瓷球的重量和體積影響了漿料的產量，且每次都必須做球料分離的操作，額外地增加了勞動量，難于實現工業化生產，而采用碎漿機，漿料反復經過一對滾刀被截短和混合均勻，只需控制碎漿度，漿料質量便得到控制，結束時只需打開溢漿閥，所得漿料就可全部放出，從制漿生產量和制漿工藝，顯然是一種工業化的生產工藝。
也正由于本發明是先用成形劑樹脂酒精溶液浸漬，熱固化形成第一層，然后用硅酸鹽和樹脂酒精混合溶液浸漬，加熱除去溶劑并固化硅酸鹽，由于二氧化硅粒子彌散在基體表面形成比第一層有更高摩擦系數的第二層。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明實施例1制備一種褐灰色摩擦片的方法各組份配比關系如表1
具體過程按上表稱取竹纖維和無石棉復合纖維，加水潤脹，投入到碎漿機中，加水調整濃度為2-3％，疏解30-40分鐘，并檢查漿料中無1mm2大小的纖維團塊，以證明疏解合格，然后除去多余水份使得基體含量為25-30％的濕漿料；再按比例加入硅藻土粉、二氧化硅粉、石墨粉、云母粉和丁睛橡膠粉；按比例稱取上述著色劑并加入溫度為80-90℃的熱水，進行攪拌至著色劑完全溶解后，將疏解好的濕漿料、摩擦劑、摩擦調整劑再加入，一起繼續攪拌20-30分鐘，染色后的上述配料放置2-4小時，再注入碎漿機中進行碎漿，碎漿濃度仍為2-3％，當碎漿度達到40-50°時，打開溢流閥，將漿料注入到儲漿池中，加水調整漿液濃度為1.8-2％上抄紙機抄造成原紙，原紙壓榨至技術要求的厚度，烘干、沖裁，用腰果油改性酚醛樹脂浸漬(樹脂酒精濃度為30％)，晾干后進行熱固化，固化溫度為160-180℃，時間1-2小時，得到褐灰色的摩擦紙。
按常規制成摩擦片，并進行表面浸漬處理，最后熱固化得成品，其中固化溫度為160-180℃，時間1-2小時。
比較例采用CN1084447C公開的制造方法制得紙基摩擦片。
用實施例1制得的紙基摩擦片與比較例制得的紙基摩擦片在離合器綜合試驗臺上用同樣條件進行性能測試，結果見表2
上述產品在MM-1000試驗機上在同樣條件下測得的摩擦性能見表3
從上述性能測試可見，本發明由于在基體中加入了耐高溫的復合纖維，采用了腰果油改性酚醛樹脂，特別是含硅量高的一種表面浸漬劑硅酸鹽的外涂層，使紙基摩擦材料的摩擦性能比比較例的紙基摩擦材料有顯著提高。
實施例2制備一種桔黃色摩擦片的方法
制造方法同實施例1，制得的產品經MM-1000試驗機檢測靜摩擦系數為0.161，動摩擦系數為0.148。
實施例3制備一種軍綠色摩擦片的方法
制造方法同實施例1。
實施例4制備一種黑色摩擦片的方法
制造方法同實施例1。
實施例5制備一種咖啡色摩擦片的方法
制造方法同實施例1。
實施例8制備一種本色摩擦片的方法
制造方法同實施例1。
權利要求
1.一種改進型紙基摩擦材料，其主要組份的重量百分比為基體采用竹纖維和無石棉復合纖維40-60％；摩擦劑采用硅藻土和二氧化硅5-10％；摩擦調整劑4-20％；成形劑腰果油改性酚醛樹脂15-35％。
2.如權利要求1所述的改進型紙基摩擦材料，其特征在于所述基體中竹纖維和無石棉復合纖維的配比量，以在基體總量不變的情況下，按3-4∶1配比；所述摩擦劑中硅藻土和二氧化硅的配比量，以在摩擦劑總量不變的情況下，可任意配比；所述成形劑選用腰果油改性酚醛樹脂；所述摩擦調整劑是滑石粉或/和云母粉或/和石墨粉。
3.如權利要求2所述的改進型紙基摩擦材料，其特征在于所述摩擦調整劑中還加有丁腈橡膠粉，其加入量為摩擦調整劑總量的0-4％。
4.如權利要求1所述的改進型紙基摩擦材料，其特征在于它還加有著色劑即各種顏料，其加入量為所述各組份總量的0-5％。
