本發(fā)明涉及一種界面均勻的紙基摩擦材料及其制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紙基摩擦材料作為最重要的濕式摩擦材料，具有動(dòng)摩擦系數(shù)高、摩擦力矩平穩(wěn)、動(dòng)/靜摩擦系數(shù)接近于1、成本低、貼合性能平穩(wěn)、磨損率低、使用壽命長(zhǎng)、噪音小及可保護(hù)對(duì)偶材料等突出特點(diǎn)，紙基摩擦材料是應(yīng)用于濕式離合器和制動(dòng)器中的一種關(guān)鍵功能材料，其性能的優(yōu)劣直接影響著傳動(dòng)裝置傳扭的穩(wěn)定性及行車(chē)的安全性。同時(shí)紙基摩察材料是一種多組分復(fù)合材料，通常有十多種材料組成。
紙基摩擦材料除了應(yīng)用于濕式離合器和制動(dòng)器中，還可以在差速器閉鎖離合器、停車(chē)制動(dòng)器及要求高靜摩擦系數(shù)的其他應(yīng)用。當(dāng)紙基摩擦材料作為自動(dòng)變速器摩擦片時(shí)一般考慮滿(mǎn)足摩擦磨損性能、熱穩(wěn)定性等的性能的要求，而如果用在差速器閉鎖離合器、停車(chē)制動(dòng)器等對(duì)靜摩擦要求比較高的地方，那就不僅要求紙基摩擦材料有高的靜摩擦，還要有低的磨損率。
紙基摩擦材料通常由增強(qiáng)纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、粘結(jié)劑和填料組成。在紙基摩擦材料用增強(qiáng)纖維和粘結(jié)劑中，可選擇的增強(qiáng)纖維和粘結(jié)劑種類(lèi)較多，但它們的耐熱性、柔韌性、物理力學(xué)性能、摩擦和磨損性能差異較大，采用不同的增強(qiáng)纖維和粘結(jié)劑會(huì)導(dǎo)致紙基摩擦材料在摩擦磨損性能和物理/力學(xué)性能上的差異。且其主要是在水相中采用造紙的方式生產(chǎn)，這種方法制備的紙基摩擦材料混料制成懸浮液時(shí)，易沉降，絮聚，各種組分的結(jié)合屬于物理粘結(jié)，界面結(jié)合不是很均勻，耐磨性也不好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)傳統(tǒng)制造紙基摩擦材料多是在水相中采用造紙的方式生產(chǎn)，這種方法制備的紙基摩擦材料混料制成懸浮液時(shí)，易沉降，絮聚，界面結(jié)合不是很均勻，耐磨性也不好的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種以硅灰石纖維和二氧化硅粉末作為摩擦基料，經(jīng)富含親水性醛基的吉籠草生物改性提高其分散性，再以天然橡膠和酚醛樹(shù)脂共混改性得到膠黏劑，用濕式造紙法最終制的界面均勻的紙基摩擦材料的方法，本發(fā)明用生物改性提高了摩擦基料的分散性，使其在摩擦材料漿料中分散的更均勻，最后經(jīng)共混膠黏劑浸漬后熱壓成型，使摩擦材料之間粘結(jié)更加致密，既解決了傳統(tǒng)方法紙基摩擦材料混料制成懸浮液時(shí)，易沉降，絮聚的問(wèn)題，又彌補(bǔ)了界面結(jié)合不是很均勻，耐磨性也不好的不足，具有極佳的應(yīng)用前景。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
（1）稱(chēng)取1～2kg硅灰石放入液氮中浸漬處理5～10min后取出，放入剛玉研缽搗碎研磨1～2h后放入超聲振蕩儀中，加入硅灰石粉末體積3～5倍濃度為0.3mol/L醋酸，在200～300W功率下超聲剝離10～20min，再用離心機(jī)以3000～4000r/min轉(zhuǎn)速，分離得到下層硅灰石纖維沉淀；
（2）按質(zhì)量比3:1，將上述硅灰石纖維和納米二氧化硅粉末混合均勻后裝入陶瓷罐中，再稱(chēng)取硅灰石質(zhì)量3～5倍的吉籠草葉片，放入榨汁機(jī)中榨汁，放入布氏漏斗抽濾去除濾渣，得到吉籠草汁并將其倒入陶瓷罐，用攪拌棒攪拌均勻后，敞開(kāi)罐口在30～40℃下自然發(fā)酵改性6～9天；
（3）待發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)物移入布氏漏斗中，用去離子水洗滌抽濾15～20min，放入烘箱在70～80℃下干燥1～2h后即得自制摩擦基料，備用；
（4）按固液比為1:5，將橡膠草根碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸溶液和丙酮回流蒸煮6～8h后回收硫酸和丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物和其等體積的濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液混合后于90～100℃水浴鍋中，皂化反應(yīng)4～6h，過(guò)濾得到濾渣；
（5）將上述濾渣用苯蒸煮過(guò)夜后放入烘箱，在105～110℃下干燥至恒重，得到天然橡膠，按質(zhì)量比為1:4將天然橡膠和質(zhì)量濃度為5%的酚醛樹(shù)脂乙醇溶液混合后裝入混煉機(jī)，再加入混合物總質(zhì)量1～3%的硫磺粉末，加熱升溫至150～170℃共混改性10～12h，出料后得到天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑；
（6）稱(chēng)取50～80g備用的自制摩擦基料和20～30g竹纖維分散于500～600mL去離子水中，放入高頻疏解機(jī)中疏解處理30～40min后得摩擦材料漿液，再將摩擦材料漿液抄片后干燥，得到預(yù)制片；
（7）將上述得到的預(yù)制片放入天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑中浸漬1～2h后取出并晾干，用熱壓機(jī)以4～6MPa的壓力在150～160℃溫度下熱壓處理5～7min后冷卻至室溫，即得界面均勻的紙基摩擦材料。
本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制備的紙基摩擦材料裁剪成ф75mm，內(nèi)徑為ф53mm的圓環(huán)，在表面上開(kāi)等間隔的12個(gè)徑向?qū)捲?mm、深為1mm的油槽，將其磨平后，粘接在20#剛環(huán)上并放置在液壓油中浸泡24h后，將其裝入差速器閉鎖離合器中，經(jīng)檢測(cè)，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.12～0.16，靜摩擦系數(shù)大于0.18，磨損率為0.85×10-8～1.2×10-8cm3/J。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的界面均勻的紙基摩擦材料界面均勻，耐磨性能好，磨損率為0.85×10-8～1.2×10-8 cm3/J；
（2）本發(fā)明制備的界面均勻的紙基摩擦材料制備時(shí)材料內(nèi)部緊密，不易沉降，絮聚，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；
（3）本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，所需成本低。
具體實(shí)施方式
首先稱(chēng)取2kg硅灰石放入液氮中浸漬處理5～10min后取出，放入剛玉研缽搗碎研磨1～2h后放入超聲振蕩儀中，加入硅灰石粉末體積3～5倍濃度為0.3mol/L醋酸，在200～300W功率下超聲剝離10～20min，再用離心機(jī)以3000～4000r/min轉(zhuǎn)速，分離得到下層硅灰石纖維沉淀；再按質(zhì)量比3:1，將上述硅灰石纖維和納米二氧化硅粉末混合均勻后裝入陶瓷罐中，再稱(chēng)取硅灰石質(zhì)量3～5倍的吉籠草葉片，放入榨汁機(jī)中榨汁，放入布氏漏斗抽濾去除濾渣，得到吉籠草汁并將其倒入陶瓷罐，用攪拌棒攪拌均勻后，敞開(kāi)罐口在30～40℃下自然發(fā)酵改性6～9天；待發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)物移入布氏漏斗中，用去離子水洗滌抽濾15～20min，放入烘箱在70～80℃下干燥1～2h后即得自制摩擦基料，備用；接著按固液比為1:5，將橡膠草根碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸溶液和丙酮回流蒸煮6～8h后回收硫酸和丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物和其等體積的濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液混合后于90～100℃水浴鍋中，皂化反應(yīng)4～6h，過(guò)濾得到濾渣；再將上述濾渣用苯蒸煮過(guò)夜后放入烘箱，在105～110℃下干燥至恒重，得到天然橡膠，按質(zhì)量比為1:4將天然橡膠和質(zhì)量濃度為5%的酚醛樹(shù)脂乙醇溶液混合后裝入混煉機(jī)，再加入混合物總質(zhì)量1～3%的硫磺粉末，加熱升溫至150～170℃共混改性10～12h，出料后得到天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑；然后稱(chēng)取50～80g備用的自制摩擦基料和20～30g竹纖維分散于500～600mL去離子水中，放入高頻疏解機(jī)中疏解處理30～40min后得摩擦材料漿液，再將摩擦材料漿液抄片后干燥，得到預(yù)制片；最后將上述得到的預(yù)制片放入天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑中浸漬1～2h后取出并晾干，用熱壓機(jī)以4～6MPa的壓力在150～160℃溫度下熱壓處理5～7min后冷卻至室溫，即得界面均勻的紙基摩擦材料。