5.如權利要求1、2、3或4所述的改進型紙基摩擦材料，其特征在于對所述摩擦材料進行表面浸漬處理，所采用的表面浸漬劑為硅酸鹽和樹脂酒精混合溶液。
6.如權利要求5所述的改進型紙基摩擦材料，其特征在于所述硅酸鹽和樹脂酒精混合溶液是指至少含28％二氧化硅的硅酸鹽溶液和腰果油改性酚醛樹脂含量為3-4％的樹脂酒精混合溶液，且兩種溶液的混合配比關系是1-3∶1。
7.一種改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于按上述比例稱量各組份，并對基體、摩擦劑、摩擦調整劑進行疏解制得漿料；對漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化得成品。
8.如權利要求7所述的改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于對所述摩擦材料進行表面浸漬處理，熱固化得最終成品即按比例稱量各組份，并對基體、摩擦劑、摩擦調整劑進行疏解制得漿料；對漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化；對摩擦材料進行表面浸漬處理，熱固化得最終成品。
9.如權利要求1或7所述的改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于竹纖維和NACF復合纖維長度介于1.4-8mm之間，纖維平均直徑介于0.01-0.06mm之間；硅藻土的純度為88％，二氧化硅的純度為95％，硅藻土和二氧化硅的顆粒大小為-200目；石墨粉、滑石粉、云母粉顆粒形狀為鱗片狀，顆粒大小為-200目，丁腈橡膠粉顆粒大小為30-40目。
10.如權利要求7或8所述的改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于按比例稱量各組份，并對基體、摩擦劑、摩擦調整劑進行疏解制得漿料，加入著色劑進行染色；對染色后的漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化；用表面浸漬劑進行表面浸漬處理、熱固化得成品。
11.如權利要求10所述的改進型紙基摩擦材料的制造方法，其特征在于其具體方法是將疏解后的含干基體量為25-30％的濕漿料，按比例加入摩擦劑和摩擦調整劑后，投料進攪拌機中，再加入含顏料的水溶液即著色劑，水溶液總量為基體、摩擦劑和摩擦調整劑總量的5-8倍，水溶液溫度為80-90℃，攪拌時間20-30分鐘，之后放置2-4小時；再進行碎漿和抄造原紙，其中碎漿度為40°-50°，抄造原紙是在改良型的長網造紙機上；進行熱固化的溫度為160-180℃，固化時間為1-2小時；進行表面浸漬處理是待表面浸漬劑中的溶劑揮發后，再熱固化，熱固化的溫度仍為160-180℃，固化時間為1-2小時。
全文摘要
本發明涉及一種用于制作機械、車輛、船舶等動力傳輸、制動總成中的摩擦片的紙基摩擦材料及其制造方法。其主要組份的重量百分比為基體40－60％；摩擦劑5－10％；摩擦調整劑4－20％；成形劑15－35％。其方法是按上述比例稱量各組份，進行疏解制得漿料；對漿料進行碎漿、抄造原紙、沖裁；在成形劑中浸漬、熱固化；與芯板帖合、熱固化得成品。本發明提供的是一種摩擦系數高、耐磨性好、耐熱性優良的摩擦材料；且產品制造工藝和產品質量易于控制。
文檔編號C09K3/14GK1487046SQ0313559
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月12日 優先權日2003年8月12日
發明者徐子才, 溫學成 申請人:徐子才, 汪懋, 卜京, 溫學成, 楊國東