實(shí)例1
首先稱(chēng)取2kg硅灰石放入液氮中浸漬處理10min后取出，放入剛玉研缽搗碎研磨2h后放入超聲振蕩儀中，加入硅灰石粉末體積5倍濃度為0.3mol/L醋酸，在300W功率下超聲剝離20min，再用離心機(jī)以4000r/min轉(zhuǎn)速，分離得到下層硅灰石纖維沉淀；再按質(zhì)量比3:1，將上述硅灰石纖維和納米二氧化硅粉末混合均勻后裝入陶瓷罐中，再稱(chēng)取硅灰石質(zhì)量5倍的吉籠草葉片，放入榨汁機(jī)中榨汁，放入布氏漏斗抽濾去除濾渣，得到吉籠草汁并將其倒入陶瓷罐，用攪拌棒攪拌均勻后，敞開(kāi)罐口在40℃下自然發(fā)酵改性9天；待發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)物移入布氏漏斗中，用去離子水洗滌抽濾20min，放入烘箱在80℃下干燥2h后即得自制摩擦基料，備用；接著按固液比為1:5，將橡膠草根碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸溶液和丙酮回流蒸煮8h后回收硫酸和丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物和其等體積的濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液混合后于100℃水浴鍋中，皂化反應(yīng)6h，過(guò)濾得到濾渣；再將上述濾渣用苯蒸煮過(guò)夜后放入烘箱，在110℃下干燥至恒重，得到天然橡膠，按質(zhì)量比為1:4將天然橡膠和質(zhì)量濃度為5%的酚醛樹(shù)脂乙醇溶液混合后裝入混煉機(jī)，再加入混合物總質(zhì)量3%的硫磺粉末，加熱升溫至170℃共混改性12h，出料后得到天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑；然后稱(chēng)取80g備用的自制摩擦基料和30g竹纖維分散于600mL去離子水中，放入高頻疏解機(jī)中疏解處理40min后得摩擦材料漿液，再將摩擦材料漿液抄片后干燥，得到預(yù)制片；最后將上述得到的預(yù)制片放入天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑中浸漬2h后取出并晾干，用熱壓機(jī)以6MPa的壓力在160℃溫度下熱壓處理7min后冷卻至室溫，即得界面均勻的紙基摩擦材料。
將本發(fā)明制備的紙基摩擦材料裁剪成ф75mm，內(nèi)徑為ф53mm的圓環(huán)，在表面上開(kāi)等間隔的12個(gè)徑向?qū)捲?mm、深為1mm的油槽，將其磨平后，粘接在20#剛環(huán)上并放置在液壓油中浸泡24h后，將其裝入差速器閉鎖離合器中，經(jīng)檢測(cè)，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.16，靜摩擦系數(shù)為0.19，磨損率為1.2×10-8 cm3/J。
實(shí)例2
首先稱(chēng)取1kg硅灰石放入液氮中浸漬處理5min后取出，放入剛玉研缽搗碎研磨1h后放入超聲振蕩儀中，加入硅灰石粉末體積3倍濃度為0.3mol/L醋酸，在200W功率下超聲剝離10min，再用離心機(jī)以3000r/min轉(zhuǎn)速，分離得到下層硅灰石纖維沉淀；再按質(zhì)量比3:1，將上述硅灰石纖維和納米二氧化硅粉末混合均勻后裝入陶瓷罐中，再稱(chēng)取硅灰石質(zhì)量3倍的吉籠草葉片，放入榨汁機(jī)中榨汁，放入布氏漏斗抽濾去除濾渣，得到吉籠草汁并將其倒入陶瓷罐，用攪拌棒攪拌均勻后，敞開(kāi)罐口在30℃下自然發(fā)酵改性6天；待發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)物移入布氏漏斗中，用去離子水洗滌抽濾15min，放入烘箱在70℃下干燥1h后即得自制摩擦基料，備用；接著按固液比為1:5，將橡膠草根碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸溶液和丙酮回流蒸煮6h后回收硫酸和丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物和其等體積的濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液混合后于90℃水浴鍋中，皂化反應(yīng)4h，過(guò)濾得到濾渣；再將上述濾渣用苯蒸煮過(guò)夜后放入烘箱，在105℃下干燥至恒重，得到天然橡膠，按質(zhì)量比為1:4將天然橡膠和質(zhì)量濃度為5%的酚醛樹(shù)脂乙醇溶液混合后裝入混煉機(jī)，再加入混合物總質(zhì)量1%的硫磺粉末，加熱升溫至150℃共混改性10h，出料后得到天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑；然后稱(chēng)取50g備用的自制摩擦基料和20g竹纖維分散于500mL去離子水中，放入高頻疏解機(jī)中疏解處理30min后得摩擦材料漿液，再將摩擦材料漿液抄片后干燥，得到預(yù)制片；最后將上述得到的預(yù)制片放入天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑中浸漬1h后取出并晾干，用熱壓機(jī)以4MPa的壓力在150℃溫度下熱壓處理5min后冷卻至室溫，即得界面均勻的紙基摩擦材料。
將本發(fā)明制備的紙基摩擦材料裁剪成ф75mm，內(nèi)徑為ф53mm的圓環(huán)，在表面上開(kāi)等間隔的12個(gè)徑向?qū)捲?mm、深為1mm的油槽，將其磨平后，粘接在20#剛環(huán)上并放置在液壓油中浸泡24h后，將其裝入差速器閉鎖離合器中，經(jīng)檢測(cè)，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.12，靜摩擦系數(shù)為0.185，磨損率為0.85×10-8 cm3/J。
實(shí)例3
首先稱(chēng)取1kg硅灰石放入液氮中浸漬處理7min后取出，放入剛玉研缽搗碎研磨1h后放入超聲振蕩儀中，加入硅灰石粉末體積4倍濃度為0.3mol/L醋酸，在250W功率下超聲剝離15min，再用離心機(jī)以3500r/min轉(zhuǎn)速，分離得到下層硅灰石纖維沉淀；再按質(zhì)量比3:1，將上述硅灰石纖維和納米二氧化硅粉末混合均勻后裝入陶瓷罐中，再稱(chēng)取硅灰石質(zhì)量4倍的吉籠草葉片，放入榨汁機(jī)中榨汁，放入布氏漏斗抽濾去除濾渣，得到吉籠草汁并將其倒入陶瓷罐，用攪拌棒攪拌均勻后，敞開(kāi)罐口在35℃下自然發(fā)酵改性7天；待發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)物移入布氏漏斗中，用去離子水洗滌抽濾17min，放入烘箱在75℃下干燥1h后即得自制摩擦基料，備用；接著按固液比為1:5，將橡膠草根碎塊分別用濃度為0.5mol/L硫酸溶液和丙酮回流蒸煮7h后回收硫酸和丙酮，將反應(yīng)產(chǎn)物和其等體積的濃度為0.5mol/L氫氧化鉀溶液混合后于95℃水浴鍋中，皂化反應(yīng)5h，過(guò)濾得到濾渣；再將上述濾渣用苯蒸煮過(guò)夜后放入烘箱，在107℃下干燥至恒重，得到天然橡膠，按質(zhì)量比為1:4將天然橡膠和質(zhì)量濃度為5%的酚醛樹(shù)脂乙醇溶液混合后裝入混煉機(jī)，再加入混合物總質(zhì)量2%的硫磺粉末，加熱升溫至155℃共混改性11，出料后得到天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑；然后稱(chēng)取70g備用的自制摩擦基料和25g竹纖維分散于550mL去離子水中，放入高頻疏解機(jī)中疏解處理35min后得摩擦材料漿液，再將摩擦材料漿液抄片后干燥，得到預(yù)制片；最后將上述得到的預(yù)制片放入天然橡膠改性酚醛樹(shù)脂膠黏劑中浸漬2h后取出并晾干，用熱壓機(jī)以5MPa的壓力在155℃溫度下熱壓處理6min后冷卻至室溫，即得界面均勻的紙基摩擦材料。
將本發(fā)明制備的紙基摩擦材料裁剪成ф75mm，內(nèi)徑為ф53mm的圓環(huán)，在表面上開(kāi)等間隔的12個(gè)徑向?qū)捲?mm、深為1mm的油槽，將其磨平后，粘接在20#剛環(huán)上并放置在液壓油中浸泡24h后，將其裝入差速器閉鎖離合器中，經(jīng)檢測(cè)，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.14，靜摩擦系數(shù)為0.19，磨損率為1.1×10-8 cm3/J。